JP2013004945A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】キャン型パッケージを用いた光モジュールにおいても、高周波特性を向上する。
【解決手段】グランドに接続されたステム１のステムマウント１ｃには、ＬＤ素子５が搭載されており、リード端子２ａ，２ｂを介してＬＤ素子５に高周波電気信号が供給される。ステムマウント１ｃにはチップコンデンサ１０ａ，１０ｂの下面が接続されている。リード端子２ａは、チップコンデンサ１０ａを介して、ＬＤ素子５のカソードに接続されており、リード端子２ｂは、チップコンデンサ１０ｂを介して、ＬＤ素子５のアノードに接続されている。チップコンデンサ１０ａ，１０ｂを接続して伝送線路１３ａ，１３ｂの特性インピーダンスを下げ、伝送線路１２ａ，１２ｂ−１３ａ，１３ｂの界面での反射を低減して高周波特性を向上している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュール全般、特に高周波特性に優れた光半導体素子用モジュールに関するものである。

近年、光アクセス回線の普及に伴い、光信号源としてレーザダイオード（ＬＤ）を搭載した光モジュール（ＬＤモジュール）の低コスト化が求められている。また、光アクセス回線網における映像コンテンツなどの流通増によるトラヒック増に対応するために、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ/ｓ級に対応可能なＬＤモジュールが求められている。

ＬＤモジュールの低コスト化のためには、ＤＶＤ用ＬＤパッケージや低速（１Ｇｂｉｔ/ｓ以下）光通信用ＬＤパッケージなどの安価なキャンパッケージ（例えば特許文献１，２参照）の使用が有利であるが、ＤＶＤ用及び低速光通信用ＬＤパッケージは、１０Ｍｂｉｔ/ｓ〜１Ｇｂｉｔ/ｓ級と低い伝送速度での使用が前提となっているため、ステム上面に突出したリードが１ｍｍ程度と長く、これに起因するインダクタンスの影響で高周波特性を確保することが困難であり、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級で駆動することはＬＤモジュールが出力する光信号波形に大きな歪みをもたらすため、このようなＬＤパッケージを１０Ｇｂｉｔ/ｓ級にそのまま適用するのは現実的でない。

一方、リードの短尺化や、リードとＬＤ素子とを電気的に接続するためのワイヤを配線基板で置換する技術を導入することにより上記問題を回避できるが、ＤＶＤ用ＬＤパッケージとは全く異なった実装形態となるため、量産効果による低コスト化の恩恵を享受できないという問題があった。

図７を用いて従来技術の詳細を説明する。
図７(ａ)，(ｂ)には、それぞれ従来のキャン型ＬＤパッケージの側面図と上面図が記載されている。また、図示はしないが通常、ＬＤパッケージは、ＬＤ出射光の取り出し用窓またはレンズを具備するキャップにより封止される。つまり、ステム１のステム上面１ａ及びステム上面１ａ側に配置されている各部材（ＬＤ素子５やモニタPD７やステムマウント１ｃやリード端子２ａ，２ｂ，２ｃのうちステム上面１ａから突出した部分など）が、キャップにより封止される。

図７(ａ)，(ｂ)に示すように、導電材（金属材）からなるステム１は、貫通孔３ａ，３ｂ，３ｃを備え、各貫通孔３ａ，３ｂ，３ｃはリード端子２ａ，２ｂ，２ｃを備えている。ここで、リード端子２ａ，２ｂ，２ｃは、貫通孔３ａ，３ｂ，３ｃに具備されるガラス材等の絶縁体（誘電体）３ｄを介して固定されステム１を貫通しているため、リード端子２ａ，２ｂ，２ｃとステム１とは電気的に絶縁されている。なお、リード端子２ａ，２ｂは、それぞれ、ステム１の一部であるステムマウント１ｃに搭載されるＬＤ素子５のカソード、アノードに駆動電気信号を供給するために設けられている。一方、リード端子２ｄはステム１を貫通せず、ステム下面１ｂとろう付け等により接続されているため、ステム１と電気的に接続されており、グランドピンの役割を果たす。したがって、リード端子２ｄがグランドに接続されることにより、ステム１及びその一部であるステムマウント１ｃがグランドに接続されることになる。

なお、ＬＤ素子５は、熱伝導率が高くかつ熱膨張係数がＬＤ素子５の材料と近い値を有する誘電体（例えばInP系材料からなるＬＤ素子の場合はAlNなど）をヒートシンク６ａとして用いている。ヒートシンク６ａは、ステムマウント１ｃとハンダ等で固定され、ヒートシンク６ａの上面にはワイヤ配線用の配線パタン６ｂを備えている。また、ＬＤ素子５下面に設けられたカソード（図示せず）は配線パタン６ｂとハンダ等で固定される。

ＬＤ素子５から出射するＬＤ信号のほとんどはステム上面方向とは逆方向（＋ｚ軸方向）に出射される。一方、僅かに出射されるステム上面方向（−z軸方向）の信号光をモニタPD７で受光することにより、ＬＤ素子５の光出力強度をモニタすることが可能である。このようなモニタPD７は、一般にモニタPD７の受光電流が一定になるようにＬＤ素子５の駆動電流値を制御することで一定の光出力強度を得ることができるＡＰＣ（Auto Power Co ntrol）機能を実現するために導入される。なお、モニタPD７は、ステム凹部１ｄに配置されたPDキャリア８に搭載される。モニタPD７のカソードはリード端子２ｃのステム上面側の一端にワイヤ９ａを介して電気的に接続される。また、アノードはステム上面１ａにワイヤ９ｂを介して電気的に接続されるため、ステム１と同位のグランドになる。

次に、ＬＤ駆動電気信号の伝送線路、即ち、ＬＤ素子５への給電系統の詳細を説明する。カソード側においては、ＬＤパッケージ外部からの高速駆動電気信号は、リード端子２ａのステム下面側の一端から、ステム上面側の一端に至り、ワイヤ４ａ、ヒートシンク６ａの配線パタン６ｂを経由してＬＤ素子５の下面（図示せず）に設けたカソードに給電される。また、アノード側においては、ＬＤパッケージ外部からの高速駆動電気信号は、リード端子２ｂのステム下面側の一端から、ステム上面側の一端に至り、ワイヤ４ｂを経由してＬＤ素子５の上面のアノードに給電される。

ここで、カソード側の電気信号線路を、伝送線路１１ａ，１２ａ，１３ａに分割しておく。伝送線路１１ａはリード端子２ａのステム下面側の一端からステム下面１ｂまで、伝送線路１２ａはリード端子２ａのステム１を貫通する部分を、伝送線路１３ａはステム上面１ａからリード端子２ａのステム上面側の一端までを指す。なお、アノード側も同様に、伝送線路１１ｂはリード端子２ｂのステム下面側の一端からステム下面１ｂまで、伝送線路１２ｂはリード端子２ｂのステム１を貫通する部分を、伝送線路１３ｂはステム上面１ａからリード端子２ｂのステム上面側の一端までを指す。

次に、伝送線路１２ａ(１２ｂ)，１３ａ(１３ｂ)の１０ＧHz付近における特性インピーダンスを見積もる。伝送線路１２ａ(１２ｂ)の長さを１.２ ｍｍ、貫通孔３ａ，３ｂの直径を約１ ｍｍ、貫通孔３ａ，３ｂに具備されるガラス材（誘電体である絶縁材３ｄ）の誘電率を４〜７とすると、伝送線路１２ａ(１２ｂ)の１０ＧHz付近における特性インピーダンスは、１５〜３０Ω程度となる。一方、伝送線路１３ａ（１３ｂ）は、伝送線路１２ａ(１２ｂ)とは異なり、リード端子２ａ(２ｂ)の周囲にガラス等の誘電体はなく、しかも長さが１ｍｍ程度と長くインダクタンス成分が大きいため、伝送線路１３ａ（１３ｂ）の１０ＧHz付近における特性インピーダンスは前記伝送線路１２ａ(１２ｂ)の値（１５〜３０Ω）よりも大きくなる。よって、伝送線路１１ａ(１１ｂ)から入力された電気信号は、伝送線路１２ａ(１２ｂ)を経由した後、伝送線路１２ａ(１２ｂ)と伝送線路１３ａ(１３ｂ)の界面で反射を受け、伝送線路１２ａ〜１３ａ(１２ｂ〜１３ｂ)のＳ１１特性１０ＧHzにおいて−３ｄＢ程度と非常に高周波特性が悪くなってしまう（図２，図４，図６に従来例の高周波特性を示す）。

特開２００８-１７０６３６号公報 特開２００４-３６３２４２号公報

上述したように従来技術では、入力された高周波電気信号は、伝送線路１２ａ(１２ｂ)を経由した後、伝送線路１２ａ(１２ｂ)と伝送線路１３ａ(１３ｂ)の界面で反射を受けるため、伝送線路１２ａ〜１３ａ(１２ｂ〜１３ｂ)の高周波特性が悪くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、従来の安価なキャン型パッケージを用いても、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速信号で駆動できる、高周波特性に優れた光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
導電材からなると共にグランドに接続されるステムと、
前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁されたリード端子と、
前記ステムに搭載された光素子を有する光モジュールにおいて、
一端が前記ステムに電気的に接続されたキャパシタを備え、前記キャパシタの他端を前記リード端子及び前記光素子に電気的に接続したことを特徴とする。

また本発明の構成は、
導電材からなると共にグランドに接続されるステムと、
前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁された第１のリード端子と、
前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁された第２のリード端子と、
前記ステムに搭載された光素子を有する光モジュールにおいて、
一端が前記ステムに電気的に接続された第１のキャパシタと、一端が前記ステムに電気的に接続された第２のキャパシタを備え、
前記第１のキャパシタの他端を、前記光素子の一端及び前記第１のリード端子に電気的に接続し、
前記第２のキャパシタの他端を、前記光素子の他端及び前記第２のリード端子に電気的に接続したことを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記キャパシタは、チップコンデンサまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記光素子はレーザダイオードであり、
前記第１のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第１のリード端子及び前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
前記第２のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第２のリード端子及び前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記レーザダイオードと前記ステムとの間に、第１の誘電体基板を具備し、
かつ前記第１の誘電体基板の下面は全面にメタライズが形成され、前記ステムと電気的に接続され、
かつ前記第１の誘電体基板の上面は前記第１のリード端子もしくは第２のリード端子と前記レーザダイオードとを電気的に接続するための第２の配線パタンを有し、
かつ前記レーザダイオードのカソードまたはアノードが前記第２の配線パタンと電気的に接続され、
前記第１のキャパシタであるチップコンデンサは、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され且つワイヤ及び第２の配線パタンを介して前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
前記第２のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され且つワイヤを介して前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
さらに１個以上の第３のキャパシタであるチップコンデンサと１個以上の第４のキャパシタであるチップコンデンサを備え、
前記第３のチップコンデンサは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第１のリード端子の、前記第１のチップコンデンサと接続されている箇所とは互いに別の箇所に接続され、かつ前記第１のリード端子と第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置され、
前記第４のチップコンデンサは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第２のリード端子の、前記第２のチップコンデンサと接続されている箇所とは互いに別の箇所に接続され、かつ前記第２のリード端子と第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサが全て同一の容量値を有し、
かつ第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサと、前記第１のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であり、
かつ、第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサが全て同一の容量値を有し、
かつ第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサと、前記第２のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記光素子はレーザダイオードであり、
前記第１のキャパシタは前記第１の誘電体基板もしくは前記第１の誘電体基板とは別の第２の誘電体基板上に形成されたＭＩＭキャパシタであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第１のリード端子及び前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
前記第２のキャパシタは前記第１の誘電体基板もしくは前記第２の誘電体基板上に形成されたＭＩＭキャパシタであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第２のリード端子及び前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記第１のキャパシタであるＭＩＭキャパシタは、その一端が配線パタンを介して前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され且つエアブリッジ及び配線パタンを介して前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに電気的に接続されており、
前記第２のキャパシタであるＭＩＭキャパシタは、その一端が配線パタンを介して前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され且つエアブリッジ及び配線パタンならびにワイヤを介して前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに電気的に接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
さらに１個以上の第３のキャパシタであるMIMキャパシタと１個以上の第４のキャパシタであるMIMキャパシタを備え、
前記第３のMIMキャパシタは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され、かつ前記第１のリード端子と第１のMIMキャパシタ及び第３のMIMキャパシタの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置され、
前記第４のMIMキャパシタは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され、かつ前記第２のリード端子と第２のMIMキャパシタ及び第４のMIMキャパシタの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
第１のMIMキャパシタ及び第３のＭＩＭキャパシタが全て同一の容量値を有し、
かつ第１のMIMキャパシタ及び第３のＭＩＭキャパシタと、前記第１のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であり、
かつ、第２のMIMキャパシタ及び第４のＭＩＭキャパシタが全て同一の容量値を有し、
かつ第２のMIMキャパシタ及び第４のＭＩＭキャパシタと、前記第２のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記光素子、前記キャパシタ、前記リード端子のうち前記光素子及び前記キャパシタが配置されている側に突出している部分、前記ステムの面のうち前記光素子及び前記キャパシタが配置されている側の面が、キャップにより封止されていることを特徴とする。

本発明によれば、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速信号伝送が可能な高周波特性が良好で、かつ既存のパッケージにより構成される安価な光モジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態の光モジュールを示す構成図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 第１実施形態の光モジュールの特性を従来特性と共に示す特性図である。 本発明の第２実施形態の光モジュールを示す構成図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 第２実施形態の光モジュールの特性を従来特性と共に示す特性図である。 本発明の第３実施形態の光モジュールを示す構成図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 第３実施形態の光モジュールの特性を従来特性と共に示す特性図である。 従来の光モジュールを示す構成図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。

（チップコンデンサを用いた光モジュール）
以下、図１に基づいて本発明の第１実施形態である光モジュールについて詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態の光モジュールの側面図、上面図である。図１において、チップコンデンサ１０ａ，１０ｂと、ワイヤ４ａ-１，４ａ-２，４ｂ-１，４ｂ-２を導入した以外は、図７に示した従来の光モジュールと同様の構成となっている（図７及び図１において同一の部材には、図７と図１で共通の番号を振っている）。そのため、チップコンデンサ１０ａ，１０ｂの追加やワイヤの配置を変更しただけであり、用いているパッケージは従来からの安価なキャン型ＬＤパッケージと同一である。

更に第１実施形態の特徴的な構成を説明すると、チップコンデンサ１０ａ，１０ｂは，上下面にそれぞれ電気接続用の電極を有し，チップコンデンサ１０ａ，１０ｂの一端（下面）は、導電材からなるステム１のステムマウント１ｃに電気的に接続され、グランドに接続されている。
ワイヤ４ａ−１は、チップコンデンサ１０ａの他端（上面）とリード端子２ａとを電気的に接続している。ワイヤ４ａ―２は、チップコンデンサ１０ａの他端（上面）とヒートシンク６ａの上面に形成されたワイヤ配線用の配線パタン６ｂとを電気的に接続している。なお、配線パタン６ｂは、ＬＤ素子５の下面に形成されたカソードに電気的に接続されている。結局、チップコンデンサ１０ａの他端（上面）は、リード端子２ａ及びＬＤ素子５の下面のカソードに電気的に接続されている。
ワイヤ４ｂ−１は、チップコンデンサ１０ｂの他端（上面）とリード端子２ｂとを電気的に接続している。ワイヤ４ｂ―２は、チップコンデンサ１０ｂの他端（上面）とＬＤ素子５の上面に形成されたアノードに電気的に接続されている。結局、チップコンデンサ１０ｂの他端（上面）は、リード端子２ｂ及びＬＤ素子５の上面のアノードに電気的に接続されている。

図１に示す光モジュールは、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速光信号を送信するための光通信システム用モジュールであり、光半導体素子としてＬＤ素子５が搭載されている。ＬＤ素子５としては、温度特性に優れるInGaAlAsを含む多重量子井戸(MQW)構造を活性層に有する分布帰還型ＬＤ（ＤＦＢ-ＬＤ）が好適である。

図１に示す第１実施形態の光モジュールにおいて、ステム外部からの１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の差動駆動電気信号（N信号、P信号）のうち、N信号は、伝送線路１１ａ，１２ａ，１３ａを経由し、ワイヤ４ａ-１、チップコンデンサ１０ａ、ワイヤ４ａ-２、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｂを介してＬＤ素子５の下面（図示せず）に形成されたカソード側に供給される。P信号も同様に、伝送線路１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを経由し、ワイヤ４ｂ-１、チップコンデンサ１０ｂ、ワイヤ４ｂ-２を介してＬＤ素子５のアノード側に供給される。

ここで、N信号に着目すると、シャントキャパシタ成分となるチップコンデンサ１０ａの導入により、伝送線路１３ａの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１２ａ-１３ａ間の特性インピーダンス差が小さくなったため、伝送線路１２ａ-１３ａ間のN信号の反射を抑制することが可能となる。同様に、P信号においては、シャントキャパシタ成分となるチップコンデンサ１０ｂの導入により、伝送線路１３ｂの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１２ｂ-１３ｂ間の特性インピーダンス差が小さくなったため、伝送線路１２ｂ-１３ｂ間のP信号の反射を抑制することが可能となる。
このように駆動電気信号（Ｎ信号、Ｐ信号）の反射を抑制することができるため、高周波特性を向上することができる。

図２に、実際にチップコンデンサを導入したキャン型ＬＤパッケージの高周波特性を示す。測定は、N信号側について行った。図２に示すように、チップコンデンサを導入しない従来の方式では周波数１０ＧHzにおいて、Ｓ２１（透過特性）=−３ｄＢ、Ｓ１１（反射特性）=−３ｄＢと非常に劣化した。一方、チップコンデンサを導入し、容量を０.２pF、の場合、Ｓ２１=−２ｄＢ、Ｓ１１=−５ｄＢと改善した。さらに、容量を０.４pF，０.６pFと増加することにより、Ｓ２１=約−１ｄＢ、Ｓ１１=−７〜−１０ｄＢとさらに改善した。

よって、高周波特性の悪い安価なキャン型パッケージを用いても、非常に安価なチップコンデンサを追加するだけの本実施形態により、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速信号で駆動しても良好な高周波特性が得られる。なお、チップコンデンサ１０ａ，１０ｂは、それぞれ０.１pF〜１pF程度の容量を有することが望ましく、０.２〜０.６pFの範囲が最も効果的である。

（MIMキャパシタを用いた光半導体素子用モジュール）
以下、図３に基づいて本発明の第２実施形態である光モジュールについて詳細に説明する。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第２実施形態の光モジュールの側面図、上面図である。図３において、MIM（金属―絶縁体−金属）キャパシタ１０ｃ，１０ｄと、ワイヤ４ａ，４ｂ-１，４ｂ-２と、ヒートシンク６ａの配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄを導入した以外は、図７に示した従来の光モジュールと同様の構成となっている（図７及び図３において同一の部材には、図７と図３で共通の番号を振っている）。そのため、MIMキャパシタ１０ｃ，１０ｄの追加やヒートシンク６ａの配線パタン（配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ）の変更などを行っただけであり、用いているパッケージは従来からの安価なキャン型ＬＤパッケージと同一である。

なお、MIMキャパシタ１０ｃ，１０ｄは、誘電体薄膜を二枚の金属膜で挟んだ構成とすることで基板上に容易に作成でき、かつ誘電体薄膜の誘電率や厚さを制御することで１００μm角の小さなサイズでも０.１〜１pF程度の容量を実現できることを特徴とする。また、AlN等のＬＤ用ヒートシンク材料上にも形成することができるため、MIMキャパシタ１０ｃ，１０ｄの上下面電極の一方を、ヒートシンク６ａ上の配線パタンとワイヤ接続することなく電気的に接続することができる。そのため、図１に示した第１実施形態におけるワイヤ４ａ-２は不要となるため、容量を有する素子（チップコンデンサ、ＭＩＭキャパシタ、フォトダイオードなど）とＬＤ用ヒートシンクのワイヤ接続部における寄生インダクタンスの発生を防ぐことができる点で有利である。

更に第２実施形態の特徴的な構成を説明すると、ヒートシンク６ａには配線用の配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄが形成されている。配線パタン６ｂ，６ｃはヒートシンク６ａの表面に形成されている。配線パタン６ｄは、ヒートシンク６ａの表面から側面を通じてヒートシンク６ａの下面にまで形成（導通）されており、下面側でステムマウント１ｃ（ステム１）に接続されることによりグランドに接続されている。

ＭＩＭキャパシタ１０ｃの下面は、配線パタン６ｄに接続されている。このため、ＭＩＭキャパシタ１０ｃの下面は、配線パタン６ｄを介してグランドに接続されている。ＭＩＭキャパシタ１０ｃの上面は、ワイヤ４ａを介してリード端子２ａに接続され、キャパシタ上部電極（エアブリッジ）１０ｃ-１を介して配線パタン６ｂに接続されている。このようなエアブリッジ配線はＭＩＭキャパシタ作成技術との一体プロセスで実現できるが、エアブリッジに代わりワイヤなどで接続する形態であっても構まわない。この配線パタン６ｂにはＬＤ素子５のカソード（下面）が接続されている。結局、ＭＩＭキャパシタ１０ｃの上面は、リード端子２ａ及びＬＤ素子５のカソード（下面）に電気的に接続されている。
なおキャパシタ上部電極（エアブリッジ）１０ｃ-１は、ＭＩＭキャパシタ１０ｃの上面から配線パタン６ｂ方向に伸び、配線パタン６ｂの上方から下方に伸びて配線パタン６ｂに接続されている。

ＭＩＭキャパシタ１０ｄの下面は、配線パタン６ｄに接続されている。このため、ＭＩＭキャパシタ１０ｄの下面は、配線パタン６ｄを介してグランドに接続されている。ＭＩＭキャパシタ１０ｄの上面は、ワイヤ４ｂ−１を介してリード端子２ｂに接続され、キャパシタ上部電極（エアブリッジ）１０ｄ-１を介して配線パタン６ｃに接続されている。配線パタン６ｃは、ワイヤ４ｂ−２を介してＬＤ素子５のアノード（上面）に接続されている。結局、ＭＩＭキャパシタ１０ｄの上面は、リード端子２ｂ及びＬＤ素子５のアノード（上面）に電気的に接続されている。
なおキャパシタ上部電極（エアブリッジ）１０ｄ-１は、ＭＩＭキャパシタ１０ｄの上面から配線パタン６ｃ方向に伸び、配線パタン６ｃの上方から下方に伸びて配線パタン６ｃに接続されている。

図３に示す光モジュールは、１０ Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速光信号を送信するための光通信システム用モジュールであり、光半導体素子としてＬＤ素子５が搭載されている。ＬＤ素子５としては、温度特性に優れるInGaAlAsを含む多重量子井戸(MQW)構造を活性層に有する分布帰還型ＬＤ（ＤＦＢ-ＬＤ）が好適である。

図３に示す第２実施形態の光モジュールにおいて、ステム外部からの１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の差動駆動電気信号（N信号，P信号）のうち、N信号は、伝送線路１１ａ，１２ａ，１３ａを経由し、ワイヤ４ａ、MIMキャパシタ１０ｃの上面、エアブリッジ１０ｃ−１、ヒートシンク６ａの配線パタン６ｂを介してＬＤ素子５の下面（図示せず）に形成されたカソード側に供給される。

P信号も同様に、伝送線路１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを経由し、ワイヤ４ｂ-１、MIMキャパシタ１０ｄの上面、エアブリッジ１０ｄ−１、ヒートシンク６ａの配線パタン６ｃ、ワイヤ４ｂ-２を介してＬＤ素子５のアノード側に供給される。

ここで、N信号に着目すると、シャントキャパシタ成分となるMIMキャパシタ１０ｃの導入により、伝送線路１３ａの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１２ａ-１３ａ間の特性インピーダンス差が小さくなったため、伝送線路１２ａ-１３ａ間のN信号の反射を抑制することが可能となる。同様に、P信号においては、シャントキャパシタ成分となるMIMキャパシタ１０ｄの導入により、伝送線路１３ｂの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１２ｂ-１３ｂ間の特性インピーダンス差が小さくなったため、伝送線路１２ｂ-１３ｂ間のP信号の反射を抑制することが可能となる。
このように駆動電気信号（Ｎ信号、Ｐ信号）の反射を抑制することができるため、高周波特性を向上することができる。

図４に、実際にＭＩＭキャパシタを導入したキャン型ＬＤパッケージの高周波特性を示す。測定は、N信号側について行った。図４に示すように、ＭＩＭキャパシタを導入しない従来の方式では周波数１０ＧHzにおいて、Ｓ２１（透過特性）=−３ｄＢ、Ｓ１１（反射特性）=−３ｄＢと非常に劣化した。一方、MIMキャパシタを導入し、容量を０.４pF、の場合、Ｓ２１=−１ｄＢ、Ｓ１１=−７.５ｄＢと改善した。

よって、高周波特性の悪い安価なキャン型パッケージを用いても、ヒートシンクにMIMキャパシタを形成するだけの非常に安価な本実施形態により、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速信号で駆動しても良好な高周波特性が得られる。なお、MIMキャパシタ１０ｃ，１０ｄは、それぞれ０.１pF〜１pF程度の容量を有することが望ましく、０.２〜０.６pFの範囲が最も効果的である。

（複数チップコンデンサを用いた光モジュール）
以下、図５に基づいて本発明の第３実施形態の光モジュールについて詳細に説明する。
図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第３実施形態の光モジュールの側面図、上面図である。図５において、チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３と、ワイヤ４ａ-１，４ａ-２，４ａ-３，４ａ-４，４ｂ-１，４ｂ-２，４ｂ-３，４ｂ-４を導入した以外は、図７に示した従来の光モジュールと同様の構成となっている（図７及び図５において同一の部材には、図７と図５で共通の番号を振っている）。そのため、チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の追加やワイヤの配置を変更しただけであり、用いているパッケージは従来からの安価なキャン型ＬＤパッケージと同一である。

更に第３実施形態の特徴的な構成を説明すると、チップコンデンサ１０ａ-１に隣接してチップコンデンサ１０ａ-２，１０ａ-３を一列に配置すると共に、チップコンデンサ１０ｂ-１に隣接してチップコンデンサ１０ｂ-２，１０ｂ-３を一列に配置し、しかもチップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３は、互いに等しい容量値を有すると共に、各チップコンデンサとリード端子との接続点を等間隔となるように配置している。さらに，各チップコンデンサとリード端子とを接続するワイヤの長さも等しくなるように接続している。このような配置にすることにより、伝送線路１３ａ,１３ｂを高周波伝送回路として好適な擬似分布定数回路とすることが可能となる。
なお、チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の容量・間隔は、それぞれ０．１ｐＦ〜１．０ｐＦ、５０μｍ〜５００μｍが好適であるが、これに限るものではない。

チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の一端（下面）は、導電材からなるステム１のステムマウント１ｃに電気的に接続され、グランドに接続されている。

チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３の他端（上面）と、リード端子２ａとは、それぞれワイヤ４ａ-１，４ａ-２，４ａ-３により接続されている。更に、チップコンデンサ１０ａ-１の他端（上面）と、配線パタン６ｂとは、ワイヤ４ａ-４により接続されている。なお、配線パタン６ｂは、ＬＤ素子５の下面に形成されたカソードに電気的に接続されている。このため、チップコンデンサ１０ａ-１の他端（上面）は、リード端子２ａ及びＬＤ素子５の下面のカソードに電気的に接続されている。

チップコンデンサ１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の他端（上面）と、リード端子２ｂとは、それぞれワイヤ４ｂ-１，４ｂ-２，４ｂ-３により接続されている。更に、チップコンデンサ１０ｂ-１の他端（上面）は、ワイヤ４ｂ-４によりＬＤ素子５の下面に形成されたアノードに電気的に接続されている。このため、チップコンデンサ１０ｂ-１の他端（上面）は、リード端子２ｂ及びＬＤ素子５の上面のアノードに電気的に接続されている。

図５に示す光モジュールは、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速光信号を送信するための光通信システム用モジュールであり、光半導体素子としてＬＤ素子５が搭載されている。ＬＤ素子５としては、温度特性に優れるInGaAlAsを含む多重量子井戸(MQW)構造を活性層に有する分布帰還型ＬＤ（ＤＦＢ-ＬＤ）が好適である。

図５に示す第３実施形態の光モジュールにおいて、ステム外部からの１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の差動駆動電気信号（N信号，P信号）のうち、N信号は、伝送線路１１ａ，１２ａ，１３ａを経由する。伝送線路１３ａにおいては、チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３の上面と、リード端子２ａとがそれぞれワイヤ４ａ-１，４ａ-２，４ａ-３により接続されている。チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３の下面は、ステム（グランド）１に接続されるため、接地している。そのため、本実施例における伝送線路１３ａは、高周波伝送に好適なリード端子２ａと３個のチップコンデンサで構成されたＬＣ３段構成の疑似分布定数線路となっている。なお、本実施例におけるワイヤ４ａ-１，４ａ-２，４ａ-３は、ｚ軸方向に沿って３００μｍ間隔で配置されている。伝送線路１３ａを通過したN信号は、ワイヤ４ａ-１、チップコンデンサ１０ａ-１、ワイヤ４ａ-４、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｂを介してＬＤ素子５の下面（図示せず）に形成されたカソード側に供給される。

伝送線路１３ｂにおいては、チップコンデンサ１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の上面と、リード端子２ｂとがそれぞれワイヤ４ｂ-１，４ｂ-２，４ｂ-３により接続されている。チップコンデンサ１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の下面は、ステム（グランド）１に接続されるため、接地している。そのため、本実施例における伝送線路１３ｂは、伝送線路１３ａと同様に高周波伝送に好適なリード端子２ｂと３個のチップコンデンサで構成されたＬＣ３段構成の疑似分布定数線路となっている。なお、本実施例におけるワイヤ４ｂ-１，４ｂ-２，４ｂ-３は、ｚ軸方向に沿って３００μｍ間隔で配置されている。伝送線路１３ｂを通過したＰ信号は、ワイヤ４ｂ-１、チップコンデンサ１０ｂ-１、ワイヤ４ｂ-４を介してＬＤ素子５のアノード側に供給される。

ここで、N信号に着目すると、シャントキャパシタ成分となるチップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３の導入により、伝送線路１３ａの特性インピーダンスを高周波領域までほぼ一様に低下させ、その結果伝送線路１２ａ-１３ａ間の特性インピーダンス差が小さくできるため、伝送線路１２ａ-１３ａ間のN信号の反射を大幅に抑制することが可能となる。同様に、P信号においては、シャントキャパシタ成分となるチップコンデンサ１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３の導入により、伝送線路１３ｂの特性インピーダンスを高周波領域までほぼ一様に低下させ、その結果伝送線路１２ｂ-１３ｂ間の特性インピーダンス差が小さくできるため、伝送線路１２ｂ-１３ｂ間のP信号の反射を大幅に抑制することが可能となる。
このように駆動電気信号（Ｎ信号、Ｐ信号）の反射を抑制することができるため、高周波特性を向上することができる。

図６に、実際に複数のチップコンデンサ（N側、P側にそれぞれ３個ずつ）を導入したキャン型ＬＤパッケージの高周波特性を示す。測定は、N信号側について行った。図６に示すように、複数のチップコンデンサを導入しない従来の方式では周波数１０ＧHzにおいて、Ｓ２１（透過特性）=−３ｄＢ、Ｓ１１（反射特性）=−３ｄＢと非常に劣化した。一方、複数のチップコンデンサを導入し、各チップコンデンサの容量０.２pF、の場合、Ｓ２１=−１ｄＢ、Ｓ１１=−１１ｄＢと大幅に改善した。

よって、高周波特性の悪い安価なキャン型パッケージを用いても、非常に安価なチップコンデンサを追加するだけの本実施形態により、１０Ｇｂｉｔ/ｓ級の高速信号で駆動しても良好な高周波特性が得られる。なお、チップコンデンサ１０ａ-１，１０ａ-２，１０ａ-３，１０ｂ-１，１０ｂ-２，１０ｂ-３は、それぞれ０.１pF〜１pF程度の範囲で等しい容量値を有することが望ましく、０.１〜０.５pFの範囲が最も効果的である。

なお、本実施例ではＮ信号側、Ｐ信号側に各３個のコンデンサを用いたが、疑似分布定数線路効果が得るためには、これに限定されることなく各２個、あるいは４個以上用いても構わない。疑似分布定数線路効果を最大にするためには、各コンデンサとリード端子との接続点は等間隔に配置し、各コンデンサとリード端子とを接続するワイヤの長さも等しくするように接続することが好適であるが、等間隔や等長でなくても一定の効果を奏するため、必ずしもこれに限定されるものではない。また、チップコンデンサの一部または全てを、ヒートシンク６ａ上に形成した複数のMIMキャパシタにより置き換えても同様の効果が得られることは明らかである。

１ ステム
１ａ ステム上面
１ｂ ステム下面
１ｃ ステムマウント
１ｄ ステム凹部
２ａ〜２ｄ リード端子
３ａ〜３ｃ 貫通孔
３ｄ 絶縁体
４ａ，４ｂ，４ａ-１，４ａ-２，４ａ-３，４ｂ-１，４ｂ-２，４ｂ-３ ワイヤ
５ ＬＤ素子
６ａ ヒートシンク
６ｂ，６ｃ，６ｄ 配線パタン
７ モニタPD
８ PDキャリア
９ａ，９ｂ ワイヤ
１０ａ，１０ｂ，１０ａ-１〜１０ａ-３，１０ｂ-１〜１０ｂ-３ チップコンデンサ
１０ｃ，１０ｄ ＭＩＭキャパシタ
１０ｃ−１，１０ｄ−１ キャパシタ上部電極（エアブリッジ）
１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ 伝送線路

Claims (12)

1. 導電材からなると共にグランドに接続されるステムと、
   前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁されたリード端子と、
   前記ステムに搭載された光素子を有する光モジュールにおいて、
   一端が前記ステムに電気的に接続されたキャパシタを備え、前記キャパシタの他端を前記リード端子及び前記光素子に電気的に接続したことを特徴とする光モジュール。
2. 導電材からなると共にグランドに接続されるステムと、
   前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁された第１のリード端子と、
   前記ステムを貫通して前記ステムに取り付けられると共に、前記ステムを貫通する部分に絶縁材が介在することにより前記ステムとは電気的に絶縁された第２のリード端子と、
   前記ステムに搭載された光素子を有する光モジュールにおいて、
   一端が前記ステムに電気的に接続された第１のキャパシタと、一端が前記ステムに電気的に接続された第２のキャパシタを備え、
   前記第１のキャパシタの他端を、前記光素子の一端及び前記第１のリード端子に電気的に接続し、
   前記第２のキャパシタの他端を、前記光素子の他端及び前記第２のリード端子に電気的に接続したことを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の光モジュールにおいて、
   前記キャパシタは、チップコンデンサまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項２に記載の光モジュールにおいて、
   前記光素子はレーザダイオードであり、
   前記第１のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第１のリード端子及び前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
   前記第２のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第２のリード端子及び前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項４に記載の光モジュールにおいて、
   前記レーザダイオードと前記ステムとの間に、第１の誘電体基板を具備し、
   かつ前記第１の誘電体基板の下面は全面にメタライズが形成され、前記ステムと電気的に接続され、
   かつ前記第１の誘電体基板の上面は前記第１のリード端子もしくは第２のリード端子と前記レーザダイオードとを電気的に接続するための第２の配線パタンを有し、
   かつ前記レーザダイオードのカソードまたはアノードが前記第２の配線パタンと電気的に接続され、
   前記第１のキャパシタであるチップコンデンサは、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され且つワイヤ及び第２の配線パタンを介して前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
   前記第２のキャパシタはチップコンデンサであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され且つワイヤを介して前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項４または請求項５に記載の光モジュールにおいて、
   さらに１個以上の第３のキャパシタであるチップコンデンサと１個以上の第４のキャパシタであるチップコンデンサを備え、
   前記第３のチップコンデンサは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第１のリード端子の、前記第１のチップコンデンサと接続されている箇所とは互いに別の箇所に接続され、かつ前記第１のリード端子と第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置され、
   前記第４のチップコンデンサは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第２のリード端子の、前記第２のチップコンデンサと接続されている箇所とは互いに別の箇所に接続され、かつ前記第２のリード端子と第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項６に記載の光モジュールにおいて、
   第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサが全て同一の容量値を有し、
   かつ第１のチップコンデンサ及び第３のチップコンデンサと、前記第１のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であり、
   かつ、第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサが全て同一の容量値を有し、
   かつ第２のチップコンデンサ及び第４のチップコンデンサと、前記第２のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項２に記載の光モジュールにおいて、
   前記光素子はレーザダイオードであり、
   前記第１のキャパシタは前記第１の誘電体基板もしくは前記第１の誘電体基板とは別の第２の誘電体基板上に形成されたＭＩＭキャパシタであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第１のリード端子及び前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに接続されており、
   前記第２のキャパシタは前記第１の誘電体基板もしくは前記第２の誘電体基板上に形成されたＭＩＭキャパシタであり、その一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端が前記第２のリード端子及び前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに接続されていることを特徴とする光モジュール。
9. 請求項８に記載の光モジュールにおいて、
   前記第１のキャパシタであるＭＩＭキャパシタは、その一端が配線パタンを介して前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され且つ配線パタンを介して前記レーザダイオードのカソードまたはアノードに電気的に接続されており、
   前記第２のキャパシタであるＭＩＭキャパシタは、その一端が配線パタンを介して前記ステムに電気的に接続されると共に、その他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され且つ配線パタンならびにワイヤを介して前記レーザダイオードのアノードまたはカソードに電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
10. 請求項８または請求項９に記載の光モジュールにおいて、
    さらに１個以上の第３のキャパシタであるMIMキャパシタと１個以上の第４のキャパシタであるMIMキャパシタを備え、
    前記第３のMIMキャパシタは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第１のリード端子に接続され、かつ前記第１のリード端子と第１のMIMキャパシタ及び第３のMIMキャパシタの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置され、
    前記第４のMIMキャパシタは、一端が前記ステムに電気的に接続されると共に、他端がワイヤを介して前記第２のリード端子に接続され、かつ前記第２のリード端子と第２のMIMキャパシタ及び第４のMIMキャパシタの他端とを接続する各ワイヤの長さが互いに等しくなるように配置されていることを特徴とする光モジュール。
11. 請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
    第１のMIMキャパシタ及び第３のＭＩＭキャパシタが全て同一の容量値を有し、
    かつ第１のMIMキャパシタ及び第３のＭＩＭキャパシタと、前記第１のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であり、
    かつ、第２のMIMキャパシタ及び第４のＭＩＭキャパシタが全て同一の容量値を有し、
    かつ第２のMIMキャパシタ及び第４のＭＩＭキャパシタと、前記第２のリード端子とを接続する各接続点が等間隔であることを特徴とする光モジュール。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、
    前記光素子、前記キャパシタ、前記リード端子のうち前記光素子及び前記キャパシタが配置されている側に突出している部分、前記ステムの面のうち前記光素子及び前記キャパシタが配置されている側の面が、キャップにより封止されていることを特徴とする光モジュール。

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