JP2008130619A

JP2008130619A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2008130619A
Application number: JP2006310708A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yasui; 伸之安井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080118250A1; US7470937B2

Abstract

【課題】良好な光変調波形を得つつ、高温動作化及び低消費電力化を図ることができる光モジュールを得る。
【解決手段】本発明に係る光モジュールは、ステムと、ステムの表面に形成された凸部と、凸部上に搭載された光半導体素子と、ステムと絶縁され、ステムを貫通して設けられた給電用端子と、凸部上に搭載された第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板上に形成され、光半導体素子と給電用端子の一端とを接続する第１の信号線と、ステムの裏面に形成された第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板上に形成され、給電用端子の他端に接続された第２の信号線とを有し、第２の信号線の電気長は２３．０〜３６．２ｍｍであり、第２の信号線のインピーダンスは２１．５〜２４．５Ωである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に用いられる光半導体素子を搭載した光モジュールに関し、特に良好な光変調波形を得つつ、高温動作化及び低消費電力化を図ることができる光モジュールに関するものである。

光半導体素子を搭載した光モジュールが光通信に用いられている。この光モジュールに、伝送速度が１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を伝送すると、ステムと光半導体素子との間でインピーダンス不整合により反射が生じ、伝送特性が悪化する。そこで、従来の光モジュールでは、光半導体素子の近傍にインピーダンス整合用の抵抗体を挿入し、伝送特性を改善していた（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００６−１２８５４５号公報特開２００３−３７３２９号公報特開２００３−３３２６６７号公報

しかし、従来の光モジュールでは、抵抗体を挿入していたため、高温動作化や低消費電力化に不利であった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、良好な光変調波形を得つつ、高温動作化及び低消費電力化を図ることができる光モジュールを得るものである。

本発明に係る光モジュールは、ステムと、ステムの表面に形成された凸部と、凸部上に搭載された光半導体素子と、ステムと絶縁され、ステムを貫通して設けられた給電用端子と、凸部上に搭載された第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板上に形成され、光半導体素子と給電用端子の一端とを接続する第１の信号線と、ステムの裏面に形成された第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板上に形成され、給電用端子の他端に接続された第２の信号線とを有し、第２の信号線の電気長は２３．０〜３６．２ｍｍであり、第２の信号線のインピーダンスは２１．５〜２４．５Ωである。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、インピーダンス整合を取るために抵抗体を挿入しなくても、通過特性を改善することができる。従って、良好な光変調波形を得つつ、高温動作化及び低消費電力化を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光モジュールを前方から見た斜視図であり、図２は後方から見た斜視図である。

ステム１の表面に半円柱状の凸部２が形成されている。凸部２上に光半導体素子３及び誘電体基板４，５，６（第１の誘電体基板）が搭載されている。信号線７，８（第１の信号線）は誘電体基板４上に形成され、互いに接続されている。信号線９，１０は誘電体基板５上に形成され、互いに離間している。信号線１１，１２（第１の信号線）は誘電体基板６上に形成され、互いに接続されている。

ＧＮＤに接続された導体層１３がステム１の裏面に接続され、導体層１３の裏面に誘電体基板１４（第２の誘電体基板）が形成されている。リードピン１５，１６（給電用端子）はステム１及び導体層１３を貫通して設けられている。ただし、リードピン１５，１６は、ステム１との間にそれぞれ形成された誘電体１７，１８によりステム１と絶縁されている。

光半導体素子３の一端は信号線１０に接続され、他端はワイヤ１９により信号線９に接続されている。信号線８と信号線９はワイヤ２０により接続され、信号線１０と信号線１２はワイヤ２１により接続されている。リードピン１５の他端と信号線７は半田２２により接続され、リードピン１６の一端と信号線１１は半田２３により接続されている。即ち、信号線８，１２は、それぞれリードピン１５，１６の一端と光半導体素子３とを接続する。

誘電体基板１４上に、信号線２４，２５が形成されている。リードピン１５の他端と信号線２５は半田２６により接続され、リードピン１６の他端と信号線２４は半田２７により接続され、ステム１とリードピン２８は半田２９により接続されている。

ここで、誘電体１７，１８はガラスからなり、リードピン１５，１６は銅などの金属からなり、誘電体基板４，５，６はアルミナからなり、誘電体基板１４はポリイミドからなる。信号線７，９，１０，１１，２４，２５，８，１２は、厚みが０．００１ｍｍの金属膜であり、例えば銅箔である。信号線７，１１は、長さが０．２ｍｍ、幅が０．７ｍｍである。信号線９は、長さが０．３ｍｍ、インピーダンスが２５Ωである。信号線１０は、長さが０．７ｍｍ、インピーダンスが２５Ωである。信号線８，１２は、長さが１．０ｍｍ、インピーダンスが４２Ωである。リードピン１６が誘電体１８で覆われた部分のインピーダンスが２５Ωである。

高周波信号は、信号線２４からリードピン１６、信号線１１，１２、光半導体素子３、信号線７，８、リードピン１５、信号線２５を経由して伝送される。ここで、信号線２４、リードピン１６及び信号線１０，１１，１２のインピーダンスは２５Ω程度であるのに対し、ワイヤ２１のインダクタ成分と光半導体素子３の抵抗は５〜１０Ω程度である。このため、信号線２４の端、又は信号線２５から光半導体素子３間でインピーダンスの不整合が生じ、伝送速度が１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を伝送する場合、光変調波形に歪みが生じる。

そこで、本実施の形態では、信号線２４，２５のインピーダンスを２１．５〜２４．５Ω、電気長を２３．０〜３６．２ｍｍとしている。これにより、インピーダンスの整合を取るために抵抗体を挿入しなくても、通過特性が改善し、良好な光変調波形を得ることができる。これについて以下に詳細に説明する。

まず、信号線８，１２のインピーダンスを４２Ωに固定し、信号線２４，２５の線路長を１３．４ｍｍに固定して、第２の信号線である信号線２４，２５のインピーダンスを変えて実験を行った。図３は、信号線２４，２５のインピーダンスを２０Ωとした場合の通過特性を示す図であり、図４はその場合の光変調波形を示す図である。図５は、信号線２４，２５のインピーダンスを２１．５Ωとした場合の通過特性を示す図であり、図６はその場合の光変調波形を示す図である。図７は、信号線２４，２５のインピーダンスを２４．５Ωとした場合の通過特性を示す図であり、図８はその場合の光変調波形を示す図である。図９は、信号線２４，２５のインピーダンスを２６Ωとした場合の通過特性を示す図であり、図１０はその場合の光変調波形を示す図である。この実験結果から、信号線２４，２５のインピーダンスを２１．５〜２４．５Ωとした場合に、通過特性の平坦性が増し、通過特性が改善することが分かる。また、この場合に、アイパターンが良くなり、良好な光変調波形を得ることができることが分かる。

次に、信号線８，１２のインピーダンスを４２Ωに固定し、信号線２４，２５のインピーダンスを２３Ωに固定して、第２の信号線である信号線２４，２５の線路長（電気長）を変えてシミュレーションを行った。図１１は、信号線２４，２５の線路長を９．１ｍｍ（電気長１７．３ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図であり、図１２はその場合の光変調波形を示す図である。図１３は、信号線２４，２５の線路長を１２．１ｍｍ（電気長２３．０ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図であり、図１４はその場合の光変調波形を示す図である。図１５は、信号線２４，２５の線路長を１９．１ｍｍ（電気長３６．２ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図であり、図１６はその場合の光変調波形を示す図である。図１７は、信号線２４，２５の線路長を２９．９ｍｍ（電気長５６．７ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図であり、図１８はその場合の光変調波形を示す図である。このシミュレーション結果から、信号線２４，２５の電気長を２３．０〜３６．２ｍｍとした場合に、通過特性が改善し、良好な光変調波形を得ることができることが分かる。

ここで、信号線２４，２５のインピーダンスと電気長を制御することの意味について説明する。まず、反射周波数は数式１で説明することができる。

ただし、ｆは反射周波数、Ｌ_１，Ｌ_２・・・Ｌ_ｎは各部材の長さ、ε_ｒ１，ε_ｒ２・・・ε_ｒｎは各部材の誘電率である。従って、信号線２４，２５の電気長を制御することにより、信号線２４，２５の端と光半導体素子３間における反射周波数が制御される。そして、信号線２４，２５のインピーダンスを制御することにより、その反射周波数における反射の絶対量を制御することができ、これによって通過特性が制御される。

図１９は、信号線２４，２５の電気長と反射周波数との関係を示す図であり、図２０は、信号線２４，２５の線路長と反射周波数との関係を示す図である。上記のように信号線２４，２５の電気長を２３．０〜３６．２ｍｍとした場合は、反射周波数は１．５〜２ＧＨｚとなる。従って、１．５〜２ＧＨｚにおける通過特性を制御することができ、その影響は２倍、３倍の周波数位置にも及ぶ。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インピーダンス整合を取るために抵抗体を挿入しなくても、通過特性を改善することができる。従って、良好な光変調波形を得つつ、高温動作化及び低消費電力化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る光モジュールを前方から見た斜視図である。本発明の実施の形態に係る光モジュールを後方から見た斜視図である。第２の信号線のインピーダンスを２０Ωとした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２０Ωとした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２１．５Ωとした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２１．５Ωとした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２４．５Ωとした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２４．５Ωとした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２６Ωとした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線のインピーダンスを２６Ωとした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線の線路長を９．１ｍｍ（電気長１７．３ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線の線路長を９．１ｍｍ（電気長１７．３ｍｍ）とした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線の線路長を１２．１ｍｍ（電気長２３．０ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線の線路長を１２．１ｍｍ（電気長２３．０ｍｍ）とした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線の線路長を１９．１ｍｍ（電気長３６．２ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線の線路長を１９．１ｍｍ（電気長３６．２ｍｍ）とした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線の線路長を２９．９ｍｍ（電気長５６．７ｍｍ）とした場合の通過特性を示す図である。第２の信号線の線路長を２９．９ｍｍ（電気長５６．７ｍｍ）とした場合の光変調波形を示す図である。第２の信号線の電気長と反射周波数との関係を示す図である。第２の信号線の線路長と反射周波数との関係を示す図である。

符号の説明

１ステム
２凸部
３光半導体素子
４，５，６誘電体基板（第１の誘電体基板）
８，１２信号線（第１の信号線）
１４誘電体基板（第２の誘電体基板）
１５，１６リードピン（給電用端子）
２４，２５信号線（第２の信号線）

Claims

ステムと、
前記ステムの表面に形成された凸部と、
前記凸部上に搭載された光半導体素子と、
前記ステムと絶縁され、前記ステムを貫通して設けられた給電用端子と、
前記凸部上に搭載された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、前記光半導体素子と前記給電用端子の一端とを接続する第１の信号線と、
前記ステムの裏面に形成された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成され、前記給電用端子の他端に接続された第２の信号線とを有し、
前記第２の信号線の電気長は２３．０〜３６．２ｍｍであり、前記第２の信号線のインピーダンスは２１．５〜２４．５Ωであることを特徴とする光モジュール。
前記光半導体素子の抵抗は５〜１０Ωであることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。