JP5318912B2

JP5318912B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP5318912B2
Application number: JP2011135154A
Authority: JP
Inventors: 航太浅香; 秀樹上綱; 神田　　淳; 武志黒崎; 幹夫米山; 浩司北原
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: JP2013004785A

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８を用いて従来技術の詳細を説明する。
図８(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８(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（誘電体基板）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 Control）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１０１ａ，１０２ａ，１０３ａに分割しておく。伝送線路１０１ａ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１０２ａはリード端子２ａのステム１を貫通する部分を、伝送線路１０３ａ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１０１ｂ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１０２ｂはリード端子２ｂのステム１を貫通する部分を、伝送線路１０３ｂ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１０２ａ(１０２ｂ)，１０３ａ(１０３ｂ)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１０２ａ(１０２ｂ)の長さを１.２ｍｍ、貫通孔３ａ，３ｂの直径を約１ｍｍ、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１０２ａ(１０２ｂ)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１０３ａ（１０３ｂ）は、伝送線路１０２ａ(１０２ｂ)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１０３ａ（１０３ｂ）の１０ＧＨｚ付近における特性インピーダンスは前記伝送線路１０２ａ(１０２ｂ)の値（１５〜３０Ω）よりも大きくなる。よって、伝送線路１０１ａ(１０１ｂ)から入力された電気信号は、伝送線路１０２ａ(１０２ｂ)を経由した後、伝送線路１０２ａ(１０２ｂ)と伝送線路１０３ａ(１０３ｂ)の界面で反射を受け、伝送線路１０２ａ〜１０３ａ(１０２ｂ〜１０３ｂ)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１０２ａ(１０２ｂ)を経由した後、伝送線路１０２ａ(１０２ｂ)と伝送線路１０３ａ(１０３ｂ)の界面で反射を受けるため、伝送線路１０２ａ〜１０３ａ(１０２ｂ〜１０３ｂ)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、
前記ステムの一部であるステムマウントに備えられた誘電体基板と、
前記誘電体基板に搭載された光素子を備えた光モジュールにおいて、
前記誘電体基板は、その裏面が前記ステムマウントに接続されており、その表面が前記第１のリード端子と前記第２のリード端子に対向しており、
前記誘電体基板の表面には、前記第１のリード端子及び前記光素子と電気的に接続される第１の配線パタンと、前記第２のリード端子及び前記光素子と電気的に接続される第２の配線パタンが形成され、
前記誘電体基板の表面に、前記リード端子毎に該リード端子と対向する位置にそれぞれ配線パタンが形成され、
前記第1のリード端子と当該リード端子と対向する位置に形成された前記配線パタンとが電気的に接続されると共に、前記第２のリード端子と当該リード端子と対向する位置に形成された前記配線パタンとが電気的に接続され、
前記第１のリード端子に前記第１の配線パタンが電気的に接続される接続点は、前記第１のリード端子のうち前記誘電体基板に対向している部分であり、前記第1のリード端子において、前記第1の配線パタンとの接続点が、当該リード端子の先端から予め決めた距離を有し、
前記第２のリード端子に前記第２の配線パタンが電気的に接続される接続点は、前記第２のリード端子のうち前記誘電体基板に対向している部分であり、前記第２のリード端子において、前記第２の配線パタンとの接続点が、当該リード端子の先端から予め決めた距離を有し、
前記誘電体基板は、前記ステムマウントに対向する箇所と、前記リードに対向する箇所とで、厚みが異なることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記誘電体基板の裏面は、全面にメタライズが施されて前記ステムマウント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、
前記第1のリード端子と前記第1の配線基板とは、ワイヤにより接続され、
前記第２のリード端子と前記第２の配線基板とは、別のワイヤにより接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記光素子がレーザダイオードであることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記誘電体基板は、前記ステムマウントに対向する箇所と、前記リードに対向する箇所との間に、溝状のスリットを具備することを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記光素子、前記ステムマウント、前記誘電体基板、前記リード端子のうち前記光素子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ステムマウントが形成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１参考例の光モジュールを示す側面図である。本発明の第１参考例の光モジュールを示す上面図である。本発明の第１参考例の要部を示す拡大図である。第１参考例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。本発明の実施形態の光モジュールを示す側面図である。本発明の実施形態の光モジュールを示す上面図である。本発明の実施形態の要部を示す拡大図である。本発明の実施形態のスリットを示す拡大図である。本発明の実施形態のスリットを示す拡大図である。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２参考例の光モジュールの要部を示す拡大図である。本発明の第３参考例の光モジュールの要部を示す拡大図である。本発明の第４参考例の光モジュールの要部を示す拡大図である。従来の光モジュールを示す構成図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

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。

第１参考例

（リードピンスタブを用いた光モジュール）
以下、図１に基づいて本発明の第１参考例である光モジュールについて詳細に説明する。図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ）はそれぞれ、第１参考例の光モジュールの側面図、上面図、ステムマウント１ｃ付近の拡大図である。なお、ステムマウント１ｃとは、レーザダイオード等の光素子を搭載するためのステム上面１ａ側に設置された台座を指し、一般にステム１と同一の材料からプレスまたは切削加工により形成される。
図１において、ヒートシンク（誘電体基板）６ａ及びヒートシンク６ａの表面に形成された配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅを導入した以外は、図８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８及び図１において同一の部材には、図８と図１で共通の番号を振っている）。そのため、配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅを有するヒートシンク６ａの追加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。

この第１参考例では、絶縁体（誘電体）であるヒートシンク６ａの裏面は、全面にメタライズが施され（図示せず）、裏面の一部はステムマウント１ｃに半田または銀ペースト等の導電性接着剤により電気的に接続されているため、ヒートシンク６ａの裏面はグランドと同位で接地している。
また、ヒートシンク６ａの外形寸法（面積）をステムマウント１ｃの外形寸法（面積）よりも大きく（広く）している。そしてヒートシンク６ａのｘ軸方向の幅が、リード端子２ａとリード端子２ｂの間隔よりも大きくなっており、配線パタン６ｄ，６ｅは、リード端子２ａ，２ｂの直下に位置している（リード端子２ａ，２ｂと対向する位置に配置されている）。

さらに、図１（ｃ）に示したようにヒートシンク６ａの表面には、配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅが形成されており、配線パタン６ｂ，６ｃの一端はそれぞれリード端子２ａ，２ｂとそれぞれワイヤ４ａ，４ｂを介して電気的に接続されている。ここで、リード端子２ａ，２ｂにおけるワイヤ４ａ，４ｂとの接続箇所をそれぞれ接続点１１ａ，１１ｂとする。

配線パタン６ｂの他端は、ＬＤ素子５のカソードと半田または銀ペースト等の導電性接着剤により電気的に接続される。また、配線パタン６ｃの他端は、ＬＤ素子５のアノードとワイヤ４ｃを介して電気的に接続される。

さらに、リード端子２ａにおいて、配線パタン６ｄと対向する領域は、半田または銀ペースト等の導電性接着剤により配線パタン６ｄと電気的に接続されている。このため、ヒートシンク６ａの裏面をグランドとしたマイクロストリップ線路のように動作する。
ここで、リード端子２ａの接続点１１ａから配線パタン６ｂにワイヤ４ａが接続されるようにすることで、リード端子２ａの起点１０ｃ(接続点１１ａ)から終点１０ｄの範囲においてオープンスタブ１０ａを形成することになる。つまり、リード端子２ａにはオープンスタブ１０ａのスタブ長、配線パタン６ｄの面積、ヒートシンク６ａの厚さ及び誘電率により定まる容量が付加される。なお、オープンスタブ起点１０ｃは、接続点１１ａと同一の箇所を指す。

同様に、リード端子２ｂにおいて、配線パタン６ｅと対向する領域は、半田または銀ペースト等の導電性接着剤により配線パタン６ｅと電気的に接続されている。このため、ヒートシンク６ａの裏面をグランドとしたマイクロストリップ線路のように動作する。
ここで、リード端子２ｂの接続点１１ｂから配線パタン６ｃにワイヤ４ｂが接続されるようにすることで、リード端子２ｂの起点１０ｅ(接続点１１ｂ)から終点１０ｆの範囲においてオープンスタブ１０ｂを形成することになる。つまり、リード端子２ｂにはオープンスタブ１０ｂのスタブ長、配線パタン６ｅの面積、ヒートシンク６ａの厚さ及び誘電率により定まる容量が付加される。なお、オープンスタブ起点１０ｅは、接続点１１ｂと同一の箇所を指す。

第１参考例は、従来例においては広帯域化を阻害していた非常に長いリード端子を、非常に簡易な構成でオープンスタブとして逆利用し、帯域を拡大できるようにすることを最大の特徴とする。

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１参考例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１０１ａ，１０２ａ，１０３ａを経由し、ワイヤ４ａを介し、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｂを経て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１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂを経由し、ワイヤ４ｂを介し、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｃとワイヤ４ｃを経て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、オープンスタブ１０ａの導入により、伝送線路１０３ａの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１０２ａ―１０３ａ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１０２ａ―１０３ａ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、オープンスタブ１０ｂの導入により、伝送線路１０３ｂの特性インピーダンスが下がり、その結果伝送線路１０２ｂ―１０３ｂ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１０２ｂ―１０３ｂ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、実際にオープンスタブ１０ａ，１０ｂ導入したキャン型ＬＤパッケージの高周波特性を示す。なお、ヒートシンク６ａの材質には熱伝導性に優れた窒化アルミ（AlN、比誘電率８.５）を用い、ヒートシンク６ａの厚さは１００μｍである。測定は、Ｎ信号側について行った。図２に示すように、オープンスタブ１０ａ，１０ｂ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）=−２ｄＢ、Ｓ１１（反射特性）=−５ｄＢと非常に劣化した。一方、オープンスタブ１０ａ，１０ｂを導入した場合、Ｓ２１=−１ｄＢ、Ｓ１１=−１２ｄＢ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、ヒートシンクの配線パタンを変更するだけの非常に安価で簡便な第１参考例により、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。第１参考例の特徴は、従来のＬＤ用パッケージにおいても用いられていたヒートシンクに、新たな配線パタンを追加するだけで、高周波特性を改善できることにある。そのため、コスト増となる新規の部材追加を行う必要がない。

さらに、オープンスタブ１０ａ，１０ｂによる付加容量は、それぞれ接続点１１ａ，１１ｂの箇所をｚ軸方向に沿って配線パタン６ｄ，６ｅと対向する範囲において変更するだけで、容易に調整することが可能であることも特徴とする。すなわち、本光モジュールに搭載するＬＤ素子、ドライバＩＣ、フレキシブル配線基板の高周波特性に適合するように、ワイヤ接続点の位置を変更するだけで最適な付加容量を調整できる。また、伝送線路１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ異なる容量を付加することも可能となる。

なお、ヒートシンク６ａの厚さは、光学実装を考慮すると数百μｍ以下であることが望ましい。そのため、ヒートシンク６ａの材質としては窒化アルミ（AlN、比誘電率８〜９）やアルミナ（Al₂O₃、比誘電率９〜１０）など比誘電率が高い材質が望ましい。

これまで述べてきたように、図１に示した本発明の第１参考例においては、ヒートシンク６ａに具備される配線パタン６ｄ，６ｅは、それぞれリード端子２ａ，２ｂに半田または銀ペースト等の導電性接着剤を介して電気的に接続されていることで、リード端子２ａ，２ｂにオープンスタブによる容量成分を付加していることを特徴としている。

しかしながら、配線パタン６ｄ，６ｅにそれぞれリード端子２ａ，２ｂを接続しなくとも同様の効果が得られる。この場合は、リード端子２ａ，２ｂとヒートシンク６ａの裏面グランド間には、ヒートシンク６ａ（図１の第１参考例の場合は、比誘電率８.５）だけでなく大気（比誘電率１.０、なお、キャン型ＬＤパッケージを、キャップと不活性ガス等により気密封止する場合は、該不活性ガス等の比誘電率を考慮する）も含まれるため、図１に示した第１参考例において付加したオープンスタブの容量より小さいものの、特性インピーダンス差を低減できる容量が付加されることになる。

また、同様の理由により、表面に配線パタン６ｄ，６ｅを具備せず裏面に全面メタライズ部のみを具備するヒートシンク６ａを、リード端子２ａ，２ｂとステムマウント１ｃの間隙に設置し、ヒートシンク６ａの裏面の一部をステムマウント１ｃに電気的にグランドに接続するだけでも同様の効果が得られる。この場合、図１に示した本発明の第１参考例よりも多少効果は少なくなるが、実装工程が簡易になる利点がある。

（リードピンスタブ（厚み調整）を用いた光モジュール）
以下、図３に基づいて本発明の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），図３（ｂ），図３（ｃ）はそれぞれ、実施形態の光モジュールの側面図、上面図、ステムマウント１ｃ付近の拡大図であり、図３（ｄ），（ｅ）は、それぞれ、スリット６ｊ，６ｉの拡大図である。なお、ステムマウント１ｃとは、レーザダイオード等の光素子を搭載するためのステム上面１ａ側に接地された台座を指し、一般にステム１と同一の材料からプレスまたは切削加工により形成される。
図３において、ステムマウント１ｃ搭載面に面する部分と、リード端子２ａ，２ｂと対向する部分とで異なった厚みを有するヒートシンク６ａ及びヒートシンク６ａの表面に形成された配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ及びステム１のステム上面１ａから垂直方向に配置される溝状のスリット６ｊ，６ｉを導入した以外は、図８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８及び図３において同一の部材には、図８と図３で共通の番号を振っている）。そのため、配線パタン６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅを有し、かつ異なった厚みを有するヒートシンク６ａの追加及びヒートシンク６ａの一部にスリット６ｊ，６ｉの追加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。

この実施形態では、絶縁体（誘電体）であるヒートシンク６ａの裏面は、全面にメタライズが施され（図示せず）、裏面の一部はステムマウント１ｃに半田または銀ペースト等の導電性接着剤により電気的に接続されているため、ヒートシンク６ａの裏面はグランドと同位で接地している。
また、ヒートシンク６ａの外形寸法（面積）をステムマウント１ｃの外形寸法（面積）よりも大きく（広く）している。そしてヒートシンク６ａのｘ軸方向の幅が、リード端子２ａとリード端子２ｂの間隔よりも大きくなっており、配線パタン６ｄ，６ｅは、リード端子２ａ，２ｂの直下に位置している（リード端子２ａ，２ｂと対向する位置に配置されている）。

さらに、図３（ｃ）に示したようにヒートシンク６ａの表面には、配線パタン６ｂ,６ｃ,６ｄ,６ｅが形成されており、配線パタン６ｂ,６ｃの一端はそれぞれリード端子２ａ,２ｂとそれぞれワイヤ４ａ,４ｂを介して電気的に接続されている。ここで、リード端子２ａ,２ｂにおけるワイヤ４ａ,４ｂとの接続箇所をそれぞれ接続点１１ａ,１１ｂとする。

さらに、リード端子２ａにおいて、配線パタン６ｄと対向する領域は、半田または銀ペースト等の導電性接着剤により配線パタン６ｄと電気的に接続されている。このため、ヒートシンク６ａの裏面をグランドとしたマイクロストリップ線路のように動作する。
ここで、リード端子２ａの接続点１１ａから配線パタン６ｂにワイヤ４ａが接続されるようにすることで、リード端子２ａの起点１０ｃ(接続点１１ａ)から終点１０ｄの範囲においてオープンスタブ１０ａを形成することになる。つまり、リード端子２ａにはオープンスタブ１０ａのスタブ長、配線パタン６ｄの面積、ヒートシンク６ａの厚み調整部６ｆの厚さ及び誘電率により定まる容量が付加される。なお、オープンスタブ起点１０ｃは、接続点１１ａと同一の箇所を指す。

同様に、リード端子２ｂにおいて、配線パタン６ｅと対向する領域は、半田または銀ペースト等の導電性接着剤により配線パタン６ｅと電気的に接続されている。このため、ヒートシンク６ａの裏面をグランドとしたマイクロストリップ線路のように動作する。
ここで、リード端子２ｂの接続点１１ｂから配線パタン６ｃにワイヤ４ｂが接続されるようにすることで、リード端子２ｂの起点１０ｅ(接続点１１ｂ)から終点１０ｆの範囲においてオープンスタブ１０ｂを形成することになる。つまり、リード端子２ｂにはオープンスタブ１０ｂのスタブ長、配線パタン６ｅの面積、ヒートシンク６ａの厚み調整部６gの厚さ及び誘電率により定まる容量が付加される。なお、オープンスタブ起点１０ｅは、接続点１１ｂと同一の箇所を指す。

本実施の形態は、従来例においては広帯域化を阻害していた非常に長いリード端子を、非常に簡易な構成でオープンスタブとして逆利用し、帯域を拡大できるようにすることを最大の特徴とする。

本実施形態におけるさらなる特徴は、ヒートシンク６ａが一様の厚みを有するのではなく、異なった厚みを有することにある。ヒートシンク６ａの厚みは、ヒートシンク６ａをリード端子２ａ,２ｂとステムマウント１ｃの間隙に設置するため、前記間隙よりは厚みを大きくすることができない。一方、オープンスタブ１０ａ,１０ｂにより付加する容量は、先に述べたようにヒートシンク６ａの誘電率、ヒートシンク６ａの厚み調整部６ｆ,６ｇの厚さ及び配線パタン６ｄ,６ｅの面積によって定まる。よって、基板厚を調整して容量を調整したい場合は、一様の厚みを有するヒートシンクでは前記間隙（１００〜１５０μｍ）以上の厚みとすることができない。また、付加容量値を増大させるため、基板厚を一様に薄くした場合、リード端子との隙間が拡がるため、結果として付加容量値を増大できないケースがでてくる。ヒートシンク６ａに、基準厚み部６ｈとは異なる厚みを有する厚み調整部６ｆ,６ｇを設けることにより、容量の設計自由度を高くすることが可能となる。以下では、図３に示したように、リード端子と対向する箇所の厚みを厚くしたケースについて詳細に説明する。

本実施形態における光モジュールのもう一つの特徴は、ヒートシンク６ａの厚みが変化する箇所に応力緩和用のスリット６ｉ，６ｊを具備することである。基板厚が変化する箇所（基準厚み部６ｈと厚み調整部６ｆの間及び基準厚み部６ｈと厚み調整部６ｇの間）には、異なった厚みによる応力に加え、基準厚み部６ｈのみがステムマウント１ｃに固定されることによる応力が加わるため、ヒートシンク６ａが反ることにより、最悪の場合ヒートシンク６ａが破損することが懸念される。そのため、図３（ｂ）に示すように前記基板厚が変化する箇所にスリット６ｉ,６ｊを設けたことを特徴とする。なお、スリット６ｉ,６ｊの詳細をそれぞれ図３（ｄ）,（ｅ）に示す。

図３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３に示す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級の差動駆動気信号（Ｎ信号、Ｐ信号）のうち、Ｎ信号は、伝送線路１０１ａ,１０２ａ,１０３ａを経由し、ワイヤ４ａを介し、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｂを経て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１０１ｂ,１０２ｂ,１０３ｂを経由し、ワイヤ４ｂを介し、ヒートシンク６ａの上面に形成された配線パタン６ｃとワイヤ４ｃを経てＬＤ素子５のアノード側に供給される。

図４に、実際にオープンスタブ１０ａ,１０ｂを導入したキャン型ＬＤパッケージの高周波特性を示す。なお、ヒートシンク６ａの材質には熱伝導性に優れた窒化アルミ（AlN、比誘電率８.５）を用い、ヒートシンク６ａの厚さは１００μｍである。測定は、Ｎ信号側について行った。図４に示すように、オープンスタブ１０ａ,１０ｂ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）=−２ｄＢ、Ｓ１１（反射特性）=−５ｄＢと非常に劣化した。一方、オープンスタブ１０ａ,１０ｂを導入した場合、Ｓ２１=−１ｄＢ、Ｓ１１=−１０ｄＢ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、ヒートシンクの配線パタンを変更するだけの非常に安価で簡便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。本実施例の特徴は、従来のＬＤ用パッケージにおいても用いられていたヒートシンクに、新たな配線パタンを追加するだけで、高周波特性を改善できることにある。そのため、コスト増となる新規の部材追加を行う必要がない。

さらに、オープンスタブ１０ａ,１０ｂによる付加容量は、それぞれ接続点１１ａ,１１ｂの箇所をｚ軸方向に沿って配線パタン６ｄ,６ｅと対向する範囲において変更するだけで、容易に調整することが可能であることも特徴とする。すなわち、本光モジュールに搭載するＬＤ素子、ドライバＩＣ、フレキシブル配線基板の高周波特性に適合するように、ワイヤ接続点の位置を変更するだけで最適な付加容量を調整できる。また、伝送線路１０３ａ,１０３ｂにそれぞれ異なる容量を付加することも可能となる。

なお、ヒートシンク６ａの材質としては窒化アルミ（AlN、比誘電率８〜９）やアルミナ（Al₂O₃、比誘電率９〜１０）など比誘電率が高い材質が望ましい。

これまで述べてきたように、図３に示した本発明の実施形態においては、ヒートシンク６ａに具備される配線パタン６ｄ,６ｅは、それぞれリード端子２ａ,２ｂに半田または銀ペースト等の導電性接着剤を介して電気的に接続されていることで、リード端子部２ａ,２ｂにオープンスタブによる容量成分を付加していることを特徴としている。

しかしながら、配線パタン６ｄ，６ｅにそれぞれリード端子２ａ，２ｂを接続しなくとも同様の効果が得られる。この場合は、リード端子部２ａ，２ｂとヒートシンク６ａの裏面グランド間には、ヒートシンク６ａ（図３の実施例の場合は、比誘電率８.５）だけでなく大気（比誘電率１.０、なお、キャン型ＬＤパッケージを、キャップと不活性ガス等により気密封止する場合は、該不活性ガス等の比誘電率を考慮する）も含まれるため、図３に示した実施例において付加したオープンスタブの容量より小さいものの、特性インピーダンス差を低減できる容量が付加されることになる。

また、同様の理由により、表面に配線パタン６ｄ,６ｅを具備せず裏面に全面メタライズ部のみを具備するヒートシンク６ａを、リード端子２ａ,２ｂとステムマウント１ｃの間隙に設置し、ヒートシンク６ａの裏面の一部をステムマウント１ｃに電気的にグランドに接続するだけでも同様の効果が得られる。この場合、図３に示した本発明の実施形態よりも多少効果は少なくなるが、実装工程が簡易になる利点がある。
なお、厚み調整部６ｇ,６ｆの厚さは、基準厚み部６ｈより厚い形態のみに限定されることなく、薄い形態であっても構わない。この場合、付加容量値を効果的に増大できる効果がある。

第２参考例

図５は本発明の第２参考例である光モジュールを示す。前述した第１参考例及び実施形態では、配線パタン６ｂとリード端子２ａをワイヤ４ａで接続し、配線パタン６ｃとリード端子２ｂをワイヤ４ｂで接続しているが、この第２参考例ではワイヤ４ａ,ワイヤ４ｂを使用せずに、ヒートシンク６ａの表面に形成した配線パタン６１により配線パタン６ｂと配線パタン６ｄを接続し、ヒートシンク６ａの表面に形成した配線パタン６２により配線パタン６ｃと配線パタン６ｅを接続している。

図５に示す第２参考例では、ワイヤ４ａ，４ｂを使用しないのでワイヤ４ａ，４ｂによる誘導成分を除去でき、伝送線路１０２ａ（１０２ｂ）―１０３ａ（１０３ｂ）間の信号の反射を更に低減して、良好な高周波特性を得ることが可能となる。

第３参考例

図６は本発明の第３参考例である光モジュールを示す。第３参考例では、ヒートシンク６ａの広さはステムマウント１ｃの広さよりも狭く、ヒートシンク６ａのｘ軸方向の幅が、リード端子２ａとリード端子２ｂの間隔よりも小さくなっており、ヒートシンク６ａは、リード端子２ａ，２ｂの直下に位置していない（リード端子２ａ，２ｂと対向する位置に配置されていない）。また配線パタン６ｄ，６ｅは形成していない。

ステムマウント１ｃのうちリード端子２ａ側には、一列に並んだ３個のチップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配置されており、チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の一端面はステムマウント１ｃに電気的に接続されている。チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の他端面は、それぞれ、ワイヤ４１，４２，４３によりリード端子２ａに接続されている。
ステムマウント１ｃのうちリード端子２ｂ側には、一列に並んだ３個のチップコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６が配置されており、チップコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６の一端面はステムマウント１ｃに電気的に接続されている。チップコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６の他端面は、それぞれ、ワイヤ４４，４５，４６によりリード端子２ｂに接続されている。
チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６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。また、チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６と、リード端子２ａ,２ｂとの各接続点は等間隔に配置し、リード端子２ａ,２ｂと接続するワイヤ４１〜４６の長さも等しくするように接続することで、高周波伝送に好適なリード端子２ａ（２ｂ）と３個のチップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６）で構成されたＬＣ３段構成の擬似分布定数線路として機能するメリットがある。

このような構成にしたため、リード端子２ａ，２ｂをオープンスタブとして利用することができる。なお、３個（複数）のチップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を１つのチップコンデンサに置き換えてもよく、３個（複数）のチップコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６を１つのチップコンデンサに置き換えてもよい。
ここで、N信号に着目すると、チップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の導入により、伝送線路１０３ａ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１０２ａ-１０３ａ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１０２ａ-１０３ａ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、チップコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６の導入により、伝送線路１０３ｂ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１０２ｂ-１０３ｂ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１０２ｂ-１０３ｂ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。

前述した第１参考例及び実施形態では、リード端子２ａ，２ｂとステムマウント１ｃの間隙に幅広のヒートシンク６ａを挿入し、リード端子２ａ,２ｂと配線パタン６ｄ，６ｅとを接続しなければならなかったが、第３参考例ではこのような工程が不要となるので、簡便な実装工程により第１参考例及び実施形態と同様な効果を得ることができる。

第４参考例

図７は本発明の第４参考例である光モジュールを示す。第４参考例では、ヒートシンク６ａの広さはステムマウント１ｃの広さよりも狭く、ヒートシンク６ａのｘ軸方向の幅が、リード端子２ａとリード端子２ｂの間隔よりも小さくなっており、ヒートシンク６ａは、リード端子２ａ，２ｂの直下に位置していない（リード端子２ａ，２ｂと対向する位置に配置されていない）。また配線パタン６ｄ，６ｅは形成していない。

ヒートシンク６ａのうちリード端子２ａ側には、一列に並んだ３個のＭＩＭ（金属―絶縁体―金属）キャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３が形成されており、ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３の一端面はヒートシンク６ａに電気的に接続されている。ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３の他端面は、それぞれ、ワイヤ４１，４２，４３によりリード端子２ａに接続されている。
ヒートシンク６ａのうちリード端子２ｂ側には、一列に並んだ３個のＭＩＭキャパシタＭ４，Ｍ５，Ｍ６が形成されており、ＭＩＭキャパシタＭ４，Ｍ５，Ｍ６の一端面はヒートシンク６ａに電気的に接続されている。ＭＩＭキャパシタＭ４，Ｍ５，Ｍ６の他端面は、それぞれ、ワイヤ４４，４５，４６によりリード端子２ｂに接続されている。
ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６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。また、ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６と、リード端子２ａ,２ｂとの各接続点は等間隔に配置し、リード端子２ａ,２ｂと接続するワイヤ４１〜４６の長さも等しくするように接続することで、高周波伝送に好適なリード端子２ａ（２ｂ）と３個のＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３（Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６）で構成されたＬＣ３段構成の擬似分布定数線路として機能するメリットがある。

このような構成にしたため、リード端子２ａ，２ｂをオープンスタブとして利用することができる。なお、３個（複数）のＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３を１つのＭＩＭキャパシタに置き換えてもよく、３個（複数）のＭＩＭキャパシタＭ４，Ｍ５，Ｍ６を１つのＭＩＭキャパシタに置き換えてもよい。
ここで、N信号に着目すると、ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３の導入により、伝送線路１０３ａ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１０２ａ-１０３ａ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１０２ａ-１０３ａ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、ＭＩＭキャパシタＭ４，Ｍ５，Ｍ６の導入により、伝送線路１０３ｂ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１０２ｂ-１０３ｂ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１０２ｂ-１０３ｂ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。

前述した第１参考例及び実施形態では、リード端子２ａ，２ｂとステムマウント１ｃの間隙に幅広のヒートシンク６ａを挿入し、リード端子２ａ,２ｂと配線パタン６ｄ，６ｅとを接続しなければならなかったが、第４参考例ではこのような工程が不要となるので、簡便な実装工程により第１参考例及び実施形態と同様な効果を得ることができる。

また図６に示す第３参考例のチップコンデンサを用いる場合に比較すると、ＭＩＭキャパシタがヒートシンク６ａ上に形成されているため、チップコンデンサをステムマウント１ｃ上に配置する工程がなくなり、更に実装工程が簡略化される。さらに、ＭＩＭキャパシタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６が誘電体基板（ヒートシンク６ａ）上に形成されているため、第３参考例と比較し、配線パタン６ｂ，６ｃを、それぞれリード端子２ａ，２ｂ側に延伸することができる。そのため、配線パタン６ｂとリード端子２ａとを接続するワイヤ４ａの長さ及び配線パタン６ｃとリード端子２ｂとを接続するワイヤ４ｂの長さを、第３参考例に比べて短尺化できるため、前記ワイヤ４ａ、４ｂにおける寄生インダクタンス成分を低減することができ、高周波特性の向上が期待できる点で有利である。

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，４ｃ、４１，４２，４３，４４，４５，４６ワイヤ
５ＬＤ素子
６ａヒートシンク
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６１，６２配線パタン
７モニタＰＤ
８ＰＤキャリア
９ａ，９ｂワイヤ
１０ａ，１０ｂオープンスタブ
１１ａ，１１ｂ接続点
１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｂ〜１０３ｂ伝送線路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６チップコンデンサ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６ＭＩＭキャパシタ

Claims

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、
前記ステムの一部であるステムマウントに備えられた誘電体基板と、
前記誘電体基板に搭載された光素子を備えた光モジュールにおいて、
前記誘電体基板は、その裏面が前記ステムマウントに接続されており、その表面が前記第１のリード端子と前記第２のリード端子に対向しており、
前記誘電体基板の表面には、前記第１のリード端子及び前記光素子と電気的に接続される第１の配線パタンと、前記第２のリード端子及び前記光素子と電気的に接続される第２の配線パタンが形成され、
前記誘電体基板の表面に、前記リード端子毎に該リード端子と対向する位置にそれぞれ配線パタンが形成され、
前記第1のリード端子と当該リード端子と対向する位置に形成された前記配線パタンとが電気的に接続されると共に、前記第２のリード端子と当該リード端子と対向する位置に形成された前記配線パタンとが電気的に接続され、
前記第１のリード端子に前記第１の配線パタンが電気的に接続される接続点は、前記第１のリード端子のうち前記誘電体基板に対向している部分であり、前記第1のリード端子において、前記第1の配線パタンとの接続点が、当該リード端子の先端から予め決めた距離を有し、
前記第２のリード端子に前記第２の配線パタンが電気的に接続される接続点は、前記第２のリード端子のうち前記誘電体基板に対向している部分であり、前記第２のリード端子において、前記第２の配線パタンとの接続点が、当該リード端子の先端から予め決めた距離を有し、
前記誘電体基板は、前記ステムマウントに対向する箇所と、前記リードに対向する箇所とで、厚みが異なることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記誘電体基板の裏面は、全面にメタライズが施されて前記ステムマウント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。
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、
前記第1のリード端子と前記第1の配線基板とは、ワイヤにより接続され、
前記第２のリード端子と前記第２の配線基板とは、別のワイヤにより接続されていることを特徴とする光モジュール。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、
前記光素子がレーザダイオードであることを特徴とする光モジュール。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、
前記誘電体基板は、前記ステムマウントに対向する箇所と、前記リードに対向する箇所との間に、溝状のスリットを具備することを特徴とする光モジュール。
請求項１乃至請求項５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、前記ステムマウント、前記誘電体基板、前記リード端子のうち前記光素子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ステムマウントが形成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。