WO2023275913A1 - 光半導体装置 - Google Patents

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WO2023275913A1
WO2023275913A1 PCT/JP2021/024280 JP2021024280W WO2023275913A1 WO 2023275913 A1 WO2023275913 A1 WO 2023275913A1 JP 2021024280 W JP2021024280 W JP 2021024280W WO 2023275913 A1 WO2023275913 A1 WO 2023275913A1
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light
semiconductor device
substrate
optical semiconductor
laser
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PCT/JP2021/024280
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光一 中村
敬太 望月
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
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    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices

Definitions

  • This application relates to an optical semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses an optical module that multiplexes and transmits/receives optical signals of four different wavelengths.
  • the optical module disclosed in Patent Literature 1 includes a transmission/reception integrated optical assembly in which a semiconductor laser and a semiconductor light receiving element are mounted in one package.
  • the semiconductor laser on the transmitting side and the semiconductor light receiving element on the receiving side are generally arranged in the plane of the same substrate.
  • a semiconductor laser on the transmission side and a semiconductor light receiving element on the reception side are also arranged in the plane of the same substrate.
  • the optical system on the transmission side and the optical system on the reception side are arranged without providing an optical shield such as a wall. In this structure, if stray light occurs in which light from the transmitting side leaks to the receiving side, this stray light may become noise and lead to deterioration of the characteristics of the receiving side.
  • the transmission side and the reception side operate independently. It is possible to provide a wall for shielding even in the same package.
  • the transmitting side local light source light
  • the signal light source and local light source are also used. In some cases, it is difficult to package the sender and receiver independently.
  • the transmitting side and the receiving side are arranged in one package, and the signal light source and the local light source are also used, due to the demand for further miniaturization of the package size, it is arranged horizontally. It is difficult to provide a space for arranging a wall that completely shields stray light between the transmitting side and the receiving side, and the wall is difficult to arrange.
  • the technology disclosed in the specification of the present application aims to prevent stray light from the transmitting side to the receiving side while being compact, even when performing digital coherent optical communication.
  • An example optical semiconductor device disclosed in the specification of the present application includes a semiconductor laser that outputs laser light and a semiconductor light receiving element that receives signal light from the outside mounted in a package, and performs digital coherent optical communication with the outside. It is a semiconductor device.
  • An optical semiconductor device includes a semiconductor laser mounted on the bottom of a package, a receiver for receiving signal light from the outside using local light source light, which is laser light output from the semiconductor laser, and a semiconductor light receiving element. a receiving unit mounting board on which the receiving unit is mounted. The receiving section is arranged on the surface opposite to the surface facing the semiconductor laser.
  • the receiving unit mounting substrate is a non-transmitting substrate through which laser light does not pass, has a light passing portion through which the local light source light output from the semiconductor laser passes, and has a bottom surrounded by the outer periphery of the package. It is covered with no gap or with a gap. If the receiver mounting board covers the bottom surrounded by the outer periphery of the package with a gap between it and the outer periphery, the length of the gap between the outer periphery of the package and the receiver mounting board is the length of the receiver mounting board. is less than or equal to the thickness of
  • An example of the optical semiconductor device disclosed in the specification of the present application includes a semiconductor laser that outputs laser light mounted on the bottom of a package, and the bottom surrounded by the outer periphery of the package has no or no gap between the bottom and the outer periphery. Since the receiver is mounted on the opposite side of the semiconductor laser on the receiver-mounted substrate covered in a certain state, even when performing digital coherent optical communication, stray light from the transmitter to the receiver is prevented despite its compact size. can do.
  • FIG. 1 is a diagram showing an optical semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. 3 is a diagram showing the bottom side of the package in the optical semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along the dashed line indicated by AA in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along the dashed line indicated by BB in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagram showing a substrate and a thermo-module on which a prism through which the transmitted light of FIG. 2 passes is arranged;
  • FIG. 2 is a diagram showing a light passing portion of the receiver mounting substrate of FIG. 1; It is a figure explaining the clearance gap of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the package according to Embodiment 1;
  • FIG. 3 is a diagram showing a receiving path of the optical semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a diagram showing a local light source optical path of the optical semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a diagram showing transmission paths of the optical semiconductor device according to Embodiment 1;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the receiver-mounted board according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the receiver-mounted board according to the first embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram showing an optical semiconductor device according to a second embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram showing an optical semiconductor device according to a third embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram showing an optical semiconductor device according to a fourth embodiment
  • FIG. 12 is a diagram showing the bottom side of the package in the optical semiconductor device according to the fourth embodiment
  • FIG. 17 is a cross-sectional view along the dashed line indicated by AA in FIG. 16
  • FIG. 17 is a cross-sectional view along the dashed line indicated by BB in FIG. 16
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of connection between the ground pattern of FIG. 17 and a receiving unit mounting substrate
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of connection between the ground pattern of FIG. 17 and a receiving unit mounting substrate
  • FIG. 12 is a diagram showing an optical semiconductor device according to Embodiment 5
  • FIG. 23 is a diagram showing a light passing portion of the receiver mounting substrate of FIG. 22
  • FIG. 24 is a diagram showing a cross section of the light transmitting portion of FIG. 23;
  • FIG. 1 is a diagram showing the optical semiconductor device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing the bottom side of the package in the optical semiconductor device according to the first embodiment
  • 3 is a cross-sectional view along the dashed line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along the dashed line BB of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a substrate and a thermo-module on which a prism through which transmitted light passes in FIG. 2 is arranged
  • FIG. 6 is a diagram showing a light passing portion of the receiver mounting substrate in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram explaining the gap in FIG. 1
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the package according to the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 includes a package 110, a receptacle 51 for outputting transmission light 25 to the outside, a receptacle 52 for inputting reception light 24, which is signal light from the outside, and a window for passing the transmission light 25 from the inside of the package 110 to the receptacle 51.
  • the transmitting unit 11 includes components used when receiving signal light in addition to components used when transmitting signal light.
  • the entire components mounted on 103 are expressed as a transmitter. Note that the receiving unit 10 includes only components used when receiving signal light.
  • the optical semiconductor device 100 includes a receiving section 10 including a semiconductor laser 21 that outputs laser light and a semiconductor light receiving element 22 that receives received light 24, which is signal light from the outside. Perform optical communication. In digital coherent optical communication, reception light 24 is received using local light source light 26 which is laser light output from semiconductor laser 21 .
  • local light source light 26 which is laser light output from semiconductor laser 21 .
  • the receiving unit 10 includes, for example, a prism 53, a polarization multiplexing/demultiplexing prism 54, a polarization rotating plate 55, a prism 56, three lenses 57, 58, 59, a 90-degree hybrid 91, a lens 60, a semiconductor light receiving element 22, and an amplifier. 92.
  • the transmitter 11 includes, for example, three thermomodules 71, 72, and 76, substrates 68, 65, and 77 arranged on the respective thermomodules 71, 72, and 76, a semiconductor laser 21 arranged on the substrate 77, a lens 69, and a substrate.
  • the receiver mounting board 30 is a non-transmissive board 37 through which laser light does not pass.
  • the material of the non-transmissive substrate 37 is a substance that does not transmit light, such as metal or ceramic.
  • the receiving unit mounting board 30 is a passing portion through which the received light 24 passes, and is a passing portion through which the local light source light 26 that is the laser light output from the semiconductor laser 21 passes. have.
  • the holes 12 and 13 pass through the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface.
  • the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 is the inner surface of the receiver mounting substrate 30
  • the surface of the receiver mounting substrate 30 opposite to the surface facing the semiconductor laser 21 is the receiver mounting substrate 30 .
  • the outer surface is the material of the non-transmissive substrate 37, that is, the base material of the substrate.
  • the receiver mounting substrate 30 is a metal substrate. If the material of the non-transmissive substrate 37, that is, the base material of the substrate, is ceramic, the receiver mounting substrate 30 is a ceramic substrate.
  • Package 110 is provided in outer peripheral portion 102 , bottom portion 103 , and extending inside outer peripheral portion 102 . It has a metal substrate connection pattern 105 connected by a conductive connection member 35 and an electrode pattern 106 electrically connected to the outside.
  • the substrate placement portion 104 is formed closer to the bottom portion 103 than the end of the outer peripheral portion farthest from the bottom portion 103 in the vertical direction of the bottom portion 103 , and is positioned inside the package 110 in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction of the bottom portion 103 .
  • a portion 102 is formed by stretching.
  • the board placement portion 104 can also be said to be part of the outer peripheral portion 102 .
  • Through the electrode pattern 106, the semiconductor element, thermo-module, etc. in the package 110 are connected to external equipment.
  • the receiver mounting substrate 30 covers the bottom 103 of the package 110 and covers the transmitter 11 including the semiconductor laser 21 mounted on the bottom 103 of the package 110 .
  • the optical semiconductor device 100 of the first embodiment can expand the mounting area inside the package 110 due to the three-dimensional arrangement structure. That is, the optical semiconductor device 100 of Embodiment 1 can be reduced in length in the direction perpendicular to the traveling directions of the received light 24 and the transmitted light 25, and can be made compact.
  • the surface of the outer peripheral portion 102 on the side not connected to the bottom portion 103 is substantially parallel to the bottom portion 103 . They are connected by a lid (not shown), and the inside is sealed by the lid.
  • substantially parallel includes not only complete parallelism but also permissible angular misalignment.
  • the prisms 14, 15, 53, 56, and 67 are parts that change the traveling direction of light such as laser light.
  • the polarization multiplexing/demultiplexing prisms 54 and 64 are prisms for multiplexing and demultiplexing X-polarized light and Y-polarized light.
  • the polarization rotating plates 55 and 66 are plate-like components that change the direction of polarization.
  • Lenses 57, 58, 59, 60, and 69 are components that reduce the beam diameter of light such as laser light.
  • Windows 62 and 63 are glass parts through which signal light passes.
  • the substrates 65, 68, and 77 are plate-shaped components that adjust the height of the mounted components.
  • the thermomodules 71, 72, and 76 are temperature control parts, such as Peltier elements. The thermomodules 71, 72, and 76 stably maintain the frequency of the laser light output from the semiconductor laser 21 arranged on the substrates 68, 65, and 77, the characteristics of the prisms
  • the 90-degree hybrid 91 is a component for synthesizing the signal light and the local light source light (reference wave) to obtain an optical output according to the polarization.
  • the signal light modulation method is the QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) method
  • the 90-degree hybrid 91 outputs four signal lights.
  • the semiconductor light-receiving element 22 has four light-receiving portions 23 that respectively receive the four signal lights output from the 90-degree hybrid 91 .
  • the semiconductor light receiving element 22 is, for example, a waveguide photodiode.
  • Amplifier 92 amplifies the four signals output from semiconductor light receiving element 22 .
  • the receptacles 51 and 52 are arranged on the same side of the outer peripheral portion 102 .
  • the area between the dashed lines 81a and 81b is the board placement portion 104 provided on the outer peripheral portion 102 on the side opposite to the receptacles 51 and 52.
  • a substrate placement portion 104 is also formed inside the outer peripheral portion 102 in the direction perpendicular to the traveling directions of the received light 24 and the transmitted light 25, and the cross section of this portion is shown in FIG.
  • the side of the receptacles 51 and 52 is referred to as the front side
  • the side opposite to the receptacles 51 and 52 is referred to as the rear side. 1 and 2 are referred to as front as appropriate.
  • the electrode pattern 106 is omitted, and the holes 12 and 13 are shown in white.
  • 3 and 4 show an example in which the bottom 103 of the package 110 and the receiver mounting substrate 30 are substantially parallel.
  • FIG. 6 shows the main part including the holes 12 and 13 which are the two light passing parts on the front side of the receiving part mounting substrate 30 .
  • the left side of FIG. 6 is the front side of the optical semiconductor device 100
  • the right side of FIG. 6 is the rear side of the optical semiconductor device 100 .
  • Prism 53 is arranged to cover hole 12
  • prism 56 is arranged to cover hole 13 .
  • the prism 14 is arranged on the substrate 68 so as to include the center axis of the hole 12, that is, the center axis 41 of the front light passage portion.
  • the prism 15 is arranged on the substrate 68 so as to include the central axis of the hole 13 , that is, the central axis 42 of the light passing portion on the rear side of the hole 12 .
  • Prisms 53 and 14 are arranged so as to include central axis 41 .
  • prism 56 and prism 15 are arranged to include central axis 42 .
  • FIG. 1 shows an example in which there is a gap 43 between the receiver mounting substrate 30 and the outer peripheral portion 102 of the package 110 .
  • the optical semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is an example in which the receiver mounting substrate 30 covers most of the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 of the package 110. That is, the bottom portion surrounded by the outer peripheral portion 102 of the package 110 103 is covered with a gap 43 from the outer peripheral part 102 and a gap 43 that allows the transmission part 11 and the reception part 10 to communicate with each other. Even in this case, as shown in FIG.
  • the gap length d which is the length of the gap 43 between the outer peripheral portion 102 of the package 110 and the receiver-mounting board 30, is less than the board thickness h, which is the thickness of the receiver-mounting board 30. It is good if it is.
  • a broken line 82a indicates the position of the inner surface of the outer peripheral portion 102 of the package 110, and a broken line 82b indicates the position of the side surface of the receiver mounting board 30 facing the outer peripheral portion 102 of the package 110.
  • the components mounted on the bottom portion 103 of the package 110 allow the laser light output from the semiconductor laser 21 to follow the optical path during reception and transmission, which will be described later. Even if stray light is generated by deviating from the gap 43, the stray light disappears without reaching the receiving side because the component arrangement in which the stray light travels directly to the gap 43 is not adopted.
  • the receiver mounting substrate 30 covers most of the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 of the package 110, the length of the gap 43 between the outer peripheral portion 102 of the package 110 and the receiver mounting substrate 30 ( It is sufficient that the gap length d) is equal to or less than the thickness of the receiver mounting board 30 (board thickness h).
  • FIG. 8 Another package 110 shown in FIG. 8 is an example in which a substrate placement portion 104 is provided in a portion inside the outer peripheral portion 102 of the package 110 where the windows 62 and 63 are not placed.
  • the bottom portion 103 surrounded by 102 is covered with no gap 43 between the outer peripheral portion 102 and the transmitting portion 11 and the receiving portion 10 communicating with each other.
  • the degree of freedom in arranging components mounted on the bottom portion 103 of the package 110 can be increased.
  • FIG. 9 shows the reception path of the reception unit 10.
  • the prisms 14 and 15 mounted on the bottom portion 103 of the package 110 are indicated by broken lines, and the window 63 located opposite the prisms 14 and 15 is indicated by a broken line window 63a.
  • FIG. 10 shows the receiving path of the received light 24 and the optical path of the local light source light 26 used for reception in the transmitter 11 mounted on the bottom 103 of the package 110 .
  • the prisms 53 and 56 mounted on the receiver mounting board 30 are indicated by dashed lines.
  • FIG. 11 shows the transmission path of the transmitter 11 mounted on the bottom 103 of the package 110. As shown in FIG.
  • the received light 24 passes through the window 63 and enters the prism 14 along the optical path s1.
  • the received light 24 is reflected by the prism 14 toward the hole 12 side of the receiver mounting substrate 30 , passes through the hole 12 , and enters the prism 53 along the optical path s 2 .
  • a part of the received light 24, for example, the X-polarized signal light passes through the polarization multiplexing/demultiplexing prism 54 and enters the lens 59 as indicated by the optical path s3.
  • Local light source light 26 which is laser light output from the semiconductor laser 21, passes through the lens 69 and enters the prism 67 along the optical path a1.
  • the local light source light 26 is reflected by the prism 67 and enters the prism 15 along the optical path a2.
  • the local light source light 26 is reflected by the prism 15 toward the hole 13 side of the receiver-mounting substrate 30 and enters the prism 56 through the hole 13 , as indicated by the optical path a ⁇ b>3 .
  • the local light source light 26 enters the lens 58 along the optical path a4.
  • the X-polarized signal light of the received light 24 enters the 90-degree hybrid 91 from the lens 59 along an optical path s6.
  • the Y-polarized signal light of the received light 24 enters the 90-degree hybrid 91 from the lens 57 along an optical path s5.
  • the local light source light 26 enters the 90-degree hybrid 91 from the lens 58 along the optical path a5.
  • the 90-degree hybrid 91 outputs an in-phase component signal light XI and a quadrature component signal light XQ in the X-polarized wave of the received light 24 based on the X-polarized signal light of the received light 24 and the local light source light 26 .
  • the in-phase component signal light XI and the quadrature component signal light XQ in the X-polarized wave of the received light 24 pass through the lens 60 and reach the two light receiving portions 23 of the semiconductor light receiving element 22, respectively, as indicated by optical paths s10 and s9. Incident.
  • the 90-degree hybrid 91 converts the signal light YI of the in-phase component and the signal light YQ of the quadrature component in the Y-polarized wave of the received light 24 based on the Y-polarized signal light of the received light 24 and the local light source light 26. Output.
  • the signal light YI of the in-phase component and the signal light YQ of the quadrature component in the Y-polarized wave of the received light 24 pass through the lens 60 to the two light receiving portions 23 of the semiconductor light receiving element 22 as shown by optical paths s8 and s7, respectively. Incident.
  • the first light receiving portion 23 receives the signal light XI of the received light 24
  • the second light receiving portion 23 receives the signal light XQ of the received light 24
  • the third light receiving portion 23 receives the signal light YI of the received light 24
  • the fourth light receiving portion 23 receives the signal light YQ of the received light 24 .
  • the semiconductor laser 21 When the optical semiconductor device 100 outputs the transmission light 25, the semiconductor laser 21 outputs signal light, which is laser light before modulation.
  • the signal light before modulation output from the semiconductor laser 21 passes through the lens 69 and enters the laser light processor 95 along an optical path t1.
  • the laser light processor 95 processes the signal light TX for the X polarization, the signal light for the Y polarization modulated based on the four modulation signals TXI, TXQ, TYI, TYQ. output a signal light TY for The X-polarized signal light TX enters the polarization multiplexing/demultiplexing prism 64 along an optical path t2.
  • the Y-polarized signal light TY passes through the polarization rotating plate 66 and enters the polarization multiplexing/demultiplexing prism 64 along an optical path t3.
  • the transmission light 25 obtained by combining the signal light TX and the signal light TY at the polarization multiplexing/demultiplexing prism 64 passes through the window 62 and is output from the receptacle 51 to the outside, along the optical path t4.
  • the X-polarized signal light TX and the Y-polarized signal light TY are combined by the polarization multiplexing/demultiplexing prism 64 .
  • the laser light processor 95 for outputting two signal lights to be combined with the transmission light 25 is omitted.
  • the laser light processor 95 may include, for example, a waveguide through which the local light source light 26 passes. In this case, the local light source light 26 that has passed through the waveguide of the laser light processor 95 enters the prism 67 .
  • the receiver Even if the laser light output from the semiconductor laser is reflected by the parts of the transmitter 11 and light along paths different from the light paths a1, a2, a3, t1, t2, and t3, that is, stray light is generated, the receiver is mounted.
  • Substrate 30 becomes a physical shield. Therefore, in the optical semiconductor device 100 of the first embodiment, the stray light is reflected by the receiver mounting substrate 30, so that the stray light does not leak to the receiver 10 opposite to the transmitter 11 with the receiver mounting substrate 30 interposed therebetween. Therefore, deterioration of the optical characteristics of the received light 24 can be prevented.
  • the semiconductor laser on the transmission side and the semiconductor light receiving element on the reception side are mounted on the same plane on the same substrate.
  • the transmitting section 11 including the semiconductor laser 21 and the receiving section 10 including the semiconductor light receiving element 22 are arranged with the receiving section mounting substrate 30 interposed therebetween.
  • the receiving unit mounting substrate 30 can prevent electrical noise from the transmitting unit 11 side from leaking to the receiving unit 10 side.
  • the effect of preventing leakage of electrical noise to the receiver 10 side can be enhanced more than when the receiver mounting board 30 is a ceramic board. Since the semiconductor light receiving element 22 and the amplifier 92 are formed on the insulating substrate, they can operate even if they are mounted on the receiving section mounting substrate 30 of a metal substrate. If the semiconductor light receiving element 22 and the amplifier 92 are not formed on an insulating substrate, an insulating substrate such as alumina or aluminum nitride is interposed between the substrate 30 and the metal substrate.
  • the integrated transmission/reception optical assembly of Patent Document 1 when a wall is arranged between the transmission side and the reception side, a wall is placed between the lid and the wall in order to prevent interference between the package and the lid that seals the package.
  • a gap must be provided in the The gap between the lid and the wall is elongated in the longitudinal direction of the package, i.e. parallel to the transmitted light and the received light. This results in a structure in which stray light easily leaks through the gap between the two.
  • the transmitting section 11 including the semiconductor laser 21 and the receiving section 10 including the semiconductor light receiving element 22 are arranged with the receiving section mounting substrate 30 interposed therebetween. Stray light from the transmitting side to the receiving side can be prevented.
  • the receiver mounting board 30 and the outer periphery 102 of the package 110 are separated from each other. Since a component arrangement in which stray light travels directly between them is not adopted, even if stray light is generated, the stray light disappears without reaching the receiving side.
  • the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting board 30 is not limited to a flat surface, and may have a plurality of concave portions 38 on the surface facing the semiconductor laser 21 as shown in FIGS. 12 and 13 .
  • a convex portion 39 is formed between adjacent concave portions 38 .
  • the concave portion 38 shown in FIG. 12 is an example of uneven depth and shape
  • the concave portion 38 shown in FIG. 13 is an example of uniform depth and shape.
  • the concave portion 38 formed in the receiver mounting substrate 30 can attenuate the light of the same frequency as the local light source light 26 by multiple reflection. Therefore, in the optical semiconductor device 100 of the first embodiment, which includes the receiver mounting substrate 30 having a plurality of recesses 38 formed on the surface facing the semiconductor laser 21, the recesses 38 are formed on the surface facing the semiconductor laser 21. The effect of preventing stray light from the transmitting side to the receiving side can be enhanced as compared with the optical semiconductor device 100 of the first embodiment having the receiver mounting substrate 30 that is not connected.
  • the semiconductor laser 21 that outputs laser light and the semiconductor light receiving element 22 that receives signal light (received light 24) from the outside are mounted in the package 110.
  • the optical semiconductor device 100 of the first embodiment includes a semiconductor laser 21 mounted on a bottom portion 103 of a package 110, and a local light source which is laser light output from the semiconductor laser 21 for signal light (received light 24) from the outside.
  • a receiving section 10 that receives light using light 26 and a receiving section mounting board 30 on which the receiving section 10 including the semiconductor light receiving element 22 is mounted are provided.
  • the receiver 10 is arranged on the surface opposite to the surface facing the semiconductor laser 21 .
  • the receiver mounting board 30 is a non-transmissive board 37 through which laser light does not pass, has a light passing part (hole 13 ) through which the local light source light 26 output from the semiconductor laser 21 passes, and is mounted on the package 110 .
  • the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 is covered with no gap 43 with the outer peripheral portion 102 or with a gap 43 therebetween.
  • the length of the gap 43 (gap length d) is equal to or less than the thickness of the receiver mounting board 30 (board thickness h).
  • the semiconductor laser 21 that outputs laser light is mounted on the bottom portion 103 of the package 110, and the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 of the package 110 is the outer peripheral portion. Since the receiving section 10 is mounted on the side opposite to the semiconductor laser 21 in the receiving section mounting substrate 30 covered with no gap 43 or with the gap 43 from the 102, even when digital coherent optical communication is performed, the size can be reduced. However, stray light from the transmitting side to the receiving side can be prevented.
  • FIG. 14 shows an optical semiconductor device according to the second embodiment.
  • the cross-sectional view shown in FIG. 14 corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 of the second embodiment differs from the first embodiment in that the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting substrate 30 and the surface opposite to this surface. It differs from the optical semiconductor device 100 .
  • the parts different from the optical semiconductor device 100 of the first embodiment will be mainly described.
  • the receiver mounting board 30 of the second embodiment includes a non-transmissive board 37 and metal plating layers 31 formed on the inner and outer side surfaces of the non-transmissive board 37 . Openings 33 are formed in the metal plating layer 31 at the portions of the holes 12 and 13 .
  • the material of the non-transmissive substrate 37 is a substance that does not transmit light, such as metal or ceramic. The received light 24 passes through the opening 33 and the hole 12 on the inner surface of the receiver mounting substrate 30 and the opening 33 on the outer surface of the receiver mounting substrate 30 and is input from the transmitter 11 to the receiver 10 .
  • the local light source light 26 passes through the opening 33 and the hole 13 on the inner surface of the receiver mounting substrate 30 and the opening 33 on the outer surface of the receiver mounting substrate 30 and is input from the transmitter 11 to the receiver 10 .
  • the electrode pattern 106 is omitted, and the holes 12 and 13 and the opening 33 are shown in white.
  • the metal plating layer 31 is formed on the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface. The effect of preventing electrical noise from the transmitting section 11 side to the receiving section 10 side can be enhanced as compared with the receiving section mounting substrate 30 of a ceramic substrate.
  • the optical semiconductor device 100 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the metal plating layer 31 is formed on the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface. Since it has the same structure as the optical semiconductor device 100, it is possible to prevent stray light from the transmitting side to the receiving side in spite of its small size even when performing digital coherent optical communication, like the optical semiconductor device 100 of the first embodiment. be able to. Similar to the optical semiconductor device 100 of the first embodiment, the optical semiconductor device 100 of the second embodiment bounces back stray light from the receiver mounting substrate 30 , so that the receiver mounting substrate 30 is disposed opposite to the transmitter 11 . Stray light does not leak to the receiving unit 10 on the side, and deterioration of the optical characteristics of the received light 24 can be prevented.
  • FIG. 14 shows an example in which the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting substrate 30 and the surface opposite to this surface. It is sufficient that the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the 21 .
  • the optical semiconductor device 100 of the second embodiment which includes the receiver mounting substrate 30 having the metal plating layer 31 formed on the inner surface, that is, the surface facing the semiconductor laser 21, also has the metal plating layer 31 formed on the inner surface and the outer surface. The same effects as those of the optical semiconductor device 100 according to the second embodiment having the receiver mounting substrate 30 having the above structure can be obtained.
  • FIG. 15 shows an optical semiconductor device according to the third embodiment.
  • the cross-sectional view shown in FIG. 15 corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 of the third embodiment has a black plating layer 32 formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting substrate 30 and the surface opposite to this surface. It differs from the optical semiconductor device 100 .
  • the parts different from the optical semiconductor device 100 of the first embodiment will be mainly described.
  • the receiver mounting board 30 of the third embodiment includes a non-transmissive board 37 and black plating layers 32 formed on the inner and outer side surfaces of the non-transmissive board 37 .
  • the black plated layer 32 is, for example, a plated layer of nickel (Ni) or chromium (Cr). Openings 33 are formed in the black plating layer 32 at the portions of the holes 12 and 13 .
  • the material of the non-transmissive substrate 37 is a substance that does not transmit light, such as metal or ceramic.
  • the received light 24 passes through the opening 33 and the hole 12 on the inner surface of the receiver mounting substrate 30 and the opening 33 on the outer surface of the receiver mounting substrate 30 and is input from the transmitter 11 to the receiver 10 .
  • the local light source light 26 passes through the opening 33 and the hole 13 on the inner surface of the receiver mounting substrate 30 and the opening 33 on the outer surface of the receiver mounting substrate 30 and is input from the transmitter 11 to the receiver 10 .
  • the electrode pattern 106 is omitted, and the holes 12 and 13 and the opening 33 are shown in white.
  • the black plated layer 32 absorbs laser light output from the semiconductor laser 21 . Therefore, even if stray light is generated, the stray light is absorbed by the black plated layer 32 of the receiver mounting substrate 30, so that stray light from the transmission side to the reception side can be prevented.
  • the black plating layer 32 is formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting substrate 30 and the surface opposite to this surface, so that the receiving unit mounting of the ceramic substrate is possible. Compared to the substrate 30, the effect of preventing electrical noise from the transmitting section 11 side to the receiving section 10 side can be enhanced.
  • the optical semiconductor device 100 of the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a black plating layer 32 is formed on the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface. Since it has the same structure as the optical semiconductor device 100, it is possible to prevent stray light from the transmitting side to the receiving side in spite of its small size even when performing digital coherent optical communication, like the optical semiconductor device 100 of the first embodiment. be able to.
  • the black plating layer 32 of the receiver mounting substrate 30 absorbs stray light. Stray light does not leak to the receiving section 10 on the opposite side of the section 11, and deterioration of the optical characteristics of the received light 24 can be prevented.
  • FIG. 15 shows an example in which the black plating layer 32 is formed on the surface of the receiver mounting substrate 30 facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface. It is sufficient that the black plating layer 32 is formed on the surface facing the 21 .
  • the optical semiconductor device 100 of the third embodiment which includes the receiver mounting board 30 having the black plating layer 32 formed on the inner surface, that is, the surface facing the semiconductor laser 21, also has the black plating layer 32 formed on the inner surface and the outer surface. The same effects as those of the optical semiconductor device 100 of the third embodiment having the receiver mounting board 30 having the above structure are obtained.
  • Embodiment 4. 16 is a diagram showing an optical semiconductor device according to the fourth embodiment
  • FIG. 17 is a diagram showing the bottom side of the package in the optical semiconductor device according to the fourth embodiment
  • 18 is a cross-sectional view along the dashed line AA of FIG. 16
  • FIG. 19 is a cross-sectional view along the dashed line BB of FIG. 20 and 21 are diagrams showing examples of connection between the ground pattern of FIG. 17 and the receiver mounting substrate.
  • the electrode pattern 106 is omitted, and the holes 12 and 13 are shown in white.
  • a metal ground pattern 108 that is the ground potential of the optical semiconductor device is formed in the substrate placement portion 104 of the package 110, and the receiver mounting substrate 30 is conductively connected. It differs from the optical semiconductor device 100 of Embodiments 1 to 3 in that it is connected to the ground pattern 108 by the member 35 .
  • the parts different from the optical semiconductor device 100 of the first embodiment will be mainly described.
  • the metal substrate connection pattern 105 in the optical semiconductor device 100 of the first embodiment is the ground potential of the optical semiconductor device.
  • the distance from the transmitting section 11 side to the receiving section 10 side is higher than that of the optical semiconductor device 100 of the first embodiment. It is possible to enhance the effect of preventing electrical noise to
  • the conductive connecting member 35 is, for example, solder or conductive adhesive.
  • FIG. 20 shows an example of connection between the ground pattern 108 of the package 110 and the receiver mounting board 30 when the conductive connection member 35 is solder 16 .
  • FIG. 21 shows an example of connection between the ground pattern 108 of the package 110 and the receiver mounting board 30 when the conductive connecting member 35 is the conductive adhesive 17 .
  • the conductive connection member 35 in the optical semiconductor device 100 of Embodiments 1 to 3 is also, for example, solder or conductive adhesive.
  • the optical semiconductor device 100 of the fourth embodiment has the same structure as the optical semiconductor device 100 of the first embodiment except that the receiver mounting substrate 30 is connected to the ground pattern 108 of the package 110 by the conductive connection member 35.
  • the optical semiconductor device 100 of the fourth embodiment bounces stray light from the receiver mounting substrate 30, thereby forming a light beam opposite to the transmitter 11 with the receiver mounting substrate 30 interposed therebetween. Stray light does not leak to the receiving unit 10 on the side, and deterioration of the optical characteristics of the received light 24 can be prevented.
  • optical semiconductor device 100 of the fourth embodiment provided with the receiver mounting board 30 of the second embodiment has the same effect as the optical semiconductor device 100 of the second embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 of the fourth embodiment provided with the receiver mounting board 30 of the third embodiment has the same effect as the optical semiconductor device 100 of the third embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing an optical semiconductor device according to Embodiment 5.
  • FIG. 23 is a diagram showing a light transmitting portion of the receiver mounting substrate of FIG. 22, and
  • FIG. 24 is a diagram showing a cross section of the light transmitting portion of FIG.
  • the cross-sectional view shown in FIG. 22 corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 of the fifth embodiment differs from the optical semiconductor device 100 of the second embodiment in that the base material of the receiver mounting substrate 30, which is a non-transmissive substrate through which laser light does not pass, is a glass substrate .
  • the parts different from the optical semiconductor device 100 of the second embodiment will be mainly described.
  • the glass substrate 36 has a high degree of flatness, and it is possible to improve the placement accuracy of the parts to be mounted. Further, since the glass substrate 36 is easy to mold, it can be manufactured at a lower cost than metal substrates and ceramic substrates.
  • the receiver mounting board 30 of the fifth embodiment includes a glass substrate 36 and metal plating layers 31 formed on the inner and outer surfaces of the glass substrate 36 .
  • the metal plating layer 31 is formed on the light transmitting portion 18 of the glass substrate 36, which is the light transmitting portion through which the received light 24 passes, and the light transmitting portion 19 of the glass substrate 36, which is the light transmitting portion through which the local light source light 26 passes.
  • An opening 33 is formed in the portion of .
  • FIG. 23 shows an example in which the opening 33 is circular.
  • FIG. 24 shows a cross section of the light transmitting portion 18 through which the received light 24 passes.
  • the opening 33 is formed between the dashed lines 83a and 83b, and the light transmitting portion 18 is formed between the dashed lines 83a and 83b in the glass substrate .
  • the light transmission portion 18 is the portion of the glass substrate 36 exposed by the opening 33 .
  • the light transmitting portion 19 through which the local light source light 26 passes also has the same structure as the light transmitting portion 18 .
  • the electrode pattern 106 is omitted, and the openings 33 and the light-transmitting portions exposed by the openings 33 are shown in white.
  • the received light 24 is input from the transmitter 11 to the receiver 10 through the opening 33 on the inner side of the receiver mounting board 30 , the light transmitting section 18 , and the opening 33 on the outer side of the receiver mounting board 30 .
  • the local light source light 26 is input from the transmitter 11 to the receiver 10 through the opening 33 on the inner side of the receiver mounting board 30, the light transmitting section 19, and the opening 33 on the outer side of the receiver mounting board 30.
  • the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting board 30 and the surface opposite to this surface. An effect similar to that of the semiconductor device 100 can be obtained.
  • the receiver mounting board 30 may have a black plated layer 32 instead of the metal plated layer 31 .
  • the receiver mounting substrate 30 of the fifth embodiment which includes the black plating layers 32 formed on the inner and outer surfaces of the glass substrate 36, has the same effect as the optical semiconductor device 100 of the third embodiment.
  • FIG. 22 shows an example in which the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the semiconductor laser 21 of the receiver mounting substrate 30 and the surface opposite to this surface. It is sufficient that the metal plating layer 31 is formed on the surface facing the 21 .
  • the optical semiconductor device 100 of the fifth embodiment which includes the receiver mounting substrate 30 having the metal plating layer 31 formed on the inner surface, that is, the surface facing the semiconductor laser 21, also has the metal plating layer 31 formed on the inner surface and the outer surface. The same effects as those of the optical semiconductor device 100 of the fifth embodiment having the receiver mounting board 30 having the above structure are obtained.
  • the semiconductor laser 21 that outputs laser light and the semiconductor light receiving element 22 that receives signal light (received light 24) from the outside are mounted in the package 110.
  • the optical semiconductor device 100 of the fifth embodiment includes a semiconductor laser 21 mounted on the bottom portion 103 of the package 110 and a local light source which is laser light output from the semiconductor laser 21 for signal light (received light 24) from the outside.
  • a receiving section 10 that receives light using light 26 and a receiving section mounting board 30 on which the receiving section 10 including the semiconductor light receiving element 22 is mounted are provided.
  • the receiver 10 is arranged on the surface opposite to the surface facing the semiconductor laser 21 .
  • the receiver mounting board 30 is a non-transmissive board through which laser light does not pass, and has a light passing part (light transmitting part 19 ) through which the local light source light 26 output from the semiconductor laser 21 passes.
  • the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 is covered with no gap 43 with the outer peripheral portion 102 or with a gap 43 therebetween.
  • the receiver mounting board 30 covers the bottom 103 surrounded by the outer periphery 102 of the package 110 with a gap 43 between the outer periphery 102 and the outer periphery 102 , the outer periphery 102 of the package 110 and the receiver mounting board 30 may be separated from each other.
  • the length of the gap 43 (gap length d) is equal to or less than the thickness of the receiver mounting board 30 (board thickness h).
  • the base material of the receiver mounting board 30, which is a non-transmissive board is a glass substrate 36 through which laser light is transmitted.
  • the receiver mounting board 30 has metal plating layers formed on the surface facing the semiconductor laser 21 and the surface opposite to this surface, and having openings 33 through which the local light source light 26 output from the semiconductor laser 21 passes. .
  • a light passing portion (light transmitting portion 19 ) through which the local light source light passes is a portion of the glass substrate exposed by the opening 33 .
  • the optical semiconductor device 100 of Embodiment 5 has the semiconductor laser 21 that outputs a laser beam mounted on the bottom portion 103 of the package 110, and the bottom portion 103 surrounded by the outer peripheral portion 102 of the package 110 is the outer peripheral portion. Since the receiving section 10 is mounted on the side opposite to the semiconductor laser 21 in the receiving section mounting board 30 covered with no gap 43 or with the gap 43 from the receiving section 102, even when digital coherent optical communication is performed, the size can be reduced. However, stray light from the transmitting side to the receiving side can be prevented.
  • the optical semiconductor device 100 for performing digital coherent optical communication has been described.
  • the three-dimensional arrangement structure in which the receiving section 10 including the semiconductor light receiving element 22 for receiving V.24 is arranged with the receiving section mounting substrate 30 in between is also applicable to the optical semiconductor device 100 when performing optical communication different from digital coherent optical communication. can.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Receiving part 13... Hole (light-passing part) 19... Light-transmitting part (light-passing part) 21... Semiconductor laser 22... Semiconductor light receiving element 24... Received light 26... Local light source light 30... Receiver mounting substrate 31 Metal plating layer 32 Black plating layer 33 Opening 35 Conductive connecting member 36 Glass substrate 37 Non-transmissive substrate 38 Concave portion 43 Gap 100 Light Semiconductor device 110 Package 102 Outer peripheral portion 103 Bottom portion 104 Substrate placement portion 105 Substrate connection pattern 108 Ground pattern d Gap length h Substrate thickness

Landscapes

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Abstract

光半導体装置（１００）は、パッケージ（１１０）の底部（１０３）に搭載された半導体レーザ（２１）と、外部からの信号光（２４）をレーザ（２１）から出力された局発光源光（２６）を用いて受信する受信部（１０）と、半導体受光素子（２２）を含む受信部（１０）が搭載された受信部搭載基板（３０）と、を備えている。受信部（１０）はレーザ（２１）と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板（３０）は、非透過基板であり、レーザ（２１）が出力する局発光源光（２６）が通過する光通過部（１３）を有しており、かつパッケージ（１１０）の外周部（１０２）で囲まれた底部（１０３）を覆っている。

Description

光半導体装置
　本願は、光半導体装置に関するものである。
　特許文献１には、４つの異なる波長の光信号を多重化して送受信する光モジュールが開示されている。特許文献１の光モジュールは半導体レーザ、半導体受光素子を１つのパッケージに搭載した送受一体型光アセンブリを備えている。
特開２０１６-１９７６３５号公報（図２）
　半導体レーザ、半導体受光素子を１つのパッケージに搭載した光半導体装置は、一般的に送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の平面内に配置されている。特許文献１の送受一体型光アセンブリも、送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の平面内に配置されている。また、特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側の光学系と受信側の光学系とが壁などの光学的遮蔽を設けることなく配置されている。この構造では送信側の光が受信側に漏れる迷光が発生した場合には、この迷光がノイズになり受信側の特性劣化につながる可能性がある。
　特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側と受信側とが独立して動作するので、送信側の迷光が受信側へ漏れないようにするために、それぞれ独立のパッケージにしたり、双方搭載した同一パッケージにおいても遮蔽のための壁を設けたりすることが可能である。しかしながら、昨今のデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置では、受信の際に送信側の光（局発光源光）を受信側に送る必要があり、信号光源と局発光源とが兼用されている場合には、送信側と受信側とを独立したパッケージにすることは困難である。また一つのパッケージに送信側と受信側とが配置されており、信号光源と局発光源とが兼用されている場合に、更なるパッケージサイズの小型化への要求から、水平方向に配置された送信側と受信側との間に迷光を完全に遮蔽する壁を配置するスペースを設けることが困難であり、壁の配置が困難である。
　本願明細書に開示される技術は、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することを目的とする。
　本願明細書に開示される一例の光半導体装置は、レーザ光を出力する半導体レーザ及び外部からの信号光を受信する半導体受光素子がパッケージに搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。光半導体装置は、パッケージの底部に搭載された半導体レーザと、外部からの信号光を半導体レーザから出力されたレーザ光である局発光源光を用いて受信する受信部と、半導体受光素子を含む受信部が搭載された受信部搭載基板と、を備えている。受信部は半導体レーザに対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板は、レーザ光が透過しない非透過基板であり、半導体レーザが出力する局発光源光が通過する光通過部を有しており、かつパッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っている。受信部搭載基板がパッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間がある状態で覆っている場合は、パッケージの外周部と受信部搭載基板との隙間の長さが受信部搭載基板の厚み以下である。
　本願明細書に開示される一例の光半導体装置は、レーザ光を出力する半導体レーザがパッケージの底部に搭載されており、パッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っている受信部搭載基板における半導体レーザと反対側に受信部が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。
実施の形態１に係る光半導体装置を示す図である。 実施の形態１に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。 図１のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図である。 図１のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。 図２の送信光が通過するプリズムが配置された基板及びサーモモジュールを示す図である。 図１の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。 図１の隙間を説明する図である。 実施の形態１に係るパッケージの他の例を示す図である。 実施の形態１に係る光半導体装置の受信経路を示す図である。 実施の形態１に係る光半導体装置の局発光源光経路を示す図である。 実施の形態１に係る光半導体装置の送信経路を示す図である。 実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。 実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。 実施の形態２に係る光半導体装置を示す図である。 実施の形態３に係る光半導体装置を示す図である。 実施の形態４に係る光半導体装置を示す図である。 実施の形態４に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。 図１６のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図である。 図１６のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。 図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。 図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。 実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。 図２２の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。 図２３の光透過部の断面を示す図である。
実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る光半導体装置を示す図であり、図２は実施の形態１に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。図３は図１のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図であり、図４は図１のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。図５は図２の送信光が通過するプリズムが配置された基板及びサーモモジュールを示す図であり、図６は図１の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。図７は図１の隙間を説明する図であり、図８は実施の形態１に係るパッケージの他の例を示す図である。図９は実施の形態１に係る光半導体装置の受信経路を示す図であり、図１０は実施の形態１に係る光半導体装置の局発光源光経路を示す図である。図１１は、実施の形態１に係る光半導体装置の送信経路を示す図である。図１２及び図１３は、実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。光半導体装置１００は、パッケージ１１０、送信光２５を外部に出力するレセプタクル５１、外部からの信号光である受信光２４を入力するレセプタクル５２、パッケージ１１０内部からレセプタクル５１へ送信光２５を通過させる窓６２、レセプタクル５２からパッケージ１１０内部へ受信光２４を通過させる窓６３、半導体受光素子２２を含む受信部１０、受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０、半導体レーザ２１を含んでおり、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１を備えている。なお、送信部１１は信号光を送信する際に用いる部品以外に信号光を受信する際に用いる部品を備えているが、信号光を送信する際に用いる部品を備えているのでパッケージ１１０の底部１０３に搭載された部品全体を送信部と表現した。なお、受信部１０は信号光を受信する際に用いる部品のみを備えている。
　光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う。デジタルコヒーレント光通信は、受信光２４を受信する際に半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する。本願明細書では、外部に送信する信号光である送信光２５を出力する信号光源と受信光２４を受信する際に用いるレーザ光を出力する局発光源とを兼用している例を説明する。
　受信部１０は、例えば、プリズム５３、偏波合分波プリズム５４、偏波回転板５５、プリズム５６、３つのレンズ５７、５８、５９、９０度ハイブリッド９１、レンズ６０、半導体受光素子２２、増幅器９２を備えている。送信部１１は、例えば、３つのサーモモジュール７１、７２、７６、各サーモモジュール７１、７２、７６に配置された基板６８、６５、７７、基板７７に配置された半導体レーザ２１、レンズ６９、基板６５に配置されたプリズム６７、偏波回転板６６、偏波合分波プリズム６４、基板６８に配置された２つのプリズム１４、１５を備えている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板３７である。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信部搭載基板３０は、受信光２４を通過させる通過部であり、貫通した孔１２、半導体レーザ２１が出力するレーザ光である局発光源光２６を通過させる通過部であり、貫通した孔１３を有している。孔１２、１３は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面とこの面と反対側の面を貫通している。適宜、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面を受信部搭載基板３０の内側面、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面を受信部搭載基板３０の外側面と表現する。非透過基板３７の材料すなわち基板の基材が金属の場合、受信部搭載基板３０は金属基板である。非透過基板３７の材料すなわち基板の基材がセラミックの場合、受信部搭載基板３０はセラミック基板である。
　パッケージ１１０は、外周部１０２、底部１０３、外周部１０２の内側に延伸して設けられ、受信部搭載基板３０を配置する基板配置部１０４、基板配置部１０４に形成され、受信部搭載基板３０と導電性接続部材３５により接続する金属の基板接続パターン１０５、外部と電気的に接続する電極パターン１０６を備えている。基板配置部１０４は、底部１０３の垂直方向において底部１０３から最も離れた外周部の端部よりも底部１０３側に形成さており、底部１０３の垂直方向に垂直な水平方向においてパッケージ１１０の内側に外周部１０２が延伸して形成されている。基板配置部１０４は外周部１０２の一部ということもできる。電極パターン１０６を介して、パッケージ１１０内の半導体素子、サーモモジュール等は外部の機器に接続される。受信部搭載基板３０はパッケージ１１０の底部１０３を覆っており、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１を含む送信部１１を覆っている。実施の形態１の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１を含む送信部１１と外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置された立体配置構造を備えている。実施の形態１の光半導体装置１００は、立体配置構造により、パッケージ１１０内部の搭載領域を拡大することができる。すなわち、実施の形態１の光半導体装置１００は、受信光２４及び送信光２５の進行方向に垂直な方向の長さを短縮することができ、小型にすることができる。なお、パッケージ１１０は、送信部１１、受信部搭載基板３０に搭載された受信部１０が搭載された後に、底部１０３と接続されていない側の外周部１０２における底部１０３に略平行な表面にて蓋（図示せず）により接続され、内部は蓋により密閉される。ここで、略平行は、完全な平行に限らず、許容される角度ずれまでも含んでいる。
　プリズム１４、１５、５３、５６、６７は、レーザ光等の光の進行方向を変える部品である。偏波合分波プリズム５４、６４は、Ｘ偏波、Ｙ偏波の光を合波したり分波したりするプリズムである。偏波回転板５５、６６は、偏波の方向を変える板状の部品である。レンズ５７、５８、５９、６０、６９は、レーザ光等の光のビーム径を縮小する部品である。窓６２、６３は、信号光が通過するガラス製の部品である。基板６５、６８、７７は、搭載される部品の高さを調整する板状の部品である。サーモモジュール７１、７２、７６は、温度調整用部品であり、例えばペルチェ素子である。サーモモジュール７１、７２、７６により、基板６８、６５、７７に配置された半導体レーザ２１が出力するレーザ光の周波数、プリズム６７、１４、１５、他の部品の特性等が安定に保たれている。
　９０度ハイブリッド９１は、信号光と局発光源光（基準波）とを合成し、偏波に応じた光出力を得るための部品である。例えば、信号光の変調方式がＱＰＳＫ（Quadrature　Phase　Shift　Keying）方式の場合は、９０度ハイブリッド９１は４つの信号光を出力する。半導体受光素子２２は９０度ハイブリッド９１から出力された４つの信号光をそれぞれ受光する４つの受光部２３を備えている。半導体受光素子２２は、例えば導波路型のフォトダイオードである。増幅器９２は、半導体受光素子２２が出力する４つの信号を増幅する。
　レセプタクル５１、５２は外周部１０２の同一辺に配置されている。図３において、破線８１ａと破線８１ｂとの間がレセプタクル５１、５２と反対側の外周部１０２に設けられた基板配置部１０４である。また、受信光２４及び送信光２５の進行方向に垂直な方向の外周部１０２の内側にも基板配置部１０４は形成されており、この部分の断面を図４に示した。適宜、レセプタクル５１、５２側を前側、レセプタクル５１、５２と反対側を後側と表現する。また、適宜、図１、図２の向きを正面と表現する。図３において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３を白抜きで示した。図３、図４では、パッケージ１１０の底部１０３と受信部搭載基板３０とが略平行になっている例を示した。
　図６には、受信部搭載基板３０の正面における２つの光通過部である孔１２、１３を含んだ要部を示した。図６の左側が光半導体装置１００の前側であり、図６の右側が光半導体装置１００の後側である。プリズム５３は孔１２を覆うように配置されており、プリズム５６は孔１３を覆うように配置されている。孔１２の中心軸すなわち前側の光通過部の中心軸４１を含むように、プリズム１４が基板６８に配置されている。孔１３の中心軸すなわち孔１２よりも後側の光通過部の中心軸４２を含むように、プリズム１５が基板６８に配置されている。プリズム５３とプリズム１４とは、中心軸４１を含むように配置されている。同様に、プリズム５６とプリズム１５とは、中心軸４２を含むように配置されている。
　図１には受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に隙間４３がある例を示した。図１に示した光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の大部分を覆っている例、すなわちパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３であり、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３がある状態で覆っている例である。この場合でも図７に示すように、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さである隙間長ｄが、受信部搭載基板３０の厚みである基板厚ｈ以下になっていればよい。破線８２ａはパッケージ１１０の外周部１０２の内面の位置を示し、破線８２ｂは受信部搭載基板３０のパッケージ１１０の外周部１０２に対向する側面の位置を示している。基板配置部１０４が設けられた外周部１０２では、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３は無い。隙間４３の隙間長ｄが基板厚ｈ以下になっていれば、パッケージ１１０の底部１０３に搭載される部品によって半導体レーザ２１から出力されたレーザ光が後述する受信の際及び送信の際の光経路から外れて、迷光が発生したとしても、迷光が隙間４３に直接進行する部品配置は採用されないので、受信側へ到達することなく迷光は消滅する。したがって、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の大部分を覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下であればよい。
　図８に示した他のパッケージ１１０は、パッケージ１１０の外周部１０２の内側における窓６２、６３が配置されていない部分に基板配置部１０４が設けられている例である。図８に示した他のパッケージ１１０を備えた光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の全てを覆っている例、すなわちパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３であり、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３が無い状態で覆っている例である。この場合には、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との間に隙間４３がないので、パッケージ１１０の底部１０３に搭載する部品配置の自由度を高めることができる。
　図９～図１１を用いて、受信の際の光経路及び送信の際の光経路を説明する。図９には受信部１０の受信経路を示した。なお、図９では、パッケージ１１０の底部１０３に搭載されたプリズム１４、１５を破線で示し、このプリズム１４、１５と相対する位置の窓６３を破線の窓６３ａも示した。図１０には、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１における、受信光２４の受信経路及び受信の際に用いる局発光源光２６の光経路を示した。なお、図１０では、受信部搭載基板３０に搭載されたプリズム５３、５６を破線で示した。図１１には、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１の送信経路を示した。
　受信光２４は、光経路ｓ１のように窓６３を通過してプリズム１４に入射する。受信光２４は、光経路ｓ２のように、プリズム１４にて受信部搭載基板３０の孔１２側へ反射して、孔１２を通過してプリズム５３に入射する。その後、受信光２４の一部、例えばＸ偏波の信号光は、光経路ｓ３のように、偏波合分波プリズム５４を通過してレンズ５９に入射する。受信光２４の一部、例えばＹ偏波の信号光は、光経路ｓ４のように、偏波合分波プリズム５４で分離され、偏波回転板５５を通過してレンズ５７に入射する。
　半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６は、光経路ａ１のように、レンズ６９を通過してプリズム６７に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ２のように、プリズム６７にて反射してプリズム１５に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ３のように、プリズム１５にて受信部搭載基板３０の孔１３側へ反射して、孔１３を通過してプリズム５６に入射する。その後、局発光源光２６は、光経路ａ４のようにレンズ５８に入射する。受信光２４のＸ偏波の信号光は、光経路ｓ６のようにレンズ５９から９０度ハイブリッド９１に入射する。受信光２４のＹ偏波の信号光は、光経路ｓ５のようにレンズ５７から９０度ハイブリッド９１に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ５のようにレンズ５８から９０度ハイブリッド９１に入射する。
　９０度ハイブリッド９１は、受信光２４のＸ偏波の信号光及び局発光源光２６に基づいて、受信光２４のＸ偏波における同相成分の信号光ＸＩ、直交成分の信号光ＸＱを出力する。受信光２４のＸ偏波における同相成分の信号光ＸＩ、直交成分の信号光ＸＱは、それぞれ光経路ｓ１０、ｓ９のように、レンズ６０を通過して半導体受光素子２２の２つの受光部２３に入射する。また、９０度ハイブリッド９１は、受信光２４のＹ偏波の信号光及び局発光源光２６に基づいて、受信光２４のＹ偏波における同相成分の信号光ＹＩ、直交成分の信号光ＹＱを出力する。受信光２４のＹ偏波における同相成分の信号光ＹＩ、直交成分の信号光ＹＱは、それぞれ光経路ｓ８、ｓ７のように、レンズ６０を通過して半導体受光素子２２の２つの受光部２３に入射する。図９に示した４つの受光部２３を右から順番に、第一の受光部、第二の受光部、第三の受光部、第四の受光部とする。第一の受光部２３は受信光２４の信号光ＸＩを受光し、第二の受光部２３は受信光２４の信号光ＸＱを受光する。第三の受光部２３は受信光２４の信号光ＹＩを受光し、第四の受光部２３は受信光２４の信号光ＹＱを受光する。
　光半導体装置１００が送信光２５を出力する際に、半導体レーザ２１は変調前のレーザ光である信号光を出力する。半導体レーザ２１から出力された変調前の信号光は、光経路ｔ１のようにレンズ６９を通過してレーザ光処理器９５に入射する。レーザ光処理器９５は、例えば、信号光の変調方式がＱＰＳＫ方式の場合は、４つの変調信号ＴＸＩ、ＴＸＱ、ＴＹＩ、ＴＹＱに基づいて変調されたＸ偏波用の信号光ＴＸ、Ｙ偏波用の信号光ＴＹを出力する。Ｘ偏波用の信号光ＴＸは、光経路ｔ２のように偏波合分波プリズム６４に入射する。Ｙ偏波用の信号光ＴＹは、光経路ｔ３のように偏波回転板６６を通過して偏波合分波プリズム６４に入射する。光経路ｔ４のように偏波合分波プリズム６４にて信号光ＴＸと信号光ＴＹとが合波された送信光２５は窓６２を通過して、レセプタクル５１から外部に出力される。偏波合分波プリズム６４にて、Ｘ偏波の信号光ＴＸとＹ偏波の信号光ＴＹとが合波される。
　なお、図１、図３、図１０では、送信光２５に合波される２つの信号光を出力するレーザ光処理器９５は、省略した。レーザ光処理器９５は、例えば、局発光源光２６を通過させる導波路を備えていてもよい。この場合、レーザ光処理器９５の導波路を通過した局発光源光２６が、プリズム６７に入射する。
　仮に半導体レーザから出力されたレーザ光が送信部１１の部品にて反射して、光経路ａ１、ａ２、ａ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３と異なる経路の光すなわち迷光が発生したとしても、受信部搭載基板３０が物理的遮蔽物となる。このため実施の形態１の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。
　前述したように、特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の同一平面内に搭載されているので、送信側の変調信号等の高周波信号から漏れる電気ノイズが受信側に届き、特性劣化につながる可能性があった。これに対して、実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１を含む送信部１１と半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置されているので、受信部搭載基板３０によって送信部１１側からの電気ノイズが受信部１０側への漏れることを防止することができる。受信部搭載基板３０が金属基板の場合は、受信部搭載基板３０がセラミック基板の場合よりも受信部１０側への電気ノイズの漏れ防止効果を高めることができる。なお、半導体受光素子２２、増幅器９２は絶縁基板に形成されているので、金属基板の受信部搭載基板３０に搭載しても動作することができる。なお、半導体受光素子２２、増幅器９２が絶縁基板に形成されていない場合は、アルミナ、窒化アルミ等の絶縁基板を金属基板の受信部搭載基板３０との間に介在させる。
　特許文献１の送受一体型光アセンブリにおいて、送信側と受信側との間に壁を配置する場合には、パッケージとパッケージを密閉する蓋とが干渉することを防ぐために、蓋と壁との間に隙間を設ける必要がある。この蓋と壁との間に生じる隙間は、パッケージの長手方向すなわち送信光及び受信光に平行な方向に長くなるので、長手方向に垂直な水平方向に配置された送信側と受信側との間の隙間から迷光が漏れ易い構造になってしまう。これに対して、実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１を含む送信部１１と半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置されているので、送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態１の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に僅かな隙間４３があったとしても、受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に迷光が直接進行する部品配置は採用されないので、仮に迷光が発生したとしても受信側へ到達することなく迷光は消滅する。
　受信部搭載基板３０は、半導体レーザ２１に対向する面が平面に限らず、図１２、図１３のように半導体レーザ２１に対向する面に複数の凹部３８を備えていてもよい。隣接する凹部３８の間は凸部３９になっている。図１２に示した凹部３８は深さ、形状が不均一な例であり、図１３に示した凹部３８は深さ、形状が均一な例である。迷光３４ａが受信部搭載基板３０の凹部３８に入射すると凹部３８内で多重反射して、減衰した迷光３４ｂが受信部搭載基板３０の凹部３８からパッケージ１１０の底部１０３側へ出射される。凹部３８の深さが深いほど、凹部３８内での多重反射の回数が多くなるので、深い凹部３８を有する方が、迷光を減衰させる効果が高い。受信部搭載基板３０に形成された凹部３８は、局発光源光２６と同じ周波数の光を多重反射により減衰することができる。従って、半導体レーザ２１に対向する面に複数の凹部３８が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１に対向する面に凹部３８が形成されていない受信部搭載基板３０を備えた実施の形態１の光半導体装置１００よりも、送信側から受信側への迷光を防止する効果を高めることができる。
　以上のように、実施の形態１の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光（受信光２４）を受信する半導体受光素子２２がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。実施の形態１の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１と、外部からの信号光（受信光２４）を半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する受信部１０と、半導体受光素子２２を含む受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０と、を備えている。受信部１０は半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板３７であり、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する光通過部（孔１３）を有しており、かつパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている。受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３がある状態で覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下である。実施の形態１の光半導体装置１００は、この構成により、レーザ光を出力する半導体レーザ２１がパッケージ１１０の底部１０３に搭載されており、パッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている受信部搭載基板３０における半導体レーザ２１と反対側に受信部１０が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。
実施の形態２．
　図１４は、実施の形態２に係る光半導体装置を示す図である。図１４に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている点で、実施の形態１の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。
　実施の形態２の受信部搭載基板３０は、非透過基板３７、非透過基板３７の内側面及び外側面に形成された金属めっき層３１を備えている。金属めっき層３１は、孔１２、１３の部分に開口３３が形成されている。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１２、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１３、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。なお、図１４において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３、開口３３を白抜きで示した。実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されているので、セラミック基板の受信部搭載基板３０に比べて、送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。
　実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態２の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。
　図１４では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態２の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。
実施の形態３．
　図１５は、実施の形態３に係る光半導体装置を示す図である。図１５に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されている点で、実施の形態１の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。
　実施の形態３の受信部搭載基板３０は、非透過基板３７、非透過基板３７の内側面及び外側面に形成された黒色めっき層３２を備えている。黒色めっき層３２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のめっき層である。黒色めっき層３２は、孔１２、１３の部分に開口３３が形成されている。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１２、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１３、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。なお、図１５において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３、開口３３を白抜きで示した。黒色めっき層３２は半導体レーザ２１が出力するレーザ光を吸収する。このため、迷光が発生した場合でも受信部搭載基板３０の黒色めっき層３２で迷光が吸収されるので、送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されているので、セラミック基板の受信部搭載基板３０に比べて、送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。
　実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の黒色めっき層３２が迷光を吸収するので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。
　図１５では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に黒色めっき層３２が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に黒色めっき層３２が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態３の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に黒色めっき層３２が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。
実施の形態４．
　図１６は実施の形態４に係る光半導体装置を示す図であり、図１７は実施の形態４に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。図１８は図１６のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図であり、図１９は図１６のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。図２０、図２１は、それぞれ図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。なお、図１８において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３を白抜きで示した。実施の形態４の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の基板配置部１０４に当該光半導体装置の接地電位になっている金属のグランドパターン１０８が形成されており、受信部搭載基板３０が導電性接続部材３５によりグランドパターン１０８に接続されている点で、実施の形態１～３の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。
　実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００における金属の基板接続パターン１０５が当該光半導体装置の接地電位になっているということもできる。実施の形態４の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０が当該光半導体装置の接地電位になっているので、実施の形態１の光半導体装置１００よりも送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。
　導電性接続部材３５は、例えばはんだ、導電性接着剤である。導電性接続部材３５がはんだ１６の場合におけるパッケージ１１０のグランドパターン１０８と受信部搭載基板３０との接続例を図２０に示した。導電性接続部材３５が導電性接着剤１７の場合におけるパッケージ１１０のグランドパターン１０８と受信部搭載基板３０との接続例を図２１に示した。なお、実施の形態１～３の光半導体装置１００における導電性接続部材３５も、例えばはんだ、導電性接着剤である。
　実施の形態４の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０が導電性接続部材３５によりパッケージ１１０のグランドパターン１０８に接続されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。
　また、実施の形態２の受信部搭載基板３０を備えた実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。実施の形態３の受信部搭載基板３０を備えた実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。
実施の形態５．
　図２２は、実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。図２３は図２２の受信部搭載基板の光通過部を示す図であり、図２４は図２３の光透過部の断面を示す図である。図２２に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態５の光半導体装置１００は、レーザ光が通過しない非透過基板である受信部搭載基板３０の基材がガラス基板３６である点で、実施の形態２の光半導体装置１００と異なる。実施の形態２の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。
　ガラス基板３６は平面度が高く、搭載する部品の配置精度を高めることができる。また、ガラス基板３６は、成型が容易であるため、金属基板、セラミック基板よりも安価に作製することができる。
　実施の形態５の受信部搭載基板３０は、ガラス基板３６、ガラス基板３６の内側面及び外側面に形成された金属めっき層３１を備えている。金属めっき層３１は、受信光２４が通過する光通過部であるガラス基板３６の光透過部１８の部分及び、局発光源光２６が通過する光通過部であるガラス基板３６の光透過部１９の部分に開口３３が形成されている。図２３では開口３３が円形の例を示した。図２４には受信光２４が通過する光透過部１８の断面を示した。破線８３ａと破線８３ｂとの間に開口３３が形成され、ガラス基板３６における破線８３ａと破線８３ｂとの間が光透過部１８になっている。光透過部１８は、開口３３により露出されたガラス基板３６の部分である。局発光源光２６が通過する光透過部１９も光透過部１８と同様の構造である。なお、図２２において、電極パターン１０６は省略し、開口３３、開口３３により露出した光透過部を白抜きで示した。
　受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、光透過部１８、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、光透過部１９、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。実施の形態５の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されているので、実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。受信部搭載基板３０は金属めっき層３１の代わりに黒色めっき層３２が形成されていてもよい。ガラス基板３６の内側面及び外側面に形成された黒色めっき層３２を備えた実施の形態５の受信部搭載基板３０は、実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。
　図２２では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態５の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態５の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。
　以上のように、実施の形態５の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光（受信光２４）を受信する半導体受光素子２２がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。実施の形態５の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１と、外部からの信号光（受信光２４）を半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する受信部１０と、半導体受光素子２２を含む受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０と、を備えている。受信部１０は半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板であり、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する光通過部（光透過部１９）を有しており、かつパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている。受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３がある状態で覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下である。更に、非透過基板である受信部搭載基板３０は、基材が、レーザ光が透過するガラス基板３６である。受信部搭載基板３０は、半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する開口３３を有する金属めっき層が形成されている。局発光源光が通過する光通過部（光透過部１９）は、開口３３により露出されたガラス基板の部分である。実施の形態５の光半導体装置１００は、この構成により、レーザ光を出力する半導体レーザ２１がパッケージ１１０の底部１０３に搭載されており、パッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている受信部搭載基板３０における半導体レーザ２１と反対側に受信部１０が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。
　なお、実施の形態１～５では、デジタルコヒーレント光通信を行う場合の光半導体装置１００を説明したが、レーザ光を出力する半導体レーザ２１を含む送信部１１と外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置された立体配置構造は、デジタルコヒーレント光通信と異なる光通信を行う場合の光半導体装置１００にも適用できる。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１０…受信部、１３…孔（光通過部）、１９…光透過部（光通過部）、２１…半導体レーザ、２２…半導体受光素子、２４…受信光、２６…局発光源光、３０…受信部搭載基板、３１…金属めっき層、３２…黒色めっき層、３３…開口、３５…導電性接続部材、３６…ガラス基板、３７…非透過基板、３８…凹部、４３…隙間、１００…光半導体装置、１１０…パッケージ、１０２…外周部、１０３…底部、１０４…基板配置部、１０５…基板接続パターン、１０８…グランドパターン、ｄ…隙間長、ｈ…基板厚

Claims (11)

  1. 　レーザ光を出力する半導体レーザ及び外部からの信号光を受信する半導体受光素子がパッケージに搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置であって、
    前記パッケージの底部に搭載された前記半導体レーザと、
    外部からの前記信号光を前記半導体レーザから出力された前記レーザ光である局発光源光を用いて受信する受信部と、
    前記半導体受光素子を含む前記受信部が搭載された受信部搭載基板と、
    を備えており、
    前記受信部は前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に配置されており、
    前記受信部搭載基板は、
    前記レーザ光が透過しない非透過基板であり、
    前記半導体レーザが出力する前記局発光源光が通過する光通過部を有しており、かつ前記パッケージの外周部で囲まれた前記底部を前記外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っており、
    前記受信部搭載基板が前記パッケージの前記外周部で囲まれた前記底部を前記外周部との隙間がある状態で覆っている場合は、前記パッケージの前記外周部と前記受信部搭載基板との隙間の長さが前記受信部搭載基板の厚み以下である、
    光半導体装置。
  2. 前記受信部搭載基板は金属基板である、請求項１記載の光半導体装置。
  3. 　前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に金属めっき層が形成されている、請求項１記載の光半導体装置。
  4. 　前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に金属めっき層が形成されている、請求項３記載の光半導体装置。
  5. 　前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に前記レーザ光を吸収する黒色めっき層が形成されている、請求項１記載の光半導体装置。
  6. 　前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に前記レーザ光を吸収する黒色めっき層が形成されている、請求項５記載の光半導体装置。
  7. 　前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に前記局発光源光と同じ周波数の光を多重反射する凹部が複数形成されている、請求項１または２に記載の光半導体装置。
  8. 　前記受信部搭載基板における前記局発光源光が通過する前記光通過部は、前記受信部搭載基板を貫通する孔である、請求項１から７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  9. 　前記受信部搭載基板は、
    基材が、前記レーザ光が透過するガラス基板であり、
    前記半導体レーザに対向する面及びこの面と反対側の面に、前記半導体レーザが出力する前記局発光源光が通過する開口を有する金属めっき層が形成されており、
    前記局発光源光が通過する前記光通過部は、前記開口により露出された前記ガラス基板の部分である、
    請求項１記載の光半導体装置。
  10. 　前記パッケージは、
    前記外周部の内側に延伸して設けられ、前記受信部搭載基板を配置する基板配置部と、
    前記基板配置部に形成され、前記受信部搭載基板と導電性接続部材により接続する金属の基板接続パターンと、を備えている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  11. 　前記パッケージは、
    前記外周部の内側に延伸して設けられ、前記受信部搭載基板を配置する基板配置部と、
    前記基板配置部に形成され、前記受信部搭載基板と導電性接続部材により接続する金属のグランドパターンと、を備えており、
    前記グランドパターンは、当該光半導体装置の接地電位になっている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の光半導体装置。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160119064A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Lens system to enhance optical coupling efficiency of collimated beam to optical waveguide
WO2017047069A1 (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 日本電気株式会社 光源モジュール、および光源モジュールの製造方法
JP2017097293A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 住友電気工業株式会社 光モジュールの組立方法および光受信器の組立方法
JP2017098893A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 住友電気工業株式会社 光受信器
JP2019120881A (ja) * 2018-01-10 2019-07-22 住友電気工業株式会社 光モジュール
JP2019165128A (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 日本電気株式会社 光モジュールパッケージおよび光モジュールパッケージ実装方法
US20210006044A1 (en) * 2020-09-17 2021-01-07 Jin Hong Integrated semiconductor optical amplifiers for silicon photonics

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160119064A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Lens system to enhance optical coupling efficiency of collimated beam to optical waveguide
WO2017047069A1 (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 日本電気株式会社 光源モジュール、および光源モジュールの製造方法
JP2017097293A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 住友電気工業株式会社 光モジュールの組立方法および光受信器の組立方法
JP2017098893A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 住友電気工業株式会社 光受信器
JP2019120881A (ja) * 2018-01-10 2019-07-22 住友電気工業株式会社 光モジュール
JP2019165128A (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 日本電気株式会社 光モジュールパッケージおよび光モジュールパッケージ実装方法
US20210006044A1 (en) * 2020-09-17 2021-01-07 Jin Hong Integrated semiconductor optical amplifiers for silicon photonics

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