WO2022003794A1 - 集積型光デバイス - Google Patents

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WO2022003794A1
WO2022003794A1 PCT/JP2020/025577 JP2020025577W WO2022003794A1 WO 2022003794 A1 WO2022003794 A1 WO 2022003794A1 JP 2020025577 W JP2020025577 W JP 2020025577W WO 2022003794 A1 WO2022003794 A1 WO 2022003794A1
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butt
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優生 倉田
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日本電信電話株式会社
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    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon

Definitions

  • the present invention relates to an integrated optical device applicable to an optical communication system, and more particularly to an integrated optical device in which an optical circuit element having an optical waveguide and an optical functional element such as a photodiode or a laser diode are mounted.
  • PLC Planar Lightwave Circuit
  • an optical function such as a photodiode (hereinafter referred to as PD) that converts an optical signal into an electric signal and a laser diode (hereinafter referred to as LD) as a light emitting source is used.
  • the element is also mounted.
  • the PD and LD can be regarded as having an input / output structure of an optical waveguide.
  • Patent Document 1 a 45-degree mirror is provided in a part of a region of the waveguide, and a PD is mounted on the waveguide to vertically convert the light propagating in the optical waveguide into an optical path with the mirror. A method of optical coupling is adopted.
  • the device form in which the PLC and the optical functional element such as the PD are combined and mounted in this way is advantageous in terms of the miniaturization of the device and the degree of freedom in the design of the optical circuit.
  • the PLC has integrated optical circuit functions such as the combined and demultiplexing function of optical signals, and a plurality of arrayed optical functional elements are optically coupled and mounted to increase the number of channels.
  • Integrated devices are being developed.
  • PLCs and optical functional elements including a waveguide structure, such as PDs having a waveguide structure suitable for wideband and LDs having a wavelength tunable function have been used. Integration is required.
  • a UV (ultraviolet) curable adhesive is generally used.
  • a butt connection between an optical fiber and a PLC both are aligned.
  • the end face of the glass fiber block to which the optical fiber is fixed and the end face of the PLC are filled with a UV curable adhesive, and can be cured in a short time by irradiating with UV light. In such a case, it can be bonded more easily than the thermosetting adhesive. If it is possible to realize the integration of optical functional elements by Si or InP using a PLC optical circuit as a platform by using such a butt coupling method, it becomes possible to provide a more functional integrated optical device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration according to an example of a well-known integrated optical device 100A.
  • FIG. 1A is a plan view of the integrated optical device 100A as viewed from above.
  • FIG. 1B is a side sectional view of the integrated optical device 100A in the Ib-Ib line direction in FIG. 1A.
  • the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted, and the butted portion is filled with a UV curable adhesive and irradiated with UV light. , It is cured to form a joint portion 30A.
  • the PLC 10 is configured by providing an optical circuit on the upper surface of one main surface of the substrate 1 by laminating an underclad layer 2, a core layer 3, and an overcladed layer 4. Similarly, in the case of the optical functional element 20, an optical circuit is provided on the upper surface of the substrate 11 by laminating the underclad layer 12, the core layer 13, and the overclad layer 14.
  • the plate thickness of the PLC 10 is thicker than the plate thickness of the optical functional element 20. Further, the thickness of the optical circuit of the PLC 10 is also thicker than the thickness of the optical circuit of the optical functional element 20.
  • Si or InP is usually used as the material of the substrates 1 and 11.
  • the optical circuit of the PLC 10 is composed of a transparent quartz glass system in the wavelength region from the UV optical band to the near infrared band, whereas the substrate 1 has a wavelength from the UV optical band to the visible light band. Consists of materials that are not transparent to light in the region. The same applies to the optical circuit and the substrate 11 of the optical functional element 20 of the connection partner. That is, since the substrates 1 and 11 are not transparent to the light in the wavelength region from the UV optical band to the visible light band, the substrates 1 and 11 absorb the light rays in the wavelength region.
  • the integrated optical device 100A When the integrated optical device 100A is manufactured by butt coupling, materials that are not transparent to light in the wavelength region from the UV optical band to the visible light band are used as the substrates 1 and 11, and these are combined and coupled. In this case, after aligning the core layers 3 and 13 which are the optical waveguides of the optical circuit on the upper surfaces of the substrates 1 and 11, the end faces of the respective parts are filled with the UV curable adhesive. Then, by irradiating the UV light from the vertically upward direction, the space between the optical circuits and the spaces between the substrates 1 and 11 are adhesively fixed, and the coupling portion 30A can be formed.
  • FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration according to another example of the well-known integrated optical device 100B.
  • FIG. 2A is a plan view of the integrated optical device 100B as viewed from above.
  • FIG. 2B is a side sectional view of the integrated optical device 100B in the direction of line IIb-IIb in FIG. 2A.
  • the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted against each other, they are butted against the optical circuit side of the upper surfaces of the substrates 1 and 11, respectively.
  • the boards 15 and 16 having the same thickness are used.
  • a glass material that transmits UV light is used for the substrates 15 and 16, for example.
  • the butt portion is filled with a UV curable adhesive, irradiated with UV light, and cured to form a bonding portion 30B.
  • the substrates 15 and 16 are mounted on the upper surface of the optical circuit of the PLC 10 and the optical functional element 20, and the substrates 15 and 16 are combined and coupled.
  • the substrates 15 and 16 on the upper surface are also abutted at the same time when the PLC 10 and the optical functional element 20 are butt-coupled, and UV curing is applied to the end faces of each part. Fill the mold adhesive. Then, by irradiating the UV light from the diagonally upward direction, the space between the substrates 1 and 11, the space between the optical circuits, and the space between the substrates 15 and 16 are adhesively fixed, and the coupling portion 30B can be formed.
  • the region E2 shown in FIG. 2B becomes an extra occupied area used for mounting the substrate 16, and the substrate 16 is provided while providing a necessary empty area. It makes it difficult to implement. In other words, the occupied area for mounting the substrate 16 is an obstacle for securing a necessary free area. Further, it is not preferable to separately provide a dedicated area for mounting the substrate 16 because the size of the optical functional element 20 is increased and the degree of integration is lowered.
  • FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration according to still another example of the well-known integrated optical device 100C.
  • FIG. 3A is a plan view seen from the upper surface of the integrated optical device 100C.
  • FIG. 3B is a side sectional view of the integrated optical device 100C in the direction of line IIIb-IIIb in FIG. 3A.
  • the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted against each other, they are butted and coupled to the lower surface of the other main surface of the substrates 1 and 11, respectively.
  • Substrates 17 and 18 having the same plate thickness for holding are used. However, for the substrates 17 and 18, for example, a glass material that transmits UV light is used. Then, the butt portion is filled with a UV curable adhesive, irradiated with UV light, and cured to form a bonded portion 30C.
  • the integrated optical device 100C is manufactured by butt coupling
  • another substrates 17 and 18 are mounted on the lower surfaces of the substrates 1 and 11 in the PLC 10 and the optical functional element 20, and the substrates 17 and 18 are combined and coupled.
  • the substrates 17 and 18 on the lower surface are simultaneously abutted at the time of butt coupling between the PLC 10 and the optical functional element 20, and UV curing is applied to the end faces of each part. Fill the mold adhesive.
  • the spaces between the substrates 17 and 18, the space between the optical circuits, and the space between the substrates 1 and 11 are adhesively fixed, and the coupling portion 30C can be formed.
  • the integrated optical devices 100A and 100C in the case of the integrated optical devices 100A and 100C, sufficient adhesive strength cannot be obtained by forming the coupling portions 30A and 30C, so that it cannot be said to be an effective method from the viewpoint of long-term reliability. Further, in the case of the integrated optical device 100B, it is not easy to provide the substrate 16 for holding the coupling in the optical circuit on the upper surface of the substrate 11 of the optical functional element 20, and it is difficult to secure the empty area required for the optical circuit. It is not a preferable method because it becomes a factor.
  • An object of the embodiment according to the present invention is to provide an integrated optical device capable of easily realizing hybrid integration of optical functional elements using a PLC optical circuit as a platform and capable of butt-coupling optical waveguides with high accuracy. There is something in it.
  • one aspect of the present invention is a plane light wave circuit in which an optical circuit is provided on the upper surface of one main surface of a substrate, and light in which an optical circuit is provided on the lower surface of the other main surface of the substrate.
  • Integrated light having a functional element and an ultraviolet curable adhesive for abutting and coupling a planar light wave circuit and an optical functional element, and a coupling portion in which the optical waveguides of the optical circuit are aligned with each other.
  • a device which is provided on the upper surface of an optical circuit in a planar light wave circuit, includes a substrate for holding a butt bond that is abutted against the end face of an optical functional element and is subjected to bonding by an ultraviolet curable adhesive, and is provided in the planar light wave circuit.
  • the substrate and the substrate in the optical functional element are materials that do not transmit light in the wavelength range from the ultraviolet light band to the visible light band, and are an optical circuit in a planar light wave circuit, an optical circuit in an optical functional element, and a substrate for holding a butt coupling.
  • the optical waveguides are accurately butted against each other.
  • the structure is such that sufficient adhesive strength can be obtained.
  • (A) is a plan view seen from the upper surface of the integrated optical device.
  • (B) is a side sectional view of the integrated optical device in the Ib-Ib line direction in (a). It is a figure which showed the basic structure which concerns on another example of a well-known integrated optical device.
  • (A) is a plan view seen from the upper surface of the integrated optical device.
  • (B) is a side sectional view of the integrated optical device in the direction of line IIb-IIb in (a). It is a figure which showed the basic structure which concerns on still another example of a well-known integrated optical device.
  • (A) is a plan view seen from the upper surface of the integrated optical device.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a butt joint portion of the integrated optical device shown in FIG. (A) is a top view of the butt joint portion.
  • (B) is a side sectional view in the VIb-VIb direction in (a).
  • (C) is a plan view of a butt joint portion at the time of prealignment using a marker to a portion that does not hinder the propagation of light in the core layer.
  • the evaluation result of the adhesive strength due to the loss of optical coupling when the PDs are butted against each other and a force is applied in the horizontal direction to the coupling end face after measuring the light receiving sensitivity of PD for each channel is shown. It is a figure. It is a perspective view which showed the basic structure of the integrated optical device which concerns on Embodiment 3 of this invention from the diagonally upward direction.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing a butt joint portion of the integrated optical device shown in FIG. 8.
  • A is a top view of the butt joint portion.
  • B is a side sectional view in the IXb-IXb direction in (a).
  • C is a plan view of a butt joint portion at the time of alignment using a groove and a groove marker.
  • D is a plan view of a butt joint portion at the time of prealignment using a metal marker.
  • the evaluation result of the adhesive strength due to the loss of optical coupling when the PDs are butted against each other and a force is applied in the horizontal direction to the coupling end face after measuring the light receiving sensitivity of the PD for each channel is shown. It is a figure.
  • FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of the integrated optical device 100D according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a plan view of the integrated optical device 100D as viewed from above.
  • FIG. 4B is a side sectional view of the integrated optical device 100D in the IVb-IVb line direction in FIG. 4A.
  • the integrated optical device 100D is located on the optical circuit side of the upper surface of one main surface of the substrate 1 when the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted and coupled.
  • a substrate 19 for holding a butt bond that is mounted and fixed is used.
  • the substrate 19 for example, a glass material that transmits light in the wavelength region from the UV light band to the visible light band is used.
  • the optical functional element 20 is used by turning it over so that the lower surface of the other main surface of the substrate 11 is the upper surface, and the butt portion is filled with a UV curable adhesive and irradiated with UV light to be cured. It is configured by forming a connecting portion 30D.
  • the PLC 10 is also configured by providing an optical circuit on the upper surface of one main surface of the substrate 1 by laminating the underclad layer 2, the core layer 3, and the overcladed layer 4. Similarly, in the case of the optical functional element 20, an optical circuit is provided on the upper surface of the substrate 11 by laminating the underclad layer 12, the core layer 13, and the overclad layer 14.
  • the plate thickness of the PLC 10 is slightly thicker than the plate thickness of the optical functional element 20. Further, the thickness of the optical circuit of the PLC 10 is also thicker than the thickness of the optical circuit of the optical functional element 20.
  • Si or InP is usually used as the material of the substrates 1 and 11.
  • the integrated optical device 100D includes a substrate 19 for holding a butt bond, which is provided on the upper surface of the optical circuit in the PLC 10 and is abutted against the end face of the optical functional element 20 and used for bonding with a UV curable adhesive. ing.
  • the substrate 1 in the PLC 10 and the substrate 11 in the optical functional element 20 are materials that do not transmit light in the wavelength region from the UV optical band to the visible light band.
  • the optical circuit in the PLC 10, the optical circuit in the optical functional element 20, and the substrate 19 are transparent materials that transmit light in the wavelength region from the UV optical band to the visible light band.
  • the above-mentioned coupling portion 30D is formed in a state where a UV curable adhesive is filled between the optical circuit in the optical functional element 20 and the optical circuit in the PLC 10 and cured. Further, the coupling portion 30D is formed in a state where the same UV curable adhesive is filled and cured between the end face of the substrate 11 in the optical functional element 20 and the end face of the substrate 19 for holding the butt bond. Will be done.
  • the substrate 1 is such that the end surface of the optical circuit on the upper surface of the substrate 1 and the end surface of the substrate 19 for holding the butt coupling are flush with the output end surface of the optical circuit.
  • the substrate 19 is mounted on the upper surface of the above surface with an adhesive or the like.
  • the core layer 13 on which the optical waveguide of the optical circuit on the lower surface of the substrate 11 is formed and the core layer 3 on which the optical waveguide of the optical circuit on the upper surface of the substrate 1 of the PLC 10 is formed are both.
  • the layer surfaces of the core layers 3 and 13 are butted so as to be parallel to each other.
  • the end faces of the optical circuits of both the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted against each other for alignment.
  • the substrate 1 of the PLC 10 and the substrate 11 of the optical functional element 20 in the diagonal direction, the end surface of the substrate 19 for holding the butt coupling, the end surface of the optical circuit of the PLC 10, and the light of the optical functional element 20 are arranged.
  • the end face of the circuit and the end face of the substrate 11 are butted against each other.
  • this integrated optical device 100D a case where the coupling portion 30D is formed by curing using a UV curable adhesive after aligning the optical waveguides of an optical circuit in which the PLC 10 and the optical functional element 20 are butted against each other.
  • the structure is such that the optical waveguides are abutted against each other with high accuracy to obtain sufficient adhesive strength.
  • the optical circuit of the PLC 10 can be used as a platform to easily realize the hybrid integration of the optical functional elements 20, and the butt coupling between the optical waveguides with high accuracy becomes possible, so that the integrated optical device 100D can be provided at low cost.
  • PLC10 in PLC10, with reference to the upper surface of the substrate 1 made of Si that does not transmit UV to visible light, on the upper portion near the end surface of the substrate 1.
  • An optical functional element 20 and a core layer 3 for inputting / outputting signals are provided.
  • the substrate 19 is attached to the upper surface of the substrate 1 so that the end surface of the substrate 19 for holding the butt coupling that transmits from the UV optical band to the visible light band is the same as the input / output end surface of the optical circuit of the substrate 1. It is mounted and fixed by such means.
  • This configuration may be referred to as an optical circuit chip.
  • an optical circuit is provided on the lower surface of the substrate 11 made of Si or InP that does not transmit UV to visible light, and signals are input and output near the end surface of the optical circuit with the lower surface of the substrate 11 as a reference.
  • the core layer 13 is provided.
  • This configuration may be referred to as an optical functional element chip.
  • the core layer 3 of the optical circuit chip and the core layer 13 of the optical functional element chip align the cores of the optical waveguide with each other via the end faces of both chips so that the layer surfaces of the core layers 3 and 13 of both chips are parallel to each other. do.
  • the substrate 1 of the optical circuit chip and the substrate 11 of the optical functional element chip are arranged diagonally with respect to the layer surfaces of the core layers 3 and 13.
  • the end face of the substrate 19 for holding the butt bond and the end face of the substrate 11 of the optical functional element chip are arranged to face each other at the butt bond end face.
  • the UV-curing side adhesive filled between the butt-bonding end faces may be cured by the UV light transmitted through the substrate 19 to form the bonding portion 30D. This makes it possible to increase the bonding area and butt-bond the two chips with increased bonding strength without providing a fixing substrate on the side of the optical functional element 20.
  • a substrate 19 for holding a butt bond that transmits a UV optical band to a visible light band is provided on the upper surface of the PLC 10, and the substrates 1 and 11 are formed by the core layers 3 and 13 at the time of butt coupling. Arranged diagonally on the layer surface.
  • the adhesive area can be increased and the adhesive strength can be increased without providing a fixing substrate on the optical functional element 20, the number of parts and man-hours can be suppressed, and the design of the optical functional element 20 is changed. There is no need. Further, it is desirable from the viewpoint of long-term reliability because the amount of the adhesive that does not transmit UV light and remains uncured can be significantly reduced. As a result, the butt coupling between the optical circuit chip and the optical functional element chip can be easily realized.
  • a thin film of SiO 2 is formed on the upper surface of the substrate 1 of Si as an underclad layer 2 having a film thickness of about 20 ⁇ m, and Ge or the like is used as a dopant, and a thin film of SiO 2 having a higher refractive index than the cladding.
  • the film thickness 3 ⁇ 10 [mu] m a thin film of SiO 2 is a film thickness of about 20 ⁇ m deposited as an over-cladding layer 4 as the core layer 3.
  • the basic structure of the PLC10 in which the optical circuit of the PLC10 is provided on the upper surface of the Si substrate 1 is applied.
  • the film thickness several hundreds nm thin film of Si as the core layer 13, the SiO 2 can be exemplified.
  • the basic configuration of the optical functional element 20 in which the optical circuit of Si photonics is provided on the lower surface of the Si substrate 11 is applied.
  • the substrate 11 is assimilated with the underclad layer 12, the compound semiconductor is several hundred nm as the core layer 13, and the thin film of SiN or SiO 2 is used as the InP or passivation.
  • the case where it is deposited as the overclad layer 14 can be exemplified.
  • the core layer 13 formed in the end face region of the substrate 11 is assumed to be an optical waveguide for input / output of optical signals, and is optically coupled in a mode field on the end face.
  • a UV curable adhesive is filled between the optical circuit in the optical functional element 20 and the optical circuit in the PLC 10, and between the end face of the substrate 11 in the optical functional element 20 and the end face of the substrate 19 for holding a butt bond. Ru.
  • the bonded portion 30D is formed in the cured state of the UV curable adhesive.
  • the thickness of the substrate 19 is equal to or greater than the thickness of the substrate 11 in order to increase the strength of adhesive fixing with the optical functional element 20. That way, the UV light can be sufficiently reached to the UV curable adhesive, and the filling state of the UV curable adhesive can be confirmed.
  • quartz glass which is a glass material, as a transparent material that transmits from the UV light band to the visible light band.
  • the thickness of the UV curable adhesive is controlled by the photobonding efficiency and the adhesive curing conditions, and the UV curing is filled between the end face of the optical circuit on the upper surface of the substrate 1 and the end face of the optical functional element 20. It is preferable that the thickness of the mold adhesive can be adjusted. For this purpose, it is desirable to install so that the adhesive end surface of the optical circuit on the upper surface of the substrate 1 and the adhesive end surface of the optical circuit on the lower surface of the substrate 11 are flush with each other.
  • the alignment is roughly performed by observing the image as a preliminary step.
  • the substrates 1 and 11 are arranged diagonally to the layer surface formed by the core layers 3 and 13. Therefore, in the alignment of the core layers 3 and 13, it is necessary to install an additional device such as an optical circuit and a camera for observing not only from the upper surface of the substrates 1 and 11 but also from the lower surface.
  • an additional device such as an optical circuit and a camera for observing not only from the upper surface of the substrates 1 and 11 but also from the lower surface.
  • the camera on the lower surface interferes with the coupling of the small optical functional element 20 and the PLC 10.
  • the alignment marker may be provided at a position that does not hinder the propagation of light in the core layers 3 and 13 in which the optical waveguide is formed on the butt-coupled end face of the optical circuit of the PLC 10 and the optical circuit of the optical functional element 20. Then, it may be observed through the substrate 19 from an oblique direction with respect to the perpendicularity of the surface of the substrate 1 of the optical circuit of the PLC 10. This makes it easy to achieve alignment without the need to add a camera.
  • the core layers 3 and 13 have a width of about several microns, it is difficult to align them accurately by camera observation. However, if a marker having a size larger than that of the core layers 3 and 13 is separately provided near the joint end face. , It will be easier to observe with a camera.
  • Such a marker structure can be introduced into the PLC 10 and the optical functional element 20 without requiring an additional step if it is provided at a position that does not hinder the propagation of light except for the optical waveguide (core) of the core layers 3 and 13.
  • a layer made of SiO 2 to which a dopant is added in Si photonics of an optical circuit, a layer made of Si, and in InP, a compound semiconductor is targeted.
  • Si photonics of an optical circuit a layer made of Si, and in InP, a compound semiconductor is targeted.
  • the upper surface of the core layers 3 and 13 is obliquely observed instead of the end surfaces of the core layers 3 and 13. It becomes possible to observe. According to these observations, the core layers 3 and 13 are observed to have a thickness due to the extension of the core layers 3 and 13 in the horizontal direction of the substrates 1 and 11, so that the visibility of the core layers 3 and 13 is improved. ..
  • the refractive index difference between the core layer 3 and the under cladding layer 2 and the over cladding layer 4 Is relatively small.
  • the contrast may be low and the outline of the structure may appear blurry.
  • the optical functional element 20 when observing the horizontal depth direction of the substrate 11 of the core layer 13 from an angle, the length in the depth direction is limited by the thickness of the underclad layer 12. In such a case, in order to perform more accurate alignment, it is desirable to provide a marker near the butt joint end face by patterning a metal on the upper surface of the overclad layer 14.
  • the substrates 1 and 11 it is possible to align the substrates 1 and 11 in the horizontal direction with high accuracy.
  • the depth of this groove is a value obtained by adding the thickness of the overclad layer 14 on the optical circuit side to the thickness of half the thickness of the core layer 13, in the structure of the butt coupling, the end face of the optical functional element 20
  • the bottom surface of the groove corresponds to the overclad layer 14 of the optical circuit. Therefore, the visibility in camera observation is improved, and the vertical alignment of the substrate 11 can be performed with high accuracy.
  • the groove on the end face of the optical functional element 20 makes it possible to prevent the adhesive from flowing out to the surface of the optical functional element 20 when the UV curable adhesive is applied to the butt-bonded end face. Stable adhesive fixing can be performed.
  • the optical circuits that transmit the UV optical band to the visible light band provided on the upper surfaces of the substrates 1 and 11 are connected to each other by using the substrate 19 that transmits the UV optical band to the visible light band provided on the upper surface of the PLC 10. Butt-coupled and hybrid-accumulated.
  • the upper surfaces of the substrates 1 and 11 on the end faces of the optical circuits are flush with the end faces of the core layers 3 and 13 of the optical circuit so that the end faces of the substrates 19 for holding the butt coupling are the same.
  • a UV curable adhesive is filled in the direction of the above to form a bonding portion 30D.
  • the layers of the core layers 3 and 13 of each optical circuit are aligned via the end faces of the optical circuit chip and the optical functional element chip so that the layer surfaces are parallel to each other.
  • the substrate 1 and the substrate 11 are arranged diagonally with respect to the layer surface formed by the core layers 3 and 13, the end surface of the substrate 19 and the end surface of the substrate 11 are arranged so as to face each other as a butt joint end surface.
  • This makes it possible to cure the UV-curing side adhesive filled between the butt-bonded end faces by the UV light transmitted through the substrate 19 to form the bonding portion 30D.
  • the integrated optical device 100D can be obtained by improving the adhesive strength and butt-coupling with high accuracy without providing an additional fixing substrate or a mounting area on the side of the optical functional element 20.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the basic configuration of the integrated optical device 100E according to the second embodiment of the present invention from an obliquely upward direction.
  • the integrated optical device 100E is different from the integrated optical device 100D in that the PD20A is used for the optical functional element 20. Further, regarding the PLC 10, the optical input unit 10 IN and the optical output unit 10 OUT related to the core layer 3 are shown, and the substrate 19 is also provided on the upper surface of the optical circuit. Further, regarding PD20A, an input optical waveguide section 20A IN and a photoelectric conversion section 20Aa by Ge are shown. Also in this integrated optical device 100E, the UV curable adhesive is filled between the optical circuit in the PD 20A and the optical circuit in the PLC 10 and between the end face of the substrate 11 and the end face of the substrate 19 in the PD 20A. As a result, the bonded portion 30D is formed in the cured state of the UV curable adhesive.
  • a silicon substrate 1 having a size of 5 mm in length and 10 mm in width and a plate thickness of 1 mm was used. Then, on the upper surface of the substrate 1, the underclad layer 2 of SiO 2 has a layer thickness of 20 ⁇ m, the core layer 3 of SiO2 having a core width of 4.5 ⁇ m has a film thickness of 4.5 ⁇ m, and the overclad layer 4 of SiO 2 has a layer thickness of 15.5 ⁇ m. It was laminated so as to be.
  • the optical circuit configured in this way may be called a PLC chip.
  • an optical waveguide formed by the core layer 3 is formed so that the difference in refractive index between the core of the core layer 3 and the overclad layer 4 and the underclad layer 2 is 2.0%.
  • the PLC 10 light is input from the optical input unit 10 IN by the core layer 3 of the optical waveguide provided on the one short side side, and the light propagating through the core layer 3 is viewed from the optical input unit 10 IN , which is the opposite of the optical circuit chip.
  • the light is output from the optical output unit 10 OUT formed on the short side of the above. That is, here, 4ch optical waveguides are provided at a pitch of 250 ⁇ m, and an S-shaped optical waveguide structure is provided in each path from the optical input unit 10 IN to the photoelectric conversion unit 20Aa of the PD 20A.
  • a substrate 11 made of Si having a size of 1.5 mm in length and 1.5 mm in width and a plate thickness of 0.625 mm was used. Then, on the lower surface of the substrate 11, the underclad layer 12 of SiO 2 has a film thickness of 3.0 ⁇ m, the core layer 3 of Si having a core width of 0.5 ⁇ m has a film thickness of 0.22 ⁇ m, and the overclad layer 14 of SiO 2 has a film thickness of 1. They were laminated so as to have a thickness of .5 ⁇ m.
  • the optical circuit configured in this way may also be called a Si photonics chip.
  • a spot size converter is used for the input optical waveguide section 20A IN , and its mode field diameter (MFD: the total width at which the intensity is 1 / e 2 in the light intensity distribution) is in the vertical and horizontal directions of the PD 20A. Each is 3 ⁇ m.
  • MFD the total width at which the intensity is 1 / e 2 in the light intensity distribution
  • Each is 3 ⁇ m.
  • the light input from the input optical waveguide unit 20A IN propagates through the core layer 13 and is converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 20Aa.
  • the light receiving sensitivity of the PD20A alone, excluding the photobonding loss, is 1.0 A / W at a wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • the substrate 19 for holding the butt bond is made of synthetic quartz as a glass material having a length of 3 mm, a width of 2 mm, and a plate thickness of 0.7 mm so that the end face is flush with the end face for optical output of the PLC 10. , Is fixed to the upper surface of the PLC 10 with an adhesive. By making the plate thickness of the substrate 19 thicker than the plate thickness of the substrate 11 of the PD 20A, the entire end face of the PD 20A can be adhered, and the adhesive strength can be improved.
  • the butt coupling of the PD 20A to the PLC 10 provided with the substrate 19 is arranged so that the substrate 1 of the PLC 10 and the substrate 11 of the PD 20A are diagonal to the layer surface of the core layer 3 of the PLC 10 and the core layer 13 of the PD 20A. do. After that, the butt joint end faces of the PLC 10 and the PD 20A are observed from above and below for pre-alignment. Further, the positions of the output light from the core layer 3 of the PLC 10 and the input light to the core layer 13 of the PD 20A are accurate so that the light receiving sensitivity of the PD 20A is maximized with respect to the light output from the optical output unit 10 OUT of the PLC 10. Precisely align to match. At this time, it is effective to perform the alignment in the observation direction in the diagonally upward direction through the substrate 19.
  • the fixation of the butt bond between the PLC 10 and the PD 20A is close to the refractive index of the core layer 3 of the PLC 10 and the underclad layer 2 and the overcladed layer 4, and is connected to the PLC10 with a transparent UV curable adhesive in the infrared region.
  • UV light is irradiated from diagonally upward through the substrate 19 to cure the adhesive and form the bonded portion 3D.
  • UV light can be applied to the entire surface of the butt-bonded end face of the PD20A, and the UV curable adhesive can be sufficiently cured, and the UV curable adhesive can be sufficiently cured.
  • the surface of the substrate 19 as an observation path is a polished surface so that the UV light band to the visible light band are transparent and the butt joint end face can be observed.
  • the input / output end face of the PD 20A is provided with an antireflection film having a refractive index corresponding to the refractive index of the UV curable adhesive to be filled.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a butt joint portion of the integrated optical device 100E.
  • FIG. 6A is a top view of the butt joint portion.
  • 6 (b) is a side sectional view in the VIb-VIb direction in FIG. 6 (a).
  • FIG. 6 (c) is a plan view of the butt joint portion at the time of prealignment using a marker to a portion of the core layers 3 and 13 that does not interfere with the propagation of light.
  • FIG. 6A At least the vicinity of the input / output end surface of the core layer 3 in the PLC 10 and the vicinity of the input / output end surface of the core layer 13 in the PD 20A for alignment at the time of matching.
  • An Au marker M is provided.
  • FIG. 6B if observation is performed from diagonally above through the substrate 19 and adjustments are made so that the patterns of the markers M match, prealignment can be performed without the need to prepare a camera for observation from below. Can be done.
  • FIG. 6 (c) By observing the butt joint end faces from diagonally upward, as shown in FIG. 6 (c), the pattern in the depth direction of the optical waveguide of the core layer 13 can be observed through the underclad layer 12 of the PD 20A.
  • the pattern of the marker M is a vernier pattern
  • the width of the constituent scale is 10 ⁇ m
  • the step of the vernier is 0.5 ⁇ m
  • the optical waveguide (core) width of the core layer 13 of the PD20A is 0.5 ⁇ m (or less).
  • the marker M has a size that is easy to observe even with a camera. As a result, the pre-alignment can be performed with high accuracy in combination with the alignment by the vernier.
  • the alignment marker M in the vicinity of the butt joint end face in the PLC 10 and the PD 20A in order to improve the alignment accuracy. In this way, the integrated optical device 100E was manufactured.
  • FIG. 7 shows the adhesive strength due to the loss of optical coupling [dB] when the light receiving sensitivity of PD20A is measured for each channel in the integrated optical device 100E and then the PD20A is butted and a force is applied in the horizontal direction to the coupling end face. It is a figure which showed the evaluation result.
  • light having a wavelength of 1.55 ⁇ m is input to the PLC 10 by an optical fiber to the integrated optical device 100E, and the light receiving sensitivity of the PD 20A optically coupled via the coupling portion 30D at the butt coupling end face is measured for each channel. The result is shown.
  • the substrate 19 for holding the butt-bonding that transmits UV light is used on the optical circuit side of the upper surface of the substrate 1.
  • the PD20A is used by turning it over so that the lower surface of the substrate 11 is the upper surface, and the butt joint portion is filled with a UV curable adhesive, irradiated with UV light, and cured to form the joint portion 30D. It is composed. That is, when forming the coupling portion 30D by curing using the UV curable adhesive after aligning the optical waveguides of the optical circuit by butting the PLC10 and PD20A, the optical waveguides are accurately butted against each other to have sufficient adhesive strength.
  • the integrated optical device 100E that can easily realize hybrid integration of PD20A by using the optical circuit of PLC10 as a platform and can butt-coupling optical waveguides with high accuracy at low cost.
  • the coupling portion 30D is formed after alignment using the alignment marker M provided near the butt joint end face of each optical device. Therefore, in the integrated optical device 100E, optical coupling is performed more stably and with high accuracy than in the case of the integrated optical device 100D of the first embodiment, and low-loss optical coupling characteristics can be obtained.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the basic configuration of the integrated optical device 100F according to the third embodiment of the present invention from an obliquely upward direction.
  • the integrated optical device 100F is different from the integrated optical device 100C in that PD20B is used for the optical functional element 20. Further, regarding the PLC 10, the optical input unit 10 IN and the optical output unit 10 OUT related to the core layer 3 are shown, and the substrate 19 is also provided on the upper surface of the optical circuit. Further, regarding PD20B, an input optical waveguide section 20B IN and a photoelectric conversion section 20Ba by Ge are shown. That is, it is substantially the same in appearance and configuration as compared with the integrated optical device 100E.
  • the UV curable adhesive is filled between the optical circuit in the PD 20B and the optical circuit in the PLC 10 and between the end face of the substrate 11 and the end face of the substrate 19 in the PD 20B.
  • the bonded portion 30D is formed in the cured state of the UV curable adhesive.
  • the markers applied to each device at the time of fabrication leading to the butt coupling are different.
  • This marker can be exemplified as a metal marker such as Al formed by processing a metal layer provided on the upper surface of an optical circuit in PLC10 and an optical circuit in PD20B. Further, a groove provided in the direction perpendicular to the surface of the substrate 11 of the PD20B is used for alignment, which will be described later.
  • a silicon substrate 1 having a size of 5 mm in length and 10 mm in width and a plate thickness of 1 mm was used. Then, on the upper surface of the substrate 1, the underclad layer 2 of SiO 2 has a layer thickness of 20 ⁇ m, the core layer 3 of SiO 2 having a core width of 4.5 ⁇ m has a film thickness of 4.5 ⁇ m, and the overclad layer 4 of SiO 2 has a layer thickness of 15. They were laminated so as to have a thickness of 5 ⁇ m.
  • the optical circuit configured in this way may be called a PLC chip.
  • an optical waveguide formed by the core layer 3 is formed so that the difference in refractive index between the core of the core layer 3 and the overclad layer 4 and the underclad layer 2 is 2.0%.
  • the PLC 10 light is input from the optical input unit 10 IN by the core layer 3 of the optical waveguide provided on the one short side side, and the light propagating through the core layer 3 is viewed from the optical input unit 10 IN , which is the opposite of the optical circuit chip. The light is output from the optical output unit 10 OUT formed on the short side of the above.
  • 4ch optical waveguides are provided at a pitch of 250 ⁇ m, and an S-shaped optical waveguide structure is provided in each path from the optical input unit 10 IN to the photoelectric conversion unit 20Ba of the PD 20B.
  • a marker M for alignment is provided near the input / output end faces of the core layers 3 and 13, but in the integrated optical device 100F, a metal marker MM in which Au is patterned is provided on the surface of the PLC 10. ..
  • a substrate 11 made of Si having a size of 1.5 mm in length and 1.5 mm in width and a plate thickness of 0.625 mm was used. Then, on the lower surface of the substrate 11, the underclad layer 12 of SiO 2 has a film thickness of 3.0 ⁇ m, the core layer 3 of Si having a core width of 0.5 ⁇ m has a film thickness of 0.22 ⁇ m, and the overclad layer 14 of SiO 2 has a film thickness of 1. They were laminated so as to have a thickness of .5 ⁇ m.
  • the optical circuit configured in this way may also be called a Si photonics chip.
  • the spot size converter is used to input optical waveguide portion 20B IN, its mode field diameter (MFD: full width of intensity by the light intensity distribution becomes 1 / e 2), the vertical PD 20B, and in a horizontal direction Each is 3 ⁇ m.
  • MFD full width of intensity by the light intensity distribution becomes 1 / e 2
  • the light input from the input optical waveguide unit 20B IN propagates through the core layer 13 and is converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 20Ba.
  • the light receiving sensitivity of the PD20B alone, excluding the photobonding loss, is 1.0 A / W at a wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • a metal marker MM in which Al is patterned is also provided on the surface of the PD 20B, and its position corresponds to the alignment with the PLC 10.
  • the reason why the Au metal marker MM is provided on the surface of the PLC10 and the Al metal marker MM is provided on the surface of the PD20B is that Au is rarely used in the Si manufacturing process because Au is expensive, and Al is generally used. This is because it is used as a target.
  • a groove V is provided in the direction perpendicular to the surface of the PD20B, and the groove V is exposed on the input end surface of the PD20B.
  • the depth of the groove V reaches the internal region of the substrate 11 of the PD 20B.
  • the position of the groove V coincides with the groove marker MV provided on the upper surface of the substrate 1 of the PLC 10 in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1. This structure corresponds to the alignment in the height direction.
  • the groove V is provided so as to reach the upper region of the end surface of the substrate 1 in the butt-bonded state.
  • the depth of the groove V matches the height from the center of the core layer 3 of the PLC 10 to the upper surface of the overclad layer 4 and the depth from the center of the core layer 13 of the PD 20B to the internal region of the substrate 11 on the bottom surface of the groove V. It is processed by dry etching so that it does.
  • the substrate 19 for holding the butt bond is made of synthetic quartz as a glass material having a length of 5 mm, a width of 2 mm, and a plate thickness of 0.7 mm, and the butt bond end face is the same as the light output end face of the PLC 10. As described above, it is mounted and fixed on the upper surface of the PLC 10 with an adhesive or the like.
  • the butt coupling of the PD 20B to the PLC 10 provided with the substrate 19 is arranged so that the substrate 1 of the PLC 10 and the substrate 11 of the PD 20B are diagonal to the layer surface of the core layer 3 of the PLC 10 and the core layer 13 of the PD 20B. do. After that, the butt joint end face of the PLC 10 and the PD 20B is observed from diagonally above the PLC 10 and prealigned. Further, the positions of the output light from the core layer 3 of the PLC 10 and the input light to the core layer 13 of the PD 20B are accurate so that the light receiving sensitivity of the PD 20B is maximized with respect to the light output from the optical output unit 10 OUT of the PLC 10. Precisely align to match. At this time, it is effective to perform the alignment in the observation direction in the diagonally upward direction through the substrate 19.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the butt joint portion of the integrated optical device 100F.
  • FIG. 9A is a top view of the butt joint portion.
  • 9 (b) is a side sectional view in the IXb-IXb direction in FIG. 9 (a).
  • FIG. 9C is a plan view of the butt joint portion at the time of alignment using the groove V and the groove marker MV.
  • FIG. 9D is a plan view of the butt joint portion at the time of prealignment using the metal marker MM.
  • the difference in refractive index between the core layer 3 and the underclad layer 2 and the overcladed layer 4 is small. Therefore, when observing the marker M provided on the core layer 3, the core layer 3, the underclad layer 2 and the overcladed layer 4 are observed. There is a problem that the contrast of the interface with and is small and the resolution is low. Therefore, as shown in FIG. 9A, by providing the metal marker MM on the surface of the PLC10, the pattern of the metal marker MM can be clearly confirmed. Therefore, in order to perform more accurate alignment. , It is desirable to provide a metal marker MM.
  • the metal marker MM is near the input / output end surface of the core layer 13, the pattern of the metal marker MM in the depth direction of the core layer 13 can be confirmed through the overclad layer 14.
  • the metal marker MM is present on the surface of the PD20B, as shown in FIG. 9B, the metal is transmitted through the thickness of the overclad layer 14 in addition to the underclad layer 12 in the diagonally upward observation direction. You can check the pattern of the marker MM. Therefore, it is desirable to provide the metal marker MM on the surface of the PD 20B because the depth direction can be visually recognized and the pattern of the metal marker MM can be easily confirmed. By observing the butt joint end faces from diagonally upward, as shown in FIG.
  • the pattern in the depth direction of the optical waveguide (core) of the core layer 13 can be observed through the underclad layer 12 of the PD 20B. .. If the pattern of the metal marker MM is a vernier pattern, the width of the constituent scale is 10 ⁇ m, and the step of the vernier is 0.5 ⁇ m, the metal marker MM has a size that is easy to observe with a camera. As a result, prealignment can be performed with high accuracy in combination with the effect of providing the metal marker MM.
  • the groove V provided in the PD 20B and the groove marker MV provided in the PLC 10 are used in the direction perpendicular to the surfaces of the substrates 1 and 11 (height direction). ) Alignment can also be made highly accurate.
  • the depth of the designed groove V is designed by aligning the bottom surface of the groove V of the PD 20B through the substrate 19 from diagonally upward so that the groove marker MV provided on the surface of the overclad layer 4 of the PLC 10 matches. Alignment in the direction perpendicular to the butt joint end faces of the substrates 1 and 11 along the ridge is possible.
  • the depth of the groove of the PD 20B is set to match the surface of the overclad layer 4 of the PLC 10, but any pattern may be used as long as it is provided so as to be in contact with the input / output end face of the PLC 10 and can be visually recognized. That is, it is premised that the positions of the core layers 3 and 13 of the PD 20B and the PLC 10 are almost the same at the time of pre-alignment. Then, the depth of the groove of the PD 20B coincides with the dimension in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 from the center of the core layer 3 of the PLC 10 to the pattern provided on the surface of the PLC 10 so that the core layer 13 of the PD 20B has a depth. It suffices if the dimension in the direction perpendicular to the surface of the substrate 11 from the center of the groove V to the bottom surface of the groove V is set.
  • the groove V leads to the butt joint end face of PD20B.
  • this arrangement there is an effect of suppressing the formation of a large adhesive fillet at the connection portion on the surface of the PD20B due to the UV curable adhesive introduced between the end faces. In this way, the integrated optical device 100F was manufactured.
  • FIG. 10 shows the adhesive strength due to the loss of optical coupling [dB] when the light receiving sensitivity of PD20B is measured for each channel in the integrated optical device 100F and then the PD20B is butted and a force is applied in the horizontal direction to the coupling end face. It is a figure which showed the evaluation result.
  • light having a wavelength of 1.55 ⁇ m is input to the PLC 10 by an optical fiber to the integrated optical device 100F, and the light receiving sensitivity of the PD 20B optically coupled via the coupling portion 30D at the butt coupling end face is measured for each channel. The result is shown.
  • the substrate 19 is subjected to butt coupling with the end face of the PD 20B in a state of being mounted on the upper surface of the substrate 1 in the PLC 10.
  • the substrate 1 of the PLC 10 and the substrate 11 of the PD 20B are paired with respect to the layer surface of the optical waveguides (core layers 3 and 13) formed by the optical waveguide of the optical circuit of the PLC 10 and the optical waveguide of the optical circuit of the PD 20B at the time of butt coupling. Arranged so as to make a corner.
  • the metal marker MM and the groove marker MV are used for alignment at the butt joint end face of the PLC10 and the PD20B on which the substrate 19 is mounted.
  • the coupling portion 30D is formed by curing the UV curable adhesive after alignment by inputting light from the outside after performing alignment.
  • the substrate 19 for holding the butt-bonding that transmits UV light is used on the optical circuit side of the upper surface of the substrate 1.
  • the PD20B is used by turning it over so that the lower surface of the substrate 11 is the upper surface, and the butt portion is filled with a UV curable adhesive, irradiated with UV light, and cured to form a bonded portion 30D.
  • a UV curable adhesive irradiated with UV light
  • the optical waveguides are accurately butted against each other to have sufficient adhesive strength.
  • the integrated optical device 100F has a structure that can be obtained.
  • the metal marker MM for alignment applied to the surface near the butt joint end face of each optical device is used for pre-alignment.
  • the groove V provided in the PD 20B and the groove marker MV facing the groove V of the PLC 10 are used to perform alignment in the height direction to form the coupling portion 30D. Therefore, in the integrated optical device 100F, optical coupling is performed more stably and with high accuracy than in the case of the integrated optical device 100E of the second embodiment, and low-loss optical coupling characteristics can be obtained.

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Abstract

ＰＬＣ（１０）の光回路をプラットフォームとし、光機能素子（２０）のハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能な集積型光デバイス（１００Ｄ）は、ＰＬＣ（１０）の基板（１）の上面の光回路側にＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させる突き合わせ結合保持用の基板（１９）を用いている。そして、ＰＤ（２０）における光回路とＰＬＣ（１０）における光回路との間、及びＰＤ（２０）における基板（１１）の端面と基板（１９）の端面との間に対して、ＵＶ硬化型接着剤を充填する。これにより、基板（１９）を透過したＵＶ光によって突き合わせ結合端面間に充填されたＵＶ硬化側接着剤を硬化させ、結合部（３０Ｄ）を形成することが可能になる。

Description

集積型光デバイス
　本発明は、光通信システムに応用可能な集積型光デバイスに関し、詳しくは光導波路を有する光回路素子とフォトダイオードやレーザーダイオード等の光機能素子とを実装した集積型光デバイスに関する。
　近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光回路を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、石英系の平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下、ＰＬＣとする）が知られている。ＰＬＣは、低損失、高信頼性、及び高い設計自由度といった優れた特徴を有する導波路型光デバイスであり、光通信伝送端における伝送装置には、実際に合分波器や分岐・結合器等の機能を集積したＰＬＣが搭載されている。
　また、伝送装置内には、ＰＬＣ以外の光デバイスとして、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（以下、ＰＤとする）や発光源としてのレーザーダイオード（以下、ＬＤとする）等の光機能素子も搭載されている。尚、ＰＤ及びＬＤは、光導波路の入出力構造を有するものとみなせる。また、更なる通信容量の拡大を目的として光信号処理を行うＰＬＣ等の光導波路と光電変換を行うＰＤ等の光デバイスとを集積した高機能な集積型光デバイスの実現が求められている。
　このような集積型光デバイスのプラットフォームとして、ＰＬＣは有望であり、ＰＤチップとＰＬＣチップをハイブリッドに集積した光導波路部品及びその作製方向も提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１では、導波路の一部の領域に４５度ミラーを設け、その導波路上にＰＤを実装することで、光導波路を伝搬する光をミラーで垂直に光路変換し、ＰＤとの光結合を行う方法が採用されている。
　このようにＰＬＣとＰＤ等の光機能素子とを組み合わせて実装するデバイス形態は、デバイスの小型化、及び光回路の設計自由度の面で利点である。また、通信容量の拡大を目的とし、光信号の合分波機能等の光回路機能を集積したＰＬＣと、アレイ化した複数の光機能素子とを光結合・実装することにより、多チャネル化した集積デバイスが開発されている。更に、近年では、より高速化や高機能化を図る目的で、広帯域化に適した導波路構造を有するＰＤや波長可変機能を有するＬＤ等、導波路構造を含んだ光機能素子とＰＬＣとの集積化が求められている。
　係るデバイス形態において、例えばＰＬＣと光機能素子とのそれぞれの入出力導波路を突き合わせて結合することを想定した場合、導波路同士を固定する必要がある。このとき、導波路間の距離を完全にゼロにすることは、加工誤差や実装誤差により困難であるため、実際には導波路から光が空間に出射され、光のビームが対となる導波路に入射されるようにして光結合が行われる。
　ところが、回折により出射ビームが拡がるため、出射ビームと入力側導波路の伝搬光のモードフィールドとの重なりが減少して損失が発生すると共に、導波路端面と空間との屈折率差により反射が生じて損失が発生する。これにより、屈折率がそれぞれの導波路に近く、且つ近赤外光に透明な媒質を用いて空間を充填することが損失を低減させるために必要になる。
　そこで、一般的に用いられているのがＵＶ（紫外線）硬化型接着剤であり、例えば光ファイバとＰＬＣとの突き合わせ接続では、双方の調心を行う。この後、光ファイバを固定したガラス製のファイバブロックの端面とＰＬＣの端面とにＵＶ硬化型接着剤を充填し、ＵＶ光で照射すれば短時間で硬化させることができる。こうした場合、熱硬化型接着剤よりも簡便に接着することができる。このような突き合わせ結合方法を用いて、ＰＬＣの光回路をプラットフォームとして、Ｓｉ又はＩｎＰによる光機能素子の集積を実現できれば、より機能的な集積型光デバイスを提供することが可能になる。
　しかしながら、実際には突き合わせ結合方法を適用し、ＰＬＣの光回路をプラットフォームとして、光機能素子を集積して集積型光デバイスを作成する場合には、幾つかの問題が生じる。
　図１は、周知の集積型光デバイス１００Ａの一例に係る基本構成を示した図である。図１（ａ）は、集積型光デバイス１００Ａの上面から観た平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩｂ－Ｉｂ線方向における集積型光デバイス１００Ａの側面断面図である。
　図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すれば、集積型光デバイス１００Ａは、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とを突き合わせ、突き合わせ部分にＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ａを形成して構成される。
　ＰＬＣ１０は、基板１の一方の主面の上面にアンダークラッド層２、コア層３、及びオーバークラッド層４の積層により光回路が設けられて構成される。また、光機能素子２０の場合も同様に、基板１１の上面にアンダークラッド層１２、コア層１３、及びオーバークラッド層１４の積層により光回路が設けられて構成される。ここでは、ＰＬＣ１０の板厚の方が光機能素子２０の板厚よりも肉厚になっている。また、ＰＬＣ１０の光回路の厚さについても、光機能素子２０の光回路の厚さよりも肉厚になっている。基板１、１１の材料には、通常Ｓｉ又はＩｎＰが用いられる。
　ここで、ＰＬＣ１０の光回路は、ＵＶ光帯域から近赤外線帯域までの波長領域で透明な石英ガラス系で構成されるのに対し、基板１の方は、ＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域での光に対して透明でない材料で構成される。係る構成は、接続相手の光機能素子２０の光回路や基板１１についても同様である。即ち、基板１、１１は、ＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光に対して透明でないため、係る波長領域での光線を吸収することになる。
　集積型光デバイス１００Ａを突き合わせ結合により作製する場合、ＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光に対して透明でない材料を基板１、１１として用い、これらを組み合わせて結合することになる。この場合、基板１、１１の上面の光回路の光導波路となるコア層３、１３同士を調心した後、各部の端面にＵＶ硬化型接着剤を充填する。そして、鉛直上方向からＵＶ光を照射することにより、光回路の間、及び基板１、１１の間が接着固定され、結合部３０Ａを形成することが可能になる。
　ところが、照射時のＵＶ光は、基板１、１１を透過せずに吸収されてしまうため、図１（ｂ）中に示される領域Ｅ１のように接着領域の大部分には届かない事態が生じ、未硬化状態となってしまう。この結果、ＵＶ硬化型接着剤を完全に硬化させることができず、不完全な硬化状態では、集積型光デバイス１００Ａの構造上において、結合部３０Ａの形成で十分な接着強度を得られないという問題を生じる。
　図２は、周知の集積型光デバイス１００Ｂの別の例に係る基本構成を示した図である。図２（ａ）は、集積型光デバイス１００Ｂの上面から観た平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＩＩｂ－ＩＩｂ線方向における集積型光デバイス１００Ｂの側面断面図である。
　図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照すれば、集積型光デバイス１００Ｂでは、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とを突き合わせる際、それぞれ基板１、１１の上面の光回路側に突き合わせ結合保持用の同じ板厚の基板１５、１６を用いている。但し、基板１５、１６には、例えばＵＶ光を透過するガラス材料を用いるものとする。そして、突き合わせ部分に対してＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ｂを形成して構成される。
　そこで、集積型光デバイス１００Ｂを突き合わせ結合により作製する場合、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とにおける光回路の上面に基板１５、１６を実装し、組み合わせて結合することになる。この場合、光回路の光導波路となるコア層３、１３同士を調心した後、ＰＬＣ１０と光機能素子２０との突き合わせ結合時に上面の基板１５、１６同士も同時に突き合わせ、各部の端面にＵＶ硬化型接着剤を充填する。そして、斜め上方向からＵＶ光を照射することにより、基板１、１１の間、光回路の間、及び基板１５、１６の間が接着固定され、結合部３０Ｂを形成することが可能になる。
　ところが、光機能素子２０の上面の光回路には、例えばＬＤ、ＰＤ等を駆動するための電極パッドを設ける用途等のために空き領域を設けておく必要がある場合も少なくない。こうした場合、光機能素子２０の光回路において、図２（ｂ）中に示される領域Ｅ２が基板１６を実装するために用いられる余分な占有面積となり、必要な空き領域を設けつつ、基板１６を実装することを困難にしている。換言すれば、基板１６の実装用の占有面積が必要な空き領域を確保するための阻害要因となっている。また、係る基板１６を実装するための専用領域を別途設けることは、光機能素子２０のサイズを拡大させ、集積度を下げてしまうために好ましい方策とは云えない。
　図３は、周知の集積型光デバイス１００Ｃの更に別の例に係る基本構成を示した図である。図３（ａ）は、集積型光デバイス１００Ｃの上面から観た平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向における集積型光デバイス１００Ｃの側面断面図である。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すれば、集積型光デバイス１００Ｃでは、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とを突き合わせる際、それぞれ基板１、１１の他方の主面の下面に突き合わせ結合保持用の同じ板厚の基板１７、１８を用いている。但し、基板１７、１８には、例えばＵＶ光を透過するガラス材料を用いるものとする。そして、突き合わせ部分に対してＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ｃを形成して構成される。
　そこで、集積型光デバイス１００Ｃを突き合わせ結合により作製する場合、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とにおける基板１、１１の下面に別の基板１７、１８を実装し、組み合わせて結合することになる。この場合、光回路の光導波路となるコア層３、１３同士を調心した後、ＰＬＣ１０と光機能素子２０との突き合わせ結合時に下面の基板１７、１８同士も同時に突き合わせ、各部の端面にＵＶ硬化型接着剤を充填する。そして、斜め下方向からＵＶ光を照射することにより、基板１７、１８の間、光回路の間、及び基板１、１１の間が接着固定され、結合部３０Ｃを形成することが可能になる。
　ところが、基板１、１１の下面に別の基板１７、１８を実装すると、集積型光デバイス１００Ｂの場合に生じた問題を回避して基板１７、１８同士を接着固定できるものの、基板１、１１の端面には未硬化のＵＶ硬化型接着剤が多く残る。その理由は、上述した通り、ＵＶ光が基板１、１１を透過せずに吸収されてしまうためであり、図３（ｂ）中に示される領域Ｅ３がＵＶ硬化型接着剤の未硬化状態となってしまう。この結果、集積型光デバイス１００Ａの場合と同様に、ＵＶ硬化型接着剤を完全に硬化させることができず、不完全な硬化状態では、集積型光デバイス１００Ｃの構造上において、結合部３０Ｃの形成で十分な接着強度を得られないという問題を生じる。
　即ち、集積型光デバイス１００Ａ、１００Ｃの場合には、結合部３０Ａ、３０Ｃの形成で十分な接着強度を得られないため、長期信頼性の観点で有効な手法とは云えない。また、集積型光デバイス１００Ｂの場合には、光機能素子２０の基板１１の上面の光回路に結合保持用の基板１６を設けることが容易でなく、光回路に必要な空き領域の確保の阻害要因となるため、好ましい手法とは云えない。
特開２００５－７０３６５号公報
　本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、ＰＬＣの光回路をプラットフォームとして、光機能素子のハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能な集積型光デバイスを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様は、基板の一方の主面の上面に光回路が設けられた平面光波回路と、基板の他方の主面の下面に光回路が設けられた光機能素子と、平面光波回路と光機能素子とを突き合わせて結合する紫外線硬化型接着剤を有し、光回路のそれぞれの光導波路同士が調心されている結合部と、を備えた集積型光デバイスであって、平面光波回路における光回路の上面に設けられ、光機能素子の端面と突き合わせられて紫外線硬化型接着剤による結合に供される突き合わせ結合保持用の基板を備え、平面光波回路における基板及び光機能素子における基板は、紫外線光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させない材料であり、平面光波回路における光回路、光機能素子における光回路、及び突き合わせ結合保持用の基板は、紫外線光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させる材料であり、結合部は、光機能素子における光回路と平面光波回路における光回路との間、及び光機能素子における基板の端面と突き合わせ結合保持用の基板の端面との間に対して紫外線硬化型接着剤が充填されて硬化された状態で形成されたことを特徴とする。
　上記一態様では、ＰＬＣと光機能素子とを突き合わせての光回路の光導波路同士の調心後のＵＶ硬化型接着剤を用いた硬化による結合部の形成に際し、精度良く光導波路同士の突き合わせて十分な接着強度を得られる構造としている。この結果、ＰＬＣの光回路をプラットフォームとして、光機能素子のハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能な集積型光デバイスを低コストで提供することができる。
周知の集積型光デバイスの一例に係る基本構成を示した図である。（ａ）は、集積型光デバイスの上面から観た平面図である。（ｂ）は、（ａ）中のＩｂ－Ｉｂ線方向における集積型光デバイスの側面断面図である。 周知の集積型光デバイスの別の例に係る基本構成を示した図である。（ａ）は、集積型光デバイスの上面から観た平面図である。（ｂ）は、（ａ）中のＩＩｂ－ＩＩｂ線方向における集積型光デバイスの側面断面図である。 周知の集積型光デバイスの更に別の例に係る基本構成を示した図である。（ａ）は、集積型光デバイスの上面から観た平面図である。（ｂ）は、（ａ）中のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線方向における集積型光デバイスの側面断面図である。 本発明の実施形態１に係る集積型光デバイスの基本構成を示した図である。（ａ）は、集積型光デバイスの上面から観た平面図である。（ｂ）は、（ａ）中のＩＶｂ－ＩＶｂ線方向における集積型光デバイスの側面断面図である。 本発明の実施形態２に係る集積型光デバイスの基本構成を斜め上方向から示した斜視図である。 図５に示す集積型光デバイスの突き合わせ結合部分を拡大して示した図である。（ａ）は、突き合わせ結合部分の上面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＶＩｂ－ＶＩｂ方向における側面断面図である。（ｃ）は、コア層の光の伝搬を妨げない箇所へのマーカーを用いたプリアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。 図５に示す集積型光デバイスにおいて、ＰＤの受光感度をチャネル毎に測定した後にＰＤを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えたときの光結合の損失による接着強度の評価結果を示した図である。 本発明の実施形態３に係る集積型光デバイスの基本構成を斜め上方向から示した斜視図である。 図８に示す集積型光デバイスの突き合わせ結合部分を拡大して示した図である。（ａ）は、突き合わせ結合部分の上面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＩＸｂ－ＩＸｂ方向における側面断面図である。（ｃ）は、溝及び溝マーカーを用いたアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。（ｄ）は、メタルマーカーを用いたプリアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。 図８に示す集積型光デバイスにおいて、ＰＤの受光感度をチャネル毎に測定した後にＰＤを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えたときの光結合の損失による接着強度の評価結果を示した図である。
　以下、本発明の幾つかの実施形態に係る集積型光デバイスについて、図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
　図４は、本発明の実施形態１に係る集積型光デバイス１００Ｄの基本構成を示した図である。図４（ａ）は、集積型光デバイス１００Ｄの上面から観た平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＩＶｂ－ＩＶｂ線方向における集積型光デバイス１００Ｄの側面断面図である。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すれば、集積型光デバイス１００Ｄは、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とを突き合わせ結合する際、基板１の一方の主面の上面の光回路側に実装固定された突き合わせ結合保持用の基板１９を用いている。但し、基板１９には、例えばＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させるガラス材料を用いるものとする。そして、光機能素子２０については、基板１１の他方の主面の下面が上面となるように裏返して使用し、突き合わせ部分にＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ｄを形成して構成される。
　ＰＬＣ１０は、ここでも基板１の一方の主面の上面にアンダークラッド層２、コア層３、及びオーバークラッド層４の積層により光回路が設けられて構成される。また、光機能素子２０の場合も同様に、基板１１の上面にアンダークラッド層１２、コア層１３、及びオーバークラッド層１４の積層により光回路が設けられて構成される。ここでは、ＰＬＣ１０の板厚の方が光機能素子２０の板厚よりも若干肉厚になっている。また、ＰＬＣ１０の光回路の厚さについても、光機能素子２０の光回路の厚さよりも肉厚になっている。基板１、１１の材料には、通常ＳｉやＩｎＰが用いられる。
　即ち、この集積型光デバイス１００Ｄでは、ＰＬＣ１０における光回路の上面に設けられ、光機能素子２０の端面と突き合わせられてＵＶ硬化型接着剤による結合に供される突き合わせ結合保持用の基板１９を備えている。ＰＬＣ１０における基板１及び光機能素子２０における基板１１は、ＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させない材料である。これに対し、ＰＬＣ１０における光回路、光機能素子２０における光回路、及び基板１９は、ＵＶ光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させる透明な材料である。上述した結合部３０Ｄは、光機能素子２０における光回路とＰＬＣ１０における光回路との間に対してＵＶ硬化型接着剤が充填されて硬化された状態で形成される。また、結合部３０Ｄは、光機能素子２０における基板１１の端面と突き合わせ結合保持用の基板１９の端面との間に対しても同様なＵＶ硬化型接着剤が充填されて硬化された状態で形成される。
　即ち、この集積型光デバイス１００Ｄでは、ＰＬＣ１０において、基板１の上面の光回路の端面と突き合せ結合保持用の基板１９の端面とが光回路の出力端面と同一面となるように、基板１の上面に接着剤等で基板１９が実装されている。また、光機能素子２０において、基板１１の下面の光回路の光導波路が形成されたコア層１３とＰＬＣ１０の基板１の上面の光回路の光導波路が形成されたコア層３とが、双方のコア層３、１３の層面が平行になるように突き合わせられる。このようにＰＬＣ１０及び光機能素子２０の双方の光回路の端面を突き合わせて調心が行われる。このとき、ＰＬＣ１０の基板１と光機能素子２０の基板１１とを対角方向に配置することで、突き合せ結合保持用の基板１９の端面及びＰＬＣ１０の光回路の端面と光機能素子２０の光回路の端面及び基板１１の端面とが突き合わされる。
　この集積型光デバイス１００Ｄにおいて、ＰＬＣ１０と光機能素子２０とを突き合わせての光回路の光導波路同士の調心後のＵＶ硬化型接着剤を用いた硬化によって、結合部３０Ｄが形成される場合を想定する。この結合部３０Ｄの形成に際しては、精度良く光導波路同士の突き合わせて十分な接着強度を得られる構造となる。これにより、ＰＬＣ１０の光回路をプラットフォームとし、光機能素子２０のハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能となり、低コストで集積型光デバイス１００Ｄを提供できる。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して具体的に説明すれば、ＰＬＣ１０において、ＵＶ～可視光を透過しないＳｉによる基板１の上面を基準として、基板１の端面付近の上部に光機能素子２０と信号を入出力するコア層３が設けられる。そして、ＵＶ光帯域～可視光帯域を透過する突き合せ結合保持用の基板１９の端面が基板１の光回路の入出力端面と同じ面となるように、基板１の上面に基板１９が接着剤等により実装固定されて設けられる。この構成は、光回路チップと呼ばれても良い。
　これに対し、光機能素子２０において、ＵＶ～可視光を透過しないＳｉ又はＩｎＰによる基板１１の下面に光回路が設けられ、基板１１の下面を基準として、光回路の端面付近に信号を入出力するコア層１３が設けられる。この構成は、光機能素子チップと呼ばれても良い。光回路チップのコア層３と光機能素子チップのコア層１３とが、両チップのコア層３、１３の層面が平行になるように両チップの端面を介して光導波路のコア同士を調心する。同時に、コア層３、１３の層面に対して光回路チップの基板１と光機能素子チップの基板１１とが対角方向になるように配置する。これにより、突き合せ結合保持用の基板１９の端面と光機能素子チップの基板１１の端面とが突き合せ結合端面で対向する配置となる。
　そこで、図４（ｂ）に示されるように、基板１９を透過したＵＶ光によって突き合せ結合端面間に充填するＵＶ硬化側接着剤を硬化して結合部３０Ｄを形成すれば良い。これにより、光機能素子２０の側に固定用の基板を設けることなく、接着面積を増加させると共に、接着強度を高めた両チップの突き合せ結合が可能になる。
　上述した集積型光デバイス１００Ｄでは、ＰＬＣ１０の上面にＵＶ光帯域～可視光帯域を透過する突き合せ結合保持用の基板１９が設けられ、基板１、１１が突き合せ結合時にコア層３、１３による層面に対角方向で配置される。この構成では、光機能素子２０に固定用の基板を設けることなく、接着面積を増加させて接着強度を高めることができるため、部品数や工数を抑制でき、光機能素子２０の設計を変更する必要がない。また、ＵＶ光が透過せずに未硬化のまま残ってしまう接着剤の量を大幅に低減できるため、長期信頼性の観点からも望ましい。この結果、光回路チップと光機能素子チップとの突き合せ結合を簡便に実現することができる。
　一般的に、ＰＬＣ１０の断面構造では、Ｓｉの基板１の上面に、ＳｉＯ２の薄膜がアンダークラッド層２として膜厚約２０μｍ、Ｇｅ等をドーパントとして、クラッドよりも屈折率の高いＳｉＯ２の薄膜がコア層３として膜厚３～１０μｍ、ＳｉＯ２の薄膜がオーバークラッド層４として膜厚約２０μｍ堆積される場合を例示できる。このようにして、実施形態１の場合には、Ｓｉの基板１の上面にＰＬＣ１０の光回路が設けられたＰＬＣ１０の基本構造を適用する。
　また、光機能素子２０の断面構造では、Ｓｉの基板１１の下面にＳｉＯ２の薄膜がアンダークラッド層１２として膜厚数μｍ、Ｓｉの薄膜がコア層１３として膜厚数百ｎｍ、ＳｉＯ２の薄膜がオーバークラッド層１４として膜厚数μｍ堆積される場合を例示できる。このようにして、実施形態１の場合には、Ｓｉの基板１１の下面にＳｉフォトニクスの光回路が設けられた光機能素子２０の基本構成を適用する。
　尚、ＩｎＰの基板１１とする光機能素子２０では、基板１１がアンダークラッド層１２と同化されるものとし、化合物半導体がコア層１３として数百ｎｍ、ＩｎＰやパッシベーションとしてＳｉＮ又はＳｉＯ２の薄膜がオーバークラッド層１４として堆積される場合を例示できる。基板１１の端面領域に形成されたコア層１３を光信号の入出力用の光導波路として想定し、端面におけるモードフィールドで光結合される。
　光機能素子２０における光回路とＰＬＣ１０における光回路との間、及び光機能素子２０における基板１１の端面と突き合わせ結合保持用の基板１９の端面との間に対してＵＶ硬化型接着剤が充填される。これにより、ＵＶ硬化型接着剤の硬化状態で結合部３０Ｄを形成する。このとき、光機能素子２０との接着固定の強度を高めるため、基板１９の厚みは、基板１１の厚み以上とすることが望ましい。その方がＵＶ硬化型接着剤にＵＶ光を十分到達させ、且つＵＶ硬化型接着剤の充填状態を確認できる。基板１９には、ＵＶ光帯域から可視光帯域までを透過する透明な材料として、ガラス材料の石英ガラスを用いることが望ましい。
　基板１９の端面では、光結合効率や接着剤硬化条件によりＵＶ硬化型接着剤の厚みを制御し、基板１の上面の光回路の端面と光機能素子２０の端面との間に充填するＵＶ硬化型接着剤の厚みを調整できることが好ましい。これには、基板１の上面の光回路の接着端面と基板１１の下面の光回路の接着端面とが同一面になるよう設置することが望ましい。
　突き合せ結合におけるコア層３、１３の光導波路（コア）同士の調心では、アライメント（位置合わせ）を効率的に行うため、その前段階として、画像観察により粗くアライメントを行う場合が多い。本実施形態では基板１、１１がコア層３、１３による層面に対して対角方向となる配置としている。このため、コア層３、１３のアライメントでは、光回路や基板１、１１における上面からだけでなく、下面からも観察するカメラといった追加装置の設置が必要になる。しかし、こうした場合、特に小型な光機能素子２０とＰＬＣ１０との結合では下面側のカメラが干渉する問題が発生する。
　そこで、突き合わせ時のアライメント用のマーカーをＰＬＣ１０の光回路の入出力端面付近と光機能素子２０の光回路の入出力端面付近とに、設けることが望ましい。アライメント用のマーカーは、ＰＬＣ１０の光回路と光機能素子２０の光回路との突き合わせ結合端面における光導波路が形成されたコア層３、１３の光の伝搬を妨げない箇所に設ければ良い。そして、ＰＬＣ１０の光回路の基板１の面の垂直に対して斜め方向から基板１９を通して観察すれば良い。これにより、カメラを追加する必要なくアライメントを容易に実現できる。コア層３、１３は、幅が数ミクロン程度のため、カメラ観察で精度良くアライメントすることは困難であるが、コア層３、１３よりもサイズの大きいマーカーを別途突き合わせ結合端面付近に設ければ、カメラでの観察も容易になる。
　更に、バーニアマーカーとすることで、カメラ観察においてもサブミクロンの高精度なアライメントを実現できる。このようなマーカー構造は、コア層３、１３の光導波路（コア）を除く光の伝搬を妨げない箇所に設ければ、追加の工程を要することなくＰＬＣ１０と光機能素子２０とに導入できる。具体的には、ＰＬＣ１０ではドーパントを加えたＳｉＯ２による層、光回路のＳｉフォトニクスではＳｉによる層、ＩｎＰでは化合物半導体が対象となる。このとき、突き合わせ結合端面の垂直方向からカメラ観察すると、ＳｉフォトニクスやＩｎＰでコア層３、１３の高さが低いために観察することが困難である。そこで、本実施形態のように光機能素子２０の基板１１の面の垂直方向に対して斜めからカメラ観察すれば、コア層３、１３の端面ではなく、コア層３、１３の上面を斜めから観察することが可能となる。こうした観察によれば、基板１、１１の水平方向へコア層３、１３が伸長している分、奥行きに厚みを持ったように観察されるため、コア層３、１３の視認性が向上する。
　このため、コア層３、１３の光の伝搬を妨げない端面付近にマーカーを設けることが望ましい。ＰＬＣ１０では、ＳｉＯ２のアンダークラッド層２及びオーバークラッド層４に対してドーパントを含むＳｉＯ２のコア層３が存在すため、コア層３とアンダークラッド層２及びオーバークラッド層４との屈折率差が比較的小さい。これにより、コントラストが小さく、構造の輪郭がぼやけて見える場合がある。また、光機能素子２０では、斜めからコア層１３の基板１１の水平奥行き方向を観察する際、奥行き方向の長さはアンダークラッド層１２の厚みによりに制限される。このような場合、より精度良くアライメントするためには、オーバークラッド層１４の上面に金属をパターニングすることで突き合わせ結合端面付近にマーカーを設けることが望ましい。
　ＰＬＣ１０の上面では、メタルマーカーとすることで、コア層３のマーカーよりも視認性を高めることができる。光機能素子２０では、オーバークラッド層１４の上面にメタルパターンがあることで、アンダークラッド層１２に加えた厚みの分、斜めから観察した際のマーカーの基板１１の水平の奥行き方向の長さの観察範囲を拡げることができる。突き合せ結合するコア層３、１３の同士の組み合わせが２か所以上あるアレイ結合の場合、精度良くアライメントするには、光回路と光機能素子２０と間で対応するマーカーをそれぞれの端面に２か所以上設けることが望ましい。２か所のマーカーがそれぞれアライメントされるように突き合わせ結合端面と垂直方向の軸も含めてアライメントを行えば、突き合わせ結合端面端面と垂直な方向を軸とした回転もカメラ観察によってアライメントすることが可能になる。
　上述したマーカーによるアライメントでは、基板１、１１の水平方向には高精度にアライメントできる。これに対し、基板１、１１の面の垂直方向のアライメントを高精度化して行うためには、光機能素子２０の結合端面にアンダークラッド層１２よりも深い溝を設けることが望ましい。例えば、この溝の深さを、光回路側のオーバークラッド層１４の厚みに、コア層１３の半分の厚みを加えた値とすれば、突き合せ結合の構造において、光機能素子２０の端面の溝底面が、光回路のオーバークラッド層１４に対応する。このため、カメラ観察での視認性を向上させ、基板１１の垂直方向のアライメントも高精度に行うことが可能になる。更に、光機能素子２０の端面に溝があることによって、ＵＶ硬化型接着剤を突き合わせ結合端面に塗布する際、光機能素子２０の表面に接着剤が流れ出ることを抑制することが可能になり、安定した接着固定を行うことができる。
　このように、基板１、１１の上面に設けられたＵＶ光帯域～可視光帯域を透過する光回路同士をＰＬＣ１０の上面に設けられたＵＶ光帯域～可視光帯域を透過する基板１９を用いて突き合わせ結合し、ハイブリッド集積する。係る集積型光デバイスの構成において、突き合せ結合保持用の基板１９の端面が光回路のコア層３、１３の端面と同一面となるように、各光回路の端面の基板１、１１の上面の方向にＵＶ硬化型接着剤を充填して結合部３０Ｄを形成する。各光回路のコア層３、１３の層面が平行になるように光回路チップ及び光機能素子チップの端面を介して調心する。ここで、コア層３、１３による層面に対して基板１と基板１１とが対角するように配置すれば、基板１９の端面と基板１１の端面が突き合せ結合端面として、対向して配置される。これにより、基板１９を透過したＵＶ光によって突き合わせ結合端面間に充填されたＵＶ硬化側接着剤を硬化させ、結合部３０Ｄを形成することが可能になる。光機能素子２０の側に追加固定用の基板や実装用領域を設けることなく、接着強度を向上させ、簡便で高精度に突き合せ結合された集積型光デバイス１００Ｄが得られる。
（実施形態２）
　図５は、本発明の実施形態２に係る集積型光デバイス１００Ｅの基本構成を斜め上方向から示した斜視図である。
　図５を参照すれば、集積型光デバイス１００Ｅは、集積型光デバイス１００Ｄと比べ、光機能素子２０にＰＤ２０Ａを用いた点が相違している。また、ＰＬＣ１０については、コア層３に係る光入力部１０ＩＮと光出力部１０ＯＵＴとを示すが、ここでも光回路の上面には基板１９が設けられている。また、ＰＤ２０Ａについては、入力光導波路部２０ＡＩＮとＧｅによる光電変換部２０Ａａとを示している。この集積型光デバイス１００Ｅにおいても、ＰＤ２０Ａにおける光回路とＰＬＣ１０における光回路との間、及びＰＤ２０Ａにおける基板１１の端面と基板１９の端面との間に対して、ＵＶ硬化型接着剤を充填する。これにより、ＵＶ硬化型接着剤の硬化状態で結合部３０Ｄを形成する。
　集積型光デバイス１００Ｅを構成する石英系のＰＬＣ１０には、サイズが縦５ｍｍ、横１０ｍｍで、板厚１ｍｍのＳｉによる基板１を用いた。そして、基板１の上面にＳｉＯ２のアンダークラッド層２を層厚２０μｍ、コア幅４．５μｍのＳｉＯ２のコア層３を膜厚４．５μｍ、ＳｉＯ２のオーバークラッド層４を層厚１５．５μｍとなるように積層した。このようにして構成された光回路は、ＰＬＣチップと呼ばれても良い。ここでは、コア層３のコアとオーバークラッド層４及びアンダークラッド層２との屈折率差が２．０％となるように、コア層３による光導波路を形成した。ＰＬＣ１０では、一短辺側に設けられた光導波路のコア層３による光入力部１０ＩＮから光を入力し、コア層３を伝搬した光を光入力部１０ＩＮから観て光回路チップの反対の短辺側に形成された光出力部１０ＯＵＴから出力する。即ち、ここでは、４ｃｈの光導波路が２５０μｍピッチで設けられ、それぞれ光入力部１０ＩＮからＰＤ２０Ａの光電変換部２０Ａａに至るまでの間の経路にＳ字型の光導波路構造が設けられている。
　このＰＬＣ１０に対して突き合せ結合されるＰＤ２０Ａには、サイズが縦１．５ｍｍ、横１．５ｍｍで、板厚０．６２５ｍｍのＳｉによる基板１１を用いた。そして、基板１１の下面にＳｉＯ２のアンダークラッド層１２を膜厚３．０μｍ、コア幅０．５μｍのＳｉのコア層３を膜厚０．２２μｍ、ＳｉＯ２のオーバークラッド層１４を膜厚１．５μｍとなるように積層した。このようにして構成された光回路も、Ｓｉフォトニクスチップと呼ばれて良い。ここでは、入力光導波路部２０ＡＩＮにスポットサイズ変換器が用いられ、そのモードフィールド直径（ＭＦＤ：光強度分布で強度が１／ｅ２となる全幅）は、ＰＤ２０Ａの垂直、及び水平の方向にそれぞれ３μｍとなっている。入力光導波路部２０ＡＩＮから入力された光は、コア層１３を伝搬し、光電変換部２０Ａａで電気信号に変換される。光結合損失を除いたＰＤ２０Ａの受光部単体での受光感度は波長１．５５μｍにおいて１．０Ａ／Ｗである。
　突き合せ結合保持用の基板１９は、縦３ｍｍ、横２ｍｍ、板厚０．７ｍｍのガラス材料としての合成石英で構成されており、端面がＰＬＣ１０の光出力用の端面と同一面となるように、ＰＬＣ１０の上面に接着剤で固定されている。基板１９の板厚をＰＤ２０Ａの基板１１の板厚よりも厚くすることで、ＰＤ２０Ａの端面の全体を接着することができ、接着強度の向上を図ることができる。
　基板１９を備えたＰＬＣ１０に対するＰＤ２０Ａの突き合せ結合は、ＰＬＣ１０のコア層３とＰＤ２０Ａのコア層１３とによる層面に対してＰＬＣ１０の基板１とＰＤ２０Ａの基板１１とが対角方向となるように配置する。この後、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとの突き合わせ結合端面を上下から観察してプリアライメントする。更に、ＰＬＣ１０の光出力部１０ＯＵＴから出力された光に対し、ＰＤ２０Ａの受光感度が最大になるよう、ＰＬＣ１０のコア層３から出力光とＰＤ２０Ａのコア層１３への入力光との位置が正確に合致するように精密にアライメントする。このとき、基板１９を通して斜め上方向の観察方向でアライメントを実施することが有効になる。
　そして、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとの突き合せ結合の固定は、ＰＬＣ１０のコア層３とアンダークラッド層２及びオーバークラッド層４との屈折率に近く、赤外領域で透明なＵＶ硬化型接着剤でＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとの間を充填する。この後、図４（ｂ）に示されるように、斜め上方向から基板１９を介してＵＶ光を照射することで接着剤を硬化させて結合部３Ｄを形成するように行う。ＵＶ光帯域～可視光帯域を透過する透明な基板１９を用いれば、ＵＶ光をＰＤ２０Ａの突き合わせ結合端面の全面に照射でき、ＵＶ硬化型接着剤を十分に硬化させ得る他、ＵＶ硬化型接着剤の充填状態やＰＤ２０Ａの突き合わせ結合端面の接続状態を直接確認できる。こうしたカメラ等により直接確認を有効にするため、ＵＶ光帯域～可視光帯域まで透明であると共に、突き合わせ結合端面を観察できるように観察経路となる基板１９の表面は研磨面とすることが望ましい。尚、このとき、ＰＤ２０Ａの入出力端面には、充填するＵＶ硬化型接着剤の屈折率に対応した屈折率を有する反射防止膜が設けられていることが望ましい。
　ところで、上述したプリアライメントは、通常上下からカメラ観察により行われるが、実施形態２では、より簡便な手法を適用する。図６は、集積型光デバイス１００Ｅの突き合わせ結合部分を拡大して示した図である。図６（ａ）は、突き合わせ結合部分の上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＶＩｂ－ＶＩｂ方向における側面断面図である。図６（ｃ）は、コア層３、１３の光の伝搬を妨げない箇所へのマーカーを用いたプリアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。
　具体的に云えば、図６（ａ）に示されるように、少なくともＰＬＣ１０におけるコア層３の入出力端面付近と、ＰＤ２０Ａにおけるコア層１３の入出力端面付近とに対し、突き合わせ時のアライメント用のＡｕのマーカーＭを設ける。そして、図６（ｂ）に示されるように、基板１９を通して斜め上方向から観察し、マーカーＭのパターンが一致するように調整すれば、下から観察するカメラを用意する必要なく、プリアライメントを実施できる。斜め上方向から突き合わせ結合端面を観察すれば、図６（ｃ）に示されるように、ＰＤ２０Ａのアンダークラッド層１２を透過してコア層１３の光導波路の奥行き方向のパターンを観察できる。マーカーＭのパターンをバーニアパターンとし、構成するスケールの幅を１０μｍ、バーニアの刻みを０．５μｍとすれば、ＰＤ２０Ａのコア層１３の光導波路（コア）幅が０．５μｍ（それ以下でも可）であるのに対し、マーカーＭは、カメラにおいても観察し易いサイズとなる。この結果、バーニアによるアライメントと相まって、プリアライメントを高精度に行うことができる。
　また、マーカーＭは突き合わせ結合部の端面付近に２か所以上設けるようにし、それぞれのマーカーＭが合致するようにアライメント調整すれば、突き合わせ結合端面と垂直な方向を軸とした回転のずれも修正することができる。このように、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとにおいて突き合わせ結合端面付近にアライメント用のマーカーＭを設けることは、アライメントの精度を向上させる上で有効である。このようにして、集積型光デバイス１００Ｅを作製した。
　図７は、集積型光デバイス１００Ｅにおいて、ＰＤ２０Ａの受光感度をチャネル毎に測定した後にＰＤ２０Ａを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えたときの光結合の損失［ｄＢ］による接着強度の評価結果を示した図である。但し、図７では、集積型光デバイス１００Ｅに波長１．５５μｍの光を光ファイバでＰＬＣ１０に入力し、突き合わせ結合端面で結合部３０Ｄを介して光結合されたＰＤ２０Ａの受光感度をｃｈ毎に測定した結果を示している。更に、この後に接着強度の評価としてＰＤ２０Ａを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えるシェア試験を行った結果を示している。加えて、比較として、同じ基板１９が実装されていないＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとを用い、コア層３、１３の層面に対して基板１、１１を揃えて突き合せ結合した従来構成の集積型光デバイスを作製した結果も比較対象として示している。
　図７を参照すれば、ＰＤ２０Ａの単体の受光感度からは、光結合による損失の算出結果には殆ど差異がなく、実施形態２の集積型光デバイス１００Ｅであっても従来の集積型光デバイスと同等の突き合せ結合が実現できていることが判る。また、接着強度の評価結果のシェア試験では、従来の集積型光デバイスでは１．０９ｋｇＦでＰＤ２０ＡとＵＶ硬化型接着剤とが剥離するモードが発生した。これに対し、実施形態２の集積型光デバイス１００Ｅでは、剥離モードが発生する点は同じであるものの、２．８５ｋｇＦで発生することが判った。この結果、集積型光デバイス１００Ｅでは、より接着強度が向上されていることが判った。これらの結果によれば、集積型光デバイス１００Ｅの場合には、安定した接続構造が得られることを確認できた。
　以上に説明したように、集積型光デバイス１００Ｅでは、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとを突き合わせ結合する際、基板１の上面の光回路側にＵＶ光を透過する突き合わせ結合保持用の基板１９を用いている。そして、ＰＤ２０Ａについては、基板１１の下面が上面となるように裏返して使用し、突き合わせ結合部分にＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ｄを形成して構成される。即ち、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ａとを突き合わせての光回路の光導波路同士の調心後のＵＶ硬化型接着剤を用いた硬化による結合部３０Ｄの形成に際し、精度良く光導波路同士の突き合わせて十分な接着強度を得られる構造としている。この結果、ＰＬＣ１０の光回路をプラットフォームとし、ＰＤ２０Ａのハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能な集積型光デバイス１００Ｅを低コストで提供することができる。特に集積型光デバイス１００Ｅの場合には、基板１９の使用以外に各光デバイスの突き合わせ結合端面付近に施したアライメント用のマーカーＭを利用してアライメントしてから結合部３０Ｄを形成している。このため、集積型光デバイス１００Ｅでは、実施形態１の集積型光デバイス１００Ｄの場合よりも、より安定して精度高く光結合を実施し、低損失な光結合特性が得られるようになる。
（実施形態３）
　図８は、本発明の実施形態３に係る集積型光デバイス１００Ｆの基本構成を斜め上方向から示した斜視図である。
　図８を参照すれば、集積型光デバイス１００Ｆは、集積型光デバイス１００Ｃと比べ、光機能素子２０にＰＤ２０Ｂを用いた点が相違している。また、ＰＬＣ１０については、コア層３に係る光入力部１０ＩＮと光出力部１０ＯＵＴとを示すが、ここでも光回路の上面には基板１９が設けられている。また、ＰＤ２０Ｂについては、入力光導波路部２０ＢＩＮとＧｅによる光電変換部２０Ｂａとを示している。即ち、集積型光デバイス１００Ｅと比べると、外観上では構成上で概ね同じである。この集積型光デバイス１００Ｆにおいても、ＰＤ２０Ｂにおける光回路とＰＬＣ１０における光回路との間、及びＰＤ２０Ｂにおける基板１１の端面と基板１９の端面との間に対して、ＵＶ硬化型接着剤を充填する。これにより、ＵＶ硬化型接着剤の硬化状態で結合部３０Ｄを形成する。但し、集積型光デバイス１００Ｆの場合、突き合わせ結合に至る作製時の各デバイスに施すマーカーが相違している。このマーカーは、ＰＬＣ１０における光回路、及びＰＤ２０Ｂにおける光回路の上面に設けられたメタル層を加工して形成されるＡｌ等のメタルマーカーである場合を例示できる。また、ＰＤ２０Ｂの基板１１の面に対して垂直方向に設けられた溝がアライメントに用いられるが、これについては後文で説明する。
　集積型光デバイス１００Ｆを構成する石英系のＰＬＣ１０には、サイズが縦５ｍｍ、横１０ｍｍで、板厚１ｍｍのＳｉによる基板１を用いた。そして、基板１の上面にＳｉＯ２のアンダークラッド層２を層厚２０μｍ、コア幅４．５μｍのＳｉＯ２のコア層３を膜厚４．５μｍ、ＳｉＯ２のオーバークラッド層４を層厚１５．５μｍとなるように積層した。このようにして構成された光回路は、ＰＬＣチップと呼ばれても良い。ここでは、コア層３のコアとオーバークラッド層４及びアンダークラッド層２との屈折率差が２．０％となるように、コア層３による光導波路を形成した。ＰＬＣ１０では、一短辺側に設けられた光導波路のコア層３による光入力部１０ＩＮから光を入力し、コア層３を伝搬した光を光入力部１０ＩＮから観て光回路チップの反対の短辺側に形成された光出力部１０ＯＵＴから出力する。即ち、ここでは、４ｃｈの光導波路が２５０μｍピッチで設けられ、それぞれ光入力部１０ＩＮからＰＤ２０Ｂの光電変換部２０Ｂａに至るまでの間の経路にＳ字型の光導波路構造が設けられている。集積型光デバイス１００Ｅでは、コア層３、１３の入出力端面付近にアライメント用のマーカーＭを設けたが、集積型光デバイス１００Ｆでは、ＰＬＣ１０の表面にＡｕをパターニングしたメタルマーカーＭＭを設けている。
　このＰＬＣ１０に対して突き合せ結合されるＰＤ２０Ｂには、サイズが縦１．５ｍｍ、横１．５ｍｍで、板厚０．６２５ｍｍのＳｉによる基板１１を用いた。そして、基板１１の下面にＳｉＯ２のアンダークラッド層１２を膜厚３．０μｍ、コア幅０．５μｍのＳｉのコア層３を膜厚０．２２μｍ、ＳｉＯ２のオーバークラッド層１４を膜厚１．５μｍとなるように積層した。このようにして構成された光回路も、Ｓｉフォトニクスチップと呼ばれて良い。ここでも、入力光導波路部２０ＢＩＮにスポットサイズ変換器が用いられ、そのモードフィールド直径（ＭＦＤ：光強度分布で強度が１／ｅ２となる全幅）は、ＰＤ２０Ｂの垂直、及び水平の方向にそれぞれ３μｍとなっている。入力光導波路部２０ＢＩＮから入力された光は、コア層１３を伝搬し、光電変換部２０Ｂａで電気信号に変換される。光結合損失を除いたＰＤ２０Ｂの受光部単体での受光感度は波長１．５５μｍにおいて１．０Ａ／Ｗである。このＰＤ２０Ｂの表面にも、ＡｌをパターニングしたメタルマーカーＭＭを設けており、その位置はＰＬＣ１０とアライメントする際に対応するようになっている。尚、ＰＬＣ１０の表面にはＡｕのメタルマーカーＭＭを設け、ＰＤ２０Ｂの表面にはＡｌのメタルマーカーＭＭを設ける理由は、Ｓｉの製造プロセスの場合、Ａｕが高価なので使われることが少なく、Ａｌが一般的に使用されるためである。
　また、ＰＤ２０Ｂの表面に対して垂直方向に溝Ｖが設けられ、溝ＶがＰＤ２０Ｂの入力端面に露出されている。溝Ｖの深さは、ＰＤ２０Ｂの基板１１の内部領域まで到達している。この溝Ｖの位置は、ＰＬＣ１０の基板１の上面に設けられた溝マーカーＭＶと基板１の面と垂直な方向で一致している。この構造は高さ方向でアライメントする際に対応するようになっている。尚、溝Ｖは、突き合わせ結合状態で基板１の端面の上部領域まで到達するように設けられている。溝Ｖの深さは、ＰＬＣ１０のコア層３の中心からオーバークラッド層４の上面までの高さと、ＰＤ２０Ｂのコア層１３の中心から溝Ｖの底面の基板１１の内部領域までの深さとが一致するようにドライエッチングにより加工されている。
　突き合せ結合保持用の基板１９は、縦５ｍｍ、横２ｍｍ、板厚０．７ｍｍのガラス材料としての合成石英で構成されており、突き合わせ結合端面がＰＬＣ１０の光出力用の端面と同一面となるように、ＰＬＣ１０の上面に接着剤等で実装固定されている。
　基板１９を備えたＰＬＣ１０に対するＰＤ２０Ｂの突き合せ結合は、ＰＬＣ１０のコア層３とＰＤ２０Ｂのコア層１３とによる層面に対してＰＬＣ１０の基板１とＰＤ２０Ｂの基板１１とが対角方向となるように配置する。この後、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとの突き合わせ結合端面をＰＬＣ１０の斜め上方から観察してプリアライメントする。更に、ＰＬＣ１０の光出力部１０ＯＵＴから出力された光に対し、ＰＤ２０Ｂの受光感度が最大になるよう、ＰＬＣ１０のコア層３から出力光とＰＤ２０Ｂのコア層１３への入力光との位置が正確に合致するように精密にアライメントする。このとき、基板１９を通して斜め上方向の観察方向でアライメントを実施することが有効になる。
　ところで、上述したプリアライメントは、実施形態３では、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとの表面に設けられたメタルマーカーＭＭを用いて実施する。図９は、集積型光デバイス１００Ｆの突き合わせ結合部分を拡大して示した図である。図９（ａ）は、突き合わせ結合部分の上面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＩＸｂ－ＩＸｂ方向における側面断面図である。図９（ｃ）は、溝Ｖ及び溝マーカーＭＶを用いたアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。図９（ｄ）は、メタルマーカーＭＭを用いたプリアライメント時の突き合わせ結合部分の平面図である。
　ＰＬＣ１０では、コア層３とアンダークラッド層２及びオーバークラッド層４との屈折率差が小さいため、コア層３に設けたマーカーＭを観察すると、コア層３とアンダークラッド層２及びオーバークラッド層４との境界面のコントラストが小さく、解像度が低いという問題がある。そこで、図９（ａ）に示されるように、ＰＬＣ１０の表面にメタルマーカーＭＭを設けることで、メタルマーカーＭＭのパターンを鮮明に確認することができる、このため、より精度良くアライメントするためには、メタルマーカーＭＭを設けることが望ましい。
　また、ＰＤ２０Ｂでは、メタルマーカーＭＭがコア層１３の入出力端面付近にあれば、オーバークラッド層１４を透過してコア層１３の奥行き方向のメタルマーカーＭＭのパターンを確認できる。しかし、ＰＤ２０Ｂの表面にメタルマーカーＭＭが存在すれば、図９（ｂ）に示されるように、斜め上の観察方向でアンダークラッド層１２に加えてオーバークラッド層１４の厚み分を透過してメタルマーカーＭＭのパターンを確認できる。このため、より奥行き方向を視認することができ、メタルマーカーＭＭのパターンの確認を容易にできるため、ＰＤ２０Ｂの表面にもメタルマーカーＭＭを設けることが望ましい。斜め上方向から突き合わせ結合端面を観察すれば、図９（ｄ）に示されるように、ＰＤ２０Ｂのアンダークラッド層１２を透過してコア層１３の光導波路（コア）の奥行き方向のパターンを観察できる。メタルマーカーＭＭのパターンをバーニアパターンとし、構成するスケールの幅を１０μｍ、バーニアの刻みを０．５μｍとすれば、メタルマーカーＭＭはカメラで観察し易いサイズとなる。この結果、メタルマーカーＭＭを設ける効果と相まって、プリアライメントを高精度に行うことができる。
　また、メタルマーカーＭＭは突き合わせ結合端面付近に２か所以上設けるようにし、それぞれのメタルマーカーＭＭが合致するようにアライメント調整すれば、突き合わせ結合端面と垂直な方向を軸とした回転のずれも修正することができる。このように、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとの表面とにおいてアライメント用のメタルマーカーＭＭを設けることは、アライメントの精度を向上させる上で有効である。
　加えて、実施形態３では、図９（ｃ）に示されるように、ＰＤ２０Ｂに設けた溝Ｖ及びＰＬＣ１０に設けた溝マーカーＭＶを用いることで基板１、１１の面に対する垂直方向（高さ方向）でのアライメントも高精度化できる。斜め上方向から基板１９を透過してＰＤ２０Ｂの溝Ｖの底面と、ＰＬＣ１０のオーバークラッド層４の表面に設けた溝マーカーＭＶとが一致するようにアライメントを行うことで、設計した溝Ｖの深さに沿った基板１、１１の突き合わせ結合端面と垂直な方向でのアライメントが可能になる。
　ここでは、ＰＤ２０Ｂの溝の深さを、ＰＬＣ１０のオーバークラッド層４の表面に一致するように設定しているが、ＰＬＣ１０の入出力端面に接するように設けられて視認できるパターンであれば良い。即ち、プリアライメントした時点で、ＰＤ２０ＢとＰＬＣ１０とのコア層３、１３同士の位置が概ね合致していることを前提とする。そして、ＰＤ２０Ｂの溝の深さは、ＰＬＣ１０のコア層３の中心からＰＬＣ１０の表面上に設けられたパターンまでの基板１の面と垂直な方向における寸法と一致するように、ＰＤ２０Ｂのコア層１３の中心から溝Ｖの底面までの基板１１の面と垂直な方向の寸法が設定されていれば良い。
　また、視認性をよくするため、溝ＶはＰＤ２０Ｂの突き合わせ結合端面まで通じていることが望ましい。この配置の副次的効果として、端面間に導入するＵＶ硬化型接着剤によってＰＤ２０Ｂの表面の接続部分に大きな接着剤フィレットが形成されることを抑制する効果がある。このようにして、集積型光デバイス１００Ｆを作製した。
　図１０は、集積型光デバイス１００Ｆにおいて、ＰＤ２０Ｂの受光感度をチャネル毎に測定した後にＰＤ２０Ｂを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えたときの光結合の損失［ｄＢ］による接着強度の評価結果を示した図である。但し、図１０では、集積型光デバイス１００Ｆに波長１．５５μｍの光を光ファイバでＰＬＣ１０に入力し、突き合わせ結合端面で結合部３０Ｄを介して光結合されたＰＤ２０Ｂの受光感度をｃｈ毎に測定した結果を示している。更に、この後に接着強度の評価としてＰＤ２０Ｂを突き合わせ結合端面に対して水平方向に力を加えるシェア試験を行った結果を示している。加えて、比較として、同じ基板１９が実装されていないＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとを用い、コア層３、１３の層面に対して基板１、１１を揃えて突き合せ結合した従来構成の集積型光デバイスを作製した結果も比較対象として示している。
　図１０を参照すれば、ＰＤ２０Ｂの単体の受光感度からは、光結合による損失の算出結果には殆ど差異がなく、実施形態３の集積型光デバイス１００Ｆであっても従来の集積型光デバイスと同等の突き合せ結合が実現できていることが判る。また、接着強度の評価結果のシェア試験では、従来の集積型光デバイスでは１．１０ｋｇＦでＰＤ２０ＢとＵＶ硬化型接着剤とが剥離するモードが発生した。これに対し、実施形態３の集積型光デバイス１００Ｆでは、剥離モードが発生する点は同じであるものの、２．９０ｋｇＦで発生することが判った。この結果、集積型光デバイス１００Ｆでは、より接着強度が向上されていることが判った。これらの結果によれば、集積型光デバイス１００Ｆの場合には、安定した接続構造が得られることを確認できた。
　即ち、集積型光デバイス１００Ｆにおいて、基板１９は、ＰＬＣ１０における基板１の上面に実装された状態でＰＤ２０Ｂの端面との突き合わせ結合に供される。また、ＰＬＣ１０の基板１とＰＤ２０Ｂの基板１１とは、突き合わせ結合時にＰＬＣ１０の光回路の光導波路とＰＤ２０Ｂの光回路の光導波路とによる光導波路（コア層３、１３）同士の層面に対して対角するように配置される。そして、メタルマーカーＭＭと溝マーカーＭＶとは、基板１９が実装されたＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとの突き合わせ結合端面でのアライメントの実施に供される。更に、結合部３０Ｄは、アライメントの実施後に外部から光を入力しての調心後のＵＶ硬化型接着剤の硬化により形成される。
　以上に説明したように、集積型光デバイス１００Ｆでは、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとを突き合わせ結合する際、基板１の上面の光回路側にＵＶ光を透過する突き合わせ結合保持用の基板１９を用いている。そして、ＰＤ２０Ｂについては、基板１１の下面が上面となるように裏返して使用し、突き合わせ部分にＵＶ硬化型接着剤を充填してＵＶ光を照射し、硬化させて結合部３０Ｄを形成して構成される。即ち、ＰＬＣ１０とＰＤ２０Ｂとを突き合わせての光回路の光導波路同士の調心後のＵＶ硬化型接着剤を用いた硬化による結合部３０Ｄの形成に際し、精度良く光導波路同士の突き合わせて十分な接着強度を得られる構造としている。この結果、ＰＬＣ１０の光回路をプラットフォームとし、ＰＤ２０Ｂのハイブリッド集積を簡便に実現でき、かつ高精度な光導波路同士の突き合わせ結合が可能な集積型光デバイス１００Ｆを低コストで提供することができる。特に集積型光デバイス１００Ｆの場合には、基板１９の使用以外に各光デバイスの突き合わせ結合端面付近の表面に施したアライメント用のメタルマーカーＭＭを利用してプリアライメントしている。また、この後にＰＤ２０Ｂに設けた溝ＶとＰＬＣ１０の溝Ｖに対して対向する溝マーカーＭＶとを用いて、高さ方向のアライメントを実施して結合部３０Ｄを形成している。このため、集積型光デバイス１００Ｆでは、実施形態２の集積型光デバイス１００Ｅの場合よりも、更に安定して精度高く光結合を実施し、低損失な光結合特性が得られるようになる。

Claims (8)

  1. 　基板の一方の主面の上面に光回路が設けられた平面光波回路と、
    　基板の他方の主面の下面に光回路が設けられた光機能素子と、
    　前記平面光波回路と前記光機能素子とを突き合わせて結合する紫外線硬化型接着剤を有し、前記光回路のそれぞれの光導波路同士が調心されている結合部と、
    　を備えた集積型光デバイスであって、
    　前記平面光波回路における前記光回路の上面に設けられ、前記光機能素子の端面と突き合わせられて前記紫外線硬化型接着剤による結合に供される突き合わせ結合保持用の基板を備え、
    　前記平面光波回路における前記基板及び前記光機能素子における前記基板は、紫外線光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させない材料であり、
    　前記平面光波回路における前記光回路、前記光機能素子における前記光回路、及び前記突き合わせ結合保持用の基板は、紫外線光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過させる材料であり、
    　前記結合部は、前記光機能素子における前記光回路と前記平面光波回路における前記光回路との間、及び前記光機能素子における前記基板の端面と前記突き合わせ結合保持用の基板の端面との間に対して前記紫外線硬化型接着剤が充填されて硬化された状態で形成された
    　ことを特徴とする集積型光デバイス。
  2. 　前記平面光波回路における前記基板は、Ｓｉ又はＩｎＰであり、
    　前記光機能素子における前記基板は、Ｓｉ又はＩｎＰであり、
    　前記突き合せ結合保持用の基板は、前記光機能素子における前記基板よりも板厚であり、紫外線光帯域から可視光帯域までの波長領域の光を透過するガラス材料である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の集積型光デバイス。
  3. 　少なくとも前記平面光波回路における前記光回路の入出力端面付近と、前記光機能素子における前記光回路の入出力端面付近とには、突き合わせ時の位置合わせ用のマーカーが設けられている
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集積型光デバイス。
  4. 　前記位置合わせ用のマーカーは、前記平面光波回路の前記光回路と前記光機能素子の前記光回路との突き合わせ結合端面における前記光導波路が形成された層の光の伝搬を妨げない箇所に設けられた
    　ことを特徴とする請求項３記載の集積型光デバイス。
  5. 　前記突き合わせ結合端面には、前記位置合わせ用のマーカーが少なくとも２か所に設けられている
    　ことを特徴とする請求項３記載の集積型光デバイス。
  6. 　前記位置合わせ用のマーカーは、前記平面光波回路における前記光回路、及び前記光機能素子における前記光回路の上面に設けられたメタル層を加工して形成されたメタルマーカーである
    　ことを特徴とする請求項５に記載の集積型光デバイス。
  7. 　前記光機能素子の表面に対して垂直方向に設けられた溝が当該光機能素子の入出力端面に露出されており、
    　前記溝の深さは、前記光機能素子の基板の内部領域まで到達しており、
    　前記溝の位置は、前記平面光波回路の基板の上面に設けられた溝マーカーと当該基板の垂直方向で一致している
    　ことを特徴とする請求項６に記載の集積型光デバイス。
  8. 　前記突き合わせ結合保持用の基板は、前記平面光波回路における前記基板の上面に実装された状態で前記光機能素子の端面との突き合わせ結合に供され、
    　前記平面光波回路の前記基板と前記光機能素子の基板とは、突き合わせ結合時に当該平面光波回路の光回路の光導波路と当該光機能素子の光回路の光導波路とによる当該光導波路同士の層面に対して対角するように配置され、
    　前記メタルマーカーと前記溝マーカーとは、前記突き合わせ結合保持用の基板が実装固定された前記平面光波回路と前記光機能素子との突き合わせ結合端面でのアライメントの実施に供され、
    　前記結合部は、前記アライメントの実施後に外部から光を入力しての調心後の前記紫外線硬化型接着剤の硬化により形成された
    　ことを特徴とする請求項７に記載の集積型光デバイス。
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