JP6228064B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関し、より詳しくは化合物半導体からなる光素子と平面光導波路等からなる光導波路素子とを接続してなる光モジュールに関するものである。

通信トラフィックの需要は着実に増大しており、幹線系の光伝送ネットワークでは１チャネル当り１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高い通信容量の実現が求められている。そのような大容量化を実現可能にするため、周波数利用効率が高く、伝送時の分散耐性が高い多値変調とデジタルコヒーレント受信を組み合わせた安価かつ小型な高速多値光変調器といった光モジュールが必要とされる。

この光モジュールを実現する技術の一つに、アクティブ素子であるニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ₃、Lithium niobate）変調素子とパッシブ素子である平面光導波路（ＰＬＣ：Planer Lightwave Circuit）の導波路端面とを接続して光変調器を構成するＰＬＣ−ＬＮ直接接続技術がある。

ＰＬＣは、光の分岐やフィルタリングが可能な素子であるが、光を電気的に制御することができないパッシブ素子の代表的なもので、光合分波器、光フィルタ、アレイ導波路格子、偏波カプラといった複雑な回路を実現できる一方、高速の光変調を行うことはできない。
これに対して、ＬＮ素子は、光を電気的に制御できるアクティブ素子であり、高い電気光学効果を持つ高速な変調器として実用化されている。

ＰＬＣとＬＮ素子の両者の特徴を生かすため、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように複雑な回路を全てＰＬＣに任せ、ＬＮ素子は直線の位相変調器アレイのみに用いて、ＰＬＣとＬＮ素子の両者を集積する技術がＰＬＣ−ＬＮ直接接続技術である（非特許文献１、非特許文献２参照）。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）はＰＬＣ−ＬＮ直接接続技術を使った光モジュールとして、１００Ｇｂｉｔ／ｓデジタルコヒーレント伝送用偏波多重（ＰＤＭ：Polarization Division Multiplexing）−ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調器の構成を説明する図である。

ＰＤＭ−ＱＰＳＫ変調器では、図１０（Ａ）に示すように、左側から垂直方向のＴＭ偏光で入力した光は光分波器１００によって２つに分岐され、分岐した２つの光はそれぞれＱＰＳＫ変調器１０１，１０２で変調される。ＱＰＳＫ変調器１０１，１０２は、それぞれ光分波器と、位相変調器と、光合波器とから構成される。ＱＰＳＫ変調器１０１によって変調された光は、偏波回転器（ＨＷＰ：半波長板）１０３により偏波が水平方向に回転される。

そして、ＨＷＰ１０３を通過した光とＱＰＳＫ変調器１０２によって変調された光とは、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）１０４によって合波され、図１０（Ａ）の右側に出力されることになる。このように、ＰＤＭ−ＱＰＳＫ変調器では、偏波多重やＱＰＳＫ変調を用いることにより、ＬＮ素子を変調する速度を、伝送速度の１００Ｇｂｉｔ／ｓの約４分の１にすることができ、ＬＮ素子を駆動する駆動電気回路の負担を軽くすることができると共に、伝送中での光分散や非線形効果による劣化を大幅に低減することができる。

図１０（Ａ）に示したＰＤＭ−ＱＰＳＫ変調器は、実際には図１０（Ｂ）に示す構成のようにＰＬＣ−ＬＮ直接接続技術を使って実現されるものである。より詳しくは、ＰＤＭ−ＱＰＳＫ変調器は、ＰＬＣからなる入力側の回路２００と、ＬＮ素子からなる直線の位相変調器アレイ２０１と、ＰＬＣからなる出力側の回路２０２とを直接接続したものである。

直接接続技術は、図１１に示すように、ＰＬＣ３００とＬＮ素子３０１の導波路端面を直接接続する。すなわち、ＬＮ素子３０１の導波路端面を光学研磨した後に、導波路端面に無反射コートを施し、その上でＬＮ素子３０１の導波路端面とＰＬＣ３００の導波路端面とをアクティブアライメントにより調芯して、紫外線（ＵＶ）硬化接着剤によって固定する。

上記のようにＰＬＣ−ＬＮ直接接続技術を使うことにより、安価な光モジュールを実現することができる。しかし、ＬＮ位相変調器は素子長が長く、例えば１５ｍｍ〜３０ｍｍの長さが必要になるので、光モジュールの小型化には不向きである。
より小型化が可能な位相変調器として、ＩｎＰやＧａＡｓに代表される化合物半導体からなる位相変調器がある。これらの化合物半導体からなる位相変調器では、例えば１．５ｍｍの素子長となり、ＬＮ位相変調器に比べて小型な光モジュールを実現することができる。

しかしながら、化合物半導体は一般に薄く脆いことから、応力に弱く、直接接続技術をそのままでは適用できないという問題があった。端面が光学研磨されるＬＮ素子の基板厚が例えば５００ミクロン程度であるのに対して、劈開により形成される端面を有する化合物半導体の基板厚は１５０ミクロン程度である。化合物半導体の基板厚が薄い理由は、一般に化合物半導体が劈開面と呼ばれる原子間結合の弱い結晶面を有しているためで、この面に対して応力を加えて劈開すると分子レベル平滑な端面が得られることを利用して基板を製作しているためである。

ＩｎＰやＧａＡｓに代表される閃亜鉛結晶構造を持った化合物半導体基板では、オリエンテーションフラットを基準にした角度が０度の面、４５度の面、９０度の面が劈開面であることが広く知られている。つまり、ＩｎＰやＧａＡｓは少しの応力を加えただけで、劈開面で割れるものであり、このような化合物半導体の物性が化合物半導体素子とＰＬＣとの直接接続が困難な理由となっていた。

美野真司他，「ＰＬＣ−ＬＮハイブリッド集積技術を用いた高速多値光変調器」，ＮＴＴ技術ジャーナル２０１１．３，ｐｐ．５７−６１ 山田貴他，「ＰＬＣ−ＬＮ接続を用いた高速変調モジュール」，信学技報IEICE Technical Report，ＯＰＥ２００５−８，ｐｐ．１−６

以上述べたように、ＬＮ位相変調器は素子長が長いため、このＬＮ位相変調器とＰＬＣを接続して光モジュールを製作しようとすると、光モジュールの小型化ができないという課題があった。一方で化合物半導体は、応力に弱く、ＰＬＣとの直接接続技術を適用できないという課題があった。以上の課題は、光変調器だけでなく、化合物半導体素子を使用した光モジュール全般において存在する。

本発明は、上記の点に鑑みて発明されたものであり、より小型かつ安価な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光モジュールは、第１の導波路を有する第１の光導波路素子と、第２の導波路を有する第２の光導波路素子と、第３の導波路を有する化合物半導体素子と、この化合物半導体素子が搭載実装されたキャリアとを備え、前記第１の導波路の出力側と前記第３の導波路の入力側の対向する端面同士が接合され、前記第３の導波路の出力側と前記第２の導波路の入力側の対向する端面同士が接合されると共に、前記第１の光導波路素子と前記キャリアの対向する端面同士が接合され、前記キャリアと前記第２の光導波路素子の対向する端面同士が接合され、前記キャリアは、光が伝搬する方向に沿って複数個に分割され、前記キャリアの分割面は、前記化合物半導体素子を構成する結晶の劈開面と異なる角度の面となるように形成されることを特徴とするものである。

また、本発明の光モジュールの１構成例は、さらに、前記分割された複数個のキャリアを固定する基台を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記光導波路素子と対向する前記キャリアの端面の光伝搬方向の位置と、前記光導波路素子と対向する前記化合物半導体素子の端面の光伝搬方向の位置とが同一でないことを特徴とするものである。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記接合は、光透過性の接着剤を介して行われる。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記光導波路素子は、ＰＬＣ、ＬＮ導波路、石英ファイバ、プラスティックファイバ、マルチコアファイバ、ポリマー導波路、プラズモニック導波路のいずれかからなるものである。

本発明によれば、化合物半導体素子をキャリアに搭載し、光導波路素子の第１の導波路と化合物半導体素子の第２の導波路の対向する端面同士を接合すると共に、光導波路素子とキャリアの対向する端面同士を接合することにより、化合物半導体素子の応力耐性を向上させることができ、光導波路素子と化合物半導体素子の接続が可能になる。その結果、本発明では、小型かつ安価な光モジュールを実現することができる。

また、本発明では、化合物半導体素子をキャリアに搭載し、第１の光導波路素子における第１の導波路の出力側と化合物半導体素子における第３の導波路の入力側の対向する端面同士を接合し、化合物半導体素子における第３の導波路の出力側と第２の光導波路素子における第２の導波路の入力側の対向する端面同士を接合すると共に、第１の光導波路素子とキャリアの対向する端面同士を接合し、キャリアと第２の光導波路素子の対向する端面同士を接合することにより、化合物半導体素子の応力耐性を向上させることができ、光導波路素子と化合物半導体素子の接続が可能になる。その結果、本発明では、小型かつ安価な光モジュールを実現することができる。

また、本発明では、キャリアを、光が伝搬する方向に沿って複数個に分割することにより、第１の光導波路素子側のキャリアの端面と第２の光導波路素子側のキャリアの端面との距離を化合物半導体素子の素子長に合わせることができる。

また、本発明では、キャリアの分割面を、化合物半導体素子を構成する結晶の劈開面と異なる角度の面となるように形成することにより、化合物半導体素子が破損する可能性を低減することができる。

また、本発明では、分割された複数個のキャリアを固定する基台を設けることにより、キャリアを補強することができる。

また、本発明では、光導波路素子と対向するキャリアの端面の光伝搬方向の位置と、光導波路素子と対向する化合物半導体素子の端面の光伝搬方向の位置とをずらすことにより、光導波路素子と化合物半導体素子の接続強度および接続損が最適となるように設計・実装をすることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第３の実施の形態においてキャリアに化合物半導体素子を搭載する方法を説明する断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールの別の構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る光モジュールの具体的な構成を示す断面図および平面図である。 従来の光変調器の構成を示す図である。 従来のＰＬＣ−ＬＮ直接接続の構成を示す斜視図である。

［第１の実施の形態］
以下、図面を基に本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）は光導波路素子と化合物半導体素子とを分解した断面図、図１（Ｂ）は光導波路素子と化合物半導体素子とを接続した光モジュールの断面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）の光モジュールを下から見た下面図である。

図１（Ａ）に示すように、本実施の形態の光モジュールは、導波路１を有する光導波路素子２と、導波路３を有する化合物半導体素子４の２つを要素とする。本実施の形態では、例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の左側から光が入射し、右側から光が出射するので、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の左右方向が光伝搬方向となる。

化合物半導体素子４は、例えばＩｎＰからなる板状の半導体受光素子であり、その厚さは１５０ミクロンである。化合物半導体素子４の端面は劈開によって形成され、無反射コートが形成される。
光導波路素子２は、例えばＰＬＣであり、シリコン（Ｓｉ）基板上に石英ガラス（ＳｉＯ₂）を堆積してコアとクラッドを形成することで、平面回路上に導波路１を有する光回路を実現したものである。

化合物半導体素子４は、単体では薄く脆いので、そのまま光導波路素子２と直接接合したのでは割れてしまったり、端面が壊れてしまったりする可能性が高くなる。そこで、図１（Ａ）のように化合物半導体素子４をハンダ、銀ペースト、もしくは接着剤等を使って板状のキャリア５に搭載し固定する。キャリア５は、例えば厚さ５００ミクロンのＳｉからなる。

図１（Ｂ）に示すように、キャリア５に搭載した化合物半導体素子４の導波路３と光導波路素子２の導波路１とを突き当てるように調芯し、最適の位置で紫外線（ＵＶ）硬化樹脂からなる光透過性の接着剤６によって化合物半導体素子４と光導波路素子２とを接合する。このとき、光導波路素子２と化合物半導体素子４とを接合するだけでなく、光導波路素子２とキャリア５も接着剤６によって接合するようにする。

光導波路素子２の導波路１と化合物半導体素子４の導波路３の調芯には、アクティブアライメントを用いる。つまり、導波路１から光を入射したときに受光素子である化合物半導体素子４の受光レベルが最大となるよう、光導波路素子２と化合物半導体素子４とを最適な位置に合わせるようにすればよい。また、仮に化合物半導体素子４が受光素子ではなく半導体レーザであった場合は、半導体レーザからの発光が導波路１に入る光量が最大となるよう、光導波路素子２と化合物半導体素子４とを最適な位置に合わせるようにすればよい。

以上説明したように、本実施の形態では、化合物半導体素子４をキャリア５に実装し、光導波路素子２とキャリア５とを接続することで、化合物半導体素子４の応力耐性を向上させることができ、光導波路素子２と化合物半導体素子４の直接接続が可能になる。その結果、本実施の形態では、小型かつ安価な光モジュールを実現することができる。

なお、上記では、化合物半導体素子４をＩｎＰの半導体受光素子、または半導体レーザとして説明したが、これに限定されるものではなく、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ等、光を伝搬する化合物半導体材料であればどんな組成のものでも化合物半導体素子４に適用することが可能である。

また、化合物半導体素子４の機能としても半導体受光素子や半導体レーザに限定されるものではなく、ＬＥＤ、電界吸収型変調器集積半導体レーザ、マッハ・ツェンダ変調器集積半導体レーザ、受光素子集積半導体レーザ等、少なくとも片方の端面から光を入力もしくは出力するものであればどんなものでも化合物半導体素子４として用いることができる。また、化合物半導体素子４は、１つであっても構わないし、水平方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）の紙面に垂直な方向、図１（Ｃ）の紙面に平行な方向）に複数の半導体素子が並ぶアレイであっても構わない。

また、光導波路素子２は、ＰＬＣ導波路からなるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ＬＮ導波路、石英ファイバ、プラスティックファイバ、マルチコアファイバ、ポリマー導波路、プラズモニック導波路等、十分な強度を有したうえで、光を伝搬する導波路構造を取れるものであればどんなものでも光導波路素子２として用いることができる。また、光導波路素子２は、１つであっても構わないし、複数の半導体素子がアレイ状に並ぶ化合物半導体素子４に対応してアレイ状に複数の導波路１が並ぶ構造でも構わない。

また、本実施の形態では、キャリア５は、シリコンからなるものとして説明したが、これに限定されるものではない。銅やアルミの金属ブロック、またはコバールのような合金ブロックやセラミックのブロック等、光導波路素子２との直接接続に耐えるだけの強度があり、かつ所望の形状に加工できればどんな材料のものでもキャリア５として用いることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図２（Ａ）は光導波路素子と化合物半導体素子とを分解した断面図、図２（Ｂ）は光導波路素子と化合物半導体素子とを接続した光モジュールの断面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の光モジュールを下から見た下面図である。

図２（Ａ）に示すように、本実施の形態の光モジュールは、導波路１を有する光導波路素子２と、導波路３を有する化合物半導体素子４ａと、導波路７を有する光導波路素子８の３つを要素とする。本実施の形態では、例えば図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の左側から光が入射し、右側から光が出射するので、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の左右方向が光伝搬方向となる。

化合物半導体素子４ａは、例えばＩｎＰ基板上に形成された板状の半導体位相変調器であり、その厚さは１５０ミクロンである。化合物半導体素子４ａの端面は劈開によって形成され、無反射コートが形成される。この化合物半導体素子４ａは、左右の端面から光が出る両端面素子である。化合物半導体素子４ａは単体では薄く脆いので、第１の実施の形態と同様に、化合物半導体素子４ａをハンダ、銀ペースト、もしくは接着剤等を使ってキャリア５に搭載する。

図２（Ｂ）に示すように、キャリア５に搭載した化合物半導体素子４ａの導波路３と光導波路素子２の導波路１とを突き当てるように調芯し、最適の位置で紫外線硬化樹脂からなる光透過性の接着剤６によって化合物半導体素子４ａと光導波路素子２とを接合する。このとき、光導波路素子２とキャリア５も接着剤６によって接合する。さらに、化合物半導体素子４ａの導波路３と光導波路素子８の導波路７とを突き当てるように調芯し、最適の位置で紫外線硬化樹脂からなる光透過性の接着剤９によって化合物半導体素子４ａと光導波路素子２とを接合する。このとき、キャリア５と光導波路素子８も接着剤９によって接合する。

光導波路素子２の導波路１と化合物半導体素子４ａの導波路３の調芯、および化合物半導体素子４ａの導波路３と光導波路素子８の導波路７の調芯には、アクティブアライメントを用いる。半導体位相変調器（化合物半導体素子４ａ）は受光器として用いることができる。つまり、導波路１から光を入射したときに受光器である化合物半導体素子４ａの受光レベルが最大となるよう、光導波路素子２と化合物半導体素子４ａとを最適な位置に合わせるようにする。光導波路素子８についても同様で、導波路７から光を入射したときに化合物半導体素子４ａの受光レベルが最大となるよう、化合物半導体素子４ａと光導波路素子８とを最適な位置に合わせるようにすればよい。

また、仮に化合物半導体素子４ａが半導体位相変調器ではなく半導体増幅器であった場合は、半導体増幅器である化合物半導体素子４ａからの発光が導波路１に入る光量が最大となるよう、光導波路素子２と化合物半導体素子４ａとを最適な位置に合わせるようにすればよい。光導波路素子８についても同様で、半導体増幅器である化合物半導体素子４ａからの発光が導波路７に入る光量が最大となるよう、化合物半導体素子４ａと光導波路素子８とを最適な位置に合わせるようにすればよい。

以上説明したように、本実施の形態では、化合物半導体素子４ａをキャリア５に実装し、光導波路素子２，８とキャリア５とを接続することで、化合物半導体素子４ａの応力耐性を向上させることができ、光導波路素子２，８と化合物半導体素子４ａの直接接続が可能になる。その結果、本実施の形態では、小型かつ安価な光モジュールを実現することができる。本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、化合物半導体素子の片端面のみ光導波路素子を直接接続する片端実装でなく、化合物半導体素子の両端面に光導波路素子を直接接続する両端実装になっていることである。

なお、上記では、化合物半導体素子４ａを半導体位相変調器、または半導体増幅器として説明したが、これに限定されるものではなく、強度変調器、偏波変調器、波長変換器等、左右の端面に導波路を持つものであればどんなものでも化合物半導体素子４ａとして用いることができる。

また、化合物半導体素子４ａは、１つであっても構わないし、水平方向（図２（Ａ）、図２（Ｂ）の紙面に垂直な方向、図２（Ｃ）の紙面に平行な方向）に複数の半導体素子が並ぶアレイであっても構わない。光導波路素子２，８は、１つずつであっても構わないし、複数の半導体素子がアレイ状に並ぶ化合物半導体素子４ａに対応してアレイ状に複数の導波路１，７が並ぶ構造でも構わない。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図３（Ａ）は光モジュールの断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の光モジュールを下から見た下面図である。

図２に示した第２の実施の形態の構成では、化合物半導体素子４ａの素子長とキャリア５の素子長をほぼ同一にする必要がある。しかし、化合物半導体素子４ａの素子長とキャリア５の素子長を同一の長さに揃えることは、実際には非常に困難である。通常、化合物半導体の劈開面を得るにはダイヤモンドスクライバ等で化合物半導体の一部に溝を形成し、この溝に応力をかけることで劈開を行う。しかし、化合物半導体に溝を形成する際に、片端で５ミクロン程度、両端で１０ミクロン程度の誤差が生じるため、図２に示した構成では化合物半導体素子４ａの素子長とキャリア５の素子長をほぼ同一にするのは困難である。

そこで、光伝搬方向（図３（Ａ）、図３（Ｂ）左右方向）に沿ってキャリアを分割することで、化合物半導体素子４ａの両端の接続面Ａ，Ｂにおいて、化合物半導体素子４ａの端面とキャリアの端面を揃えるようにしたのが本実施の形態の構成である。図３において、キャリアは５ａと５ｂの２つに分割されている。２つのキャリア５ａと５ｂの隙間１０は任意に調整することができ、それによってキャリア５ａの光導波路素子２側の端面とキャリア５ｂの光導波路素子８側の端面との距離を化合物半導体素子４ａの素子長に合わせることができる。

図３に示した本実施の形態の構造を得るには２つの方法がある。１つの方法は、図４（Ａ）のようにキャリア５ａの光導波路素子２側の端面と化合物半導体素子４ａの光導波路素子２側の端面とを揃えるようにしてキャリア５ａ上に化合物半導体素子４ａを搭載して固定した後に、図４（Ｂ）のように、キャリア５ｂの光導波路素子８側の端面と化合物半導体素子４ａの光導波路素子８側の端面とを揃えるようにしてキャリア５ｂ上に化合物半導体素子４ａを搭載して固定する方法である。

別の方法は、図４（Ｃ）のようにキャリア５ａの光導波路素子２側の端面とキャリア５ｂの光導波路素子８側の端面との距離が化合物半導体素子４ａの素子長と一致するようにしてキャリア５ａ，５ｂを基台１１上に搭載して固定した後、図４（Ｄ）のようにキャリア５ａ，５ｂ上に化合物半導体素子４ａを搭載して固定する方法である。基台１１は、Ｓｉ、Ｃｕ、コバール、セラミック等、十分な強度を有していればどのような材料からなるものでも構わない。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図５（Ａ）は光モジュールの断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の光モジュールを下から見た下面図である。

図３に示した第３の実施の形態で問題となるのは、キャリア５が存在しない隙間１０の部分で化合物半導体素子４ａが全体を支える形になってしまうことである。化合物半導体素子４ａは脆いので、キャリア５ａ，５ｂに応力がかかった場合に化合物半導体素子４ａが割れる可能性がある。前述のように化合物半導体は劈開面という割れやすい方位を有する。

そこで、キャリアの分割面を化合物半導体素子４ａの劈開面（オリエンテーションフラットを基準にした角度が０度の面、４５度の面、９０度の面）とは異なる角度の面とすることで、キャリアに応力がかかった場合においても化合物半導体素子４ａが割れないようにしたのが本実施の形態の構成である。

第３の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、キャリアは５ｃと５ｄの２つに分割されているが、キャリアの分割面（２つのキャリアの向かい合う端面、すなわちキャリア５ｃの右側端面とキャリア５ｄの左側端面）は、化合物半導体素子４ａの劈開面（化合物半導体素子４ａの両端面）と異なる角度の面となるように形成されている。このようにして、本実施の形態では、化合物半導体素子４ａが破損する可能性を低減することができる。
なお、第３、第４の実施の形態では、キャリアを２つに分割しているが、３つ以上に分割してもよい。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図６（Ａ）は光モジュールの断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の光モジュールを下から見た下面図である。

上記の説明では、キャリアの端面と化合物半導体素子の端面とを揃えるようにしている。一般に接着強度は、接着面の距離が短い方が強固であり、キャリアと光導波路素子との距離は短い方がよい。しかしながら、導波路接続損の観点で見た場合、距離が短い方が接続損が小さくなるとは限らないことから、化合物半導体素子と光導波路素子の距離は任意に設定できる方が望ましい。

そこで、光導波路素子と対向するキャリアの端面の光伝搬方向（図６（Ａ）、図６（Ｂ）左右方向）の位置と、光導波路素子と対向する化合物半導体素子の端面の光伝搬方向の位置とをずらすことで、光導波路素子と化合物半導体素子の接続強度および接続損が最適となるように設計・実装をすることが可能となる。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）はキャリア５ａの光導波路素子２側の端面とキャリア５ｂの光導波路素子８側の端面との距離よりも化合物半導体素子４ａの素子長を短くした例を示している。一般に化合物半導体素子の端面は弱いので、光導波路素子と化合物半導体素子の直接接続の工程中に、誤って化合物半導体素子の端面を光導波路素子とぶつけてしまうと化合物半導体素子が壊れてしまう。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）のようにキャリア５ａの光導波路素子２側の端面とキャリア５ｂの光導波路素子８側の端面との距離よりも化合物半導体素子４ａをやや短く（例えば２〜５ミクロン）設定することで、化合物半導体素子４ａの端面を壊すことによる光モジュールの歩留りの劣化を減少させることができる。また、光導波路素子２，８との接続損が最小となる位置に化合物半導体素子４ａを設置することも可能である。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は本実施の形態の光モジュールの別の構成を示す断面図および下面図であり、図７（Ａ）は光モジュールの断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の光モジュールを下から見た下面図である。
接着剤６，９の厚みによっては、キャリア５ａの光導波路素子２側の端面とキャリア５ｂの光導波路素子８側の端面との距離よりも化合物半導体素子４ａを長くした方が接続損失を減少させることができる。この場合には図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した光モジュールの構成になる。

なお、本実施の形態では、光導波路素子と対向するキャリアの端面の光伝搬方向の位置と、光導波路素子と対向する化合物半導体素子の端面の光伝搬方向の位置とをずらす構成を第３の実施の形態に適用しているが、第４の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。また、このような本実施の形態の構成を第１、第２の実施の形態に適用してもよい。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は本発明の第６の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図および下面図であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図８（Ａ）は光モジュールの断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の光モジュールを下から見た下面図である。

上記の第１〜第５の実施の形態では、化合物半導体素子の幅とキャリアの幅を同一としてきた。しかし、実際に光モジュールの実装工程の観点から鑑みた場合、強度が弱い化合物半導体素子を把持し実装することは避けた方が望ましい。

そこで、図８（Ａ）、図８（Ｂ）のように、キャリア５ａ，５ｂの幅（図８（Ｂ）の上下方向の寸法）を化合物半導体素子４ａに比べ大きく設計することで、キャリア５ａ，５ｂのみを図示しない基台によって把持し実装することが可能となり、実装工程が簡便となり望ましい。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は本実施の形態の光モジュールの具体的な構成を示す断面図および平面図であり、図９（Ａ）は光モジュールの断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の光モジュールを上から見た平面図である。化合物半導体素子４ａの幅よりもキャリア５ｃ，５ｄの幅を広げることで、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、キャリア５ｃ，５ｄ上に、化合物半導体素子４ａを動作させるのに必要な電気配線１２ａ，１２ｂを具備することが可能となる。この図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示した光モジュールの構成が本発明の最適な構成となる。

上記のようにキャリア５ｃ，５ｄ上には電気配線１２ａ，１２ｂが形成され、化合物半導体素子４ａ上には電気配線１３ａ，１３ｂが形成されている。電気配線１２ａ，１２ｂと電気配線１３ａ，１３ｂとは、ワイヤ１４ａ，１４ｂにより接続される。全体の電気配線は等長化されている。図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示した光モジュールの例では、化合物半導体素子４ａとして２アレイのＩｎＰの位相変調器を使用し、光導波路素子２として１入力２出力のＰＬＣ光カプラを使用し、光導波路素子８として２入力１出力のＰＬＣ光カプラを使用することで、全体としてマッハ・ツェンダ変調器を構成している。マッハ・ツェンダ変調器では、電気配線１２ａ，１２ｂに加える電気信号により透過光強度を変化させることが可能である。

本発明は、複数の光素子を集積化する技術に適用することができる。

１，３，７…導波路、２，８…光導波路素子、４，４ａ…化合物半導体素子、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…キャリア、６，９…接着剤、１０…隙間、１１…基台、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…電気配線、１４ａ，１４ｂ…ワイヤ。

Claims (5)

1. 第１の導波路を有する第１の光導波路素子と、
   第２の導波路を有する第２の光導波路素子と、
   第３の導波路を有する化合物半導体素子と、
   この化合物半導体素子が搭載実装されたキャリアとを備え、
   前記第１の導波路の出力側と前記第３の導波路の入力側の対向する端面同士が接合され、前記第３の導波路の出力側と前記第２の導波路の入力側の対向する端面同士が接合されると共に、前記第１の光導波路素子と前記キャリアの対向する端面同士が接合され、前記キャリアと前記第２の光導波路素子の対向する端面同士が接合され、
   前記キャリアは、光が伝搬する方向に沿って複数個に分割され、前記キャリアの分割面は、前記化合物半導体素子を構成する結晶の劈開面と異なる角度の面となるように形成されることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１記載の光モジュールにおいて、
   さらに、前記分割された複数個のキャリアを固定する基台を備えることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１または２記載の光モジュールにおいて、
   前記光導波路素子と対向する前記キャリアの端面の光伝搬方向の位置と、前記光導波路素子と対向する前記化合物半導体素子の端面の光伝搬方向の位置とが同一でないことを特徴とする光モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
   前記接合は、光透過性の接着剤を介して行われることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
   前記光導波路素子は、ＰＬＣ、ＬＮ導波路、石英ファイバ、プラスティックファイバ、マルチコアファイバ、ポリマー導波路、プラズモニック導波路のいずれかからなるものであることを特徴とする光モジュール。

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