JP2018074057A - 半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法 Download PDF

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秀一 久保田
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Abstract

【課題】より広帯域のノイズを抑制でき、且つ光送信モジュールの小型化に寄与できる半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザキャリア組立体は、絶縁性のキャリアと、キャリア上に配置され互いに電気的に分離された導電性の第１パターン及び第２パターンと、キャリア上に実装されるとともに、第１パターンと電気的に接続された第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、第２パターンと半導体レーザの第２電極とを電気的に接続する第１ワイヤと、を備える。キャパシタの一方の電極は、第１パターンと電気的に接続される。キャパシタの他方の電極は、キャリアの外部における電位を供給する第２ワイヤが直接にボンディングされるとともに、第３ワイヤを介して第２パターン及び第２電極の少なくとも一方と電気的に接続される。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法に関するものである。
特許文献１には、光半導体モジュールに関する技術が記載されている。この光半導体モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードから出力された光をケース外部へ向けて出射する光学系と、レーザダイオードから出力された光の一部を受光するフォトダイオードとを備えている。
特開平０５−３２７０３１号公報
光送信モジュールの一形態において、半導体レーザ素子はキャリアの表面上に搭載される。キャリアの表面には、信号線路及び基準電位パターンが設けられ、半導体レーザ素子は基準電位パターン上に実装され、半導体レーザ素子の裏面電極が基準電位パターンと電気的に接続される。そして、半導体レーザ素子の表面電極には、ボンディングワイヤを介して電流が供給される。このような構成において、ノイズ抑制のため、電流供給配線と基準電位線との間にキャパシタが接続されることがある。このキャパシタをキャリア上に搭載することによって、光送信モジュールを小型化できる。
しかしながら、単一のキャパシタをキャリア上に搭載しても、抑制できるノイズの帯域は限られる。また、広帯域のノイズを抑制するために互いに容量が異なる複数のキャパシタをキャリア上に搭載すると、キャリアの寸法が大きくなり光送信モジュールの小型化を妨げることとなる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、より広帯域のノイズを抑制でき、且つ光送信モジュールの小型化に寄与できる半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、一実施形態に係る半導体レーザキャリア組立体は、絶縁性のキャリアと、キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、キャリア上に配置され、第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、キャリア上に実装されるとともに、第１パターンと電気的に接続された第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、第２パターンと半導体レーザの第２電極とを電気的に接続する第１ワイヤと、を備え、第１パターンは、一方の電極及び他方の電極を有するキャパシタの実装領域を提供し、キャパシタの一方の電極は、第１パターンと電気的に接続されるものであり、キャパシタの他方の電極は、キャリアの外部における電位を供給する第２ワイヤが直接にボンディングされるとともに、第３ワイヤを介して第２パターン及び第２電極の少なくとも一方と電気的に接続されるものである。
また、一実施形態に係る光半導体装置は、絶縁性のキャリアと、キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、キャリア上に配置され、第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、キャリア上に実装されるとともに、第１パターンと電気的に接続された第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、第１パターン上に実装され、第１パターンと電気的に接続される一方の電極と半導体レーザの第２電極と電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタと、第２パターンと半導体レーザの第２電極とを電気的に接続するワイヤ、キャパシタの他方の電極と半導体レーザの第２電極とを電気的に接続するワイヤ、及び、第２パターンとキャパシタの他方の電極とを電気的に接続するワイヤのうち少なくとも２つのワイヤと、を備える。
また、一実施形態に係る光半導体装置の製造方法は、導電性の第１パターンと、第１パターンとは電気的に分離された導電性の第２パターンとを有する絶縁性のキャリアを準備する工程と、キャリア上に、第１パターンと電気的に接続される第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザを実装する工程と、半導体レーザの第２電極と第２パターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続する工程と、第２パターンに対してプローブを接続し、半導体レーザを試験する工程と、第１パターン上に実装され、第１パターンに電気的に接続される一方の電極と半導体レーザの第２電極に電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタの他方の電極と、キャリアの外部における電位とをワイヤボンディングにより直接に接続する工程と、を備える。
本発明による半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法によれば、より広帯域のノイズを抑制でき、且つ光送信モジュールの小型化に寄与できる。
図１は、一実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す平面図である。 図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。 図３は、光モジュールの内部構造の一部を概略的に示す側面図である。 図４は、発光部の詳細な構成を示す平面図である。 図５は、発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図６は、発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図７は、発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図８は、発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図９は、バイアスパターン及びその周辺のグランドパターンを模試的に示す平面図である。 図１０は、発光部の等価回路図である。 図１１は、比較例としての発光部の等価回路図である。 図１２は、一変形例に係る光半導体装置としての発光部の構成を示す平面図である。 図１３は、一変形例に係る発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図１４は、一変形例に係る発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図１５は、一変形例に係る発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図１６は、一変形例に係る発光部の製造方法における一工程を示す斜視図である。 図１７は、一変形例の発光部の等価回路図である。
［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る半導体レーザキャリア組立体は、絶縁性のキャリアと、キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、キャリア上に配置され、第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、キャリア上に実装されるとともに、第１パターンと電気的に接続された第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、第２パターンと半導体レーザの第２電極とを電気的に接続する第１ワイヤと、を備え、第１パターンは、一方の電極及び他方の電極を有するキャパシタの実装領域を提供し、キャパシタの一方の電極は、第１パターンと電気的に接続されるものであり、キャパシタの他方の電極は、キャリアの外部における電位を供給する第２ワイヤが直接にボンディングされるとともに、第３ワイヤを介して第２パターン及び第２電極の少なくとも一方と電気的に接続されるものである。
また、一実施形態に係る光半導体装置は、絶縁性のキャリアと、キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、キャリア上に配置され、第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、キャリア上に実装されるとともに、第１パターンと電気的に接続された第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、第１パターン上に実装され、第１パターンと電気的に接続される一方の電極と半導体レーザの第２電極と電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタと、第２パターンと半導体レーザの第２電極とを電気的に接続するワイヤ、キャパシタの他方の電極と半導体レーザの第２電極とを電気的に接続するワイヤ、及び、第２パターンとキャパシタの他方の電極とを電気的に接続するワイヤのうち少なくとも２つのワイヤと、を備える。
上記の半導体レーザキャリア組立体及び光半導体装置では、絶縁性のキャリアが第２パターンを有しており、第２パターンは、第１パターン（例えば基準電位パターン）に対して電気的に分離して配置されている。そして、半導体レーザキャリア組立体では、第３ワイヤが、キャパシタの他方の電極と第２パターン及び半導体レーザの第２電極の少なくとも一方とを相互に接続し、第１ワイヤが、第２パターンと半導体レーザ素子の第２電極とを相互に接続する。また、光半導体装置では、少なくとも２つのワイヤが、キャパシタの他方の電極、第２パターン、及び半導体レーザの第２電極を相互に接続する。このような構成において、第２パターンと第１パターンとの間には寄生容量が発生し、該寄生容量が、ノイズを抑制するための別のキャパシタとして作用する。パターン間に生じる寄生容量は、電気部品としてのキャパシタの容量よりも小さいので、キャパシタが抑制するノイズよりも高周波のノイズを抑制することができる。すなわち、上記の半導体レーザキャリア組立体及び光半導体装置によれば、キャパシタによって比較的低周波のノイズを抑制し、第２パターンと第１パターンとの間の寄生容量によって比較的高周波のノイズを抑制するので、より広帯域のノイズを抑制できる。また、このような寄生容量をキャリア上のパターンによって実現できるので、互いに容量が異なる複数のキャパシタをキャリア上に搭載する場合と比較して、キャリアの寸法を小さくでき、光送信モジュールの小型化に寄与できる。
更に、上記の半導体レーザキャリア組立体及び光半導体装置によれば、半導体レーザ素子の試験の際、第２パターンにプローブを接続することにより、キャリア単体にて半導体レーザ素子に試験用の電流を供給することができる。従って、複数のキャリアを光送信モジュールに組み込んだ後に試験用の電流を供給する場合と比較して、歩留まりを向上することができる。
また、一実施形態に係る光半導体装置の製造方法は、導電性の第１パターンと、第１パターンとは電気的に分離された導電性の第２パターンとを有する絶縁性のキャリアを準備する工程と、キャリア上に、第１パターンと電気的に接続される第１電極および第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザを実装する工程と、半導体レーザの第２電極と第２パターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続する工程と、第２パターンに対してプローブを接続し、半導体レーザを試験する工程と、第１パターン上に実装され、第１パターンに電気的に接続される一方の電極と半導体レーザの第２電極に電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタの他方の電極と、キャリアの外部における電位とをワイヤボンディングにより直接に接続する工程と、を備える。
この製造方法においても、第２パターンと第１パターンとの間には寄生容量が発生し、該寄生容量が、ノイズを抑制するための別のキャパシタとして作用する。従って、この製造方法によれば、キャパシタによって比較的低周波のノイズを抑制し、第２パターンと第１パターンとの間の寄生容量によって比較的高周波のノイズを抑制するので、より広帯域のノイズを抑制可能な光半導体装置を提供できる。また、このような寄生容量をキャリア上のパターンによって実現できるので、互いに容量が異なる複数のキャパシタをキャリア上に搭載する場合と比較して、キャリアの寸法を小さくでき、光送信モジュールの小型化に寄与できる。
更に、これらの製造方法によれば、半導体レーザ素子の試験を行う工程において、第２パターンにプローブを接続することにより、キャリア単体にて半導体レーザ素子に試験用の電流を供給することができる。従って、複数のキャリアを光送信モジュールに組み込んだ後に試験用の電流を供給する場合と比較して、歩留まりを向上することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、一実施形態に係る光モジュール１Ａの内部構造を示す平面図である。図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。図３は、光モジュール１Ａの内部構造の一部を概略的に示す側面図である。光モジュール１Ａは、直方体状の筐体２と、フランジを有し円柱状の光結合部３とを備える光送信モジュール（ＴＯＳＡ；Transmitter Optical SubAssembly）である。
光モジュール１Ａの内部には、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光部１１ａ〜１１ｄ、Ｎ個の第１レンズ１２ａ〜１２ｄ、キャリア部材１３、Ｎ個の半導体受光素子（フォトダイオード、ＰＤ）１４ａ〜１４ｄ、Ｎ個の第２レンズ１５ａ〜１５ｄ、合波光学系１９、及び配線基板２１，２２が設けられている。一例では、光モジュール１Ａは、４チャネル（Ｎ＝４）の発光モジュールである。発光部１１ａ〜１１ｄ、第１レンズ１２ａ〜１２ｄ、キャリア部材１３、第２レンズ１５ａ〜１５ｄ、合波光学系１９、及び配線基板２１，２２は、筐体２の内部に設けられたベース部材７の平坦な主面上に配置されている。
また、筐体２はフィードスルー２Ｂを有する。フィードスルー２Ｂは筐体２の後壁を貫通しており、筐体２の外側のフィードスルー２Ｂの部分には、外部機器との電気的な接続のための複数の端子２５が、方向Ａ１に並んで設けられている。筐体２の内側のフィードスルー２Ｂの部分には、複数の端子２４、及びコプレーナ線路を構成するＮ本の信号線路２３が設けられている。Ｎ本の信号線路２３及び複数の端子２４は、それぞれ対応する端子２５と電気的に接続されている。
光モジュール１Ａでは、光源として機能する発光部１１ａ〜１１ｄが各々独立して駆動され、発光部１１ａ〜１１ｄが個別に信号光Ｌａ〜Ｌｄを出力する。図１及び図２に示されるように、信号光Ｌａ〜Ｌｄの光軸は、方向Ａ１に並んでおり、互いに平行である。発光部１１ａ〜１１ｄへの駆動信号は、光モジュール１Ａの外部から提供される。信号光Ｌａ〜Ｌｄは、駆動信号に応じて変調された光である。発光部１１ａ〜１１ｄは、レーザダイオード及び半導体光変調器が集積された半導体光集積素子３０をそれぞれ有する。信号光Ｌａ〜Ｌｄの各波長は例えば１．３μｍ帯であり、互いに異なる。
第１レンズ１２ａ〜１２ｄは、それぞれ発光部１１ａ〜１１ｄと光学的に結合されている。発光部１１ａ〜１１ｄから出力された信号光Ｌａ〜Ｌｄは、それぞれ第１レンズ１２ａ〜１２ｄに入力する。各発光部１１ａ〜１１ｄの半導体光集積素子３０と、対応する第１レンズ１２ａ〜１２ｄとの距離は、第１レンズ１２ａ〜１２ｄの焦点距離よりも長い。故に、図３に示されるように、第１レンズ１２ａ〜１２ｄは、発散光である信号光Ｌａ〜Ｌｄを収束光に変換する。
キャリア部材１３は、信号光Ｌａ〜Ｌｄの各光軸と交差する第２方向（図２の矢印Ａ２）を長手方向として延びる直方体状の部材であり、第１レンズ１２ａ〜１２ｄと第２レンズ１５ａ〜１５ｄとの間の光路上に配置されている。図３に示されるように、キャリア部材１３は、信号光Ｌａ〜Ｌｄの各光軸に対して傾斜する誘電体多層膜（ビームスプリッタ）１３ｂを内部に有しており、この誘電体多層膜１３ｂを信号光Ｌａ〜Ｌｄが通過する際に、信号光Ｌａ〜Ｌｄの各一部（例えば信号光Ｌａ〜Ｌｄの光量の５〜１０％）を分岐する。ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、キャリア部材１３の搭載面１３ａ上に配置され、分岐された信号光Ｌａ〜Ｌｄの各一部を受光することにより、信号光Ｌａ〜Ｌｄの光強度を検出する。ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、それらの裏面とキャリア部材１３の搭載面１３ａとが互いに対向するように、キャリア部材１３上に実装されている。ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、誘電体多層膜１３ｂによって分岐された信号光Ｌａ〜Ｌｄの一部を、裏面において受ける。
第２レンズ１５ａ〜１５ｄは、キャリア部材１３を挟んで第１レンズ１２ａ〜１２ｄと光学的に結合されている。第１レンズ１２ａ〜１２ｄから出力された信号光Ｌａ〜Ｌｄは、キャリア部材１３を通過し、ビームウエストを形成したのち、再び拡がりつつ第２レンズ１５ａ〜１５ｄにそれぞれ入力する。第２レンズ１５ａ〜１５ｄと信号光Ｌａ〜Ｌｄのビームウエストとの距離は、第２レンズ１５ａ〜１５ｄの焦点距離と一致する。故に、第２レンズ１５ａ〜１５ｄは、拡がりつつ入射する信号光Ｌａ〜Ｌｄをコリメート光に変換する。
合波光学系１９は、第２レンズ１５ａ〜１５ｄと光学的に結合され、信号光Ｌａ〜Ｌｄを互いに合波する。図１に示されるように、本実施形態の合波光学系１９は、第１ＷＤＭフィルタ１６、第２ＷＤＭフィルタ１７、ミラー１８、及び偏波合成器２０を含む。ミラー１８は、第２レンズ１５ａ，１５ｂと光学的に結合されている。ミラー１８の光反射面は、第２レンズ１５ａ，１５ｂの光軸上に位置し、これらの光軸に対して傾斜している。ミラー１８は、信号光Ｌａ，Ｌｂをこれらの光軸と交差する方向へ向けて反射する。第１ＷＤＭフィルタ１６は、第２レンズ１５ｃと光学的に結合されている。第１ＷＤＭフィルタ１６の波長選択面は、第２レンズ１５ｃの光軸上に位置し、該光軸に対して傾斜している。第１ＷＤＭフィルタ１６は、第２レンズ１５ｃからの信号光Ｌｃを透過させるとともに、ミラー１８によって反射された信号光Ｌａを反射する。これにより、信号光Ｌａ及びＬｃの光路が互いに一致し、信号光Ｌａ及びＬｃが互いに合波されて信号光Ｌｅとなる。第２ＷＤＭフィルタ１７は、第２レンズ１５ｄと光学的に結合されている。第２ＷＤＭフィルタ１７の波長選択面は、第２レンズ１５ｄの光軸上に位置し、該光軸に対して傾斜している。第２ＷＤＭフィルタ１７は、第２レンズ１５ｄからの信号光Ｌｄを透過させるとともに、ミラー１８によって反射された信号光Ｌｂを反射する。これにより、信号光Ｌｂ及びＬｄの光路が互いに一致し、信号光Ｌｂ及びＬｄが互いに合波されて信号光Ｌｆとなる。
偏波合成器２０は、光透過性の板状の部材である。一方の板面には反射防止膜２０ａおよび偏波フィルタ膜２０ｂが形成され、他方の板面には反射膜２０ｃ及び反射防止膜２０ｄが形成されている。反射防止膜２０ａには、信号光Ｌｅが入力する。信号光Ｌｅは偏波合成器２０の内部を通過して反射膜２０ｃに達し、反射膜２０ｃによって反射されたのち、偏波フィルタ膜２０ｂに達する。一方、偏波フィルタ膜２０ｂには、信号光Ｌｆが入力する。信号光Ｌｅ，Ｌｆのうち一方の偏光面が、図示しない波長板によって９０°回転されることにより、信号光Ｌｅが偏波フィルタ膜２０ｂにおいて反射され、信号光Ｌｆが偏波フィルタ膜２０ｂを透過する。その結果、信号光Ｌｅ及びＬｆは互いに合波され、信号光Ｌｇとなる。信号光Ｌｇは、反射防止膜２０ｄを通って偏波合成器２０から出力され、筐体２の側壁２Ａに設けられた窓を介して筐体２外に出力される。
光結合部３は、レンズ５２（図３参照）及びファイバスタブを有する同軸モジュールである。レンズ５２は合波光学系１９と光学的に結合される。ファイバスタブは、光ファイバＦ（図３参照）を保持する。レンズ５２は、信号光Ｌｇを集光して光ファイバＦの端面に導く。光結合部３は、信号光Ｌｇの光軸に対して調芯されたのち、筐体２の側壁２Ａに溶接により固定される。光結合部３は、図示していないが、レンズ５２及びファイバスタブを有している。さらに加えて、外部からの光を遮断する光アイソレータを更に有してもよい。
図４は、発光部１１ａ〜１１ｄの詳細な構成を示す平面図である。発光部１１ａ〜１１ｄは、本実施形態における光半導体装置であって、キャリア３１を備える。キャリア３１は、信号光Ｌａ〜Ｌｄの光軸方向を長手方向とする長方形状の主面（搭載面）３１ａを有する。キャリア３１は、絶縁体によって構成される。キャリア３１の光軸方向の長さは例えば２０００μｍであり、光軸に直交する方向の幅は例えば１０００μｍより小さく、一例では７００μｍである。
発光部１１ａ〜１１ｄは、主面３１ａ上に搭載された、半導体光集積素子３０及びキャパシタ（デカップリングコンデンサ）３８を更に備える。半導体光集積素子３０は、本実施形態における半導体レーザの例である。また、発光部１１ａ〜１１ｄは、主面３１ａ上に形成された、コプレーナ線路３２、グランドパターン３４、バイアスパターン３５、及び終端パターン３６を更に備える。また、発光部１１ａ〜１１ｄは、ボンディングワイヤ４１〜４８を更に備える。
半導体光集積素子３０は、レーザダイオードと半導体光変調器とが共通基板上に集積されたモノリシック構造を有する。半導体光集積素子３０は、レーザダイオードのアノード電極に接続された第２電極であるパッド３０ａと、半導体光変調器のアノード電極３０ｂに接続されたパッド３０ｃとを有する。パッド３０ａは、レーザ駆動のための直流バイアス電流を受ける。パッド３０ｃは、送信信号に応じて変調された高周波の変調信号を受ける。これらのパッド３０ａ，３０ｃは、例えばＡｕメッキによって形成される。半導体光集積素子３０は、キャリア３１の長手方向における一方の端面３１ｅ寄りの位置においてグランドパターン３４上に実装されている。すなわち、半導体光集積素子３０のレーザダイオード及び半導体光変調器に共通の裏面電極（カソード電極、本実施形態における第１電極）は、グランドパターン３４に対して半田等の導電性接着剤を介して接合され、これによりグランドパターン３４と電気的に接続されている。
キャパシタ３８は、下面電極（一方の電極）と上面電極（他方の電極）との間に所定の容量を有する素子である。キャパシタ３８は、キャリア３１の長手方向における他方の端面３１ｆ寄りの位置においてグランドパターン３４上に実装されている。すなわち、グランドパターン３４はキャパシタ３８の実装領域を提供し、キャパシタ３８の下面電極は、グランドパターン３４の該実装領域に対して半田等の導電性接着剤を介して接合され、これによりグランドパターン３４と電気的に接続されている。なお、グランドパターン３４上には、凸部２９ａ〜２９ｃが形成されている。これは、半田等の導電性接着剤が延在しないように設けられている。凸部２９ａは半導体光集積素子３０用の導電性接着剤が、凸部２９ｂ、２９ｃはキャパシタ３８用の導電性接着剤が延在しないように設けられている。凸部２９ａ〜２９ｃの材料は、例えばＮｉＣｒを含む金属である。凸部２９ａ〜２９ｃの厚さは、例えば０．３μｍである。
コプレーナ線路３２は、キャリア３１の長手方向に延びる導波路であって、その一端部において半導体光集積素子３０と電気的に接続され、半導体光集積素子３０に変調信号を供給する。具体的には、コプレーナ線路３２は信号線路３３及びグランドパターン３４の一部を含んで構成される。信号線路３３は、変調信号を導波する導電性金属膜であって、一方の端面３１ｅ寄りの位置から他方の端面３１ｆ寄りの位置にわたって延びている。信号線路３３の端面３１ｆ寄りの部分は、ワイヤボンディングのためのパッド３３ａとなっている。ボンディングワイヤ４６は、パッド３３ａとフィードスルー２Ｂ上の信号線路２３（図２を参照）とを相互に接続する。また、信号線路３３の端面３１ｅ寄りの部分は、ワイヤボンディングのためのパッド３３ｂとなっている。ボンディングワイヤ４１は、パッド３３ｂと半導体光集積素子３０のパッド３０ｃとを相互に接続する。変調信号の伝送速度は例えば２８Ｇｂ／ｓである。
グランドパターン３４は、本実施形態における第１パターンの例である。グランドパターン３４は、キャリア３１の主面３１ａ上に配置され、信号線路３３の両側に所定の間隔をあけて設けられた導電性金属膜であって、基準電位を与えられる。本実施形態では、グランドパターン３４は、信号線路３３、バイアスパターン３５、及び終端パターン３６の形成領域を除く主面３１ａ上のほぼ全域に設けられている。ボンディングワイヤ４７は、信号線路３３の一方側において、グランドパターン３４とフィードスルー２Ｂ上のグランドパターンとを相互に接続する。ボンディングワイヤ４８は、信号線路３３の他方側において、グランドパターン３４とフィードスルー２Ｂ上のグランドパターンとを相互に接続する。
バイアスパターン３５は、本実施形態における第２パターンの例である。バイアスパターン３５は、キャリア３１の主面３１ａ上に配置され、主面３１ａの長手方向における略中央、且つ側面３１ｄ寄りの位置に設けられた導電性金属膜である。バイアスパターン３５は、グランドパターン３４とは電気的に分離されており、グランドパターン３４に対して隙間をあけて配置されている。具体的には、バイアスパターン３５は、キャリア３１の長手方向に延びる辺３５ａと、キャリア３１の短手方向に延びる一対の辺３５ｂ、３５ｃとを有する。そして、グランドパターン３４は、バイアスパターン３５の辺３５ａ〜３５ｃとそれぞれ対向する辺３４ａ〜３４ｃを有する。辺３５ａと辺３４ａとは互いに平行であり、辺３５ｂと辺３４ｂとは互いに平行であり、辺３５ｃと辺３４ｃとは互いに平行である。一例では、辺３５ａ〜３５ｃと辺３４ａ〜３４ｃとの間隔は２０〜４０μｍである。なお、本実施形態のバイアスパターン３５は主面３１ａの側面３１ｄに隣接しているが、バイアスパターン３５は主面３１ａの内側に配置されてもよく、その場合、周囲をグランドパターン３４に囲まれてもよい。また、バイアスパターン３５が有する複数の辺３５ａ〜３５ｃのうち一部の辺において、グランドパターン３４との隙間を形成してもよい。
ボンディングワイヤ４３は、本実施形態における第１ワイヤの例であって、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとバイアスパターン３５とを電気的に接続する。ボンディングワイヤ４４は、本実施形態における第３ワイヤの例であって、キャパシタ３８の上面電極とバイアスパターン３５とを電気的に接続する。ボンディングワイヤ４５は、本実施形態における第２ワイヤの例であって、キャパシタ３８の上面電極に直接にボンディングされる。ボンディングワイヤ４５は、キャパシタ３８の上面電極と、図２に示される筐体２のフィードスルー２Ｂに設けられた複数の端子２４の何れか（すなわち発光部１１ａ〜１１ｄに対する外部配線）とを電気的に接続し、キャリア３１の外部における直流電位をキャパシタ３８の上面電極に供給する。ボンディングワイヤ４３〜４５によって、半導体光集積素子３０に、レーザ駆動のための直流電流が供給される。
なお、図示していないが、別のボンディングワイヤが、キャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとを相互に接続しても良い。また、これも図示していないが、ボンディングワイヤ４４を接続しないで、別のボンディングワイヤをキャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとの間に接続しても良い。上述ともに、このボンディングワイヤについては、半導体光集積素子３０に、レーザ駆動のための直流電流を供給するものである。
終端パターン３６は、端面３１ｅ寄り且つ側面３１ｄ寄りの位置に設けられた導電性金属膜である。ボンディングワイヤ４２は、終端パターン３６と半導体光集積素子３０のパッド３０ｃとを相互に接続する。また、終端パターン３６とグランドパターン３４とは、終端抵抗チップ３７を介して電気的に接続される。このような構成によって、高周波の変調信号を伝達する経路が終端される。
なお、上述した信号線路３３、グランドパターン３４、バイアスパターン３５、及び終端パターン３６は、いずれもＡｕメッキにより形成され、主面３１ａ側から、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、及びＡｕ膜を含んでいる。Ｔｉ膜の厚さは例えば０．１μｍである。Ｐｔ膜の厚さは例えば０．２μｍである。Ａｕ膜の厚さは例えば３μｍである。
以上の構成を備える発光部１１ａ〜１１ｄの製造方法について説明する。図５〜図８は、発光部１１ａ〜１１ｄの製造方法における各工程を示す斜視図である。
まず、主面３１ａ上にコプレーナ線路３２、グランドパターン３４、バイアスパターン３５、及び終端パターン３６が形成されたキャリア３１と、半導体光集積素子３０とを準備する。そして、図５に示されるように、半導体光集積素子３０をグランドパターン３４上に実装する。このとき、半導体光集積素子３０の裏面電極とグランドパターン３４とを導電性接着剤を用いて接合することにより、半導体光集積素子３０の裏面電極とグランドパターン３４とを電気的に接続する。
次に、図６に示されるように、バイアスパターン３５と、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとをボンディングワイヤ４３によって電気的に接続する。また、その前若しくは後または同時に、半導体光集積素子３０のパッド３０ｃと信号線路３３のパッド３３ｂとをボンディングワイヤ４１によって電気的に接続する。更に、パッド３０ｃと終端パターン３６とをボンディングワイヤ４２によって電気的に接続する。こうして、本実施形態の半導体レーザキャリア組立体が完成する。
続いて、半導体光集積素子３０の試験を行う。すなわち、図７に示されるように、グランドパターン３４にプローブＰ１の先端を接続して基準電位を入力し、バイアスパターン３５にプローブＰ２の先端を接続して試験用のバイアス電流を入力し、信号線路３３にプローブＰ３の先端を接続して試験用の高周波信号を入力する。これにより、半導体光集積素子３０のレーザダイオードがレーザ光を出力し、半導体光変調器が該レーザ光を変調する。こうして半導体光集積素子３０から出力される光信号を測定することによって、半導体光集積素子３０の動作試験を行うことができる。
続いて、図８に示されるように、キャパシタ３８をグランドパターン３４上に実装する。このとき、キャパシタ３８の下面電極とグランドパターン３４とを導電性接着剤を用いて接合することにより、キャパシタ３８の下面電極とグランドパターン３４とを電気的に接続する。その後、キャパシタ３８の上面電極とバイアスパターン３５とをボンディングワイヤ４４によって電気的に接続する。その後、発光部１１ａ〜１１ｄを筐体２内の所定位置に配置する。そして、信号線路３３のパッド３３ａとフィードスルー２Ｂの信号線路２３とをボンディングワイヤ４６によって電気的に接続し、グランドパターン３４とフィードスルー２Ｂのグランドパターンとをボンディングワイヤ４７，４８によって直接に接続する。その後、キャパシタ３８の上面電極とフィードスルー２Ｂの複数の端子２４の何れかとをボンディングワイヤ４５によって電気的に接続する。
以上に説明した、本実施形態の発光部１１ａ〜１１ｄによって得られる効果について説明する。発光部１１ａ〜１１ｄでは、絶縁性のキャリア３１がバイアスパターン３５を有しており、バイアスパターン３５は、グランドパターン３４に対して電気的に分離して配置されている。そして、ボンディングワイヤ４４が、キャパシタ３８の上面電極とバイアスパターン３５とを相互に接続し、ボンディングワイヤ４３が、バイアスパターン３５と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとを相互に接続する。
図９は、バイアスパターン３５及びその周辺のグランドパターン３４を模試的に示す平面図である。バイアスパターン３５がグランドパターン３４に対して電気的に分離して配置される場合、バイアスパターン３５とグランドパターン３４との間には、寄生容量Ｃが発生する。寄生容量Ｃの大きさは、当該隙間の幅、及び、グランドパターン３４に沿ったバイアスパターン３５の辺の長さに依存する。
図１０は、発光部１１ａ〜１１ｄの等価回路図である。図１０に示すように、発光部１１ａ〜１１ｄでは、半導体光集積素子３０に含まれる半導体光変調器Ｍ１のアノードに、ボンディングワイヤ４１及びコプレーナ線路３２を介して変調信号ＳＭが入力される。ボンディングワイヤ４１と半導体光変調器Ｍ１との間のノードＮ１は、ボンディングワイヤ４２及び終端抵抗チップ３７を介してグランドパターン３４に接続されることにより、終端処理を施されている。半導体光変調器Ｍ１のカソードは、グランドパターン３４に接続される。また、半導体光集積素子３０に含まれるレーザダイオードＤ１のアノードには、ボンディングワイヤ４３〜４５を介してバイアス電流ＩＢが入力される。ボンディングワイヤ４５とボンディングワイヤ４４との間のノードＮ２は、キャパシタ３８を介してグランドパターン３４に接続される。更に、ボンディングワイヤ４４とボンディングワイヤ４３との間のノードＮ３は、寄生容量Ｃを介してグランドパターン３４に接続される。
図１１は、比較例としての発光部の等価回路図であって、バイアスパターン３５が設けられない場合（すなわち、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとキャパシタ３８の上面電極とが直接、ボンディングワイヤ５０を介して接続される場合）を示す。図１１に示す等価回路では、バイアスパターン３５が存在しないので寄生容量Ｃが存在しない。このような場合、単一のキャパシタ３８をキャリア３１上に搭載しても、抑制できるノイズの帯域は限られる。また、広帯域のノイズを抑制するためにキャパシタ３８とは容量が異なる別のキャパシタをキャリア３１上に搭載すると、キャリア３１の寸法が大きくなり光モジュール１Ａの小型化を妨げてしまう。
これに対し、図１０に示された等価回路では、寄生容量Ｃが、ノイズを抑制するための別のキャパシタとして作用する。通常、パターン間に生じる寄生容量は、電気部品としてのキャパシタ３８の容量よりも小さいので、寄生容量Ｃは、キャパシタ３８が抑制するノイズよりも高周波のノイズを抑制することができる。すなわち、本実施形態の発光部１１ａ〜１１ｄによれば、キャパシタ３８によって比較的低周波のノイズを抑制し、寄生容量Ｃによって比較的高周波のノイズを抑制するので、より広帯域のノイズを抑制できる。また、このような寄生容量Ｃをキャリア３１上のパターンによって実現できるので、キャパシタ３８とは容量が異なる別のキャパシタをキャリア３１上に搭載する場合と比較して、キャリア３１の寸法を小さくでき、光モジュール１Ａの小型化に寄与できる。また、部品点数を少なくすることができ、光モジュール１Ａの製造コストを抑えることができる。
なお、本実施形態において、さらに別のボンディングワイヤをキャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとの間に接続した場合、このボンディングワイヤでキャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとを直接に接続することにより、キャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとをボンディングワイヤ４３、４４とバイアスパターン３５を介して接続する経路とは別の経路を並列に設けることができる。よって、別のボンディングワイヤの経路ではバイアス経路を確保しつつ、バイアスパターン３５を介する経路の寄生容量Ｃによって比較的高周波のノイズを抑制することができる。
また、本実施形態において、ボンディングワイヤ４４が、キャパシタ３８の上面電極とバイアスパターン３５とを接続していない状態で、別のボンディングワイヤをキャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとの間に接続した場合、このボンディングワイヤでキャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとを直接に接続することにより、別のボンディングワイヤを介したバイアス経路が確保できる。これにより、別のボンディングワイヤを介した経路ではバイアス経路を確保しつつ、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとバイアスパターン３５とがボンディングワイヤ４３を介して接続されることで、バイアスパターン３５の寄生容量Ｃによって比較的高周波のノイズを抑制することができる。
また、バイアスパターン３５が設けられない比較例においては、半導体光集積素子３０の試験を行う際、バイアス電流を供給するための経路に対してプローブＰ２を当てることが困難である。従って、複数の発光部を筐体２内に組み込み、フィードスルー２Ｂとの間でワイヤボンディング等の配線処理を行った後に、試験用の電流を供給することとなる。この場合、複数の発光部のうち一つに異常が見つかると、他の発光部を含む光モジュール全体が不良とされるので、歩留まりが低下してしまう。これに対し、本実施形態の発光部１１ａ〜１１ｄによれば、半導体光集積素子３０の試験の際、バイアスパターン３５にプローブＰ２を接続することにより、キャリア単体にて半導体光集積素子３０に試験用のバイアス電流を供給することができる。従って、本実施形態によれば、歩留まりを向上することができる。
（変形例）
続いて、上記実施形態の一変形例について説明する。図１２は、本変形例に係る光半導体装置としての発光部１１ａ〜１１ｄの構成を示す平面図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、ワイヤの接続形態である。上記実施形態のボンディングワイヤ４３は、図４に示すように半導体光集積素子３０のパッド３０ａとバイアスパターン３５とを電気的に接続している。これに対し、本変形例のボンディングワイヤ４９は、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとキャパシタ３８の上面電極とを電気的に接続している。
図１３〜図１６は、本変形例に係る発光部１１ａ〜１１ｄの製造方法における各工程を示す斜視図である。
まず、主面３１ａ上にコプレーナ線路３２、グランドパターン３４、バイアスパターン３５、及び終端パターン３６が形成されたキャリア３１と、半導体光集積素子３０と、キャパシタ３８とを準備する。そして、図１３に示されるように、半導体光集積素子３０及びキャパシタ３８をグランドパターン３４上に実装する。このとき、半導体光集積素子３０の裏面電極とグランドパターン３４とを導電性接着剤を用いて接合することにより、半導体光集積素子３０の裏面電極とグランドパターン３４とを電気的に接続する。また、キャパシタ３８の下面電極とグランドパターン３４とを導電性接着剤を用いて接合することにより、キャパシタ３８の下面電極とグランドパターン３４とを電気的に接続する。
次に、図１４に示されるように、バイアスパターン３５と、キャパシタ３８の上面電極とをボンディングワイヤ４４によって電気的に接続する。また、キャパシタ３８の上面電極と、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとをボンディングワイヤ４９によって電気的に接続する。これらにより、半導体光集積素子３０のパッド３０ａとバイアスパターン３５とがワイヤボンディングにより電気的に接続される。また、半導体光集積素子３０のパッド３０ｃと信号線路３３のパッド３３ｂとをボンディングワイヤ４１によって電気的に接続する。更に、パッド３０ｃと終端パターン３６とをボンディングワイヤ４２によって電気的に接続する。なお、これらのボンディングワイヤ４１，４２，４４，４９の形成順序は何ら制限されない。こうして、本実施形態の半導体レーザキャリア組立体が完成する。
続いて、半導体光集積素子３０の試験を行う。すなわち、図１５に示されるように、グランドパターン３４にプローブＰ１の先端を接続して基準電位を入力し、バイアスパターン３５にプローブＰ２の先端を接続して試験用のバイアス電流を入力し、信号線路３３にプローブＰ３の先端を接続して試験用の高周波信号を入力する。これにより、半導体光集積素子３０のレーザダイオードがレーザ光を出力し、半導体光変調器が該レーザ光を変調する。こうして半導体光集積素子３０から出力される光信号を測定することによって、半導体光集積素子３０の動作試験を行うことができる。
続いて、発光部１１ａ〜１１ｄを筐体２内の所定位置に配置する。そして、図１６に示すように、信号線路３３のパッド３３ａとフィードスルー２Ｂの信号線路２３とをボンディングワイヤ４６によって直接に接続し、グランドパターン３４とフィードスルー２Ｂのグランドパターンとをボンディングワイヤ４７，４８によって相互に接続する。その後、キャパシタ３８の上面電極とフィードスルー２Ｂの複数の端子２４の何れかとをボンディングワイヤ４５によって電気的に接続する。
本変形例の発光部１１ａ〜１１ｄによって得られる効果について説明する。本変形例においても、キャリア３１がバイアスパターン３５を有しており、バイアスパターン３５は、グランドパターン３４に対して隙間をあけて配置されている。そして、ボンディングワイヤ４４が、キャパシタ３８の上面電極とバイアスパターン３５とを相互に接続し、ボンディングワイヤ４９が、キャパシタ３８の上面電極と半導体光集積素子３０のパッド３０ａとを相互に接続する。
図１７は、本変形例の発光部１１ａ〜１１ｄの等価回路図である。図１７に示すように、本変形例においては、半導体光集積素子３０に含まれるレーザダイオードＤ１のアノードに、ボンディングワイヤ４５，４９を介してバイアス電流ＩＢが入力される。ボンディングワイヤ４５とボンディングワイヤ４９との間のノードＮ４は、キャパシタ３８を介してグランドパターン３４に接続される。更に、ノードＮ４は、ボンディングワイヤ４４及び寄生容量Ｃを介してグランドパターン３４に接続される。
図１７に示された等価回路においても、寄生容量Ｃが、ノイズを抑制するための別のキャパシタとして作用し、キャパシタ３８が抑制するノイズよりも高周波のノイズを抑制することができる。すなわち、キャパシタ３８によって比較的低周波のノイズを抑制し、寄生容量Ｃによって比較的高周波のノイズを抑制するので、より広帯域のノイズを抑制できる。また、寄生容量Ｃをキャリア３１上のパターンによって実現できるので、キャリア３１の寸法を小さくでき、光モジュール１Ａの小型化に寄与できる。また、部品点数を少なくすることができ、光モジュール１Ａの製造コストを抑えることができる。
また、本変形例においても、半導体光集積素子３０の試験の際、バイアスパターン３５にプローブＰ２を接続することにより、キャリア単体にて半導体光集積素子３０に試験用のバイアス電流を供給することができるので、歩留まりを向上することができる。
本発明による半導体レーザキャリア組立体、光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態の光モジュールは４個の発光部（光半導体装置）を備えているが、本発明の光半導体装置は２個以上のＥＭＬチップを備えていればよい。
１Ａ…光モジュール、２…筐体、２Ａ…側壁、２Ｂ…フィードスルー、３…光結合部、７…ベース部材、１１ａ〜１１ｄ…発光部、１２ａ〜１２ｄ…第１レンズ、１３…キャリア部材、１３ａ…搭載面、１３ｂ…誘電体多層膜、１４ａ〜１４ｄ…半導体受光素子（ＰＤ）、１５ａ〜１５ｄ…第２レンズ、１６，１７…ＷＤＭフィルタ、１８…ミラー、１９…合波光学系、２０…偏波合成器、２０ａ，２０ｄ…反射防止膜、２０ｂ…偏波フィルタ膜、２０ｃ…反射膜、２１，２２…配線基板、２３…信号線路、２４，２５…端子、３０…半導体光集積素子、３０ａ，３０ｃ…パッド、３０ｂ…アノード電極、３１…キャリア、３１ａ…主面、３１ｄ…側面、３１ｅ，３１ｆ…端面、３２…コプレーナ線路、３３…信号線路、３３ａ，３３ｂ…パッド、３４…グランドパターン、３５…バイアスパターン、３６…終端パターン、３７…終端抵抗チップ、３８…キャパシタ、４１〜５０…ボンディングワイヤ、５２…レンズ、Ｃ…寄生容量、Ｄ１…レーザダイオード、Ｆ…光ファイバ、ＩＢ…バイアス電流、Ｌａ〜Ｌｇ…信号光、Ｍ１…半導体光変調器、Ｎ１〜Ｎ４…ノード、Ｐ１〜Ｐ３…プローブ、ＳＭ…変調信号。

Claims (3)

  1. 絶縁性のキャリアと、
    前記キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、
    前記キャリア上に配置され、前記第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、
    前記キャリア上に実装されるとともに、前記第１パターンと電気的に接続された第１電極および前記第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、
    前記第２パターンと前記半導体レーザの前記第２電極とを電気的に接続する第１ワイヤと、を備え、
    前記第１パターンは、一方の電極及び他方の電極を有するキャパシタの実装領域を提供し、
    前記キャパシタの前記一方の電極は、前記第１パターンと電気的に接続されるものであり、
    前記キャパシタの前記他方の電極は、前記キャリアの外部における電位を供給する第２ワイヤが直接にボンディングされるとともに、第３ワイヤを介して前記第２パターン及び前記第２電極の少なくとも一方と電気的に接続されるものである、半導体レーザキャリア組立体。
  2. 絶縁性のキャリアと、
    前記キャリア上に配置された導電性の第１パターンと、
    前記キャリア上に配置され、前記第１パターンとは電気的に分離された、導電性の第２パターンと、
    前記キャリア上に実装されるとともに、前記第１パターンと電気的に接続された第１電極および前記第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザと、
    前記第１パターン上に実装され、前記第１パターンと電気的に接続される一方の電極と前記半導体レーザの前記第２電極と電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタと、
    前記第２パターンと前記半導体レーザの前記第２電極とを電気的に接続するワイヤ、前記キャパシタの前記他方の電極と前記半導体レーザの前記第２電極とを電気的に接続するワイヤ、及び、前記第２パターンと前記キャパシタの前記他方の電極とを電気的に接続するワイヤのうち少なくとも２つのワイヤと、
    を備える光半導体装置。
  3. 導電性の第１パターンと、前記第１パターンとは電気的に分離された導電性の第２パターンとを有する絶縁性のキャリアを準備する工程と、
    前記キャリア上に、前記第１パターンと電気的に接続される第１電極および前記第１電極とは反対導電型の第２電極を有する半導体レーザを実装する工程と、
    前記半導体レーザの前記第２電極と前記第２パターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続する工程と、
    前記第２パターンに対してプローブを接続し、前記半導体レーザを試験する工程と、
    前記第１パターン上に実装され、前記第１パターンに電気的に接続される一方の電極と前記半導体レーザの前記第２電極に電気的に接続される他方の電極とを有するキャパシタの前記他方の電極と、前記キャリアの外部における電位とをワイヤボンディングにより直接に接続する工程と、
    を備える光半導体装置の製造方法。
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