JP6510966B2 - 半導体レーザ及び光半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ及び光半導体モジュールに関する。

次世代の超高速ネットワークを構成する規格の１つとして、１００ギガビットイーサネット（１００ＧｂＥ）の開発が進んでいる。特に中・長距離のビル間（〜１０ｋｍ）や遠隔ビル間（〜４０ｋｍ）においてデータを送受信する規格として１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４や１００ＧＢＡＳＥ−ＥＲ４が有望視されている。これらの規格では、定められた４つの光の波長（例えば、１２９４．５３−１２９６．５９ｎｍ、１２９９．０２−１３０１．０９ｎｍ、１３０３．５４−１３０５．６３ｎｍ、１３０８．０９−１３１０．１９ｎｍの４波長）に対し、それぞれに２５Ｇｂ／ｓ（または２８Ｇｂ／ｓ）のデータを乗せた後、重ね合わせて１００Ｇｂ／ｓの信号を生成するという、ＬＡＮ−ＷＤＭの方法が用いられる。

ＬＡＮ−ＷＤＭでは波長多重送信器モジュールが使われる。波長多重送信器モジュールでは、小型化・低消費電力化・低チャープ化が重要とされ、チャーピングの小さい外部変調方式が用いられている。なかでも、電界吸収効果を利用した電界吸収型（ＥＡ：Electroabsorption）変調器（以下、ＥＡ変調器ともいう）は、小型化、低消費電力化、半導体レーザに対する集積性などの観点から優れた特長を持つ。特に、ＥＡ変調器と単一波長性に優れる分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザとを一つの半導体基板上にモノリシックに集積した半導体光集積素子（ＥＡ−ＤＦＢレーザ）は、高速・長距離伝送用発光装置として広く用いられる。

図１にＥＡ−ＤＦＢレーザ１００の概略構成を示す。図１（ａ）はＥＡ−ＤＦＢレーザ１００の断面斜視図であり、（ｂ）は断面図を示す。ＥＡ−ＤＦＢレーザ１００は、ｎ−ＩｎＰ基板１０２と、ｎ−ＩｎＰ基板１０２上に積層されたｎ−ＩｎＰクラッド層１０３と、ｎ−ＩｎＰ基板１０２の下面に作成されたｎ電極１０１とを含む。ＤＦＢ半導体レーザは、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０３上に積層された、活性１０４層と、ガイド層１０５と、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６と、レーザ電極１０７とを備える。活性１０４層とガイド層１０５との境界には、ＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画により、回折格子が形成されている。また、ＤＦＢ半導体レーザの回折格子の中心部分には、発振波長の単一モードを実現するために、回折格子を四分の一波長だけ位相シフトした四分の一波長位相シフト１１２が設けられている。ＥＡ変調器５０５は、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０３上に積層された、吸収層１０８と、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６と、電極で１０９とを備える。

なお、ＤＦＢレーザの長さは例えば４００μｍ、ＥＡ変調器の長さは例えば１５０μｍである。ＤＦＢレーザとＥＡ変調器の間に光導波路を設けることもあるが、その長さは５０μｍ程度である。

ＤＦＢ半導体レーザは、レーザ電極１０７から電圧を印加することにより、レーザ発振する。ＥＡ変調器５０５は、変調電極１０９から印加される電気信号に応じて、ＤＦＢ半導体レーザからレーザ光を変調する。例えば、変調電極１０９へ印加される電気信号は、例えば「１」信号のときは−０．１Ｖ、「０」信号のときは−２．１Ｖのように、電圧印加される。

Chengzhi Xu et al., IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 24, NO. 22, 2012, pp. 2046-2048. S. Kanazawa, T. Fujisawa, K. Takahata, T. Ito, Y. Ueda, W. Kobayashi, H. Ishii, and H. Sanjoh, "Flip-Chip Interconnection Lumped-Electrode EADFB Laser for 100-Gb/s/λ Transmitter," IEEE Photonics Technology Letter, vol. 27, no. 16, pp. 1699-1701, 2015

一般に、ＥＡ−ＤＦＢレーザを、電気的、光学的に実装することで、高速変調光半導体モジュールを作成することができる。

従来、高速変調光半導体モジュールでは、ＥＡ−ＤＦＢレーザの電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）の変調電極と（コプレーナ線路を有する）高周波配線とはワイヤで結線されることが一般的であった（例えば、非特許文献１参照）。しかし、結線に用いられるワイヤの持つインダクタンスが高周波特性を劣化させるため、ワイヤの代わりに金バンプと高周波接続基板を用いて高周波配線とＥＡ変調器の変調電極とを接続するフリップチップ実装構造が検討されてきている（例えば、非特許文献２参照）。

図２は、ワイヤの代わりに金バンプと高周波接続基板とを用いて、高周波配線とＥＡ変調器の変調電極とを接続した、フリップチップ実装構造の高速変調光半導体モジュールの概略構成を示す図である。図２に示す高速変調光半導体モジュールは、ＤＦＢレーザおよびＥＡ変調器を集積した半導体レーザ２００と、高周波配線基板２７０と、半導体レーザ２００と高周波配線基板２７０とを接続する高周波接続基板２５０とを備える。高周波接続基板２５０は、半導体レーザ２００に集積されたＥＡ変調器の変調電極２０９と高周波配線基板２７０の信号配線２７４と、バンプ（２９４、２９１）を介して接続する信号線２４５を備える。図２の中央は半導体レーザ２００及び高周波配線基板２７０の上面を、図２の左は半導体レーザ２００及び高周波配線基板２７０のＢ−Ｂ線における断面を、図２の上部は半導体レーザ２００のＡ−Ａ線における断面を、図２の右は高周波接続基板２５０の下面（半導体レーザ２００及び高周波配線基板２７０の上面と対向する面）を示す図である。

半導体レーザ２００は、基板２０２上に作製された活性層２０４、導波路２１３および吸収層２０８を備える。活性層２０４、導波路２１３および吸収層２０８の上下（基板２０２に垂直な方向における上下）はクラッド層により、また、左右（基板２０２に水平な方向における左右）は絶縁体２１０により光が閉じ込められるリッジ構造の一部である。絶縁体２１０は、光の閉じ込めるとともに電気伝導性を実現するものである。また、半導体レーザ２００は、メサ型であり、活性層２０４の上部に作製されたレーザ電極２０７と、吸収層２０８の上部に作製された変調電極２０９と備える。

高周波配線基板２７０は、基板２７１の上面に作製されたコプレーナ線路を有する。コプレーナ線路は、グランド配線（グランド（ＧＮＤ）電極ともいう）２７２と、信号配線２７４と、基板２７１の下面に作製されたグランド配線２７３とを備える。

高周波接続基板２５０は、高周波配線基板２７０と同様に、基板２５１の下面に作製された作製されたコプレーナ線路を有する。コプレーナ線路は、グランド配線２５２と信号配線２５４と、終端抵抗２５５と、基板２５１の上面に作製されたグランド配線（電極）２５３を備える。

高周波電気信号は、高周波配線基板２７９の信号配線２７４から金バンプ２９１を介して高周波接続基板２５０へ伝わり、さらに高周波接続基板２５０の信号配線２５４から金バンプ２９４を介して、ＥＡ変調器の変調電極２０９に伝わる。このとき、高周波信号の電磁界の広がりはコプレーナ線路上では両脇のＧＮＤ電極、および基板を挟んで対応する面に作製されたＧＮＤ電極へとカップリングし、他にはカップリングしないことが理想である。

しかし、図２中のＡ−Ａ線断面図に示すように、ＥＡ変調器の変調電極２０９への接続部付近では、高周波接続基板２５０のコプレーナ線路に近接してレーザ電極２０７もチップ上に配置されている。このため、コプレーナ線路の信号配線から生じる電磁界がＤＦＢレーザのレーザ電極２０７へもカップリングする。これは、コプレーナ線路からの高周波信号がＤＦＢレーザも変調してしまうことになり、信号波形の劣化を引き起こすことが問題であった。

解決策として、レーザ電極とＥＡ変調器を十分に離す方法が考えられるが、この場合、チップサイズが大型化する問題がある。つまり、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器の間に光導波路を設け、この長さを５００μｍとすることも考えられるが、チップサイズが大型化（ほぼ倍）になる他、光導波路の損失が増え、望ましくない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、意図しない電界がチップ上に配置されたレーザ電極へカップリングすることを防止した半導体レーザおよび光半導体モジュールを提供することにある。

このような目的を達成するために、本願では、レーザ電極の上部の少なくとも一部に、絶縁体により当該レーザ電極と電気的に絶縁されたグランド電極を配置することで、意図しない電界がレーザ電極へカップリングすることを防止する。例えば、レーザ電極の上部の少なくとも一部は、レーザ電極の上部に位置する配線基板が隣接する部分とすることで、配線基板が有するコプレーナ配線からの電界を静電遮蔽することで、ＤＦＢレーザ電極への高周波成分のカップリングを遮蔽することができる。

本発明の一態様は、半導体レーザである。半導体レーザは、基板上に作製されたレーザ部および光変調器部を有し、上記レーザ部に駆動信号を入力するためのレーザ電極と、上記レーザ電極上の一部に作製された第１の絶縁体と、第１の絶縁体により上記レーザ電極と電気分離された第１のグランド電極とを備えた、ことを特徴とする。

一実施形態では、上記半導体レーザは、基板のレーザ電極と反対の面に第２のグランド電極を備える、第１のグランド電極と第２のグランド電極とが電気的に接続されている、または／および第１のグランド電極と第２のグランド電極とが電気的に接続されている。

一実施形態では、半導体レーザの基板は半導体基板であり、レーザ部の活性層の両脇に形成された第２の絶縁体を備え、当該絶縁体に上記半導体基板に達する穴、溝または窪み、もしくは上記半導体基板上に形成され当該半導体基板と電気的に接続された半導体層に達する穴、溝または窪みを備える。

本発明の別の態様は、上記の種々の半導体レーザを備えた光半導体モジュールである。

以上説明したように、本発明によれば、意図しない電界がチップ上に配置されたレーザ電極へカップリングすることを防止した半導体レーザおよび光半導体モジュールを提供することが可能となる。

従来の電界吸収-分布帰還型型（ＥＡ−ＤＦＢ）レーザの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面斜視図、（ｂ）は断面図である。 フリップチップ実装構造の高速変調光半導体モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体レーザおよび光半導体モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体レーザの作製方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体レーザおよび光半導体モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体レーザおよび光半導体モジュールの変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の参照符号は、同一または類似の要素を示す。したがって、繰り返しの説明は省略する。以下、具体的な数値や物質を例示して本発明の種々の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されず、一般性を失うことなく他の数値や物質でも実施することができる。

図３は、本発明の一実施形態にかかる半導体レーザおよび当該半導体レーザを含む光半導体モジュールの概略構成を示す図である。図３に示す光半導体モジュールは、図２を参照して上述した高速変調光半導体モジュールに類似し、ＤＦＢレーザおよびＥＡ変調器を集積した半導体レーザ３００と、高周波配線（コプレーナ配線）を有するサブキャリア３７０と、半導体レーザ３００とサブキャリア３７０とを接続する高周波接続基板２５０とを備える。図３の中央はサブキャリア３７０上に配置した半導体レーザ３００の上面を、図３の左はサブキャリア３７０上に配置した半導体レーザ３００のＢ−Ｂ線における断面を、図３の上部はサブキャリア３７０上に配置した半導体レーザ３００のＡ−Ａ線における断面を、図３の右は高周波接続基板２５０の下面（半導体レーザ３００及びサブキャリア３７０の上面と対向する面）を示す図である。

半導体レーザ３００は、基板２０２上に作製された活性層２０４、導波路２１３および吸収層２０８とを備える。活性層２０４、導波路２１３および吸収層２０８の上下（基板２０２に垂直な方向における上下）はクラッド層（上部のｐ−ＩｎＰクラッド層と下部のｎ−ＩｎＰクラッド層）により、また、左右（基板２０２に水平な方向における左右）は絶縁体２１０により光が閉じ込められるリッジ構造の一部である。また、半導体レーザ３００は、メサ型であり、活性層２０４の上部に作製されたレーザ電極２０７と、吸収層２０８の上部に作製された変調電極２０９と備える。半導体レーザ３００は、基板２０２０の下面にグランド電極３２４を備える。さらに、半導体レーザ３００のレーザ電極２０７の上部の一部であり、当該レーザ電極の上部に位置する高周波接続基板２０５が隣接する部分に、ＧＮＤ電極３２２を備える。ＧＮＤ電極３２２は、高周波接続基板２５０が有するコプレーナ配線からの電界を静電遮蔽することで、ＤＦＢレーザのレーザ電極２０７への高周波成分のカップリングを遮蔽する。ＧＮＤ電極３２２は、レーザ電極２０７の上に配置された絶縁体３２１の上に配置され、レーザ電極２０７から絶縁体３２１により絶縁されている。

半導体レーザ３００は、絶縁体２１０の一部に、活性層２０４から離れた位置に、溝（穴、窪み）３２３を有する。溝３２３は基板２０２に到達し、ＧＮＤ電極３２２も溝３２３の内壁を沿って基板２０２に到達している。なお、以下に説明するように溝３２３は、無くてもよい。溝３２３の内部に金などを充填してもよい。

サブキャリア３７０は、基板２７１の上面に段差を有し、下面は図２の高周波配線基板２７０と同様に、段差の無い平面である。サブキャリア３７０の上面の上段には、（コプレーナ線路を有する）高周波配線が形成され、高周波配線基板２７０に対応する。サブキャリア３７０の上面の上段のコプレーナ線路は、図２の高周波配線基板２７０と同様に、グランド配線２７２と、信号配線２７４とを備える。サブキャリア３７０の上面の下段には、グランド電極３７２が形成され、半導体レーザ３００が設置される。半導体レーザ３００は、裏面に設けられたグランド電極３２４がサブキャリア３７０のグランド電極３７２に接するように配置される。

なお、高周波接続基板２５０は、図２を参照して説明したので詳細な説明は省略する。

図３に示す光半導体モジュールと図２に示した半導体モジュールとの構造との差分について説明する。

図３に示す半導体レーザ３００は、レーザ電極２０７とレーザ電極２０７の上にまずＧＮＤ電極３２２より一回り大きい絶縁体３２１を配置する。この絶縁体３２１は、ＧＮＤ電極３２２とレーザ電極２０７の絶縁を取るために用いる。そして、この絶縁体３２１の上部にＧＮＤ電極３２２を配置する。このＧＮＤ電極サイズ３２２は、隣接して配置される高周波接続基板２５０とレーザ電極２０７とが重なる部分より大きいサイズ、かつ、光の進行方向の長さＤの値が高周波接続基板２５０のコプレーナ線路の信号線幅と信号線-ＧＮＤ間の幅を足した値より大きくなるように設計する。また、ＧＮＤ電極３２２は半導体レーザ３３０のチップ底面（裏面）のＧＮＤ電極３２４、もしくは高周波接続基板２５０のＧＮＤ２５２どちらか1箇所と最低でも接続される構造とする。図３では、半導体レーザ３００のチップ上の絶縁体２１０の一部をエッチングして溝３２３を形成し、ＧＮＤ電極３２２がチップのｎ−ＩｎＰ基板２０２と接続されるようにすることで、ＧＮＤ電極３２２がチップ底面のＧＮＤ電極３２４およびサブキャリア３７０のＧＮＤ電極３７２と電気的に接続される構造としている。

図４は、半導体レーザ３００のチップの作製方法を説明する図である。図４（ａ）は溝を備えない半導体レーザの、図４（ｂ）は溝を備える半導体レーザの作製方法を説明する為の図である。

図４（ａ）を参照すると、はじめに、従来通りの半導体プロセス工程を行うことで、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザ（例えば、図１の半導体レーザ１００および図２の半導体レーザ２００に相当）を作製する（図４（ａ）（１））。図４（ａ）（１）において従来のＥＡ−ＤＦＢレーザ（例えば、図１の半導体レーザ１００および図２の半導体レーザ２００）であり、右図が上面から見た図、左図がＢ−Ｂ線断面図である。図４（ａ）（１）の右図に示すようにＥＡ−ＤＦＢレーザはＤＦＢレーザとＥＡ変調器からなり、それぞれが電極を持つ。ＥＡ変調器の変調電極２０８は（素子作成後に、）Auバンプによって高周波接続基板２５０の信号線２５１と接続される。Ｂ−Ｂ線断面図から明らかなように、ＤＦＢレーザは半導体基板２０２上に細いメサ状の構造を有し、メサ状の構造の一部に活性層２０４を有する。活性層２０４はチップ上の絶縁体（埋め込み層）２１０によって埋め込まれる。メサ状の構造の幅は例えば2μｍであり、活性層２０４の厚さは例えば0.1μｍである。チップ上の絶縁体２１０は、例えば半絶縁性のInP、または半導体のpn構造、BCB（ベンゾシクロブテン）、SiO2等、またはその組み合わせである。半導体基板２０２は例えばn-InPである。

次いで、図４（ａ）（２）で、レーザ電極２０７の上の一部に絶縁体３２１を設ける。絶縁体３２１は例えばSiO2である。

さらに図４（ａ）（３）で、絶縁体３２１上にＧＮＤ電極３２２を蒸着し、さらにチップ底面（基板２０２の裏面）にもＧＮＤ電極３２４を蒸着する。

この構成により、レーザ電極２０７と電気的に分離されたＧＮＤ電極３２２を得ることができる。

図４（ａ）（３）の構造で十分な効果を有するが、図３に示した半導体レーザ３００のように、さらに基板２０２の裏面に作製したＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ３２１とを電気的に接続させることより、ＧＮＤ電位をより安定化させることができる。

図４（ｂ）を参照して、基板２０２の裏面に作製したＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ３２１とを電気的に接続した半導体レーザ３００（図３）の作製方法を説明する。

図４（ｂ）（１）で、図４（ａ）（１）と同様に、ＥＡ−ＤＦＢレーザ（例えば、図１の半導体レーザ１００および図２の半導体レーザ２００に相当）を作製するである。

次いで、図４（ｂ）（２）で、ドライエッチングによって、チップ上の絶縁体２１０をエッチングし、n-InP半導体基板２０２の面を一部上面から見えるように、溝（穴、窪み）３２３を形成する。

次いで、図４（ｂ）（３）で、図４（ａ）（２）と同様に、レーザ電極２０７の上の一部に絶縁体３２１を形成する。

最後に、図４（ｂ）（４）で、絶縁体３２１、溝（穴、窪み）３２３の側面および溝により露出したｎ−ＩｎＰ半導体基板２０２の上面に、ＧＮＤ電極３２２を蒸着する。このようにすることで、チップ底面ＧＮＤ３２４と電気的に接続されたＧＮＤ電極３２２を有するＥＡＤＦＢレーザチップ（半導体レーザ）３００が完成する。

なお、エッチングは、ｎ−ＩｎＰ半導体基板２０２に達して上面を露出する必要はなく、ｎ−ＩｎＰ半導体基板２０２上に作製した下部クラッド層であるｎ−ＩｎＰ半導体層（不図示）やｎ−ＩｎＧａＡｓＰ半導体層（不図示）等のｎ型の半導体層に達してすればよく、つまりは基板２０２の裏面のＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ３２２が電気的に接続できていればよい。もちろんｎ型の半導体に限るわけではなく、ｐ−ＩｎＰ半導体基板やｐ型の半導体層でもよく、ＩｎＰ以外（例えばＧａＡｓやＧａＮ等）の基板でもよい。

また、基板２０２の裏面のＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ電極３２２を電気的に接続するには、溝３２３を用いる構成と異なる構成をとってもいい。例えば半導体基板２０２を貫通する穴（ビア）を開け、そこにAu配線を充填することで基板２０２の裏面のＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ電極３２２を電気的に接続することも可能である。また絶縁体２１０および半導体基板２０２の側面に金メッキを施すことで基板２０２の裏面のＧＮＤ電極３２４とレーザ電極２０７の上のＧＮＤ電極３２２を電気的に接続することも可能である。

次に、高速光半導体モジュールの作製について詳述する。
まず、作製したＥＡ−ＤＦＢレーザのチップ３００と高周波配線基板２５０をサブキャリア３７０上に配置する。サブキャリア３７０は２段になっており、上面の下段のＧＮＤ電極３７２にＥＡ−ＤＦＢレーザチップ３００のＧＮＤ電極３２４が接するように、上面の下段にＥＡ−ＤＦＢレーザチップ３００を搭載する。

次に、高周波配線基板とＥＡ変調器電極上に金バンプを配置する（サブキャリアの上の高周波配線基板の信号線上に１つ、ＧＮＤ上に2つ。そしてＥＡ変調器上に１つと計４つの金バンプを配置する）。最後に、コプレーナ線路を有する高周波接続基板２５０をフリップチップ実装する（金バンプで融着する）。このようにして、高速変調光半導体モジュールが完成する（図３）。

なお、高周波接続基板２５０の裏面にも通常、ＧＮＤ電極２５３を設けるが、必須のものでなく、ＧＮＤ電極２５３を設けなくても構わない。

サブキャリア３７０の下段には、ＥＡ−ＤＦＢレーザチップ３００を搭載する際の目安となるアライメントマークがあっても構わない。

図３に示した光半導体モジュールと、図２に示した従来型の光半導体モジュールを用いて、２５．８Ｇｂｉｔ／ｓ、ＰＲＢＳ（Pseudorandom Binary Sequence）２³¹−１、振幅電圧２．０Ｖｐｐの変調信号を用いて変調し、１００ギガビットイーサネットで規定されているアイマスクマージンテストを実施した。このとき、ＥＡ変調器の変調電極２０９とレーザ電極２０７の距離Ｅは５０μｍ、高周波接続基板２５０の信号配線２５４の幅は８０μｍ、高周波接続基板２５０の信号配線２５４とＧＮＤ配線２５２との距離は４０μｍ、高周波接続基板２５０の材質は窒化アルミとした。

図２に示した従来型の光半導体モジュールでは、アイマスクマージン（開口規格に対する余裕度）が５％程度であったのに対して、図３に示した本実施形態の光半導体モジュールでは、アイマスクマージンが３０％まで改善した。この結果から、レーザ電極２０７へのカップリングがグランド電極３２２による静電遮蔽により防げたことにより、アイ波形の劣化が抑制された効果がよく示されている。

なお、図３に示した半導体レーザ３００では、光変調器部としてＥＡ変調器を用いているが、マッハツェンダ変調器等、その他外部光変調器を用いることも可能である。つまり、変調器とＤＦＢレーザが集積され、ＤＦＢレーザのレーザ電極２０７と、変調器の変調電極２０９が近傍にあり、変調器の変調電極２０９に高周波接続基板２５０等でフリップチップ実装を行う全ての半導体チップに対して応用することができる。

なお、図３に示した光半導体モジュールにおける半導体レーザ３００として、図４（ａ）の（３）に示した半導体レーザ３００を用いると、ＧＮＤ電極３２２がＧＮＤ電極３２４およびサブキャリア３７０のＧＮＤ電極３７２と電気的に接続されず、ＧＮＤ電極３２２のＧＮＤ電位が必ずしも安定しないため、マスクマージンが１５％程度にとどまるが、それでも従来構成にくらべアイ波形の劣化を抑制することができる。

次に図５を参照して本発明の別の実施形態を説明する。図５は、図３に示した光半導体モジュールに類似し、図２を参照して上述した高速変調光半導体モジュールとも類似する。

図５の光半導体モジュールは、半導体レーザ３００として、図４（ａ）の（３）に示した半導体レーザ３００を用いたものであり、ＧＮＤ電極３２２がＧＮＤ電極３２４およびサブキャリア３７０のＧＮＤ電極３７２と電気的に接続されていない。上述したように、図４（ａ）の（３）に示した半導体レーザ３００では、ＧＮＤ電極３２２のＧＮＤ電位が必ずしも安定しない。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、半導体レーザ３００のＧＮＤ電極３２２と高周波接続基板２５０のグランド配線２９２とを金バンプ５９５で接続し、また、サブキャリア３７０の上面の上段のグランド配線２５２とサブキャリア３７０の上面の下段のグランド電極３７２とを金メッキ等のグランド配線５７４で接続している。これにより、ＧＮＤ電極３２２がＧＮＤ電極３２４およびサブキャリア３７０のＧＮＤ電極３７２と電気的に接続され、ＧＮＤ電極３２２のＧＮＤ電位が安定する。

次に、高速光半導体モジュールの作製について詳述する。サブキャリア３７０の上面の下段のＧＮＤ電極３７２にＥＡ−ＤＦＢレーザチップ３００のＧＮＤ電極３２４が接するように配置する。次に、レーザチップ３００のＥＡ変調器の変調電極２０９およびＧＮＤ電極３２２に金バンプを配置し、フリップチップ実装する（金バンプで融着する）。これにより、高周波配線基板２５０の信号配線２５４とＥＡ変調器の変調電極２０９とを、および、高周波配線基板２５０のＧＮＤ電極２５０とレーザチップ３００のＧＮＤ電極３２２とを接続することができる。このようにして、高周波接続基板のＧＮＤとチップ上のＧＮＤ電極が電気的に接続された高速変調光半導体モジュールが完成する。（結果として、チップ裏面のＧＮＤ電極とレーザ電極の上のＧＮＤ電極が電気的に接続する。）

図５に示した光半導体モジュールと、図２に示した従来型の光半導体モジュールを用いて、２５．８Ｇｂｉｔ／ｓ、ＰＲＢＳ２³¹−１、振幅電圧２．０Ｖｐｐの変調信号を用いて変調し、１００ギガビットイーサネットで規定されているアイマスクマージンテストを実施した。このとき、ＥＡ変調器の変調電極２０９とレーザ電極２０７の距離Ｅは５０μｍ、高周波接続基板２５０の信号配線２５４の幅は８０μｍ、高周波接続基板２５０の信号配線２５４とＧＮＤ配線２５２との距離は４０μｍ、高周波接続基板２５０の材質は窒化アルミとした。

図２に示した従来型の光半導体モジュールでは、マスクマージンが５%程度であったのに対して、図５に示される本提案型では、マスクマージンが２７％まで改善した。この結果から、レーザ電極２０７へのカップリングがグランド電極３２２による静電遮蔽により防げたことにより、アイ波形の劣化が抑制された効果がよく示されている。

また図４では図３（ａ）の素子を用いているが、図３（ｂ）の素子を用いることにより、ＧＮＤ電位がさらに安定する。このとき、マスクマージンは30％まで改善する。
なお、本実施例では光変調器部としてＥＡ変調器を用いているが、マッハツェンダ変調器等、その他外部光変調器を用いることも可能である。

図６は、図５に示したサブキャリア３７０の代替として用いることができる、サブキャリアを示す。図６のサブキャリアは、２つの基板（６８１，６８２）を上下に組み合わせて、図５に示したサブキャリア３７０と同様に段差を有するサブキャリアとしたものである。

上部の基板６８１は、上面にコプレーナ線路を有し、下面の全面にグランド電極を有する。コプレーナ線路のグランド配線２７２と下面のグランド電極６８２とはビア（側面に蒸着された金またはビア内に充填された金）により接続されている。

下部の基板６８３の上面の全面にはグランド電極６７２が形成され、上部の基板６８１の下面のグランド電極６８２および半導体レーザ３００のグランド電極３２４と接するように、基板６８１および半導体レーザ３００が配置される。

このように、図６に示すサブキャリアを、図５に示したサブキャリア３７０の代替として用いても、上述したのと同様の効果をえることができる。

１００ 半導体レーザ
１０１ ｎ電極
１０２ ｎ−ＩｎＰ基板
１０３ ｎ−ＩｎＰクラッド層
１０４ 活性層
１０５ ガイド層
１０６ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１０７ レーザ電極
１０８ 吸収層
１０９ 変調電極
１１２ 波長位相シフト
２００ 半導体レーザ
２０２ 基板
２０４ 活性層
２０７ レーザ電極
２０８ 吸収層
２０９ 変調電極
２１０ 絶縁体
２１３ 導波路
２５０ 高周波接続基板
２５１ 基板
２５２，２５３ グランド配線
２５４ 信号配線
２５５ 終端抵抗
２７０ 高周波配線基板
２７１ 基板
２７２，２７３ グランド配線
２７４ 信号配線
２９１，２９２，２９３，２９４ 金バンプ
３００ 半導体レーザ
３２１ 絶縁体
３２２，３２４ グランド電極
３２３ 溝(穴）
３７０ サブキャリア（高周波配線基板）
３７１ 基板
３７２ グランド電力
５７４ グランド配線
５９５ 金バンプ
６７２ グランド電極
６７４，６８２ グランド配線
６８１，６８３ 基板

Claims (3)

1. 光半導体モジュールであって、
   基板上に作製されたレーザ部および光変調器部を有する半導体レーザであり、
   前記レーザ部に駆動信号を入力するためのレーザ電極、
   前記レーザ電極上の一部に作製された第１の絶縁体、
   前記第１の絶縁体により前記レーザ電極と電気分離された第１のグランド電極、および
   前記基板の前記レーザ電極と反対の面に第２のグランド電極
   を備えた半導体レーザと、
   変調電極を介して前記光変調器部に入力される電気信号を伝送するグランド配線と信号配線を有する高周波接続基板と、
   を備え、
   前記変調電極と前記高周波接続基板の前記信号配線とが金バンプを介して接続され、
   前記第１のグランド電極と前記高周波接続基板の前記グランド配線とが、金バンプを介して接続され、
   前記第１のグランド電極と前記第２のグランド電極とが、前記高周波接続基板を介して電気的に接続されている、ことを特徴とする光半導体モジュール。
2. 段差のあるサブキャリアであり、上段に前記高周波接続基板および前記変調電極を介して前記光変調器部に入力される前記電気信号を伝送する、グランド配線および信号配線を有し、下段に前記半導体レーザを搭載するサブキャリアをさらに備え、
   前記サブキャリアの前記下段の前記半導体レーザを搭載する面が第３のグランド電極を備え、前記第３のグランド電極と前記第２のグランド電極とが接して前記半導体レーザが搭載され、
   前記サブキャリアの前記上段の前記信号配線と前記高周波接続基板の前記信号配線とが、金バンプを介して接続され、
   前記サブキャリアの前記上段の前記グランド配線と前記高周波接続基板の前記グランド配線とが、金バンプを介して、接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
3. 前記サブキャリアの前記上段の前記グランド配線と前記下段の前記第３のグランド電極とが接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載の光半導体モジュール。