特許 7192255 光デバイス、これを用いた光モジュール、及び光デバイスの試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】光デバイス、これを用いた光モジュール、及び光デバイスの試験方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20221213BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20221213BHJP

   G01M 11/00 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 301

G02B6/122

G01M11/00 T

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018105357

(22)【出願日】2018-05-31

(65)【公開番号】P2019211538

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-01-28

(73)【特許権者】

【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】杉山 昌樹

【審査官】山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５２３０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９８３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２０８５７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０１７９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０８５９３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０２１４２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－０２７１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３

Ｇ０１Ｍ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に光送信回路と光受信回路が集積された光デバイスにおいて、
光源からの出射光を前記光デバイスに入力する入射ポートまたはその近傍で、前記基板の端面に対して斜めに延びる第１の斜め導波路と、
前記光受信回路と光学的に接続される受信ポートまたはその近傍で、前記基板の前記端面に対して斜めに延びる第２の斜め導波路と、
前記光送信回路と光学的に接続される送信ポートまたはその近傍で、前記基板の前記端面に対して斜めに延びる第３の斜め導波路、
を有し、
前記基板の前記端面と反対側の端面に沿って前記基板の表面に配置されて前記基板の上方から第１テスト光を入力する第１光結合器、及び前記基板の上方に第２テスト光を出力する第２光結合器と、
前記第１光結合器と前記第２光結合器のそれぞれから、前記反対側の端面に対して斜めに延びる第４の斜め導波路、及び第５の斜め導波路と
をさらに有し、
前記第１光結合器、前記第２光結合器、前記第４の斜め導波路、及び前記第５の斜め導波路は、前記光送信回路及び前記光受信回路から光学的に隔離されている
ことを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

前記第１の斜め導波路と、前記第２の斜め導波路と、前記第３の斜め導波路の少なくともひとつは、前記基板の前記端面と直交する方向に延びる光導波路と光学的に結合して方向性結合器を形成していることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第１光結合器と前記第２光結合器は前記基板の上に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

基板に光送信回路と光受信回路が集積された光デバイスにおいて、
光源からの出射光を前記光デバイスに入射する入射ポートと光学的に接続されて、前記出射光を前記光送信回路と前記光受信回路に供給する２入力２出力光カプラ、
を有し、
前記２入力２出力光カプラの一方の入力は前記入射ポートに接続され、他方の入力は、前記基板の端面まで斜めに延びる斜め導波路であり、前記２入力２出力光カプラの一方の出力は前記光送信回路に接続され、前記２入力２出力光カプラの他方の出力は前記光受信回路に接続され、
前記基板の表面に配置されて前記基板の上方からテスト光を入力する光結合器と、
前記光結合器から、前記基板の前記端面と反対側の端面に対して斜めに延びる第２の斜め導波路と、をさらに有し、
前記光結合器と前記第２の斜め導波路は、前記光送信回路及び前記光受信回路から光学的に隔離されていることを特徴とする光デバイス。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の光デバイスと、電気回路チップを１つのパッケージ内に収容した光モジュール。

【請求項6】

光デバイスの試験方法であって、
ウエハのチップ領域に形成された光送信回路と光受信回路を、前記チップ領域の境界に対して斜めに延びる第１の斜め導波路と第２の斜め導波路で、前記チップ領域以外の領域に設けられた試験用の第１光結合器と第２光結合器に光学的に接続し、
前記チップ領域の内部に、前記チップ領域の上方から光を入力する第３光結合器と前記チップ領域の上方へ光を出力する第４光結合器、及び、前記第３光結合器と前記第４光結合器のそれぞれから前記境界と反対側の端面に対して斜めに延びる第３の斜め導波路と第４の斜め導波路を設け、
前記第３光結合器と前記第４光結合器、及び前記第３の斜め導波路と前記第４の斜め導波路を、前記光送信回路及び前記光受信回路から光学的に隔離し、
前記ウエハの表面と対向する位置から前記第２光結合器に第１テスト光を入力して前記第２の斜め導波路により前記第１テスト光を前記光受信回路に供給し、前記第１の斜め導波路で前記光送信回路から第２テスト光を取り出し前記第１光結合器から出力して前記光デバイスの特性を試験する、
ことを特徴とする光デバイスの試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光通信で用いられる光デバイスとこれを用いた光モジュール、及び光デバイスの試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンに代表される情報通信端末の普及、ＩｏＴ（Internet of Things）技術の進展などにより、大容量の光通信ネットワークへの要求が高まっている。波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division）方式により伝送容量の増大が進められている一方で、光トランシーバの小型化が求められている。

【0003】

シリコンフォトニクス技術は、光トランシーバの小型化に有望な技術である。シリコンチップ上に、光変調器、偏波ローテータ（ＰＲ：Polarization Rotator）、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）、９０度ハイブリッド光ミキサなどの光素子をモノリシックに集積し、レーザダイオード（ＬＤ）をフリップチップ実装する。チップ上には、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）や、これを制御するためのモニタフォトダイオード（ＰＤ）も集積し得る。これらの光素子間はシリコン細線光導波路で接続される。

【0004】

チップ上に光信号送受信のための様々な機能（電気／光変換機能、光／電気変換機能を含む）を集積すると、各機能での歩留りが積算されて、チップ全体の歩留りが劣化する。そこで、チップ試験による良品選別が重要になり、試験の効率化が望まれる。

【0005】

シリコンフォトニクス技術で作製される個々の光ＩＣのチップサイズは小さく、３００ｍｍ径といった大きなウエハで量産される。チップ化される前のウエハの状態で試験を行うことで、試験が効率化され、製品の歩留まりの低下が抑制される。ウエハの状態でテスト光を入出力するために、チップ領域にグレーティングカプラが設けられる（たとえば、特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１－１０７３８４

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０８２７９９号

【文献】国際特許公開第２０１４／０３４２３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

グレーティングカプラは反射戻り光が大きいため、送信経路または受信経路のどこかに反射点がある場合、反射点とグレーティングカプラとの間で光が共振し、動作時に送信出力光や、受信側の出力電気信号にノイズが発生する。

【0008】

本発明は、光デバイスの試験をウエハ状態で可能とし、かつ動作時の出力信号の劣化を抑制することのできる構成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】

【0009】

一つの態様では、基板に光送信回路と光受信回路が集積された光デバイスは、
光源からの出射光を前記光デバイスに入力する入射ポートまたはその近傍で、前記基板の端面に対して斜めに延びる第１の斜め導波路と、
前記光受信回路と光学的に接続される受信ポートまたはその近傍で、前記基板の前記端面に対して斜めに延びる第２の斜め導波路と、
前記光送信回路と光学的に接続される送信ポートまたはその近傍で、前記基板の前記端面に対して斜めに延びる第３の斜め導波路、
の少なくとも１つを有する。

【発明の効果】

【0010】

光デバイスの試験がウエハ状態で可能であり、かつ光デバイスの動作時に出力信号の劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態でウエハ上に形成された複数のチップ領域の模式図である。

【図2】ダイシング後に得られる第１実施形態の光デバイスの模式図である。

【図3】基板の入出力側の端部の拡大図である。

【図4】第１実施形態の変形例として、ウエハ上のグレーティングカプラの別の配置例を示す図である。

【図5】第２実施形態でウエハ上に形成された複数のチップ領域の模式図である。

【図6】ダイシング後に得られる第２実施形態の光デバイスの模式図である。

【図7】第３実施形態でウエハ上に形成された複数のチップ領域の模式図である。

【図8】ダイシング後に得られる第３実施形態の光デバイスの模式図である。

【図9】第４実施形態でウエハ上に形成された複数のチップ領域の模式図である。

【図10】ダイシング後に得られる第４実施形態の光デバイスの模式図である。

【図11】実施形態の光デバイスをパッケージ化した光電気変換用の光モジュールの構成例である。

【図12】図１１の光送受信パッケージを用いた光トランシーバモジュールの構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施形態では、ウエハ状態で光集積回路チップの特性試験を可能にし、かつ実際の動作時に出力信号の劣化が抑制される光デバイス構成を提供する。

【0013】

ダイシング後の光集積回路チップで、送受信の経路上の反射点と試験用のグレーティングカプラの間で光の共振が起きると、この共振がノイズになって、送信出力光または受信光から得られる電気出力信号が劣化する。

【0014】

望ましくない光の共振を防止するために、
（１）試験用のグレーティングカプラ（または光結合器）をウエハ上のチップ領域以外の領域に形成する、または
（２）チップ領域に形成されたグレーティングカプラを、そのチップ領域以外のチップ領域の光特性試験に用いる、
ことが考えられる。

【0015】

構成（１）の場合、ウエハが各チップにダイシングされた後は、試験用のグレーティングカプラはチップ上に残らない。構成（２）の場合、ダイシング後にチップ上に試験用のグレーティングカプラが残るが、このグレーティングカプラはチップ上の送受信経路からアイソレートされている。したがって、動作時に送受信の経路に存在する反射点と試験用のグレーティングカプラとの間で共振が生じることを防止できる。

【0016】

さらに、試験用のグレーティングカプラをチップ上の光回路に結合する光導波路を、チップ端面に対して斜めに延びるように形成する。送信経路または受信経路上の反射点と試験用のグレーティングカプラとの間で共振がない場合でも、試験に用いた光導波路がチップ端面に対して垂直に延びていると、端面での反射が起こり得る。そこで、試験用のグレーティングカプラに接続される光導波路を、チップ端面に対して斜めに配置する。

【0017】

これにより、動作時の好ましくない光の共振を最小にして、送信側の光出力信号及び／または受信側の電気出力信号の劣化を抑制する。

【0018】

以下で、図面を参照して具体的な構成を説明する。

【0019】

＜第１実施形態＞
図１は、ウエハ１００Ａに形成された複数のチップ領域１０１の模式図である。第１実施形態では、テスト光を入出力するグレーティングカプラ（図中、「ＧＣ」と表記）をチップ領域１０１の外部に設ける。

【0020】

ウエハ１００Ａは、チップ領域１０１と、チップ領域１０１に隣接して設けられるテスト光入出力領域１０２を有する。テスト光入出力領域１０２は、半導体ウエハに通常設けられているスクライブラインの一部を拡張したものであってもよい。

【0021】

ウエハ１００Ａ上に、複数のチップ領域１０１が配置されている。チップ領域１０１とチップ領域１０１の間、及びチップ領域１０１とテスト光入出力領域１０２の間は、スクライブライン１０３で区画されている。ウエハ１００Ａは、最終的にはスクライブライン１０３に沿って切断され、多数の光デバイス１０Ａが得られる。

【0022】

各チップ領域１０１には、光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘがモノリシックに形成されている。ウエハ１００Ａの状態で、各チップ領域１０１の光学性能を試験するために、テスト光入出力領域１０２に、グレーティングカプラ１２１、１２２、及び１２３が形成されている。

【0023】

グレーティングカプラ１２１、１２２、及び１２３は、スクライブライン１０３に対して斜めに延びる斜め導波路１０９によって、チップ領域１０１の光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘと光学的に接続されている。斜め導波路１０９－１～１０９－３（適宜、「斜め導波路１０９」と総称する）の端部は、斜めのままスクライブライン１０３を超えて、チップ領域１０１の端部領域に入り、チップ領域１０１内の光導波路に光学的に結合される。斜め導波路１０９の端部は、チップ領域１０１に形成された光導波路との間で方向性結合器１０６を形成する。

【0024】

ウエハの状態で試験を行う場合、チップ領域１０１に形成された図示しない電極パッドにプローブをあてて電気信号を入出力するとともに、ウエハ１００Ａの上面方向から光ファイバで光を入出力する。グレーティングカプラ１２１～１２３は、テスト光の入出力のためのインタフェースとして機能し、ウエハ１００Ａの表面から光ファイバの端面をグレーティングカプラ１２１～１２３に近づけて、光を入出射する。

【0025】

図１の例では、グレーティングカプラ１２１は、光源からの光（レーザ光など）を光送信回路Ｔｘに入力するためのインタフェースである。入力されたレーザ光の一部は、光受信回路Ｒｘでの検波にも用いられる。グレーティングカプラ１２２は、光受信回路Ｒｘに信号光を入力して受信特性をモニタするためのインタフェースである。グレーティングカプラ１２３は、光送信回路Ｔｘから出力される光信号の特性をモニタするためのインタフェースである。

【0026】

各チップ領域１０１の試験が終了すると、ウエハ１００Ａはスクライブライン１０３に沿って切断（ダイシング）され、各チップに分離される。

【0027】

図２は、ダイシング後に得られる光デバイス１０Ａの模式図である。光デバイス１０Ａは、たとえば互いに直交する２つの偏波成分と、互いに直交する２つの位相成分を用いて４つの論理値を表わすＤＰ－ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying：偏波多重直交位相偏移）方式の光デバイスである。光デバイス１０Ａは、基板１０５上に集積された光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘを有し、光トランシーバのフロントエンド（光電気変換）回路として機能する。

【0028】

光デバイス１０Ａは、ウエハ試験時にレーザ光の入力に用いられた方向性結合器１０６－１と、テスト信号光の入力に用いられた方向性結合器１０６－２と、テスト信号光の出力に用いられた方向性結合器１０６－３を有する。

【0029】

方向性結合器１０６－１では、性能試験に用いられた斜め導波路１０９－１の一部が、光導波路１０８に近接して残っている。方向性結合器１０６－２では、性能試験に用いられた斜め導波路１０９-２の一部が、光導波路１１５に近接して残っている。方向性結合器１０６－３では、性能試験に用いられた斜め導波路１０９－３の一部が、光導波路１１６に近接して残っている。

【0030】

動作時には、光源からのレーザ光が光導波路１０８に入射する。光導波路１０８を伝搬したレーザ光は、光カプラ１１によって分岐され、一方は光送信回路Ｔｘの変調部２１に供給され、他方は光受信回路Ｒｘで検波用の局発光（ＬＯ）として用いられる。

【0031】

光導波路１０８上の光カプラ１１、あるいは光受信回路Ｒｘの９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｘ、１３Ｙは反射点となり得るが、反射光がレーザ光の入射側に戻ったとしても反射光の少なくとも一部は斜め導波路１０９－１に結合して、反射が低減される。したがって、光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘに供給されるレーザ光へのノイズの混入が抑制される。

【0032】

光受信回路Ｒｘでは、光導波路１１５から入力された光信号は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５で２つの光成分に分離される。一方の光成分の偏光方向が、偏波ローテータ（ＰＲ）１４によって９０°回転された後に、９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｘと１３Ｙにそれぞれ入力される。９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｘは、一方の偏波成分（Ｘ偏波成分）を局発光ＬＯと干渉させて、位相が一致する干渉成分と、位相が９０°異なる干渉成分を出力する。９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｙは、他方の偏波成分（Ｙ偏波成分）を局発光ＬＯと干渉させて、位相が一致する干渉成分と、位相が９０°異なる干渉成分を出力する。これらの出力は、光検出器１２ａ（ＰＤＸＩ）、１２ｂ（ＰＤＸＱ）、１２ｃ（ＰＤＹＩ）、及び１２ｄ（ＰＤＹＱ）で検出される。光検出器１２ａ～１２ｄで得られた光電流は、４対の信号配線４１ａ～４１ｄから出力される。

【0033】

光導波路１１５上の光ビームスプリッタ１５は反射点となり得るが、反射光が受信光の入力端に戻ったとしても、反射光の少なくとも一部は斜め導波路１０９－２に結合して反射が低減され、不要な共振が抑制される。

【0034】

光送信回路Ｔｘでは、変調部２１でレーザ光を変調して変調光信号を生成する。変調部２１は、光変調器２１ａ（ＸＩ）、２１ｂ（ＸＱ）、２１ｃ（ＹＩ）、及び２１ｄ（ＹＱ）を有する。レーザ光は光導波路１１１を通って光変調器２１ａ～２１ｄに入力される。光変調器２１ａ～２１ｄには、信号配線３１ａ～３１ｄから高速の駆動信号が入力されてレーザ光を変調する。光変調器２１ａと２１ｂの出力光の間にπ／２の位相差が与えられて合波され、偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）２５に供給される。光変調器２１ｄと２１ｄの出力の間にπ／２の位相差が与えられ、偏波ローテータ（ＰＲ）２４によって偏光方向が９０°回転された後に偏光ビームコンバイナ２５に供給される。

【0035】

偏光ビームコンバイナ２５で合波された光は、送信光出力部１０６－３から光ファイバ等の外部光配線に出力される。出力前（たとえば偏波合成前）に、各変調光信号を適切なレベルに制御するために、基板１０５上に可変光減衰器（ＶＯＡ）２２Ｘ、２２Ｙと、出力レベル制御用のモニタフォトダイオード（ｍＰＤ）２３ａ、２３ｂが集積されていてもよい。

【0036】

図３は、基板１０５の入出力側の端部の拡大図である。レーザ光入射ポートＰ_LDの方向性結合器１０６－１は、光導波路１０８と光結合する斜め導波路１０９－１を有する。斜め導波路１０９－１は、ウエハ状態での性能試験に用いられた導波路の端部であり、基板１０５のエッジに対して斜めに延びる斜め部分１０９ａと、光導波路１０８と平行に延びる平行部分１０９ｂを有する。

【0037】

方向性結合器１０６－１は、レーザ光入力経路上の反射点からの反射光に対しても方向性結合器として働く。方向性結合器１０６－１は、試験時にグレーティングカプラ１２１からのレーザ光を光導波路１０８に高効率で結合させ、動作時に反射戻り光を斜め導波路１０９－１に分岐させるように、相互作用長、間隔などが適切に設計されている。レーザ光入力経路で反射光が生じた場合でも、反射光の少なくとも一部を斜め導波路１０９－１に結合させて、好ましくない共振を低減する。

【0038】

光信号の受信ポートＰinに設けられた方向性結合器１０６－２は、光導波路１１５と光結合する斜め導波路１０９－２を有する。斜め導波路１０９－２もウエハ状態での性能試験に用いられた導波路の端部であり、基板１０５のエッジに対して斜めに延びる斜め部分１０９ａと、光導波路１１５と平行に延びる平行部分１０９ｂを有する。

【0039】

方向性結合器１０６－２は、受信経路上の反射点からの反射光に対しても方向性結合器として働く。ウエハ試験時にテスト信号光が斜め導波路１０９－２から光導波路１１５に高効率で結合し、動作時に反射戻り光が斜め導波路１０９－２に分岐するように、相互作用長、間隔などが適切に設計されている。受信経路で反射光が生じた場合でも、反射光の少なくとも一部を斜め導波路１０９－２に結合させて、好ましくない共振を低減することができる。

【0040】

光信号を送信する送信ポートＰoutに設けられた方向性結合器１０６－３は、光導波路１１６と光結合する斜め導波路１０９－３を有する。斜め導波路１０９－３はウエハ状態での性能試験に用いられた導波路の端部であり、基板１０５のエッジに対して斜めに延びる斜め部分１０９ａと、光導波路１１５と平行に延びる平行部分１０９ｂを有する。光導波路１１６の端面と送信経路上の反射点との間で反射が起きた場合であっても、反射戻り光の少なくとも一部を斜め導波路１０９－３に結合させて、好ましくない共振を低減することができる。送信側の場合、送信光信号も一部斜め導波路１０９－３に結合して損失が生じ得るが、ノイズの低減により送信光信号の品質が維持される。

【0041】

このように、第１実施形態では、ウエハ１００Ａ上のチップ領域１０１の外に形成されたグレーティングカプラ１２１～１２３とチップ領域１０１の光回路を接続する導波路を斜めに配置することで、光デバイス１０Ａの動作時に光の共振によるノイズの発生を抑制することができる。

【0042】

図４は、第１実施形態の変形例として、ウエハ１００Ｂへのグレーティングカプラ１２１～１２３の別の配置例を示す。図４では、複数のグレーティングカプラ１２１～１２３がテスト光入出力領域１０２に整列して配置されている。

【0043】

図１の配置構成では、たとえばチップ領域１０１の光受信回路Ｒｘを検査する場合、テスト光入出力領域１０２の長さ方向の両側から２本の光ファイバを対向させて、グレーティングカプラ１２１とグレーティングカプラ１２２に光を入射することになる。この場合、各光ファイバの光軸は、グレーティングカプラ１２１と１２２の中心に対して、個別に調整される。

【0044】

図４の変形例では、グレーティングカプラ１２１～１２３をアレイ状に並べることで、ウエハ試験時の光ファイバの光軸調整が容易になる。たとえば、ファイバアレイを用いて一括して光軸を調整して、複数のグレーティングカプラに光を入出力できる。また、グレーティングカプラの配置スペースを小さくできるので、ウエハ１００Ｂでのテスト光入出力領域１０２の幅を低減することができる。

【0045】

ウエハ１００Ｂのダイシング後に得られる各光デバイス１０Ｂの構成は、図２の光デバイス１０Ａと同じである。ウエハ試験に用いた斜め導波路１０９－１～１０９－３の端部は、方向性結合器１０６－１～１０６－３の一部として光デバイス１０Ｂに残り、反射戻り光による好ましくない共振を低減する。

【0046】

＜第２実施形態＞
図５は、ウエハ１００Ｃに形成された複数のチップ領域１０１の模式図である。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。第２実施形態では、方向性結合器１０６を用いずに、斜め導波路１１９－１～１１９－３により、テスト光を光デバイス１０Ｃに入出力する。試験時に、斜め導波路１１９－１～１１９－３は、テスト光入出力領域のグレーティングカプラ１２１～１２３を、直接チップ領域１０１の光回路に接続する。

【0047】

グレーティングカプラ１２１から入力されるテスト用のレーザ光は、斜め導波路１１９－１によって光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘに供給される。グレーティングカプラ１２２から入力されるテスト用の信号光は、斜め導波路１１９－２によって光受信回路Ｒｘに入力される。光送信回路Ｔｘで生成されたテスト用の送信信号は、グレーティングカプラ１２３から出力される。

【0048】

図５の構成は、方向性結合器で発生し得る損失を低減できる。また、グレーティングカプラ１２１～１２３とチップ領域１０１内の光回路を、斜め導波路１１９－１～１１９－３で接続するので、ダイシング後の動作時に、反射戻り光によるノイズを抑制できる。

【0049】

図６は、ウエハ１００Ｃのダイシング後に得られる光デバイス１０Ｃの模式図である。光デバイス１０Ｃは、レーザ光入射ポートＰ_LDから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１１９－１と、受信ポートＰinから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１１９－２と、送信ポートＰoutから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１１９－３を有する。

【0050】

動作時に、レーザ光入射ポートＰ_LDからレーザ光が斜め導波路１１９－１に入射する。斜め導波路１１９－１を伝搬したレーザ光は、光カプラ１１によって分岐され、一方は光送信回路Ｔｘの変調部２１に供給され、他方は光受信回路Ｒｘで検波用の局発光（ＬＯ）として用いられる。

【0051】

光導波路１０８上の光カプラ１１、あるいは光受信回路Ｒｘの９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｘ及び１３Ｙは反射点となり得るが、反射光がレーザ光入射ポートＰ_LDに戻ったとしても、基板１０５の端面での反射が低減される。光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘに供給されるレーザ光へのノイズの混入が抑制され、光信号の劣化が防止される。

【0052】

受信ポートＰinから斜め導波路１１９－２に入力された受信光信号は、光受信回路Ｒｘで４つの論理値を表わす光電流に変換され、４対の信号配線４１ａ～４１ｄから出力される。受信経路上に反射点からの反射戻り光があったとしても、斜め導波路１１９－２は基板１０５のエッジに対して斜めに延びているので、端面での反射戻り光の再反射が低減され、望ましくない共振の発生が抑制される。

【0053】

光送信回路Ｔｘで生成された送信光は、斜め導波路１１９－３を通って送信ポートＰoutに出力される。斜め導波路１１９－３は基板１０５のエッジに対して斜めに延びているので、端面での反射が低減され、出射端面と送信経路上の反射点との間の共振を抑制することができる。

【0054】

さらに、方向性結合器を用いていないので、光損失を防止することができる。

【0055】

＜第３実施形態＞
図７は、ウエハ１００Ｄに形成された複数のチップ領域１０１の模式図である。第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。

【0056】

第１実施形態と第２実施形態では、チップ領域１０１に隣接するテスト光入出力領域１０２にグレーティングカプラ１２１～１２３を設けていた。この場合、１枚のウエハから切り出されるチップの数が減少する可能性がある。

【0057】

第３実施形態では、ウエハ上にテスト光入出力領域を設けずに、チップ領域内にグレーティングカプラを配置し、このグレーティングカプラを用いて、隣接するチップ領域の光学性能を試験する。

【0058】

チップ領域１０１－１に形成されたグレーティングカプラ１２１～１２３は、スクライブライン１０３に対して斜めに延びる斜め導波路１２９によって、隣接するチップ領域１０１－２の光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘに光学的に接続されている。斜め導波路１２９は、ダイシング後にグレーティングカプラ１２１～１２３とともにチップ領域１０１－１に残る第１部分１２９ａと、チップ領域１０１－２の入出力ポートに光学的に接続されることになる第２部分１２９ｂを有する。

【0059】

グレーティングカプラ１２１～１２３はチップ領域１０１－１の端部に配置され、チップ領域１０１－１の回路構成を妨げず、かつ、隣接するチップ領域１０１－１への距離を短くすることができる。グレーティングカプラ１２１～１２３は等間隔に配置されていてもよい。等間隔で配置することで、ウエハ試験の際に、光ファイバアレイを用いて一度の光軸調整で試験を行うことができる。

【0060】

図８は、ウエハ１００Ｄのダイシング後に得られる光デバイス１０Ｄの模式図である。光デバイス１０Ｄは、図６の光デバイス１０Ｃと同様に、レーザ光入射ポートＰ_LDから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１２９ｂ－１と、受信ポートＰinから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１２９ｂ－２と、送信ポートＰoutから基板エッジに対して斜めに延びる斜め導波路１２９ｂ－３を有する。

【0061】

光デバイス１０Ｄは、さらに、基板１０５上に等間隔で並べられたグレーティングカプラ１２１～１２３と、クレーティングカプラ１２１～１２３からそれぞれ基板１０５のエッジに対して斜めに延びる斜め導波路の第１部分１２９ａ－１、１２９ａ―２、１２９ａ―３を有する。グレーティングカプラ１２１～１２３は、光送信回路Ｔｘ及び光受信回路Ｒｘと光学的に隔離されている。

【0062】

第３実施形態の構成は、性能試験で用いるグレーティングカプラを配置する領域を、チップ領域と別に設ける必要がなく、ウエハ当たりのチップ数が減ることを防止できる。グレーティングカプラを等間隔で配置することで、ウエハ試験時に光ファイバアレイを用いて一括して光軸調整を行うことができる。

【0063】

＜第４実施形態＞
図９は、ウエハ１００Ｅに形成された複数のチップ領域１０１の模式図である。第１実施形態～第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。

【0064】

光デバイス１０の光回路の構成によっては、送受信用のポートＰin、Ｐoutやレーザ光入射ポートＰ_LDに光を入出力できない場合があり得る。その場合は、図９のように、斜め導波路を有する２入力２出力（２×２）光カプラ１２５を用いて、光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘにテスト光を入力する。

【0065】

チップ領域１０１－２のためのテスト光は、チップ領域１０１－１に設けられたグレーティングカプラ１２４に光ファイバの端面を所定の角度で対向させて入力される。図９の例では、チップ領域１０１－１に形成されたグレーティングカプラ１２４は、斜め導波路１３９によってスクライブライン１０３を超えて、隣接するチップ領域１０１－２の２×２光カプラ１２５に接続されている。２×２光カプラ１２５の一方の出力は光送信回路Ｔｘに光学的に接続され、他方の出力は光受信回路Ｒｘに光学的に接続されている。

【0066】

図１０は、ウエハ１００Ｅのダイシングの後に得られる光デバイス１０Ｅの模式図である。光デバイス１０Ｅは、レーザ光入射ポートＰ_LDに光学的に接続される２×２光カプラ１２５を有する。２×２光カプラ１２５の一方の入力は、レーザ入射ポートＰ_LDに接続され、他方の入力は導波路１３９ａとして、基板１０５の端面まで斜めに延びて終端している。導波路１３９ａはウエハ１００Ｅの状態での斜め導波路１３９の一部である。

【0067】

光デバイス１０Ｅはまた、２×２光カプラ１２５と反対側の端部に、グレーティングカプラ１２４と、このグレーティングカプラ１２４から基板１０５の端面に対して斜めに延びる導波路１３９ｂを有する。導波路１３９ｂは、ウエハ１００Ｅの状態での斜め導波路１３９の一部である。

【0068】

ウエハ１００Ｅの状態での試験時には、隣接するチップ領域のグレーティングカプラ１２４から２×２光カプラ１２５に光が入力され、２×２光カプラ１２５で分岐された一方の光は、光導波路１１１から光変調器２１ａ～２１ｄに入射する。入射光は、信号配線３１ａ～３１ｄから入力されるテスト用の駆動信号で変調されて光変調器２１ａ～２１ｄから出力される。光送信回路Ｔｘの特性は、モニタＰＤ２３ａ及び２３ｂから出力される電流信号を検知することで検査される。

【0069】

光デバイス１０Ｅの動作時には、レーザ光入射ポートＰ_LDから２×２光カプラ１２５に光が入力される。２×２光カプラ１２５で分岐された一方の光は光送信回路Ｔｘで変調を受け、変調光信号が送信ポートＰoutから出力される。２×２光カプラ１２５で分岐された他方の光は、局発光（ＬＯ）として光受信回路Ｒｘに入力されて、受信ポートＰinから入力される信号光を検波する。

【0070】

動作時に、２×光カプラ１２５、あるいは光受信回路Ｒｘの９０°ハイブリッド光ミキサ１３Ｘと１３Ｙは、光源からの入射光に対する反射点となり得るが、反射戻り光が生じても、導波路１３９ａの斜め配置により基板１０５の端面での再反射が抑制される。これにより、動作時に光の共振によるノイズの発生を抑制することができる。また、ウエハ状態で入出力ポートへの光の入出力が困難な場合でも、ウエハ状態で光デバイスの性能試験を行うことができる。

【0071】

＜光デバイスの適用例＞
図１１は、実施形態の光デバイス１０Ａ～１０Ｄ（適宜、「光デバイス１０」と総称する）の適用例を示す図である。実施形態の光デバイス１０を、電気回路チップとともに一つのパッケージ内に収容して光電気変換用の光送受信パッケージ５０としてもよい。

【0072】

光送受信パッケージ５０は、パッケージ５１内に、光集積回路チップである光デバイス１０と、ドライバ回路５２Ｔと、トランスインピーダンス増幅（ＴＩＡ）回路５２Ｒと、中継基板５３Ｔ及び５３Ｒ４を有する。中継基板５３Ｔを介してドライバ回路５２Ｔにデータ信号が入力されると、ドライバ回路５２Ｔはデータ信号に基づいて高速の駆動信号を生成し、光デバイス１０の光送信回路Ｔｘに入力する。光送信回路Ｔｘの変調部２１は、光デバイス１０に入力されたレーザ光（ＬＤ）を高速の駆動信号で変調し、送信ポートＰoutに出力する。

【0073】

光デバイス１０の受信ポートＰinに入力された光信号は光受信回路Ｒｘで検出され、光電流（一例として差動電流）がＴＩＡ回路５２Ｒに入力される。ＴＩＡ回路５２Ｒは、光電流を電圧信号に変換し、差動電圧信号が中継基板５３Ｒから出力される。

【0074】

光送受信パッケージ５０で用いられる光デバイス１０は、ウエハ状態で送受信の特性が検査されており、かつ入出力ポートと送受信経路上の反射点との間の光の共振が抑制されており、小型で高性能の光モジュールが実現される。

【0075】

図１２は、図１１の光送受信パッケージ５０を用いた光トランシーバモジュール６０の模式図である。光トランシーバモジュール６０は、光送受信パッケージ５０、光源ユニット（ＬＤ）６３、及び信号処理回路（ＤＳＰ）６２を有し、これらの部品はパッケージ６１内に収容されている。

【0076】

光トランシーバモジュール６０は、送受信フロントエンドである光電気変換部で好ましくない共振とそれに起因するノイズが抑制されており、良好な送受信特性を有する。

【0077】

上述した実施形態は一例であり、種々の変形が可能である。光デバイス１０の変調部２１の構成は、ＤＰ－ＱＰＳＫ方式の光変調だけではなく、１６ＱＡＭ方式やＱＰＳＫ方式などで複数の光導波路で複数の信号パスまたはチャネルが形成される構成にも適用可能である。実施形態の光トランシーバモジュール６０は、データセンター内のサーバ間等の近距離の光通信に好適に適用されるが、データセンター間の光通信や、メトロネットワークの光通信網にも適用可能である。

【0078】

ウエハ状態でテスト光を入出力する光結合器はグレーティングカプラに限定されず、ウエハ面に対して垂直または斜め方向に光を入出力できる任意の光結合器を用いることができる。たとえば、周期的な屈折率変化を有するフォトニック結晶構造や、ミラー等を用いてもよい。

【0079】

第４実施形態（図９及び図１０）で、入力光を光送信回路Ｔｘと光受信回路Ｒｘに分岐させる２×２光カプラ１２５に方向性結合器を用いてもよい。

【0080】

第１～第３実施形態を組み合わせた構成も可能である。たとえばウエハ状態で、レーザ光入射ポートと受信ポートの少なくとも一方は方向性結合器によって隣接領域のグレーティングカプラに接続され、送信ポートは斜め導波路によって直接隣接領域のグレーティングカプラに接続されていてもよい。また、図１０の構成で、グレーティングカプラ１２４に加えて、隣接チップの受信ポートＰinに結合可能なグレーティングカプラを配置するスペースがある場合は、チップ上にもうひとつグレーティングカプラを配置してもよい。ダイシング後は、いずれのグレーティングカプラも光学的に光回路から隔離される。

【符号の説明】

【0081】

１０、１０Ａ～１０Ｅ 光デバイス
１２ 受光部
２１ 変調部
２１ａ～２１ｄ 光変調器
５０ 光送受信パッケージ（光モジュール）
６０ 光トランシーバモジュール（光モジュール）
１００Ａ～１００Ｅ ウエハ
１０５ 基板
１０６、１０６－１～１０６－３ 方向性結合器
１０９－１～１０９－３、１１９－１～１１９－３、１２９－１～１２９－３ 斜め導波路
１２９ａ－１～１２９ａ－３ 斜め導波路の第１部分（第４の斜め導波路）
１２９ｂ－１～１２９ｂ－３ 斜め導波路の第２部分
１３９ 斜め導波路
１２１～１２４ グレーティングカプラ（光結合器）
１２６ ２入力２出力光カプラ
Ｐin 受信ポート
Ｐout 送信ポート
Ｐ_LD レーザ光入射ポート（入射ポート）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】