JP6730583B2

JP6730583B2 - 光半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP6730583B2
Application number: JP2016025227A
Authority: JP
Inventors: 高林　和雅; 和雅高林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP2017142464A

Description

本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関する。

シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたＳｉ細線導波路を用いたシリコンフォトニクスデバイスは、シリコン電子回路製造技術を転用することが可能であるため、安価で大規模な集積が可能である。また、このようなシリコンフォトニクスデバイスは、導波路の曲率半径を１０μｍ以下と小さくできるため、光素子の高密度集積が可能である。従って、このようなシリコンフォトニクスデバイスは、光インターコネクト向けデバイス及び光ネットワーク向けデバイスの小型化に適している。

シリコンフォトニクスデバイスの光源には直接遷移型の半導体レーザが適しており、従来、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたレーザが用いられている。化合物半導体レーザを光源として用いる場合、Ｓｉ細線導波路を含むＳｉ光導波路素子が形成されたＳｉ基板上に化合物半導体レーザを実装する。この実装では、化合物半導体レーザから出射される光を効率よくＳｉ細線導波路に結合するために、化合物半導体レーザの導波路の光出射位置とＳｉ細線導波路の光入射位置とを高精度で位置合わせすることが重要である。

Ｓｉ基板の表面に垂直な方向（以降、高さ方向とよぶことがある）での位置合わせの技術として、Ｓｉ基板を掘り込んでテラス状の部分を形成し、その部分に化合物半導体レーザをフリップチップボンディングで実装し、化合物半導体レーザとＳｉ光導波路素子とを直接突き合せる技術がある。この技術では、化合物半導体レーザの半導体層の厚さ及びＳｉ基板上に形成されたテラス状の部分の深さを調整することにより、導波路の光出射位置とＳｉ細線導波路の光入射位置とを高さ方向で高い精度で合わせることができる。

Ｓｉ基板の表面に平行な方向、すなわち、導波路が延びる方向（以降、導波路方向とよぶことがある）とそれに垂直な方向（以降、横方向とよぶことがある）の導波路の位置合わせでは、Ｓｉ光導波路素子及び化合物半導体レーザに形成されたマーカが用いられている。この技術では、マーカ同士の相対的な位置を１μｍ以下の精度で合わせることができる。

しかしながら、化合物半導体レーザの導波路の光出射面が劈開面であり、光出射面の位置には数μｍ程度のばらつきがある。このため、化合物半導体レーザのマーカと光出射面との間に数μｍ程度のばらつきがある。従って、マーカ同士を高精度で位置合わせしたとしても、導波路方向において、導波路の光出射位置とＳｉ細線導波路の光入射位置との間隔に数μｍ程度のばらつきが生じてしまう。

導波路方向の位置合わせ精度を高めるために、化合物半導体レーザの支持基板にギャップ距離を規定するためのストッパを設けた構造が提案されている。しかしながら、この構造でも劈開面の数μｍ程度のばらつきは解消されず、導波路の光出射位置とＳｉ細線導波路の光入射位置との間隔のばらつきを抑制することはできない。

エッチングにより化合物半導体レーザの光出射面を加工してストッパを形成する技術が提案されている。この技術によれば導波路方向の位置合わせ精度を向上することは可能である。しかし、エッチングにより加工された面には、面粗さが劈開面の面粗さより大きくなったり、光の伝搬方向に対する垂直性が低くなったり、端面コーティングが困難になったりするという欠点がある。そして、これらの影響で、化合物半導体レーザの特性に大きく影響を与える反射率の精密な制御が困難になる。また、化合物半導体は比較的脆いため、ストッパを他の素子に接触させた際に、化合物半導体レーザが破損する懸念もある。

国際公開第２０１０／１０７０４３号特開平４−２５８０８号公報特開平５−６０９５２号公報

本発明の目的は、化合物光半導体素子とＳｉ光導波路素子との位置合わせ精度を向上することができる光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

１つの態様では、光半導体装置は、基板と、第１の導波路を備えた前記基板上の化合物光半導体素子と、前記第１の導波路に光学的に結合した第２の導波路を備えた前記基板上のＳｉ光導波路素子と、前記化合物光半導体素子と前記Ｓｉ光導波路素子との間の充填剤と、を有する。前記化合物光半導体素子は、その下面に設けられ、前記下面の全ては覆っていないバンプを介して、前記第１の導波路を備えた前記基板上に搭載されている。前記充填剤は、樹脂からなる基材と、前記基材中のスペーサと、を含み、前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に少なくとも３個以上の前記スペーサが接しており、且つ、前記基材及び前記スペーサは、前記化合物光半導体素子の下面にも存在する。前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分には、当該端面の前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退した凹部が形成されており、前記第１の導波路の光出射面と前記第２の導波路の光入射面との距離は、前記スペーサの径と前記凹部の後退量との和に一致する。

１つの態様では、光半導体装置の製造方法は、第２の導波路を備えたＳｉ光導波路素子を基板上に設ける工程と、前記第２の導波路に光学的に結合する第１の導波路を備えた化合物光半導体素子を、第１の端面が前記Ｓｉ光導波路素子を向くようにして、前記基板上に載置する工程と、前記第１の端面と前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面との間に、樹脂からなる基材と、前記基材中のスペーサと、を含む充填剤を設ける工程と、前記化合物光半導体素子を前記Ｓｉ光導波路素子側に移動させ、前記第１の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に少なくとも３個以上の前記スペーサが接した状態で前記基材を硬化させる工程と、を有する。前記化合物光半導体素子は、その下面に設けられ、前記下面の全ては覆っていないバンプを介して、前記第１の導波路を備えた前記基板上に搭載されており、前記基材及び前記スペーサは、前記化合物光半導体素子の下面にも存在する。前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分には、当該端面の前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退した凹部が形成されており、前記第１の導波路の光出射面と前記第２の導波路の光入射面との距離は、前記スペーサの径と前記凹部の後退量との和に一致する。

１つの側面として、化合物光半導体素子とＳｉ光導波路素子との間に適切な充填剤が含まれているため、容易に位置合わせ精度が高い光半導体装置を得ることができる。

第１の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す図である。化合物光半導体素子及びＳｉ光導波路素子の構造を示す断面図である。第１の実施形態に係る光半導体装置の製造方法を工程順に示す上面図である。第１の実施形態に係る光半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。第２の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す図である。第３の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す上面図である。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

第１の実施形態に係る光半導体装置１００には、図１に示すように、基板１０と、導波路２０１を備えた基板１０上の化合物光半導体素子２０と、導波路２０１に光学的に結合した導波路３０１を備えた基板１０上のＳｉ光導波路素子３０と、化合物光半導体素子２０とＳｉ光導波路素子３０との間の充填剤４０と、が含まれる。充填剤４０には、樹脂からなる基材４０１と基材４０１中のスペーサ４０２とが含まれる。化合物光半導体素子２０のＳｉ光導波路素子３０側の端面２０２及びＳｉ光導波路素子３０の化合物光半導体素子２０側の端面３０２の両方にスペーサ４０２が接している。導波路２０１は第１の導波路の例であり、導波路３０１は第２の導波路の例である。例えば、化合物光半導体素子２０のＳｉ光導波路素子３０側の端面２０２は劈開面である。

次に、化合物光半導体素子２０の詳細について説明する。図２（ａ）は、化合物光半導体素子２０の構造を示す断面図であり、図１（ｂ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す。

化合物光半導体素子２０は、例えばファブリペロー型半導体レーザ（ＦＰレーザ）である。化合物光半導体素子２０には、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰの基板２１１、基板２１１上のｎ型ＩｎＰのクラッド層２１２、及びクラッド層２１２上の１．３μｍ帯において利得を発生する組成のＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸（multi quantum well：ＭＱＷ）活性層２１３、活性層２１３上のｐ型ＩｎＰのクラッド層２１４、及びクラッド層２１４上のコンタクト層２１５が含まれる。コンタクト層２１５には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層が含まれる。そして、コンタクト層２１５、クラッド層２１４、活性層２１３及びクラッド層２１２の一部にメサ構造が形成されており、このメサ構造が半絶縁性（ＳＩ）ＩｎＰの埋め込み層２１６で埋め込まれている。このようにして、埋め込み型の導波路２０１が構成されている。埋め込み層２１６上にコンタクト層２１５を露出する開口部を有する酸化シリコンの絶縁膜２１７が形成されている。化合物光半導体素子２０には、更に、コンタクト層２１５と接するＰ側電極２２１及び基板２１１と接するＮ側電極２２２が含まれる。化合物光半導体素子２０の両端の劈開面がＦＰレーザの反射鏡として機能する。

次に、Ｓｉ光導波路素子３０の詳細について説明する。図２（ｂ）は、Ｓｉ光導波路素子３０の構造を示す断面図であり、図１（ｂ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す。

Ｓｉ光導波路素子３０には、図２（ｂ）に示すように、基板１０上の酸化シリコンの埋め込み酸化（buried oxide：ＢＯＸ）層３１１、埋め込み酸化層３１１上のＳｉのコア層３１２、コア層３１２上の酸化シリコンのクラッド層３１３、及びクラッド層３１３上のヒータ電極３１４が含まれる。すなわち、第１の実施形態では、Ｓｉ光導波路素子３０はＳｉ基板上に一体化して形成されている。埋め込み酸化層３１１の厚さは、例えば３μｍ程度であり、コア層３１２の厚さは、例えば２５０ｎｍ程度である。コア層３１２は導波路３０１の形状にパターニングされている。例えば、導波路３０１はＳｉ細線導波路であり、導波路３０１の幅は５００ｎｍであるが、化合物光半導体素子２０側の端面３０２の近傍では、図１（ａ）に示すように、端面３０２に近づくに従って幅が狭くなっている。つまり、導波路３０１は幅狭窄テーパ導波路であり、端面３０２に近づくに従って導波路のモード径が拡がるスポットサイズ変換器を構成する。例えば、導波路３０１の端面３０２における幅は２００ｎｍである。

基板１０上に、Ｓｉ光導波路素子３０から離間して、例えばＡｕＳｎのバンプ１０１が形成されており、例えばフリップチップボンディングによりバンプ１０１とＰ側電極２２１とが接続されるようにして化合物光半導体素子２０が基板１０上に実装されている。つまり、基板１０とＳｉ光導波路素子３０とを一つの構造物とみなすと、当該構造物のテラス状の部分に化合物光半導体素子２０が実装されている。バンプ１０１を介して化合物光半導体素子２０に電流が供給される。なお、図示されていないが、バンプは基板１０上の金属配線上に形成されており、この金属配線を経由して化合物光半導体素子２０のＰ側電極２２１から電流注入が可能となっている。

導波路方向において、化合物光半導体素子２０とＳｉ光導波路素子３０との間に、直径が均一な球状のスペーサ４０２が挟まれており、端面２０２と端面３０２との間隔はスペーサ４０２の直径と一致する。つまり、導波路方向では、端面２０２と端面３０２との間のスペーサ４０２の個数が１であり、このスペーサ４０２に端面２０２及び端面３０２の両方が接している。例えば、基材４０１の材料はポリカーボネート系樹脂であり、スペーサ４０２の材料はポリスチレンである。スペーサ４０２の直径が１μｍの場合、端面２０２と端面３０２との間隔も１μｍである。図１（ａ）では、Ｎ側電極２２２及びヒータ電極３１４を省略している。

次に、第１の実施形態に係る光半導体装置１００の製造方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る光半導体装置の製造方法を工程順に示す上面図であり、図４は、第１の実施形態に係る光半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、化合物光半導体素子２０とＳｉ光導波路素子３０とを個別に準備する。例えば、Ｓｉ光導波路素子３０としては、基板１０と一体化したものを準備する。この場合、先ず、Ｓｉ基板上に酸化シリコン層及びシリコン層が形成されたＳＯＩ（silicon on insulator）基板のシリコン層を電子線（electron beam：ＥＢ）描画技術によりパターニングして、基板１０、埋め込み酸化層３１１及びコア層３１２を得る。次いで、テトラエトキシシラン（tetraethyl orthosilicate：ＴＥＯＳ）を用いて酸化シリコンのクラッド層３１３を形成し、その上にヒータ電極３１４を形成する。その後、クラッド層３１３及び埋め込み酸化層３１１をエッチングにより選択的に除去し、基板１０の一部を露出させる。この結果、Ｓｉ光導波路素子３０を備え、かつテラス状の部分を備えた構造物が得られる。クラッド層３１３及び埋め込み酸化層３１１のエッチングの際に基板１０の一部をエッチングしてもよい。

次いで、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、基板１０上にバンプ１０１を形成する。その後、端面２０２が端面３０２を向き、Ｐ側電極２２１が下面、Ｎ側電極が上面になるようにして化合物光半導体素子２０をバンプ１０１上に載置する。

続いて、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、端面２０２と端面３０２との間に、基材４０１及びスペーサ４０２を含む充填剤４０を塗布する。

次いで、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように、化合物光半導体素子２０をＳｉ光導波路素子３０側に移動させ、導波路方向において１個のスペーサ４０２が端面２０２及び端面３０２の両方に接するようにする。この結果、端面２０２と端面３０２との間隔はスペーサ４０２の直径と一致する。高さ方向及び横方向においては複数個のスペーサ４０２が端面２０２及び端面３０２の両方に接してもよい。その後、化合物光半導体素子２０のマーカ及びＳｉ光導波路素子３０のマーカを用いて横方向の位置合わせを行う。

続いて、加熱及び冷却により、バンプ１０１を溶融及び凝固させてバンプ１０１とＰ側電極２２１とを接合し、基材４０１を硬化させる。基材４０１の材料によっては、バンプ１０１とＰ側電極２２１との接合後に基材４０１を硬化させてもよい。

第１の実施形態では、化合物光半導体素子２０の端面２０２とマーカとの間に数μｍ程度のばらつきがあったとしても、端面２０２と端面３０２との間隔はスペーサ４０２の直径と一致する。このため、導波路２０１の光出射面と導波路３０１の光入射面との間隔を高精度で制御することができる。つまり、導波路方向における位置合わせを高精度で行うことができる。

化合物光半導体素子２０の光出射面である端面２０２が劈開面であるため、エッチングにより加工された面と比較して、面粗さが小さく、光の伝搬方向に対する垂直性が高く、端面コーティングが容易である。従って、端面２０２の反射率を高精度で制御することができる。このため、ＦＰレーザの特性は端面の反射率の影響を受けやすいものの、化合物光半導体素子２０がＦＰレーザであっても安定した特性を得ることができる。

端面２０２及び端面３０２に、一直線上にない３個以上のスペーサ４０２が接している場合には、確実に端面２０２を端面３０２に平行にすることができ、導波路２０１と導波路３０１との間の光結合効率が優れたものとなる。

端面２０２及び端面３０２に接するスペーサ４０２が多いほど、端面２０２のスペーサ４０２と接触する各部分に作用する応力が小さくなり、このような応力に伴う化合物光半導体素子２０の破損が生じにくくなる。

基材４０１及びスペーサ４０２の透明材料は特に限定されないが、吸収係数が２３ｃｍ^-1以下の材料を用いることが好ましい。吸収係数が２３ｃｍ^-1以下であれば、端面２０２と端面３０２との間隔が１０μｍの場合でも充填剤４０による光の吸収率が２％以下であり、損失が無視できる程度である。基材４０１の屈折率は、Ｓｉ光導波路素子３０の端面３０２付近における導波路の等価屈折率に近いものが好ましい。例えば、第１の実施形態ではＳｉ光導波路は端面３０２に近づくにしたがって徐々にＳｉコア層の幅が狭くなる構成をとっているが、この場合、等価屈折率としてはクラッド材料となるＳｉＯ₂の屈折率に近い１．５程度となっており、この屈折率に近い材料が好ましい。このような材料を選択することにより、Ｓｉ光導波路の端面３０２における反射を抑制し、光損失を低減することが可能となる。基材４０１の屈折率とスペーサ４０２の屈折率との差は、基材４０１の屈折率の１０％以下であることが好ましい。この屈折率の差が１０％超であると、導波路２０１と導波路３０１との間にスペーサ４０２が位置する場合に、基材４０１とスペーサ４０２との界面における光の散乱、反射に伴う損失が生じ、光結合効率が低下することがある。スペーサ４０２の材料として、ポリスチレン、アクリルなどの樹脂、シリカなどの光学ガラス、が例示され、基材４０１の材料として、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂が例示される。例えばポリスチレンの屈折率は１．５９２であり、ポリカーボネート系樹脂の屈折率は１．６程度に調整することができる。

スペーサ４０２の形状は球状に限定されず、例えば正多面体であってもよい。ただし、高さ方向、横方向の位置合わせの際の移動を滑らかに行うという観点、及び端面２０２と端面３０２との間隔の安定性の観点から、球状であることが最も好ましい。

高さ方向での位置合わせは、従来と同様に高精度で行うことができる。例えば、Ｐ側電極２２１、コンタクト層２１５及びクラッド層２１４の総厚さ、並びにテラス状の部分の上面からのバンプ１０１の高さ及び導波路３０１の位置を制御することにより、容易に高精度で高さ方向の位置合わせを行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す図であり、図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

第２の実施形態に係る光半導体装置５００では、端面３０２の導波路３０１と交差する部分が後退し、凹部３０３が形成されている。そして、端面２０２と端面３０２との間隔は、凹部３０３が形成されている部分を除き、スペーサ４０２の直径と一致する。つまり、凹部３０３が形成されている部分を除き、導波路方向では、端面２０２と端面３０２との間のスペーサ４０２の個数が１であり、このスペーサ４０２に端面２０２及び端面３０２の両方が接している。一方、凹部３０３が形成されている部分では、スペーサ４０２が端面２０２又は端面３０２のいずれか一方に接することがあっても、両方には接していない。他の構成は第１の実施形態と同様である。

凹部３０３の平面形状はフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により高い精度で制御することができ、導波路２０１の光出射面と導波路３０１の光入射面との距離は、スペーサ４０２の直径と凹部３０３の後退量との和に一致する。従って、第１の実施形態と同様に、化合物光半導体素子２０の端面２０２とマーカとの間に数μｍ程度のばらつきがあったとしても、導波路２０１の光出射面と導波路３０１の光入射面との間隔を高精度で制御することができる。つまり、導波路方向における位置合わせを高精度で行うことができる。凹部３０３は、例えば、Ｓｉ光導波路素子３０として、基板１０と一体化したものを準備する場合に、クラッド層３１３及び埋め込み酸化層３１１をエッチングにより選択的に除去する際に用いるエッチングマスクに凹部３０３の形状を加えれば、高精度で形成できる。

更に、第２の実施形態では、スペーサ４０２が導波路２０１及び導波路３０１の両方に物理的に挟みこまれることがないため、スペーサ４０２との接触に伴う導波路２０１若しくは導波路３０１又はこれらの両方の損傷をより一層抑制することができる。

第１、第２の実施形態において、Ｓｉ光導波路素子３０に、光変調器、光受信器、光分波・合波器等の素子が集積されていてもよい。化合物光半導体素子２０として、分布帰還型（distributed feedback:ＤＦＢ）レーザや半導体増幅器等の素子が用いられてもよい。化合物光半導体素子２０として、レーザと変調器等の素子とが集積された光集積素子が用いられてもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す上面図である。

第３の実施形態に係る光半導体装置６００には、図６に示すように、基板１０と、導波路６０１を備えた基板１０上の化合物光半導体素子６０と、導波路６０１に光学的に結合した導波路７０１を備えた基板１０上のＳｉ光導波路素子７０と、化合物光半導体素子６０とＳｉ光導波路素子７０との間の充填剤４０と、が含まれる。充填剤４０には、樹脂からなる基材４０１と基材４０１中のスペーサ４０２とが含まれる。化合物光半導体素子６０のＳｉ光導波路素子７０側の端面６０２及びＳｉ光導波路素子７０の化合物光半導体素子６０側の端面７０７の両方にスペーサ４０２が接している。Ｓｉ光導波路素子７０には、更に、リング共振器７０２、導波路７０３、リング共振器７０４、導波路７０５及びループミラー７０６が含まれる。導波路６０１は第１の導波路の例であり、導波路７０１は第２の導波路の例である。例えば、化合物光半導体素子６０のＳｉ光導波路素子７０側の端面６０２は劈開面である。

Ｓｉ光導波路素子７０は、例えば反射型の波長可変フィルタである。リング共振器７０２とリング共振器７０４との間では、サイズが僅かに相違している。このため、リング共振器７０２とリング共振器７０４との間では、フリースペクトルレンジが僅かに相違している。Ｓｉ光導波路素子７０は、このようなリング共振器７０２及びリング共振器７０４の重ね合せによるバーニア効果を用いて任意の波長の光を選択的に反射する。リング共振器７０２及びリング共振器７０４の各導波路上にはヒータ電極が形成されており、温度変化によってリング共振器７０２及びリング共振器７０４の共振波長を変化させることができる。

化合物光半導体素子６０の端面６０２には無反射コーティングが施されており、反対側の端面は劈開面となっており、化合物光半導体素子６０は、Ｓｉ光導波路素子７０側から見て反射型の半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier：ＳＯＡ）となっている。化合物光半導体素子６０の導波路６０１の層構造は、ＭＱＷ活性層の利得を除き、導波路２０１の層構造と同様である。導波路６０１に含まれるＭＱＷ活性層は、例えば１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンド帯において利得を持つように構成されている。

第３の実施形態に係る光半導体装置６００では、Ｃバンド帯において広い利得範囲を持つ反射型のＳＯＡ（化合物光半導体素子６０）と反射波長可変フィルタ（Ｓｉ光導波路素子７０）とを組み合わせてレーザ共振器が構成されている。このため、Ｃバンド内の任意の波長でレーザ発振する波長可変レーザを実現することができる。

第３の実施形態では、化合物光半導体素子６０の端面６０２とマーカとの間に数μｍ程度のばらつきがあったとしても、端面６０２と端面７０７との間隔はスペーサ４０２の直径と一致する。このため、導波路６０１の光出射面と導波路７０１の光入射面との間隔を高精度で制御することができる。つまり、導波路方向における位置合わせを高精度で行うことができる。このため、低しきい値、高効率の波長可変レーザを実現することができる。

化合物光半導体素子６０の光出射面である端面６０２が劈開面であるため、エッチングにより加工された面と比較して、面粗さが小さく、無反射コーティングが容易である。従って、端面６０２の反射率を安定して低く抑えることができる。

図６に示すように、化合物光半導体素子６０とＳｉ光導波路素子７０との結合部における反射の影響を抑えるため、基板１０の表面に平行な面内において、導波路６０１は端面６０２に対して傾斜していることが好ましく、導波路７０１は平面視で端面７０７に対して傾斜していることが好ましい。このような構成により、結合部における反射光の影響をより一層抑えて、安定したレーザ発振を実現することが可能となる。導波路６０１の端面６０２に対する傾斜角度及び導波路７０１の端面７０７に対する傾斜角度は、各導波路から充填剤４０内へ出射したときの角度が一致するように各導波路の等価屈折率を考慮して調整する。

導波路が端面に対して傾斜している場合、一方の素子から出射された光が、他方の素子の端面内で到達する位置は、素子の間隔に応じて変化する。このため、素子の間隔が変動すると、一方の素子から出射された光の一部又は全部が他方の素子の導波路に入射しなくなることがある。本実施形態では、化合物光半導体素子６０とＳｉ光導波路素子７０と間隔の変動が抑制されるため、このような横方向における光線の位置ずれを抑制することができる。

第１〜第３の実施形態では、Ｓｉ光導波路素子３０又は７０が基板１０と一体化した構成を例示しているが、Ｓｉ光導波路素子３０又は７０を基板１０とは別に準備し、基板１０上に接合した構成を採用してもよい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
基板と、
第１の導波路を備えた前記基板上の化合物光半導体素子と、
前記第１の導波路に光学的に結合した第２の導波路を備えた前記基板上のＳｉ光導波路素子と、
前記化合物光半導体素子と前記Ｓｉ光導波路素子との間の充填剤と、
を有し、
前記充填剤は、
樹脂からなる基材と、
前記基材中のスペーサと、
を含み、
前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に前記スペーサが接していることを特徴とする光半導体装置。

（付記２）
前記スペーサが球状であることを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。

（付記３）
前記スペーサの直径が１０μｍ以下であることを特徴とする付記２に記載の光半導体装置。

（付記４）
前記基材の屈折率と前記スペーサの屈折率との差が、前記基材の屈折率の１０％以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記５）
前記基材の屈折率は前記Ｓｉ光導波路素子の導波路の等価屈折率に対してその差が１０％以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記６）
前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分は、当該端面の前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退していることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記７）
前記基板の表面に平行な面内において、前記第１の導波路は前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面に対して傾斜し、前記第２の導波路は前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面に対して傾斜していることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記８）
前記基材の材料は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂又はポリメタクリル酸メチル樹脂であり、
前記スペーサの材料は、ポリスチレン、アクリル又はシリカであることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記９）
第２の導波路を備えたＳｉ光導波路素子を基板上に設ける工程と、
前記第２の導波路に光学的に結合する第１の導波路を備えた化合物光半導体素子を、第１の端面が前記Ｓｉ光導波路素子を向くようにして、前記基板上に載置する工程と、
前記第１の端面と前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面との間に、樹脂からなる基材と、前記基材中のスペーサと、を含む充填剤を設ける工程と、
前記化合物光半導体素子を前記Ｓｉ光導波路素子側に移動させ、前記第１の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に前記スペーサが接した状態で前記基材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。

（付記１０）
前記スペーサが球状であることを特徴とする付記９に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１１）
前記スペーサの直径が１０μｍ以下であることを特徴とする付記１０に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１２）
前記基材の屈折率と前記スペーサの屈折率との差が、前記基材の屈折率の１０％以下であることを特徴とする付記９乃至１１のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１３）
前記基材の屈折率は前記Ｓｉ光導波路素子の導波路の等価屈折率に対してその差が１０％以下であることを特徴とする付記９乃至１１のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１４）
前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分は、当該端面の前記第１の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退していることを特徴とする付記９乃至１３のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１５）
前記基板の表面に平行な面内において、前記第１の導波路は前記第１の端面に対して傾斜し、前記第２の導波路は前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面に対して傾斜していることを特徴とする付記９乃至１４のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１６）
前記基材の材料は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂又はポリメタクリル酸メチル樹脂であり、
前記スペーサの材料は、ポリスチレン、アクリル又はシリカであることを特徴とする付記９乃至１５のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

１０：基板
２０、６０：光半導体素子
３０、７０：光導波路素子
４０：充填剤
１００、５００、６００：光半導体装置
２０１、３０１、６０１、７０１、７０３、７０５：導波路
２０２、３０２、６０２、７０７：端面
３０３：凹部
４０１：基材
４０２：スペーサ
７０２、７０４：リング共振器
７０６：ループミラー

Claims

基板と、
第１の導波路を備えた前記基板上の化合物光半導体素子と、
前記第１の導波路に光学的に結合した第２の導波路を備えた前記基板上のＳｉ光導波路素子と、
前記化合物光半導体素子と前記Ｓｉ光導波路素子との間の充填剤と、
を有し、
前記化合物光半導体素子は、その下面に設けられ、前記下面の全ては覆っていないバンプを介して、前記第１の導波路を備えた前記基板上に搭載されており、
前記充填剤は、
樹脂からなる基材と、
前記基材中のスペーサと、
を含み、
前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に少なくとも３個以上の前記スペーサが接しており、且つ、前記基材及び前記スペーサは、前記化合物光半導体素子の下面にも存在しており、
前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分には、当該端面の前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退した凹部が形成されており、前記第１の導波路の光出射面と前記第２の導波路の光入射面との距離は、前記スペーサの径と前記凹部の後退量との和に一致することを特徴とする光半導体装置。
前記スペーサが球状であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
前記スペーサの直径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置。
前記基材の屈折率と前記スペーサの屈折率との差が、前記基材の屈折率の１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
前記基材の屈折率は前記Ｓｉ光導波路素子の導波路の等価屈折率に対してその差が１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
前記基板の表面に平行な面内において、前記第１の導波路は前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面に対して傾斜し、前記第２の導波路は前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
第２の導波路を備えたＳｉ光導波路素子を基板上に設ける工程と、
前記第２の導波路に光学的に結合する第１の導波路を備えた化合物光半導体素子を、第１の端面が前記Ｓｉ光導波路素子を向くようにして、前記基板上に載置する工程と、
前記第１の端面と前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面との間に、樹脂からなる基材と、前記基材中のスペーサと、を含む充填剤を設ける工程と、
前記化合物光半導体素子を前記Ｓｉ光導波路素子側に移動させ、前記第１の端面及び前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の両方に少なくとも３個以上の前記スペーサが接した状態で前記基材を硬化させる工程と、
を有し、
前記化合物光半導体素子は、その下面に設けられ、前記下面の全ては覆っていないバンプを介して、前記第１の導波路を備えた前記基板上に搭載されており、
前記基材及び前記スペーサは、前記化合物光半導体素子の下面にも存在しており、
前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面の前記第２の導波路と交差する部分には、当該端面の前記化合物光半導体素子の前記Ｓｉ光導波路素子側の端面と接するスペーサが接する部分よりも後退した凹部が形成されており、前記第１の導波路の光出射面と前記第２の導波路の光入射面との距離は、前記スペーサの径と前記凹部の後退量との和に一致することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
前記スペーサが球状であることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置の製造方法。
前記スペーサの直径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置の製造方法。
前記基材の屈折率と前記スペーサの屈折率との差が、前記基材の屈折率の１０％以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
前記基材の屈折率は前記Ｓｉ光導波路素子の導波路の等価屈折率に対してその差が１０％以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
前記基板の表面に平行な面内において、前記第１の導波路は前記第１の端面に対して傾斜し、前記第２の導波路は前記Ｓｉ光導波路素子の前記化合物光半導体素子側の端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。