JP5945213B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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図1Aに、光出射端面に対して光出射方向が垂直ではない半導体レーザ光源チップの平面図を示す。半導体レーザ光源チップ11は、半導体レーザ光源チップ11で発光する光を変調するためのパッド電極12と、リッジ型の導波路メサ13とを含む。図1Aに示す半導体レーザ光源チップ11上の導波路メサ13は、直線導波路と、光出射端面付近で曲げられた曲げ導波路とからなる。ここで、直線導波路を進行する光の光軸と、曲げ導波路を進行する光が出射する直前(屈折する直前)の光軸の接線とがなす角度を角度θmesaとする。平面図における半導体レーザ光源チップ11は、長方形となっており、長方形の四辺のうち直線導波路と略平行である二辺の長さをチップ長という。また半導体レーザ光源チップ11の長方形の残りの二辺の長さをチップ幅という。図1Aに記載の半導体レーザ光源チップ11のチップ幅は400μm、半導体レーザ光源チップ11のチップ長は200μmである。
図3に、図2に示す半導体レーザを用いた従来の実装形態に係る光半導体装置の平面図を表す。光半導体装置30は、半導体レーザ光源チップ21と、高周波線路32を有する高周波回路31と、終端抵抗34とを含む。作製した半導体レーザ光源チップ21は通常、モジュールに実装されて使用される。すなわち、半導体レーザ光源チップをキャリア上にのせ、特に高速変調器として用いる場合には、図3に示すように、マイクロストリップラインなどの高周波線路32と半導体レーザ光源チップ21のパッド電極22とを、ボンディングワイヤ33を用いて接続する。さらに半導体レーザ光源チップ21のパッド電極22から終端抵抗34までボンディングワイヤ35を用いて接続する。半導体レーザ光源チップ21の前方には、半導体レーザ光源チップ21から出射された光をコリメート光に変換し、ファイバに集光するレンズ、外部からの反射を防止するアイソレータを配置する。半導体レーザ光源チップ21から出射された光は、レンズ、アイソレータ等の光学素子の入射端面に垂直に入射されなければならない。
nsemi sinθmesa=nair sinθ (式2)
により、光の出射角θは、23.6°となる。また、今回の半導体レーザ光源チップ11のチップ幅400μmに対して、Wを200μmとして、(式1)に代入すると、線分OPの距離は223μmとなる。ここでWは、図3に示す直線出射の場合の高周波線路32の出力端面32bからパッド電極22までの距離に近似し、線分OPの距離は、図5に示す半導体レーザ光源チップ11を斜めに配置した場合の高周波線路52の出力端面52bからパッド電極12までの距離に近似していると考えられる。従って、図3に示す直線出射の場合に比べて図5に示す半導体レーザ光源チップを斜めに配置した場合の高周波線路52の出力端面52bからパッド電極12までの距離が、長くなることが容易に想像でき、当然、ボンディングワイヤ長Lw1も長くなる。このとき、仮にLw1を高周波線路の終端の出力端面からパッド電極12までの距離で近似すると、図4から、200μmで43GHzであった帯域が、40GHz程度に劣化してしまう。帯域の劣化は、(式1)より、半導体レーザ光源チップ11のチップ長が長いほど、半導体レーザ光源チップ11のチップ幅が大きいほど、また、出射角が大きいほど大きくなる。また、高速の変調器実現を目指して、ボンディングワイヤ長Lw1が100μm程度になるように半導体レーザ光源チップ11のパラメータを設計した場合、図4からわかるようにボンディングワイヤ長Lw1が短い領域では、少しの長さの変化で大きく帯域が変わる。従って、半導体レーザ光源チップ11を斜めに配置することによる帯域劣化の影響が大きくなってしまう。
図9は本発明の第2の実施形態における電界吸収型変調器集積半導体レーザの光源チップの平面図である。半導体レーザ光源チップ91は、EA変調器パッド電極92と、LDパッド電極93と、リッジ型の導波路メサ94とを含む。基本的な積層構造は第1の実施形態と同じであるが、半導体レーザの活性層に、電界吸収型(EA:Electro-Absorption)変調器のコア層がバットジョイント再成長されている。半導体レーザ活性層はフォトルミネッセンス(PL)ピーク波長で1.55μm付近の光を発光する量子井戸構造である。回折格子形成層にはブラッグ波長が1.55μm程度になる周期、深さをもつ回折格子が形成されている。また、EA変調器のコア層はInGaAlAs歪量子井戸層を含む多重量子井戸構造からなり、室温におけるPLピーク波長で1.4μm付近の光を発光する量子井戸構造である。半導体レーザの長さは200μm、EA変調器の長さは200μm、半導体レーザ光源チップ91のチップ幅は400μmとしており、各値は、EA変調器の集積レーザの典型的な値となっている。
図12は本発明の第3の実施形態の直交振幅変調器集積半導体レーザの光源チップの平面図である。半導体レーザ光源チップ121は、位相変調器パッド電極122と、EA変調器パッド電極123と、LDパッド電極124と、リッジ型の導波路メサ125とを含む。基本的な積層構造は第1の実施形態と同じであるが、半導体レーザの活性層に、電界吸収型(EA)変調器のコア層、及び、位相変調器のコア層がバットジョイント再成長されている。半導体レーザ活性層はフォトルミネッセンス(PL)ピーク波長で1.55μm付近の光を発光する量子井戸構造である。回折格子形成層にはブラッグ波長が1.55μm程度になる周期、深さをもつ回折格子が形成されている。また、EA変調器のコア層はInGaAlAs歪量子井戸層を含む多重量子井戸構造からなり、室温におけるPLピーク波長で1.4μm付近の光を発光する量子井戸構造である。位相変調器のコア層はInGaAsPのバルクであり、室温におけるPLピーク波長で1.3μm付近の光を発光する組成となっている。半導体レーザの長さは400μm、EA変調器の長さは200μm、位相変調器の長さは200μm、半導体レーザ光源チップ121のチップ幅は400μmとした。
2 半導体レーザ活性層
3 回折格子形成層
4 上部クラッド層
5 コンタクト電極
11,21,91,121 半導体レーザ光源チップ
12,22 パッド電極
13,23,94,125 導波路メサ
30,50,80,100,110,130 光半導体装置
31,51,81 高周波回路
32,52,82 高周波線路
32a,52a,82a 入力端面
32b,52b,82b 出力端面
33,35,53,55,83,85,104,105,108,109,114,115,118,119,135,136,137,141,142,143 ボンディングワイヤ
34,54,84,106,107,116,117,138,139,140 終端抵抗
93,124 LDパッド電極
92,123 EA変調器パッド電極
102,112,132 第1の高周波線路
103,113,133 第2の高周波線路
134 第3の高周波線路
102a,112a,132a 第1の入力端面
102b,112b,132b 第1の出力端面
103a,113a,133a 第2の入力端面
103b,113b,133b 第2の出力端面
122 位相変調器パッド電極
134a 第3の入力端面
134b 第3の出力端面
Claims (3)
- 直線導波路と、該直線導波路に接続され光出射端面に対して光出射方向の角度が垂直とならないように前記光出射端面付近で曲げられた曲げ導波路とからなる、光が進行するための光導波路と、
前記光導波路と光学的に結合された、1つまたは複数の半導体光デバイスと、
前記光を変調するための高周波信号を前記半導体光デバイスへそれぞれ入力するための1つまたは複数の電極と、を含んだ半導体レーザ光源チップと、
前記電極に前記高周波信号を流すための1つまたは複数の高周波線路を含む高周波回路とを備え、
前記光出射方向が前記高周波線路の入力端面と平行となるように、前記半導体レーザ光源チップおよび前記高周波回路が配置され、
前記入力端面と前記高周波線路の出力端面とがなす角度(θ)が、前記高周波線路の前記入力端面の底辺と前記半導体レーザ光源チップにおける前記直線導波路を進行する光の光軸とがなす角度と一致することを特徴とする光半導体装置。 - 前記半導体光デバイスは、
直接変調レーザ、もしくは電界吸収型変調器集積レーザであることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記半導体レーザ光源チップは、
半導体光変調器を含む複数の前記半導体光デバイスと、光回路とを前記光導波路に沿って略一直線状に集積した半導体レーザ光源チップであることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。
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