JP3722279B2 - 光送受信モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において用いられる、送信回路と受信回路とが一体構造に実装された光送受信モジュールに関し、特に送・受信回路間のクロストークを低減した光送受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＡＮ（local area network）等に代表されるデータ通信システムに適用される光送受信モジュール（光トランシーバ）においては、更なる高速化、低コスト化、小型化が望まれている。このため、送受信デバイスを単一基板上にコンパクトに実装する技術が不可欠である。一般に、発光素子駆動のため必要な電流に対し、受信側の受光素子の最小出力電流は小さく、そのレベルには大きな格差がある（例えば、発光素子駆動電流１００ｍＡ、受光素子最小出力電流１０μＡ時には格差は８０ｄＢ）。また、たとえば標準的コネクタであるＭＴ−ＲＪコネクタを考慮すると、発光素子と受光素子との間隔は７５０μｍと非常に狭い。このため１０Ｇｂｐｓを越えるような高ビットレートにおいては、クロストークが深刻な問題となる。
【０００３】
クロストークを低減するには、送・受信回路間にシールド板（遮蔽板）を挿入することが有効であることが知られている〔例えば、石井外、２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティＳＣ−３−７：“MT-RJ Optical SubAssemblyのクロストーク解析”〕。図１１は、この種の従来例を示す斜視図である。図１１に示されるように、Ｓｉ（シリコン）からなるプラットフォーム基板１０１上はシリコン酸化膜１０２によって覆われ、その上の受信回路側と送信回路側とには、配線ｅ１０３と配線ｆ１０６が設けられる。そして、受信回路側には、受光素子１０４と受信用ＬＳＩ１０５が、送信回路側には、発光素子１０７と送信用ＬＳＩ１０８とが搭載され、送・受信回路間には、シールド板１０９が挿入される。
上記電子情報通信学会ＳＣ−３−７によれば、シールド板を挿入することにより、１ＧＨｚにおいて２０ｄＢ程度のクロストークの低減が可能である。
【０００４】
そして、プラットフォーム基板上に搭載された発光素子と受光素子はフェルールを介して光ファイバと光学的に結合される。図１２は、この種の従来の光送受信モジュールの構造を示す平面図である。同図において、図１１の部分と同等の部分には同一の参照番号を付して重複する説明は省略する。図１２に示されるように、発光素子１０７および受光素子１０４の前方には、光結合用の短尺の光ファイバ１１５が埋め込まれた樹脂製のフェルール１１４が、プラットフォーム基板１０１と位置決めされて配置されており、これにより発光素子および受光素子と短尺の光ファイバ１１５とが位置決めされる構造となっている。
【０００５】
さらにフェルール１１４には、光ファイバ１１８を保持する光コネクタ１１７が装着されるが、ここで光コネクタ１１７には嵌合穴１１７ａが、フェルール１１４には嵌合穴１１７ａに嵌合する位置決め用の突起１１４ａが設けられており、これにより、光コネクタ１１７をフェルール１１４に装着した際に、短尺の光ファイバ１１５と光コネクタ１１７に保持された光ファイバ１１８の端面同士が自動的に位置決めされるようになっている。
この種の光送受信モジュールでは、通常フェルール１１４は黒色顔料などの光を吸収する添加剤を含有する遮光性のある樹脂で作製されており、発光素子（ＬＤ）から出射した光のうち光ファイバ１１５に結合せず、内部で反射して生じた迷光が受信側へ回り込むことがないように配慮されている。
なお、この種の光送受信回路と光コネクタ間にフェルールを介在させる構造は、例えば、森外、２０００年電子情報通信学会総合大会Ｓ−３−１４０：“SMファイバMT-RJ 光トランシーバモジュール”などに開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
受信側素子と送信側素子とを同一の基板上に実装しようとするとき、安価でかつ熱伝導率の高いＳｉが用いられることが多いが（熱伝導率は、アルミナの２０Ｗ／ｍＫに対しＳｉは１５０Ｗ／ｍＫ）、Ｓｉは絶縁体等に比較して導電率が高いため、図１１に示されるように、受光素子と発光素子とがＳｉ基板を介して電気的に接続されることになり、基板を介して大きなクロストークが生じることになる。一方、Ｓｉは金属材料に比較すると遥かに導電率が低いため（比抵抗は、Ｃｕの１．６×１０-6Ωｃｍに対しＳｉは１０4 Ωｃｍ）、たとえＳｉ基板を接地したとしても、図示されてような、送・受信回路間の回路的な結合を解消することはできない。そのため、従来技術では１０ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ程度のクロストークを実現することは不可能であった。
クロストークを低減するために、Ｓｉ基板を送・受信回路間で切り分けることにより、基板からの回り込みをなくす方法も考えられるが、光軸のアライメントなどの送受信光素子実装を、それぞれ別々に行わなければならず、工程が増加し、コスト増大につながる問題がある。
【０００７】
また、従来の光送受信回路と光ファイバとの結合構造では、短尺の光ファイバ１１５が埋め込まれたフェルール１１４は遮光性であることにより迷光を遮断することはできるもののその材料が樹脂であるため、電磁波を遮断することはできず、プラットフォーム基板端部に電磁波伝播ルート１１６が形成されることになり、このルートを介してのクロストークも発生する。フェルール１１４の材料を従来例の構造で電磁シールド効果を持つ金属に変えた場合、短尺の光ファイバ１１５を埋め込む部分の穴は、光ファイバ径よりわずかに大きくし穴径および穴間のピッチを非常に高精度に形成する必要がある。しかしながら、このような精密な穴加工を金属部材に施すことは非常に困難であり、生産性に劣るという欠点がある。
【０００８】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第１に、プラットフォーム基板としてＳｉのような導電性のある材料を使用しても基板を回り込むクロストーク経路が形成することのないようにすることであり、第２に、プラットフォーム基板の端面において電磁波および光のクロストーク経路が形成されることがないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の絶縁膜にて被覆された導電性のプラットフォーム基板上に、半導体受光素子を含む光受信回路と半導体発光素子を含む光送信回路とが形成されている光送受信モジュールにおいて、受信回路側においては、前記第１の絶縁膜上に受信回路側領域のほぼ全面を覆う接地導体層および該接地導体層を選択的に覆う第２の絶縁膜が形成され、前記半導体受光素子は前記第２の絶縁膜上に該第２の絶縁膜上に形成された第１の配線に接続されて搭載されており、送信回路側においては、前記半導体発光素子が前記第１の絶縁膜上若しくはその上に形成された導体層上に搭載され、かつ、少なくとも前記光受信回路と前記光送信回路間には前記接地導体層に接続された遮蔽導電体が設置されていることを特徴とする光送受信モジュール、が提供される。
【００１０】
そして、好ましくは、前記第２の絶縁膜上には、前記第１の配線に接続された、前記半導体受光素子の出力電流を処理するための受信側半導体集積回路が搭載される。また、好ましくは、前記遮蔽導電体は、前記半導体受光素子の周囲を囲むように若しくは前記半導体受光素子を覆うように形成される。また、好ましくは、信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入射され、前記プラットフォーム基板の表面には光入射側の端面から前記半導体受光素子の直下に至る光透過用Ｖ溝が形成され、該光透過用Ｖ溝上の前記第１の絶縁膜等が除去されている。さらに、好ましくは、信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入・出射され、前記プラットフォーム基板の光入・出射側端面には、光の入射部および光出射部にピンホールが開設された金属板が設置される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に則して図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示す図であって、図１（ａ）は、遮蔽導電体３０を取り付ける前の状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、遮蔽導電体を取り付けた後の状態を示す斜視図である。図１に示すように、Ｓｉからなるプラットフォーム基板１の表面全面は熱酸化膜２によって覆われている。その熱酸化膜２上の受信回路側には、そのほぼ全面を覆うように、接地導体層３が形成されている。そして、周辺部を除く接地導体層３上には、ポリイミド樹脂等からなる絶縁体層４が形成され、絶縁体層４上には、接地導電層、電源導電層、信号導電層などからなる配線ａ５が形成されている。そして、絶縁体層４上には、受光素子６と、受光素子６の出力電流を電圧信号に変換して増幅する等の機能を有する受信用ＬＳＩ７とが搭載されている。
【００１２】
送信回路側においては、熱酸化膜２上には、接地導電層等の配線ｂ８が形成され、その上には光入・出射端面から後退してポリイミド樹脂等からなる絶縁体層９が形成されている。絶縁体層９上には、接地導体層、電源導電層および信号導電層である配線ｃ１０が形成されている。そして、熱酸化膜２上には、発光素子１１が、絶縁体層９上には、発光素子１１を駆動するための送信用ＬＳＩ１２が搭載されている。ここで、発光素子１１と配線ｃ１０との間はワイヤにより接続されるが、本実施例のように発光素子１１の搭載位置と配線ｃ１０の形成領域との間に段差がある場合には、ワイヤ長を短くすることができ、高周波帯での特性劣化を抑制することができる。
【００１３】
受信回路側の回路全体は金属製の遮蔽導電体３０が被せられている。遮蔽導電体３０は、概略、下方が開放された箱形の形状をしており、図の手前側と後方側には、光を受光素子６に入射させるための開口３０ａと、信号線を通すための切り欠き部３０ｂとが設けられている。これらの開口ないし切り欠き部は、光が入射できる範囲で、あるいは信号線路の特性インピーダンス等の電気的特性を乱さない範囲内において極力小さくなされる。これらの開口ないし切り欠き部の形状は、正方形、（半）円形、（半）楕円形等であってもよい。遮蔽導電体３０の厚みは電磁波の侵入長にくらべ十分大きいものとする。遮蔽導電体３０は、半田若しくは導電性ペーストを用いて接地導体層３上に固着される。
【００１４】
本発明においては、受信回路側において受光素子は絶縁体層４上に搭載されるが、送信回路側においては発光素子が熱酸化膜２上の配線ｂ８上に直接搭載されることが極めて肝要である。その理由は、以下の通りである。絶縁体層４は１０〜４０μｍ程度とかなり厚い膜厚に形成される。このように厚く形成するのは、絶縁体層４上の信号配線はその良好な高周波特性によりコプレナー線路として形成されることが多いが、絶縁体層４の膜厚が薄い場合にはコプレナー線路としての設計・製作が困難となるからである。ところで、このような厚い膜厚の絶縁体層は樹脂によって形成することが現実的である。而して、発光素子は数１０〜１００ｍＡの大電流で駆動されるため熱伝導性の低い樹脂膜上に搭載した場合には十分な放熱が行えないことになる。また、樹脂膜は高い精度の膜厚に形成することが困難であるため、発光素子を樹脂膜上に搭載した場合には発光素子の設置高さのばらつきが大きくなり発光素子と光ファイバとの位置合わせが困難となる。更に、樹脂膜は熱膨張係数が高いために、発光素子の発熱により発光素子の位置ずれが大きくなり光ファイバとの良好な光学的結合が阻害されることになる。一方、受光素子では受光面積が大きいために位置ずれは発光素子の場合ほど大きな問題とはならない。また、信号光を受光素子の底面で受ける場合には絶縁体層の膜厚の受信感度に対する影響は実質的に排除される。
なお、本実施例においては発光素子は配線上に搭載されているが、２つの電極が基板表面側に形成される発光素子の場合には熱酸化膜上に直接搭載されることがある。
【００１５】
図２に、図３に示される様々な構造の光送受信モジュールのクロストーク量のシミュレーション結果を示す。シミュレータは３次元電磁界シミュレータを用いた。図２に示されるように、本発明による構造（構造▲４▼）のクロストーク量は図３に示す基本構造（構造▲１▼）に対し、１０ＧＨｚにおいて６０ｄＢ程度低減されている。また、シールド板を挿入した従来例（構造▲２▼）に対しても同程度の低減が見られる。遮蔽導電体をなくし、受信回路側絶縁体層４の下部に接地導体層３のみを設けた場合（構造▲３▼）に対しても４０ｄＢ程度の改善が見られる。図２から明らかなように、本発明によれば、クロストーク量を１４ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ以下、１３ＧＨｚにおいて−９０ｄＢ以下と極めて低く抑えることができる。
【００１６】
図４は、遮蔽導電体の変更例を示す斜視図である。遮蔽導電体は受光素子や受信用ＬＳＩを完全に覆うことが望ましいが、上面および光入射方向に垂直な側面については、要求されるクロストークのレベルや放熱等の他の観点に従って適宜省略ないし簡略化することが可能である。図４（ａ）は、図１に示されたものに対し、上面部分を取り除いた遮蔽導電体３１を示し、図４（ｂ）は、上面に複数の通気孔３２ａを設けた遮蔽導電体３２を示し、図４（ｃ）は、光入射方向と垂直な側面を取り除いた遮蔽導電体３３を示す。また、図４（ｄ）と図４（ｅ）は、側面を閉じた、あるいは、開いたかまぼこ屋根型の遮蔽導電体３４、３５を示す。図４（ｂ）の遮蔽導電体３２の上面に設けたような通気孔３２ａは、遮蔽導電体３１、３２、３４において光入射方向と垂直な側面に設けてもよい。
また、後述する実施例（第３の実施例）において用いられる場合のように、プラットフォーム基板の光入・出射側端面に金属製のレンズホルダーを装着する場合は、図４（ｃ）、（ｅ）に示すように、光入射側の側面が開放され、その反対側の側面は信号線を通過させる開口部を除いて閉じたもの〔図４（ｃ）、（ｅ）に示す遮蔽導電体に対し、１側面を閉じるようにしたもの〕を用いることができる。
【００１７】
図５は、本発明の第２の実施例の、遮蔽導電体３０を取り付ける前の状態を示す斜視図である。本実施例においては、送信回路側においても、接地導体層１３が形成され、その上に発光素子１１が搭載される。そして、絶縁体層９が、光入・出射側端部から後退した位置に設けられ、その上に配線ｄ１４が形成されている。それ以外の点は第１の実施例と同様である。
本実施例によれば、送信回路側にも接地導体層１３が形成されたことにより、プラットフォーム基板１を介しての送・受信回路間の結合をより確実に遮断することができ、よりクロストークを低減することができる。また、配線ｄ１４の信号配線をコプレナー線路としてその高周波特性を改善することができる。
なお、発光素子１１が、ｐ型半導体基板を用いて作成されたものである場合には、接地導体層１３に代えて同一パターンの電源導体層を形成するようにしてもよい。
【００１８】
図６は、本発明の第２の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図である。まず、ウェット酸化雰囲気中にて熱処理を行って、Ｓｉからなるプラットフォーム基板１上に膜厚約１．３μｍの熱酸化膜２を形成する〔図６（ａ）〕。次に、スパッタ法によりＡｌを１μｍの膜厚に堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてＡｌ膜をパターニングして接地導体層３、１３を形成する〔図６（ｂ）〕。次に、ポリイミドの前駆体であるモノマー（ポリアミック酸）をスピン塗布し、熱処理によってイミド化して膜厚約４０μｍのポリイミド膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてポリイミド膜をパターニングして絶縁体層４、９を形成する〔図６（ｃ）〕。次に、フォトリソグラフィ法によってレジスト膜パターンを形成した後、膜厚１μｍのＡｌ膜を堆積し、これをリフトオフ若しくはフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法にて配線ａ５と配線ｄ１４とを形成する〔図６（ｄ）〕。続いて、各素子をマウントし、ワイヤボンディングを行なった後、半田若しくは導電性ペーストを用いて遮蔽導電体を接地導体層３上に固着する。
なお、第２の実施例に対し、絶縁体層の材料としてポリイミドに代えベンゾシクロブテン等の他の樹脂を用いることでき、また接地導体層や配線の形成材料としてＡｌに代え、ＣｕやＡｕを用いることができる。
【００１９】
図７（ａ）は、本発明の第３の実施例を示す分解斜視図であり、図７（ｂ）は第３の実施例の平面図である。図７において、図１に示した第１の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施例においては、受信回路上を覆うシールド部材として底面と２つの側面が開放された箱型の遮蔽導電体３３が用いられている。
そして、受光素子６、発光素子２の前方には、信号光が透過する部分に、ピンホール１５ｃが開口された金属製のレンズホルダー１５が配置される。レンズホルダーのプラットフォーム基板１と反対側の面には、位置決め用の突起１５ａが形成されるとともに平板レンズアレイ１６を収容するための凹部１５ｂが形成されている。このレンズホルダー１５は図外グランド部材により接地されるとともに遮蔽導電体３３と密着して配置されている。
【００２０】
光学的に透明な材料からなる平板レンズアレイ１６は、レンズホルダー１５の凹部１５ｂ内に、接着剤で接着することによりあるいは平板レンズアレイ１６表面にメッキを施し半田付けすることにより、固定する。平板レンズアレイ１６内には、受光素子６および発光素子１１側の面に凸球面状あるいは分布屈折率状のレンズ１６ａが形成されている。本実施例では、レンズ１６ａの焦点距離は、発光素子１１から出射された光が光ファイバ１８の端面に集光するように設定されている。このようなレンズは、ガラス基板に例えばフォトリソグラフィ法およびイオン交換法を適用することにより形成することができる。
【００２１】
レンズホルダー１５の前方には光ファイバ１８を保持する光コネクタ１７が装着される。光コネクタ１７は、黒色顔料あるいは光吸収用の添加剤を含有した樹脂を用いて光ファイバ１８を挟み込むようにしてこれと一体的に成形されている。ここで、光ファイバ１８のプラットフォーム基板１側の端部は光コネクタ１７の側面より所定長（１０μｍ程度）突出するようになされている。この光コネクタ１７には、前述のレンズホルダー１５の位置決め用の突起１５ａに対応する位置に、その径より若干大きい径の嵌合穴１７ａが形成されている。そして、レンズホルダー１５の突起１５ａを光コネクタ１７の嵌合穴１７ａに嵌合させれば、平板レンズアレイ１６の表面に光ファイバ１８の端面が直接接触するようになっている。
【００２２】
本実施例では、光送信部のパルス駆動により生じ、発光部前面の空間を通して受信側に回り込む電磁波は、金属製で厚さ０．３ｍｍ程度のレンズホルダー１５により遮蔽されるため、送信回路および受信回路間の電気的クロストークを抑えることが可能となる。また、レンズホルダー１５に設けられたピンホール１５ｃは、光のビーム径程度（２００〜３００μｍ）に小さくすることが可能であり、このピンホール通しての電磁ノイズは無視できる程度となる。このレンズホルダー１５は図示しないグランド部材により接地されているため、その電位レベルが安定している。また、発光素子１１から出射された光で、光ファイバ１８に結合しなかった光は迷光となって、受信回路側へ回り込むことが知られているが、光の経路を金属製のレンズホルダーのピンホール内に限定することにより、受信回路側への迷光の侵入を遮断することが可能となり、光学的なクロストークも抑制することが可能となる。よって、本実施例によれば、第１、第２の実施例より一層クロストークを低減することができる。
なお、本実施例では、遮蔽導電体とレンズホルダーとは単に接触しているのみであったが、導電性ペーストあるいは半田を用いて両者を電気的および機械的に接続するようにしてもよい。また、両者を一体構造のものとして構成してもよい。
【００２３】
図８は、本発明の第４の実施例の組み立て前の状態を示す斜視図である。本実施例の第３の実施例と相違する点は、受信回路の光入射端面側に絶縁体層４からプラットフォーム基板１に至る光透過溝１９が開設されていることである。光透過溝１９の底面はプラットフォーム基板内に形成されており、Ｖ字状の形状をなしている。また、この光透過溝１９は受光素子６の真下まで開けられており、その溝終端部においてプラットフォーム基板１での端面は傾斜面となっている。
図示が省略された光ファイバより平板レンズアレイ１６に入射された光は、レンズホルダー１５の受信回路側のピンホール１５ｃを介して光透過溝１９の下端部、すなわちプラットフォーム基板１に開設されたＶ溝部へ入射される。このＶ溝を透過した光は、受光素子直下に形成された傾斜面において反射され、受光素子６の受光面に入射される。
【００２４】
図９は、第４の実施例に用いられるプラットフォーム基板の加工手順を示す工程順の断面図である。（１００）面を主面とするＳｉからなるプラットフォーム基板１を酸化性雰囲気中にて熱処理して、膜厚１．３μｍの熱酸化膜２を形成する〔図９（ａ）〕。次に、フォトリソグラフィ法により、熱酸化膜２上に、形成すべき溝部分に開口を有するフォトレジスト膜２０を形成する。このとき、フォトレジスト膜の開口の長手方向が＜１１０＞方向となるようにする〔図９（ｂ）〕。次に、フォトレジスト膜をマスクとしてバッファードフッ酸（ buffered ＨＦ）により露出している熱酸化膜２をエッチング除去し、プラットフォーム基板１の表面の一部を露出させる〔図９（ｃ）〕。次に、アッシング法によりフォトレジスト膜２０を除去する〔図９（ｄ）〕。次に、ＫＯＨをエッチャントとして熱酸化膜２をマスクにプラットフォーム基板（Ｓｉ）をエッチングしてＶ溝２１を形成する。このＶ溝２１では、３つの（１１１）面が露出される。すなわち、紙面に直交しているＶ字形の２つの底面と紙面奥に形成される端面の全てが（１１１）面となる〔図９（ｅ）〕。また、好ましくはV溝反射面は反射率を高くするため、スパッタ法などを用いてAuなどでメタライズする。
その後、図６を参照して説明した方法と同様の方法により、導電体層（配線層）および絶縁体層を形成する。但し、Ｖ溝２１上の導電体層（配線層）および絶縁体層は全てエッチング除去して図８に示す光透過溝１９を形成する。
【００２５】
図１０は、本発明の第５の実施例を説明するための断面図である。本実施例においても、遮蔽導電体、または、遮蔽導電体およびレンズホルダーが装着されるがそれらの図示は省略されている。本実施例においては、発光素子１１の発生する熱を効果的に放散させるために、発光素子１１の下部のプラットフォーム基板１がエッチングされてその部分の基板厚が薄くなされている。そして、基板裏面には、シリコン酸化膜２２と導電体層２３とが形成されている。本実施例によれば、発光素子１１の発生する熱を、導電体層２３を介してこの光送受信モジュールが収容されるパッケージに放散させることができ、発光素子の発熱をより効果的に抑えることができる。
【００２６】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では信号光がプラットフォーム基板面に対し水平に入射していたが、信号光が基板面に垂直に入射する場合も本発明は適用が可能である。また、実施例ではＳｉを基板として用いていたが、これに代え金属基板を用いてもよい。さらに、図１０に示す実施例において形成されていたシリコン酸化膜２２は除去することが可能であって、プラットフォーム基板の底面に直接導電体層を形成するようにしてもよい。そして、このような導電体層、または、絶縁膜および導電体層は他の実施例のプラットフォーム基板に対しても形成することができるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光送受信モジュールは、第１の絶縁膜にて被覆されたプラットフォーム基板の受信回路側に接地導体層と第２の絶縁膜とを設け、光受信回路を第２の絶縁膜上に構成するとともに前記接地導体層に接続された遮蔽導電体によって受信回路を覆うようにし、かつ、発光素子はプラットフォーム基板上の絶縁膜（またはその上に形成された導電体層）上に直接搭載するようにしたものであるので、以下の効果を享受することができる。
▲１▼ 安価で熱伝導性の高いＳｉを基板として用いても、送・受信回路間のクロストークを、１４ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ以下と極めて低く抑えることができる。したがって、本発明によれば、特性の優れた光送受信モジュールを安価に提供することが可能になる。
▲２▼ 発光素子が薄い酸化膜（またはその上に形成された導電体層）上に直接搭載されているので、発光素子が薄い酸化膜を介してＳｉ基板に熱的に結合されることになり発光素子の放熱を効率よく行うことができる。
▲３▼ 上記▲２▼と同じ理由により、発光素子の搭載される位置の高さ精度を高く維持できる外、温度による発光素子の位置変動を低く抑えることができる。
▲４▼ 受信側回路を接地導体層上の厚い絶縁体層上に形成することができるので、コプレナー線路の設計・製作が容易となり、受信側回路の高周波特性を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す斜視図。
【図２】 各種構造の光送受信モジュールに対する電磁界シミュレータを用いたシミュレーション結果を示すグラフ。
【図３】 図２のシミュレーションに用いた各モジュールの構造図。
【図４】 遮蔽導電体の変更例を示す斜視図。
【図５】 本発明の第２の実施例を示す斜視図。
【図６】 本発明の第２の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図。
【図７】 本発明の第３の実施例の分解斜視図と平面図。
【図８】 本発明の第４の実施例の分解斜視図。
【図９】 本発明の第４の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図。
【図１０】 本発明の第５の実施例の部分斜視図。
【図１１】 第１の従来例の斜視図。
【図１２】 第２の従来例の平面図。
【符号の説明】
１、１０１ プラットフォーム基板
２ 熱酸化膜
３、１３ 接地導体層
４、９ 絶縁体層
５ 配線ａ
６、１０４ 受光素子
７、１０５ 受信用ＬＳＩ
８ 配線ｂ
１０ 配線ｃ
１１、１０７ 発光素子
１２、１０８ 送信用ＬＳＩ
１４ 配線ｄ
１５ レンズホルダー
１６ 平板レンズアレイ
１６ａ レンズ
１７ 光コネクタ
１８ 光ファイバ
１９ 光透過溝
２０ フォトレジスト膜
２１ Ｖ溝
２２ シリコン酸化膜
２３ 導電体層
３０〜３５ 遮蔽導電体
３０ａ 開口
３０ｂ 切り欠き部
３２ａ 通気孔
１０２ シリコン酸化膜
１０３ 配線ｅ
１０６ 配線ｆ
１０９ シールド板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において用いられる、送信回路と受信回路とが一体構造に実装された光送受信モジュールに関し、特に送・受信回路間のクロストークを低減した光送受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＡＮ（local area network）等に代表されるデータ通信システムに適用される光送受信モジュール（光トランシーバ）においては、更なる高速化、低コスト化、小型化が望まれている。このため、送受信デバイスを単一基板上にコンパクトに実装する技術が不可欠である。一般に、発光素子駆動のため必要な電流に対し、受信側の受光素子の最小出力電流は小さく、そのレベルには大きな格差がある（例えば、発光素子駆動電流１００ｍＡ、受光素子最小出力電流１０μＡ時には格差は８０ｄＢ）。また、たとえば標準的コネクタであるＭＴ−ＲＪコネクタを考慮すると、発光素子と受光素子との間隔は７５０μｍと非常に狭い。このため１０Ｇｂｐｓを越えるような高ビットレートにおいては、クロストークが深刻な問題となる。
【０００３】
クロストークを低減するには、送・受信回路間にシールド板（遮蔽板）を挿入することが有効であることが知られている〔例えば、石井外、２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティＳＣ−３−７：“MT-RJ Optical SubAssemblyのクロストーク解析”〕。図１１は、この種の従来例を示す斜視図である。図１１に示されるように、Ｓｉ（シリコン）からなるプラットフォーム基板１０１上はシリコン酸化膜１０２によって覆われ、その上の受信回路側と送信回路側とには、配線ｅ１０３と配線ｆ１０６が設けられる。そして、受信回路側には、受光素子１０４と受信用ＬＳＩ１０５が、送信回路側には、発光素子１０７と送信用ＬＳＩ１０８とが搭載され、送・受信回路間には、シールド板１０９が挿入される。
上記電子情報通信学会ＳＣ−３−７によれば、シールド板を挿入することにより、１ＧＨｚにおいて２０ｄＢ程度のクロストークの低減が可能である。
【０００４】
そして、プラットフォーム基板上に搭載された発光素子と受光素子はフェルールを介して光ファイバと光学的に結合される。図１２は、この種の従来の光送受信モジュールの構造を示す平面図である。同図において、図１１の部分と同等の部分には同一の参照番号を付して重複する説明は省略する。図１２に示されるように、発光素子１０７および受光素子１０４の前方には、光結合用の短尺の光ファイバ１１５が埋め込まれた樹脂製のフェルール１１４が、プラットフォーム基板１０１と位置決めされて配置されており、これにより発光素子および受光素子と短尺の光ファイバ１１５とが位置決めされる構造となっている。
【０００５】
さらにフェルール１１４には、光ファイバ１１８を保持する光コネクタ１１７が装着されるが、ここで光コネクタ１１７には嵌合穴１１７ａが、フェルール１１４には嵌合穴１１７ａに嵌合する位置決め用の突起１１４ａが設けられており、これにより、光コネクタ１１７をフェルール１１４に装着した際に、短尺の光ファイバ１１５と光コネクタ１１７に保持された光ファイバ１１８の端面同士が自動的に位置決めされるようになっている。
この種の光送受信モジュールでは、通常フェルール１１４は黒色顔料などの光を吸収する添加剤を含有する遮光性のある樹脂で作製されており、発光素子（ＬＤ）から出射した光のうち光ファイバ１１５に結合せず、内部で反射して生じた迷光が受信側へ回り込むことがないように配慮されている。
なお、この種の光送受信回路と光コネクタ間にフェルールを介在させる構造は、例えば、森外、２０００年電子情報通信学会総合大会Ｓ−３−１４０：“SMファイバMT-RJ 光トランシーバモジュール”などに開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
受信側素子と送信側素子とを同一の基板上に実装しようとするとき、安価でかつ熱伝導率の高いＳｉが用いられることが多いが（熱伝導率は、アルミナの２０Ｗ／ｍＫに対しＳｉは１５０Ｗ／ｍＫ）、Ｓｉは絶縁体等に比較して導電率が高いため、図１１に示されるように、受光素子と発光素子とがＳｉ基板を介して電気的に接続されることになり、基板を介して大きなクロストークが生じることになる。一方、Ｓｉは金属材料に比較すると遥かに導電率が低いため（比抵抗は、Ｃｕの１．６×１０-6Ωｃｍに対しＳｉは１０4 Ωｃｍ）、たとえＳｉ基板を接地したとしても、図示されてような、送・受信回路間の回路的な結合を解消することはできない。そのため、従来技術では１０ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ程度のクロストークを実現することは不可能であった。
クロストークを低減するために、Ｓｉ基板を送・受信回路間で切り分けることにより、基板からの回り込みをなくす方法も考えられるが、光軸のアライメントなどの送受信光素子実装を、それぞれ別々に行わなければならず、工程が増加し、コスト増大につながる問題がある。
【０００７】
また、従来の光送受信回路と光ファイバとの結合構造では、短尺の光ファイバ１１５が埋め込まれたフェルール１１４は遮光性であることにより迷光を遮断することはできるもののその材料が樹脂であるため、電磁波を遮断することはできず、プラットフォーム基板端部に電磁波伝播ルート１１６が形成されることになり、このルートを介してのクロストークも発生する。フェルール１１４の材料を従来例の構造で電磁シールド効果を持つ金属に変えた場合、短尺の光ファイバ１１５を埋め込む部分の穴は、光ファイバ径よりわずかに大きくし穴径および穴間のピッチを非常に高精度に形成する必要がある。しかしながら、このような精密な穴加工を金属部材に施すことは非常に困難であり、生産性に劣るという欠点がある。
【０００８】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第１に、プラットフォーム基板としてＳｉのような導電性のある材料を使用しても基板を回り込むクロストーク経路が形成することのないようにすることであり、第２に、プラットフォーム基板の端面において電磁波および光のクロストーク経路が形成されることがないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の絶縁膜にて被覆された導電性のプラットフォーム基板上に、半導体受光素子を含む光受信回路と半導体発光素子を含む光送信回路とが形成されている光送受信モジュールにおいて、受信回路側においては、前記第１の絶縁膜上に受信回路側領域のほぼ全面を覆う接地導体層および該接地導体層を選択的に覆う第２の絶縁膜が形成され、前記半導体受光素子は前記第２の絶縁膜上に該第２の絶縁膜上に形成された第１の配線に接続されて搭載されており、送信回路側においては、前記半導体発光素子が前記第１の絶縁膜上若しくはその上に形成された導体層上に搭載され、かつ、少なくとも前記光受信回路と前記光送信回路間には前記接地導体層に接続された遮蔽導電体が設置されていることを特徴とする光送受信モジュール、が提供される。
【００１０】
そして、好ましくは、前記第２の絶縁膜上には、前記第１の配線に接続された、前記半導体受光素子の出力電流を処理するための受信側半導体集積回路が搭載される。また、好ましくは、前記遮蔽導電体は、前記半導体受光素子の周囲を囲むように若しくは前記半導体受光素子を覆うように形成される。また、好ましくは、信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入射され、前記プラットフォーム基板の表面には光入射側の端面から前記半導体受光素子の直下に至る光透過用Ｖ溝が形成され、該光透過用Ｖ溝上の前記第１の絶縁膜等が除去されている。さらに、好ましくは、信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入・出射され、前記プラットフォーム基板の光入・出射側端面には、光の入射部および光出射部にピンホールが開設された金属板が設置される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に則して図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示す図であって、図１（ａ）は、遮蔽導電体３０を取り付ける前の状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、遮蔽導電体を取り付けた後の状態を示す斜視図である。図１に示すように、Ｓｉからなるプラットフォーム基板１の表面全面は熱酸化膜２によって覆われている。その熱酸化膜２上の受信回路側には、そのほぼ全面を覆うように、接地導体層３が形成されている。そして、周辺部を除く接地導体層３上には、ポリイミド樹脂等からなる絶縁体層４が形成され、絶縁体層４上には、接地導電層、電源導電層、信号導電層などからなる配線ａ５が形成されている。そして、絶縁体層４上には、受光素子６と、受光素子６の出力電流を電圧信号に変換して増幅する等の機能を有する受信用ＬＳＩ７とが搭載されている。
【００１２】
送信回路側においては、熱酸化膜２上には、接地導電層等の配線ｂ８が形成され、その上には光入・出射端面から後退してポリイミド樹脂等からなる絶縁体層９が形成されている。絶縁体層９上には、接地導体層、電源導電層および信号導電層である配線ｃ１０が形成されている。そして、熱酸化膜２上には、発光素子１１が、絶縁体層９上には、発光素子１１を駆動するための送信用ＬＳＩ１２が搭載されている。ここで、発光素子１１と配線ｃ１０との間はワイヤにより接続されるが、本実施例のように発光素子１１の搭載位置と配線ｃ１０の形成領域との間に段差がある場合には、ワイヤ長を短くすることができ、高周波帯での特性劣化を抑制することができる。
【００１３】
受信回路側の回路全体は金属製の遮蔽導電体３０が被せられている。遮蔽導電体３０は、概略、下方が開放された箱形の形状をしており、図の手前側と後方側には、光を受光素子６に入射させるための開口３０ａと、信号線を通すための切り欠き部３０ｂとが設けられている。これらの開口ないし切り欠き部は、光が入射できる範囲で、あるいは信号線路の特性インピーダンス等の電気的特性を乱さない範囲内において極力小さくなされる。これらの開口ないし切り欠き部の形状は、正方形、（半）円形、（半）楕円形等であってもよい。遮蔽導電体３０の厚みは電磁波の侵入長にくらべ十分大きいものとする。遮蔽導電体３０は、半田若しくは導電性ペーストを用いて接地導体層３上に固着される。
【００１４】
本発明においては、受信回路側において受光素子は絶縁体層４上に搭載されるが、送信回路側においては発光素子が熱酸化膜２上の配線ｂ８上に直接搭載されることが極めて肝要である。その理由は、以下の通りである。絶縁体層４は１０〜４０μｍ程度とかなり厚い膜厚に形成される。このように厚く形成するのは、絶縁体層４上の信号配線はその良好な高周波特性によりコプレナー線路として形成されることが多いが、絶縁体層４の膜厚が薄い場合にはコプレナー線路としての設計・製作が困難となるからである。ところで、このような厚い膜厚の絶縁体層は樹脂によって形成することが現実的である。而して、発光素子は数１０〜１００ｍＡの大電流で駆動されるため熱伝導性の低い樹脂膜上に搭載した場合には十分な放熱が行えないことになる。また、樹脂膜は高い精度の膜厚に形成することが困難であるため、発光素子を樹脂膜上に搭載した場合には発光素子の設置高さのばらつきが大きくなり発光素子と光ファイバとの位置合わせが困難となる。更に、樹脂膜は熱膨張係数が高いために、発光素子の発熱により発光素子の位置ずれが大きくなり光ファイバとの良好な光学的結合が阻害されることになる。一方、受光素子では受光面積が大きいために位置ずれは発光素子の場合ほど大きな問題とはならない。また、信号光を受光素子の底面で受ける場合には絶縁体層の膜厚の受信感度に対する影響は実質的に排除される。
なお、本実施例においては発光素子は配線上に搭載されているが、２つの電極が基板表面側に形成される発光素子の場合には熱酸化膜上に直接搭載されることがある。
【００１５】
図２に、図３に示される様々な構造の光送受信モジュールのクロストーク量のシミュレーション結果を示す。シミュレータは３次元電磁界シミュレータを用いた。図２に示されるように、本発明による構造（構造▲４▼）のクロストーク量は図３に示す基本構造（構造▲１▼）に対し、１０ＧＨｚにおいて６０ｄＢ程度低減されている。また、シールド板を挿入した従来例（構造▲２▼）に対しても同程度の低減が見られる。遮蔽導電体をなくし、受信回路側絶縁体層４の下部に接地導体層３のみを設けた場合（構造▲３▼）に対しても４０ｄＢ程度の改善が見られる。図２から明らかなように、本発明によれば、クロストーク量を１４ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ以下、１３ＧＨｚにおいて−９０ｄＢ以下と極めて低く抑えることができる。
【００１６】
図４は、遮蔽導電体の変更例を示す斜視図である。遮蔽導電体は受光素子や受信用ＬＳＩを完全に覆うことが望ましいが、上面および光入射方向に垂直な側面については、要求されるクロストークのレベルや放熱等の他の観点に従って適宜省略ないし簡略化することが可能である。図４（ａ）は、図１に示されたものに対し、上面部分を取り除いた遮蔽導電体３１を示し、図４（ｂ）は、上面に複数の通気孔３２ａを設けた遮蔽導電体３２を示し、図４（ｃ）は、光入射方向と垂直な側面を取り除いた遮蔽導電体３３を示す。また、図４（ｄ）と図４（ｅ）は、側面を閉じた、あるいは、開いたかまぼこ屋根型の遮蔽導電体３４、３５を示す。図４（ｂ）の遮蔽導電体３２の上面に設けたような通気孔３２ａは、遮蔽導電体３１、３２、３４において光入射方向と垂直な側面に設けてもよい。
また、後述する実施例（第３の実施例）において用いられる場合のように、プラットフォーム基板の光入・出射側端面に金属製のレンズホルダーを装着する場合は、図４（ｃ）、（ｅ）に示すように、光入射側の側面が開放され、その反対側の側面は信号線を通過させる開口部を除いて閉じたもの〔図４（ｃ）、（ｅ）に示す遮蔽導電体に対し、１側面を閉じるようにしたもの〕を用いることができる。
【００１７】
図５は、本発明の第２の実施例の、遮蔽導電体３０を取り付ける前の状態を示す斜視図である。本実施例においては、送信回路側においても、接地導体層１３が形成され、その上に発光素子１１が搭載される。そして、絶縁体層９が、光入・出射側端部から後退した位置に設けられ、その上に配線ｄ１４が形成されている。それ以外の点は第１の実施例と同様である。
本実施例によれば、送信回路側にも接地導体層１３が形成されたことにより、プラットフォーム基板１を介しての送・受信回路間の結合をより確実に遮断することができ、よりクロストークを低減することができる。また、配線ｄ１４の信号配線をコプレナー線路としてその高周波特性を改善することができる。
なお、発光素子１１が、ｐ型半導体基板を用いて作成されたものである場合には、接地導体層１３に代えて同一パターンの電源導体層を形成するようにしてもよい。
【００１８】
図６は、本発明の第２の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図である。まず、ウェット酸化雰囲気中にて熱処理を行って、Ｓｉからなるプラットフォーム基板１上に膜厚約１．３μｍの熱酸化膜２を形成する〔図６（ａ）〕。次に、スパッタ法によりＡｌを１μｍの膜厚に堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてＡｌ膜をパターニングして接地導体層３、１３を形成する〔図６（ｂ）〕。次に、ポリイミドの前駆体であるモノマー（ポリアミック酸）をスピン塗布し、熱処理によってイミド化して膜厚約４０μｍのポリイミド膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてポリイミド膜をパターニングして絶縁体層４、９を形成する〔図６（ｃ）〕。次に、フォトリソグラフィ法によってレジスト膜パターンを形成した後、膜厚１μｍのＡｌ膜を堆積し、これをリフトオフ若しくはフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法にて配線ａ５と配線ｄ１４とを形成する〔図６（ｄ）〕。続いて、各素子をマウントし、ワイヤボンディングを行なった後、半田若しくは導電性ペーストを用いて遮蔽導電体を接地導体層３上に固着する。
なお、第２の実施例に対し、絶縁体層の材料としてポリイミドに代えベンゾシクロブテン等の他の樹脂を用いることでき、また接地導体層や配線の形成材料としてＡｌに代え、ＣｕやＡｕを用いることができる。
【００１９】
図７（ａ）は、本発明の第３の実施例を示す分解斜視図であり、図７（ｂ）は第３の実施例の平面図である。図７において、図１に示した第１の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施例においては、受信回路上を覆うシールド部材として底面と２つの側面が開放された箱型の遮蔽導電体３３が用いられている。
そして、受光素子６、発光素子２の前方には、信号光が透過する部分に、ピンホール１５ｃが開口された金属製のレンズホルダー１５が配置される。レンズホルダーのプラットフォーム基板１と反対側の面には、位置決め用の突起１５ａが形成されるとともに平板レンズアレイ１６を収容するための凹部１５ｂが形成されている。このレンズホルダー１５は図外グランド部材により接地されるとともに遮蔽導電体３３と密着して配置されている。
【００２０】
光学的に透明な材料からなる平板レンズアレイ１６は、レンズホルダー１５の凹部１５ｂ内に、接着剤で接着することによりあるいは平板レンズアレイ１６表面にメッキを施し半田付けすることにより、固定する。平板レンズアレイ１６内には、受光素子６および発光素子１１側の面に凸球面状あるいは分布屈折率状のレンズ１６ａが形成されている。本実施例では、レンズ１６ａの焦点距離は、発光素子１１から出射された光が光ファイバ１８の端面に集光するように設定されている。このようなレンズは、ガラス基板に例えばフォトリソグラフィ法およびイオン交換法を適用することにより形成することができる。
【００２１】
レンズホルダー１５の前方には光ファイバ１８を保持する光コネクタ１７が装着される。光コネクタ１７は、黒色顔料あるいは光吸収用の添加剤を含有した樹脂を用いて光ファイバ１８を挟み込むようにしてこれと一体的に成形されている。ここで、光ファイバ１８のプラットフォーム基板１側の端部は光コネクタ１７の側面より所定長（１０μｍ程度）突出するようになされている。この光コネクタ１７には、前述のレンズホルダー１５の位置決め用の突起１５ａに対応する位置に、その径より若干大きい径の嵌合穴１７ａが形成されている。そして、レンズホルダー１５の突起１５ａを光コネクタ１７の嵌合穴１７ａに嵌合させれば、平板レンズアレイ１６の表面に光ファイバ１８の端面が直接接触するようになっている。
【００２２】
本実施例では、光送信部のパルス駆動により生じ、発光部前面の空間を通して受信側に回り込む電磁波は、金属製で厚さ０．３ｍｍ程度のレンズホルダー１５により遮蔽されるため、送信回路および受信回路間の電気的クロストークを抑えることが可能となる。また、レンズホルダー１５に設けられたピンホール１５ｃは、光のビーム径程度（２００〜３００μｍ）に小さくすることが可能であり、このピンホール通しての電磁ノイズは無視できる程度となる。このレンズホルダー１５は図示しないグランド部材により接地されているため、その電位レベルが安定している。また、発光素子１１から出射された光で、光ファイバ１８に結合しなかった光は迷光となって、受信回路側へ回り込むことが知られているが、光の経路を金属製のレンズホルダーのピンホール内に限定することにより、受信回路側への迷光の侵入を遮断することが可能となり、光学的なクロストークも抑制することが可能となる。よって、本実施例によれば、第１、第２の実施例より一層クロストークを低減することができる。
なお、本実施例では、遮蔽導電体とレンズホルダーとは単に接触しているのみであったが、導電性ペーストあるいは半田を用いて両者を電気的および機械的に接続するようにしてもよい。また、両者を一体構造のものとして構成してもよい。
【００２３】
図８は、本発明の第４の実施例の組み立て前の状態を示す斜視図である。本実施例の第３の実施例と相違する点は、受信回路の光入射端面側に絶縁体層４からプラットフォーム基板１に至る光透過溝１９が開設されていることである。光透過溝１９の底面はプラットフォーム基板内に形成されており、Ｖ字状の形状をなしている。また、この光透過溝１９は受光素子６の真下まで開けられており、その溝終端部においてプラットフォーム基板１での端面は傾斜面となっている。
図示が省略された光ファイバより平板レンズアレイ１６に入射された光は、レンズホルダー１５の受信回路側のピンホール１５ｃを介して光透過溝１９の下端部、すなわちプラットフォーム基板１に開設されたＶ溝部へ入射される。このＶ溝を透過した光は、受光素子直下に形成された傾斜面において反射され、受光素子６の受光面に入射される。
【００２４】
図９は、第４の実施例に用いられるプラットフォーム基板の加工手順を示す工程順の断面図である。（１００）面を主面とするＳｉからなるプラットフォーム基板１を酸化性雰囲気中にて熱処理して、膜厚１．３μｍの熱酸化膜２を形成する〔図９（ａ）〕。次に、フォトリソグラフィ法により、熱酸化膜２上に、形成すべき溝部分に開口を有するフォトレジスト膜２０を形成する。このとき、フォトレジスト膜の開口の長手方向が＜１１０＞方向となるようにする〔図９（ｂ）〕。次に、フォトレジスト膜をマスクとしてバッファードフッ酸（ buffered ＨＦ）により露出している熱酸化膜２をエッチング除去し、プラットフォーム基板１の表面の一部を露出させる〔図９（ｃ）〕。次に、アッシング法によりフォトレジスト膜２０を除去する〔図９（ｄ）〕。次に、ＫＯＨをエッチャントとして熱酸化膜２をマスクにプラットフォーム基板（Ｓｉ）をエッチングしてＶ溝２１を形成する。このＶ溝２１では、３つの（１１１）面が露出される。すなわち、紙面に直交しているＶ字形の２つの底面と紙面奥に形成される端面の全てが（１１１）面となる〔図９（ｅ）〕。また、好ましくはV溝反射面は反射率を高くするため、スパッタ法などを用いてAuなどでメタライズする。
その後、図６を参照して説明した方法と同様の方法により、導電体層（配線層）および絶縁体層を形成する。但し、Ｖ溝２１上の導電体層（配線層）および絶縁体層は全てエッチング除去して図８に示す光透過溝１９を形成する。
【００２５】
図１０は、本発明の第５の実施例を説明するための断面図である。本実施例においても、遮蔽導電体、または、遮蔽導電体およびレンズホルダーが装着されるがそれらの図示は省略されている。本実施例においては、発光素子１１の発生する熱を効果的に放散させるために、発光素子１１の下部のプラットフォーム基板１がエッチングされてその部分の基板厚が薄くなされている。そして、基板裏面には、シリコン酸化膜２２と導電体層２３とが形成されている。本実施例によれば、発光素子１１の発生する熱を、導電体層２３を介してこの光送受信モジュールが収容されるパッケージに放散させることができ、発光素子の発熱をより効果的に抑えることができる。
【００２６】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では信号光がプラットフォーム基板面に対し水平に入射していたが、信号光が基板面に垂直に入射する場合も本発明は適用が可能である。また、実施例ではＳｉを基板として用いていたが、これに代え金属基板を用いてもよい。さらに、図１０に示す実施例において形成されていたシリコン酸化膜２２は除去することが可能であって、プラットフォーム基板の底面に直接導電体層を形成するようにしてもよい。そして、このような導電体層、または、絶縁膜および導電体層は他の実施例のプラットフォーム基板に対しても形成することができるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光送受信モジュールは、第１の絶縁膜にて被覆されたプラットフォーム基板の受信回路側に接地導体層と第２の絶縁膜とを設け、光受信回路を第２の絶縁膜上に構成するとともに前記接地導体層に接続された遮蔽導電体によって受信回路を覆うようにし、かつ、発光素子はプラットフォーム基板上の絶縁膜（またはその上に形成された導電体層）上に直接搭載するようにしたものであるので、以下の効果を享受することができる。
▲１▼ 安価で熱伝導性の高いＳｉを基板として用いても、送・受信回路間のクロストークを、１４ＧＨｚにおいて−８０ｄＢ以下と極めて低く抑えることができる。したがって、本発明によれば、特性の優れた光送受信モジュールを安価に提供することが可能になる。
▲２▼ 発光素子が薄い酸化膜（またはその上に形成された導電体層）上に直接搭載されているので、発光素子が薄い酸化膜を介してＳｉ基板に熱的に結合されることになり発光素子の放熱を効率よく行うことができる。
▲３▼ 上記▲２▼と同じ理由により、発光素子の搭載される位置の高さ精度を高く維持できる外、温度による発光素子の位置変動を低く抑えることができる。
▲４▼ 受信側回路を接地導体層上の厚い絶縁体層上に形成することができるので、コプレナー線路の設計・製作が容易となり、受信側回路の高周波特性を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す斜視図。
【図２】 各種構造の光送受信モジュールに対する電磁界シミュレータを用いたシミュレーション結果を示すグラフ。
【図３】 図２のシミュレーションに用いた各モジュールの構造図。
【図４】 遮蔽導電体の変更例を示す斜視図。
【図５】 本発明の第２の実施例を示す斜視図。
【図６】 本発明の第２の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図。
【図７】 本発明の第３の実施例の分解斜視図と平面図。
【図８】 本発明の第４の実施例の分解斜視図。
【図９】 本発明の第４の実施例の製造方法を説明するための工程順の断面図。
【図１０】 本発明の第５の実施例の部分斜視図。
【図１１】 第１の従来例の斜視図。
【図１２】 第２の従来例の平面図。
【符号の説明】
１、１０１ プラットフォーム基板
２ 熱酸化膜
３、１３ 接地導体層
４、９ 絶縁体層
５ 配線ａ
６、１０４ 受光素子
７、１０５ 受信用ＬＳＩ
８ 配線ｂ
１０ 配線ｃ
１１、１０７ 発光素子
１２、１０８ 送信用ＬＳＩ
１４ 配線ｄ
１５ レンズホルダー
１６ 平板レンズアレイ
１６ａ レンズ
１７ 光コネクタ
１８ 光ファイバ
１９ 光透過溝
２０ フォトレジスト膜
２１ Ｖ溝
２２ シリコン酸化膜
２３ 導電体層
３０〜３５ 遮蔽導電体
３０ａ 開口
３０ｂ 切り欠き部
３２ａ 通気孔
１０２ シリコン酸化膜
１０３ 配線ｅ
１０６ 配線ｆ
１０９ シールド板
Claims (16)
- 第１の絶縁膜にて被覆された導電性のプラットフォーム基板上に、半導体受光素子を含む光受信回路と半導体発光素子を含む光送信回路とが形成されている光送受信モジュールにおいて、受信回路側においては、前記第１の絶縁膜上に受信回路側領域のほぼ全面を覆う接地導体層および該接地導体層を選択的に覆う第２の絶縁膜が形成され、前記半導体受光素子は前記第２の絶縁膜上に該第２の絶縁膜上に形成された第１の配線に接続されて搭載されており、送信回路側においては、前記半導体発光素子が前記第１の絶縁膜上若しくはその上に形成された導体層上に搭載され、かつ、少なくとも前記光受信回路と前記光送信回路間には前記接地導体層に接続された遮蔽導電体が設置されていることを特徴とする光送受信モジュール。
- 前記第２の絶縁膜上には、前記第１の配線に接続された、前記半導体受光素子の出力電流を処理する受信側半導体集積回路が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の光送受信モジュール。
- 前記送信回路側においては、前記第１の絶縁膜上に前記送信回路側の領域の大部分を覆う定電位導体層が形成され、前記半導体発光素子は前記定電位導体層上に搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の光送受信モジュール。
- 前記送信回路側においては、前記半導体発光素子が搭載された領域を除く領域上に第３の絶縁膜が形成され、該第３の絶縁膜上には第２の配線が形成されており、かつ、前記第３の絶縁膜上には前記第２の配線に接続された、前記半導体発光素子を駆動する送信側半導体集積回路が搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記第２の絶縁膜または前記第３の絶縁膜が樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記遮蔽導電体は、前記半導体受光素子、若しくは、前記半導体受光素子および受信側半導体集積回路の周囲を囲むように、または、前記半導体受光素子、若しくは、前記半導体受光素子および受信側半導体集積回路を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記遮蔽導電体は、概略、下方が開放された箱型、下方および１ないし２側面が開放された箱型、角筒状、２側面が閉じたかまぼこ屋根型、または、１ないし２側面が開放されたかまぼこ屋根型のいずれかの形状を有し、必要に応じて光入射部および信号線通過部に開口ないし切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記プラットフォーム基板が、シリコン（Ｓｉ）により構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入射され、前記プラットフォーム基板の表面には光入射側の端面から前記半導体受光素子の直下に至る光透過用Ｖ溝が形成され、該光透過用Ｖ溝上の前記第１の絶縁膜、前記接地導体層および前記第２の絶縁膜が除去されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入・出射され、前記プラットフォーム基板の光入・出射側端面には、光の入射部および光出射部にピンホールが開設された金属板が設置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 第１の絶縁膜にて被覆された導電性のプラットフォーム基板上に、半導体受光素子を含む光受信回路と半導体発光素子を含む光送信回路とが形成されおり、信号光が前記プラットフォーム基板面に平行に入・出射される光送受信モジュールにおいて、受信回路側においては前記第１の絶縁膜上に受信回路側領域のほぼ全面を覆う接地導体層が形成され、少なくとも前記光受信回路と前記光送信回路間には前記接地導体層に接続された遮蔽導電体が形成されており、かつ、前記プラットフォーム基板の光入・出射側端面には、光の入射部および光出射部にピンホールが開設された金属板が設置されていることを特徴とする光送受信モジュール。
- 前記金属板は、前記遮蔽導電体に接触して、若しくは、前記遮蔽導電体に接続されて、若しくは、前記遮蔽導電体と一体の部材として設置されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の光送受信モジュール。
- 前記金属板の前記プラットフォーム基板と反対側の面には前記金属板のピンホールを覆うようにレンズが設置されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記レンズは、ガラス平板内に形成されていることを特徴とする請求項１３記載の光送受信モジュール。
- 前記プラットフォーム基板の前記半導体発光素子が搭載された領域の下部はエッチングにより薄くなされていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光送受信モジュール。
- 前記プラットフォーム基板の裏面には、導電体層、または、絶縁膜および導電体層、が形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光送受信モジュール。
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