JP4772564B2 - 光半導体素子および光半導体装置 - Google Patents
光半導体素子および光半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4772564B2 JP4772564B2 JP2006100351A JP2006100351A JP4772564B2 JP 4772564 B2 JP4772564 B2 JP 4772564B2 JP 2006100351 A JP2006100351 A JP 2006100351A JP 2006100351 A JP2006100351 A JP 2006100351A JP 4772564 B2 JP4772564 B2 JP 4772564B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- optical waveguide
- optical
- metal pattern
- optical semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 213
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 85
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 63
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910010282 TiON Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/4912—Layout
- H01L2224/49175—Parallel arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
- H01S5/02345—Wire-bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1206—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers having a non constant or multiplicity of periods
- H01S5/1209—Sampled grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、光半導体素子および光半導体装置に関する。
これまでに提案されてきた波長可変半導体レーザは、レーザ発振に対する利得機能と波長選択機能とを備えている。波長を選択する方法としては、共振器内に設けた回折格子、エタロン等の屈折率、角度等を変化させることによって損失もしくは利得の共鳴波長を変化させる方法、ならびに、共振器内部の光路長（共振器内部の屈折率もしくは物理的な長さ）を変化させることによって共振器の共振波長を変化させる方法等があげられる。
ここで、屈折率を変化させる方法は、角度または長さを変化させる方法に比較して機械的な稼動部を必要としないことから、信頼性、製造コスト等の点で有利である。屈折率を変化させる方法には、例えば、光導波路の温度を変化させる方法、電流注入等によって光導波路内のキャリア密度を変化させる方法等がある。光導波路の温度を変化させる方法を採用した波長可変レーザの具体的な例として、例えば、波長選択機能を有するサンプルドグレーティング分布帰還反射領域（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＳＧ−ＤＲ）を備える半導体レーザ等が提案されている。
この半導体レーザにおいては、複数のＳＧ−ＤＲ領域（反射領域）の反射スペクトルを制御することによって、バーニア効果を用いた波長選択が行われてレーザ光が出力される。すなわち、この半導体レーザは、複数のＳＧ−ＤＲ領域の反射ピークが重なった波長でレーザ光を発振する。したがって、個々のＳＧ−ＤＲ領域の反射ピークを制御することによって、発振波長を選択することができる。
上記複数のＳＧ−ＤＲ領域のうちいずれか１つの素子表面には、ヒータが設置されていることが多い。このヒータを発熱させることによって、ヒータが設置されているＳＧ−ＤＲ領域の光導波路の温度を変化させることができる。それにより、その光導波路の屈折率が変化する。したがって、ヒータの発熱量を制御することによって、ヒータが設置されているＳＧ−ＤＲ領域の反射ピーク波長を選択することができる。
さらに、半導体レーザ全体に熱を供給する温度制御装置を用いて上記複数のＳＧ−ＤＲ領域の光導波路の屈折率を制御することによって、発振波長を調整することができる。そこで、ヒータおよび温度制御装置に個別に電力を供給することによって半導体レーザの発振波長を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の例は、活性領域（利得領域）とヒータを設けたＤＢＲ領域（反射領域）とを隣接して配置したレーザであり、上記従来技術と同様に、ヒータの発熱量が大きいとヒータを備えていない活性領域においても温度が変化してしまう。したがって、前記特許文献１においても問題が発生していると考えられる。
本発明は、発振波長をより正確に制御することができる光半導体素子および光半導体装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光半導体装置は、利得領域である第１の光導波路領域と、第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、光半導体素子における第１の光導波路領域の上面であって、第１の光導波路領域とは電気的に分離された領域と金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、第１の光導波路部および第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とするものである。
本発明に係る光半導体装置においては、温度制御装置と熱的に接続されるべき領域に設けられた金属パターンから熱伝導部材によって第１の光導波路領域に熱が伝導する。この場合、第１の光導波路領域には、熱伝導部材との接続箇所および温度制御装置と熱的に接続されるべき領域の両方から熱が与えられる。それにより、本発明に係る光半導体装置においては、ヒータの発熱の影響を抑制して第１の光導波路領域の温度を効率よく制御することができる。その結果、発振波長をより正確に制御することができる。
本発明に係る他の光半導体装置は、利得領域である第１の光導波路領域と、第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、マウントキャリア上に設けられ、電気的に浮遊状態である金属パターンと、光半導体素子における第１の光導波路領域の上面であって、第１の光導波路領域と電気的に接続された領域と金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、第１の光導波路部および第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とするものである。
本発明に係る他の光半導体装置においては、温度制御装置と熱的に接続されるべき領域に設けられた金属パターンから熱伝導部材によって第１の光導波路領域に熱が伝導する。この場合、第１の光導波路領域には、熱伝導部材との接続箇所および温度制御装置と熱的に接続されるべき領域の両方から熱が与えられる。それにより、本発明に係る光半導体装置においては、ヒータの発熱の影響を抑制して第１の光導波路領域の温度を効率よく制御することができる。その結果、発振波長をより正確に制御することができる。
本発明に係るさらに他の光半導体装置は、利得領域である第１の光導波路領域と、第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、光半導体素子における第１の光導波路領域の上面であって、第１の光導波路領域と電気的に接続された領域と金属パターンとの間を接続する複数のワイヤとを有し、第１の光導波路部および第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とするものである。
本発明に係るさらに他の光半導体装置においては、温度制御装置と熱的に接続されるべき領域に設けられた金属パターンから熱伝導部材によって第１の光導波路領域に熱が伝導する。この場合、第１の光導波路領域には、熱伝導部材との接続箇所および温度制御装置と熱的に接続されるべき領域の両方から熱が与えられる。それにより、本発明に係る光半導体装置においては、ヒータの発熱の影響を抑制して第１の光導波路領域の温度を効率よく制御することができる。その結果、発振波長をより正確に制御することができる。
本発明に係るさらに他の光半導体装置は、利得領域である第１の光導波路領域と、第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、光半導体素子における第１の光導波路領域の上面であって、第１の光導波路領域の中央より第２の光導波路領域に近い領域と金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、第１の光導波路部および第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とするものである。
本発明に係るさらに他の光半導体装置においては、温度制御装置と熱的に接続されるべき領域に設けられた金属パターンから熱伝導部材によって第１の光導波路領域に熱が伝導する。この場合、第１の光導波路領域には、熱伝導部材との接続箇所および温度制御装置と熱的に接続されるべき領域の両方から熱が与えられる。それにより、本発明に係る光半導体装置においては、ヒータの発熱の影響を抑制して第１の光導波路領域の温度を効率よく制御することができる。その結果、発振波長をより正確に制御することができる。
ワイヤのうち少なくとも１つは、第１の光導波路領域の中央より第２の光導波路領域に近い領域に接続されていてもよい。この場合、第１の光導波路領域におけるヒータの影響を受けやすい箇所の温度を効率よく制御することができる。
マウントキャリア上に設けられた、外部と電気的に接続されるべき第２の金属パターンをさらに備え、第１の光導波路領域の上面であって第１の光半導体領域と電気的に接続された領域と第２の金属パターンとの間がワイヤを介して電気的に接続されていてもよい。
第１の光導波路領域の上面においてワイヤが接続される領域は、第１の光導波路領域の光軸方向に対する長さの２分の１よりも大きい延在距離をもって設けられた金属パターンであってもよい。第１の光導波路領域の中央より第２の光導波路領域に近い領域は、金属パターンであってもよい。
第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、複数に分割されていてもよい。また、第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、第１の光導波路領域と電気的に接続されていてもよい。また、第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、第１の光導波路領域と電気的に分離されていてもよい。
本発明によれば、第１の光導波路領域には、熱伝導部材との接続箇所および温度制御装置と熱的に接続されるべき領域から熱が与えられる。それにより、ヒータの発熱の影響を抑制して第１の光導波路領域の温度を効率よく制御することができる。その結果、発振波長をより正確に制御することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係るレーザモジュール１００について説明するための図である。図１（ａ）はレーザモジュール１００の全体構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）に示すように、レーザモジュール１００は、温度制御装置２０、マウントキャリア（ヒートシンク、サブキャリア、サブマウント等を含む）３０および波長可変半導体レーザチップ４０を備える。また、レーザモジュール１００の外部には、レーザモジュール１００の動作を制御する制御部２００と、レーザモジュール１００に電力を供給するための電源３００とが設けられている。制御部２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。レーザモジュール１００、制御部２００および電源３００を総称してレーザ装置と呼ぶこともある。
温度制御装置２０は、波長可変半導体レーザチップ４０の温度を制御するための装置である。温度制御装置２０は、制御端子等（図示せず）を介して電源３００に接続されている。温度制御装置２０は、供給された電力に応じて表面の温度を変化させることによって、波長可変半導体レーザチップ４０の温度を制御する。マウントキャリア３０は、温度制御装置２０上に載置されている。マウントキャリア３０上には、電極３１および波長可変半導体レーザチップ４０が載置されている。
電極３１は、Ａｕ等の金属から構成される金属パターンからなる。波長可変半導体レーザチップ４０の後述する電極８と電極３１とは、複数のワイヤ３２によって接続されている。ワイヤ３２は、Ａｕ等の金属から構成される。ワイヤ３２の直径は、例えば、２０μｍ程度である。電極３１は、制御端子等（図示せず）を介して電源３００に接続されている。
図１（ｂ）に示すように、波長可変半導体レーザチップ４０は、ＳＧ−ＤＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ａ、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域ＢおよびＰＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）領域Ｃを順に連結させた構造を有する。
ＳＧ−ＤＲ領域Ａは、基板１上に光導波路３、クラッド層５および絶縁層６が順に積層され、絶縁層６上にヒータ９、電源電極１０およびグランド電極１１が積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂは、基板１上に光導波路４、クラッド層５、コンタクト層７および電極８が順に積層された構造を有する。ＰＣ領域Ｃは、基板１上に光導波路１２、クラッド層５、コンタクト層１３および電極１４が順に積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＲ領域Ａ、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＢおよびＰＣ領域Ｃにおける基板１およびクラッド層５は、それぞれ一体的に形成された単一層である。光導波路３，４，１２は、同一面上に形成され、互いに光結合されている。
ＳＧ−ＤＲ領域Ａ側の基板１、光導波路３およびクラッド層５の端面には、低反射膜１５が形成されている。一方、ＰＣ領域Ｃ側の基板１、光導波路１２およびクラッド層５の端面には、低反射膜１６が形成されている。抽出回折格子２は、光導波路３，４に所定の間隔をあけて複数形成され、それによってサンプルドグレーティングが形成される。絶縁層６は、電極８と電極１４との境界にも形成されている。
基板１は、例えば、ＩｎＰからなる半導体基板である。光導波路３は、例えば、吸収端がレーザ発振波長よりも短波長側にあるＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、１．３μｍ程度のＰＬ波長を有する。光導波路４は、例えば、目的とする波長でのレーザ発振に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる活性層を含み、１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。光導波路１２は、光を吸収または増幅することによって出射光出力を変化させるためのＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなり、例えば１．５７μｍ程度のＰＬ波長を有する。
光導波路３，４のそれぞれには、ＳＧ−ＤＲセグメントが複数形成されている。本実施例においては、光導波路３，４にＳＧ−ＤＲセグメントが３つずつ形成されている。ここで、ＳＧ−ＤＲセグメントとは、光導波路３，４において抽出回折格子２が設けられている領域と抽出回折格子２が設けられていないスペース部とがそれぞれ１つ連続する領域である。
クラッド層５は、ＩｎＰからなり、光導波路３，４，１２を伝搬するレーザ光を閉じ込める機能を果たす。コンタクト層７，１３は、ＩｎＧａＡｓＰ系結晶からなる。絶縁層６は、ＳｉＮ等の絶縁体からなる保護膜である。低反射膜１５，１６は、例えばＭｇＦ２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜からなり、０．３％以下程度の反射率を有する。
ヒータ９は、ＮｉＣｒ等からなり、光導波路３のＳＧ−ＤＲセグメント上方に形成されている。ヒータ９には、電源電極１０およびグランド電極１１が接続されている。電源電極１０、グランド電極１１および電極８，１４は、Ａｕ等の導電性材料からなる。電源電極１０および電極１４は、制御端子等（図示せず）を介して電源３００に接続されている。
続いて、レーザモジュール１００の制御方法について説明する。まず、制御部２００は、電源３００を制御して電極３１および複数のワイヤ３２を介して電極８に所定の電流を供給する。それにより、光導波路４において光が発生する。また、制御部２００は、電源３００を制御して電極１４に所定の電流を供給する。それにより、光導波路４において発生した光は、光導波路３，４を伝搬しつつ、繰り返し反射および増幅されてレーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、光導波路１２において増幅または吸収された後、低反射膜１６を通して外部に出射される。光導波路１２における増幅率もしくは吸収率は、電極１４に流す電流によって制御できる。制御部２００は、電極１４への供給電流の大きさを制御することによって、波長可変半導体レーザチップ４０の出射光出力を一定に維持することができる。
また、制御部２００は、電源３００を制御してヒータ９に所定の電流を供給する。制御部２００は、その電流の大きさに応じて、ＳＧ−ＤＲ領域ＡのＳＧ−ＤＲセグメントの温度を調整することができる。この場合、ＳＧ−ＤＲ領域ＡのＳＧ−ＤＲセグメントの屈折率が変化する。それにより、光導波路３の反射ピーク波長が変化する。その結果、ＳＧ−ＤＲ領域Ａの反射ピークとＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの反射ピークとの重複波長においてレーザ光が発振される。すなわち、波長可変半導体レーザチップ４０の発振波長を選択することができる。
さらに、制御部２００は、電源３００を制御して温度制御装置２０に所定の電流を供給する。制御部２００は、その電流の大きさに応じて、光導波路３および光導波路４の両方の温度を調整することができる。この場合、光導波路３，４の屈折率が変化する。それにより、光導波路４の反射ピーク波長および光導波路３の反射ピーク波長の両方が変化する。その結果、波長可変半導体レーザチップ４０の発振波長を調整することができる。以上のことから、ヒータ９および温度制御装置２０に供給される電流の大きさを制御することによって、波長可変半導体レーザチップ４０の発振波長を制御することができる。
本実施例においては、温度制御装置２０上にマウントキャリア３０が載置されていることから、温度制御装置２０の表面の温度とマウントキャリア３０に形成された電極３１の温度とがほぼ等しくなる。それにより、温度制御装置２０によって発生した熱が複数のワイヤ３２によって電極３１から電極８に伝導する。その結果、電極８から光導波路４に熱が伝導する。このように、光導波路４には上部と下部とから熱が与えられる。したがって、温度制御装置２０は、光導波路４の温度をほぼ一定に維持することができる。以上のことから、温度制御装置２０は、ヒータ９の発熱の影響を抑制して光導波路４の温度を効率よく制御することができる。
なお、ワイヤ３２と電極８との接続位置は、電極８上の全体にわたって等間隔で離れていることが好ましい。電極８への熱伝達効率が向上するからである。また、ワイヤ３２の本数は多いことが好ましい。
本実施例においては、波長可変半導体レーザチップ４０が光半導体素子に相当し、マウントキャリア３０が温度制御装置と熱的に接続されるべき領域に相当し、ワイヤ３２が熱伝導部材に相当し、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂが第１の光導波路領域に相当し、ＳＧ−ＤＲ領域Ａが第２の光導波路領域に相当し、電極３１が金属パターンに相当し、光導波路３，４において抽出回折格子２が設けられている領域が第１の領域に相当し、抽出回折格子２が設けられていないスペース部が第２の領域に相当する。
続いて、本発明の第２実施例に係るレーザモジュール１００ａについて説明する。図２は、レーザモジュール１００ａの全体構成を示す模式図である。図２に示すように、レーザモジュール１００ａが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、マウントキャリア３０上に第２金属パターン３３が新たに設けられている点である。他の構成については、同一符号を付すことによって説明を省略する。
第２金属パターン３３は、熱伝導性の高い材料から構成される。第２金属パターン３３は、導電体であっても絶縁体であってもよい。本実施例においては、第２金属パターン３３は、Ａｕ等の金属からなる。第２金属パターン３３は、電源３００と接続されていない。したがって、第２金属パターン３３は、電極８に電力を供給するための電極ではなく、電極８に熱を供給するための熱供給手段として機能する。電極３１と電極８とは、少なくとも１本のワイヤ３２によって接続されている。また、第２金属パターン３３と電極８とは、少なくとも１本のワイヤ３２によって接続されている。
本実施例においては、電極３１および第２金属パターン３３から複数のワイヤ３２を介して電極８に熱が伝導する。したがって、温度制御装置２０は、光導波路４の温度を効率よく制御することができる。このように、複数のワイヤ３２は、必ずしも電極８に電力を供給するものでなくてもよく、温度制御装置２０において発生した熱を伝達する機能を有していれば本発明の効果を発揮する。
続いて、本発明の第３実施例に係るレーザモジュール１００ｂについて説明する。図３は、レーザモジュール１００ｂの全体構成を示す模式図である。図３に示すように、レーザモジュール１００ｂが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、電極３１および波長可変半導体レーザチップ４０がマウントキャリア３０を介さずに温度制御装置２０上に直接載置されている点である。他の構成については、同一符号を付すことによって説明を省略する。
本実施例においては、温度制御装置２０によって発生した熱は、波長可変半導体レーザチップ４０に直接伝導するとともに、電極３１に直接伝導して複数のワイヤ３２を介して電極８に伝導する。それにより、温度制御装置２０は、光導波路４の温度を効率よく制御することができる。
続いて、本発明の第４実施例に係るレーザモジュール１００ｃについて説明する。図４は、レーザモジュール１００ｃの全体構成を示す模式図である。図４に示すように、レーザモジュール１００ｃが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、電極３１および波長可変半導体レーザチップ４０がマウントキャリア３０を介さずに温度制御装置２０上に直接載置されている点および温度制御装置２０上に第２金属パターン３３が新たに設けられている点である。他の構成については、同一符号を付すことによって説明を省略する。
本実施例においては、温度制御装置２０によって発生した熱は、波長可変半導体レーザチップ４０に直接伝導するとともに、電極３１および第２金属パターン３３に直接伝導して複数のワイヤ３２を介して電極８に伝導する。それにより、温度制御装置２０は、光導波路４の温度を効率よく制御することができる。
続いて、本発明の第５実施例に係るレーザモジュール１００ｄについて説明する。図５は、レーザモジュール１００ｄの全体構成を示す模式図である。図５に示すように、レーザモジュール１００ｄが図２のレーザモジュール１００ａと異なる点は、金属パターン３４がＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの上面にさらに設けられている点である。金属パターン３４は、光導波路４と電気的に接続されていない。また、金属パターン３４と第２金属パターン３３とは１または複数のワイヤ３２によって接続されている。他の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
本実施例においては、第２金属パターン３３から複数のワイヤ３２を介して金属パターン３４に熱が伝導する。したがって、温度制御装置２０は、光導波路４の温度を効率よく制御することができる。本実施例においては、金属パターン３４が第１の光導波路領域と電気的に接続された領域に相当する。
続いて、本発明の第６実施例に係るレーザモジュール１００ｅについて説明する。図６は、レーザモジュール１００ｅの全体構成を示す模式図である。図６に示すように、レーザモジュール１００ｅが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、電極８と導通する金属パターン３４がＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの上面にさらに設けられている点である。金属パターン３４は、光導波路４と電気的に接続されている。また、金属パターン３４と第２金属パターン３３とは複数のワイヤ３２によって接続されている。他の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
本実施例においては、金属パターン３４は、光導波路４の光軸方向に対する長さの２分の１よりも大きい延在距離を有している。このように、金属パターン３４の長さが大きいことから、光導波路４に効率よく熱を供給することができる。
続いて、本発明の第７実施例に係るレーザモジュール１００ｆについて説明する。図７は、レーザモジュール１００ｆの全体構成を示す模式図である。図７に示すように、レーザモジュール１００ｆが図６のレーザモジュール１００ｅと異なる点は、金属パターン３４が光導波路４の中央よりも光導波路３に近い側に設けられている点である。他の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。この場合、ヒータ９からの熱の影響を受けやすい領域の温度を効率よく制御することができる。
なお、上記各実施例においては本発明に係る光半導体装置としてＳＧ−ＤＲ領域もしくはＳＧ−ＤＦＢ領域が記載されているが、それに限られない。本発明に係る光半導体装置は、光導波路の温度を制御するヒータを備えていれば、他の光半導体装置に適用することができる。
例えば、図８は、本発明を変調器に適用した例を示す図である。図８に示すように、表面にヒータが設けられた利得部と表面にヒータが設けられていない変調器とを備える光半導体素子の変調器の上面にワイヤ等によって温度制御装置等の加熱部から熱を供給することもできる。
３，４ 光導波路
８，３１ 電極
９ ヒータ
２０ 温度制御装置
３０ マウントキャリア
３２ ワイヤ
３３ 熱伝導部材
４０ 波長可変半導体レーザチップ
１００ レーザモジュール
８，３１ 電極
９ ヒータ
２０ 温度制御装置
３０ マウントキャリア
３２ ワイヤ
３３ 熱伝導部材
４０ 波長可変半導体レーザチップ
１００ レーザモジュール
Claims (11)
- 利得領域である第１の光導波路領域と、前記第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、
前記光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、
前記マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、
前記マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、
前記光半導体素子における前記第１の光導波路領域の上面であって、前記第１の光導波路領域とは電気的に分離された領域と前記金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、
前記第１の光導波路部および前記第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、前記第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とする光半導体装置。 - 利得領域である第１の光導波路領域と、前記第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、
前記光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、
前記マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、
前記マウントキャリア上に設けられ、電気的に浮遊状態である金属パターンと、
前記光半導体素子における前記第１の光導波路領域の上面であって、前記第１の光導波路領域と電気的に接続された領域と前記金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、
前記第１の光導波路部および前記第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、前記第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とする光半導体装置。 - 利得領域である第１の光導波路領域と、前記第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、
前記光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、
前記マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、
前記マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、
前記光半導体素子における前記第１の光導波路領域の上面であって、前記第１の光導波路領域と電気的に接続された領域と前記金属パターンとの間を接続する複数のワイヤとを有し、
前記第１の光導波路部および前記第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、前記第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とする光半導体装置。 - 利得領域である第１の光導波路領域と、前記第１の光導波路領域と光結合され、屈折率を変化させるためのヒータを備える第２の光導波路領域と、を備えた光半導体素子と、
前記光半導体素子を搭載するマウントキャリアと、
前記マウントキャリアを搭載する温度制御装置と、
前記マウントキャリア上に設けられた金属パターンと、
前記光半導体素子における前記第１の光導波路領域の上面であって、前記第１の光導波路領域の中央より前記第２の光導波路領域に近い領域と前記金属パターンとの間を接続する１つまたは複数のワイヤとを有し、
前記第１の光導波路部および前記第２の光導波路部は、回折格子を有する第１の領域と、前記第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とを備えるセグメントを複数備えることを特徴とする光半導体装置。 - 前記ワイヤのうち少なくとも１つは、前記第１の光導波路領域の中央より前記第２の光導波路領域に近い領域に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記マウントキャリア上に設けられた、外部と電気的に接続されるべき第２の金属パターンをさらに備え、
前記第１の光導波路領域の上面であって、前記第１の光半導体領域と電気的に接続された領域と前記第２の金属パターンとの間がワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。 - 前記第１の光導波路領域の上面において前記ワイヤが接続される領域は、前記第１の光導波路領域の光軸方向に対する長さの２分の１よりも大きい延在距離をもって設けられた金属パターンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記第１の光導波路領域の中央より前記第２の光導波路領域に近い領域は、金属パターンであることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。
- 前記第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、複数に分割されていることを特徴とする請求項７または８記載の光半導体装置。
- 前記第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、前記第１の光導波路領域と電気的に接続されていることを特徴とする請求項７または８記載の光半導体装置。
- 前記第１の光導波路領域の上面の金属パターンは、前記第１の光導波路領域と電気的に分離されていることを特徴とする請求項７または８記載の光半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006100351A JP4772564B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 光半導体素子および光半導体装置 |
| US11/730,260 US7474684B2 (en) | 2006-03-31 | 2007-03-30 | Optical semiconductor element and optical semiconductor device |
| US12/314,350 US7656927B2 (en) | 2006-03-31 | 2008-12-09 | Optical semiconductor element and optical semiconductor device |
| US12/640,897 US20100091805A1 (en) | 2006-03-31 | 2009-12-17 | Optical semiconductor element and optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006100351A JP4772564B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 光半導体素子および光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007273883A JP2007273883A (ja) | 2007-10-18 |
| JP4772564B2 true JP4772564B2 (ja) | 2011-09-14 |
Family
ID=38557603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006100351A Active JP4772564B2 (ja) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | 光半導体素子および光半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US7474684B2 (ja) |
| JP (1) | JP4772564B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007273644A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール |
| US20130070795A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method to switch emission wavelength of tunable laser diode |
| JP2014013823A (ja) | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 波長可変半導体レーザの制御方法 |
| US10074959B2 (en) * | 2016-08-03 | 2018-09-11 | Emcore Corporation | Modulated laser source and methods of its fabrication and operation |
| US11479849B2 (en) * | 2019-06-03 | 2022-10-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Physical vapor deposition chamber with target surface morphology monitor |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05291693A (ja) * | 1992-04-06 | 1993-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子の放熱方法 |
| US5841799A (en) * | 1994-12-17 | 1998-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser, modulation method therefor and optical communication system using the same |
| JPH08172243A (ja) * | 1994-12-17 | 1996-07-02 | Canon Inc | 光伝送装置及びその変調方式 |
| US5536085A (en) * | 1995-03-30 | 1996-07-16 | Northern Telecom Limited | Multi-wavelength gain-coupled distributed feedback laser array with fine tunability |
| JP2914248B2 (ja) * | 1995-09-23 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | 波長可変半導体レーザ素子 |
| JPH10282373A (ja) * | 1997-04-07 | 1998-10-23 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光モジュールおよび光モジュールの形成方法 |
| JP3166836B2 (ja) * | 1997-11-18 | 2001-05-14 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| JP3618989B2 (ja) * | 1997-12-24 | 2005-02-09 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置 |
| JP2000312049A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-11-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体光機能装置 |
| JP2001094200A (ja) * | 1999-09-21 | 2001-04-06 | Hitachi Ltd | 半導体レーザモジュール |
| AU2002245062A1 (en) * | 2000-10-30 | 2002-07-30 | Santur Corporation | Laser thermal tuning |
| WO2002093090A1 (en) * | 2001-05-14 | 2002-11-21 | University Of Maryland, Baltimore County | Improved thermally tunable system |
| US7224708B2 (en) * | 2004-08-30 | 2007-05-29 | The Aerospace Corporation | Focused ion beam heater thermally tunable laser |
-
2006
- 2006-03-31 JP JP2006100351A patent/JP4772564B2/ja active Active
-
2007
- 2007-03-30 US US11/730,260 patent/US7474684B2/en active Active
-
2008
- 2008-12-09 US US12/314,350 patent/US7656927B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-12-17 US US12/640,897 patent/US20100091805A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7656927B2 (en) | 2010-02-02 |
| US7474684B2 (en) | 2009-01-06 |
| US20090103585A1 (en) | 2009-04-23 |
| US20100091805A1 (en) | 2010-04-15 |
| JP2007273883A (ja) | 2007-10-18 |
| US20070228551A1 (en) | 2007-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8101957B2 (en) | Optical semiconductor device, laser chip and laser module | |
| JP6093660B2 (ja) | チューナブル・ブラッグ・グレーティング、およびそれを用いたチューナブル・レーザ・ダイオード | |
| JP4945907B2 (ja) | 波長可変レーザ | |
| EP1841025B1 (en) | Optical semiconductor device | |
| US9705278B2 (en) | Resolution of mode hopping in the output of laser cavities | |
| JP4772564B2 (ja) | 光半導体素子および光半導体装置 | |
| JP4772560B2 (ja) | 光半導体装置、およびその制御方法 | |
| JP2007273694A (ja) | 光半導体装置 | |
| US8194710B2 (en) | Semiconductor laser with heater | |
| JP2007266260A (ja) | 位相制御機能を有する光半導体装置 | |
| JP2003023208A (ja) | 波長可変半導体レーザ | |
| JP4891316B2 (ja) | 半導体発光素子および波長可変レーザ光源 | |
| CA2855913C (en) | Semiconductor laser excitation solid-state laser | |
| US6760352B2 (en) | Semiconductor laser device with a diffraction grating and semiconductor laser module | |
| JP5303580B2 (ja) | 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール | |
| JP5303581B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JP5150548B2 (ja) | 半導体レーザモジュール，およびこれを備えたラマン増幅器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100223 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100302 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100430 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110208 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110502 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110512 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110621 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110622 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140701 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4772564 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |