JP2009277833A

JP2009277833A - 半導体レーザ発光装置および電子機器

Info

Publication number: JP2009277833A
Application number: JP2008126821A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yamazaki; 知洋山崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】本発明は、半導体レーザ素子から発光されるレーザ光の発光波長の安定化、例えば環境の温度変化によってレーザ光の波長が変化するのを抑えて安定化させることを可能にする。
【解決手段】基板１１上に形成された光導波路１５と、前記光導波路１５上に実装された半導体レーザ素子２０を有し、前記光導波路１５に周期構造を有する回折格子１８が形成され、前記半導体レーザ素子２０は前記回折格子１８上に実装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ発光装置および電子機器に関するものである。

現在、光通信の広帯域化や高密度な波長多重化が要求される分野において、非常に小さいスペクトル幅、優れた波長安定性を持つ分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザ発光装置が広く使用されている。

図１５に示すように、ＤＦＢレーザ発光装置２０１は、活性層２２１近傍に、光伝搬方向に沿って光の波長オーダー（百ｎｍ程度）の凹凸構造２２３を設け、活性層２２１内の屈折率に空間的な周期性を持たせた構造である。活性層２２１内で左右へ伝搬する波動が結合することにより、ブラッグ反射が生じ、凹凸の周期構造により決定される特定波長の光のみが一方向へ伝搬するようになる。レーザ中央部に波長λの１／４に相当する位相シフトを入れることで、ブラッグ周波数において厳密に共振条件を満たし、安定した単一モード発振が可能となる（例えば、非特許文献１参照。）。

また、図１６に示すようなシリコン（Ｓｉ）エバネッセントレーザ装置３０１がある。これは、基板３３１に形成されたシリコン（Ｓｉ）導波路３１１上に化合物半導体レーザ素子３２１をボンディングしたものである。この化合物半導体レーザ素子３２１には１３族−１５族化合物半導体レーザ素子を用いている。
これは、化合物半導体レーザ素子３２１の活性層で発生した光がＳｉ導波路３１１にエバネッセント結合して導波し、Ｓｉ導波路３１１端面にて反射して共振器を形成するものである（例えば、非特許文献２参照。）。例えばシリコンフォトニクスデバイスに用いられる。

また、回折格子を利用したホログラフィックレンズは、Ｓｉフォトニクスデバイスにおいて石英ファイバとＳｉ導波路の結合に使用されている。

ＤＦＢレーザ発光装置では、百ｎｍオーダーの周期構造を化合物半導体に作り込む技術が必要である。この技術としては、結晶成長を適当な段階で中断し、干渉露光や電子線（ＥＢ）露光による直接描画によりレーザ構造中に凹凸をもつ界面を導入し、再成長することが一般的である。ここで、２回成長という複雑なプロセス、生産性が悪い電子線露光が、ＤＦＢレーザ発光装置の高コスト化の一因となっている。

また、上記Ｓｉエバネッセントレーザ装置では、ファブリペロー（ＦＰ）型共振器構造のため、発光波長の安定性に欠ける。

ホログラフィックレンズでは、回折格子を利用した構造のため、波長依存性や角度依存性が大きい。そのため、例えば環境の温度変化によってレーザ光の波長が変化する。またファイバ実装時の角度ズレに対して非常に高い実装精度が要求され、非常に調整が難しい。

米津宏雄著「光通信素子工学」工学図書昭和５９年 Brian R. Kocha et al.."A 40GHz Mode Locked Silicon Evanescent Laser", IEEE/LEOS 4th International Conference on Group IV Photonics , Tokyo, Japan, September 19-21, 2007

解決しようとする問題点は、レーザ発光装置、例えばファブリペロー（ＦＰ）型共振器構造のレーザ発光装置では、発光波長の安定性に欠ける点である。

本発明は、発光波長の安定化、例えば環境の温度変化によってレーザ光の波長が変化するのを抑えて安定化させることを可能にする。

本発明の半導体レーザ発光装置（第１半導体レーザ発光装置）は、基板上に形成された光導波路と、前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、前記光導波路に周期構造を有する回折格子が形成され、前記半導体レーザ素子は前記回折格子上に実装されている。

本発明の第１半導体レーザ発光装置では、回折格子が形成された光導波路上に半導体レーザ素子を有することから、半導体レーザ素子で発振された光は光導波路を通って射出される。また、光導波路上に回折格子を形成していることから、光導波路は分布帰還型（ＤＦＢ）構造の導波路となるので、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光装置を用いても、回折格子が形成された光導波路によって、射出される光の波長が安定化される。

本発明の半導体レーザ発光装置（第２半導体レーザ発光装置）は、基板上に形成された光導波路と、前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、前記光導波路に反射ブラッグ反射型領域を有する。

本発明の第２半導体レーザ発光装置では、光導波路上に半導体レーザ素子を有することから、半導体レーザ素子で発振された光は光導波路を通って射出される。また、光導波路に反射ブラッグ反射型領域を形成していることから、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光装置を用いても、反射ブラッグ反射型領域が形成された光導波路によって、射出される光の波長が安定化される。

本発明の電子機器装置は、電子機器装置に備えられた端子に接続される光信号配線を有し、前記端子と前記光信号配線との接続部に半導体レーザ発光装置を有し、前記半導体発光レーザ装置は、基板上に形成された光導波路と、前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、前記光導波路に周期構造を有する回折格子が形成され、前記半導体レーザ素子は前記回折格子上に実装されていて、前記半導体レーザ素子が前記端子に接続され、前記光導波路が前記光信号配線に接続されている。

本発明の電子機器装置では、電子機器装置に備えられた端子に接続される光信号配線を有し、端子と光信号配線との接続部に本発明の半導体レーザ発光装置を有していることから、端子から出力された信号は半導体レーザ素子で光に変換されて発振され、その発振された光は光導波路を通って射出され、光信号配線を通って伝送される。また、光導波路上に回折格子を形成していることから、光導波路は分布帰還型（ＤＦＢ）構造の導波路となるので、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光装置を用いても、回折格子が形成された光導波路によって、射出される光の波長が安定化される。

本発明の第１、第２半導体レーザ発光装置は、発光波長を安定化させることが可能になるという利点がある。例えば、光通信用の光源として用いた場合、安定した光通信特性が得られる。

本発明の電子機器装置は、端子と光信号配線との接続部に本発明の半導体レーザ発光装置を用いているので、発光波長を安定化させることが可能になるという利点がある。例えば、光信号用の光源として用いた場合、安定した光信号伝送特性が得られる。

本発明のレーザ発光装置に係る一実施の形態（第１実施形態）を、図１の概略構成断面図および図２の平面レイアウト図によって説明する。

図１および図２に示すように、半導体レーザ発光装置１は以下のように構成されている。
基板１１上には光導波路１５が形成されている。上記基板１１は、例えばシリコン基板１２表面に絶縁膜１３が形成され、その絶縁膜１３上に上記光導波路１５が形成されているものである。上記絶縁膜１３は、例えば酸化シリコン膜からなる。

上記光導波路１５には、例えばシリコン導波路を用いる。例えば、導波路コアをシリコンで形成し、導波路クラッドを空気とする。この導波路コアには、シリコンに限らず、二酸化シリコン、窒化シリコン、窒化リチウム、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリマー等を用いることができる。また、上記導波路クラッドには、導波路コアと屈折率が異なる材料を用いる。例えば、空気（Ａｉｒ）、二酸化シリコン、窒化シリコン、窒化リチウム、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリマー等から適宜選択される。なお、導波路コアに用いるポリマーには、半導体レーザ素子２０の発光波長の光を透過するものである必要がある。例えば、ポリメタクリル酸メチル系樹脂、フッ素化ポリマー、チオウレタン樹脂等がある。

上記光導波路１５には、周期構造を有する回折格子１８が形成されている。

例えば、上記光導波路１５の導波路コアをシリコンで形成し、導波路クラッドを二酸化シリコンとすることにより、上記回折格子１８を、例えばＭＯＳデバイスを形成するプロセスで形成することができる。通常のＭＯＳデバイスプロセスでは、トレンチ構造のキャパシタを形成する場合に、シリコン層にキャパシタを形成するための溝を形成する工程がある。この工程で、回折格子１８を形成することが可能である。また、導波路クラッドを空気とするならば、トレンチ素子分離を形成する工程で、回折格子１８を形成することが可能である。

上記回折格子１８上には半導体レーザ素子２０が実装されている。

上記半導体レーザ素子２０は、例えば、回折格子１８側より、Ｐ型半導体層２１、活性層を含む層２２、Ｎ側半導体層２３となっている。なお、Ｐ型半導体層２１、Ｎ型半導体層２３は、層中にノンドープ半導体層、電流狭窄層のような逆導電型半導体層を含む場合もある。

上記Ｎ型半導体層２３は、例えば、Ｎ型化合物半導体基板上にＮ型バッファ層、Ｎ型クラッド層を形成してなる。上記化合物半導体基板には、インジウムリン（ＩｎＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化アルミニウム（サファイア）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が用いられ、発光波長に応じて適宜、選択される。例えば赤色レーザ光を発光する半導体レーザ素子では、例えばガリウムヒ素基板が用いられ、青色レーザ光を発光する半導体レーザ素子では、例えば窒化ガリウム基板が用いられる。

また、上記活性層を含む層の活性層２２には、インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）、インジウムヒ素リン（ＩｎＡｓＰ）、アルミニウムガリウムインジウムヒ素（ＡｌＧａＩｎＡｓ）、ガリウムインジウム窒素ヒ素（ＧａＩｎＮＡｓ）、ガリウムヒ素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウム窒素（ＩｎＧａＮ）、アルミニウムインジウムガリウム窒素（ＡｌＩｎＧａＮ）等が用いられ、レーザ光の発光波長によって、適宜選択される。

上記反射レーザ素子２０は、上記光導波路１５の回折格子１８上にボンディングされる。そのボンディング方法の一つとしては、接合材料（図示せず）を用いる方法がある。
上記接合材料には、例えば、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、エポキシ系樹脂、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルの重合体（例えばメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ））、金スズ（ＡｕＳｎ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、金インジウム（ＡｕＩｎ）等がある。

上記接合材料に、例えば、ポリマーやＳＯＧ(スピンオンガラス)による接合（接着）では、接合表面の表面粗さに影響されずに接合（接着）が可能である。そして電気的・熱的に絶縁することが可能である。
上記接合材料に金属を用いた金属共晶による接合（接着）では、高い光吸収、反射を得ることができる。
例えば、インジウム金（Ｉｎ−Ａｕ）共晶では、ボンディング時のメカニカルな力で表面酸化膜を除去し、その温度上昇により共晶化させることができる。
また、インジウムリン−パラジウム−シリコン（ＩｎＰ−Ｐｄ−Ｓｉ）もしくはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）では、オーミックコンタクトとなり、表面粗さが数ｎｍの表面まで接合（接着）させることができる。
またアノードボンディング法では、５００Ｖ−１０００Ｖの電界をかけ、４００℃でＳｉＯ₂（Ｎａ含）とＳｉをボンディングすることができる。このボンディング方法では、界面でナトリウム（Ｎａ）イオンがカソード側へ、酸素（Ｏ）イオンがシリコン（Ｓｉ）のアノード側へ移動することで、接合される。なお、ウェーハボンディングより表面粗さに対する許容が大きいという利点がある。
また、ウェーハボンディング法では、表面粗さが例えば１ｎｍ以下、いわゆる鏡面状態での接合となる。この方法の一例として、酸素プラズマアシストボンディングがある。
さらに、上記半導体レーザ素子２０は、この半導体レーザ素子２０から発光される光がエバネッセント結合する部分以外の光導波路１５の領域に、金属ハンダでボンディングを行ってもよい。

次に、酸素プラズマアシストボンディングについて、以下に説明する。

酸素プラズマアシストボンディングを行うボンディング装置について、図３の概略構成図によって説明する。
図３に示すように、ボンディング装置１０１は、半導体レーザ素子２０をシリコン導波路にボンディングを行うチャンバ１１１を備えている。
このチャンバ１１１内には、シリコン導波路（図示せず）が形成された基板１１を固定するステージ１１２を有する。このステージ１１２は、例えばｘ−ｙ面内に移動可能な、通常のｘ−ｙステージを有する。また、ステージ１１２内には、ステージ１１２上に基板１１を加熱するためのヒータ（図示せず）を備えていてもよい。
また、上記ステージ１１２上には、このステージ１１２に固定された基板１１のシリコン導波路上の所定の位置に半導体レーザ素子２０を押し当てるポート１１３が備えられている。このポート１１３は昇降自在になっており、所望の圧力で半導体レーザ素子２０を基板１１の所定の位置に押し当てることができる。
また、上記ステージ１１２上と上記ポート１１３に支持される半導体レーザ素子２０間にプラズマを発生させるための電源１１４が設けられている。例えば、高周波（ＲＦ）電源である。
さらに、チャンバ１１１には、チャンバ１１１内で発生させるプラズマのガス源を供給するガス供給部１１５が備えられている。
またチャンバ１１１内の雰囲気を一定の状態に保持するため、およびチャンバ１１１内のガスを排気するための排気部１１６を有する。この排気部１１６には、図示はしていないが、例えば真空ポンプが接続されている。したがって、チャンバ１１１内は真空ポンプによって、排気が可能になっている。
図示はしていないが、ガス供給部１１５のチャンバ１１１へのガス供給側には流量を制御するバルブが設定されている。また排気部１１６には、チャンバ１１１内のガスの排気量を制御するバルブが備えられている。

次に、上記ボンディング装置１０１を用いた基板１１に形成されたシリコン導波路に半導体レーザ素子２０をボンディングする方法を説明する。上記ボンディング装置１０１では、プラズマによる親水化処理後の半導体レーザ素子２０とシリコンフォトニクス素子であるシリコン導波路が形成された基板１１とを大気中に暴露せず、ボンディングすることが可能となる。

まず、基板１１をステージ１１２上にセットし、半導体レーザ素子２０をポート１１３にセットする。
そして、基板１１と半導体レーザ素子２０との間にプラズマが発生するように、基板１１と半導体レーザ素子２０との間隔を調整する。この調整は、ポート１１３を昇降させることで行う。
そして、一旦、チャンバ１１１内を真空引きした後、チャンバ１１１内にプラズマを発生させるためのガスを、上記ガス供給部１１５より供給する。このとき、排気部１１６からチャンバ１１１内が所定の圧力になるように、排気を行う。
上記プラズマを発生させるためのガスには、例えば、酸素（Ｏ₂）、六フッ化イオウ（ＳＦ₆）、アルゴン（Ａｒ）、塩素（Ｃｌ₂）、三フッ化メタン（ＣＨＦ₃）等、種々のガスを用いることができる。しかし、ボンディングの邪魔となるゴミ（炭化水素（ハイドロカーボン：Hydrocarbon）系や水）を除去するには、酸素（Ｏ₂）プラズマご効果的である。したがって。ここでは、酸素をチャンバ１１１内に供給して、酸素プラズマを発生させた。

上記のように酸素プラズマを発生させ、基板１１のシリコン導波路表面、半導体レーザ素子２０のボンディング面を親水化処理した後、直ぐにポート１１３を下降させて、基板１１のシリコン導波路の所定の位置に半導体レーザ素子２０を接触させる。このとき、基板１１および半導体レーザ素子２０が損傷しない程度に、半導体レーザ素子２０に圧力を加えてもよい。
また、さらに強固な接合をさせるためには、この後、ステージ１１２を加熱することで、例えば１２０℃に加熱することで、アニール処理を行う。このアニール処理によって、基板１１のシリコン導波路表面と半導体レーザ素子２０のボンディング面との接合を強固にすることができる。
その後、半導体レーザ素子２０からポート１１３を離す。

次に、上記回折格子１８について、図３および図４の概略構成断面図によって説明する。

上記回折格子１８では、前進波と後退波の結合を共振器光軸方向全体にわたって連続的に行うため、以下のブラッグ（Bragg）条件を満たすように設計される。回折格子１８の周期（１ピッチの長さ）をΛ、光導波路１５を伝播する光の波長をλとすると、下記式が得られる。

Λ＝ｍ（λ／２）、ただしｍ＝自然数

ここで、周期Λで分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザ発光装置を作製した場合について考察する。
図４に示すように、レーザ発振条件ｒ１（ω）ｒ２（ω）＝１に対し、屈折角の差分Δβ＝０となるブラッグ周波数ω０ではｒ１＊ｒ２は負となることから発振できず、発振はブラッグ周波数ωを中心に対称に位置した周波数で生じる。これら二つの周波数における発振しきい値利得は等しく、同等に発振できるため、不安定な状態となる。
これを解決するため、図５に示すように、半導体レーザ素子２０の中央部にΛ／２（Λは回折格子１８の１ピッチの長さ）の位相シフト３１を挿入する。これによって、−ｒ１＊ｒ２となりブラッグ周波数ω０での発振が可能となる。

上記構成の半導体レーザ発光装置１は、回折格子１８が形成された光導波路１５上に半導体レーザ素子２０を有することから、半導体レーザ素子２０で発振された光は光導波路１５を通って射出される。また、光導波路１５上に回折格子１８を形成していることから、光導波路１５は分布帰還型（ＤＦＢ）構造の導波路となるので、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光素子を用いても、回折格子１８が形成された光導波路１５によって、射出される光の波長が安定化される。よって、光通信用の光源として用いた場合、安定した光通信特性が得られる。
また、光導波路をシリコン導波路で形成することによって、シリコン導波路上に回折格子をＣＯＭＳプロセスによって形成することが可能になる。
また、光導波路１５の回折格子１８が形成された部分をテーパ形状（先細り形状）とすることで、光導波路１５の光が伝搬される部分（光導波路１５の細い幅の部分）のコアに対して、コアを大きくすることができる。これによって半導体レーザ素子の実装のアライメントがしやすくなるという利点がある。

次に、上記光導波路１５の形状の変形例について、図６〜図８の平面図および図９の概略構成断面図によって説明する。

光導波路１５は、上記半導体レーザ素子２０から発光される光が導波する方向に先細りになる形状に形成されている。
例えば、図６に示すように、光導波路１５の回折格子１８が形成される部分は、テーパ形状を有する。そのテーパ形状の部分に回折格子１８が形成されている。上記テーパ角θは、例えば０°〜３０°に設定する。このテーパ角は、光導波路１５内に光を閉じ込めることができる角度以下に設定する必要がある。上記テーパ角θは、３０°を超えると光導波路１５内に光を閉じ込めにくくなるので、上記のように３０°以下とした。

または、図７に示すように、上記光導波路１５の回折格子１８が形成される部分は、一部にテーパ形状を有する。そのテーパ形状の部分のテーパ角θは、例えば０°〜３０°に設定する。このテーパ角は、光導波路１５内に光を閉じ込めることができる角度以下に設定する必要がある。上記テーパ角θは、３０°を超えると光導波路１５内に光を閉じ込めにくくなるので、上記のように３０°以下とした。

さらには、図８に示すように、上記光導波路１５の回折格子１８が形成される部分は、一部にテーパ形状を有し、そのテーパ形状部分が湾曲形状に形成されていてもよい。

上記説明したように、光導波路１５にテーパ形状が形成されて、光導波路１５の幅が広げられることにより、半導体レーザ素子２０のアライメントがし易くなるという利点がある。

例えば、図９（１）に示すように、光導波路１５の回折格子１８が形成されている領域に、半導体レーザ素子２０を接合するための基板側接合部材４１が、例えば、はんだパターンで形成されている。一方、半導体レーザ素子２０の実装面には、接合のための素子側接合部材４２が形成されている。
光導波路１５上の実装領域がテーパ形状となっていることから、実装領域が広がっていることがわかる。したがって、半導体レーザ素子２０が実装し易くなる。

次に、図９（２）に示すように、基板側接合部材４１に素子側接合部材４２を合わせて接合させ、半導体レーザ素子２０を光導波路１５上に実装する。これによって、半導体レーザ素子２０から発振される光が光導波路１５の回折格子１８に確実に入力される。
一方、光導波路１５上の実装領域がテーパ形状となっておらず、直線状に形成されている場合、狭い光導波路１５に半導体レーザ素子２０の発光領域を合わせなければならず、実装余裕が少なくなるという不利な点がある。

また、テーパ形状部分をアライメントマークとして用いることもできる。このように、テーパ形状部分をアライメントマークとして用いることで、半導体レーザ素子２０を光導波路１５の光の導波方向に合わせやすくなる。要するに、半導体レーザ素子２０の位置決めが用意になる。

また、半導体レーザ素子２０の実装を行い易くするため、図１０の断面図に示すように、光導波路１５に溝１９を形成してもよい。この溝１９は、実装される半導体レーザ素子２０の大きさに合わせて形成される。また、溝１９の側面は、傾斜面に形成することが好ましい。このように傾斜面に形成することで、半導体レーザ素子２０を機械的にアライメントすることが容易になる。

また、上記半導体レーザ素子２０には、ｐ型半導体層２１側に接続するｐ側電極が形成され、ｎ型半導体層２３側に接続するｎ側電極が形成されている。そして、必要に応じてレーザドライバ（図示せず）との間が配線で接続されている。
上記半導体レーザ素子２０はｐ型半導体層２１、ｎ型半導体層２３のどちらでも、上記光導波路１５側としても構わない。
基本的にはｎ型半導体基板を使用するので、ｐ型半導体層２１側を光導波路１５側にしてボンディングすることにより、いわゆるジャンクションダウンとなり、効率的である。また、ｎ型半導体基板の接合表面を平面に鏡面加工することで、このｎ型半導体基板を光導波路１５に接合させてもよい。上記鏡面加工は、例えば化学的機械研磨により行うことができる。

次に、本発明のレーザ発光装置に係る一実施の形態（第２実施形態）を、図１１の平面レイアウト図によって説明する。

図１１に示すように、半導体レーザ発光装置２は以下のように構成されている。
基板１１上には光導波路３５が形成されている。上記光導波路３５は、半導体レーザ素子２０が実装される実装領域が幅広に形成されていて、その領域の両側がテーパ形状に形成され、さらにその両側は上記実装領域よりも狭い幅の領域に形成されている。また、上記実装領域の両側の光導波路３５の狭い幅の領域には、反射ブラッグ反射型領域３８として、例えば周期構造を有する回折格子が形成されている。この回折格子は、例えばλ／４（λは半導体レーザ素子２０の発光波長）ピッチを有する。

そして、上記実装領域上には半導体レーザ素子２０が実装されている。この半導体レーザ素子２０は、上記第１実施形態で説明した構成のものを用いることができる。
また、上記半導体レーザ素子２０を光導波路１５に接合する方法は、上記第１実施形態で説明したのと同様な方法で接合できる。よって、接合材料も、上記第１実施形態で説明した材料を用いることができる。

上記構成の半導体レーザ発光装置２は、回折格子１８が形成された光導波路１５上に半導体レーザ素子２０を有することから、半導体レーザ素子２０で発振された光は光導波路３５を通って射出される。また、光導波路１５上に分布ブラッグ反射型（ＤＦＢ）領域３８を有するので、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子２０に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光素子を用いても、分布ブラッグ反射型領域３８が形成された光導波路３５によって、射出される光の波長が安定化される。よって、光通信用の光源として用いた場合、安定した光通信特性が得られる。
また、光導波路をシリコン導波路で形成することによって、シリコン導波路上に回折格子をＣＯＭＳプロセスによって形成することが可能になる。
また、光導波路３５の半導体レーザ素子２０の実装領域が幅広に形成されていることよって、半導体レーザ素子２０の実装のアライメントがしやすくなるという利点がある。

次に、本発明の電子機器装置に係る一実施の形態を、図１２の斜視図によって説明する。

図１２に示すように、電子機器装置５０１内には、複数のボード５１１、５１２、５１３）が実装されている。上記ボード５１１に形成された端子５２１とボード５１１に形成され５２２間は光信号配線５３１により接続されている。またボード５１２に形成された端子５２２とボード５１３に形成され端子５１３間は光信号配線５３２により接続されている。
上記端子５２１と上記光信号配線５３１との間には接続部５４１が設けられている。また上記端子５２２と上記光信号配線５３１、５３２との間には接続部５４２が設けられ、上記端子５２３と上記光信号配線５３２との間には接続部５４３が設けられている。
例えば、上記接続部５４１内には、前記説明したのと同様な半導体レーザ発光装置１（図示せず）を有している。すなわち、上記端子５２１が該半導体レーザ発光装置１の半導体レーザ素子（前記図１参照）に接続されていて、該半導体レーザ発光装置１の光導波路（前記図１参照）が上記光信号配線５３１の一端に接続されている。
また、上記光信号配線５３１の他端は、例えば、上記接続部５４１内で、光信号を電気信号に変換する光電変換素子（図示せず）を介して、ボード５１２に形成された端子５１２２に接続されている。

同様に、例えば、上記接続部５４２内には、前記説明したのと同様な半導体レーザ発光装置１（図示せず）を有している。すなわち、上記端子５２２が該半導体レーザ発光装置１の半導体レーザ素子（前記図１参照）に接続されていて、該半導体レーザ発光装置１の光導波路（前記図１参照）が上記光信号配線５３２の一端に接続されている。
また、上記光信号配線５３２の他端は、例えば、上記接続部５４２内で、光信号を電気信号に変換する光電変換素子（図示せず）を介して、ボード５１３に形成された端子５２３に接続されている。

また、電子機器装置５０１内に実装されている例えばボード５１１内の複数のモジュール（図示せず、例えばボード裏面に形成されている）に形成された端子５２４、５２５間を接続する光信号配線５３３を有している。上記端子５２４、５２５と上記光信号配線５３３との間には接続部５４４、５４５が設けられ、接続部５４４、５４５のそれぞれは、前記説明したのと同様な半導体レーザ発光装置１を有している。すなわち、上記一方の端子５２４が該半導体レーザ発光装置１の半導体レーザ素子（前記図１参照）に接続されていて、該半導体レーザ発光装置１の光導波路（前記図１参照）が上記光信号配線５３３の一端に接続されている。
また、上記光信号配線５３３の他端は、例えば、上記接続部５４５内で、光信号を電気信号に変換する光電変換素子（図示せず）を介して、ボード５１１に形成された端子５２５に接続されている。

さらに、電子機器装置５０１内に実装されている例えばボード５１３に形成された端子（図示せず）と別の電子機器装置５０５とを接続する光信号配線５３４を有している。上記端子５２６と上記光信号配線５３４との間には接続部５４６が設けられ、接続部５４６は、前記説明したのと同様な半導体レーザ発光装置１（図示せず）を有している。すなわち、上記端子５２６が該半導体レーザ発光装置１の半導体レーザ素子（前記図１参照）に接続されていて、該半導体レーザ発光装置１の光導波路（前記図１参照）が上記光信号配線５３４の一端に接続されている。
また、上記光信号配線５３４の他端は、例えば、上記別の電子機器装置５０５の光入力端子５５１に接続されている。
図面では、電子機器装置５０１から別の電子機器装置５０５に信号を伝送する構成を示したが、逆に別の電子機器装置５０５から電子機器装置５０１に信号を伝送する構成にも、同様に適用することができる。

上記のような構成では、例えば、電子機器装置５０１でテレビジョンチューナを構成し、別の電子機器装置５０５でテレビジョン受像機を構成することで、テレビジョン受信装置を構成することができる。また、電子機器装置５０１でコンピュータ本体部を構成し、別の電子機器装置５０５でディスプレイを構成することで、例えばデスクトップ型パーソナルコンピュータを構成することができる。

また、上記接続例は一例であって、上記接続レイアウトに限定されるものではない。要するに、電気的出力端子に接続される光信号配線のすべての接続部に対して適用することができる。
さらに、上記説明では、半導体レーザ発光装置１を用いたが、前記説明した半導体レーザ発光装置２を用いることもできる。
上記光信号配線５３１〜５３４には、例えば光ファイバケーブルを用いることができる。また、１本の光信号配線に複数本の光ファイバケーブルを設けることもできる。例えば１０Ｇｂｐｓの光ファイバケーブルをＮ本（Ｎは任意）設けることもできる。

また、図１３（１）に示すように、例えば、複数の上記光信号配線５３１と上記接続部５４１とを一体に形成することもできる。
例えば、接続部５４１の光信号配線５３１が接続されている側とは反対側に面に端子５６１を設けてもよい。この端子５６１は、接続部５４１の裏面側にかけて形成されていてもよい。このような構成とすることで、接続部５４１をコネクタ５７１として機能させることができる。
したがって、図１３（２）に示すように、デバイス５８１に形成されたソケット部５８２に上記コネクタ５７１を差し込むことによって、容易に本発明の半導体レーザ発光装置１または２（図示せず）を備えた光信号配線５３１を接続することができる。

本発明の半導体レーザ発光装置１または２をコネクタ５７１に備えた光信号配線５３１を用いた場合、伝送距離を３０ｍとすると、伝送容量が５Ｇｂｐｓ〜４０Ｇｂｐｓであり、そのときのエラーレートは１０^-12以下であった。また、消費電力は４０Ｇｂｐｓ当たり１．２Ｗ程度である。また、コネクタ部のパッケージサイズは、１７ｍｍ×１２ｍｍ×２ｍｍである。このパッケージサイズはさらに縮小化することが可能である。

また、本発明の半導体レーザ発光装置１または２をコネクタ５７１に備えた光信号配線５３１は、図１４に示すように、家庭用光ケーブル（領域Ａ）や放送局等で使用される業務用光ケーブル（領域Ｂ）として用いられる。図１４では、縦軸にビットレート（Ｇｂｐｓ）を示し、横軸に色深度（ｂｉｔ）を示した。また、パラメータとして、１０８０ｉ
の場合の３０ｆｐｓ、６０ｆｐｓ、１２０ｆｐｓ、２４０ｆｐｓ、４Ｋ２Ｋの場合の３０ｆｐｓ、６０ｆｐｓ、１２０ｆｐｓ、２４０ｆｐｓをとった。

本発明の電子機器装置５０１では、端子５２１、５２２、５２４、５２６から出力された信号は半導体レーザ素子で光に変換されて発振され、その発振された光は光導波路を通って射出され、それぞれ光信号配線５３１〜５３４を通って伝送される。また、光導波路上に回折格子を形成していることから、光導波路は分布帰還型（ＤＦＢ）構造の導波路となるので、導波されるレーザ光の波長が安定する。また半導体レーザ素子に安価な発光波長に安定性が欠けるＦＰ型共振器構造のレーザ発光装置を用いても、回折格子が形成された光導波路によって、射出される光の波長が安定化される。例えば、光信号用の光源として用いた場合、安定した光信号伝送特性が得られる。また、低コストかつ低ＴＡＴでの配線形成が可能になる。

本発明のレーザ発光装置に係る一実施の形態（第１実施形態）を示した模式的断面図である。本発明のレーザ発光装置に係る一実施の形態（第１実施形態）を示した平面図である。酸素プラズマアシストボンディングを行うボンディング装置を示した概略構成図である。回折格子を説明する概略構成断面図である。回折格子を説明する概略構成断面図である。光導波路の形状の変形例を示した平面図である。光導波路の形状の変形例を示した平面図である。光導波路の形状の変形例を示した平面図である。光導波路の形状の変形例を示した概略構成断面図である。光導波路の形状の変形例を示した概略構成断面図である。本発明のレーザ発光装置に係る一実施の形態（第２実施形態）を示した平面レイアウト図である。本発明の電子機器装置に係る一実施の形態を示した斜視図である。コネクタに係る一実施の形態を示した斜視図である。高品位テレビジョンにおけるビットレートと色深度の関係図である。従来のＤＦＢ型レーザ発光装置に係る一例を示した模式的斜視図である。従来のシリコンエバネッセントレーザ装置に係る一例を示した模式的断面図である。

符号の説明

１…半導体レーザ発光装置、１１…基板、１５…光導波路、１８…回折格子、２０…半導体レーザ素子

Claims

基板上に形成された光導波路と、
前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、
前記光導波路に周期構造を有する回折格子が形成され、
前記半導体レーザ素子は前記回折格子上に実装されている
半導体レーザ発光装置。
基板上に形成された光導波路と、
前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、
前記シリコン導波路に分布ブラッグ反射型領域を有する
半導体レーザ発光装置。
前記光導波路はシリコン導波路である
請求項１または請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
前記半導体レーザ素子は前記光導波路上に配置され、前記基板上に接合材料によって接合されている
請求項１または請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
前記接合材料は前記半導体レーザ素子の発光波長を透過する材料からなる
請求項４記載の半導体レーザ発光装置。
前記半導体レーザ素子が実装される領域の前記光導波路は、前記半導体レーザ素子から発光される光が導波する方向に先細りになる形状に形成されている
請求項１または請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
前記半導体レーザ素子が実装される領域の前記光導波路に溝が形成されている
請求項１または請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
前記屈折率差による複数の反射要素は分布ブラッグ反射型である
請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
電子機器装置に備えられた端子に接続される光信号配線を有し、
前記端子と前記光信号配線との接続部に半導体レーザ発光装置を有し、
前記半導体発光レーザ装置は、
基板上に形成された光導波路と、
前記光導波路上に実装された半導体レーザ素子を有し、
前記光導波路に周期構造を有する回折格子が形成され、
前記半導体レーザ素子は前記回折格子上に実装されていて、
前記半導体レーザ素子が前記端子に接続され、
前記光導波路が前記光信号配線に接続されている
電子機器装置。