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TWI699571B - 光傳輸裝置 - Google Patents

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TWI699571B
TWI699571B TW108123551A TW108123551A TWI699571B TW I699571 B TWI699571 B TW I699571B TW 108123551 A TW108123551 A TW 108123551A TW 108123551 A TW108123551 A TW 108123551A TW I699571 B TWI699571 B TW I699571B
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大和屋武
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日商三菱電機股份有限公司
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Abstract

光傳輸裝置（60），包括：半導體雷射晶片（61），形成有半導體雷射陣列（30），其具有形成於第一半導體基板（1）上的複數的分佈反饋半導體雷射（31）；半導體波導晶片（62），形成有半導體調變器陣列（40），其具有形成於第二半導體基板（21）上且與半導體雷射（31）相同數量的半導體調變器（41）。光傳輸裝置（60）將波導（12）及波導（13）靠合連接，使得半導體雷射陣列（30）的各個半導體雷射（31）中的半導體調變器陣列側的波導（12）的端面，與半導體調變器陣列（40）的各個半導體調變器（41）中的半導體雷射陣列側的波導（13）的端面，兩者之間的距離在10μm以內，半導體雷射晶片（61）及半導體波導晶片（62）搭載於台座（9）。半導體雷射陣列（30）配置成包含半導體雷射（31）的活性層（3）之雷射波導（12）會比第一半導體基板（1）相對於台座（9）更遠，半導體調變器陣列（40）配置成半導體調變器（41）的調變器波導（13）會比第二半導體基板（21）更靠台座（9）側，半導體調變器陣列（40）的台座（9）側的面至第二半導體（21）的台座（9）側的面為止的厚度會比第一半導體基板（1）的厚度薄。

Description

光傳輸裝置
本發明係有關於光傳輸裝置。
光通訊用的傳輸裝置（光傳輸裝置）由搭載了複數的雷射的半導體雷射陣列、搭載了複數的調變器的半導體調變器陣列所構成，其比起由單一雷射及單一調變器所構成的光傳輸裝置更能夠擴大傳送容量。作為將半導體雷射陣列及半導體調變器陣列小型地集成的方法，有在一個InP基板等的半導體基板上單片集成的方法、也有將形成於不同的半導體基板上的半導體雷射陣列及半導體調變器陣列組裝集成的混合集成方法。將InP基板上的半導體雷射陣列與Si基板上的半導體調變器陣列集成的情況下，主要使用混合集成方法。
專利文獻1揭露混合集成半導體雷射陣列及半導體調變器陣列的光傳輸裝置。專利文獻1的光傳輸裝置是在Si系材料的波導（Si波導）上貼上III-V族半導體（III-V族放大媒體）來當作放大媒體，在Si系材料的波導上形成反射構造（具備反射器對的光共振器）。
專利文獻1：日本特表2009-537871號公報（第1圖、第2圖、第0015段～0024段）
專利文獻1的光傳輸裝置中，Si波導與III-V族放大媒體的貼附需要高度的技術，而且是在III-V族放大媒體內沒有共振器構造，在Si波導內設置共振器構造的複雜的雷射構造。又，專利文獻1的光傳輸裝置在III-V族放大媒體及Si波導之間產生光耦合損失，形成單位注入電流的雷射輸出光（雷射射出光）的比率（稱為雷射效率）比具有只以III-V族材料形成的共振器構造的半導體雷射更差的問題。
本案說明書所揭露的技術為了要解決上述的問題點，其目的是實現一種光傳輸裝置，其構造單純、雷射效率佳，且混合集成了半導體雷射陣列及半導體調變器陣列。
本申請案說明書所揭露的一個例子的光傳輸裝置，包括：半導體雷射陣列，具有形成於第一半導體基板上的複數的分佈反饋半導體雷射；半導體調變器陣列，具有形成於第二半導體基板上且與半導體雷射相同數量的半導體調變器。光傳輸裝置更包括：半導體雷射晶片，形成有半導體雷射陣列；以及半導體波導晶片，形成有半導體調變器陣列。光傳輸裝置將雷射波導及調變器波導靠合連接，使得半導體雷射陣列的各個半導體雷射中的半導體調變器陣列側的波導，即雷射波導的端面，與半導體調變器陣列的各個半導體調變器中的半導體雷射陣列側的波導，即調變器波導的端面，兩者之間的距離在10μm以內，半導體雷射晶片及半導體波導晶片搭載於台座。半導體雷射陣列配置成包含半導體雷射的活性層之雷射波導會比第一半導體基板相對於台座更遠，半導體調變器陣列配置成半導體調變器的調變器波導會比第二半導體基板更靠台座側，半導體調變器陣列的台座側的面至第二半導體基板的台座側的面為止的厚度會比第一半導體基板的厚度薄。
本申請案說明書所揭露的一個例子的光傳輸裝置，將雷射波導及調變器波導靠合連接，使得彼此相向的半導體雷射陣列的雷射波導的端面，與半導體調變器陣列的調變器波導的端面兩者之間的距離在10μm以內，並配置成雷射波導比起第一半導體基板相對於台座更遠，且調變器波導比第二半導體基板更靠台座側。從半導體調變器陣列的台座側的面到第二半導體基板的台座側的面為止的厚度比第一半導體基板的厚度薄，因此能夠以單純的構造獲得高雷射效率。
[實施型態1] 第1圖係顯示實施型態1的光傳輸裝置的平面圖。第2圖係顯示第1圖的半導體雷射及半導體調變器的概略架構圖。第3圖係第1圖的光傳輸裝置的剖面圖。第4圖係第2圖的半導體調變器的剖面圖。第5圖係顯示第1圖的半導體雷射及半導體調變器的波導形狀的平面圖。第3圖顯示第1圖中的A-A剖面，第4圖顯示第2圖中的B-B剖面。實施型態1的光傳輸裝置60是將形成了半導體雷射陣列30的半導體雷射晶片61、形成了半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62混合集成的光傳輸裝置，也就是混合集成傳輸裝置。光傳輸裝置60具備形成了半導體雷射陣列30的半導體雷射晶片61、形成了半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62、安裝了半導體雷射晶片61的副安裝基板10、安裝了半導體波導晶片62的副安裝基板11、安裝了副安裝基板10、11的台座9。半導體雷射陣列30具有複數的半導體雷射31，半導體調變器陣列40具有與半導體雷射31相同數目的半導體調變器41。台座9上，透過副安裝基板10搭載了半導體雷射晶片61，透過副安裝基板11搭載了半導體波導晶片62。半導體雷射晶片61安裝並搭載於副安裝基板10，半導體波導晶片62安裝並搭載於副安裝基板11。
半導體雷射陣列30具備形成於n-InP基板1上的16個分佈反饋半導體雷射31。各半導體雷射31依序在n-InP基板1上形成n-InP覆蓋層2、InGaAsP活性層3、p-InP覆蓋層4、p-InGaAs接觸層5。InGaAsP活性層3的上部（表面）上形成有以p-InGaAsP層及p-InP覆蓋層4所構成的衍射光柵結構（未圖示）。又，各半導體雷射31會在InGaAsP活性層3的兩側埋入了InP埋入層（未圖示）形成了所謂的埋入波導構造。n-InP基板1的背面（與副安裝基板10相向的面）上全部的半導體雷射31形成共通的陰極電極6，各半導體31的波導（雷射波導）12的上部分別形成陽極電極7。波導（雷射波導）12包括InGaAsP活性層3。各半導體雷射31的衍射光柵的週期形成不同的值，各半導體雷射31發射出不同波長的光。半導體雷射陣列30具備射出不同波長的光的複數個半導體雷射31，因此是多波長光源。半導體雷射陣列30射出的射出光的波長是1.3μm帶。半導體雷射陣列30的n-InP基板1的背面，也就是半導體雷射晶片61的n-InP基板1的背面以焊料8安裝於副安裝基板10上（表面）。又，安裝了半導體雷射晶片61的副安裝基板10以焊料8安裝於金屬製的台座9上（表面）。各半導體雷射31的陽極電極7藉由金線等的金屬線17連接到形成於副安裝基板10的金屬配線（未圖示）。
半導體調變器陣列40具備形成於Si基板21上的16個半導體調變器41（Mach-Zehnder調變器）。各半導體調變器41具有波導（調變器波導）13，波導13是以入射側波導14、2個臂波導15a、15b、射出側波導16所構成。各半導體調變器41在Si基板21的表面（副安裝基板11側的面）依序形成了SiO2 的第一絕緣層22、Si層23、SiO2 的第二絕緣層24。各半導體調變器41具有在Si層23上形成梅薩條紋的肋波導構造。也就是，入射側波導14、2個臂波導15a、15b、射出側波導16具有形成了梅薩條紋的肋波導構造。第4圖中，顯示2個臂波導15a、15b中的梅薩條紋46a、46b。各半導體調變器41如第4圖所示，在臂波導15a、15b的兩側，也就是梅薩條紋46a、46b的兩側，具有陽極電極26及陰極電極27。陽極電極26及陰極電極27都形成於波導面側（與Si基板21相反側、副安裝基板11側）的Si層23的表面上。也就是，陽極電極26及陰極電極27形成於與Si基板21相反側的調變器波導（波導13）側。
形成有半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62會透過焊料凸點29將波導面側安裝於副安裝基板11上（表面）。各半導體調變器41的陰極電極26及陽極電極27會藉由焊料凸點29連接到形成於副安裝基板11上的金屬配線20。也就是，形成有半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62與形成有半導體雷射陣列30的半導體雷射晶片61不同，是在電性連接上不使用金屬線17的組裝，也就是覆晶組裝。焊料凸點29是與金屬線17不同的連接材。第4圖中，顯示的例子是1個陰極電極26配置於臂波導15a及臂波導15b之間，2個陽極電極27配置於臂波導15a、15b的外側。將半導體調變器陣列40安裝於副安裝基板11時，會安裝成半導體調變器陣列40的半導體雷射陣列30側的端面（調變器端面42），比起副安裝基板11的半導體雷射陣列30側的端面（基板端面18），更往半導體雷射陣列30側突出（往光軸方向伸出）。也就是，半導體波導晶片62中，包含調變器波導（波導13）的端面之調變器端面42配置成比副安裝基板11的半導體雷射陣列30側的端面（基板端面18），更靠包含雷射波導（波導12）的端面之雷射端面32附近。半導體調變器40的副安裝基板11會使用樹脂28安裝於台座9上（表面）。
實施型態1的光傳輸裝置60具有安裝成半導體雷射陣列30的各波導12與半導體調變器陣列40的各波導13靠合之特徵。又，實施型態1的光傳輸裝置60如前述，半導體雷射陣列30相對於台座9以結合狀態（InGaAsP活性層3位於與台座9相反側的狀態）安裝於副安裝基板10，半導體調變器陣列40以波導13朝向台座9側而安裝於副安裝基板11。換言之，實施型態1的光傳輸裝置60中，半導體雷射陣列30配置成InGaAsP活性層3相對於台座9的位置會比n-InP基板1的位置遠，半導體調變器陣列40配置成波導13相對於台座9的位置會比Si基板21近。又，能夠表現成半導體雷射陣列30配置成包含半導體雷射31的活性層（InGaAsP活性層3）之雷射波導（波導12）相對於台座9比第一半導體基板（n-InP基板1）更遠方，半導體調變器陣列40配置成半導體調變器41的調變器波導（波導13）比第二半導體基板（Si基板21）更靠台座9側。
接著，使用第5圖來說明半導體雷射陣列30的波導12與半導體調變器陣列40的波導13靠合連接而成的靠合連接部。第5圖中，顯示半導體雷射陣列30的1個半導體雷射31與半導體調變器陣列40的1個半導體調變器41之間的靠合連接部。半導體雷射陣列30中與半導體調變器陣列40相向的端面（雷射端面32），會在預定的距離以內靠合連接半導體調變器陣列40中的與半導體雷射陣列30相向的端面（調變器端面42），也就是兩者極力縮窄間隙以進行光耦合連接。在此，預定的距離是10μm以內。
半導體雷射陣列30的波導路12的核心層是InGaAsP活性層3。半導體調變器陣列40的波導路13是肋波導，也就是Si層的梅薩條紋。第5圖中，作為波導12的平面形狀，顯示了InGaAsP活性層3的平面形狀，作為波導13的平面形狀，顯示了梅薩條紋45的平面形狀。第5圖所示的波導13是與半導體雷射陣列30相向的半導體調變器陣列40的調變器端面42側，因此顯示了第2圖所示的入射側波導14。波導12具備遠離雷射端面32的領域的傳送部34、雷射端面32側的點尺寸變換部33。第5圖中虛線71a的左側的傳送部34的波導寬為1.3μm。第5圖中虛線71a到虛線71b（雷射端面32的位置）的點尺寸變換部33中，波導寬度會從與雷射端面32距離100μm的位置（虛線71a的位置）朝向雷射端面32錐狀地縮窄。也就是說，從這個虛線71a至虛線71b的波導是改變了雷射光輸出光（雷射輸出光）的點尺寸之點尺寸變換器。
半導體調變器陣列40的波導13的調變器端面42側，也就是入射側波導14具備遠離調變器端面42的領域的傳送部44、調變器端面42側的點尺寸變換部43。第5圖中，從虛線71c到右側的傳送部44的波導寬，也就是梅薩條紋寬是500nm。第5圖中從虛線71c到虛線71b（調變器端面42的位置）的點尺寸變換部43，其波導寬，也就是梅薩條紋寬是從與調變器端面42距離200μm的位置（虛線71c的位置）開始往端面錐狀地變狹窄。也就是，從這個虛線71c至虛線71b的波導（梅薩條紋45）形成改變雷射光輸出光（雷射輸出光）的點尺寸之點尺寸變換器。
實施型態1的光傳輸裝置60具備產生多波長光的半導體雷射陣列30、半導體調變器陣列40，相比於具備單一的半導體雷射31及單一的半導體調變器41者，藉由波長多重通訊更擴大通訊容量（傳送容量）。又，實施型態1的光傳輸裝置60是將獨立的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40，也就是組裝半導體雷射晶片61及半導體波導晶片62來做混合集成的構造。因此，實施型態1的光傳輸裝置60，相較於專利文獻1的光傳輸裝置、將III-V族半導體貼在Si半導體上這種將共振器構造設置於Si半導體的光傳輸裝置，是更單純的構造。因此，實施型態1的光傳輸裝置60的量產性佳，能夠以低成本製造。又，實施型態1個光傳輸裝置60是雷射構造與專利文獻1的光傳輸裝置不同而獨立形成於n-InP基板1上的分佈式反饋雷射，能夠獲得高雷射效率。
又，實施型態1的光傳輸裝置60是不使用透鏡於半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40的光耦合之構造。使用透鏡於半導體雷射及調變器的光耦合這樣的方式會有以下3個問題。第1個問題是各透鏡需要高精度的位置調整，要安裝全部的透鏡會花費長時間。第2個問題是複數的透鏡會造成光傳輸裝置的體積變大。第3個問題是使用了複數的透鏡會讓光傳輸裝置變昂貴。又，使用透鏡於雷射及調變器的光耦合這樣的方式中，當半導體雷射及調變器的數量變多，這三個問題變得更顯著。
對此，實施型態1的光傳輸裝置60不使用透鏡，因此不會產生第2及第3個問題。即使是第1個問題，實施型態1的光傳輸裝置60將半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40之間的波導做間距配合來配置，也是將最外側的2個半導體雷射31與半導體調變器41的一對的波導的位置配合，藉此能夠配合全部的半導體雷射31及半導體調變器41之間的波導位置（波導12、13）。
如第1圖，實施型態1的光傳輸裝置60中，半導體雷射陣列30的n-InP基板1（半導體基板）的露出面位於台座9側（半導體基板的露出面朝向垂直方向下方），半導體調變器陣列40的Si基板21（半導體基板的露出面）位於台座9的相反側（半導體基板面朝向垂直方向上方）。實施型態1的光傳輸裝置60中的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40中，形成於半導體基板上（半導體基板表面）的層（積層構造層）的層厚度變得比半導體基板的層厚度還要薄。因此，實施型態1的光傳輸裝置60藉由將半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40的半導體基板的露出面相對於台座9在上下方向相反，而在組裝半導體雷射晶片61、半導體波導晶片62時於垂直方向上產生自由度，使得半導體雷射晶片61、半導體波導晶片62的組裝變得容易。以下詳細說明。
說明半導體雷射晶片61、半導體波導晶片62的安裝方法。首先，將安裝於副安裝基板10的半導體雷射晶片61以焊料8黏晶於台座9上。接著，調整安裝於副安裝基板11的半導體波導晶片62的位置，使半導體雷射陣列30的波導12及半導體調變器陣列40的波導13靠合之後，以樹脂28固定於台座9。相對於半導體雷射陣列30的n-InP基板1的層厚度，半導體調變器陣列40的第一絕緣層22到第二絕緣層24的厚度（層厚）比較薄，因此半導體調變器陣列40的副安裝基板11與台座9之間有充分的間隙可用於彼此的相對位置的調整。因此，實施型態1的光傳輸裝置60中，調整半導體波導晶片62的位置時垂直方向的自由度大，要使半導體波導晶片62做位置的配合變得容易。又，實施型態1的光傳輸裝置60中，半導體雷射陣列30以junction up的狀態，也就是InGaAsP活性層3位於比n-InP基板1更遠離台座9的位置的狀態，透過副安裝基板10安裝於台座9，因此能夠實現半導體雷射陣列30的高可靠度。光通訊用的光傳輸裝置需要有高可靠度。實施型態1的光傳輸裝置60因為半導體雷射陣列30具有高可靠度，因此能夠滿足光通訊用的光傳輸裝置的要求。
實施型態1的光傳輸裝置60如第4圖所示是半導體調變器陣列40不使用金屬線17的覆晶組裝。實施型態1的光傳輸裝置60不使用金屬線17，因此能夠實現半導體調變器陣列40優秀的高頻響應特性。特別是，如實施型態1，半導體調變器41的數目多的情況下，不使用金屬線17的效果，也就是高頻響應特性優秀的效果會更為顯著。
作為比較例，思考半導體調變器陣列40使用金屬線17連接到副安裝基板11的例子（比較例1）。使用金屬線17的情況下，延伸到安裝有光傳輸裝置60的外部電路基板之副安裝基板11為止的電走線，會配置成以長條的金屬線17跨過複數的半導體調變器41到達外部電路，或者是將半導體調變器陣列40的陰極電極26或陽極電極27、或者是兩者以橫切過波導13的形狀形成於半導體調變器41的波導13上。長條的金屬線17關係到高頻響應特性的惡化，橫切波導13的電極（陰極電極、陽極電極）必須在光反射抑制上下功夫。實施型態1的光傳輸裝置60與比較例1不同，半導體調變器陣列40是藉由沒有使用金屬線17的覆晶組裝於安裝於副安裝基板11上，因此不需要花心思於光反射抑制，而得到優秀的高頻響應特性。
又，實施型態1的光傳輸裝置60是半導體調變器陣列40在與半導體雷射陣列30靠合連接側的端面（調變器端面42），比起副安裝基板11的基板端面18更往半導體雷射陣列30側伸出的型態安裝。將半導體雷射陣列30的波導12與半導體調變器陣列40的波導13靠合連接來進行光耦合的情況下，為了減少光耦合損失，必須盡可能地縮窄波導12與波導13之間的間隙。在此，考慮半導體調變器陣列40的調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18更遠離半導體雷射陣列30的比較例2。比較例2的情況下，將半導體調變器陣列40在與半導體雷射陣列30靠合連接之後，半導體雷射陣列30與半導體調變器陣列40的波導之間產生大的間隙，光耦合損失變大。將半導體調變器陣列40的調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18往半導體雷射陣列30側伸出，或者是使半導體調變器陣列40的調變器端面42與副安裝基板11的基板端面18在同一平面上，也就是說例如使包含調變器端面42及包含基板端面18的平面相對於半導體雷射陣列30的雷射端面32一致的話，就能夠解決這個問題。另外，如第3圖所示，搭載了半導體雷射晶片61的副安裝基板10的基板端面19會與半導體雷射晶片61的雷射端面32形成同一面。
如第1圖、第3圖所示的例子，是顯示半導體調變器陣列40的調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18更往半導體雷射陣列30側伸出的例子。第1圖、第3圖所示的實施型態1的光傳輸裝置60會因為半導體調變器陣列40的調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18更往半導體雷射陣列30側突出，而相比於比較例2能夠減低半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40的光耦合損失，能夠延伸作為光信號射出的射出光的傳送距離。
將形成了半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62使用焊料凸點29安裝於副安裝基板11時，產生了位置變動不一致，所以藉由將半導體調變器陣列40的調變器端面42設計成比副安裝基板11的基板端面18更往半導體陣列30側伸出，即使晶片位置有所偏移也能夠防止半導體調變器陣列40的調變器端面42比基板端面18從半導體雷射陣列30側縮回。也就是說，能夠緩和半導體波導晶片62相對於副安裝基板11的需求安裝位置精度。
實施型態1的光傳輸裝置60如第5圖，在半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40的靠合連接的端面側，分別設置了變換點尺寸的點尺寸變換部33、43。藉此，實施型態1的光傳輸裝置60一邊放大半導體雷射陣列30的射出端面（雷射端面32）的射出光的點尺寸，一邊也放大半導體調變器陣列40的入射側波導14的光模式的點尺寸。藉此，將半導體調變器陣列40安裝於台座9時發生位置偏移的情況下的光耦合效率的下降會被抑制。換言之，實施型態1的光傳輸裝置60能夠緩和，要在波導的靠合連接中獲得某個值（容許下限值）以上的光結合效率所需的半導體調變器陣列40的需求安裝位置精度。
另外，第5圖中，顯示了彼此相向的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40兩者在彼此相向的波導12、13的端面側，具有變更半導體雷射陣列30所產生的雷射光的點尺寸之點尺寸變換部33、43的例子。然而，變更半導體雷射陣列30所產生的雷射光的點尺寸之點尺寸變換部，也可以是彼此相向的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40的其中任一者所具有。也就是說，實施型態1的光傳輸裝置60也可以是，彼此相向的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40中的任一者之半導體雷射陣列30在波導12的端面側具有變更半導體雷射陣列30所產生的雷射光的點尺寸之點尺寸變換部33。又，實施型態1的光傳輸裝置60也可以是，彼此相向的半導體雷射陣列30及半導體調變器陣列40中的任一者之半導體調變器陣列40在波導13的端面側具有變更半導體雷射陣列30所產生的雷射光的點尺寸之點尺寸變換部43。
另外，光傳輸裝置60也可以是半導體調變器陣列40的調變器端面42與副安裝基板11的基板端面18形成同一平面的光傳輸裝置。也就是，光傳輸裝置60也可以是包含調變器端面42的平面及包含基板端面18的平面相對於半導體雷射陣列30的雷射端面32一致的光傳輸裝置（第一例）。
第6圖係顯示實施型態1的其他的光傳輸裝置的平面圖，第7圖係第6圖的其他的光傳輸裝置的剖面圖。第7圖顯示第6圖中的C-C剖面。第6圖、第7圖所示的實施型態1的其他的光傳輸裝置60在半導體調變器陣列40的調變器端面42與副安裝基板11的基板端面18形成同一面這點，與第1圖、第3圖所示的光傳輸裝置60不同。第6圖、第7圖所示的實施型態1的其他的光傳輸裝置60是前述的第一例。第6圖、第7圖所示的實施型態1的其他的光傳輸裝置60的第一例中，半導體波導晶片62相對於副安裝基板11被要求的安裝位置精度會比第1圖、第3圖所示的光傳輸裝置60嚴格。然而，第6圖、第7圖所示的實施型態1的其他的光傳輸裝置60的第一例，除了半導體波導晶片62相對於副安裝基板11被要求的安裝位置精度的緩和效果以外，達成與第1圖、第3圖所示的光傳輸裝置60相同的效果。
光傳輸裝置60包括半導體調變器陣列40的調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18更接近雷射端面32的情況，以及半導體調變器陣列40的調變器端面42與副安裝基板11的基板端面18形成同一平面的情況。因此，光傳輸裝置60也能夠表現出半導體波導晶片62被配置成，包括調變器波導（波導13）的端面的調變器端面42比起副安裝基板11的半導體雷射陣列30側的端面（基板端面18）更不遠離包含有雷射波導（波導12）的端面的雷射端面32。
實施型態1的光傳輸裝置60具備：半導體雷射陣列30，其具有形成於第一半導體基板（n-InP基板1）上的複數的分佈反饋半導體雷射31；以及半導體調變器陣列40，其具有形成於第二半導體基板（Si基板21）且與半導體雷射31相同數量的半導體調變器41。光傳輸裝置60更具備形成有半導體雷射陣列30的半導體雷射晶片61、以及形成有半導體調變器陣列40的半導體波導晶片62。實施型態1的光傳輸裝置60會將雷射波導（波導12）及調變器波導（波導13）靠合連接，使得半導體雷射陣列30的各個半導體雷射31中的半導體調變器陣列側的雷射波導的端面（波導12）與半導體調變器陣列40的各個半導體調變器41中的半導體雷射陣列側的調變器波導的端面（波導13）之間的距離在10μm以內。實施型態1的光傳輸裝置60藉由這樣的構造，將雷射波導（波導12）及調變器波導（波導13）靠合連接，使得彼此相向的半導體雷射陣列30的雷射波導（波導12）的端面與半導體調變器40的調變器波導（波導13）的端面之間的距離在10μm以內，因此以構造單純而獲得高雷射效率。
[實施型態2] 第8圖係顯示實施型態2的光傳輸裝置的平面圖，第9圖係第8圖的光傳輸裝置的剖面圖。第9圖顯示第8圖中的D-D剖面。實施型態2的光傳輸裝置60在半導體雷射陣列30在與半導體調變器陣列40靠合連接側的端面（雷射端面32）中比副安裝基板10的基板端面19更往半導體調變器陣列40側突出這點（不同的構造），與第1圖、第3圖所示的光傳輸裝置60不同。實施型態2的光傳輸裝置60中的不同的構造以外的其他構造會與第1～5圖所示的實施型態1的光傳輸裝置60相同。雷射端面32比副安裝基板10的基板端面19更往半導體調變器陣列40側伸出，調變器端面42比副安裝基板11的基板端面18更往半導體雷射陣列30側伸出，因此實施型態2的光傳輸裝置60能夠縮窄波導12及波導13的間隙，能夠減少光耦合損失。實施型態2的光傳輸裝置60與實施型態1的光傳輸裝置60同樣地，將雷射波導（波導12）及調變器波導（波導13）靠合連接，使得彼此相向的半導體雷射陣列30的雷射波導（波導12）的端面與半導體調變器陣列40的調變器波導（波導13）的端面之間的距離在10μm以內，因此以構造單純而獲得高雷射效率。
[實施型態3] 第10圖係顯示實施型態3的光傳輸裝置的平面圖。實施型態3的光傳輸裝置60具備光合波器50這點與實施型態1及實施型態2的光傳輸裝置60不同。第10圖中顯示了變更了第1圖所示的實施型態1的光傳輸裝置60的例子。實施型態3的光傳輸裝置60是將形成了半導體雷射陣列30的半導體雷射晶片61、形成了半導體調變器陣列40及光合波器50的半導體波導晶片62混合集成的光傳輸裝置，也就是混合集成傳輸裝置。半導體調變器陣列40及光合波器50單片集成於Si基板21上。半導體波導晶片62具有光合波器50，係將從半導體調變器陣列40的各個半導體調變器41射出的複數的射出光合波成1個射出光。半導體雷射陣列30的構造、半導體調變器陣列40的射出側波導16的形狀以外的半導體調變器陣列40的構造，與實施型態1相同。以下主要說明與實施型態1的光傳輸裝置60不同的部分。
半導體雷射陣列30上具有16個分佈反饋半導體雷射31。半導體調變器陣列40具有16個半導體調變器41（Mach-Zehnder調變器）。光合波器50是陣列波導路衍射光柵（AWG：Arrayed Waveguide Grating）。在第10圖中，從半導體波導晶片62的虛線72a往左側是半導體調變器陣列40，從半導體波導晶片62的虛線72a往右側是光合波器50。半導體調變器陣列40的16根波導13中的射出側的射出側波導16連接到光合波器50。光合波器50具備16根入射側波導51、入射平板波導52、具有16根波導54的陣列波導部53、射出平面波導55、1根的射出側波導56。
光合波器50的射出側波導56在射出端附近形成有點尺寸變換部58。射出側波導56具備遠離射出端的領域的傳送部57、射出端側的點尺寸變換部58。第10圖的虛線72c至虛線72d為止是傳送部57，虛線72d至虛線72e為止是點尺寸變換部58。光合波器50的射出端在第10圖中係半導體波導晶片62的右側端。光合波器50中的入射側波導51、波導54、射出側波導56的波導構造會在Si基板21的表面（副安裝基板11側的面）依序形成了SiO2 的第一絕緣層22、Si層23、SiO2 的第二絕緣層24（參照第4圖）。Si層23形成梅薩條紋狀，這個梅薩條紋狀的Si層23形成波導的核心。
實施型態3的光傳輸裝置60中，具有半導體雷射陣列30產生的不同波長的16個射出光會在半導體調變器陣列40分別被調變，被光合波器50合波成1個射出光。實施型態3的光傳輸裝置60將半導體調變器陣列40及陣列波導衍射光柵（光合波器50）單片集成於Si基板21上，藉此比起使用空間光學系統光合波器的情況，或者是以透鏡將調變器陣列及光合波器光耦合的情況下，能夠使光傳輸裝置小型化，安裝也能夠變得簡單。實施型態3的光傳輸裝置60具備與實施型態1的光傳輸裝置60相同的構造，因此達成與實施型態1的光傳輸裝置60相同的效果。另外，第10圖中顯示了變更第1圖所示的實施型態1的光傳輸裝置60的例子，但實施型態3的光傳輸裝置60的構造也能夠適用於第6圖所示的實施型態1的其他的光傳輸裝置60、實施型態2的光傳輸裝置60。
本申請案雖然記載了各種例示的實施型態及實施例，但一個或複數的實施型態中記載的各種特徵、態樣、及機能並不限定於適用於特定的實施型態。，也能夠適用於單獨或各種組合後的實施型態。因此，在本申請所揭露的技術範圍內假設有未被例示的無數的變形例。例如變形、追加或者省略至少1個構成要素的情況下，甚至是抽出至少1個構成要素並與其他的實施型態的構成要素組合的情況下也包含在內。
1‧‧‧n-InP基板（第一半導體基板） 2‧‧‧n-InP覆蓋層 3‧‧‧InGaAsP活性層 4‧‧‧p-InP覆蓋層 5‧‧‧p-InGaAs接觸層 6‧‧‧陰極電極 7‧‧‧陽極電極 8‧‧‧焊料 9‧‧‧台座 10‧‧‧副安裝基板（雷射用副安裝基板） 11‧‧‧副安裝基板 12‧‧‧波導（雷射波導） 13‧‧‧波導（調變器波導） 14‧‧‧入射側波導 15a‧‧‧臂波導 15b‧‧‧臂波導 16‧‧‧射出側波導 17‧‧‧金屬線 18‧‧‧基板端面 19‧‧‧基板端面 20‧‧‧金屬配線 21‧‧‧Si基板（第二半導體基板） 22‧‧‧SiO2的第一絕緣層 23‧‧‧Si層 24‧‧‧SiO2的第二絕緣層 26‧‧‧陰極電極 27‧‧‧陽極電極 28‧‧‧樹脂 29‧‧‧焊料凸點（連接材） 30‧‧‧半導體雷射陣列 31‧‧‧半導體雷射 32‧‧‧雷射端面 33‧‧‧點尺寸變換部 34‧‧‧傳送部 40‧‧‧半導體調變器陣列 41‧‧‧半導體調變器 42‧‧‧調變器端面 43‧‧‧點尺寸變換部 44‧‧‧傳送部 45‧‧‧梅薩條紋 46a‧‧‧梅薩條紋 46b‧‧‧梅薩條紋 50‧‧‧光合波器 51‧‧‧入射側波導 52‧‧‧入射平板波導 53‧‧‧陣列波導部 54‧‧‧波導 55‧‧‧平面波導 56‧‧‧射出側波導 57‧‧‧傳送部 58‧‧‧尺寸變換部 60‧‧‧光傳輸裝置 61‧‧‧半導體雷射晶片 62‧‧‧半導體波導晶片 71a‧‧‧虛線 71b‧‧‧虛線 71c‧‧‧虛線 72a‧‧‧虛線 72b‧‧‧虛線 72c‧‧‧虛線 72d‧‧‧虛線 72e‧‧‧虛線
第1圖係顯示實施型態1的光傳輸裝置的平面圖。 第2圖係顯示第1圖的半導體雷射及半導體調變器的概略架構圖。 第3圖係第1圖的光傳輸裝置的剖面圖。 第4圖係第2圖的半導體調變器的剖面圖。 第5圖係顯示第1圖的半導體雷射及半導體調變器的波導形狀的平面圖。 第6圖係顯示實施型態1的其他的光傳輸裝置的平面圖。 第7圖係顯示第6圖的其他的光傳輸裝置的剖面圖。 第8圖係顯示實施型態2的光傳輸裝置的平面圖。 第9圖係第8圖的光傳輸裝置的剖面圖。 第10圖係顯示實施型態3的光傳輸裝置的平面圖。
9‧‧‧台座
10‧‧‧副安裝基板(雷射用副安裝基板)
11‧‧‧副安裝基板
17‧‧‧金屬線
30‧‧‧半導體雷射陣列
31‧‧‧半導體雷射
40‧‧‧半導體調變器陣列
41‧‧‧半導體調變器
60‧‧‧光傳輸裝置
61‧‧‧半導體雷射晶片
62‧‧‧半導體波導晶片

Claims (26)

  1. 一種光傳輸裝置，包括：半導體雷射陣列，具有形成於第一半導體基板上的複數的分佈反饋半導體雷射；半導體調變器陣列，具有形成於第二半導體基板上且與該半導體雷射相同數量的半導體調變器，其中該光傳輸裝置具有：半導體雷射晶片，形成有該半導體雷射陣列；以及半導體波導晶片，形成有該半導體調變器陣列，其中將各個該半導體雷射中的雷射波導及各個該半導體調變器中的調變器波導靠合連接，使得該半導體雷射陣列的各個該半導體雷射中的該半導體調變器陣列側的波導，即該雷射波導的端面，與該半導體調變器陣列的各個該半導體調變器中的該半導體雷射陣列側的波導，即該調變器波導的端面，兩者之間的距離在10μm以內，該半導體雷射晶片及該半導體波導晶片搭載於台座，該半導體雷射陣列配置成包含該半導體雷射的活性層之該雷射波導會比該第一半導體基板相對於該台座更遠，該半導體調變器陣列配置成該半導體調變器的該調變器波導會比該第二半導體基板更靠該台座側，該半導體調變器陣列的該台座側的面至該第二半導體基板的該台座側的面為止的厚度會比該第一半導體基板的厚度薄。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片與該台座之間存在樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光傳輸裝置，其中： 該半導體波導晶片搭載於副安裝基板上，該半導體調變器陣列中該半導體調變器的陽極電極及陰極電極形成於比該第二半導體基板更靠該台座側，即該調變器波導側，該陽極電極及該陰極電極以不同於金屬線的連接材連接到形成於該副安裝基板上的金屬配線。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片搭在於副安裝基板上，該半導體調變器陣列中該半導體調變器的陽極電極及陰極電極形成於比該第二半導體基板更靠該台座側，即該調變器波導側，該陽極電極及該陰極電極以不同於金屬線的連接材連接到形成於該副安裝基板上的金屬配線。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的光傳輸裝置，其中：該連接材是焊料凸點。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的光傳輸裝置，其中：該連接材是焊料凸點。
  7. 如申請專利範圍第3至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片中，包含該調變器波導的端面之調變器端面，會配置在比該副安裝基板的該半導體雷射陣列側的端面，即基板端面，更靠近包含該雷射波導的端面之雷射端面。
  8. 如申請專利範圍第3至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片中，包含該調變器波導的端面之調變器端面，會配置在比該副安裝基板的該半導體雷射陣列側的端面，即基板端面，更不遠離包含該雷射波導的端面之雷射端面。
  9. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中： 該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更靠近包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更靠近包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更靠近包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  12. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更不遠離包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更不遠離包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體雷射晶片搭載於雷射用副安裝基板，並且包含該雷射波導的端面之雷射端面，會配置在比該雷射用副安裝基板的該半導體調變器陣列側的端面，即基板端面，更不遠離包含該調變器波導的端面之調變器端面。
  15. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：彼此相向的該半導體雷射陣列及該半導體調變器陣列的任一者或兩者，在彼此相向的該波導的端面側具有點尺寸變換部，用來變更該半導體雷射陣列所產生的雷射光的點尺寸。
  16. 如申請專利範圍第7項所述的光傳輸裝置，其中：彼此相向的該半導體雷射陣列及該半導體調變器陣列的任一者或兩者，在彼此相向的該波導的端面側具有點尺寸變換部，用來變更該半導體雷射陣列所產生的雷射光的點尺寸。
  17. 如申請專利範圍第8項所述的光傳輸裝置，其中：彼此相向的該半導體雷射陣列及該半導體調變器陣列的任一者或兩者，在彼此相向的該波導的端面側具有點尺寸變換部，用來變更該半導體雷射陣列所產生的雷射光的點尺寸。
  18. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片具有光合波器，用以將從該半導體調變器的各個的該半導體調變器射出的複數的射出光合波成1個射出光。
  19. 如申請專利範圍第7項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體波導晶片具有光合波器，用以將從該半導體調變器的各個的該半導體調變器射出的複數的射出光合波成1個射出光。
  20. 如申請專利範圍第8項所述的光傳輸裝置，其中： 該半導體波導晶片具有光合波器，用以將從該半導體調變器的各個的該半導體調變器射出的複數的射出光合波成1個射出光。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的光傳輸裝置，其中：該光合波器是陣列波導衍射光柵。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的光傳輸裝置，其中：該光合波器是陣列波導衍射光柵。
  23. 如申請專利範圍第20項所述的光傳輸裝置，其中：該光合波器是陣列波導衍射光柵。
  24. 如申請專利範圍第1至6項任一項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體調變器陣列的各個的該半導體調變器是Mach-Zehnder調變器。
  25. 如申請專利範圍第7項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體調變器陣列的各個的該半導體調變器是Mach-Zehnder調變器。
  26. 如申請專利範圍第8項所述的光傳輸裝置，其中：該半導體調變器陣列的各個的該半導體調變器是Mach-Zehnder調變器。
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