JP2019029649A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス整合をとることを目的とする。【解決手段】半導体発光装置は、第１電極３４に電気的に接続される第１伝送線路４２と、第２電極３６に電気的に接続される第２伝送線路４４と、グランド層５０と、を有する搭載基板３８を有する。第１伝送線路４２は、伝送方向に直交する幅Ｗ１を有する。第１電極３４は、第１伝送線路４２の幅Ｗ１を超えない大きさの幅Ｗ３を有し、第１伝送線路４２に対向する。第１伝送線路４２の各部分に対して、グランド層５０は、搭載基板３８の厚みに沿った方向の第１側Ｓ１並びに第１伝送線路４２を挟む第２側Ｓ２及び第３側Ｓ３の少なくとも１つの側に隣り合う位置関係にある。第１伝送線路４２は、少なくとも、グランド層５０に対して位置関係が同じであって伝送方向に沿ってグランド層５０が均一の形状で隣り合う部分において、第１電極３４と接合し、幅Ｗ１が均一である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。

量子井戸層やバルク層をｐ型半導体層とｎ型半導体層で挟み込み、電界を印加することで吸収率もしくは屈折率を変化させることで量子井戸層等を透過する光を変調する変調器がある。前者は電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）、後者はマッハツェンダー変調器（ＭＺ変調器）として知られている。これらの変調器（特にＥＡ変調器）に印加される交流電気信号（ＡＣ信号）はシングルエンドの形態で印加されて使われていた。近年、電気信号の品質向上や低電圧駆動（低振幅駆動）のために差動信号で電気信号を印加する方式が使われてはじめている。例えば、特許文献１及び２には、ＥＡ変調器と半導体レーザ（光源）が同一基板に集積された半導体発光装置において、ＥＡ変調器部を差動駆動することが開示されている。

特開２０１２−１５１２４４号公報 米国特許出願公開第２０１４／０１９８８１６号明細書 米国特許第６０５７９５４号明細書

変調器を差動駆動する場合、以下の課題がある。

［課題１］
変調器には、片面にｐ型半導体層側の電極を有し、逆面にｎ型半導体層側の電極を有するタイプと、同一面にｐ型半導体層及びｎ型半導体層の両方側の電極を有するタイプの二つが知られている。変調器は、１対の差動伝送線路がパターニングされているサブマウント（キャリア、搭載基板等）の素子搭載面に搭載される。変調器の両面に電極が形成されているタイプの場合、下側の電極（多くはｎ型半導体層側）は１対の差動伝送線路の一方
（例えばカソード配線）とハンダ等にて接続され、上側の電極（多くはｐ型半導体層側）はワイヤにて１対の差動伝送線路の他方（例えばアノード配線）に接続される。

アノード配線は、ワイヤ直前まで理想的なインピーダンス状態になっている。しかしカソード配線は、変調器の電極とハンダで接合するために、接合部において電極と同等以上の大きさに拡大した形状になっている。そのために電気の反射が発生する。差動駆動の場合はアノード配線及びカソード配線の電気信号品質が同等であることが求められるが、上記のようにカソード配線のみが大きな反射要因を含むために、電気信号の乱れが発生し、変調後の光波形品質（光信号品質）に影響を与えてしまう。

［課題２］
変調器が両面側に電極を有する場合、量子井戸層から電極までの構造が大きく異なる。
一般的に、量子井戸層は、光及び電気の閉じ込め特性を向上させるために幅が数μｍ程度に狭くなっている。また、量子井戸層からｐ型半導体層側の電極までの距離は大きくても数μｍ程度である。これに対して、ｎ側半導体層は、量子井戸層の下では基板のサイズを有し、１辺が１００μｍ以上の四角形であり、厚みも１００μｍ程度ある。

実際に電界がかかる量子井戸層から、ｐ型半導体層側の電極までとｎ型半導体層側の電極までとでは、１０００倍近くのオーダーでサイズが異なっており、量子井戸層から電極までのインピーダンス特性が異なっている。ここに両側から同等の（同一のインピーダンス特性を持つ）電気信号を印加した場合、実際に印加される差動信号のバランスが崩れることとなり、光波形品質が劣化する。

［課題３］
変調器は、駆動ＩＣとのインピーダンス整合（差動駆動の場合は例えば１００Ω）のために、変調器と並列に終端抵抗（マッチング抵抗、整合抵抗）が配置されて使われることが多い。伝送線路からｐ型半導体側の電極への接続と終端抵抗への接続にはワイヤで行われている（特許文献３）。ワイヤの長さを調整することで変調器の高周波応答特性（Ｅ／Ｏ応答特性、Ｓ２１特性）を向上させることができる。この効果を達成するために、終端抵抗は、変調器の、伝送線路とは反対側に配置されていた。この配置において、１対の差動伝送線路であるアノード配線及びカソード配線のそれぞれから終端抵抗までの間で、高周波特性に影響を与える要素は対称的なものではない。

具体的には、ｐ型半導体層側では変調器の電極から終端抵抗までの間にワイヤがある。
対して、ｎ型半導体層側では、伝送線路は、変調器の電極とハンダによって接続するために、その幅が拡大しているので、インダクタンス成分及び容量成分を持ちうる。このように、アノード配線及びカソード配線のそれぞれから終端抵抗までのインピーダンス特性が異なるために、差動信号の伝達具合のバランスが崩れてしまい、特性劣化の要因となる。

なお、差動信号に関わらずシングルエンド信号であっても、終端抵抗は駆動系のインピーダンスと整合を取るために配置されており、一般的には５０Ω前後のインピーダンスに設定される。終端抵抗と伝送線路との間に他の要因が含まれると、その要因によりインピーダンス不整合が発生し、所望の電圧が伝達できない等の不具合が生じる。

本発明は、インピーダンス整合をとることを目的とする。

（１）本発明に係る半導体発光装置は、光源と、第１電極及び第２電極を有して前記光源の出力光を変調するための変調器と、前記光源及び前記変調器が搭載され、前記第１電極に電気的に接続される第１伝送線路と、前記第２電極に電気的に接続される第２伝送線路と、グランド電位に接続されたグランド層と、を有する搭載基板と、を有し、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、前記第１伝送線路は、伝送方向に直交する幅を有し、前記第１電極は、前記第１伝送線路の前記幅を超えない大きさの幅を有し、前記第１伝送線路に対向し、前記第１伝送線路の各部分に対して、前記グランド層は、前記搭載基板の厚みに沿った方向の第１側並びに前記第１伝送線路を挟む第２側及び第３側の少なくとも１つの側に隣り合う位置関係にあり、前記第１伝送線路は、少なくとも、前記グランド層に対して前記位置関係が同じであって前記伝送方向に沿って前記グランド層が均一の形状で隣り合う部分において、前記第１電極と接合し、前記幅が均一であることを特徴とする。本発明によれば、第１伝送線路の幅が均一であるため、インピーダンス整合をとることができる。

（２）（１）に記載の半導体発光装置であって、前記変調器は、前記出力光を吸収するための量子井戸層と、前記量子井戸層を挟む第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層と、を有し、前記第１電極は、前記第１導電型半導体層に電気的に接続するように積層し、前記第２電極は、前記第２導電型半導体層に電気的に接続するように積層し、前記第１電極及び前記第２電極は、相互に反対を向くことを特徴としてもよい。

（３）（１）又は（２）に記載の半導体発光装置であって、前記第２伝送線路の伝送方向に直交する幅は、前記第１伝送線路の前記幅に等しいことを特徴としてもよい。

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１電極の前記幅より広いことを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路は、前記第１電極との対向領域を含む第１伝送部と、前記第１伝送部に接続する第２伝送部を有し、前記第１伝送部に対して、前記グランド層は、前記第１側に隣り合う第１グランド部と、前記第２側に隣り合う第２グランド部及び前記第３側に隣り合う第３グランド部の一方のみと、を有し、前記第２伝送部の少なくとも一部に対して、前記グランド層は、前記第１グランド部、前記第２グランド部及び前記第３グランド部を有し、前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１伝送部において均一であることを特徴としてもよい。

（６）（１）から（４）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路は、相互に非対称の平面形状を有し、相互に最も離れた部分及び相互の間隔が変動する部分を有するが、均等な線路長を有することを特徴としてもよい。

（７）（６）に記載の半導体発光装置であって、前記第２伝送線路は、前記変調器の側で、前記線路長の一端を、前記第１伝送線路に最も接近するように有することを特徴としてもよい。

（８）（６）又は（７）に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路は、前記伝送方向で前記第１電極への電気的な接続部を超えた位置に、前記線路長の一端を有することを特徴としてもよい。

（９）（６）から（８）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路は、それぞれ、前記相互に最も離れた部分の両側から、相互の間隔が狭まるように延びることを特徴としてもよい。

（１０）（６）から（９）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路は、前記第１電極との対向領域及び前記第２伝送線路から最も離れた部分を含む第１伝送部と、前記第１伝送部に接続する第２伝送部を有し、前記グランド層は、前記第１伝送部及び前記第２伝送部に対して前記第１側に隣り合う第１グランド部と、少なくとも前記第２伝送部に対して前記第２側に隣り合う第２グランド部と、少なくとも前記第２伝送部に対して前記第３側に隣り合う第３グランド部と、を有することを特徴としてもよい。

（１１）（６）から（１０）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路に隣り合う位置にある整合抵抗用電極と、前記第１伝送線路と前記整合抵抗電極との間に電気的に接続された整合抵抗と、をさらに有し、前記第２伝送線路は、前記第２電極と前記整合抵抗用電極を介して、前記整合抵抗と電気的に接続していることを特徴としてもよい。

（１２）本発明に係る半導体発光装置は、光源と、前記光源の出力光を変調するための量子井戸層を第１導電型半導体層と第２導電型半導体層で挟み込んだ構造を有する変調器と、前記光源及び前記変調器が搭載され、前記第１導電型半導体層と電気的に接続される第１接続部から延びる第１伝送線路と、前記第２導電型半導体層と電気的に接続される第２接続部から延びる第２伝送線路と、を有する搭載基板と、を有し、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、前記第１伝送線路は、伝送方向に直交する方向の幅が前記第１接続部において隣接部分以下になっており、前記第１接続部が前記隣接部分よりも特性インピーダンスが高くなるように構成されていることを特徴とする。本発明によれば、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とで特性インピーダンスが異なっていても、第１接続部がその隣接部分よりも特性インピーダンスが高いことで、インピーダンス整合をとることができる。

（１３）（１２）に記載の半導体発光装置であって、前記第１接続部は、前記隣接部分よりも前記幅が狭いことを特徴としてもよい。

（１４）（１２）又は（１３）に記載の半導体発光装置であって、前記変調器は、前記量子井戸層が上になるようにジャンクションアップ搭載されていることを特徴としてもよい。

（１５）（１２）から（１４）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記変調器は、前記第１導電型半導体層に電気的に接続するように積層する第１電極と、前記第２導電型半導体層に電気的に接続するように積層する第２電極と、を有し、前記第１電極が前記第１接続部に対向して接合していることを特徴としてもよい。

（１６）（１５）に記載の半導体発光装置であって、前記第１電極は、前記第１接続部の前記幅よりも大きいことを特徴としてもよい。

（１７）（１５）又は（１６）に記載の半導体発光装置であって、前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１接続部を除いた部分で、前記第１電極よりも大きいことを特徴としてもよい。

（１８）（１２）から（１７）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記搭載基板は、前記第１接続部を挟む両側の少なくとも一方に、スタッドを有し、前記変調器は、前記第１接続部及び前記スタッドの上に搭載されていることを特徴としてもよい。

（１９）本発明に係る半導体発光装置は、光源と、前記光源の出力光を変調するための変調器と、前記光源及び前記変調器が搭載され、第１伝送線路と第２伝送線路と整合抵抗を有する搭載基板と、前記変調器と第１伝送線路を電気的に接続する第１導電体と、前記変調器と第２伝送線路を電気的に接続する第２導電体と、を有し、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、前記整合抵抗は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路の間に、前記第１導電体及び前記第２導電体が介在しないように、電気的に接続されていることを特徴とする。本発明によれば、第１導電体及び第２導電体に至る手前の伝送経路で、インピーダンス整合をとることができる。

（２０）（１９）に記載の半導体発光装置であって、前記整合抵抗は、前記変調器に向かう伝送方向で、前記第１導電体の手前で前記第１伝送線路に電気的に接続し、前記第２導電体の手前で前記第２伝送線路に電気的に接続することを特徴としてもよい。

（２１）（１９）又は（２０）に記載の半導体発光装置であって、前記変調器は、第１電極及び第２電極をさらに有し、前記第１導電体は、前記第１電極に接合され、前記第２導電体は、前記第２電極に接合されていることを特徴としてもよい。

（２２）（２１）に記載の半導体発光装置であって、前記第１導電体及び前記第２導電体の少なくとも一方は、ワイヤを含むことを特徴としてもよい。

（２３）（２１）又は（２２）に記載の半導体発光装置であって、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記第１伝送線路又は前記第２伝送線路に対向して電気的に接続することを特徴としてもよい。

（２４）（１）乃至（２３）のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記光源と前記変調器は、同一基板に集積されていることを特徴としてもよい。

本発明を適用した第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図１に示す半導体発光装置の底面図である。 図１に示す半導体発光装置のIII−III線に沿った拡大断面図である。 半導体発光装置の回路の一部を示す図である。 本発明を適用した第１の実施形態に係る半導体発光装置を含む光モジュールを示す概略図である。 本発明を適用した第１の実施形態の変形例１に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図６に示す半導体発光装置の底面図である。 本発明を適用した第１の実施形態の変形例２に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図８に示す半導体発光装置の底面図である。 本発明を適用した第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図１０に示す半導体発光装置のXI−XI線に沿った拡大断面図である。 搭載基板を示す図である。 本発明を適用した第２の実施形態に係る半導体発光装置を含む光モジュールを示す概略図である。 本発明を適用した第２の実施形態の変形例に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図１４に示す半導体発光装置の底面図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。
図２は、図１に示す半導体発光装置の底面図である。

半導体発光装置は、発光変調素子１０を有する。発光変調素子１０は、光源１２と変調器１４が同一基板上にモノリシックに集積された構造を有する。光源１２は、一定の駆動電流を注入することで連続発振する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser））である。変調器１４は、電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）又はマッハツェンダー変調器であり、光源１２の出力光を変調する。

図３は、図１に示す半導体発光装置のIII−III線に沿った拡大断面図である。なお、図３はＥＡ変調器の場合の断面図である。変調器１４は、出力光を吸収するための量子井戸層１６と、量子井戸層１６を挟む第１導電型半導体層１８（例えばｎ型ＩｎＰ層）及び第２導電型半導体層２０（例えばｐ型ＩｎＰ層）を有する。量子井戸層１６は、例えば多重量子井戸層（ＭＱＷ（Multi Quantum Well）層）である。量子井戸層１６は、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２２及びＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２４に挟まれている。

光源１２から変調器１４にわたり、第２導電型半導体層２０はクラッド層となっており、コンタクト層としてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層２６及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層２８が積層して、ストライプ状の光導波路を構成している。その両側には、鉄（Ｆｅ）がドーピングされたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層３０が設けられている。埋め込み層３０は、パッシベーション膜３２で覆われている。

変調器１４は第１電極３４を有する。第１電極３４は、第１導電型半導体層１８に電気的に接続するように積層している。変調器１４は第２電極３６を有する。第２電極３６は、第２導電型半導体層２０に電気的に接続するように積層している。第１電極３４及び第２電極３６は、相互に反対を向く。

半導体発光装置は、搭載基板３８を有する。搭載基板３８には発光変調素子１０（光源１２及び変調器１４）が搭載されている。変調器１４は、量子井戸層１６が上になるようにジャンクションアップ搭載されている。搭載基板３８は、例えばＡｌＮ、エポキシやポリイミド等の樹脂などの絶縁材料からなるベース基板４０を有する。

搭載基板３８は、第１伝送線路４２を有する。搭載基板３８は、第２伝送線路４４を有する。第１伝送線路４２と第２伝送線路４４は、ベース基板４０の一方の面に並行するように位置し、一対の差動信号線路を構成する。第１伝送線路４２は、伝送方向に直交する幅Ｗ１を有する。第１伝送線路４２の幅Ｗ１は均一である。第２伝送線路４４の伝送方向に直交する幅Ｗ２は、第１伝送線路４２の幅Ｗ１に等しい。

第１伝送線路４２は第１電極３４に電気的に接続されている。第１電極３４は、第１伝送線路４２に対向する。第１電極３４は、第１伝送線路４２の幅Ｗ１を超えない大きさの幅Ｗ３を有する。第１伝送線路４２の幅Ｗ１は、第１電極３４の幅Ｗ３より広い。半導体発光装置は、変調器１４と第１伝送線路４２を電気的に接続する第１導電体４６を有する。第１導電体４６は、例えば半田であり、第１電極３４に接合されている。

第２伝送線路４４は第２電極３６に電気的に接続されている。変調器１４と第２伝送線路４４は、第２導電体４８によって電気的に接続されている。第２導電体４８は、例えばワイヤであり、第２電極３６に接合されている。第１導電体４６及び第２導電体４８の少なくとも一方は、ワイヤを含む。

搭載基板３８は、グランド電位に接続されたグランド層５０を有する。グランド層５０は、ベース基板４０の他方の面にあり、第１伝送線路４２及び第２伝送線路４４とともにマイクロストリップ線路を構成する。第１伝送線路４２の各部分に対して、グランド層５０は、搭載基板３８の厚みに沿った方向の第１側Ｓ１並びに第１伝送線路４２を挟む第２側Ｓ２及び第３側Ｓ３の少なくとも１つの側（本実施形態では第１側Ｓ１のみ）に隣り合う位置関係にある。

第１伝送線路４２は、少なくとも、グランド層５０に対して位置関係が同じであって伝送方向に沿ってグランド層５０が均一の形状で隣り合う部分において、第１電極３４と接合し、幅Ｗ１が均一である。本実施形態によれば、第１伝送線路４２の幅Ｗ１が均一であるため、第１伝送線路４２と変調器１４との接合部において第１伝送線路４２の形状変化起因となる電気的な反射要因がなく、接合部と他の領域間でインピーダンス整合をとることができる。その結果、アノード配線とカソード配線の電気信号品質を同等とすることができ、高品質な光波形を得ることができる。

搭載基板３８は、整合抵抗５２を有する。整合抵抗５２は、第１伝送線路４２と第２伝送線路４４の間に電気的に接続されている。ただし、整合抵抗５２と第１伝送線路４２の間には、第１導電体４６が介在しない。整合抵抗５２は、変調器１４に向かう伝送方向で、第１導電体４６の手前で第１伝送線路４２に電気的に接続している。また、整合抵抗５２と第２伝送線路４４の間には、第２導電体４８が介在しない。整合抵抗５２は、第２導電体４８の手前で第２伝送線路４４に電気的に接続している。

図４は、半導体発光装置の回路の一部を示す図である。第１伝送線路４２と第２伝送線路４４の間には、変調器１４が電気的に接続されている。第１導電体４６を含む接合部は、第１電極３４に接合されて、はしご回路を構成する。はしご回路は、並列に接続されたインダクタ及びキャパシタを含む。第２導電体４８（ワイヤ）は、第２電極３６に接合されてインダクタを構成する。つまり、第１伝送線路４２と第２伝送線路４４が同じインピーダンスであったとしても変調器１４に至るまでの間には、特性インピーダンスが異なる要因が存在している。課題３で述べたように、特性インピーダンスを異ならせる要因の後に整合抵抗５２を設けることは好ましくない。本実施形態においては、これらの特性インピーダンスを異ならせる要因よりも、変調器１４への方向において手前に、整合抵抗５２が設けられる。本実施形態によれば、第１導電体４６及び第２導電体４８に至る手前の伝送経路で、インピーダンス整合をとることができる。

図５は、本発明を適用した第１の実施形態に係る半導体発光装置を含む光モジュールを示す概略図である。半導体発光装置５４は、中継基板５６を介して、集積回路５８に接続されている。詳しくは、第１伝送線路４２及び第２伝送線路４４が、それぞれ配線６０（信号線路又はワイヤ）によって中継基板５６に接続されている。また、中継基板５６と集積回路５８は、差動信号を伝送するように、一対の配線６２（信号線路又はワイヤ）によって接続されている。

［第１の実施形態の変形例１］
図６は、本発明を適用した第１の実施形態の変形例１に係る半導体発光装置を示す平面図である。図７は、図６に示す半導体発光装置の底面図である。

第１伝送線路１４２は、第１伝送部１４２ａを有する。第１伝送線路１４２の幅Ｗ１は、第１伝送部１４２ａにおいて均一である。第１伝送部１４２ａが、第１電極３４（図３参照）との対向領域を含む。第１伝送線路１４２は、第１伝送部１４２ａに接続する第２伝送部１４２ｂを有する。

第１伝送部１４２ａに対して、グランド層１５０は、第１側Ｓ１に隣り合う第１グランド部１５０ａを有する。第１伝送部１４２ａに対して、グランド層１５０は、第２側Ｓ２に隣り合う第２グランド部１５０ｂを有するが、第２側Ｓ２とは反対の第３側Ｓ３に隣り合う位置にはグランド部を有しない。これに対して、第２伝送部１４２ｂの少なくとも一部に対して、グランド層１５０は、第１グランド部１５０ａ及び第２グランド部１５０ｂに加えて、第３側Ｓ３に隣り合う第３グランド部１５０ｃを有する。つまり、第１伝送部１４２ａは所謂ＧＳＳＧ配線形態となっており、第２伝送部１４２ｂはインピーダンスの値を保ちながらＧＳＧＳＧ配線形態に変換される領域となっている。

第１伝送線路１４２は、第１伝送部１４２ａにおいて、第１電極３４（図３参照）と接合し、幅Ｗ１が均一になっている。第１伝送部１４２ａは、グランド層１５０に対して位置関係が均等である。つまり、第１伝送部１４２ａの全体に対して、グランド層１５０は、搭載基板１３８の厚みに沿った方向の第１側Ｓ１に隣り合い、第１伝送線路１４２を挟む第２側Ｓ２及び第３側Ｓ３の一方のみに隣り合う位置関係にある。また、第１伝送部１４２ａは、伝送方向に沿ってグランド層１５０（第２グランド部１５０ｂ）が均一の形状で隣り合う。本変形例によれば、第１伝送部１４２ａの幅Ｗ１が均一であるため、変調器１４との接合部とその他の領域間でインピーダンス整合をとることができ、かつ第１伝送線路１４２および第２伝送線路１４４はインピーダンスの値を保ちながら他の配線形態に変化させても本願発明の効果は得られる。なお、第２伝送線路１４４も同様である。

［第１の実施形態の変形例２］
図８は、本発明を適用した第１の実施形態の変形例２に係る半導体発光装置を示す平面図である。図９は、図８に示す半導体発光装置の底面図である。
第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４は、相互に最も離れた部分２４２Ｍ，２４４Ｍを有する。両者が離れることで、クロストークを防止することができる。第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４は、それぞれ、相互に最も離れた部分２４２Ｍ，２４４Ｍの両側から、相互の間隔が狭まるように延びる。つまり、第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４は、相互の間隔が変動する部分を有する。第１伝送線路２４２は、第１電極３４（図３参照）との対向領域及び第２伝送線路２４４から最も離れた部分２４２Ｍを含む第１伝送部２４２ａを有する。第１伝送線路２４２は、第１伝送部２４２ａに接続する第２伝送部２４２ｂを有する。第２伝送部２４２ｂは、第１伝送部２４２ａから、変調器２１４から離れる方向に延びる。

第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４は、相互に非対称の平面形状を有する。これは、第１伝送線路２４２は変調器２１４の搭載によって電気的に接続するが、第２伝送線路２４４は第２導電体２４８（ワイヤ）によって電気的に接続するという違いからである。

第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４は、相互に均等な線路長を有する。線路長は、例えば、図８に示すように複数方向に折れ曲がる形状であれば、あらゆする方向に延びる部分の長さの合計値である。なお、ここでの均等とは±２０％までを含むものとする。第１伝送線路２４２及び第２伝送線路２４４の線路長の差が±１０％であれば特性上は好ましいが、±２０％の差があっても実用上の問題はない。

第１伝送線路２４２は、伝送方向で、変調器２１４（図３に示す第１電極３４）への電気的な接続部を超えた位置に、線路長の一端２４２Ｅを有する。第２伝送線路２４４は、変調器２１４の側で、第１伝送線路２４２に最も接近するように、線路長の一端２４４Ｅを有する。これにより、変調器２１４と第２伝送線路２４４を電気的に接続する第２導電体２４８（ワイヤ）が長くならないようになっている。

グランド層２５０は、第１伝送部２４２ａ及び第２伝送部２４２ｂに対して、搭載基板２３８の厚みに沿った方向の第１側Ｓ１に隣り合う第１グランド部２５０ａを有する。グランド層２５０は、少なくとも第２伝送部２４２ｂに対して、第１伝送線路２４２を挟む第２側Ｓ２及び第３側Ｓ３にそれぞれ隣り合う第２グランド部２５０ｂ及び第３グランド部２５０ｃを有する。つまり、第２伝送部２４２ｂは、第２グランド部２５０ｂ及び第３グランド部２５０ｃに挟まれている。なお、第２グランド部２５０ｂ及び第３グランド部２５０ｃは、第１伝送部２４２ａに対しても隣り合うように形成してもよい。

第１伝送部２４２ａは、第１グランド部２５０ａに隣り合うが、第２グランド部２５０ｂ及び第３グランド部２５０ｃには隣り合わない。つまり、第１伝送部２４２ａは、信号の伝送方向に沿って、グランド層２５０が均一の形状で隣り合う。図８の例では、第１伝送線路２４２の幅（伝送方向に直交する幅）が、第１伝送部２４２ａにおいて均一である。

整合抵抗２５２は、第１伝送線路２４２と第２伝送線路２４４の間に、第２電極２３６を介して電気的に接続されている。具体的には、第２伝送線路２４４とは反対側で、第１伝送線路２４２に隣り合うように、整合抵抗用電極２７０が設けられている。整合抵抗用電極２７０は、変調器２１４とも隣り合う。整合抵抗用電極２７０と第１伝送線路２４２の間に、整合抵抗２５２が電気的に接続されている。ワイヤ２７２が、整合抵抗用電極２７０と第２電極２３６を接続している。第２電極２３６は、第２導電体２４８（ワイヤ）を介して、第２伝送線路２４４と電気的に接続している。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明を適用した第２の実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。半導体発光装置は、発光変調素子３１０を有する。発光変調素子３１０は、光源３１２と変調器３１４を有し、その詳細は第１の実施形態で説明した通りである。

図１１は、図１０に示す半導体発光装置のXI−XI線に沿った拡大断面図である。変調器３１４は、光源３１２の出力光を変調するための量子井戸層３１６を第１導電型半導体層３１８と第２導電型半導体層３２０で挟み込んだ構造を有する。変調器３１４は、第１導電型半導体層３１８に電気的に接続するように積層する第１電極３３４を有する。変調器３１４は、第２導電型半導体層３２０に電気的に接続するように積層する第２電極３３６を有する。

半導体発光装置は、搭載基板３３８を有する。搭載基板３３８には、発光変調素子３１０（光源３１２及び変調器３１４）が搭載されている。変調器３１４は、量子井戸層３１６が上になるようにジャンクションアップ搭載されている。搭載基板３３８は、例えば絶縁材料からなるベース基板３４０を有する。搭載基板３３８は、第１伝送線路３４２を挟む両側の少なくとも一方にスタッド３６４を有する。変調器３１４は、第１伝送線路３４２及びスタッド３６４の上に搭載されている。

図１２は、搭載基板３３８を示す図である。搭載基板３３８は、第１伝送線路３４２を有する。第１伝送線路３４２は、第１導電型半導体層３１８と電気的に接続される第１接続部３６６から延びる。第１電極３３４は、第１接続部３６６に対向して接合する。第１電極３３４の幅Ｗ３は、第１接続部３６６の幅Ｗ４よりも大きい。スタッド３６４は、第１接続部３６６を挟む両側の少なくとも一方にあり、第１接続部３６６とは直接的に接続されていない。第１伝送線路３４２の幅Ｗ１は、第１接続部３６６を除いた部分で、第１電極３３４の幅Ｗ３よりも大きい。

第１電極３３４及び第２電極３３６の少なくとも一方は、第１伝送線路３４２又は第２伝送線路３４４に対向して電気的に接続している。半導体発光装置は、変調器３１４と第１伝送線路３４２を電気的に接続する第１導電体３４６を有する。第１導電体３４６は、例えば半田であり、第１電極３３４に接合されている。

第１接続部３６６は、伝送方向に直交する方向の幅Ｗ４が、その隣接部分の幅Ｗ１以下になっている。第１接続部３６６の幅Ｗ４は、その隣接部分の幅Ｗ１よりも狭い。そのため、第１接続部３６６は、その隣接部分よりも高い特性インピーダンスを有する。本実施形態によれば、第１導電型半導体層３１８と第２導電型半導体層３２０とで特性インピーダンスが異なっていても、第１接続部３６６がその隣接部分よりも特性インピーダンスが高いことで、インピーダンス整合をとることができる。なお、本実施形態では第１接続部３６６は直線状の形状を有しているが、第１導電型半導体層３１８側と第２導電型半導体層３２０側のインピーダンス差を低減させるために、所望の特性インピーダンスが得られるように種々の形状を取りうる。

搭載基板３３８は、第２伝送線路３４４を有する。第１伝送線路３４２と第２伝送線路３４４は、一対の差動信号線路を構成する。第２伝送線路３４４は、第２導電型半導体層３２０と電気的に接続される第２接続部３６８から延びる。第２接続部３６８は、その隣接部分と同じ幅Ｗ２になっている。半導体発光装置は、変調器３１４と第２伝送線路３４４を電気的に接続する第２導電体３４８を有する。第２導電体３４８は、第２電極３３６に接合されている。第１導電体３４６及び第２導電体３４８の少なくとも一方は、ワイヤを含む。

搭載基板３３８は、整合抵抗３５２を有する。整合抵抗３５２は、第１伝送線路３４２と第２伝送線路３４４の間に電気的に接続されている。ただし、整合抵抗３５２と第１伝送線路３４２の間には、第１導電体３４６が介在しない。整合抵抗３５２は、変調器３１４に向かう伝送方向で、第１導電体３４６の手前で第１伝送線路３４２に電気的に接続している。また、整合抵抗３５２と第２伝送線路３４４の間には、第２導電体３４８が介在しない。整合抵抗３５２は、第２導電体３４８の手前で第２伝送線路３４４に電気的に接続している。本実施形態によれば、第１導電体３４６及び第２導電体３４８に至る手前の伝送経路で、インピーダンス整合をとることができる。

図１３は、本発明を適用した第２の実施形態に係る半導体発光装置を含む光モジュールを示す概略図である。半導体発光装置３５４は、中継基板３５６を介して、集積回路３５８に接続されている。詳しくは、第１伝送線路３４２及び第２伝送線路３４４が、それぞれ配線３６０（信号線路又はワイヤ）によって中継基板３５６に接続されている。また、中継基板３５６と集積回路３５８は、差動信号を伝送するように、一対の配線３６２（信号線路又はワイヤ）によって接続されている。

［第２の実施形態の変形例］
図１４は、本発明を適用した第２の実施形態の変形例に係る半導体発光装置を示す平面図である。図１５は、図１４に示す半導体発光装置の底面図である。

第１伝送線路４４２は、第１伝送部４４２ａを有する。第１伝送部４４２ａが、第１電極３３４（図１１参照）との対向領域（第１接続部４６６）を含む。第１伝送線路４４２は、第１伝送部４４２ａに接続する第２伝送部４４２ｂを有する。

第１伝送部４４２ａに対して、グランド層４５０は、第１側Ｓ１に隣り合う第１グランド部４５０ａを有する。第１伝送部４４２ａに対して、グランド層４５０は、第２側Ｓ２に隣り合う第２グランド部４５０ｂを有するが、第２側Ｓ２とは反対の第３側Ｓ３に隣り合う位置にはグランド部を有しない。これに対して、第２伝送部４４２ｂの少なくとも一部に対して、グランド層４５０は、第１グランド部４５０ａ及び第２グランド部４５０ｂに加えて、第３側Ｓ３に隣り合う第３グランド部４５０ｃを有する。つまり、第１伝送部４４２ａは所謂ＧＳＳＧ配線形態となっており、第２伝送部４４２ｂはインピーダンスの値を保ちながらＧＳＧＳＧ配線形態に変換される領域となっている。

第１伝送線路４４２は、第１伝送部４４２ａにおいて、第１電極３３４（図１１参照）と接合する。第１伝送部４４２ａは、グランド層４５０に対して位置関係が均等である。つまり、第１伝送部４４２ａの全体に対して、グランド層４５０は、搭載基板４３８の厚みに沿った方向の第１側Ｓ１に隣り合い、第１伝送線路４４２を挟む第２側Ｓ２及び第３側Ｓ３の一方のみに隣り合う位置関係にある。また、第１伝送部４４２ａは、伝送方向に沿ってグランド層４５０が均一の形状で隣り合う。本実施形態で示したように、第１伝送線路４４２およびそれと対になる差動伝送線路はインピーダンスの値を保ちながら他の配線形態に変化させても本願発明の効果は得られる。なお、第２伝送線路４４４も同様である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０ 発光変調素子、１２ 光源、１４ 変調器、１６ 量子井戸層、１８ 第１導電型半導体層、２０ 第２導電型半導体層、２２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、２４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、２６ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、２８ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、３０ 埋め込み層、３２ パッシベーション膜、３４ 第１電極、３６ 第２電極、３８ 搭載基板、４０ ベース基板、４２ 第１伝送線路、４４ 第２伝送線路、４６ 第１導電体、４８ 第２導電体、５０ グランド層、５２ 整合抵抗、５４ 半導体発光装置、５６ 中継基板、５８ 集積回路、６０ 配線、６２ 配線、１３８ 搭載基板、１４２ 第１伝送線路、１４２ａ 第１伝送部、１４２ｂ 第２伝送部、１４４ 第２伝送線路、１５０ グランド層、１５０ａ 第１グランド部、１５０ｂ 第２グランド部、１５０ｃ 第３グランド部、２１４ 変調器、２３６ 第２電極、２３８ 搭載基板、２４２ 第１伝送線路、２４２Ｅ 一端、２４２Ｍ 最も離れた部分、２４２ａ 第１伝送部、２４２ｂ 第２伝送部、２４４ 第２伝送線路、２４４Ｅ 一端、２４４Ｍ 最も離れた部分、２４８ 第２導電体、２５０ グランド層、２５０ａ 第１グランド部、２５０ｂ 第２グランド部、２５０ｃ 第３グランド部、２５２ 整合抵抗、２７０ 整合抵抗用電極、２７２ ワイヤ、３１０ 発光変調素子、３１２ 光源、３１４ 変調器、３１６ 量子井戸層、３１８ 第１導電型半導体層、３２０ 第２導電型半導体層、３３４
第１電極、３３６ 第２電極、３３８ 搭載基板、３４０ ベース基板、３４２ 第１伝送線路、３４４ 第２伝送線路、３４６ 第１導電体、３４８ 第２導電体、３５２ 整合抵抗、３５４ 半導体発光装置、３５６ 中継基板、３５８ 集積回路、３６０ 配線、３６２ 配線、３６４ スタッド、３６６ 第１接続部、３６８ 第２接続部、４３８ 搭載基板、４４２ 第１伝送線路、４４２ａ 第１伝送部、４４２ｂ 第２伝送部、４４４ 第２伝送線路、４５０ グランド層、４５０ａ 第１グランド部、４５０ｂ 第２グランド部、４５０ｃ 第３グランド部、４６６ 第１接続部、Ｓ１ 第１側、Ｓ２ 第２側、Ｓ３ 第３側、Ｗ１ 幅、Ｗ２ 幅、Ｗ３ 幅、Ｗ４ 幅。

Claims (24)

1. 光源と、
   第１電極及び第２電極を有して前記光源の出力光を変調するための変調器と、
   前記光源及び前記変調器が搭載され、前記第１電極に電気的に接続される第１伝送線路と、前記第２電極に電気的に接続される第２伝送線路と、グランド電位に接続されたグランド層と、を有する搭載基板と、
   を有し、
   前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、
   前記第１伝送線路は、伝送方向に直交する幅を有し、
   前記第１電極は、前記第１伝送線路の前記幅を超えない大きさの幅を有し、前記第１伝送線路に対向し、
   前記第１伝送線路の各部分に対して、前記グランド層は、前記搭載基板の厚みに沿った方向の第１側並びに前記第１伝送線路を挟む第２側及び第３側の少なくとも１つの側に隣り合う位置関係にあり、
   前記第１伝送線路は、少なくとも、前記グランド層に対して前記位置関係が同じであって前記伝送方向に沿って前記グランド層が均一の形状で隣り合う部分において、前記第１電極と接合し、前記幅が均一であることを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置であって、
   前記変調器は、前記出力光を吸収するための量子井戸層と、前記量子井戸層を挟む第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層と、を有し、
   前記第１電極は、前記第１導電型半導体層に電気的に接続するように積層し、
   前記第２電極は、前記第２導電型半導体層に電気的に接続するように積層し、
   前記第１電極及び前記第２電極は、相互に反対を向くことを特徴とする半導体発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体発光装置であって、
   前記第２伝送線路の伝送方向に直交する幅は、前記第１伝送線路の前記幅に等しいことを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１電極の前記幅より広いことを特徴とする半導体発光装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第１伝送線路は、前記第１電極との対向領域を含む第１伝送部と、前記第１伝送部に接続する第２伝送部を有し、
   前記第１伝送部に対して、前記グランド層は、前記第１側に隣り合う第１グランド部と、前記第２側に隣り合う第２グランド部及び前記第３側に隣り合う第３グランド部の一方のみと、を有し、
   前記第２伝送部の少なくとも一部に対して、前記グランド層は、前記第１グランド部、前記第２グランド部及び前記第３グランド部を有し、
   前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１伝送部において均一であることを特徴とする半導体発光装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路は、相互に非対称の平面形状を有し、相互に最も離れた部分及び相互の間隔が変動する部分を有するが、均等な線路長を有することを特徴とする半導体発光装置。
7. 請求項６に記載の半導体発光装置であって、
   前記第２伝送線路は、前記変調器の側で、前記線路長の一端を、前記第１伝送線路に最も接近するように有することを特徴とする半導体発光装置。
8. 請求項６又は７に記載の半導体発光装置であって、
   前記第１伝送線路は、前記伝送方向で前記第１電極への電気的な接続部を超えた位置に、前記線路長の一端を有することを特徴とする半導体発光装置。
9. 請求項６から８のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路は、それぞれ、前記相互に最も離れた部分の両側から、相互の間隔が狭まるように延びることを特徴とする半導体発光装置。
10. 請求項６から９のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１伝送線路は、前記第１電極との対向領域及び前記第２伝送線路から最も離れた部分を含む第１伝送部と、前記第１伝送部に接続する第２伝送部を有し、
    前記グランド層は、前記第１伝送部及び前記第２伝送部に対して前記第１側に隣り合う第１グランド部と、少なくとも前記第２伝送部に対して前記第２側に隣り合う第２グランド部と、少なくとも前記第２伝送部に対して前記第３側に隣り合う第３グランド部と、を有することを特徴とする半導体発光装置。
11. 請求項６から１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１伝送線路に隣り合う位置にある整合抵抗用電極と、前記第１伝送線路と前記整合抵抗電極との間に電気的に接続された整合抵抗と、をさらに有し、
    前記第２伝送線路は、前記第２電極と前記整合抵抗用電極を介して、前記整合抵抗と電気的に接続していることを特徴とする半導体発光装置。
12. 光源と、
    前記光源の出力光を変調するための量子井戸層を第１導電型半導体層と第２導電型半導体層で挟み込んだ構造を有する変調器と、
    前記光源及び前記変調器が搭載され、前記第１導電型半導体層と電気的に接続される第１接続部から延びる第１伝送線路と、前記第２導電型半導体層と電気的に接続される第２接続部から延びる第２伝送線路と、を有する搭載基板と、
    を有し、
    前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、
    前記第１伝送線路は、伝送方向に直交する方向の幅が前記第１接続部において隣接部分以下になっており、前記第１接続部が前記隣接部分よりも特性インピーダンスが高くなるように構成されていることを特徴とする半導体発光装置。
13. 請求項１２に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１接続部は、前記隣接部分よりも前記幅が狭いことを特徴とする半導体発光装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の半導体発光装置であって、
    前記変調器は、前記量子井戸層が上になるようにジャンクションアップ搭載されていることを特徴とする半導体発光装置。
15. 請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
    前記変調器は、前記第１導電型半導体層に電気的に接続するように積層する第１電極と、前記第２導電型半導体層に電気的に接続するように積層する第２電極と、を有し、
    前記第１電極が前記第１接続部に対向して接合していることを特徴とする半導体発光装置。
16. 請求項１５に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１電極は、前記第１接続部の前記幅よりも大きいことを特徴とする半導体発光装置。
17. 請求項１５又は１６に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１伝送線路の前記幅は、前記第１接続部を除いた部分で、前記第１電極よりも大きいことを特徴とする半導体発光装置。
18. 請求項１２から１７のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
    前記搭載基板は、前記第１接続部を挟む両側の少なくとも一方に、スタッドを有し、
    前記変調器は、前記第１接続部及び前記スタッドの上に搭載されていることを特徴とする半導体発光装置。
19. 光源と、
    前記光源の出力光を変調するための変調器と、
    前記光源及び前記変調器が搭載され、第１伝送線路と第２伝送線路と整合抵抗を有する搭載基板と、
    前記変調器と第１伝送線路を電気的に接続する第１導電体と、
    前記変調器と第２伝送線路を電気的に接続する第２導電体と、
    を有し、
    前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、一対の差動信号線路を構成し、
    前記整合抵抗は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路の間に、前記第１導電体及び前記第２導電体が介在しないように、電気的に接続されていることを特徴とする半導体発光装置。
20. 請求項１９に記載の半導体発光装置であって、
    前記整合抵抗は、前記変調器に向かう伝送方向で、前記第１導電体の手前で前記第１伝送線路に電気的に接続し、前記第２導電体の手前で前記第２伝送線路に電気的に接続することを特徴とする半導体発光装置。
21. 請求項１９又は２０に記載の半導体発光装置であって、
    前記変調器は、第１電極及び第２電極をさらに有し、
    前記第１導電体は、前記第１電極に接合され、
    前記第２導電体は、前記第２電極に接合されていることを特徴とする半導体発光装置。
22. 請求項２１に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１導電体及び前記第２導電体の少なくとも一方は、ワイヤを含むことを特徴とする半導体発光装置。
23. 請求項２１又は２２に記載の半導体発光装置であって、
    前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記第１伝送線路又は前記第２伝送線路に対向して電気的に接続することを特徴とする半導体発光装置。
24. 請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
    前記光源と前記変調器は、同一基板に集積されていることを特徴とする半導体発光装置。

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