JP5431799B2 - Semiconductor laser and semiconductor optical modulator differential type semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential type semiconductor device.
高速・広帯域で、かつ小型の光伝送システムを実現するため、半導体レーザと電界吸収型半導体光変調器(以下、EA変調器という)を集積したEA変調器集積半導体レーザの開発が進んでいる。このEA変調器集積半導体レーザのビットレートとしては、例えば10Gb/s、又は25Gb/s等が想定されている。 Development of an EA modulator integrated semiconductor laser in which a semiconductor laser and an electroabsorption type semiconductor optical modulator (hereinafter referred to as an EA modulator) are integrated is progressing in order to realize a high-speed, wideband and small-sized optical transmission system. As a bit rate of the EA modulator integrated semiconductor laser, for example, 10 Gb / s, 25 Gb / s, or the like is assumed.
図2は、第1の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザの構成を示した断面図である。なお、図2(a)は半導体レーザ、図2(b)はEA変調器の構成を示した断面図である。
図2に示すように、第1の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザは、半導体レーザ100及びEA変調器200を備えている(下記非特許参考文献1参照)。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the EA modulator integrated semiconductor laser according to the first conventional example. 2A is a sectional view showing the configuration of the semiconductor laser, and FIG. 2B is a sectional view showing the configuration of the EA modulator.
As shown in FIG. 2, the EA modulator integrated semiconductor laser according to the first conventional example includes a
図2(a)に示すように、半導体レーザ100は、n−InP基板110、半絶縁InP層111、n−InP112、n−コンタクト層113、p−InP114、半絶縁InP115、活性層116、p−InP117、回折格子を形成したガイド層118、p−InP119、p−コンタクト層120、絶縁層121、p側電極122及びn側電極123を備えている。
As shown in FIG. 2A, the
また、図2(b)に示すように、EA変調器200は、n−InP基板210、n−InP211、半絶縁InP212、吸収層213、p−InP214、p−コンタクト層215、p側電極216及びn側電極217を備えている。
さらに、EA変調器200は、差動ドライバー220、正論理の信号が流れる配線221、負論理の信号が流れる配線222、終端抵抗223を備えている。
As shown in FIG. 2B, the
The EA
図2に示した第1の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザにおいては、一般に、半導体レーザ100のn−InP基板110とEA変調器200のn−InP基板210は共通である。また、活性層116と吸収層213はバットジョイントにより接合されている。さらに、半導体レーザ100のp側電極122と、半導体レーザ100のn側電極123と、EA変調器200のp側電極216は分離溝によってそれぞれ分離されている。さらに、半絶縁InP層111によって、EA変調器200のn側電極217も半導体レーザ100のp側電極122及びn側電極123から分離されている。
In the EA modulator integrated semiconductor laser according to the first conventional example shown in FIG. 2, the n-
以上説明したように、図2に示した第1の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザの構成によれば、半導体レーザ100とEA変調器200とが電気的に完全に分離されるので、半導体レーザ100とEA変調器200に別々の電気信号を印加することができる。
As described above, according to the configuration of the EA modulator integrated semiconductor laser according to the first conventional example shown in FIG. 2, the
そして、この第1の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザの構成において、EA変調器200のp側電極216に差動NRZ(Non Return to Zero)電気信号の一方の信号を、半導体レーザ100のp側電極122に差動NRZ電気信号の一方の信号と位相がそろった正弦波電気信号を印加する。この正弦波電気信号により、半導体レーザ100の光強度を調整し、各ビットの立ち上がり点や立ち下がり点で光強度が減少するように調整することで、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができる。
In the configuration of the EA modulator integrated semiconductor laser according to the first conventional example, one signal of a differential NRZ (Non Return to Zero) electric signal is applied to the p-
図3は、第2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザの構成を示した断面図である。なお、図3(a)は半導体レーザ、図3(b)はEA変調器の構成を示した断面図である。
図3に示すように、第2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザは、半導体レーザ300及びEA変調器400を備えている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an EA modulator integrated semiconductor laser according to a second conventional example. 3A is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing the configuration of the EA modulator.
As shown in FIG. 3, the EA modulator integrated semiconductor laser according to the second conventional example includes a
図3(a)に示すように、半導体レーザ300は、n−InP基板310、n−InP層311、半絶縁InP312、活性層313、p−InP314、回折格子を形成したガイド層315、p−InP316、p−コンタクト層317、p側電極318及びn側電極319を備えている。
As shown in FIG. 3A, the
また、図3(b)に示すように、EA変調器400は、n−InP基板410、半絶縁InP411、n−InP412、n−コンタクト層423、n−InP414、半絶縁InP415、吸収層416、p−InP417、p−コンタクト層418、絶縁層419、p側電極420及びn側電極421を備えている。
さらに、EA変調器400は、差動ドライバー430、正論理の信号線431及び負論理の信号線432を備えている。
As shown in FIG. 3B, the
Further, the EA
図3に示した第2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザにおいて、一般に、半導体レーザ300のn−InP基板310とEA変調器400のn−InP基板410は共通である。また、活性層313と吸収層416はバットジョイントにより接合されている。さらに、半導体レーザ300のp側電極318と、EA変調器400のp側電極420と、EA変調器400のn側電極421は分離溝によってそれぞれ分離されている。さらに、半絶縁InP層411によって、半導体レーザ300のn側電極319もEA変調器400のp側電極420及びn側電極421から分離されている。
In the EA modulator integrated semiconductor laser according to the second conventional example shown in FIG. 3, the n-
以上説明したように、図3に示した第2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザの構成によれば、半導体レーザ300とEA変調器400とが電気的に完全に分離されるので、半導体レーザ300のn側電極319とEA変調器400のn側電極421に別々の電気信号を印加することができる。
すなわち、正論理信号を正論理の信号線431に、負論理信号を負論理の信号線432に印加することで正論理と負論理を有効に活用することができる。
As described above, according to the configuration of the EA modulator integrated semiconductor laser according to the second conventional example shown in FIG. 3, the
That is, by applying a positive logic signal to the positive
以上説明したように、図2,3に示した第1,2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザのいずれも優れた特性を有するが、以下のような問題があった。
(1) 計4つある電極のうち、3つが半導体形成面、1つが基板面に存在する。そのためフリップ実装による4電極一括のマウントが不可能になり、ワイヤーボンディング等による電極の引き出しが必要になる。
(2) 図2に示す半導体レーザ100の半絶縁InP層111、図3に示すEA変調器400の半絶縁InP層411のように、素子の一部分(すなわち、半導体レーザ100又はEA変調器400の一方)にのみ半絶縁InPを形成する必要があるため、半絶縁InP層の形成及び加工が必要になる。
これらの理由により、プロセスや実装工程が複雑になり、歩留まりよく安価にモジュールを作製することができないという問題があった。
As described above, the EA modulator integrated semiconductor lasers according to the first and second conventional examples shown in FIGS. 2 and 3 have excellent characteristics, but have the following problems.
(1) Of the four electrodes in total, three are on the semiconductor formation surface and one is on the substrate surface. Therefore, it is impossible to mount four electrodes at a time by flip mounting, and it is necessary to pull out the electrodes by wire bonding or the like.
(2) A part of the element (that is, the
For these reasons, the process and the mounting process become complicated, and there is a problem that a module cannot be manufactured with a high yield and a low cost.
上述したように、図2,3に示した第1,2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザにおいては、プロセスや実装工程が複雑になり、歩留まりよく安価にモジュールを作製することができないという問題があった。
以上のことから、本発明は、歩留まりよく安価にモジュールを作製することができる半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置を提供することを目的とする。
As described above, in the EA modulator integrated semiconductor lasers according to the first and second conventional examples shown in FIGS. 2 and 3, the process and the mounting process are complicated, and a module cannot be manufactured with a high yield and low cost. There was a problem.
In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential type semiconductor device capable of producing a module with high yield and low cost.
上記の課題を解決する第1の発明に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置は、
半導体レーザと半導体光変調器とを備える半導体装置において、
半絶縁体基板上に前記半導体レーザと前記半導体光変調器を形成し、
前記半導体レーザのp側電極及びn側電極を前記半導体レーザの表面側に配置し、
前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極を前記半導体光変調器の表面側に配置し、
前記半導体レーザのp側電極とn側電極を第1の分離溝により分離し、前記半導体光変調器のp側電極とn側電極を第2の分離溝により分離し、
前記半導体レーザのp側電極及びn側電極と、前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極を第3の分離溝により分離し、
前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極に差動電気信号を印加する差動電気信号印加手段を備えると共に、前記半導体レーザのp側電極に前記差動電気信号と周波数及び位相が同一の正弦波電気信号を印加する正弦波電気信号印加手段を備える
ことを特徴とする。
A semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential type semiconductor device according to a first invention for solving the above-described problems are:
In a semiconductor device comprising a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator,
Forming the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator on a semi-insulator substrate;
The p-side and n-side electrodes of the semiconductor laser and placed on the surface side of the semiconductor laser,
Place the p-side and n-side electrodes of the semiconductor optical modulator on the surface side of the semiconductor optical modulator,
The p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor laser are separated by a first separation groove, and the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor optical modulator are separated by a second separation groove,
The p-side electrode and n-side electrode of the semiconductor laser and the p-side electrode and n-side electrode of the semiconductor optical modulator are separated by a third separation groove,
A differential electric signal applying means for applying a differential electric signal to the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor optical modulator, and the same frequency and phase as the differential electric signal of the p-side electrode of the semiconductor laser; The sine wave electric signal applying means for applying the sine wave electric signal is provided.
本発明によれば、歩留まりよく安価にモジュールを作製することができる半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor laser and semiconductor optical modulator differential type semiconductor device which can produce a module with high yield and low cost can be provided.
以下、本発明に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for implementing a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
以下、本発明の第1の実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置の構成を示した断面図である。なお、図1(a)は半導体レーザ、図1(b)はEA変調器の構成を示した断面図である。
図1に示すように、本実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置は、半導体レーザ1及びEA変調器2を備えている。
A semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential type semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the EA modulator.
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential type semiconductor device according to this embodiment include a semiconductor laser 1 and an
図1(a)に示すように、半導体レーザ1は、半絶縁InP基板10、n−InP11、n−コンタクト層12、n−InP13、半絶縁InP14、活性層15、p−InP16、回折格子を形成したガイド層17、p−InP18、p−コンタクト層19、絶縁層20p側電極21及びn側電極22を備えている。
As shown in FIG. 1A, a semiconductor laser 1 includes a
また、図1(b)に示すように、EA変調器2は、半絶縁InP基板30、n−InP31、n−コンタクト層32、n−InP33、半絶縁InP34、吸収層35、p−InP36、p−コンタクト層37、絶縁層38、p側電極39及びn側電極40を備えている。
さらに、EA変調器2は、差動ドライバー50、正論理の信号線51及び負論理の信号線52を備えている。
As shown in FIG. 1B, the
Further, the
図1に示した本実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置おいては、半導体レーザ1の半絶縁InP基板10とEA変調器2の半絶縁InP基板30は共通である。また、活性層15と吸収層35はバットジョイントにより接合されている。
In the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to this embodiment shown in FIG. 1, the
半導体レーザ1のp側電極と半導体レーザ1のn側電極22は分離溝23によって分離されている。また、EA変調器2のp側電極39とEA変調器2のn側電極40は、分離溝41によって分離されている。さらに、半導体レーザ1のp側電極21及びn側電極22とEA変調器2のp側電極39及びn側電極40は分離溝(図示省略)によってそれぞれ分離されている。
The p-side electrode of the semiconductor laser 1 and the n-
以上説明したように、図1に示した本実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置の構成によれば、半導体レーザ1とEA変調器2とが電気的に完全に分離されるので、差動ドライバー50の正論理と負論理を有効利用することができる。
As described above, according to the configuration of the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the present embodiment shown in FIG. 1, the semiconductor laser 1 and the
本実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置の構成によれば、4つの電極、すなわち半導体レーザ1のp側電極21及びn側電極22並びにEA変調器2のp側電極39とn側電極40が全て同一の方向にあるので、一括にフリップチップを実装することができる。また、半導体レーザ1及びEA変調器2が共通の半絶縁InP基板10,30上に形成されているため、図2,3に示した第1,2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザのように半絶縁InP層111,411の成長や加工が不要となるため、安価で歩留まり良くモジュールを作製することができる。
According to the configuration of the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the present embodiment, four electrodes, that is, the p-
以下、本発明の第2の実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置について説明する。
上述した第1の実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置の構成によれば、半導体レーザ1とEA変調器2とが電気的に完全に分離されるので、半導体レーザ1とEA変調器2に別々の電気信号を印加することができる。
A semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described below.
According to the configuration of the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the first embodiment described above, the semiconductor laser 1 and the
この第1の実施例に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置の構成において、EA変調器2のp側電極39及びn側電極40に差動NRZ電気信号を、半導体レーザ1のp側電極21に差動NRZ電気信号と位相がそろった正弦波電気信号を印加する。この正弦波電気信号により、半導体レーザ1の光強度を調整し、各ビットの中心付近で光強度が増加し、各ビットの立ち上がり点や立ち下がり点で光強度が減少するように調整する。このようにすることで、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができる。
In the configuration of the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the first embodiment, the differential NRZ electric signal is applied to the p-
以上説明したように、本発明に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置によれば、一括にフリップチップを実装することができる。また、本発明に係る半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置においては半導体レーザ1及びEA変調器2は共通の半絶縁InP基板10,30上に形成されているため、図2,3に示した第1,2の従来例に係るEA変調器集積半導体レーザのように半絶縁InP層111,411の成長や加工が不要となるため、安価で歩留まり良くモジュールを作製することができる。
なお、本発明における半絶縁InPとしては、ルテニウム、鉄をドープしたInPを用いることができる。
As described above, according to the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential type semiconductor device according to the present invention, flip chips can be mounted in a lump. Further, in the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator differential semiconductor device according to the present invention, the semiconductor laser 1 and the
As the semi-insulating InP in the present invention, ruthenium or iron-doped InP can be used.
本発明は、例えば、光送信器、特に、EA変調器と半導体レーザを集積したEA変調器集積半導体レーザに利用することが可能である。 The present invention can be used, for example, in an optical transmitter, in particular, an EA modulator integrated semiconductor laser in which an EA modulator and a semiconductor laser are integrated.
1 半導体レーザ
2 EA変調器
10 半絶縁InP基板
11 n−InP
12 n−コンタクト層
13 n−InP
14 半絶縁InP
15 活性層
16 p−InP
17 回折格子を形成したガイド層
18 p−InP
19 p−コンタクト層
20 絶縁層
21 p側電極
22 n側電極
23 分離溝
30 半絶縁InP基板
31 n−InP
32 n−コンタクト層
33 n−InP
34 半絶縁InP
35 吸収層
36 p−InP
37 p−コンタクト層
38 絶縁層
39 p側電極
40 n側電極
41 分離溝
50 差動ドライバー
51 正論理の信号線
52 負論理の信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 n-contact layer 13 n-InP
14 Semi-insulating InP
15 Active layer 16 p-InP
17 Guide layer with diffraction grating 18 p-InP
19 p-
32 n-contact layer 33 n-InP
34 Semi-insulating InP
35 Absorbing layer 36 p-InP
37 p-
Claims (1)
半絶縁体基板上に前記半導体レーザと前記半導体光変調器を形成し、
前記半導体レーザのp側電極及びn側電極を前記半導体レーザの表面側に配置し、
前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極を前記半導体光変調器の表面側に配置し、
前記半導体レーザのp側電極とn側電極を第1の分離溝により分離し、前記半導体光変調器のp側電極とn側電極を第2の分離溝により分離し、
前記半導体レーザのp側電極及びn側電極と、前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極を第3の分離溝により分離し、
前記半導体光変調器のp側電極及びn側電極に差動電気信号を印加する差動電気信号印加手段を備えると共に、前記半導体レーザのp側電極に前記差動電気信号と周波数及び位相が同一の正弦波電気信号を印加する正弦波電気信号印加手段を備える
ことを特徴とする半導体レーザ及び半導体光変調器差動型半導体装置。 In a semiconductor device comprising a semiconductor laser and a semiconductor optical modulator,
Forming the semiconductor laser and the semiconductor optical modulator on a semi-insulator substrate;
The p-side and n-side electrodes of the semiconductor laser and placed on the surface side of the semiconductor laser,
Place the p-side and n-side electrodes of the semiconductor optical modulator on the surface side of the semiconductor optical modulator,
Separating the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor laser by a first separation groove, and separating the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor optical modulator by a second separation groove;
The p-side electrode and n-side electrode of the semiconductor laser and the p-side electrode and n-side electrode of the semiconductor optical modulator are separated by a third separation groove,
A differential electric signal applying means for applying a differential electric signal to the p-side electrode and the n-side electrode of the semiconductor optical modulator, and the same frequency and phase as the differential electric signal of the p-side electrode of the semiconductor laser; A semiconductor laser and a semiconductor optical modulator differential semiconductor device, comprising: a sine wave electric signal applying means for applying the sine wave electric signal.
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