(57)【要約】【課題】半導体光素子に対して偏波依存性などの特性が良好な光導波路が集積された光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光源モジュールを提供する。【解決手段】光を増幅して出力する半導体光素子である４個のＳＯＡ２０１〜２０４と、ＳＯＡ２０１〜２０４に対応し、それぞれグレーティング３２が設けられた４本の平面導波路型の光導波路３１１〜３１４が石英基板３５上に形成された光回路素子３０と、ＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を搭載するための基板であるシリコンベンチ１０とを用意する。そして、ＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を、それぞれシリコンベンチ１０の素子搭載面における第１搭載面１０ａ及び第２搭載面１０ｂ上に搭載して、ＳＯＡ２０１〜２０４からの光が光導波路３１１〜３１４を伝搬される光集積素子１Ａを構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光を出力する半導体光素子と、
基板、及び前記基板上に設けられた光導波路を有して構成され、前記半導体光素子からの光が前記光導波路を伝搬される光回路素子と、
前記半導体光素子及び前記光回路素子を素子搭載面上に搭載するシリコンベンチと
を備えることを特徴とする光集積素子。
【請求項２】
前記半導体光素子及び前記光回路素子は、前記シリコンベンチに対して、発光層及び光導波層が前記素子搭載面側に位置するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項３】
前記半導体光素子は、前記光導波路側の端面がＡＲコートされた半導体光増幅素子であり、
前記光回路素子は、前記光導波路に、前記半導体光増幅素子に対して外部共振器を構成するグレーティングが形成されていることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項４】
前記半導体光増幅素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の半導体光増幅素子が前記シリコンベンチの前記素子搭載面上に搭載され、
前記光回路素子は、前記光導波路として、前記Ｎ個の半導体光増幅素子に対応するＮ本の光導波路を有するとともに、前記Ｎ本の光導波路のそれぞれに、互いに異なる反射ピーク波長を有する前記グレーティングが形成されていることを特徴とする請求項３記載の光集積素子。
【請求項５】
前記光回路素子は、前記Ｎ本の光導波路を伝搬される光を合波する光合波器を有することを特徴とする請求項４記載の光集積素子。
【請求項６】
前記半導体光素子の前記光導波路側の端面と、前記光回路素子の前記光導波路との間に、樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項７】
前記樹脂は、屈折率が１．３００以上１．４４４以下であることを特徴とする請求項６記載の光集積素子。
【請求項８】
前記光回路素子は、前記半導体光素子からの光の光軸に直交する面に対して、前記半導体光素子側の端面が３°以上８°未満の角度で傾いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項９】
前記光回路素子は、前記基板が石英基板からなることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項１０】
前記半導体光素子は、ＦＦＰが１５°以下であるスポットサイズ変換構造を有して構成され、
前記光回路素子は、前記光導波路のコア及びクラッドの比屈折率差が１．０％以上であることを特徴とする請求項１記載の光集積素子。
【請求項１１】
所定波長の光を出力する半導体光素子と、基板、及び前記基板上に設けられた光導波路を有して構成される光回路素子とを、シリコンベンチの素子搭載面上に搭載して、前記半導体光素子からの光が前記光回路素子の前記光導波路を伝搬される光集積素子を作製することを特徴とする光集積素子の製造方法。
【請求項１２】
前記光回路素子の作製において、前記光導波路を構成するコア及びクラッドのガラス膜をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１１記載の光集積素子の製造方法。
【請求項１３】
前記シリコンベンチの作製において、前記素子搭載面に、前記光回路素子の前記光導波路からの光が入力される光ファイバを搭載するためのＶ溝と、前記半導体光素子及び前記光回路素子を搭載するときにダイボンダに認識させる位置合わせマークとを、ＫＯＨエッチング工程によって一括して形成することを特徴とする請求項１１記載の光集積素子の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコンベンチの前記素子搭載面上に前記半導体光素子を搭載した後に、前記光回路素子を搭載することを特徴とする請求項１１記載の光集積素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１記載の光集積素子を備え、前記半導体光素子及び前記光回路素子によって構成された光源からの光を出力することを特徴とする光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子または半導体光増幅素子などの半導体光素子と、半導体光素子からの光が伝搬される光導波路とを集積した光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光集積素子を用いた光源モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所定波長の光を生成または増幅して出力する光素子として、半導体レーザ素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）または半導体光増幅素子（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの半導体光素子と、半導体光素子から出力された光が伝搬される光導波路とを集積した光集積素子が知られている。このような光集積素子としては、例えば、特開平１１−９７７８４号公報（特許文献１）、または特開平１１−２１１９２４号公報（特許文献２）に記載された光集積素子がある。
【０００３】
上記した文献のうち、文献１には、半導体レーザダイオードと、光誘起グレーティングが形成された光導波路とを有する外部共振器型の周波数安定化レーザが記載されている。また、文献２には、石英系光導波路や石英系光結合器と、発振波長が異なる複数の半導体レーザチップとを集積した光回路が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９７７８４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１９２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献に記載された光集積素子においては、いずれも、半導体光素子と光導波路とを同一のシリコン（Ｓｉ）基板上に設けている。具体的には、シリコン基板上に平面導波路型の光導波路を含む光回路を形成するとともに、シリコン基板の光導波路が形成されている面の一部に搭載部を設けて、半導体レーザ素子などの半導体光素子のチップを搭載している。
【０００６】
このような構成では、光を出力する半導体レーザ素子などの半導体光素子を搭載する基板としては、半導体光素子の放熱性などから考えて、上記のようにシリコン基板を用いることが好ましい。また、シリコン基板は、光ファイバを搭載するためのＶ溝等を精度良く形成することができる。しかしながら、シリコン基板上に光導波路を形成した場合、応力複屈折率による偏波依存性が大きくなり、良好な光導波路とすることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、半導体光素子に対して偏波依存性などの特性が良好な光導波路が集積された光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光源モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光集積素子は、（１）所定波長の光を出力する半導体光素子と、（２）基板、及び基板上に設けられた光導波路を有して構成され、半導体光素子からの光が光導波路を伝搬される光回路素子と、（３）半導体光素子及び光回路素子を素子搭載面上に搭載するシリコンベンチとを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による光集積素子の製造方法は、所定波長の光を出力する半導体光素子と、基板、及び基板上に設けられた光導波路を有して構成される光回路素子とを、シリコンベンチの素子搭載面上に搭載して、半導体光素子からの光が光回路素子の光導波路を伝搬される光集積素子を作製することを特徴とする。
【００１０】
上記した光集積素子及びその製造方法においては、半導体レーザ素子または半導体光増幅素子などの１または複数個の半導体光素子と、それに対応する光導波路を有する光回路素子との２種類の光部品を別々に用意する。そして、それらを光回路素子の基板とは別に設けられた基板であるシリコンベンチの所定の面上に搭載することによって、光集積素子を構成している。
【００１１】
これにより、半導体光素子が搭載される基板、及び光導波路が形成される基板として、それぞれ好適な材質の基板を用いることができる。したがって、半導体光素子に対して、偏波依存性などの特性が良好な光導波路が集積された光集積素子、及びその製造方法が得られる。また、２種類の光部品を別々に作製することにより、光集積素子の製造歩留まりを向上することができる。
【００１２】
また、光集積素子は、半導体光素子及び光回路素子が、シリコンベンチに対して、発光層及び光導波層が素子搭載面側に位置するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。これにより、半導体光素子の光軸と、光回路素子の光導波路の光軸との位置合わせ精度を向上することができる。
【００１３】
また、半導体光素子は、光導波路側の端面がＡＲコートされた半導体光増幅素子であり、光回路素子は、光導波路に、半導体光増幅素子に対して外部共振器を構成するグレーティングが形成されていることを特徴とする。これにより、偏波依存性などの特性が良好な外部共振器型の光源を有する光集積素子が得られる。
【００１４】
さらに、半導体光増幅素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の半導体光増幅素子がシリコンベンチの素子搭載面上に搭載され、光回路素子は、光導波路として、Ｎ個の半導体光増幅素子に対応するＮ本の光導波路を有するとともに、Ｎ本の光導波路のそれぞれに、互いに異なる反射ピーク波長を有するグレーティングが形成されていることを特徴とする。これにより、発振波長が異なる複数の外部共振器型の光源から構成された多波長光源を有する光集積素子が得られる。
【００１５】
この場合、光回路素子は、Ｎ本の光導波路を伝搬される光を合波する光合波器を有する構成としても良い。
【００１６】
また、半導体光素子の光導波路側の端面と、光回路素子の光導波路との間に、樹脂が充填されていることを特徴とする。これにより、光回路素子の端面からの半導体光素子への反射戻り光を低減することができる。このような構成では、充填される樹脂の屈折率を１．３００以上１．４４４以下とすることが、反射戻り光を充分に低減する上で好ましい。
【００１７】
また、光回路素子は、半導体光素子からの光の光軸に直交する面に対して、半導体光素子側の端面が３°以上８°未満の角度で傾いて形成されていることを特徴とする。これにより、光回路素子の端面からの半導体光素子への反射戻り光を低減することができる。
【００１８】
また、光回路素子は、基板が石英基板からなることを特徴とする。このように石英基板上に光導波路を形成することにより、偏波依存性などの特性が良好な光導波路とすることができる。
【００１９】
また、半導体光素子は、ＦＦＰ（遠視野像での角度広がり）が１５°以下であるスポットサイズ変換構造（ＳＳＣ構造）を有して構成され、光回路素子は、光導波路のコア及びクラッドの比屈折率差が１．０％以上であることを特徴とする。これにより、半導体光素子から光回路素子の端面まで伝搬した光の径と、光導波路のモードフィールド径（ＭＦＤ）とをマッチさせて、半導体光素子と光導波路との間での光の結合効率を高めることができる。
【００２０】
また、光集積素子の製造方法は、光回路素子の作製において、光導波路を構成するコア及びクラッドのガラス膜をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする。このように、膜厚制御性の良いＣＶＤ法を用いて光導波路を形成することにより、半導体光素子の光軸に対する光導波路の光軸の位置合わせ精度を向上することができる。
【００２１】
また、シリコンベンチの作製において、素子搭載面に、光回路素子の光導波路からの光が入力される光ファイバを搭載するためのＶ溝と、半導体光素子及び光回路素子を搭載するときにダイボンダに認識させる位置合わせマークとを、ＫＯＨエッチング工程によって一括して形成することを特徴とする。これにより、半導体光素子、光回路素子の光導波路、及び光ファイバの相互間の位置合わせ精度を向上することができる。
【００２２】
また、シリコンベンチの素子搭載面上に半導体光素子を搭載した後に、光回路素子を搭載することを特徴とする。これにより、光集積素子の製造時において、光回路素子に生じる熱による特性変化を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明による光源モジュールは、上記した光集積素子を備え、半導体光素子及び光回路素子によって構成された光源からの光を出力することを特徴とする。これにより、偏波依存性などの特性が良好な光集積素子を光源とする光通信用の光源モジュールが得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光集積素子を用いた光源モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２５】
図１は、本発明による光集積素子の一実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図２は、図１に示した光集積素子の平面構成を示す上面図である。なお、図１は、光集積素子における光伝搬方向に平行であって、後述する半導体光増幅素子２０１、光導波路３１１、及び光ファイバ４０１の光軸を含む断面図となっている。
【００２６】
また、図３は、図１及び図２に示した光集積素子におけるシリコンベンチの平面構成を、シリコンベンチ上に搭載される光集積素子の各構成要素を除いた状態で示す上面図である。
【００２７】
本実施形態の光集積素子１Ａは、シリコン（Ｓｉ）製の基板からなるシリコンベンチ１０と、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）２０と、光回路素子３０と、光ファイバ４０とを備えている。
【００２８】
シリコンベンチ１０は、その所定の面が、上記したＳＯＡ２０及び光回路素子３０の各素子のチップを搭載するための素子搭載面となっている。このシリコンベンチ１０の素子搭載面には、光伝搬方向の上流側から下流側に向かって、ＳＯＡ２０を搭載するための第１搭載面１０ａ、光回路素子３０を搭載するための第２搭載面１０ｂ、及び光ファイバ４０を搭載するための第３搭載面１０ｃが設けられている。また、シリコンベンチ１０の素子搭載面上には、絶縁膜が形成されている。
【００２９】
ＳＯＡ２０は、光を増幅して出力する半導体光素子である。図１及び図２に示した光集積素子１Ａにおいては、このＳＯＡ２０として、４個のＳＯＡ２０１〜２０４が設置されている。それぞれのＳＯＡ２０ｉ（ｉ＝１〜４）は、光伝搬方向に対して上流側の端面２１がＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートされ、また、下流側で光回路素子３０に対向する端面２２がＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートされている。これにより、ＳＯＡ２０ｉは、光増幅素子として機能するように構成されている。
【００３０】
これらのＳＯＡ２０１〜２０４は、シリコンベンチ１０の第１搭載面１０ａ上に、好ましくはＡｕＳｎからなるボンディングパッド５１を介し（図３参照）、互いに並列に配置されて搭載されている。また、ＳＯＡ２０ｉは、図１に示すように、その発光層２６が第１搭載面１０ａ側に位置するように、膜堆積面がシリコンベンチ１０側となるフリップチップで搭載されている。また、ＳＯＡ２０ｉの膜堆積面には、電極材料による位置合わせマーク（図示していない）が形成されている。また、ＳＯＡ２０１〜２０４が搭載されているシリコンベンチ１０の第１搭載面１０ａ上には、好ましくはＴｉＰｔＡｕからなる電極５０が設けられている。
【００３１】
光回路素子３０は、基板、及び基板上に設けられた光導波路を有して構成される平面導波路型の光回路素子である。光回路素子３０は、石英基板３５と、石英基板３５の膜堆積面上に所定の導波路パターンで形成された光導波層と、石英基板３５及び光導波層を覆うように形成されたオーバークラッド３７とを有する。
【００３２】
本実施形態においては、石英基板３５上の光導波層は、光伝搬方向を長手方向として互いに並列に配置された４本のコア３６を有する導波路パターンで形成されている。これにより、光回路素子３０は、４本の光導波路３１１〜３１４を有して構成されている。また、それぞれの光導波路３１ｉ（ｉ＝１〜４）は、その光軸が、対応するＳＯＡ２０ｉの光軸と一致する位置に設けられており、ＳＯＡ２０ｉからの光が光導波路３１ｉを伝搬されるようになっている。
【００３３】
また、光導波路３１１〜３１４には、所定の反射ピーク波長を有する光誘起ブラッググレーティング３２がそれぞれ形成されている。そして、光を増幅するＳＯＡ２０ｉと、対応する光導波路３１ｉに設けられたグレーティング３２とによって、所定波長の光を生成する外部共振器型の光源が構成されている。また、光導波路３１１〜３１４のそれぞれに設けられたグレーティング３２は、互いに異なる反射ピーク波長を有している。これにより、本光集積素子１Ａは、発振波長が異なる４個の外部共振器型の光源から構成された４波長光源となっている。
【００３４】
これらの光導波路３１１〜３１４を有する光回路素子３０は、好ましくはＡｕＳｎからなるボンディングパッド５２を介し（図３参照）、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂ上に搭載されている。また、光回路素子３０は、図１に示すように、そのコア３６を含む光導波層が第２搭載面１０ｂ側に位置するように、膜堆積面がシリコンベンチ１０側となるフリップチップで搭載されている。
【００３５】
図４は、図１及び図２に示した光集積素子１Ａの光伝搬方向に垂直な断面構成を、光導波路３１１〜３１４を有する光回路素子３０を含む位置について示すＩ−Ｉ矢印断面図である。シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂには、図３及び図４に示すように、光導波路３１１〜３１４のそれぞれに沿うように４本のＶ溝１３が形成されている。また、シリコンベンチ１０には、ＳＯＡ２０１〜２０４を搭載する第１搭載面１０ａと、光回路素子３０を搭載する第２搭載面１０ｂとの間に、ダイシング溝１１が設けられている。
【００３６】
光ファイバ４０は、ＳＯＡ２０から出力されて光導波路３１を伝搬された光を出力する光導波路である。本実施形態においては、光ファイバ４０として、４本の光ファイバ４０１〜４０４が設置されている。それぞれの光ファイバ４０ｉ（ｉ＝１〜４）は、そのコア４１の光軸が、対応する光導波路３０ｉの光軸と一致する位置に設けられており、光導波路３１ｉからの光が光ファイバ４０ｉへと入力されるようになっている。
【００３７】
これらの光ファイバ４０１〜４０４は、シリコンベンチ１０の第３搭載面１０ｃ上に、互いに並列に配置されて搭載されている。
【００３８】
図５は、図１及び図２に示した光集積素子１Ａの光伝搬方向に垂直な断面構成を、光ファイバ４０１〜４０４を含む位置について示すＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。シリコンベンチ１０の第３搭載面１０ｃには、図３及び図５に示すように、４本のＶ溝１４が形成されている。光ファイバ４０１〜４０４は、それぞれ対応するＶ溝１４によって位置決めされて固定されている。また、シリコンベンチ１０には、光回路素子３０を搭載する第２搭載面１０ｂと、光ファイバ４０１〜４０４を搭載する第３搭載面１０ｃとの間に、ダイシング溝１２が設けられている。
【００３９】
ＳＯＡ２０１〜２０４をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５１は、図３に実線で示すように、シリコンベンチ１０側の第１搭載面１０ａ上に設けられている。また、光導波路３１１〜３１４を有する光回路素子３０をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５２は、図３に破線で示すように、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂに対向する光回路素子３０側のクラッド３７の面上に、好ましくはＴｉＰｔＡｕからなるメタル層を介して設けられている。
【００４０】
また、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂ上には、素子搭載面上にＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を搭載するときにダイボンダに認識させる位置合わせマーク５３が形成されている。同様に、光回路素子３０のクラッド３７の面上には、位置合わせマーク５４が形成されている。
【００４１】
本実施形態による光集積素子の効果について説明する。
【００４２】
図１〜図５に示した光集積素子１Ａにおいては、半導体光素子であるＳＯＡ２０１〜２０４と、光導波路３１１〜３１４を有する光回路素子３０との２種類の光部品を別々に用意する。そして、それらを光回路素子３０の基板３５とは別に設けられた基板であるシリコンベンチ１０の搭載面１０ａ〜１０ｃからなる所定の面上に搭載することによって、光集積素子１Ａを構成している。
【００４３】
これにより、ＳＯＡ２０１〜２０４が搭載される基板、及び光導波路３１１〜３１４のコア３６、クラッド３７が形成される基板として、それぞれ好適な材質の基板を用いることができる。したがって、ＳＯＡ２０１〜２０４に対して、偏波依存性などの特性が良好な光導波路３１１〜３１４が集積された光集積素子１Ａが得られる。また、２種類の光部品を別々に作製することにより、光集積素子１Ａの製造歩留まりを向上することができる。
【００４４】
光回路素子３０において光導波路３１１〜３１４のコア３６、クラッド３７が形成される基板３５としては、上述のように石英基板を用いることが好ましい。このように、石英基板上に光導波路を形成することにより、偏波依存性などの特性が良好な光導波路とすることができる。
【００４５】
また、このように基板３５として石英基板を用いる場合、光回路素子３０をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５２は、図３に示すように、光回路素子３０の４隅に設けることが好ましい。これにより、基板３５の反りによって光回路素子３０とシリコンベンチ１０とが接触することが抑制される。
【００４６】
また、光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４に対し、図３及び図４に示すように、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂの対応する位置にＶ溝１３を形成しておくことが好ましい。例えば、ＣＶＤ法によってクラッド３７を形成すると、光回路素子３０のコア３６上の表面が凸になる場合がある。これに対して、Ｖ溝１３を設けておくことにより、光回路素子３０の凸部とシリコンベンチ１０との接触が抑制され、また、接触による導波損失の増大、光軸位置ずれ等が防止される。
【００４７】
また、上記実施形態においては、半導体光素子であるＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０が、シリコンベンチ１０に対して、その発光層及び光導波層がシリコンベンチ１０の素子搭載面側に位置するようにそれぞれ配置されている。これにより、例えば無調芯の場合であっても、ＳＯＡ２０１〜２０４の光軸と、光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４の光軸との位置合わせ精度を向上することができる。
【００４８】
垂直方向の光軸位置については、各素子を作製する際の膜堆積精度やＲＩＥ精度、及びシリコンベンチ１０上にボンディングパッド５１、５２を介して各素子を搭載する際のＡｕＳｎの加熱条件によって、位置を合わせることができる。
【００４９】
この場合、光導波路３１１〜３１４を構成するコア３６及びクラッド３７のガラス膜は、ＣＶＤ法によって形成することが好ましい。また、ＴｉＰｔＡｕなどからなる電極、あるいはＡｕＳｎからなるボンディングパッドなどの膜は、蒸着によって形成することが好ましい。このように、膜厚制御性の良い方法を用いて膜堆積を行うことにより、良好な光軸の位置合わせ精度が得られる。
【００５０】
一方、水平方向の光軸位置については、ＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を搭載するときに、高精度ダイボンダに位置合わせマーク５３、５４を認識させることによって、位置を合わせることができる。
【００５１】
この場合、シリコンベンチ１０の作製においては、位置合わせマーク５３と、光ファイバ４０１〜４０４を搭載するためのＶ溝１４とを、ＫＯＨエッチング工程により、同じフォトマスクを用いて素子搭載面上に一括して形成することが好ましい。これにより、位置合わせマークとＶ溝との間の位置ずれが抑制され、ＳＯＡ２０１〜２０４、光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４、及び光ファイバ４０１〜４０４の相互間の位置合わせ精度を向上することができる。
【００５２】
また、光回路素子３０の作製においては、同様に、位置合わせマーク５４を、メタル層と同じフォトマスクを用いて形成することが好ましい。これにより、位置合わせマークと光導波路のコアとの間の位置ずれが抑制される。
【００５３】
なお、光集積素子１Ａの各部の形状、例えばＶ溝幅、絶縁膜厚、電極厚、ボンディングパッド厚、クラッド厚、メタル層厚等は、それぞれ、ＳＯＡ２０１〜２０４の光軸、光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４の光軸、及び光ファイバ４０１〜４０４の光軸が合うように適宜設計される。
【００５４】
また、上記実施形態においては、シリコンベンチ１０の素子搭載面には、第１搭載面１０ａと第２搭載面１０ｂとの間、及び第２搭載面１０ｂと第３搭載面１０ｃとの間に、それぞれ、ダイシング溝１１、１２が設けられている。これにより、ＳＯＡ２０１〜２０４と光回路素子３０との間、及び光回路素子３０と光ファイバ４０１〜４０４との間に異物などが挟まることが防止される。
【００５５】
また、シリコンベンチ１０の素子搭載面上にＴｉＰｔＡｕなどによって形成される電極５０の膜厚は、例えば０．５６μｍ程度とすることが好ましい。また、ＡｕＳｎなどによって形成されるボンディングパッド５１の膜厚は、例えば１．５μｍ程度とすることが好ましい。これらの膜厚は、薄すぎると接合強度がとれず、一方、厚すぎると光軸位置ずれが大きくなる。
【００５６】
また、光回路素子３０は、ＳＯＡ２０ｉからの光の光軸に直交する面（シリコンベンチ１０の素子搭載面に直交する面）に対して、そのＳＯＡ２０ｉ側の端面が３°以上８°未満の所定角度、例えば４．５°の角度、で傾いて形成されていることが好ましい（図１の断面図参照）。これにより、光回路素子３０の端面からのＳＯＡ２０ｉへの反射戻り光を低減することができる。
【００５７】
光回路素子３０の端面の傾き角度が８°よりも大きいと、光回路素子３０がＳＯＡ２０ｉに対して接触しないように、ＳＯＡ２０ｉと光回路素子３０との間を広くする必要があり、光の結合損失が大きくなる。また、傾き角度が３°よりも小さいと、反射戻り光の低減効果が充分には得られなくなる。なお、図１に示す構成においては、光回路素子３０の光ファイバ４０ｉ側の端面も同様に傾いて形成されている。また、ＳＯＡ２０ｉの端面と光回路素子３０の端面との間の距離は、例えば２０μｍ程度である。
【００５８】
また、ＳＯＡ２０ｉは、ＦＦＰ（遠視野像での角度広がり）が１５°以下、例えば１２°、であるスポットサイズ変換構造（ＳＳＣ構造）を有して構成されることが好ましい。また、光回路素子３０は、光導波路３１ｉのコア３６及びクラッド３７の比屈折率差Δｎが１．０％以上、例えばΔｎ＝１．５％、であることが好ましい。これにより、ＳＯＡ２０ｉから光回路素子３０の光導波路３１ｉの端面まで伝搬した光の径と、光導波路３１ｉのモードフィールド径（ＭＦＤ）とをマッチさせ、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合効率を高めて、低閾値、高出力の光集積素子１Ａとすることができる。
【００５９】
また、ＳＯＡ２０１〜２０４の光導波路３１１〜３１４側の端面と、光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４の端面との間に、樹脂が充填されていることが好ましい。これにより、光回路素子３０の端面からのＳＯＡ２０１〜２０４への反射戻り光を低減することができる。このような構成では、充填される樹脂の屈折率を１．３以上１．４４４以下とすることが、反射戻り光を充分に低減する上で好ましい。
【００６０】
このように樹脂を充填する構成の具体例としては、図６（ａ）の側面図、及び図６（ｂ）の上面図に破線によって示すように、光集積素子１Ａを構成するシリコンベンチ１０、ＳＯＡ２０１〜２０４、及び光回路素子３０の全体を樹脂１８によって覆う構成を用いることができる。また、これ以外の構成としても良い。なお、このような構成では、ＳＯＡ２０１〜２０４の下流側端面２２のＡＲコートは、樹脂１８の屈折率に対して設計される。
【００６１】
１．５５μｍ波長帯域の光を想定した場合、例えば、屈折率１．４の樹脂を用いることができる。樹脂の屈折率が１．３よりも小さいと、各接合端面での光の結合損失が大きくなる。また、屈折率が１．４４４よりも大きいと、光回路素子でのクラッド厚が薄い場合、樹脂側に光が漏れて光導波路での導波損失が大きくなる。
【００６２】
図１〜図５に示した光集積素子１Ａの製造方法について、光集積素子１Ａの具体的な構成例とともに説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した光集積素子１Ａの製造方法を概略的に示す工程図である。なお、図７（ａ）〜（ｄ）の各図においては、図１と同様の側面断面図によって各製造工程を示している。
【００６３】
まず、半導体光素子であるＳＯＡ２０１〜２０４、及び光回路素子３０を搭載する基板であるシリコンベンチ１０を作製する（図７（ａ））。シリコンベンチ１０の一方を素子搭載面とし、その素子搭載面に、ダイシング溝１１、１２、Ｖ溝１３、１４、絶縁膜、ＴｉＰｔＡｕからなる電極５０、位置合わせマーク５３を形成し、さらに、電極５０上に、ＳＯＡ２０１〜２０４を搭載するためのＡｕＳｎからなるボンディングパッド５１を形成する。電極５０のＴｉＰｔＡｕの厚さは約０．５６μｍ、ボンディングパッド５１のＡｕＳｎの厚さは約１．５μｍとする。また、位置合わせマーク５３は、Ｖ溝１３、１４の形成と同じフォトマスクでＫＯＨエッチングによって形成する。
【００６４】
次に、４個のＳＯＡ２０１〜２０４を用意し、シリコンベンチ１０の素子搭載面の第１搭載面１０ａ上に搭載する（図７（ｂ））。それぞれのＳＯＡ２０ｉの作製においては、Ａｕなどからなる電極（図示していない）はメッキではなく蒸着により、厚さ約１μｍで形成する。このように、蒸着によって電極を形成することで、電極の厚さのばらつきを１μｍ±０．１μｍ程度に小さくすることができる。また、このＳＯＡ２０ｉでは、ＳＳＣ構造でＦＦＰを１２°とする。
【００６５】
上記のように作製されたＳＯＡ２０１〜２０４は、高精度ダイボンダにより、発光層２６や電極等が形成されている膜堆積層がシリコンベンチ１０側となるフリップチップの状態で、シリコンベンチ１０に形成されたボンディングパッド５１を介して第１搭載面１０ａ上に搭載され固定される。このとき、ＳＯＡ２０１〜２０４は、シリコンベンチ１０側のボンディングパッド５１のＡｕＳｎと、ＳＯＡ２０１〜２０４側の電極面のＡｕとが加熱で融け合うことによって固定される。
【００６６】
続いて、光導波路３１１〜３１４を有する光回路素子３０を用意し、シリコンベンチ１０の素子搭載面の第２搭載面１０ｂ上に搭載する（図７（ｃ））。光回路素子３０の作製においては、石英基板３５となる石英ウエハ上に厚さ４．５μｍの光導波層をプラズマＣＶＤ法によって堆積し、フォトリソグラフィ及び４．６μｍ深さのＲＩＥによって光導波層を加工して、４本の光導波路３１１〜３１４に対応するパターンのコア３６を形成する。そして、石英基板３５及びコア３６を覆うように厚さ１２．６μｍでオーバークラッド３７をプラズマＣＶＤ法によって堆積する。
【００６７】
ここでは、ＳＯＡ２０ｉと、光回路素子３０の光導波路３１ｉとの光軸合わせなどのため、オーバークラッド３７の厚さを通常の平面光導波路での厚さ（約２０μｍ）の半分程度としている。また、ＳＯＡ２０ｉとモードフィールド径（ＭＦＤ）をマッチさせて光の結合効率を高めるため、光導波路３１ｉでのコア３６とクラッド３７との比屈折率差はΔｎ＝１．５％に設定している。隣り合うコア３６の間隔は、５００μｍ程度である。
【００６８】
クラッド３７の面上に、ＴｉＰｔＡｕからなる厚さ０．５６μｍのメタル層を蒸着及びリフトオフ（または蒸着、フォトリソグラフィ、及びＲＩＥ）によって形成し、さらに、このメタル層上に、ＡｕＳｎからなる厚さ１．５μｍのボンディングパッド５２を同じく蒸着及びリフトオフによって形成する。このようなプロセス及び各層の厚さの設定により、各工程での膜堆積厚さやエッチング深さのばらつきを合わせて、全体で±１μｍ以下のばらつきに抑えることができる。これにより、無調芯で光回路素子３０を実装した場合でも、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合効率を向上することができる。
【００６９】
この平面導波路型の光回路素子３０をウエハのまま、または適当な大きさに切り出して、所定の反射率及び反射波長帯域、反射ピーク波長を有する光誘起グレーティング３２を形成する。また、水素処理、アニール等については、通常の条件で処理を行う。
【００７０】
このとき、後のボンディング工程やパッケージング工程での熱や応力によってグレーティング３２の特性が変化する量を見込んで、グレーティング３２を形成しておくことが好ましい。また、光導波路３１１〜３１４のそれぞれでのグレーティング３２は、互いに異なる反射波長帯域及び反射ピーク波長となるように形成する。グレーティング３２形成後、端面の傾き角度が４．５°となるようにダイシングし、２．５ｍｍ×２．５ｍｍの光回路素子３０のチップに分割する。
【００７１】
上記のように作製された光回路素子３０は、高精度ダイボンダにより、光導波路３１１〜３１４やボンディングパッド５２等が形成されている膜堆積層がシリコンベンチ１０側となるフリップチップの状態で、光回路素子３０に形成されたボンディングパッド５２を介して第２搭載面１０ｂ上に搭載され固定される。このとき、光回路素子３０は、シリコンベンチ１０側のメタル層と、光回路素子３０側のボンディングパッド５２のＡｕＳｎとが加熱で融け合うことによって固定される。
【００７２】
さらに、ＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０が搭載されたシリコンベンチ１０に対して、その第３搭載面１０ｃ上に光ファイバ４０１〜４０４を搭載して、光集積素子１Ａを完成する（図７（ｄ））。また、必要に応じて、シリコンベンチ１０、ＳＯＡ２０１〜２０４、及び光回路素子３０を含む所定の範囲を樹脂１８によって封止する（図６参照）。例えば、光集積素子１Ａを所定のパッケージに実装し、ファイバセットとワイヤボンドした後、その全体を、ＳＯＡ２０１〜２０４を水分等から守る樹脂で覆う。このとき、樹脂はＳＯＡ２０１〜２０４と光回路素子３０との間、光回路素子３０と光ファイバ４０１〜４０４との間、光回路素子３０とシリコンベンチ１０との間などにも充填される。
【００７３】
以上により、光集積素子１Ａは、ＳＯＡ２０１及び光導波路３１１からなり発振波長λ１の光を出力する外部共振器型の第１光源と、ＳＯＡ２０２及び光導波路３１２からなり発振波長λ２の光を出力する外部共振器型の第２光源と、ＳＯＡ２０３及び光導波路３１３からなり発振波長λ３の光を出力する外部共振器型の第３光源と、ＳＯＡ２０４及び光導波路３１４からなり発振波長λ４の光を出力する外部共振器型の第４光源とを備える４波長光源として構成される。
【００７４】
なお、光集積素子１Ａでの発振波長λ１〜λ４は、ＳＯＡ２０１〜ＳＯＡ２０４の構成、及び光導波路３１１〜３１４でのグレーティング３２の構成等によって設定される。１．５５μｍ波長帯域に用いられる光源であれば、これらの発振波長は、例えば、λ１＝１５３７．２ｎｍ、λ２＝１５４３．４ｎｍ、λ３＝１５５０．０ｎｍ、λ４＝１５５６．４ｎｍにそれぞれ設定される。
【００７５】
図８は、本構成の光集積素子１Ａの光学特性を模式的に示すグラフである。図８（ａ）は光集積素子１Ａでの発光スペクトルを示すグラフであり、グラフＡ１〜Ａ４は、それぞれ上記した第１光源〜第４光源の発光スペクトルに対応している。また、図８（ｂ）は電流−光出力特性を示すグラフであり、グラフＢ１〜Ｂ４は、それぞれ第１光源〜第４光源の特性に対応している。また、図８（ｃ）は電流−発振波長特性を示すグラフであり、グラフＣ１〜Ｃ４は、それぞれ第１光源〜第４光源の特性に対応している。
【００７６】
ここで、図７に示した光集積素子の製造方法では、シリコンベンチ１０の素子搭載面上にＳＯＡ２０１〜２０４を搭載し、その後に、光回路素子３０の搭載を行っている。これにより、搭載時の熱によって生じる光回路素子３０の光導波路３１１〜３１４に形成されたグレーティング３２の劣化が最小限に止められる。
【００７７】
また、このような製造工程に対応して、上記実施形態では、光回路素子３０をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５２を、シリコンベンチ１０側ではなく光回路素子３０側に設けている。
【００７８】
光回路素子３０搭載用のボンディングパッド５２をシリコンベンチ１０の素子搭載面上に設けると、ＳＯＡ２０１〜２０４搭載時の熱によって、ボンディングパッド５２のＡｕＳｎまでが融けてしまい、あるいはボンディングパッド５２のＡｕＳｎが酸化によって劣化する場合がある。これに対して、このボンディングパッド５２を光回路素子３０側に設けることにより、シリコンベンチ１０へとＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を順次搭載する上記の工程を好適に行うことができる。
【００７９】
光集積素子１Ａの構成及び特性について、さらに検討する。
【００８０】
図９は、図１に示した光集積素子１ＡにおけるＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合損失を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの光軸の軸ずれ量（μｍ）を示している。また、縦軸は、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合損失（ｄＢ）を示している。
【００８１】
ここでは、ＳＯＡ２０ｉの下流側の端面と、光導波路３１ｉの上流側の端面との間の距離を２０μｍとしている。また、ＳＯＡ２０ｉとして、ＦＦＰが１２°のＳＳＣ構造を有するＳＯＡを想定している。
【００８２】
また、グラフＤ１〜Ｄ４は、ＳＯＡ２０ｉに対して結合される光導波路３１ｉのコアサイズを４．５μｍ×４．５μｍで一定とするとともに、コア３６とクラッド３７との比屈折率差Δｎを変化させたときの光の結合特性をそれぞれ示している。
【００８３】
具体的には、グラフＤ１は光導波路３１ｉのΔｎを１．５０％、ＭＦＤを５．６μｍとしたときの特性を示している。また、グラフＤ２はΔｎを０．７５％、ＭＦＤを８μｍとしたときの特性を示している。また、グラフＤ３はΔｎを０．６５％、ＭＦＤを９μｍとしたときの特性を示している。また、グラフＤ４はΔｎを０．４５％、ＭＦＤを１０μｍとしたときの特性を示している。なお、ＳＯＡ２０ｉのＭＦＤは、グラフＤ１〜Ｄ４のいずれの場合も４．８μｍである。
【００８４】
これらのグラフＤ１〜Ｄ４に示すように、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの光軸の軸ずれ量が±２μｍ以下の範囲内にある場合、光導波路３１ｉでの比屈折率差Δｎが大きく、そのＭＦＤが小さい方が、光の結合損失が小さく抑えられている。したがって、上記構成の光集積素子１Ａにおいては、光回路素子３０での光導波路３１ｉのコア３６及びクラッド３７の比屈折率差Δｎを１．０％以上に設定することが好ましい。
【００８５】
図１０は、図１に示した光集積素子１ＡにおけるＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合損失を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの光軸の軸ずれ量（μｍ）を示している。また、縦軸は、ＳＯＡ２０ｉと光導波路３１ｉとの間での光の結合損失（ｄＢ）を示している。
【００８６】
ここでは、ＳＯＡ２０ｉの下流側の端面と、光導波路３１ｉの上流側の端面との間の距離を２０μｍとしている。また、光導波路３１ｉとして、コア３６とクラッド３７との比屈折率差Δｎが１．５％、ＭＦＤが５．６μｍの光導波路を想定している。
【００８７】
また、グラフＥ１〜Ｅ３は、ＳＳＣ構造を有するＳＯＡ２０ｉにおけるＦＦＰを変化させたときの光の結合特性をそれぞれ示している。
【００８８】
具体的には、グラフＥ１はＳＯＡ２０ｉのＦＦＰを１２°としたときの特性を示している。また、グラフＥ２はＳＯＡ２０ｉのＦＦＰを１６°としたときの特性を示している。また、グラフＥ３はＳＯＡ２０ｉのＦＦＰを２０°としたときの特性を示している。
【００８９】
これらのグラフＥ１〜Ｅ３に示すように、ＳＳＣ構造を有するＳＯＡ２０ｉでのＦＦＰが小さい方が、光の結合損失が小さく抑えられている。したがって、上記構成の光集積素子１Ａにおいては、ＳＳＣ構造でのＦＦＰを１５°以下に設定することが好ましい。
【００９０】
図１１は、本発明による光集積素子の他の実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図１２は、図１１に示した光集積素子の平面構成を示す上面図である。なお、図１１は、光集積素子における光伝搬方向に平行であって、ＳＯＡ２０１、及び光導波路３１１の光軸を含む断面図となっている。
【００９１】
また、図１３は、図１１及び図１２に示した光集積素子におけるシリコンベンチの平面構成を、シリコンベンチ上に搭載される光集積素子の各構成要素を除いた状態で示す上面図である。
【００９２】
本実施形態の光集積素子１Ｂは、シリコンベンチ１０と、ＳＯＡ２０と、光回路素子３０と、光ファイバ４０とを備えている。
【００９３】
シリコンベンチ１０の素子搭載面には、光伝搬方向の上流側から下流側に向かって、ＳＯＡ２０を搭載するための第１搭載面１０ａ、光回路素子３０を搭載するための第２搭載面１０ｂ、及び光ファイバ４０を搭載するための第３搭載面１０ｃが設けられている。また、シリコンベンチ１０の素子搭載面上には、絶縁膜が形成されている。
【００９４】
ＳＯＡ２０としては、図１１及び図１２に示した光集積素子１Ｂにおいては、４個のＳＯＡ２０１〜２０４が設置されている。それぞれのＳＯＡ２０ｉ（ｉ＝１〜４）は、上流側端面２１がＨＲコートされ、また、下流側端面２２がＡＲコートされている。これにより、ＳＯＡ２０ｉは、光増幅素子として機能するように構成されている。
【００９５】
これらのＳＯＡ２０１〜２０４は、シリコンベンチ１０の第１搭載面１０ａ上に、ボンディングパッド５１を介し（図１３参照）、互いに並列に配置されて搭載されている。また、ＳＯＡ２０ｉは、図１１に示すように、その発光層２６が第１搭載面１０ａ側に位置するようにフリップチップで搭載されている。また、ＳＯＡ２０ｉの膜堆積面には、電極材料による位置合わせマークが形成されている。また、ＳＯＡ２０１〜２０４が搭載されているシリコンベンチ１０の第１搭載面１０ａ上には、電極５０が設けられている。
【００９６】
光回路素子３０は、石英基板３５と、石英基板３５の膜堆積面上に所定の導波路パターンで形成された光導波層と、石英基板３５及び光導波層を覆うように形成されたオーバークラッド３７とを有する。
【００９７】
本実施形態においては、光回路素子３０のうちで上流側の光回路部分における石英基板３５上の光導波層は、光伝搬方向を長手方向として互いに並列に配置された４本のコア３６を有する導波路パターンで形成されている。これにより、光回路素子３０の上流側の部分は、４本の光導波路３１１〜３１４を有して構成されている。また、それぞれの光導波路３１ｉ（ｉ＝１〜４）は、その光軸が、対応するＳＯＡ２０ｉの光軸と一致する位置に設けられており、ＳＯＡ２０ｉからの光が光導波路３１ｉを伝搬されるようになっている。
【００９８】
また、光導波路３１１〜３１４には、所定の反射ピーク波長を有する光誘起ブラッググレーティング３２がそれぞれ形成されている。そして、光を増幅するＳＯＡ２０ｉと、対応する光導波路３１ｉに設けられたグレーティング３２とによって、所定波長の光を生成する外部共振器型の光源が構成されている。また、光導波路３１１〜３１４のそれぞれに設けられたグレーティング３２は、互いに異なる反射ピーク波長を有している。これにより、本光集積素子１Ｂは、発振波長が異なる４個の外部共振器型の光源から構成された４波長光源となっている。
【００９９】
一方、光回路素子３０のうちで下流側の光回路部分における石英基板３５上の光導波層は、光合波器３３と、出力用の光導波路３４とを有する導波路パターンで形成されている。上流側の光導波路３１１〜３１４は、それぞれ光合波器３３に接続されている。光合波器３３は、光導波路３１１〜３１４から入力される４波長の光を合波して、光導波路３４へと出力する。
【０１００】
なお、図１２においては、光合波器３３を構成する光回路の具体的な導波路パターンについては、図示を省略している。このような光合波器３３としては、例えば、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）、ＭＺＩ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）干渉計、あるいはＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラなどを用いることができる。
【０１０１】
これらの光導波路３１１〜３１４、光合波器３３、及び光導波路３４を有する光回路素子３０は、ボンディングパッド５２を介し（図１３参照）、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂ上に搭載されている。また、光回路素子３０は、図１１に示すように、そのコア３６を含む光導波層が第２搭載面１０ｂ側に位置するようにフリップチップで搭載されている。
【０１０２】
シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂには、図１３に示すように、光導波路３１１〜３１４のそれぞれに沿うように４本のＶ溝１３が形成され、さらに、出力用の光導波路３４に沿うようにＶ溝１５が形成されている。また、第２搭載面１０ｂには、光合波器３３に面する部分を含む範囲に、ダイシング溝１６が設けられている。また、シリコンベンチ１０には、ＳＯＡ２０１〜２０４を搭載する第１搭載面１０ａと、光回路素子３０を搭載する第２搭載面１０ｂとの間に、ダイシング溝１１が設けられている。
【０１０３】
光ファイバ４０としては、本実施形態においては、１本の光ファイバ４０が設置されている。光ファイバ４０は、そのコア４１の光軸が、対応する光導波路３４の光軸と一致する位置に設けられており、光導波路３４からの光が光ファイバ４０へと入力されるようになっている。
【０１０４】
この光ファイバ４０は、シリコンベンチ１０の第３搭載面１０ｃ上に搭載されている。
【０１０５】
シリコンベンチ１０の第３搭載面１０ｃには、図１３に示すように、Ｖ溝１４が形成されている。光ファイバ４０は、対応するＶ溝１４によって位置決めされて固定されている。また、シリコンベンチ１０には、光回路素子３０を搭載する第２搭載面１０ｂと、光ファイバ４０を搭載する第３搭載面１０ｃとの間に、ダイシング溝１２が設けられている。
【０１０６】
ＳＯＡ２０１〜２０４をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５１は、図１３に実線で示すように、シリコンベンチ１０側の第１搭載面１０ａ上に設けられている。また、光導波路３１１〜３１４、光合波器３３、光導波路３４を有する光回路素子３０をシリコンベンチ１０上に搭載するためのボンディングパッド５２は、図１３に破線で示すように、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂに対向する光回路素子３０側のクラッド３７の面上に、メタル層を介して設けられている。
【０１０７】
また、シリコンベンチ１０の第２搭載面１０ｂ上には、素子搭載面上にＳＯＡ２０１〜２０４及び光回路素子３０を搭載するときにダイボンダに認識させる位置合わせマーク５３が形成されている。同様に、光回路素子３０のクラッド３７の面上には、位置合わせマーク５４が形成されている。
【０１０８】
本実施形態による光集積素子の効果について説明する。
【０１０９】
図１１〜図１３に示した光集積素子１Ｂにおいては、ＳＯＡ２０１〜２０４と、光回路素子３０との２種類の光部品を別々に用意する。そして、それらを光回路素子３０の基板３５とは別に設けられたシリコンベンチ１０の所定の面上に搭載することによって、光集積素子１Ｂを構成している。これにより、ＳＯＡ２０１〜２０４に対して、偏波依存性などの特性が良好な光導波路３１１〜３１４が集積された光集積素子１Ｂが得られる。また、２種類の光部品を別々に作製することにより、光集積素子１Ｂの製造歩留まりを向上することができる。
【０１１０】
また、光回路素子３０の構成としては、図１に示した実施形態の光集積素子１Ａの構成のみでなく、本実施形態のように、光合波器３３を含む光回路パターンで光導波路が形成された光回路素子を用いることも可能である。このような構成では、４波長の光を合波することにより、１本の光ファイバ４０から出力することができる。
【０１１１】
次に、上記した光集積素子を用いた光源モジュールについて説明する。
【０１１２】
図１４は、本発明による光源モジュールの一実施形態の構成を一部破断して示す斜視図である。本実施形態の光源モジュール６は、略円筒形状のハウジング６０内に４波長光源である図１１に示した光集積素子１Ｂを設置した光モジュールである。光集積素子１Ｂでは、ＳＯＡ２０１〜２０４及び光導波路３１１〜３１４で生成された４波長の光は、光合波器３３で合波されて光ファイバ４０から出力される。
【０１１３】
光源モジュール６のハウジング６０内には、フェルール６１、レンズ６３、及び光集積素子１Ｂが、互いに光軸を一致させて設置されている。光集積素子１Ｂは、ハウジング６０の基部６５上に、ＳＯＡ２０１〜２０４が基部６５側、光ファイバ４０がレンズ６３側に位置するように設置されている。また、基部６５には、光集積素子１Ｂの各素子に必要な電気信号等を供給するピン６６が設けられている。
【０１１４】
以上の構成において、光集積素子１Ｂから出力された光は、集光用のレンズ６３を介してフェルール６１に挿通された光ファイバ６２に入力され、この光ファイバ６２から外部へと出力される。
【０１１５】
図１５は、本発明による光源モジュールの他の実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態の光源モジュール７は、略四角形状のパッケージ７０内に４波長光源である図１１に示した光集積素子１Ｂを設置した光モジュールである。
【０１１６】
光源モジュール７のパッケージ７０内には、フェルール７１、及び光集積素子１Ｂが、互いに光軸を一致させて設置されている。光集積素子１Ｂは、パッケージ７０の底部７５上に、ＳＯＡ２０１〜２０４がフェルール７１とは反対側、光ファイバ４０がフェルール７１側に位置するように設置されている。また、光ファイバ４０は、フェルール７１に挿通された光ファイバ７２に接続されている。また、パッケージ７０のＳＯＡ２０１〜２０４側の面には、光集積素子１Ｂの各素子に必要な電気信号等を供給するピン７６が設けられている。
【０１１７】
以上の構成において、光集積素子１Ｂから出力された光は、光ファイバ４０からフェルール７１に挿通された光ファイバ７２に入力され、この光ファイバ７２から外部へと出力される。
【０１１８】
図１４、図１５の光源モジュール６、７に示すように、上記構成の光集積素子を用い、シリコンベンチ上に搭載された半導体光素子及び光回路素子によって構成された光源からの光を出力するように光源モジュールを構成することにより、偏波依存性などの特性が良好な光集積素子を光源とする光通信用の光源モジュールが得られる。なお、このような光源モジュールは、図１に示した光集積素子１Ａを用いて構成することも可能である。
【０１１９】
本発明による光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光源モジュールは、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１、図１１に示した光集積素子１Ａ、１Ｂでは、半導体光素子として半導体光増幅素子２０１〜２０４を用いるとともに、光導波路３１１〜３１４にグレーティング３２を形成して、外部共振器型の光源を構成している。これに対して、半導体光素子として半導体レーザ素子を用い、光導波路にはグレーティングを形成しない構成としても良い。
【０１２０】
また、光集積素子１Ａ、１Ｂは、いずれも、４波長光源として構成されているが、一般には、１または複数個の半導体光素子及び光導波路から構成される１または複数波長の光源とすることが可能である。また、各素子のシリコンベンチ上への搭載については、必要な位置合わせ精度等に応じ、フリップチップ以外の搭載方法としても良い。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明による光集積素子、光集積素子の製造方法、及び光源モジュールは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、所定波長の光を出力する半導体光素子と、基板上に半導体光素子からの光が伝搬される光導波路が形成された光回路素子とを、別に用意されたシリコンベンチ上に搭載する構成によれば、半導体光素子が搭載される基板、及び光導波路が形成される光回路素子の基板として、それぞれ好適な材質の基板を用いることができる。
【０１２２】
したがって、半導体光素子に対して、偏波依存性などの特性が良好な光導波路が集積された光集積素子、及び光集積素子の製造方法が得られる。また、２種類の光部品を別々に作製することにより、光集積素子の製造歩留まりを向上することができる。
【０１２３】
また、上記した光集積素子を備え、半導体光素子及び光回路素子によって構成された光源からの光を出力する構成の光源モジュールによれば、偏波依存性などの特性が良好な光集積素子を光源とする光通信用の光源モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光集積素子の一実施形態の光伝搬方向に平行な断面構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した光集積素子の平面構成を示す上面図である。
【図３】図１に示した光集積素子におけるシリコンベンチの平面構成を示す上面図である。
【図４】図１及び図２に示した光集積素子の光伝搬方向に垂直な断面構成を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図５】図１及び図２に示した光集積素子の光伝搬方向に垂直な断面構成を示すＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【図６】図１に示した光集積素子に樹脂を充填した構成について示す（ａ）側面図、及び（ｂ）上面図である。
【図７】図１に示した光集積素子の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図８】図１に示した光集積素子の光学特性を模式的に示すグラフである。
【図９】図１に示した光集積素子におけるＳＯＡと光導波路との間での光の結合損失を示すグラフである。
【図１０】図１に示した光集積素子におけるＳＯＡと光導波路との間での光の結合損失を示すグラフである。
【図１１】光集積素子の他の実施形態の光伝搬方向に平行な断面構成を示す側面断面図である。
【図１２】図１１に示した光集積素子の平面構成を示す上面図である。
【図１３】図１１に示した光集積素子におけるシリコンベンチの平面構成を示す上面図である。
【図１４】光源モジュールの一実施形態の構成を一部破断して示す斜視図である。
【図１５】光源モジュールの他の実施形態の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ…光集積素子、１０…シリコンベンチ、１０ａ…第１搭載面、１０ｂ…第２搭載面、１０ｃ…第３搭載面、１１、１２…ダイシング溝、１３、１４、１５…Ｖ溝、１６…ダイシング溝、１８…樹脂、
２０、２０１〜２０４…半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、２１…上流側端面、２２…下流側端面、２６…発光層、３０…光回路素子、３１、３１１〜３１４…光導波路、３２…グレーティング、３３…光合波器、３４…光導波路、３５…石英基板、３６…コア、３７…オーバークラッド、４０、４０１〜４０４…光ファイバ、４１…コア、５０…電極、５１、５２…ボンディングパッド、５３、５４…位置合わせマーク、
６…光源モジュール、６０…ハウジング、６１…フェルール、６２…光ファイバ、６３…レンズ、６５…基部、６６…ピン、７…光源モジュール、７０…パッケージ、７１…フェルール、７２…光ファイバ、７５…底部、７６…ピン。
【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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【図１４】
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【図１５】
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