JP5947731B2 - Multi-channel laser array light source - Google Patents

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Description

本発明は、多チャネルレーザアレイ光源に関する。より具体的には、多チャネル用光送信器内のレーザアレイチップをクロストークによる信号劣化なく駆動させることを可能にする、多チャネルレーザアレイ光源に関する。   The present invention relates to a multi-channel laser array light source. More specifically, the present invention relates to a multi-channel laser array light source that enables a laser array chip in a multi-channel optical transmitter to be driven without signal degradation due to crosstalk.

通信用光源は、大容量光通信網の実現のために根幹となる構成要素である。近年の通信容量の大容量化の流れに伴い、小型で多チャネル化技術に対応した通信用光源が求められている。小型の多チャネル光源を実現するためには、多チャネルレーザアレイチップ、または、可能ならば光合波器も含めてモノリシック集積した多チャネルレーザアレイチップを用いる必要がある。   A communication light source is a fundamental component for realizing a large-capacity optical communication network. With the recent trend of increasing communication capacity, there is a need for a communication light source that is compact and compatible with multi-channel technology. In order to realize a small multi-channel light source, it is necessary to use a multi-channel laser array chip or, if possible, a multi-channel laser array chip monolithically integrated including an optical multiplexer.

図1は、従来技術の単チャネル直接変調DFBレーザ光源の構成を示す図である。分布帰還型(Distributed Feedback:DFB)レーザ光源は、現在、多チャネルレーザアレイ光源にも一般的に使用されている光源である。図1の(b)はレーザチップ103を搭載したサブキャリア1の上面図であり、図1の(a)は側面図である。単チャネル光源であるため、配線基板が備えられたサブキャリア1の上に、少なくとも1つのレーザ素子を含む単一のレーザチップ103が配置されている。終端抵抗106は、サブキャリア1上の高周波信号線105の中に組み込まれている。サブキャリア1上の高周波信号線105の端部およびレーザチップ103は、ワイヤ104を使って相互に接続されている。レーザチップ103の底面はグランド面となっており、レーザ基板の底面はサブキャリア1と接触している。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional single channel direct modulation DFB laser light source. The distributed feedback (DFB) laser light source is a light source generally used for a multi-channel laser array light source at present. FIG. 1B is a top view of the subcarrier 1 on which the laser chip 103 is mounted, and FIG. 1A is a side view. Since it is a single channel light source, a single laser chip 103 including at least one laser element is arranged on the subcarrier 1 provided with the wiring board. Termination resistor 106 is incorporated in high-frequency signal line 105 on subcarrier 1. The end of the high-frequency signal line 105 on the subcarrier 1 and the laser chip 103 are connected to each other using a wire 104. The bottom surface of the laser chip 103 is a ground surface, and the bottom surface of the laser substrate is in contact with the subcarrier 1.

図2は、4つの単チャネルDFBレーザ光源および光合波器を集積したDFBレーザアレイ光源の構成を示す図である。図2の(a)は、レーザアレイチップ2単体の上面を示す。図2の(b)は、チップを組み込んだアレイ光源の全体の上面を示し、図2の(c)はアレイ光源の短辺を見た側面図である。図2の(a)に示したように、本構成におけるレーザアレイチップ2は、図1の単チャネル光源のレーザ素子を4つ含み、チップ上の合波器8によって4チャネル分を集積した直接変調DFBレーザアレイチップである。また、レーザアレイ光源は、図2の(b)に示したように、サブキャリア1の上に、レーザアレイチップ2および高周波配線板5を配置した空中配線構造を適用している。この構造では、サブキャリア1の両端部に支持部6a、6bを配置して、高周波配線板5をサブキャリア1と離して固定している。レーザアレイチップ2は、サブキャリア1上に配置され、サブキャリア1と高周波配線板5との間は中空となっている。高周波配線板5およびレーザアレイチップ2をできる限り接近させて接続するために、空中配線構造を適用している。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a DFB laser array light source in which four single-channel DFB laser light sources and an optical multiplexer are integrated. FIG. 2A shows the top surface of the laser array chip 2 alone. FIG. 2B shows a top view of the entire array light source incorporating a chip, and FIG. 2C is a side view of the short side of the array light source. As shown in FIG. 2 (a), the laser array chip 2 in this configuration includes four laser elements of the single channel light source of FIG. 1, and a direct channel in which four channels are integrated by a multiplexer 8 on the chip. This is a modulated DFB laser array chip. Further, as shown in FIG. 2B, the laser array light source employs an aerial wiring structure in which the laser array chip 2 and the high-frequency wiring board 5 are arranged on the subcarrier 1. In this structure, support portions 6 a and 6 b are disposed at both ends of the subcarrier 1, and the high-frequency wiring board 5 is fixed separately from the subcarrier 1. The laser array chip 2 is disposed on the subcarrier 1, and the space between the subcarrier 1 and the high frequency wiring board 5 is hollow. In order to connect the high-frequency wiring board 5 and the laser array chip 2 as close as possible, an aerial wiring structure is applied.

図3は、レーザアレイ光源における空中配線構造を説明する図である。図3の(a)は、図2の(b)において矢印Aの方向から見た側面図であり、図3の(b)は、図2の(b)において矢印Bの方向から見た側面図である。図3の(a)および(b)いずれも、空中配線がなされた部分を拡大して示したものであって、各軸の寸法は比例して忠実に描いたものではないことに注意されたい。図3の(a)に示したように、高周波配線板5上の高周波配線の端部から、高さの異なるレーザアレイチップ2のDFBレーザ電極4上へ金ワイヤ3が配線されている。また、レーザアレイチップ2は、チップ2の底面でサブキャリア1を介してグラウンドに接続されている。高周波配線板5は、配線板支持部6a、6bを介し、さらにサブキャリア1をさらに介して、グラウンドに接続されている。図3の(b)に示したように、レーザアレイチップ2は、サブキャリア1の長辺の中央部分に位置し、レーザアレイチップ2の上方は中空となっている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an aerial wiring structure in a laser array light source. 3A is a side view seen from the direction of the arrow A in FIG. 2B, and FIG. 3B is a side view seen from the direction of the arrow B in FIG. 2B. FIG. It should be noted that both (a) and (b) of FIG. 3 are enlarged views of the portion where the aerial wiring is made, and the dimensions of the respective axes are not drawn proportionally and faithfully. . As shown in FIG. 3A, the gold wire 3 is wired from the end of the high frequency wiring on the high frequency wiring board 5 onto the DFB laser electrode 4 of the laser array chip 2 having a different height. The laser array chip 2 is connected to the ground via the subcarrier 1 on the bottom surface of the chip 2. The high-frequency wiring board 5 is connected to the ground via the wiring board support portions 6a and 6b and further via the subcarrier 1. As shown in FIG. 3B, the laser array chip 2 is located at the center of the long side of the subcarrier 1, and the upper portion of the laser array chip 2 is hollow.

特開2011−228468号公報JP 2011-228468 A

W. Kobayashi et al, “40-Gbps Direct modulation of 1.3-mm InGaAlAs DFB laser in compact TO-CAN package”, in Proc. OFC, 2011, OWD2.W. Kobayashi et al, “40-Gbps Direct modulation of 1.3-mm InGaAlAs DFB laser in compact TO-CAN package”, in Proc. OFC, 2011, OWD2.

しかしながら、図3に示したようにレーザアレイ光源を構成する場合、小型化したレーザアレイチップにおいては各チャネルのレーザ同士の間隔が非常に狭くなる。このため、隣接するチャネル間において、電気的クロストークおよび熱的なクロストークが大きいという問題があった。レーザアレイチップ2の基板は、無視できない程度の大きさの抵抗値を持つため、レーザアレイチップ2の底面と、チップ表面上に形成されるレーザデバイスの直下の下部クラッド層との間で、電位差が発生する。各チャネルのレーザは非常に近接しており、各レーザデバイスおよびチップ底面の間は概ね共通するインピーダンスを持つことになる。このため、各チャネルの動作に伴うデバイス電流は、他チャネルのレーザデバイスのグランドレベルに影響を与え、あるチャネルの下部クラッド層におけるグランド電位は、他のチャネルの動作状況にしたがって変動する。   However, when a laser array light source is configured as shown in FIG. 3, in a miniaturized laser array chip, the interval between lasers in each channel becomes very narrow. For this reason, there is a problem that electrical crosstalk and thermal crosstalk are large between adjacent channels. Since the substrate of the laser array chip 2 has a resistance value that cannot be ignored, there is a potential difference between the bottom surface of the laser array chip 2 and the lower cladding layer directly below the laser device formed on the chip surface. Occurs. The lasers in each channel are very close together and have a generally common impedance between each laser device and the bottom of the chip. For this reason, the device current accompanying the operation of each channel affects the ground level of the laser device of the other channel, and the ground potential in the lower cladding layer of a certain channel varies according to the operating condition of the other channel.

また、レーザ動作中に各チャネルにおいて発生する熱が隣り合うチャネルまで伝わることによって、レーザ活性層の温度が上昇し、レーザの発振波長がずれる問題もあった。   Further, the heat generated in each channel during the laser operation is transmitted to the adjacent channel, so that the temperature of the laser active layer rises and the laser oscillation wavelength shifts.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その発明は、チャネル間でのクロストークによる信号劣化を抑制し、隣接するレーザのチャネル間の熱的アイソレーションを確保してレーザの発振波長のずれを抑えることにより、安定した動作が可能な多チャネルレーザアレイ光源を実現することにある。また、多チャネルレーザアレイ光源の作製方法も提供する。   The present invention has been made in view of such problems, and the invention suppresses signal degradation due to crosstalk between channels and ensures thermal isolation between adjacent laser channels to oscillate the laser. An object of the present invention is to realize a multi-channel laser array light source capable of stable operation by suppressing wavelength shift. A method for manufacturing a multi-channel laser array light source is also provided.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1の発明は、少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極とを含むレーザアレイチップを備え、前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に、前記グランド電極の2つの部分を有し、1つの光機能素子の両脇にある前記部分が、前記レーザアレイチップ面上で前記1つの光機能素子を取り囲む一体のグランド電極を構成し、前記1つの光機能素子の前記一体のグランド電極と、他の光機能素子の一体のグランド電極とは、前記レーザアレイチップ面上では接続されておらず、前記半導体基板または前記下部クラッド層を介してのみ電気的に接続されていることを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源である。前記グランド電極は、実施例1における櫛型グランド電極に対応する。
好ましくは、複数の光機能素子はレーザアレイを含む。上記の層構造において、下部クラッド層は、前記基板の一部によって構成されても良い。上述の1つの光機能素子を取り囲む一体のグランド電極は、実施例2、3におけるコの字型グランド電極に対応する。
In order to achieve such an object, the present invention has a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer, and converts an electrical signal into an optical signal. A plurality of optical functional elements, and one or more ground electrodes, each of which is disposed at least partially between two adjacent optical functional elements, and at least of the semiconductor substrate or the lower cladding layer A laser array chip including one or more ground electrodes that are in direct contact with and electrically connected to each other, and two portions of the ground electrode are disposed between two adjacent ones of the plurality of optical functional elements And the portions on both sides of one optical functional element constitute an integrated ground electrode surrounding the one optical functional element on the laser array chip surface, and the one light The integrated ground electrode of the active element and the integrated ground electrode of the other optical functional element are not connected on the laser array chip surface, and are electrically connected only through the semiconductor substrate or the lower cladding layer. it is a multi-channel laser array light source, characterized in that connected to. The ground electrode corresponds to the comb-type ground electrode in the first embodiment.
Preferably, the plurality of optical functional elements include a laser array. In the above layer structure, the lower cladding layer may be constituted by a part of the substrate. The integrated ground electrode surrounding one optical functional element corresponds to the U-shaped ground electrode in the second and third embodiments.

請求項2の発明は、少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部が配置された櫛型グランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている櫛型グランド電極とを含むレーザアレイチップと、上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成され、前記チップ搭載グランド電極上に前記レーザアレイチップが配置されたサブキャリアと、前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板と、前記レーザアレイチップの前記櫛型グランド電極と、前記サブキャリアの前記チップ搭載グランド電極または前記高周波配線板の前記グランド電極の少なくとも一方との間を直接接続する電気的接続手段(ワイヤ)とを備えたことを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源であるThe invention of claim 2 has a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer, and a plurality of optical function elements for converting an electric signal into an optical signal, and the plurality of optical function elements A comb-shaped ground electrode, at least a part of which is disposed between two adjacent ones of the first and second electrodes, and is in direct contact with and electrically connected to at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer A chip mounting ground electrode is formed on the upper surface, a ground electrode electrically connected to the chip mounting ground electrode is formed on the lower surface, and the laser array chip is disposed on the chip mounting ground electrode. Subcarriers, a plurality of signal wirings for guiding the electrical signals, a high-frequency wiring board having a ground electrode, and the laser array Electrical connection means (wire) for directly connecting between the comb-shaped ground electrode of the chip and at least one of the chip-mounted ground electrode of the subcarrier or the ground electrode of the high-frequency wiring board. Is a multi-channel laser array light source .

請求項3の発明は、請求項1のレーザアレイ光源において、上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成され、前記チップ搭載グランド電極上に前記レーザアレイチップが配置されたサブキャリアと、前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板と、前記レーザアレイチップ、前記サブキャリアおよび前記高周波配線板の間を接続する電気的接続手段とをさらに備えたことを特徴とする。前記電気的接続手段は、例えば、金などの金属材料によるワイヤや、他の導電性材料に対応する。 According to a third aspect of the present invention, in the laser array light source according to the first aspect, a chip mounting ground electrode is formed on the upper surface, and a ground electrode electrically connected to the chip mounting ground electrode is formed on the lower surface. A subcarrier on which the laser array chip is disposed, a high-frequency wiring board having a plurality of signal wirings and a ground electrode for guiding the electrical signal, and an electrical connection between the laser array chip, the subcarrier and the high-frequency wiring board And a general connection means. The electrical connection means corresponds to, for example, a wire made of a metal material such as gold or other conductive material.

請求項4の発明は、請求項2または3のレーザアレイ光源において、前記サブキャリアの前記チップ搭載グランド電極と、前記レーザアレイチップの各グランド電極との間が、少なくとも1カ所以上で、電気的接続手段によって電気的に接続されていることを特徴とする。 The invention according to claim 4, in the laser array light source according to claim 2 or 3, and the chip mounting ground electrode of the sub-carrier, between the ground electrode of the laser array chip, in at least one position, electrical It is electrically connected by connecting means.

請求項5の発明は、請求項2または3のレーザアレイ光源において、前記高周波配線板上の前記グランド電極と、前記レーザアレイチップの各グランド電極との間が、電気的接続手段によって電気的に接続されていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention, the laser array light source according to claim 2 or 3, wherein said ground electrode on the high frequency circuit board, between the ground electrode of the laser array chip, electrically by an electrical connection means It is connected.

請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかのレーザアレイ光源において、前記層構造は、前記下部クラッド層の直下に配置された、前記半導体基板よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層を含み、前記グランド電極は前記低抵抗率層に接していることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the laser array light source according to any one of the first to fifth aspects, wherein the layer structure has a lower resistivity than the semiconductor substrate, which is disposed immediately below the lower cladding layer. The ground electrode is in contact with the low resistivity layer.

請求項7の発明は、請求項1乃至5いずれかのレーザアレイ光源において、前記レーザアレイチップ上に、各光機能素子から出力される光信号を1つの光路に合波する光合波器が形成されていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the laser array light source according to any one of the first to fifth aspects, an optical multiplexer that multiplexes optical signals output from the respective optical functional elements into one optical path is formed on the laser array chip. It is characterized by being.

請求項8の発明は、請求項1乃至5いずれかのレーザアレイ光源において、前記光機能素子は、半導体分布帰還型レーザ(DFBレーザ)、または、DFBレーザおよび電界吸収型光変調器(EA変調器)からなることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the laser array light source according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical functional element is a semiconductor distributed feedback laser (DFB laser), or a DFB laser and an electroabsorption optical modulator (EA modulation). ).

本発明の別の側面は、少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極とを含むレーザアレイチップを備えた多チャネルレーザアレイ光源を作製する方法において、上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成されたサブキャリア上に、前記レーザアレイチップを搭載するステップと、前記レーザアレイチップ上の前記グランド電極と、前記サブキャリア上の前記チップ搭載グランド電極とを、電気的接続手段によって接続するステップと、前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板を、前記サブキャリア上に搭載するステップと、前記高周波配線板の前記グランド電極と、前記サブキャリア上の前記チップ搭載グランド電極とを、電気的接続手段によって接続するステップとを備えることを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源を作製する方法である。   Another aspect of the present invention has a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer, and a plurality of optical functional elements that convert electrical signals into optical signals, and the plurality of optical functions One or more ground electrodes, each of which is at least partially disposed between two adjacent elements, and is in direct contact with and electrically connected to at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer. A multi-channel laser array light source including a laser array chip including one or more ground electrodes, wherein a chip mounting ground electrode is formed on an upper surface and electrically connected to the chip mounting ground electrode on a lower surface Mounting the laser array chip on a subcarrier on which a ground electrode is formed; and A step of connecting a land electrode and the chip-mounted ground electrode on the subcarrier by an electrical connection means; and a high-frequency wiring board having a plurality of signal wirings and a ground electrode for guiding the electrical signal on the subcarrier. And a step of connecting the ground electrode of the high-frequency wiring board and the chip-mounted ground electrode on the subcarrier by means of an electrical connection means. It is a method of producing.

上記方法の発明において前記サブキャリア上に形成されたDC配線と、前記レーザアレイチップ上の半導体分布帰還型レーザ(DFBレーザ)電極とを、電気的接続手段によって接続するステップをさらに備えることができる。   In the above method invention, the method may further comprise a step of connecting the DC wiring formed on the subcarrier and the semiconductor distributed feedback laser (DFB laser) electrode on the laser array chip by an electrical connection means. .

以上説明したように、本発明により、チャネル間でのクロストークによる信号劣化を抑制し、隣接チャネル間の熱的アイソレーションを確保してレーザの発振波長のずれを抑えた、安定した動作が可能な多チャネルレーザアレイ光源および多チャネルレーザアレイ光源の作製方法を実現できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to perform stable operation by suppressing signal deterioration due to crosstalk between channels and ensuring thermal isolation between adjacent channels to suppress a shift in laser oscillation wavelength. A multi-channel laser array light source and a method for manufacturing a multi-channel laser array light source can be realized.

図1は、従来技術型の単チャネル直接変調 DFBレーザ光源の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional single-channel direct modulation DFB laser light source. 図2は、4つの単チャネルDFBレーザ光源および光合波器を集積したDFBレーザアレイ光源の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a DFB laser array light source in which four single-channel DFB laser light sources and an optical multiplexer are integrated. 図3は、レーザアレイ光源における空中配線構造を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an aerial wiring structure in a laser array light source. 図4は、本発明のレーザアレイ光源で使用される櫛型グランド電極を有するDFBレーザアレイチップの構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the structure of a DFB laser array chip having a comb-shaped ground electrode used in the laser array light source of the present invention. 図5は、本発明のレーザアレイ光源の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the laser array light source of the present invention. 図6は、本発明のレーザアレイ光源のグランド接続を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the ground connection of the laser array light source of the present invention. 図7は、各チャネルの信号線間におけるグランドワイヤの有無によるチャネル間のクロストークの差異をシミュレーションした結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a result of simulating a difference in crosstalk between channels due to the presence or absence of a ground wire between signal lines of each channel. 図8は、実施例1のレーザアレイ光源のBER特性測定系を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a BER characteristic measurement system of the laser array light source according to the first embodiment. 図9は、比較のため作製した櫛型グランド電極およびグランドワイヤが無いレーザアレイ光源のBER特性測定系を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a BER characteristic measurement system of a laser array light source without a comb-shaped ground electrode and a ground wire manufactured for comparison. 図10は、本発明の実施例2で使用されるEADFBレーザアレイチップの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the EADFB laser array chip used in Embodiment 2 of the present invention. 図11は、EADFBレーザアレイチップを用いた実施例2のレーザアレイ光源の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a laser array light source of Example 2 using an EADFB laser array chip. 図12は、実施例2のレーザアレイ光源のBER特性の測定系構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement system configuration of the BER characteristic of the laser array light source according to the second embodiment. 図13は、比較のため作製したコの字型グランド電極およびグランドワイヤが無いレーザアレイ光源のBER特性測定系を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a BER characteristic measurement system of a laser array light source without a U-shaped ground electrode and a ground wire manufactured for comparison. 図14は、本発明の実施例3のレーザアレイ光源で使用される直接変調DFBレーザアレイチップの構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a direct modulation DFB laser array chip used in the laser array light source according to the third embodiment of the present invention. 図15は、直接変調DFBレーザアレイチップを用いた実施例3のレーザアレイ光源の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser array light source of Example 3 using a direct modulation DFB laser array chip. 図16は、本発明の実施例3のレーザアレイ光源を側面から見た構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a laser array light source according to the third embodiment of the present invention viewed from the side. 図17は、実施例3のレーザアレイ光源のBER特性の測定系構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a measurement system configuration of the BER characteristic of the laser array light source according to the third embodiment. 図18は、比較のため作製したコの字型グランド電極および高周波配線板グランドを結ワイヤが無いレーザアレイ光源のBER特性測定系を示す図である。FIG. 18 is a view showing a BER characteristic measurement system of a laser array light source having no U-shaped ground electrode and high-frequency wiring board ground prepared for comparison.

本発明は、レーザアレイ光源の各レーザデバイスを包囲し分離するように形成されたグランド電極を形成し、このグランド電極に対して、レーザアレイ光源を構成する1つ以上の他の基板のグランドへの電気的接続を形成することによって、各チャネルのレーザデバイスの新たなグランド経路を形成するところに特徴がある。すなわち、本発明のレーザアレイ光源は、少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、前記複数の光機能素子の内の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極とを含むレーザアレイチップを備えたことを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源である。上述の光機能素子は、光信号を出力可能であって、電気信号を光信号の振幅・位相などの変化として変換動作が可能な光デバイスであって、例えばレーザ素子とすることができる。   The present invention forms a ground electrode formed so as to surround and separate each laser device of a laser array light source, and to the ground of one or more other substrates constituting the laser array light source with respect to the ground electrode. This is characterized in that a new ground path of the laser device of each channel is formed by forming the electrical connection. That is, the laser array light source of the present invention has a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer, and a plurality of optical functional elements that convert an electrical signal into an optical signal, One or more ground electrodes, each of which is disposed at least partially between two adjacent ones of the optical functional elements, in direct contact with at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer, A multi-channel laser array light source comprising a laser array chip including one or more ground electrodes connected to the. The optical functional element described above is an optical device that can output an optical signal and can convert an electric signal as a change in the amplitude, phase, etc. of the optical signal, and can be a laser element, for example.

図4は、本発明のレーザアレイ光源で使用される櫛型グランド電極構造を有する合波器を集積したDFBレーザアレイチップの構造を示す図である。図4の(a)は、チップ22の上面図であり、(b)はA−A´間の断面図である。レーザアレイチップ22は、4つのレーザ素子23が構成されている。各レーザ素子の周辺を囲むように櫛型形状のグランド電極24が構成されている。各チャネルのレーザ素子23からの光導波路からのレーザ光は光合波器25によって合波される。 FIG. 4 is a diagram showing the structure of a DFB laser array chip in which a multiplexer having a comb-shaped ground electrode structure used in the laser array light source of the present invention is integrated. 4A is a top view of the chip 22, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′. The laser array chip 22 includes four laser elements 23. A comb-shaped ground electrode 24 is formed so as to surround the periphery of each laser element. Laser light from the optical waveguide from the laser element 23 of each channel is multiplexed by the optical multiplexer 25.

図4の(b)の断面図は、2チャンネル分のレーザ素子を含む。レーザアレイチップ22は、n−InP基板などの半導体基板29上にレーザ素子を形成して構成されている。半導体基板29は、基板自体で下部クラッド層を形成しており、下部クラッド層29上には、活性層として動作するコア層28およびn−InP上部クラッド層27が構成される。コア層28の両脇には誘電体絶縁層26が形成されている。本発明においては、隣接するレーザ素子の間の誘電体絶縁層26上に、櫛型グランド電極24が形成されている。櫛型グランド電極は、素子の中間点で、下部クラッド層29に接続されている。   The cross-sectional view of FIG. 4B includes laser elements for two channels. The laser array chip 22 is configured by forming a laser element on a semiconductor substrate 29 such as an n-InP substrate. In the semiconductor substrate 29, a lower clad layer is formed by the substrate itself, and on the lower clad layer 29, a core layer 28 that operates as an active layer and an n-InP upper clad layer 27 are configured. Dielectric insulation layers 26 are formed on both sides of the core layer 28. In the present invention, a comb-shaped ground electrode 24 is formed on the dielectric insulating layer 26 between adjacent laser elements. The comb-shaped ground electrode is connected to the lower cladding layer 29 at the intermediate point of the element.

図5は、本発明のレーザアレイ光源の構成を示す図である。前述の図4に示したレーザチップアレイ22を搭載している。図5の(a)はレーザチップアレイであり、図5の(b)はアレイ光源全体の上面図であり、図5の(c)は、(b)の上面図の下方から見た側面図である。図5の(b)に示した本発明のレーザアレイ光源の構成は、概ね、図2の(b)に示した従来技術のレーザアレイ光源の構成と類似している。すなわち、サブキャリア21の上に、レーザアレイチップ22および高周波配線板30を配置した空中配線構造が利用されている。サブキャリア21の両端部に支持部31a、31bを配置して、高周波配線板30をサブキャリア21と離して固定している。レーザアレイチップ22は、サブキャリア21上に配置され、サブキャリア21と高周波配線板30との間は中空となっている。   FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the laser array light source of the present invention. The laser chip array 22 shown in FIG. 4 is mounted. 5A is a laser chip array, FIG. 5B is a top view of the entire array light source, and FIG. 5C is a side view seen from below the top view of FIG. 5B. It is. The configuration of the laser array light source of the present invention shown in FIG. 5B is generally similar to the configuration of the conventional laser array light source shown in FIG. That is, an aerial wiring structure in which the laser array chip 22 and the high-frequency wiring board 30 are arranged on the subcarrier 21 is used. Support portions 31 a and 31 b are disposed at both ends of the subcarrier 21, and the high-frequency wiring board 30 is fixed apart from the subcarrier 21. The laser array chip 22 is disposed on the subcarrier 21, and the space between the subcarrier 21 and the high frequency wiring board 30 is hollow.

図6は、本発明のレーザアレイ光源のグランド接続を説明する図である。図6の(a)は、図5の(b)のサブキャリアの長辺を右側から見た側面図であり、1つのチャネル近傍を拡大して見た概念図である。また、図6の(b)は、図5の(b)のサブキャリアの短辺を見た側面図であり、櫛型グランド電極24を含む断面図である。図6の(a)および(b)に示すように、高周波配線板30の高周波信号線の端部33が、ワイヤ35cによってレーザアレイチップ22のレーザ電極23と接続されている。また、高周波配線板30のグランド面34は、ワイヤ35a、35bによってレーザアレイチップ22の櫛型グランド電極24と接続されている。レーザアレイチップ22の櫛型グランド電極24は、さらに、サブキャリア21上に形成されたグランド面37と、ワイヤ38a、38bによって接続されている。すなわち、複数の光機能素子(レーザ素子)の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極(櫛型グランド電極)を備えている。尚、サブキャリア21の下面(裏面)にはグランド面が形成されており、上面のグランド面37および下面のグランド面は、電気的に導通している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the ground connection of the laser array light source of the present invention. FIG. 6A is a side view of the long side of the subcarrier of FIG. 5B as viewed from the right side, and is a conceptual diagram in which the vicinity of one channel is enlarged. FIG. 6B is a side view of the short side of the subcarrier of FIG. 5B, and is a cross-sectional view including the comb-shaped ground electrode 24. As shown in FIGS. 6A and 6B, the end portion 33 of the high frequency signal line of the high frequency wiring board 30 is connected to the laser electrode 23 of the laser array chip 22 by a wire 35c. The ground surface 34 of the high-frequency wiring board 30 is connected to the comb-shaped ground electrode 24 of the laser array chip 22 by wires 35a and 35b. The comb-shaped ground electrode 24 of the laser array chip 22 is further connected to a ground surface 37 formed on the subcarrier 21 by wires 38a and 38b. That is, one or more ground electrodes, each of which is disposed at least partially between two adjacent optical functional elements (laser elements), and directly with at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer. One or more ground electrodes (comb-type ground electrodes) that are in contact and electrically connected are provided. A ground surface is formed on the lower surface (back surface) of the subcarrier 21, and the ground surface 37 on the upper surface and the ground surface on the lower surface are electrically connected.

従来技術のレーザアレイ光源との相違点は、本発明に特有の櫛型グランド電極24が存在するところにある。すなわち、レーザ電極23および高周波配線板30の高周波信号線の端部がワイヤによって接続されるのに加えて、櫛型グランド電極24およびサブキャリア21上のグランド電極37がワイヤによって接続されている。これらの接続で用いられる金ワイヤは非常に短いため、金ワイヤの抵抗はほとんど無視できる。櫛型グランド電極24は、図4の(b)も示したように、下部クラッド層29と接続されている。したがって、櫛型グランド電極24とグランド電極37との間のワイヤ接続によって、下部クラッド層29からレーザアレイチップ22底面までのグランド経路とは別に、低インピーダンスの安定したグランド経路を実現することが可能となる。櫛型グランド電極24およびサブキャリア21上のグランド電極37の間の新たなグランド経路によって、図4の(b)に示した下部クラッド層29の電位も安定したグランドレベルとすることができる。個々のチャネルのレーザデバイスに対するこの安定化したグランドによって、チャネル間でのクロストークを抑制することが可能となる。   The difference from the laser array light source of the prior art is that a comb-shaped ground electrode 24 unique to the present invention exists. That is, in addition to the ends of the high-frequency signal lines of the laser electrode 23 and the high-frequency wiring board 30 being connected by wires, the comb-shaped ground electrode 24 and the ground electrode 37 on the subcarrier 21 are connected by wires. Since the gold wire used in these connections is very short, the resistance of the gold wire is almost negligible. The comb-shaped ground electrode 24 is connected to the lower cladding layer 29 as shown in FIG. Therefore, a wire connection between the comb-shaped ground electrode 24 and the ground electrode 37 can realize a stable low-impedance ground path separately from the ground path from the lower cladding layer 29 to the bottom surface of the laser array chip 22. It becomes. Due to the new ground path between the comb-shaped ground electrode 24 and the ground electrode 37 on the subcarrier 21, the potential of the lower cladding layer 29 shown in FIG. 4B can also be set to a stable ground level. This stabilized ground for the individual channel laser device makes it possible to suppress crosstalk between the channels.

従来技術のレーザアレイ光源の構成では、図2の(b)に示したように、隣接するチャネルの各信号線ワイヤには、それぞれ電流が流れるため、各ワイヤの周囲を囲むように磁界が発生する。したがって、隣接する信号ワイヤは、相互にこの磁界の影響を受け、信号ワイヤ同士での結合が生じ、クロストークが生じる。   In the configuration of the conventional laser array light source, as shown in FIG. 2B, a current flows through each signal line wire of the adjacent channel, so a magnetic field is generated so as to surround each wire. To do. Therefore, adjacent signal wires are affected by this magnetic field, causing coupling between the signal wires and crosstalk.

これに対して本発明のレーザアレイ光源の構成では、図5の(b)に示したように、隣接するチャネルの各信号線ワイヤの間には、櫛型グランド電極24とグランド電極37との間のグランドワイヤ接続、および、櫛型グランド電極24とグランド面34との間のグランドワイヤ接続がある。これらのグランド接続は、低インピーダンスの安定したグランドを構成する。これにより、2つのチャネル間において相互に静電遮蔽する効果が得られ、チャネル間のクロストークを抑制することができる。
図7は、各チャネルの信号線間におけるグランドワイヤの有無によるチャネル間のクロストークの差異をシミュレーションした結果を示す図である。比較のために使用したモデルでは、信号線ワイヤ間の間隔を500μm、信号線ワイヤとグランドワイヤとの間隔を250μm、各ワイヤ径を25μm、信号線ワイヤおよびグランドワイヤの空中配線部分の長さを490μmとした。図7では、縦軸に1つのチャネルから隣接する1つのチャネルへの減衰量(結合量)をdBで示しており、横軸には信号周波数(GHz)をとっている。グランドワイヤが存在する場合は、グランドワイヤが存在しない場合と比べて、クロストークを最大10dB程度抑制する効果があることがわかる。
On the other hand, in the configuration of the laser array light source of the present invention, as shown in FIG. 5B, between the signal line wires of adjacent channels, the comb-shaped ground electrode 24 and the ground electrode 37 And a ground wire connection between the comb-shaped ground electrode 24 and the ground surface 34 . These ground connections constitute a stable ground with low impedance. As a result, an effect of electrostatic shielding between the two channels can be obtained, and crosstalk between the channels can be suppressed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of simulating a difference in crosstalk between channels due to the presence or absence of a ground wire between signal lines of each channel. In the model used for comparison, the distance between the signal line wires is 500 μm, the distance between the signal line wires and the ground wire is 250 μm, each wire diameter is 25 μm, and the length of the aerial wiring portion of the signal line wire and the ground wire is It was 490 μm. In FIG. 7, the vertical axis indicates the amount of attenuation (coupling amount) from one channel to one adjacent channel in dB, and the horizontal axis indicates the signal frequency (GHz). It can be seen that the presence of the ground wire has an effect of suppressing the crosstalk by about 10 dB at the maximum as compared with the case where the ground wire is not present.

本発明は、レーザアレイ光源の各レーザデバイスを包囲し分離するように形成されたグランド電極を形成し、このグランド電極に対して、レーザアレイ光源を構成する1以上の基板のグランドへの電気的接続を形成することによって、各チャネルのレーザデバイスの新たなグランド経路を形成するところに特徴がある。以下、より具体的な実施例について詳細に説明する。   The present invention forms a ground electrode formed so as to surround and separate each laser device of a laser array light source, and the ground electrode is electrically connected to the ground of one or more substrates constituting the laser array light source. A characteristic is that a new ground path is formed in the laser device of each channel by forming the connection. Hereinafter, more specific examples will be described in detail.

最初に、本発明のレーザアレイ光源の、直接変調DFBレーザアレイによる実施例を示す。本実施例は、本発明の効果を示す1つの例示的な形態であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。
本実施例のレーザアレイ光源は、既に図5に示した構成と同じ構成を持つ直接変調DFBレーザアレイ光源である。本実施例におけるレーザアレイチップは、図5の(a)に示したように、合波器を同一基板上に集積した4チャネルの直接変調DFBレーザアレイの構成を持つ。本実施例では、各レーザデバイスのチャネル間の繰り返し距離は400μmであり、合波器としてマルチモード干渉型合波器(以下、 MMIカプラ)を使っている。
First, an embodiment of the laser array light source of the present invention using a direct modulation DFB laser array will be described. This embodiment is an exemplary form showing the effect of the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
The laser array light source of the present embodiment is a direct modulation DFB laser array light source having the same configuration as that already shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the laser array chip in this embodiment has a configuration of a 4-channel direct modulation DFB laser array in which a multiplexer is integrated on the same substrate. In this embodiment, the repetition distance between channels of each laser device is 400 μm, and a multimode interference type multiplexer (hereinafter referred to as an MMI coupler) is used as a multiplexer.

本実施例では、各レーザのバイアス電流をそれぞれ50mAとし、変調信号の信号振幅を40mAp-pとした。またレーザの波長は、短波長側から 1295nm、1300nm、1305nm、1310nmとし、最短波長からチャネル1、チャネル2、チャネル3、チャネル4とした。図5の(a)のレーザアレイチップ22上では、上方のレーザデバイスから順にチャネル1、チャネル2、チャネル3、チャネル4とする。   In this embodiment, the bias current of each laser is 50 mA, and the signal amplitude of the modulation signal is 40 mAp-p. The laser wavelength was set to 1295 nm, 1300 nm, 1305 nm, and 1310 nm from the short wavelength side, and channel 1, channel 2, channel 3, and channel 4 from the shortest wavelength. On the laser array chip 22 in FIG. 5A, the channel 1, the channel 2, the channel 3, and the channel 4 are sequentially formed from the upper laser device.

既に述べたように、本発明に特有の櫛型グランド電極を備えることによって、各レーザデバイスの下部クラッド層の電位を安定化できる。コア層直下の下部クラッド層の電位が安定したグランドであることが、チャネル間クロストークの抑制に重要である。従来技術のレーザアレイ光源の構成では、コア層からn−InP基板を通して、レーザチップの下面の安定したグランドに接続されていた。しかしながら、基板上のドープ濃度を上げることが難しいため、n−InP基板には無視できない程度の抵抗が存在していた。   As described above, the potential of the lower cladding layer of each laser device can be stabilized by providing the comb-shaped ground electrode unique to the present invention. It is important to suppress crosstalk between channels that the potential of the lower cladding layer immediately below the core layer is a stable ground. In the configuration of the conventional laser array light source, the core layer is connected to the stable ground on the lower surface of the laser chip through the n-InP substrate. However, since it is difficult to increase the doping concentration on the substrate, the n-InP substrate has a resistance that cannot be ignored.

本発明のレーザアレイ光源の構成では、図6の(b)に示したように、レーザチップ22の底面からグランド電極37、金ワイヤ38b、櫛型グランド電極24を介して、下部クラッド層とつながる電気的経路ができる。金、電極などの材料は、半導体n層またはp層と比較して抵抗が非常に小さい。そのため上部クラッド層と、安定したグランド底面を接続する電気的経路が、無視できるほどの低抵抗のワイヤで結ばれることになり、レーザデバイスのグランド電位を安定化することが可能となる。   In the configuration of the laser array light source of the present invention, as shown in FIG. 6B, the bottom surface of the laser chip 22 is connected to the lower cladding layer via the ground electrode 37, the gold wire 38b, and the comb-shaped ground electrode 24. An electrical path is created. A material such as gold or an electrode has a very small resistance as compared with a semiconductor n layer or a p layer. For this reason, the electrical path connecting the upper cladding layer and the stable ground bottom surface is connected by a wire having a negligible low resistance, and the ground potential of the laser device can be stabilized.

尚、本実施例では、低抵抗のワイヤによって接続しているが、2つの基板のグランド電極間を接続する電気的接続手段としては、ワイヤだけに限られず他の電気的接続手段を利用できる。例えば、銀ペーストなどの導電性材料を使用して接続することも可能である。例えば、図6の(b)を参照すると、高周波配線板30のグランド面34は、配線板30の端部まで形成されているので、ワイヤ35a、35bの代わりに、導電性ペーストで形成した架橋構造によって、レーザアレイチップ22の櫛型グランド電極24と接続することができる。同様に、レーザアレイチップ22の櫛型グランド電極24は、チップの端部まで形成されているので、ワイヤ38a、38bの代わりに、導電性ペーストによって、櫛型グランド電極24、チップ22の側面(端面)、およびサブキャリア21のグランド面37を一体に覆う金属接合構造を形成して、櫛型グランド電極24とグランド面37とを接続することができる。   In the present embodiment, the connection is made by a low resistance wire, but the electrical connection means for connecting the ground electrodes of the two substrates is not limited to the wire, and other electrical connection means can be used. For example, it is possible to connect using a conductive material such as silver paste. For example, referring to FIG. 6B, since the ground surface 34 of the high-frequency wiring board 30 is formed up to the end of the wiring board 30, a bridge formed of a conductive paste instead of the wires 35a and 35b. Depending on the structure, it can be connected to the comb-shaped ground electrode 24 of the laser array chip 22. Similarly, since the comb ground electrode 24 of the laser array chip 22 is formed up to the end of the chip, instead of the wires 38a and 38b, the comb ground electrode 24 and the side surface of the chip 22 (with the conductive paste) are used. The metal ground structure that integrally covers the end surface) and the ground surface 37 of the subcarrier 21 can be formed to connect the comb-shaped ground electrode 24 and the ground surface 37.

導電性ペーストは、例えば、低温溶融金属粒子を熱硬化樹脂中に分散させたペースト状材料として知られている。半田の代替として、溶融した金属粒子が自己組織化して金属接合部分を形成し、その周囲を熱硬化樹脂が強化することにより、接続信頼性が得られる。   The conductive paste is known as, for example, a paste-like material in which low-temperature molten metal particles are dispersed in a thermosetting resin. As an alternative to solder, molten metal particles are self-organized to form metal joints, and the surroundings are reinforced by thermosetting resin, thereby providing connection reliability.

本発明は、多チャネルレーザアレイ光源を作製する方法の発明としての側面も持っている。すなわち、少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極とを含むレーザアレイチップを備えた多チャネルレーザアレイ光源を作製する方法において、上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成されたサブキャリア上に、前記レーザアレイチップを搭載するステップと、前記レーザアレイチップ上の前記グランド電極と、前記サブキャリア上の前記チップ搭載グランド電極とを、ワイヤ配線によって接続するステップと、前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板を、前記サブキャリア上に搭載するステップと、
前記高周波配線板の前記グランド電極と、前記サブキャリア上の前記チップ搭載グランド電極とを、ワイヤ配線によって接続するステップとを備えることを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源を作製する方法であり得る。
The present invention also has an aspect as an invention of a method for producing a multi-channel laser array light source. That is, a plurality of optical functional elements having a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer, which convert an electrical signal into an optical signal, and two adjacent optical functional elements One or more ground electrodes, each of which is at least partially disposed therebetween, and is in direct contact with and electrically connected to at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer In a method of manufacturing a multi-channel laser array light source including a laser array chip including an electrode, a chip-mounted ground electrode is formed on an upper surface, and a ground electrode electrically connected to the chip-mounted ground electrode is formed on a lower surface Mounting the laser array chip on a subcarrier; and grounding the laser array chip. Connecting the chip-mounted ground electrode on the subcarrier by wire wiring, and mounting a high-frequency wiring board having a plurality of signal wirings and ground electrodes for guiding the electrical signal on the subcarrier. When,
A method for producing a multi-channel laser array light source, comprising: connecting the ground electrode of the high-frequency wiring board and the chip-mounted ground electrode on the subcarrier by wire wiring.

上述の方法の発明に対応する、本発明のレーザアレイ光源の実装工程を図5および図6を参照しながら説明する。まず、サブキャリア21上に、合波器集積DFBレーザアレイチップ22を搭載する。このとき、サブキャリア21上に形成されたグランド電極37と、レーザアレイチップ22上の櫛型グランド電極24は、ワイヤボンディングを使用して、金ワイヤ38a、38bによって結線しておく。   The mounting process of the laser array light source of the present invention corresponding to the above-described method invention will be described with reference to FIGS. First, the multiplexer-integrated DFB laser array chip 22 is mounted on the subcarrier 21. At this time, the ground electrode 37 formed on the subcarrier 21 and the comb-shaped ground electrode 24 on the laser array chip 22 are connected by gold wires 38a and 38b using wire bonding.

次に、サブキャリア21の両端に配線支持部31a、31bを固定し、さらに配線支持部31a、31b上に高周波配線板30を搭載する。配線支持部31a、31bは、中空構造を形成し、サブキャリア21と高周波配線板30とを電気的に接続可能なものである。   Next, the wiring support portions 31a and 31b are fixed to both ends of the subcarrier 21, and the high-frequency wiring board 30 is mounted on the wiring support portions 31a and 31b. The wiring support portions 31 a and 31 b form a hollow structure and can electrically connect the subcarrier 21 and the high-frequency wiring board 30.

最後に、高周波配線板30上の信号線33の端部とレーザアレイチップ22上のレーザ電極23との間、および、高周波配線板30上のグランド電極34とレーザアレイチップ22上の櫛型グランド電極24との間を、金ワイヤ35a、35b、35cを使ってワイヤボンディング技術によって接続する。次に本実施例のレーザアレイ光源の特性について説明する。   Finally, between the end of the signal line 33 on the high-frequency wiring board 30 and the laser electrode 23 on the laser array chip 22, and between the ground electrode 34 on the high-frequency wiring board 30 and the comb-shaped ground on the laser array chip 22. The electrodes 24 are connected by wire bonding technology using gold wires 35a, 35b, and 35c. Next, characteristics of the laser array light source of this embodiment will be described.

図8は、実施例1のレーザアレイ光源のBER特性の測定系を示す図である。レーザアレイ光源50の4つのチャネルのレーザの各々に対して、独立してBERが測定できるように、4つのBER測定系が構成されている。1つのチャネルに対して、DC電源13−1、パルス発生器11−1、バイアスT12−1が備えられ、高周波プローブ51aを経由して、変調信号が高周波配線板波長の信号線に供給される。変調された光出力は、先球ファイバ52によって効率良く結合され、可変波長フィルタ17および光可変アッテネータ14を経由して、光受信器15で受光される。エラー検出器16でエラーが観測される。   FIG. 8 is a diagram illustrating a measurement system of the BER characteristic of the laser array light source according to the first embodiment. Four BER measurement systems are configured so that the BER can be measured independently for each of the four channel lasers of the laser array light source 50. A DC power supply 13-1, a pulse generator 11-1, and a bias T12-1 are provided for one channel, and a modulation signal is supplied to a signal line having a high frequency wiring board wavelength via a high frequency probe 51a. . The modulated optical output is efficiently coupled by the tip fiber 52 and is received by the optical receiver 15 via the variable wavelength filter 17 and the optical variable attenuator 14. An error is observed by the error detector 16.

図9は、比較のため作製した櫛型グランド電極およびグランドワイヤが無いレーザアレイ光源のBER特性測定系を示す図である。櫛型グランド電極およびグランドワイヤが無いことを除いて、実施例1と同様の構造および工程で実装を行ったDFBレーザアレイ光源60のBER特性を測定した。両測定系における測定条件は、信号レートが10Gbps、31段の擬似ランダムビットシーケンス(PRBS231−1)を用い、室温条件を25℃一定として測定を行った。 FIG. 9 is a diagram showing a BER characteristic measurement system of a laser array light source without a comb-shaped ground electrode and a ground wire manufactured for comparison. The BER characteristics of the DFB laser array light source 60 mounted by the same structure and process as in Example 1 were measured except that there were no comb-shaped ground electrode and ground wire. The measurement conditions in both measurement systems were a signal rate of 10 Gbps, a 31-stage pseudo-random bit sequence (PRBS2 31 -1), and room temperature conditions were kept constant at 25 ° C.

最初に、各チャネル独立で動作させて測定を行った。櫛型グランド電極がある本実施例のレーザアレイ光源50を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度はチャネル1、2、3、4で、それぞれ−19.5dBm、−18.5dBm、−19dBm、−18dBmであった。また、櫛型電極がないレーザアレイ光源60でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認でき、最小受光感度は、チャネル1、2、3、4で、それぞれ−18.5dBm、−19dBm、−18.5dBm、−18dBmであった。   First, measurement was performed by operating each channel independently. As a result of measuring the laser array light source 50 of this example having a comb-shaped ground electrode, error-free operation was confirmed in all channels. The minimum light sensitivity was -19.5 dBm, -18.5 dBm, -19 dBm, and -18 dBm for channels 1, 2, 3, and 4, respectively. Further, even in the laser array light source 60 having no comb-shaped electrode, error-free operation can be confirmed in all channels, and the minimum light receiving sensitivity is −18.5 dBm, −19 dBm, −18. They were 5 dBm and -18 dBm.

次に、全てのチャネルを同時に動作させて測定を行った。櫛型グランド電極がある本実施例のレーザアレイ光源50を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度は、チャネル1、2、3、4で、それぞれ−19dBm、−18dBm、 −19dBm、−17.5dBmと、1チャネル独立動作時と比べてほぼ劣化のない結果が得られた。また、櫛型電極がないレーザアレイ光源60でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認できたが、最小受光感度はチャネル1、2、3、4で、それぞれ−15.5dBm、−13.5dBm、−14dBm、−14dBmとなり、1チャネル独立動作時と比べて3〜5dBも感度が劣化した。   Next, measurement was performed by operating all channels simultaneously. As a result of measuring the laser array light source 50 of this example having a comb-shaped ground electrode, error-free operation was confirmed in all channels. The minimum photosensitivity was -19 dBm, -18 dBm, -19 dBm, and -17.5 dBm for channels 1, 2, 3, and 4, respectively. In addition, even in the laser array light source 60 without the comb-shaped electrode, error-free operation was confirmed in all channels, but the minimum light receiving sensitivity was −15.5 dBm, −13.5 dBm, The sensitivity deteriorated by 3 to 5 dB as compared with the case of independent operation of one channel, being -14 dBm and -14 dBm.

櫛型グランド電極構造のあるレーザアレイ光源50では、全チャネル同時動作の場合と、1チャネル独立動作の場合とで、最小受光感度はほとんど劣化していない。一方で、櫛型グランド電極のないレーザアレイ光源60では、全チャネル同時動作時には、1チャネル独立動作時と比較して、明らかに最小受光感度は劣化した。この差異は、チャネル間のクロストークによる波形の劣化が引き起こしているものと考えられる。
次に、全チャネル同時動作時および1チャネル独立動作時の場合で、チャネル2の発振波長がそれぞれどの程度ずれるかの測定を行った。このとき、レーザのバイアス電流は50mA、変調信号は加えない条件で測定を行った。1チャネル独立動作のチャネル2の発振波長は、櫛型グランド電極がある光源では1300.1nm、櫛型グランド電極が無い光源では 1299.95nmであった。次に、全チャネル同時にバイアス電流を流したときのチャネル2の発振波長は、櫛型グランド電極があるレーザアレイ光源では1300.2nm、櫛型グランド電極が無いレーザアレイ光源では 1300.3nmであった。発振波長のずれは活性層温度の上昇を示していると考えられるので、本発明の櫛型グランド電極は隣接チャネル間の熱クロストークの抑制に有効であることがわかる。
In the laser array light source 50 having the comb-shaped ground electrode structure, the minimum light receiving sensitivity is hardly deteriorated between the simultaneous operation of all channels and the independent operation of one channel. On the other hand, in the laser array light source 60 without the comb-shaped ground electrode, the minimum light receiving sensitivity is clearly deteriorated in the simultaneous operation of all channels as compared with the independent operation of one channel. This difference is considered to be caused by waveform degradation due to crosstalk between channels.
Next, it was measured how much the oscillation wavelength of channel 2 was shifted in each case of simultaneous operation of all channels and independent operation of one channel. At this time, the measurement was performed under the condition that the laser bias current was 50 mA and no modulation signal was applied. The oscillation wavelength of channel 2 for independent operation of one channel was 1300.1 nm for a light source with a comb-shaped ground electrode and 1299.95 nm for a light source without a comb-shaped ground electrode. Next, the oscillation wavelength of channel 2 when a bias current is applied simultaneously to all channels was 1300.2 nm for a laser array light source with a comb-shaped ground electrode and 1300.3 nm for a laser array light source without a comb-shaped ground electrode. . Since the oscillation wavelength shift is considered to indicate an increase in the active layer temperature, it can be seen that the comb ground electrode of the present invention is effective in suppressing thermal crosstalk between adjacent channels.

以上述べたように、本実施例の多チャネルレーザアレイ光源に特有の櫛型グランド電極を備えることによって、電気的クロストークおよび熱的クロストークの両方を低減するのに有効であることが明らかである。本実施例では、直接変調DFBレーザへの適用例を示したが、ほかのタイプのレーザにも本発明のグランド電極を適用できる。すなわち、レーザアレイ光源の各レーザデバイスを包囲し分離するように形成されたグランド電極を形成し、このグランド電極に対して、レーザアレイ光源を構成する1以上の基板のグランドへの電気的接続を形成することで、同様の効果が得られる。   As described above, it is clear that the provision of the comb-shaped ground electrode unique to the multi-channel laser array light source of this embodiment is effective in reducing both electrical crosstalk and thermal crosstalk. is there. In this embodiment, the application example to the direct modulation DFB laser is shown, but the ground electrode of the present invention can be applied to other types of lasers. That is, a ground electrode formed so as to surround and separate each laser device of the laser array light source is formed, and electrical connection to the ground of one or more substrates constituting the laser array light source is made to the ground electrode. By forming, the same effect can be obtained.

本実施例では、各チャネルのレーザデバイス間にグランド電極の一部が配置された櫛型グランド電極を例示的に示したが、各チャネルのレーザデバイス間に電気的または熱的なアイソレーションを実現できるものであれば、櫛型の形状に限定されない。また、本実施例の櫛型グランド電極は、不連続部分が無い一体のものを例示的に示したが、電気信号の電磁波の波長(1/4波長)よりも十分に短い電極の不連続部分、切れ目、ギャップなどがあるような形状のグランド電極の場合でも、電気的または熱的なアイソレーションは実現可能である。すなわち、必要な金ワイヤのグランド配線と、グランド電極が、半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触していれば、櫛型の形状に限定されず、本発明の効果を発揮できる。また、本実施例では、各チャネルのレーザデバイスは一直線上に配置されているが、曲線上に配置されている場合であっても、グランド電極の一部が、各チャネルのレーザデバイス間にある限り、電気的なアイソレーションまたは熱的なアイソレーションを実現できるのは言うまでもない。   In the present embodiment, the comb-shaped ground electrode in which a part of the ground electrode is arranged between the laser devices of each channel is exemplarily shown. However, electrical or thermal isolation is realized between the laser devices of each channel. If possible, the shape is not limited to a comb shape. Moreover, although the comb-shaped ground electrode of the present embodiment is exemplarily shown as an integrated one having no discontinuous portion, the discontinuous portion of the electrode that is sufficiently shorter than the wavelength (1/4 wavelength) of the electromagnetic wave of the electric signal. Even in the case of a ground electrode having a shape such as a cut line or a gap, electrical or thermal isolation can be realized. That is, as long as the necessary ground wire of the gold wire and the ground electrode are in direct contact with at least one of the semiconductor substrate and the lower clad layer, the present invention is not limited to the comb shape, and the effects of the present invention can be exhibited. In this embodiment, the laser devices for each channel are arranged on a straight line. However, even when the laser devices are arranged on a curved line, a part of the ground electrode is located between the laser devices for each channel. Needless to say, electrical isolation or thermal isolation can be realized.

本発明のレーザアレイ光源を電界吸収型変調器集積分布帰還(EADFB:Electro-absorption Distributed FeedBack)レーザに適用した実施例を示す。本実施例も、本発明の効果を示す1つの例示的な形態であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。
図10は、本発明の実施例2のレーザアレイ光源で使用されるEADFBレーザアレイチップの構成を示す図である。図10の(a)は、本実施例で用いられる多チャンネルのレーザアレイチップ71の構成を示す。図10の(b)は、チップのY−Y´部分の断面を示す。図10の(a)に示すように、レーザアレイチップ71は合波器70を同一基板上に集積した2チャネルEADFBレーザアレイを備えている。EADFBレーザは、一定強度の光を発するDFBレーザと、その光強度の変調を行うEA変調器とが1つのチップに集積された変調機能付き光源としてよく知られている。図10の(a)の下側のチャネルに注目すれば、1つのチャネルのレーザは、EA変調器電極73aおよびDFBレーザ電極72aを有する。さらに、本発明におけるレーザアレイチップ71では、EA変調器電極73aおよびDFBレーザ電極72aを取り囲むように形成されたコの字型グランド電極74aを備えている点に特徴がある。
An embodiment in which the laser array light source of the present invention is applied to an electroabsorption modulator integrated distributed feedback (EADFB) laser will be described. This embodiment is also an exemplary form showing the effects of the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an EADFB laser array chip used in the laser array light source according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10A shows the configuration of a multi-channel laser array chip 71 used in this embodiment. FIG. 10B shows a cross section of the YY ′ portion of the chip. As shown in FIG. 10A, the laser array chip 71 includes a two-channel EADFB laser array in which a multiplexer 70 is integrated on the same substrate. The EADFB laser is well known as a light source with a modulation function in which a DFB laser that emits light of constant intensity and an EA modulator that modulates the light intensity are integrated on one chip. If attention is paid to the lower channel of FIG. 10A, the laser of one channel has an EA modulator electrode 73a and a DFB laser electrode 72a. Further, the laser array chip 71 according to the present invention is characterized in that it has a U-shaped ground electrode 74a formed so as to surround the EA modulator electrode 73a and the DFB laser electrode 72a.

すなわち、本実施例のレーザアレイ光源は、複数の光機能素子の隣接する2つの間に、グランド電極の2つの部分を有し、1つの光機能素子の両脇にある前記部分が、レーザアレイチップ面上で前記1つの光機能素子を取り囲む一体のグランド電極を構成し、前記1つの光機能素子の前記一体のグランド電極と、他の光機能素子の一体のグランド電極とは、前記レーザアレイチップ面上では接続されておらず、半導体基板または下部クラッド層を介してのみ電気的に接続される。一体のグランド電極は、たとえば、本実施例におけるコの字型グランド電極74aを含む。   That is, the laser array light source of the present embodiment has two portions of the ground electrode between two adjacent optical functional elements, and the portions on both sides of one optical functional element are the laser array. An integrated ground electrode surrounding the one optical functional element is formed on the chip surface, and the integrated ground electrode of the one optical functional element and the integrated ground electrode of another optical functional element are the laser array. They are not connected on the chip surface and are electrically connected only via the semiconductor substrate or the lower cladding layer. The integral ground electrode includes, for example, a U-shaped ground electrode 74a in the present embodiment.

図4の(a)に示した実施例1における櫛型グランド電極24は、DFBレーザ電極23a、23bなどを取り囲むように形成されており、隣り合うDFBレーザ電極の間のギャップ部に櫛型グランド電極24が形成されていた。さらに、各ギャップ部のグランド電極部分はすべて接続されており、櫛型グランド電極24は全体が接続された一体のものとして構成されていた。   The comb-shaped ground electrode 24 in the first embodiment shown in FIG. 4A is formed so as to surround the DFB laser electrodes 23a and 23b, and the comb-shaped ground is formed in a gap portion between adjacent DFB laser electrodes. Electrode 24 was formed. Further, the ground electrode portions of each gap portion are all connected, and the comb-shaped ground electrode 24 is configured as an integrated unit that is entirely connected.

これに対して、図10の(a)に示した本実施例のコの字型グランド電極74aは、隣り合うチャネルの間のギャップ部には、2つのグランド電極74a、74bが形成されている。すなわち、図10の(a)のDFBレーザ電極72aおよびDFBレーザ電極72aの間にある2つのグランド電極74a、74bの一部が、請求項における、複数の光機能素子の隣接する2つの間の、前記グランド電極の2つの部分に対応する。これらのグランド電極は、少なくともレーザアレイチップ71面上では、別個のものとして構成される。すなわち、1つのチャネルのレーザデバイスを取り囲むコの字型グランド電極は、そのチャネルのDFBレーザ電極の両脇にあるグランド電極が接続されてコの字型のパターンを形成している。これは、請求項における、レーザアレイチップ面上で1つの光機能素子を取り囲む一体のグランド電極を構成することに対応する。コの字型グランド電極同士は、レーザアレイチップ71の基板によって接続されている。これは、請求項における、1つの光機能素子の一体のグランド電極と、他の光機能素子の一体のグランド電極とが、レーザアレイチップ面上では接続されておらず、前記半導体基板または前記下部クラッド層を介してのみ電気的に接続されることに対応する。   On the other hand, in the U-shaped ground electrode 74a of this embodiment shown in FIG. 10A, two ground electrodes 74a and 74b are formed in the gap portion between adjacent channels. . That is, a part of the two ground electrodes 74a and 74b between the DFB laser electrode 72a and the DFB laser electrode 72a in FIG. 10A is formed between two adjacent optical function elements in the claims. , Corresponding to two parts of the ground electrode. These ground electrodes are configured separately on at least the surface of the laser array chip 71. That is, the U-shaped ground electrode surrounding the laser device of one channel is connected to the ground electrodes on both sides of the DFB laser electrode of the channel to form a U-shaped pattern. This corresponds to forming an integral ground electrode surrounding one optical functional element on the laser array chip surface in the claims. The U-shaped ground electrodes are connected to each other by the substrate of the laser array chip 71. In the claims, the integrated ground electrode of one optical functional element and the integrated ground electrode of another optical functional element are not connected on the laser array chip surface, and the semiconductor substrate or the lower portion This corresponds to electrical connection only through the cladding layer.

図10の(b)のY−Y´部分の断面図を参照すれば、半導体基板(下部クラッド層)75の上にコア層76が形成されており、さらに上部クラッド層77a、77bが形成されている。各チャネルの上部クラッド層77a、77bは、誘電体絶縁膜78a、78bによって分離され、実際にEA変調器として機能するデバイスが形成される。その上に2つのEA変調器電極73a、73bが形成される。コの字型グランド電極74a、74bは、EA変調器電極73a、73bをそれぞれ取り囲むように形成されている。コの字型グランド電極74a、74bは、基板75を介して接続されている。尚、コの字型グランド電極74a、74bは、上部クラッド層77a、77bが、下部クラッド層(基板)75および活性層のコア層76とショートしないように、絶縁膜(例えばSiO2)79a、79bを介して、形成されている。また、コの字型グランド電極74aおよびコの字型グランド電極74bの2つのグランド電極は、下部クラッド層(基板)75によってのみ、電気的に接続されている。すなわち、レーザアレイチップ面上では、2つのコの字型グランド電極74a、74bは、電極パターンとしては相互に接続されていないことに注目されたい。 Referring to the cross-sectional view of the YY ′ portion in FIG. 10B, the core layer 76 is formed on the semiconductor substrate (lower clad layer) 75, and the upper clad layers 77a and 77b are further formed. ing. The upper cladding layers 77a and 77b of each channel are separated by dielectric insulating films 78a and 78b, and a device that actually functions as an EA modulator is formed. Two EA modulator electrodes 73a and 73b are formed thereon. The U-shaped ground electrodes 74a and 74b are formed so as to surround the EA modulator electrodes 73a and 73b, respectively. The U-shaped ground electrodes 74 a and 74 b are connected via a substrate 75. The U-shaped ground electrodes 74a and 74b are formed of insulating films (for example, SiO 2 ) 79a, so that the upper cladding layers 77a and 77b do not short-circuit with the lower cladding layer (substrate) 75 and the core layer 76 of the active layer. 79b is formed. The two ground electrodes, the U-shaped ground electrode 74 a and the U-shaped ground electrode 74 b, are electrically connected only by the lower clad layer (substrate) 75. That is, it should be noted that the two U-shaped ground electrodes 74a and 74b are not connected to each other as electrode patterns on the laser array chip surface.

本実施例では各レーザのチャネルの繰り返し距離を500μmとし、合波器としてマルチモード干渉型合波器(MMIカプラ)を使っている。レーザアレイチップ71上に形成するグランド電極としては、上述のようにチャネル毎に独立したコの字型グランド電極を用いた。このように、レーザアレイチップ71面上の電極パターンとして、チャネル間で分離したグランド電極構造にすることで、1つのチャネルの動作によって生じるグランド電位の揺らぎを、隣接チャネルのグランド電極に伝えないようにする効果がある。   In this embodiment, the repetition distance of each laser channel is set to 500 μm, and a multimode interference type multiplexer (MMI coupler) is used as a multiplexer. As the ground electrode formed on the laser array chip 71, a U-shaped ground electrode independent for each channel was used as described above. As described above, the electrode pattern on the surface of the laser array chip 71 has a ground electrode structure separated between channels so that the fluctuation of the ground potential caused by the operation of one channel is not transmitted to the ground electrode of the adjacent channel. Has the effect of

本実施例のレーザの発振波長は、短波長側から 1550nm、1560nmとし、最短波長からチャネル1、2とした。また、レーザアレイチップ71上では、上方のレーザデバイスから順にチャネル1、2に対応する。DFBレーザのバイアス電流は80mA、EA変調器のバイアス電圧はチャネル1が−1.5V、チャネル2が−1.6Vとした。   The oscillation wavelengths of the laser of this example were 1550 nm and 1560 nm from the short wavelength side, and channels 1 and 2 were set from the shortest wavelength. On the laser array chip 71, the channels 1 and 2 correspond in order from the upper laser device. The bias current of the DFB laser was 80 mA, and the bias voltage of the EA modulator was -1.5V for channel 1 and -1.6V for channel 2.

図11は、EADFBレーザアレイチップを用いた実施例2のレーザアレイ光源の構成を示す図である。レーザアレイチップ71上の各レーザデバイスを包囲し分離するように形成されたコの字型グランド電極74a、74bを形成し、このコの字型グランド電極に対して、レーザアレイ光源を構成する1以上の他の基板(サブキャリア80、高周波配線板81a、81b)のグランドへのワイヤ接続を形成することによって、各チャネルのレーザデバイスの新たなグランド経路が形成される。チャネル間の電気的クロストークおよび熱的なクロストークの低減は、実施例1での説明したのと同様な動作原理に基づく。   FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a laser array light source of Example 2 using an EADFB laser array chip. U-shaped ground electrodes 74a and 74b formed so as to surround and separate each laser device on the laser array chip 71 are formed, and a laser array light source is configured with respect to the U-shaped ground electrodes. By forming a wire connection to the ground of the other substrate (subcarrier 80, high-frequency wiring boards 81a and 81b), a new ground path of the laser device of each channel is formed. Reduction of electrical crosstalk between channels and thermal crosstalk is based on the same operation principle as described in the first embodiment.

さらに本実施例では、グランド電極をチャネル毎に分離したコの字型の構造を用いるため、1つのチャネルの動作によるグランド電位の揺らぎを、隣接チャネルのグランド電極に伝えないようにすることが可能となり、さらなるクロストークの抑制が可能となる。また、本実施例では、図5に示した実施例1のような支持部材31a、31bを用いた中空構造とられておらず、サブキャリア80上に、レーザアレイチップ71および高周波配線板81a、81bが直接搭載され、回路構成面が概ね同一の高さとなるように配置されている。コの字型グランド電極74a、74bと他の基板のグランド面との間のワイヤ接続については後述する。尚、サブキャリア80の下面(裏面)にはグランド面が形成されており、上面のグランド面86と、下面のグランド面は電気的に導通している。   Furthermore, in this embodiment, since a U-shaped structure in which the ground electrode is separated for each channel is used, it is possible to prevent the fluctuation of the ground potential due to the operation of one channel from being transmitted to the ground electrode of the adjacent channel. Thus, further crosstalk suppression can be achieved. Further, in this embodiment, the hollow structure using the support members 31a and 31b as in the first embodiment shown in FIG. 5 is not used, and the laser array chip 71 and the high-frequency wiring board 81a on the subcarrier 80, 81b is directly mounted and arranged so that the circuit configuration surfaces are substantially the same height. Wire connection between the U-shaped ground electrodes 74a and 74b and the ground surface of another substrate will be described later. A ground surface is formed on the lower surface (back surface) of the subcarrier 80, and the ground surface 86 on the upper surface and the ground surface on the lower surface are electrically connected.

図11において、本実施例におけるワイヤによるグランド間の接続箇所は、図11に示された各位置だけには限られない。ワイヤの数も図11のものび限定されない。本実施例でも、低抵抗のワイヤによって2つの基板のグランド間を接続しているが、2つの基板のグランド電極間を接続する電気的接続手段としては、ワイヤだけに限られず他の電気的接続手段を利用できる。実施例1で述べたのと同様に、銀ペーストなどの導電性材料を使用して接続することも可能である。例えば、コの字型グランド電極74a、74bから、サブキャリア80のグランド面86に対して、導電性ペーストによって、コの字型グランド電極24、レーザアレイチップ71の側面、およびサブキャリア80のグランド面86を覆う金属接合構造を形成して、コの字型グランド電極24とグランド面86とを接続することができる。   In FIG. 11, the connection place between the grounds by the wire in a present Example is not restricted only to each position shown by FIG. The number of wires is not limited to that shown in FIG. Also in this embodiment, the grounds of the two substrates are connected by a low resistance wire, but the electrical connection means for connecting the ground electrodes of the two substrates is not limited to the wires, but other electrical connections. Means are available. As described in Embodiment 1, it is possible to connect using a conductive material such as silver paste. For example, the U-shaped ground electrode 24, the side surface of the laser array chip 71, and the ground of the subcarrier 80 are formed by conductive paste from the U-shaped ground electrodes 74 a and 74 b to the ground surface 86 of the subcarrier 80. A U-shaped ground electrode 24 and the ground surface 86 can be connected by forming a metal joint structure that covers the surface 86.

次に、本実施例のレーザアレイ光源の実装工程について図11を使用しながら説明する。最初に、サブキャリア80上のグランド電極86上に、EADFBレーザアレイチップ71を搭載する。このとき、コの字型グランド電極74a、74bは、金ワイヤによってサブキャリア80上のグランド電極86と接続される。また、DFBレーザ電極72aは、金ワイヤによってサブキャリア80上に形成されたDC配線83aと接続する。すなわち、本発明の方法としては、サブキャリア上に形成されたDC配線と、レーザアレイチップ上の半導体分布帰還型レーザ(DFBレーザ)電極とを、ワイヤ配線によって接続するステップをさらに含むことになる。   Next, the mounting process of the laser array light source of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the EADFB laser array chip 71 is mounted on the ground electrode 86 on the subcarrier 80. At this time, the U-shaped ground electrodes 74a and 74b are connected to the ground electrode 86 on the subcarrier 80 by a gold wire. The DFB laser electrode 72a is connected to a DC wiring 83a formed on the subcarrier 80 by a gold wire. That is, the method of the present invention further includes a step of connecting the DC wiring formed on the subcarrier and the semiconductor distributed feedback laser (DFB laser) electrode on the laser array chip by wire wiring. .

次に、サブキャリア80上に、高周波配線板81a、81bを搭載する。本実施例では、2チャンネルのレーザデバイスで構成されるレーザアレイ光源なので、2つの別個の高周波配線板を用いたが、高周波配線板の数はこれに限定されない。高周波配線板81a上には、信号線85a、終端抵抗82aが構成されており、信号線85aの両脇はグランド面となっている。レーザアレイ光源の実装状況に応じて、高周波配線板の形状や数を変えることができる。最後に、高周波配線板81a、81bの信号線85a、85bの端部と、レーザアレイチップ71上のEA変調器電極73a、73bとを、金ワイヤによって接続する。また、高周波配線板81a、81bのグランド電極と、レーザアレイチップ71上のコの字型グランド電極74a、74bとを、同様に金ワイヤでワイヤボンディング技術を使って接続する。
図12は、実施例2のレーザアレイ光源のBER特性の測定系を示す図である。レーザアレイ光源90の2つのチャネルのレーザの各々に対して、独立してBERが測定できるように、2つのBER測定系が構成されている。1つのチャネルに対して、DC電源13−1、パルス発生器11−1、バイアスT12−1が備えられ、高周波プローブ51aを経由して、変調信号が高周波配線板波長の信号線に供給される。また、DC電源13−3、13−4は、DFBレーザに電流を供給している。変調された光出力は、先球ファイバ92によって効率良く結合され、可変波長フィルタ18および光可変アッテネータ14を経由して、光受信器15で受光される。エラー検出器16でエラーが観測される。
Next, high frequency wiring boards 81 a and 81 b are mounted on the subcarrier 80. In this embodiment, since the laser array light source is composed of two-channel laser devices, two separate high-frequency wiring boards are used. However, the number of high-frequency wiring boards is not limited to this. On the high-frequency wiring board 81a, the signal line 85 a, the terminating resistor 82a is configured,: both sides of the signal line 85 a has a ground surface. The shape and number of high-frequency wiring boards can be changed according to the mounting status of the laser array light source. Finally, the high frequency circuit board 81a, and the end of the signal line 85 a, 85 b of 81b, EA modulator electrode 73a on the laser array chip 71, and 73b, connected by a gold wire. Further, the ground electrodes of the high-frequency wiring boards 81a and 81b and the U-shaped ground electrodes 74a and 74b on the laser array chip 71 are similarly connected with a gold wire using a wire bonding technique.
FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement system for the BER characteristics of the laser array light source according to the second embodiment. Two BER measurement systems are configured so that the BER can be measured independently for each of the lasers of the two channels of the laser array light source 90. A DC power supply 13-1, a pulse generator 11-1, and a bias T12-1 are provided for one channel, and a modulation signal is supplied to a signal line having a high frequency wiring board wavelength via a high frequency probe 51a. . DC power supplies 13-3 and 13-4 supply current to the DFB laser. The modulated optical output is efficiently coupled by the tip fiber 92 and received by the optical receiver 15 via the variable wavelength filter 18 and the optical variable attenuator 14. An error is observed by the error detector 16.

図13は、比較のため作製した、コの字型電極およびグランドワイヤが無いレーザアレイ光源のBER特性測定系の構成を示す図である。コの字型グランド電極およびグランドワイヤが無いことを除いて、実施例2と同様の構造および工程で実装を行ったDFBレーザアレイ光源100のBER特性を測定した。   FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a BER characteristic measurement system of a laser array light source without a U-shaped electrode and a ground wire manufactured for comparison. The BER characteristics of the DFB laser array light source 100 mounted by the same structure and process as in Example 2 were measured except that there was no U-shaped ground electrode and no ground wire.

両測定系における測定条件は、信号レートが25Gbps、31段の擬似ランダムビットシーケンス(PRBS231−1)を用い、信号振幅電圧を2.0Vpp、クロスポイントを70%、室温条件を25℃一定として、測定を行った。 The measurement conditions in both measurement systems were a signal rate of 25 Gbps, a 31-stage pseudo random bit sequence (PRBS2 31 -1), a signal amplitude voltage of 2.0 Vpp, a crosspoint of 70%, and a room temperature condition of 25 ° C. The measurement was performed.

最初に、各チャネル独立で動作させて測定を行った。コの字型グランド電極がある本実施例のレーザアレイ光源を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度はチャネル1、2で、それぞれ−14.5dBm、−14dBmであった。また、コの字型電極がない光源でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認でき、最小受光感度は、チャネル1、2で、それぞれ−14.5dBm、−14dBmであった。   First, measurement was performed by operating each channel independently. As a result of measuring the laser array light source of this example having a U-shaped ground electrode, error-free operation was confirmed in all channels. The minimum light receiving sensitivity was -14.5 dBm and -14 dBm for channels 1 and 2, respectively. Further, even in a light source without a U-shaped electrode, error-free operation was confirmed in all channels, and the minimum light receiving sensitivity was -14.5 dBm and -14 dBm for channels 1 and 2, respectively.

次に、2つのチャネルを同時に動作させて測定を行った。コの字型グランド電極がある本実施例のレーザアレイ光源90を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度は、チャネル1、2で、それぞれ−14dBm、−14dBmと、1チャネル独立動作時と比べてほとんど劣化は見られなかった。また、コの字型電極がないレーザアレイ光源100でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認できたが、最小受光感度はチャネル1、2で、それぞれ−12.5dBm、−12.5dBmとなり、1チャネル独立動作時と比べて2dB近くも受光感度が劣化した。   Next, measurement was performed by operating two channels simultaneously. As a result of measuring the laser array light source 90 of this example having a U-shaped ground electrode, error-free operation was confirmed in all channels. The minimum light receiving sensitivity of channels 1 and 2 was -14 dBm and -14 dBm, respectively. Further, even in the laser array light source 100 having no U-shaped electrode, error-free operation was confirmed in all channels, but the minimum light receiving sensitivities were -12.5 dBm and -12.5 dBm in channels 1 and 2, respectively. The light receiving sensitivity was deteriorated by nearly 2 dB as compared with the channel independent operation.

コの字型グランド電極構造のあるレーザアレイ光源90では、2チャネル同時動作の場合と、1チャネル独立動作の場合とで、最小受光感度はほとんど劣化していない。一方で、コの字型グランド電極のないレーザアレイ光源100では、2チャネル同時動作時には、1チャネル独立動作時と比較して、明らかに最小受光感度は劣化した。この差異は、チャネル間のクロストークによる波形の劣化が引き起こしているものと考えられる。
次に、全チャネル同時動作時と1チャネル独立動作時とで、チャネル2の発振波長がどの程度ずれるか測定を行った。このとき、レーザのバイアス電流は80mA、変調信号は加えない条件で測定を行った。1チャネル独立動作のチャネル2の発振波長は、コの字型グランド電極がある光源では1560.5nm、コの字型グランド電極が無い光源では1560.05nmnmであった。次に、全チャネル同時にバイアス電流を流したときのチャネル2の発振波長は、コの字型グランド電極があるレーザアレイ光源では1560.52nm、コの字型グランド電極が無いレーザアレイ光源では1560.52nmであった。発振波長のずれは活性層温度の上昇を示していると考えられるので、本実施例におけるコの字型グランド電極も、実施例1における櫛型グランド電極と同様に、隣接チャネル間の熱クロストークの抑制に有効であることがわかる。
In the laser array light source 90 having the U-shaped ground electrode structure, the minimum light receiving sensitivity is hardly deteriorated in the case of the two-channel simultaneous operation and the one-channel independent operation. On the other hand, in the laser array light source 100 without the U-shaped ground electrode, the minimum light receiving sensitivity is clearly deteriorated in the simultaneous operation of two channels as compared with the independent operation of one channel. This difference is considered to be caused by waveform degradation due to crosstalk between channels.
Next, it was measured how much the oscillation wavelength of channel 2 was shifted between simultaneous operation of all channels and independent operation of one channel. At this time, the measurement was performed under the condition that the laser bias current was 80 mA and no modulation signal was applied. The oscillation wavelength of channel 2 for independent operation of one channel was 1560.5 nm for a light source with a U-shaped ground electrode and 1560.05 nm for a light source without a U-shaped ground electrode. Next, the oscillation wavelength of channel 2 when a bias current is simultaneously applied to all channels is 1560.52 nm for a laser array light source with a U-shaped ground electrode and 1560 .5 for a laser array light source without a U-shaped ground electrode. It was 52 nm. Since the shift in the oscillation wavelength is considered to indicate an increase in the temperature of the active layer, the U-shaped ground electrode in this example is similar to the comb-type ground electrode in Example 1 in terms of thermal crosstalk between adjacent channels. It turns out that it is effective in suppression of this.

本実施例では、各チャネルのレーザデバイス間にグランド電極の2つの部分が配置されたコの字型グランド電極を例示的に示したが、各チャネルのレーザデバイス間に電気的または熱的なアイソレーションを実現できるものであれば、コの字型の形状に限定されない。また、本実施例のコの字型グランド電極は、不連続部分が無い一体のものを例示的に示したが、電気信号の電磁波の波長(1/4波長)よりも十分に短い電極の不連続部分、切れ目、ギャップなどがあるような形状のグランド電極の場合でも、電気的なアイソレーションおよび熱的なアイソレーションは実現可能である。すなわち、サブキャリアおよび高周波配線板へ必要な電気的接続(例えば金ワイヤのグランド配線)がされており、レーザアレイチップのグランド電極が、半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触していれば、コの字型の形状に限定されず、本発明の効果を発揮できる。また、本実施例では、各チャネルのレーザデバイスは一直線上に配置されているが、緩やかな曲線上に配置された場合でもあっても、グランド電極の一部が、各チャネルのレーザデバイス間にある限り、電気的なアイソレーションおよび熱的なアイソレーションを実現できるのは言うまでもない。   In this embodiment, the U-shaped ground electrode in which two portions of the ground electrode are arranged between the laser devices of the respective channels is exemplarily shown. However, an electrical or thermal isolation is provided between the laser devices of the respective channels. However, the shape is not limited to a U shape. In addition, the U-shaped ground electrode of the present embodiment is shown as an example of an integrated one having no discontinuous portion, but the electrode having an electrode sufficiently shorter than the wavelength (1/4 wavelength) of the electromagnetic wave of the electrical signal is not shown. Even in the case of a ground electrode having a shape such as a continuous portion, a cut, or a gap, electrical isolation and thermal isolation can be realized. That is, the necessary electrical connection (for example, gold wire ground wiring) is made to the subcarrier and the high-frequency wiring board, and the ground electrode of the laser array chip is in direct contact with at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer. For example, the present invention is not limited to a U-shape, and the effects of the present invention can be exhibited. In this embodiment, the laser devices for each channel are arranged on a straight line. However, even if the laser devices are arranged on a gentle curve, a part of the ground electrode is placed between the laser devices for each channel. It goes without saying that electrical isolation and thermal isolation can be realized as long as there is.

本発明のレーザアレイ光源を、半絶縁基板上に構成した実施例を示す。本実施例の構成は、レーザデバイスのチャネル間形成されるグランド電極の形状では、実施例2のコの字型グランド電極と類似しているが、実施例1と同様の直接変調DFBレーザアレイチップを使用する。レーザデバイスの下部クラッド層の構成や、光合波器の構成の点で、実施例1と異なっている。本実施例も、本発明の効果を示す1つの例示的な形態であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。   The Example which comprised the laser array light source of this invention on the semi-insulating board | substrate is shown. The configuration of the present embodiment is similar to the U-shaped ground electrode of the second embodiment in the shape of the ground electrode formed between the channels of the laser device, but the direct modulation DFB laser array chip similar to the first embodiment. Is used. This is different from the first embodiment in the configuration of the lower cladding layer of the laser device and the configuration of the optical multiplexer. This embodiment is also an exemplary form showing the effects of the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

図14は、本発明の実施例3のレーザアレイ光源で使用される直接変調DFBレーザアレイチップの構成を示す図である。図14の(a)は、本実施例で用いられる多チャンネルのレーザアレイチップ110の構成を示す。図14の(b)は、チップのX−X´部分の断面を示す。図14の(a)に示すように、レーザアレイチップ110では合波器はチップ上に集積されてはいない。さらに、本発明におけるレーザアレイチップ110、直接変調が行われるので、レーザデバイスとしては実施例1の構成と同様にDFBレーザ電極112a、112bのみが形成される。一方、チャネル間に形成されるグランド電極は、実施例2と同様に、DFBレーザ電極112a、112bを取り囲むように形成されたコの字型グランド電極111a、111bなどを備えている点に特徴がある。   FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a direct modulation DFB laser array chip used in the laser array light source according to the third embodiment of the present invention. FIG. 14A shows the configuration of a multi-channel laser array chip 110 used in this embodiment. FIG. 14B shows a cross section of the XX ′ portion of the chip. As shown in FIG. 14A, in the laser array chip 110, the multiplexer is not integrated on the chip. Further, since direct modulation is performed in the laser array chip 110 in the present invention, only the DFB laser electrodes 112a and 112b are formed as the laser device as in the configuration of the first embodiment. On the other hand, the ground electrode formed between the channels is provided with U-shaped ground electrodes 111a and 111b formed so as to surround the DFB laser electrodes 112a and 112b as in the second embodiment. is there.

図14の(a)に示した本実施例のコの字型グランド電極は、隣り合うチャネルの間のギャップ部、たとえばDFBレーザ電極112a、112bの間に、2つのグランド電極111a、111bが形成されている。これらのグランド電極は、少なくともレーザアレイチップ100面上では、別個の独立のものとして構成される。すなわち、1つのチャネルのレーザデバイスを取り囲むコの字型グランド電極は、そのチャネルのDFBレーザ電極の両脇にあるグランド電極部分が接続されてコの字型のパターンを形成している。すなわち、異なるチャネルに対する異なるコの字型グランド電極同士は、本実施例に特有のレーザアレイチップ110に形成された低抵抗率層114によって接続されている。   In the U-shaped ground electrode of the present embodiment shown in FIG. 14A, two ground electrodes 111a and 111b are formed between gaps between adjacent channels, for example, between DFB laser electrodes 112a and 112b. Has been. These ground electrodes are configured as separate and independent elements at least on the surface of the laser array chip 100. That is, the U-shaped ground electrode surrounding the laser device of one channel is connected to the ground electrode portions on both sides of the DFB laser electrode of the channel to form a U-shaped pattern. That is, different U-shaped ground electrodes for different channels are connected by the low resistivity layer 114 formed on the laser array chip 110 unique to this embodiment.

図14の(b)のX−X´部分の断面図を参照すれば、本実施例のレーザアレイチップ100は、半絶縁InP基板113の上に、低抵抗率n−InGaAsP層114が形成されている。低抵抗率n−InGaAsP層114の上には、n−InP下部クラッド層115、コア層118およびp−InP上部クラッド層117が順次形成されている。コア層118および上部クラッド層117の両サイドは、半絶縁InP層116a、116bによって分離されている。各レーザデバイスを囲むようにコの字型グランド電極111a、111b、111cが形成されている。そして、本実施例では、コの字型グランド電極111a、111b、111cは、n−InP下部クラッド層115ではなくて、低抵抗率n−InGaAsP層114に接続されている。すなわち、上述のレーザデバイスの層構造は、下部クラッド層115の直下に配置された、下部クラッド層115よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層114を含み、コの字型グランド電極111a、111b、111cはこの低抵抗率層114に接していることになる。   Referring to the cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 14B, the laser array chip 100 of the present embodiment has a low resistivity n-InGaAsP layer 114 formed on a semi-insulating InP substrate 113. ing. On the low resistivity n-InGaAsP layer 114, an n-InP lower cladding layer 115, a core layer 118, and a p-InP upper cladding layer 117 are sequentially formed. Both sides of the core layer 118 and the upper cladding layer 117 are separated by semi-insulating InP layers 116a and 116b. U-shaped ground electrodes 111a, 111b, and 111c are formed so as to surround each laser device. In this embodiment, the U-shaped ground electrodes 111 a, 111 b, and 111 c are connected not to the n-InP lower cladding layer 115 but to the low resistivity n-InGaAsP layer 114. That is, the layer structure of the laser device described above includes a low resistivity layer 114 disposed immediately below the lower cladding layer 115 and having a resistivity lower than that of the lower cladding layer 115, and the U-shaped ground electrodes 111a and 111b. 111c are in contact with the low resistivity layer 114.

コの字型グランド電極を、n−InP下部クラッド層115よりも抵抗率の低いn−InGaAsP層114と接続することによって、下部クラッド層115から、レーザアレイチップ100が搭載されるサブキャリア上のグランド電極までの電気的経路のインピーダンスをより下げる構造になっている点に特徴がある。   By connecting the U-shaped ground electrode to the n-InGaAsP layer 114 having a lower resistivity than the n-InP lower cladding layer 115, the lower cladding layer 115 is connected to the subcarrier on which the laser array chip 100 is mounted. It is characterized by a structure that further lowers the impedance of the electrical path to the ground electrode.

本実施例では、各レーザデバイスのチャネルの繰り返し距離を400μmとした。また、レーザのバイアス電流はそれぞれ50mA、変調信号の信号振幅は40mAppとした。レーザの発振波長は、短波長側から1295nm、1300nm、1305nm、1310nmとし、最短波長からチャネル1、2、3、4とした。また、レーザアレイチップでは、図14の(a)の上方から順にチャネル1、2、3、4に対応する。   In this example, the repetition distance of the channel of each laser device was 400 μm. The laser bias current was 50 mA, and the signal amplitude of the modulation signal was 40 mApp. The oscillation wavelength of the laser was 1295 nm, 1300 nm, 1305 nm, and 1310 nm from the short wavelength side, and channels 1, 2, 3, and 4 were set from the shortest wavelength. The laser array chip corresponds to channels 1, 2, 3, and 4 in order from the top of FIG.

図15は、直接変調DFBレーザアレイチップを用いた実施例3のレーザアレイ光源の構成を示す図である。本実施例では、合波器はレーザアレイチップ上に集積されておらず、石英で出来た平面光波回路(石英PLC126)に構成されている。レーザアレイチップ110から平面光波回路126への光結合は、レンズアレイ125によって行う。レーザアレイチップ110上の各レーザデバイスを包囲し分離するように形成されたコの字型グランド電極を形成し、コの字型グランド電極に対して、レーザアレイ光源を構成する1以上の他の基板(サブキャリア121、高周波配線板122)のグランドへのワイヤ接続を形成することによって、各チャネルのレーザデバイスの新たなグランド経路が形成される。チャネル間の電気的クロストークおよび熱的なクロストークの低減は、実施例1で説明したのと同様な動作原理に基づいて実現される。本実施例では、実施例2と同様にグランド電極をチャネル毎に分離したコの字型構造のグランド電極を用い、さらに、抵抗率の低いn−InGaAsP層114と接続する。これによって、下部クラッド層115から、レーザアレイチップ100が搭載されるサブキャリア上のグランド電極までの電気的経路のインピーダンスをより下げることができる。1つのチャネルの動作によるグランド電位の揺らぎを、隣接チャネルのグランド電極に伝えないようにすることが可能となり、実施例1、実施例2よりさらなるクロストークの抑制が可能となる。   FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser array light source of Example 3 using a direct modulation DFB laser array chip. In this embodiment, the multiplexer is not integrated on the laser array chip, but is configured as a planar lightwave circuit (quartz PLC 126) made of quartz. Optical coupling from the laser array chip 110 to the planar lightwave circuit 126 is performed by the lens array 125. A U-shaped ground electrode formed so as to surround and separate each laser device on the laser array chip 110 is formed, and one or more other elements constituting the laser array light source are formed with respect to the U-shaped ground electrode. By forming a wire connection to the ground of the substrate (subcarrier 121, high frequency wiring board 122), a new ground path of the laser device of each channel is formed. Reduction of electrical crosstalk between channels and thermal crosstalk is realized based on the same operation principle as described in the first embodiment. In the present embodiment, a U-shaped ground electrode in which the ground electrode is separated for each channel is used as in the second embodiment, and further connected to the n-InGaAsP layer 114 having a low resistivity. Thereby, the impedance of the electrical path from the lower clad layer 115 to the ground electrode on the subcarrier on which the laser array chip 100 is mounted can be further reduced. It is possible to prevent the fluctuation of the ground potential due to the operation of one channel from being transmitted to the ground electrode of the adjacent channel, and it is possible to further suppress the crosstalk than in the first and second embodiments.

図16は、本発明の実施例3のレーザアレイ光源を側面から見た構成を示す図である。本実施例は、図5に示した実施例1のような支持部材31a、31bを用いた中空構造とられておらず、サブキャリア121上に、レーザアレイチップ110および高周波配線板122が直接搭載され、回路構成面が概ね同一の高さとなるように配置されている。高周波配線板122には、信号線123および終端抵抗128が備えられている。信号線の両脇で斜線を施した領域は、グランド電極である。コの字型グランド電極と他の基板のグランド電極との間のワイヤ接続については後述する。   FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a laser array light source according to the third embodiment of the present invention viewed from the side. This embodiment does not have a hollow structure using the support members 31a and 31b as in the first embodiment shown in FIG. 5, and the laser array chip 110 and the high-frequency wiring board 122 are directly mounted on the subcarrier 121. The circuit configuration surfaces are arranged so as to have substantially the same height. The high frequency wiring board 122 is provided with a signal line 123 and a termination resistor 128. The hatched areas on both sides of the signal line are ground electrodes. Wire connection between the U-shaped ground electrode and the ground electrode of another substrate will be described later.

ここで、本実施例のレーザアレイ光源の実装工程について図15、16を参照しながら説明する。最初に、サブキャリア121上のグランド電極124上に、DFBレーザアレイチップ110を搭載する。このとき、コの字型グランド電極は、金ワイヤによってサブキャリア121上のグランド電極124と接続される。   Here, the mounting process of the laser array light source of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the DFB laser array chip 110 is mounted on the ground electrode 124 on the subcarrier 121. At this time, the U-shaped ground electrode is connected to the ground electrode 124 on the subcarrier 121 by a gold wire.

次に、サブキャリア121上に5の高周波配線板122を搭載する。そして、高周波配線板122の信号線123と、レーザアレイチップ110のDFBレーザ電極112を金ワイヤで接続する。また、高周波配線板122の信号線の両脇にあるグランド電極とレーザアレイチップ110のコの字型グランド電極を金ワイヤによって接続する。最後に、DFBレーザの各チャネルからの光が、光合波器126に最大に結合されるように、レンズアレイ125および光合波器126を調芯して搭載する。   Next, five high-frequency wiring boards 122 are mounted on the subcarrier 121. Then, the signal line 123 of the high-frequency wiring board 122 and the DFB laser electrode 112 of the laser array chip 110 are connected by a gold wire. Further, the ground electrode on both sides of the signal line of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode of the laser array chip 110 are connected by a gold wire. Finally, the lens array 125 and the optical multiplexer 126 are aligned and mounted so that the light from each channel of the DFB laser is coupled to the optical multiplexer 126 at the maximum.

図15において、本実施例におけるワイヤによるグランド間の接続箇所は、図15に示された各位置だけには限られない。また、ワイヤの数も図15のものに限定されない。また、少なくとも1部のワイヤは、実施例1,2で述べたように、ワイヤ以外の電気的接続手段を利用可能である。例えば、コの字型グランド電極とサブキャリア121のグランド面124を、導電性ペーストによって、コの字型グランド電極、レーザアレイチップ110の側面、およびサブキャリア121のグランド面124を覆う金属接合構造を形成して、コの字型グランド電極24とグランド面124とを接続することができる。   In FIG. 15, the connection place between the grounds by the wire in a present Example is not restricted only to each position shown by FIG. Further, the number of wires is not limited to that shown in FIG. Further, as described in the first and second embodiments, electrical connection means other than the wires can be used for at least a part of the wires. For example, the U-shaped ground electrode and the ground surface 124 of the subcarrier 121 are covered with a metal paste structure that covers the U-shaped ground electrode, the side surface of the laser array chip 110, and the ground surface 124 of the subcarrier 121 with a conductive paste. The U-shaped ground electrode 24 and the ground surface 124 can be connected.

図17は、実施例3のレーザアレイ光源のBER特性の測定系を示す図である。レーザアレイ光源140の4つのチャネルのレーザの各々に対して、独立してBERが測定できるように、4つのBER測定系が構成されている。1つのチャネルに対して、DC電源13−1、パルス発生器11−1、バイアスT12−1が備えられ、高周波プローブ141aを経由して、変調信号が高周波配線板122の信号線に供給される。変調された光出力は、先球ファイバ142によって効率良く結合され、可変波長フィルタ17および光可変アッテネータ14を経由して、光受信器15で受光される。エラー検出器16でエラーが観測される。   FIG. 17 is a diagram illustrating a measurement system for the BER characteristics of the laser array light source according to the third embodiment. Four BER measurement systems are configured so that the BER can be measured independently for each of the four channel lasers of the laser array light source 140. A DC power supply 13-1, a pulse generator 11-1, and a bias T12-1 are provided for one channel, and a modulation signal is supplied to the signal line of the high frequency wiring board 122 via the high frequency probe 141a. . The modulated optical output is efficiently coupled by the tip fiber 142 and is received by the optical receiver 15 via the variable wavelength filter 17 and the optical variable attenuator 14. An error is observed by the error detector 16.

図18は、比較のため作製した、コの字型グランド電極および高周波配線板グランドを結ぶワイヤが無いレーザアレイ光源150のBER特性測定系の構成を示す図である。コの字型グランド電極および高周波配線板グランドを結ぶワイヤが無いことを除いて、実施例3と同様の構造および工程で実装を行ったDFBレーザアレイ光源150のBER特性を測定した。両測定系における測定条件は、信号レートが10Gbps、31段の擬似ランダムビットシーケンス(PRBS231−1)を用い、室温条件 を25℃一定として測定を行った。 FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a BER characteristic measurement system of a laser array light source 150 that is prepared for comparison and does not have a wire connecting a U-shaped ground electrode and a high-frequency wiring board ground. The BER characteristics of the DFB laser array light source 150 mounted by the same structure and process as in Example 3 were measured except that there was no wire connecting the U-shaped ground electrode and the high-frequency wiring board ground. The measurement conditions in both measurement systems were a signal rate of 10 Gbps, a 31-stage pseudo random bit sequence (PRBS 2 31 -1), and room temperature conditions at a constant 25 ° C.

最初に、各チャネル独立で動作させて測定を行った。高周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極の間にワイヤ接続がある本実施例のレーザアレイ光源140を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度はチャネル1、2、3、4で、それぞれ−18dBm、−18.5dBm、−18.5dBm、−18dBmであった。また、高周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極の間にワイヤ接続がないレーザアレイ光源150でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認でき、最小受光感度は、チャネル1、2、3、4で、それぞれ−19dBm、−19dBm、−18.5dBm、−18dBmであった。   First, measurement was performed by operating each channel independently. As a result of measuring the laser array light source 140 of the present example having a wire connection between the ground electrode of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, an error-free operation was confirmed in all channels. The minimum light sensitivity was -18 dBm, -18.5 dBm, -18.5 dBm, and -18 dBm for channels 1, 2, 3, and 4, respectively. Further, even in the laser array light source 150 having no wire connection between the ground electrode of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, an error-free operation can be confirmed in all channels, and the minimum light receiving sensitivity is the channel 1, 2, 3 4 were -19 dBm, -19 dBm, -18.5 dBm, and -18 dBm, respectively.

次に、4つのチャネルを同時に動作させて測定を行った。高周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極の間にワイヤ接続がある本実施例のレーザアレイ光源140を測定した結果、全チャネルでエラーフリー動作が確認できた。最小受光感度は、チャネル1、2、3、4で、それぞれ−18dBm、−18dBm、−18.5dBm、−17.5dBmと、1チャネル独立動作時と比べてほとんど劣化は見られなかった。また、周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極の間にワイヤ接続がないレーザアレイ光源150でも、全チャネルでエラーフリー動作が確認できたが、最小受光感度はチャネル1、2で、それぞれ−17.5dBm、−17dBm、−15.5dBm、−16.5dBmとなり、1チャネル独立動作時と比べて2〜3dB程度の範囲で受光感度の劣化が見られた。   Next, measurement was performed by simultaneously operating four channels. As a result of measuring the laser array light source 140 of the present example having a wire connection between the ground electrode of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, an error-free operation was confirmed in all channels. The minimum photosensitivity was -18 dBm, -18 dBm, -18.5 dBm, and -17.5 dBm for channels 1, 2, 3, and 4, respectively. Further, even in the laser array light source 150 having no wire connection between the ground electrode of the frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, an error-free operation could be confirmed in all channels. -17.5 dBm, -17 dBm, -15.5 dBm, and -16.5 dBm, respectively, and the deterioration of the light receiving sensitivity was observed in the range of about 2 to 3 dB compared to the case of the single channel independent operation.

高周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極との間にワイヤ接続があるレーザアレイ光源140では、4チャネル同時動作時にも、1チャネル独立動作時と比較して、最小受光感度はほとんど劣化しない。一方で、高周波配線板122のグランド電極とコの字型グランド電極との間にワイヤ接続のないレーザアレイ光源150では、4チャネル同時動作時に、1チャネル独立動作時と比較して、明らかに最小受光感度は劣化した。この差異は、チャネル間のクロストークによる波形の劣化が引き起こしているものと考えられる。
ただし、実施例1のグランド電極のないレーザアレイ光源における、4チャネル同時動作と1チャネル独立動作との間の最小受光感度の劣化の程度と比較すると、本実施例のワイヤ接続がないレーザアレイ光源の最小受光感度の劣化の程度は小さい。これは、DFBレーザの電極パッドの間にあるコの字型グランド電極によって下部クラッド層のグランド電位をより安定化している効果が現れているものと考えられる。
In the laser array light source 140 that has a wire connection between the ground electrode of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, the minimum light receiving sensitivity is almost lower in the simultaneous operation of four channels than in the independent operation of one channel. Does not deteriorate. On the other hand, in the laser array light source 150 having no wire connection between the ground electrode of the high-frequency wiring board 122 and the U-shaped ground electrode, it is clearly the minimum in the simultaneous operation of four channels compared to the independent operation of one channel. Photosensitivity deteriorated. This difference is considered to be caused by waveform degradation due to crosstalk between channels.
However, in the laser array light source without the ground electrode of the first embodiment, the laser array light source without the wire connection of this embodiment is compared with the degree of deterioration of the minimum light receiving sensitivity between the simultaneous operation of four channels and the independent operation of one channel. The degree of deterioration of the minimum light receiving sensitivity is small. This is considered to be due to the effect that the ground potential of the lower cladding layer is further stabilized by the U-shaped ground electrode between the electrode pads of the DFB laser.

本実施例の多チャネルレーザアレイ光源で使われている、コの字型グランド電極は、レーザデバイスのチャネル間のクロストーク低減に有効であることが明らかである。以上説明したように、本発明により、チャネル間でのクロストークによる信号劣化を抑制し、隣接チャネル間の熱的アイソレーションを確保してレーザの発振波長のずれを抑えた、安定した動作が可能な多チャネルレーザアレイ光源を実現できる。   It is apparent that the U-shaped ground electrode used in the multi-channel laser array light source of this embodiment is effective in reducing crosstalk between channels of the laser device. As described above, according to the present invention, it is possible to perform stable operation by suppressing signal deterioration due to crosstalk between channels and ensuring thermal isolation between adjacent channels to suppress a shift in laser oscillation wavelength. A multi-channel laser array light source can be realized.

本発明は、光通信システムに利用することができる。特に、光通信システム用の光源として利用できる。   The present invention can be used in an optical communication system. In particular, it can be used as a light source for an optical communication system.

1、21、80 サブキャリア
2、22、71、103、110 レーザアレイチップ
3、104 ワイヤ
4、23、112a、112b DFBレーザ電極
5、30、81a、81b、105 高周波配線板
6a、6b、31a、31b 支持部
7、32、82a、82b、106、128 終端抵抗
24 櫛型グランド電極
26、78 誘電体絶縁膜
27、117 上部クラッド層
28、76、118 コア層
29、75、115 下部クラッド層
33、85a、85b 高周波配線
37、86、124 グランド面
74a、74b、111a、111b、111c コの字型グランド電極
113 基板
114 低抵抗率層
116a、116b 半絶縁InP層
1, 21, 80 Subcarrier 2, 22, 71, 103, 110 Laser array chip 3, 104 Wire 4, 23, 112a, 112b DFB laser electrode 5, 30, 81a, 81b, 105 High frequency wiring board 6a, 6b, 31a , 31b Support portion 7, 32, 82a, 82b, 106, 128 Termination resistor 24 Comb-shaped ground electrode 26, 78 Dielectric insulating film 27, 117 Upper cladding layer 28, 76, 118 Core layer 29, 75, 115 Lower cladding layer 33, 85a, 85b High-frequency wiring 37, 86, 124 Ground plane 74a, 74b, 111a, 111b, 111c U-shaped ground electrode 113 Substrate 114 Low resistivity layer 116a, 116b Semi-insulating InP layer

Claims (8)

少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、
前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部がそれぞれ配置された、1つ以上のグランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている1つ以上のグランド電極と
を含むレーザアレイチップ
を備え
前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に、前記グランド電極の2つの部分を有し、1つの光機能素子の両脇にある前記部分が、前記レーザアレイチップ面上で前記1つの光機能素子を取り囲む一体のグランド電極を構成し、前記1つの光機能素子の前記一体のグランド電極と、他の光機能素子の一体のグランド電極とは、前記レーザアレイチップ面上では接続されておらず、前記半導体基板または前記下部クラッド層を介してのみ電気的に接続されていることを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源。
A plurality of optical functional elements having a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer, and converting an electrical signal into an optical signal;
One or more ground electrodes, each of which is at least partially disposed between two adjacent two of the plurality of optical functional elements, and is in direct contact with at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer. And a laser array chip including one or more ground electrodes connected to each other ,
The two portions of the ground electrode are provided between two adjacent ones of the plurality of optical functional elements, and the portions on both sides of one optical functional element are arranged on the surface of the laser array chip. An integral ground electrode surrounding the functional element is configured, and the integral ground electrode of the one optical functional element and the integral ground electrode of the other optical functional element are not connected on the laser array chip surface. First, the multi-channel laser array light source is electrically connected only through the semiconductor substrate or the lower cladding layer .
少なくとも半導体基板、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層を含む層構造を有し、電気信号を光信号に変換する複数の光機能素子と、
前記複数の光機能素子の隣接する2つの間に少なくともその一部が配置された櫛型グランド電極であって、前記半導体基板または下部クラッド層の少なくともいずれかと直接接触して、電気的に接続されている櫛型グランド電極と
を含むレーザアレイチップと、
上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成され、前記チップ搭載グランド電極上に前記レーザアレイチップが配置されたサブキャリアと、
前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板と、
前記レーザアレイチップの前記櫛型グランド電極と、前記サブキャリアの前記チップ搭載グランド電極または前記高周波配線板の前記グランド電極の少なくとも一方との間を直接接続する電気的接続手段(ワイヤ)と
を備えたことを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源。
A plurality of optical functional elements having a layer structure including at least a semiconductor substrate, a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer, and converting an electrical signal into an optical signal;
A comb-shaped ground electrode having at least a part thereof disposed between two adjacent two of the plurality of optical functional elements, and is in direct contact with and electrically connected to at least one of the semiconductor substrate and the lower cladding layer. Comb-shaped ground electrode and
A laser array chip including:
A chip-mounted ground electrode is formed on the upper surface, a ground electrode electrically connected to the chip-mounted ground electrode is formed on the lower surface, and a subcarrier in which the laser array chip is disposed on the chip-mounted ground electrode;
A high-frequency wiring board having a plurality of signal wirings and a ground electrode for guiding the electrical signal;
Electrical connection means (wire) for directly connecting between the comb-shaped ground electrode of the laser array chip and at least one of the chip-mounted ground electrode of the subcarrier or the ground electrode of the high-frequency wiring board
Multi-channel laser array light source, characterized in that it comprises a.
上面にチップ搭載グランド電極が形成され、下面に前記チップ搭載グランド電極と電気的に導通したグランド電極が形成され、前記チップ搭載グランド電極上に前記レーザアレイチップが配置されたサブキャリアと、
前記電気信号を導く複数の信号配線およびグランド電極を有する高周波配線板と、
前記レーザアレイチップ、前記サブキャリアおよび前記高周波配線板の間を接続する電気的接続手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項に記載の多チャネルレーザアレイ光源。
A chip-mounted ground electrode is formed on the upper surface, a ground electrode electrically connected to the chip-mounted ground electrode is formed on the lower surface, and a subcarrier in which the laser array chip is disposed on the chip-mounted ground electrode;
A high-frequency wiring board having a plurality of signal wirings and a ground electrode for guiding the electrical signal;
The multi-channel laser array light source according to claim 1 , further comprising: electrical connection means for connecting the laser array chip, the subcarrier, and the high-frequency wiring board.
前記サブキャリアの前記チップ搭載グランド電極と、前記レーザアレイチップの各グランド電極との間が、少なくとも1カ所以上で、電気的接続手段によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項2または3に記載の多チャネルレーザアレイ光源。 And the chip mounting ground electrode of the sub-carrier, between the ground electrode of the laser array chip is at least one place or more, claim 2, characterized in that it is electrically connected by an electrical connection means Or the multi-channel laser array light source according to 3; 前記高周波配線板上の前記グランド電極と、前記レーザアレイチップの各グランド電極との間が、電気的接続手段によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項2または3に記載の多チャネルレーザアレイ光源。 Wherein said ground electrode on the high frequency circuit board, between the ground electrode of the laser array chip, the electrical connection means according to claim 2 or 3, characterized in that it is electrically connected to the multi Channel laser array light source. 前記層構造は、前記下部クラッド層の直下に配置された、前記半導体基板よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層を含み、前記グランド電極は前記低抵抗率層に接していることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の多チャネルレーザアレイ光源。   The layer structure includes a low resistivity layer disposed immediately below the lower cladding layer and having a resistivity lower than that of the semiconductor substrate, and the ground electrode is in contact with the low resistivity layer. The multi-channel laser array light source according to claim 1. 前記レーザアレイチップ上に、各光機能素子から出力される光信号を1つの光路に合波する光合波器が形成されていることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の多チャネルレーザアレイ光源。   6. The multi-channel according to claim 1, wherein an optical multiplexer that multiplexes optical signals output from the respective optical functional elements into one optical path is formed on the laser array chip. Laser array light source. 前記光機能素子は、半導体分布帰還型レーザ(DFBレーザ)、または、DFBレーザおよび電界吸収型光変調器(EA変調器)からなることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の多チャネルレーザアレイ光源。   6. The optical functional element according to claim 1, wherein the optical functional element comprises a semiconductor distributed feedback laser (DFB laser), or a DFB laser and an electroabsorption optical modulator (EA modulator). Channel laser array light source.
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