(57)【要約】【課題】反射戻り光の影響を受けにくい半導体レーザモジュールを低コストで提供する。【解決手段】Ｓｉ導波路２３が形成されたシリコン基板２１上に、光導波路１３が形成された半導体レーザチップ１をフリップチップ実装する。光導波路１３及びＳｉ導波路２３の光軸を、レーザ光の出射面及び入射面の垂線と所定の角度をなすように設定し、光導波路１３の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、Ｓｉ導波路２３の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように、シリコン基板２１上における半導体レーザチップ１の搭載位置を決定する。決定した搭載位置に半導体レーザチップ１を位置合わせするためのアラインメントマーク２７−１，２７−２をシリコン基板２１に、その対となるアラインメントマーク１６−１，１６−２を半導体レーザチップ１に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、
前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、
前記第２の光導波路の光軸は、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面の垂線と前記所定の角度をなし、
前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備える
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、
前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、
前記半導体レーザチップの前記へき開端面と前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面とが平行であり、
前記第２の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が前記第２の光導波路の入射面で屈折して入射するときの屈折光と平行になるように設定され、
前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備える
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュールにおいて、
前記半導体レーザチップは、分布帰還型レーザ構造を有し、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路は、シングルモードで前記レーザ光を導波する
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールにおいて、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが対向する端面における前記第２の光導波路のスポットサイズを、前記第１の光導波路のスポットサイズよりも大きくするための、スポットサイズ変換機構を備える
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールを製造する製造方法であって、
前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備える前記アライントマークを用いて、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの前記搭載位置に、前記半導体レーザチップがパッシブアラインメント実装される
ことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波型半導体レーザと光導波路とを光結合させてなる半導体レーザモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ケーブル接続用の光導波路をシリコン基板上に形成し、導波型半導体レーザの光導波路と光結合させてなる半導体レーザモジュールにおいては、パッシブアライメントを用いて半導体レーザチップをフリップチップ実装する方法が注目されている。このパッシブアライメントを用いたフリップチップ実装方法によれば、レーザ光を出射させながら個別に搭載位置の微調整を行うアクティブ調芯作業が不要となるので、半導体レーザモジュールの製造効率が高まり、製造コストを低減させることができる。
【０００３】
広帯域・低遅延・低消費電力といった特性が重要視される光インターコネクトの分野では、高密度で低コストな実装技術が求められるため、多モード縦発振するファブリ・ペロ（ＦＰ：Fabry-Perot）型の半導体レーザが多く利用されている。
【０００４】
一方、波長多重による多チャンネル通信や、長距離の通信を行うためには、ＦＰ型の半導体レーザではなく、単一縦モード発振する分布帰還（ＤＦＢ：Distributed Feedback ）型半導体レーザが利用される。ところが、ＤＦＢ型半導体レーザは、外部からの反射戻り光の影響を受け易く、伝送時の光の品質が劣化するという欠点をもつ。そこで、ＤＦＢ型半導体レーザを用いて半導体レーザモジュールを構成する場合には、通常、光導波路と半導体レーザとの間に反射戻り光を遮蔽するための光アイソレータを装備していた。しかし、光アイソレータは、モジュールを小型化しようとするとスペース的に実装が困難であるし、コスト的にも高額になってしまうことから、シリコン系の光導波路を有する半導体レーザモジュールにはＤＦＢ型半導体レーザは利用されてこなかった。
【０００５】
非特許文献１には、シリコン導波路が形成された基板上に半導体レーザ素子をフリップチップ実装するときの、結合効率及び位置ずれトレランスを向上するためのスポットサイズ変換技術が記載されている。ただし、光源として利用しているのは、ＦＰ型半導体レーザである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】羽鳥、外７名、「トライデント型スポットサイズ変換器を用いたＳｉ基板上集積光源」、2012年5月、電子情報通信学会技術研究報告、vol. 112、no. 62、LQE2012-4、p. 15-20
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリコン基板上には、半導体レーザ駆動用ドライバ及び、光受信器で受信した信号の処理回路等の電子回路を形成することができる。したがって、シリコン基板上にこれらの電子回路と光導波路とを形成し、半導体レーザ光源と光受信器とを搭載することで、光電子融合デバイスを構成することが可能となる。
【０００８】
ただし、シリコンは間接遷移型半導体であるので、シリコンそのものを光源として利用することは難しい。そこで、ＩｎＰなどのIII−Ｖ族半導体による半導体レーザを光源として使用し、この光源とシリコン製の光導波路（以下、「Ｓｉ導波路」と略記する。）とを光結合させる方法が提案されている。このとき、Ｓｉ導波路とIII−Ｖ族半導体レーザとの光結合には、パッシブアライメントを用いたフリップチップ実装を適用することで、製造コストを下げることが可能となる。
【０００９】
これまでの光電子融合デバイスは、主にインターコネクションをターゲットとしていたので、用いる光源にはＦＰ型半導体レーザが利用されている。このＦＰ型半導体レーザは、反射戻り光の影響を受けにくいので、特に、反射戻り光対策を講じる必要はなかった。
【００１０】
一方、波長多重通信や長距離通信のために、ＦＰ型半導体レーザを単一縦モード発振させて用いる場合には、外部共振器をＳｉ導波路で形成し、波長を制御する方法が用いられてきた。しかし、この方法では、構造が複雑となるので装置の小型化が難しい、光信号の消光比が十分でない、といった問題が生じる。
【００１１】
そこで、元々単一縦モード発振するＤＦＢ型半導体レーザの出力を直接変調させて用いる方法が考えられるが、ＤＦＢ型半導体レーザは、反射戻り光の影響を受け易いという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、反射戻り光の影響を受けにくい半導体レーザモジュールを低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するために、本発明は、出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、前記第２の光導波路の光軸は、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面の垂線と前記所定の角度をなし、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備えるものとした。
【００１４】
また、他の本発明は、出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、前記半導体レーザチップの前記へき開端面と、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面とが平行であり、前記第２の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が前記第２の光導波路の入射面で屈折して入射するときの屈折光と平行になるように設定され、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備えるものとした。
【００１５】
また、他の本発明は、前記の半導体レーザモジュールを製造する製造方法であって、前記１組以上のアライントマークを用いて、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの前記搭載位置に、前記半導体レーザチップがパッシブアラインメント実装されるものとした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反射戻り光の影響を受けにくい半導体レーザモジュールを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成例を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はその一部を拡大して示した図である。
【図２】導波路型の半導体レーザチップの構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は光導波路の光軸方向の積層構造例を示した断面図である。
【図３】光導波路及びバンプ電極が形成されたシリコン基板の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は光導波路の光軸方向の積層構造例を示した断面図である。
【図４】半導体レーザチップの光導波路とシリコン基板の光導波路との光結合を説明する図であり、（ａ）はスポットサイズ変換機構を有する光導波路との光結合を説明するための拡大平面図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ実施形態１と実施形態２における光導波路間の位置関係を説明するための図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールの構成例を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はその一部を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図面を参照して詳しく説明する。
図５は、従来の半導体レーザモジュールの構成例を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はその一部を拡大して示した図である。
【００１９】
従来の半導体レーザモジュールの多くは、反射戻り光の影響を受けにくいＦＰ型半導体レーザを光源として使用している。その場合、図５（ａ）に示すように、半導体レーザモジュール１０Ａは、通常、共にへき開端面に垂直な光軸をもつ半導体レーザチップ１Ａの光導波路１３Ａと、シリコン基板２１Ａ上に形成されたＳｉ導波路２３Ａとを正対させて光結合するように設計される。それによって、光導波路１３Ａ，２３Ａ間のギャップが同じであれば、両者の光軸がある程度ずれても、結合効率の低下が緩和されるので、位置ずれトレランスを大きくすることができる。なお、図５（ａ）の例では、シリコン基板２１Ａ上に、Ｓｉ導波路２３Ａを含んで所定の積層構造を有するメサ構造体２Ａが形成されるとともに、外部の光ケーブルと光結合するための光コネクタ部２８Ａが搭載されている。
【００２０】
また、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板２１Ａの表面には、例えば円形のアラインメントマーク２７Ａ−１，２７Ａ−２が印刷され、半導体レーザチップ１Ａには、例えば正方形に貫通する開口部１６Ａ−１，１６Ａ−２が形成される。この２組、つまり、アラインメントマーク２７Ａ−１と開口部１６Ａ−１、及び、アラインメントマーク２７Ａ−２と開口部１６Ａ−２を、光学系センサを用いて同時に位置合わせすることにより、半導体レーザチップ１Ａの搭載位置が調整される。それにより、半導体レーザチップ１Ａは、シリコン基板２１Ａ上の所定位置にパッシブアラインメント実装される。
【００２１】
しかし、反射戻り光の影響を受け易いＤＦＢ型半導体レーザを光源として使用する場合は、図５（ａ）のような配置では反射戻り光の影響が大きくなって必要な結合効率が得られなくなってしまうという問題がある。
【００２２】
そこで、本発明の半導体レーザモジュールでは、反射戻り光の影響を減らすために、図１（ａ）に示すように、半導体レーザチップ１の光導波路１３と、シリコン基板２１上に形成されたＳｉ導波路２３との双方を、共に斜行させて備えるものとした。図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成例を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はその一部を拡大して示した図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０では、半導体レーザチップ１の光導波路１３と、シリコン基板２１上に形成されたＳｉ導波路２３との双方の光軸が、レーザ光の出射面及び入射面となるへき開端面の垂線と所定値以上の角度をなしている。
【００２３】
それにより、Ｓｉ導波路２３からその光軸方向とは逆向きに出射される反射戻り光は、Ｓｉ導波路２３のへき開端面及び対向する光導波路１３のへき開端面において一部が反射されるので、光導波路１３への入射光量を減らすことができる。加えて、結合面におけるＳｉ導波路２３のスポットサイズを光導波路１３のスポットサイズよりも大きくすることにより、光導波路１３への反射戻り光の入射比率をさらに小さくすることができる。その結果、ＤＦＢ型半導体レーザを光源として使用しても問題にならないレベルにまで、光導波路１３への反射戻り光の入射光量を減らすことが可能となる。なお、図１（ａ）の例では、シリコン基板２１上に、Ｓｉ導波路２３を含んで所定の積層構造をもつメサ構造体２が形成されるとともに、外部の光ケーブルと光結合するための光コネクタ部２８が搭載されている。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板２１の表面には、例えば円形のアラインメントマーク２７−１，２７−２が印刷され、半導体レーザチップ１には、例えば正方形に貫通する開口部１６−１，１６−２がアラインメントマークとして形成される。この２組、つまり、アラインメントマーク２７−１と開口部１６−１、及び、アラインメントマーク２７−２と開口部１６−２を、光学系センサを用いて同時に位置合わせすることにより、半導体レーザチップ１の搭載位置が調整される。これにより、半導体レーザチップ１は、シリコン基板２１上の所定位置にパッシブアラインメント実装される。
【００２５】
なお、図１のように、光導波路１３，２３を斜行させた場合、両者の光軸が図の上下方向にずれると、光導波路１３，２３間のギャップも変化するので、光軸方向のレーザ光のピーク位置もずれるることとなる。そこで、このピーク位置のずれをも考慮してアラインメントマーク２７−１，２７−２の印刷位置を設定することにより、結合効率の低下を緩和することができる。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に係る導波路型の半導体レーザチップの構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は光導波路の光軸方向の積層構造例を示した断面図である。図２（ａ）に示すように、半導体レーザチップ１には、光導波路１３（黒塗り矢印にて出射方向を表記。）と、シリコン基板２１上のアラインメントマーク２７−１，２７−２（図３（ａ）参照）との位置合わせ用の開口部１６−１，１６−２とが備えられている。
【００２７】
光導波路１３は、その光軸が、レーザ光の出射面となる半導体レーザチップ１のへき開端面Ｃの垂線Ｐに対して、所定の角度θをなすように形成される。角度θは、おおよそ５°〜１５°の範囲内で設定することが好ましいが、この範囲外であってもよい。
【００２８】
図２（ｂ）は、光導波路１３の光軸方向の積層構造例を示した図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２（ｂ）に示すように、半導体レーザチップ１は、例えば、ｎ型ＩｎＰの基板１１上に、ｎ型ＩｎＰのクラッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰの活性層からなる光導波路１３、ｐ型ＩｎＰのクラッド層１４、ＩｎＧａＡｓＰのキャップ層１５が順に積層されて構成される。キャップ層１５の上面と基板１１の下面とには、光導波路（活性層）１３に電圧を印加するための１対の電極（図示省略）が設けられ、この両者に印加する電圧をオンオフ制御することで、光導波路１３の出射面からのレーザ光の出射タイミングが制御される。
【００２９】
また、ＤＦＢ型の半導体レーザチップ１では、光導波路１３を構成する活性層とクラッド層１２またはクラッド層１４との境界部分に、所定波長のレーザ光だけを導波するための回折格子（図示省略）が備えられる。
【００３０】
なお、図２（ａ）では、活性層からなる光導波路１３の幅を拡大して描いているが、実際には、半導体レーザチップ１のサイズが長さ１５０〜４００μｍ、幅２００〜３５０μｍであるのに対し、光導波路１３の幅は１〜２μｍに過ぎない。
【００３１】
図３は、光導波路及びバンプ電極が形成されたシリコン基板の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は光導波路の光軸方向の積層構造例を示した断面図である。図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１には、Ｓｉ導波路２３が形成されたメサ構造体２と、バンプ電極２６と、光コネクタ部２８とが備えられている。
【００３２】
破線で搭載位置を示している半導体レーザチップ１との接合面には、半導体レーザチップ１に電源や各種制御信号を供給するための複数のバンプからなるバンプ電極２６が設置される。光コネクタ部２８は、Ｓｉ導波路２３と外部の光ケーブルとを光結合するために用いられる。
【００３３】
Ｓｉ導波路２３は、シリコン基板２１上に積層されるメサ構造体２のなかに、リブ型、リッジ型、またはＳｉＯ２などの絶縁膜で覆われた細線型の形状で形成される。このメサ構造体２の積層構造は、例えば、シリコン基板２１上に、ＳｉＯ２からなるクラッド層２２、コア層となるＳｉ導波路２３、ＳｉＯ２からなるクラッド層２４、保護膜としてのキャップ層２５が順に積層されたものである。
【００３４】
また、後記するように、Ｓｉ導波路２３の入射面となる半導体レーザチップ１側の端部には、光導波路１３のスポットサイズとＳｉ導波路２３のスポットサイズとを適合させて結合効率を高めるためのスポットサイズ変換機構を備えることが好ましい。
【００３５】
図４は、半導体レーザチップの光導波路とシリコン基板の光導波路との光結合を説明する図であり、（ａ）はスポットサイズ変換機構を有する光導波路との光結合を説明するための拡大平面図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ実施形態１と実施形態２における光導波路間の位置関係を説明するための図である。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、半導体レーザチップ１の光導波路１３によって導波されたレーザ光は、半導体レーザチップ１のへき開端面である出射面から、そのスポットサイズに応じた所定の広がりをもって出射される。そこで、シリコン基板２１側（メサ構造体２）の光導波路であるＳｉ導波路２３の入射端に、スポットサイズ変換機能を有する例えばトライデント型の導波路を備える。このトライデント型の導波路は、テーパ上の先端部を有する３本の導波路から構成され、外側の２本の導波路の間に入射するレーザ光を真ん中の導波路に導波することにより、入射光のスポットサイズを変換する。
【００３７】
したがって、光導波路１３とＳｉ導波路２３とのギャップに応じたレーザ光の広がりをほぼカバーするように、Ｓｉ導波路２３の入射面におけるスポットサイズを光導波路１３のスポットサイズよりも大きく設定することにより、結合効率の低下を緩和することができる。他方、Ｓｉ導波路２３からの反射戻り光は、メサ構造体２のへき開端面から、そのスポットサイズに応じた広がりをもって出射されるので、光導波路１３への入射比率を両者のスポットサイズ比よりもさらに小さくすることができる。
【００３８】
図４（ｂ）には、実施形態１における光導波路間の位置関係を示している。この実施形態１では、半導体レーザチップ１の基板１１上に形成されるＩｎＰ系の光導波路１３の光軸と、シリコン基板２１上に形成されるＳｉ導波路２３の光軸とは、いずれも基板のへき開端面の垂線と７°の角度をなすように設定されている。
【００３９】
このとき、光導波路１３の出射面からの出射角、及びＳｉ導波路２３の入射面への入射角は、それぞれの導波路を形成する材料の屈折率から見積もることができる。例えば、通信波長帯での光導波路１３を形成しているＩｎＰ系材料の屈折率が３．３であれば、光導波路１３からの出射角は約２３．７１°となる。また、同じ通信波長帯でのＳｉの屈折率が３．５であれば、Ｓｉ導波路２３への入射角は約２５．２５°となる。したがって、この両者の差分である約１．５４°だけ傾けて、半導体レーザチップ１をシリコン基板２１に搭載すればよい。また、半導体レーザチップ１とＳｉ導波路２３とを光結合するときの図の左右方向におけるギャップを１．０μｍと仮定すると、光導波路１３とＳｉ導波路２３とは、両者の対向する端面における中心点が図の上下方向に約０．４４μｍずれることとなる。そこで、半導体レーザチップ１の傾き角度と、２つの導波路の中心点間の距離が、算出した値となるように、シリコン基板２１に印刷するアラインメントマーク２７−１，２７−２の位置を左右方向にやや傾けて設定する（図３（ａ）参照）。
【００４０】
図４（ｃ）には、実施形態２における光導波路間の位置関係を示している。この実施形態２では、半導体レーザチップ１とシリコン基板２１上のメサ構造体２とのへき開端面同士は互いに平行となっており、Ｓｉ導波路２３の光軸が、メサ構造体２のへき開端面の垂線と７°の角度をなすように設定されている。
【００４１】
このとき、前記した実施形態１と同じ材料を用いるものとすれば、Ｓｉ導波路２３への入射角は約２５．２５°となり、半導体レーザチップ１とメサ構造体２とのへき開端面同士は互いに平行なので、光導波路１３からの出射角も同じく約２５．２５°となる。この出射角の値から光導波路１３を形成するＩｎＰ系材料の屈折率３．３を用いて逆算すると、光導波路１３の光軸と半導体レーザチップ１のへき開端面の垂線とは、約７．４３°の角度をなすこととなる。したがって、光導波路１３の光軸が求めた角度となるように、光導波路１３を形成する。また、この場合、光導波路１３とＳｉ導波路２３とは、両者の対向する端面における中心点が図の上下方向に約０．４７μｍずれることとなる。そこで、半導体レーザチップ１の傾き角度はゼロで、２つの導波路の中心点間の距離が、算出した値となるように、シリコン基板２１に印刷するアラインメントマーク２７−１，２７−２の上下方向の位置を設定する。
【００４２】
以上説明したように、これらの実施形態によれば、半導体レーザモジュールにおける半導体レーザチップ１の光導波路１３とＳｉ導波路２３との双方を斜行させることによって、両者の結合面における反射戻り光の影響を低減することができる。また、パッシブアライメントを用いた半導体レーザチップのフリップチップ実装が可能となるので、半導体レーザモジュール１０の製造コストを低減することができる。さらに、Ｓｉ導波路２３側にスポットサイズ変換機構を備えることで、アラインメントマーク２７−１，２７−２，１６−１，１６−２による位置合わせ時の位置ずれトレランスを大きくすることができる。
【００４３】
なお、前記の実施形態では、ＤＦＢ型の半導体レーザを利用した例について説明したが、本発明は、ブラッグ反射を用いるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型の半導体レーザにも適用可能である。また、前記の実施形態では、Ｓｉ導波路側にスポットサイズ変換機構を備える例について説明したが、スポットサイズ変換機構を半導体レーザチップの光導波路側に備えてもよいし、両者に備えてもよいし、両者ともに備えていなくても構わない。
【００４４】
また、前記の実施形態では、２つの位置合わせ箇所に設けられた円形と正方形とのアラインメントマークの対を、光学センサを用いて位置合わせする例について説明したが、位置合わせ箇所の数は３以上であってもい。また、任意の形状のアラインメントマークを用いることができる。さらに、位置合わせの方法は、光学センサを用いる方法に限られるものではなく、例えば、対となるアラインメントマーク同士を物理的に嵌合させる方法などであってもよい。
【００４５】
以上にて本発明を実施するための形態の説明を終えるが、本発明の実施の態様はこれらに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１    半導体レーザチップ
２    メサ構造体
１０  半導体レーザモジュール
１１  ｎ型ＩｎＰ基板（基板）
１２，１４  クラッド層
１３  光導波路（第１の光導波路）
１５  コンタクト層
１６−１，１６−２  開口部（アラインメントマーク）
２１  シリコン基板
２２，２４  ＳｉＯ２クラッド層
２３  Ｓｉ導波路（第２の光導波路）
２５  キャップ層
２６  バンプ電極
２７−１，２７−２  アラインメントマーク
２８  光コネクタ部
【図１】
2015070123.tif 000003
【図２】
2015070123.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月30日(2014.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、
前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、
前記第２の光導波路の光軸は、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面の垂線と前記所定の角度をなし、
前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備え、
前記半導体レーザチップのアライメントマークは、開口部であり、
前記シリコン基板のアライメントマークは、前記開口部に対応して印刷された印刷物である
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、
前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、
前記半導体レーザチップの前記へき開端面と前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面とが平行であり、
前記第２の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が前記第２の光導波路の入射面で屈折して入射するときの屈折光と平行になるように設定され、
前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備え、
前記半導体レーザチップのアライメントマークは、開口部であり、
前記シリコン基板のアライメントマークは、前記開口部に対応して印刷された印刷物である
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザモジュールにおいて、
前記半導体レーザチップの劈開端面と前記メサ構造体の劈開端面との間は所定距離を保っている
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体レーザモジュールにおいて、
前記半導体レーザチップは、分布帰還型レーザ構造を有する
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールにおいて、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが対向する端面における前記第２の光導波路のスポットサイズを、前記第１の光導波路のスポットサイズよりも大きくするための、スポットサイズ変換機構を備える
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールを製造する製造方法であって、
前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備える前記アライントマークを用いて、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの前記搭載位置に、前記半導体レーザチップがパッシブアラインメント実装される
ことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記の課題を解決するために、本発明は、出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、前記第２の光導波路の光軸は、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面の垂線と前記所定の角度をなし、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備え、前記半導体レーザチップのアライメントマークは、開口部であり、前記シリコン基板のアライメントマークは、前記開口部に対応して印刷された印刷物であるものとした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、他の本発明は、出射されるレーザ光を導波するための第１の光導波路が形成された半導体レーザチップが、第２の光導波路が形成されたメサ構造体を備えるシリコン基板上に、フリップチップ実装されてなる半導体レーザモジュールであって、前記第１の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の出射面となる前記半導体レーザチップのへき開端面の垂線と所定の角度をなし、前記半導体レーザチップの前記へき開端面と、前記第２の光導波路の入射面となる前記メサ構造体のへき開端面とが平行であり、前記第２の光導波路の光軸は、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が前記第２の光導波路の入射面で屈折して入射するときの屈折光と平行になるように設定され、前記第１の光導波路の光軸方向に出射されその出射面で屈折するレーザ光が、前記第２の光導波路の入射面で屈折してその光軸方向に入射するように決定された、前記シリコン基板上における前記半導体レーザチップの搭載位置に、前記半導体レーザチップをパッシブアラインメント実装するための２以上の位置合わせ箇所のそれぞれに対応するアラインメントマークを、前記シリコン基板と前記半導体レーザチップとに備え、前記半導体レーザチップのアライメントマークは、開口部であり、前記シリコン基板のアライメントマークは、前記開口部に対応して印刷された印刷物であるものとした。