JP7544304B1 - 光モジュールおよび光トランシーバ - Google Patents

Abstract

本開示に係る光モジュールは、主面と、前記主面と反対側の面と、を有するステムと、前記ステムを前記主面から前記主面と反対側の面に貫通するリードピンと、前記ステムの前記主面に実装された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールのうち前記ステムの前記主面と反対側に実装された誘電体基板と、前記誘電体基板のうち前記温度制御モジュールと反対側に実装され、半導体レーザと光増幅器とを有する半導体光集積素子と、を備える。

Description

本開示は、光モジュールおよび光トランシーバに関する。

特許文献１には、第１面および第２面を有し、第１面および第２面の間で貫通する複数の貫通孔を有する導電性ステムと、複数のリードピンを備えた光モジュールが開示されている。導電性ステムの第１面には熱電冷却器の下面が固定されている。熱電冷却器の上面に、熱電冷却器とは反対の面に配線パターンを有するサブマウント基板が固定されている。信号ワイヤは、信号リードピンの先端面とサブマウント基板の配線パターンを電気的に接続する。サブマウントには光電装置が実装される。光電装置は、第１面に平行に光を出射するレーザである。光電装置からの出射光は、ミラーで第１面に交差する方向に反射される。

特開２０２２－１４３７５３号公報

特許文献１のようなＣＡＮ型光モジュールにおいて、光電装置には変調された光を増幅させる機能が搭載されていない。このため、十分な光出力が得られないおそれがあった。また増幅機能を搭載する場合、半導体光集積素子の拡大に伴う実装領域の確保、および給電ラインの追加が必要となるが、特許文献１の構造では実装領域の確保が困難である。

本開示は、高い光出力を得ることができる光モジュールおよび光トランシーバを得ることを目的とする。

本開示に係る光モジュールは、単一の面からなる主面と、前記主面と反対側の面と、を有するステムと、前記ステムを前記主面から前記主面と反対側の面に貫通し、前記主面において前記ステムから露出するリードピンと、前記ステムの前記主面に実装された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールのうち前記ステムの前記主面と反対側に実装された誘電体基板と、前記誘電体基板のうち前記温度制御モジュールと反対側に実装され、半導体レーザと光増幅器とを有する。
本開示に係る光モジュールは、主面と、前記主面と反対側の面と、を有するステムと、前記ステムを前記主面から前記主面と反対側の面に貫通するリードピンと、前記ステムの前記主面に実装された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールのうち前記ステムの前記主面と反対側に実装された誘電体基板と、前記誘電体基板のうち前記温度制御モジュールと反対側に実装され、半導体レーザと光増幅器とを有する半導体光集積素子と、前記ステムの前記主面に形成された隆起部に設けられたＲＦ給電用リードピンと、を備え、前記誘電体基板の側面にはＧＮＤ用メタライズが形成され、前記ＧＮＤ用メタライズはワイヤを介して前記隆起部と接続されている。

本開示に係る光モジュールでは、光増幅器により高い光出力を得ることができる。

実施の形態１に係る光モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る半導体光集積素子の断面図である。 実施の形態１に係る光モジュールの正面図である。 実施の形態１に係る光モジュールの平面図である。 実施の形態１に係るコンデンサおよび抵抗の接続状態を説明する図である。 実施の形態２に係る光モジュールの平面図である。 実施の形態３に係る光モジュールの斜視図である。 実施の形態４に係る半導体光集積素子の断面図である。 実施の形態４に係る光モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る光学素子を説明する図である。 実施の形態５に係る光学素子を説明する図である。 実施の形態６に係る受光素子を説明する図である。 実施の形態７に係る光モジュールとレセプタクルを接続した状態を示す断面図である。 実施の形態７に係る光トランシーバの斜視図である。

各実施の形態に係る光モジュールおよび光トランシーバについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光モジュール１００の斜視図である。光モジュール１００は、主面と、主面と反対側の面とを有するステム１を備える。ステム１は金属から形成される。ステム１は、例えば、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料の表面にＡｕメッキなどが施された金属材料であり、ステムベースとも呼ばれる。ステム１は平面視で円形であり、かつ、板状に形成されている。ステム１は、後述する温度制御モジュール５などを固定するとともに、温度制御モジュール５にて吸熱した熱をステム１の側面およびＺ軸負方向側の図示しない冷却部材に逃がす役目を担う。なお、Ｚ軸はステム１の主面と垂直である。

複数のリードピンは、ステム１を主面から、主面と反対側の面に貫通する。複数のリードピンは、ＤＣ給電用リードピン２およびＲＦ給電用リードピン３を含む。リードピンをステム１に固定するために、一般にステム１の貫通孔にガラスが適用される。電気信号を通すためのＲＦ給電用リードピン３には、信号発生器と同じインピーダンスとなるように低誘電率の材質が使われる。インピーダンス不整合になると信号の多重反射によって周波数応答特性が劣化し、高速変調が困難となるためである。

ステム１の主面には隆起部４が形成されている。ＲＦ給電用リードピン３は隆起部４に設けられ、隆起部４から突出する。隆起部４の上面付近までガラスが設けられているため、ＲＦ給電用リードピン３のうちガラス表面から突出している部分を短くすることができる。ＲＦ給電用リードピン３のうちガラス表面から突出している部分が長いほど、インピーダンス不整合が大きくなり、高周波特性が悪化し易い。このように、隆起部４により高周波特性を向上させることができる。

ＤＣ給電用リードピン２およびＲＦ給電用リードピン３をステム１にガラスで封着固定させるために、一般にコンプレッション方式またはマッチング方式が適用される。気密性を保つためには封着の際に複数のリードピンが等圧力になっていることが重要である。このため、複数のリードピンがステム１に円形状に配置されていることが望ましい。また、リードピンが近接しすぎていると封着性が悪化する。このため、リードピン間には、ある程度の距離が必要である。本実施の形態では、一例として７つのリードピンが等間隔かつ円形状に配置されている。

ステム１の主面には、温度制御モジュール５が実装されている。温度制御モジュール５は、例えば複数のブロックと、複数のブロックを挟む上側基板５ａと下側基板５ｂで構成される。ブロックの材料は例えばＢｉＴｅ（テルル化ビスマス）で形成される。上側基板５ａと下側基板５ｂの材料は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）で形成される。温度制御モジュール５は、上側基板５ａ上に実装された半導体光集積素子１０から受けた熱を、下側基板５ｂからステム１側へ放熱する。

ステム１と温度制御モジュール５の下側基板５ｂは接合されている。接合材として、例えばＡｕＳｎなどの材料を用いたはんだ、または樹脂などの接着剤が用いられる。

半導体光集積素子１０は、温度変化に伴って発振波長が変化する。このため、半導体光集積素子１０の温度を一定に保つことが望ましい。温度制御モジュール５は、半導体光集積素子１０の温度が上昇した場合は冷却を行い、逆に温度が低下した場合は発熱する。これにより、半導体光集積素子１０の温度を一定にすることが可能となる。

温度制御モジュール５のうちステム１の主面と反対側には、誘電体基板６が実装されている。具体的には、温度制御モジュール５の上側基板５ａ表面に誘電体基板６は実装される。誘電体基板６は板状である。誘電体基板６は、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）などのセラミック材料の表面にＡｕメッキ、およびメタライズが施されることで形成されている。誘電体基板６は、半導体光集積素子１０を固定するとともに、半導体光集積素子１０において発生した熱をステム１のＺ軸負方向側の冷却部材に逃がす役目を担う。このような熱伝達機能に加えて、誘電体基板６は電気絶縁機能を担う。また誘電体基板６は隆起部４よりもＺ軸正方向に高い位置にある。これにより、誘電体基板６と隆起部４との干渉を避けることができる。

図２は、実施の形態１に係る半導体光集積素子１０の断面図である。半導体光集積素子１０は、誘電体基板６のうち温度制御モジュール５と反対側に実装されている。半導体光集積素子１０は、半導体レーザ７と光変調器８と光増幅器９を有する。半導体レーザ７と光変調器８と光増幅器９は、隣接して形成されている一方で、電気的に独立している。半導体レーザ７と光変調器８と光増幅器９は、例えばＦｅドープＩｎＰなどの半絶縁性基板で互いに電気的に絶縁されており、独立に電流を流すことができるため電流の制御性が高い。なお、半導体レーザ７と光変調器８と光増幅器９のＧＮＤは共通である。

半導体光集積素子１０は、ステム１の主面に対して平行にレーザ光を出射する。また、半導体光集積素子１０の前端面から出射されるレーザ光の主光線は、半導体光集積素子１０の主軸に対して斜めに出射される。ここで、半導体光集積素子１０の主軸は半導体光集積素子１０の長辺に沿った方向であり、図１のＹ軸方向である。

図１に示されるように、誘電体基板６にはＲＦ給電用メタライズである高周波伝送線路６ａが形成されている。高周波伝送線路６ａの一端は導電性ワイヤにより光変調器８と接続され、他端は導電性ワイヤによりＲＦ給電用リードピン３と接続されている。高周波伝送線路６ａは、はんだまたは導電性接着剤により、ＲＦ給電用リードピン３と接続されても良い。導電性ワイヤが短いほどインダクタンス成分が低減し、良好な高周波特性が得られる。

高周波伝送線路６ａはマイクロストリップまたはコプレーナであり、信号発生器の出力インピーダンスと同等のインピーダンスを有する。ＲＦ給電用リードピン３に電気信号が入力されると、導電性ワイヤおよび高周波伝送線路６ａを介して光変調器８に電気信号が印加される。ＲＦ給電用リードピン３に入力された電気信号は、ステム１および隆起部４と電磁的に結合し、ステム１、隆起部４、および誘電体基板６のＧＮＤ電極パターンはＡＣグランドとして作用する。

本実施の形態では、半導体光集積素子１０に光増幅器９を形成している。これにより、高い光出力を得ることができる。一方、光増幅器９を形成することで半導体光集積素子１０の全長が長尺化する。例えば特許文献１のような光モジュールに光増幅器を設ける場合、サブマウント基板を拡大する必要がある。特に特許文献１では、高周波特性の向上のために、複数のリードピンが配列されている基準領域に対して、熱電冷却器が搭載されている実装領域を低くしている。このため、実装領域が小さい。このとき、サブマウント基板を拡大すると温度制御モジュールからはみ出すエリアが拡大し、サブマウント基板と温度制御モジュール間の熱抵抗が大きくなる。このため、光増幅器９の適用が困難である可能性がある。

これに対し本実施の形態では、ステム１のうち、リードピンが突出する面と、温度制御モジュール５が設けられる面は同じ高さである。このため、実装スペースを大きく確保できる。従って、光増幅器９を形成した大型の半導体光集積素子１０を設けた場合にも、誘電体基板６の上側基板５ａからはみ出すエリアを小さくすることができる。従って、誘電体基板６と温度制御モジュール５間の熱抵抗を抑制できる。また、本実施の形態では、隆起部４によりＲＦ給電用リードピン３のうちガラス表面から突出している部分を短くすることができる。さらにＲＦ給電用リードピン３に接続される導電性ワイヤを短くすることができる。これにより、実装スペースを大きく確保しながら、高周波特性を向上させることができる。

サーミスタ１２は半導体光集積素子１０の温度を間接的に観測する。サーミスタ１２は、観測した温度を温度制御モジュール５にフィードバックして、半導体光集積素子１０の温度が狙い値に対して高い場合は冷却し、逆に低い場合は発熱を行うように構成されている。これにより、半導体光集積素子１０の温度を安定化することができる。サーミスタ１２は、上側基板５ａまたは誘電体基板６の何れかの表面に実装されていても問題ない。

誘電体基板６の表面にはＧＮＤ電極パターン６ｂが形成されており、導電性ワイヤ３０を介してステム表面と接続されている。誘電体基板６の側面にはＧＮＤ用メタライズであるＧＮＤ電極パターン６ｃが形成されており、誘電体基板６の表裏面および上側基板５ａの表面電極パターンと電気的に接続されている。

ＧＮＤ電極パターン６ｃは導電性ワイヤ３１を介して隆起部４の側面と接続されている。これにより、誘電体基板６のＧＮＤが強化され、電位が安定する。従って、高周波特性を向上させることができる。また、上側基板５ａが誘電体基板６と同様にセラミック材料の基板である場合、上側基板５ａの電位が不安定になり、電磁界の共振が発生し易くなる。このため、上側基板５ａの表面電極とステム１間に導電性ワイヤを接続することが望ましい。しかし、ＧＮＤ接続用の導電性ワイヤの本数が多くなると、環境温度が変化した際にステム１から導電性ワイヤを介して伝達する熱量が増加する。このため、温度制御モジュール５の吸熱量が増加して、消費電力が増加する可能性がある。よって、導電性ワイヤの本数は可能であれば減らした方が良い。

誘電体基板６の裏面および上側基板５ａのＧＮＤは、ステム１のＧＮＤから距離的に遠いため、電位が不安定になり易い。ＧＮＤを強化するために、誘電体基板６に貫通ビアを設け、貫通ビアにて誘電体基板６の表裏面のＧＮＤ電極を導通させても良い。

上側基板５ａにはさらに光学素子１３が実装されている。光学素子１３は、レーザ光をステム１の主面に対して垂直に反射する。レーザ光の主光線は、半導体光集積素子１０の主軸に対して斜め方向に出射される。光学素子１３は、半導体光集積素子１０の主光線を受けるように、半導体光集積素子１０の主軸に対して斜めを向いている。光学素子１３は、半導体光集積素子１０から出射されたレーザ光の一部の光強度をステム１の主面に垂直な方向に反射し、一部の光強度を透過させる。

光学素子１３の材料は例えばＳＩＯ２からなるガラスである。光学素子１３は上側基板５ａと接合される。接合材として、例えばエポキシ系樹脂の接着剤が用いられる。エポキシ系の樹脂を接着直後に紫外線照射によって仮硬化させ、その後、熱処理工程を経て熱硬化させる。これにより、接合が完了する。

ステム１の主面のうち、光学素子１３の背面側には支持ブロック１４が実装されている。支持ブロック１４の表面および側面には電極パターンが形成されている。支持ブロック１４のＧＮＤ面には、光学素子１３にて透過されたレーザ光を受光する受光素子１５が実装されている。つまり、受光素子１５は、光学素子１３に対して半導体光集積素子１０と反対側に配置されている。支持ブロック１４は例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）などのセラミック材料で形成される。

受光素子１５にて受光された光信号は、電気信号へＯ／Ｅ変換される。電気信号は、導電性ワイヤおよび支持ブロック１４に形成された電極パターンを介して、ＤＣ給電用リードピン２へと伝送される。これにより、半導体光集積素子１０の出射光強度をモニタすることができる。従って、光出力強度が一定になるように半導体レーザ７および光増幅器９への駆動電流を制御することができる。

実装領域が小さい特許文献１のような構造では、受光素子を搭載するスペースの確保が困難であることが想定される。また、特許文献１の構造では、導電性ステムに設けられた凸部である基準領域にリードピンを配置する必要がある。このため、光増幅器または受光素子を設けたい場合にも、これらに接続されるリードピンを追加する領域を確保することが困難となる可能性がある。これに対し本実施の形態では、広い実装スペースを確保することで、光増幅器９および出射光強度をモニタする機能を備えた光モジュール１００を提供することできる。

図３は、実施の形態１に係る光モジュール１００の正面図である。図３には、ステム１にキャップ１６を接合した状態が示されている。キャップ１６はレンズ１７を有している。レンズ１７は例えばＳＩＯ２からなるガラスである。レンズ１７は、半導体光集積素子１０から出射されて光学素子１３にてステム１の主面に垂直な方向に反射されたレーザ光を、略集光または平行光化する機能を備えている。図３に示される構成によれば、ステム１上に実装された構造物の気密性を確保することができ、耐湿性および外乱耐性を向上させることができる。

図４は、実施の形態１に係る光モジュール１００の平面図である。図５は、実施の形態１に係るコンデンサおよび抵抗の接続状態を説明する図である。図４、５を用いてコンデンサおよび抵抗の接続について説明する。ＤＣ給電用リードピン２ａ、２ｄ、２ｅ、２ｆは共通ＧＮＤに接続されている。また、温度制御モジュール５のアノードとカソードは、それぞれＤＣ給電用リードピン２ｂ、２ｃに接続されており、他のリードピンとは独立している。

光モジュール１００は、半導体レーザ７とＧＮＤとを接続するコンデンサ２０を備える。コンデンサ２０は、ＧＮＤである上側基板５ａの表面電極パターン上に実装されている。コンデンサ２０は、ＤＣ給電用リードピン２ｆと半導体レーザ７のアノードとを、導電性ワイヤを介して接続している。コンデンサ２０により電源ノイズをカットできる。なお、コンデンサ２０は、ステム１、ＤＣ給電用リードピン２または誘電体基板６の何れかの表面に実装されても問題ない。

光モジュール１００は、光変調器８と並列に接続された整合抵抗１１を備えても良い。これにより、信号発生器からの最大電圧振幅を得ることができる。整合抵抗１１は、例えば誘電体基板６上に設けられ、光変調器８と導電性ワイヤにより接続されている。

光モジュール１００は、光変調器８と並列に接続されたコンデンサ２１を備えても良い。コンデンサ２１は誘電体基板６上に実装されている。コンデンサ２１と整合抵抗１１は直列に接続される。コンデンサ２１と整合抵抗１１とが形成する直列回路が光変調器８と並列に接続される。ＲＦ給電用リードピン３、誘電体基板６上の高周波伝送線路６ａ、光変調器８、整合抵抗１１、コンデンサ２１は、導電性ワイヤを介して接続されている。コンデンサ２１は、整合抵抗１１の電極パッドと導電性ワイヤで接続されている。コンデンサ２１により、整合抵抗１１に流れるＤＣ成分をカットしたＡＣ結合方式とすることができる。

光モジュール１００は、光増幅器９とＧＮＤとを接続するコンデンサ２２を備える。コンデンサ２２はステム１の主面に実装されている。コンデンサ２２は、ＤＣ給電用リードピン２ｅと光増幅器９のアノードとを、導電性ワイヤを介して接続している。コンデンサ２２により、電源ノイズをカットすることができる。なお、コンデンサ２２は、ＤＣ給電用リードピン２、上側基板５ａおよび誘電体基板６の何れかの表面に実装されていても問題ない。

また、光モジュール１００は、光変調器８と並列に接続された保護抵抗１９を備えても良い。保護抵抗１９は整合抵抗１１よりも抵抗値が大きく、例えば１ｋΩ程度が望ましい。整合抵抗１１とＧＮＤの間にコンデンサ２１を接続すると、光変調器８が帯電し易くなり光変調器８の故障が起こり易くなる可能性がある。そこで、コンデンサ２１と整合抵抗１１が形成する直列回路および光変調器８と、保護抵抗１９が並列に接続されても良い。保護抵抗１９の抵抗値は、整合抵抗１１の抵抗値よりも大きいため、サージが入力されると保護抵抗１９に電流が流れる。従って、光変調器８の故障を防ぐことができる。

本実施の形態では、半導体光集積素子１０が光変調器８を有する例について説明した。これに限らず、半導体光集積素子１０は、半導体レーザ７と光増幅器９を有すれば良く、光変調器８は設けられなくても良い。

上述した変形は、以下の実施の形態に係る光モジュールおよび光トランシーバについて適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る光モジュールおよび光トランシーバについては実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る光モジュール２００の平面図である。温度制御モジュール５、誘電体基板６および半導体光集積素子１０を実装する際、ＤＣ給電用リードピン２および隆起部４への干渉が無いように考慮する必要がある。また、キャップ１６の実装エリアの確保、および光学素子１３にて反射されたレーザ光の主光線がステム１の中心付近に位置することなども考慮する必要がある。実施の形態１では、これらを考慮して図４のように各部材が配置されている。一方、実施の形態１では、温度制御モジュール５の辺と誘電体基板６の辺は同一方向に並ぶ。このとき、誘電体基板６のうち半導体光集積素子１０が搭載された部分は、温度制御モジュール５から若干はみ出すこととなる。これにより、半導体光集積素子１０からの熱放射領域が狭くなり、熱抵抗が大きくなり、温度制御モジュール５の消費電力が上昇する可能性がある。

これに対し本実施の形態では、ステム１の主面と垂直な方向から見て、温度制御モジュール５は半導体光集積素子１０の主軸に対して傾いている。つまり、温度制御モジュール５の辺はＹ軸に対して傾いている。温度制御モジュール５は例えば光学素子１３と同じ方向を向いている。これにより、半導体光集積素子１０の直下に温度制御モジュール５を配置できる。従って、熱放射領域を広く確保でき、温度制御モジュール５の消費電力を低減できる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る光モジュール３００の斜視図である。実施の形態２のように温度制御モジュール５を半導体光集積素子１０に対して斜め方向に実装することで、温度制御モジュール５の角部とキャップ１６の距離が遠ざかる。このため、実施の形態１よりも温度制御モジュール５を大型化することができる。これにより、コンデンサ２０、２１、２２を全て温度制御モジュール５の上側基板５ａに配置することもできる。本実施の形態では、コンデンサ２０、２１、２２は、温度制御モジュール５のステム１の主面と反対側に並んで実装される。このようなコンデンサ２０、２１、２２の整列配置によれば、コンデンサ２０、２１、２２を一括で搬送し、一回の工程で実装することができる。従って、タクトタイムを低減できる。また、コンデンサを個別に実装する場合、実装後のはんだ溜まりが次のコンデンサを実装する際に影響し、ボンディング性が悪化していた。本実施の形態では、コンデンサ２０、２１、２２を一括で搬送することにより、部品傾き等が解消されるなどボンディング性が良好になる。

なお、可能であれば、実施の形態１のような温度制御モジュール５と半導体光集積素子１０の配置においても、コンデンサ２０、２１、２２を温度制御モジュール５上に並べて配置しても良い。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る半導体光集積素子４１０の断面図である。半導体レーザ装置は一般に、基板と平行に活性層が形成され、基板と並列に光を出射する。これに対し本実施の形態の半導体光集積素子４１０は、導波路４０の前端面は基板４１に対して４５度の角度で形成されている。前端面には光を全反射するミラー４２が形成されている。これにより、基板４１に対して垂直方向にレーザ光が出射される。つまりミラー４２は、半導体光集積素子４１０のレーザ光をステム１の主面に対して垂直方向に反射する。これにより光学素子１３が不要となり、部材コストを低減できる。なお、基板４１の上面と平行に導波路４０が形成された構成は、実施の形態１～３についても同様である。

図９は、実施の形態４に係る光モジュール４００の斜視図である。本実施の形態によれば、半導体光集積素子４１０の発光点をステム１の中央に寄せることができる。このため、温度制御モジュール５と誘電体基板６の接合面積を増加させて熱抵抗を減少させることができる。従って、温度制御モジュール５の消費電力を低減させることができる。

また、図８に示されるように、半導体光集積素子４１０の前端面の直上に、ミラー４２にて反射されたレーザ光強度をモニタする受光部４３を設けても良い。この場合、支持ブロック１４および受光素子１５を実装する必要がなくなる。従って、部材コストを低減させることができ、光モジュール４００を容易に製造できる。

また、ミラー４２の反射率を９９％程度にして、一部の光強度を透過させて基板４１に対して平行にレーザ光を出射するようにしても良い。この場合、図９に示されるように、受光素子１５を半導体光集積素子４１０の前方に配置して、透過したレーザ光強度を受光素子１５でモニタしても良い。この場合、半導体光集積素子４１０に受光部４３を実装する必要がなくなり、半導体光集積素子４１０を容易に製造できる。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態１に係る光学素子１３を説明する図である。実施の形態１～３では、温度制御モジュール５の上側基板５ａに光学素子１３を搭載していた。このため、半導体光集積素子１０の発光点と光学素子１３の距離が遠くなり、レンズ１７までの光路が長くなる。これにより、大きく広がったビーム１８がレンズ１７の有効径に収まらずにケラレが発生し、図示しない光ファイバでの光結合効率が低下するおそれがあった。

図１１は、実施の形態５に係る光学素子５１３を説明する図である。本実施の形態では、光学素子５１３はコンデンサまたはサーミスタ１２上に実装されている。コンデンサは、例えばコンデンサ２０、２１、２２の何れかである。このとき、例えば誘電体基板６をコンデンサまたはサーミスタ１２と同等の厚みにすることで、光学素子５１３を半導体光集積素子１０に近づけることができる。また、コンデンサまたはサーミスタ１２の上面電極に導電性ワイヤ３２をボンディングできるエリアを確保すれば、ＤＣ給電用リードピン２から導電性ワイヤ３２を介して、コンデンサまたはサーミスタ１２に直接給電することが可能となる。

これにより、実施の形態１～３に比べて発光点と光学素子１３の距離が近くなり、レンズ１７までの光路を短くできる。従って、ビーム広がりによるレンズ１７でのケラレを抑制できる。さらに、光学素子１３の小型化により、部材コストを低減させることができる。また、上側基板５ａ上に光学素子１３を設置する必要がなくなるため、実装の自由度を向上させることができる。

また、例えばサブマウント基板上にミラーを搭載した構造では、サブマウント基板を拡大して実装スペースを確保する必要がある。これにより、サブマウント基板の材料コストが上昇する。これに対し本実施の形態では、誘電体基板６を拡大する必要がなく、誘電体基板６の小型化および誘電体基板６の材料コストの低減が可能となる。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６に係る受光素子１５を説明する図である。受光素子１５はＤＣ給電用リードピン２上に実装されている。具体的には、受光素子１５を搭載した支持ブロック１４を、ＤＣ給電用リードピン２上に実装している。これによりステム１の主面における受光素子１５の実装スペースが不要となる。従って、ステム１の主面のクリアランスを拡大することができる

支持ブロック１４には電極パターン１４ａが形成されている。支持ブロック１４および電極パターン１４ａと、ＤＣ給電用リードピン２間の接合材料としては、導電性の熱硬化樹脂、はんだといった材料が望ましい。電極パターン１４ａと受光素子１５の接続、および電極パターン１４ａとステム１の接続については、導電性ワイヤ３３が用いられる。

実施の形態７．
図１３は、実施の形態７に係る光モジュール１００とレセプタクル１０２を接続した状態を示す断面図である。図１４は、実施の形態７に係る光トランシーバ１０００の斜視図である。本実施の形態の光トランシーバ１０００は、実施の形態１～６の何れかの光モジュールを備えれば良い。光トランシーバ１０００は、ステム１の側面に取付けられ、光モジュール１００を覆う固定ブロック１０１を備えても良い。光ファイバを固定するためのレセプタクル１０２が、固定ブロック１０１に取付けられている。固定ブロック１０１は、ステム１側面に接合されている。

光モジュール１００と受光モジュール１０６には、光モジュール１００と受光モジュール１０６を駆動させるための集積回路を搭載した基板９０３が、フレキシブルプリント基板１０５を介して接続されている。光トランシーバ１０００において、光モジュール１００、受光モジュール１０６、フレキシブルプリント基板１０５、レセプタクル１０２および基板９０３は、下部筐体９０１と上部筐体９０２から構成されるケース９００に収納される。

固定ブロック１０１と下部筐体９０１との熱移動量を増加させるために、固定ブロック１０１に放熱ブロック下部１０３を取付け、放熱ブロック下部１０３を下部筐体９０１に取り付けると良い。固定ブロック１０１と放熱ブロック下部１０３の接着、および放熱ブロック下部１０３と下部筐体９０１の接着については、高熱伝導性を有するシート状の絶縁体などが用いられる。

放熱ブロック下部１０３は、固定ブロック１０１を側面全長に渡って固定できるような半円構造を有することが望ましい。これにより固定ブロック１０１と放熱ブロック下部１０３の接合面積を大きく確保できる。従って、光モジュール１００から発生する熱を光トランシーバ１０００の外に放射する能力を向上させることができ、消費電力を低減させることができる。

また、さらに固定ブロック１０１に放熱ブロック上部１０４を取付けても良い。放熱ブロック上部１０４は、放熱ブロック下部１０３と同様に、固定ブロック１０１を側面全長に渡って固定できるような半円構造を有している。さらに放熱ブロック上部１０４は、固定ブロック１０１と反対側がフィン状に加工されている。放熱ブロック下部１０３と放熱ブロック上部１０４を組み合わせることで、固定ブロック１０１の全周から効率よく放熱することができる。従って、消費電力をさらに低減させることができる。

各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

１ ステム、２ ＤＣ給電用リードピン、３ ＲＦ給電用リードピン、４ 隆起部、５ 温度制御モジュール、５ａ 上側基板、５ｂ 下側基板、６ 誘電体基板、６ａ 高周波伝送線路、６ｂ ＧＮＤ電極パターン、６ｃ ＧＮＤ電極パターン、７ 半導体レーザ、８ 光変調器、９ 光増幅器、１０ 半導体光集積素子、１１ 整合抵抗、１２ サーミスタ、１３ 光学素子、１４ 支持ブロック、１４ａ 電極パターン、１５ 受光素子、１６ キャップ、１７ レンズ、１８ ビーム、１９ 保護抵抗、２０ コンデンサ、２１ コンデンサ、２２ コンデンサ、３０ 導電性ワイヤ、３１ 導電性ワイヤ、３２ 導電性ワイヤ、３３ 導電性ワイヤ、４０ 導波路、４１ 基板、４２ ミラー、４３ 受光部、１００ 光モジュール、１０１ 固定ブロック、１０２ レセプタクル、１０３ 放熱ブロック下部、１０４ 放熱ブロック上部、１０５ フレキシブルプリント基板、１０６ 受光モジュール、２００ 光モジュール、３００ 光モジュール、４００ 光モジュール、４１０ 半導体光集積素子、５１３ 光学素子、９００ ケース、９０１ 下部筐体、９０２ 上部筐体、９０３ 基板、１０００ 光トランシーバ

Claims (20)

1. 単一の面からなる主面と、前記主面と反対側の面と、を有するステムと、
   前記ステムを前記主面から前記主面と反対側の面に貫通し、前記主面において前記ステムから露出するリードピンと、
   前記ステムの前記主面に実装された温度制御モジュールと、
   前記温度制御モジュールのうち前記ステムの前記主面と反対側に実装された誘電体基板と、
   前記誘電体基板のうち前記温度制御モジュールと反対側に実装され、半導体レーザと光増幅器とを有する半導体光集積素子と、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
2. 前記半導体レーザとＧＮＤとを接続する第１コンデンサを備えることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光増幅器とＧＮＤとを接続する第２コンデンサを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記半導体光集積素子は光変調器を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
5. 前記光変調器と並列に接続された第３コンデンサを備えることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記第３コンデンサと直列に接続された整合抵抗を備え、
   前記第３コンデンサと前記整合抵抗とが形成する直列回路が前記光変調器と並列に接続されたことを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記光変調器と並列に接続された保護抵抗を備え、
   前記保護抵抗は前記整合抵抗よりも抵抗値が大きいことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記ステムの前記主面には隆起部が形成され、
   前記隆起部に設けられたＲＦ給電用リードピンを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
9. 前記半導体光集積素子は光変調器を有し、
   前記誘電体基板にはＲＦ給電用メタライズが形成され、
   前記ＲＦ給電用メタライズの一端はワイヤにより前記光変調器に接続され、前記ＲＦ給電用メタライズの他端はワイヤ、はんだまたは導電性接着剤により前記ＲＦ給電用リードピンと接続されていることを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
10. 主面と、前記主面と反対側の面と、を有するステムと、
    前記ステムを前記主面から前記主面と反対側の面に貫通するリードピンと、
    前記ステムの前記主面に実装された温度制御モジュールと、
    前記温度制御モジュールのうち前記ステムの前記主面と反対側に実装された誘電体基板と、
    前記誘電体基板のうち前記温度制御モジュールと反対側に実装され、半導体レーザと光増幅器とを有する半導体光集積素子と、
    前記ステムの前記主面に形成された隆起部に設けられたＲＦ給電用リードピンと、
    を備え、
    前記誘電体基板の側面にはＧＮＤ用メタライズが形成され、
    前記ＧＮＤ用メタライズはワイヤを介して前記隆起部と接続されていることを特徴とする光モジュール。
11. 前記半導体光集積素子は、前記ステムの前記主面に対して平行にレーザ光を出射し、
    前記レーザ光を前記ステムの前記主面に対して垂直に反射する光学素子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
12. 前記レーザ光は、前記半導体光集積素子の主軸に対して斜めに出射され、
    前記光学素子は、前記半導体光集積素子の前記主軸に対して斜めを向いていることを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
13. 前記光学素子はコンデンサまたはサーミスタ上に実装されていることを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
14. 前記光学素子に対して前記半導体光集積素子と反対側には、前記レーザ光を受光する受光素子が配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
15. 前記受光素子は前記リードピン上に実装されていることを特徴とする請求項１４に記載の光モジュール。
16. 前記ステムの前記主面と垂直な方向から見て、前記温度制御モジュールは前記半導体光集積素子の主軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
17. 前記半導体光集積素子は光変調器を有し、
    前記半導体レーザとＧＮＤとを接続する第１コンデンサと、
    前記光増幅器とＧＮＤとを接続する第２コンデンサと、
    前記光変調器と並列に接続された第３コンデンサと、
    を備え、
    前記第１コンデンサと、前記第２コンデンサと、前記第３コンデンサは、前記温度制御モジュールの前記ステムの前記主面と反対側に並んで実装されることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
18. 前記半導体光集積素子の前端面にはミラーが形成され、
    前記ミラーは、前記半導体光集積素子のレーザ光を前記ステムの前記主面に対して垂直方向に反射することを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
19. 請求項１または２に記載の光モジュールを備えることを特徴とする光トランシーバ。
20. 前記ステムの側面に取付けられ、前記光モジュールを覆う固定ブロックと、
    前記固定ブロックに取付けられ、光ファイバを固定するためのレセプタクルと、
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載の光トランシーバ。

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