JP2004146468A - 光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【課題】端面発光型光半導体素子の光素子の実装に適し、しかも量産性に優れ、小型で高周波特性に優れ、高信頼な光モジュール及び光モジュールアセンブリを提供する。
【解決手段】ＤＦＢ−ＬＤ１１を素子搭載用基体に配設しこれに通電するための配線を形成したベース基体の配設面１６側に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続する光導波体（主に光ファイバ４２とこれを収容したフェルール４１で構成）を取り付けてなり、ベース基体の配設面１６とその背面２０とを除く面、すなわち、素子搭載用基体の側面のいずれかの面を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された不図示の外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにした光モジュールＭ１とする。
【選択図】 図２
【解決手段】ＤＦＢ−ＬＤ１１を素子搭載用基体に配設しこれに通電するための配線を形成したベース基体の配設面１６側に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続する光導波体（主に光ファイバ４２とこれを収容したフェルール４１で構成）を取り付けてなり、ベース基体の配設面１６とその背面２０とを除く面、すなわち、素子搭載用基体の側面のいずれかの面を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された不図示の外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにした光モジュールＭ１とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリーペロー型レーザ（以下ＦＰ−ＬＤ）、分布帰還型レーザ（以下ＤＦＢ−ＬＤ）、分布反射型レーザ（以下ＤＢＲ−ＬＤ）等の端面発光型光半導体素子の実装に係る技術に関し、例えば、このような端面発光型光半導体素子とそれを作動させるための電子部品とを備え、広帯域で使用でき、小型でかつ信頼性よく組み立て可能な光モジュール及びこれを外部回路基板に実装した光モジュールアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、公衆通信や構内通信（ＬＡＮ）の分野において、大容量光ファイバ通信が広く普及し発展してきている。それにともない伝送速度が高速化され、光ファイバを用いた高速光伝送が必要とされ、従来から使用されてきた数キロメートル〜数百キロメートルといった距離の光伝送に加えて、超近距離（Ｖｅｒｙ Ｓｈｏｒｔ Ｒｅａｃｈ；ＶＳＲ）の光伝送や、ギガビットイーサネット（Ｒ）（ＧｂＥ）と呼ばれる用途の重要性が高まってきている。これらＶＳＲやＧｂＥの用途では、毎秒１０ギガビットの光伝送速度が必要とされつつあり、このような伝送では、不特定多数、多種多様な使用が想定され、従来と比較して大幅な装置の小型化や量産性の向上が産業上重要であると考えられている。
【０００３】
上記光通信システムでは、量産性に優れ、特性が安定でしかも高速光伝送可能な新しい光半導体デバイスとして、０．８５μｍ帯のＶＣＳＥＬと呼ばれる面型光発光素子が頻繁に用いられている。ところが、このＶＣＳＥＬでは、光出力が小さいという点で、主に５００ｍ程度の短距離の伝送に用いられている。
【０００４】
一方、５００ｍを超える比較的長距離の光伝送には、光ファイバの損失や分散の小さい１．５５μｍや１．３３μｍ帯のＦＰ−ＬＤ、ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤが広く一般に使用されている。
【０００５】
また、受光素子においては、従来と同じように高速光信号を電気変換するためＰＩＮ型ホトダイオード、さらには、アバランシェホトダイオード等の受光素子がＶＣＳＥＬやＦＰ−ＬＤ、ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤのモニター用受光素子として使用されている。
【０００６】
発明者らは、ＶＣＳＥＬを配設しこれに通電するための配線を形成した基体に、面型光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成り、基体の面型光半導体素子の配設面とその背面とを除く面を、面型光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線と前記基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにした光モジュールを既に提案している（特許文献１を参照）。この提案は、光モジュールを単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行えるというものである。
【０００７】
ギガビットイーサネット（Ｒ）が用いられるＬＡＮ等においては、例えば送信機と受信機が１つにパッケージング搭載された光トランシーバの形態が一般的であり、大きさも規格化されている（特許文献２を参照）。
【０００８】
近年では、装置全体を小型化するために、光トランシーバの小型化が進められて、従来の約半分の大きさであるＳＦＦ（Ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ）とよばれる形態に変わってきた。
【０００９】
一般に、これら光半導体素子は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージと呼ばれる金属筐体とリードピンで形成された円筒筐体内に収容され光モジュール化され、光モジュールを制御するための電子回路が搭載される電子回路基板に実装固定されて使用されている。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００２−２０４６８２号
【特許文献２】
特開２０００−２１４３５１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＴＯ−ＣＡＮパッケージを用いた光モジュールでは、パッケージのリードピンで電子回路が搭載される電子回路基板に実装を行う際に、パッケージと電子回路基板との間において、リードピンが空中配線されるので、配線の特性インピーダンスの不連続が大きく生じ高周波特性の劣化を招く。
【００１２】
この問題を解決するために、リードピンが空気中にさらされないように、リードピンを極力短くして電子回路基板に実装することも考えられるが、短いリードピンのみで長期間にわたり光モジュールを支持し、長期間信頼性を確保することは困難である上に、リードピン長さのばらつきや光モジュールの実装固定時におけるはんだ量のばらつきにより、高周波特性が安定せず、量産性に乏しい。また、ＴＯ−ＣＡＮパッケージは例えばφ５．６ミリメートルのようにサイズが規格化されているため、これ以上の小型化は困難である。
【００１３】
さらに、リードピンはパッケージの中心から同心円上に配置されているので、電子回路基板に実装するためには、リードピンの途中でピンを折り曲げ、電子回路基板に穴をあけてリードピンを挿入しはんだづけを行うといった、電子部品実装プロセスには向かない量産性に乏しい構造であった。
【００１４】
そこで、本発明は、上述の諸問題に鑑み提案されたものであり、特に端面発光型の光半導体素子の実装に適し、しかも量産性に優れ、小型で高周波特性にも優れ信頼性の高い光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光モジュールは、端面発光型の光半導体素子を配設した素子搭載用基体と、前記光半導体素子に通電するための配線とを設けたベース基体に、前記光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るとともに、前記ベース基体の前記素子搭載用基体の配設面とその背面とを除く面を、前記光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、該外部回路基板に形成された外部配線と前記ベース基体に形成した配線とを電気的に接続可能としたことを特徴とする。
【００１６】
また特に、前記素子搭載用基体は、金属で構成するとともに、前記外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能な前記ベース基体中に形成された内部配線に電気的に接続され、且つ前記光半導体素子に通電するための電極が設けられていることとする。
【００１７】
また特に、前記素子搭載用基体は、セラミックスで構成するとともに、前記端面発光型光半導体素子が搭載される面に前記光半導体素子に通電するための電気配線が形成され、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体が設けられていることとする。
【００１８】
また特に、前記ベース基体に、前記光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けたこととする。
【００１９】
また特に、前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルールとを備えていることとする。
【００２０】
さらに特に、前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルール、前記光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、及び、前記光半導体素子から発光された光信号を、前記光アイソレータを透過させて前記光ファイバに光結合するためのレンズを備えていることとする
そして、上述した光モジュールが、前記外部回路基板にはんだを介して実装されていることを特徴とする光モジュールアセンブリとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る光モジュールＭ１の斜視図、図２は光モジュールＭ１の分解斜視図、図３は本発明に係る光モジュールＭ１を構成するベース基体部分の様子を示す斜視図、図４は図３の分解斜視図、図５は本発明に係る光モジュールＭ１を構成する別のベース基体部分の様子を示す斜視図、図６は本発明に係る光モジュールＭ１を構成する素子搭載用基体の斜視図、図７は図５の分解斜視図である。
【００２３】
図１〜図７に示すように、本発明の光モジュールＭ１は、端面発光型の光半導体素子を設けた素子搭載用基体２を配設し、光半導体素子に通電するための配線を形成したベース基体１に、光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るものであって、ベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６とその背面とを除く面である例えば面３０を、光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板（後記する実装基体８）に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体１に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたものである。
【００２４】
ここで、素子搭載用基体２は金属で構成し、前記外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能なベース基体１中に形成された内部配線に電気的に接続し、且つ光半導体素子に通電するための電極を設けたものとしてもよいし、素子搭載用基体２は、セラミックスで構成するとともに、光半導体素子が搭載される面に光半導体素子に通電するための電気配線を形成し、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体を設けたものとしてもよい。
【００２５】
また、ベース基体１に、光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けてもよい。光導波体は、単に光ファイバ４２と光ファイバ４２を保持するフェルール４１とを備えたものでもよいし、光ファイバ４２と該光ファイバ４２を保持するフェルール４１、光ファイバ４２からの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ１０、及び、光半導体素子から発光された光信号を、光アイソレータ１０を透過させて光ファイバ４２に光結合するためのレンズ３４を備えたものでもよい。
【００２６】
また、図８〜図９に示すように、上記のようにして成る光モジュールＭ１が、外部回路基板（実装基体８）にはんだを介して実装されて光モジュールアセンブリＡを構成する。
【００２７】
すなわち、本発明の光モジュールＭ１は、端面発光型の光半導体素子である例えばＤＦＢ−ＬＤ１１を配設するための素子搭載用基体２と、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための配線を形成したベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６側に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続する光導波体（例えば、主に光ファイバ４２とこれを収容するフェルール４１、光アイソレータ１０、レンズ３４で構成）を取り付けて成るものである。そして、ベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６とその背面２０とを除く面（例えば、背面２０側を切り欠いて形成して得られた壁面である面３０やベース基体１における側面）を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体１に形成した配線とを電気的に接続できるようにしている。
【００２８】
また、ベース基体１の内部には、ＤＦＢ−ＬＤ１１と前記外部回路基板に形成された外部配線とを電気的に接続可能とする不図示の内部配線を形成している。さらに、ベース基体１は、ＤＦＢ−ＬＤ１１を配設した素子搭載用基体２の配設面１６を囲むように、前記光導波体を堅固に包囲して支持するための金属から成る支持体、すなわち、例えば金属金具１７、レンズ金具３、第１の金属保護体４、及び第２の金属保護体９を設けている。
【００２９】
ここで、図示ではベース基体１の前記外部回路基板に固定する面３０（光モジュールの外部回路基板への実装面）に、リード電極１４を設けているが、これらリード電極１４の代わりに、グリッド状の複数の端子電極から成る端子電極群を、少なくとも３つの領域に形成してもよいし、この際に前記端子電極群は光導波体の光軸方向に沿って形成するとよい。
【００３０】
光モジュールＭ１は、具体的には図１及び図２に示すように、ＤＦＢ−ＬＤ１１を光半導体素子実装用基体である素子搭載用基体の一主面２ａ上に配置し、この素子搭載用基体２を光部品実装用基体であるベース基体１の一主面１３に配置させ、ＤＦＢ−ＬＤ１１を囲い環状をなす金属から成るレンズ金具３を配設して、このレンズ金具３の上部開口に、球面状に形成されたレンズ３４が配設してなり、そしてレンズ金具３上にレンズの上方を覆うようにして、円筒状で鍔部４ａが一端側に形成された第１の金属保護体４を、鍔部４ａがベース基体１側になるように配設する。
【００３１】
さらに、第１の金属保護体４と同様にして、円筒状の金属保護体９内に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続させる光ファイバ４２が内部配置された円柱状のフェルール４１を収容して、ベース基体１側のフェルール４１の端部には、光ファイバ４２中を伝播してきた反射戻り光を取り除くための光アイソレータ１０が透明接着剤にて接着配置され、この第２の金属保護体９を第１の金属保護体４内に収容して構成されている。
【００３２】
このように、第１及び第２の金属保護体４，９において鍔部４ａ，９ａを備えることにより、不図示の光コネクタレセプタクルを嵌合できるようにしている。
【００３３】
光アイソレータ１０は、不図示の偏光子、ファラデー回転子、偏光子の３つの光学素子を透明接着剤等にて貼り合わせたものをドーナツ型磁石内に収容してなり、光アイソレータ１０が配置されるフェルール端面及び光ファイバ端面は、光アイソレータ１０の端面での反射光がＤＦＢ−ＬＤ１１に戻るのを防ぐために、光ファイバ４２の光軸に直交する面に対して４度〜８度の範囲で斜め研磨されている。
【００３４】
図３及び図４に示すように、ベース基体１は、ＤＦＢ−ＬＤ１１が配設される素子搭載用基体２の配設面１６に、ＤＦＢ−ＬＤ１１へ電気信号を伝達するための電極端子１２及び電極パターン１３が形成されている。また、これら電極端子１２及び電極パターン１３は、ベース基体１の内部に形成された不図示の内部配線のビア導体により電気的に接続されている。さらに、ベース基体１を外部回路基板に設ける際に下面側となる面３０に、外部へ電気接続するためのリード電極１４が設けられ、これらリード電極１４のそれぞれに接続されている。
【００３５】
電極端子１２、電極パターン１３、不図示のビア導体、及び不図示の内部導体パターン等は、１０Ｇｂｐｓの電気信号が伝送するための高周波線路であり、特に電極端子１２、及び電極パターン１３は、２５Ωもしくは５０Ω等にインピーダンス整合されたコプレーナ電気配線であり、リード電極１４は、グランド電極、シグナル電極、グランド電極の３つの電極が配列化されたグリッドアレイ化されたコプレーナ電極であることが好適であり、これにより１０ＧＢｐｓの高速伝送が可能となる。
【００３６】
さらに、リード電極１４は、図示されているように板状とするのではなく、はんだボールを付加したボール状のグリッドアレイとすることにより、光モジュールＭ１を外部回路基板へ実装する際の利便性が向上する。
【００３７】
また、ベース基体２の素子搭載用基体配設面１６には、ＤＦＢ−ＬＤ１１からの後方放射光を監視するための監視用フォトダイオード１８（以下、モニタＰＤという）と、このモニタＰＤ１８に通電するための電極パターン１３、１９をベース基体１に形成し、不図示のビア導体、及び内部配線にてリード電極１４へ電気接続することにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１の発光強度状況を監視することができるので好適である。
【００３８】
なお、電極パターン１３は、ＤＦＢ−ＬＤ１１とモニタＰＤとでグランド共通のコモン電極構造とするが、コモン電極構造とせず、別々に配線してもなんら問題ない。また、ＤＦＢ−ＬＤ１１のモニタＰＤ１８側の後方発光端面は、素子搭載用基体２に、モニタＰＤ１８の受光面光軸に対して８度以内の角度で斜めに実装されると、モニタＰＤ１８の受光面で反射した光が再びＤＦＢ−ＬＤ１１に入射することを防ぐことが可能なため好適である。
【００３９】
素子搭載用基体２は、例えばＣｕとＷとから成る合金、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ合金であるコバールの表面にＡｕ、Ｎｉ等のメッキを施した金属部品で構成され、ベース基体１の電極パターン１３上にろうづけにて接合されて成る。
【００４０】
また、ベース基体１はアルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス材料を積層構造とした多層配線構造としており、電極端子１２はコバール等の金属電極にＡｕ、Ｎｉ等及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を形成し、同じくＡｕ、Ｎｉ等及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を形成した電極パターン１３に、Ａｇ等が含まれたろう材にてろうづけされて成り、不図示の内部導体パターンは、Ａｕ、Ｎｉ、及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を印刷等で形成したり、Ｃｕ等のメタライズから成り、不図示のビア導体はＷ等から成る。
【００４１】
また、金属金具１７はコバール等から成り、これをベース基体にろうづけする。さらに、この上にコバールやステンレス等から成るレンズを設けた金属環状体のレンズ金具３を、ＤＦＢ−ＬＤ１１を実装した後に、金属金具１７に対してシーム溶接等により容易に気密封止構造としている。これにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１を長寿命に保護することができる。
【００４２】
ＤＦＢ−ＬＤ１１には、不図示の活性層上部の上表面及び下表面に電気信号を印加するために下層／上層でＴｉ／Ｐｔ／Ａｕメタル等から成る電極が形成されている。
【００４３】
ＤＦＢ−ＬＤ１１は、素子搭載用基体２の光半導体素子配設面２ａに活性層側を上面にＡｕＳｎはんだ等にて実装される。ＤＦＢ−ＬＤ１１の活性層側上表面電極は、Ａｕ等のリボン電極３１を介してベース基体１の電極端子１２に接続される。ＤＦＢ−ＬＤ１１の基板側下表面電極は、素子搭載用基体２上にＡｕ、Ｎｉ等のメタライズを施し、ベース基体１のグランド電極である１３と接合されたグランド電極とすることにより、これにより、ベース基体１のリード電極１４に電気信号を入力することで活性層から光信号を発生させることができる。また、第１の金属保護体４はコバールやステンレスで構成されている。
【００４４】
なお、この実施形態では、ＤＦＢ−ＬＤ１１の発光モジュールについて説明をしたが、その他のＦＰ−ＬＤやＤＢＲ−ＬＤ等の端面発光型光半導体素子にも適用でき、反射戻り光の影響が少ないＦＰ−ＬＤを用いた場合には、光アイソレータを排除することで容易に実施できる。またＰＩＮホトダイオードやアバランシェホトダイオード等の面型受光用半導体素子を、素子搭載用基体２を用いずにモニタＰＤ１８を実装するように、ベース基体１の素子搭載用基体配設面１６上に直接実装することにより、受光モジュールとして機能させることも同様にできる。
【００４５】
また、例えば図５に示すように、素子搭載用基体はアルミナ、窒化アルミニウム等から成るセラミック素子搭載用基体２０１に、電極パターン２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄを配設したコプレーナ電極とし、２０１ｃには窒化タンタル等で構成される薄膜型抵抗体２０１ｅを設置する構成としてもよく、これにより、容易にインピーダンス整合を得ることが可能となり好適である。端面発光型の光半導体素子の場合、光半導体素子自体のもつインピーダンスが、電気配線線路の持つインピーダンスより小さいため、上記構成によれば、光半導体素子近傍にインピーダンス整合のための抵抗体を配設することが可能となったので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送の点で好適である。
【００４６】
図５〜図７に図示するように、上記セラミック素子搭載用基体２０１を用いる場合、ベース基体１上の素子搭載用基体配設面１６ａ上に形成されたグランド電極である電極パターン１３ａに、ＤＦＢ−ＬＤ１１のグランド電極が実装される電極パターン２０１ａと電気的に接続される電極パターン２０１ｂとが接合され、ＤＦＢ−ＬＤの活性層側電極はＡｕリボン３１ａにてセラミック素子搭載用基体２０１上の電極パターン２０１ｃに電気接続される。電極パターン２０１ｃには、前記したとおり薄膜型終端抵抗体２０１ｅが形成されており、電極パターン２０１ｄとベース基体上電極パターン１２ａとが接合されて成ることにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電することができる。電極パターン２０１ｂと電極パターン１３ａ、電極パターン２０１ｄと電極パターン１２ａは、表面にＡｕのメタライズ層を形成し、Ａｕ−Ｓｎ等の高温はんだにて接合するか、ろうづけ接合すると好適である。
【００４７】
かくして、光モジュールＭ１によれば、ＤＦＢ−ＬＤ１１を配設した素子搭載用基体２（または２０１）をベース基体１に配設し、ＤＦＢ−ＬＤ１１と光接続する光導波体を取り付けてなり、ベース基体１の素子搭載用基体２（または２０１）の配設面とその背面２０とを除く面を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたので、単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行える。
【００４８】
また、ベース基体１中に、ＤＦＢ−ＬＤ１１と外部回路基板に形成された外部配線とを電気的に接続可能とする内部配線を施したので、電気配線を短尺化することが可能となり、電気伝送損失の低減がはかられ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる。
【００４９】
また、素子搭載用基体に、電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体を配設したため、電気伝送損失の低減を図ることができ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる。
【００５０】
また、ベース基体１の素子搭載用基体を配設した面に、光導波体（光ファイバとこれを収容したフェルール、光アイソレータ、レンズ）を堅固に包囲して支持するための金属から成る支持体（金属金具、金属環状体、第１の金属保護体、第２の金属保護体）を設けたので、光導波体を金属溶接するこことが可能となり、容易に高信頼かつ高効率光結合特性が得られる構造とすることができ、長期にわたり安定した発光特性が得られる。
【００５１】
特に端面発光型の光半導体素子の場合、反射戻り光に大きく影響を受け、発光特性変動を生じやすいが、光アイソレータにて反射戻り光を大幅に抑制できる構造としたので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送においても、符号誤り率（ビットエラーレート）を小さくすることが可能で、長距離光伝送システムにおいては好適である。
【００５２】
また、素子搭載用基体の外部回路基板に固定する面に、リード電極１４やグリッド状に配置した複数の端子電極から成る端子電極群を、少なくとも３つの領域に形成することにより、グランド、シグナル、グランドのコプレーナ高周波電極構造とすることができ、１０ＧＢｐｓを超える高速光伝送特性を容易に得られる。さらに、前記リード電極や端子電極群を光導波体の光軸方向に沿って形成することにより、光モジュールを実装するための外部回路基板面と光信号を発光する位置を同一面とすることができ、小型で低背な光モジュールが得られる。
【００５３】
また、前記光導波体は、光ファイバとそれを保持するフェルールから成ることにより、光コネクタで着脱・接続するレセプタクル構造を容易に得ることができ光モジュールの操作性に優れる。
【００５４】
次に、本発明に係る光モジュールアセンブリについて説明する。上述のように構成した光モジュールＭ１を、図８に示すように、外部回路基板である実装基体８にはんだを介して実装することにより、小型・低背の光モジュールアセンブリＡを構成することができる。なお、図中６は、電気信号を増幅、波形成形するためのＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）であり、７はコンデンサや抵抗等の付加電子デバイスである。
【００５５】
また、光モジュールＭ１と実装基体８との間に隙間２１（空間）を形成させることにより、この隙間２１に絶縁層を形成させてインピーダンス整合を行なわせることが不要となる。
【００５６】
次に、光モジュールアセンブリの応用例について説明する。図９に示すように、外部回路基板である実装基体８の一端側に、端面発光型の光半導体素子としてＤＦＢ−ＬＤが搭載され上述のように構成された発光モジュールＴと、面型光半導体素子としてＰＩＮホトダイオードが搭載され上述のように構成された受光モジュールＲとを搭載し、さらに、実装基体８上には、発光モジュールＴを駆動するためのドライバＩＣ５、受光モジュールＲから得られた電気信号を増幅、波形成形するためのＴＩＡ６、及びコンデンサや抵抗等の付加電子デバイス７などを実装している。
【００５７】
このように、発光モジュールＴ及び受光モジュールＲの光軸と平行な位置に電極を配設した構造とすることにより、実装基体の実装電極に予めクリームはんだ等のはんだを塗布し、発光モジュールＴ及び受光モジュールＲと、ドライバＩＣ５、ＴＩＡ６、付加電子デバイス７等を配置させることが可能となり、２６０℃程度のはんだリフロー工程を容易に実施することができ、一括にて実装固定された光モジュールアセンブリを完成させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態の光モジュールアセンブリによれば、光モジュールを外部回路基板に付加電子回路とともに、はんだリフロー等により自動化された一括したアセンブルを行うことができ、量産性に優れ、結果的に安価な光モジュールアセンブリを提供することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の光モジュール及び光モジュールアセンブリによれば、以下に示す顕著な効果を奏することができる。
【００６０】
請求項１の光モジュールによれば、端面発光型の光半導体素子を配設した素子搭載用基体と、前記光半導体素子に通電するための配線とを設けたベース基体に、前記光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るとともに、前記ベース基体の前記素子搭載用基体の配設面とその背面とを除く面を、前記光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、該外部回路基板に形成された外部配線と前記ベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたので、単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行える。
【００６１】
請求項２の光モジュールによれば、素子搭載用基体は、金属で構成するとともに、外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能な前記ベース基体中に形成された内部配線に電気的に接続され、且つ前記光半導体素子に通電するための電極が設けた。また、請求項３に記載の光モジュールによれば、前記素子搭載用基体は、セラミックスで構成するとともに、前記光半導体素子が搭載される面に前記光半導体素子に通電するための電気配線が形成され、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体が設けられていることを特徴とする。これらの構成により、電気配線を短尺化することが可能となり電気伝送損失の低減がはかられ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる優れた光モジュールを提供できる。
【００６２】
特に請求項３の構成によれば、端面発光型の光半導体素子の場合、光半導体素子自体のもつインピーダンスが、電気配線線路の持つインピーダンスより小さいため、上記構成によれば、光半導体素子近傍にインピーダンス整合のための抵抗体を配設することが可能となるので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送の点で好適である。
【００６３】
請求項４の光モジュールによれば、ベース基体に、光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けたので、光導波体を金属溶接するこことが可能となり、容易に高信頼かつ高効率光結合特性が得られる構造とすることができ、長期にわたり安定した発光特性が得られる光モジュールを提供できる。
【００６４】
請求項５の光モジュールによれば、光導波体は、光ファイバとそれを保持するフェルールから成ることにより、光コネクタで着脱・接続するレセプタクル構造を容易に得ることができ操作性に優れた光モジュールを提供できる。
【００６５】
請求項６の光モジュールによれば、光導波体は、光ファイバと光ファイバを保持するフェルール、光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、端面発光型光半導体素子から発光された光信号を、光アイソレータを透光し光ファイバに光結合するためのレンズから構成されて成ることにより、高効率で光導波体に光信号を入力することができるとともに、反射戻り光が端面発光型光半導体素子に再入力された際に生じる発光強度の変動、発光波長の変動を抑制することができ、波長安定性に優れ、高出力かつ高速伝送可能で安定した光信号の発光が得られる。
【００６６】
上記の効果は、特に端面発光型の光半導体素子の場合、反射戻り光に大きく影響を受け、発光特性変動を生じやすいが、光アイソレータにて反射戻り光を大幅に抑制できる構造としたので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送においても、符号誤り率（ビットエラーレート）を小さくすることが可能で、長距離光伝送システムにおいては好適である。
【００６７】
請求項７の光モジュールアセンブリによれば、光モジュールを前記外部回路基板に付加電子回路とともに、はんだリフロー等により自動化された一括したアセンブルを行うことができ、量産性に優れ、結果的に安価な光モジュールアセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図２】図１における光モジュールの分解斜視図である。
【図３】図１における光モジュールを構成するベース基体部分における実装構造等を説明するための斜視図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】本発明に係る光モジュールの素子搭載用基体を説明するための斜視図
【図６】本発明に係る光モジュールを構成するベース基体部分における実装構造等を説明するための斜視図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】本発明に係る光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図９】本発明に係る光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に説明する側面図である。
【符号の説明】
１：ベース基体
２：素子搭載用基体
３：レンズ
４：第１の金属保護体（支持体を構成）
５：ドライバＩＣ
６：ＴＩＡ
７、７１：電子デバイス
８、８１：実装基体（外部回路基板）
９：第２の金属保護体（支持体を構成）
１０：光アイソレータ
１１：ＤＦＢ−ＬＤ（端面発光型光半導体素子）
１２：電気端子
１３、１９：電気配線
１４：外部電極パッド（リード電極）
１６：素子搭載用基体配設面
１７：金属金具（支持体を構成）
１８：モニタＰＤ
２０：背面
３０：光モジュールの外部回路基板への実装面
３１：Ａｕリボン
３２：Ａｕワイヤ
４１：フェルール（光導波体を構成）
４２：光ファイバ（光導波体を構成）
Ａ：光モジュールアセンブリ
Ｍ１：光モジュール
Ｒ：受光モジュール（光モジュール）
Ｔ：発光モジュール（光モジュール）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリーペロー型レーザ（以下ＦＰ−ＬＤ）、分布帰還型レーザ（以下ＤＦＢ−ＬＤ）、分布反射型レーザ（以下ＤＢＲ−ＬＤ）等の端面発光型光半導体素子の実装に係る技術に関し、例えば、このような端面発光型光半導体素子とそれを作動させるための電子部品とを備え、広帯域で使用でき、小型でかつ信頼性よく組み立て可能な光モジュール及びこれを外部回路基板に実装した光モジュールアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、公衆通信や構内通信（ＬＡＮ）の分野において、大容量光ファイバ通信が広く普及し発展してきている。それにともない伝送速度が高速化され、光ファイバを用いた高速光伝送が必要とされ、従来から使用されてきた数キロメートル〜数百キロメートルといった距離の光伝送に加えて、超近距離（Ｖｅｒｙ Ｓｈｏｒｔ Ｒｅａｃｈ；ＶＳＲ）の光伝送や、ギガビットイーサネット（Ｒ）（ＧｂＥ）と呼ばれる用途の重要性が高まってきている。これらＶＳＲやＧｂＥの用途では、毎秒１０ギガビットの光伝送速度が必要とされつつあり、このような伝送では、不特定多数、多種多様な使用が想定され、従来と比較して大幅な装置の小型化や量産性の向上が産業上重要であると考えられている。
【０００３】
上記光通信システムでは、量産性に優れ、特性が安定でしかも高速光伝送可能な新しい光半導体デバイスとして、０．８５μｍ帯のＶＣＳＥＬと呼ばれる面型光発光素子が頻繁に用いられている。ところが、このＶＣＳＥＬでは、光出力が小さいという点で、主に５００ｍ程度の短距離の伝送に用いられている。
【０００４】
一方、５００ｍを超える比較的長距離の光伝送には、光ファイバの損失や分散の小さい１．５５μｍや１．３３μｍ帯のＦＰ−ＬＤ、ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤが広く一般に使用されている。
【０００５】
また、受光素子においては、従来と同じように高速光信号を電気変換するためＰＩＮ型ホトダイオード、さらには、アバランシェホトダイオード等の受光素子がＶＣＳＥＬやＦＰ−ＬＤ、ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤのモニター用受光素子として使用されている。
【０００６】
発明者らは、ＶＣＳＥＬを配設しこれに通電するための配線を形成した基体に、面型光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成り、基体の面型光半導体素子の配設面とその背面とを除く面を、面型光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線と前記基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにした光モジュールを既に提案している（特許文献１を参照）。この提案は、光モジュールを単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行えるというものである。
【０００７】
ギガビットイーサネット（Ｒ）が用いられるＬＡＮ等においては、例えば送信機と受信機が１つにパッケージング搭載された光トランシーバの形態が一般的であり、大きさも規格化されている（特許文献２を参照）。
【０００８】
近年では、装置全体を小型化するために、光トランシーバの小型化が進められて、従来の約半分の大きさであるＳＦＦ（Ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ）とよばれる形態に変わってきた。
【０００９】
一般に、これら光半導体素子は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージと呼ばれる金属筐体とリードピンで形成された円筒筐体内に収容され光モジュール化され、光モジュールを制御するための電子回路が搭載される電子回路基板に実装固定されて使用されている。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００２−２０４６８２号
【特許文献２】
特開２０００−２１４３５１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＴＯ−ＣＡＮパッケージを用いた光モジュールでは、パッケージのリードピンで電子回路が搭載される電子回路基板に実装を行う際に、パッケージと電子回路基板との間において、リードピンが空中配線されるので、配線の特性インピーダンスの不連続が大きく生じ高周波特性の劣化を招く。
【００１２】
この問題を解決するために、リードピンが空気中にさらされないように、リードピンを極力短くして電子回路基板に実装することも考えられるが、短いリードピンのみで長期間にわたり光モジュールを支持し、長期間信頼性を確保することは困難である上に、リードピン長さのばらつきや光モジュールの実装固定時におけるはんだ量のばらつきにより、高周波特性が安定せず、量産性に乏しい。また、ＴＯ−ＣＡＮパッケージは例えばφ５．６ミリメートルのようにサイズが規格化されているため、これ以上の小型化は困難である。
【００１３】
さらに、リードピンはパッケージの中心から同心円上に配置されているので、電子回路基板に実装するためには、リードピンの途中でピンを折り曲げ、電子回路基板に穴をあけてリードピンを挿入しはんだづけを行うといった、電子部品実装プロセスには向かない量産性に乏しい構造であった。
【００１４】
そこで、本発明は、上述の諸問題に鑑み提案されたものであり、特に端面発光型の光半導体素子の実装に適し、しかも量産性に優れ、小型で高周波特性にも優れ信頼性の高い光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光モジュールは、端面発光型の光半導体素子を配設した素子搭載用基体と、前記光半導体素子に通電するための配線とを設けたベース基体に、前記光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るとともに、前記ベース基体の前記素子搭載用基体の配設面とその背面とを除く面を、前記光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、該外部回路基板に形成された外部配線と前記ベース基体に形成した配線とを電気的に接続可能としたことを特徴とする。
【００１６】
また特に、前記素子搭載用基体は、金属で構成するとともに、前記外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能な前記ベース基体中に形成された内部配線に電気的に接続され、且つ前記光半導体素子に通電するための電極が設けられていることとする。
【００１７】
また特に、前記素子搭載用基体は、セラミックスで構成するとともに、前記端面発光型光半導体素子が搭載される面に前記光半導体素子に通電するための電気配線が形成され、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体が設けられていることとする。
【００１８】
また特に、前記ベース基体に、前記光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けたこととする。
【００１９】
また特に、前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルールとを備えていることとする。
【００２０】
さらに特に、前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルール、前記光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、及び、前記光半導体素子から発光された光信号を、前記光アイソレータを透過させて前記光ファイバに光結合するためのレンズを備えていることとする
そして、上述した光モジュールが、前記外部回路基板にはんだを介して実装されていることを特徴とする光モジュールアセンブリとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る光モジュールＭ１の斜視図、図２は光モジュールＭ１の分解斜視図、図３は本発明に係る光モジュールＭ１を構成するベース基体部分の様子を示す斜視図、図４は図３の分解斜視図、図５は本発明に係る光モジュールＭ１を構成する別のベース基体部分の様子を示す斜視図、図６は本発明に係る光モジュールＭ１を構成する素子搭載用基体の斜視図、図７は図５の分解斜視図である。
【００２３】
図１〜図７に示すように、本発明の光モジュールＭ１は、端面発光型の光半導体素子を設けた素子搭載用基体２を配設し、光半導体素子に通電するための配線を形成したベース基体１に、光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るものであって、ベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６とその背面とを除く面である例えば面３０を、光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板（後記する実装基体８）に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体１に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたものである。
【００２４】
ここで、素子搭載用基体２は金属で構成し、前記外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能なベース基体１中に形成された内部配線に電気的に接続し、且つ光半導体素子に通電するための電極を設けたものとしてもよいし、素子搭載用基体２は、セラミックスで構成するとともに、光半導体素子が搭載される面に光半導体素子に通電するための電気配線を形成し、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体を設けたものとしてもよい。
【００２５】
また、ベース基体１に、光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けてもよい。光導波体は、単に光ファイバ４２と光ファイバ４２を保持するフェルール４１とを備えたものでもよいし、光ファイバ４２と該光ファイバ４２を保持するフェルール４１、光ファイバ４２からの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ１０、及び、光半導体素子から発光された光信号を、光アイソレータ１０を透過させて光ファイバ４２に光結合するためのレンズ３４を備えたものでもよい。
【００２６】
また、図８〜図９に示すように、上記のようにして成る光モジュールＭ１が、外部回路基板（実装基体８）にはんだを介して実装されて光モジュールアセンブリＡを構成する。
【００２７】
すなわち、本発明の光モジュールＭ１は、端面発光型の光半導体素子である例えばＤＦＢ−ＬＤ１１を配設するための素子搭載用基体２と、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための配線を形成したベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６側に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続する光導波体（例えば、主に光ファイバ４２とこれを収容するフェルール４１、光アイソレータ１０、レンズ３４で構成）を取り付けて成るものである。そして、ベース基体１の素子搭載用基体２の配設面１６とその背面２０とを除く面（例えば、背面２０側を切り欠いて形成して得られた壁面である面３０やベース基体１における側面）を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体１に形成した配線とを電気的に接続できるようにしている。
【００２８】
また、ベース基体１の内部には、ＤＦＢ−ＬＤ１１と前記外部回路基板に形成された外部配線とを電気的に接続可能とする不図示の内部配線を形成している。さらに、ベース基体１は、ＤＦＢ−ＬＤ１１を配設した素子搭載用基体２の配設面１６を囲むように、前記光導波体を堅固に包囲して支持するための金属から成る支持体、すなわち、例えば金属金具１７、レンズ金具３、第１の金属保護体４、及び第２の金属保護体９を設けている。
【００２９】
ここで、図示ではベース基体１の前記外部回路基板に固定する面３０（光モジュールの外部回路基板への実装面）に、リード電極１４を設けているが、これらリード電極１４の代わりに、グリッド状の複数の端子電極から成る端子電極群を、少なくとも３つの領域に形成してもよいし、この際に前記端子電極群は光導波体の光軸方向に沿って形成するとよい。
【００３０】
光モジュールＭ１は、具体的には図１及び図２に示すように、ＤＦＢ−ＬＤ１１を光半導体素子実装用基体である素子搭載用基体の一主面２ａ上に配置し、この素子搭載用基体２を光部品実装用基体であるベース基体１の一主面１３に配置させ、ＤＦＢ−ＬＤ１１を囲い環状をなす金属から成るレンズ金具３を配設して、このレンズ金具３の上部開口に、球面状に形成されたレンズ３４が配設してなり、そしてレンズ金具３上にレンズの上方を覆うようにして、円筒状で鍔部４ａが一端側に形成された第１の金属保護体４を、鍔部４ａがベース基体１側になるように配設する。
【００３１】
さらに、第１の金属保護体４と同様にして、円筒状の金属保護体９内に、ＤＦＢ−ＬＤ１１に光接続させる光ファイバ４２が内部配置された円柱状のフェルール４１を収容して、ベース基体１側のフェルール４１の端部には、光ファイバ４２中を伝播してきた反射戻り光を取り除くための光アイソレータ１０が透明接着剤にて接着配置され、この第２の金属保護体９を第１の金属保護体４内に収容して構成されている。
【００３２】
このように、第１及び第２の金属保護体４，９において鍔部４ａ，９ａを備えることにより、不図示の光コネクタレセプタクルを嵌合できるようにしている。
【００３３】
光アイソレータ１０は、不図示の偏光子、ファラデー回転子、偏光子の３つの光学素子を透明接着剤等にて貼り合わせたものをドーナツ型磁石内に収容してなり、光アイソレータ１０が配置されるフェルール端面及び光ファイバ端面は、光アイソレータ１０の端面での反射光がＤＦＢ−ＬＤ１１に戻るのを防ぐために、光ファイバ４２の光軸に直交する面に対して４度〜８度の範囲で斜め研磨されている。
【００３４】
図３及び図４に示すように、ベース基体１は、ＤＦＢ−ＬＤ１１が配設される素子搭載用基体２の配設面１６に、ＤＦＢ−ＬＤ１１へ電気信号を伝達するための電極端子１２及び電極パターン１３が形成されている。また、これら電極端子１２及び電極パターン１３は、ベース基体１の内部に形成された不図示の内部配線のビア導体により電気的に接続されている。さらに、ベース基体１を外部回路基板に設ける際に下面側となる面３０に、外部へ電気接続するためのリード電極１４が設けられ、これらリード電極１４のそれぞれに接続されている。
【００３５】
電極端子１２、電極パターン１３、不図示のビア導体、及び不図示の内部導体パターン等は、１０Ｇｂｐｓの電気信号が伝送するための高周波線路であり、特に電極端子１２、及び電極パターン１３は、２５Ωもしくは５０Ω等にインピーダンス整合されたコプレーナ電気配線であり、リード電極１４は、グランド電極、シグナル電極、グランド電極の３つの電極が配列化されたグリッドアレイ化されたコプレーナ電極であることが好適であり、これにより１０ＧＢｐｓの高速伝送が可能となる。
【００３６】
さらに、リード電極１４は、図示されているように板状とするのではなく、はんだボールを付加したボール状のグリッドアレイとすることにより、光モジュールＭ１を外部回路基板へ実装する際の利便性が向上する。
【００３７】
また、ベース基体２の素子搭載用基体配設面１６には、ＤＦＢ−ＬＤ１１からの後方放射光を監視するための監視用フォトダイオード１８（以下、モニタＰＤという）と、このモニタＰＤ１８に通電するための電極パターン１３、１９をベース基体１に形成し、不図示のビア導体、及び内部配線にてリード電極１４へ電気接続することにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１の発光強度状況を監視することができるので好適である。
【００３８】
なお、電極パターン１３は、ＤＦＢ−ＬＤ１１とモニタＰＤとでグランド共通のコモン電極構造とするが、コモン電極構造とせず、別々に配線してもなんら問題ない。また、ＤＦＢ−ＬＤ１１のモニタＰＤ１８側の後方発光端面は、素子搭載用基体２に、モニタＰＤ１８の受光面光軸に対して８度以内の角度で斜めに実装されると、モニタＰＤ１８の受光面で反射した光が再びＤＦＢ−ＬＤ１１に入射することを防ぐことが可能なため好適である。
【００３９】
素子搭載用基体２は、例えばＣｕとＷとから成る合金、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ合金であるコバールの表面にＡｕ、Ｎｉ等のメッキを施した金属部品で構成され、ベース基体１の電極パターン１３上にろうづけにて接合されて成る。
【００４０】
また、ベース基体１はアルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス材料を積層構造とした多層配線構造としており、電極端子１２はコバール等の金属電極にＡｕ、Ｎｉ等及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を形成し、同じくＡｕ、Ｎｉ等及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を形成した電極パターン１３に、Ａｇ等が含まれたろう材にてろうづけされて成り、不図示の内部導体パターンは、Ａｕ、Ｎｉ、及びＷ等のいずれかを少なくとも含む導体厚膜を印刷等で形成したり、Ｃｕ等のメタライズから成り、不図示のビア導体はＷ等から成る。
【００４１】
また、金属金具１７はコバール等から成り、これをベース基体にろうづけする。さらに、この上にコバールやステンレス等から成るレンズを設けた金属環状体のレンズ金具３を、ＤＦＢ−ＬＤ１１を実装した後に、金属金具１７に対してシーム溶接等により容易に気密封止構造としている。これにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１を長寿命に保護することができる。
【００４２】
ＤＦＢ−ＬＤ１１には、不図示の活性層上部の上表面及び下表面に電気信号を印加するために下層／上層でＴｉ／Ｐｔ／Ａｕメタル等から成る電極が形成されている。
【００４３】
ＤＦＢ−ＬＤ１１は、素子搭載用基体２の光半導体素子配設面２ａに活性層側を上面にＡｕＳｎはんだ等にて実装される。ＤＦＢ−ＬＤ１１の活性層側上表面電極は、Ａｕ等のリボン電極３１を介してベース基体１の電極端子１２に接続される。ＤＦＢ−ＬＤ１１の基板側下表面電極は、素子搭載用基体２上にＡｕ、Ｎｉ等のメタライズを施し、ベース基体１のグランド電極である１３と接合されたグランド電極とすることにより、これにより、ベース基体１のリード電極１４に電気信号を入力することで活性層から光信号を発生させることができる。また、第１の金属保護体４はコバールやステンレスで構成されている。
【００４４】
なお、この実施形態では、ＤＦＢ−ＬＤ１１の発光モジュールについて説明をしたが、その他のＦＰ−ＬＤやＤＢＲ−ＬＤ等の端面発光型光半導体素子にも適用でき、反射戻り光の影響が少ないＦＰ−ＬＤを用いた場合には、光アイソレータを排除することで容易に実施できる。またＰＩＮホトダイオードやアバランシェホトダイオード等の面型受光用半導体素子を、素子搭載用基体２を用いずにモニタＰＤ１８を実装するように、ベース基体１の素子搭載用基体配設面１６上に直接実装することにより、受光モジュールとして機能させることも同様にできる。
【００４５】
また、例えば図５に示すように、素子搭載用基体はアルミナ、窒化アルミニウム等から成るセラミック素子搭載用基体２０１に、電極パターン２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄを配設したコプレーナ電極とし、２０１ｃには窒化タンタル等で構成される薄膜型抵抗体２０１ｅを設置する構成としてもよく、これにより、容易にインピーダンス整合を得ることが可能となり好適である。端面発光型の光半導体素子の場合、光半導体素子自体のもつインピーダンスが、電気配線線路の持つインピーダンスより小さいため、上記構成によれば、光半導体素子近傍にインピーダンス整合のための抵抗体を配設することが可能となったので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送の点で好適である。
【００４６】
図５〜図７に図示するように、上記セラミック素子搭載用基体２０１を用いる場合、ベース基体１上の素子搭載用基体配設面１６ａ上に形成されたグランド電極である電極パターン１３ａに、ＤＦＢ−ＬＤ１１のグランド電極が実装される電極パターン２０１ａと電気的に接続される電極パターン２０１ｂとが接合され、ＤＦＢ−ＬＤの活性層側電極はＡｕリボン３１ａにてセラミック素子搭載用基体２０１上の電極パターン２０１ｃに電気接続される。電極パターン２０１ｃには、前記したとおり薄膜型終端抵抗体２０１ｅが形成されており、電極パターン２０１ｄとベース基体上電極パターン１２ａとが接合されて成ることにより、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電することができる。電極パターン２０１ｂと電極パターン１３ａ、電極パターン２０１ｄと電極パターン１２ａは、表面にＡｕのメタライズ層を形成し、Ａｕ−Ｓｎ等の高温はんだにて接合するか、ろうづけ接合すると好適である。
【００４７】
かくして、光モジュールＭ１によれば、ＤＦＢ−ＬＤ１１を配設した素子搭載用基体２（または２０１）をベース基体１に配設し、ＤＦＢ−ＬＤ１１と光接続する光導波体を取り付けてなり、ベース基体１の素子搭載用基体２（または２０１）の配設面とその背面２０とを除く面を、ＤＦＢ−ＬＤ１１に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線とベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたので、単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行える。
【００４８】
また、ベース基体１中に、ＤＦＢ−ＬＤ１１と外部回路基板に形成された外部配線とを電気的に接続可能とする内部配線を施したので、電気配線を短尺化することが可能となり、電気伝送損失の低減がはかられ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる。
【００４９】
また、素子搭載用基体に、電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体を配設したため、電気伝送損失の低減を図ることができ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる。
【００５０】
また、ベース基体１の素子搭載用基体を配設した面に、光導波体（光ファイバとこれを収容したフェルール、光アイソレータ、レンズ）を堅固に包囲して支持するための金属から成る支持体（金属金具、金属環状体、第１の金属保護体、第２の金属保護体）を設けたので、光導波体を金属溶接するこことが可能となり、容易に高信頼かつ高効率光結合特性が得られる構造とすることができ、長期にわたり安定した発光特性が得られる。
【００５１】
特に端面発光型の光半導体素子の場合、反射戻り光に大きく影響を受け、発光特性変動を生じやすいが、光アイソレータにて反射戻り光を大幅に抑制できる構造としたので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送においても、符号誤り率（ビットエラーレート）を小さくすることが可能で、長距離光伝送システムにおいては好適である。
【００５２】
また、素子搭載用基体の外部回路基板に固定する面に、リード電極１４やグリッド状に配置した複数の端子電極から成る端子電極群を、少なくとも３つの領域に形成することにより、グランド、シグナル、グランドのコプレーナ高周波電極構造とすることができ、１０ＧＢｐｓを超える高速光伝送特性を容易に得られる。さらに、前記リード電極や端子電極群を光導波体の光軸方向に沿って形成することにより、光モジュールを実装するための外部回路基板面と光信号を発光する位置を同一面とすることができ、小型で低背な光モジュールが得られる。
【００５３】
また、前記光導波体は、光ファイバとそれを保持するフェルールから成ることにより、光コネクタで着脱・接続するレセプタクル構造を容易に得ることができ光モジュールの操作性に優れる。
【００５４】
次に、本発明に係る光モジュールアセンブリについて説明する。上述のように構成した光モジュールＭ１を、図８に示すように、外部回路基板である実装基体８にはんだを介して実装することにより、小型・低背の光モジュールアセンブリＡを構成することができる。なお、図中６は、電気信号を増幅、波形成形するためのＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）であり、７はコンデンサや抵抗等の付加電子デバイスである。
【００５５】
また、光モジュールＭ１と実装基体８との間に隙間２１（空間）を形成させることにより、この隙間２１に絶縁層を形成させてインピーダンス整合を行なわせることが不要となる。
【００５６】
次に、光モジュールアセンブリの応用例について説明する。図９に示すように、外部回路基板である実装基体８の一端側に、端面発光型の光半導体素子としてＤＦＢ−ＬＤが搭載され上述のように構成された発光モジュールＴと、面型光半導体素子としてＰＩＮホトダイオードが搭載され上述のように構成された受光モジュールＲとを搭載し、さらに、実装基体８上には、発光モジュールＴを駆動するためのドライバＩＣ５、受光モジュールＲから得られた電気信号を増幅、波形成形するためのＴＩＡ６、及びコンデンサや抵抗等の付加電子デバイス７などを実装している。
【００５７】
このように、発光モジュールＴ及び受光モジュールＲの光軸と平行な位置に電極を配設した構造とすることにより、実装基体の実装電極に予めクリームはんだ等のはんだを塗布し、発光モジュールＴ及び受光モジュールＲと、ドライバＩＣ５、ＴＩＡ６、付加電子デバイス７等を配置させることが可能となり、２６０℃程度のはんだリフロー工程を容易に実施することができ、一括にて実装固定された光モジュールアセンブリを完成させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態の光モジュールアセンブリによれば、光モジュールを外部回路基板に付加電子回路とともに、はんだリフロー等により自動化された一括したアセンブルを行うことができ、量産性に優れ、結果的に安価な光モジュールアセンブリを提供することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の光モジュール及び光モジュールアセンブリによれば、以下に示す顕著な効果を奏することができる。
【００６０】
請求項１の光モジュールによれば、端面発光型の光半導体素子を配設した素子搭載用基体と、前記光半導体素子に通電するための配線とを設けたベース基体に、前記光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るとともに、前記ベース基体の前記素子搭載用基体の配設面とその背面とを除く面を、前記光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、該外部回路基板に形成された外部配線と前記ベース基体に形成した配線とを電気的に接続できるようにしたので、単純な構成とすることができ、組み立てが簡便となり、しかも良好な光接続を効率よく行える。
【００６１】
請求項２の光モジュールによれば、素子搭載用基体は、金属で構成するとともに、外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能な前記ベース基体中に形成された内部配線に電気的に接続され、且つ前記光半導体素子に通電するための電極が設けた。また、請求項３に記載の光モジュールによれば、前記素子搭載用基体は、セラミックスで構成するとともに、前記光半導体素子が搭載される面に前記光半導体素子に通電するための電気配線が形成され、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体が設けられていることを特徴とする。これらの構成により、電気配線を短尺化することが可能となり電気伝送損失の低減がはかられ、高出力かつ高速伝送可能な光信号の発光が得られる優れた光モジュールを提供できる。
【００６２】
特に請求項３の構成によれば、端面発光型の光半導体素子の場合、光半導体素子自体のもつインピーダンスが、電気配線線路の持つインピーダンスより小さいため、上記構成によれば、光半導体素子近傍にインピーダンス整合のための抵抗体を配設することが可能となるので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送の点で好適である。
【００６３】
請求項４の光モジュールによれば、ベース基体に、光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けたので、光導波体を金属溶接するこことが可能となり、容易に高信頼かつ高効率光結合特性が得られる構造とすることができ、長期にわたり安定した発光特性が得られる光モジュールを提供できる。
【００６４】
請求項５の光モジュールによれば、光導波体は、光ファイバとそれを保持するフェルールから成ることにより、光コネクタで着脱・接続するレセプタクル構造を容易に得ることができ操作性に優れた光モジュールを提供できる。
【００６５】
請求項６の光モジュールによれば、光導波体は、光ファイバと光ファイバを保持するフェルール、光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、端面発光型光半導体素子から発光された光信号を、光アイソレータを透光し光ファイバに光結合するためのレンズから構成されて成ることにより、高効率で光導波体に光信号を入力することができるとともに、反射戻り光が端面発光型光半導体素子に再入力された際に生じる発光強度の変動、発光波長の変動を抑制することができ、波長安定性に優れ、高出力かつ高速伝送可能で安定した光信号の発光が得られる。
【００６６】
上記の効果は、特に端面発光型の光半導体素子の場合、反射戻り光に大きく影響を受け、発光特性変動を生じやすいが、光アイソレータにて反射戻り光を大幅に抑制できる構造としたので、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光伝送においても、符号誤り率（ビットエラーレート）を小さくすることが可能で、長距離光伝送システムにおいては好適である。
【００６７】
請求項７の光モジュールアセンブリによれば、光モジュールを前記外部回路基板に付加電子回路とともに、はんだリフロー等により自動化された一括したアセンブルを行うことができ、量産性に優れ、結果的に安価な光モジュールアセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図２】図１における光モジュールの分解斜視図である。
【図３】図１における光モジュールを構成するベース基体部分における実装構造等を説明するための斜視図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】本発明に係る光モジュールの素子搭載用基体を説明するための斜視図
【図６】本発明に係る光モジュールを構成するベース基体部分における実装構造等を説明するための斜視図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】本発明に係る光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図９】本発明に係る光モジュールアセンブリの実施形態を模式的に説明する側面図である。
【符号の説明】
１：ベース基体
２：素子搭載用基体
３：レンズ
４：第１の金属保護体（支持体を構成）
５：ドライバＩＣ
６：ＴＩＡ
７、７１：電子デバイス
８、８１：実装基体（外部回路基板）
９：第２の金属保護体（支持体を構成）
１０：光アイソレータ
１１：ＤＦＢ−ＬＤ（端面発光型光半導体素子）
１２：電気端子
１３、１９：電気配線
１４：外部電極パッド（リード電極）
１６：素子搭載用基体配設面
１７：金属金具（支持体を構成）
１８：モニタＰＤ
２０：背面
３０：光モジュールの外部回路基板への実装面
３１：Ａｕリボン
３２：Ａｕワイヤ
４１：フェルール（光導波体を構成）
４２：光ファイバ（光導波体を構成）
Ａ：光モジュールアセンブリ
Ｍ１：光モジュール
Ｒ：受光モジュール（光モジュール）
Ｔ：発光モジュール（光モジュール）
Claims (7)
- 端面発光型の光半導体素子を配設した素子搭載用基体と、前記光半導体素子に通電するための配線とを設けたベース基体に、前記光半導体素子に光接続する光導波体を取り付けて成るとともに、前記ベース基体の前記素子搭載用基体の配設面とその背面とを除く面を、前記光半導体素子に通電するための外部配線が形成された外部回路基板に固定し、該外部回路基板に形成された外部配線と前記ベース基体に形成した配線とを電気的に接続可能としたことを特徴とする光モジュール。
- 前記素子搭載用基体は、金属で構成するとともに、前記外部回路基板に形成された外部配線に電気的に接続可能な前記ベース基体中に形成された内部配線に電気的に接続され、且つ前記光半導体素子に通電するための電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 前記素子搭載用基体は、セラミックスで構成するとともに、前記光半導体素子が搭載される面に前記光半導体素子に通電するための電気配線が形成され、且つ少なくとも前記電気配線のインピーダンス整合を行うための抵抗体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 前記ベース基体に、前記光導波体を包囲して支持するための金属から成る支持体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルールとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルール、前記光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、及び、前記光半導体素子から発光された光信号を、前記光アイソレータを透過させて前記光ファイバに光結合するためのレンズを備えていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
- 請求項１乃至６に記載の光モジュールが、前記外部回路基板にはんだを介して実装されていることを特徴とする光モジュールアセンブリ。
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| JP2002307529A JP2004146468A (ja) | 2002-10-22 | 2002-10-22 | 光モジュール及びそれを用いた光モジュールアセンブリ |
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| JP2006024623A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Hitachi Ltd | 光モジュール |
| WO2006075544A1 (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-20 | Rohm Co., Ltd. | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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2002
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