JP2532484B2 - ハイブリッド光集積回路の組立方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は光ゲート素子、半導体レーザ、光変調素子等
の半導体光素子と、光導波路とを同一基板上に複合一体
化したタイプのハイブリッド光集積回路の組立方法に関
する。

＜従来の技術＞ 光通信や光情報処理分野で必要な各種光回路では、小
形化、高信頼化及び低価格化のために、光導波路と各種
光素子とを同一基板上に複合一体化したハイブリッド光
集積回路の実現が期待されている。

ハイブリッド光集積回路の実現には、同一基板上で光
導波路の光素子とを位置合せして極力効率的に光結合さ
せることが必要不可欠である。

光導波路と半導体レーザ等の半導体光素子との位置合
せでも最も一般的な方法は、半導体光素子を発光させて
光導波路の光出力をモニタすることにより、最適位置を
見い出す発光方法である。しかし、高温環境下では半導
体レーザ等を発光させることができないので、温度を上
昇させることが必要となる素子固定工程の場合には、こ
の方法を適用することができない。

そこで高温環境下でも位置モニタができる方法とし
て、搭載すべき半導体光素子を光ディテクタ（光検出
器）として用いる方法がある（吉野他、信学技報OQE86
−26）。この光ディテクタ法は半導体光素子の活性層が
光吸収を起す波長領域に発振波長を持つ光源を用い、こ
の光源の出力光で光導波路を励振し、半導体光素子が受
光して発生した光電流モニタし、光電流が最大となるよ
うに位置合せを行う。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、半導体光素子を光ディテクタとして用いる後
者の方法は、半導体光素子を発光させる前者の方法と比
較すると、位置ずれに対する光電流の変化が第６図の特
性曲線Ａに示すように比較的ブロードなピークを持つた
め、最適位置を決め難いという問題がある。第６図の特
性曲線Ａは、第７図に示すように半導体レーザ11と光導
波路12を配置した場合、両者の位置ずれ量Ｘと光ディテ
クタとして使用した半導体レーザ11の光電流との関係を
示したものであり、光電流が20％（1dB）低下する位置
ずれが±２μｍである。これに対し、第６図の特性曲線
Ｂは半導体レーザ11を発光させた場合の半導体レーザ11
と光導波路12との光結合効率を示し、光結合効率が20％
低下する位置ずれ量は±１μｍである。

更に、半導体光素子を光ディテクタとして用いる方法
では、位置合せをするために予め、半導体光素子の電極
取出しができるように半導体光素子または光回路基板に
対してワイヤボンディングが必要となるので、ハイブリ
ッド光集積回路の組立工程が繁雑になるという問題があ
る。

本発明の目的は上述した従来技術の問題点を解決した
ハイブリッド光集積回路の組立方法を提供することであ
る。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明によるハイブリッド光集積回路の組立方法は、
基板上に形成された光導波路の途中に設けた光素子搭載
用の間隙中に、電流を流さない状態では吸収され電流を
流した状態では透過となる波長領域に動作波長を有する
半導体光素子を搭載するに際し、モニタ光として、該半
導体光素子の動作波長とは異なり、電流を流さない状態
でも該半導体光素子を透過する波長領域の光を用い、該
モニタ光を光導波路を経由して該半導体光素子に入力
し、該半導体光素子を経由した光導波路からの出力光を
モニタし、光導波路の出力光の強度が最大となる位置
に、該半導体光素子を位置合せして固定することを特徴
とする。

＜作用＞ 従来の光ディテクタ法では半導体光素子の活性層で吸
収される波長領域の光を出力する光源を用い、半導体光
素子を光ディテクタとして動作させたのに対し、本発明
では半導体光素子が電流を流さない状態でも透明となる
波長領域の光モニタ光として用いるため、半導体光素子
が光導波路として動作する。従って、モニタ光は光導波
路→半導体光素子→光導波路と伝搬することになり、光
結合効率を直接モニタでき、位置合せ精度が向上する。

＜実 施 例＞ 以下、第１図〜第５図を参照して本発明の一実施例を
説明する。

第１図は本発明方法の実施に使用する組立装置の構成
例を示し、同組立装置は試料台１と、マニピュレータ２
と、光入力手段３と、光出力手段４と、モニタ光を出力
する光源５と、受光部６と、制御手段９とを基本構成要
素としている。

マニピュレータ２はXY微動部2Dと、このXY微動部2D上
に設けた上下（Ｚ）微動部2Cと、上下微動部2Cに設けた
腕2Bと、腕2Bに設けた回転角（θ）微動部2Eと、回転角
微動部2Eに設けた半導体光素子８を保持するためのチャ
ック2Aとを主要構成要素として、制御手段９によって動
作を制御される。

半導体光素子８は電流を流さない状態で吸収され電流
を流した状態では透過となる波長領域に動作波長を有し
ている。

光入力手段３はファイバ保持台3Aと、これに保持され
た入力用光ファイバ3Bとからなり、試料台１の近傍に設
置されている。光ファイバ3Bの入力端は光源５と光結合
され、出力端は光回路基板７の光導波路71に光結合され
る。

光出力手段４はファイバ保持台4Aと、これに保持され
た出力用光ファイバ4Bとからなり、試料台１の近傍に設
置されている。光ファイバ4Bの入力端は光回路基板７の
光導波路72と光結合され、出力端は受光部６と光結合さ
れている。光導波路71,72はその間の間隙中に半導体光
素子８を搭載して光結合するものである。

受光部６は検出信号を接続用ケーブル10Aを介して制
御手段９へ与え、制御手段９は制御信号を接続用ケーブ
ル10Bを介してマニピュレータ２へ与えるようになって
いる。制御手段９はコンピュータで構成してある。

光源５は半導体光素子８の動作波長とは異なり、電流
を流さない状態でも半導体光素子８を透過する波長領域
に発振波長を持つものであり、この発振波長は例えば、
半導体光素子８の動作波長より長波長側の波長領域にあ
り、かつ、該半導体光素子８が光導波路として機能する
ためのカットオフ波長より短波長側の波長領域にある。

次に動作を説明する。

光源５からのモニタ光は、光ファイバ3Bにより光導波
路71に入力する。このモニタ光は、マニピュレータ２の
チャック2Aで保持された状態で基板７上に載置された半
導体光素子８の活性層を導波し、次いで光導波路72を経
て光ファイバ4Bへ伝搬して出力する。この出力光は受光
部６で受光され、電気信号に変換される。この電気信号
は制御用コンピュータ９に伝わり、コンピュータ９で
は、受光部６からの電気信号に基づいてX,Y及びθの位
置についてマニピュレータ２にフィードバックをかけ、
受光部６が受光する光導波路72からの出力光の強度が最
大となる位置に半導体光素子８を配置させる。この状態
で、適宜な手段により半導体光素子８の位置を固定す
る。

次に、具体例として、光スイッチ回路へ半導体光素子
である光ゲート素子を搭載する場合を例にとり、本発明
方法を詳細に説明する。

第２図は光ゲート素子搭載部分の光スイッチ回路の説
明図、第３図は光導波路の構造を示す断面図、第４図は
光ゲート素子の活性層付近の構造を示す断面図である。

これらの図において、７はSi基板からなる光回路基
板、71と72は石英系の光導波路である。光導波路71,72
はコア層72A、クラッド層72B、バッファ層72Cからな
る。73は電極パタン、８は光ゲート素子、8Aはその活性
層、81はヒートシンクである。

光ゲート素子８は光回路基板７上に形成れた光導波路
71,72間の電極パタン73上に、活性層8Aを下向きにした
アップサイドダウンの状態で搭載される。この際第３図
に示すように、光導波路底面からコア層72A中心までの
高さと、電極パタン73上に光ゲート素子８を搭載したと
きの活性層8Aの高さを、共に等しくl₁に設定しておく。

第４図の構造のように光ゲート素子８では、InGaAsP
系の活性層8A、ｎ−InGaAsP層及びｐ−InGaAsP層の３層
にまたがって光が閉じ込められる構造になっている。従
って、これら３層全体が光ゲート素子のコア層82として
機能する。

今、この光ゲート素子８が1.32μｍの波長帯で動作す
るものとする。即ち、電流を注入しないとき、この光ゲ
ート素子８の吸収端は1.32μｍにある。また、電流を注
入することにより、吸収端は短波長側に移行し、発振し
きい値直前の電流値において1.28μｍになる。従って、
1.30μｍの光を光ゲート素子８に入射すると、電流を流
さない（電流オフ）状態で吸収されるが、電流を流した
（電流オフ）状態では透過する。

上記のような吸収端を持っている場合、光源５として
光ゲート素子８の動作波長1.30μｍとは異なる長波長側
の1.5μｍ発振の半導体レーザを用いると、光ゲート素
子８は電流オフの状態でもモニタ光に対して透明とな
る。また、1h5μｍのモニタ光は、光ゲート素子８が光
導波路として機能するためのカットオフ波長より短波長
側にある。従って、光導波路71,72と光ゲート素子８と
の位置が合っていれば、光導波路71に入射した1.5μｍ
のモニタ光は、光ゲート素子８を単に光導波路とみな
し、その活性層8Aを中心としたコア層82を伝搬する。こ
の光は再び光導波路72に結合して伝搬する。

従って、第１図において光源５として1.5μｍ波長で
発振するものを用いれば、即ち、1.5μｍのモニタ光を
用いれば第２図の光スイッチ回路基板７へ光ゲート素子
８を搭載するための位置合せができる。

第５図、上述した方法によって位置合せを行った時
の、光導波路71→光ゲート素子８→光導波路72の構成で
の光導波路出力光強度と位置ずれとの関係に示す。

第５図より、光導波路出力光強度が20％（IdB）低下
する位置ずれ量は、±１μｍである。

これは、第６図の特性曲線Ｂの如く半導体レーザを発
光させる方法の場合の位置合せ精度と同程度であり、光
ディテクタとして用いる方法よりも高精度での位置合せ
が実現できることが判る。

この場合、電流を流さない状態でも半導体素子を透過
する波長のモニタ光を用いるので、温度を上昇した状態
で出力光強度をモニタできる。従って、半導体光素子８
を基板７上に固定するまでの間、第１図の組立装置を用
いてフィードバックをかけながら最適位置に半導体光素
子８を保持することができ、高精度なハイブリッド光集
積回路が実現する。

また、電流を流さない状態でも半導体光素子を透過す
る波長のモニタ光を用いるので、半導体光素子を光ディ
テクタとして使用する従来の場合のような電極取出しが
不要である。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、電流を流さない状態でも半導体素子
が透明となる波長領域のモニタ光を当該半導体光素子に
導波させることにより光導波路との光結合効率を直接モ
ニタするので、高精度な位置合せができる。これは、温
度を上昇させてもできる。

また、半導体光素子の電極取出しが不要となるため、
ハイブリッド集積時の繁雑さが低減できる。

このように、本発明は光スイッチ回路など、光回路基
板上の光導波路途中の間隙中に半導体光素子を搭載する
タイプのハイブリッド光集積回路の製造に極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用する組立装置の一例を
示す構成図、第２図は光スイッチ回路の説明図、第３図
は光導波路の断面図、第４図は光ゲート素子の活性層付
近の断面図、第５図は本発明の位置合せ精度を示すグラ
フ、第６図は従来の位置合せ精度を示すグラフ、第７図
は従来方法の概略説明図である。 図 面 中、 １は試料台、 ２はマニピュレータ、 ３は光入力手段、 ４は光出力手段、 ５は光源、 ６は受光部、 ７は基板、 71と72は光導波路、 ８は半導体素子、 8Aは活性層、 82はコア層、 ９は制御用コンピュータである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成された光導波路の途中に設け
   た光素子搭載用の間隙中に、電流を流さない状態では吸
   収され電流を流した状態では透過となる波長領域に動作
   波長を有する半導体光素子を搭載した形態のハイブリッ
   ド光集積回路を製造するに際し、 モニタ光として、該半導体光素子の動作波長とは異な
   り、電流を流さない状態でも該半導体光素子を透過する
   波長領域の光を用い、 該モニタ光を光導波路を経由して該半導体光素子に入力
   し、 該半導体光素子を経由した光導波路からの出力光をモニ
   タし、 光導波路の出力光の強度が最大となる位置に、該半導体
   光素子を位置合せして固定すること、 を特徴とするハイブリッド光集積回路の組立方法。
2. 【請求項２】該モニタ光は、該半導体光素子の動作波長
   より長波長側の波長領域にあり、かつ、該半導体光素子
   が光導波路として機能するためのカットオフ波長より短
   波長側の波長領域にあること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のハイブリッド
   光集積回路の組立方法。