(57)【要約】【課題】従来技術のレーザアレイ光源では、小型化したレーザアレイチップにおける各チャネルのレーザ同士の間隔が非常に狭いため、隣接するチャネル間での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問題があった。レーザアレイチップの基板は、無視できない大きさの抵抗値を持ち、各レーザデバイスとチップ底面との間は概ね共通するインピーダンスを持つため、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グランドに影響を与え、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。熱的なアイソレーション不足による発振波長の変動も問題であった。【解決手段】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。【選択図】図５
2014154686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
を備えたことを特徴とする多チャネルレーザアレイ光源。
【請求項２】
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ることを特徴とする請求項１の記載の多チャネルレーザアレイ光源。
【請求項３】
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１または２に記載の多チャネルレーザアレイ光源。
【請求項４】
前記サブキャリアの前記チップ搭載グランド電極と、前記多チャネル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３に記載の多チャネルレーザアレイ光源。
【請求項５】
前記高周波配線板上の前記グランド電極と、前記多チャネル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３に記載の多チャネルレーザアレイ光源。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。    
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２８４６８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】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.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。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。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１のレーザアレイ光源において、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ることを特徴とする。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。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２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。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項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、前記多チャネル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。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項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、前記多チャネル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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】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３】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４】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。
【図５】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。
【図６】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７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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２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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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３７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。
【００３１】
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。
【実施例１】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例２】
【００４９】
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７５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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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８１ａ、終端抵抗８２ａが構成されており、信号線８１ａ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８２ａ、８２ｂ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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【実施例３】
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
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。
【符号の説明】
【００８５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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