JP2011103418A

JP2011103418A - チップキャリア及び光通信モジュール

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Publication number: JP2011103418A
Application number: JP2009258549A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakamura; 厚中村; Toshiya Yamauchi; 俊也山内
Original assignee: Opnext Japan Inc
Current assignee: Opnext Japan Inc
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: JP5475404B2

Abstract

【課題】光変調器と半導体レーザにそれぞれ接続するワイヤ間の電気的クロストークを低減する。
【解決手段】入力される駆動電流に応じてレーザを発光する半導体レーザ部１２と、入力される変調信号に応じて半導体レーザ部１２により発光されるレーザを変調する光変調器部１４と、半導体レーザ部１２に駆動電流を伝達する第１のワイヤ３０と、光変調器部１４に変調信号を伝達する第２のワイヤ３４と、を備え、第１のワイヤ３０と第２のワイヤ３４のそれぞれの接続端部の位置により規定される当該各ワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたチップキャリア１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップキャリア及び光通信モジュールに関する。

半導体レーザに光変調器を集積した光変調器集積型半導体レーザは小型化と通信の高速化の両立が可能な素子であり、通信システムにおいて広く利用されている。こうした光変調器集積型半導体レーザは、下記の特許文献１に記載されているように、光変調器と半導体レーザのそれぞれに変調電流と駆動電流を供給するワイヤが接続されている。

特開平９−９０３０２号公報

図５は、光変調器集積型半導体レーザを備えた従来のチップキャリア１１の構成を示した平面図である。図５に示されるように、従来のチップキャリア１１においては、光変調器部１４に接続されたワイヤ３４と、半導体レーザ部１２に接続されたワイヤ３０とが、チップキャリア１１を上側から見た場合に略平行に配置されている。

光変調器部１４に接続されたワイヤ３４を流れる変調電流（変調信号）は高い周波数で変調されているため、略平行に配置されたワイヤ３０，３４間の相互インダクタンスにより半導体レーザ部１２に接続されたワイヤ３０に流れる駆動電流に影響を与えてしまう。このように光変調器部１４と半導体レーザ部１２との間に電気的クロストークが存在すると、光変調器集積型半導体レーザの周波数応答特性において、半導体レーザの素子構造により定まる緩和振動周波数という固有振動にピークやディップが出現し、伝送特性が悪化してしまう。

そこで、本発明では、光変調器と半導体レーザにそれぞれ接続するワイヤ間の電気的クロストークを低減することができるチップキャリア及び光通信モジュールを提供することをその目的の一つとする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るチップキャリアは、入力される駆動電流に応じてレーザを発光する半導体レーザ部と、入力される変調信号に応じて前記半導体レーザ部により発光されるレーザを変調する光変調器部と、前記半導体レーザ部に前記駆動電流を伝達する第１のワイヤと、前記光変調器部に前記変調信号を伝達する第２のワイヤと、を備え、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤのそれぞれの接続端部の位置により規定される当該各ワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様に係るチップキャリアでは、前記光変調器部と終端抵抗とを接続するワイヤと、前記第１のワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様に係るチップキャリアでは、前記第１のワイヤにより前記半導体レーザ部と接続するチップコンデンサをさらに備え、前記チップコンデンサに接続されたワイヤと、前記第２のワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様に係るチップキャリアでは、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの向きを略直交させたことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様に係るチップキャリアでは、前記半導体レーザ部と前記第１のワイヤとの接続部と、前記光変調器部と前記第２のワイヤとの接続部とを、前記半導体レーザ部と前記光変調器部とが形成された光変調器集積型半導体レーザチップのメサストライプを介して対向する位置に設けたことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様に係る光通信モジュールでは、入力される駆動電流に応じてレーザを発光する半導体レーザ部と、入力される変調信号に応じて前記半導体レーザ部により発光されるレーザを変調する光変調器部と、前記半導体レーザ部に前記駆動電流を伝達する第１のワイヤと、前記光変調器部に前記変調信号を伝達する第２のワイヤと、を備えたチップキャリアと、前記半導体レーザ部の後方に設けられた受光素子と、を備え、前記半導体レーザ部と前記第１のワイヤとの接続部と、前記光変調器部と前記第２のワイヤとの接続部とを、前記半導体レーザ部と前記光変調器部とが形成された光変調器集積型半導体レーザチップのメサストライプを介して対向する位置に設け、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤのそれぞれの接続端部の位置により規定される当該各ワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、半導体レーザ部に駆動電流を伝達するワイヤと、光変調器部に変調信号を伝達するワイヤ間の電気的クロストークを低減させることができる。

本発明の一態様によれば、半導体レーザ部に駆動電流を伝達するワイヤと、変調信号を伝達するワイヤ間の電気的クロストークを低減させることができる。

本発明の一態様によれば、半導体レーザ部に間接的に接続されるワイヤと、光変調器部に変調信号を伝達するワイヤ間の電気的クロストークを低減させることができる。

本発明の一態様によれば、半導体レーザ部に駆動電流を伝達するワイヤと、光変調器部に変調信号を伝達するワイヤ間の電気的クロストークをほぼ無くすことができる。

本発明の一態様によれば、光変調器部に変調信号を伝達するワイヤ長を短くできる。

本発明の一態様によれば、受光素子の設置位置を確保しつつ、半導体レーザ部に駆動電流を伝達するワイヤと、光変調器部に変調信号を伝達するワイヤ間の電気的クロストークを低減させることができる。

第１の実施形態に係るチップキャリアの構成を示す平面図である。第２の実施形態に係るチップキャリアの構成を示す平面図である。第３の実施形態に係るチップキャリアの構成を示す平面図である。チップキャリアを組み込んだ光通信モジュールを示す図である。光変調器集積型半導体レーザを備えた従来のチップキャリアの構成を示した平面図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るチップキャリア１０の構成を示す平面図である。図１に示されるように、チップキャリア１０は、半導体レーザ部１２と光変調器部１４を形成した光変調器集積型レーザチップ１６、グラウンドパタン１８、チップコンデンサ２０、マイクロストリップライン２２、終端抵抗２４、ワイヤ３０，３２，３４，３６を含み構成されている。

半導体レーザ部１２は、図示しない電流源から駆動電流を供給されてレーザを出力する光出力素子である。半導体レーザ部１２に設けられた電極１３は、ワイヤ３０を介してチップコンデンサ２０に接続されている。また、電流源から出力された駆動電流は、ワイヤ３２、チップコンデンサ２０、そしてワイヤ３０を介して半導体レーザ部１２に入力する。チップコンデンサ２０は、半導体レーザ部１２への高周波雑音を除去する目的で設けられ、グラウンドパタン１８上に形成されている。なお、グラウンドパタン１８には接地用のスルーホール１９が設けられている。

光変調器部１４は、図示しない信号源から供給される変調信号（変調電流）に応じて、半導体レーザ部１２から出力されたレーザを吸収して変調する素子であり、例えば電界吸収型光変調素子としてよい。光変調器部１４に設けられた電極１５は、ワイヤ３４を介して高周波の変調信号を伝達するマイクロストリップライン２２と接続され、さらにワイヤ３６を介して終端抵抗２４と接続されている。また、マイクロストリップライン２２には、インピーダンス整合のための抵抗２３が設けられている。

図１に示されたワイヤは直線的に描かれているが、実際には接続端間を結ぶアーチ状の形態となっており、ワイヤは他のワイヤとの相互インダクタンスの影響を受ける。特に高周波信号を伝送するワイヤ３４，３６により、半導体レーザ部１２に駆動電流を供給するワイヤ３０，３２が受ける影響は光信号の劣化に直結するため、これらのワイヤ間の相互インダクタンスによる電気的クロストークを低減させることが必要となる。ここでワイヤ間の角度をθとすると、ワイヤ間で電気的クロストークを生じさせる相互誘導Ｍは、以下の式（１）により表される。
Ｍ∝ｃｏｓθ ・・・（１）

そこで、本発明では、ワイヤ３０，３２とワイヤ３４，３６とのなす角度を６０度以上で配置することで、ワイヤ３０，３２とワイヤ３４，３６を平行に配置する場合に比べて相互誘導Ｍを少なくとも半減させ、ワイヤ間の電気的クロストークを低減させるようにしている。そして、上記のように高周波信号を伝達するワイヤ３４，３６と、半導体レーザ部１２に駆動電流を伝達するワイヤ３０、３２とのなす角度が６０度以上となるように配置することにより、半導体レーザ部１２からの光出力にノイズが発生するのを抑制し、伝送特性を良好に保つことができる。

特に、図１に示されるように、ワイヤ３０，３２とワイヤ３４，３６とを略直交に配置することにより、相互誘導Ｍは略０となるため、高周波の変調信号を伝達するワイヤ３４，３６が、半導体レーザ部１２に駆動電流を供給するワイヤ３０，３２に与える相互誘導による電気的クロストークを極めて小さくすることができる。

なお、ワイヤ間の角度とは、２つのワイヤの向き（ベクトル）のなす小さい方の（鋭角の）角度であり、ワイヤの向きは、チップキャリア１０を上から見た場合のワイヤの両端を結んだ方向として規定することとしてよい。

次に、図２を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。図２に示したのは、第２の実施形態に係るチップキャリア１０の構成を示す平面図である。第２の実施形態に係るチップキャリア１０は、第１の実施形態に係るチップキャリア１０においてチップコンデンサ２０を除去した構成に相当し、その他の点は共通している。このように第２の実施形態に係るチップキャリア１０では、チップキャリア１０を除去することにより、半導体レーザ部１２に接続されるワイヤの設置自由度を向上させるほか、半導体レーザ部１２の後方出射光を受光するフォトダイオードの設置場所を容易に確保することができる。

次に、図３を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、第３の実施形態に係るチップキャリア１０の構成を示す平面図である。図３に示されるように、第３の実施形態に係るチップキャリア１０は、第１の実施形態に係るチップキャリア１０と、ワイヤと半導体レーザ部１２の接続位置、ワイヤと光変調器部１４の接続位置、終端抵抗２４の配置、そしてチップコンデンサ２０の有無において相違している。以下、相違点について説明する。

第３の実施形態に係るチップキャリア１０では、半導体レーザ部１２とワイヤ３０との接続部と、光変調器部１４とワイヤとの接続部とを、光変調器集積型レーザチップ１６のメサストライプ１７を介して対向する位置に設けることとしている。

具体的には、メサストライプ１７により区切られる光変調器部１４の領域のうち、マイクロストリップライン２２に近い側にワイヤ３４を接続する電極１５を設けることとしている。このように構成することにより、マイクロストリップライン２２に遠い側にワイヤ３４を接続する電極１５を設ける場合に比べて、光変調器部１４とマイクロストリップライン２２とを接続するワイヤ長を短くすることができる。また、終端抵抗２４を、マイクロストリップライン２２に接続することにより、光変調器部１４と終端抵抗２４を接続するワイヤを取り付ける必要がなくなり、ワイヤの取り付けにより光変調器部１４を損傷してしまうリスクを回避することができる。

また、第３の実施形態に係るチップキャリア１０では、チップコンデンサ２０を設けないようにしたことにより、図４に示すチップキャリア１０を組み込んだ光通信モジュール１００において、半導体レーザ部１２の後方出射光を受光するモニターフォトダイオード４０（受光素子）を配置するスペースが生まれる。そして、第３の実施形態に係るチップキャリア１０では、メサストライプ１７により区切られる半導体レーザ部１２の領域のうち、モニターフォトダイオード４０に対して遠い側にワイヤ３０を接続することにより、モニターフォトダイオード４０に対して近い側にワイヤ３０を接続する場合に比べて、光変調器部１４に接続されるワイヤ３４と、半導体レーザ部１２に接続されるワイヤ３０との角度を直交に近づけ、両者間での電気的クロストークをより低減させることができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、マイクロストリップライン２２の信号伝達方向と略平行に光変調器部１４に接続されるワイヤ３４を設け、略垂直に半導体レーザ部１２に接続されるワイヤ３０を設けることとしているが、マイクロストリップライン２２と各ワイヤとの配置関係は上記の実施形態において示したものと異なっていても構わない。

１０，１１チップキャリア、１２半導体レーザ部、１３電極、１４光変調器部、１５電極、１６光変調器集積型レーザチップ、１７メサストライプ、１８グラウンドパタン、１９スルーホール、２０チップコンデンサ、２２マイクロストリップライン、２３抵抗、２４終端抵抗、３０，３２，３４，３６ワイヤ、４０モニターフォトダイオード、１００光通信モジュール。

Claims

入力される駆動電流に応じてレーザを発光する半導体レーザ部と、
入力される変調信号に応じて前記半導体レーザ部により発光されるレーザを変調する光変調器部と、
前記半導体レーザ部に前記駆動電流を伝達する第１のワイヤと、
前記光変調器部に前記変調信号を伝達する第２のワイヤと、を備え、
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤのそれぞれの接続端部の位置により規定される当該各ワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上としたことを特徴とするチップキャリア。
前記光変調器部と終端抵抗とを接続するワイヤと、前記第１のワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上とした
ことを特徴とする請求項１に記載のチップキャリア。
前記第１のワイヤにより前記半導体レーザ部と接続するチップコンデンサをさらに備え、
前記チップコンデンサに接続されたワイヤと、前記第２のワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上とした
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のチップキャリア。
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの向きを略直交させた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のチップキャリア。
前記半導体レーザ部と前記第１のワイヤとの接続部と、前記光変調器部と前記第２のワイヤとの接続部とを、前記半導体レーザ部と前記光変調器部とが形成された光変調器集積型半導体レーザチップのメサストライプを介して対向する位置に設けた
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のチップキャリア。
入力される駆動電流に応じてレーザを発光する半導体レーザ部と、
入力される変調信号に応じて前記半導体レーザ部により発光されるレーザを変調する光変調器部と、
前記半導体レーザ部に前記駆動電流を伝達する第１のワイヤと、
前記光変調器部に前記変調信号を伝達する第２のワイヤと、を備えたチップキャリアと、
前記半導体レーザ部の後方に設けられた受光素子と、を備え、
前記半導体レーザ部と前記第１のワイヤとの接続部と、前記光変調器部と前記第２のワイヤとの接続部とを、前記半導体レーザ部と前記光変調器部とが形成された光変調器集積型半導体レーザチップのメサストライプを介して対向する位置に設け、
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤのそれぞれの接続端部の位置により規定される当該各ワイヤの向きが交差して形成される小さい方の角度を６０度以上とした
ことを特徴とする光通信モジュール。