JP2013187230A - 多チャネル光送信モジュールおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、配線板支持部を集積したアレイチップを使用することにより、アレイチップ全面を加圧しても半導体導波路を傷つけずに実装可能となり、放熱性を確保し、コストを抑えつつ、フリップチップ実装の特徴である、全チャネルで良好な高周波特性が得られる多チャネル光送信モジュールを実現することにある。
【解決手段】本願発明の多チャンネル光送信モジュールは、ＬＤキャリアと、前記ＬＤキャリア上に搭載され、光機能部と配線板支持部が配された半導体素子アレイと、前記半導体素子アレイの上方に配され、前記配線板支持部に固定されたフリップチップ配線板と、前記光機能部の表面に形成された電極と前記フリップチップ配線板とを接続する高周波配線である金バンプとを備え、前記配線板支持部の最大厚さが、前記光機能部の最大厚さと同等か、それより高いことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、大容量光通信網の構成要素である多チャネル用光送信モジュールに関するものである。

図１は、従来技術を使用した直接変調ＤＦＢ（分布帰還型―Distributed Feedback）レーザを使用した単チャネル光送信モジュールの構成図である。高周波信号配線の電気結線の取り方として、従来は、金ワイヤを使用したワイヤボンディングによる結線が一般的であった。従来の単チャネルのモジュールの高周波信号配線を考えると、パッケージ１０１と配線板１１７、配線板１１７とＤＦＢレーザ１０３との間は、金ワイヤ１１３で結線されている。このとき、ＤＦＢレーザ１０３と配線板１１７を接続する金ワイヤ１１３の長さは、チップ幅を０．５ｍｍとしたときに最短で、０．３ｍｍ程度になる。このように、配線板１１７をＤＦＢレーザ１０３の直近まで引いてくることにより、金ワイヤ１１３を使用する距離を短くし、寄生インダクタンス成分による特性劣化を最小限に抑える工夫がなされていた（特許文献１参照）。

図２は、先にでてきた従来のワイヤ実装技術の結線方法を使用した、合波器付き４チャネル直接変調ＤＦＢレーザアレイ２０３を使用した多チャネル光送信モジュールの構成図である。

図２において、先に出てきたように、パッケージ２０１と配線板２１７、配線板２１７とＤＦＢレーザアレイ２０３の各チャネルは、金ワイヤ２１３で結線されている。このようにして、ＤＦＢレーザアレイ２０３の直近まで配線板２１７を引いているため、ＤＦＢレーザアレイ２０３の外側に相当する各ＤＦＢレーザと配線板２１７を結ぶ金ワイヤ２１３の長さは、レーザの間隔が、０．５ｍｍだったとして、単チャネルの時と同じ最短で０．３ｍｍ程度に抑えられているが、ＤＦＢレーザアレイ２０３の中程の各ＤＦＢレーザと配線板２１７を結ぶ金ワイヤ２１３の長さは、最短でも、０．７ｍｍ以上と外側に比べて２倍以上の長さが必要となる。

このため、１０Ｇｂｐｓを超える高速信号を扱う場合は、アレイチップの最外側２チャネル以外へのＤＦＢレーザに供給される高周波信号が金ワイヤ２１３の寄生インダクタンス成分により劣化する問題があった。加えて、多チャネル光送信モジュールは、全チャネル同時動作させるため、金ワイヤ２１３の近接するチャネル間で、電気クロストークが発生し、波形が劣化する問題も発生する。そこで、ワイヤ実装が不要であるフリップチップ実装技術を使用する方法が考えられている。

図３は、先にでてきた合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイをフリップチップ実装した多チャネル光送信モジュールの構成図である。図３において、ＤＦＢレーザアレイ３０３は、電極がついている面が下側になっており、金バンプ３１４を介してサブキャリア３０４上の配線と接合している。このように実装することにより、サブキャリア３０４上の配線とチップを接続するワイヤが不要となり帯域の劣化、クロストークによる信号波形劣化を抑制することができる。しかし、ＤＦＢレーザアレイ３０３が金バンプ３１４を介してのみサブキャリア３０４と繋がっているため、放熱性が悪く、デバイスの特性劣化につながる問題があった（特許文献２参照）。

また、先の実装方法と逆に配線板をフリップチップ実装する形態も考えられる。図４は、先にでてきた合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイに対してフリップチップ配線板４１５をフリップチップ実装した多チャネル光送信モジュールの構成図である。このような構成にすることにより、サブキャリア４０４とレーザアレイ４０３が、従来と同様に接するため、放熱性の面では従来のワイヤ実装型と同等性能が得られる。加えて、配線板とチップを接続するワイヤが不要となり帯域の劣化、クロストークによる信号波形劣化を抑制することができる。しかし、この方法では、フリップチップ配線板４１５が全ての金バンプ４１４と接するために、アレイチップ４０３と高周波配線板４１７の高さ誤差を金バンプ４１４が吸収できる程度の精度で作製する必要がある。このため、チップの研磨厚に依存する歩留まりの低下や、配線板の厚さ精度に依存した高コスト化の問題があった。

また、配線板支持板５１２を別に用意する形態も考えられる。図５は、先にでてきた合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイ５０３及び配線板支持板５１２に対してフリップチップ配線板５１５を、それぞれ金バンプ５１４と、金もしくは半田バンプ５１６を介して、フリップチップ実装した多チャネル光送信モジュールの構成図である。この構成では、配線板支持板５１２とレーザアレイ５０３とを同時研磨することにより、高さを合わせることが可能であり、厚さ精度の問題はある程度改善されるが、それでも別のウエハであるためある程度の高さ誤差は出てしまう点、配線板支持板５１２を用意する必要があるので高コスト化するといった問題があった。

また、アレイチップは、従来の単チャネルのチップに比較して非常に大きくなるため、キャリアにチップをダイボンディングする際に、チップが傾かないようにチップ全面を押しながら実装するが、上記のアレイチップの構造では導波路を加圧用のコレットで触るため導波路を破損するおそれがあった。

特開２００３−２０７６９３号公報 特開２００８−２４４３６４号公報

Ｔ．Ｆｕｊｉｓａｗａ，Ｓ．Ｋａｎａｚａｗａ，Ｎ．Ｎｕｎｏｙａ，Ｈ．Ｉｓｈｉｉ，Ｙ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ，Ａ．Ｏｈｋｉ，Ｎ．Ｆｕｊｉｗａｒａ，Ｋ．Ｔａｋａｈａｔａ，Ｒ．Ｉｇａ，Ｆ．Ｋａｎｏ，ａｎｄ Ｈ．Ｏｏｈａｓｈｉ，"４×２５−Ｇｂｉｔ／ｓ，１．３−μｍ，ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ １００−Ｇｂｉｔ／ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，" ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ，Ｔｈ．９．Ｄ．１，２０１０．

高速の多チャネル光送信モジュールにとって、各チャネルに高周波信号の劣化を極力抑えることが非常に重要である。しかし、従来技術では、チャネル数の増大に伴いチップサイズが大きくなり、金ワイヤの長さも長くなるため、高周波信号が劣化する問題を抱えていた。また、帯域の劣化を防ぐフリップチップ実装技術を使用した場合、放熱性の劣化や、高コスト化する問題があった。加えて、アレイチップを傾きなくキャリアに実装するためにはチップ全面を加圧しながら実装するが、その際に加圧用コレットが導波路を傷つけるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、配線板支持部を集積したアレイチップを使用することにより、アレイチップ全面を加圧しても半導体導波路を傷つけずに実装可能となり、放熱性を確保し、コストを抑えつつ、フリップチップ実装の特徴である、全チャネルで良好な高周波特性が得られる多チャネル光送信モジュールを実現することにある。

上記課題を解決するために、本願発明の請求項１に係る多チャネル光送信モジュールは、ＬＤキャリアと、上記ＬＤキャリア上に搭載され、光機能部と配線板支持部が配された半導体素子アレイと、上記半導体素子アレイの上方に配され、上記配線板支持部に固定されたフリップチップ配線板と、上記光機能部の表面に形成された電極と上記フリップチップ配線板とを接続する高周波配線である金バンプとを備え、上記配線板支持部の最大厚さが、上記光機能部の最大厚さと同等か、それより高いことを特徴とする。

また、本願発明の請求項２に係る多チャネル光送信モジュールは、上記半導体素子アレイは、高速直接変調半導体レーザアレイ素子であり、上記フリップチップ配線板は、フリップチップ実装対応高周波配線板であり、上記多チャンネル光送信モジュールは、さらに、高速多チャネルパッケージと、上記高速多チャネルパッケージに配置されたペルチェ素子と、上記ペルチェ素子上にあり、上記高速直接変調半導体レーザアレイ素子から出力された光が通過する第１のレンズと、上記ＬＤキャリア上に配置されたサブキャリアと、上記パッケージ外部に配置された第２のレンズアイソレータ付き第２のレンズと、上記第２のレンズを通過した光が通過するフェルールカラーと、ピグテールファイバとから構成されることを特徴とする。

また、本願発明の請求項３に係る多チャネル光送信モジュールは、上記半導体素子アレイは、高速光変調器集積半導体レーザアレイ素子であり、上記フリップチップ配線板は、フリップチップ実装対応高周波配線板であり、上記多チャンネル光送信モジュールは、さらに、高速多チャネルパッケージと、上記高速多チャネルパッケージに配置されたペルチェ素子と、上記ペルチェ素子上にあり、上記高速光変調器集積半導体レーザアレイ素子から出力された光が通過する第１のレンズと、上記ＬＤキャリア上に配置されたサブキャリアと、上記パッケージ外部に配された第２のレンズアイソレータ付き第２レンズと、上記第２のレンズを通過した光が通過するフェルールカラーと、ピグテールファイバとから構成されることを特徴とする。

また、本願発明の請求項４に係る多チャネル光送信モジュールは、上記半導体素子アレイの光機能部が、３個以上の直接変調ＤＦＢレーザ、もしくは、３個以上の電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ(以下、ＥＡＤＦＢという)、もしくは、２個以上のマッハツェンダー変調器および、１個以上のＤＦＢレーザから構成されることを特徴とする。

また、本願発明の請求項５に係る多チャネル光送信モジュールは、上記半導体素子アレイに、半導体素子レーザ、または、変調器からの光路を合波する合波器を形成するとともに、上記合波器として多モード干渉型合波器（以下、ＭＭＩ合波器という）または、アレイ導波路格子合波器（以下、ＡＷＧ合波器という）を使用することを特徴とする。

また、本願発明の請求項６に係る多チャネル光送信モジュールは、上記半導体素子アレイとは別に、半導体素子レーザ、または、変調器からの光路を合波する合波器を、独立して設けるとともに、上記合波器としてＡＷＧ合波器、または、誘電体フィルタを使用した合波器を使用することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本願発明の請求項７に係る多チャネル光送信モジュールの作製方法は、半導体素子の光機能部の表面構造を形成する工程と同一工程で同時に配線板支持部も作製でき、上記配線板支持部の最大厚さが、上記光機能部の最大厚さと同等か、それより高いことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、支持部集積チップと、ブリッジ型配線板フリップチップ実装技術を使用することで、チップと同一のウエハに支持部を作成するために、従来型ブリッジ型配線板フリップチップ実装技術で問題となるチップと支持部の高さ誤差による実装歩留まり低下の問題をなくすとともに、支持部を介してチップを加圧しながらキャリアに実装することが可能となるため、半導体導波路にキズをつけずに傾きなく実装が可能となる。また、従来のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術と同等の高周波特性を維持しつつ、実装時の歩留まりを向上させ、低コストで作製可能な多チャネル光送信モジュールが実現可能となる。

従来技術によるＤＦＢレーザを使用したワイヤ実装型単チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 従来技術による合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源としたワイヤ実装型の多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 従来技術による合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源としたフリップチップ実装型多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 従来技術による合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした配線板フリップチップ実装型多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 従来技術による合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源としたブリッジ型フリップチップ配線板を使用した多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 本発明の実施例１に係る多チャネル光送信モジュールである支持部集積合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源としたブリッジ型フリップチップ配線板を使用した多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 図６に示す、支持部集積アレイチップの光機能部と支持部のプロセス工程ごとの断面図である。 図６に示す、支持部集積アレイチップの断面図である。 第１レンズを調芯するための実験系を示す図である。 第２レンズ、およびピグテールファイバを調芯するための実験系を示す図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのアイパターン測定系を示す図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのビットエラーレート測定系を示す図である。 本発明の実施例２に係る多チャンネル光送信モジュールである支持部集積合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源としたブリッジ型フリップチップ配線板を使用した多チャネル光送信モジュールの構成例を示す図である。 合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源としたブリッジ型フリップチップ配線板を使用した多チャネル光送信モジュール作製時の、第１レンズを調芯するための実験系を示す図である。 合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのアイパターン測定系を示す図である。 合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源とした従来のワイヤ実装型の多チャネル光送信モジュールの構成図である。 合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのビットエラーレート測定系を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

以下に、本発明の具体的な実施例に基づき説明する。本実施例は、本発明の効果を示す１つの例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行いうることは言うまでもない。

［実施例１］
図６は、本発明の実施例１に係る多チャネル光送信モジュール６００の構成図である。本実施例では、多チャネル光送信用アレイデバイスとして、４チャネルの合波器付き支持部集積直接変調ＤＦＢレーザアレイ（以下、レーザアレイ）６０３を使用する構成となっている。また、フリップチップ配線板６１５は、マイクロストリップ線路の配線形状になっており、窒化アルミニウムを材料とし、配線６１３は、Ａｕを材料とし、上面の配線部と下面の金バンプ接点は、側面の高周波配線を介して電気的に繋がっている。

また、フリップチップ配線板６１５の金バンプ６１４との接続部、配線板支持部６１７との接続部には、金−スズ合金半田を使用し、半田接合とした。この実施例では、チャネル間隔を５００μｍ、合波器として多モード干渉型合波器（以下、ＭＭＩ合波器）を使用している。また、各チャネルの波長は、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。このとき、レーザアレイ６０３は、ＩｎＰ基板上のものを使用する。また、データレート２５Ｇｂｐｓ、Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ＺＥＲＯ（以下、ＮＲＺ）とし、疑似ランダム信号（以下ＰＲＢＳ）は、２³¹−１の高周波信号を各チャネルに供給する。

１．動作原理
本実施例で、レーザアレイの各チャネルにどのようにして高速電気信号を供給するかを説明する。高周波信号は、パッケージ６０１の高周波配線板から金ワイヤ６１３を介して、フリップチップ配線板６１５に入り、さらに金バンプ６１４を介してレーザアレイ６０３の各ＤＦＢレーザに供給される。レーザアレイ６０３によって光に変換された信号は合波器を介して１つの導波路に合波されて出力される。出力された光は、第１レンズ６０５、第２レンズ６０９によって集光されて、ピグテールファイバ６１１に結合される。

２．組み立て工程
図７に、レーザアレイ６０３のＤＦＢレーザ７０１および、配線板支持部６１７の作製手順を示す。まず、結晶成長されたウエハに光導波路７０３をドライエッチングで形成するが、その際に、配線板支持部６１７は、マスキングして、エッチングされないようにする。次に、絶縁性誘電体７０２を導波路７０３側面に形成するが、その際には、支持部６１７にも、絶縁性誘電体７０２を形成する。そして、レーザ部７０１の導波路７０３と絶縁性誘電体７０２上の一部に電極７０４を形成するが、その際には、支持部６１７にも電極７０４を形成する。最後にウエハ裏面を研磨して電極７０４を蒸着し、劈開することでレーザアレイ６０３が完成する。

図８は、支持部集積アレイ６０３の断面図を示したものである。図８において、支持部集積アレイ６０３は、光機能部（レーザ）７０１と、支持部６１７とを備え、上述したように、光機能部７０１、及び、支持部６１７は、それぞれ、絶縁性誘電体７０２と、半導体光導波路７０３と、金属電極７０４とを含む。図８を見ると分かるように、配線板支持部６１７は、光機能部７０１の一番高い部分である電極７０４の付いた部分よりも、さらに高い。以上の工程により、通常のレーザアレイ作製と同工程で光機能部７０１の一番厚い部分よりさらに厚い支持部６１７を形成することができる。

次に、このモジュールを作製するための手順を示す。まず、図６のレーザアレイ６０３を、レーザアレイ６０３より大きい面積を有するコレットで加圧しながらサブキャリア６０４に固定し、レーザアレイ６０３の電極部、配線板支持部６１７に金バンプ６１４を形成する。次に、フリップチップ配線板６１５を半田固定でフリップチップ実装する。そして、サブキャリア６０４をＬＤキャリア６０２に実装する。

また、図９に示す実験系を使用して、図６に示したレーザアレイ６０３のＤＦＢレーザのうちの任意の１チャネルに直流電源９２２からＤＣプローブ９２１、フリップチップ配線板６１５を介して電流を、２０ｍＡ程度供給した状態で、ＣＣＤカメラ９２４により、ビーム形状を確認し、レーザ光のビーム形状、位置が光の進行方向のどの位置でも変わらなくなるように第１レンズ６０５を調芯し、イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザ（以下、ＹＡＧレーザ）９２３による溶接でＬＤキャリア６０２に固定する。その後、図６に示したペルチェ素子６０６を実装してあるパッケージ６０１の中にＬＤキャリア６０２を搭載する。そして、フリップチップ配線板６１５とパッケージ６０１の間をワイヤボンディングによって、金ワイヤ６１３のように結線する。

最後に、図１０に示す実験系を使用して、レーザアレイ６０３のＤＦＢレーザのうちの任意の１チャネルに電流を５０ｍＡ程度供給した状態で、光パワーメータ１０２５に入るパワーが最大になるように、第２レンズ６０９、フェルールカラー６１０、ピグテールファイバ６１１を調芯して、ＹＡＧレーザ６２３による溶接で固定する。以上で、多チャネル光送信モジュールが完成する。

３．搭載精度の確認
図６に示すサブキャリア６０４にアレイチップ６０３を固定した後、両端面を測長機能付き顕微鏡で観察し、浮きがあるかを確認した。１０個のチップを搭載して、全てのチップにおいて、両端面で測長機能の測定限界である１μｍ以下の浮きで有ることが確認できた。また、レーザ干渉型段差計を使用して、チップ６０３の反りを確認したが、搭載した１０個のチップ全てで段差１μｍ以下の反りであることが確認できた。以上から、フリップチップ実装時に、金バンプのつぶれによって吸収できる高さ誤差に十分収まっていることから、全チップがフリップチップ実装可能な高さ誤差で実装できていることが分かる。

４．多チャネル光送信モジュールの特性
図１１に、アイパターン測定用実験系を示す。アイパターン測定用実験系１１００は、多チャンネル光送信モジュール１１０１と、光ファイバ１１０２と、光分波器１１０３と、フォトディテクタ１１０４と、パルスパターンジェネレータ１１０５と、サンプリングオシロスコープ１１０６とを備える。比較として、図２に示す従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールの測定も同時に行った。多チャネル光送信モジュールは、チップ温度２５℃一定、ＤＦＢレーザ６０３には、バイアス電流４０ｍＡ、入力信号の振幅は、３．０Ｖｐｐとした。このとき、ワイヤ実装型モジュールでは、消光比４．０ｄＢであったのに対して、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールでは、５．４ｄＢの消光比が得られた。また、４チャネル同時に、バイアス電流５０ｍＡ、入力信号の振幅は、３．０Ｖｐｐを印加した場合は、ワイヤ実装型モジュールでは、消光比３．０ｄＢであったのに対して、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールでは、５．０ｄＢの消光比が得られた。

次に、図１２に示すビットエラーレート測定用の実験系を使用して、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性）を測定する。ビットエラーレート測定用の実験系１２００は、多チャンネル光送信モジュール１２０１と、光ファイバ１２０２と、光分波器１２０３と、フォトディテクタ１２０４と、パルスパターンジェネレータ１２０５と、エラーディテクタ１２０６と、光可変減衰器１２０７とを備える。このとき、ワイヤ実装型モジュール、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールともに、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。また、全チャネル同時動作時に、上から２番目のチャネルの最小受光感度は、ワイヤ実装型モジュールで、−３ｄＢｍ、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールで−４．９ｄＢｍであった。

以上より、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱う時に、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールが高い歩留まりで実現可能であることが明らかである。

［実施例２］
本実施例の構成を図１３に示す。本実施例では、多チャネル光送信用アレイデバイスとして、２チャネルの合波器付きマッハツェンダー変調器集積ＤＦＢレーザアレイ（以下、ＭＺ集積レーザアレイ）１３０３を使用する構成となっている。また、フリップチップ配線板１３１５は、差動マイクロストリップ線路の配線形状になっており、レジンを材料とし、配線は、Ａｌを材料とし、上面の配線部と下面の金バンプ接点は貫通ビアで電気的に繋がっている。また、フリップチップ配線板１３１５の金バンプ１３１４との接続部、配線板支持部１３１７との接続部には、金−金での超音波接合とした。この実施例では、チャネル間隔を１０００μｍ、合波器として多モード干渉型合波器（以下、ＭＭＩ合波器という。）を使用している。また、波長は、チップ温度２５℃のとき、１５５０ｎｍ、１５６０ｎｍとした。このとき、レーザアレイは、ＩｎＰ基板上のものを使用する。また、データレート５０Ｇｂｐｓ、Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ＺＥＲＯ（以下ＮＲＺ）とし、疑似ランダム信号（以下ＰＲＢＳ）は２³¹−１の高周波信号を各チャネルに供給する。

１．動作原理
本実施例で、ＭＺ集積レーザアレイの各チャネルにどのようにして高速電気信号を供給するかを説明する。高周波信号は、パッケージ１３０１の高周波配線から金ワイヤ１３１３を介して、フリップチップ配線板１３１５に入り、さらに金バンプ１３１４を介してＭＺ集積レーザアレイ１３０３の各ＭＺ部に供給される。ＭＺ集積レーザアレイ１３０３によって光に変換された信号は合波器を介して１つの導波路に合波されて出力される。出力された光は、第１レンズ１３０５、第２レンズ１３０９によって集光されて、ピグテールファイバ１３１１に結合される。

２．組み立て工程
本実施例も実施例１と同様の図７に示す工程により、レーザアレイ１３０３のＤＦＢレーザ７０１および、配線板支持部１３１７が作製される。まず、結晶成長されたウエハに光導波路７０３をドライエッチングで形成するが、その際に配線板支持部１３１７は、マスキングして、エッチングされないようにする。次に、絶縁性誘電体を導波路７０３側面に形成するが、その際には、支持部１３１７にも絶縁性誘電体７０２を形成する。そして、レーザ部７０１の導波路７０３と絶縁性誘電体７０２上の一部に電極７０４を形成するが、その際には支持部１３１７にも電極７０４を形成する。最後にウエハ裏面を研磨して電極７０４を蒸着し、劈開することによりレーザアレイ１３０３が完成する。

図８は、支持部集積アレイの断面図を示したものである。図を見ると分かるように、配線板支持部１３１７は、光機能部７０１の一番高い部分である電極の付いた部分よりも、さらに高い。以上の工程により、通常のレーザアレイ作製と同工程で光機能部７０１の一番厚い部分よりさらに厚い支持部１３１７を形成可能である。

次に、このモジュールを作製するための手順を示す。まず、図１３のＭＺ集積レーザアレイ１３０３をレーザアレイ１３０３より大きい面積を有するコレットで加圧しながらサブキャリア１３０４に実装し、ＭＺ集積レーザアレイ１３０３の電極部、配線板支持部１３１７に金バンプ１３１４、１３１６を形成する。次に、フリップチップ配線板１３１５を超音波接合によりフリップチップ実装した後、配線板１３１５に終端抵抗１３１８を搭載する。そして、サブキャリア１３０４をＬＤキャリア１３０２に実装する。

そして、図１４に示す実験系を使用して、ＭＺ集積レーザアレイ１３０３のＤＦＢレーザのうちの任意の１チャネルに電流を１００ｍＡ程度供給した状態でＣＣＤカメラ１４２４でビーム形状を確認し、レーザ光のビーム形状、位置が光の進行方向のどの位置でも変わらなくなるように第１レンズ１３０５を調芯し、イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザ（以下、ＹＡＧレーザ）１２２３による溶接でＬＤキャリア１３０２に固定する。

その後、図１３のペルチェ素子１３０８を実装してあるパッケージ１３０１の中にＬＤキャリア１３０２を搭載する。そして、フリップチップ配線板１３１５とパッケージ１３０１を金ワイヤ１３１３のように結線する。最後に、図１０に示す実験系を使用して、ＭＺ集積レーザアレイ１３０３のＤＦＢレーザのうちの任意の１チャネルに電流を１００ｍＡ程度供給した状態で、光パワーメータ１０２５に入るパワーが最大になるように、第２レンズ１３０９、フェルールカラー１３１０、ピグテールファイバ１３１１を調芯して、ＹＡＧレーザ９２３による溶接で固定する。以上で、多チャネル光送信モジュールが完成する。

３．搭載精度の確認
図１３に示されるサブキャリア１３０４に、アレイチップ１３０３を固定した後、両端面を測長機能付き顕微鏡で観察し、浮きがあるかを確認した。１０個のチップを搭載して、全てのチップにおいて両端面で測長機能の測定限界である１μｍ以下の浮きで有ることが確認できた。また、レーザ干渉型段差計を使用して、チップ１３０３の反りを確認したが、搭載した１０個のチップ全てで段差１μｍ以下の反りであることが確認できた。以上から、フリップチップ実装時に、金バンプのつぶれによって吸収できる高さ誤差以下に十分収まっていることから、全チップがフリップチップ実装可能な高さ誤差で実装できていることが分かる。

４．多チャネル光送信モジュールの特性
アイパターン測定用実験系を図１５に示す。アイパターン測定用実験系１５００は、多チャネル光送信モジュール１５０１とは、光ファイバ１５０２と、光分波器１５０３と、フォトディテクタ１５０４と、パルスパターンジェネレータ１５０５と、サンプリングオシロスコープ１５０６と、直流電源１５０７とを備える。比較として、図１６の従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールの測定も同時に行った。このとき、図１３のＭＺ集積レーザアレイ１３０３の上をチャネル１、下をチャネル２とする。多チャネル光送信モジュールは、２５℃一定、ＤＦＢレーザにはバイアス電流１２０ｍＡ、ＭＺ部には左電極にはバイアス電圧−３．５Ｖ、右電極にはバイアス電圧−３．０Ｖとし、両電極には差動信号を印加し、振幅は３．０Ｖｐｐとした。このとき、チャネル２は、ワイヤ実装型モジュールでは、消光比９．５ｄＢであったのに対して、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールでは、１０．９ｄＢの消光比が得られた。

また、２チャネル同時に、ＤＦＢレーザには、バイアス電流１２０ｍＡ、ＭＺ部にはバイアス電圧−０．５Ｖ、入力信号の振幅２．０Ｖｐｐを印加した場合には、チャネル２はワイヤ実装型モジュールでは、消光比８．９ｄＢであったのに対して、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールでは、１０．３ｄＢの消光比が得られた。

次に、ビットエラーレート測定用の実験系、図１７を使用して、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性）を測定した。図１７において、ビットエラーレート測定用の実験系１７００は、多チャンネル光送信モジュール１７０１と、光ファイバ１７０２と、光分波器１７０３と、フォトディテクタ１７０４と、パルスパターンジェネレータ１７０５と、エラーディテクタ１７０６と、光可変減衰器１７０７と、直流電源１７０８とを含む。このとき、ワイヤ実装型モジュール、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールともに、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。

また、２チャネル同時動作時、チャネル２の最小受光感度は、ワイヤ実装型モジュールで−９ｄＢｍ、ブリッジ型配線板フリップチップ実装モジュールで、−１１．６ｄＢｍであった。

以上より、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱う時に、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールが高い歩留まりで実現可能であることが明らかである。

６０１、１３０１ パッケージ
６０２、１３０２ ＬＤキャリア
６０３ 支持部集積ＤＦＢレーザアレイ
６０４、１３０４ サブキャリア
６０５、１３０５ 第１レンズ
６０６、１３０６ ペルチェ素子
６０９、１３０９ アイソレータ付き第２レンズ
６１０、１３１０ フェルールカラー
６１１、１３１１ ピグテールファイバ
６１３、１３１３ 金ワイヤ
６１４、１３１４ 金バンプ
６１５、１３１５ フリップチップ配線板
６１６、１３１６ 金もしくは半田バンプ
６１７、１３１７ 配線板支持部
７０１ 光機能部（レーザ）
７０２ 絶縁性誘電体
７０３ 光導波路
７０４ 金属電極
１３０３ 合波器付きＭＺ集積レーザアレイ

Claims (7)

1. ＬＤキャリアと、
   前記ＬＤキャリア上に搭載され、光機能部と配線板支持部が配された半導体素子アレイと、
   前記半導体素子アレイの上方に配され、前記配線板支持部に固定されたフリップチップ配線板と、
   前記光機能部の表面に形成された電極と前記フリップチップ配線板とを接続する高周波配線である金バンプとを備え、
   前記配線板支持部の最大厚さが、前記光機能部の最大厚さと同等か、それより高いことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
2. 前記半導体素子アレイは、高速直接変調半導体レーザアレイ素子であり、
   前記フリップチップ配線板は、フリップチップ実装対応高周波配線板であり、
   前記多チャンネル光送信モジュールは、
   さらに、高速多チャネルパッケージと、
   前記高速多チャネルパッケージに配置されたペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子上にあり、前記高速直接変調半導体レーザアレイ素子から出力された光が通過する第１のレンズと、
   前記ＬＤキャリア上に配置されたサブキャリアと、
   前記パッケージ外部に配置された第２のレンズアイソレータ付き第２のレンズと、
   前記第２のレンズを通過した光が通過するフェルールカラーと、
   ピグテールファイバと
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の多チャネル光送信モジュール。
3. 前記半導体素子アレイは、高速光変調器集積半導体レーザアレイ素子であり、
   前記フリップチップ配線板は、フリップチップ実装対応高周波配線板であり、
   前記多チャンネル光送信モジュールは、
   さらに、高速多チャネルパッケージと、
   前記高速多チャネルパッケージに配置されたペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子上にあり、前記高速光変調器集積半導体レーザアレイ素子から出力された光が通過する第１のレンズと、
   前記ＬＤキャリア上に配置されたサブキャリアと、
   前記パッケージ外部に配された第２のレンズアイソレータ付き第２レンズと、
   前記第２のレンズを通過した光が通過するフェルールカラーと、
   ピグテールファイバと
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の多チャネル光送信モジュール。
4. 前記半導体素子アレイの光機能部が
   ３個以上の直接変調ＤＦＢレーザ、もしくは、
   ３個以上の電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ(以下、ＥＡＤＦＢという)、もしくは、
   ２個以上のマッハツェンダー変調器および、１個以上のＤＦＢレーザから構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多チャネル光送信モジュール。
5. 前記半導体素子アレイに、半導体素子レーザ、または、変調器からの光路を合波する合波器を形成するとともに、
   前記合波器として多モード干渉型合波器（以下、ＭＭＩ合波器という）または、アレイ導波路格子合波器（以下、ＡＷＧ合波器という）を使用することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の多チャネル光送信モジュール。
6. 前記半導体素子アレイとは別に、半導体素子レーザ、または、変調器からの光路を合波する合波器を、独立して設けるとともに、
   前記合波器としてＡＷＧ合波器、または、誘電体フィルタを使用した合波器を使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多チャネル光送信モジュール。
7. 半導体素子の光機能部の表面構造を形成する工程と同一工程で同時に配線板支持部も作製でき、前記配線板支持部の最大厚さが、前記光機能部の最大厚さと同等か、それより高いことを特徴とする多チャネル光送信モジュールの作製方法。

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