JPH0482196B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 高周波信号源に接続するための所定の特性イ
ンピーダンスZ₀のストリツプライン伝送路２４を
有した所定の特性インピーダンスＺの半導体光デ
バイスのマウント装置において、 前記ストリツプライン伝送路には抵抗手段３２
が接続され、この抵抗手段は所定の抵抗値を有
し、この抵抗値と前記半導体光デバイスの特性イ
ンピーダンスとの和が前記ストリツプライン伝送
路の特性インピーダンスと実質的に等しいことを
特徴とする半導体光デバイスのマウント装置。

２ 前記ストリツプライン伝送路は、 第１の導電層２６と、 前記第１の導電層上にこれと接触して配され、
前記ストリツプライン伝送路の特性インピーダン
スを決定する所定の厚さｔと所定の幅ｗと所定の
比誘電率εとを有した絶縁層２８より成る請求の
範囲第１項記載のマウント装置。

３ 前記絶縁層は９乃至9.5の範囲の所定の比誘
電率を有したアルミナ（Al₂O₃）よりなる請求の
範囲第２項記載のマウント装置。

４ 前記第１の導電層及び第２の導電層は前記高
周波信号源に接続されている請求の範囲第２項記
載のマウント装置。

５ 前記抵抗手段は、前記ストリツプライン伝送
路の前記第２の導電層の一部上にこれと接触して
配されたフイルム抵抗である請求の範囲第２項記
載のマウント装置。

６ ５乃至８オームの範囲のインピーダンスＺを
有する半導体光デバイスと共に用いられ、前記フ
イルム抵抗はZ₀−５乃至Z₀−８オームの範囲の抵
抗値を有するように形成され、この抵抗値と前記
半導体光デバイスのインピーダンスとの和が本質
的にZ₀オームである請求の範囲第５項記載のマウ
ント装置。

７ 前記マウント装置は更に半導体光サブマウン
ト構造を有し、前記サブマウント構造は、 前記ストリツプライン伝送路の第１の導電層２
６上にこれと接触して配された絶縁層３６と、そ
して 前記サブマウント絶縁層上にこれと接触して配
された導電層３４とを更に有し、前記半導体光デ
バイスは前記サブマウント導電層と前記ストリツ
プライン伝送路の第１の導電層との間に電気的に
接続される請求の範囲第２項記載のマウント装
置。

８ 前記サブマウント絶縁層は前記ストリツプラ
イン伝送路の絶縁層の一部であり、前記サブマウ
ント導電層は前記ストリツプライン伝送路の第２
の導電層の一部である請求の範囲第７項記載のマ
ウント装置。

９ 前記ストリツプライン伝送路と電気的に絶縁
された低周波入力接続手段を更に有する請求の範
囲第１項記載のマウント装置。

１０ 前記半導体光デバイスの背面からの光放射
をモニタする光デバイスモニタ手段４０をさらに
有し、前記光デバイスモニタ手段は、 側壁と上表面にかけて反射溝４２を有し、前記
背面放射が反射溝の側壁部に入射するように前記
光デバイスの後方に配された支持装置と、そして 前記支持装置の上表面上にこれと接触して配さ
れ、主平面が反射溝の上表面部分に曝されている
光電モニタデバイスとよりなる請求の範囲第１項
記載のマウント装置。

発明の背景 (1) 技術分野 本発明は半導体レーザのストリツプラインマウ
ント装置に関し、さらに詳しくは、半導体レーザ
のインピーダンスを補償してレーザと高周波変調
電流源との間の良好なインピーダンス制御が可能
な高周波ストリツプラインマウント装置に関す
る。

(2) 従来技術の説明 半導体レーザデバイスはコンパクトであり、比
較的高効率であり出力の制御性が良いので種々な
分野で利用されている。しかし半導体レーザデバ
イスには多数の要求が課せられている。耐久性の
点からレーザ素子の冷却が必要である。これはレ
ーザを高温で長時間動作させると重大な損傷や破
壊を生じさせることがあるからである。さらに、
レーザの光出力強度は接合部温度の関数であるの
で、動作中のレーザが発生する大量の熱をレーザ
の支持構造によつて吸収する必要がある。レーザ
のマウント構造の一部に熱−電気冷却器（サーモ
エレクトリツククーラTEC）を形成してこれら
問題を解決する従来の技術は多数知られている。
米国特許第4338577号はその種の技術の一例を開
示している。温度に関連した問題を解決するのは
比較的簡単であるが、レーザがたとえば
500Mb／ｓ以上の超高速ビツトレートで動作す
る時には他の問題が発生する。このような高速で
はレーザのインピーダンスが信号源のそれに比較
して低いことおよび接続ネツトワークに関連する
寄生振動とが重要な因子となる。許容性能を得る
ためには、これら寄生振動を最小にし、また接続
ネツトワークのインピーダンスとレーザのインピ
ーダンスとを広帯域に亘つて整合させることが必
要である一般によく知られていることであるが、
半導体レーザのインピーダンスは５〜８Ωの範囲
であるが、高速ビツトレートの典型的なレーザ送
信機に使用されているほとんどの高周波変調電流
源は非常に高い出力インピーダンスを有してい
る。このようなインピーダンスの不整合を制御し
ないならば、入力信号源とレーザとの間の結合が
周波数に非常に左右されることとなる。信号の多
重反射によつて波形歪みがひどくなる。さらに、
各レーザ間でそのインピーダンスが少しづつ異な
つているので、上記の問題を経験的に解決するこ
とは適当でない。従つて従来技術で必要とされる
のは、レーザダイオードを高周波入力信号に接続
することができ、好ましくは、広帯域に亘つてレ
ーザを信号源に均一に結合することができる装置
である。

発明の概要 本発明は、レーザダイオードのインピーダンス
を補償してレーザと外部の高周波変調電流源との
間の良好なインピーダンス制御を可能とするスト
リツプラインレーザマウント装置を提供する。

本発明の一実施例によれば、抵抗素子をレーザ
の近くに形成したストリツプラインを提供し、こ
の抵抗素子の抵抗値は、この抵抗値とレーザの特
性インピーダンスとの和がストリツプラインの特
性インピーダンスに整合するような値に選ばれ
る。このことによつて変調電流源は周波数に依存
しない負荷インピーダンスを持つこととなり、広
帯域に亘つて均一な結合を容易にする。負荷イン
ピーダンスの値を電流源インピーダンスよりもか
なり低く設定して、変調電流源に要求される電圧
出力を制限するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によつて形成された半導体レー
ザのストリツプラインマウントを示す斜視図、 第２図は第１図に示した実施例の一部を示す斜
視図、そして第３図は特に非常に高周波の動作に
適用して好適な本発明の別の実施例の一部を示す
斜視図である。

詳細な説明 本発明による高周波レーザダイオードマウント
装置１０を第１図および第２図に示す。第１図お
よび第２図で例示するレーザ１２はｐコンタクト
面１４とｎコンタクト面１６とを含むダブルヘテ
ロ構造接合型レーザである。この明細書中で使用
される用語“コンタクト領域／層”および“ワイ
ヤボンド”は以下のように定義される。“コンタ
クト領域／層”は、当該技術分野で周知のたとえ
ばアルミニウム等の適切な材料でつくられた金属
層である。“ワイヤボンド”は従来のワイヤボン
ドで形成され、この目的のためには通常金が使用
される。本発明によれば、レーザ１２はストリツ
プライン入力接続によつて高周波入力信号I_Hが入
力される。このストリツプライン入力は誘電材２
２によつて分離された第１の金属コンタクト１８
と第２の金属コンタクト２０とを有する。第１図
に示すように、誘電材２２は必要な絶縁特性を有
した外部のパツケージ材料で構成してもよい。説
明上、第１の金属コンタクト１８をｎコンタクト
と称し、第２の金属コンタクト２０をｐコンタク
トと称する。しかし、これら２個のコンタクトの
極性を反転できることは当然である。

第１図および第２図を参照するに、ｎコンタク
ト１８とｐコンタクト２０はレーザ１２のマウン
ト面上のストリツプライン２４を介してレーザ１
２に接続される。ストリツプライン２４は、ｐコ
ンタクト層２６、このｐコンタクト層２６の一部
の上に形成された誘電層２８、および誘電層２８
の上に形成されたｎコンタクト層３０を有する。
第１図に示すように、ｐコンタクト２０はｐコン
タクト層２６にワイヤボンドされ、ｎコンタクト
１８はｎコンタクト層３０にワイヤボンドされ
る。一本のワイヤボンドとして示されているが、
実際は多数の並列なワイヤボンドを使用できる。
多数のワイヤボンドを使用することによつて、各
ワイヤボンドの寄生インダクタンスが並列となり
全体として低い寄生インピーダンスを呈する。こ
のことは高周波特性の改善に対して重要な因子と
なる。この技術は明細書中で説明するすべてのワ
イヤボンドに適用できる。層３２は抵抗素子より
成り、後に詳しく説明するように、レーザ１２と
ストリツプライン２４との間に必要なインピーダ
ンス整合を与える大きさに形成される。詳しく
は、抵抗素子３２は集積回路の抵抗素子に使用さ
れる従来の堆積された薄膜あるいは厚膜のフイル
ム抵抗で構成できる。たとえば、層３２を形成す
るのに薄膜のタンタル抵抗を使用することができ
る。

ストリツプライン２４はレーザマウント構造
（サブマウントとも称する）を介してレーザ１２
に接続される。このレーザマウント構造はｎコン
タクトマウント層３４とｐコンタクトマウント層
２６とを有し、これらの層は誘電層３６によつて
分離されている。レーザ１２のＮ側１６はｎコン
タクトマウント層３４に直接ボンデイング（たと
えばインジウムボンデイング）されて負極の電気
接続を完成する。レーザ１２のＰ側１４はｐコン
タクト層２６にワイヤボンドされ正極の電気接続
を完成する。

本発明のこの実施例では、マウント装置１０は
低周波（500Mb／ｓ以下）の入力信号をもレー
ザ１２に接続する。この入力信号はストリツプラ
イン２４を使用する必要がなく、実際にストリツ
プライン２４から電気的に絶縁されている。第１
図を参照するに、層２６に延びるワイヤボンド接
続P₂によつて直接レーザ１２のＰ側１４にコン
タクトされる。層２６は入力信号源（図示せず）
にワイヤボンド接続Lfpを介して接続される（第
１図）。マウント装置１０はもうひとつのｎコン
タクト領域３８を有し、この領域３８はｎコンタ
クトマウント層３４にワイヤボンドされている。
Ｐ側と同様に、ｎコンタクト領域３８は外部の信
号源にワイヤボンド接続Lfnを介して接続され
る。高周波動作中、直流バイアス信号をワイヤボ
ンド接続Lfn、ｎコンタクト領域３８、ｎコンタ
クトマウント層３４、層２６および電源（図示せ
ず）を介して与えることができる。

レーザ１２が励起されると光出力の主ビームが
第１図に示すように伝搬路３５に沿つて進む。レ
ーザ１２の定出力信号を維持するためにフイード
バツクモニタ装置を使用できる。その一例を第１
図に示す。モニタ素子にPINフオトダイオード４
０を使用し、これを第１図に示すようにレーザ１
２の後方に置く。レーザ１２は両方向に光を出力
するので、出力信号の伝搬路に直接モニタ装置を
置く必要はない。PINフオトダイオード４０を担
持するマウント装置１０の一部にたとえば角度
45°の反射溝４２を形成して、レーザ１２の背面
光がPINフオトダイオード４０のｎ層４４の前方
主面に向かうようにしている。この反射溝を使用
することによつてPINフオトダイオード４０を図
示すように主面に沿つてマウント装置に取付ける
ことができる。このため、ｎ層４０の主面をレー
ザ１２の背面の光ビーム伝搬路に直接置く場合に
くらべてより厳しいコンタクトをとることができ
る。PINフオトダイオード４０のｐコンタクト４
６は外部モニタ（図示せず）との接続のためにｐ
コンタクトマウント４８にワイヤボンドされる。
PINフオトダイオード４０の出力信号によつて外
部モニタは入力信号源の動作を制御する。

レーザの出力強度はレーザの接合温度の関数で
あることは当該技術で周知である。従つて、でき
る限りレーザに近い場所での周囲温度をモニタで
きることが望ましい。このため、たとえばサーミ
スタ等の温度センサ５０をもマウント装置１０上
に形成できる。また、レーザの動作を制御しない
と、内部のパツケージ温度が許容レベル以上に上
昇することがある。従つて、レーザのマウント装
置にこれと一体的に熱−電気冷却器をつけること
もできる。そのような冷却器６０はマウント装置
１０のベースとして示されている。

以上説明したように、特に第２図で示されてい
るように、ｎコンタクト１８はｎコンタクト層３
０にワイヤボンド接続n₁（前述したように実際は
多数のワイヤボンドが使用されている）によつて
接続されている。同様にｐコンタクトはワイヤボ
ンド接続p₁によつてｐコンタクト層２６に接続さ
れている。ｐコンタクト層２６はレーザ１２のマ
ウント部にまで延びている。ストリツプライン２
４を形成するには、前述したように誘電層２８を
コンタクト層２６および３０の間に位置させて三
段階の平行板ストリツプライン構成を形成してい
る。ストリツプライン２４の特性インピーダンス
Z₀は誘電層２８の厚さｔ、幅ｗおよび比誘電率ε
の関数であることは理解されよう。所与に特性イ
ンピーダンスZ₀を有したストリツプラインを形成
するには、比誘電率εはその材料で決まり、必要
な厚みｔと幅ｗは当該技術分野での標準的な方法
によつて決定される。

種々の考案によつて500Mb／ｓ以上で動作で
きるレーザダイオードのインピーダンスは５〜８
Ωの範囲であることが判明した。このような高周
波信号を発生できる通常な電流源である入力信号
源の多くは高出力インピーダンスＺを有してい
る。従つて、周波数に依存しない結合および波形
歪みを最小にするには、インピーダンス制御ネツ
トワークを用いる必要がある。理想的な解決法は
レーザから信号源をみてインピーダンスを下げる
か、逆に信号源からみて抵抗を大きくするかであ
る。しかしいくつかの理由からこれらの方法は不
可能ではないまでも実際的ではない。すなわち、
５Ωに下げるにはストリツプライン２４に極めて
薄い誘電層を使用する必要があり、実際の使用に
はあまりにも弱い構造となる。高インピーダンス
では動作は同一電流を得るために変調電流源の必
要な電圧振幅を非常に大きくしてしまう。従つ
て、これらの２個の値の範囲内にインピーダンス
を設定することが満足のいく妥協策であることが
判明した。従つて、信号源インピーダンスが接続
伝送路にインピーダンスと整合しないので、伝送
路とレーザとの間のインピーダンス整合をできる
かぎり良くして、信号の多重反射とその結果の波
形歪みとを避けることが必須である。

本発明によれば、レーザのインピーダンスをス
トリツプライン２４のインピーダンスZ₀にできる
限り整合させることによつて周波数に依存しない
結合と最小の波形歪みが得られる。レーザダイオ
ードのインピーダンスは５〜８Ωの間で変動する
ことが知られているので、この変動を補償する手
段が必要となる。従つて、ストリツプライン２４
に抵抗３２を形成して、高周波変調電流源からレ
ーザ１２をみた抵抗を制御する。抵抗３２を形成
することによつてストリツプラインの内部抵抗を
大きくするのに役立つだけでなく、使用するレー
ザの実際のインピーダンスとは無関係なインピー
ダンスを電流源とレーザ１２との間に与える手段
を提供する。すなわち、あるレーザが取付けられ
た後、そのインピーダンスを測定して必要な抵抗
を加えることができる。たとえばレーザのインピ
ーダンスが6.25Ωであると、Ｚ−6.25Ωの値を有
した抵抗３２をストリツプライン２４に形成して
所望の値ＺΩを得る。同様に、レーザの内部抵抗
が８ΩであるとＺ−８Ω抵抗３２をストリツプラ
イン３２に形成する。入力抵抗をこのように制御
できることが本発明の重要な特徴である。

前述したように、ストリツプライン２４は一対
（多数）のワイヤボンド接続を用いてレーザ１２
に接続される。すなわち、レーザ１２のＰ側１４
はワイヤボンド接続P₂によつてｐコンタクト層
２６に接続される。レーザ１２のＮ側１６はｎコ
ンタクトマウント層３４に直接接続され、ｎコン
タクト層３０にワイヤボンド接続n₂によつて接続
される。別な低周波動作の接続を第２図に示す。
第３のワイヤボンド接続n₃はｎコンタクトマウン
ト層３４をｎコンタクト領域３８に接続するのに
用いられている。前述したようにこの第３のワイ
ヤボンド接続によつて種々のｎコンタクト層を介
して高周波信号源に直流バイアス電位をかけるこ
とができる。第２図に示すように、ｎコンタクト
マウント層３４は誘電層３６によつてｐコンタク
ト層２６から分離されている。誘電層３６はｐコ
ンタクト層をｎコンタクト層から分離するだけで
なく、層２６，３４および３６によつてもうひと
つのストリツプラインを形成できるので入力信号
のストリツプライン伝送特性を直接レーザに伝え
ることができる。事実、層２６のＰ側をワイヤボ
ンドすることによつて、ストリツプラインが現実
に継続しＰ側を接続したレーザ１２を取囲んでい
ることが想像できよう。また絶縁層３６はレーザ
１２が発生する熱を吸収してこれをTEC６０に
沿つて逃がすことのできる材料より構成されてい
る。絶縁層３６を形成するのに使用できるそのよ
うな材料の一例はベリリア（Beryllia）である。
絶縁層２８と３６を形成するのに一個の連続した
誘電層を実際に用いることができる。このことに
よつてワイヤボンド接続n₂をなくして寄生インダ
クタンスを減少させることができる。しかし、レ
ーザ１２の下に使用する必要のあるベリリアある
いは他のヒートシンク材料は絶縁層２８に使用で
きるたとえばアルミナ等の通常の誘電体よりも高
価である。また、ベリリアの比誘電率はアルミナ
の比誘電率よりも低いので、特性インピーダンス
Z₀を得るにはより薄いベリリア層を必要とする。
従つてこれらすべての理由から本発明の好ましい
実施例ではストリツプライン２４とレーザ１２の
サブマウントの２個分離構造を使用している。

非常に高速のビツトレート（たとえば5Gb／ｓ
以上）では、ワイヤボンド接続P₂（前述したよう
に多数のワイヤボンドであるが）の長さを短かく
する必要がある場合もある。これは第３図に示す
本発明の他の実施例で行うことができる。図示す
るように、もうひとつのｐコンタクトマウント７
２を形成して、ワイヤボンド接続P₂の高さをレ
ーザ１２のＰ側の高さであるｄに一致させる。た
とえばマウント７２は、電気接続を与えるために
ｐコンタクト層２６に直接接続された金属スペー
サ素子７２（たとえばアルミニウム）でよい。上
面のコンタクト層７６はスペーサ７４に接続さ
れ、ワイヤボンド接続P₂はレーザ１２のＰ側１
４と高さを持ち上げたｐコンタクト７６との間で
接続される。