WO2023105641A1 - 光回路 - Google Patents

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慈 金澤
隆彦 進藤
明晨 陳
祥平 小菅
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日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters

Definitions

  • the present invention relates to devices used in networks. Specifically, we will focus on optical circuits that can be used for high-speed Ethernet, etc.
  • Ethernet standardizes miniaturized transceivers (optical transceivers), and optical circuits including optical modulators have become important devices.
  • flip-chip mounting including an optical chip and a high-frequency signal substrate has been proposed as a mounting structure suitable for high-speed operation.
  • One embodiment of the present invention comprises a wiring board for receiving a high-frequency electric signal from the outside, a light source chip including an optical modulator, a subcarrier on which the wiring board and the light source chip are mounted, and a signal line of the wiring board. and a connection substrate having a transmission line in the shape of a coplanar line or a grounded coplanar line for connecting between the modulation input terminals of the light source chip, the transmission line
  • the thickness T of the connection substrate satisfies d ⁇ T ⁇ 0.4 (mm), where d is the distance to the ground electrode on the same plane as the optical circuit.
  • an optical circuit that is suitable for high-speed operation and includes a compact and broadband optical modulator.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a prior art optical circuit including an optically modulated light source chip
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical circuit of Example 1 of the present disclosure including an optically modulated light source chip
  • FIG. 10 is a diagram showing modulation frequency characteristics of optical circuits having connecting substrates with different substrate thicknesses
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an optical circuit of Example 2, including an optical modulator chip
  • FIG. 10 is a diagram showing modulation frequency characteristics of optical circuits having connecting substrates with different substrate thicknesses;
  • the optical circuit of the present disclosure has an optimized configuration of a connection board that connects between an optical chip including an optical modulator and a wiring board that supplies high-frequency electrical signals. Clarifying the thickness of the connection substrate that improves the modulation frequency characteristics of the optical modulator.
  • an optical circuit based on a conventional flip-chip mounting structure will be described.
  • the configuration of the connection board in the optical circuit including the optical modulator of the present disclosure and the performance of the optical modulator will be described.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional optical circuit including an optical modulation light source chip.
  • the optical circuit 1 in FIG. 1 is a module type component that can be mounted on a transceiver standardized in Ethernet, and is an electro-absorption modulator integrated with DFB laser (EML).
  • EML electro-absorption modulator integrated with DFB laser
  • a modulated light source chip 40 is included.
  • a wiring board 20 and an optical modulation light source chip 40 are mounted on the subcarrier 10 , and the wiring board 20 and the optical modulation light source chip 40 are connected by a connection substrate 30 .
  • FIG. 1 (a) is a top view (xy plane) of the entire optical circuit 1, and (c) is a cross-sectional view (xz plane) of the optical circuit 1 cut along line C-C'.
  • (b) shows the back surface (xy plane) of the connection board 30 mounted on the optical circuit 1.
  • FIG. FIG. 1(a) shows only the four gold bumps between the connection substrate 30 and the outline of the connection substrate 30 (double-dot chain lines) in order to show the form of connection with the light modulation light source chip 40.
  • FIG. It should be noted that in the actual optical circuit 1, only the substrate surface or the ground surface of the connection substrate 30 in the top view of FIG. 1(a) can be seen depending on the type of transmission line.
  • the optical modulation light source chip 40 includes a laser section using an optical waveguide structure 42 made of an optical semiconductor, and an electro-absorption optical modulator section.
  • a high-frequency electric signal which is a modulation signal, is supplied to the modulation electrode 41 of the light modulation light source chip 40 via the wiring board 20 and the connection board 30 .
  • the wiring board 20 includes a signal line 21 formed on the substrate and ground planes 22a and 22b on both sides of the signal line 21 to form a transmission line.
  • the wiring board 20 functions as a high-frequency wiring board that receives high-frequency electrical signals from the outside and transmits them without loss.
  • the connection board 30 includes a transmission line 31 and a ground plane 35 surrounding the transmission line 31 on the side (connection surface) connected by the gold bumps.
  • a coplanar line is used as the transmission line, the substrate material is exposed as it is on the opposite side of the connection surface, ie, the upper surface of FIG. 1(a).
  • a grounded coplanar line is used as the transmission line, the opposite side of the connection surface is the ground surface.
  • One end of the transmission line 31 is connected to the signal line 21 of the wiring board 20 via the gold bump 32a. Also, the other end of the transmission path 31 is connected to the modulation input electrode 41 of the light modulation light source chip 40 via the gold bump 32b.
  • a modulated signal which is a high-frequency electrical signal, is transmitted from the outside of the optical circuit 1 in the upper part of FIG. , are input to the modulation electrode 41 .
  • the ground surfaces of the wiring board 20 and the connection substrate 30 are electrically and mechanically connected by two gold bumps on both sides of the gold bump 32a.
  • This form of mounting which utilizes opposing connecting substrates 30 and bumps to electrically and structurally connect two different substrates 20, 40, is also known as flip-chip mounting.
  • the signal line 21 and the transmission line 31 are designed to match the signal source impedance of the high-frequency electrical signal supplied from the outside of the optical circuit 1, for example, 50 ⁇ .
  • the connection board 30 has a thermal expansion coefficient equal to that of the light modulation light source chip 40 so that the connection between the gold bumps 32a and 32b connected to the wiring board 20 and the light modulation light source chip 40 is not broken due to a difference in expansion coefficient due to temperature changes. material is used.
  • the flip-chip mounting structure using the connection substrate 30 in FIG. 1 does not require wires for connection between the wiring board 20 and the light modulation light source chip 40, and is therefore useful for broadening the bandwidth of light modulation characteristics.
  • the characteristic impedance is determined by the structure and material parameters of the connection surface side and its back surface that constitute the transmission line. These parameters include the width of the transmission line, the distance to the ground planes on both sides of the transmission line, the thickness of the transmission line metal, the dielectric constant of the substrate material, the thickness of the substrate or the distance between the transmission line and the backside ground. include.
  • the thickness of the connection board 30 is more than twice the width of the transmission line or the distance from the transmission line to the ground plane, the thickness of the board should not affect the characteristic impedance.
  • the substrate thickness of the connection substrate 30 has any effect on the modulation characteristics of the optical modulator.
  • the inventors paid attention to the effect of the thickness T of the connection substrate 30 on the modulation frequency characteristics of the optical modulator, and determined a more appropriate range of the substrate thickness T from the relationship with the modulation frequency characteristics of the optical modulator. clarified.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the optical circuit of the present disclosure, including the light modulating light source chip.
  • the optical circuit 100 of FIG. 2 has the form of a subassembly that can be mounted on a substrate such as an Ethernet transceiver or an optical transmitter.
  • (a) is a top view (xy plane) of the entire optical circuit 100
  • (c) is a cross-sectional view (xz plane) of the optical circuit 100 taken along the CC' line.
  • b) shows the back surface (xy plane) of the connection board 30 mounted on the optical circuit.
  • An optical circuit 100 has a wiring board 20 and an optical modulation light source chip 40 mounted on a subcarrier 10, like the conventional optical circuit 1 shown in FIG.
  • the wiring board 20 and the optical modulation light source chip 40 are connected by the connection substrate 30, and the high-frequency electric signal is input to the modulation input electrode 41 from the outside of the optical circuit 100, which is also the same as the optical circuit 1.
  • FIG. Also, the mutual connection form in the transmission line (signal line) and the ground leading to the light source chip 40 via the wiring board 20 and the connection board 30 is the same as in FIG.
  • connection board 30 shown in FIG. d The difference from the conventional optical circuit 1 shown in FIG. 1 is that in the connection board 30 shown in FIG. d and the board thickness T of the connection board 30 is defined.
  • aluminum nitride is used as the material of the connection board 30, and the characteristic impedance of the transmission line is set to 50 ⁇ , which is common in high frequency systems.
  • the lower limit of the substrate thickness T is set to a value larger than the distance d from the center line of the transmission line to the ground electrode on the same plane so that the characteristic impedance of the transmission line 31 does not deviate from the characteristic impedance of the system.
  • the upper limit of the substrate thickness T of the connection substrate 30 is set to 0.4 mm or less at which substrate resonance does not occur.
  • a specific configuration example is shown below as a first embodiment.
  • the optical circuit of the present disclosure includes a wiring board 20 that receives a high-frequency electrical signal from the outside, a light source chip 40 that includes an optical modulator, a subcarrier 10 that mounts the wiring board and the light source chip, and the wiring board.
  • a connection substrate 30 having a transmission line 31 in the shape of a coplanar line or a grounded coplanar line, connecting between the signal line 21 and the modulation input terminal 41 of the light source chip;
  • the thickness T of the connection substrate satisfies d ⁇ T ⁇ 0.4 (mm).
  • Example 1 including a light modulating light source chip (light source chip) was produced according to the structure shown in FIG.
  • This optical circuit has the form of a subassembly that can be mounted on a substrate, such as an Ethernet transceiver.
  • the optical modulation light source chip 40 is an EML in which an optical semiconductor modulator including an optical waveguide structure is integrated, and the electrode length of the electro-absorption optical modulator (EA modulator) is 75 ⁇ m.
  • An InP substrate is used as a substrate material for the light modulation light source chip 40 .
  • the width of the transmission line 31 of the connection board 30 was set to 0.08 mm, and the distance d from the center line along the length direction of the transmission line 31 to the ground electrode 35 was set to 0.08 mm.
  • connection board 30 The ground electrodes 35 on both sides have a symmetrical structure equidistant from the center line.
  • the material of the connection board 30 was aluminum nitride.
  • T the thickness of the connection substrate 30
  • a plurality of optical circuits were produced using different substrates in which T was varied from 0.05 to 0.75 mm at intervals of 0.1 mm.
  • gold bumps 32a, 32b, and 33 used for connection between the connection substrate 30, the wiring board 20, and the light modulation light source chip 40 were 60 ⁇ m in diameter and 30 ⁇ m in height. bottom.
  • FIG. 3 is a diagram showing modulation frequency characteristics in an optical circuit having connecting substrates with different substrate thicknesses.
  • the horizontal axis indicates the modulation frequency (GHz), and the vertical axis indicates the frequency response of the modulation output characteristic normalized by the level near DC in dB.
  • the upper limit of the substrate thickness T of the connection substrate 30 is 0.4 mm or less at which no ripple occurs in the modulation frequency characteristics. can get.
  • the thickness T of the connection substrate 30 As described above, if the thickness T of the connection substrate 30 is too thin, the characteristic impedance of the transmission line of the connection substrate 30 deviates from the characteristic impedance of the system (50 ⁇ in this embodiment) and changes, even if T is too thick. It was confirmed that the resonance in the substrate deteriorates the modulation frequency characteristics.
  • An appropriate range for the thickness T of the connecting substrate was also confirmed for the configuration of an optical circuit including another light source chip including a Mach-Zehnder interferometric modulator (MZ modulator) in Example 2 below.
  • MZ modulator Mach-Zehnder interferometric modulator
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the optical circuit of Example 2, including the light modulation light source chip.
  • the optical circuit of the second embodiment has the form of a subassembly 200 that can be mounted on a package such as an Ethernet transceiver or an optical transmitter.
  • 4A shows a top view (xy plane) of the entire optical circuit 200
  • FIG. (b) shows the back surface (xy plane) of the connection board 30 mounted on the optical circuit.
  • the optical circuit 200 of the second embodiment includes an optical modulator chip (light source chip) that does not include a light source and includes only a Mach-Zehnder interferometric modulator (MZ modulator) 53 instead of the optical modulation light source chip 40 of the first embodiment. ) is 50.
  • MZ modulator Mach-Zehnder interferometric modulator
  • the MZ modulator 53 constructed in the optical modulator chip 50 has a two-arm waveguide structure, as can be seen from the cross-sectional view of FIG. 4(c).
  • a modulation input electrode 52 (P-side electrode), which is an input terminal for high-frequency electrical signals, is provided on one arm waveguide, and a P-side electrode 51 for phase adjustment is provided on the other arm waveguide. .
  • the wiring board 20 and the optical modulator chip 50 are connected by a connection board 30, and a high-frequency electric signal is input from the outside of the optical circuit 200 to the modulation input electrode 52.
  • a transmission line (signal line) leading to the device chip 50 and a mutual connection form of the ground are the same as those of the first embodiment.
  • the MZ modulator of the optical modulator chip 50 has a modulator electrode length of 100 ⁇ m.
  • An InP substrate is used as the substrate material of the optical modulator chip 50 .
  • the width of the transmission line 31 of the connection board 30 was set to 0.08 mm, and the distance d from the center line along the length direction of the transmission line 31 to the ground electrode 35 was set to 0.08 mm.
  • the ground electrodes 35 on both sides have a symmetrical structure equidistant from the center line.
  • the material of the connection board 30 was aluminum nitride.
  • the gold bumps 32a, 32b, and 33 used for connection between the connection substrate 30, the wiring board 20, and the light modulation light source chip 40 had a diameter of 60 ⁇ m and a height of 30 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a diagram showing modulation frequency characteristics in an optical circuit having connection substrates with different substrate thicknesses.
  • the horizontal axis indicates the modulation frequency (GHz), and the vertical axis indicates the frequency response of the modulation output characteristic normalized by the level near DC in dB.
  • FIG. 5 shows the dependence of the modulation frequency characteristic on the substrate thickness T.
  • the characteristic impedance of the transmission line 31 is lowered, the response level in the high frequency region is lowered, and the modulation frequency characteristics are degraded as a whole.
  • the modulation frequency characteristics have substantially the same outline and overlap, and cannot be clearly distinguished.
  • ripples with sharp changes in level were observed.
  • ripples due to substrate resonance occur at frequencies near 105, 90, 77, and 69 GHz, respectively.
  • the lower limit of the substrate thickness T of the connection substrate 30 is set to It should be larger than the distance d (0.08 mm).
  • the upper limit of the board thickness T of the connection board 30 may also be set to 0.4 mm or less at which ripples do not occur in the modulation frequency characteristic. Even if the optical modulator chip 50 is composed of the MZ modulator 53, stable modulation frequency characteristics without deterioration can be obtained within the upper and lower limits of the board thickness T of the connection board 30. was confirmed.
  • the optical circuit of the present disclosure realizes broadband and miniaturization of devices including optical modulators in Ethernet and the like.
  • the present invention can be used for network equipment for optical communication.

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Abstract

光変調器を含む光チップおよび高周波電気信号を供給する配線板の間を接続する接続基板の最適化された構成を持つ光回路が開示される。光回路のサブキャリアの上に、配線板および光変調光源チップが搭載されている。配線板および光変調光源チップが、接続基板によって接続され、光回路の外部から高周波電気信号が変調入力電極へ入力される。基板厚さＴの下限を、伝送路の中心線から同一面にあるグラウンド電極までの距離ｄよりも大きい値とした。接続基板の基板厚さＴの上限を、基板共振が起こらない０．４ｍｍ以下に設定した。接続基板の材質は窒化アルミニウムであり、光源チップと同等の熱膨張係数を有する。

Description

光回路
　本発明は、ネットワークで使用される装置に関する。具体的には、高速イーサネット等に利用可能な光回路に関する
　近年のモバイル、クラウドサービスの普及に伴う旺盛な帯域需要に対応するため、ネットワークの高速大容量化の検討が活発である。無線通信は５Ｇの時代を迎え、広く利用されているイーサネットの伝送速度は既に４００Ｇｂｐｓが実用化され、Beyond４００Ｇイーサネットも検討されている。光ファイバ伝送のための光送受信モジュールなどの光回路では、性能向上、小型化およびコストダウンが求められている。
　イーサネット規格では、小型化されたトランシーバ（光送受信器）が標準化されており、光変調器を含む光回路が重要なデバイスとなっている。光送信器を高速伝送に適合させるため、高速動作に適した実装構造として、光チップおよび高周波信号基板を含むフリップチップ実装が提案されている。
S. kanazawa et. al., "Flip-Chip Interconnection Lumped-Electrode EADFB Laser for 100-Gb/s/λ Transmitter," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 27, no. 16, pp. 1699-1701, 2015
　従来技術の光変調器を含む光送信回路では、フリップチップ実装に利用される高周波接続基板に起因して、広帯域化が制限されていた。
　本発明の１つの実施態様は、外部からの高周波電気信号を受ける配線板と、光変調器を含む光源チップと、前記配線板および前記光源チップを搭載するサブキャリアと、前記配線板の信号線および前記光源チップの変調入力端子の間を接続し、コプレーナ線路またはグラウンデッドコプレーナ線路の形状の伝送路を有する接続基板とを備え、前記伝送路の長さ方向に沿った中心線から、前記伝送路と同一面上のグラウンド電極までの距離をｄとするとき、前記接続基板の厚さＴは、ｄ ＜ Ｔ ＜ ０．４（ｍｍ）を満たすことを特徴とする光回路である。
　高速動作に適し、小型化および広帯域化された光変調器を含む光回路を提供する。
光変調光源チップを含む従来技術の光回路の構成を示す図である。 光変調光源チップを含む本開示の実施例１の光回路の構成を示す図である。 異なる基板厚さの接続基板を持つ光回路の変調周波数特性を示す図である。 光変調器チップを含む、実施例２の光回路の構成を示す図である。 異なる基板厚さの接続基板を持つ光回路の変調周波数特性を示す図である。
　本開示の光回路は、光変調器を含む光チップおよび高周波電気信号を供給する配線板の間を接続する接続基板の最適化された構成を持つ。光変調器の変調周波数特性を改善する接続基板の厚さを明らかにする。以下の説明では、まず従来技術のフリップチップ実装の構造による光回路について述べる。次に、本開示の光変調器を含む光回路における接続基板の構成および光変調器の性能について説明する。
　図１は、光変調光源チップを含む、従来技術の光回路の構成を示す図である。図１の光回路１は、イーサネットにおいて標準化されているトランシーバに搭載可能なモジュール形態の部品であって、電界吸収型光変調器集積レーザ（ＥＭＬ: Electro-absorption Modulator integrated with DFB Laser）である光変調光源チップ４０を含む。サブキャリア１０の上に、配線板２０および光変調光源チップ４０が搭載され、配線板２０および光変調光源チップ４０は接続基板３０によって接続されている。
　図１では、（ａ）に光回路１の全体の上面図（ｘ－ｙ面）を、（ｃ）に光回路１をＣ－Ｃ´線で切った断面図（ｘ－ｚ面）を、（ｂ）に光回路１に搭載されている接続基板３０の裏面（ｘ－ｙ面）を示した。図１の（ａ）は、光変調光源チップ４０との接続形態を示すため、接続基板３０との間にある４つの金バンプおよび接続基板３０の外形（２点鎖線）のみ示している。実際の光回路１では、図１の（ａ）の上面図における接続基板３０は、伝送路の形式に応じて、基板面またはグランド面だけが見られることに注意されたい。
　光変調光源チップ４０は、光半導体に構成された光導波路構造４２を利用したレーザ部と、電界吸収型光変調器部を備えている。変調信号である高周波電気信号が、配線板２０、接続基板３０を経由して、光変調光源チップ４０の変調電極４１に対して供給される。配線板２０は、基板上に構成された信号線２１およびその両側のグランド面２２ａ、２２ｂを含み、伝送路を構成する。配線板２０は、外部からの高周波電気信号を受け入れ、損失無く伝送する、高周波配線板として機能する。
　図１の（ｂ）を参照すれば、接続基板３０は、金バンプによって接続される側の面（接続面）上に伝送路３１およびその周囲を囲むグランド面３５を含む。伝送路としてコプレーナ線路を用いる場合、接続面の反対側、すなわち図１の（ａ）の上面は、基板材料がそのまま現れた状態となる。伝送路としてグランデッドコプレーナ線路を用いる場合、接続面の反対側は、グランド面となる。
　伝送路３１の一方の端部で、金バンプ３２ａを介して、配線板２０の信号線２１に接続される。また、伝送路３１の他方の端部で、金バンプ３２ｂを介して、光変調光源チップ４０の変調入力電極４１に接続される。高周波電気信号である変調信号は、図１の（ａ）の上方の、光回路１の外部から、配線板２０の信号線２１および接続基板３０の伝送路３１を経由して、矢印の向きで、変調電極４１へ入力される。また、配線板２０および接続基板３０のグランド面間も、金バンプ３２ａの両側において、２つの金バンプによって電気的・機構的に接続される。向かい合わせの接続基板３０とバンプを利用して、異なる２つの基板間２０、４０を電気的・構造的に接続するこのような実装形態は、フリップチップ実装としても知られている。
　信号線２１および伝送路３１は、光回路１の外部から供給される高周波電気信号の信号源インピーダンスに合わせて、例えば５０Ωとなるように設計される。接続基板３０は、温度変化による膨張係数の違いで、配線板２０および光変調光源チップ４０と接続される金バンプ３２ａ、３２ｂの接続が破断しないよう、光変調光源チップ４０と同等の熱膨張係数の材質が用いられる。図１の接続基板３０を用いたフリップチップ実装による構造は、配線板２０と光変調光源チップ４０との間の接続にワイヤを必要としないため、光変調特性の広帯域化に役立つ。
　しかしながら、図１の従来技術の光回路においては、光変調器の変調周波数特性における帯域幅の伸びが不十分な問題や、変調帯域内で生じるリップル発生の問題が見られる場合があった。
　一般に、コプレーナ線路およびグランデッドコプレーナ線路において、特性インピーダンスは、伝送路を構成する接続面側およびその裏面の構造ならびに材料のパラメータで決まる。これらのパラメータは、伝送路の幅、伝送路の両側にあるグランド面までの距離、伝送路メタルの厚さ、基板材料の誘電率、基板の厚さまたは伝送路と裏面グランドまでの距離などを含む。通常、接続基板３０の厚さが、伝送路幅や伝送路からグランド面までの距離に比べて２倍程度よりも大きければ、基板の厚さは特性インピーダンスには影響を与えないはずである。しかしながら、接続基板３０の基板厚さが光変調器の変調特性に何等かの与えるのか否かについて、具体的なことは明らかでなかった。発明者らは、接続基板３０の厚さＴが、光変調器の変調周波数特性へ与える影響に着目して、光変調器の変調周波数特性との関係から、より適切な基板厚さＴの範囲を明らかにした。
　図２は、光変調光源チップを含む、本開示の光回路の構成を示す図である。図２の光回路１００は、例えばイーサネットのトランシーバ、光送信装置などの基板上に搭載可能なサブアセンブリの形態を持っている。図２では、（ａ）に光回路１００全体の上面図（ｘ－ｙ面）を、（ｃ）に光回路１００をＣ－Ｃ´線で切った断面図（ｘ－ｚ面）を、（ｂ）に光回路上に搭載されている接続基板３０の裏面（ｘ－ｙ面）を示した。光回路１００は、図１に示した従来技術の光回路１と同様に、サブキャリア１０の上に、配線板２０および光変調光源チップ４０が搭載されている。配線板２０および光変調光源チップ４０が、接続基板３０によって接続され、光回路１００の外部から高周波電気信号が変調入力電極４１へ入力される点も、光回路１と同様である。また配線板２０、接続基板３０を経由して光源チップ４０へ至る伝送路（信号線）およびグランドにおける相互の接続形態も、図１と同じである。
　図１に示した従来技術の光回路１との相違点は、図２の（ｂ）に示した接続基板３０において、伝送路３１の長さ方向に沿った中心線からグランド面３５までの距離ｄと、接続基板３０の基板厚さＴとの関係を規定した点にある。ここで、接続基板３０の材料の材質を窒化アルミとして、伝送路の特性インピーダンスを高周波システムで一般的な５０Ωとした。基板厚さＴの下限を、伝送路３１の特性インピーダンスがシステムの特性インピーダンスから逸脱しないよう、上述の伝送路の中心線から同一面にあるグラウンド電極までの距離ｄよりも大きい値とした。さらに、接続基板３０の基板厚さＴの上限を、基板共振が起こらない０．４ｍｍ以下に設定した。以下、実施例１として、具体的な構成例を示す。
　したがって本開示の光回路は、外部からの高周波電気信号を受ける配線板２０と、光変調器を含む光源チップ４０と、前記配線板および前記光源チップを搭載するサブキャリア１０と、前記配線板の信号線２１および前記光源チップの変調入力端子４１の間を接続し、コプレーナ線路またはグラウンデッドコプレーナ線路の形状の伝送路３１を有する接続基板３０とを備え、前記伝送路の長さ方向に沿った中心線から、前記伝送路と同一面上のグラウンド電極３５までの距離をｄとするとき、前記接続基板の厚さＴは、ｄ ＜ Ｔ ＜ ０．４（ｍｍ）を満たすものとして実施できる。
　図２に示した構造に従って、光変調光源チップ（光源チップ）を含む実施例１の光回路を作成した。この光回路は、例えばイーサネットのトランシーバなどの基板上に搭載可能なサブアセンブリの形態を持っている。光変調光源チップ４０は、光導波路構造を含む光半導体変調器を集積したＥＭＬとし、電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）の電極長を７５μｍとした。光変調光源チップ４０の基板材料として、ＩｎＰ基板を用いている。接続基板３０の伝送路３１の幅を０．０８ｍｍとし、伝送路３１の長さ方向に沿った中心線からグラウンド電極３５まで距離ｄを０．０８ｍｍとした。両側のグランド電極３５は、上述の中心線に対して等距離の対称構造とした。接続基板３０の材質は窒化アルミとした。ここで接続基板３０の厚さＴによる変調特性を比較するため、Ｔを０．０５～０．７５ｍｍまで０．１ｍｍ間隔で変化させた異なる基板を用いて、複数の光回路を作成した。
　作成したすべての光回路において、接続基板３０と、配線板２０および光変調光源チップ４０との間の接続に使用する金バンプ３２ａ、３２ｂ、３３の構成は、直径を６０μｍ、高さを３０μｍとした。
　図３は、異なる基板厚さの接続基板を持つ光回路における変調周波数特性を示す図である。横軸に変調周波数（ＧＨｚ）、縦軸に変調出力特性の周波数応答を直流付近でのレベルで規格化してｄＢで示した。上述の異なる基板厚さＴ＝０．０５～０．７５（０．１間隔）ｍｍを持つ９種類の光回路についての、変調周波数特性を比較して示している。Ｔ＝０．０５ｍｍの場合では、伝送路３１の特性インピーダンスが低下したことで、高周波領域での応答レベルが低下して、変調周波数特性が全体的に劣化している。基板厚さＴが０．１５ｍｍ以上であれば、Ｔの値に関係なく、変調周波数特性の概形はほぼ同じであって重なっており、明瞭に区別できない。しかしながら、特定の周波数において、レベルが急変するリップルが観察された。具体的には、Ｔ＝０．４５、０．５５、０．６５、０．７５ｍｍでは、それぞれ周波数が１０５、９０、７７、６９ＧＨｚ付近で、基板共振によるリップルが発生している。これに対して、０．４ｍｍ以下のＴ＝０．１５、０．２５、０．３５ｍｍの場合では、周波数応答特性のリップルも見られない。
　図３に示した基板厚さＴをパラメータとした変調周波数特性より、接続基板３０の基板厚さＴの下限は、伝送線路の長さ方向に沿った中心と同一面上のグラウンド電極との距離ｄ（０．０８ｍｍ）よりも大きければ良い。また、接続基板３０の基板厚さＴの上限は、変調周波数特性にリップルが生じない０．４ｍｍ以下であって、これらの上限および下限の範囲内で、安定して劣化の無い変調周波数特性が得られる。
　上述のように、接続基板３０の厚さＴが薄すぎると、接続基板３０の伝送線路の特性インピーダンスがシステムの特性インピーダンス（本実施例５０Ω）から逸脱して変化し、Ｔが厚すぎる場合でも基板内部での共振で変調周波数特性が劣化することが確認された。接続基板の厚さＴの適切な範囲を、次の実施例２においてマッハツェンダー光干渉型変調器（ＭＺ変調器）を含む別の光源チップを含む光回路の構成に対しても確認をした。
　図４は、光変調光源チップを含む、実施例２の光回路の構成を示す図である。実施例２の光回路は、例えばイーサネットのトランシーバ内や光送信装置などのパッケージ上に搭載可能なサブアセンブリ２００の形態を持っている。図４では、（ａ）に光回路２００の全体の上面図（ｘ－ｙ面）を、（ｃ）に光回路２００をＣ－Ｃ´線で切った断面図（ｘ－ｚ面）を、（ｂ）に光回路上に搭載されている接続基板３０の裏面（ｘ－ｙ面）を示した。実施例２の光回路２００は、実施例１の光変調光源チップ４０の代わりに、光源を含まずにマッハツェンダー光干渉型変調器（ＭＺ変調器）５３のみを含む光変調器チップ（光源チップ）５０とした点にある。光変調器チップ５０に構成されたＭＺ変調器５３は、図４の（ｃ）の断面図からも分かるように、２本のアーム導波路構造を持っている。一方のアーム導波路上に、高周波電気信号の入力端子である変調入力電極５２（Ｐ側電極）が、他方のアーム導波路上に、位相調整用のＰ側電極５１が、それぞれ構成されている。
　配線板２０および光変調器チップ５０が、接続基板３０によって接続され、光回路２００の外部から高周波電気信号が変調入力電極５２へ入力されるまた配線板２０、接続基板３０を経由して光変調器チップ５０へ至る伝送路（信号線）およびグランドにおける相互の接続形態は、実施例１と同様である。
　光変調器チップ５０のＭＺ変調器は、変調器の電極長を１００μｍとした。光変調器チップ５０の基板材料として、ＩｎＰ基板を用いている。このとき、接続基板３０の伝送路３１の幅を０．０８ｍｍとし、伝送路３１の長さ方向に沿った中心線からグラウンド電極３５まで距離ｄを０．０８ｍｍとした。両側のグランド電極３５は、上述の中心線に対して等距離の対称構造とした。接続基板３０の材質は窒化アルミとした。ここで接続基板３０の厚さＴによる変調特性を比較するため、実施例１の場合と同様に、Ｔを０．０５～０．７５ｍｍの範囲で、０．１ｍｍ間隔で変化させた異なる基板を用いて、複数の光回路を作成した。
　作成したすべての光回路において、接続基板３０と、配線板２０および光変調光源チップ４０との間の接続に使用する金バンプ３２ａ、３２ｂ、３３は、直径を６０μｍ、高さを３０μｍとした。
　図５は、異なる基板厚さの接続基板を持つ光回路における変調周波数特性を示す図である。横軸に変調周波数（ＧＨｚ）、縦軸に変調出力特性の周波数応答を直流付近でのレベルで規格化してｄＢで示した。上述の異なる基板厚さＴ＝０．０５～０．７５（０．１間隔）を持つ９種類の光回路についての、変調周波数特性を比較して示している。図３に示した実施例１の変調周波数特性と概ね同様に、図５は、基板厚さＴによる変調周波数特性の依存性を示している。
　Ｔ＝０．０５ｍｍの場合では、伝送路３１の特性インピーダンスが低下したことで、高周波領域での応答レベルが低下して、変調周波数特性が全体的に劣化している。基板厚さＴが０．１５ｍｍ以上であれば、Ｔの値に関係なく、変調周波数特性の概形はほぼ同じであって重なっており、明瞭に区別できない。しかしながら、特定の周波数において、レベルが急変するリップルが観察された。具体的には、Ｔ＝０．４５、０．５５、０．６５、０．７５ｍｍでは、それぞれ周波数が１０５、９０、７７、６９ＧＨｚ付近で、基板共振によるリップルが発生している。これに対して、０．４ｍｍ以下のＴ＝０．１５、０．２５、０．３５ｍｍの場合では、変調周波数特性のリップルも見られない。
　図５に示した基板厚さＴをパラメータとした変調周波数特性からも、接続基板３０の基板厚さＴの下限を、伝送線路の長さ方向に沿った中心と同一面上のグラウンド電極との距離ｄ（０．０８ｍｍ）よりも大きくすれば良い。接続基板３０の基板厚さＴの上限についても、変調周波数特性にリップルが生じない０．４ｍｍ以下とすれば良い。光変調器チップ５０をＭＺ変調器５３で構成されたものとしても、接続基板３０の基板厚さＴの上述の上限および下限の範囲内で、安定して劣化の無い変調周波数特性が得られることが確かめられた。
　以上、詳細に述べたように、本開示の光回路によって、イーサネットなどにおける光変調器を含む装置の広帯域化と小型化を実現する。
　本発明は、光通信のためのネットワーク装置に利用できる。

Claims (6)

  1. 　外部からの高周波電気信号を受ける配線板と、
    　光変調器を含む光源チップと、
    　前記配線板および前記光源チップを搭載するサブキャリアと、
    　前記配線板の信号線および前記光源チップの変調入力端子の間を接続し、コプレーナ線路またはグラウンデッドコプレーナ線路の形状の伝送路を有する接続基板と
    　を備え、
    　前記伝送路の長さ方向に沿った中心線から、前記伝送路と同一面上のグラウンド電極までの距離をｄとするとき、前記接続基板の厚さＴは、
    ｄ ＜ Ｔ ＜ ０．４（ｍｍ）
    　を満たすことを特徴とする光回路。
  2. 　前記接続基板の材質は窒化アルミニウムであり、前記光源チップと同等の熱膨張係数を有している請求項１に記載の光回路。
  3. 　前記光源チップの材質はＩｎＰ基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の光回路。
  4. 　前記信号線および前記伝送路は５０Ωの特性インピーダンスに整合している請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
  5. 　前記信号線と前記伝送路との間、および、前記伝送路と前記変調入力端子との間は、それぞれバンプによって接続されている請求項１乃至４いずれかに記載の光回路。
  6. 　前記光源チップは、電界吸収型光変調器、マッハツェンダー干渉型光変調器または直接変調レーザである請求項１乃至５いずれかに記載の光回路。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004226769A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Hitachi Ltd 光送信装置
JP2017107920A (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 日本電信電話株式会社 半導体レーザ及び光半導体モジュール

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004226769A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Hitachi Ltd 光送信装置
JP2017107920A (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 日本電信電話株式会社 半導体レーザ及び光半導体モジュール

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEGUMI KANAZAWA, HIROSHI YAMAZAKI, YUTA UEDA, WATARU KOBAYASHI, YOSHIHIRO OGISO, TSUNESUKE OZAKI, TAKAHIKO SHINDO, SATOSHI TSUNASH: "CI-2-3 Ultra-high-speed optical semiconductor transmitter using flip-chip mounting technology", PROCEEDINGS OF THE 2019 IEICE GENERAL CONFERENCE (ELECTRONICS 1); 2019.03.19-22, 20 March 2019 (2019-03-20), JP , pages SS-20 - SS-21, XP009546537 *
SHIGERU KANAZAWA, FUJISAWA TAKESHI, TAKAHATA KIYOTO, ITO TOSHIO, UEDA YUTA, KOBAYASHI WATARU, ISHII HIROYUKI, SANJOH HIROAKI: "Flip-Chip Interconnection Lumped-Electrode EADFB Laser for 100-Gb/s/ Transmitter", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, IEEE, USA, vol. 27, no. 16, 15 August 2015 (2015-08-15), USA, pages 1699 - 1701, XP055354255, ISSN: 1041-1135, DOI: 10.1109/LPT.2015.2438076 *

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