特開 2023-143173 光集積回路モジュール、及び光送受信機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023143173

(43)【公開日】2023-10-06

(54)【発明の名称】光集積回路モジュール、及び光送受信機

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/065 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

G02F1/065

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022050409

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】三田村 宣明

(72)【発明者】

【氏名】大塚 百合香

(72)【発明者】

【氏名】山下 洋平

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA03

2K102BA40

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA23

2K102DA05

2K102DB05

2K102DC08

2K102DD01

2K102EA02

2K102EA22

2K102EB12

2K102EB16

2K102EB22

2K102EB30

(57)【要約】

【課題】有機電気光学材料の光酸化現象が抑制された光集積回路モジュールを提供する。
【解決手段】光集積回路モジュールは、有機電気光学材料を用いた光導波路を有する光集積回路素子と、前記光集積回路素子を内部に収容して気密封止されたパッケージと、前記パッケージの内部に設けられて酸素を吸着する酸素ゲッターと、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機電気光学材料を用いた光導波路を有する光集積回路素子と、
前記光集積回路素子を内部に収容して気密封止されたパッケージと、
前記パッケージの内部に設けられて酸素を吸着する酸素ゲッターと、
を有する光集積回路モジュール。

【請求項2】

前記パッケージはリッドにより気密封止されており、
前記酸素ゲッターは、前記リッドに固定されている、
請求項１に記載の光集積回路モジュール。

【請求項3】

前記酸素ゲッターは、前記リッドの内面に形成された酸素吸着層を含む、
請求項２に記載の光集積回路モジュール。

【請求項4】

前記酸素ゲッターは、両面が酸素吸着材料で覆われた酸素吸着シートを複数枚含み、複数の前記酸素吸着シートは、シート面と垂直な方向に間隔をおいて設けられている、
請求項１または２に記載の光集積回路モジュール。

【請求項5】

前記酸素吸着シートは、所定の位置に突起を有し、複数の前記酸素吸着シートは前記突起の高さで決まる間隔で互いに離れている、
請求項４に記載の光集積回路モジュール。

【請求項6】

前記パッケージの内部に設けられて水分を吸着する水分ゲッター、
をさらに有する請求項１または２に記載の光集積回路モジュール。

【請求項7】

前記パッケージの内部は第１８族元素の不活性ガスで満たされている、
請求項１または２に記載の光集積回路モジュール。

【請求項8】

前記光集積回路素子は、２本の電極の間に前記有機電気光学材料が充填されたスロット導波路で形成された光変調器を有する、
請求項１または２のいずれか一項に記載の光集積回路モジュール。

【請求項9】

請求項１に記載の光集積回路モジュールと、
前記光集積回路モジュールと電気的に接続される電気回路素子と、
前記電気回路素子と電気的に接続されるデジタル信号プロセッサと、
を有する光送受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光集積回路モジュール、及び光送受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

光データ伝送容量の急増を支えるための通信デバイスまたは機器の開発が、急務となっている。光変調器は高速データ伝送のコアであり、産業界からは８００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ（シンボルレートで９６Ｇｂａｕｄ）の高速化が望まれている。光変調器の材料として、これまで主流であったニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）に替わる、より高い電気光学効果と広帯域特性をもつ有機電気光学材料（電気光学ポリマ）が期待されている。電気光学ポリマを２本の電極間に塗布、充填したスロット導波路を用いた光変調器が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。電気光学ポリマ材料は、信頼性に対する懸念があることから実用化が進んでいなかったが、信頼性試験（８５℃、２０００時間）において、電気光学定数を保持可能な有機非線形光学材料が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

【0003】

大気中、すなわち酸素がある状態で、電気光学ポリマに光通信波長である１５５０ｎｍ帯の強い光を透過させると、ポリマ自体が劣化し、変調特性または光学特性が劣化することが報告されている（たとえば、非特許文献１参照）。酸素によるこの劣化現象は、光酸化現象と呼ばれている。電気光学ポリマ導波路を実用化するには、光酸化現象を考慮する必要がある。ＬｉＮｂＯ_３光変調器を気密封止する構成が知られている（たとえば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第７６４３７１４号

【特許文献2】特許第６９３５８８４号

【特許文献3】特開２０１９－５３３１３号

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】D. Rezzonico, M. Jazbinsek, P. Gunter, C. Bosshard, D. H. Bale, Y.Liao, L. R. Dalton, and P. J. Reid, "Photostabililty studies of pi-conjugated chromophores with resonant and nonresonant light excitation for long-life polymeric telecommunication devices," J. Opt. Soc. Am. B., vol. 24, no. 9, pp. 2199-2207, 2007

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

発明者らは、電気光学ポリマ導波路を用いた光集積回路に公知の気密封止構造を適用しても、実用に耐え得る特性が得られないことを見出した。電気光学ポリマ導波路を用いた光集積回路を接着剤で気密封止パッケージ内に接着固定し、ベイキング等で水分をできるだけ揮発させ、窒素雰囲気中で気密封止しても、ある程度の酸素や水分がパッケージ内に残る。電気光学ポリマ材料や接着剤が酸素、空気、水分等を吸収しており、ベイキングを行っても吸収された酸素や水分を十分に揮発されず、気密封止パッケージ内に残留するためと考えられる。

【0007】

発明の一つの側面では、有機電気光学材料の光酸化現象が抑制された光集積回路モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態では、光集積回路モジュールは、
有機電気光学材料を用いた光導波路を有する光集積回路素子と、
前記光集積回路素子を内部に収容して気密封止されたパッケージと、
前記パッケージの内部に設けられて酸素を吸着する酸素ゲッターと、
を有する。

【発明の効果】

【0009】

有機電気光学材料の光酸化現象が抑制された光集積回路モジュールが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】従来の気密封止構造の模式図である。

【図2】有機電気光学材料を用いた導波路構成に図１の気密封止構造を適用したときの電気特性を示す図である。

【図3】第１実施形態の光集積回路モジュールのＹＺ面に沿った断面模式図である。

【図4】図３の光集積回路モジュールのＸＹ面に沿った断面模式図である。

【図5】有機電気光学材料を用いたスロット導波路の断面模式図である。

【図6】第１実施形態の光集積回路モジュールの変形例の模式図である。

【図7】第１実施形態の光集積回路モジュールの電気特性を示す図である。

【図8】第２実施形態の光集積回路モジュールのＹＺ面に沿った断面模式図である。

【図9】第２実施形態の光集積回路モジュールの電気特性を示す図である。

【図10】第２実施形態の酸素ゲッターの変形例の模式図である。

【図11】第２実施形態の酸素ゲッターの別の変形例の模式図である。

【図12】第３実施形態の光集積回路モジュールのＹＺ面に沿った断面模式図である。

【図13】第３実施形態の光集積回路モジュールの電気特性を示す図である。

【図14】光集積回路モジュールを用いた光送受信機の模式図である

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態の光集積回路モジュールの具体的な構成を説明する前に、有機電気光学材料を用いた導波路構成に従来の気密封止構造を適用したときの課題を、より詳しく説明する。
図１は、従来の気密封止構造の模式図、図２は、有機電気光学材料を用いた導波路構成に図１の気密封止構造を適用したときの電気特性を示す。

【0012】

図１で、パッケージ１２１内に、光集積回路チップ１２０が接着剤１２７で固定されている。光集積回路チップ１２０は、有機電気光学材料を用いた導波路を含む。有機電気光学材料を用いた導波路で、光変調器等の光学素子が形成されている。パッケージ１２１はリッド１２８で覆われ、内部が気密状態になっている。光集積回路チップ１２０と光学的に接続された光ファイバ１２２は、気密封止用のパイプ１２４を通してパッケージ１２１の外部に引き出されている。パイプ１２４とパッケージ１２１の間には、半田材料１２５が充填され、光ファイバ１２２の周囲も気密封止されている。

【0013】

組み立て時には、光集積回路チップ１２０を接着剤１２７でパッケージ１２１の内部に固定した後、真空中でベイキングして水分をできるだけ揮発し、続いて窒素置換された雰囲気中で、パッケージ１２１の上面開口に、リッド１２８をシーム溶接する。さらに、パイプ１２４から外部に引き出される光ファイバ１２２の周囲を半田材料１２５で埋める。これにより、純度が１００％に近い窒素ガスで気密封止されたモジュールが得られる。しかし、このような気密封止によってもなお、パッケージ２１の内部に０．０５～０．２０Volume％程度の酸素や、０．０５～０．５０Volume％程度の水分が残存する。

【0014】

図２は、図１の気密封止パッケージの電気特性を示す。横軸は高温通電時間（hour）、縦軸は、半波長電圧（Ｖπ）である。半波長電圧は光変調器の電気特性の指標の一つであり、出力光の位相が１８０°（πラジアン）変化するのに必要な電圧である。有機電気光学材料を用いた光導波路を含む光集積回路チップ１２０に、実用上必要となる１８ｄＢｍの強い光を透過させながら、８５℃、ＤＣバイアス３．５Ｖ、ＡＣ駆動電圧±２．０Ｖで高温通電したときのＶπ電圧を測定する。Ｖπ電圧は経時的に増加し、２０００時間では７．５倍以上に増加する。これは、上述した有機電気光学材料の光酸化現象によるものと推測される。

【0015】

実施形態では、実用上求められる強度の光を透過させながら光集積回路を駆動しても光酸化現象を抑制できる光集積回路モジュールを提供する。以下の説明で、同一の構成要素には同じ符号をつけて重複する説明を控える場合がある。

【0016】

＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態の光集積回路モジュール１０ＡのＹＺ面に沿った断面模式図、図４は、図３の光集積回路モジュール１０ＡのＸＹ面に沿った断面模式図、図５は、有機電気光学材料を用いた光導波路の断面模式図である。光集積回路モジュール１０Ａは、有機電気光学材料を用いた光導波路を有する光集積回路素子２０と、光集積回路素子２０を気密封止するパッケージ２１と、パッケージ２１内に設けられた酸素ゲッター５０Ａとを有する。

【0017】

図３を参照すると、光集積回路素子２０は、パッケージ２１内に接着剤２７で固定されている。パッケージ２１はリッド２８で覆われ、内部に不活性ガス３０が充填されて気密状態が保たれている。光集積回路素子２０の端面で、ガラスブロック２３により、光ファイバ２２が光集積回路素子２０上の光導波路にバットジョイント接続されている。ガラスブロック２３は、光学接着剤で光集積回路素子２０の端面に固定されている。光ファイバ２２は、パイプ２４からパッケージ２１の外部に引き出されている。光ファイバ２２の外周の一部にメタライズ部２５を形成し、パイプ２４とメタライズ部２５の間に低融点の半田材料２６を充填することで、光ファイバ２２の周囲が気密封止される。

【0018】

パッケージ２１の内部に、酸素ゲッター５０Ａが設けられる。酸素ゲッター５０Ａは、たとえば、リッド２８の内面２８１に設けられている。従来の気密封止構造では、封止ガスとして安価な窒素ガスが用いられていたが、酸素ゲッター５０Ａとして機能する酸素吸着層２９は、活性ガスとしての側面も併せ持つ窒素を吸着する。酸素吸着層２９の表面積が限られていることから、活性ガスを吸着する限界（飽和吸着量）があり、ほぼ窒素ガスだけで飽和吸着量に達するおそれがある。その場合、０．１０～０．２０Volume％程度の酸素を効率的に除去できなくなる。

【0019】

実施形態では、酸素の効率的な除去のため、不活性ガス３０として、純度が９８％以上、好ましくは９９％以上、より好ましくは１００％に近い不活性ガスを用いる。不活性ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の第１８族元素ガス（希ガス）である。一例として、比較的安価なＡｒガスを用いる。

【0020】

このような不活性ガス３０雰囲気中で用いられる酸素吸着層２９は、非蒸発型の酸素ゲッターであることが好ましい。酸素吸着層２９として、Ｚｒ、Ｔｉ、ＺｒＡｌ合金、ＺｒＮｉ合金、ＺｒＦｅ合金、ＺｒＶＦｅ合金、ＺｒＶＥ合金（ＥはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌまたはその混合物）、ＺｒＭ１Ｍ２合金（Ｍ１、Ｍ２はＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される）、ＺｒＣｏＡ合金（ＡはＹ、Ｌａ等の希土類金属またはその混合物）、ＺｒＦｅＭｇＭｍ（Ｍｍは希土類金属とＣｅ、Ｌａ、Ｎｄとの混合物）等を用いることができる。これらの酸素吸着層２９の材料は、蒸着、スパッタ等の物理的成膜方法でリッド２８に直接、２～３μｍの厚さに成膜してもよい。あるいは、上述した酸素ゲッター材料を、ＮｉＣｒＦｅ、ＳＵＳ、コバール（登録商標）等の薄い金属シートに蒸着し、蒸着後の金属シートを、スポット溶接または耐熱性接着剤でリッド２８に固定してもよい。

【0021】

パッケージ２１をリッド２８で気密封止する前に、酸素吸着層２９のデガスと活性化を行ってもよい。たとえば、真空中または不活性ガス雰囲気下で、２００℃で３０分～１時間の加熱でデガスを行い、続いて、真空中または不活性ガス雰囲気下で、３００～４５０℃で１５分以上活性化を行う。その後、光集積回路素子２０が接着固定されているパッケージ２１内を純度１００％に近いＡｒガスで満たし、酸素吸着層２９が形成されたリッド２８でパッケージ２１を封止する。

【0022】

図４を参照すると、パッケージ２１に３つのパイプ２４が設けられ、３本の光ファイバ２２－１、２２－２、２２－３がパッケージ２１から引き出されている。光ファイバ２２－１、２２－２、２２－３の各々は、ガラスブロック２３により光集積回路素子２０の端面に露出する光導波路にバットジョイント接続されている。光集積回路素子２０は、シリコンフォトニクス技術で作製され、シンボルレートが９６Ｇｂａｕｄ以上の高速光通信に適用可能である。

【0023】

光集積回路素子２０は、基板１５上に、有機電気光学材料を用いた光導波路で形成された光変調器１９を有する。図４の例で、光変調器１９は、シンボルレート９６ＧｂａｕｄのＤＰ－ＱＰＳＫ方式の変調器であり、マッハツェンダ干渉計の組み合わせで構成されている。光変調器１９を構成する光導波路のうち、電気と光が相互作用する領域に、有機電磁光学材料を用いたスロット導波路１９１が形成されている。８本のスロット導波路１９１で、４つの子マッハツェンダ干渉計ＳＭＺ１～ＳＭＺ４と、２つの親マッハツェンダ干渉計ＭＭＺ１、ＭＭＺ２が形成されている。スロット導波路１９１と、シリコンフォトニクスで形成されたシリコン導波路１２３は、モード変換器により接続されている。

【0024】

図５は、有機電気光学材料を用いたスロット導波路１９１の断面模式図である。図５の（Ａ）で、Ｓｉの基板１５上にＳｉＯ_２層１６が形成され、ＳｉＯ_２層１６のエッチングされた溝１６１の内部に、所定間隔だけ離れた２本の電極１７が、互いに近接して形成されている。電極１７はたとえば不純物が濃度に添加されたシリコンで形成され、２本の電極１７の間にスロットが形成されている。

【0025】

図５の（Ｂ）で、溝１６１内に電気光学ポリマ１８を充填する。電極１７間のスロットの内部も電気光学ポリマ１８で充填される。これにより、スロット導波路１９１が形成される。電気光学ポリマ１８として、特許文献２に開示される非線形光学活性ポリマを用いてもよい。スロット導波路１９１は、電気光学ポリマ１８を用いることで電気と光の速度整合性が良好であり、高速、広帯域の光伝送に適している。光Ｌは、２本の電極１７で決まる領域に閉じ込められて伝搬する。

【0026】

２本の電極１７に電圧を加えると、電気光学ポリマ１８の屈折率ｎが変化して、光学的な光路長ｎｄが変化する。図４の光変調器１９のマッハツェンダ干渉計の２つのアームで適切な電圧差を与えることで干渉条件が変化し、光位相変調がかけられる。電気光学ポリマ１８が充填された状態でスロット導波路１９１の光伝搬損失が小さくなるように、２本の電極１７の形状とスロット間隔が設計されている。

【0027】

図４に戻って、光集積回路素子２０は、光変調器１９に加えて、受光素子アレイ２ａ及び２ｂ、９０°ハイブリッド素子３ａ及び３ｂ、偏波ビームスプリッタＰＢＳ、偏波ビームコンバイナＰＢＣ、偏波ローテータＰＲ１及びＰＲ２を有する。受光素子アレイ２ａ、２ｂは、たとえばＧｅ受光素子の配列を含む。パッケージ２１の外部のレーザ光源から出射された光Ｌ_ＬＤは、光ファイバ２２－１を通って光集積回路素子２０に入射し、その一部が分岐されて光変調器１９で所望の光変調を受ける。レーザ光源は、たとえば波長可変レーザ光源である。

【0028】

親マッハツェンダ干渉計ＭＭＺ２からの変調信号光は、偏波ローテータＰＲ１で偏光軸の方向が９０°回転され、偏波ビームコンバイナＰＢＣで、もうひとつの親マッハツェンダ干渉計ＭＭＺ１からの変調信号光と偏波合成される。偏波合成された光は、ＤＰ－ＱＰＳＫ光信号として、光ファイバ２２－２から出力される。一方、光ファイバ２２－３から光集積回路素子２０に受信信号光が入射し、偏波ビームスプリッタＰＢＳで互いに直交する２つの偏波に分離される。一方の偏波は９０°ハイブリッド素子３ａに入射し、他方の偏波は、偏波ローテータＰＲ２で偏光軸が９０°回転されて、９０°ハイブリッド素子３ｂに入射する。

【0029】

一方、光ファイバ２２－１から入射して分岐された光Ｌ_ＬＤの別の部分は、ローカル光として、９０°ハイブリッド素子３ａと３ｂに入射する。９０°ハイブリッド素子３ａ及び３ｂは、ローカル光を参照光として受信信号光の位相状態を光強度に変換する。光強度は受光素子アレイ２ａ及び２ｂでそれぞれ検出される。

【0030】

光集積回路素子２０上で有機電気光学材料の光導波路が用いられていても、パッケージ２１の内部に酸素ゲッター５０Ａが設けられているので、有機材料に吸収されていた酸素や水分がパッケージ２１内に存在しても、酸素ゲッター５０Ａに吸着される。パッケージ２１の内部は酸素や水分が非常に少ない状態に維持され、光酸化現象を抑制することができる。

【0031】

図６は、第１実施形態の変形例である光集積回路モジュール１０Ｂの模式図である。光集積回路モジュール１０Ｂは、パッケージ２１の内部に、光集積回路素子２０と、酸素ゲッター５０Ｂを有する。酸素ゲッター５０Ｂは、酸素吸着層２９と抵抗体３１とを含む。気密封止装置で３００～４５０℃の加熱ができない場合などに、抵抗体３１の周囲に酸素吸着層２９を形成してもよい。この場合、リッド２８による気密封止前に、抵抗体３１に電流を流すことで、酸素吸着層２９のデガスと活性化を行うことができる。その後、リッド２８でパッケージ２１が気密封止される。気密封止後に抵抗体３１はパッケージ２１の内部に残るが、酸素ゲッターとしての酸素吸着層２９の機能に影響はない。

【0032】

気体中の酸素体積濃度を測定する酸素計を用いて、光集積回路モジュール１０Ａのパッケージ２１内のガスを分析したところ、酸素量は０．０２Volume％であった。

【0033】

図７は、光集積回路モジュール１０Ａの電気特性を示す。第１実施形態の効果を確認するため、光集積回路モジュール１０Ａに１８ｄＢｍの強い光を透過させながら、８５℃、ＤＣ電圧３．５Ｖ、ＡＣ電圧±２．０Ｖの条件で高温通電を行う。２０００時間経過後のＶπの経時変化率は、図２の従来の気密構造と比較して、１／２に低減されている。これは、パッケージ２１の内部に酸素ゲッター５０Ａを設けたことで、パッケージ２１内の酸素が除去され、有機材料である電気光学ポリマ１８の光酸化現象を抑制できた効果であると推測される。

【0034】

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態の光集積回路モジュール１０ＣのＹＺ面に沿った断面模式図である。光集積回路モジュール１０Ｃは、パッケージ２１の内部に、光集積回路素子２０と、酸素ゲッター５０Ｃを有する。光集積回路素子２０は、第１実施形態と同様に、電気光学ポリマ１８を用いたスロット導波路１９１の光変調器１９を有する。酸素ゲッター５０Ｃは、複数の酸素吸着層２９と、これら複数の酸素吸着層２９を、間隔をおいて保持するスペーサ３２とを有する。酸素ゲッター５０Ｃは、活性ガスである酸素を化学的に吸着する酸素吸着層２９の表面積を増やして、パッケージ２１内の酸素をより効率的に低減する。

【0035】

スペーサ３２の材料は特に限定されず、金属、セラミック、ガラスなどを用いることができる。スペーサ３２と酸素吸着層２９とは、耐熱性接着剤で固定されていてもよい。スペーサ３２として耐熱性接着シートを用いてもよい。後者の場合は、スペーサとしての機能と接着剤としての機能を同時に与えることができる。

【0036】

酸素吸着層２９を複数層用いることで、酸素ゲッター５０Ｃの酸素低減効果を高めることができる。上述した第１実施形態では、酸素ゲッター５０Ａ（または５０Ｂ）を設けることで、パッケージ２１内に残存する酸素量を低減して、Ｖπ変化量を従来の気密封止構造の半分に低減した。しかし、パッケージ２１の内部には、０．０２Volume％程度の酸素が残留する場合がある。

【0037】

光変調器を含む光集積回路素子２０の小型化が要求される中で、リッド２８の大きさには制限があり、酸素吸着層２９の表面積にも制限がある。第２実施形態では、スペーサ３２を使って酸素吸着層２９を複数層設けることで、酸素吸着面積を大きくする。図８の構成例で、酸素吸着層２９として、両面に酸素吸着機能面が露出する金属膜、あるいは、酸素吸着機能のない薄い金属シートの両面に、酸素吸着材料を成膜またはコーティングした酸素吸着シートを用いることができる。図８の例では、４枚の酸素吸着層２９を、間に空間を設けてスペーサ３２で保持する。第１実施形態と比較して、酸素吸着層２９のトータルの表面積は、約８倍である。

【0038】

スペーサ３２の厚さとしては、２枚の酸素吸着シートの間に酸素ガス分子が自由に入り込めればよいので、数ミクロン以上離れていれば十分である。実施形態では、スペーサ３２として、厚さ５０μｍの耐熱性接着シートを用いている。酸素ゲッター５０Ｃの構成を除くパッケージ２１の気密構造については、第１実施形態と同じである。酸素系で、光集積回路モジュール１０Ｃのパッケージ２１内のガスを分析したところ、酸素量は用いた酸素計の検出限界未満（０．０１Volume％未満）であった。

【0039】

図９は、第２実施形態の光集積回路モジュールの電気特性を示す。光集積回路モジュール１０Ｃに１８ｄＢｍの強い光を透過させながら、８５℃、ＤＣ電圧３．５Ｖ、ＡＣ電圧±２．０Ｖの条件で高温通電を行う。２０００時間経過後のＶπの経時変化は、図２の従来の気密構造と比較して、１／２に低減されている。第２実施形態で、酸素ゲッター５０Ｃの酸素吸着面積を第１実施形態の８倍に増やしたことで、パッケージ２１内の酸素がほとんどすべて除去されている。光集積回路素子２０で電気光学ポリマ１８を用いても、光酸化現象が十分に抑制されることがわかる。

【0040】

図１０は、第２実施形態の変形例の酸素ゲッター５０Ｄの模式図である。光集積回路モジュール１０Ｄは、酸素ゲッター５０Ｄの構成を除いて、第１実施形態の光集積回路モジュール１０Ａと同様の構成をもつ。

【0041】

酸素ゲッター５０Ｄは、ＮｉＣｒＦｅなどの薄い金属シート３３の両面に酸素吸着材料２９１が蒸着された酸素吸着シート２９Ｄを、複数枚有する。酸素吸着シート２９Ｄの端部で金属シート３３が露出し、金属シート３３に突起３４が設けられている。突起３４の存在により、複数枚の酸素吸着シート２９Ｄの間に隙間が生じ、酸素ガス分子が自由に入り込む。突起３４が設けられた酸素吸着シート２９Ｄの端部領域は、スペーサ３２として機能する。複数の酸素吸着シート２９Ｄは、シート面と垂直な方向に突起３４の高さで決まる間隔をおいて設けられる。

【0042】

スペーサ３２を、たとえば耐熱性接着剤でリッド２８の内面２８１に固定することで、複数の酸素吸着シート２９Ｄを含む酸素ゲッター５０Ｄが、パッケージ２１の内部に設けられる。図１０の構成でも酸素吸着面積を大幅に拡張することができるので、光集積回路素子２０に電気光学ポリマ１８を用いる場合でも、光酸素現象を抑制できる。

【0043】

図１１は、第２実施形態の別の変形例の酸素ゲッター５０Ｅの模式図である。光集積回路モジュール１０Ｅは、酸素ゲッター５０Ｅの構成を除いて、第１実施形態の光集積回路モジュール１０Ａと同様の構成をもつ。

【0044】

酸素ゲッター５０Ｅは、ＮｉＣｒＦｅなどの薄い金属シート３３の両面に酸素吸着材料２９１が蒸着された酸素吸着シート２９Ｅを複数枚有する。酸素吸着シート２９Ｅの端部で金属シート３３が露出し、露出した金属シート３３が、ホルダ３５により保持されている。ホルダ３５には、リッド２８の内面２８１に垂直な方向（－Ｚ方向）に所定の間隔で溝３５１が形成されている。溝３５１の間隔は、複数の酸素吸着シート２９Ｅが保持されるピッチに対応する。

【0045】

たとえば耐熱性接着剤でホルダ３５をリッド２８の内面２８１に固定することで、複数の酸素吸着シート２９Ｅを含む酸素ゲッター５０Ｅが、パッケージ２１の内部に設けられる。図１１の構成でも酸素吸着面積を大幅に拡張することができるので、光集積回路素子２０に電気光学ポリマ１８を用いる場合でも、光酸素現象を抑制できる。

【0046】

＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態の光集積回路モジュール１０ＦのＹＺ面に沿った断面模式図である。光集積回路モジュール１０Ｆは、パッケージ２１の内部に、光集積回路素子２０と、酸素ゲッター５０と、水分ゲッター６０とを有する。光集積回路素子２０は、第１実施形態と同様に、電気光学ポリマ１８を用いたスロット導波路１９１の光変調器１９を有する。酸素ゲッター５０は、この例では、図８の酸素ゲッター５０Ｃと同様に、スペーサ３２ａによって複数の酸素吸着層２９が保持されているが、変形例の酸素ゲッター５０Ｄまたは５０Ｅを用いてもよい。また、リッド２８に十分な面積が確保できる場合は、第１実施形態の酸素ゲッター５０Ａまたは５０Ｂを用いてもよい。

【0047】

酸素ゲッター５０に加えて、水分ゲッター６０を設けることで、パッケージ２１内に残存する水分を低減することができる。水分ゲッター６０は、水分を化学的に吸着する水分吸着層３６を複数有する。水分吸着層３６は、塗布膜であってもよいし、シート状の層であってもよい。

【0048】

水分吸着層３６は、シリカゲル、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化マグネシウム、多孔質アルミナなどの塗布材料を用いて形成されてもよい。たとえば、これらの塗布材料を、ＮｒＣｒＦｅなどの薄い金属シートの両面に塗布し、１５０℃以上で乾燥した水分吸着シートを作製してもよい。複数の水分吸着層３６は、スペーサ３２ｂにより、所定の間隔で保持される。パッケージ２１内に組み込む前に、水分吸着層３６に対してデガスを行ってもよい。この場合、酸素ゲッター５０の酸素吸着層２９のデガス処理と、水分吸着層３６のデガス処理を同時に行ってもよい。

【0049】

第１実施形態で、光集積回路モジュール１０Ａの電気特性が従来の気密封止構造と比較して大幅に改善されているものの、電気光学ポリマ１８の光酸化現象の抑制効果をさらに強化する余地がある。これは、電気光学ポリマ１８や接着剤２７に吸収された水分や、パッケージ２１の内壁、その他の部品の表面に吸着されている水分が存在するためと考えられる。実施形態１の構成で、純度１００％に近いＡｒガスを充填してパッケージ２１を気密封止しても、気密封止されたパッケージ２１内に、０．０５～０．５０Volume％程度の水分が残存することが、ガス分析でわかっている。

【0050】

水分（Ｈ_２Ｏ）には酸素原子（Ｏ）が含まれるため、１８ｄＢｍの強い光を透過させながら高温通電を行うと、水分が分解または光励起され、活性酸素（オゾンまたは一重項酸素）が生成される。この活性酸素が電気光学ポリマ１８の光酸化現象を起こしていると考えられる。

【0051】

そこで、第３実施形態では、酸素ゲッター５０に加えて、水分ゲッター６０をパッケージ２１内に設けることで、水分による悪影響を低減する。光集積回路モジュール１０Ｆの気密封止後に、パッケージ２１内のガスを分析したところ、計測器の検出限界未満（０．０１Volume％未満）であった。

【0052】

図１３は、光集積回路モジュール１０Ｆの電気特性を示す。第３実施形態のパッケージ構成の効果を確認するために、光集積回路モジュール１０Ｆに１８ｄＢｍの強い光を透過させながら、８５℃、ＤＣバイアス３．５Ｖ、ＡＣ駆動電圧±２．０Ｖで高温通電したときのＶπ電圧を測定する。

【0053】

図１３に示すように、Ｖπの経時変化は、２０００時間経過後でも測定誤差以下に抑えられていることがわかる。これは、パッケージ２１内の水分が水分ゲッター６０によりほぼすべて除去され、有機物である電気光学ポリマ１８の光酸化現象が十分に抑制されたためと考えられる。

【0054】

第３実施形態の光集積回路モジュール１０Ｆによれば、有機電気光学材料を用いた光集積回路素子２０をパッケージ２１内に入れて密封した校正で、パッケージ２１内部の酸素及び水分を効率的に除去して、有機電気光学材料の光酸化原料を抑制することができる。

【0055】

＜光送受信機への適用＞
図１４は、実施形態の光集積回路モジュール１０を用いた光送受信機１００の模式図である。光送受信機１００は、光集積回路モジュール１０と、この光集積回路モジュール１０に電気的に接続される電気回路素子４０と、電気回路素子４０に電気的に接続されるデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２を有する。光集積回路モジュール１０は、パッケージ２１内に、有機電気光学材料を用いた光導波路が形成された光集積回路素子２０を有する。たとえば、光集積回路素子２０の光変調器１９は、電気光学ポリマを用いたスロット導波路で形成されている。

【0056】

電気回路素子４０は、ドライバ４１とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）４２を有する。ドライバ４１、ＴＩＡ４１、ＤＳＰ１１０のそれぞれが個別のＬＳＩとして形成されていてもよい。ＤＳＰ１１０は、ＤＰ－ＱＰＳＫ等の多値変調方式の送信信号の変調処理と復調処理を行う。ＤＳＰ１１０からの変調電気信号は、ドライバ４１に入力され、ドライバ４１で、変調電気信号が増幅される。この増幅変調電気信号で、光変調器１９を通過する光が変調される。

【0057】

受信側では、受光素子アレイ２により、光受信信号が電気信号に変換され、ＴＩＡ４２で増幅されたあとに、ＤＳＰ１１０で復調処理を受ける。受光素子アレイ２は、たとえばＧｅドープ型の受光素子のアレイであり、光集積回路素子２０の上に光変調器１９とともに集積されている。

【0058】

パッケージ２１内には酸素ゲッター５０が設けられており、パッケージ２１内に残留する酸素を除去することで、光集積回路素子２０で使用されている有機電気光学材料の光酸化現象を抑制する。これにより、光集積回路モジュール１０の動作の長期信頼性が維持され、結果として光送受信機１００の信頼性が向上する。

【0059】

特定の構成例に基づいて実施形態を説明してきたが、本開示は上述した構成例に限定されない。実施形態１～３の構成の一部または全部は、矛盾が生じない限り、相互に組み合わせ可能である。たとえば、第１実施形態と第２実施形態の酸素ゲッターのいずれも、水分ゲッターと組み合わせることができる。第１実施形態で、リッド２８の内面２８１に酸素吸着層２９を成膜する替わりに、両面が酸素吸着材料で覆われた酸素吸着シートを一枚用いて、この酸素吸着シートをリッド２８の内面から所定間隔話して保持してもよい。この場合は、図３の構成と比較して、酸素吸着層として２倍の表面積が確保される。

【0060】

酸素吸着層２９と水分吸着層３６の両方を用いる場合、共用ホルダを用い、共用ホルダの一方の面で酸素吸着層２９の端部を保持し、他方の面で水分吸着層３６の端部を保持してもよい。酸素吸着層２９と水分吸着層３６を、リッド２８と垂直な方向に所定間隔離して設けてもよい。いずれの場合も、パッケージ２１内部の酸素と水分が効果的に除去され、長時間の高温通電後も、Ｖπをほぼ一定に維持することができる。図５では、有機電気光学材料を用いたスロット導波路１９１の電極１７に電圧を印加する配線を省略しているが、電極１７よりも不純物濃度の高いシリコン層で電圧印加用の配線を設けてもよい。

【0061】

以上の記載について、下記の付記を提示する。
（付記１）
有機電気光学材料を用いた光導波路を有する光集積回路素子と、
前記光集積回路素子を内部に収容して気密封止されたパッケージと、
前記パッケージの内部に設けられて酸素を吸着する酸素ゲッターと、
を有する光集積回路モジュール。
（付記２）
前記パッケージはリッドにより気密封止されており、
前記酸素ゲッターは、前記リッドに固定されている、
付記１に記載の光集積回路モジュール。
（付記３）
前記酸素ゲッターは、前記リッドの内面に形成された酸素吸着層を含む、
付記２に記載の光集積回路モジュール。
（付記４）
前記酸素ゲッターは、前記酸素吸着層に設けられた抵抗体を有する、
付記３に記載の光集積回路モジュール。
（付記５）
前記酸素ゲッターは、両面が酸素吸着材料で覆われた酸素吸着シートを複数枚含み、複数の前記酸素吸着シートは、シート面と垂直な方向に間隔をおいて設けられている、
付記１または２に記載の光集積回路モジュール。
（付記６）
前記酸素吸着シートは、所定の位置に突起を有し、複数の前記酸素吸着シートは前記突起の高さで決まる間隔で互いに離れている、
付記５に記載の光集積回路モジュール。
（付記７）
複数の前記酸素吸着シートの間に設けられるスペーサ、
を有する付記５に記載の光集積回路モジュール。
（付記８）
複数の前記酸素吸着シートをシート面と垂直な方向に間隔をあけて保持するホルダ、
を有す付記５に記載の光集積回路モジュール。
（付記９）
前記パッケージの内部に設けられて水分を吸着する水分ゲッター、
をさらに有する付記１から８のいずれかに記載の光集積回路モジュール。
（付記１０）
前記パッケージの内部は第１８族元素の不活性ガスで満たされている、
付記１から９のいずれかに記載の光集積回路モジュール。
（付記１１）
前記光集積回路素子は、２本の電極の間に前記有機電気光学材料が充填されたスロット導波路で形成された光変調器を有する、
付記１から１０のいずれかに記載の光集積回路モジュール。
（付記１２）
前記酸素ゲッターは、Ｚｒ、Ｔｉ、ＺｒＡｌ合金、ＺｒＮｉ合金、ＺｒＦｅ合金、ＺｒＶＦｅ合金、ＺｒＶＥ合金（ＥはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌまたはその混合物）、ＺｒＭ１Ｍ２合金（Ｍ１、Ｍ２はＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される）、ＺｒＣｏＡ合金（ＡはＹ、Ｌａ等の希土類金属またはその混合物）、及び、ＺｒＦｅＭｇＭｍ（Ｍｍは希土類金属とＣｅ、Ｌａ、Ｎｄとの混合物）の中から選択される酸素吸着材料を含む、
付記１から１１のいずれかに記載の光集積回路モジュール。
（付記１３）
前記水分ゲッターは、シリカゲル、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化マグネシウム、及び多孔質アルミナから選択される水分吸着材料を含む、
付記９に記載の光集積回路モジュール。
（付記１４）
付記１から１３のいずれかに記載の光集積回路モジュールと、
前記光集積回路モジュールと電気的に接続される電気回路素子と、
前記電気回路素子と電気的に接続されるデジタル信号プロセッサと、
を有する光送受信機。

【符号の説明】

【0062】

１０、１０Ａ～１０Ｆ 光集積回路モジュール
１５ 基板
１７ 電極
１８ 電気光学ポリマ
１９ 光変調器
２０ 光集積回路素子
２１ パッケージ
２２、２２－１、２２－２、２２－３ 光ファイバ
２４ パイプ
２７ 接着剤
２８ リッド
２９ 酸素吸着層
３２、３２ａ、３２ｂ スペーサ
３３ 金属シート
３４ 突起
３５ ホルダ
３６ 水分吸着層
４０ 電気回路素子
５０、５０Ａ～５０Ｅ 酸素ゲッター
６０ 水分ゲッター
１００ 光送受信機
１１０ ＤＳＰ
１２３ シリコン導波路
１９１ スロット導波路
Ｌ 光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】