JP5466712B2 - 表面出射型レーザ - Google Patents
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このため、従来1チャンネルの信号を用いていた伝送を複数チャンネルで行う必要が生じる。例えば、先述した、ハイエンドルータ内ではチャンネル当り25Gbpsで40チャンネルを使用する構成などが想定されている。従って、高密度且つ簡易実装性に優れる高速半導体光素子は今後の大容量システムにおいてキーデバイスの一つとなる。
従って、従来構造の素子では容量低減と放熱性を両立することが困難であった。
本発明の水平共振器表面出射型レーザにおいて、半導体基板上に、第1導電型クラッド層と光を発生する活性層と第2導電型クラッド層の順に積層された積層構造を含み、光を面内方向に反射もしくは共振させる共振器構造部と、半導体基板上の共振器構造部内およびその延在領域に設けられた、活性層から発生した光を導波する導波路層と、光導波路層の一部に設けられ、共振構造部から放射されるレーザ光の光路を変えて半導体基板の裏面から該レーザ光を出射させる反射部とを備え、共振器構造部および反射部の側面に沿った半導体基板上に設けられた第1電極と、共振器構造部の主表面上に設けられた第2電極とを有し、第1電極は、導波路層を導波される光の進行方向と交わる方向に位置する反射部の一側面に沿って設けられた電極(1)と、導波路層を導波される光の進行方向に平行する方向に位置する共振器構造部の一側面および反射部の他側面に沿って設けられた電極(2)とを含み、電極(2)の形状は、少なくとも2箇所で異なる幅を有することを特徴とする。
また、電気線路のパターニングによりインピーダンスマッチングの設計が可能であるため、電気的な設計の自由度が大幅にあがるため高速化に有利である。
光は該基板1の裏面のn電極6と該基板1の表面のp電極5からInGaAsP活性層2に電流が注入されて発生する。発生した光は屈折率が周期的に変化する回折格子3が形成された導波路中を伝播する。光がこの回折格子で帰還されることでレーザ発振が起こる。本レーザは所謂分布帰還形(DFB:Distributed Feedback)レーザである。こうして発生したレーザ光は導波路の一端をエッチング加工することで形成された45°反射鏡8で全反射し、基板裏面方向に導かれ、基板裏面の出射面9から出射される。素子はチップ化された後、レーザサブマウント11上に、p電極5のある面を接着面としてAuSnはんだでダイボンドされる。一方、n電極は50μ径の金ワイヤ10を用いて、図示していないが、グランドと接続される。
図3A−Fに示すように、本実施例の波長1.3μm帯のInGaAlAs量子井戸型水平共振器面発光レーザ素子は、ストライプ状に加工された半導体のヘテロ構造が半絶縁層で埋め込まれた埋込みヘテロ型(BH:Buried Hetero)構造を有する。この例では、埋込みへテロ構造におけるストライプ状の光導波路部分の周囲は、Fe(鉄)をInPにドープした高抵抗の半絶縁層87で埋め込まれている。n型半導体は硫黄(Sulfur:元素記号S)をドープし、p型半導体は亜鉛(Zinc:元素記号Zn)をドープするものとする。
また、本実施例では、DFBレーザで構成したが、DBRレーザでも構わない。
まず、図3Aに示すように、レーザ部分の構造を形成するために、半絶縁基板80上にn型InP基板で構成されたn型半導体基板81(クラッド層)を成長し、次にn型InGaAlAsで構成された光閉じ込め層、InGaAlAsで構成された歪多重量子井戸層、およびp型InGaAlAsで構成された光閉じ込め層からなるInGaAlAsで構成された活性層82を形成する。
実装の際にはこの支持部が上記掘り込み溝2006に勘合させることで簡易に位置合わせが可能である。また、図4Cには実装された素子の光軸垂直方向断面図を示す。同図に示すように、上記勘合用の支持部は、はんだ2014で形成されており、n型電極に接触するように設計されている。このため、この支持部を通じて、素子から、光素子搭載基板への放熱パスが形成されるため、動作時の素子の放熱性が大幅に向上する。尚、上記勘合用の支持部は銅や銅とタングステンの合金などの熱伝導性のよい金属材料で形成しても良い。
続いて、通常のホトリソグラフィーとドライ及びウェットエッチングを組み合わせ、リッジ部分を形成した。この時、後にn型電極を形成する部分も同時に形成した。その後、実施例1と同様にして反射鏡4009、電気分離溝4008、n型電極4007、p型電極4004、及びレンズ4010を形成した。
半絶縁性基板60上に、n型半導体層61と活性層62とp型半導体層63が順に積層されている。尚、図示しないが、本レーザはp型半導体層63の内部に回折格子層が設けられDFB型レーザである。尚、本実施例ではRWG型のレーザとしたが、BH型でももちろん可能である。
実施例4では反射鏡及び光共振器の側方部へのn電極回りこみを反射鏡および、共振器の一方の側にのみ形成していたのに対して、本構造では反射鏡と共振器の側方部の両側に形成されている。この時、p電極パッドの実装領域を確保するために、反射鏡及び共振器のp電極パッドが無い方の側方部のn電極のみを、旗型の凹み(図中の符号77の領域における2種類の長方形の結合形状を、実施例1で定義したように、旗型と称する。)を有する形状としている。本構造では反射鏡と共振器の両側にn電極用の掘り込み溝を形成するため、p電極のパッド面積を縮小する必要があり、p側の実装強度が減少する懸念があるが、pパッドの面積を小さくする分、素子の寄生容量を低減することができる。尚且つ、n電極面積を拡大することが可能であるために放熱特性を更に向上させることが可能である。尚、本実施例ではRWG型のレーザとしたが、BH型でももちろん可能である。
(1)半導体基板上に設けられた、第1導電型クラッド層と光を発生する活性層と第2導電型クラッド層の順に積相された積層構造を含み、光を面内方向に反射もしくは共振させる共振器構造部と、前記半導体基板の少なくとも一部に設けられた、前記活性層から発生した光を導波する導波路層と、前記共振構造部から放射されるレーザ光を前記半導体基板の裏面から出射するための前記光導波路層の一部に設けられた反射鏡とを備える、水平共振器面出射型レーザにおいて、前記共振器構造および前記反射鏡の周辺部を、前記第1導電型クラッド層に到達する深さに溝状に掘り込み、前記溝状部の底面の前記第1導電型クラッド層上に第一電極を設け、前記第1電極とは別に、前記第1電極と同じ面側に前記共振器構造の上方に位置するように前記第2導電型クラッド層上に第2電極が設けられていることを特徴とする、水平共振器面出射型レーザを前記第1電極が形成されている溝状部の少なくとも一部に勘合するような形状の支持部材を備えた光素子搭載基盤上に、前記支持部材と前記溝状部を勘合させ、且つ前記支持部材と前記第1電極の少なくとも一部が接触するようにフリップチップ実装することを特徴とする光モジュール。
(2)前記指示部材が前記光素子基板上に素子を接着する部材と同一の材料であることを特徴とする前項(1)に記載の光モジュール。
(3)前記指示部材が前記光素子基板上に素子を接着する部材とことなる導電性の材料であることを特徴とする前項(1)に記載の光モジュール。
(4)前記水平共振器面出射型レーザが前記第1電極のうち前記反射鏡および前記共振器構造の側方部分が、前記反射鏡および前記共振器部分の左右いずれか一方の側のみ形成されていることを特徴とする前項(1)乃至(3)のいずれかに記載の光モジュール。
(5)前記水平共振器面出射型レーザが前記第1電極の前記反射鏡側方部と前記共振器側方部とでは電極の幅が異なっていることを特徴とする前項(1)乃至(3)のいずれかに記載の光モジュール。
(6)前記水平共振器面出射型レーザが、前記半導体基板が半絶縁性の半導体基板で形成されていることを特徴とする前項(1)乃至(5)のいずれかに記載の光モジュール。
(7)前記水平共振器面出射型レーザが、前記半導体基板が半絶縁性の半導体層と導電性の半導体層の積層構造であり、レーザ部分が前記半絶縁性層上に形成されていることを特徴とする前項(1)乃至(5)のいずれかに記載の光モジュール。
(8)前記水平共振器面出射形レーザが、前項(6)または(7)に記載の水平共振器面出射型レーザを少なくとも2素子以上、同一の半導体基板上に並べて形成されており、各素子の間には半絶縁半導体層に達する深さの電気分離溝が形成されていることを特徴とする前項(6)または(7)に記載の光モジュール。
(9)前記水平共振器面出射形レーザが、前記半導体基板裏面の光出射面に基板を加工して集積レンズが形成されていることを特徴とする、前項(1)乃至(8)のいずれかに記載の光モジュール。
(10)前記水平共振器面出射型レーザが、素子幅が250μmであることを特徴とする、前項(8)に記載の光モジュール。
2…InGaAsP活性層、
3、83…回折格子、
4…p型InPクラッド、
5,13,24,25,64,74,2009,4004,4011…p型電極、
6,27,66,67,76,77,2010,4007,4012…n型電極、
26,65,75,4006…n電極パッド、
68…ダミーパッド、
7…InP窓部、
8,14,29,69,78,100,4009…反射鏡、
9…光出射面、
10…金ワイヤ、
11…レーザサブマウント、
12…SiO2絶縁膜、
15…引き出しパッド、
20,60,70,80,2011,4000…半絶縁性半導体基板、
21,61,71,81,2012,4001…n型半導体層、
22,62,72,82,2013,4002…活性層、
23,63,73,84,4003…p型半導体層、
28,4008…電気分離溝、
30,4010…集積レンズ、
85…コンタクト層、
86…酸化シリコン、
31,87,2015…埋め込み半絶縁層、
89,2006,4013…掘り込み溝、
90…窒化珪素マスク、
91…柱状部、
92…無反射膜、
93…レンズ、
101…p型電極、
102…n型電極、
1001…ステム、
1002…リードピン、
1003,2005…発光素子、
1004…受光素子、
1005…パッケージレンズ、
1006…フェルール、
1007…キャップ、
1008,2000,3000,4017…光素子搭載基板、
1009…光ファイバ、
2004…勘合用支持部材、
2001,2002,2007,2008,3001,3002,4015,4016…電気線路、
2014,4014…はんだ、
3003…アレイ型発光素子、
25,4005…p型電極パッド。
Claims (11)
- 半導体基板上に、第1導電型クラッド層と光を発生する活性層と第2導電型クラッド層の順に積層された積層構造を含み、光を前記活性層の長手方向に反射もしくは共振させる共振器構造部と、
前記半導体基板上の前記共振器構造部内およびその延在領域に設けられた、前記活性層から発生した光を導波する導波路層と、
前記導波路層の一端に設けられ、前記共振器構造部から放射されるレーザ光の光路を変えて前記半導体基板の裏面から該レーザ光を出射させる反射部とを備え、
前記共振器構造部の一側面と前記反射部の側面に沿って、前記半導体基板上に設けられた第1電極と、前記共振器構造部の主表面上に設けられた第2電極と、を有し、
前記第1電極は、前記導波路層を導波される光の進行方向と垂直に交わる方向であって、前記反射部の一側面に沿って設けられた電極(1)と、前記導波路層を導波される光の進行方向に平行な方向であって、前記共振器構造部の少なくとも一側面と前記反射部の他側面に沿って設けられた電極(2)とを含み、
前記電極(2)の形状は、少なくとも2箇所で異なる幅を有し、前記共振器構造部の一側面に設けられた前記電極(2)の一辺が、前記共振器構造部側に突出していることを特徴とする水平共振器面出射型レーザ。 - 前記反射部の側面及び前記共振器構造部の一側面の少なくとも一部を囲むように前記半導体基板上方に設けられ、底面を前記第1導電型クラッド層とする溝部を有し、
前記溝部に前記電極(1)および前記電極(2)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。 - 前記電極(2)が、前記反射部の他側面、および前記共振器構造部の一側面または他側面のいずれか一方の側面にのみ設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記電極(2)が、前記反射部の他側面、および前記共振器構造部の一側面と共に、前記共振器構造部の他側面にも設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記電極(2)の形状は、前記反射部の他側面に沿って設けられた第1の短辺を有する方形と、前記共振器構造部の一側面に沿って設けられた第2の短辺を有する方形とで構成され、該第1の短辺の幅と該第2の短辺の幅とが異なっていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記第1の短辺の幅が、前記第2の短辺の幅より短いことを特徴とする請求項5に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記半導体基板が半絶縁性の半導体層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記半導体基板が、半絶縁性の半導体層と導電性の半導体層の積層構造であり、前記共振器構造部が前記半絶縁性の半導体層上に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 前記半導体基板裏面の光出射面に、前記半導体基板を加工し形成された集積レンズが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水平共振器面出射型レーザ。
- 請求項5又は6に記載の水平共振器面出射型レーザが少なくとも2素子以上、同一の半導体基板上に並べて設けられており、各素子の間には前記半絶縁半導体層に達する深さの電気分離溝が設けられていることを特徴とする水平共振器面出射型レーザ。
- 前記素子の一辺の幅が、250μmであることを特徴とする請求項10に記載の水平共振器面出射型レーザ。
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