(57)【要約】  能動光素子とシリコン導波路を有する受動光素子とを容易に集積できる光機能集積ユニット及びその製造方法を提供する。光機能集積ユニット（１００）は、半導体光増幅器（１）、フォトニクス素子（２）、実装基板（３）、台座（４）及び（５）を有する。台座（４）及び（５）は、実装基板（３）上に設けられる。半導体光増幅器（１）は、台座（４）の上に実装され、活性層から光を出射する。フォトニクス素子（２）は、台座（５）の上に実装される。フォトニクス素子（２）は、半導体光増幅器（１）から出射された光が導波されるシリコン導波路（２６Ａ〜２６Ｃ）を有する。
2014118836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板上に設けられた第１の台座及び第２の台座と、
前記第１の台座の上に実装され、活性層から光を出射する能動光素子と、
前記第２の台座の上に実装される受動光素子と、を備え、
前記受動光素子は、前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路を備える、
光機能集積ユニット。
【請求項２】
前記能動光素子は、半導体光増幅器である、
請求項１に記載の光機能集積ユニット。
【請求項３】
前記受動光素子は、外部共振器であり、
前記半導体光増幅器と前記外部共振器とは波長可変レーザを構成する、
請求項２に記載の光機能集積ユニット。
【請求項４】
前記受動光素子は、
基板と、
前記基板上に前記シリコン導波路と光学的に結合されて形成され、シリコンからなる第１のリング共振器と、
前記基板上に前記シリコン導波路と光学的に結合されて形成され、前記第１のリング共振器と異なる直径を有する、シリコンからなる第２のリング共振器と、
前記シリコン導波路の前記能動光素子側端とは反対側の端に形成されたミラーと、
前記第１のリング共振器上に形成された第１の電極と、
前記第２のリング共振器上に形成された第２の電極と、を更に備える、
請求項３に記載の光機能集積ユニット。
【請求項５】
前記受動光素子は、
外部から入力される偏光多重及び位相変調された光信号を第１のＴＥ成分及び第１のＴＭ成分に分離する第１の偏光分離手段と、
前記ミラーから出射されるレーザ光を第２のＴＥ成分及び第２のＴＭ成分に分離する第２の偏光分離手段と、
前記第１のＴＥ成分と前記第２のＴＥ成分とを干渉させて、位相が９０°異なる２つの光信号を出力する第１の干渉手段と、
前記第１のＴＭ成分と前記第２のＴＭ成分とを干渉させて、位相が９０°異なる２つの光信号を出力する第２の干渉手段と、を更に備える、
請求項４に記載の光機能集積ユニット。
【請求項６】
前記能動光素子は、
前記活性層の前記受動光素子側端に形成された第１の無反射膜を備える、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項７】
前記受動光素子は、
前記シリコン導波路の前記能動光素子側端に形成された第２の無反射膜を更に備える、
請求項６に記載の光機能集積ユニット。
【請求項８】
前記能動光素子と前記受動光素子との間には、屈折率整合材が充填される、
請求項７に記載の光機能集積ユニット。
【請求項９】
前記実装基板の表面からの前記活性層の位置が、前記実装基板の前記表面からの前記シリコン導波路の位置に一致するように、前記第１の台座及び前記第２の台座の高さが決定される、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１０】
前記能動光素子及び前記受動光素子に形成された第１のマークパターンと、
前記第１の台座及び前記第２の台座、又は、前記実装基板に形成された第２のマークパターンと、を備え、
前記第１のマークパターン及び前記第２のマークパターンは、前記能動光素子及び前記受動光素子を透過可能な波長の光を用いた位置合わせが可能に形成される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１１】
実装基板上に、第１の台座及び第２の台座を形成し、
前記第１の台座の上に、活性層から光を出射する能動光素子を実装し、
前記第２の台座の上に、前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路を有する受動光素子を実装する、
光機能集積ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光機能集積ユニット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド時代の進展に伴い、光ファイバの効率的な活用に向けた、複数の光波長の通信が可能なＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送システムの導入が進んでいる。最近では、数十の光波長を多重化し、さらに高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）装置（高密度波長分割多重装置）の活用も拡がっている。【０００３】
これに伴い、ＷＤＭ伝送システムでは、光波長毎に対応した光源が必要となり、高多重化に伴いその必要数は飛躍的に増加している。更に最近では、任意波長を各ノードでアド／ドロップ（Add/Drop）するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers）の商用化を目指しての検討が進行している。ＲＯＡＤＭシステムを導入すれば、波長多重による伝送容量の拡大に加え、波長を変えることによる光路切り換えが可能となり、光ネットワークの自由度が飛躍的に高まる。【０００４】
ＷＤＭ伝送システム用の光源としては、その使いやすさ、信頼性の高さの観点から、これまで単一軸モード発振する分布帰還型半導体レーザ(Distributed Feedback Laser Diode、以下、ＤＦＢ−ＬＤと表記する)が広く使われてきた。ＤＦＢ−ＬＤは共振器全域に深さ３０ｎｍ程度の回折格子が形成されており、回折格子周期と等価屈折率の２倍の積に対応した波長にて安定した単一軸モード発振を得られる。【０００５】
しかし、ＤＦＢ−ＬＤは、安定した単一軸モード発振が得られる一方で、発振波長の広範囲に渡るチューニングが不可能である。そのため、ＤＦＢ−ＬＤを用いてＷＤＭ伝送システムを構成するには、通常ＩＴＵ（International Telecommunication Union）グリッド毎に波長のみが異なったＤＦＢ−ＬＤを用いる。つまり、波長毎に異なったＤＦＢ−ＬＤを用いる必要があり、これによる棚管理コストの上昇や故障対応のための余剰な在庫の保持が必要となってしまう。また、波長により光路を切り換えるＲＯＡＤＭでは、通常のＤＦＢ−ＬＤを使用すると、温度変化で変えられる波長範囲である３ｎｍ程度に波長可変幅が制限されてしまう。その結果、波長資源を積極的に使用するＲＯＡＤＭの特長を活かした光ネットワークの構成が困難となってしまう。【０００６】
こうした現状のＤＦＢ−ＬＤが有する課題を克服し、広い波長範囲で単一軸モード発振を実現すべく、波長可変レーザの研究が精力的に行われている。波長可変レーザには波長可変機構がレーザ共振器と同一素子内に導入されているタイプと、波長可変機構が素子の外部に導入されているタイプの２種類に大別される。【０００７】
前者の波長可変機構がレーザ共振器と同一素子内に導入されているタイプの波長可変レーザは、発光領域と分布反射領域が同一素子内に分かれて配置されている。このタイプの波長可変レーザとして、例えばＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode）が知られている。また、ＤＢＲ−ＬＤにおいて、回折格子周期を周期的に変化させた回折格子で発光領域を挟んだＳａｍｐｌｅｄ−ｇｒａｔｉｎｇ−ＤＢＲ−ＬＤやＳＳＧ（Super Structure Grating）−ＤＢＲ−ＬＤなども知られている。ＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は最高でも１０ｎｍ程度に制限されるが、Ｓａｍｐｌｅｄ−ｇｒａｔｉｎｇ−ＤＢＲ−ＬＤでは本構造特有のｖｅｒｎｉｅｒ効果を巧みに利用することで、１００ｎｍを越える波長可変動作、４０ｎｍの準連続波長可変動作を実現している。【０００８】
後者の波長可変機構が素子の外部に導入されているタイプの波長可変レーザとして、回折格子を素子外部に設け、回折格子の角度や距離を精密に調整して波長可変動作を行う方式が提案されている。【０００９】
また、別の例として、外部共振器が形成されたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit） により光共振器を構成するとともに、ＰＬＣ上にＬＤ（Laser Diode）又はＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を直接実装する構造も提案されている（例えば、特許文献１）。この波長可変レーザでは、ＰＬＣ上に例えばＳＯＡを実装するために、段差が設けられる。ＳＯＡは、この段差部にはめ込まれる。これにより、ＳＯＡの活性層とＰＬＣの導波路とが調心可能な位置関係となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３０９９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、発明者は、上述の波長可変レーザには、以下に示す問題点が有ることを見出した。シリコン導波路を有するフォトニクス素子を用いる場合、シリコン導波路の端面部を無反射端とするには、端面に空気に対する無反射コーティングを施す必要がある。ところが、上述のように、フォトニクス素子に段差を設けてしまうと、導波路端部の位置は、フォトニクス素子の端面よりも後退してしまう。【００１２】
そのため、例えば真空蒸着法などによりフォトニクス素子の端面側からコーティングを形成しようとすると、コーティング材料蒸気の流れが擾乱され、シリコン導波路の端面部に使用に耐えうる均一なコーティングを施すことができない。そのため、上述の段差を形成する構造では、シリコン導波路を有するフォトニクス素子を用いて波長可変レーザを構成することができない。【００１３】
本発明の目的は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、能動光素子とシリコン導波路を有する受動光素子とを容易に集積できる光機能集積ユニット及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様である光機能集積ユニットは、実装基板と、前記実装基板上に設けられた第１の台座及び第２の台座と、前記第１の台座の上に実装され、活性層から光を出射する能動光素子と、前記第２の台座の上に実装される受動光素子と、を備え、前記受動光素子は、前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路を備えるものである。【００１５】
本発明の一態様である光機能集積ユニットの製造方法は、実装基板上に、第１の台座及び第２の台座を形成し、前記第１の台座の上に、活性層から光を出射する能動光素子を実装し、前記第２の台座の上に、前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路を有する受動光素子を実装するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、能動光素子とシリコン導波路を有する受動光素子とを容易に集積できる光機能集積ユニット及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１にかかる光機能集積ユニット１００の構成を模式的に示す上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。
【図３】フォトニクス素子２の構成を模式的に示す上面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態２にかかる光機能集積ユニット２００の構成を模式的に示す上面図である。
【図７】フォトニクス素子８の構成を模式的に示す上面図である。
【図８】実施の形態３にかかる光機能集積ユニット３００の構成を模式的に示す上面図である。
【図９】フォトニクス素子９の構成を模式的に示す上面図である。
【図１０】フォトニクス素子９の端面９５近傍の構成を模式的に示す拡大上面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線における連結部９３近傍の断面構成を模式的に示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１９】
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる光機能集積ユニット１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる光機能集積ユニット１００の構成を模式的に示す上面図である。本実施の形態では、光機能集積ユニット１００が波長可変レーザとして構成される例について説明する。光機能集積ユニット１００は、半導体光増幅器１、フォトニクス素子２、実装基板３、台座４及び５を有する。なお、フォトニクス素子２は、上面側が実装基板３に向くように実装される。台座４及び５は、それぞれ第１及び第２の台座とも称する。
【００２０】
半導体光増幅器１とフォトニクス素子２とは、互いの導波路が調芯された状態で、実装基板３上に実装される。この際、半導体光増幅器１とフォトニクス素子２とは、サブμｍ（１μｍ以下）の間隔で実装される。なお、図１では、図面の簡略のため、半導体光増幅器１とフォトニクス素子２との間に目視可能な間隙を表示している。これは、以下の図面でも同様とする。
【００２１】
半導体光増幅器１は、光を出力する能動光素子の一例であり、例えば半導体レーザダイオードである。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。半導体光増幅器１は、半導体基板１１、活性層１２、クラッド層１３及び無反射コーティング１５を有する。活性層１２は、半導体基板１１上に形成される。活性層１２は、クラッド層１３により埋め込まれる。活性層１２の端面１４側の端部には、無反射コーティング１５が形成されている。無反射コーティング１５は、空気もしくは屈折率マッチングゲルに対する無反射コーティングとして形成される。無反射コーティング１５は、第１の無反射膜とも称する。なお、クラッド層１３上には、他にコンタクト層や電極などが形成されるが、本実施の形態では省略して記載している。
【００２２】
図３は、フォトニクス素子２の構成を模式的に示す上面図である。すなわち、図３は、実装基板３側から見た場合のフォトニクス素子２の構成を示している。フォトニクス素子２は、シリコン（Ｓｉ）を用いて構成される受動光素子の一例であり、本実施の形態では波長可変機能を有する外部共振器である。フォトニクス素子２は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセス等のＳｉプロセスにより作製することができる。
【００２３】
フォトニクス素子２は、基板２０上に形成された、２つのリング共振器２１及び２２、ループミラー２３、電極２４及び２５、シリコン導波路２６Ａ〜２６Ｃ、無反射コーティング２８を有する。なお、リング共振器２１及び２２は、それぞれ第１及び第２のリング共振器とも称する。無反射コーティング２８は、第２の無反射膜とも称する。電極２４及び２５は、それぞれ第１及び第２の電極とも称する。基板２０は、例えばシリコン基板やSOI(Silicon on Insulator)基板で構成される。
【００２４】
シリコン導波路２６Ａ〜２６Ｃは、細線導波路又はリブ（Ｒｉｂ）導波路により構成される。シリコン導波路２６Ａは、端面２７とリング共振器２１との間を光学的に接続する。シリコン導波路２６Ｂは、リング共振器２１とリング共振器２２との間を光学的に接続する。シリコン導波路２６Ｃは、リング共振器２２とループミラー２３との間を光学的に接続する。シリコン導波路２６Ａの端面２７側の端部には、無反射コーティング２８が形成されている。無反射コーティング２８は、空気に対する無反射コーティングとして形成される。
【００２５】
リング共振器２１の一部の上には、電極２４が形成される。リング共振器２２の一部の上には、電極２５が形成される。また、リング共振器２１とリング共振器２２とは、直径が僅かに異なっている。
【００２６】
また、図２に示すように、リング共振器２１及び２２、ループミラー２３及びシリコン導波路２６Ａ〜２６Ｃは、クラッド層２９で埋め込まれている。なお、図３では、フォトニクス素子２の構造を説明するため、クラッド層２９を省略している。
【００２７】
図１及び２に示すように、実装基板３上には、環状の台座４及び５が形成されている。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。台座４の上には、半導体光増幅器１が、はんだ６により固定される。はんだ６は、例えばＡｕＳｎはんだが用いられ、一定上の温度でリフローすることで半導体光増幅器１と実装基板３とを接着する。
【００２８】
図５は、図１のＶ−Ｖ線における光機能集積ユニット１００の断面構成を模式的に示す断面図である。台座５の上には、フォトニクス素子２が、リング共振器２１及び２２、ループミラー２３、電極２４及び２５、シリコン導波路２６Ａ〜２６Ｃが形成された面を下側にして、はんだ７により固定される。はんだ７は、例えばＡｕＳｎはんだが用いられ、一定上の温度でリフローすることでフォトニクス素子２と実装基板３とを接着する。
【００２９】
なお、半導体光増幅器１の活性層１２とフォトニクス素子２のシリコン導波路２６Ａとの高さが一致するように、台座４及び５の高さが決定されている。
【００３０】
図１に示すように、半導体光増幅器１及びフォトニクス素子２にはパッシブアライメント用の第１のマークパターンＭ１が設けられている。第１のマークパターンと、実装基板３上に形成された第２のマークパターンＭ２とを、半導体光増幅器１及びフォトニクス素子２を透過可能な赤外線により認識して、半導体光増幅器１の活性層１２とフォトニクス素子２のシリコン導波路２６Ａとを、高精度に光軸調芯（位置合わせ）することができる。なお、第２のマークパターンＭ２は、台座４及び５に設けられてもよい。
【００３１】
半導体光増幅器１の活性層１２の端面１４側から出射された光は、無反射コーティング２８を透過してシリコン導波路２６Ａに入射する。入射した光は、リング共振器２１、シリコン導波路２６Ｂ、リング共振器２２、シリコン導波路２６Ｃを経由して、ループミラー２３で折り返される。上述のように、リング共振器２１とリング共振器２２とは、直径が僅かに異なっている。そのため、リング共振器２１のピークと及びリング共振器２２のピークとが一致する波長は、広い波長可変範囲の中でただ１つとなる。そのため、ループミラー２３と半導体光増幅器１の端面１４との間で、リング共振器により選択された波長で共振し、光機能集積ユニット１００はレーザ発振する。レーザ光は、レーザ光１０１として出射される。
【００３２】
電極２４に電圧を印可してリング共振器２１の実効屈折率を変化させることで、リング共振器２１の光路長を変化させることができる。電極２５に電圧を印可してリング共振器２２の実効屈折率を変化させることで、リング共振器２２の光路長を変化させることができる。これにより、電極２４及び２５に電圧を印可することで、光機能集積ユニット１００の発振波長を変化させることができる。すなわち、光機能集積ユニット１００は、波長可変レーザとして機能することができる。
【００３３】
本構成によれば、実装基板３上に波長可変レーザとして機能する光機能集積ユニット１００が構成される。本構成は半導体光増幅器１とフォトニクス素子２とが別の製造プロセスにより作製される。そして、半導体光増幅器１とフォトニクス素子２とは、ともに実装基板３上に実装される。そのため、光機能集積ユニット１００を作製するにあたり、フォトニクス素子に半導体光増幅器を実装するための段差を形成する必要がない。その結果、フォトニクス素子２の端面２７に、均一の高品位の無反射コーティング２８を形成することが可能となる。
【００３４】
また、フォトニクス素子に半導体光増幅器を実装するための段差を形成する必要がないので、段差を形成するための工程を省略できる。そのため、通常のＣＭＯＳプロセスにより、より短時間、低コストでフォトニクス素子２を作製することができる。
【００３５】
以上、本構成によれば、より短時間、低コストで、能動光素子及び受動光素子が集積された光機能集積ユニット１００を作製することができる。光機能集積ユニット１００を波長可変レーザとして構成することにより、例えばデジタルコヒーレント通信方式に必要な狭線幅動作可能な波長可変レーザを実現できる。
【００３６】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる光機能集積ユニット２００について説明する。図６は、実施の形態２にかかる光機能集積ユニット２００の構成を模式的に示す上面図である。光機能集積ユニット２００は、光機能集積ユニット１００の変形例であり、光機能集積ユニット１００のフォトニクス素子２をフォトニクス素子８に置換した構成を有する。
【００３７】
図７は、フォトニクス素子８の構成を模式的に示す上面図である。すなわち、図７は、実装基板３側から見た場合のフォトニクス素子８の構成を示している。フォトニクス素子８は、デジタルコヒーレント通信で用いられるレシーバ（光受信器）として構成される。フォトニクス素子８は、波長フィルタ８１、偏光分離部８２及び８３、９０°ハイブリッド干渉計８４及び８５を有する。偏光分離部８２及び８３は、それぞれ第１及び第２の偏光分離手段とも称する。９０°ハイブリッド干渉計８４及び８５は、それぞれ第１及び第２の干渉手段とも称する。
【００３８】
波長フィルタ８１は、リング共振器２１及び２２、ループミラー２３を有する。リング共振器２１及び２２、ループミラー２３は、光機能集積ユニット１００と同様であるので説明を省略する。すなわち、半導体光増幅器１と波長フィルタ８１とは、光機能集積ユニット１００と同様の機能を有する波長可変レーザを構成する。
【００３９】
偏光分離部８２は、外部の光送信器からＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual-polarization Quadra phase shift keying）信号光ＩＮを受信する。偏光分離部８２は、受信した信号光ＩＮをＴＥ（Transverse Electric）成分信号光ＴＥ＿ＩＮとＴＭ（Transverse Magnetic）成分信号光ＴＭ＿ＩＮとに偏光分離する。
【００４０】
偏光分離部８３は、導波路ＷＧ１を介して、ループミラー２３からレーザ光が局発光ＬＯとして入力される。偏光分離部８３は、局発光ＬＯをＴＥ成分局発光ＴＥ＿ＬＯとＴＭ成分局発光ＴＭ＿ＬＯとに偏光分離する。
【００４１】
９０°ハイブリッド干渉計８４は、２入力２出力の干渉計である。９０°ハイブリッド干渉計８４の一方の入力には、導波路ＷＧ２を介して、ＴＥ成分信号光ＴＥ＿ＩＮが入力される。９０°ハイブリッド干渉計８４の他方の入力には、導波路ＷＧ３を介して、ＴＥ成分局発光ＴＥ＿ＬＯが入力される。９０°ハイブリッド干渉計８４は、ＴＥ成分信号光ＴＥ＿ＩＮとＴＥ成分局発光ＴＥ＿ＬＯとを干渉させて、２つの出力のそれぞれから、ＴＥ成分信号光ＴＥ＿ＩＮの同相（In-phase）成分ＴＥ＿Ｉと、ＴＥ成分信号光ＴＥ＿ＩＮの直交位相（Quadrature）成分ＴＥ＿Ｑとを出力する。
【００４２】
９０°ハイブリッド干渉計８５は、２入力２出力の干渉計である。９０°ハイブリッド干渉計８５の一方の入力には、導波路ＷＧ４を介して、ＴＭ成分信号光ＴＭ＿ＩＮが入力される。９０°ハイブリッド干渉計８５の他方の入力には、導波路ＷＧ５を介して、ＴＭ成分局発光ＴＭ＿ＬＯが入力される。９０°ハイブリッド干渉計８５は、ＴＭ成分信号光ＴＭ＿ＩＮとＴＭ成分局発光ＴＭ＿ＬＯとを干渉させて、２つの出力のそれぞれから、ＴＭ成分信号光ＴＭ＿ＩＮの同相（In-phase）成分ＴＭ＿Ｉと、ＴＭ成分信号光ＴＭ＿ＩＮの直交位相（Quadrature）成分ＴＭ＿Ｑとを出力する。
【００４３】
光機能集積ユニット２００のその他の構成は、光機能集積ユニット１００と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
以上、本構成によれば、半導体光増幅器１と波長フィルタ８１で構成される波長可変レーザが出力するレーザ光を局発光として用い、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号光を偏光分離及び位相分離することができる光受信器を実現することができる。つまり、デジタルコヒーレント通信で用いられる、波長可変レーザを含む光受信器を１つの光機能集積ユニットとして提供することが可能となる。
【００４５】
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる光機能集積ユニット３００について説明する。図８は、実施の形態３にかかる光機能集積ユニット３００の構成を模式的に示す上面図である。光機能集積ユニット３００は、光機能集積ユニット１００の変形例であり、光機能集積ユニット１００の半導体光増幅器１及びフォトニクス素子２を、それぞれ半導体光増幅器１０及びフォトニクス素子９に置換した構成を有する。フォトニクス素子９は、フォトニクス素子２と同様に、外部共振器として構成される。
【００４６】
図９は、フォトニクス素子９の構成を模式的に示す上面図である。すなわち、図９は、実装基板３側から見た場合のフォトニクス素子９の構成を示している。フォトニクス素子９は、フォトニクス素子２のシリコン導波路２６Ａを、シリコン導波路９１に置換した構成を有する。なお、図９ではフォトニクス素子９の構造を説明するため、クラッド層２９を省略している。
【００４７】
図１０は、フォトニクス素子９の端面９５近傍の構成を模式的に示す拡大上面図である。シリコン導波路９１は、端面９５近傍の先端が、徐々に幅が小さくなるテーパ部９２を有する。シリコン導波路９１のテーパ部９２の先端は、端面９５に到達しない位置に形成される。
【００４８】
また、テーパ部９２は連結部９３で覆われる。連結部９３は、例えばＧｅ（ゲルマニウム）ドープＳｉＯ２（例えば、屈折率１．５程度）で構成される。連結部９３は、端面９５とテーパ部９２との間に充填される。端面９５には、屈折率整合剤９４（例えば、屈折率１．５程度）が塗布されている。
【００４９】
図８に示すように、半導体光増幅器１０は、半導体光増幅器１の無反射コーティング１５を、コーティング１６に置換した構成を有する。コーティング１６は、屈折率整合剤９４（例えば、屈折率１．５程度）に屈折率が整合した材料（例えば、屈折率１．５程度）により構成される。半導体光増幅器１０のその他の構成は、半導体光増幅器１と同様であるので、説明を省略する。
【００５０】
図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線における連結部９３近傍の断面構成を模式的に示す拡大断面図である。フォトニクス素子９の端面９５近傍の構成を模式的に示す拡大上面図である。シリコン導波路９１及び連結部９３は、ノンドープのＳｉＯ２（例えば、屈折率１．４５程度）からなるクラッド層２９で埋め込まれる。連結部９３はＧｅドープＳｉＯ２で構成されるので、クラッド層２９よりも高い屈折率を有する。よって、連結部９３はテーパ部９２から出射した光を閉じ込めることが可能である。テーパ部９２から出射した光は、正規モードにて連結部９３を伝搬し、端面９５から出射する。同様に、端面９５から入射された光は、テーパ部９２に高効率で入射することができる。光機能集積ユニット３００のその他の構成は、光機能集積ユニット１００と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
本構成では、半導体光増幅器１０からフォトニクス素子９に光が入射し、かつ、フォトニクス素子９から半導体光増幅器１０に光が出射する端面９５を、ＧｅドープＳｉＯ２（例えば、１．５程度）で構成することができる。よって、端面９５に屈折率整合剤（例えば、屈折率１．５程度を）を塗布することで、容易に半導体光増幅器１０とフォトニクス素子９との間で光を無反射で伝搬させることができる。
【００５２】
また、本構成では、フォトニクス素子９に無反射コーティングを形成する工程を省略することができる。一般に、無反射コーティングを形成するには、真空蒸着法などの大型の真空装置を用いる。したがって、無反射コーティングの形成は長時間かつ高コストの工程が要求される。これに対し、本構成では、端面９５に屈折率整合剤９４を塗布するのみであるので、より短時間かつ低コストで光機能集積ユニット３００を作製することが可能である。
【００５３】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１及び２については、半導体光増幅器１とフォトニクス素子２とをより高効率に結合するため、半導体光増幅器１の端面１４及びフォトニクス素子２の端面２７に施されたコーティングの屈折率と整合する屈折率整合剤を、半導体光増幅器１の端面１４とフォトニクス素子２の端面２７との間に充填した構成とすることもできる。
【００５４】
上述の実施の形態では、フォトニクス素子２、８及び９が、シリコン導波路が形成された側の面が実装基板に向くように実装されるものとして説明した。これは、フォトニクス素子２、８及び９が形成された基板２０の厚みは通常数十〜数百ミクロン程度であるが、基板２０の厚み公差が数ミクロン単位であるためである。このような厚み公差が存在する条件下で、基板２０の表面が実装基板に向くようにフォトニクス素子を実装すると、基板２０の厚みに合わせて台座の高さを調整せねばならない。したがって、厚み公差の影響を避けるため、フォトニクス素子２、８及び９は、シリコン導波路が形成された側の面が実装基板に向くように実装されることが望ましい。但し、基板２０の厚み公差を無視しうる程度に抑制することが可能ならば、基板２０の表面が実装基板に向くようにフォトニクス素子を実装してもよいことは勿論である。
【００５５】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００５６】
この出願は、２０１３年２月１日に出願された日本出願特願２０１３−１８９６９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５７】
１、１０  半導体光増幅器
２、８、９  フォトニクス素子
３  実装基板
４、５  台座
６、７  はんだ
１１  半導体基板
１２  活性層
１３  クラッド層
１４  端面
１５  無反射コーティング
２０  基板
２１  リング共振器
２２  リング共振器
２３  ループミラー
２４  電極
２５  電極
２６Ａ〜２６Ｃ  シリコン導波路
２７  端面
２８  無反射コーティング
２９  クラッド層
８１  波長フィルタ
８２、８３  偏光分離部
８４、８５  ９０°ハイブリッド干渉計
９１  シリコン導波路
９２  テーパ部
９３  連結部
９４  屈折率整合剤
９５  端面
１００、２００、３００  光機能集積ユニット
ＩＮ  信号光
ＬＯ  局発光
Ｍ１、Ｍ２  マークパターン
ＷＧ１〜ＷＧ５  導波路
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月25日(2016.8.25)
【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】
実装基板と、
前記実装基板上に設けられた第１の台座及び第２の台座と、
前記第１の台座の上に実装され、活性層から光を出射する能動光素子と、
前記第２の台座の上に実装される受動光素子と、を備え、
前記受動光素子は、
前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路と、
前記能動光素子から出射された前記光が入射する位置に形成され、前記シリコン導波路の一端を包含するように形成された連結部と、を備え、
前記連結部に包含された前記シリコン導波路の端部は、前記能動光素子から出射された前記光が入射する前記連結部の端面へ向けて幅が小さくなるテーパ形状を有する、
光機能集積ユニット。
【請求項２】
前記連結部は、前記シリコン導波路よりも屈折率が小さい材料で構成される、
請求項１に記載の光機能集積ユニット。
【請求項３】
前記能動光素子は、半導体光増幅器である、
請求項１又は２に記載の光機能集積ユニット。
【請求項４】
前記受動光素子は、外部共振器であり、
前記半導体光増幅器と前記外部共振器とは波長可変レーザを構成する、
請求項３に記載の光機能集積ユニット。
【請求項５】
前記受動光素子は、
基板と、
前記基板上に前記シリコン導波路と光学的に結合されて形成され、シリコンからなる第１のリング共振器と、
前記基板上に前記シリコン導波路と光学的に結合されて形成され、前記第１のリング共振器と異なる直径を有する、シリコンからなる第２のリング共振器と、
前記シリコン導波路の前記能動光素子側端とは反対側の端に形成されたミラーと、
前記第１のリング共振器上に形成された第１の電極と、
前記第２のリング共振器上に形成された第２の電極と、を更に備える、
請求項４に記載の光機能集積ユニット。
【請求項６】
前記受動光素子は、前記基板上に形成された前記連結部と前記シリコン導波路とを覆う、前記連結部よりも屈性率が小さい材料からなるクラッド層を更に備える、
請求項５に記載の光機能集積ユニット。
【請求項７】
前記受動光素子は、
外部から入力される偏光多重及び位相変調された光信号を第１のＴＥ成分及び第１のＴＭ成分に分離する第１の偏光分離手段と、
前記ミラーから出射されるレーザ光を第２のＴＥ成分及び第２のＴＭ成分に分離する第２の偏光分離手段と、
前記第１のＴＥ成分と前記第２のＴＥ成分とを干渉させて、位相が９０°異なる２つの光信号を出力する第１の干渉手段と、
前記第１のＴＭ成分と前記第２のＴＭ成分とを干渉させて、位相が９０°異なる２つの光信号を出力する第２の干渉手段と、を更に備える、
請求項５又は６に記載の光機能集積ユニット。
【請求項８】
前記能動光素子は、
前記活性層の前記受動光素子側端に形成された第１の無反射膜を備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項９】
前記受動光素子は、
前記シリコン導波路の前記能動光素子側端に形成された第２の無反射膜を更に備える、
請求項８に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１０】
前記能動光素子と前記受動光素子との間には、屈折率整合材が充填される、
請求項９に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１１】
前記実装基板の表面からの前記活性層の位置が、前記実装基板の前記表面からの前記シリコン導波路の位置に一致するように、前記第１の台座及び前記第２の台座の高さが決定される、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１２】
前記能動光素子及び前記受動光素子に形成された第１のマークパターンと、
前記第１の台座及び前記第２の台座、又は、前記実装基板に形成された第２のマークパターンと、を備え、
前記第１のマークパターン及び前記第２のマークパターンは、前記能動光素子及び前記受動光素子を透過可能な波長の光を用いた位置合わせが可能に形成される、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光機能集積ユニット。
【請求項１３】
実装基板上に、第１の台座及び第２の台座を形成し、
前記第１の台座の上に、活性層から光を出射する能動光素子を実装し、
前記第２の台座の上に、前記能動光素子から出射された前記光が導波されるシリコン導波路と、前記能動光素子から出射された前記光が入射する位置に形成され、前記シリコン導波路の一端を包含するように形成された連結部と、を有する受動光素子を実装し、
前記連結部に包含された前記シリコン導波路の端部は、前記能動光素子から出射された前記光が入射する前記連結部の端面へ向けて幅が小さくなるテーパ形状を有する、
光機能集積ユニットの製造方法。
【国際調査報告】
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