JP2003017797A

JP2003017797A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2003017797A
Application number: JP2001196271A
Authority: JP
Inventors: Masaki Noda; 雅樹野田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP4055377B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱特性と高周波特性ともに優れ、また製造性
や信頼性にも優れた光モジュールを提供する。【解決手段】電気信号を入力する入力端子を有する容
器と、前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に
接続された、入力側断面積と出力側断面積とが異なる伝
送線路基板と、前記容器内に設けられ、前記伝送線路基
板に接続され、前記入力端子により入力された電気信号
を、前記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子
と、前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に
結合された電子冷却素子とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信システム
において使用する光モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、例えば特公平7-14102に記載
の従来の光モジュールの構成を示す一部断面図である。
図１６において、１はレーザダイオード素子、２はレン
ズ、３ａは金属製のキャリア、４は電子冷却素子、５ｚ
は気密性の容器、６ａおよび６ｂはレーザダイオード素
子１を駆動するための電気信号の入力端子、７ａは金細
線、８は入力端子６ａと入力端子６ｂとを絶縁するため
の絶縁材料のガラス材、９はレーザダイオード素子１の
出射光、１０は出射光９を外部に取り出すための窓、１
１は窓１０と容器５ｚとの間を気密固定するためのガラ
ス材、１８ｚは分布定数線路としてのマイクロストリッ
プ線路である。

【０００３】レーザダイオード素子１とレンズ２とは金
属製のキャリア３ａに搭載されており、キャリア３ａは
電子冷却素子４を介して気密の容器５ｚに固定されてい
る。レーザダイオード素子１を駆動する信号を入力する
ための一方の入力端子６ａは絶縁材料のガラス材８を介
して容器５ｚに固定されており、入力端子６ａと容器５
ｚは電気的に絶縁されている。また、他方の入力端子６
ｂは直接容器５ｚに固定されており、入力端子６ｂと容
器５ｚは電気的に接続されている。

【０００４】上記マイクロストリップ線路１８ｚは誘電
体セラミック（誘電体基板材料）１９ｚの両面に厚さ数
μm程度の薄膜の金パターンを施した構造を備えてお
り、その上面金パターン２０ｚは入力端子６ａおよび金
細線７ａに接続され、また、下面金パターン２１ｚは入
力端子６ｂおよびキャリア３ａに半田などによって接続
されている。

【０００５】レーザダイオード素子１の出射光９はレン
ズ２によって集光され、窓１０を通じて外部に取り出さ
れる。窓１０は低融点のガラス材１１によって容器５ｚ
に取り付けられている。

【０００６】次に動作について説明する。レーザダイオ
ード素子１には、入力端子６ａおよび入力端子６ｂか
ら、マイクロストリップ線路１８ｚおよび金細線７ａを
介して高速電気信号が印加される。レーザダイオード素
子１では、前記高速電気信号に応じて出射光９に変調が
施されることになり、前記出射光９はレンズ２によって
集光され、窓１０を通じて効率よく外部に取り出され
る。また、電子冷却素子４はキャリア３ａを搭載した面
と容器５ｚに取り付けられた面との間に温度差が生じる
構造であり、容器５ｚの温度が変化した場合でも、キャ
リア３ａおよびレーザダイオード素子１の温度を一定に
保つよう制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
動作する従来の光モジュールにおいては、キャリア３ａ
への熱流入は、マイクロストリップ線路１８ｚを介する
経路が支配的であり、熱流入量は、マイクロストリップ
線路の断面積にほぼ比例するという構造的特徴を有す
る。従って、特に駆動回路等を内蔵している場合のよう
に発熱源が内在する場合においては、電子冷却素子４の
冷却能力の限度を超えないためには、マイクロストリッ
プ線路の誘電体セラミック幅および厚さを極力小さくす
る必要がある。

【０００８】一方、入力端子６ａおよび入力端子６ｂに
印加される高速電気信号をレーザダイオード素子１まで
忠実に伝達するためには、マイクロストリップ線路１８
ｚの特性インピーダンスを最適化する必要があるが、マ
イクロストリップ線路１８ｚの特性インピーダンスは、
主に誘電体セラミック１９ｚの誘電率と厚さ、および上
面金パターン２０ｚのパターン幅によって決まるため、
誘電体セラミック１９ｚの材質や金パターン２０ｚの幅
などの制約条件によっては、誘電体セラミック１９ｚの
厚さを十分に薄くできない場合が生じる。

【０００９】また、マイクロストリップ線路１８ｚの誘
電体セラミック厚や幅を極端に小さくした場合には、構
造的に応力が集中する部分であるために、誘電体セラミ
ック１９ｚにクラックが生じる可能性があり、信頼性の
低下が懸念される。

【００１０】また、マイクロストリップ線路１８ｚの実
装面である、入力端子６ｂとキャリア３ａの上面との間
に、製造精度の悪さ等による微妙な高さのズレがあるよ
うな場合、半田などによる実装時の強度不足が生じる可
能性があり、信頼性の低下が懸念されるとともに、マイ
クロストリップ線路１８ｚの下面金パターン２１ｚのグ
ランド電位が不安定になり高周波特性の劣化も懸念され
る。

【００１１】つまり、従来の光モジュールでは、熱特性
や高周波特性、製造性や構造による信頼性などの点でも
問題があった。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、熱特性と高周波特性ともに優
れ、また製造性や信頼性にも優れた光モジュールを提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光モジュ
ールは、電気信号を入力する入力端子を有する容器と、
前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に接続さ
れた、入力側断面積と出力側断面積とが異なる伝送線路
基板と、前記容器内に設けられ、前記伝送線路基板に接
続され、前記入力端子により入力された電気信号を、前
記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子と、前記
容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に結合され
た電子冷却素子とを備えるものである。

【００１４】また、前記伝送線路基板は、マイクロスト
リップ構造を有するものである。

【００１５】また、前記伝送線路基板は、コプレナ構造
を有するものである。

【００１６】また、前記伝送線路基板は、入力側断面積
を出力側断面積より小さくするものである。

【００１７】また、前記伝送線路基板は、基板厚をステ
ップ状に変化させるものである。

【００１８】また、前記伝送線路基板は、基板幅をステ
ップ状に変化させるものである。

【００１９】また、前記伝送線路基板は、基板厚をテー
パ状に変化させるものである。

【００２０】また、前記伝送線路基板は、基板幅をテー
パ状に変化させるものである。

【００２１】また、前記容器は、前記伝送線路基板を実
装する面を、前記伝送線路基板の基板厚の変化と等しい
テーパ角で変化させるものである。

【００２２】また、前記容器内に、半導体光素子を駆動
するための駆動回路を内蔵するものである。

【００２３】また、前記伝送線路基板は、差動信号を伝
搬するのに適した結合線路であり、奇モードに対する特
性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンス
と等しくなるように構成するものである。

【００２４】また、前記半導体光素子は、電界吸収型半
導体光変調器素子であり、前記伝送線路基板上にフリッ
プチップ実装するものである。

【００２５】また、前記半導体光素子は、電界吸収型半
導体光変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシック
に集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子であり、
前記伝送線路基板上にフリップチップ実装するものであ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本実施の
形態１による光モジュールの一部断面図であり、構成の
一例である。また、図２は、本実施の形態１による光モ
ジュールの一部上面図である。図１及び図２において、
1は半導体光素子としてのレーザダイオード素子、２は
レンズ、３ａは金属製のキャリア、４は電子冷却素子、
５ａは気密性の容器、６ａはレーザダイオード素子１を
駆動するための電気信号の入力端子、７ａは金細線、８
は入力端子６ａと容器５を絶縁するための絶縁材、９は
レーザダイオード素子１の出射光、１０は出射光９を外
部に取り出すための窓、１１は窓１０と容器５ａとの間
を気密固定するためのガラス材、１８ａは分布定数線路
としての伝送線路基板であり、入力端子６ａ側とキャリ
ア３ａ側とで誘電体セラミック１９ａの厚さが異なって
おり、入力端子６ａ側の方が相対的に薄くなっている。
図１においては、一例として厚さがステップ状に変化し
ている場合を示す。また、容器５ａがグランド電位であ
る場合を示す。

【００２７】レーザダイオード素子１とレンズ２とは金
属製のキャリア３ａに搭載されており、キャリア３ａは
電子冷却素子４を介して気密の容器５ａに固定されてい
る。レーザダイオード素子１を駆動する信号を入力する
ための一方の入力端子６ａは絶縁材８を介して容器５ａ
に固定されており、入力端子６ａと容器５ａは電気的に
絶縁されている。

【００２８】上記伝送線路基板１８ａは誘電体セラミッ
ク（誘電体基板材料）１９ａの両面に厚さ数μm程度の
薄膜の金パターンを施したマイクロストリップ構造を備
えており、その上面金パターン２０ａは入力端子６ａお
よび金細線７ａに接続され、また、下面金パターン２１
ａは容器５ａと導電位である金属ブロック５ａ−１およ
びキャリア３ａに半田などによって接続されている。

【００２９】レーザダイオード素子１の出射光９はレン
ズ２によって集光され、窓１０を通じて外部に取り出さ
れる。窓１０は低融点のガラス材１１によって容器５ａ
に取り付けられている。

【００３０】次に動作について説明する。レーザダイオ
ード素子１には、入力端子６ａから、伝送線路基板１８
ａおよび金細線７ａを介して高速電気信号が印加され
る。レーザダイオード素子１では、前記高速電気信号に
応じて出射光９に変調が施されることになり、前記出射
光９はレンズ２によって集光され、窓１０を通じて効率
よく外部に取り出される。また、電子冷却素子４はキャ
リア３ａを搭載した面と容器５ａに取り付けられた面と
の間に温度差が生じる構造であり、容器５ａの温度が変
化した場合でも、キャリア３ａおよびレーザダイオード
素子１の温度を一定に保つよう制御される。

【００３１】本実施の形態１による光モジュールにおい
ては、キャリア３ａへの熱流入は、伝送線路基板１８ａ
を介する経路が支配的であり、熱流入量は、伝送線路基
板の断面積にほぼ比例するという構造的特徴を有する。
伝送線路基板１８ａにおいては、入力端子６ａ側とキャ
リア３ａ側とで誘電体セラミック１９ａの厚さが異なっ
ており、入力端子６ａ側の方が相対的に薄くなってお
り、断面積も小さい。一般的に、容器５ａの温度がキャ
リア３ａの温度よりも相対的に高いため、入力端子６ａ
側からキャリア３ａ側に熱が流入するが、熱流入量は入
力端子６ａ側の誘電体セラミックの断面積にほぼ比例す
るため、入力端子６ａ側の誘電体セラミック厚が相対的
に薄く断面積も小さいという特徴を有する本実施の形態
１においては、熱流入量を小さく抑えることが可能であ
る。

【００３２】また、本実施の形態１の伝送線路基板１８
ａはマイクロストリップ構造を有するため、伝送線路基
板の特性インピーダンスを最適化する場合には、伝送線
路基板１８ａの上面金パターンの幅を誘電体セラミック
厚に応じてステップ状に変化させることによって実現で
きるため、上述のように熱流入量を抑えることができる
と同時に高周波特性の劣化も抑えることができる。

【００３３】以上説明したように、伝送線路基板の基板
厚をステップ状に変化させることにより、入力端子側の
誘電体セラミックの断面積を相対的に小さくして、熱流
入量を抑えることができるため、高周波特性及び熱特性
に優れた光モジュールを得ることができる。

【００３４】なお、本実施の形態１では、誘電体セラミ
ック１９ａの下面をステップ状に変化させた場合につい
て説明したが、入力端子６ａ側の誘電体セラミック１９
ａの断面積が相対的に小さくなっていればこれに限られ
ず、誘電体セラミック１９ａの上面をステップ状に変化
させたり、誘電体セラミック１９ａの上面と下面をステ
ップ状に変化させても、同様の効果を得ることができ
る。この場合、電気信号を伝える上面金パターンを、誘
電体セラミック１９ａ中に埋め込んでもよい。

【００３５】実施の形態２．上記実施の形態１では、誘
電体セラミックの厚さをステップ状に変化させた場合に
ついて説明したが、本実施の形態２では、誘電体セラミ
ックの厚さをテーパ状に変化させた場合について説明す
る。図３は、本実施の形態２による光モジュールの一部
断面図であり、構成の一例である。また、図４は、本実
施の形態２による光モジュールの一部上面図である。図
３及び図４では、伝送線路基板１８ｂの誘電体セラミッ
ク厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状
に厚くしており、また、マイクロストリップ構造を有し
ている。伝送線路基板１８ｂが搭載される金属ブロック
５ａ−１も、同等のテーパ角を有している。なお、伝送
線路基盤１８ｂ（誘電体セラミック１９ｂ、上面金パタ
ーン２０ｂ、下面金パターン２１ｂを含む）及び金属ブ
ロック５ａ−１以外の同一の符号を付したものについて
は、図１、図２と同様のため説明は省略する。

【００３６】本実施の形態２においては、熱流入量を抑
えるために、伝送線路基板１８ｂの誘電体セラミック厚
を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に変
化させている。このため、伝送線路基板の特性インピー
ダンスを最適化する場合には、伝送線路基板１８ｂの上
面金パターンの幅を誘電体セラミック厚に応じてテーパ
状に変化させることによって実現でき、例えば上記実施
の形態1のようにステップ状に変化させる場合と比較し
て、変化点の変化量が緩やかであり、インピーダンスの
不整合が生じ難い。

【００３７】また、図５に図３の光モジュール断面図の
拡大図を示すが、金属ブロック５ａ−１上の伝送線路基
板１８ｂを実装する面を、伝送線路基板１８ｂと等しい
テーパ角としておくことによって、金属ブロック５ａ−
１と伝送線路基板１８ｂとを必ず面で接触させることが
可能となる。つまり、製造精度に悪さ等により設計値と
微妙な高さのズレがあるような場合でも、伝送線路基板
１８ａを図３における左右方向に移動させて調節するこ
とにより、金属ブロック５ａ−１と伝送線路基板１８ｂ
とを必ず面で接触させることができる。したがって、半
田などによる実装時の強度不足が生じる恐れがなくな
り、上述のように熱特性及び高周波特性を向上させるこ
とができると同時に、製造性及び信頼性を向上させるこ
とができる。

【００３８】以上説明したように、伝送線路基板の基板
厚をテーパ状に変化させることにより、入力端子側の誘
電体セラミックの断面積を相対的に小さくして、熱流入
量を抑えることができるため、高周波特性及び熱特性に
優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得るこ
とができる。

【００３９】なお、本実施の形態２では、伝送線路基板
１８ｂの入力端子６ａ側をテーパ状に変化させる場合に
ついて説明したが、熱特性を向上させるには入力端子６
ａ側の誘電体セラミック１９ａの厚さが相対的に薄くな
っていればこれに限られず、伝送線路基板１８ｂの中部
をテーパ状に変化させてもよい。

【００４０】また、本実施の形態２では、伝送線路基板
１８ｂの入力端子６ａ側から徐々に厚くなるテーパ状に
変化させる場合について説明したが、製造性や信頼性を
向上させるには伝送線路基板１８ｂの入力端子６ａ側が
テーパ状に変化していればこれに限られず、伝送線路基
板１８ｂの入力端子６ａ側から徐々に薄くなるテーパ状
に変化させてもよい。この場合、伝送線路基板１８ｂの
途中で入力端子６ａ側から徐々に厚くなるテーパ状に変
化させてもよい。

【００４１】実施の形態３．上記実施の形態２では、誘
電体セラミックの幅が均一な場合について説明したが、
本実施の形態３では、誘電体セラミックの幅をテーパ状
に変化させた場合について説明する。図６は、本実施の
形態３による光モジュールの一部断面図であり、構成の
一例である。また、図７は、本実施の形態３による光モ
ジュールの一部上面図である。図６及び図７では、伝送
線路基板１８ｃの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ
側からキャリア３ａ側にテーパ状に厚くするとともに、
誘電体セラミック幅も、入力端子６ａ側からキャリア３
ａ側にテーパ状に太くしており、また、マイクロストリ
ップ構造を有している。なお、伝送線路基盤１８ｃ（誘
電体セラミック１９ｃ、上面金パターン２０ｃ、下面金
パターン２１ｃを含む）以外の同一の符号を付したもの
については、図３、図４と同様のため説明は省略する。

【００４２】マイクロストリップ構造を有する伝送線路
基板の場合、一般に伝送線路基板の上面金パターン幅に
対して誘電体セラミック幅は５倍から１０倍程度以上必
要であるとされている。これはフリンジによって電界が
誘電体セラミック外にも生じ、伝送線路の特性インピー
ダンスが高くなってしまうためである。一方、上記実施
の形態２のような場合、特性インピーダンスを最適化す
るためには、キャリア３ａ側の上面金パターン幅を太く
する必要があるが、この場合、誘電体セラミック幅が一
定であるために、金パターン幅に対して５から１０倍以
上の誘電体セラミック幅を確保できない場合が生じる可
能性がある。

【００４３】本実施の形態３においては、伝送線路基板
１８ｃの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキ
ャリア３ａ側にテーパ状に厚くするとともに、誘電体セ
ラミック幅も、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテ
ーパ状に太くしているため、熱特性を劣化させることな
く、常に、上面金パターン幅の５から１０倍以上の誘電
体セラミック幅を確保することが可能である。

【００４４】以上説明したように、伝送線路基板の基板
幅をテーパ状に変化させることにより、常に上面金パタ
ーン幅の５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保
することが可能なため、高周波特性及び熱特性に優れ、
製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることがで
きる。

【００４５】なお、本実施の形態３では、上面金パター
ン２０ｂに合わせて誘電体セラミック１９ｃの幅をテー
パ状に変化させた場合について説明したが、上記実施の
形態１のように上面金パターン２０ａをステップ状に変
化させた場合、誘電体セラミック１９ａの幅をステップ
状に変化させても、同様の効果を得ることができる。

【００４６】また、本実施の形態３では、誘電体セラミ
ック１９ｃの厚さと幅の両方をテーパ状に変化させた場
合について説明したが、熱特性を向上させるには入力端
子６ａ側の誘電体セラミック１９ｃの断面積が相対的に
小さくなっていればこれに限られず、誘電体セラミック
の幅だけをテーパ状やステップ状に変化させてもよい。

【００４７】実施の形態４．上記実施の形態１〜３で
は、伝送線路基板をマイクロストリップ線路で構成する
場合について説明したが、本実施の形態４では、伝送線
路基板をコプレナ線路で構成する場合について説明す
る。図８は、本実施の形態４による光モジュールの一部
断面図であり、構成の一例である。また、図９は、本実
施の形態４による光モジュールの一部上面図である。図
８及び図９では、伝送線路基板１８ｄの誘電体セラミッ
ク厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状
に厚くしており、また、コプレナ構造を有している。コ
プレナ構造とするために、伝送線路基板１８ｄの上面金
パターンは、信号パターン２０ｄとグランドパターン２
０ｅとに分けられ、信号パターン２０ｄの両脇にグラン
ドパターン２０ｅを配している。なお、伝送線路基盤１
８ｄ（誘電体セラミック１９ｄ、信号パターン２０ｄ、
グランドパターン２０ｅ、下面金パターン２１ｄを含
む）以外の同一の符号を付したものについては、図６、
図７と同様のため説明は省略する。

【００４８】コプレナ構造を有する伝送線路基板の場
合、一般に伝送線路基板の特性インピーダンスは、主に
誘電体セラミックの誘電率と、上面金パターンの信号パ
ターンの幅、および信号パターンとグランドパターンと
の間隔によって決まり、伝送線路基板の誘電体セラミッ
ク厚にはほとんど依存しない。

【００４９】本実施の形態４においては、伝送線路基板
１８ｄをコプレナ線路で構成しているため、伝送線路基
板１８ｄの誘電体セラミック厚の変化に係らず、信号パ
ターン２０ｄの幅、および信号パターン２０ｄとグラン
ドパターン２０ｅとの間隔を一定に保ったまま、所望の
特性インピーダンスを実現することができ、実施の形態
３に示したように、誘電体セラミック幅を変化させる必
要はない。

【００５０】以上説明したように、伝送線路基板をコプ
レナ構造で構成することにより、伝送線路基板の誘電体
セラミック厚の変化に係らず、信号パターンの幅、およ
び信号パターンとグランドパターンとの間隔を一定に保
ったまま、所望の特性インピーダンスを実現することが
できるため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優
れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ること
ができる。

【００５１】なお、本実施の形態４では、信号線路パタ
ーン２０ａの幅を一定の保った場合について説明した
が、所望の特性インピーダンスを得るために、上記実施
の形態２のように上面金パターンをテーパ状に変化させ
てもよいし、上記実施の形態３のように誘電体セラミッ
クもテーパ状に変化させてもよい。更に、上記実施の形
態１のように上面金パターン及び誘電体セラミック共に
ステップ状に変化させてもよい。

【００５２】実施の形態５．上記実施の形態１〜４で
は、レーザダイオード素子を駆動するための駆動回路を
光モジュールとは別に持つ場合（図示せず）について説
明したが、本実施の形態５では、レーザダイオード素子
を駆動するための駆動回路を光モジュールに内蔵する場
合について説明する。図１０は、本実施の形態５による
光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。
また、図１１は、本実施の形態５による光モジュールの
一部上面図である。図１０及び図１１では、金属ブロッ
ク５ａ−１上にレーザダイオード素子１を駆動するため
の駆動回路２２を内蔵しており、金属ブロック５ａ−１
とキャリア３ａとの間を、伝送線路基板１８ｄを介して
接続している。なお、駆動回路２２、金細線７ｂ、７ｃ
以外の同一の符号を付したものについては、図８、図９
と同様のため説明は省略する。

【００５３】一般に、レーザダイオード素子１を駆動す
るための駆動回路２２は、数W程度の消費電力を有して
いるため、光モジュールに内蔵する場合には大きな発熱
源となり、レーザダイオード素子１の特性が劣化するこ
とが懸念される。例えばキャリア３ａ上に駆動回路２２
を搭載した場合には、電子冷却素子４の冷却能力をはる
かに超えてしまう。

【００５４】一方、駆動回路を光モジュールに内蔵した
場合には、駆動回路と半導体光素子との電気長を短くで
きるため、多重反射の影響を抑圧でき、高周波特性を向
上させることができるとともに、本光モジュールを光通
信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場
合には、光送信器を構成する部品点数を削減することが
でき、小型で安価な光送信器を得ることができる。

【００５５】本実施の形態５においては、駆動回路２２
を金属ブロック５ａ−１上に搭載し、金属ブロック５ａ
−１とキャリア３ａとの間を、熱流入を極力抑えた伝送
線路基板１８ｄを介して接続するため、駆動回路を光モ
ジュールに内蔵しつつ、キャリア３ａおよびレーザダイ
オード素子１の熱上昇は非常に小さくすることができ
る。

【００５６】以上説明したように、レーザダイオード素
子を駆動するための駆動回路を光モジュールに内蔵する
ことにより、駆動回路と半導体光素子との電気長を短く
して、多重反射の影響を抑圧でき、高周波特性を向上さ
せることができるため、簡単な構成で、高周波特性及び
熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュール
を得ることができる。

【００５７】なお、本実施の形態５では、コプレナ構造
を有した伝送線路基板１８ｄを用いた場合について説明
したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形
態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送
線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。

【００５８】実施の形態６．上記実施の形態１〜５で
は、レーザダイオード素子を用いた場合について説明し
たが、本実施の形態６では、電界吸収型半導体光変調器
素子を伝送線路基板上にフリップチップ実装する場合に
ついて説明する。図１２は、本実施の形態６による光モ
ジュールの一部断面図であり、構成の一例である。ま
た、図１３は、本実施の形態６による光モジュールの一
部上面図である。図１２及び図１３では、半導体光素子
は量子閉じ込めシュタルク効果及びフランツケルディッ
シュ効果を有する電界吸収型の半導体光変調器素子１ａ
であり、カソード側電極２３ａもしくは２３ｂと、アノ
ード側電極２３ｂもしくは２３ａとが同一面上に形成さ
れており、電界吸収型半導体光変調器素子１ａの裏面は
接地電極にはなっていない。駆動回路２２は振幅が等し
く位相のみ１８０度異なる差動信号を出力するものであ
り、金属ブロック５ａ−２上に搭載されている。伝送線
路基板１８ｆには、差動信号を伝搬するための結合線路
が金パターンによって形成されており、インピーダンス
整合のための抵抗体２５で終端されており、また、誘電
体セラミック厚は駆動回路２２側からキャリア３ｂ側に
テーパ状に厚くなっている。さらに、伝送線路基板１８
ｆ上に前記電界吸収型半導体光変調器素子１ａが半田や
金のバンプ２４によってフリップチップ実装されてい
る。結合光学系は先に説明したものと同様のものが光の
入出力用に一対構成されている。その他、図１０、図１
１と同一の符号を付したものについては、上記実施の形
態５と同様のため説明は省略する。

【００５９】次に動作について説明する。電界吸収型半
導体光変調器素子１ａには、入力用結合光学系から連続
レーザ光が効率よく入射される。また、電界吸収型半導
体光変調器素子１ａでは駆動回路２２から伝送線路基板
１８ｆを経由して印加されるアノード側電圧およびカソ
ード側電圧に応じてレーザ光の吸収量が変化するため、
駆動回路２２から差動の高速電気信号を印加すると、電
界吸収型半導体光変調器素子１ａの出射端面から出射さ
れるレーザ光には差動信号の電圧差に対応した強度変調
が施されることになり、出力用結合光学系に効率よく結
合され外部に取り出される。

【００６０】ここで、コプレナ型の結合線路構造を有す
る伝送線路基板の場合、伝送線路基板の特性インピーダ
ンスは、主に誘電体セラミック１９ｆの誘電率と、上面
金パターン２０の信号パターン２０ｆの幅、信号パター
ン同士の間隔、および信号パターン２０ｆとグランドパ
ターン２０ｇとの間隔によって決まり、誘電体セラミッ
ク１９ｆの厚さが薄い場合には、誘電体セラミック厚も
考慮する必要がある。

【００６１】しかし、伝送線路基板１８ｆ上に電界吸収
型半導体光変調器素子１ａをフリップチップ実装する場
合、電界吸収型半導体光変調器素子１ａ上の電極位置
や、電界吸収型半導体光変調器素子１ａに対する入出力
光を考慮した結合光学系の最適配置などの制約条件によ
って、電界吸収型半導体光変調器素子１ａが搭載される
周囲の上面金パターン２０の信号パターン２０ｆの幅、
信号パターン同士の間隔、および信号パターン２０ｆと
グランドパターン２０ｇとの間隔がほとんど固定されて
しまうことがある。

【００６２】このような場合、結合線路の特性インピー
ダンスを最適化するためには、誘電体セラミック厚を変
化させる必要性が生ずる。誘電体セラミック厚を厚くす
る必要性が生じた場合には、伝送線路基板2の誘電体セ
ラミック厚を一様に厚くしてしまうと、先に説明したよ
うに、駆動回路25側からキャリア3側への熱流入量が増
大し、熱特性的に好ましくない。

【００６３】本実施の形態６においては、伝送線路基板
１８ｆの誘電体セラミック厚は駆動回路２２側からキャ
リア３ｂ側にテーパ状に厚くなっているため、上記のよ
うな問題も解決でき、また、電界吸収型半導体光変調器
素子１ａを伝送線路基板１８ｆ上にフリップチップ実装
しているため、不要な寄生インダクタンス成分を抑圧で
き、実施の形態５のような金細線7aによる接続と比較し
て良好な高周波特性が得られる。

【００６４】またさらに、本実施の形態６では、伝送線
路基板１８ｆはコプレナ型の結合線路で構成されてい
る。シールドされていない２本の伝送線路が近接してい
るとき、各伝送線路の電磁界の相互作用によって伝送線
路間の電力結合が可能となり一般に結合線路と呼ばれ、
外乱雑音に強いという特徴を有する。また、結合線路に
は、伝送線路導体内の電流が等しく同じ方向である場
合、すなわち偶モードと、伝送線路導体内の電流が等し
く反対方向である場合、すなわち奇モードの２種類の特
別な励振モードが存在するが、本実施の形態６において
は、振幅が等しく位相のみ１８０度異なる差動信号によ
り電界吸収型半導体光変調器素子１ａを駆動するもので
あるため、上記奇モードに対する特性インピーダンスが
光モジュールの内部インピーダンスと等しくなるように
上記伝送線路基板の金パターンを形成している。

【００６５】以上説明したように、電界吸収型半導体光
変調器素子を伝送線路基板上にフリップチップ実装する
ことにより、不要な寄生インダクタンス成分を抑圧でき
るため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優れ、
製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることがで
きる。

【００６６】なお、本実施の形態６では、コプレナ構造
を有した伝送線路基板１８ｆを用いた場合について説明
したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形
態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送
線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。ま
た、上記実施の形態１〜３のようなマイクロストリップ
構造を有した伝送路基板に対して、上記奇モードに対す
る特性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダ
ンスと等しくなるように上記伝送線路基板の金パターン
を形成するようにしても、同様の効果を得ることができ
る。

【００６７】実施の形態７．上記実施の形態６では、電
界吸収型半導体光変調器素子を用いた場合について説明
したが、本実施の形態７では、光変調器集積化半導体レ
ーザ素子を用いた場合について説明する。図１４は、本
実施の形態７による光モジュールの一部断面図であり、
構成の一例である。また、図１５は本実施の形態による
光モジュールの一部上面図である。図１４及び図１５で
は、電界吸収型半導体光変調器素子１ａの替わりに、電
界吸収型半導体光変調器素子１ａと半導体レーザ素子１
ｂとをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体
レーザ素子１ｃを用いている。なお、上記光変調器集積
化半導体レーザ素子１ｃ以外の同一の符号を付したもの
については、図１２、図１３と同様のため説明は省略す
る。

【００６８】例えば、上記実施の形態６の場合、連続レ
ーザ光を電界吸収型半導体光変調器素子に効率よく入射
するためには、入射側に結合光学系が必要となる上に、
連続レーザ光を生成するための半導体レーザモジュール
が別途必要となる。そこで、本実施の形態７では、電界
吸収型半導体光変調器素子１ａと半導体レーザ素子１ｂ
とをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レ
ーザ素子１ｃを用いる。光変調器集積化半導体レーザ素
子１ｃを用いることにより、結合光学系や半導体レーザ
モジュールが不要となり、部品数や組立工程数を削減で
き、さらに、光モジュールを光通信システムにおける光
送信器内の一部品として用いる場合には、光送信器の部
品点数を削減することができる。したがって、小型で安
価、かつ簡単な構成で、高周波特性、熱特性、製造性、
および信頼性に優れた光送信器を得ることができる。

【００６９】以上説明したように、電界吸収型半導体光
変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシックに集積
化した光変調器集積化半導体レーザ素子を、伝送線路基
板上にフリップチップ実装することにより、結合光学系
や半導体レーザモジュールが不要となり、部品数や組立
工程数を削減できるため、小型で安価、かつ簡単な構成
で、高周波特性、熱特性、製造性、および信頼性に優れ
た光送信器を得ることができる。

【００７０】なお、本実施の形態７では、コプレナ構造
を有した伝送線路基板１８ｆを用いた場合について説明
したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形
態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送
線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光モ
ジュールでは、電気信号を入力する入力端子を有する容
器と、前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に
接続された、入力側断面積と出力側断面積とが異なる伝
送線路基板と、前記容器内に設けられ、前記伝送線路基
板に接続され、前記入力端子により入力された電気信号
を、前記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子
と、前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に
結合された電子冷却素子とを備えることにより、誘電体
セラミックの断面積を変化させて、熱流入量を制御する
ことができるため、高周波特性及び熱特性に優れた光モ
ジュールを得ることができる。

【００７２】また、前記伝送線路基板は、マイクロスト
リップ構造を有することにより、簡単な構成で所望の特
性インピーダンスを実現できるため、高周波特性及び熱
特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを
得ることができる。

【００７３】また、前記伝送線路基板は、コプレナ構造
を有することにより、簡単な構成で所望の特性インピー
ダンスを実現できるため、高周波特性及び熱特性に優
れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ること
ができる。

【００７４】また、前記伝送線路基板は、入力側断面積
を出力側断面積より小さくすることにより、入力端子側
の誘電体セラミックの断面積を相対的に小さくして、熱
流入量を抑えることができるため、高周波特性及び熱特
性に優れた光モジュールを得ることができる。

【００７５】また、前記伝送線路基板は、基板厚をステ
ップ状に変化させることにより、入力端子側の誘電体セ
ラミックの断面積を相対的に小さくして、熱流入量を抑
えることができるため、高周波特性及び熱特性に優れた
光モジュールを得ることができる。

【００７６】また、前記伝送線路基板は、基板幅をステ
ップ状に変化させることにより、常に上面金パターン幅
の５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保するこ
とが可能なため、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性
や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。

【００７７】また、前記伝送線路基板は、基板厚をテー
パ状に変化させることにより、入力端子側の誘電体セラ
ミックの断面積を相対的に小さくして、熱流入量を抑え
ることができるため、高周波特性及び熱特性に優れた光
モジュールを得ることができる。

【００７８】また、前記伝送線路基板は、基板幅をテー
パ状に変化させることにより、常に上面金パターン幅の
５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保すること
が可能なため、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や
信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。

【００７９】また、前記容器は、前記伝送線路基板を実
装する面を、前記伝送線路基板の基板厚の変化と等しい
テーパ角で変化させることにより、製造精度に悪さ等に
より設計値と微妙な高さのズレがあるような場合でも、
伝送線路基板の位置を移動させて調節できるため、熱特
性及び高周波特性を向上させることができると同時に、
製造性及び信頼性を向上させることができる。

【００８０】また、前記容器内に、半導体光素子を駆動
するための駆動回路を内蔵することにより、駆動回路と
半導体光素子との電気長を短くして、多重反射の影響を
抑圧でき、高周波特性を向上させることができるため、
簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や
信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。

【００８１】また、前記伝送線路基板は、差動信号を伝
搬するのに適した結合線路であり、奇モードに対する特
性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンス
と等しくなるように構成することにより、外乱雑音に強
くなるため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優
れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ること
ができる。

【００８２】また、前記半導体光素子は、電界吸収型半
導体光変調器素子であり、前記伝送線路基板上にフリッ
プチップ実装することにより、不要な寄生インダクタン
ス成分を抑圧できるため、簡単な構成で、高周波特性及
び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュー
ルを得ることができる。

【００８３】また、前記半導体光素子は、電界吸収型半
導体光変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシック
に集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子であり、
前記伝送線路基板上にフリップチップ実装することによ
り、結合光学系や半導体レーザモジュールが不要とな
り、部品数や組立工程数を削減できるため、小型で安
価、かつ簡単な構成で、高周波特性、熱特性、製造性、
および信頼性に優れた光送信器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１による光モジュールの一部断面
図

【図２】実施の形態１による光モジュールの一部上面
図

【図３】実施の形態２による光モジュールの一部断面
図

【図４】実施の形態２による光モジュールの一部上面
図

【図５】実施の形態２による光モジュール断面図の拡
大図

【図６】実施の形態３による光モジュールの一部断面
図

【図７】実施の形態３による光モジュールの一部上面
図

【図８】実施の形態４による光モジュールの一部断面
図

【図９】実施の形態４による光モジュールの一部上面
図

【図１０】実施の形態５による光モジュールの一部断
面図

【図１１】実施の形態５による光モジュールの一部上
面図

【図１２】実施の形態６による光モジュールの一部断
面図

【図１３】実施の形態６による光モジュールの一部上
面図

【図１４】実施の形態７による光モジュールの一部断
面図

【図１５】実施の形態による光モジュールの一部上面
図

【図１６】従来の光モジュールの構成を示す一部断面
図

【符号の説明】

１レーザダイオード素子１ａ半導体光変調器素子１ｂ半導体レーザ素子１ｃ光変調器集積化半導体レーザ素子２レンズ３ａキャリア４電子冷却素子５ａ容器５ａ−１、５ａ−２金属ブロック６ａ入力端子７ａ〜７ｃ金細線８絶縁材９出射光１０窓１１ガラス材１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ伝送線路基板１９ａ〜１９ｄ、１９ｆ誘電体セラミック２０ａ〜２０ｃ上面金パターン２０ｄ、２０ｆ信号パターン２０ｅ、２０ｇグランドパターン２１ａ〜２１ｄ、２１ｆ下面金パターン２２駆動回路２３ａカソード側電極２３ｂアノード側電極２４バンプ２５抵抗体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気信号を入力する入力端子を有する容
器と、前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に接続さ
れた、入力側断面積と出力側断面積とが異なる伝送線路
基板と、前記容器内に設けられ、前記伝送線路基板に接続され、
前記入力端子により入力された電気信号を、前記伝送線
路基板を介して入力する半導体光素子と、前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に結合
された電子冷却素子とを備えたことを特徴とする光モジ
ュール。
【請求項２】前記伝送線路基板は、マイクロストリッ
プ構造を有することを特徴とする請求項１記載の光モジ
ュール。
【請求項３】前記伝送線路基板は、コプレナ構造を有
することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項４】前記伝送線路基板は、入力側断面積を出
力側断面積より小さくすることを特徴とする請求項１記
載の光モジュール。
【請求項５】前記伝送線路基板は、基板厚をステップ
状に変化させることを特徴とする請求項４記載の光モジ
ュール。
【請求項６】前記伝送線路基板は、基板幅をステップ
状に変化させることを特徴とする請求項４または５記載
の光モジュール。
【請求項７】前記伝送線路基板は、基板厚をテーパ状
に変化させることを特徴とする請求項４記載の光モジュ
ール。
【請求項８】前記伝送線路基板は、基板幅をテーパ状
に変化させることを特徴とする請求項４または７記載の
光モジュール。
【請求項９】前記容器は、前記伝送線路基板を実装す
る面を、前記伝送線路基板の基板厚の変化と等しいテー
パ角で変化させることを特徴とする請求項７記載の光モ
ジュール。
【請求項１０】前記容器内に、半導体光素子を駆動す
るための駆動回路を内蔵することを特徴とする請求項１
〜９記載の光モジュール。
【請求項１１】前記伝送線路基板は、差動信号を伝搬
するのに適した結合線路であり、奇モードに対する特性
インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンスと
等しくなるように構成することを特徴とする請求項１〜
９記載の光モジュール。
【請求項１２】前記半導体光素子は、電界吸収型半導
体光変調器素子であり、前記伝送線路基板上にフリップ
チップ実装することを特徴とする請求項１１記載の光モ
ジュール。
【請求項１３】前記半導体光素子は、電界吸収型半導
体光変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシックに
集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子であり、前
記伝送線路基板上にフリップチップ実装することを特徴
とする請求項１１記載の光モジュール。