(57)【要約】【課題】高い動作速度を得ながら回路基板への実装を容易に行うことができる光デバイス及び光モジュールを提供する。【解決手段】光集積回路チップ１１０と、電子回路チップ１２０と、貫通配線基板１３０と、バンプ１４１〜１４３と、が含まれている。光集積回路チップ１１０及び貫通配線基板１３０は、電子回路チップ１２０の同一の主面１９２側に配置されており、電子回路チップ１２０の主面１９２と光集積回路チップ１１０の電子回路チップとは反対側の主面１９５との間の間隔は、電子回路チップ１２０の主面１９２とバンプ１４３の電子回路チップとは反対側の頂点１４４との間隔以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光集積回路及びこれに接続された光インタフェースを備えた光集積回路チップと、
前記光集積回路に接続される電子回路を備えた電子回路チップと、
前記電子回路チップに接続される貫通配線を備えた貫通配線基板と、
前記光集積回路チップと前記電子回路チップとの間で前記光集積回路及び前記電子回路を接続する第１のバンプと、
前記電子回路チップと前記貫通配線基板との間で前記電子回路及び前記貫通配線を接続する第２のバンプと、
前記貫通配線の前記第２のバンプとは反対側の端部に接続された第３のバンプと、
を有し、
前記光集積回路チップ及び前記貫通配線基板は、前記電子回路チップの同一の主面側に配置されており、
前記電子回路チップの前記主面と前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の主面との間の間隔は、前記電子回路チップの前記主面と第３のバンプの前記電子回路チップとは反対側の頂点との間隔以下であることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記光集積回路は変調器を有し、
前記電子回路は前記変調器を駆動する駆動回路を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記光集積回路は受光器を有し、
前記電子回路は前記受光器からの電気信号を受信する受信回路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
【請求項４】
回路基板と、
前記回路基板に実装された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デバイスと、
を有し、
前記第３のバンプが前記回路基板に接続され、
前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の前記主面と前記回路基板との間にアンダーフィル材が設けられていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路を構成することができ、安価で大規模な集積技術が進んだシリコンプロセスを光デバイスに適用することができる。シリコンプロセスを光デバイスに適用することで、大規模でドライバを内蔵した光システム、大量生産による安価な光デバイスが実現することができる。光デバイスは、光通信ネットワーク、光インターコネクション等に用いられる。
【０００３】
光デバイスの一つであるシリコン光集積回路チップでは、シリコン基板上に高密度に光変調器、受光器、受動素子等の素子が形成されている。シリコン光集積回路チップには駆動回路チップが接続され、駆動回路チップは回路基板に接続される。従来、これらの接続の一部にボンディングワイヤが用いられており、そのために、高速動作及び多チャンネルの高集積化の実現が困難である。
【０００４】
フリップチップバンプを用いて接続しつつ、所定の形状に加工した回路基板等の実装基板に実装することについても検討されている。しかしながら、この従来技術では、実装基板を高精度で加工する必要があり、その実現は困難であり、かつコストの上昇につながる。つまり、加工精度が低い場合には接触不良が生じるため、モジュール化が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３７１９５４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０７２０６号公報
【特許文献３】特開２００７−２４９１９４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Pan et al., Opt. Express, Vol.20(16), 18145-18155
【非特許文献２】Zheng et al., J. Lightwave Technology, 2012, Vol.30(4), 641-650
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高い動作速度を得ながら回路基板への実装を容易に行うことができる光デバイス及び光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
光デバイスの一態様には、光集積回路及びこれに接続された光インタフェースを備えた光集積回路チップと、前記光集積回路に接続される電子回路を備えた電子回路チップと、前記電子回路チップに接続される貫通配線を備えた貫通配線基板と、前記光集積回路チップと前記電子回路チップとの間で前記光集積回路及び前記電子回路を接続する第１のバンプと、前記電子回路チップと前記貫通配線基板との間で前記電子回路及び前記貫通配線を接続する第２のバンプと、前記貫通配線の前記第２のバンプとは反対側の端部に接続された第３のバンプと、が含まれている。前記光集積回路チップ及び前記貫通配線基板は、前記電子回路チップの同一の主面側に配置されており、前記電子回路チップの前記主面と前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の主面との間の間隔は、前記電子回路チップの前記主面と第３のバンプの前記電子回路チップとは反対側の頂点との間隔以下である。
【０００９】
光モジュールの一態様には、回路基板と、前記回路基板に実装された上記の光デバイスと、が含まれている。前記第３のバンプが前記回路基板に接続され、前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の前記主面と前記回路基板との間にアンダーフィル材が設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
上記の光デバイス等によれば、光集積回路チップ、電子回路チップ及び貫通配線基板の関係が適切なものとなっているため、高い動作速度を得ながら回路基板への実装を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態における光集積回路チップの構成を示す図である。
【図４】電子回路チップの構成を示す図である。
【図５】貫通配線基板の構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る光デバイスの製造方法を工程順に示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。
【図９】第４の実施形態における光集積回路チップの構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る光デバイスの製造方法を工程順に示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【図１２】第２、第４の実施形態の変形例を示す図である。
【図１３】第４の実施形態の他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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デバイスの構成を示す図である。図１（ａ）は部分断面図であり、図１（ｂ）は回路図である。
【００１４】
第１の実施形態に係る光デバイス１００には、図１に示すように、光集積回路チップ１１０、電子回路チップ１２０及び貫通配線基板１３０が含まれている。光集積回路チップ１１０と電子回路チップ１２０とがバンプ１４１により接続されている。電子回路チップ１２０と貫通配線基板１３０とがバンプ１４２により接続されている。バンプ１４１は光集積回路チップ１１０の主面１９１上及び電子回路チップ１２０の主面１９２上にある。バンプ１４２は電子回路チップ１２０の主面１９２上及び貫通配線基板１３０の主面１９３上にある。光集積回路チップ１１０に光集積回路１１１及び光集積回路１１１に繋がった光インタフェース１１２が含まれている。光集積回路１１１はバンプ１４１に接続されている。電子回路チップ１２０に電子回路１２１が含まれている。電子回路１２１はバンプ１４１及びバンプ１４２に接続されている。貫通配線基板１３０に貫通配線１３１が含まれている。貫通配線１３１はバンプ１４２に接続されている。貫通配線基板１３０の他方の主面１９４上に、貫通配線１３１に接続されたバンプ１４３がある。主面１９２と光集積回路チップ１１０の他方の主面１９５との間の間隔Ｌ１は、主面１９２とバンプ１４３の頂点１４４との間隔Ｌ２以下である。バンプ１４１が第１のバンプの一例、バンプ１４２が第２のバンプの一例、バンプ１４３が第３のバンプの一例である。
【００１５】
そして、この光デバイス１００は、図１に示すように、バンプ１４３が回路基板１５０に接するようにして回路基板１５０に実装して使用される。間隔Ｌ１が間隔Ｌ２以下であるため、主面１９５と回路基板１５０との間にアンダーフィル材１６１を挿入することができ、すべてのバンプ１４３を確実に回路基板１５０に接続することができる。
【００１６】
このように、第１の実施形態によれば、回路基板１５０の高精度の加工を行わずとも、光デバイス１００を容易に回路基板１５０に実装することができる。また、ボンディングワイヤではなく、バンプ１４１、バンプ１４２及びバンプ１４３を用いた接続が行われるため、集積度及び動作速度を向上することができる。
【００１７】
（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２は、第２の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。
【００１８】
第２の実施形態に係る光デバイス２００には、図２に示すように、光集積回路チップ２１０、電子回路チップ２２０及び貫通配線基板２３０が含まれている。光集積回路チップ２１０と電子回路チップ２２０とがバンプ２４１により接続されている。電子回路チップ２２０と貫通配線基板２３０とがバンプ２４２により接続されている。バンプ２４１は光集積回路チップ２１０の主面（上面）２９１上及び電子回路チップ２２０の主面（下面）２９２上にある。バンプ２４２は電子回路チップ２２０の主面２９２（下面）上及び貫通配線基板２３０の主面（上面）２９３上にある。主面２９１と主面２９２との間のアンダーフィル材２６２、及び主面２９２と主面２９３との間のアンダーフィル材２６３が設けられている。
【００１９】
図３に示すように、光集積回路チップ２１０には、複数の変調器２１３及び複数の受光器２１４を含む光集積回路２１１、並びに、複数のスポットサイズ変換器２１５を備えた光インタフェース２１２が含まれている。これら変調器２１３が変調器部２１７に含まれ、変調器部２１７内に変調器２１３がアレイ状に配置されている。これら受光器２１４が受光器部２１８に含まれ、受光器部２１８内に受光器２１４がアレイ状に配置されている。各変調器２１３及び各受光器２１４にバンプ２４１が主面２９１側で接続される。各変調器２１３に光の入力ポート及び光の出力ポートが設けられており、入力ポートに導波路２１６ａの一端が接続され、出力ポートに導波路２１６ｂの一端が接続されている。各受光器２１４に光の入力ポートが設けられており、入力ポートに導波路２１６ｃの一端が接続されている。そして、導波路２１６ａ、導波路２１６ｂ及び導波路２１６ｃの他端がスポットサイズ変換器２１５に接続されている。
【００２０】
変調器２１３、受光器２１４、スポットサイズ変換器２１５及び導波路２１６ａ〜２１６ｃは、シリコンを含む基板、例えば厚さが５３０μｍ程度のＳＯＩ（silicon on insulator）基板上に形成されている。変調器２１３は、例えばリング共振器型の変調器であり、受光器２１４は、例えばＧｅを吸収層とする導波路型の受光器である。スポットサイズ変換器２１５は、例えば屈折率が１．４７のＳｉＯＮからなる導波路を備え、シリコン導波路２１６ａ〜２１６ｃから光を移行し、端面から光を入出力する。本実施形態では、変調器２１３、受光器２１４、スポットサイズ変換器２１５及び導波路２１６が、例えば１５５０ｎｍ帯の光に対して動作するように構成されている。
【００２１】
図４に示すように、電子回路チップ２２０には、送信回路２２３及び受信回路２２４を含む電子回路２２１が含まれている。送信回路２２３には、変調器２１３を駆動する駆動回路が含まれる。受信回路２２４には、トランスインピーダンスアンプ及びリミティングアンプが含まれる。主面（下面）２９２には、光集積回路チップ２１０との接続が行われる領域２２５、及び貫通配線基板２３０との接続が行われる領域２２６が設けられている。そして、領域２２５内において、送信回路２２３及び受信回路２２４にバンプ２４１が主面２９２上で接続される。また、領域２２６内において、送信回路２２３及び受信回路２２４にバンプ２４２が主面２９２上で接続される。
【００２２】
送信回路２２３及び受信回路２２４は、シリコンを含む基板、例えば厚さが４００μｍ程度のシリコン基板上に形成されている。
【００２３】
図５に示すように、貫通配線基板２３０には、貫通配線２３１が含まれている。貫通配線２３１は主面（上面）２９３側でバンプ２４２に接続され、貫通配線基板２３０の他方の主面２９４（下面）上に、貫通配線２３１に接続されたバンプ２４３がある。貫通配線２３１には、送信回路２２３に対応する送信用領域２３３、及び受信回路２２４に対応する受信用領域２３４が設けられている。図５（ａ）は主面２９３の構成を示し、図５（ｂ）は断面図であり、図５（ｃ）は主面２９４の構成を示す。
【００２４】
貫通配線２３１は、例えば厚さが６００μｍ程度のガラスセラミック材に形成されており、貫通配線２３１はＣｕを含む配線、例えばＣｕ配線である。
【００２５】
例えば、バンプ２４１は５０μｍのピッチでアレイ状に配置されており、Ｃｕ及びＳｎＡｇ半田を含んでいる。例えば、バンプ２４２は１５０μｍのピッチでアレイ状に配置されており、ＳｎＡｇ半田を含んでいる。例えば、バンプ２４３は１５０μｍのピッチでアレイ状に配置されており、ＳｎＡｇ半田を含んでいる。バンプ２４１が第１のバンプの一例、バンプ２４２が第２のバンプの一例、バンプ２４３が第３のバンプの一例である。
【００２６】
主面２９２と光集積回路チップ２１０の他方の主面２９５との間の間隔Ｌ１は、主面２９２とバンプ２４３の頂点２４４との間隔Ｌ２以下である。
【００２７】
そして、この光デバイス２００は、図２に示すように、バンプ２４３が回路基板２５０に接するようにして回路基板２５０に実装して使用される。間隔Ｌ１が間隔Ｌ２以下であるため、主面２９５と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６１を挿入することができ、すべてのバンプ２４３を確実に回路基板２５０に接続することができる。回路基板２５０には、例えば、高速伝送線、電源線及び制御信号線等が含まれる。
【００２８】
光デバイス２００では、送信回路２２３に含まれる駆動回路が、バンプ２４１を介して変調器２１３を駆動する。変調器２１３は、スポットサイズ変換器２１５及び導波路２１６を介して入力ポートから入力された光に変調をかけて出力ポートから出力する。出力ポートから出力された光は導波路２１６及びスポットサイズ変換器２１５を介して出力される。また、受光器２１４は、スポットサイズ変換器２１５及び導波路２１６を介して入力ポートから入力された光を電気信号に変換する。この電気信号は、バンプ２４１を介して受信回路２２４に入力され、受信回路２２４によって増幅等の信号処理を受ける。
【００２９】
また、電子回路チップ２２０には、貫通配線２３１を介して回路基板２５０から電力及び制御信号等が供給され、電子回路チップ２２０と回路基板２５０との間で、貫通配線２３１を介した信号の授受が行われる。
【００３０】
第２の実施形態によれば、回路基板２５０の高精度の加工を行わずとも、光デバイス２００を容易に回路基板２５０に実装することができる。また、ボンディングワイヤではなく、バンプ２４１、バンプ２４２及びバンプ２４３を用いた接続が行われるため、集積度及び動作速度を向上することができる。
【００３１】
次に、第２の実施形態に係る光デバイス２００を製造する方法について説明する。図６は、第２の実施形態に係る光デバイスの製造方法を工程順に示す図である。
【００３２】
先ず、光集積回路チップ２１０、電子回路チップ２２０及び貫通配線基板２３０を個別に作製する。このとき、光集積回路チップ２１０にバンプ２４１の一部を構成するバンプを設け、電子回路チップ２２０にバンプ２４１の他の一部を構成するバンプ及びバンプ２４２の一部を構成するバンプを設ける。また、貫通配線基板２３０にバンプ２４２の他の一部を構成するバンプ及びバンプ２４３を設ける。
【００３３】
光集積回路チップ２１０に設けるバンプとしては、例えば、高さが１０μｍ程度、幅が３０μｍ程度のＣｕ製のバンプを用い、これらを変調器２１３及び受光器２１４上に５０μｍのピッチで設ける。電子回路チップ２２０に設けるバンプ２４１用のバンプとしては、例えば、高さが１０μｍ程度、幅が３０μｍ程度のＳｎＡｇ半田製のバンプを用いる。そして、これらを送信回路２２３及び受信回路２２４の光集積回路チップ２１０との接続が行われる領域２２５に５０μｍのピッチで設ける。電子回路チップ２２０に設けるバンプ２４２用のバンプとしては、例えば、高さが１０μｍ程度、幅が７０μｍ程度のＳｎＡｇ半田製のバンプを用いる。そして、これらを送信回路２２３及び受信回路２２４の貫通配線基板２３０との接続が行われる領域２２６に１５０μｍのピッチで設ける。貫通配線基板２３０に設けるバンプ２４２用のバンプとしては、例えば、高さが３０μｍ程度、幅が７０μｍ程度のＳｎＡｇ半田製のバンプを用いる。そして、これらを主面２９３側で貫通配線２３１上に１５０μｍのピッチで設ける。バンプ２４３としても、例えば、高さが３０μｍ程度、幅が７０μｍ程度のＳｎＡｇ半田製のバンプを用いる。そして、これらを主面２９４側で貫通配線２３１上に１５０μｍのピッチで設ける。
【００３４】
次いで、図６（ａ）に示すように、光集積回路チップ２１０と電子回路チップ２２０とをフリップチップ接合により接合する。その後、図６（ｂ）に示すように、主面２９１と主面２９２との間の空間をアンダーフィル材２６２により封止する。続いて、図６（ｃ）に示すように、電子回路チップ２２０と貫通配線基板２３０とをフリップチップ接合により接合する。そして、図６（ｄ）に示すように、主面２９２と主面２９３との間の空間をアンダーフィル材２６３により封止する。
【００３５】
このようにして光デバイス２００を製造することができる。
【００３６】
なお、変調器２１３、受光器２１４、スポットサイズ変換器２１５及び導波路２１６等が１５５０ｎｍ帯とは異なる帯域の光に対して動作するように構成されていてもよい。例えば、これらが１３００ｎｍ帯の光に対して動作するように構成されていてもよい。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、光デバイス２００を含む光モジュールに関する。図７は、第３の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【００３８】
第３の実施形態に係る光モジュール３００では、図７（ａ）に示すように、光デバイス２００が回路基板２５０にフリップチップ実装されている。回路基板２５０には、例えば高速伝送線、電源線及び制御信号線が含まれている。光集積回路チップ２１０の主面２９５と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６１が設けられ、貫通配線基板２３０の主面２９４と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６４が設けられている。また、光ファイバ３０１が光集積回路チップ２１０の光インタフェース２１２に接続され、接着剤３０２で固定されている。
【００３９】
このような光モジュール３００を製造するには、光デバイス２００の実装のために回路基板２５０を複雑な形状に高精度で加工する必要はない。つまり、光デバイス２００のフリップ実装を容易に行うことができる。
【００４０】
なお、図７（ｂ）に示すように、電子回路チップ２２０で生じた熱を外部に放出するヒートシンク３０３がサーマルインタフェース３０４を介して設けられていることが好ましい。例えば、サーマルインタフェース３０４はＩｎを含み、ヒートシンク３０３はＣｕを含む。
【００４１】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態に係る光デバイスの構成を示す図である。
【００４２】
第４の実施形態に係る光デバイス４００には、図８に示すように、光集積回路チップ４１０、電子回路チップ２２０及び貫通配線基板２３０が含まれている。光集積回路チップ４１０と電子回路チップ２２０とがバンプ２４１により接続されている。電子回路チップ２２０と貫通配線基板２３０とがバンプ２４２により接続されている。バンプ２４１は光集積回路チップ４１０の主面（上面）４９１上及び電子回路チップ２２０の主面（下面）２９２上にある。バンプ２４２は電子回路チップ２２０の主面（下面）２９２上及び貫通配線基板２３０の主面（上面）２９３上にある。主面４９１と主面２９２との間のアンダーフィル材２６２、及び主面２９２と主面２９３との間のアンダーフィル材２６３が設けられている。
【００４３】
図９に示すように、光集積回路チップ４１０には、複数の変調器４１３及び複数の受光器４１４を含む光集積回路４１１、並びに、複数のスポットサイズ変換器４１５を備えた光インタフェース４１２が含まれている。これら変調器４１３が変調器部４１７に含まれ、変調器部４１７内に変調器４１３がアレイ状に配置されている。これら受光器４１４が受光器部４１８に含まれ、受光器部４１８内に受光器４１４がアレイ状に配置されている。各変調器４１３及び各受光器４１４にバンプ２４１が主面４９１側で接続される。光集積回路チップ４１０には、光源チップ４７１、及びこの光源チップ４７１から出射された光が入力されるスポットサイズ変換器４７２も設けられている。光源チップ４７１から出射された光の光軸がスポットサイズ変換器４７２の入力部と一致するように、光源チップ４７１は、主面４９１に形成された凹部４７３内に設けられている。例えば光源チップ４７１は半田バンプを介して光集積回路チップ４１０上の電気配線に接続され、この電気配線はバンプ２４１を介して電子回路チップ上の光源チップ駆動回路に接続されている。各変調器４１３に光の入力ポート及び光の出力ポートが設けられており、入力ポートに導波路４１６ａの一端が接続され、出力ポートに導波路４１６ｂの一端が接続されている。各受光器４１４に光の入力ポートが設けられており、入力ポートに導波路４１６ｃの一端が接続されている。そして、導波路４１６ａの他端がスポットサイズ変換器４７２に接続され、導波路４１６ｂ及び導波路４１６ｃの他端がスポットサイズ変換器４１５に接続されている。
【００４４】
変調器４１３、受光器４１４、スポットサイズ変換器４１５、導波路４１６ａ〜４１６ｃ及びスポットサイズ変換器４７２は、シリコンを含む基板、例えば厚さが５３０μｍ程度のＳＯＩ基板上に形成されている。変調器４１３は、例えばマッハツェンダ干渉計型の変調器であり、受光器４１４は、例えばＧｅを吸収層とする導波路型の受光器である。スポットサイズ変換器４１５及びスポットサイズ変換器４７２は、例えば屈折率が１．４７のＳｉＯＮからなる導波路を備え、シリコン導波路４１６ａ〜４１６ｃから光を移行し、端面から光を入出力する。本実施形態では、変調器４１３、受光器４１４、スポットサイズ変換器４１５、導波路４１６ａ〜４１６ｃ及びスポットサイズ変換器４７２が、例えば１５５０ｎｍ帯の光に対して動作するように構成されている。光源チップ４７１は、例えばＩｎＰ基板を用いて構成された１５５０ｎｍ帯でレーザ発振する分布帰還型（ＤＦＢ：distributed feedback）レーザアレイである。
【００４５】
光デバイス４００には、光ファイバをガイドするガイドチップ４８０も含まれている。ガイドチップ４８０には、光ファイバが配置される断面形状がＶ字状の溝４８１が、スポットサイズ変換器４１５と対応するように形成されている。ガイドチップ４８０は、溝４８１上に配置される光ファイバのコアがスポットサイズ変換器４１５の導波路と接続されるようにして、接着剤で光インタフェース４１２に接合されている。ガイドチップ４８０は、例えばシリコン基板を異方性エッチングすることにより形成されている。
【００４６】
電子回路チップ２２０、電子回路チップ２２０、バンプ２４１、バンプ２４２及びバンプ２４３の構成は、第２の実施形態と同様である。主面２９２と光集積回路チップ４１０の他方の主面２９５との間の間隔Ｌ１は、主面２９２とバンプ２４３の頂点２４４との間隔Ｌ２以下である。
【００４７】
そして、この光デバイス４００は、図８に示すように、バンプ２４３が回路基板２５０に接するようにして回路基板２５０に実装して使用される。間隔Ｌ１が間隔Ｌ２以下であるため、主面４９５と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６１を挿入することができ、すべてのバンプ２４３を確実に回路基板２５０に接続することができる。回路基板２５０には、例えば、高速伝送線、電源線及び制御信号線等が含まれる。
【００４８】
第４の実施形態によっても、基板の高精度の加工を行わずとも、光デバイス４００を容易に回路基板２５０に実装することができる。また、ボンディングワイヤではなく、バンプ２４１、バンプ２４２及びバンプ２４３を用いた接続が行われるため、集積度及び動作速度を向上することができる。
【００４９】
次に、第４の実施形態に係る光デバイス４００を製造する方法について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る光デバイスの製造方法を工程順に示す図である。
【００５０】
先ず、光集積回路チップ４１０、ガイドチップ４８０、電子回路チップ２２０及び貫通配線基板２３０を個別に作製する。このとき、光集積回路チップ４１０にバンプ２４１の一部を構成するバンプを設け、電子回路チップ２２０にバンプ２４１の他の一部を構成するバンプ及びバンプ２４２の一部を構成するバンプを設ける。また、貫通配線基板２３０にバンプ２４２の他の一部を構成するバンプ及びバンプ２４３を設ける。
【００５１】
光集積回路チップ４１０に設けるバンプとしては、例えば、高さが１０μｍ程度、幅が３０μｍ程度のＣｕ製のバンプを用い、これらを変調器４１３及び受光器４１４上に５０μｍのピッチで設ける。電子回路チップ２２０に設けるバンプ及び貫通配線基板２３０に設けるバンプは、第２の実施形態と同様のものである。また、ガイドチップ４８０を光集積回路チップ４１０に接合し、光源チップ４７１を光集積回路チップ４１０に搭載する。
【００５２】
次いで、図１０（ａ）に示すように、光集積回路チップ４１０と電子回路チップ２２０とをフリップチップ接合により接合する。その後、図１０（ｂ）に示すように、主面４９１と主面２９２との間の空間をアンダーフィル材２６２により封止する。続いて、図１０（ｃ）に示すように、電子回路チップ２２０と貫通配線基板２３０とをフリップチップ接合により接合する。そして、図１０（ｄ）に示すように、主面２９２と主面２９３との間の空間をアンダーフィル材２６３により封止する。
【００５３】
このようにして光デバイス４００を製造することができる。
【００５４】
なお、変調器４１３、受光器４１４、スポットサイズ変換器４１５、導波路４１６ａ〜４１６ｃ及びスポットサイズ変換器４７２等が１５５０ｎｍ帯とは異なる帯域の光に対して動作するように構成されていてもよい。また、光源チップ４７１が１５５０ｎｍ帯とは異なる帯域でレーザ発振してもよい。例えば、光源チップ４７１がＧａＡｓ基板又はＳｉ基板を用いて構成されていてもよい。導波路での損失を低減するためには、光源チップ４７１の発光波長は長いほど好ましく、シリコンのバンドギャップである１１２７ｎｍよりも長波長であることが好ましい。
【００５５】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、光デバイス４００を含む光モジュールに関する。図１１は、第５の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【００５６】
第５の実施形態に係る光モジュール５００では、図１１（ａ）に示すように、光デバイス４００が回路基板２５０にフリップチップ実装されている。回路基板２５０には、例えば高速伝送線、電源線及び制御信号線が含まれている。光集積回路チップ４１０の主面４９５と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６１が設けられ、貫通配線基板２３０の主面２９４と回路基板２５０との間にアンダーフィル材２６４が設けられている。また、光ファイバ３０１がガイドチップ４８０の溝４８１上に配置されつつ光集積回路チップ２１０の光インタフェース２１２に接続される。光ファイバ３０１は固定具５０５により溝４８１に固定されている。
【００５７】
このような光モジュール５００を製造するには、光デバイス４００の実装のために回路基板２５０を複雑な形状に高精度で加工する必要はない。つまり、光デバイス４００のフリップ実装を容易に行うことができる。
【００５８】
なお、図１１（ｂ）に示すように、電子回路チップ２２０で生じた熱及び光源チップ４７１で生じた熱を外部に放出するヒートシンク５０３がサーマルインタフェース５０４を介して設けられていることが好ましい。図１１（ｃ）に示すように、ヒートシンク５０３が固定具５０５を兼ねていてもよい。例えば、サーマルインタフェース５０４はＩｎを含み、ヒートシンク５０３はＣｕを含む。
【００５９】
なお、光集積回路チップ２１０又は光集積回路チップ４１０に用いられる基板の厚さは５３０μｍより厚くても、５３０μｍより薄くてもよい。ＳＯＩ基板が用いられる場合、裏面に設けられている応力緩和層を除去するとＳＯＩ基板が反りやすいため、応力緩和層を除去することなく用いることが好ましい。光集積回路チップ２１０又は光集積回路チップ４１０に設けるバンプとして、Ｃｕ製のバンプに代えて、ＳｎＡｇ半田製のバンプ又はＡｕ製のバンプ等を用いてもよい。
【００６０】
変調器２１３として、リング共振器型の変調器に代えて、マッハツェンダ干渉計型の変調器、電界吸収を用いた光変調器等を用いてもよい。変調器４１３として、マッハツェンダ干渉計型の変調器に代えて、リング共振器型の変調器、電界吸収を用いた光変調器等を用いてもよい。リング共振型の変調器が用いられる場合、リング共振器の共振波長を制御する位相制御器（例えばヒータ）が設けられていることが好ましい。入力のレーザ光の波長によらずに安定した動作が可能となるからである。
【００６１】
スポットサイズ変換器２１５又はスポットサイズ変換器４１５の導波路の材料として、ＳｉＯＮに代えて、シリコン酸化物、ゲルマニウムがドーピングされたシリカ等を用いてもよい。また、導波路２１６ａ〜２１６ｃ又は導波路４１６ｂ〜４１６ｃにテーパ構造を導入して、その部分をスポットサイズ変換器２１５又はスポットサイズ変換器４１５として用いてもよい。基板の上面から光を入出力するグレーティングカプラをスポットサイズ変換器２１５又はスポットサイズ変換器４１５に用いてもよい。更に、変調器２１３又は変調器４１３からの光の入出力にグレーティングカプラを用い、受光器２１４又は受光器４１４として面型受光器を用いてもよい。この場合、受光器２１４又は受光器４１４は基板の上面に照射された光を受光し、受光器２１４又は受光器４１４が光インタフェースを兼ね、主面２９１又は主面４９１に光ファイバ３０１が接続される。
【００６２】
導波路４１６ａにテーパ構造を導入して、その部分をスポットサイズ変換器４７２として用いてもよい。基板の上面から光を入出力するグレーティングカプラをスポットサイズ変換器４７２に用いてもよい。この場合、凹部４７３は形成する必要がなく、例えば、光源チップ４７１の構造をその上面又は下面から光が出射されるものとするか、光源チップ４７１を下方に光が出射されるように主面４９１上に立てて配置する。
【００６３】
変調器２１３又は変調器４１３の入力ポートとスポットサイズ変換器２１５又はスポットサイズ変換器４７２との間に光分岐構造が設けられていてもよい。この場合、１個のスポットサイズ変換器２１５又はスポットサイズ変換器４７２から複数の変調器２１３又は変調器４１３に光が入力され得る。例えば、図１２（ａ）に示すように、２個の光分岐構造５０１（分波器）が設けられている場合、２個のスポットサイズ変換器２１５から６個の変調器２１３に光を入力することができる。図１２（ｂ）に示すように、３個の光分岐構造５０２が設けられている場合、３個のスポットサイズ変換器４７２から６個の変調器４１３に光を入力することができる。
【００６４】
電子回路チップ２２０に用いられる基板の厚さは４００μｍより厚くても、４００μｍより薄くてもよい。電子回路チップ２２０に設けるバンプとして、ＳｎＡｇ製のバンプに代えて、Ｃｕ製のバンプ又はＡｕ製のバンプ等を用いてもよい。
【００６５】
貫通配線基板２３０の基材、例えばガラスセラミック材の厚さは６００μｍに限定されない。貫通配線基板２３０に設けるバンプとして、ＳｎＡｇ製のバンプに代えて、Ｃｕ製のバンプ又はＡｕ製のバンプ等を用いてもよい。
【００６６】
図１３に示すように、第４の実施形態に係る光デバイス４００の光集積回路チップ４１０に、半導体光増幅器（ＳＯＡ：semiconductor optical amplifier）５０３が含まれていてもよい。半導体光増幅器５０６は受光器４１４とスポットサイズ変換器４１５との間に設けられる。半導体光増幅器５０６が設けられている場合、リンクの損失が大きいときでも、リンクロスを補償した伝送を行うことができる。
【００６７】
第２〜第５の実施形態において、送信回路２２３及びこれとの信号の授受に用いられる構成が設けられていれば、受信回路２２４及びこれとの信号の授受に用いられる構成が設けられていなくてもよい。同様に、受信回路２２４及びこれとの信号の授受に用いられる構成が設けられていれば、送信回路２２３及びこれとの信号の授受に用いられる構成が設けられていなくてもよい。いずれの場合でも、高い動作速度を得ながら回路基板への実装を容易に行うことができるという効果が得られる。この効果は、光スイッチ等の他の機能回路が設けられた場合でも得ることができる。
【００６８】
各バンプのサイズは特に限定されないが、光集積回路チップと電子回路チップとの間の第１のバンプは、電子回路チップと貫通配線基板との間の第２のバンプ及び貫通配線基板の反対側の第３のバンプよりも小さいことが好ましい。これは、光集積回路チップ及び電子回路チップは互いに同一の材料、例えばシリコンを主たる材料として構成することができるのに対し、電子回路チップ及び貫通配線基板を互いに同一の材料を主たる材料として構成することが困難であるためである。つまり、主たる材料が同一であれば熱膨張係数が同等のものとなるので、実装時の位置ずれが生じにくく小さなバンプを用いることが可能である。
【００６９】
光集積回路チップと電子回路チップとの接合を、電子回路チップと貫通配線基板との実装より後に行ってもよいが、第１のバンプが第２のバンプ及び第３のバンプより小さい場合は、電子回路チップと貫通配線基板との実装より先に行うことが好ましい。
【００７０】
貫通配線は貫通配線基板の両主面間を直線状に貫通している必要はなく、貫通配線が貫通配線基板内で引き回されていてもよい。
【００７１】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００７２】
（付記１）
光集積回路及びこれに接続された光インタフェースを備えた光集積回路チップと、
前記光集積回路に接続される電子回路を備えた電子回路チップと、
前記電子回路チップに接続される貫通配線を備えた貫通配線基板と、
前記光集積回路チップと前記電子回路チップとの間で前記光集積回路及び前記電子回路を接続する第１のバンプと、
前記電子回路チップと前記貫通配線基板との間で前記電子回路及び前記貫通配線を接続する第２のバンプと、
前記貫通配線の前記第２のバンプとは反対側の端部に接続された第３のバンプと、
を有し、
前記光集積回路チップ及び前記貫通配線基板は、前記電子回路チップの同一の主面側に配置されており、
前記電子回路チップの前記主面と前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の主面との間の間隔は、前記電子回路チップの前記主面と第３のバンプの前記電子回路チップとは反対側の頂点との間隔以下であることを特徴とする光デバイス。
【００７３】
（付記２）
前記光集積回路は変調器を有し、
前記電子回路は前記変調器を駆動する駆動回路を有することを特徴とする付記１に記載の光デバイス。
【００７４】
（付記３）
前記変調器に光を供給する光源チップを有することを特徴とする付記２に記載の光デバイス。
【００７５】
（付記４）
前記光集積回路は受光器を有し、
前記電子回路は前記受光器からの電気信号を受信する受信回路を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００７６】
（付記５）
前記受光器と前記光インタフェースとの間の光増幅器を有することを特徴とする付記４に記載の光デバイス。
【００７７】
（付記６）
前記光インタフェースに接続される光ファイバを案内するガイドチップを有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００７８】
（付記７）
回路基板と、
前記回路基板に実装された付記１乃至６のいずれか１項に記載の光デバイスと、
を有し、
前記第３のバンプが前記回路基板に接続され、
前記光集積回路チップの前記電子回路チップとは反対側の前記主面と前記回路基板との間にアンダーフィル材が設けられていることを特徴とする光モジュール。
【符号の説明】
【００７９】
１００、２００、４００：光デバイス
１１０、２１０、４１０：光集積回路チップ
１１１、２１１、４１１：光集積回路
１１２、２１２、４１２：光インタフェース
１２０、２２０：電子回路チップ
１２１：電子回路
１３０、２３０：貫通配線基板
１３１、２３１：貫通配線
１４１、１４２、１４３、２４１、２４２、２４３：バンプ
２１３、４１３：変調器
２１４、４１４：受光器
２１５、４７２：スポットサイズ変換器
２２３：送信回路
２２４：受信回路
３００、５００：光モジュール
４７１：光源チップ
４８０：ガイドチップ
５０１、５０２：光分岐構造
５０６：半導体光増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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