JP3557161B2

JP3557161B2 - Optical hybrid integrated module, method of manufacturing the same, optical semiconductor device for optical hybrid integration, and mounting substrate thereof

Info

Publication number: JP3557161B2
Application number: JP2000250485A
Authority: JP
Inventors: 敏夫伊藤; 昇石原; 安弘鈴木; 克明曲; 里江子佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: JP2002062447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ハイブリッド集積モジュ−ル及びその製造方法並びに光ハイブリッド集積用光半導体素子及びその実装基板に関し、特に光半導体素子に形成した半導体導波路と実装基板に形成した光導波路との結合を安定させるために有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信、光交換、光情報処理といった光を利用した光伝送処理システムを構築するにあたって、各々の光モジュ−ルを安価に作成する必要がある。このための一手段として、種々の光半導体素子を、例えば石英系基板上に光ハイブリッド集積する方法が取られている。
【０００３】
以下、従来の光ハイブリッド集積について、図面を用いて説明する。図５は、従来のスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザの光ハイブリッド集積を説明する側面図で、図６は、図５の光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び半導体レ−ザの底面図である。図７は、従来のスポットサイズ変換機能付き光増幅器の光ハイブリッド集積を説明する側面図で、図８は図７の光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び光増幅器の底面図である。
【０００４】
図５において、半導体レ−ザ１００は、ｎ側電極１０１の下面に順にｎ基板１０２、ｎ−ＩｎＰ層１０３を備え、その下部の層には半導体導波路１０４として、活性層１０５及びスポットサイズ変換部１０６を備えている。ここで、このスポットサイズ変換部１０６には、光導波路１１０との結合を容易にするための垂直テ−パ−が形成されている。そして、その下面にｐ−ＩｎＰ層１０７、ｐ側電極１０８を備えている。ここで、この半導体レ−ザ１００は、活性層１０５で発振するレ−ザ光をスポットサイズ変換部分１０６を通して、光導波路１１０に結合する構造をしている
光ハイブリッド実装を行うには、図６に示すように、半導体レ−ザ１００に形成された半導体導波路１０４と石英系基板１０９に形成された光導波路１１０とが同一直線上にくるように、半導体レ−ザ１００のｐ側電極１０８と、石英系基板１０９上に形成された電極１１１とを半田１１２で固定して搭載する。この際、半導体レ−ザ１００上に、ｐ側電極１０８と同一材料で形成された素子マ−カ１１４、１１５と、石英系基板１０９上に、電極１１１と同一材料で形成された実装マ−カ１１６、１１７とを夫々が重なるように位置合わせしたのち、半田１１２で固定を行う。このとき、素子マ−カ１１４、１１５と実装マ−カ１１６、１１７の位置合わせをするために、半導体レ−ザ１００のｎ側電極の１０１の上面には、フォトリソグラフィ技術によって、ｐ側電極１０８側に形成された素子マ−カ１１４、１１５を真上から透視可能なように開口部１０１ａが形成されている。
【０００５】
一方、図７において、光増幅器１１８は、ｎ側電極１１９の下面に順にｎ基板１２０、ｎ−ＩｎＰ層１２１を備え、その下部の層には半導体導波路１２２として活性層１２３及びこれを挟んだ両端にスポットサイズ変換部１２４、１２５を備えている。ここで、このスポットサイズ変換部１２４、１２５には、各々光導波路１３１との結合を容易にするために垂直テ−パ−が形成されている。そして、その下面にｐ−ＩｎＰ層１２６、ｐ側電極１２７を備えており、この層の両端には垂直方向に無反射コ−ティング１２８、１２９が施されている。ここで、この光増幅器１１８は、例えば図面の右側から入力された光信号を活性層１２３で増幅して、左側から出力する構造をしている。
【０００６】
光ハイブリッド実装を行うには、図８に示すように、光増幅器１１８に形成された半導体導波路１２２と石英系基板１３０に形成された光導波路１３１とが同一直線上になるように、光増幅器１１８に形成されたｐ側電極１２７と、石英系基板１３０上に形成された電極１３３とを半田１３２で固定して搭載する。この際、光増幅器１１８上に、ｐ側電極１２７と同一材料から形成された素子マ−カ１３４、１３５、１３６、１３７と、石英系基板１３０上に、電極１３３と同一材料から形成された実装マ−カ１３８、１３９、１４０、１４１とを夫々が重なるように位置合わせしたのち、半田１３２で固定を行う。このとき、素子マ−カ１３４、１３５、１３６、１３７と実装マ−カ１３８、１３９、１４０、１４１との位置合わせをするために、光増幅器１１８のｎ側電極１１９上面には開口部１１９ａが形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光ハイブリッド集積においては、光結合をより良好にするために、半導体レ−ザ１００に形成される半導体導波路１０４と、石英系基板１０９に形成される光導波路１１０との間に隙間１１３は存在しない方がよい。同様の理由から、光増幅器１１８に形成される半導体導波路１２２と、石英系基板１３０に形成される光導波路１３１との間にも夫々隙間１４２、１４２ａが存在しない方がよい。
【０００８】
しかしながら、それら隙間１１３、１４２、１４２ａは、半導体素子を切り出す際の劈開精度によって設計値からずれてしまうため、隙間１１３、１４２、１４２ａをゼロとする設計は、採用できなかった。つまり、通常、半導体素子を切り出す際の劈開精度は、プラスマイナス１０ミクロン程度であるから、隙間ゼロで設計を行うと、プラス方向にずれが生じた場合に実装ができなくなるからであり、隙間の設計値は、例えば、１０ミクロン程度としなけらばならなかった。
【０００９】
その結果、実装は保証されるが、素子マ−カに基づいて実装を行っても、隙間１１３は、０〜２０ミクロンの間でばらつくことになる。同様に、隙間１４２、１４２ａも夫々０〜２０ミクロンの間でばらついてしまう。一般に、結合効率は１０ミクロン離れると１ｄＢ劣化するため、隙間１１３等がばらつくことによって、結合効率にも最大で２ｄＢのばらつきが生じてしまうことになる。
【００１０】
また、スポットサイズ変換機能付き光増幅器１１８は、入力側と出力側との両方の結合効率を上げる必要があるが、入力側の結合効率がとりわけ重要である。これは、入力側の結合のみが、光増幅器１１８のノイズ成分量に関与しているからである。ところが、前記のように、入力側の結合効率には最大で２ｄＢのばらつきが生じるため、ノイズ成分量にも最大で２ｄＢのばらつきが生じてしまう。このように、結合効率がばらつくと、光信号やレ−ザ光が確実かつ迅速に伝送できなくなるため、安定した光伝送処理システムが構築されなくなるばかりでなく、雑音も発生し、正常な受信や交信が妨げられてしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、光半導体素子に形成した半導体導波路と実装基板に形成した光導波路との結合効率を安定させた光ハイブリッド集積モジュ−ル及びその製造方法並びに光ハイブリッド集積用光半導体素子及びその実装基板を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、実装基板に形成された光導波路と光半導体素子に形成された半導体導波路とが光学的に結合するように、前記実装基板に前記光半導体素子を実装して構成されており、前記光半導体素子には前記実装の際の位置合わせに利用される少なくとも一つの素子マ−カが形成されるとともに、前記実装基板には前記実装の際の位置合わせに利用される少なくとも一つの実装マ−カが形成されている光ハイブリッド集積モジュ−ルにおいて、前記素子マ−カは、前記半導体導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記実装基板へ突き当たる端面にまで至るように形成された最終素子マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備素子マ−カと、を有するとともに、前記実装マ−カは、前記光導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記光半導体素子へ突き当たる端面にまで至るように、しかも前記最終素子マーカと端部位置が揃うように形成された最終実装マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備実装マ−カと、を有することを特徴とする光ハイブリッド集積モジュ−ルとした。
【００１３】
請求項１に係る発明においては、前記最終素子マ−カが、前記半導体導波路と平行に形成され、前記最終実装マ−カも、前記光導波路と平行に形成されており、しかも、最終素子マ−カ、最終実装マ−カのいずれも端面にまで至っているので、光半導体素子を切り出す際の劈開精度に関係なく、最終素子マ−カと最終実装マ−カとが設計値の相対位置を取る。このため、光半導体素子を切り出す際の劈開精度は、光ハイブリッド集積を行う際の位置合わせの精度に無関係となり、半導体導波路と光導波路との結合効率が安定する。
【００１４】
また、請求項１に係る発明においては、光ハイブリッド集積を行う際に、まず、準備素子マ−カと準備実装マ−カとを仮に位置合わせしたのち、最終素子マ−カと最終実装マ−カとを位置合わせして実装を行うことができる。このため、実装基板に突き当てる際にかかる光半導体素子へのダメ−ジを抑制する上で有利である。
【００１５】
さらに、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明である光ハイブリッド集積モジュ−ルにおいて、前記最終素子マ−カは、前記半導体導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記実装基板へ突き当たる端面にまで至るように形成された複数の目盛り状マ−カを有し、前記最終実装マ−カは、前記光導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記光半導体素子へ突き当たる端面にまで至るように形成された複数の目盛り状マ−カを有し、前記最終素子マ−カとしての前記目盛り状マ−カの一部と、前記最終実装マ−カとしての前記目盛り状マ−カの一部とは、端部位置が揃うように、同じ所定間隔に形成されており、前記最終素子マ−カとしての前記目盛り状マ−カの残部と、前記最終実装マ−カとしての前記目盛り状マ−カの残部とは、いずれか一方が前記所定間隔と同じ間隔で形成された本尺であり、他方が前記所定間隔より狭い量を読み取るための補助目盛りとなっている副尺であり、前記副尺の間隔は、（ｎ−１）本の前記本尺をｎ等分したものとした。
【００１６】
請求項２に係る発明においては、前記最終素子マ−カと前記最終実装マ−カとが、本尺と副尺とからなる間隔の異なる目盛り状のマ−カを有することによって、ハイブリッド実装終了後、各マ−カの最適結合位置に対して、実際どれだけのずれが生じているのかを定量することができる。このため、このずれを把握して、それ以後の実装プロセスに反映すれば、より安定した結合効率をもつ光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００１７】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明である光ハイブリッド集積モジュ−ルの製造方法において、前記準備素子マ−カと前記準備実装マ−カとを利用して前記光半導体素子と前記実装基板とを仮に位置合わせした後に、前記最終素子マ−カと前記最終実装マ−カとを平面視において突き当てることにより、前記光半導体素子と前記実装基板との位置合わせを行いつつ、前記実装基板に前記光半導体素子を実装するものとした。
【００１８】
請求項３に係る発明においては、まず、前記準備素子マーカと前記準備実装マーカとを位置合わせしたのち、前記最終素子マ−カと前記最終実装マ−カとを突き当てて実装を行う。このため、光半導体素子を前記実装基板に突き当てる際のダメージを防止しつつ、前記光半導体素子と前記実装基板とは密着するため、半導体導波路と光導波路との隙間は常にゼロになる。このため、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００１９】
さらに、請求項４に係る発明は、自己に形成された半導体導波路と、実装基板に形成された光導波路とが光学的に結合するように、前記実装基板に実装されて光ハイブリッド集積モジュ−ルを構成する光半導体素子において、前記半導体導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記実装基板へ突き当たる端面にまで至るように形成された最終素子マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備実装マーカと、を有することを特徴とする光ハイブリッド集積モジュ−ル用の光半導体素子とした。
【００２０】
請求項４に係る発明においては、前記半導体導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記実装基板の端面にまで至るように、前記光半導体素子上に形成した最終素子マーカと、前記端面よりも内側に形成された準備素子マーカとを利用して、光ハイブリッド集積を行うことによって、位置合わせの精度を向上させることができる。このため、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００２１】
さらに、請求項５に係る発明は、自己に形成された光導波路と、光半導体素子に形成された半導体導波路とが光学的に結合するように、前記光半導体素子が実装されて光ハイブリッド集積モジュ−ルを構成する実装基板において、前記光導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記光半導体素子へ突き当たる端面にまで至るように形成された最終実装マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備実装マーカと、を有することを特徴とする光ハイブリッド集積モジュ−ル用の実装基板とした。
【００２２】
請求項５に係る発明においては、前記光導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記光半導体素子へ突き当たる端面にまで至るように、前記実装基板上に形成された最終実装マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備実装マーカとを利用して、光ハイブリッド集積を行うことによって、位置合わせの精度を向上させることができる。よって、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、図５〜図８に示した従来の構成と同じ構成には同じ符号を付し、その重複する説明は省略している。
（第１参考例）
図１は、光半導体素子としてのスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザ１００を利用した光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板１０９の平面図及び半導体レ−ザ１００の底面図である。
【００２４】
半導体レ−ザ１００のｐ側電極１０８側で、半導体導波路１０４を挟んだ両側に、２つの素子マ−カ１４３、１４４を、半導体導波路１０４と平行に且つ少なくとも端部を石英系基板１０９に突き当たる端面にまで至るように形成している。この素子マ−カ１４３、１４４は、それぞれが半導体導波路１０４に平行な２本のラインから構成されている。また、半導体レ−ザ１００のｎ側電極１０１側には、この素子マ−カ１４３、１４４に対応して、開口部１０１ａを形成している。
【００２５】
同様に、石英系基板１０９上面には、光導波路１１０を挟んだ両側に、２つの実装マ−カ１４５、１４６を、光導波路１１０と平行に且つ少なくともその端部を半導体レ−ザ１００に突き当たる端面にまで至るように形成している。この実装マ−カ１４５、１４６は、それぞれが光導波路１１０と平行な２本のラインから構成されている。その他の構成は、従来と同様である。
【００２６】
光ハイブリッド集積を行う際には、素子マ−カ１４３、１４４と実装マ−カ１４５、１４６とが平面視で同一直線上にくるように位置合わせを行いつつ、半導体レ−ザ１００の端面を石英系基板１０９の端面に突き当てて、石英系基板１０９上に半導体レ−ザ１００を搭載する。なお、半導体レーザ１００のｐ側電極１０８と石英系基板１０９上に形成した電極１１１とが半田１１２で固定される点は、従来と同様である。
【００２７】
ここで、半導体レ−ザ１００の端面の劈開精度がプラスマイナス１０ミクロンであったために、半導体レ−ザ１００の長さ（図１の左右方向の長さ）が、個々の半導体レ−ザ１００毎に異なっていたとしても、半導体レ−ザ１００の端面に対する素子マ−カ１４３、１４４の位置は、いずれの半導体レ−ザ１００においても同じになる。よって、上記のような位置合わせを経て実装を行えば、光導波路１１０端面と半導体導波路１０４端面との隙間はゼロとなるため、劈開精度に関係なく、全製品において結合効率を安定させることができる。
【００２８】
（第２参考例）
図２は、光半導体素子としてのスポットサイズ変換機能付き光増幅器１１８を利用した光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板１３０の平面図及び光増幅器１１８の底面図である。
光増幅器１１８のｐ側電極１２７側に、半導体導波路１２２を挟んだ両側に、２つの素子マ−カ１４７、１４８を、半導体導波路１２２と平行に且つ少なくとも端部を石英系基板１３０に突き当たる端面にまで至るように形成している。この素子マ−カ１４７、１４８は、半導体導波路１２２と平行な２本のラインから構成されている。また、光増幅器１１８のｎ側電極１１９側には、素子マ−カ１４７、１４８に対応して、開口部１１９ａを形成している。
【００２９】
同様に、石英系基板１３０上面には、２つの実装マ−カ１４９、１５０を、光導波路１３１と平行に且つ少なくとも端部を光増幅器１１８に突き当たる端面にまで至るように形成している。この実装マ−カ１４９、１５０は、それぞれが光導波路１３１と平行な２本のラインから構成されている。その他の構成は、従来と同様である。
【００３０】
光ハイブリッド集積を行う際には、素子マ−カ１４７、１４８と実装マ−カ１４９、１５０とが平面視で同一直線上にくるように位置合わせを行いつつ、光増幅器１１８の端面を石英系基板１３０に突き当てて、石英系基板１３０上に光増幅器１１８を搭載する。なお、光増幅器１１８のｐ側電極１２７と石英系基板１３０上に形成された電極１３３とが半田１３２で固定される点は、従来と同様である。
【００３１】
本実施形態においても、前記第１参考例の作用と同様に、全製品において結合効率を安定させることができるから、素子マ−カ１４７、１４８と実装マ−カ１４９、１５０との突き当たる端面を入力側とすることにより、光増幅器１１８のノイズ成分量を安定させることができる。
（第１実施の形態）
第１及び第２参考例において、光ハイブリッド集積を行う際には、半導体レ−ザ１００や光増幅器１１８を夫々の石英系基板１０９、１３０に直接突き当てて実装する。このため、半導体レ−ザ１００や光増幅器１１８にダメ−ジを与えてしまう可能性がある。例えば、衝突時の速度が１０ミクロン／ｓを越えたり、あるいは斜めに衝突した場合には、ダメ−ジは特に大きくなり、半導体レ−ザ１００端面や光増幅器１１８端面が破壊したり、無反射コ−ティング１２８、１２９が剥離してしまう。
【００３２】
第１実施の形態は、このようなダメ−ジを防止するものであって、図３はスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザ１００を利用した光ハイブリッド集積の別の構成を説明する図であって、石英系基板１０９の平面図及び半導体レ−ザ１００の底面図である。
半導体レ−ザ１００のｐ側電極１０８側には、２つの準備素子マ−カ１５１、１５２を、従来の光ハイブリッド集積に利用した素子マ−カ１１４、１１５と同じ位置に形成している。また、２つの最終素子マ−カ１５５、１５６を、第１参考例の光ハイブリッド集積に利用した素子マ−カ１４３、１４４と同じ位置に形成している。同様に、石英系基板１０９上面には、２つの準備実装マ−カ１５３、１５４を、従来の光ハイブリッド集積に利用した実装マ−カ１１６、１１７と同じ位置に形成する。また、２つの最終実装マ−カ１５７、１５８を、第１参考例の光ハイブリッド集積に利用した実装マ−カ１４５、１４６と同じ位置に形成する。その他の構成は第１参考例と同様である。
【００３３】
光ハイブリッド集積を行う際には、まず、準備素子マ−カ１５１、１５２と準備実装マ−カ１５３、１５４とを、従来例と同様に、半導体レ−ザ１００のｎ側電極１０１側に形成した開口部１０１ａを利用して、位置合わせを行う。このとき、従来例と同様に、半導体導波路１０４端面と光導波路１１０端面との間には、隙間１１３が存在し、その隙間は最大２０ミクロンとなるが、半導体レ−ザ１００と石英系基板１０９とは完全に平行になる。次に、図４（ａ）の状態から、半導体レ−ザ１００を速度１０ミクロン／ｓ以下の速度で動かし、最終素子マ−カ１５５、１５６と最終実装マ−カ１５７、１５８とが平面視において同一直線上にくるように位置合わせしつつ、半導体レ−ザ１００の端面を石英系基板１０９の端面に突き当てて、半導体レ−ザ１００を石英系基板１０９に搭載する。なお、半導体レーザ１００のｐ側電極１０８と石英系基板１０９上に形成した電極１１１とが半田１１２で固定される点は、従来と同様である。
【００３４】
ここで、第１参考例における作用に加えて、準備段階を経て、半導体レ−ザ１００を速度１０ミクロン／ｓ以下で動かして、半導体レ−ザ１００を石英系基板１０９に突き当てることによって、半導体レ−ザ１００にかかるダメ−ジを防止することができる。このため、不良製品を作製してしまう確率が減少する。
なお、本実施の形態のように準備マ−カを利用する構成は、前記第２参考例で示した光増幅器１１８に対しても同様に適用可能であり、同様の効果が得られる。
【００３５】
（第２実施の形態）
図４は、図３の半導体レ−ザ１００と石英系基板１０９との突き当て端面の拡大図である。（ａ）は、光ハイブリッド集積の準備段階を示しており、（ｂ）は、実装終了後を示している。
図４（ａ）に示すように、最終素子マ−カ１５６の一部には、最終実装マ−カ１５８と端部位置が揃うように、同じ所定間隔の目盛り状マ−カとして本尺１５９を形成し、残部には、副尺１６０を形成している。また、最終実装マ−カ１５８の一部には、最終素子マ−カ１５６と端部位置が揃うように、同じ所定間隔の目盛り状マ−カとして本尺１５９を形成し、残部にも本尺１５９を形成している。ここで、本尺１５９の所定間隔をｎとしたとき、副尺１６０は、本尺１５９の（ｎ−１）本の目盛りをｎ等分としてあり、この実施の形態において、本尺１５９を１ミクロンとし、副尺１６０は、本尺１５９の９目盛りを１０等分した目盛り、すなわち所定間隔０．９ミクロンとした。
【００３６】
光ハイブリッド集積を終了後に、図４（ｂ）のようにずれが生じた場合に、この本尺１５９と副尺１６０は、いわゆるバ−ニャとなっているため、ずれの量をバ−ニャの方法で測定することができる。これは、一般にノギスにおいて測定する場合と同様で、例えば、図４（ｂ）の場合には、０．６ミクロンずれていることが分かる。ここで、通常のスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザ１００は、２ミクロンずれると結合効率が２ｄＢ劣化するが、このような大きなずれが生じた場合には、モジュ−ル作製をやり直す必要がある。また、ずれが小さい場合でも、現在のモジュ−ルのずれを把握し、フィ−ドバッグすることで、次回のモジュ−ル作製時のずれをより小さくすることができる。
【００３７】
ここで、最終素子マ−カ１５６及び最終実装マ−カ１５８に、所定間隔の異なる目盛り状マ−カを形成することによって、実装後、各マ−カの最適位置に対して、実際どれだけずれているのかを把握することができる。よって、このずれを定量的に分析し、それ以後の実装プロセスに反映することで、よりよい結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することができる。
【００３８】
このような第１〜第２参考例及び第１〜第２実施の形態において、最終素子マ−カ及び最終実装マ−カの形状は、平行な２本のラインから構成したが、光導波路及び半導体導波路と平行で且つ光半導体素子及び実装基板の端面に形成されるのであれば、この実施の形態に限らない。また、素子マ−カ及び実装マ−カの個数は、光半導体素子と実装基板との位置合わせが確実に行えるのであれば、この実施の形態に限らない。
【００３９】
また、光半導体素子として半導体レ−ザ及び光増幅器を、また、実装基板として石英系基板を使用したが、いずれもこの実施の形態に限らない。
さらに、目盛り状マ−カは、最終素子マ−カ及び最終実装マ−カ等位置合わせマ−カ上に形成したが、光半導体素子及び実装基板の端面であって、且つその端部位置が揃うように形成するのであれば、この実施の形態に限らず、例えば、光半導体素子や実装基板の上面に形成しても構わない。
【００４０】
さらに、目盛り状マ−カの目盛り間隔は、最終素子マ−カと最終実装マ−カとのずれを定量できるものであれば、この実施の形態に限らない。
さらに、素子マ−カ及び実装マ−カ等位置合わせマ−カの形成位置は、本実施の形態に限らず、例えば、素子マ−カを光半導体素子のｎ側電極側に形成したり、また、実装基板上面に形成した実装マ−カの凸部に対応する凹部を光半導体素子上面に形成する等、素子マ−カと実装マ−カとの距離を少しでも縮めることによって、位置合わせの精度がさらに向上すると考えられる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によると、前記最終素子マ−カが、前記半導体導波路と平行に形成され、前記最終実装マ−カも、前記光導波路と平行に形成されており、しかも、最終素子マ−カ、最終実装マ−カのいずれも端面にまで至っていることによって、光半導体素子を切り出す際の劈開精度に関係なく、最終素子マ−カと最終実装マ−カとが設計値の相対位置を取る。このため、光半導体素子を切り出す際の劈開精度は、光ハイブリッド集積を行う際の位置合わせの精度に無関係となり、半導体導波路と光導波路との結合効率が安定する。
【００４２】
また、請求項１に係る発明によると、光ハイブリッド集積を行う際に、まず、準備素子マ−カと準備実装マ−カとを仮に位置合わせしたのち、最終素子マ−カと最終実装マ−カとを位置合わせして実装を行うことができる。このため、実装基板に突き当てる際にかかる光半導体素子へのダメ−ジを抑制する上で有利である。
【００４３】
さらに、請求項２に係る発明によると、前記最終素子マ−カと前記実装マ−カとが、本尺と副尺とからなる間隔の異なる目盛り状のマ−カを有することによって、ハイブリッド実装終了後、各マ−カの最適結合位置に対して、実際どれだけのずれが生じているのかを定量することができる。このずれを把握してそれ以後の実装プロセスに反映すれば、より安定した結合効率をもつ光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００４４】
さらに、請求項３に係る発明によると、まず、準備素子マ−カと準備実装マ−カとを位置合わせしたのち、最終素子マーカと最終実装マーカとを突き当てて実装を行う。このため、光半導体素子を実装基板に突き当てる際のダメ−ジを防止しつつ、光半導体素子と実装基板とは密着するため、半導体導波路と光導波路との隙間は常にゼロとなる。このため、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュールを作製することが可能である。
【００４５】
さらに、請求項４に係る発明によると、前記半導体導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記実装基板に至るように、前記光半導体素子上に形成した最終素子マーカと、前記端面よりも内側に形成された準備素子マーカとを利用して、光ハイブリッド集積を行うことによって、位置合わせの精度を向上させることができる。このため、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【００４６】
さらに、請求項５に係る発明によると、前記光導波路と平行に且つ少なくともその端部が前記光半導体素子へ突き当たる端面にまで至るように、前記実装基板上に形成された最終実装マ−カと、前記端面よりも内側に形成された準備実装マーカとを利用して、光ハイブリッド集積を行うことによって、位置合わせの精度を向上させることができる。このため、安定した結合効率を有する光ハイブリッド集積モジュ−ルを作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザの光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び半導体レ−ザの底面図である。
【図２】本発明のスポットサイズ変換機能付き光増幅器の光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び光増幅器の底面図である。
【図３】本発明のスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザの光ハイブリッド集積の別の構成を説明する図であって、石英系基板の平面図及び半導体レ−ザの底面図である。
【図４】図３における半導体レ−ザと石英系基板との突き当て端面の拡大図である。
【図５】従来のスポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザの光ハイブリッド集積を説明する側面図である。
【図６】図５の光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び半導体レ−ザの底面図である。
【図７】従来のスポットサイズ変換機能付き光増幅器の光ハイブリッド集積を説明する側面図である。
【図８】図７の光ハイブリッド集積を説明する図であって、石英系基板の平面図及び光増幅器の底面図である。
【符号の説明】
１００スポットサイズ変換機能付き半導体レ−ザ本体
１０１、１１９ｎ側電極
１０１ａ、１１９ａ開口部
１０２、１２０ｎ基板
１０３、１２１ｎ−ＩｎＰ層
１０４、１２２半導体導波路
１０５、１２３活性層
１０６、１２４、１２５スポットサイズ変換部
１０７、１２６ｐ−ＩｎＰ層
１０８、１２７ｐ側電極
１０９、１３０石英系基板本体
１１０、１３１光導波路
１１１、１３３石英系基板上に形成された電極
１１２、１３２半田
１１３、１４２、１４２ａ半導体導波路端面と光導波路端面の距離
１１４、１１５、１３４、１３５、１３６、１３７、１４３、１４４、１４７、１４８素子マ−カ
１１６、１１７、１３８、１３９、１４０、１４１、１４５、１４６、１４９、１５０実装マ−カ
１５１、１５２準備素子マ−カ
１５３、１５４準備実装マ−カ
１５５、１５６最終素子マ−カ
１５７、１５８最終実装マ−カ
１１８スポットサイズ変換機能付き光増幅器本体
１２８、１２９無反射コ−ティング
１５９本尺
１６０副尺[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical hybrid integrated module, a method for manufacturing the same, an optical semiconductor device for optical hybrid integration, and a mounting substrate thereof, and more particularly, to coupling between a semiconductor waveguide formed on an optical semiconductor device and an optical waveguide formed on a mounting substrate. Related to effective technology for stabilization.
[0002]
[Prior art]
In building an optical transmission processing system using light such as optical communication, optical switching, and optical information processing, it is necessary to produce each optical module at low cost. As one means for this purpose, a method of optically integrating various optical semiconductor elements on, for example, a quartz-based substrate has been adopted.
[0003]
Hereinafter, conventional optical hybrid integration will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a side view illustrating the optical hybrid integration of a conventional semiconductor laser with a spot size conversion function, and FIG. 6 is a diagram illustrating the optical hybrid integration of FIG. And a bottom view of the semiconductor laser. FIG. 7 is a side view for explaining the optical hybrid integration of the conventional optical amplifier with a spot size conversion function. FIG. 8 is a diagram for explaining the optical hybrid integration of FIG. FIG.
[0004]
In FIG. 5, a semiconductor laser 100 includes an n-substrate 102 and an n-InP layer 103 on the lower surface of an n-side electrode 101 in order. A unit 106 is provided. Here, a vertical taper for facilitating coupling with the optical waveguide 110 is formed in the spot size converter 106. Further, a p-InP layer 107 and a p-side electrode 108 are provided on the lower surface thereof. Here, the semiconductor laser 100 has a structure in which laser light oscillated in the active layer 105 is coupled to an optical waveguide 110 through a spot size conversion portion 106.
In order to perform optical hybrid mounting, as shown in FIG. 6, the semiconductor waveguide 104 formed on the semiconductor laser 100 and the optical waveguide 110 formed on the quartz-based substrate 109 are aligned on the same straight line. The p-side electrode 108 of the semiconductor laser 100 and the electrode 111 formed on the quartz substrate 109 are fixed and mounted with solder 112. At this time, element markers 114 and 115 formed of the same material as the p-side electrode 108 are formed on the semiconductor laser 100, and a mounting marker formed of the same material as the electrode 111 is formed on the quartz substrate 109. After the mosquitoes 116 and 117 are positioned so as to overlap each other, they are fixed with solder 112. At this time, in order to align the element markers 114 and 115 with the mounting markers 116 and 117, the p-side electrode 101 is formed on the upper surface of the n-side electrode 101 of the semiconductor laser 100 by photolithography. An opening 101a is formed so that the element markers 114 and 115 formed on the side 108 can be seen from directly above.
[0005]
On the other hand, in FIG. 7, the optical amplifier 118 includes an n-substrate 120 and an n-InP layer 121 in this order on the lower surface of the n-side electrode 119, and an active layer 123 and a semiconductor waveguide 122 are sandwiched in the lower layer. Spot size converters 124 and 125 are provided at both ends. Here, a vertical taper is formed in each of the spot size converters 124 and 125 to facilitate coupling with the optical waveguide 131. On the lower surface thereof, a p-InP layer 126 and a p-side electrode 127 are provided, and antireflection coatings 128 and 129 are provided on both ends of this layer in the vertical direction. Here, the optical amplifier 118 has a structure in which, for example, an optical signal input from the right side of the drawing is amplified by the active layer 123 and output from the left side.
[0006]
To perform optical hybrid mounting, as shown in FIG. 8, the semiconductor waveguide 12 formed in the optical amplifier 118 is2And quartz substrate130The p-side electrode 127 formed on the optical amplifier 118 and the electrode 133 formed on the quartz substrate 130 are fixed by solder 132 and mounted so that the optical waveguide 131 formed on the same line is on the same straight line. I do. At this time, element markers 134, 135, 136, and 137 formed of the same material as the p-side electrode 127 on the optical amplifier 118, and a quartz-based substrate130After the electrodes 133 and the mounting markers 138, 139, 140, and 141 formed of the same material are positioned so as to overlap each other, they are fixed with the solder 132. At this time, in order to align the element markers 134, 135, 136, and 137 with the mounting markers 138, 139, 140, and 141, the n-side electrode of the optical amplifier 118 is used.119 upper surfaceIs formed with an opening 119a.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the optical hybrid integration as described above, in order to improve the optical coupling, between the semiconductor waveguide 104 formed on the semiconductor laser 100 and the optical waveguide 110 formed on the quartz-based substrate 109. It is better that the gap 113 does not exist. For the same reason, the semiconductor waveguide 12 formed in the optical amplifier 1182It is preferable that no gaps 142 and 142a exist between the optical waveguide 131 and the optical waveguide 131 formed on the quartz-based substrate 130, respectively.
[0008]
However, those gaps 113,142,142aDeviates from the design value due to the cleavage accuracy at the time of cutting the semiconductor element.142,142aCould not be adopted. That is, usually, the cleavage accuracy when cutting out a semiconductor element is about ± 10 μm. Therefore, if the design is performed with a gap of zero, mounting cannot be performed if a shift occurs in the plus direction. The design value had to be, for example, about 10 microns.
[0009]
As a result, the mounting is guaranteed, but even if the mounting is performed based on the element marker, the gap 113 varies between 0 and 20 microns. Similarly, the gaps 142 and 142a also vary between 0 and 20 microns. In general, the coupling efficiency is degraded by 1 dB when it is separated by 10 μm, so that the gap 113 and the like vary, thereby causing a maximum variation of 2 dB in the coupling efficiency.
[0010]
In the optical amplifier 118 with the spot size conversion function, it is necessary to increase the coupling efficiency on both the input side and the output side, and the coupling efficiency on the input side is particularly important. This is because only the coupling on the input side contributes to the noise component amount of the optical amplifier 118. However, as described above, since the coupling efficiency on the input side varies by a maximum of 2 dB, the noise component amount also varies by a maximum of 2 dB. As described above, if the coupling efficiency varies, optical signals and laser light cannot be transmitted reliably and promptly, so that not only can a stable optical transmission processing system not be constructed, but also noise is generated and normal reception and Communication is hindered.
[0011]
Therefore, the present invention provides an optical hybrid integrated module in which the coupling efficiency between a semiconductor waveguide formed on an optical semiconductor element and an optical waveguide formed on a mounting substrate is stabilized, a method for manufacturing the same, an optical semiconductor element for optical hybrid integration, and It is an object to provide such a mounting substrate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 is directed to the mounting substrate, wherein the optical waveguide formed on the mounting substrate and the semiconductor waveguide formed on the optical semiconductor element are optically coupled. The optical semiconductor element is mounted on the optical semiconductor element, at least one element marker used for alignment during the mounting is formed on the optical semiconductor element, and the mounting substrate is In an optical hybrid integrated module in which at least one mounting marker used for alignment at the time of mounting is formed, the element marker is parallel to the semiconductor waveguide and at least an end thereof is provided. It is formed so as to reach the end face abutting on the mounting board.And a preparatory element marker formed inside the end face.The mounting marker is parallel to the optical waveguide and at least its end reaches an end face abutting on the optical semiconductor element.FinalFormed so that the element marker and the end position are alignedA final mounting marker, and a preparatory mounting marker formed inside the end face. HaveThe optical hybrid integrated module is characterized in that:
[0013]
In the invention according to claim 1,FinalAn element marker is formed in parallel with the semiconductor waveguide;FinalThe mounting marker is also formed in parallel with the optical waveguide, and moreover,FinalElement marker,FinalSince all of the mounting markers have reached the end face, regardless of the cleavage accuracy when cutting out the optical semiconductor element,FinalWith the element markerFinalThe mounting marker takes the relative position of the design value. For this reason, the cleavage accuracy at the time of cutting out the optical semiconductor element becomes irrelevant to the alignment accuracy at the time of performing optical hybrid integration, and the coupling efficiency between the semiconductor waveguide and the optical waveguide is stabilized.
[0014]
Claims1According toClearlyIn performing optical hybrid integration, first, the preliminary element marker and the preliminary mounting marker are temporarily aligned, and then the final element marker and the final mounting marker are aligned. Implementation can be performed. For this reason, it is advantageous in suppressing damage to the optical semiconductor element when the semiconductor device is brought into contact with the mounting substrate.
[0015]
Claims2The invention according to claimIn oneIn the optical hybrid integrated module according to the invention,FinalThe element marker has a plurality of scale-shaped markers formed in parallel with the semiconductor waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the mounting substrate.FinalThe mounting marker has a plurality of scale-shaped markers formed in parallel with the optical waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the optical semiconductor element.FinalA part of the scale-shaped marker as an element marker;FinalA part of the scale-shaped marker as a mounting marker is formed at the same predetermined interval so that end positions are aligned.FinalThe remainder of the scale marker as an element marker;FinalThe remaining part of the scale-shaped marker as a mounting marker is one of the main scales formed at the same interval as the predetermined interval, and the other is an auxiliary scale for reading an amount smaller than the predetermined interval. The distance between the vernier scales is obtained by dividing (n-1) the main scales into n equal parts.
[0016]
Claim2In the invention according to the above,FinalElement marker and the aboveFinalSince the mounting marker has scale-shaped markers having different intervals consisting of the main scale and the vernier scale, after the hybrid mounting is completed, the actual number of marks relative to the optimum coupling position of each marker is determined. It is possible to quantify whether a shift has occurred. Therefore, if this deviation is grasped and reflected in the subsequent mounting process, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having more stable coupling efficiency.
[0017]
Claims3The invention according to claim 1 is a method for manufacturing an optical hybrid integrated module according to claim 1.,PreviousAfter the optical semiconductor element and the mounting substrate are temporarily aligned using the preparatory element marker and the preparatory mounting marker,FinalElement marker and the aboveFinalThe optical semiconductor element is mounted on the mounting substrate while the optical semiconductor element is aligned with the mounting substrate by abutting the mounting marker in a plan view.
[0018]
Claim3In the invention according to the first, after aligning the preparation element marker and the preparation mounting marker,Abutting the final element marker and the final mounting markerPerform the implementation. For this reason, while preventing damage when the optical semiconductor element is hit against the mounting substrate,Since the optical semiconductor element and the mounting substrate are in close contact with each other, the gap between the semiconductor waveguide and the optical waveguide is always zero. Therefore, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency.You.
[0019]
Claims4The invention according to the invention is directed to an optical hybrid integrated module which is mounted on the mounting substrate so that the semiconductor waveguide formed therein and the optical waveguide formed on the mounting substrate are optically coupled to each other. In the semiconductor element, the semiconductor device is formed so as to be parallel to the semiconductor waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the mounting substrate.FinalElement markerAnd a preparation mounting marker formed inside the end face,An optical semiconductor device for an optical hybrid integrated module, characterized by having:
[0020]
Claim4In the invention according to the first aspect, the optical waveguide is formed on the optical semiconductor element in parallel with the semiconductor waveguide and at least an end thereof reaches an end surface of the mounting substrate.FinalElement markerAnd a preparation element marker formed inside the end face.By performing optical hybrid integration using the method described above, the accuracy of alignment can be improved. Therefore, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency.
[0021]
Claims5According to the invention, the optical semiconductor element is mounted on the optical hybrid integrated module so that the optical waveguide formed on the optical semiconductor element and the semiconductor waveguide formed on the optical semiconductor element are optically coupled to each other. In the mounting substrate to be formed, it is formed so as to be parallel to the optical waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the optical semiconductor element.FinalMounting markerAnd a preparation mounting marker formed inside the end face,And a mounting substrate for an optical hybrid integrated module.
[0022]
Claim5In the invention according to the above, the optical waveguide is formed on the mounting substrate so as to be parallel to the optical waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the optical semiconductor element.FinalMounting markerAnd a preparation mounting marker formed inside the end face.By performing optical hybrid integration using the method described above, the accuracy of alignment can be improved. Therefore, an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency can be manufactured.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same components as those of the conventional configuration shown in FIGS. 5 to 8 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(FirstReference example)
FIG. 1 is a diagram for explaining optical hybrid integration using a semiconductor laser 100 having a spot size conversion function as an optical semiconductor device, and is a plan view of a quartz substrate 109 and a bottom view of the semiconductor laser 100. is there.
[0024]
On the p-side electrode 108 side of the semiconductor laser 100, on both sides of the semiconductor waveguide 104, two element markers 143 and 144 are provided in parallel with the semiconductor waveguide 104 and at least one end is a quartz-based substrate 109. Is formed so as to reach the end face that abuts on the surface. The element markers 143 and 144 are each composed of two lines parallel to the semiconductor waveguide 104. Also, an n-side electrode of the semiconductor laser 100101The opening 101a is formed on the side corresponding to the element markers 143 and 144.
[0025]
Similarly, on the upper surface of the quartz-based substrate 109, two mounting markers 145 and 146 are abutted on the semiconductor laser 100 on both sides of the optical waveguide 110 in parallel with the optical waveguide 110 and at least the end thereof. It is formed so as to reach the end face. Each of the mounting markers 145 and 146 is composed of two lines parallel to the optical waveguide 110. Other configurations are the same as those of the related art.
[0026]
When performing the optical hybrid integration, the end faces of the semiconductor laser 100 are aligned while the element markers 143 and 144 and the mounting markers 145 and 146 are aligned on the same straight line in plan view. The semiconductor laser 100 is mounted on the quartz substrate 109 by abutting the end surface of the quartz substrate 109. In addition, semiconductorlaserThe point that the p-side electrode 108 of 100 and the electrode 111 formed on the quartz-based substrate 109 are fixed by solder 112 is the same as in the related art.
[0027]
Here, since the cleavage accuracy of the end face of the semiconductor laser 100 was ± 10 μm, the length of the semiconductor laser 100 (the length in the left-right direction in FIG. 1) was reduced. Even if it differs every time, the positions of the element markers 143 and 144 with respect to the end face of the semiconductor laser 100 are the same in any of the semiconductor lasers 100. Therefore, if mounting is performed through the above-described alignment, the optical waveguide110End face and semiconductor waveguide104Since the gap with the end face is zero, the coupling efficiency can be stabilized in all products regardless of the cleavage accuracy.
[0028]
(SecondReference example)
FIG. 2 is a diagram illustrating optical hybrid integration using an optical amplifier 118 with a spot size conversion function as an optical semiconductor element, and is a plan view of a quartz-based substrate 130 and a bottom view of the optical amplifier 118.
P-side electrode 1 of optical amplifier 11827On the side, the semiconductor waveguide 122The two element markers 147 and 148 are formed on both sides of the substrate so as to extend in parallel with the semiconductor waveguide 122 and at least the end to the end face abutting the quartz-based substrate 130. The element markers 147 and 148 are composed of two lines parallel to the semiconductor waveguide 122. Also, the n-side electrode of the optical amplifier 118119An opening 119a is formed on the side corresponding to the element markers 147 and 148.
[0029]
Similarly, two mounting markers 149 and 150 are formed on the upper surface of the quartz-based substrate 130 so as to be parallel to the optical waveguide 131 and at least an end thereof reaches an end face abutting against the optical amplifier 118. The mounting markers 149 and 150 are each composed of two lines parallel to the optical waveguide 131. Other configurations are the same as those of the related art.
[0030]
When the optical hybrid integration is performed, the end faces of the optical amplifier 118 are made of quartz while the element markers 147 and 148 and the mounting markers 149 and 150 are aligned so as to be on the same straight line in plan view. The optical amplifier 118 is mounted on the quartz-based substrate 130 by abutting the substrate 130. Note that the p-side electrode 127 of the optical amplifier 118 and the electrode 133 formed on the quartz32 is the same as the conventional one.
[0031]
Also in the present embodiment, the firstReference exampleSince the coupling efficiency can be stabilized in all products as in the case of the operation of the optical amplifier 118, the end faces where the element markers 147 and 148 and the mounting markers 149 and 150 abut on the input side. The noise component amount can be stabilized.
(No.1Embodiment)
First and secondReference exampleIn the above, when performing optical hybrid integration, the semiconductor laser 100 and the optical amplifier 118 are mounted by directly abutting on the respective quartz-based substrates 109 and 130. Therefore, there is a possibility that the semiconductor laser 100 and the optical amplifier 118 will be damaged. For example, when the speed at the time of collision exceeds 10 microns / s or when the collision occurs obliquely, the damage is particularly large, and the end face of the semiconductor laser 100 or the optical amplifier 118 is broken or non-reflective. The coatings 128 and 129 peel off.
[0032]
No.1The embodiment prevents such a damage. FIG. 3 is a view for explaining another configuration of an optical hybrid integration using a semiconductor laser 100 with a spot size conversion function. FIG. 1 is a plan view of a quartz-based substrate 109 and a bottom view of a semiconductor laser 100.
On the p-side electrode 108 side of the semiconductor laser 100, two preparatory element markers 151 and 152 are formed at the same positions as the element markers 114 and 115 used for the conventional optical hybrid integration. Also, the two final element markers 155 and 156 areFirst reference exampleAre formed at the same positions as the element markers 143 and 144 used for the optical hybrid integration. Similarly, two preparatory mounting markers 153 and 154 are formed on the upper surface of the quartz-based substrate 109 at the same positions as the mounting markers 116 and 117 used for the conventional optical hybrid integration. Also, the two final mounting markers 157, 158First reference exampleAre formed at the same positions as the mounting markers 145 and 146 used for the optical hybrid integration. Other configurations are firstReference exampleIs the same as
[0033]
When performing optical hybrid integration, first, the preparatory element markers 151 and 152 and the preparatory mounting markers 153 and 154 are connected to the n-side power supply of the semiconductor laser 100 as in the conventional example.very101Positioning is performed using the opening 101a formed on the side. At this time, as in the conventional example, a gap 113 exists between the end face of the semiconductor waveguide 104 and the end face of the optical waveguide 110, and the gap is up to 20 microns. 109 is completely parallel. Next, from the state of FIG. 4A, the semiconductor laser 100 is moved at a speed of 10 μm / s or less so that the final element markers 155 and 156 and the final mounting markers 157 and 158 are viewed in plan. The semiconductor laser 100 is mounted on the quartz-based substrate 109 by abutting the end face of the semiconductor laser 100 against the end face of the quartz-based substrate 109 while aligning them so that they are on the same straight line. In addition, semiconductorlaserThe point that the p-side electrode 108 of 100 and the electrode 111 formed on the quartz-based substrate 109 are fixed by solder 112 is the same as in the related art.
[0034]
Here, the firstReference exampleIn addition to the operation of the semiconductor laser 100, the semiconductor laser 100 is moved at a speed of 10 μm / s or less through the preparatory stage, and the semiconductor laser 100 is abutted against the quartz-based substrate 109 to be applied to the semiconductor laser 100. Damage can be prevented. Therefore, the probability of producing a defective product is reduced.
The configuration using the preparation marker as in the present embodiment is the same as that of the second embodiment.Reference exampleOptical amplifier 1 indicated by18And the same effect can be obtained.
[0035]
(No.2Embodiment)
FIG. 4 is an enlarged view of an abutting end face between the semiconductor laser 100 and the quartz-based substrate 109 of FIG. (A) shows a preparation stage of optical hybrid integration, and (b) shows a state after completion of mounting.
As shown in FIG. 4A, a part of the final element marker 156 is a scaled marker 159 having the same predetermined interval so that the end position is aligned with the final mounting marker 158. Is formed, and a vernier scale 160 is formed in the remaining portion. In addition, a final scale 159 is formed on a part of the final mounting marker 158 as a scale-shaped marker at the same predetermined interval so that the end position is aligned with the final element marker 156, and the remaining portion is also provided with a book. A scale 159 is formed. Here, assuming that the predetermined interval of the main scale 159 is n, the sub-scale 160 divides the (n-1) scales of the main scale 159 into n equal parts. The sub-scale 160 is a scale obtained by equally dividing the 9 scales of the main scale 159 into ten, that is, a predetermined interval of 0.9 micron.
[0036]
If the displacement occurs as shown in FIG. 4B after the optical hybrid integration, the main scale 159 and the sub-scale 160 are so-called burners. Can be measured by the method. This is generally the same as the case of measuring with a caliper, and for example, in the case of FIG. Here, the coupling efficiency of the ordinary semiconductor laser 100 with a spot size conversion function is degraded by 2 dB when the semiconductor laser is shifted by 2 microns. However, when such a large shift occurs, it is necessary to repeat the module production. . Even if the deviation is small, the deviation of the next module can be further reduced by grasping the current deviation of the module and performing feedback.
[0037]
Here, by forming graduated markers at different intervals on the final element marker 156 and the final mounting marker 158, after mounting, the actual position of each marker with respect to the optimal position of each marker is determined. It can be grasped whether it is shifted. Therefore, by analyzing this shift quantitatively and reflecting it in the subsequent mounting process, an optical hybrid integrated module having better coupling efficiency can be manufactured.
[0038]
Such first to first2 Reference example and first and secondIn the embodiment,FinalElement marker andFinalThe shape of the mounting marker is composed of two parallel lines. However, if the mounting marker is formed parallel to the optical waveguide and the semiconductor waveguide and formed on the end surfaces of the optical semiconductor element and the mounting substrate, this embodiment is not limited to this embodiment. Not exclusively. Further, the numbers of the element markers and the mounting markers are not limited to this embodiment as long as the alignment between the optical semiconductor element and the mounting substrate can be surely performed.
[0039]
In addition, although a semiconductor laser and an optical amplifier are used as the optical semiconductor element, and a quartz-based substrate is used as the mounting substrate, neither is limited to this embodiment.
In addition, the scale markerFinalElement marker andFinalAlthough it is formed on a positioning marker such as a mounting marker, the present invention is not limited to this embodiment as long as it is formed on the end surfaces of the optical semiconductor element and the mounting substrate and the end positions are aligned. For example, it may be formed on the upper surface of an optical semiconductor element or a mounting substrate.
[0040]
Furthermore, the scale interval of the scale-shaped marker isFinalWith the element markerFinalThe present invention is not limited to this embodiment as long as the deviation from the mounting marker can be determined.
Further, the position of the alignment marker such as the element marker and the mounting marker is not limited to the present embodiment. For example, the element marker may be formed on the n-side electrode side of the optical semiconductor element. In addition, the distance between the element marker and the mounting marker is reduced as much as possible, for example, by forming a concave portion corresponding to the convex portion of the mounting marker formed on the upper surface of the mounting substrate on the upper surface of the optical semiconductor element. It is considered that the accuracy of the is further improved.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention,FinalAn element marker is formed in parallel with the semiconductor waveguide;FinalThe mounting marker is also formed in parallel with the optical waveguide, and moreover,FinalElement marker,FinalSince all of the mounting markers reach the end face, regardless of the cleavage accuracy when cutting out the optical semiconductor element,FinalWith the element markerFinalThe mounting marker takes the relative position of the design value. For this reason, the cleavage accuracy at the time of cutting out the optical semiconductor element becomes irrelevant to the alignment accuracy at the time of performing optical hybrid integration, and the coupling efficiency between the semiconductor waveguide and the optical waveguide is stabilized.
[0042]
Claims1According to the invention, when performing optical hybrid integration, first, the provisional element marker and the provisional mounting marker are temporarily aligned, and then the final element marker and the final mounting marker are aligned. Can be implemented. For this reason, it is advantageous in suppressing damage to the optical semiconductor element when the semiconductor device is brought into contact with the mounting substrate.
[0043]
Claims2According to the invention according to the above,FinalElement marker and the aboveImplementationSince the markers have scale-shaped markers composed of a main scale and a vernier scale with different intervals, after the hybrid mounting is completed, the actual deviation from the optimum connection position of each marker is determined. Can be quantified. If this deviation is grasped and reflected in the subsequent mounting process, an optical hybrid integrated module having more stable coupling efficiency can be manufactured.
[0044]
Claims3According to the invention according toMaFirst, after aligning the preparation element marker and the preparation mounting marker,Align the final element marker with the final mounting markerPerform the implementation. For this reason, while preventing damage when the optical semiconductor element is abutted against the mounting board,Since the optical semiconductor element and the mounting substrate are in close contact with each other, the gap between the semiconductor waveguide and the optical waveguide is always zero. For this reason, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency.You.
[0045]
Claims4According to the invention according to the above, the optical waveguide is formed on the optical semiconductor element in parallel with the semiconductor waveguide and at least an end thereof reaches the mounting substrate.FinalElement markerAnd a preparation element marker formed inside the end face.By performing optical hybrid integration using the method described above, the accuracy of alignment can be improved. Therefore, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency.
[0046]
Claims5According to the invention according to the above aspect, the optical waveguide is formed on the mounting board so as to be parallel to the optical waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the optical semiconductor element.FinalMounting markerAnd a preparation mounting marker formed inside the end face.By performing optical hybrid integration using the method described above, the accuracy of alignment can be improved. Therefore, it is possible to manufacture an optical hybrid integrated module having stable coupling efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating optical hybrid integration of a semiconductor laser with a spot size conversion function according to the present invention, which is a plan view of a quartz-based substrate and a bottom view of the semiconductor laser.
FIG. 2 illustrates an optical hybrid integration of an optical amplifier with a spot size conversion function of the present invention.ToFIG. 3 is a plan view of a quartz-based substrate and a bottom view of an optical amplifier.
FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration of the optical hybrid integration of the semiconductor laser with the spot size conversion function of the present invention, which is a plan view of a quartz substrate and a bottom view of the semiconductor laser.
FIG. 4 is an enlarged view of an abutting end face between the semiconductor laser and the quartz-based substrate in FIG. 3;
FIG. 5 is a side view for explaining optical hybrid integration of a conventional semiconductor laser with a spot size conversion function.
6 is a diagram illustrating the optical hybrid integration of FIG. 5, which is a plan view of a quartz-based substrate and a bottom view of a semiconductor laser.
FIG. 7 is a side view illustrating an optical hybrid integration of a conventional optical amplifier with a spot size conversion function.
8 is a diagram illustrating the optical hybrid integration of FIG. 7, which is a plan view of a quartz-based substrate and a bottom view of an optical amplifier.
[Explanation of symbols]
100 Semiconductor laser body with spot size conversion function
101, 119 n-side electrode
101a, 119a Opening
102, 120 n substrate
103, 121 n-InP layer
104, 122 semiconductor waveguide
105, 123 Active layer
106, 124, 125 spot size converter
107, 126 p-InP layer
108, 127 p-side electrode
109, 130 quartz substrate body
110, 131 Optical waveguide
111,133 Electrodes formed on quartz-based substrate
112, 132 Solder
113, 142, 142a Distance between semiconductor waveguide end face and optical waveguide end face
114, 115, 134, 135, 136, 137, 143, 144, 147, 148 Element marker
116, 117, 138, 139, 140, 141, 145, 146, 149, 150 Mounting marker
151, 152 Preparatory element marker
153, 154 Preparation mounting marker
155, 156 Final element marker
157, 158 Final mounting marker
118 Optical Amplifier with Spot Size Conversion Function
128, 129 Non-reflective coating
159 scale
160 Vernier scale

Claims

The optical semiconductor element is mounted on the mounting substrate so that the optical waveguide formed on the mounting substrate and the semiconductor waveguide formed on the optical semiconductor element are optically coupled to each other. At least one element marker used for alignment at the time of mounting is formed, and at least one mounting marker used for alignment at the time of mounting is formed on the mounting substrate. In the formed optical hybrid integrated module,
The element marker is formed in parallel with the semiconductor waveguide and at least at an end thereof to an end face abutting on the mounting substrate, and is formed inside the end face. And a preparation element marker .
It said mounting Ma - Ka, the final mounting the optical waveguide and parallel to and at least an end thereof to extend up to the end surface abuts to the optical semiconductor element, which moreover the final element marker and the end position is formed to align Ma - Ca and the end face preparation mount Ma also formed on the inner side than the - force and optical hybrid integrated module, characterized in Rukoto that have a - le.

The final element marker has a plurality of scale-shaped markers formed in parallel with the semiconductor waveguide and at least ends thereof to end faces abutting on the mounting substrate,
The final mounting marker has a plurality of scale-shaped markers formed in parallel with the optical waveguide and at least an end thereof reaches an end face abutting on the optical semiconductor element ,
A part of the scale marker as the final element marker and a part of the scale marker as the final mounting marker have the same predetermined interval so that the end positions are aligned. Is formed in,
Either the remainder of the scale marker as the final element marker or the remainder of the scale marker as the final mounting marker is formed at the same interval as the predetermined interval. The main scale, the other is a vernier scale serving as an auxiliary scale for reading an amount smaller than the predetermined interval,
The spacing of the vernier is, (n-1) optical hybrid integrated module of the present of the main scale of n equally divided der Ru claim 1, wherein ones - le.

After provisionally aligning the optical semiconductor element and the mounting board using the preparatory element marker and the preparatory mounting marker, the final element marker and the final mounting marker are placed on a plane. by abutting in view, the light while the semiconductor element aligns with the mounting substrate, the optical hybrid integrated module of claim 1 Symbol mounting characterized by mounting the optical semiconductor element to the mounting substrate - Manufacturing method .

An optical semiconductor device mounted on the mounting substrate to constitute an optical hybrid integrated module so that the semiconductor waveguide formed therein and the optical waveguide formed on the mounting substrate are optically coupled.
A final element marker formed parallel to the semiconductor waveguide and at least an end thereof reaching an end face abutting on the mounting substrate; and a preparatory element marker formed inside the end face. optical hybrid integrated module you characterized in that - an optical semiconductor element for Le.

A mounting substrate on which the optical semiconductor element is mounted to form an optical hybrid integrated module so that the optical waveguide formed therein and the semiconductor waveguide formed on the optical semiconductor element are optically coupled,
A final mounting marker formed in parallel with the optical waveguide and at least an end thereof reaching an end face abutting on the optical semiconductor element; and a preparation mounting marker formed inside the end face. optical hybrid integrated module you characterized by - a mounting board for Le.