JP2001257435A

JP2001257435A - 光送信器

Info

Publication number: JP2001257435A
Application number: JP2000064138A
Authority: JP
Inventors: Yuji Akahori; 裕二赤堀; Takaharu Ooyama; 貴晴大山; Takashi Yamada; 貴山田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザーダイオードを介してレーザー駆動回
路に流れる込む電気信号が、伝送線路内で反射するのを
防止して、広帯域な光変調特性を実現する。【解決手段】レーザーダイオードに駆動電流を供給す
るボンディングパッド１２とグランド電極１３の間に、
レーザーダイオードの電極６まで電流を流す伝送線路１
１の特性インピーダンスと等しい値の抵抗１９が挿入さ
れているので、電界吸収型光変調器からレーザーダイオ
ードの接合を通して、漏洩した電気信号がボンディング
パッド１２まで伝搬しても、抵抗１９を介してグランド
電極１３に終端されるので、ボンディングパッド１２に
おける電気的な反射がおきない。したがって、この反射
に起因して従来生じていた電界吸収型変調器の変調電圧
振幅の減少も抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用の光送信
器に関し、より詳細には、電界吸収型光変調器とレーザ
ーダイオードとが同一半導体基板に集積化された発光素
子を、搭載基板にフリップチップ実装して広帯域な光変
調特性を実現する光送信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光通信用の光送信器を安価に製作
するために、レーザーダイオードをシリコン基板などで
形成された搭載基板上にフリップチップ実装する技術が
開発されている。一方、電界吸収型光変調器とレーザー
ダイオードが同一半導体基板に集積された発光素子は、
発生した光パルス内で、発光周波数の時間的変化が少な
いことと、広帯域な変調が可能であるといった利点か
ら、光ファイバーを利用した長距離光伝送システムへの
利用が期待されている。

【０００３】しかしながら、電界吸収型光変調器とレー
ザーダイオードが同一半導体基板に形成されていること
から、この発光素子をフリップチップ実装すると、発光
素子の半導体基板を介して変調信号が電界吸収型光変調
器からレーザーダイオードの電源供給線に流れ、これが
動作帯域を制限するという問題がある。したがって、こ
の種の問題を回避して、フリップチップ実装後も、本来
の発光素子の有する高速光変調特性を実現することは重
要な課題である。

【０００４】図５乃至図７は、従来の光送信器の構成図
及びその等価回路を示す図で、電界吸収型光変調器とレ
ーザーダイオードを同一半導体基板に集積化した発光素
子を、搭載基板にフリップチップ実装した場合を示して
いる。図５は発光素子と搭載基板のそれぞれの構成図を
示す。また、図６はフリップチップボンディングして実
現した場合の光送信器の構成図を示し、図７はその等価
回路を示している。

【０００５】図５によれば、発光素子３１は、例えば、
ｎ型の導電性を有する半導体基板上にｐｎ接合からなる
レーザーダイオードの導波路３２と、これと光学的に結
合し、同じくｐｎ接合からなる電界吸収型光変調器の導
波路３３とが形成されている。レーザーダイオードの光
導波路３２のアノードと表面の電極３４が電気的に接続
されているとともに、電界吸収型光変調器の光導波路３
３のアノードと表面の電極３５が電気的に接続され、そ
れらが形成された面とは反対の面に光導波路３２、３３
のカソードとそれぞれ電気的に接続された電極３６が形
成されている。

【０００６】一方、搭載基板４６は、例えば、シリコン
からなる基板の表面にハンダバンプ３７とボンディング
パッド３９が形成され、それらの間が、例えば、マイク
ロストリップ線からなる伝送線路３８で接続され、ハン
ダバンプ３７とグランド電極４３との間が、伝送線路３
８の終端抵抗である抵抗素子４５で接続されている。グ
ランド電極４３は、ボンディングパッド４４に接続され
る。一方、同じ搭載基板４６の表面にハンダ薄膜４０お
よびボンディングパッド４２と、それらを電気的に結ぶ
伝送線路４１が形成されている。

【０００７】図６によれば、発光素子３１と搭載基板４
６によって実現された光送信器においては、発光素子３
１が搭載基板４６上に、電極３５および電極３４が、ハ
ンダバンプ３７とハンダ薄膜４０に、それぞれ、電気的
に接触するようにフリップチップボンディングされ、さ
らに、発光素子３１の電極３６と搭載基板４６上のグラ
ンド電極４３の間が、ボンディングワイヤー４７で電気
的に接続されている。

【０００８】このような構成によれば、ボンディングパ
ッド３９と４４との間に電気パルス発生回路を、ボンデ
ィングパッド４２と４４の間にレーザー駆動回路をそれ
ぞれボンディングワイヤー４７を介して接続すると、電
気パルス発生回路からボンディングパッド３９に加えら
れた電気信号が、伝送線路３８を伝搬し、終端抵抗４５
を通してグランドに流れる。このとき、ハンダパンプ、
電界吸収型光変調器の光導波路３３、電極３６、ボンデ
ィングワイヤー４７からなる回路に、終端抵抗４５の両
端に発生に発生した電圧パルスが加えられる。この電圧
が電界吸収型光変調器の光導波路３３に加えられること
により、この光導波路の光透過率が変調される。

【０００９】一方、レーザー駆動回路からボンディング
パッド４２に加えられた駆動電流は、伝送線路４１、ハ
ンダ薄膜４０、レーザーダイオードの光導波路３２、電
極３６、ボンディングワイヤー４７を経由してグランド
電極４３に流れる。これによって、レーザーダイオード
の光導波路３２において、駆動電流によってレーザー光
が励起される。このレーザー光は、電界吸収型光変調器
の光導波路３３の入力端に光学的に結合し、電圧で光透
過率が変化する光導波路３３によって変調された光信号
が光導波路３３の出力端面から出力されるので、電気信
号に対応して変調された光信号を発生するという光送信
器の機能を実現することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、電界吸収型光変調器を通してグランド電
極４３に向けて流れる電気信号の一部が電極３６からレ
ーザーダイオードの光導波路３２、ハンダ薄膜４０を経
て伝送線路４１に漏れ、ボンディングパッド４２に伝搬
する。一方、ボンディングパッド４２とレーザー駆動回
路を電気的に接続するボンディングワイヤーのインピー
ダンスは、伝送線路４１の特性インピーダンスと整合し
ないことから、伝送線路４１を伝搬する電気信号は、ボ
ンディングパッド４２において電気的に反射する。

【００１１】これにより、薄膜ハンダ４０から見える伝
送線路４１は、スタブ（信号波長程度の短い伝送線路
で、終端を開放、あるいはショートにして反射波を生じ
されるためのもので、長さと信号波長によって入力イン
ピーダンスが変化する。）として機能するようになる。
このとき、伝送線路４１の中を伝搬する反射波の影響に
より、ハンダ薄膜４０から見える伝送線路４１の入力イ
ンピーダンスは周波数によって、あたかもコンデンサや
インダクタが接続されたかのように変化する。

【００１２】特に、入力インピーダンスが容量性に見え
る周波数では、電極３６とグランド電極４３の間で、ボ
ンディングワイヤー４７のインダクタンスＬ（Ｈ）とス
タブによる容量Ｃ（Ｆ）の並列回路を形成することにな
る。この回路のインピーダンスは、周波数ｆ＝１／｛２
π（ＬＣ）^0.5 }において極大となり、その結果、それ
と直列に接続された電界吸収型変調器の光導波路３３に
加わる変調電圧の振幅が減少し、十分な光変調ができな
くなる。これが、結果的に動作帯域を制限するという問
題を生じていた。

【００１３】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、レーザーダイオー
ドを介してレーザー駆動回路に流れる込む電気信号が、
伝送線路内で反射するのを防止して、広帯域な光変調特
性を実現する光送信器を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を達成するために、請求項１に記載の発明は、電界吸
収型光変調器とレーザーダイオードとが同一半導体基板
に集積化された発光素子１と、該発光素子１を搭載する
搭載基板１６とを有する光送信器において、前記発光素
子１が、半導体基板の表面に形成された電極６及び該電
極６とは反対の面に形成された電極３４と電気的に接続
される前記レーザーダイオードのｐｎ接合を構成する光
導波路２を有し、前記搭載基板１６が、前記電極６とワ
イヤボンディスクされるグランド電極１３と、前記光導
波路２と伝送線路１１を介して接続されるボンディング
パッド１２と、該ボンディングパッド１２と前記グラン
ド電極１３との間に設けられ、前記伝送線路１１の特性
インピーダンスと同じ値を有する抵抗素子１９とを有す
る回路を備えたことを特徴とするものである。

【００１５】このように、請求項１に記載の発明では、
レーザーダイオードに駆動電流を供給するボンディング
パッドとグランド電極の間に、レーザーダイオードの電
極まで電流を流す伝送線路の特性インピーダンスと等し
い値の抵抗が挿入されているので、電界吸収型光変調器
からレーザーダイオードの接合を通して、漏洩した電気
信号がボンディングパッドまで伝搬しても、抵抗を介し
てグランド電極に終端されるので、ボンディングパッド
における電気的な反射がおきない。したがって、この反
射に起因して従来生じていた電界吸収型変調器の変調電
圧振幅の減少も抑制することができる。

【００１６】また、請求項２に記載の発明は、前記発光
素子１が、半導体基板の表面に形成された電極６及び該
電極６とは反対の面に形成された電極３５と電気的に接
続される前記電界吸収型光変調器のｐｎ接合を構成する
他の光導波路３を有し、前記搭載基板１６が、前記他の
光導波路３と他の伝送線路８を介して接続される他のボ
ンディングパッド９と、該他のボンディングパッド９と
は反対の終端と前記グランド電極１３との間に設けら
れ、前記他の伝送線路８の特性インピーダンスと同じ値
を有する他の抵抗素子１５とからなる回路を備えたこと
を特徴とするものである。

【００１７】また、請求項３に記載の発明は、前記抵抗
素子１９に直列にキャパシタンス２０を接続したことを
特徴とするものである。

【００１８】このように、請求項３に記載の発明では、
レーザーダイオードに駆動電流を供給するボンディング
パッドとグランド電極の間に、レーザーダイオードの電
極まで電流を流す伝送線路の特性インピーダンスと等し
い値の抵抗と、コンデンサの直列回路が挿入されている
ので、電界吸収型光変調器からレーザーダイオードの接
合を通して、漏洩した電気信号がボンディングパッドま
で伝搬しても、抵抗とコンデンサを介してグランド電極
に終端されるので、請求項１に記載の発明と同様に、ボ
ンディングパッドにおける電気的な反射がおきない。し
たがって、この反射に起因して従来生じていた電界吸収
型変調の変調電圧振幅の減少も抑制することができる。
また、請求項１に記載の発明とは異なり、コンデンサが
抵抗に直列に挿入されているので、レーザーダイオード
の駆動電流の一部が抵抗を介してグランド電極に流れる
という問題がない。

【００１９】また、請求項４に記載の発明は、電界吸収
型光変調器とレーザーダイオードとが同一半導体基板に
集積化された発光素子１と、該発光素子１を搭載する搭
載基板１６とを有する光送信器において、前記発光素子
１が、半導体基板の表面に形成された第１の電極６及び
該電極６とは反対の面に形成された第３の電極３４と電
気的に接続される前記レーザーダイオードのｐｎ接合を
構成する第１の光導波路２と、前記第１の電極６及び該
電極６とは反対の面に形成された第２の電極３５と電気
的に接続される前記電界吸収型光変調器のｐｎ接合を構
成する第２の光導波路３と、前記搭載基板１６が、前記
発光素子１とフリップチップボンディングされ、前記第
２の電極３５と電気的に接続される第４の電極７と、前
記発光素子１とフリップチップボンディングされ、前記
第３の電極３４と電気的に接続される第５の電極１０
と、前記第１の電極６とボンディングワイヤー１７によ
りワイヤボンディスクされるグランド電極１３と、前記
第４の電極７と第１の伝送線路８を介して接続される第
１のボンディングパッド９と、前記第４の電極７と前記
グランド電極１３の間に設けられ、前記第１の伝送線路
８の特性インピーダンスと同じ値を有する第１の抵抗素
子１５と、前記第５の電極１０と第２の伝送線路１１を
介して接続される第２のボンディングパッド１２と、該
第２のボンディングパッド１２と前記グランド電極１３
との間に設けられ、前記第２の伝送線路１１の特性イン
ピーダンスと同じ値を有する第２の抵抗素子１９とを有
する回路を備えたことを特徴とするものである。

【００２０】また、請求項５に記載の発明は、前記第２
の抵抗素子１９に直列にキャパシタンス２０を接続した
ことを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。

【００２２】図１は、本発明の光送信器の一実施例を示
す図で、図２は、図１に示す光送信器の等価回路であ
る。図１に示す構成では、図４に示した従来の光送信器
の構成に加えて、ボンディングパッド１２とグランド電
極１３の間に、伝送線路１１の特性インピーダンスと等
しい値を有する抵抗素子１９が挿入されている。

【００２３】発光素子１は、電界吸収型光変調器とレー
ザーダイオードが同一半導体基板に集積化されて形成さ
れており、例えば、ｎ型の導電性を有する半導体基板上
にｐｎ接合からなるレーザーダイオードの光導波路２
と、これと光学的に結合し、同じくｐｎ接合からなる電
界吸収型光変調器の光導波路３が形成されている。

【００２４】レーザーダイオードの光導波路２のアノー
ドと、図示しない表面の電極（図５の３４に相当）とが
電気的に接続されているとともに、電界吸収型光変調器
の光導波路３のアノードと、図示しない表面の電極（図
５の３５に相当）とが電気的に接続され、それらが形成
された面とは反対の面に光導波路２、３のカソードとそ
れぞれ電気的に接続された電極６が形成されている。

【００２５】一方、搭載基板１６は、例えば、シリコン
からなる基板の表面にハンダバンプ７とボンディングパ
ッド９が形成され、それらの間が、例えば、マイクロス
トリップ線からなる伝送線路８で接続され、ハンダバン
プ７とグランド電極３の間が、伝送線路８の終端抵抗で
ある抵抗素子１５で接続されている。グランド電極１３
は、ボンディングパッド１４に接続される。一方、同じ
搭載基板１６の表面にハンダ薄膜１０およびボンディン
グパッド１２と、それらを電気的に結ぶ伝送線路１１が
形成されている。

【００２６】また、図１に示した光送信器の構成によれ
ば、ボンディングパッド９と１４の間に電気パルス発生
回路を、ボンディングパッド１２と１４の間にレーザー
駆動回路をそれぞれボンディングワイヤー１７を介して
接続すると、電気パルス発生回路からボンディングパッ
ド１０に加えられた電気信号が、伝送線路８と終端抵抗
１５を介してグランド電極１３に流れ、また、電気パル
スの強弱に応じて終端抵抗１５の両端に生じた電圧がハ
ンダバンプ７を通して電界吸収型光変調器のｐｎ接合か
らなる光導波路３に加えられ、この光導波路３の光透過
率を変調する。

【００２７】また、レーザー駆動回路からボンディング
パッド１２に加えられた駆動電流は、伝送線路１１、ハ
ンダ薄膜１０、レーザーダイオードのｐｎ接合からなる
光導波路２、電極６、ボンディングワイヤー１７を経由
してグランド電極１３に流れ、一部は終端抵抗である抵
抗素子１９を通してグランド電極１３に流れる。

【００２８】このような構成により、レーザーダイオー
ドの光導波路２において、駆動電流によって励起された
レーザー光が、電界吸収型光変調器の光導波路３の入力
端に光学的に結合し、電圧で光透過率が変化する光導波
路３によって変調された光信号が光導波路３の出力端面
から出力されるという、光送信器の機能を実現すること
ができる。

【００２９】また、このような構成によれば、電極６か
ら、レーザーダイオードの光導波路２、ハンダ薄板１
０、伝送線路１１を通して伝搬する電気信号が抵抗素子
１９によってグランド電極１３に終端されるので、ボン
ディングパッド１２における電気信号の反射がなくな
り、従来生じていた、ハンダ薄膜１０から見える伝送線
路１１の入力インピーダンスが変化するという問題が起
きない。これによって、伝送線路１１の入力インピーダ
ンスの変化が原因となって電界吸収型変調器の光導波路
３に加える変調電圧の振幅が減少するという、従来の光
送信器に見られた問題を解決している。

【００３０】このように、本発明の光送信器では、レー
ザーダイオードの駆動回路に接続するボンディングパッ
ドとグランド電極との間に、このボンディングパッドと
レーザーダイオードを結ぶ伝送線路の特性インピーダン
スと等しいインピーダンスを持つ終端回路を接続するこ
とにより、レーザーダイオードを介してレーザー駆動回
路に流れる込む電気信号をこの回路で終端し、この伝送
線路内の反射を防ぐことで広帯域な変調動作を可能にし
ている。

【００３１】図３は、本発明の光送信器の他の実施例を
示す図で、図４は、図１の等価回路である。図１に示し
た第１の実施例と異なる点は、ボンディングパッド１２
とグランド電極１３の間に、抵抗素子１９と、電界吸収
型光変調器に加える電気信号の変調周波数において終端
抵抗１５に比べて、十分に低いインピーダンスを有する
コンデンサ２０とからなる直列回路が挿入されている点
である。

【００３２】この構成においても、伝送線路１１を通し
て伝搬する電気信号が抵抗素子１９によってグランド電
極１３に終端されるので、伝送線路１１の入力インピー
ダンスの変化が原因となって電界吸収型変調器の光導波
路３に加わる変調電圧の振幅が減少するという従来の光
送信器に見られた問題は生じない。ここにおいて、コン
デンサ２０は、ボンディングパッド１２に電気的に接続
されるレーザー駆動回路から注入される電流が、終端抵
抗１９を通してグランドに流れるのを阻止し、効率良く
レーザーダイオードに駆動電流を注入することを可能に
する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
界吸収型光変調器とレーザーダイオードが同一半導体基
板に集積化された発光素子をフリップチップボンディン
グした搭載基板において、レーザー駆動回路が接続され
るボンディングパッドとグランド電極の間に、レーザー
ダイオードへの伝送線路の特性インピーダンスと等しい
終端抵抗を挿入するようにしたので、レーザーダイオー
ドを通して電界吸収型光変調器からレーザー駆動用の伝
送線路に漏洩した電気信号が、レーザー駆動回路へ接続
されるボンディングパッドにおいて反射することを防ぐ
ことができる。

【００３４】また、終端抵抗に直列にコンデンサを接続
することにより、上記の効果に加えて、レーザー駆動回
路から注入された駆動電流が、終端抵抗を通してグラン
ド電流に流れることを止め、効率良くレーザーダイオー
ドを駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光送信器の一実施例を示す図である。

【図２】図１に示した光送信器の等価回路を示す図であ
る。

【図３】本発明の光送信器の他の実施例を示す図であ
る。

【図４】図３に示した光送信器の等価回路を示す図であ
る。

【図５】従来の光送信器を構成する発光素子と搭載基板
との組み立て構成図である。

【図６】図５の光送信器の全体構成図である。

【図７】図６に示した光送信器の等価回路を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、３１発光素子２、３２レーザーダイオードの光導波路３、３３電界吸収型光変調器の光導波路４、３４レーザーダイオードのアノードに接続した電
極５、３５電界吸収型光変調器のアノードに接続した電
極６、３６レーザーダイオード電極と電界吸収型光変調
器のカソードに接続した電極７、３７ハンダバンプ８、３８電界吸収型光変調器に電気信号を送る伝送線
路９、３９電界吸収型光変調器に電気信号を送るボンデ
ィングパッド１０、４０ハンダ薄膜１１、４１レーザーダイオードに駆動電流を送る伝送
線路１２、４２レーザーダイオードに駆動電流を送るボン
ディングパッド１３、４３グランド電極１４、４４グランド用ボンディングパッド１５、４５終端抵抗１６、４６搭載基板１７、４７ボンディングワイヤー１９抵抗素子２０コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田貴東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA13 BA01 CA04 DA16 EA03 EB04 HA14 KA18 5F073 AB21 EA14 FA13 FA18 FA22 FA27 FA28 GA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電界吸収型光変調器とレーザーダイオー
ドとが同一半導体基板に集積化された発光素子と、該発
光素子を搭載する搭載基板とを有する光送信器におい
て、前記発光素子が、半導体基板の表面に形成された電
極及び該電極とは反対の面に形成された電極とに電気的
に接続される前記レーザーダイオードのｐｎ接合を構成
する光導波路を有し、前記搭載基板が、前記電極とワイヤボンディスクされる
グランド電極と、前記光導波路と伝送線路を介して接続
されるボンディングパッドと、該ボンディングパッドと
前記グランド電極との間に設けられ、前記伝送線路の特
性インピーダンスと同じ値を有する抵抗素子とを有する
回路を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】前記発光素子が、半導体基板の表面に形
成された電極及び該電極とは反対の面に形成された電極
に電気的に接続される前記電界吸収型光変調器のｐｎ接
合を構成する他の光導波路を有し、前記搭載基板が、前記他の光導波路と他の伝送線路を介
して接続される他のボンディングパッドと、該他のボン
ディングパッドとは反対の終端と前記グランド電極の間
に設けられ、前記他の伝送線路の特性インピーダンスと
同じ値を有する他の抵抗素子とからなる回路を備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】前記抵抗素子に直列にキャパシタンスを
接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送
信器。
【請求項４】電界吸収型光変調器とレーザーダイオー
ドとが同一半導体基板に集積化された発光素子と、該発
光素子を搭載する搭載基板とを有する光送信器におい
て、前記発光素子が、半導体基板の表面に形成された第１の電極及び該電極と
は反対の面に形成された第３の電極に電気的に接続され
る前記レーザーダイオードのｐｎ接合を構成する第１の
光導波路と、前記第１の電極及び該電極とは反対の面に形成された第
２の電極と電気的に接続される前記電界吸収型光変調器
のｐｎ接合を構成する第２の光導波路と、前記搭載基板が、前記発光素子とフリップチップボンディングされ、前記
第２の電極と電気的に接続される第４の電極と、前記発光素子とフリップチップボンディングされ、前記
第３の電極と電気的に接続される第５の電極と、前記第１の電極とボンディングワイヤーによりワイヤボ
ンディスクされるグランド電極と、前記第４の電極と第１の伝送線路を介して接続される第
１のボンディングパッドと、前記第４の電極と前記グランド電極の間に設けられ、前
記第１の伝送線路の特性インピーダンスと同じ値を有す
る第１の抵抗素子と、前記第５の電極と第２の伝送線路を介して接続される第
２のボンディングパッドと、該第２のボンディングパッドと前記グランド電極との間
に設けられ、前記第２の伝送線路の特性インピーダンス
と同じ値を有する第２の抵抗素子とを有する回路を備え
たことを特徴とする光送信器。
【請求項５】前記第２の抵抗素子に直列にキャパシタ
ンスを接続したことを特徴とする請求項４に記載の光送
信器。