JP2005286305A - 光半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ステム10aの貫通孔に封止材で固着されたリード端子10cを有するレーザダイオードのキャンパッケージ10とポリイミド膜の表面上に伝送線路12aを形成したフレキシブル基板12とを有し、キャンパッケージ10のリード端子10cとフレキシブル基板12の伝送線路12aの一端とを半田12bを用いて接続したレーダデバイスにおいて、伝送線路10cとリード端子10cとの接続点近傍に、伝送線路12aのインピーダンスとリード端子10cのインピーダンスとを整合するための抵抗12cを備えたものである。
【選択図】 図1
Description
光デバイスの多くは、コストを安価に保つために胴軸形状をした安価なキャン(CAN)パッケージが用いられている。キャンパッケージの胴体はステムと呼ばれ、そのステムには電気信号を伝播するための棒状のリード端子が数本設けられている。キャンパッケージを用いた光デバイスは、このリード端子と光デバイスを駆動するための駆動用ICが配設された回路基板(ボード)とを半田付けにより接続して使用される。
一方、リード端子を短くしすぎると、キャンパッケージに外力が加わった場合、リードのたわみで吸収することが出来ずに、回路基板の半田付け部の応力が高くなって、場合によっては半田付けがはがれるなどの損傷が発生することがある。
この問題に対処するために、可撓性のある帯状の誘電体膜に伝送線路を設けたフレキシブル基板にキャンパッケージのリードを半田付けすることにより装着し、このフレキシブル基板を介してキャンパッケージを回路基板(ボード)に接続する方法が用いられてきた。この装着方法ではフレキシブル基板のたわみによりキャンパッケージに加わった外力を吸収することができる。
このようなフレキシブル基板を用いた光デバイスの公知例としては、フレキシブル基板にレーザパッケージを取り付けた構成が開示されている(例えば、非特許文献1、1頁〜4頁)。
フレキシブル基板は通常10mm程度の長さがあるため、上述のような高周波の反射が存在すると、フレキシブル基板はその両端を基点とする共振器のように働き、高周波の干渉が発生する。この結果、透過特性S21や反射特性S11の周波数特性を見ると数GHzピッチのうねりが発生する。このうねりによりフレキシブル基板を伝播する高周波信号の波形が歪むという問題点が発生する。
例えば、半導体レーザデバイスを例に取ると、通常フレキシブル基板とキャンパッケージとの間で生じる高周波の反射S11はフレキシブル基板と回路基板との間で生じる反射よりも大きい。これはキャンパッケージを構成するレーザダイオードの抵抗、ステムの容量、さらにはリード端子のインダクタンスなどを含むキャンパッケージ全体のインピーダンスが周波数によって複雑に変化するためである。
従って、直接変調を行う半導体レーザデバイスにおいては、フレキシブル基板を伝播する高周波の変調信号が透過特性S21や反射特性S11のうねりの影響を受けるために、半導体レーザの変調波形が歪んで、良好な高周波特性が得られないという問題点があった。
図1はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の斜視図、図2はこの発明の一実施の形態に係るキャンパッケージの内部を示す斜視図、図3はこの発明の一実施の形態に係るフレキシブル基板の表面から見た平面図、図4はこの発明の一実施の形態に係るフレキシブル基板の裏面から見た部分平面図、図5は図1の光半導体装置の等価回路図である。なお以下の各図において同じ符号は同一のものかまたは相当のものである。
図1において、光半導体パッケージとしてのキャンパッケージ10は、基体としてのステム10a上に配設されたレーザダイオード等の要素を保護するキャップ10bで封止されている。ステム10aにはキャップ10bの内部とステム10aの外部である裏面側とを接続する電極端子としてのリード端子10cが固着されている。
キャンパッケージ10のリード端子10cには、可撓性基板としてのフレキシブル基板12が装着され、フレキシブル基板12の伝送線路12aとリード端子10cは半田12bで電気的に接続されている。伝送線路12aとリード端子10cとの接続点近傍においてフレキシブル基板12の伝送線路12a間にインピーダンス整合手段としての抵抗12cが配設されている。
図2において、キャップ10bを除去した状態のキャンパッケージ10が示されている。ここに示されたキャンパーケージ10は一例で、リード端子10cが2本の場合であるが、さらに多くの本数のリード端子10cが配設されている場合もある。
ステム10aは金属製、例えば直径が3〜10mm程度の鉄製の円板でリード端子10cが挿入される貫通孔10dがリード端子10cの個数に対応して、2〜3個穿孔されている。リード端子10cはガラス製のハーメチック10eによりステム10aに固着される。またこのハーメチックにより貫通孔10dとリード端子10cとの隙間が封止されている。
リード端子10cは通常の突出長さよりも短く切られてステム10aの裏面から突出している。ただステム10aとリード端子10cとが電気的に導通しても良い場合には、リード端子10cがステム10aに溶接により固着されるので、この場合には貫通孔10dの数はリード端子10cの数より少なくなる。
レーザダイオード10hはワイヤ10iによりステム10aの表面側でリード端子10cと接続され、高周波のRF信号が供給される。
ステム10aの表面側にあるリード端子10cの突出部、ワイヤ10i、マウント10f、サブマウント10g、およびレーザダイオード10hは金属製のキャップ10bにより覆われ、このキャップ10bとステム10aの表面とはハーメチックで封止される。
キャップ10bの頂部はガラス製の窓(図示せず)が設けられており、この窓からレーザ光が射出される。
図3のフレキシブル基板12は、誘電体膜としてのポリイミド膜12dの表面上に信号伝送線としての伝送線路12aが形成されている。ポリイミド膜12dの長さは10mm、幅が5mm程度の形状をしている。伝送線路12aは、例えば2本のCu薄膜で形成されている線路であり、50Ωの特性インピーダンスを有し、ポリイミド膜12dの長手方向に平行に形成されている。
伝送線路12aの一端に設けられた貫通孔12eの近接し、例えばタングステンニッケル合金の薄膜からなる抵抗12cが形成されている。この抵抗12cはポリイミド膜12d上に形成され、2本の伝送線路間にシャント接続されている。この抵抗12cはフレキシブル基板12の貫通孔12e近傍における伝送線路12aのインピーダンスと貫通孔12eに挿入されるステム10aの裏面側におけるリード端子10cのインピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合手段の一つである。
この伝送線路12aと並列に配設された抵抗12cの抵抗値Rは、伝送線路12aのインピーダンスZin(通常は50Ωである。)と高周波におけるキャンパッケージのステム10aの裏面側におけるリード端子10cのインピーダンスの最大値Zmaxに比較してあまり小さくしない方がレーザダイオード10hの周波数応答帯域が劣化しないので好ましい。
その一方で、抵抗12cの抵抗値RがインピーダンスZinやリード端子10cのインピーダンスの最大値Zmaxより一桁以上大きくなると反射特性S11の改善効果が小さくなる。
貫通孔12eが設けられている伝送線路12aの一端とは異なるもう一方の端部には、フレキシブル基板12が回路基板14に接続される際に、回路基板14の回路基板伝送線路14aと接続するための接続箇所としてのランド12fが設けられている。フレキシブル基板12が回路基板14に接続される際には半田を用いて、ランド12fと回路基板伝送線路14aとが電気的に接続される。
図4に示されるように、フレキシブル基板12の裏面側は、ポリイミド膜12d全面に金属膜12gが配設され、接地される。この金属膜12gは、リード端子10cと伝送線路12aとが半田12bにより接続される際に、半田12bと金属膜12gとが短絡しないように、貫通孔12eの周りは同心円状に形成されず残されて、ポリイミド膜12dが露呈されている。
つまりレーザダイオード10が差動駆動される場合は、概ねレーザダイオード10hのアノードおよびカソードのそれぞれが、個別の伝送線路12aと接続されており、かつレーザダイオード10hのアノードおよびカソードのいずれともキャンパッケージ10のステム10aと電気的に接続されていない状態になっている。
ただ1本の伝送線路12aと金属膜12gとの間で高周波信号が供給される場合には、フレキシブル基板12の裏面側に配設された金属膜12gが必要とされる。
また図1や図2に示されたリード端子10cはステム10aの裏面から突出しているが、リード端子10cがステム10aの裏面から突出せずに、単にステム10aの裏面に露呈しているだけの場合もある。この場合は、フレキシブル基板12の貫通孔12は不要となり、リード端子10cとフレキシブル基板12の伝送線路12aとを直接に接触させて、熱圧着によりまたは半田により接続させる。
図5に示されるレーザデバイス16に係る等価回路図において示されるように、この実施の形態1に係るレーザデバイス16は、キャンパッケージ10とこのキャンパッケージ10に接続されたフレキシブル基板12とから構成されている。
この等価回路図において接続点Aは回路基板14とフレキシブル基板12とを接続する接続点を示し、接続点Bはフレキシブル基板12とキャンパッケージ10のステム10aの外側におけるリード端子10cとを接続する接続点を示している。
図5に示されるように、回路基板14に配設されたキャンパッケージ10を駆動するための駆動回路(図示せず)から接続点Aを介してフレキシブル基板12の伝送線路12aにレーザダイオード10hを直接変調するための、例えば1V程度の高周波信号が伝播される。このレーザデバイス16においては2本の伝送線路12aに正・逆相を有する矩形波の高周波信号が印加され差動によるレーザ駆動が行われる。この高周波信号は接続点Bを介してキャンパッケージ10のリード端子10cに伝播され、ワイヤ10iを介してレーザダイオード10hのアノードとカソードとの間に電圧が印加され、高周波信号に応じてレーザが発光する。
高周波信号が回路基板14とフレキシブル基板12との接続点Aや、フレキシブル基板12とキャンパッケージ10との接続点Bにおいて高周波信号の反射が生じる。接続点Aにおける反射は、接続点Aにおける回路基板14の伝送線路14aのインピーダンスとフレキシブル基板12の伝送線路12aのインピーダンスとが比較的近いのでそれほど大きな反射は生じない。
しかしながら、接続点Bにおいては、フレキシブル基板12の伝送線路12aのインピーダンスは特性インピーダンスに近い値を有するのに対して、キャンパッケージ10のリード端子10cはガラスのハーメチック10eを介してステム10aと固着されているためにインピーダンスが小さくなる。またレーザダイオード10iの抵抗、ステム10aの容量、やリード10cのインダクタンスなどからなるキャンパッケージ10の総体的なインピーダンスが周波数により複雑に変化する。このために接続点Bにおいては、インピーダンスが整合されず高周波信号に大きな反射が生じる。
高周波信号の反射が少なくなるために、高周波の反射に起因しフレキシブル基板が共振器として働くことによって発生する高周波の干渉が抑制される。この結果、透過特性S21や反射特性S11の周波数特性に発生する数GHzピッチのうねりが小さくなり、このうねりにより生じるフレキシブル基板を伝播する高周波信号の波形の歪みが小さくなる。延いてはレーザ発振の変調信号の波形の歪みが小さくなり、レーザデバイス16は良好な高周波特性を有することになる。
図6において、周波数を10MHzから20MHzまで変化させると、キャンパッケージ10のインピーダンスは点a、点b、点c、点d、点b、点e、点fと変化し、スミスチャートの中心である50Ωを中心に、円を描く。点aは10MHzのインピーダンス、点cは7GHzのインピーダンス、点dは12〜13GHzのインピーダンス、点fは20GHzのインピーダンスである。7GHz付近においてインピーダンスは75Ωと高くなり、この周波数で反射特性S11が悪化する。従ってこの実施の形態に係るレーザデバイス16の様にキャンパッケージ10とフレキシブル基板12との接続点である接続点B近傍の伝送線路12a間に並列に抵抗12cを挿入し、インピーダンスが高くなることを抑制すれば、高周波の反射が少なくなる。
例えば、フレキシブル基板12の伝送線路の特性インピーダンスを50Ωとし、2本のリード端子10cを介してレーザダイオード10hに正・逆相の高周波信号が供給される場合である差動で駆動される場合において、抵抗12cの抵抗値を250Ωとした場合の反射特性S11および透過特性S21の周波数特性が、図7に示されるものである。
図7において、この実施の形態1に係るレーザデバイス16の反射特性S11が曲線a1で、また透過特性S21がb1である。比較のために従来構成のレーザデバイス、即ち抵抗12cが配設されていない場合の反射特性S11が曲線a2で、また透過特性S21がb2である。
従来構造のS11(曲線a2)が7GHzでは−4.5dB程度まで劣化しているのに対して、抵抗12cが配設されたレーザデバイス16の反射特性S11(曲線a1)は7GHz近傍で3dB改善されており、さらに9GHzでのレーザデバイス16の透過特性S21を示す曲線b1の盛り上がりは従来構造のレーザデバイスの透過特性S21を示す曲線b2の盛り上がりに比べて減少し、改善されている。その結果、10GHz以下の周波数領域におけるS21の曲線b1は曲線b2と比較してより平滑な減衰曲線を示している。
図8はこの発明の一実施の形態の変形例に係る光半導体装置の斜視図である。
図1においては示されたレーザデバイスは、抵抗12cがフレキシブル基板12のポリイミド膜12d上にタングステンニッケル合金の薄膜からなる抵抗12cが形成された例を示したが、図8においてはチップ抵抗12cが伝送線路12a間に配設されたものであり、薄膜からなる抵抗12cと同様な効果を奏する。
図9はこの発明の一実施の形態の他の変形例に係る光半導体装置の斜視図である。また図10は図9の変形例の一部の詳細を示す一部透視平面図である。
図9に示すように、フレキシブル基板12に直接抵抗を接続するのが困難な場合には、抵抗接続部品18を用いて抵抗12cを付加しても良い。
図10においては、絶縁板18aを透視して示し、絶縁板18aの裏面に配設された接続線路18bおよび薄膜抵抗12cを可視できるように描いている。また接続線路18bおよび薄膜抵抗12cの斜線は断面を示すのではなく、接続線路18bおよび薄膜抵抗12cを明示的に示すために斜線を付けている。
このような構成をとることにより、フレキシブル基板12として従来の部品を使用しても、簡単な構成でリード端子10cと伝送線路12aの接続点近傍において、薄膜抵抗12cを配設することができ、レーザデバイス16の高周波特性を改良することができる。
以上の説明においては、抵抗12cはフレキシブル基板12上に配設されてきたが、フレキシブル基板12とキャンパッケージ10のリード端子10cとの接続点近傍であれば、キャンパッケージ10上などでも良い。図11においてはチップ抵抗12cをワイヤ20を介してキャンパッケージ10上に配設した構成である。この構成においても抵抗12cがフレキシブル基板12上に配設された場合と同様の効果を有する。
図13はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置のフレキシブル基板の変形例を示す平面図である。また図14は図13のフレキシブル基板を使用した光半導体装置の等価回路図である。
図13に示されたフレキシブル基板12においては、貫通孔12e近傍において伝送線路12aそれぞれと個別に一端が接続された薄膜抵抗12cがポリイミド膜12d上に配設されている。この薄膜抵抗12cの他端と接続されたアイランド12hをポリイミド膜12d上形成し、このアイランド12hに配設したビアホール12iを介して薄膜抵抗12cはポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gと接続され接地される。
また図14で示される等価回路図の構成を有するレーザデバイス16の一例として、薄膜抵抗12cに替えてチップ抵抗12cを使用し、このチップ抵抗12cを貫通孔12e近傍において伝送線路12aそれぞれと個別に一端が接続され、チップ抵抗12cの他端がアイランド12hと接続され、このアイランド12hに配設したビアホール12iを介してポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gと接続された構成としてもよい。
図13や図14に示されたフレキシブル基板12やレーザデバイス16では、接地端としてポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gを使用したが、キャンパッケージ10のステム10aを接地端としても良い。
図15はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の斜視図、図16は図15の光半導体装置の等価回路図である。
実施の形態1においては、フレキシブル基板12とキャンパッケージ10のリード端子10cとの接続点である接続点B近傍において、インピーダンス整合手段として抵抗12cを接続した例を説明した。
この実施の形態2のレーザデバイス25においては、抵抗12cに加えて、抵抗12cと直列に容量12jを接続して、抵抗12cと容量12jとをインピーダンス整合手段としたものである。他の構成は実施の形態1と同じである。またこの場合の抵抗12cは例えばチップ抵抗を、また容量12jは例えばチップキャパシタを使用している。
レーザダイオード10hにはしきい値電圧程度のバイアス電圧を印加するので、バイアス電圧に対応してフレキシブル基板12の伝送線路12aには直流のバイアス電流と高周波の信号電流(変調電流)とが同時に流れる。抵抗12cと直列に容量12jを接続すれば、容量12jがあるためにこの抵抗12cには直流成分は電流は流れないが、キャンパッケージ10のインピーダンスが高くなる7GHz程度の高周波信号の交流成分は抵抗12cに流れる。
その結果、直流成分が無駄に抵抗12cで消費されてしまうのを防止することができるとともに、高周波数の交流成分は抵抗12cに分流されるので、キャンパッケージ10のインピーダンスが高周波で高くなることに伴うキャンパッケージ10とフレキシブル基板12との接続点における高周波の交流成分の反射を抑えることが可能となり、高効率で変調特性のよいレーザデバイスを構成することができる。
図17は、図15および図16の構成において、抵抗12cの抵抗値を250Ω、容量12jの容量を2pFとした場合について計算されている。この計算においても、伝送線路12aのインピーダンスが50Ωで、2本のリード端子10cを介してレーザダイオード10hに正・逆相の高周波信号が供給される場合である差動で駆動されることは、実施の形態1の場合と同じである。
図17において、この実施の形態2に係るレーザデバイス25の反射特性S11が曲線a1で、また透過特性S21がb1である。比較のために従来構成のレーザデバイス、即ち抵抗12cおよび容量12jが配設されていない場合の反射特性S11が曲線a2で、また透過特性S21がb2である。
従来構造のS11(曲線a2)が7GHzでは−4.5dB程度まで劣化しているのに対して、抵抗12cおよび容量12jが配設されたレーザデバイス25の反射特性S11(曲線a1)は7GHz近傍で3.5dB改善されており、さらに9GHzでのレーザデバイス16の透過特性S21を示す曲線b1の盛り上がりは従来構造のレーザデバイスの透過特性S21を示す曲線b2の盛り上がりに比べて減少し、改善されている。
容量12jの容量としては10Gbpsの場合の使用を考慮した場合、0.5pF程度以上あれば、10GHz程度の高周波に対して有効であり、望ましくは1pF以上である。但し容量の値が大きくなりすぎると、群遅延が発生するので群遅延に対する余裕が少ない構成の場合においては、容量の値が5pF以下になるように設定するとよい。
レーザダイオード10hに正・逆相の高周波信号が供給される差動でのレーザ駆動の場合は、正・逆相の高周波信号が供給される2つの伝送線路が、抵抗12cに対して電気的に対称であることが望ましい。図18および図19において示された変形例のレーザデバイス25は、フレキシブル基板12の貫通孔12e近傍の伝送線路12a相互間に、抵抗12cとこの抵抗12cに直列に接続された容量12jとを伝送線路12aに対して並列に接続することは先に記載した実施の形態2のレーザデバイス25と同じであるが、この変形例のレーザデバイス25においては抵抗12cを中心に容量12jが対称に配設されている。
この場合2つの容量が直列になるので、容量12jの値は、図15および図16で示された実施の形態2の場合における容量12jの2倍の値にすれば図17のグラフで示されたS11およびS21の良好な特性を得ることができる。
また容量12jと抵抗12cとを入れ替えて容量12jを一つにし、この容量12jの両側に抵抗12cを対称に接続しても良い。この場合には、抵抗12cの抵抗値を、図15で示された実施の形態2の場合における抵抗12cの抵抗値の2分の1の値にすれば図17のグラフで示されたS11およびS21の良好な特性を得ることができる。
図20はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の斜視図である。また図21は図20の光半導体装置の等価回路図である。
実施の形態2の場合は、直列接続された容量12jと抵抗12cとを介して直接に伝送線路12a相互を接続した場合であるが、この実施の形態3においてはそれぞれの伝送線路と接地端とを直列接続された容量12jと抵抗12cとを介して接続する構成である。その他の構成は実施の形態2と同じである。
図20において、レーザデバイス30のフレキシブル基板12は、貫通孔12e近傍において伝送線路12aそれぞれと個別に一端が接続された薄膜抵抗12cがポリイミド膜12d上に配設され、それぞれの薄膜抵抗12cの他端と容量12jの一方電極となる導電膜のアイランド12kとが接続された構成である。容量12jはアイランド12kとポリイミド膜12dとこのポリイミド膜12dの裏面上に配設された金属膜12gとにより構成されている。この金属膜12gは接地される。
そして図20および図21により示されるこの実施の形態3のレーザデバイス30の構成においても、フレキシブル基板12の貫通孔12e近傍の伝送線路12aと接地端との間に、抵抗12cとこの抵抗12cに直列に接続された容量12jとを伝送線路12aと接地端との間に並列に接続されるとともに、抵抗12cと容量12jとがそれぞれ接続された2本の伝送線路12aは接地端を介して電気的に対称に配設されている。
従って実施の形態2の変形例である図18の構成を有するレーザデバイス25と同様の効果を奏する。
実施の形態3の図20に示されたレーザデバイス30は、抵抗12cとしてフレキシブル基板12のポリイミド膜12d上に配設された薄膜抵抗を用いた。図22で示された変形例のレーザデバイス30は、抵抗12cとして薄膜抵抗の変わりにチップ抵抗を用いている。この変形例によるレーザデバイス30も実施の形態3に示された図20のレーザデバイスと同様の効果を奏する。
図23はこの発明の一実施の形態の変形例に係る光半導体装置の等価回路図である。
図20および図22に示されるレーザデバイス30は図21の等価回路図に示されるように接地を介してつながっている。図23の等価回路図に示されたレーザデバイス30は他の回路配線12lを介して2本の伝送線路12aが接続されており、2本の伝送線路12aは回路配線12lに対して電気的に対称に配設されている。従って実施の形態2の変形例である図18の構成を有するレーザデバイス25と同様の効果を奏する。
図24はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の平面図である。また図25は図24の光半導体装置の等価回路図である。
この実施の形態4は単相駆動などのように一本の伝送線路12aを用いて高周波の変調信号を伝播しキャンパッケージ10のレーザダイオード10hを駆動する場合に、フレキシブル基板12のポリイミド膜12dの表面上に配設された一本の伝送線路12aとポリイミド膜12dの裏面上に配設された金属膜12gとを高周波信号の信号給電線として使用し、一本の伝送線路12aと金属膜12gとの間にシャント接続されたインピーダンス整合手段を備えたものである。
ここで云う単相駆動とは2つの場合がある。すなわちいずれの場合においてもレーザダイオード10hのアノードまたはカソードの一方の電極がフレキシブル基板12の一本の伝送線路12aと接続され、伝送線路12aと接続されていないレーザダイオード10hの他方の電極が金属膜12gと接続されているのであるが、
金属膜12gと接続されている方のレーザダイオード10hの電極がキャンパッケージ10のステム10aと接続されていない場合
金属膜12gと接続されている方のレーザダイオード10hの電極がキャンパッケージ10のステム10aと接続されている場合
である。従っていずれの単相駆動においても、伝送線路12aと金属膜12gとが必要となる。
フレキシブル基板12の裏面側は、ポリイミド膜12d全面に金属膜12gが配設され、この金属膜12gと伝送線路12aに接続されたリード端子10cとは異なるもう一本のリード端子10cとが半田で接続され、伝送線路12aと金属膜12gとがレーザダイオード10hを駆動するための信号給電線を構成している。
フレキシブル基板12とキャンパッケージ10のリード端子10cとの接続点である接続点B近傍に配設されたインピーダンス整合手段としての抵抗12cとして、貫通孔12e近傍において伝送線路12aと一端が接続された薄膜抵抗12cがポリイミド膜12d上に配設されている。この薄膜抵抗12cの他端と接続されたアイランド12hをポリイミド膜12d上に形成し、薄膜抵抗12cをこのアイランド12hに配設したビアホール12iを介してポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gと接続されている。
このように構成された単相駆動などのレーザデバイス35においては、キャンパッケージ10とフレキシブル基板12との接続点B近傍である、フレキシブル基板12の貫通孔12e近傍の伝送線路12aと金属膜12gとの間に並列に抵抗12cを接続することにより、接続点Bにおける伝送線路12aのインピーダンスとキャンパッケージ10の外側におけるリード端子10cのインピーダンスが整合されて高周波信号の反射が少なくなり、フレキシブル基板12が共振器として働く高周波の干渉が抑制され、フレキシブル基板12を伝播する高周波信号の波形の歪みが小さくなる。
延いては単相駆動などの場合において、レーザ発振の変調信号の波形の歪みが小さくなり、良好な高周波特性を有するレーザデバイスを構成することができる。
図26の変形例に係るレーザデバイス35が、図24のレーザデバイス35と相違する点は、図24のレーザデバイス35に配設された薄膜抵抗12cが、アイランド12hに配設されたビアホール12iを介してポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gと接続されている。
これに対して、図26の変形例に係るレーザデバイス35においては、伝送線路12aとポリイミド膜12dの裏面に配設された金属膜12gとの間を、直列接続された抵抗12cと容量12jとを介して接続する点が異なっている。その他の構成は図24の実施の形態4のレーザデバイス35と同じ構成である。
図26に示されたレーザデバイス35のフレキシブル基板12は、貫通孔12e近傍において伝送線路12aと一端が接続された薄膜抵抗12cがポリイミド膜12d上に配設され、この薄膜抵抗12cの他端と容量12jの一方電極となる導電膜のアイランド12kとが接続された構成である。容量12jはアイランド12kとポリイミド膜12dとこのポリイミド膜12dの裏面上に配設された金属膜12gとにより構成されている。
図26の変形例に係るレーザデバイス35においては、単相駆動などの場合において、実施の形態2と同様に、直流成分が無駄に抵抗12cで消費されてしまうのを防止し、かつキャンパッケージ10のインピーダンスが高周波で高くなることに伴うキャンパッケージ10とフレキシブル基板12との接続点における反射を抑えることが可能となる。延いては高効率で変調特性のよいレーザデバイス35構成することができる。
図28はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の平面図である。
この実施の形態5においては、フレキシブル基板12に配設された伝送線路12aの一部に薄膜抵抗12cを伝送線路12aに直列に接続したものである。この実施の形態5においては、2本の伝送線路12aに正・逆相を有する矩形波の高周波信号が印加され差動によるレーザ駆動が行われる場合のフレキシブル基板12を例に説明するが、実施の形態4において説明した単相駆動などのように一本の伝送線路12aと金属膜12gとを用いて高周波の変調信号を伝播しキャンパッケージ10のレーザダイオード10hを駆動する場合のフレキシブル基板12に適用しても同様の効果を奏する。
図28において、レーザデバイス40のフレキシブル基板12とキャンパッケージ10とは、フレキシブル基板12の伝送線路12aの一端に貫通孔12eが形成され、この貫通孔12eにキャンパッケージ10のリード端子10cが挿入され、リード端子10cと伝送線路12aとが半田12bにより電気的に接続されている。
このフレキシブル基板12の貫通孔12eに近い伝送線路12aそれぞれの一部に第1の抵抗要素としての薄膜抵抗12mが直列に接続されている。
高周波信号がフレキシブル基板12に伝播されると、フレキシブル基板12とキャンパッケージ10との接続点である接続点Bにおいて高周波信号の反射が生じる。
しかしこのレーザデバイス40においては、接続点Bの近傍であるフレキシブル基板12に設けられたリード端子10cを挿入するための貫通孔12eに近接して伝送線路12aに直列に接続された薄膜抵抗12mが設けられている。このために接続点Bにおいて高周波信号の反射があった場合でも、この高周波の反射に伴って発生する、フレキシブル基板を共振器として働く高周波信号の共振が、伝送線路12aに直列に接続された薄膜抵抗12mのために減衰し、共振の発生が抑制され、高周波の干渉が抑制される。
図29はこの発明の一実施の形態の変形例に係る光半導体装置の平面図である。
図29においては、図28の伝送線路12aに直列に接続された薄膜抵抗12mに加えて、伝送線路12a相互間に並列に接続された第2の抵抗要素としての抵抗12cがさらに接続された構成である。
また、図30はこの発明の一実施の形態の他の変形例に係る光半導体装置の平面図である。
図30においては、図29の伝送線路12aに配設された薄膜抵抗12mおよび抵抗12cに加えて、抵抗12cを介して薄膜抵抗12mと直列に第3の抵抗要素としての薄膜抵抗12nがさらに配設され、T型減衰器42および44が形成された構成である。
図29に示されたレーザデバイス40も図30に示されたレーザデバイス40も図28で示されたレーザデバイス40と同様に、フレキシブル基板12を共振器として働く高周波信号の共振が減衰して、共振が発生しにくくなり、高周波の干渉が抑制され、図28で示されたレーザデバイス40と同様の効果を有する。
なおT型減衰器の代わりにπ型減衰器を構成しても同様の効果を奏する。
また、この実施の形態5においては伝送線路12aに直列に接続された薄膜抵抗12m、薄膜抵抗12mと伝送線路12a相互間に並列に接続された抵抗12cとを、あるいはまたT型減衰器42やπ型減衰器を、フレキシブル基板12上に設けた場合について述べたが、伝送線路に直列に接続される薄膜抵抗12m、伝送線路に直列に接続される薄膜抵抗12mと伝送線路相互間に並列に接続される抵抗12cとを、またT型減衰器42やπ型減衰器などを、回路基板14上に配設し、伝送線路14aと接続しても同様の効果を有する。
これは共振の原因となるフレキシブル基板12とキャンパッケージ10との接続部で生じた電気的反射が伝送線路12aを経由して伝送線路14aまで伝播されるために、回路基板14上で吸収させ減衰させても同様の効果があるためである。
図31はこの発明の一実施の形態に係る光半導体装置の平面図である。図32はこの発明に係るレーザデバイスの反射特性S11および透過特性S21の周波数特性の計算結果を示すグラフである。
この実施の形態6においては、2本の伝送線路12aに正・逆相を有する矩形波の高周波信号が印加され差動によるレーザ駆動が行われる場合のフレキシブル基板12を例に説明するが、実施の形態4において説明した単相駆動やフローティング駆動などのように一本の伝送線路12aとフレキシブル基板12の裏面に配設された金属膜12gとを用いて高周波の変調信号を伝播し、キャンパッケージ10のレーザダイオード10hを駆動する場合のフレキシブル基板12に適用しても同様の効果を奏する。
図31に示されたレーザデバイス45は、回路基板14の回路基板伝送線路14aと接続するためランド12fからフレキシブル基板12がリード端子10cに挿入される貫通孔12eに向けて伝送線路12aの幅が次第に細くなるように形成され、伝送線路12aのランド12fから貫通孔12eに向けてインピーダンスが高くなるようになっている。
ランド12fでは回路基板14とフレキシブル基板12との接続点である接続点Aにおいて高周波信号の反射を少なくするために回路基板伝送線路14aの特性インピーダンス、通常50Ωに設定することが必要となるが、フレキシブル基板12とキャンパッケージ10のリード端子10cのインピーダンスを整合するために、伝送線路12aのリード端子10cとの接続点である貫通孔12e近傍において、インピーダンスを高くしておけば、高周波信号の反射が少なくなる。
従来構成のレーザデバイスにおいて高周波の透過特性S21に7GHz近傍において盛り上がりができるのは、キャンパッケージ10のリード端子10cにおけるインピーダンスが7GHz近傍で高くなり、反射特性のS11が増加するためである。このためにキャンパッケージ10のリード端子10c近傍においてインピーダンスを高くしておけば、7GHz付近でリード端子10cにおけるインピーダンスが高くなっても反射特性S11が大きくならない。
図32に示されるように、7GHzにおけるレーザデバイス45のS11は従来構造のS11に比べて約1.5dB改善され、7GHzにおけるS21の落ち込みも改善されている。
以上のようにこの実施の形態6においては、フレキシブル基板12の伝送線路が回路基板14の回路基板伝送線路14aと接続される端部からキャンパッケージ10のリード端子10cが挿入される貫通孔12eに向けて順次インピーダンスが高くなるように伝送線路幅が狭くなっているので、実施の形態1と同様に、フレキシブル基板12の貫通孔12e近傍の伝送線路12aのインピーダンスとキャンパッケージ10の外側におけるリード端子10cのインピーダンスが整合されて高周波信号の反射が少なくなり、フレキシブル基板12が共振器として働く高周波の干渉が抑制され、フレキシブル基板12を伝播する高周波信号の波形の歪みが小さくなる。延いてはレーザ発振の変調信号の波形の歪みが小さくなり、良好な高周波特性を有するレーザデバイスを構成することができる。
回路基板14上の伝送線路14aに直列に薄膜抵抗12mを、伝送線路14aに直列に接続される薄膜抵抗12mと伝送線路14aの相互間に並列に接続される抵抗12cとを、あるいはまた伝送線路14aにT型減衰器42やπ型減衰器を配設すると、これらをフレキシブル基板12上に設けた場合と同様にフレキシブル基板12とキャンパッケージ10との接続によって生じる共振が吸収され減衰される。
この場合回路基板14からレーザダイオード10hに到る全体の透過特性S21の周波数特性に発生する数GHzピッチのうねりが改善される。
以上の実施の形態の説明においては、光半導体装置の一例としてレーザデバイスについて説明したがフォトダイオードなどの受光素子を用いた光半導体装置においても同様の効果を奏する。
Claims (15)
- 互いに対向する第1と第2の主面を有しこの第1と第2の主面を貫通する貫通孔を有する基体、この基体の第1の主面上に配設された半導体光素子、上記基体の貫通孔に配設されこの基体の第2の主面に一端が露呈し封止材を介して上記基体に固着されるとともに信号線を介して上記半導体光素子に接続された電極端子、および上記基体の第1の主面を覆い上記半導体光素子を封止する蓋状体を有する光半導体パッケージと、
可撓性を有する誘電体膜、およびこの誘電体膜の表面上に配設された信号伝送線を有し、上記信号伝送線の第1の端部と上記光半導体パッケージの電極端子とが上記光半導体パッケージの基体の第2の主面側において電気的に接続された可撓性基板と、
この可撓性基板の上記信号伝送線の第1の端部におけるインピーダンスと光半導体パッケージの電極端子の上記基体の第2の主面側におけるインピーダンスとを整合するインピーダンス整合手段と、を備えた光半導体装置。 - 可撓性基板の信号伝送線が複数本並列して配設されるとともにインピーダンス整合手段が信号伝送線の第1の端部近傍の信号伝送線間でシャント接続されたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
- 可撓性基板の信号伝送線の2本の間にインピーダンス整合手段として抵抗要素が配設されたことを特徴とする請求項2記載の光半導体装置。
- 抵抗要素が配設された2本の信号伝送線の間にさらに容量要素が配設され、上記抵抗要素と直列に接続されたことを特徴とする請求項3記載の光半導体装置。
- 容量要素が抵抗要素を介して上記抵抗要素の両側に配設されたことを特徴とする請求項4記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段として、信号伝送線のインピーダンスを第1の端部に向けて順次高くしたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段として、信号伝送線の幅を第1の端部に向けて順次狭くしたことを特徴とする請求項6記載の光半導体装置。
- 可撓性基板の誘電体膜を介して可撓性基板に配設された信号伝送線と互いに対向し上記誘電体膜の裏面上に導体膜が配設されるとともに上記信号伝送線の第1の端部近傍においてインピーダンス整合手段が上記信号伝送線の1本と可撓性基板の上記導体膜との間でシャント接続されたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段としての抵抗要素が誘電体膜の表面に配設されたことを特徴とする請求項8記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段としてさらに容量要素が配設され、この容量要素がシャント接続された抵抗要素と直列に接続されたことを特徴とする請求項9記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段が信号伝送線と直列に接続されたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
- インピーダンス整合手段として第1の抵抗要素が配設されたことを特徴とする請求項11記載の光半導体装置。
- 信号伝送線のうち2本それぞれに第1の抵抗要素が配設されるとともに信号伝送線の第1の端部近傍においてこの2本の信号伝送線の間にシャント接続された第2の抵抗要素がさらに配設されたことを特徴とする請求項12記載の光半導体装置。
- さらに第3の抵抗要素が配設されるとともに第2の抵抗要素を介して第1の抵抗要素と第3の抵抗要素とが信号伝送線に直列に接続され、T型減衰器を構成したことを特徴とする請求項13記載の光半導体装置。
- 可撓性基板の誘電体膜を介して信号伝送線と互いに対向し上記誘電体膜の裏面上に導体膜が配設されるとともに第1の抵抗要素が接続された一本の信号伝送線の第1の端部近傍において、この信号伝送線と上記導体膜との間にシャント接続された第2の抵抗要素がさらに配設されたことを特徴とする請求項12記載の光半導体装置。
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