JPH11145561A - 光半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
ることを課題とする。 【解決手段】 基板70の変調器付半導体レーザ素子1
の変調器部20が載置される部分を高周波の損失角の小
さいアルミナ等からなる第1の板状部材71とし、レー
ザ部40が載置される部分が熱伝導率の高いSiC等か
らなる第2の板状部材72とした。
Description
ールに関し、特に、大容量光ファイバ通信に用いられる
超高速変調器付半導体レーザ素子を備えた光半導体モジ
ュールに関するものである。
を備えた光半導体モジュールの構造を説明するための図
であり、図5(a) は変調器付半導体レーザ素子の構造を
示す斜視図、図5(b) は変調器付半導体レーザ素子を載
置するための基板の構造を示す斜視図、及び図5(c) は
変調器付半導体レーザ素子を基板に載置してなる光半導
体モジュールの構造を示す斜視図である。図において、
1001は変調器付半導体レーザ素子、1002a、1
002bは変調器付半導体レーザ素子1001の変調器
部1020の表面に設けられた表面電極、1003a、
1003bは変調器部1020の裏面側と導通された裏
面用電極、1004は変調器付半導体レーザ素子100
1のレーザ部1040の表面電極、1005はレーザ部
1040の裏面側と導通された裏面用電極である。基板
1012は高周波の損失の少ないアルミナ等の材料から
なる板状部材であるマイクロストリップライン基板10
06を、CuW等からなるチップキャリア1011上に
配置してなる。チップキャリア1011はマイクロスト
リップライン基板1006を補強する機能を有するとと
もに、マイクロストリップ線路の接地導体となるもので
ある。1007a、1007b、1007d、及び10
07eはマイクロストリップライン基板1006上に配
置された金メッキ等からなるストリップ線路、1007
cはマイクロストリップライン基板1006上に配置さ
れた金メッキ等からなる給電線路、1007fは金メッ
キ等からなる接地用線路、1008はストリップ線路1
007b上に設けられた50Ωの終端抵抗、1009
b、1009d、1009e、1009fはその内面が
金メッキ等によりメタライズされた、マイクロストリッ
プライン基板1006表面のストリップ線路とチップキ
ャリア1011とを導通させるためのスルーホールであ
る。
体レーザ素子1001を、その表面が、マイクロストリ
ップライン基板1006の表面に向かい合うように、マ
イクロストリップライン基板1006上に載置すること
により構成されており、表面電極1002aとストリッ
プ線路1007a、表面電極1002bとストリップ線
路1007b、裏面用電極1003aとストリップ線路
1007d、裏面用電極1003bとストリップ線路1
007e、表面電極1004と給電線路1007c、及
び裏面用電極1005と接地用線路1007fとがそれ
ぞれ互いに接着されている。
を説明するための図であり、図において、図5と同一符
号は同一または相当する部分を示している。この従来の
光半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子10
01と、基板12とを用意し、レーザ素子1001の表
面の各電極上に、AuSnはんだバンプ1010をそれ
ぞれ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子10
01を、予め340℃程度に加熱しておいたマイクロス
トリップライン基板1006上に、その表面同士が互い
に向かい合うように載置し、レーザ素子1001の変調
器部側の表面電極1002a,1002b、裏面用電極
1003a,1003b、レーザ部側の表面電極100
4、及び裏面用電極1005をそれぞれマイクロストリ
ップ線路1007a、1007b,1007d,100
7e、給電線路1007c,及び接地用線路1007f
にAuSnはんだバンプ1010を介して圧着させ、昇
温して接着することにより形成される。
れる変調器付半導体レーザ素子の製造方法、及びレーザ
素子上へのはんだバンプの製造方法を図4を用いて説明
する。図4は従来の変調器付半導体レーザチップの製造
方法及びはんだバンプの製造方法を示す工程図であり、
レーザ共振器長方向に垂直な断面図である。図4におい
て、1051はアンドープInP基板、レーザ部におい
ては活性層となる1052は導波層、1062はp型I
nP第2クラッド層、1053は高抵抗InP電流ブロ
ック層、1054はn型InPホールトラップ層、10
55はp型InP第1クラッド層、1056はp型In
GaAsコンタクト層、1057はエッチングにより形
成した溝、1058はSiO2 絶縁膜、1059はCr
/Au膜、1060は表面電極、1061は裏面用電極
である。
ンドープInP基板1051上に、導波路1052とp
型InP第2クラッド層1062とを結晶成長させ、こ
れを基板1051に達する深さまでエッチングすること
によりレーザ共振器長となる方向に伸びる所定幅のリッ
ジストライプ形状に加工した後、リッジストライプ形状
部分を埋め込むように、高抵抗InP電流ブロック層1
053,n型InPホールトラップ層1054を成長
し、ついでp型InPクラッド層1055,p型InG
aAsコンタクト層1056を成長する。なお、レーザ
部を形成する領域の導波層1052上には回折格子を形
成するが、ここでは省略している。また、変調器部とレ
ーザ部とを電気的に分離するためにこの領域の間にアイ
ソレーション領域を形成するがここでは省略している。
の容量低減のため,及び素子の裏面側との導通のため
に、リッジストライプ形状部分が形成されていない領域
に、アンドープInP基板1051に到達するようにエ
ッチングにより開口部1057を形成し、図4(c) に示
すように、SiO2 絶縁膜1058を基板1051の表
面全体に成膜した後、導波路1052の直上及び溝10
57の最深部に、それぞれ、コンタクト層1056及び
アンドープInP基板1051が底面に露出した開口部
を設ける。その後、図4(d) に示すように、Cr/Au
膜1059を基板1051上全面に形成し、図4(e) に
示すように、パターニングにより導波層1052上の領
域と開口部1057上の領域とでCr/Au膜1059
を分離し、表面電極1060と、裏面用電極1061と
を形成して変調器付半導体レーザ素子1001を得る。
子1001表面全体をレジストで覆い、その一部を露光
技術を用いて窓開けし、その上にAuメッキとSnメッ
キを順次行い、レジストを除去する。これにより、Au
組成80%、Sn組成20%の合金となる融点280℃
のAuSnはんだバンプ1010が得られる。
リア1011を接地させて変調器付半導体レーザ素子の
裏面用電極1003a,1003b,1005を接地電
位とし、給電線路1007cからレーザ部にDC電流を
注入してレーザ部においてレーザ光を発生させ、マイク
ロストリップライン1007dから変調器部に変調信号
を印加することで、このレーザ光を変調させて、端面か
ら変調光が得られる。
導体レーザ素子1001を載置するマイクロストリップ
ライン基板1006として高周波の損失角が小さいアル
ミナの単一基板を用い、その上に変調器付半導体レーザ
素子1001の変調器部1020とレーザ部1040と
をともに接着するようにしていた。しかしながら、この
ようにすると、アルミナの熱伝導率は0.3W/cm・
℃と小さいためにレーザ部1040に電流を注入したと
きに発光領域付近で生ずる熱を拡散するのが難しく放熱
性が悪くなり、発光領域付近の温度上昇が大きくなるた
めに、特に高温時に動作させる場合には、充分な光出力
を低消費電流で得ることが難しいという問題があった。
てレーザ部のサブマウント材として一般的に用いられる
SiC等の熱伝導率が2.6W/cm・℃と高い材料を
用いた場合、熱伝送性には優れるものの高周波の損失角
が大きく、変調器部においてDCから数十GHzまでの
幅広い周波数範囲で優れた高周波特性を得ることが困難
となるという問題があった。
ともに、高温時においても動作可能である、高性能な光
半導体モジュールを得ることは非常に困難であった。
ルの構造を説明するための斜視図であり、図において、
図5と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、
アレイ型変調器付半導体レーザチップ2001は図5に
おいて説明した変調器付半導体レーザ素子1001を複
数、その光軸が平行になるように併設して形成されてい
る。但し、ここでは、このレーザ素子1001の表面に
は裏面用電極を設けず、素子の裏面に共通の裏面電極
(図示せず)を設けるようにしている。2002は半導
体レーザ部、2003は変調器部、2005は材料が高
周波の損失の少ないアルミナ等の板状部材からなってい
るマイクロストリップライン基板で、その裏面には図示
していないが接地導体が設けられている。2006はマ
イクロストリップライン基板2005上に配置された、
上記アレイ型変調器付半導体レーザ素子2001の光軸
に対して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞ
れのアレイ型変調器付半導体レーザ素子2001側の端
部が光軸方向において同一直線上に配列されている、高
周波信号を印加するための複数のストリップ線路で、こ
のストリップ線路2006の本数はアレイ型変調器付半
導体レーザ素子2001を構成する各半導体レーザ素子
1001の数と同数とする。2007は上記アレイ型変
調器付半導体レーザ素子2001の光軸に対して垂直な
方向において等間隔で同一直線上に配列された給電線路
で、その配列間隔は、アレイ型変調器付半導体レーザ素
子2001を構成するレーザ素子1001同士の間隔と
等しい間隔となっている。2010は2006はマイク
ロストリップライン基板2005上に配置された、上記
アレイ型変調器付半導体レーザ素子2001の光軸に対
して垂直な方向に伸びるように配置された、それぞれの
アレイ型変調器付半導体レーザ素子2001側の端部が
光軸方向において同一直線上に配列されている複数のス
トリップ線路で、複数のストリップ線路2010と複数
のストリップ線路2006とはそれぞれアレイ型変調器
付半導体レーザ素子2001の両側に配置されている。
2008は複数のストリップ線路2010のそれぞれに
挿入された終端抵抗、2009はその内部に金メッキ等
のメタライズがなされているスルーホールで、マイクロ
ストリップライン基板2005裏面の接地導体と複数の
ストリップ線路2010のそれぞれとを接続している。
クロストリップライン基板2005上に、アレイ型変調
器付半導体レーザ素子2001が、その裏面が、マイク
ロストリップライン基板2005の表面に対向するよう
に載置されて接着されている。そして金線等のボンディ
ングワイヤ2004により、各ストリップ線路2006
と、アレイ型変調器付半導体レーザ素子2001を構成
する各半導体レーザ素子1001の変調器部2003側
の表面電極1002aとが、また、各ストリップ線路2
010と、各半導体レーザ素子1001の変調器部20
03側の各表面電極1002bとが接続されている。ま
た、アレイ型変調器付半導体レーザ素子2001の裏面
電極は、マイクロストリップライン基板2005の、該
素子2001を載置する位置に設けられた接地用の金属
膜等に接着され接地される。
リア1011を接地させ、アレイ型変調器付半導体レー
ザ素子2001の裏面電極(図示せず)を接地電位と
し、各給電線路1007cからアレイ型変調器付半導体
レーザ素子2001の各レーザ部2002にDC電流を
注入してレーザ部2002においてレーザ光を発生さ
せ、各マイクロストリップライン1007dから各変調
器部2003に変調信号を印加することで、各レーザ部
2002において発生されたレーザ光を変調させて、端
面から変調光が得られる。
付半導体レーザ素子2001をマイクロストリップライ
ン基板2005上に載置して形成された光半導体モジュ
ールにおいては、アレイ型変調器付半導体レーザ素子2
001を構成する,並列して配置されたレーザ素子10
01の数が増えるに従って、各変調器付半導体レーザ素
子1001の変調器部2003の表面電極1002a,
1002bと、アレイ型変調器付半導体レーザ素子20
01の両側に配置されたストリップ線路2006,20
10とを接続するボンディングワイヤ2004の長さが
長くなるため、自己インダクタンスのみならず、ワイヤ
間の相互インダクタンスによるクロストークにより各レ
ーザ素子から出力される変調光の波形が乱されることと
なる。したがって、高周波特性に優れた、高性能な光半
導体モジュールが得られなくなるという問題があった。
04の長さが長くなることによる問題の発生を避けるた
めに、ストリップ線路2006,2010をアレイ型変
調器付半導体レーザ素子2001のレーザ光を出射させ
る端面側、即ち変調器部1020側の近傍に配置するこ
とも考えられるが、この場合、接続に必要なボンディン
グワイヤが光の出射を妨げてしまうという問題が生じ
る。
をアレイ型半導体レーザ素子2001のレーザ部200
2側の端面近傍に配置することも考えられるが、通常、
レーザ部2002側の端面近傍には出力光強度モニタや
出力光制御用のフォトダイオードを載置するため、この
ようなストリップ線路を配置したり、ボンディングワイ
ヤを設けることはできない。
に、従来は性能のよい光半導体モジュールを得ることが
できないという問題があった。
になされたものであり、優れた性能を有する光半導体モ
ジュールを得ることを目的とする。
モジュールは、その表面に高周波信号用のストリップ線
路を備えた第1の板状部材と、該第1の部材に併設され
たその表面に給電線路を備えた第2の板状部材とを有
し、上記第1の板状部材が第2の板状部材よりも損失角
の小さい材料からなり、第2の板状部材が第1の板状部
材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、その表面
に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表面電極を
備えた,その光軸が上記変調器部の光軸と同一直線上に
配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の表面電極
が、上記ストリップ線路と接着され、上記レーザ部の表
面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記基板上に
配置された変調器付半導体レーザ素子とを備えたもので
ある。
ュールにおいて、上記基板の裏面には接地導体が設けら
れており、上記ストリップ線路をマイクロストリップ線
路としたものである。
上記第1の板状部材の表面には、スルーホールを介して
裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられてお
り、上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面に
は、その裏面と導通された裏面用電極が設けられてお
り、上記接地用線路と裏面用電極とが接着されているよ
うにしたものである。
は、その表面に表面電極を備えた変調器部と、その光軸
が該変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部
とを有する変調器付半導体レーザ素子と、その表面にス
トライプ状に伸びるストリップ線路を有し、該ストリッ
プ線路の伸びる方向と、上記変調器付半導体レーザ素子
の光軸方向とが直交するよう、該ストリップ線路が上記
変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面電極と接着
された第1の板状部材と、上記変調器付半導体レーザ素
子の裏面側に配置された第2の板状部材とを備え、上記
第1の板状部材が第2の板状部材よりも損失角の小さい
材料からなり、第2の板状部材が第1の板状部材よりも
熱伝導率が高い材料からなるようにしたものである。
上記各ストリップ線路は、その両側に、該線路に平行に
配置された接地線路を備えたコプレーナ線路であり、上
記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、そ
の裏面と導通された裏面用電極が設けられており、上記
接地線路と裏面用電極とが接着されているようにしたも
のである。
は、基板と、該基板上に載置された、その表面に表面電
極を備えた変調器部と,その光軸が該変調器部の光軸と
同一直線上に配置されたその表面に表面電極を備えたレ
ーザ部とを有する、そのレーザ光の出射端面と上記変調
器部との距離が互いに異なる複数の変調器付半導体レー
ザ素子を、その表面及びその端面が同一平面を構成する
よう併設してなるアレイ型半導体レーザ素子とを備え、
上記基板上には、その端部が上記各変調器付半導体レー
ザ素子の変調器部の表面電極のそれぞれと接続された、
該変調器付半導体レーザ素子の光軸と垂直な方向に伸び
る複数の直線形状のストリップ線路と、上記各変調器付
半導体レーザ素子のレーザ部の表面電極のそれぞれと接
続された給電線路とを有しているようにしたものであ
る。
上記基板の裏面には接地導体が設けられており、上記ス
トリップ線路をマイクロストリップ線路としたものであ
る。
上記基板の表面には、スルーホールを介して裏面の接地
導体と接続された接地用線路が、上記複数のストリップ
線路に対応して複数設けられており、上記アレイ型半導
体レーザ素子を構成する各変調器付半導体レーザ素子の
変調器部の表面には、その裏面と導通された裏面用電極
が設けられており、上記各裏面用電極と各接地用線路と
が接着されているようにしたものである。
半導体モジュールは、変調器付半導体レーザ素子を載置
する基板の、変調器部が載置される領域と、レーザ部が
載置される領域との材質を異なるものとするとともに、
変調器部が載置される領域の材質をレーザ部が載置され
る領域の材質よりも高周波の損失角が小さいものとし、
レーザ部が載置される領域の材質を変調器部が載置され
る領域の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものであ
る。
体モジュールの構造を説明するための図であり、図1
(a) は光半導体モジュールの一部となる変調器付半導体
レーザ素子の構造を示す斜視図、図1(b) は変調器付半
導体レーザ素子を載置するための基板の構造を示す斜視
図、及び図1(c) は変調器付半導体レーザ素子を基板に
載置してなる光半導体モジュールの構造を示す斜視図で
ある。
はその表面に表面電極2a,2bを備えた変調器部20
と、その表面に表面電極4を備え,その光軸が上記変調
器部20の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部40
とを有している。レーザ素子1の光導波路30は光軸に
沿って伸びており、変調器部20側の光が出射される端
面20aは光導波路30の伸びる方向に対して垂直に配
置されている。裏面用電極3a、3bは光軸の両側に配
置されており、それぞれが変調器部20の裏面側と導通
されている。裏面用電極3a、3bはいずれか一方のみ
を設けるようにしてもよいが、光軸の両側にそれぞれ設
けることが動作特性上好ましい。裏面用電極5はレーザ
部40の裏面側と導通されている。
リア11上に、材料が高周波の損失角の小さいアルミナ
(Al2 O3 )やAlN等からなるマイクロストリップ
ライン基板として機能する第1の板状部材71と、第1
の板状部材71に対して熱伝導率の高いSiC等の材料
からなるサブマウントとして機能する第2の板状部材7
2とが併設されて構成されている。なお、第1の板状部
材71の材料は、第2の板状部材72に対して高周波の
損失角の小さい材料であれば他の材料を用いてもよく、
第2の板状部材72の材料としては、第1の板状部材7
2よりも熱伝導率の高い材料であれば他の材料を用いて
もよい。チップキャリア11は、2つの板状部材71,
72を固定するとともに、これらを補強する機能と、2
つの板状部材71,72の接地導体となる機能とを兼ね
備えている。また、変調器付半導体素子1の実装時の障
害となる段差が生じないように、2つの板状部材71,
72の厚さはそれぞれ調整され、これらの表面の高さは
同じになっている。ここでは板状部材71,72が空間
的に分離されて配置されているが、互いに接着させて配
置するようにしてもよい。この場合、チップキャリア1
1を設けずに、板状部材71,72の裏面にメッキ等か
らなる共通の接地導体を形成するようにしてもよい。第
1の板状部材71上に配置された金メッキ等からなるス
トリップ線路7a、7b、7d、及び7eと、第1の板
状部材71の裏面側に設けられた接地導体となるチップ
キャリア11とが、マイクロストリップ線路を構成して
いる。8はストリップ線路7b上に挿入された50Ωの
終端抵抗、7cは第2の板状部材72上に配置された金
メッキ等からなる給電線路、7fは金メッキ等からなる
接地用線路、スルーホール9b、9d、9e、9fはそ
の内面が金メッキ等によりメタライズされており、第
1,第2の板状部材71,72表面のストリップ線路7
b,7d,7e,及び接地用線路7fと,接地導体とな
るチップキャリア11とを導通させている。
すように、変調器付半導体レーザ素子1を、その表面
が、第1,第2の板状部材71,72の表面に向かい合
うように、第1,第2の板状部材71,72上に載置す
ることにより構成されており、変調器付半導体レーザ素
子1は、その光軸方向が、第1の板状部材71と第2の
板状部材72との配列方向と同じとなり、かつ、変調器
付半導体レーザ素子1の変調器部20が第1の板状部材
71上に、また、レーザ部40が第2の板状部材72上
に位置するように載置されている。そして、表面電極2
aとストリップ線路7a、表面電極2bとストリップ線
路7b、裏面用電極3aとストリップ線路7d、裏面用
電極3bとストリップ線路7e、表面電極4と給電線路
7c、及び裏面用電極5と接地用線路7fとがそれぞれ
互いに接着されている。
基板70上に載置されているため、ストリップ線路7a
と変調器部の表面電極2aとが接続され、変調器部の表
面電極2bはストリップ線路7bとスルーホール9bと
を介してチップキャリア11と接続されている。変調器
部の裏面用電極3aはストリップ線路7dとスルーホー
ル9dとを介してチップキャリア11と接続されてい
る。変調器部の裏面用電極3bはストリップ線路7eと
スルーホール9eとを介してチップキャリア11と接続
されている。終端抵抗8はストリップ線路7bの途中に
挿入されているため、終端抵抗8は変調器部と並列に接
続されている。
を説明するための図であり、図において、図1と同一符
号は同一または相当する部分を示している。本実施の形
態1に係る光半導体モジュールは、変調器付半導体レー
ザ素子1と、基板70とを用意し、レーザ素子1の表面
上の所定の位置に、AuSnはんだバンプ10をそれぞ
れ形成しておき、この変調器付半導体レーザ素子1を、
予め340℃程度に加熱しておいた基板70上に、その
表面が基板70の表面に向かい合うように載置し、レー
ザ素子1の変調器部側の表面電極2a,2b、裏面用電
極3a,3b、レーザ部側の表面電極4、及び裏面用電
極5をそれぞれストリップ線路7a、7b,7d,7
e、給電線路7c,及び接地用線路7fにAuSnはん
だバンプ10を介して圧着させ、昇温することにより接
着させて形成される。
ア11を接地させて変調器付半導体レーザ素子1の裏面
用電極3a,3b,5を接地電位とし、給電線路7cか
らレーザ部40にDC電流を注入してレーザ部40にお
いてレーザ光を発生させ、ストリップ線路7dから変調
器部20に変調信号を印加することで、このレーザ光を
変調させて、変調器付半導体レーザ素子1の変調器側の
端面20aから変調光が得られる。
70の変調器付半導体レーザ素子1の変調器部20が載
置される部分を高周波の損失角の小さいアルミナ等から
なる第1の板状部材71とし、レーザ部40が載置され
る部分が熱伝導率の高いSiC等からなる第2の板状部
材72としたため、変調器部20においては、損失角の
小さい第1の板状部材72により高周波の損失を小さく
して、高周波特性を向上させることができるとともに、
レーザ部30においては、電流注入により発生する熱を
第2の板状部材により効率的に放散させることができ
る。この結果、本実施の形態1に係る光半導体モジュー
ルによれば、優れた高周波特性を有するとともに、放熱
性に優れ,高温動作が可能である、高性能な光半導体モ
ジュールを提供することができる。
導体モジュールを組み立てる際に、変調器付半導体レー
ザのレーザ部40の表面電極4及び裏面用電極5と、基
板70の給電線路7c及び接地用線路7fとをはんだバ
ンプ10を用いて接着するようにしたが、本発明におい
ては、図2に示すように、変調器付半導体レーザ素子1
のレーザ部40の表面電極4、裏面用電極1005と接
着する部分に、はんだバンプを設ける代わりに、それぞ
れ薄くパターニングされたAuSnはんだ81c、81
fを形成するようにし、これにより、レーザ部40の表
面電極4及び裏面用電極5と、基板70の給電線路7c
及び接地用線路7fとを接着するようにしてもよく、こ
のような場合においても上記実施の形態1と同様の効果
を奏する。
リップ線路がマイクロストリップ線路である場合につい
て説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の
両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプ
レーナ線路としてもよく、このような場合においても上
記実施の形態1と同様の効果を奏する。
2に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜
視図であり、図3(a) は変調器付半導体レーザ素子の裏
面にサブマウントとなる第2の板状部材を取り付けた状
態を示す斜視図、図3(b) は変調器付半導体レーザ素子
に載置されるコプレーナ線路用基板となる第1の板状部
材の構造を示す斜視図、及び図3(c) は光半導体モジュ
ールの構造を示す斜視図である。
当する部分を示しており、変調器付半導体レーザ素子1
aは、図1(a) に示した変調器付半導体レーザ素子1に
おいて、レーザ部40の裏面電極をレーザ素子1の表面
から取り出さないようにし、その裏面に裏面電極(図示
せず)を設けたものである。高周波の損失角が小さいア
ルミナ等の材料からなるコプレーナ線路基板として機能
する第1の板状部材91の表面には、同一直線上におい
て伸びるとともに、互いに所定の間隔を隔てて配置され
たストリップ線路17a,17bと、これらの両側に平
行に配置された接地用線路19a,19bが設けられて
いる。このストリップ線路17a,17bと接地用線路
19a,19bとによりコプレーナ線路が形成されてい
る。ストリップ線路17bには50Ωの終端抵抗18が
挿入されており、ストリップ線路17bのストリップ線
路17aと対向する端部の反対側の端部が接地用線路1
9a,19bと接続されている。92は変調器付半導体
レーザ素子1を載置するためのサブマウントとなる第2
の板状部材で、SiC等の熱伝導率の高い材料からな
る。93はレーザ部の表面電極4と光半導体モジュール
の外部の給電源とを接続するボンディングワイヤであ
る。第2の板状部材92の上面、底面、及び少なくとも
1つの側面は金メッキ等でメタライズされている。
すように、変調器付半導体レーザチップ1aが第2の板
状部材92上に、その裏面が、第2の板状部材92の表
面と接するようにはんだ等を用いて載置され、第1の板
状部材91が、その表面が変調器付半導体レーザ素子1
aの表面に向かい合うように、変調器付半導体レーザ素
子1aの変調器部20上の領域に載置されている。スト
リップ線路17aのストリップ線路17bと向かい合う
端部は変調器部20の表面電極2aとAuSnはんだを
用いて接着され、ストリップ線路17bのストリップ線
路17aと向かい合う端部は変調器部20の表面電極2
bとAuSnはんだを用いて接着され、変調器部20の
接地電極3a,3bは接地用線路19bとAuSnはん
だを用いて接着されている。ストリップ線路17bの端
部が表面電極2bと接続され、変調器部20の接地電極
3bga地用線路19bと接続されるため、終端抵抗1
8は変調器部20と並列に接続される。
92の裏面を接地すると、レーザ部40の裏面電極が接
地される。そして、レーザ部40の表面電極4にボンデ
ィングワイヤ93を介してDC電流を注入し、接地用線
路19a,19bを接地してストリップライン7aから
変調信号を印加することで、レーザ素子1aの変調器部
20側の端部20aから変調光を得ることができる。
器付半導体レーザチップ1aの裏面全面を熱伝導率の高
い第2の板状部材92に接触させることができるので、
光半導体モジュールの放熱性を向上させて、高温動作の
可能な光半導体モジュールを得ることができる。また、
高周波信号を伝送するためのコプレーナ線路となるスト
リップ線路17a,17bの基板となる第1の板状部材
91として高周波の損失角の小さい材料を用いるように
したことにより、高周波特性に優れた光半導体モジュー
ルを得ることができる。
3に係る光半導体モジュールの構造を説明するための斜
視図であり、図9(a) は光半導体モジュールに用いられ
るアレイ型変調器付半導体レーザ素子の構造を示す斜視
図、図9(b) はアレイ型変調器付半導体レーザ素子が載
置される基板の構造を示す斜視図、及び図3(c) は光半
導体モジュールの構造を示す斜視図である。
相当する部分を示しており、アレイ型変調器付半導体レ
ーザ素子100は図1に示した変調器付半導体レーザ素
子1と同様の構造を有する複数の変調器付半導体レーザ
素子101a〜101eを、それぞれの光軸が互いに平
行となるよう併設してなる。各半導体レーザ素子101
a〜101eの光が出射される端面及びその上面は、同
一平面を構成している。ここではアレイ型変調器付半導
体レーザ素子100を構成する変調器付半導体レーザ素
子の数が5つの場合について説明しているが、この数は
2つ以上であればいくつであってもよい。このアレイ型
変調器付半導体レーザ素子を構成する変調器付半導体レ
ーザ素子101a〜101eには、変調器部102a〜
102eとレーザ部104a〜104eとの間,及び変
調光が出射される端面と変調器部102a〜102eと
の間に、それぞれ必要に応じて、光損失の少ない導波路
103a〜103eが設けられており、アレイ型変調器
付半導体レーザ素子100の光軸に対して垂直な同一直
線上には、3つ以上の変調器部102a〜102eが並
ぶことがないように、各変調器部102a〜102eの
光軸方向の位置が調整されている。ここでは特に5つの
変調器付半導体レーザ素子101a〜101eの中心と
なる素子101cの変調器部102cと変調光が出射さ
れる端面との距離が最も短く、最も外側の素子101
a,101eの変調器部102a,102eと変調光が
出射される端面との距離が最も長くなっている。
面には、この基板200の両端から基板200の中心方
向に向かって互いに平行に伸びるとともに、それぞれの
端部が該伸びる方向に向かって一定の間隔で配列されて
いる5つのストリップ線路群204a〜204eが配設
されている。この間隔は、アレイ型変調器付半導体レー
ザ素子100を構成するレーザ素子101a〜101e
の隣接する素子同士の間隔とほぼ同じ間隔とする。基板
200の裏面には接地導体となるチップキャリア205
が設けられており、これにより5つのストリップ線路群
204a〜204eは、それぞれマイクロストリップ線
路群となっている。なお、チップキャリアを設ける代わ
りに、基板200の裏面にメタライズを設けるようにし
てもよい。ストリップ線路群204a〜204eは、そ
れぞれ、基板200の両端から基板の中心方向に向かっ
て互いに平行に伸びるそれぞれの端部が該伸びる方向に
向かって一定の間隔で配列されている高周波信号印加用
のストリップ線路210a〜210eと、これらの端部
に対して一定の間隔を隔てて配置されたストリップ線路
211a〜211eと、ストリップ線路210a〜21
0e及びストリップ線路211a〜211eとの互いに
対向する端部の、それぞれの近傍に設けられたストリッ
プ線路212a〜212e及びストリップ線路213a
〜213eとからなる。ストリップ線路211a〜21
1e,ストリップ線路212a〜212e,及びストリ
ップ線路213a〜213eとが設けられている領域に
は内面がメタライズされたスルーホール214が設けら
れており、その裏面に配置されたチップキャリア205
と導通されている。上記ストリップ線路210a〜21
0eのそれぞれの基板200の中心側の端部を経てこれ
らのストリップ線路210a〜210eの伸びる方向に
垂直な方向に伸びる直線上の領域近傍には上記各ストリ
ップ線路群210a〜210eと対をなす5つの給電線
路202a〜202eが設けられており、これらは、ス
トリップ線路210a〜210eの伸びる方向と平行な
方向において同一直線上に配置されている。また、各給
電線路202a〜202eの近傍には接地用線路203
a〜203eが設けられている。
00はその光軸が上記各ストリップ線路群204a〜2
04eの伸びる方向に対して垂直となるよう、上記基板
200の表面をアレイ100の表面と向かい合わせとし
て上記基板200上に載置されている。また、上記各変
調器付半導体レーザ素子101a〜101eの変調器部
102a〜102eの表面電極2a,2b及びレーザ部
104a〜104eの表面電極4が、それぞれ、上記各
ストリップ線路群204a〜204eの、上記ストリッ
プ線路210a〜210eの端部とこれと対向するスト
リップ線路211a〜211eの端部及びストリップ線
路210a〜210eの端部と対をなす給電線路202
a〜202eとのみにはんだ等を介して接着されてい
る。また、上記各変調器付半導体レーザ素子101a〜
101eの裏面用電極3a,3b及び裏面用電極5が、
それぞれ、上記各ストリップ線路群204a〜204e
の、ストリップ線路212a〜212e,ストリップ線
路213a〜213e及びこれらと対をなす接地用線路
203a〜203eとのみにはんだ等を介して接着され
ている。このとき、レーザ素子101a〜101eの変
調器部102a〜102eの光軸方向の位置が一定では
ないため、光軸に垂直な方向に伸びるストリップ線路2
10a〜210eは、その端部が接続された変調器部1
02a〜102e以外の変調器部102a〜102eと
は接続されない。
リップ線路210a〜210eと各半導体レーザ素子1
01a〜101eの変調器部102a〜102eの表面
電極2aとが接続され、各変調器部102a〜102e
の表面電極2bはストリップ線路211a〜211eと
スルーホール214とを介してチップキャリア205と
接続される。変調器部102a〜102eの裏面用電極
3aはストリップ線路212a〜212eとスルーホー
ル214とを介してチップキャリア205と接続され
る。変調器部102a〜102eの裏面用電極3bはス
トリップ線路213a〜213eとスルーホール214
とを介してチップキャリア205と接続される。終端抵
抗28が各ストリップ線路211a〜211eの途中に
挿入されているため、終端抵抗28は変調器部102a
〜102eと並列に接続される。
型変調器付半導体レーザ素子100の各裏面用電極3
a,3b,5を接地電位とし、各給電線路202a〜2
02eからレーザ部104a〜104eにDC電流を注
入してレーザ部104a〜104eにおいてレーザ光を
発生させ、マイクロストリップ線路210a〜210e
から変調器部102a〜102eに変調信号を印加する
ことで、このレーザ光を変調させて、端面から変調光が
得られる。
器付半導体レーザ素子100を構成する各半導体レーザ
素子101a〜101eの変調器部102a〜102e
の表面電極2aは、マイクロストリップ線路であるスト
リップ線路210a〜210eと直接接続されている。
このため接続にボンディングワイヤ等を用いる必要がな
い。したがって、従来のアレイ型変調器付半導体レーザ
素子を用いた光半導体モジュールにおいて発生してい
た、アレイを構成するのレーザ素子数が増えるにしたが
ってボンディングワイヤの長さが長くなって、自己イン
ダクタンスのみならず、ワイヤ間の相互インダクタンス
によるクロストークにより各レーザ素子から出力される
変調光の波形が乱されるという問題がなくなる。この結
果、高周波特性を損なうことなくアレイを構成する素子
数を増やすことができ、優れた高周波特性を有する高性
能な光半導体モジュールが得られる効果がある。
ジュールの変形例を示す図であり、図において、図9と
同一符号は同一または相当する部分を示しており、20
0aはアルミナ等の高周波の損失角の小さい材料からな
る第1の板状部材、200bはSiC等の熱伝導率の高
い材料からなる第2の板状部材である。
からなる単一の基板200を用いるようにしたが、この
変形例においては、図10に示すように、アレイ型変調
器付半導体レーザ素子を載置する基板を、即ち第1の板
状部材200aと第2の板状部材200bとからなるよ
うにしたものである。即ち、上記実施の形態1において
説明したように、変調器部102a〜102eが載置さ
れる領域と、レーザ部104a〜104eが載置される
領域とで材質を異なるものとするとともに、変調器部1
02a〜102eが載置される領域の材質をレーザ部1
04a〜104eが載置される領域の材質よりも高周波
の損失角が小さいものとし、レーザ部104a〜104
eが載置される領域の材質を変調器部が載置される領域
の材質よりも熱伝導率の高いものとしたものである。こ
のような変形例においても、上記実施の形態3と同様の
効果を奏するとともに、レーザ部104a〜104eか
らの放熱性をよくして、高温動作の可能な光半導体モジ
ュールを得ることができる。
リップ線路がマイクロストリップ線路である場合につい
て説明したが、本発明においては、各ストリップ線路の
両側に接地線路を設けて、上記各ストリップ線路をコプ
レーナ線路としてもよく、このような場合においても上
記実施の形態3と同様の効果を奏する。
面に高周波信号用のストリップ線路を備えた第1の板状
部材と、該第1の部材に併設されたその表面に給電線路
を備えた第2の板状部材とを有し、上記第1の板状部材
が第2の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、
第2の板状部材が第1の板状部材よりも熱伝導率が高い
材料からなる基板と、その表面に表面電極を備えた変調
器部と、その表面に表面電極を備えた,その光軸が上記
変調器部の光軸と同一直線上に配置されたレーザ部とを
有し、上記変調器部の表面電極が、上記ストリップ線路
と接着され、上記レーザ部の表面電極が上記給電線路と
接着されるよう、上記基板上に配置された変調器付半導
体レーザ素子とを備えたから、変調器部においては、損
失角の小さい第1の板状部材により高周波の損失を小さ
くして、高周波特性を向上させることができるととも
に、レーザ部においては、電流注入により発生する熱を
第2の板状部材により効率的に放散させることができ、
優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ,高
温動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提
供することができる効果がある。
には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路を
マイクロストリップ線路としたから、優れた高周波特性
を有するとともに、放熱性に優れ,高温動作が可能であ
る、高性能な光半導体モジュールを提供することができ
る効果がある。
部材の表面には、スルーホールを介して裏面の接地導体
と接続された接地用線路が設けられており、上記変調器
付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と
導通された裏面用電極が設けられており、上記接地用線
路と裏面用電極とが接着されているようにしたから、優
れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優れ,高温
動作が可能である、高性能な光半導体モジュールを提供
することができる効果がある。
電極を備えた変調器部と、その光軸が該変調器部の光軸
と同一直線上に配置されたレーザ部とを有する変調器付
半導体レーザ素子と、その表面にストライプ状に伸びる
ストリップ線路を有し、該ストリップ線路の伸びる方向
と、上記変調器付半導体レーザ素子の光軸方向とが直交
するよう、該ストリップ線路が上記変調器付半導体レー
ザ素子の変調器部の表面電極と接着された第1の板状部
材と、上記変調器付半導体レーザ素子の裏面側に配置さ
れた第2の板状部材とを備え、上記第1の板状部材が第
2の板状部材よりも損失角の小さい材料からなり、第2
の板状部材が第1の板状部材よりも熱伝導率が高い材料
からなるようにしたから、変調器付半導体レーザ素子の
裏面全面を熱伝導率の高い第2の板状部材に接触させる
ことができるので、光半導体モジュールの放熱性を向上
させて、高温動作の可能な光半導体モジュールを得るこ
とができるとともに、高周波信号を伝送するためのスト
リップ線路の基板となる第1の板状部材として高周波の
損失角の小さい材料を用いるようにしたことにより、高
周波特性に優れた光半導体モジュールを得ることがで
き、優れた高周波特性を有するとともに、放熱性に優
れ,高温動作が可能である、高性能な光半導体モジュー
ルを提供することができる効果がある。
プ線路は、その両側に、該線路に平行に配置された接地
線路を備えたコプレーナ線路であり、上記変調器付半導
体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通さ
れた裏面用電極が設けられており、上記接地線路と裏面
用電極とが接着されているようにしたから、優れた高周
波特性を有するとともに、放熱性に優れ,高温動作が可
能である、高性能な光半導体モジュールを提供すること
ができる効果がある。
上に載置された、その表面に表面電極を備えた変調器部
と,その光軸が該変調器部の光軸と同一直線上に配置さ
れたその表面に表面電極を備えたレーザ部とを有する、
そのレーザ光の出射端面と上記変調器部との距離が互い
に異なる複数の変調器付半導体レーザ素子を、その表面
及びその端面が同一平面を構成するよう併設してなるア
レイ型半導体レーザ素子とを備え、上記基板上には、そ
の端部が上記各変調器付半導体レーザ素子の変調器部の
表面電極のそれぞれと接続された、該変調器付半導体レ
ーザ素子の光軸と垂直な方向に伸びる複数の直線形状の
ストリップ線路と、上記各変調器付半導体レーザ素子の
レーザ部の表面電極のそれぞれと接続された給電線路と
を有しているようにしたから、アレイ型変調器付半導体
レーザ素子を構成する各半導体レーザ素子の変調器部の
表面電極をストリップ線路210a〜210eと直接接
続させることができ、接続にボンディングワイヤ等を用
いる必要がない。このため、アレイを構成するのレーザ
素子数が増えるにしたがってボンディングワイヤの長さ
が長くなって、アレイ型変調器付レーザ素子の特性が劣
化することがなく、高周波特性を損なうことなくアレイ
を構成する素子数を増やすことができ、優れた高周波特
性を有する高性能な光半導体モジュールが得られる効果
がある。
には接地導体が設けられており、上記ストリップ線路を
マイクロストリップ線路としたから、優れた高周波特性
を有する高性能な光半導体モジュールが得られる効果が
ある。
には、スルーホールを介して裏面の接地導体と接続され
た接地用線路が、上記複数のストリップ線路に対応して
複数設けられており、上記アレイ型半導体レーザ素子を
構成する各変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面
には、その裏面と導通された裏面用電極が設けられてお
り、上記各裏面用電極と各接地用線路とが接着されてい
るようにしたから、優れた高周波特性を有する高性能な
光半導体モジュールが得られる効果がある。
ールの構造を示す斜視図である。
ールの変形例の組み立て方法を説明するための斜視図で
ある。
ールの構造を示す斜視図である。
器付き半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図であ
る。
図である。
示す斜視図である。
斜視図である。
ールの組み立て方法を説明するための斜視図である。
ールの構造を示す斜視図である。
ュールの構造を説明するための斜視図である。
導体モジュールの構造を示す斜視図である。
導体レーザ素子、2a,2b,1002a,1002b
表面電極、3a,3b,1003a,1003b 裏
面用電極、4,1004,1060 表面電極、5,1
005,1061 裏面用電極、7a,7b,7d,7
e,17a,17b,210a〜210e,211a〜
211e,212a〜212e,213a〜213e,
1007a,1007b,1007d,1007e,2
006,2010 ストリップ線路、204a〜204
e,1007c,2007 給電線路、7f,203a
〜203e,1007f 接地用線路、9b,9d,9
e,9f,214 スルーホール、10,1010 は
んだバンプ、11,1011 チップキャリア、19
a,19b 接地線路、18 終端抵抗、20,103
a〜103e,2003 変調器部、20a 変調器部
側端面、30 光導波路、40,104a〜104e,
2002 レーザ部、70,1012,2005基板、
71,200a 第1の板状部材、72,200b 第
2の板状部材、91 第1の板状部材、92 第2の板
状部材、93,2004 ボンディングワイヤ、100
アレイ型変調器付半導体レーザ素子、1051 アン
ドープInP基板、1052 導波層、1053 高抵
抗InP電流ブロック層、1054 n型InPホール
トラップ層、1055 p型InP第1クラッド層、1
056 p型InGaAsコンタクト層、1057
溝、1058 絶縁膜、1059 Cr/Au膜、10
06,2005 マイクロストリップライン基板、20
0 基板、204a〜204e ストリップ線路群。
Claims (8)
- 【請求項1】 その表面に高周波信号用のストリップ線
路を備えた第1の板状部材と、該第1の部材に併設され
たその表面に給電線路を備えた第2の板状部材とを有
し、上記第1の板状部材が第2の板状部材よりも損失角
の小さい材料からなり、第2の板状部材が第1の板状部
材よりも熱伝導率が高い材料からなる基板と、 その表面に表面電極を備えた変調器部と、その表面に表
面電極を備えた,その光軸が上記変調器部の光軸と同一
直線上に配置されたレーザ部とを有し、上記変調器部の
表面電極が、上記ストリップ線路と接着され、上記レー
ザ部の表面電極が上記給電線路と接着されるよう、上記
基板上に配置された変調器付半導体レーザ素子とを備え
たことを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光半導体モジュールに
おいて、 上記基板の裏面には接地導体が設けられており、 上記ストリップ線路はマイクロストリップ線路であるこ
とを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項3】 請求項2に記載の光半導体モジュールに
おいて、 上記第1の板状部材の表面には、スルーホールを介して
裏面の接地導体と接続された接地用線路が設けられてお
り、 上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、
その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、 上記接地用線路と裏面用電極とが接着されていることを
特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項4】 その表面に表面電極を備えた変調器部
と、その光軸が該変調器部の光軸と同一直線上に配置さ
れたレーザ部とを有する変調器付半導体レーザ素子と、 その表面にストライプ状に伸びるストリップ線路を有
し、該ストリップ線路の伸びる方向と、上記変調器付半
導体レーザ素子の光軸方向とが直交するよう、該ストリ
ップ線路が上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の
表面電極と接着された第1の板状部材と、 上記変調器付半導体レーザ素子の裏面側に配置された第
2の板状部材とを備え、 上記第1の板状部材が第2の板状部材よりも損失角の小
さい材料からなり、第2の板状部材が第1の板状部材よ
りも熱伝導率が高い材料からなることを特徴とする光半
導体モジュール。 - 【請求項5】 請求項4に記載の光半導体モジュールに
おいて、 上記各ストリップ線路は、その両側に、該線路に平行に
配置された接地線路を備えたコプレーナ線路であり、 上記変調器付半導体レーザ素子の変調器部の表面には、
その裏面と導通された裏面用電極が設けられており、 上記接地線路と裏面用電極とが接着されていることを特
徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項6】 基板と、 該基板上に載置された、その表面に表面電極を備えた変
調器部と,その光軸が該変調器部の光軸と同一直線上に
配置されたその表面に表面電極を備えたレーザ部とを有
する、そのレーザ光の出射端面と上記変調器部との距離
が互いに異なる複数の変調器付半導体レーザ素子を、そ
の表面及びその端面が同一平面を構成するよう併設して
なるアレイ型半導体レーザ素子とを備え、 上記基板上には、その端部が上記各変調器付半導体レー
ザ素子の変調器部の表面電極のそれぞれと接続された、
該変調器付半導体レーザ素子の光軸と垂直な方向に伸び
る複数の直線形状のストリップ線路と、上記各変調器付
半導体レーザ素子のレーザ部の表面電極のそれぞれと接
続された給電線路とを有していることを特徴とする光半
導体モジュール。 - 【請求項7】 請求項6に記載の光半導体モジュールに
おいて、 上記基板の裏面には接地導体が設けられており、 上記ストリップ線路はマイクロストリップ線路であるこ
とを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項8】 請求項7に記載の光半導体モジュールに
おいて、 上記基板の表面には、スルーホールを介して裏面の接地
導体と接続された接地用線路が、上記複数のストリップ
線路に対応して複数設けられており、 上記アレイ型半導体レーザ素子を構成する各変調器付半
導体レーザ素子の変調器部の表面には、その裏面と導通
された裏面用電極が設けられており、 上記各裏面用電極と各接地用線路とが接着されているこ
とを特徴とする光半導体モジュール。
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