(57)【要約】【課題】各種光能動素子を低コスト、高歩留まりで実装し、光ネットワークにて要求される集積光デバイスを迅速に提供する。【解決手段】波長可変レーザは、基板上に形成された平面型光導波路によって形成される共振器と、前記共振器の共振波長を調整する共振波長調整部と、前記基板上に取り付けられ、前記平面型光導波路と結合された光導波路を備えた複数の光素子とを備える。【選択図】図７
2008251673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された基板側光導波路と、
前記基板上に取り付けられる複数の光素子
とを具備し、
前記基板側光導波路と、前記複数の光素子がそれぞれ備える光素子側光導波路とは、連続した光導波路を形成する
光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載された光デバイスであって、
前記基板側光導波路は、入射した信号光を共振させる共振器を形成し、
更に、前記共振器の共振波長を調整することにより、前記信号光の波長を変化させて出力する共振波長調整部
を具備する光デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載された光デバイスであって、
前記共振器は、互いに光路長の異なる第１のリング共振器と第２のリング共振器とを含む多重リング共振器である
光デバイス。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された光デバイスであって、
前記複数の光素子は、入力した信号光を増幅して前記共振器に供給する半導体光増幅器を含む
光デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載された光デバイスであって、
前記半導体光増幅器は、入力した信号光の出力を増幅するブースト用半導体光増幅器であり、
前記複数の光素子は更に、光信号の位相を調節する位相制御用半導体光増幅器を含む
光デバイス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載された光デバイスであって、
前記複数の光素子は光変調器を含む
光デバイス。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載された光デバイスであって、
前記複数の光素子の光軸は、前記基板に形成された遮光領域と前記複数の光素子の各々の表面に形成された遮光領域に形成された目合わせ用マークを用いて位置合わせされる
光デバイス。
【請求項８】
基板に平面型光導波路を形成するステップと、
前記基板に、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第１基板側目合わせ用マークを形成するステップと、
前記所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第１光素子側目合わせ用マークを有する第１光素子を形成するステップと、
前記第１光素子を前記基板上に置くステップと、
前記所定波長の光を照射したときの前記第１基板側目合わせ用マークと第１光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、前記基板に対する前記第１光素子の位置合わせを行って、前記平面型光導波路と前記第１光素子が備える光導波路とを結合するステップと、
前記第１光素子を前記基板に固定するステップ
とを具備する光デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された光デバイスの製造方法であって、
前記第１光素子は第１の半田材によって前記基板に固定され、
更に、前記基板に、前記所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２基板側目合わせ用マークを形成するステップと、
前記所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２光素子側目合わせ用マークを有する第２光素子を形成するステップと、
前記第２光素子を前記基板上に置くステップと、
前記所定波長の光を照射したときの前記第２基板側目合わせ用マークと第２光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、前記基板に対する前記第２光素子の位置合わせを行って、前記第１光素子が備える光導波路と前記第２光素子が備える光導波路とを結合するステップと、
前記第１光素子を固定した後に、前記第１の半田材よりも融点の低い半田材によって前記第２光素子を前記基板に固定するステップ
とを具備する光デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載された光デバイスの製造方法であって、
前記第１光素子は金属の圧着により前記基板に固定され、
更に、前記基板に、前記所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２基板側目合わせ用マークを形成するステップと、
前記所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２光素子側目合わせ用マークを有する第２光素子を形成するステップと、
前記第２光素子を前記基板上に置くステップと、
前記所定波長の光を照射したときの前記第２基板側目合わせ用マークと第２光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、前記基板に対する前記第２光素子の位置合わせを行って、前記第１光素子が備える光導波路と前記第２光素子が備える光導波路とを結合するステップと、
前記第１光素子を固定した後に、金属の圧着により前記第２光素子を前記基板に固定するステップ
とを具備する光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド時代を迎え、光ファイバの効率的な活用に向け、複数の光波長の通信が可能なＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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の多重化し、さらに高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ装置（高密度波長分割多重装置）の活用も拡がっている。各ＷＤＭ伝送システムには、光波長毎に対応した光源が必要であり、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Ａｄｄ／ＤｒｏｐするＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ）の商用化を目指した検討が進行している。本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。
【０００３】
ＷＤＭ伝送システム用の光源としては、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（ＤＦＢ−ＬＤ；  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）がその使いやすさ、信頼性の高さから広く使われてきた。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。安定な単一軸モード発振が得られる一方で、ＤＦＢ−ＬＤでは発振波長の広範囲に渡るチューニングが不可能であり、通常ＩＴＵグリッド毎に波長のみが異なった製品を用い、ＷＤＭ伝送システムを構成している。このため、波長毎に異なった製品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。さらに、波長により光路を切り換えるＲＯＡＤＭでは通常のＤＦＢ−ＬＤを使用してしまうと、３ｎｍ程度と温度変化で変えられる波長範囲にその可変幅が制限されてしまい、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。
【０００４】
これら現状のＤＦＢ−ＬＤのもつ課題を克服し、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これが素子の外部に導入されているタイプの二種類に大別される。前者は、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図１に示すＤＢＲ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、回折格子周期をさらに周期的に変えこれで発光領域を挟んでいる図２に示すＳａｍｐｌｅｄ−ｇｒａｔｉｎｇ−ＤＢＲ−ＬＤとこれに類似の図３に示すＳＳＧ（Ｓｕｐｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）−ＤＢＲ−ＬＤ等多くの構造が提案されている。ＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は最高でも１０ｎｍ程度に制限されていたが、その後提案された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。
【０００５】
後者の波長可変機構が素子外部に設けられた波長可変光源では、図４に示す様に回折格子を素子外部に設け、これの角度や距離を精密に調整し、波長可変動作を行う方式が提案されている。
【０００６】
ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）  により光共振器を構成するとともに、ＰＬＣ上にＬＤ若しくはＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を直接実装して波長可変光源を実現する構造も提案されている。図５にはリング共振器とＳＯＡの組み合わせにより波長可変光源を実現した構成を示す。ＰＬＣにより構成されているリング共振器はそれぞれの円周がわずかに異なっているのが特徴である。この円周の違いによりバーニア効果を発生させ、広い波長範囲での可変波長動作を実現する。
【０００７】
これら波長可変レーザ単体に加え、変調器を同一モジュール内に追加した形態の研究開発が現在進んでいる。これの一例を図６に示す。先に述べたＳａｍｐｌｅｄ−ｇａｔｉｎｇ−ＤＢＲ−ＬＤの出力側にＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器をモノリシックに集積し、長距離大容量光通信を可能とする高速・低チャーピングの変調信号を生成する。本集積素子を用いれば、非常にコンパクトなモジュールを用いて、波長可変動作と同時に変調動作が可能となる。これにより、波長可変トランスポンダーモジュールの大幅な小型化を実現できる。
【０００８】
以下、従来技術を記載した文献の例を挙げる。特許文献１には、互いに異なる光路長を有するリング状導波路から成る多重リング共振器を備えた波長可変レーザが記載されている。
【０００９】
特許文献２には、基本波光源としての半導体レーザの発振モードの偏波方向を変化させることによって、半導体レーザと光導波路との結合効率を向上させることができるようにして、波長変換光パワーの増大化をはかることができるようにしたレーザ光発生装置が記載されている。
【００１０】
特許文献３には、一枚の基板上に全ての受発光素子、光学素子を実装固定、光学素子固定にパッシブアライメント手法を用いて実装した光複合モジュールが記載されている。
【００１１】
特許文献４はアライメント技術に関する文献であり、［発明を実施するための最良の形態］の項において述べる。
【特許文献１】特開２００６−２７８７６９号公報
【特許文献２】特開平９−８０４９７号公報
【特許文献３】特開平１１−２６８７５号公報
【特許文献４】特開２０００−２３１０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
変調器を波長可変レーザと集積する試みとしてはそれぞれを別々に作製しモジュール内部で光学的に結合する方法と、図６に示すモノリシックに集積する方法の二つが考えられる。前者は複雑なモジュール製造工程が必要であり、低い歩留まりが懸念される。それに対して、後者は半導体素子そのものが小型であることから、コンパクトにモジュール内に実装できる利点を有す。その一方で、少なくとも５回以上の結晶成長とこれ伴う複雑な半導体プロセスが要求される。この複雑な作製プロセスに起因した特性歩留まりの低下が懸念され、素子選別工数の増加、製造コストの上昇が懸念される。
【００１３】
さらに、モノリシック集積の波長可変レーザにおいては、キャリア注入による屈折率変化を用いるため、これによる損失が発振特性低下をもたらす。このため、例えば図２に示したＳａｍｐｌｅｄ−ｇｒａｔｉｎｇ−ＤＢＲ−ＬＤでは、光出力端面側にＳＯＡをモノリシックに集積する構造が用いられており、波長可変時に発生する光出力低下を保証する構造を導入している。ＳＯＡの集積により、さらに素子構造は複雑になり、更なる歩留まり低下が懸念される。
【００１４】
加えて、化合物半導体素子、特にＩｎＰ系半導体はウエハサイズが２インチからの大型化が期待できない。このため、モノリシック集積による素子面積の増加はそのままコスト増に反映されてしまう。
【００１５】
本発明の目的は、これら従来構造での機能集積波長可変レーザの実現に際しての上記課題を克服し、各種光能動素子を低コスト、高歩留まりで実装し、光ネットワークにて要求される集積光デバイスを迅速に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
本発明による光デバイスは、基板（１５、４０）上に形成された基板側光導波路（４１ａ）と、基板上に取り付けられる複数の光素子（１７、１８、６１、６２、７１、７２、８３、８４、９３、９４）とを備える。基板側光導波路と、複数の光素子がそれぞれ備える光素子側光導波路（４１ｂ、４１ｃ）とは、連続した光導波路を形成する。
【００１８】
本発明による光デバイスにおいて、基板側光導波路は、入射した信号光を共振させる共振器（２０）を形成する。光デバイスは更に、共振器の共振波長を調整することにより、信号光の波長を変化させて出力する共振波長調整部を備える。
【００１９】
本発明による光デバイスにおいて、共振器は、互いに光路長の異なる第１のリング共振器（２１）と第２のリング共振器（２２）とを含む多重リング共振器（２０）である。
【００２０】
本発明による光デバイスにおいて、複数の光素子は、入力した信号光を増幅して共振器に供給する半導体光増幅器（１７）を含む。
【００２１】
本発明による光デバイスにおいて、半導体光増幅器は、入力した信号光の出力を増幅するブースト用半導体光増幅器（１７）である。複数の光素子は更に、光信号の位相を調節する位相制御用半導体光増幅器（１８）を含む。
【００２２】
本発明による光デバイスにおいて、複数の光素子は光変調器（１９）を含む。
【００２３】
本発明による光デバイスにおいて、複数の光素子の光軸は、基板に形成された遮光領域と複数の光素子の各々の表面に形成された遮光領域に形成された目合わせ用マーク（４６）を用いて位置合わせされる。
【００２４】
本発明による光デバイスの製造方法は、基板（４０）に平面型光導波路（４１ａ）を形成するステップと、基板に、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第１基板側目合わせ用マーク（４６ａ）を形成するステップと、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第１光素子側目合わせ用マークを有する第１光素子（１８）を形成するステップと、第１光素子を基板上に置くステップと、所定波長の光を照射したときの第１基板側目合わせ用マークと第１光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、基板に対する第１光素子の位置合わせを行って、平面型光導波路（４１ａ）と第１光素子が備える光導波路（４１ｂ）とを結合するステップと、第１光素子を基板に固定するステップとを備える。
【００２５】
本発明による光デバイスの製造方法において、第１光素子は第１の半田材によって基板に固定される。光デバイスの製造方法は更に、基板（４０）に、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２基板側目合わせ用マーク（４６ｂ）を形成するステップと、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２光素子側目合わせ用マークを有する第２光素子（１７）を形成するステップと、第２光素子を基板上に置くステップと、所定波長の光を照射したときの第２基板側目合わせ用マークと第２光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、基板に対する第２光素子の位置合わせを行って、第１光素子が備える光導波路と第２光素子が備える光導波路とを結合するステップと、第１光素子を固定した後に、第１の半田材よりも融点の低い半田材によって第２光素子を基板に固定するステップとを備える。
【００２６】
本発明による光デバイスの製造方法において、第１光素子は金属の圧着により基板に固定される。光デバイスの製造方法は更に、基板（４０）に、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２基板側目合わせ用マーク（４６ｂ）を形成するステップと、所定波長の光を透過する領域と遮光する領域との区別によって形成される第２光素子側目合わせ用マークを有する第２光素子（１７）を形成するステップと、第２光素子を基板上に置くステップと、所定波長の光を照射したときの第２基板側目合わせ用マークと第２光素子側目合わせ用マークとを検出することにより、基板に対する第２光素子の位置合わせを行って、第１光素子が備える光導波路と第２光素子が備える光導波路とを結合するステップと、第１光素子を固定した後に、金属の圧着により第２光素子を基板に固定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２７】
以上述べた様に、本発明で示した必要に応じたＳＯＡ、変調器等の能動素子をマルチチップ構成としてＳｉ基板上にパッシブアライメント実装することで必要とする光の機能を容易に実現できる。このような異種機能をもつ光デバイスの結合は、これまでレンズ等を介して行ってきたが、本発明にて提案するマルチチップのパッシブアライメント技術により、構成が大幅に簡略化される。これにより、信頼性の向上、コスト削減、モジュールリードタイムの短縮が期待できる。
【００２８】
ここでは、波長可変レーザに対してブーストＳＯＡと変調器の集積方法について述べたが、その他の光機能、例えば波長変換等他の光能動素子を集積して、従来にない集積機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図７は、本実施形態に係るブーストＳＯＡを集積した波長可変レーザ１０の構成を示す。波長可変レーザ１０は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路である三つのリング共振器２１〜２３と、リング共振器２１〜２３が方向性結合器２４〜２７及び導波路２８，２９を介して連結されて成る多重リング共振器２０と、リング共振器２１に方向性結合器１１を介して一端が結合された入出力側導波路１２と、リング共振器２３に方向性結合器１３を介して一端が結合された反射側導波路１４と、多重リング共振器２０、入出力側導波路１２及び反射側導波路１４が形成されたＰＬＣ基板１５と、反射側導波路１４の他端に設けられた高反射膜５６と、入出力側導波路１２の他端に一方の光入出力端が結合された位相制御付きＳＯＡ１８と、位相制御付きＳＯＡ１８の他方の光入出力端に光入出力端が接続されたブースト用ＳＯＡ１７とを備える。波長可変レーザ１０は更に、リング共振器２１〜２３を加熱することにより多重リング共振器２０の共振波長を変化させる膜状ヒータ、多重共振器２０に対して高次モードの光の進入を抑え基本モードの光を伝搬させるモードフィルタ等を備える。
【００３０】
リング共振器２１〜２３は例えばＰＬＣ技術で形成されており、リング状導波路等の各種導波路は、例えば、シリコン基板やガラス基板上に石英系ガラスを堆積した石英系ガラス導波路や、強誘電体材料（リチウムナイオベートなど）を薄膜化した強誘電体系導波路などで形成されている。
【００３１】
ブースト用ＳＯＡ１７から出射された光は、ブースト用ＳＯＡ１７→位相制御付きＳＯＡ→入出力側導波路１２→方向性結合器１１→多重リング共振器２０→方向性結合器１３→反射側導波路１４→高反射膜５６→反射側導波路１４→方向性結合器１３→多重リング共振器２０及びモードフィルタ３２，３３→方向性結合器１１→入出力側導波路１２及びモードフィルタ３１→ＳＯＡ１７、という経路を通って戻ってくる。この戻り光は、多重リング共振器２０の共振波長であるとき、最も強くなる。その理由は、多重リング共振器２０を構成する各リング共振器２１〜２３はＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）が僅かに異なっているため、各リング共振器２１〜２３で発生している反射（透過）の周期的な変化が一致した波長（共振波長）において更に大きな反射が発生するからである。
【００３２】
一方、共振波長すなわち周期の一致する波長は、各リング共振器２１〜２３の円周長と導波路屈折率変化とにより大きく変わる。この導波路屈折率は熱光学効果によって変えることができる。すなわち、リング共振器２２，２３の温度特性を利用して、それぞれのリング共振器２２、２３に対応する位置に設けられた膜状ヒータの通電量を制御することにより、多重リング共振器２０の共振波長を変化させることが可能である。このとき、ブースト用ＳＯＡ１７から出射される光の波長も、位相制御付きＳＯＡ１８において制御して変化させる。このように、本実施形態では、円周の僅かに異なるリング共振器２１〜２３を三個直列に結合して多重リング共振器２０を構成し、これにより発生するバーニア効果を巧みに利用している。
【００３３】
ＰＬＣ基板１５上には、入出力側導波路１２と結合する側の端部に無反射コーティングが施された位相制御付きＳＯＡ１８が直接実装されている。位相制御付きＳＯＡ１８は、ＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメント技術により、直接実装されている。後で詳述するパッシブアライメント技術は、ＰＬＣ基板面に形成されたマークパターンとＬＤチップのマークパターンを用いて位置決めを行うものであり、これまで光モジュール作製の際に行われていた光軸調芯を不要として、モジュール作製のコストとリードタイムを大きく改善できる技術である。さらに、ブースト用ＳＯＡ１７は位相制御付きＳＯＡ１８と別素子で構成されており、同一のＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメント技術を用いて実装される。このような方法で実装されることにより、ブースト用ＳＯＡ１７の光導波路と位相制御付きＳＯＡ１８の光導波路は高効率に結合される。位相制御付きＳＯＡ１８とブースト用ＳＯＡ１７はチップレベルで良品選別が行われるため、片方の素子不良による歩留まり低下を防ぐことができる。このようにニーズに応じた必要な光素子をマルチチップにて実装することで、必要な特性を実現できる。さらにブーストＳＯＡを集積したことで、高出力動作が実現できる。
【００３４】
図８には、本発明による変調器集積波長可変レーザを示す。ＰＬＣ基板１５上には、図７と同様に、入出力側導波路１２に結合された側の端部に無反射コーティングが施された位相制御付きＳＯＡ１８が直接実装されている。結合された入出力側導波路１２には３段構成の多重リング共振器２０が形成されており、これにより波長可変動作が行われる。位相制御付きＳＯＡ１８は、ＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメント技術により、直接実装されている。さらに位相制御付きＳＯＡ１８の出力側には、変調器１９が別チップでＰＬＣ基板１５上にパッシブアライメント実装されている。これにより、変調動作を実現する。波長可変動作は、各リング共振器２１〜２３上に形成されたヒータに通電を行い屈折率を変化させることにより行われる。図７と同様、本構成で有れば位相制御付きＳＯＡ１８、変調器１９共に事前に個別に良品選別ができるため、双方の不良素子混入による歩留まり低下を低く抑えることができる。
【００３５】
ここでは、波長可変レーザに対してブースト用ＳＯＡ１７や変調器１９を集積する方法について述べたが、その他の光機能、例えば波長変換等他の光能動素子を集積して、従来にない集積機能を実現することができる。
【００３６】
次に、ＳＯＡ、変調器等の半導体素子をパッシブアライメントにより基板上に実装する方法について詳細に説明する。単一の半導体素子をパッシブアライメントにより位置決めする技術は、例えば特許文献４に記載されている。
【００３７】
まず図９Ａ〜９Ｃを参照して、１つの半導体素子を実装する手順について説明する。図９ＡはＳｉ基板４０と半導体素子４４の断面図、図９Ｂはその上面図である。図７、８に示されたＰＬＣ基板１５としてＳｉ基板４０が用意される。このＳｉ基板４０に導波路４１ａが形成されることにより、ＰＬＣ（プレーナ光波回路）が形成される。図９Ａ、９Ｂに示されている導波路４１ａは、図７、８の入出力側導波路１２の位相制御付きＳＯＡ１８に近い部分に対応する。
【００３８】
半導体素子４４の付近における導波路４１ａは、Ｓｉ基板４０の表面から所定の第１深さの位置に形成される。半導体素子４４が設置される設置領域において、Ｓｉ基板４０は第１深さよりも深い第２深さまで削られる。削られた部分の表面は、削られていない部分の表面に概ね平行である。設置領域の側面においては、導波路４１ａの一端が露出する。この導波路４１ａの一端に、半導体素子４４側の導波路４１が接続される。
【００３９】
半導体素子４４の設置領域におけるＳｉ基板４０の表面に、導波路４１の高さを導波路４１ａの高さに合わせるための台部材４５が形成される。台部材４５の上面は、Ｓｉ基板４０の表面に概ね平行である。Ｓｉ基板４０の設置領域には更に、マーク４６が設けられる。マーク４６は所定の波長の電磁波、本実施例においては赤外線を透過しない。マーク４６の周囲の領域は赤外線を透過する。マーク４６は２以上設けられることが望ましい。光導波路の位置合わせの精度を出すために最も好ましくは、図９Ｂに示されるように半導体素子４４の側の導波路４１に対応する位置を挟むように配置された一対のマーク４６が形成される。
【００４０】
図９Ｃ（ａ）は、半導体素子４４のＳｉ基板４０と対向する側の面（接合面、図９Ａの下側の面）を示す。接合面の電極形成部分４７には電極が形成される。電極が形成された部分は赤外線を透過しない。接合面の所定領域の電極が除去されることにより、電極除去部分４８が形成される。電極除去部分４８は目合わせ用のマークである。電極除去部分４８の配置は、Ｓｉ基板４０側のマーク４６の配置に対応する。電極除去部分４８とマーク４６とが位置的に対応したとき、マーク４６は電極除去部分４８に包摂され、電極除去部分４８よりも小さい。電極除去部分４８は赤外線を透過する。電極除去部分４８は、接合面の法線方向に見たときに導波路４１を挟むように配置された一対の領域であることが望ましい。
【００４１】
図９Ｃ（ｂ）は、半導体素子４４の接合面と反対側の素子裏面（図９Ａの上側の面）を示す。素子裏面は接合面と概ね平行である。素子裏面には赤外線を透過しない導電性の電極形成部分４９と赤外線を透過する電極除去部分５０とが形成される。素子裏面の法線方向に電極除去部分５０を見たとき、接合面の電極除去部分４８の領域は素子裏面の電極除去部分５０の領域に含まれる。
【００４２】
このような電極パターンを備えた半導体素子４４がＳｉ基板４０の設置領域の電極４５の上に粗く位置決めされて置かれる。Ｓｉ基板から半導体素子４４に向かう方向に赤外線が照射される。半導体素子４４の素子裏面の側から赤外線画像を撮像すると、素子裏面の電極除去５０を通して見える接合面の電極除去部分４８と、Ｓｉ基板４０のマーク４６との相対的な位置関係により、Ｓｉ基板４０に対する半導体素子４４の位置を認識することができる。Ｓｉ基板４０に対して半導体素子４４が正しい位置に配置されているとき、電極除去部分４８の内部にマーク４６が全て入って見える。この状態を正しく目合わせされた状態と判定することにより、パッシブアライメントが実現される。
【００４３】
この状態のとき、半導体素子４４の導波路４１とＳｉ基板４０に形成された導波路４１ａとは正確に光軸合わせされた状態である。このようにして半導体素子４４が正しい位置に配置されたと判定されたとき、半導体素子４４はＳｉ基板４０に対して半田付け等の手段により固定される。こうして固定された半導体素子４４の導波路４１とＳｉ基板４０側の導波路４１ａとは、高い精度で結合した一の光導波路を形成する。
【００４４】
図１０Ａ、１０Ｂは、２つの半導体素子をパッシブアライメントによって実装する手順を説明するための図である。この図では、半導体素子の例として図７と同様に位相制御付きＳＯＡ１８とブースト用ＳＯＡ１７が用いられている。
【００４５】
まず、位相制御付きＳＯＡ１８が、図９Ａ〜９Ｃを参照して説明した方法により位置決めされ、第１の融点を有する半田材によってＳｉ基板４０に対して固定される。次いで、ブースト用ＳＯＡ１７が、同様に図９Ａ〜９Ｃを参照して説明した方法により位置決めされ、第１の融点よりも低い融点を有する半田材によって、第１の融点よりも低い温度でＳｉ基板により固定される。このように半田材の種類を変えることにより、ブースト用ＳＯＡ１７を固定するときに位相制御付きＳＯＡ１８の位置がずれることが防止される。融点の異なる半田材は、例えばＡｕＳｎの場合はＡｕとＳｎの配合比を変えることにより得られる。あるいは材料の異なる半田材を用いることにより得られる。こうした実装により、複数の半導体素子の導波路（ブーストＳＯＡ１７の導波路４１ｃと、位相制御付きＳＯＡ１８の導波路４１ｂ）とＳｉ基板４０のＰＬＣ導波路４１ａとが高い精度で結合した光導波路が形成され、歩留まりの高い波長可変レーザの製造が可能となる。
【００４６】
半田に代えて、素子側と基板側に同種の金属（例示：Ａｕ）を取り付けておいて圧着することにより、位置ずれを起こさずに素子をＳｉ基板に取り付けることができる。こうした実装方法によれば、Ｓｉ基板に実装する素子の数が３以上の多数である場合にも、位置ずれを起こさずに取り付けることが容易である。
【００４７】
図１１は、本発明による光デバイスの他の実施例を示す。この光デバイス６０においては、基板１５に形成された平面型光導波路により、ＶＯＡ（可変光アッテネータ）６３が形成されている。図１１に示されたＶＯＡは、対称な一対の光導波路に対して温度差を与えることにより出力される信号光の調整を行う対称マッハツェンダー干渉計により実現されている。この基板１５に対して、パッシブアライメントにより、まず光変調器６２が位置決めされて固定される。次いで、光変調器６２に隣接する位置にＤＦＢレーザ６１がパッシブアライメントにより位置決めされて固定される。ＤＦＢレーザ６１は一定電流により駆動され、信号光を出力する。光変調器６２はＤＦＢレーザ６１の出力した信号光を変調する。光変調器６２から出力された光信号は、変調時の波長チャーピングが少なく、長距離大容量の光通信に適する。
【００４８】
図１２は、本発明による光デバイスの更に他の実施例を示す。この光デバイス７０においては、基板１５に形成された平面型光導波路により、リング共振器と、リング共振器の温度を制御するヒータとを備えた可変分散補償器７３が形成される。この基板１５に対して、パッシブアライメントにより、まず光変調器７２が位置決めされて固定される。次いで光変調器７２に隣接する位置にＤＦＢレーザ７１がパッシブアライメントにより位置決めされて固定される。ＤＦＢレーザ７１は一定電流により駆動され、信号光を出力する。光変調器７２はＤＦＢレーザ７１の出力した信号光を変調する。リング共振器のヒータに通電して共振波長を精密に制御することにより、光ファイバにて発生する波長分散が相殺され、長距離・大容量の光通信に適した信号光が得られる。
【００４９】
図１３は、本発明による光デバイスの更に他の実施例を示す。この光デバイス８０においては、基板１５に形成された平面型光導波路により、光スイッチ（光セレクタ）８２が形成される。光スイッチ８２は、対称マッハ・ツェンダー干渉計により実現される。図１３に示された例では光スイッチ８２は４チャンネルの光信号のうちのいずれか一つを選択する。この基板１５の一端に、パッシブアライメントにより、まずブーストＳＯＡ８３が位置決めされて固定される。次いでブーストＳＯＡ８３に隣接する位置に光変調器８４がパッシブアライメントにより位置決めされて固定される。更に基板１５の他端に、パッシブアライメントによりアレイＤＦＢレーザ８１が位置決めされて固定される。アレイＤＦＢレーザ８１は、発振波長が相互に異なる複数（図１３の例では４つ）のＤＦＢレーザを備える。このような光デバイス８０により、波長可変レーザと変調器が１チップに集積され、広範囲に亘る波長可変動作と変調動作を行うことができる。
【００５０】
図１４は、本発明による光デバイスの更に他の実施例を示す。この光デバイス９０においては、基板１５に形成された光導波路により、光カプラ９２が形成される。光カプラ９２は、１本の光導波路に対して複数本の光導波路を結合する。この基板１５の一端に、パッシブアライメントによりブーストＳＯＡ９３が位置決めされて固定される。ブーストＳＯＡ９３に隣接する位置に光変調器９４が位置決めされて固定される。基板１５の他端にアレイＤＦＢレーザ９１がパッシブアライメントにより位置決めされて固定される。アレイＤＦＢレーザ９１の複数の出力は、光カプラ９２の複数のチャネルにそれぞれ結合される。こうした光デバイスにより、１チップで波長可変動作と変調動作が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】波長可変レーザの従来例を示す。
【図２】波長可変レーザの従来例を示す。
【図３】波長可変レーザの従来例を示す。
【図４】波長可変レーザの従来例を示す。
【図５】波長可変レーザの従来例を示す。
【図６】波長可変レーザの従来例を示す。
【図７】本発明の実施の形態における波長可変レーザを示す。
【図８】本発明の実施の形態における波長可変レーザを示す。
【図９Ａ】パッシブアライメントの方法について説明するための図である。
【図９Ｂ】パッシブアライメントの方法について説明するための図である。
【図９Ｃ】パッシブアライメントの方法について説明するための図である。
【図１０Ａ】パッシブアライメントの方法について説明するための図である。
【図１０Ｂ】パッシブアライメントの方法について説明するための図である。
【図１１】本発明の一実施例に係る光デバイスを示す。
【図１２】本発明の一実施例に係る光デバイスを示す。
【図１３】本発明の一実施例に係る光デバイスを示す。
【図１４】本発明の一実施例に係る光デバイスを示す。
【符号の説明】
【００５２】
１０  波長可変レーザ
１１、１３、２４、２５、２６、２７  方向性結合器
１２  入出力側導波路
１５  ＰＬＣ基板
２０  多重リング共振器
２１、２２、２３  リング共振器
５６  高反射膜
６０  光デバイス
６１  ＤＦＢレーザ
６２  光変調器
６３  可変光アッテネータ
７０  光デバイス
７１  ＤＦＢレーザ
７２  光変調器
７３  可変分散補償器
８０  光デバイス
８１  アレイＤＦＢレーザ
８２  光スイッチ
８３  ブーストＳＯＡ
８４  光変調器
９０  光デバイス
９１  アレイＤＦＢレーザ
９２  光カプラ
９３  ブーストＳＯＡ
９４  光変調器
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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