CN114512473A - 半导体发光器件和光学组件 - Google Patents

Abstract

一种半导体发光器件，包括在顶面上具有单端传输线的微带衬底，其中单端传输线从第一端部延伸到第二端部，微带衬底在底面上具有接地平面，并且接地平面与导电图案相对并结合。单端传输线包括第一部分和第二部分，其中第二部分从第一部分延伸并包括第二端部。第二部分的特性阻抗低于第一部分。包括导线、光调制器和终端电阻器的负载电路电连接在第二端部和导电图案之间。负载电路的特性阻抗等于或低于第二部分。

Description

半导体发光器件和光学组件

技术领域

本公开涉及半导体发光器件和光学组件。

背景技术

用于光通信的光调制器可以响应于高频电信号的输入而产生光信号。通常，传输线上的高频电信号质量变差，相应地，光信号也变差。在某些情况下可以使用短结合线来减少高频特性的恶化。

高频电信号源和传输线可以是单端驱动器中的50Ω端接系统。在许多情况下，光调制器的特性阻抗不是50Ω。这导致特性阻抗与光调制器不匹配，从而产生高频电信号的反射，降低高频电信号的质量，并降低光信号的质量。例如，电/光响应的3dB带宽可以变窄。

发明内容

这里描述的一些实施方式减少了由特性阻抗不匹配而引起的影响。

在一些实施方式中，半导体发光器件包括:底座，其上表面具有导电图案；光学调制器，其上表面具有上电极，其下表面具有下电极，其中下电极可以与导电图案相对并结合到导电图案；与光调制器并联的终端电阻器；微带衬底，其顶面上具有单端传输线，其中，单端传输线从第一端部延伸到第二端部，其中微带衬底在底面上具有接地平面，并且其中接地平面可以与导电图案相对并结合到导电图案；以及具有一对端部的导线，其中所述一对端部中的一个端部可以结合到光调制器的上电极，并且所述一对端部中的另一个端部可以结合到单端传输线的第二端部。单端传输线包括第一部分和第二部分，其中第二部分从第一部分延伸并包括第二端部。第二部分的特性阻抗可以低于第一部分。包括导线、光调制器和终端电阻器的负载电路可以电连接在第二端部和导电图案之间。负载电路的特性阻抗可以等于或低于第二部分。

在一些实施方式中，单端传输线的第一部分和第二部分的不同特性阻抗抑制了由特性阻抗与光调制器的不匹配引起的影响。

在一些实施方式中，光学组件包括半导体发光器件和电连接器，其中电连接器可以电连接到单端传输线的第一端部。

附图说明

图1是这里描述的示例光学组件的内部配置图。

图2是示例性底座和安装在其上的示例性部件的平面图。

图3是图2中结构的III-III截面图。

图4是光信号对高频电信号的响应特性图(光/电响应特性)。

图5是示例微带衬底的平面图。

图6是示例微带衬底的平面图。

图7是示例光学组件的内部配置图。

图8是示例微带衬底的平面图。

图9是示例微带衬底的平面图。

图10是示例微带衬底的平面图。

图11是示例微带衬底的平面图。

具体实施方式

下面参考附图具体描述一些实施方式。在附图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且具有相同或等同的功能，并且省略其重复描述。图形的大小不一定与放大倍数一致。

图1是示例光学组件的内部配置图。光学组件100可以包含半导体发光器件102，其可以密封在盒状封装104内。光学信号可以通过透镜106和光学连接器108输出到光学组件100的外部。

光学组件100可以在封装104的与光学连接器108相反的一侧上具有电连接器110。电连接器110可以适于电连接在光学组件100的内部和外部之间，并且，未示出的柔性基板可以连接到光学组件100的外部(封装104的外部)以供电。

光学组件100可以在封装104的一侧具有高频连接器112。高频连接器112可以电连接光学组件100的内部和外部。它可以是GPPO连接器。高频连接器112可以被配置成接收高频电信号(例如，56Gbps)。

半导体发光器件102可以具有底座10。底座10可以具有这样的结构，其中陶瓷基板表面被金属化。底座10可以在上表面上具有导电图案12。导电图案12可以处于参考电势(例如，地电势)。

图2是示例性的底座10和安装在其上的示例性部件的平面图。图3是图2中结构沿III-III的截面图。底座10的整个背面可以金属化。导电图案12和背面的金属膜14可以通过未示出的通孔电连接。底座10的侧表面可以被金属化，从而连接背面的金属膜14和导电图案12。在此，图2的下侧表面可以被金属化。在一些实施方式中，可以省略侧面金属化。

半导体发光器件102可以具有微带衬底16。微带衬底16可以具有在陶瓷基板的两侧设置电图案的结构。

微带衬底16可以在底面具有接地平面18。接地平面18可以与底座10的导电图案12相对并结合，从而具有参考电位。焊料或导电粘合剂(未示出)可用于结合。

微带衬底16可以在顶面上具有单端传输线20。单端传输线20可以从第一端部23延伸到第二端部24。第一端部23和第二端部24可以沿着单端传输线20的长度方向位于微带衬底16的相应端部。在一些实施方式中，单端传输线20可能没有完全到达陶瓷基板的两端。

单端传输线20可以包括外部连接部分22、第一部分28和第二部分30。微带衬底16可以在顶面上具有一对接地导体26，该对接地导体26可以将单端传输线20的外部连接部分22夹在中间。该对接地导体26可以通过未示出的通孔连接到接地平面18。单端传输线20的一部分、所述一对接地导体26和接地平面18可以包括接地共面线。或者，可以采用没有一对接地导体26的微带线。第一端部23可以在外部连接部分22的区域中。这里，上述接地共面线(grounded coplanar line)可以具有50Ω的线宽，这可以是与外部电信号的驱动系统相同的特性阻抗。这里，单端传输线20在外部连接部分22的区域处的线宽可以与单端传输线20在第一部分28的区域处的线宽相同(示出)，或者线宽可以不同。然而，在一些实施方式中，单端传输线20在外部连接部分22和第一部分28之间的连接点处的线宽是匹配的。外部连接部分22处的单端传输线20的第一端部23和所述一对接地导体26可以电连接到高频连接器112(如图1所示)，其中，导线W1用于连接。具体地，导线W1可以是GSG线，信号线可以连接到单端传输线20的第一端部23，而一对接地线可以分别连接到所述一对接地导体26。

单端传输线20可以包括第一部分28。第一部分28可以具有均匀的宽度，并且可以线性延伸。换句话说，第一部分28可以是与导线W1不连接的区域，并且可以以均匀的宽度线性伸长。利用第一部分28下方的接地平面18，可以构成微带线(microstrip line)。第一部分28可以设置为50Ω，这可以是构成上述接地共面线的外部连接部分22的相同特性阻抗。第一部分28可以不包括第一端部23。或者，在没有外部连接部分22的情况下，可以连接高频连接器112和第一部分28。在这种情况下，可连接导线W1的区域可以是外部连接部分22；单端传输线20从该区域以均匀宽度线性延伸的区域可以是第一部分28。

单端传输线20可以包括第二部分30。第二部分30可以从第一部分28延伸。利用第二部分30下方的接地平面18，可以构成微带线。第二部分30可以具有与第一部分28相同的厚度。第二部分30可以包括比第一部分28厚度更宽的宽部32。因此，第二部分30可以具有比第一部分28更低的特性阻抗。第二部分30的特性阻抗可以是45Ω。宽部32可包括第二端部24，第二部分30可包括第二端部24。第二端部24可以是单端传输线20的另一端部，并且可以是第二部分30的可以结合导线56(在此描述)的区域。

半导体发光器件102可以具有光学半导体器件34(例如，EA/DFB激光器)。诸如电吸收调制器(EA调制器)或马赫-曾德尔调制器(MZ调制器)的光调制器36，和诸如分布式反馈(DFB)激光器的半导体激光器38，可以单片集成到光半导体器件34中。

半导体激光器38可以被配置成通过直流注入来振荡连续光。光调制器36可以被配置为响应于输入的高频电信号，通过吸收来自半导体激光器38的光来产生高频光信号。

光调制器36可以在顶面上具有上电极40。光调制器36的顶面可以与微带衬底16的顶面一样高。光调制器36可以在底面上具有下电极42。下电极42可以相对并结合到导电图案12。焊料(未示出)可以用于结合。在一些实施方式中，光调制器36的下电极42可以与半导体激光器38的下电极(未示出)集成。

电容器44可以安装在底座10上。电容器44可以具有与导电图案12相对并结合到导电图案12的下电极46。焊料或导电粘合剂(未示出)可用于结合。电容器44可以具有通过导线W2连接到半导体激光器38的上电极50的上电极48。电容器44可以并联连接到半导体激光器38，从而抑制高频分量流入半导体激光器38。如图1所示，电容器44的上电极48可以通过导线W3连接到电连接器110。

半导体发光器件102可以具有终端电阻器52。终端电阻器52可以通过金属化和图案化形成，并且可以设置为50Ω。焊盘54可以在底座10的上表面上，但是与导电图案12没有电连续性，并且终端电阻器52可以连接在导电图案12和焊盘54之间。焊盘54和光调制器36可以通过导线W4连接。因此，终端电阻器52可以并联到光调制器36。电阻值可以不限于50Ω，并且在一些实施中可以不同。

半导体发光器件102可以具有导线56。导线56的两端可以分别结合到光调制器36的上电极40和单端传输线20的第二端部24。在图2和图3的示例中，导线56和导线W4是一根连续的导线。

微带衬底16可以基本上与光学半导体器件34一样高，从而缩短单端传输线20和光学调制器36之间的导线56。这能够减小由于导线56引起的电感分量。这里，导线56的长度可以优选为150微米或更小。为了实现150微米或更小，微带衬底16和光学半导体器件34之间的高度差可以优选在±10％以内。大的高度差可能使导线56比150微米长，由此导线56的电感降低高频特性。

如图2所示，包括导线56、光调制器36和终端电阻器52的负载电路58可以电连接在第二端部24和导电图案12之间。负载电路58还可以包括焊盘54。负载电路58的特性阻抗可以等于或小于第二部分30。负载电路58的特性阻抗可以是40Ω，小于50Ω。特性阻抗可以根据频率而变化，但是可以是整个驱动频率范围的平均值。该定义在单端传输线20中可以是相同的。

特征阻抗的差异可能导致高频电信号的反射，这可能降低高频特性。然而，在一些实施方式中，单端传输线20的特性阻抗从50Ω变化到45Ω，并且可以以40Ω连接到负载电路58。这种特性阻抗的逐渐减小减少了电信号的反射，由此输入到第一端部23(外部连接部分22)的高频电信号可以有效地传输到负载电路58，并因此传输到光调制器36。这改善了高频特性。

图4是光信号对高频电信号的响应特性图(光/电响应特性)。高频电信号可以输入到第一端部23。横轴表示频率，纵轴表示响应性(S21)。实线表示这里描述的一些实施方式的响应特性。虚线表示比较例的响应特性。在比较例中，整个单端传输线20具有均匀的宽度和均匀的特性阻抗。作为光调制器36的频率响应的指标之一，可以使用-3dB的频率(f3 dB频带)。在本文描述的一些实施方式中，与比较例相比，观察到约5Ghz的特性改善。

在本文描述的一些实施方式中，第一部分28、第二部分30和负载电路58的特性阻抗分别为50Ω、45Ω和40Ω。或者，第二部分30和负载电路58的特性阻抗可以相同(40Ω)。在该实施方式中，尽管第一部分28和第二部分30之间的特性阻抗存在较大差异，但实际测量表明可以获得高频特性的改善。

这是因为单端传输线20中的电场分布在某种程度上是内聚的，电场分布变化很小，并且反射很小。相反，负载电路58具有非常复杂的配置，因为它具有半导体区域以及电感分量和电容分量，由此相关连接处的特性阻抗的差异产生大的反射。导线56短也很重要。例如，假设没有设置微带衬底16，并且单端传输线作为图案形成在底座上。在这个例子中，在单端传输线的特征阻抗小的区域以及导线56所在的区域之间出现大的反射。通过使导线56小于或等于150微米，导线56的电感对特性阻抗的影响很小，这使得第二部分30有效。

图5是示例微带衬底的平面图。单端传输线220可以包括外部连接部分222、第一部分228和第二部分230。第二部分230可以包括曲线部分260。曲线部分260可以沿着在多个方向上凸起的曲线延伸(例如，S形曲线S)。利用曲线部分260，电磁场扩展，这降低了第二部分230的阻抗。第二部分230的宽度可以与第一部分228相同。

第一端部223和第二端部224可以沿着单端传输线220的长度方向(图5中的左右方向)位于微带衬底216的相应端部。第一端部223和第二端部224可以处于在垂直于长度方向的宽度方向(图5中的上下方向)上彼此移位的相应位置。在图1的示例中，光调制器可以设置在高频连接器112的前面，而本示例在两者都移位时可能是有效的。这可以增强光学组件中元件布置的灵活性。以上结合图1-4所描述的内容可以适用于此。

第二部分230可以以变化的曲率弯曲，并且可以包括线性延伸部分。因此，第二部分230的特性阻抗可以根据位置而变化，但是第二部分230的特性阻抗可以指整个第二部分230的平均特性阻抗。在一些实施方式中，第一部分228也可以具有恒定的宽度和恒定的特性阻抗，因此可以使用相同的定义。

图6是示例微带衬底的平面图。单端传输线320可以包括外部连接部分322、第一部分328和第二部分330。第二部分330可以包括宽度比第一部分328宽的宽部332。宽部332可以在远离第一部分328的方向上具有逐渐增加的宽度。宽部332可以包括第二端部324。第二端部324可以在第二部分330处最宽。以上结合图1-5所描述的内容可以适用于此。

曲线部分360和宽部332的组合可以在小区域内实现低阻抗。这使得能够缩小微带衬底316的尺寸。因此，可以减小光学组件本身的尺寸。

图7是示例光学组件的内部配置图。高频电信号输入的方向可以平行于光信号输出的方向。高频电信号和DC电流的输入和输出都适于在电连接器410中执行。电连接器410可以在长度方向(图7中的上下方向)上与微带衬底416相邻。微带衬底416可以具有单端传输线420。单端传输线420可以包括外部连接部分422、第一部分428和第二部分430。

在一些实施方式中，光调制器436可以在宽度方向(图7中的左右方向)上与微带衬底416相邻。因此，单端传输线420可以基本上以90度弯曲。具体地，第二部分430可以具有90度的弯曲形状，具有均匀的宽度。第二部分430的特性阻抗可以是43Ω。低阻抗可以通过具有曲线部分460来实现。

第一端部423可以位于沿着第一部分428的长度方向的微带衬底416的一对端部之一。第二端部424可以位于沿着垂直于长度方向的宽度方向的微带衬底416的一对侧部之一。第二部分430可以包括曲线部分460。曲线部分460可以沿着在一个方向上凸起的曲线延伸。以上结合图1-6所描述的内容可适用于此。

图8是微带衬底的平面图。第二部分530可以包括宽度比第一部分528宽的宽部532。宽部532可以具有逐渐增加的宽度。宽部532可以包括第二端部524。以上结合图1-7所描述的内容可适用于此。

曲线部分560和宽部532的组合可以在小区域内实现低阻抗。这使得能够缩小微带衬底516的尺寸。因此，可以减小光学组件本身的尺寸。

图9是示例微带衬底的平面图。单端传输线620可以包括外部连接部分622、第一部分628和第二部分630。第一端部623可以位于沿着第一部分628的长度方向(图9中的上下方向)的微带衬底616的一对端部之一。第二端部624可以位于沿着垂直于长度方向的宽度方向(图9中的左右方向)的微带衬底616的一对侧部之一。也就是说，单端传输线620可以以直角弯曲。这可以扩展电磁场，并且可以降低第二部分630的阻抗。

第一部分628可以包括连接到第二部分630的第一连接部分662。第一部分628可以沿着第一方向D1从第一连接部分662延伸。

第二部分630可以包括连接到第一部分628的第二连接部分664。第二部分630可以从第二连接部分664沿着与第一方向D1相交的第二方向D2延伸。第一部分628和第二部分630可以在不同的方向上延伸。

第一连接部分662和第二连接部分664可以在第一方向D1上彼此相邻，但是在第二方向D2上不相邻。第二连接部分664的一部分可以比第一连接部分662窄。以上结合图1-8所描述的内容可适用于此。

图10是示例微带衬底的平面图。第二部分730可以包括宽度比第一部分728宽的宽部732。宽部732可以包括第二端部724。以上结合图1-9所描述的内容可适用于此。

图11是示例微带衬底的平面图。第二连接部分864的一部分可以比图9所示的第二连接部分664的一部分窄。因此，第二部分830的特性阻抗可以是可调的。以上结合图1-10所描述的内容可适用于此。

前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，这里描述的任何实现都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实现不能被组合的理由。

即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实现的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求书中的每个其他权利要求。如这里所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。

除非明确描述，否则这里使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此外，如本文所用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”、“具有”、“具有”等意在是开放式术语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“下方”、“下方”、“上方”、“上方”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且这里使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

相关应用的交叉引用

本申请要求2020年11月17日提交的日本专利申请JP2020-190747和2021年3月15日提交的JP2021-040959的优先权，其内容通过引用明确合并于此。

Claims (17)

1.一种半导体发光器件，包括:

底座，底座的上表面具有导电图案；

光调制器，其上电极在光调制器的顶面，下电极在光调制器的底面,其中下电极与所述导电图案相对并结合到所述导电图案；

终端电阻器，其与光调制器并联；

微带衬底，微带衬底的顶面具有单端传输线，其中单端传输线从微带衬底的第一端部延伸到第二端部，其中微带衬底在微带衬底的底面具有接地平面，接地平面与导电图案相对并结合到导电图案；和

导线，其有一对端部，所述一对端部中的一个端部结合到所述光调制器的上电极，并且所述一对端部中的另一个端部结合到所述单端传输线的第二端部，

其中:

单端传输线包括第一部分和第二部分，

其中，第二部分从第一部分延伸并且包括所述第二端部，并且

其中，第二部分的特性阻抗低于第一部分，

负载电路，其包括所述导线、光调制器和终端电阻器，所述负载电路电连接在第二端部和导电图案之间，并且，

所述负载电路的特性阻抗等于或低于第二部分。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中:

单端传输线包括连接到第一部分的外部连接部分，并且外部连接部分包括第一端部，并且

微带衬底具有在微带衬底的顶面的一对接地导体，

其中，所述一对接地导体将单端传输线的外部连接部分夹在中间，并且

其中，微带衬底部分构成接地共面线。

3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，还包括半导体激光器，

其中，光调制器和半导体激光器二者单片集成在光半导体器件中。

4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述光调制器的顶面在高度上等于所述微带衬底的顶面。

5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述第一部分以均匀的宽度线性延伸。

6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述第二部分具有比所述第一部分宽的宽部。

7.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其中所述宽部具有逐渐增加的宽度。

8.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其中所述宽部包括所述第二端部。

9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述第一端部和所述第二端部位于沿着所述单端传输线的长度方向的所述微带衬底的相应端部，并且在垂直于所述长度方向的宽度方向上彼此移位。

10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中

所述第一端部位于沿着所述第一部分的长度方向的所述微带衬底的一对端部之一处，并且

所述第二端部位于沿着垂直于长度方向的宽度方向的上述微带衬底的一对侧部之一。

11.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述第二部分包括曲线部分。

12.根据权利要求11所述的半导体发光器件，其中，所述曲线部分沿着在一个方向上凸起的曲线延伸。

13.根据权利要求11所述的半导体发光器件，其中，所述曲线部分沿着在多个方向上凸起的曲线延伸。

14.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，

第一部分包括连接到第二部分的第一连接部分，并从第一连接部分沿第一方向延伸，

第二部分包括连接到第一部分的第二连接部分，并从第二连接部分沿着与第一方向相交的第二方向延伸，并且

第一连接部分和第二连接部分在第一方向上彼此相邻，并且在第二方向上彼此不相邻。

15.根据权利要求14所述的半导体发光器件，其中所述单端传输线以直角弯曲。

16.根据权利要求14所述的半导体发光器件，其中所述第二连接部分具有比所述第一连接部分窄的部分。

17.一种光学组件，包括:

半导体发光器件，其包括:

底座，底座的上表面具有导电图案；

光调制器，其上电极在光调制器的顶面，下电极在光调制器的底面，其中所述下电极与所述导电图案相对并结合到所述导电图案；

终端电阻器，与光调制器并联；

微带衬底，微带衬底的顶面具有单端传输线，其中，单端传输线从微带衬底的第一端部延伸到第二端部，其中，所述微带衬底在所述微带衬底的底面具有接地平面，并且，接地平面与导电图案相对并结合到导电图案；以及

导线，其具有一对端部，所述一对端部中的一个端部结合到所述光调制器的上电极，并且所述一对端部中的另一个端部结合到所述单端传输线的第二端部，

其中:

单端传输线包括第一部分和第二部分，

其中，所述第二部分从所述第一部分延伸并且包括所述第二端部，并且

其中，所述第二部分的特性阻抗低于所述第一部分，

负载电路，其包括导线、光调制器和终端电阻器，并电连接在第二端部和导电图案之间，并且，负载电路的特性阻抗等于或低于第二部分；和

电连接器，其中，所述电连接器电连接到所述单端传输线的第一端部。

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