WO2024075166A1 - 光送信器 - Google Patents

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WO2024075166A1
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driver
optical
optical modulator
peltier element
temperature
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PCT/JP2022/037029
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常祐 尾崎
義弘 小木曽
光映 石川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0344—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmitter used in optical communications. More specifically, the present invention relates to an implementation form of an optical transmitter that includes a semiconductor optical modulator and its driver IC.
  • an optical transceiver in which an optical receiver and an optical transmitter are integrated is used.
  • broadband analog components such as radio frequency (RF) electrical circuits are required; for example, an optical modulator requires a modulation bandwidth of 40 GHz or more.
  • RF radio frequency
  • HB-CDM High-Bandwidth Coherent Driver Modulator
  • ICR Integrated Coherent Receiver
  • semiconductor-based optical modulators are attracting attention as an alternative to conventional lithium niobate (LN) optical modulators due to their compact size and low cost.
  • Compound semiconductors such as InP are mainly used for faster modulation operations.
  • Si-based optical devices Furthermore, in systems where compact size and low cost are important, research and development is focused on Si-based optical devices.
  • the semiconductor optical modulators mentioned above have their own advantages and disadvantages specific to each material.
  • temperature control of the optical modulator chip is essential during operation in order to control the band-edge absorption effect.
  • a Si optical modulator has the advantage of not needing temperature control, but has a smaller electro-optic effect than other material systems. This makes it necessary to lengthen the electro-optic interaction length, which can result in increased high-frequency loss as a result of the device length increasing.
  • the operating temperature (case temperature) of an optical transmitter using HB-CDM must be in the range of at least -5°C to 75°C. In order to ensure this operating temperature, it has been common to only mount the optical modulator chip on a Peltier element, taking into account power consumption (Patent Document 1).
  • the present invention provides a new configuration and implementation form of an optical transmitter that suppresses the temperature dependency of an optical transmitter including a driver IC, has excellent high speed, and is capable of stable operation regardless of the environmental temperature.
  • One aspect of the present invention is an optical transmitter comprising an optical modulator, a driver integrated circuit (driver IC) that supplies a modulated electrical signal for the optical modulator, a first wiring board that is mounted face-down by flip-chip mounting and that connects the optical modulator and the driver IC, a first Peltier element that controls the temperature of the optical modulator, and a second Peltier element that controls the temperature of the driver IC.
  • driver IC driver integrated circuit
  • the present invention makes it possible to realize a new configuration and implementation form of an optical transmitter that suppresses the temperature dependency of the optical transmitter including the driver IC, has excellent speed, and is capable of stable operation regardless of the environmental temperature.
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter using HB-CDM according to the present invention (embodiment 1);
  • FIG. 13 is a top view of a modified implementation of the optical transmitter of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter using HB-CDM according to the present invention (embodiment 2);
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter using HB-CDM according to the present invention (Embodiment 3).
  • FIG. 4 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter using HB-CDM according to the present invention (Embodiment 4).
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter using HB-CDM according to the present invention (embodiment 5);
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the density arrangement of Peltier elements in an optical transmitter according to the present invention (embodiment);
  • the present invention proposes new configurations for improving the temperature dependency of high-frequency characteristics of an optical transmitter in an optical transmitter in which an optical modulator and its driver IC are integrally packaged, and mounting forms suitable for each configuration.
  • the configuration for improving the temperature dependency includes a new use form of a thermoelectric cooler (TEC) in the optical transmitter.
  • TEC thermoelectric cooler
  • various mounting forms of the driver IC, the optical modulator chip, and the spatial optical components suitable for the new use form of the TEC are also proposed.
  • TECs are also known as thermoelectric coolers, and are known as small cooling devices that use Peltier junctions. TECs are made up of n-type semiconductors, p-type semiconductors, and metals, and when a direct current is passed through both sides of the plate-shaped element, heat is absorbed on one side and dissipated on the other. Reversing the direction of the current switches between heat absorption and dissipation, allowing for localized and precise temperature control of ICs and electronic components. For simplicity's sake, in the following explanation, the temperature regulator will be referred to as a TEC and described as a Peltier element. Any device that can control the temperature of a driver IC or optical modulator chip is not limited to one that uses a Peltier element.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view showing the implementation of an optical transmitter using HB-CDM, a conventional technology.
  • the optical transmitter 100 contains a driver IC 102, an optical modulator chip 103, and lenses 112 and 113, which are spatial optical components, inside a package housing 101 made of ceramic, metal, or a combination of these. More specifically, the optical modulator chip 103 is mounted on the inside bottom surface of the housing 101 via a subcarrier 104 on a Peltier element 105. The right end of the optical modulator chip 103 in the drawing has an output facet for modulated light, and lenses 112 and 113 for optically coupling the modulated light to an optical fiber 114 are also mounted on the subcarrier.
  • a driver IC 102 is mounted on a metal block or ceramic material 106 adjacent to the optical modulator chip 103.
  • the package housing 101 has a wiring board base 107 and a package wall 108 as the left wall in the drawing, which, together with the package housing 101, separate the outside from the internal space of the optical transmitter.
  • the optical transmitter 100 can also be constructed so that the entire package is airtight.
  • the modulated electrical signal supplied from an external digital signal processor (DSP) is supplied to the optical modulator chip 103 via the wiring layer 109 and driver IC 102 of the wiring board base 107.
  • the wiring layer 109 and the driver IC 102, and the driver IC 102 and the optical modulator chip 103 are connected by gold wires 110, 111, etc., respectively.
  • the modulated electrical signal includes an I channel and a Q channel for each of the X polarization and the Y polarization.
  • one channel is supplied as an electrical signal in a differential signal format, at least eight signal wirings and a GND wiring are required for one optical modulator, but the modulated signal format is not limited to this.
  • the optical transmitter 100 shown in FIG. 1 can be mounted on a common device substrate together with an ICR package in which the receiving side TIA and optical receiver are integrated and a DSP to configure an optical transmitting and receiving device.
  • the Peltier element 105 in the optical transmitter. Temperature control is essential for the optical modulator chip 103 fabricated on an InP substrate, and the Peltier element 105 controls the temperature to a predetermined operating temperature. As shown in FIG. 1, the Peltier element 105 has a size that covers at least the entire area of the optical modulator chip 103, and its position may overlap the area of spatial optical components such as lenses.
  • the optical transmitter 100 of the conventional technology it was considered that temperature control of the driver IC 102 was not necessary, and it was fixed in the package by a member 106 such as a metal block or ceramic. If the external temperature (ambient temperature) of the optical transmitter 100 rises, the increased temperature becomes the operating temperature of the driver IC 102.
  • the driver IC is also a heat source, so considering the heat generated by the driver, it is estimated that the operating temperature of the driver IC is about +5 to +10°C higher than the external temperature. If the maximum ambient temperature at which an optical transmission/reception device including an optical transmitter is used is 85°C, the temperature of the driver IC 102 itself is at least 85°C or higher. The driver IC also consumes a large amount of power, and the driver IC itself generates heat. This means that the backside temperature of the driver IC will exceed the maximum environmental temperature of 85°C due to the heat generated by the driver IC.
  • the driver IC has temperature-dependent amplification characteristics (high frequency characteristics) of high frequency electrical signals, and at high temperatures the high frequency band tends to decrease compared to room temperature. Conversely, at low temperatures the high frequency band tends to increase compared to room temperature. Thus, the high frequency characteristics of the driver IC differ between low and high temperatures.
  • the modulation signal supplied to the driver IC is optimized and compensated in various ways by the DSP at room temperature. However, dynamically updating such compensation in line with temperature fluctuations is a complex process and is not generally implemented. Because operation continues at a constant compensation state at room temperature, the compensation state of the modulation signal deviates from the optimal point when the state changes to a low or high temperature. This causes fluctuations and deterioration in the optical transmission characteristics and waveform quality of the optical transmitter.
  • the IQ modulator of the optical modulator chip 103 is a linear modulator that preserves the amplitude and phase of the electrical signal, and fluctuations in the level and waveform quality of the modulated electrical signal directly affect the quality of the modulated output light. If the external temperature changes while the optical transmitter is in operation, the optical modulator chip itself is maintained at a constant temperature because it is temperature-controlled by a Peltier element, but the operating temperature of the driver IC changes. As a result, fluctuations in the level and quality of the HB-CDM modulated light occur, and temporal changes in the environmental temperature can cause deterioration and instability in the transmission characteristics.
  • the deterioration of characteristics due to the environmental temperature on the high frequency side of the electrical signal causes waveform distortion of the modulated signal, degrading the modulation accuracy of the modulated output light from the optical modulator.
  • a floor appears in the BER characteristics, leading to a deterioration in the transmission characteristics of the system.
  • the present invention presents a new configuration and implementation form that improves the temperature dependency of high frequency characteristics and optical transmission characteristics in an optical transmitter in which an optical modulator and its driver IC are packaged together.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the mounting form of the optical transmitter 200 using the HB-CDM of the present invention.
  • an InP optical modulator chip 13 its driver IC 12, and other components are integrally configured inside a package housing 11 along the HB-CDM, as in the conventional technology configuration shown in FIG. 1.
  • the package housing 11 has a wiring board base 18 and a package wall 19 as the wall surface on the left side of the drawing, and the configuration for dividing the inside and outside of the package is also similar.
  • the difference from the conventional technology configuration of FIG. 1 is the use of the TEC, i.e., the Peltier element, which performs temperature control.
  • the driver IC 12 is also mounted on the second Peltier element 16.
  • the second Peltier element 16 of the driver IC 12 is separate and independent from the first Peltier element 17 that performs temperature control of the optical modulator chip 13, and the optical transmitter 200 has two Peltier elements.
  • the optical modulator chip 13 and lenses 23 and 24 are mounted on the first Peltier element 17 via the subcarrier 14.
  • the subcarrier 14 functions as a base to fix and hold the optical modulator chip and spatial optical components.
  • the material for the subcarrier 14 is preferably one with excellent thermal conductivity, since it will be equipped with the optical modulator chip 13, which is the target of temperature control.
  • a substrate made of a dielectric material rather than metal is preferable, and a ceramic substrate such as an AlN substrate is preferable.
  • the material constant of an AlN substrate is close to that of InP, it also works well with InP-based optical modulators in terms of behavior in response to temperature changes.
  • the subcarrier 14 may also be a metal block, and if a metal block is used, it is preferable to use CuW or other materials with excellent heat dissipation properties.
  • Figure 2 it is depicted as being made up of one layer, but if the carrier 14 is made up of a dielectric substrate, it may be made up of multiple layers. By making it multi-layered, it becomes possible to perform flexible element and wiring layouts that make full use of multi-layer wiring when there are a large number of DC wirings to the optical modulator or when cross wiring is required to change the order of the terminals. In addition, when a dielectric substrate is used, it becomes possible to form positioning markers for mounting spatial optical components using metal patterns.
  • the carrier 14 may be composed of only a dielectric substrate (which may be single-layer or multi-layer), or the carrier 14 may be composed of both a metal block and a dielectric substrate. If the carrier 14 is composed of both a metal block and a dielectric substrate, a dielectric substrate for forming wiring may be provided on at least a portion of the top surface of the carrier 14.
  • the AlN substrate can be placed on top of the metal block.
  • the size of the AlN substrate can be the same as the metal block, and a small one can be placed next to the chip, etc.
  • the driver IC 12 which is temperature controlled independently of the optical modulator chip 13, is also preferably mounted on the second Peltier element 16 via a holding member 15 so that its height is aligned with the optical modulator chip 13 and the RF terrace, which is the upper surface of the wiring board base 18.
  • the holding member 15 can be a metal block or a ceramic substrate. Taking thermal conductivity into consideration, for example, if DC wiring is not required for the driver IC 12, a metal block such as a CuW block can be used, and if DC wiring is required for the driver, a ceramic such as an AlN substrate can be used. If an AlN substrate is used and the number of wirings to the driver IC is large and complex, a multilayer substrate can also be used, similar to the subcarrier 14 of the optical modulator chip described above.
  • the driver IC is a heating element and was not considered to be a target for temperature control by a Peltier element. Driving power is required to operate the Peltier element, and no consideration was given to using extra power for a heating element.
  • the inventors came up with the new idea of adding temperature control to the heating element.
  • the optical transmitter 200 of the present invention is equipped with two second Peltier elements 16 and two first Peltier elements 17 that are independently controlled as described above, making it possible to independently manage the temperatures of the driver IC 12 and the optical modulator chip 13. Although not shown in FIG. 2, the two Peltier elements are connected to separate control current sources. As for the specific control temperatures of each part, it is generally desirable to use an InP optical modulator at around 45 ⁇ 10°C, since the modulation efficiency decreases if the temperature is too low.
  • the high frequency characteristics of the driver IC 12 are better at low temperatures than at high temperatures, so a lower temperature setting is desirable.
  • setting the temperature too low increases the power consumption of the Peltier element, but there is only a limited improvement in the high frequency characteristics of the driver IC. Therefore, from the viewpoint of achieving both power consumption and high frequency characteristics, it is most appropriate to operate the driver IC at, for example, 30 ⁇ 10°C, which is close to room temperature.
  • the optical transmitter 200 of the present invention can be implemented as an optical transmitter that includes an optical modulator chip 13, a driver integrated circuit (driver IC 12) that supplies a modulated electrical signal for the optical modulator, a first wiring board 22 that is mounted face-down by flip-chip mounting and connects the optical modulator and the driver IC 12, a first Peltier element 17 that controls the temperature of the optical modulator, and a second Peltier element 16 that controls the temperature of the driver IC.
  • driver IC 12 driver integrated circuit that supplies a modulated electrical signal for the optical modulator
  • first wiring board 22 that is mounted face-down by flip-chip mounting and connects the optical modulator and the driver IC 12
  • a first Peltier element 17 that controls the temperature of the optical modulator
  • a second Peltier element 16 that controls the temperature of the driver IC.
  • the parts between which the temperature is controlled by the Peltier element must be mounted with conductive paste or solder with excellent thermal conductivity of 30 W/mK or more to improve heat transfer by the Peltier element.
  • conductive paste or solder with excellent thermal conductivity of 30 W/mK or more to improve heat transfer by the Peltier element.
  • the same conductive paste or solder may be used for all parts, or a combination of pastes or solders with different fixed temperatures may be used.
  • the second Peltier element 16 and the first Peltier element 17 control the temperature of the driver IC and the optical modulator chip via the common subcarrier 14. Because the driver IC and the optical modulator chip are connected through the subcarrier 14, the two temperature controls cannot be performed completely independently. However, the first Peltier element 17 significantly reduces the risk of the driver IC 12 becoming overheated, improving the high frequency characteristics. In addition, by using a single subcarrier 14, the cost of materials can be reduced and the mounting process can be simplified. For example, in order to achieve independent control, it is also effective to provide a thermal isolation groove on either the top or bottom surface of the subcarrier 14, or on both the top and bottom surfaces, as described below, to achieve thermal isolation between the optical modulator and the driver IC.
  • All spatial optical components such as lenses 23 and 24 are mounted on the first Peltier element 17 to suppress variations in adhesive thickness caused by temperature changes. This makes it possible to minimize variations in optical insertion loss caused by deviations in the optical axis due to temperature changes.
  • the spatial optical components also include components for fixing the fiber and a polarized beam combiner (PBC), etc.
  • an optical transmitter 200 in HB-CDM form is shown as an example, but similar effects can be obtained with other package forms as long as the optical transmission module has an integrated driver IC and optical modulator.
  • an example is shown in which wiring from a DSP that supplies a modulation signal to the driver IC 12 is connected by a flexible printed circuit board (FPC) on an RF terrace. That is, the metal pattern 20 on the top surface of the wiring board base 18 on the outside of the optical transmitter is connected to an FPC cable (not shown).
  • FPC flexible printed circuit board
  • the FPC interface has superior high-frequency characteristics because it does not require RF vias (VIAs), etc.
  • the electrode pads of the driver IC and the electrode pads of the RF terrace, and the electrode pads of the driver IC and the electrode pads of the optical modulator are connected by wires 21, wiring board (first wiring board) 22, and first pillars/bumps 22a, respectively.
  • first wiring board 22 wiring board 22
  • first pillars/bumps 22a first pillars/bumps 22a
  • the wiring board (first wiring board) 22 is used instead of the wires that are generally used. This reduces the inductance of this connection, making it possible to realize a wideband.
  • the inductance between the driver IC and the modulator has a very large effect on high-frequency characteristics, but the inductance between the driver IC and the RF terrace has a smaller effect than the former, so the priority is given to the connection between the driver IC and the modulator, followed by the connection between the driver IC and the RF terrace.
  • the first wiring board 22 is flip-chip mounted face-down between the driver IC 12 and the optical modulator chip 13, and the driver IC 12 is connected to the metal pattern 20 on the wiring board base 18 by wires 21. This makes it possible to reduce the inductance of the connection between the driver IC 12 and the optical modulator chip 13. This makes it possible to realize wideband HB-CDM.
  • both the driver IC 12 and the optical modulator chip 13 have a differential line configuration, and because the characteristics of high frequency (RF) differential lines are significantly degraded when they are bent, it is desirable that the high frequency lines on the wiring board are formed in a substantially straight line shape. In order to configure them in a substantially straight line shape, it is desirable that the pad pitches for connecting the respective components are as consistent as possible.
  • the driver IC 12 and the optical modulator chip 13 are flip-chip mounted face-down on the first wiring board 22 using first pillars/bumps 22a made of Au or Cu, etc. To ensure stable mounting, it is desirable that the heights of the upper surfaces of the driver IC 12 and the optical modulator chip 13 are the same, and that the lower surface of the first wiring board 22 is mounted flat with no inclination relative to the upper surfaces of the driver IC 12 and the optical modulator chip 13. Solder, etc. may be provided at the tips of the pillars/bumps to ensure connection strength, etc.
  • the inclination in the height direction of the main surface (lower surface) of the first wiring board 22 relative to the main surface (upper surface) of the driver IC 12 or the main surface (upper surface) of the optical modulator chip 13 exceeds ⁇ 3°, gaps may occur when connecting in the first place, making it difficult to join properly, or the load on the above-mentioned joint may increase, causing the connection to break due to the load, making it difficult to ensure reliability.
  • the first pillar/bump 22a which is generally made of Au or Cu, has a diameter and height of 100 ⁇ m or less. Therefore, it is desirable to control the height difference between the top surface of the driver IC 12 and the top surface of the optical modulator chip 13 to 100 ⁇ m or less (ideally 50 ⁇ m or less).
  • the thickness of the driver IC 12 and the thickness of the optical modulator chip 13 must be the same.
  • the height of the top surface of the driver IC 12 and the top surface of the optical modulator chip 13 can be made the same. Because the same carrier is used, this can be said to be the most advantageous configuration in terms of the number of parts and tolerances.
  • the carrier itself may be a separate member, or it may be left as an integrated member and adjustments made, such as providing a step in the carrier, may be made according to the thickness of the driver IC and the modulator chip.
  • the optical modulator chip 13 and the driver IC 12 are mount with the same chip thickness on the same subcarrier.
  • the thickness of the driver IC 12 is 300 ⁇ m
  • the chip thickness of the optical modulator chip 13 should also be 300 ⁇ m.
  • the configuration of the connection between the driver IC and the RF terrace will be described.
  • the effect of the inductance between the driver IC and the RF terrace is smaller than the effect of the inductance between the driver IC and the modulator, so in FIG. 2, a wire connection is shown.
  • the driver IC 12 and the metal pattern 20 on the wiring board base 18 are connected by wire, it is desirable to keep the difference in height between the top surface of the metal pattern 20 on the wiring board base 18 and the top surface of the driver IC 12 to about 100 ⁇ m from the viewpoint of stabilizing the wire length and the stability of the mounting.
  • the top surface side of the driver IC 12 lower than the top surface of the metal pattern 20 on the wiring board base 18 and connect the wire from the driver IC 12 to the metal pattern 20 on the wiring board base 18 from the viewpoint of minimizing the wire length.
  • an AlN substrate is desirable for the first wiring board 22 because of the matching of the linear expansion coefficient with the InP modulator, but since an AlN substrate has excellent thermal conductivity, it is desirable to use a SiO 2 substrate or other resin substrate using a dielectric material with low thermal conductivity in order to further suppress the heat flow from the driver IC 12 to the optical modulator chip 13.
  • the length of the first wiring board 22 is desirable to keep the length of the first wiring board 22 to 2 mm or less at its maximum, and the smaller the dielectric constant and dielectric tangent values, the more advantageous they are from the viewpoint of high frequencies.
  • a similar effect can be obtained with substrates made of materials other than those mentioned above, as well as with ceramic substrates such as alumina substrates other than AlN substrates.
  • FIG. 3 is a top view showing a modified embodiment of the mounting form of the optical transmitter of the present invention. It corresponds to a top view of the circuit surface inside the module, with the housing 11 of the optical transmitter 200 shown in FIG. 2 cut away.
  • grooves 26-1 and 26-2 are formed on the top surface of the subcarrier 14, as shown by the dotted lines.
  • the high-frequency wiring of the subcarrier 14 is configured in the dotted line area 27 between the driver IC 12 and the optical modulator chip 13.
  • the driver IC 12 and the optical modulator chip 13 have electrode pads for RF connection formed around their respective peripheries.
  • a linear groove 26-2 is formed only on one side of the high-frequency wiring area 27 for the driver IC 12, and a rectangular groove 26-1 is formed near the periphery 4 of the optical modulator chip 13.
  • the shape of the groove is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and can be changed according to the properties of the underfill material and the shape of the wiring on the subcarrier that should be avoided.
  • the groove 26-2 of the driver IC 12 is only on one side on the optical modulator chip side, but it may be formed in a rectangular shape around the periphery 4 of the driver IC.
  • a linear groove may be added to one side of the RF terrace side of the driver IC 12, that is, the side of the wiring board base 18. Furthermore, in FIG. 5, a rectangular groove 26-1 is formed near the periphery 4 of the optical modulator chip 13, but the groove may be formed only on two sides, the driver IC side and the lens side described below.
  • the linear groove 26-2 of the driver IC 12 and the rectangular groove 26-1 of the optical modulator chip 13 on the driver IC side also serve as a thermal isolation groove between the optical modulator chip and the driver IC. That is, a groove can be provided on the surface of the subcarrier 14 near at least one of the opposing sides of the driver IC 12 and the optical modulator chip 13.
  • the above-mentioned groove improves the independence of temperature control, significantly mitigates the high temperature state of the driver IC 12, and improves the high frequency characteristics.
  • a groove can also be formed in the region 27 because the high frequency wiring can be formed in the inner layer.
  • this groove can also serve as a thermal isolation groove.
  • the underfill material rises up near the chip end face on the lens side of the optical modulator chip 13, the underfill material may adhere to the emission end face, deteriorating the optical coupling with the lenses 23 and 24.
  • the groove on one side of the rectangular groove 26-1 on the lens 23 side of the optical modulator chip 13 shown in FIG. 3 is also effective in avoiding such optical coupling problems.
  • the subcarrier 14 is formed in a multi-layer structure, it is possible to avoid the effects of the above-mentioned underfill material by configuring the high-frequency line as an inner layer of the subcarrier. Also, if the high-frequency wiring is configured as an inner layer, a groove can be formed at any location on the top surface of the subcarrier between the optical modulator chip and the driver IC. It goes without saying that sufficient consideration must be given to the effects on disconnection of the inner layer wiring and characteristic impedance. On the other hand, when designing high-frequency wiring with the same line impedance, the signal line width becomes narrower in the inner layer wiring due to the influence of the effective dielectric constant of the subcarrier. Furthermore, since it is also affected by the dielectric loss tangent of the subcarrier, it is desirable to have the wiring pattern on the outermost surface of the subcarrier 14 when only considering the loss of the high-frequency line.
  • the lenses 23 and 24 are arranged on the side opposite the driver IC 12 of the optical modulator chip 13.
  • at least one lens may be arranged on the upper or lower side of the optical modulator chip 13 as viewed from the top view of FIG. 4.
  • the PBC may be arranged on a different side from the driver IC. That is, the spatial optics is mounted above the first Peltier element 17 on a side of the optical modulator chip other than the side facing the driver IC 12. A groove for allowing excess underfill material to escape may be formed near the side of the optical modulator chip that corresponds to the spatial optics.
  • FIG. 4 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter 300 according to the HB-CDM of the present invention.
  • the driver IC 12 being 100 ⁇ m and the optical modulator chip 13 being 300 ⁇ m.
  • the optical modulator chip 13 and the driver IC 12 are mounted on the first Peltier element 17 and the second Peltier element 16, respectively, and the height of the upper surface of the driver IC 12 and the height of the upper surface of the optical modulator chip 13 are controlled.
  • the driver IC 12 is mounted on a metal block 15 such as CuW, taking into consideration heat dissipation and GND stability.
  • the thicknesses of this metal block 15 and the subcarrier 14 on which the optical modulator chip 13 is mounted can be set to, for example, 500 ⁇ m for the metal block 15 and 300 ⁇ m for the subcarrier 14, respectively, to make the height of the upper surface of the driver IC 12 and the height of the upper surface of the optical modulator chip 13 uniform.
  • the thicknesses of the second Peltier element 16 and the first Peltier element 17 do not necessarily need to be the same.
  • the thermal resistance of the Peltier element the lower the height of the Peltier element, the more efficient it is, so it is effective to set the height of the Peltier element on the side where the driver is mounted lower than the height of the Peltier element on which the modulator is mounted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter 400 according to the HB-CDM of the present invention.
  • driver IC 12 and the optical modulator chip 13 are mounted in the same thickness, for example, as shown in FIG. 2, a subcarrier 14 is used, but as shown in FIG. 5, it is possible to reduce the number of components by providing alignment marks for various DC wiring and optical mounting on the AlN substrate on the top surface of the first Peltier element 17 and the second Peltier element 16 without using the subcarrier 14. Reducing the number of components reduces the thermal resistance, which is very effective from the standpoint of temperature control.
  • FIG. 6 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter 500 according to the HB-CDM of the present invention.
  • the driver IC 12 and the optical modulator chip 13 have different thicknesses, it is possible not to use the subcarrier mounted under the optical modulator chip 13. Note that the configuration of the metal block 15, which controls the Peltier element by changing its thickness, is not necessary. With this configuration, the driver IC 12 is formed directly on the Peltier element.
  • FIG. 7 is a cross-sectional side view of an implementation of an optical transmitter 600 according to the HB-CDM of the present invention.
  • the driver IC 12 and the metal pattern 20 on the wiring board base 18 can also be connected by flip-chip mounting using a second wiring board 61 instead of wires 21.
  • the difference in height between the top surface of the optical modulator chip 13 and the top surface of the driver IC 12 and the inclination of the first wiring board 22 must be 100 ⁇ m or less (ideally 50 ⁇ m or less is preferable), and the inclination in the height direction of the bottom surface of the wiring board relative to the top surface of the driver IC 12 and the top surface of the metal pattern 20 on the top surface of the wiring board base 18 must be controlled within ⁇ 3°.
  • the materials used for the first wiring board 22 and the second wiring board 61 may be the same or different.
  • the materials used for the first bump 22a and the second bump 61a may be the same or different.
  • the input/output pads of the driver IC 12 are the same, and the pad shape and pitch of the connection part of the metal pattern 20 on the top surface of the optical modulator chip 13 and the wiring board base 18 are the same, so that costs can be reduced by using the same wiring board.
  • the thicknesses of the second Peltier element 16 and the first Peltier element 17 do not necessarily need to be the same.
  • the thermal resistance of the Peltier element the lower the height of the Peltier element, the more efficient it is, so it is effective to set the height of the Peltier element on the side where the driver is mounted lower than the height of the Peltier element on which the modulator is mounted.
  • the spatial optical components are described on the assumption that they are mounted on lenses, but configurations other than lens mounting are also acceptable. Furthermore, in addition to the lenses 23 and 24 shown in the figure, the spatial optical components also include members for fixing fibers and polarized beam combiners (PBCs), etc.
  • PBCs polarized beam combiners
  • Example 8 is a diagram for explaining the density arrangement of the Peltier elements in the optical transmitter of the present invention.
  • the Peltier element has many n-type and p-type semiconductor elements arranged between the upper and lower metal surfaces, and realizes the transfer of heat between the two surfaces as a whole. Therefore, the arrangement density of the semiconductor elements in the Peltier element can be set according to the heat generation amount of the object to be temperature controlled.
  • the driver IC generates the largest amount of heat, followed by the optical modulator chip and the spatial optical components.
  • the element density of the Peltier elements is set so that the mounting area of the driver IC > the mounting area of the optical modulator chip > the mounting area of the spatial optical components.
  • the second Peltier element 16 that controls the driver IC has the highest element density. Furthermore, within the first Peltier element 17 that controls the optical modulator chip, the area directly below the optical modulator can have a medium density, while the area 17-2 for spatial optical components, etc. can have a low density.
  • the optical transmitter of the present invention can suppress the temperature dependency of the optical modulation output characteristics, and realize a new configuration and implementation form of an optical transmitter with excellent high speed performance.
  • This invention can be used in optical communication networks.

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Abstract

送信器（２００）は、光変調器（１３）と前記光変調器のための変調電気信号を供給するドライバ集積回路（ドライバＩＣ）（１２）と、前記光変調器と前記ドライバＩＣを接続する、フリップチップ実装によりフェイスダウン実装された第１の配線基板（２２）と、前記光変調器の温度を制御する第１のペルチェ素子（１７）と、前記ドライバＩＣの温度を制御する第２のペルチェ素子（１６）とを備えている光送信器。

Description

光送信器
　本発明は、光通信において利用される光送信器に関する。より詳細には、半導体光変調器およびそのドライバＩＣを含む光送信器の実装形態に関する。
　通信ネットワークの急激なトラフィック増大に応えるため、コヒーレント通信方式とデジタル信号処理技術を組み合わせたデジタルコヒーレント光伝送が光ファイバ通信システムに導入されている。当初の１波長当たり１００Ｇｂｐｓの基幹網伝送技術の確立から始まり、現在ではより高速化された１波長当たり４００～６００Ｇｂｐｓの伝送が実用化されている。
　上述のデジタルコヒーレント光伝送では、光受信器および光送信器を集積化した光送受信装置が利用されている。伝送容量が４００Ｇｂｐｓを超えるシステムの光送受信装置では、高周波（ＲＦ）電気回路などのアナログ部品の広帯域化が求められており、例えば光変調器では４０ＧＨｚ以上の変調帯域が必要である。広帯域化につながる高周波損失の低減や装置の小型化のため、例えば送信側ではＲＦドライバＩＣおよび光変調器が一体パッケージに実装された形態が注目されている。この光送信器の実装形態は、High-Bandwidth Coherent Driver Modulator (ＨＢ－ＣＤＭ：高速ドライバ集積光変調器)という名前でＯＩＦ（The Optical Internetworking Forum）で標準化もされている（非特許文献１）。光送受信装置の受信側でも、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）および光受光器が一体パッケージに実装され、ＩＣＲ（Integrated Coherent Receiver）とも呼ばれている。
　光送受信デバイスの材料に目を転じると、小型・低コスト化の観点で、従来のニオブ酸リチウム（ＬＮ）光変調器に代わって、半導体ベースの光変調器が注目を集めている。より高速な変調動作向けには、ＩｎＰに代表される化合物半導体が主に用いられている。また、より小型・低コスト化が重要視されるシステムにおいては、Ｓｉベースの光デバイスに研究開発が集中している。
　上述の半導体による光変調器においても材料固有の得失があり、例えばＩｎＰ光変調器においては、バンド端吸収効果を制御するために、動作時には光変調器チップの温度制御が必須である。一方、Ｓｉ光変調器は温度制御が不要となるメリットがあるものの、他の材料系と比べて電気光学効果が小さい。このため電気－光相互作用長を長くする必要が生じ、デバイス長が大きくなる結果として高周波損失増大を招くことがある。広帯域化および小型化のための実装技術を含めて、光変調器のさらなる高速化・広帯域化には課題が多い。
　ＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の動作温度（ケース温度）としては、少なくとも－５℃～７５℃の範囲が求められている。このような動作温度を確保するため、消費電力も考慮して光変調器チップのみがペルチェ素子上に実装されているのが一般的であった（特許文献１）。
国際公開第２０２１／１７１５９９号 特許第６７７０４７８号
ＯＩＦ, Implementation Agreement for the High Bandwidth Coherent Driver Modulator (HB-CDM), ［online］, July 15,2021, ［令和 ４年９月１日検索］，インターネット＜URL: https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/OIF-HB-CDM-02.0.pdf＞ J. Ozaki et al., "500-Gb/s/λ Operation of Ultra-Low Power and Low-Temperature-Dependence InP-Based High-Bandwidth Coherent Driver Modulator," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 18, pp. 5086-5091, 15 Sept.15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2998466.
　しかしながら、従来技術の光送信器では、高温時におけるドライバＩＣの高周波特性の劣化が問題となっていた。具体的には環境温度が高温状態にある場合に、ドライバＩＣの高周波帯域、ピーキング量やゲインが劣化することが問題となっていた。光送信器が高速化・広帯域化する中で、上述の劣化による信号品質の低下の影響が無視できなくなってきた。そのため、環境温度の変化に関わらず、一定の高周波特性を維持することのできる光送信器が望まれている。
　本発明は、上述の課題に鑑み、ドライバＩＣを含む光送信器の温度依存性を抑え、高速性に優れ、環境温度によらず安定動作が可能な光送信器の新規な構成および実装形態を提供する。
　本発明の１つの態様は、光送信器であって、光変調器と前記光変調器のための変調電気信号を供給するドライバ集積回路（ドライバＩＣ）と、前記光変調器と前記ドライバＩＣを接続する、フリップチップ実装によりフェイスダウン実装された第１の配線基板と、前記光変調器の温度を制御する第１のペルチェ素子と、前記ドライバＩＣの温度を制御する第２のペルチェ素子とを備えていることを特徴とする。
　本発明により、ドライバＩＣを含む光送信器の温度依存性を抑え、高速性に優れ、環境温度によらず安定動作が可能な光送信器の新規な構成および実装形態を実現できる。
従来のＨＢ－ＣＤＭの実装形態を示す側断面図 本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態の側断面図（実施形態１） 本発明の光送信器の変形した実装形態の上面図である。 本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態の側断面図（実施形態２） 本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態の側断面図（実施形態３） 本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態の側断面図（実施形態４） 本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態の側断面図（実施形態５） 本発明の光送信器におけるペルチェ素子の密度配置を説明する図（実施例）
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図面において、同じ機能を有する部分は、同じ符号を用い、その説明を省略する場合がある。
[実施形態１]
　本発明は、光変調器とそのドライバＩＣが一体にパッケージ実装された光送信器において、光送信器の高周波特性の温度依存性改善のための新しい構成と、各構成に適合する実装形態を提示する。温度依存性を改善する構成は、光送信器における温度調整器（ＴＥＣ：ThermoElectric Cooler）の新しい利用形態を含む。さらに、ＴＥＣの新しい利用形態に適合した、ドライバＩＣ、光変調器チップおよび空間光学部品の様々な実装形態も提案する。
　ＴＥＣは熱電クーラーとも呼ばれ、ペルチェ接合による小型冷却デバイスとして知られている。ＴＥＣは、ｎ型半導体、ｐ型半導体および金属から構成されており、板状に形成された素子の両面に直流電流を流すと、一方の面で吸熱、もう一方の面で放熱が起こる。電流の向きを逆にすれば吸熱と放熱が切り替わるので、ＩＣや電子部品の局所的で正確な温度コントロールが可能である。以下の説明では、簡単のため温度調整器をＴＥＣと呼び、ペルチェ素子として説明する。ドライバＩＣや光変調器チップの温度制御が可能なものであれば、ペルチェ素子によるものに限定されない。
　以下では、従来技術のＨＢ－ＣＤＭの形態による光変調器を例として、光送信器における高周波特性の温度依存性の問題を最初に説明する。その後、本発明の光送信器による、高周波特性の温度依存性を改善する新規な構成について、様々な実装形態とともに説明する。
　図１は、従来技術のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器の実装形態を示す側断面図である。光送信器１００は、ＨＢ－ＣＤＭの仕様に沿って、セラミック、金属等またはこれらの組み合わせによるパッケージ筐体１０１の内部にドライバＩＣ１０２、光変調器チップ１０３、空間光学部品であるレンズ１１２、１１３などが収納されている。より具体的には、筐体１０１の内部の底面には、ペルチェ素子１０５の上のサブキャリア１０４を介して光変調器チップ１０３が搭載されている。光変調器チップ１０３の図面上で右端には変調光の出射端面があり、変調光を光ファイバ１１４と光結合するためのレンズ１１２、１１３もサブキャリア上に搭載されている。
　光変調器チップ１０３に隣接して、金属ブロックやセラミック材１０６上にドライバＩＣ１０２が搭載されている。さらに、パッケージ筐体１０１の図面上の左側の壁面として、配線基板ベース１０７およびパッケージ壁面１０８を備えており、パッケージ筐体１０１とともに、外部と光送信器の内部空間を区画する。光送信器１００は、パッケージ全体が気密性を確保して構成されることもできる。
　外部のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）から供給される変調電気信号は、配線基板ベース１０７の配線層１０９、ドライバＩＣ１０２を経て、光変調器チップ１０３へ供給される。配線層１０９およびドライバＩＣ１０２の間、ドライバＩＣ１０２および光変調器チップ１０３の間は、金ワイヤ線１１０、１１１等でそれぞれ接続されている。変調電気信号は、偏波多重型ＩＱ光変調方式の場合、Ｘ偏波およびＹ偏波のそれぞれについて、ＩチャネルおよびＱチャネルを含む。１つのチャネルが差動信号形式の電気信号として供給される場合、１つの光変調器に対して少なくとも８本の信号配線、さらにＧＮＤ配線が必要となるが、変調信号形式はこれに限定されない。図１に示した光送信器１００は、特許文献１に示されているように、受信側のＴＩＡおよび光受光器が一体に集積されたＩＣＲパッケージやＤＳＰとともに、共通の装置基板に搭載されて、光送受信装置を構成できる。
　ここで再び、光送信器内のペルチェ素子１０５に着目する。ＩｎＰ基板に作製された光変調器チップ１０３では温度制御が必須であり、ペルチェ素子１０５によって所定の動作温度にコントロールされている。図１に示したように、ペルチェ素子１０５は、少なくとも光変調器チップ１０３の全体領域をカバーするようなサイズを持ち、その位置がレンズなどの空間光学部品の領域に掛る場合もある。一方で、従来技術の光送信器１００では、ドライバＩＣ１０２の温度制御は必要が無いと考えられており、金属ブロックやセラミックなどの部材１０６によってパッケージ内に固定されていた。光送信器１００の外部温度（環境温度）が上昇すれば、その上昇した温度がドライバＩＣ１０２の動作温度となる。実際にはドライバＩＣも発熱体であるため、ドライバからの発熱を考慮すると、ドライバＩＣの動作温度は、外部温度に対して＋５～１０℃くらい高い温度になっていると見積もられる。光送信器を含む光送受信装置が使用される最大環境温度の８５℃の状態になれば、ドライバＩＣ１０２自体の温度も少なくとも８５℃以上となっていた。ドライバＩＣも大きな消費電力を持っており、ドライバＩＣ自体が発熱することになる。したがって、ドライバＩＣの発熱の影響により、ドライバＩＣのバックサイド温度は、最大環境温度の８５℃を超えることを意味している。
　ドライバＩＣは、高周波電気信号の増幅特性（高周波特性）に温度依存性を持っており、高温状態では、室温状態と比較して高周波帯域が低下する傾向にある。逆に低温状態では、室温状態と比較して高周波帯域は増大する傾向にある。このように、低温状態と高温状態の間で、ドライバＩＣの高周波特性が異なる。ドライバＩＣに供給される変調信号は、室温状態においてＤＳＰによって様々な最適化や補償が行われている。しかしながら、このような補償を温度変動とともに動的に更新しながら行うのは複雑な処理であり、一般には実施されていない。常温時における一定の補償状態のままで動作を続けるため、低温状態や高温状態に変わった際には、変調信号の補償状態は最適点からずれることになる。このため、光送信器の光伝送特性および波形品質に変動や劣化が生じていた。
　光変調器チップ１０３のＩＱ変調器は電気信号の振幅・位相を保存する線形変調器であり、変調電気信号のレベルや波形品質の変動は、変調出力光の品質に直接的な影響を与える。光送信器の動作中に外部温度が変わると、光変調器チップ自体はペルチェ素子で温度管理されているため一定温度に維持されるが、ドライバＩＣの動作温度は変化してしまう。結果として、ＨＢ－ＣＤＭの変調光のレベル変動や品質変動が生じ、環境温度の時間的な変化によって、伝送特性が劣化し、安定しない問題も生じる。
　電気信号の高域側での環境温度に起因した特性劣化は、変調信号の波形歪みを生じ、光変調器からの変調出力光の変調精度が劣化する。このような劣化した変調光を受信する光受信器では、ＢＥＲ特性にフロアが生じるなど、システムの伝送特性の低下にも繋がっていた。
　変調電気信号の広帯域化の要請が進み、４０ＧＨｚ以上の変調帯域が求められる状況の下で、上述のような高温時における、ドライバＩＣの高周波特性が劣化する影響は無視できない。本発明は、光変調器とそのドライバＩＣが一体にパッケージ実装された光送信器において、高周波特性および光伝送特性における温度依存性を改善する新しい構成および実装形態を提示する。
　図２は、本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器２００の実装形態を示す側断面図である。本発明の光送信器２００は、図１に示した従来技術構成と同様に、ＨＢ－ＣＤＭに沿ったパッケージ筐体１１の内部にＩｎＰによる光変調器チップ１３およびそのドライバＩＣ１２他が一体に構成されている。パッケージ筐体１１の図面上左側の壁面として、配線基板ベース１８およびパッケージ壁面１９を備え、パッケージの内外を区画する構成も同様である。図１の従来技術の構成との相違点は、温度制御を行うＴＥＣ、すなわちペルチェ素子の利用形態にある。図１のペルチェ素子の利用形態とは異なり、ドライバＩＣ１２も第２のペルチェ素子１６の上に実装されている。ドライバＩＣ１２の第２のペルチェ素子１６は、光変調器チップ１３の温度制御を行う第１のペルチェ素子１７とは別個の独立したものであり、光送信器２００は２つのペルチェ素子を備える。
　第１のペルチェ素子１７の上には、サブキャリア１４を介して光変調器チップ１３およびレンズ２３、２４が実装されている。
　サブキャリア１４は、光変調器チップおよび空間光学部品を固定し保持する土台として機能する。
　サブキャリア１４の材料としては、温度制御の対象である光変調器チップ１３を搭載するので熱伝導率が優れている方が望ましい。上記の通り、DC配線等の取り回しと熱伝導率の両面を考えると、金属ではなく誘電体で構成された基板が望ましく、例えばＡｌＮ基板等のセラミック基板が好ましい。特に、ＡｌＮ基板はＩｎＰとの材料定数が近いため、温度変化に対する挙動の点でもＩｎＰによる光変調器との相性も良い。同様の理由および材料の一致性という観点からも、第１のペルチェ素子１７の上面のセラミックもＡｌＮから構成されていることが望ましい。
　また、サブキャリア１４は、金属ブロックでもよく、金属ブロックを用いる場合には放熱性に優れたＣｕＷ等を採用することが好ましい。
　図２では、１層で構成されているように描かれているが、キャリア１４を誘電体基板で構成する場合には、多層であってもよい。多層とすることで、光変調器へのＤＣ配線数が多い場合や、端子の順番入れ替えのためにクロス配線を行う必要がある場合に、多層配線を駆使した柔軟な素子・配線レイアウトを行うことが可能となる。また、誘電体基板を用いた場合には、空間光学部品を搭載するための位置出しマーカー等をメタルパターンにより形成することも可能となる。
　また、キャリア１４上に光変調器チップのＤＣ配線を取り出すための配線等が必須の場合には、キャリア１４を誘電体基板のみ（単層でも多層でも可）で構成するか、キャリア１４を金属ブロックと誘電体基板の両方で構成しても良い。キャリア１４を金属ブロックと誘電体基板の両方で構成する場合には、キャリア１４のうち、上面の少なくとも一部に配線を形成するための誘電体基板を設けるようにすればよい。
　より具体的には、マークや配線なしでもよい場合は、金属ブロックだけにも出来、ＡｌＮ基板を金属ブロックの上に乗せるという形態もありえる。ＡｌＮ基板サイズは金属ブロックと同じサイズもあり得、小型のものをチップの横等に設置することもあり得る。
　光変調器チップ１３と独立して温度制御されるドライバＩＣ１２も、光変調器チップ１３や配線基板ベース１８の上面であるＲＦテラスと高さを揃えるため、第２のペルチェ素子１６の上に保持部材１５を介して実装されるのが望ましい。保持部材１５としては、金属ブロックまたはセラミック基板などを利用できる。熱伝導性を考慮し、例えばドライバＩＣ１２でＤＣ配線が不要な場合は、ＣｕＷブロックなどの金属ブロックを用いることができるし、ドライバのＤＣ配線が必要な場合は、ＡｌＮ基板などのセラミックを用いることもできる。ＡｌＮ基板を用いドライバＩＣへの配線数が多く複雑な場合は、前述の光変調器チップのサブキャリア１４と同様、多層基板を用いることもできる。
　前述のように、ドライバＩＣは発熱体であってペルチェ素子によって温度制御すべき対象とは考えられてはいなかった。ペルチェ素子を動作させるためには駆動電力が必要であって、発熱体のためにわざわざ余計な電力を使用することは考慮されなかった。しかしながら、光送信器の広帯域化の実現のために、発明者らは発熱体に対して温度制御を加えると言う新しい着想に至った。
　本発明の光送信器２００は、上述のように独立して制御される２つの第２のペルチェ素子１６、第１のペルチェ素子１７を備えることで、ドライバＩＣ１２及び光変調器チップ１３を独立に温度管理をすることが可能となっている。図２には明示されていないが、２つのペルチェ素子は、別個の制御電流源に接続されている。各部の具体的な制御温度については、ＩｎＰ光変調器は温度が低すぎると変調効率が低下するため、一般的に４５±１０℃程度で使用されることが望ましい。
　一方、ドライバＩＣ１２については、高温状態よりも低温状態の方が高周波特性の良いことが知られており、設定温度は低いほど望ましい。ただし、設定温度を低くし過ぎても、ペルチェ素子での消費電力を増える割に、ドライバＩＣの高周波特性の改善は限られている。したがって、例えば室温付近の３０±１０℃でドライバＩＣを動作させるのが消費電力と高周波特性の両立の観点から最も適切である。光変調器チップ１３およびドライバＩＣ１２を独立に、異なる温度に設定することで、それぞれに対して最適な状態で動作可能な光送信器を実現できる。ただし、消費電力を度外視でき、伝送特性を優先する場合には、温度は低ければ低いほど望ましいので、この限りではない。
　したがって、本発明の光送信器２００は、光変調器のチップ１３と前記光変調器のための変調電気信号を供給するドライバ集積回路（ドライバＩＣ１２）と、前記光変調器と前記ドライバＩＣ１２を接続する、フリップチップ実装によりフェイスダウン実装された第１の配線基板２２と、前記光変調器の温度を制御する第１のペルチェ素子１７と、前記ドライバＩＣの温度を制御する第２のペルチェ素子１６とを備えている光送信器として実施できる。
　ペルチェ素子によって温度制御される部材間は、ペルチェ素子による熱引きを良くするために、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性に優れた導電性ペーストまたははんだで実装されている必要がある。モジュールの製造プロセス温度等の管理上のため、全て同一の導電性ペーストやはんだを用いても良いし、固定温度等が異なるものを組み合わせて使用することもできる。 
　図２の光送信器２００は、第２のペルチェ素子１６、第１のペルチェ素子１７が共通のサブキャリア１４を介して、ドライバＩＣおよび光変調器チップを温度制御する。ドライバＩＣおよび光変調器チップがサブキャリア１４を通じてつながっているため、２つの温度制御は完全に独立には実施できない。しかしながら、第１のペルチェ素子１７によってドライバＩＣ１２が高温状態になることを大幅に緩和し、高周波特性を改善できる。また、単一のサブキャリア１４とすることで、部材コストを抑え、実装工程を簡略化できる。例えば、独立制御を実現する上では、後述するように、熱分離用の溝をサブキャリア１４の上面または下面のいずれか一方、または、上面および下面の両方に設けて、光変調器とドライバＩＣ間の熱分離を実現することも有効である。
　レンズ２３、２４などの空間光学部品についても、温度変化による接着剤の厚み変動等を抑えるために、全てを第１のペルチェ素子１７の上に実装するようにした。これにより温度変化によって光軸がずれることによる光挿入損失の変動等を最小化することができる。尚、空間光学部品としては、ファイバ固定用の部材や、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）等も含まれる。
　図２では、一例としてＨＢ－ＣＤＭ形態の光送信器２００を示しているが、ドライバＩＣと光変調器が一体に構成されている光送信モジュールであれば、他のパッケージ形態であっても、同様の効果が得られる。また図２では、ドライバＩＣ１２へ変調信号を供給するＤＳＰからの配線を、ＲＦテラス上でフレキシブル配線板（ＦＰＣ）により接続される例を示している。すなわち、光送信器の外側の配線基板ベース１８の上面の金属パターン２０において、図示しないＦＰＣケーブルと接続される。ＦＰＣインターフェースは、表面実装技術（ＳＭＴ）を利用した構成と比べ、ＲＦビア（ＶＩＡ）等が不要であるため高周波特性に優れている。
　次に、ドライバＩＣおよび光変調器等の高周波特性を担保するための実装構造について述べる。図２に示したＨＢ－ＣＤＭ形態の光送信器２００では、ドライバＩＣの電極パッドとＲＦテラスの電極パッド間、および、ドライバＩＣの電極パッドと光変調器の電極パッドの間は、それぞれ、ワイヤ２１、配線基板（第１の配線基板）２２及び第１のピラー/バンプ２２ａにて接続される。ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３と間の接続部の直列インダクタンス成分が増えることにより、ＬＣ共振に起因して高周波特性におけるロールオフ周波数が低域側にシフトしてきてしまう。したがって、ドライバＩＣにおける高周波特性の劣化を抑え、広帯域なＨＢ－ＣＤＭを実現するためには、本接続部のインダクタンスは低くすることが重要である。そこで光送信器２００では、ドライバICと変調器の接続において、インダクタンスが高くなってしまうため、一般的に用いられるワイヤを用いずに、配線基板（第１の配線基板）２２を用い構成としている。これにより本接続部のインダクタンスを低減し、広帯域化を実現可能としている。また、前述の通りドライバＩＣと変調器間のインダクタンスは高周波特性に与える影響が非常に大きいが、ドライバＩＣとＲＦテラス間のインダクタンスは前者に比べてインダクタンスの影響は小さいため、重要度はドライバICと変調器間の接続部が最優先で、次点でドライバICとRFテラス間の接続部となる。
　本実施の形態では、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３との間は、第１の配線基板２２をフェイスダウンでフリップチップ実装した形態を、ドライバＩＣ１２と、配線基板ベース１８上の金属パターン２０との間は、ワイヤ２１にて接続されている。これにより、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３の接続部のインダクタンスを低くすることができる。そうして、広帯域なHB-CDMを実現することができる。
　また、高周波特性の観点から考えると、ドライバＩＣ１２の特性を最もうまく活用するためには、ドライバＩＣ１２および光変調器チップ１３はともに差動線路構成となっていることが望ましく、かつ高周波（RF）差動線路は曲げの形状があると大きく特性が劣化するため、配線基板上の高周波線路は略直線形状で形成されていることが望ましい。略直線形状で構成するためには、それぞれの部材の接続用のPADピッチはなるべく一致している方が望ましい。
　ドライバＩＣ１２-光変調器チップ１３間は第１の配線基板２２でのフェイスダウンでのAu又はCu等からなる第１のピラー/バンプ２２a等を用いたフリップチップ実装となっており、安定した実装をするためには、ドライバＩＣ１２の上面と光変調器チップ１３の上面の高さが一致しており、第１の配線基板２２の下面が、ドライバＩＣ１２や光変調器チップ１３の上面に対し、傾きがなく（フラット）に実装されていることが望ましい。ピラー/バンプの先端には、接続強度等を担保する上ではんだ等を設けた構成としてもよい。
　例えば、ドライバＩＣ１２の主面（上面）や光変調器チップ１３の主面（上面）に対する第１の配線基板２２の主面（下面）の高さ方向の傾きが±3°を超えてくると、そもそもの接続時に空隙等が発生する等、うまく接合できなくなってしまったり、上記の接合部にかかる負荷が大きくなり、接続箇所が前記の負荷により破断されてしまう可能性があり、信頼性の確保が難しい。そのため、ドライバＩＣ１２の上面および光変調器チップ１３の上面に対する第１の配線基板２２の下面の高さ方向の傾きが±3°以内となるように各部材の実装時に傾かないように管理したり、ドライバＩＣ１２の上面や光変調器チップ１３の上の高さが一致するように各部材の高さ調整であったり、公差の管理が非常に重要となる。
　ドライバＩＣ１２の上面と光変調器チップ１３の上面の高さの差に関しては、一般的に用いられるAuまたはCu等からなる第１のピラー/バンプ２２aのサイズは直径、高さ共に100μm以下のものが用いられる。そのため、ドライバＩＣ１２の上面と光変調器チップ１３の上面の高さの差は100μm以下（理想的には50μm以下）にコントロールされていることが望ましい。
　例えば、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３を同一サブキャリア上に実装する場合には、ドライバＩＣ１２の厚みと光変調器チップ１３の厚みは揃っている必要がある。ドライバICと変調器チップの厚みを同じにすることで、ドライバＩＣ１２の上面と光変調器チップ１３の上面の高さが同じとすることができる。同一キャリアを用いているため、部材点数や公差の観点において最もメリットが有る構成であると言える。
　ただし、ドライバICから変調器チップへの熱流入ということを考えると、熱分離という観点から、このように、ドライバICと変調器チップを同一のサブキャリア上に実装することはあまり望ましくなく、後述のようなドライバICと変調器チップのキャリアを別部材にするほうが望ましい。また、同一基板を用いる場合には、後術のように熱分離溝を設ける構成とすることが望ましい。
　ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３を別々の部材を介して実装する場合には、ドライバＩＣ１２および光変調器チップ１３がそれぞれ実装される部材の厚みをコントロールすることで、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３の配線板と接続する最表面の高さを一致させることが可能となる。この場合には、キャリア自体を別々の部材としても良いし、一体の部材のままで、ドライバICと変調器チップの厚みに応じて、キャリアに段差を設ける等の調整をしても良い。
　ドライバＩＣ１２の上面と光変調器チップ１３の上面の高さ差のばらつきを最小限に押さえるという観点では、同一サブキャリア上に同一のチップ厚みの光変調器チップ１３およびドライバＩＣ１２が実装されていることがもっとも望ましい。例えば、ドライバＩＣ１２の厚みが300μmであれば、光変調器チップ１３のチップ厚みも300μmとすればよい。
　次に、ドライバＩＣとＲＦテラス間の接続部の構成について説明する。前述の通り、ドライバICとRFテラス間のインダクタンスの影響は、ドライバICと変調器間のインダクタンスの影響に比べて小さいため、図２では、ワイヤでの接続を示している。ドライバＩＣ１２と、配線基板ベース１８上の金属パターン２０との間の接続をワイヤにする場合には、ワイヤ長の安定化や実装の安定性の観点から、配線基板ベース１８上の金属パターン２０の上面の高さとドライバＩＣ１２の上面の高さの差を100μm程度に抑えることが望ましい。さらに、ボールボンディング方式でのワイヤ接続を考えた際には、ワイヤ長を最小化する観点からは、ドライバＩＣ１２の上面側を配線基板ベース１８上の金属パターン２０の上面よりも低く設定し、ドライバＩＣ１２から配線基板ベース１８上の金属パターン２０側にワイヤを接続することが望ましい。
　次に、ドライバＩＣ１２から光変調器チップ１３への熱流入の観点や実装時のジグ等の干渉を考えると、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３との間の距離は300μm以上離すことが望ましい。また、上記の第１の配線基板２２は、InP変調器との線膨張係数の一致性から例えばAlN基板が望ましいとも言えるが、AlN基板は熱伝導性に優れるため、よりドライバＩＣ１２から光変調器チップ１３への熱流入を抑えるという観点では、SiO２基板やその他誘電体材料を用いた樹脂基板の熱伝導性の低いものを用いることが望ましい。
　一方、接合時の強度の観点や、高周波特性の劣化という観点から最長でも第１の配線基板２２の長さは2mm以下に収めることが望ましく、誘電率や誘電正接の値は小さいほど高周波の観点からは有利である。
　上記の材料の基板以外でも、AlN基板以外のアルミナ基板等のセラミック基板でも同様の効果を得ることは可能である。
　図３は、本発明の光送信器の実装形態の変形例を示す上面図である。図２に示した光送信器２００の筐体１１を切断して、モジュール内部の回路面を見た上面図に相当する。サブキャリア１４の高周波信号線へアンダーフィル材が流れ込むのを防ぐため、点線で示したように、サブキャリア１４の上面に溝２６－１、２６－２が形成されている。サブキャリア１４の高周波配線は、ドライバＩＣ１２および光変調器チップ１３の間の点線領域２７に構成される。ドライバＩＣ１２および光変調器チップ１３では、ＲＦ接続用の電極パッドはそれぞれの周囲に形成されている。サブキャリア１４の上面であって、これらの周囲の電極パッドの内側の位置に溝を形成することで、製造工程中の余分なアンダーフィル材が溝の中に収容される。余分なアンダーフィル材を、ＩＣおよびチップの周囲の高周波配線に広げることなく、溝の中に収めることができる。
　図３では、ドライバＩＣ１２については、高周波配線の領域２７の一辺のみに直線状の溝２６－２を、また光変調器チップ１３については、チップの４周辺の近傍に矩形状の溝２６－１をそれぞれ形成した例を示している。溝の形状は図３に示した構成に限定されず、アンダーフィル材の性状や、サブキャリア上で影響を回避すべき配線の形態などに応じて、変更可能である。例えば、図３ではドライバＩＣ１２の溝２６－２は光変調器チップ側の一辺のみにあるが、ドライバＩＣの４周辺に矩形状に形成されていても良い。また、図３の構成に加えて、ドライバＩＣ１２のＲＦテラス側、すなわち配線基板ベース１８側の一辺に直線状の溝を追加しても良い。さらに図５では、光変調器チップ１３の４周辺の近傍に矩形状の溝２６－１を形成しているが、ドライバＩＣ側および次に述べるレンズ側の２辺のみに溝を形成しても良い。
　ドライバＩＣ１２の直線状の溝２６－２および光変調器チップ１３の矩形状の溝２６－１のドライバＩＣ側の溝は、光変調器チップとドライバＩＣ間の熱分離溝としての役割も果たす。すなわちドライバＩＣ１２および光変調器のチップ１３の対向するそれぞれの辺の少なくとも一方の近傍であってサブキャリア１４の表面上に溝を設けることができる。第２のペルチェ素子１６、第１のペルチェ素子１７が共通のサブキャリア１４を介して動作する本発明の光送信器において、上述の溝は温度制御の独立性を改善し、ドライバＩＣ１２が高温状態を大幅に緩和し、高周波特性を改善できる。また、サブキャリア１４が多層基板で構成される場合は、高周波配線を内層に形成できるため、領域２７にも溝を形成することができる。ドライバＩＣ１２と光変調器のチップ１３の間であって、サブキャリア１４の上面または下面の少なくとも一方に溝を形成することで、この溝も熱分離溝としての役割を果たすことができる。
　光変調器チップ１３の導波路の出射点の付近のサブキャリア上にも、アンダーフィル材を逃すための溝を設けておくのが望ましい。図２を再び参照すると、光変調器チップ１３のレンズ側のチップ端面の近傍で、アンダーフィル材がせり上がってくると、出射端面にアンダーフィル材が付着して、レンズ２３、２４との光結合を悪化させる場合がある。図３に示した光変調器チップ１３の矩形状の溝２６－１のレンズ２３側の一辺の溝も、このような光結合のトラブルを回避するために有効である。
　サブキャリア１４が多層構造によって形成されている場合は、高周波線路をサブキャリアの内層に構成することで、上述のアンダーフィル材の影響を避けることが可能である。また、高周波配線が内層に構成されれば、サブキャリアの上面であって、光変調器チップとドライバＩＣ間の任意の場所に溝を形成することもできる。内層配線の断線や特性インピーダンスへの影響などに十分な配慮が必要なことは言うまでもない。一方で、サブキャリアの実効誘電率の影響で、同一の線路インピーダンスで高周波配線を設計する場合、内層配線では信号線幅が細くなってしまう。さらに、サブキャリアの誘電正接の影響も受けてしまうため、高周波線路の損失だけを考えるとサブキャリア１４の最表面に配線パターンが有るのが望ましい。
　図３における空間光学部品の配置では、レンズ２３、２４は光変調器チップ１３のドライバＩＣ１２とは反対側に配置されている。しかしながら、例えば少なくとも１つのレンズを図４の上面図で見て光変調器のチップ１３の上側または下側に配置することもできる。また、ＰＢＣがドライバＩＣのとは異なる側に配置される場合もあり得る。すなわち空間光学部品は、光変調器のチップのドライバＩＣ１２に面する辺とは異なる辺側であって、第１のペルチェ素子１７の上方に実装される。余分なアンダーフィル材を逃すための溝を、空間光学部品に対応する、光変調器のチップの辺の近傍に形成することができる。
[実施形態２]
　図４は、本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器３００の実装形態の側断面図である。
　実際には、ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３とを同じ厚みにすることは難しい場合が多く、その場合は図４のように別部材化して厚みコントロールすることが好ましい。
　例えば、ドライバＩＣ１２が例えば100μm，光変調器チップ１３が300μmというような厚み差が生じてしまうケースが存在する。この場合には、例えば、光変調器チップ１３とドライバＩＣ１２を、それぞれ、第１のペルチェ素子１７、第２のペルチェ素子１６上に実装し、ドライバＩＣ１２の上面の高さ及び光変調器チップ１３の上面の高さをコントロールする。たとえば、ドライバＩＣ１２は放熱性とGNDの安定性を考えて、CuW等の金属ブロック１５上に搭載することとする。本金属ブロック１５と光変調器チップ１３が実装されるサブキャリア１４の厚みを、それぞれ、例えば、金属ブロック１５の厚さは500μm、サブキャリア１４の厚さは300μmとすることで、ドライバＩＣ１２の上面の高さ及び光変調器チップ１３の上面の高さを揃えることができる。
　図４で示すようにドライバICと変調器チップで別々のサブキャリアを用いる場合（同一のサブキャリア上へ実装しない場合）は、必ずしも第２のペルチェ素子１６，第１のペルチェ素子１７の厚みは同一である必要はない。例えば、ペルチェ素子の熱抵抗を考えると、ペルチェ素子の高さは低いほど効率が良いため、ドライバが実装される側のペルチェ素子の高さが変調器の実装されるペルチェ素子の高さよりも低く設定することは有効である。
　[実施形態３]
　図５は、本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器４００の実装形態の側断面図である。
　ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３の厚みが同じ実装形態であれば、例えば、図２では、サブキャリア１４を用いているが、図５に示すように、サブキャリア１４を用いることなく、第１のペルチェ素子１７及び第２のペルチェ素子１６上面のAlN基板に各種DC配線や光学実装用のアライメントマークを持たせることで、部材点数を削減することが可能である。部材数を減らすことは熱抵抗を減らすことにつながるので、温度制御の観点から非常に有効である。
 [実施形態４]
　図６は、本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器５００の実装形態の側断面図である。
　ドライバＩＣ１２と光変調器チップ１３の厚みが異なる場合、光変調器チップ１３の下に実装されているサブキャリアを用いないことが可能である。なお、ペルチェ素子の厚みを変えてコントロールする本金属ブロック１５の構成はなしでもよい。この構成により、ペルチェ素子上に直接ドライバＩＣ１２が形成されている。
　[実施形態５]
　図７は、本発明のＨＢ－ＣＤＭによる光送信器６００の実装形態の側断面図である。
　図７に示すようにドライバＩＣ１２と配線基板ベース１８上の金属パターン２０間もワイヤ２１ではなく、第２の配線基板６１を用いたフリップチップ実装での接続とすることも可能である。
　この場合も光変調器チップ１３の上面とドライバＩＣ１２の上面との間の高さの差や、第１の配線基板２２の傾きの同様の理由から、ドライバＩＣ１２の上面と配線基板ベース１８の上面の金属パターン２０の上面の高さの差は100μm以下（理想的には50μm以下が好ましい）、ドライバＩＣ１２の上面や配線基板ベース１８の上面の金属パターン２０の上面に対する配線基板の下面の高さ方向の傾きが±3°以内にコントロールされている必要がある。第１の配線基板２２と第２の配線基板６１とに用いる材料は同一でも良いし、別でも良い。第１のバンプ２２ａ及び第２のバンプ６１ａの材料は同一でも良いし、別でも良い。
　ただし、コストを考えると第１の配線基板２２と第２の配線基板６１は同一の配線基板とするのは非常に有効である。この場合ドライバＩＣ１２の入出力ＰＡＤは同一として、光変調器チップ１３と配線基板ベース１８の上面の金属パターン２０の接続部のＰＡＤ形状・ピッチ等を揃えることで、同一の配線基板を用いることにより、コストの低減が可能である。
　ただし、図７で示すようにドライバICと変調器チップで別々のサブキャリアを用いる場合（同一のサブキャリア上へ実装しない場合）は、必ずしも第２のペルチェ素子１６，第１のペルチェ素子１７の厚みは同一である必要はない。例えば、ペルチェ素子の熱抵抗を考えると、ペルチェ素子の高さは低いほど効率が良いため、ドライバが実装される側のペルチェ素子の高さが変調器の実装されるペルチェ素子の高さよりも低く設定することは有効である。
　以上の実施形態１～５では、空間光学部品はレンズ実装を前提に記載しているが、レンズ実装以外の構成でも問題ない。また、空間光学部品は図示しているレンズ２３，２４以外にも、ファイバ固定用の部材であったり、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）等も含まれる。
（実施例）
　図８は、本発明の光送信器におけるペルチェ素子の密度配置を説明する図である。ペルチェ素子は、上下の金属面の間に、ｎ型の半導体素子およびｐ型の半導体素子を多数配置して、全体として両面の間で熱の移動を実現する。したがって、温度制御を行う対象の発熱量に合わせて、ペルチェ素子内の半導体素子の配置密度を設定できる。光送信器内の各部の発熱量を考えると、ドライバＩＣが最も発熱量が大きく、次に光変調器チップ、空間光学部品の順となる。具体的には、ペルチェ素子の素子密度を、ドライバＩＣの実装領域＞光変調器チップの実装領域＞空間光学部品の実装領域となるようにする。
　図８に示したように、ドライバＩＣを制御する第２のペルチェ素子１６は最も高い素子密度を持つようにする。また光変調器チップを制御する第１のペルチェ素子１７の内で光変調器の直下の領域は中程度の密度、空間光学部品等の領域１７－２では低い密度で良い。
　以上詳細に説明をしたように、本発明の光送信器によって、光変調出力特性の温度依存性を抑え、高速性に優れた光送信器の新規な構成および実装形態を実現できる。
　本発明は、光通信ネットワークに利用できる。

Claims (8)

  1. 光送信器であって、
    　光変調器と
    　前記光変調器のための変調電気信号を供給するドライバ集積回路（ドライバＩＣ）と、
    　前記光変調器と前記ドライバＩＣを接続する、フリップチップ実装によりフェイスダウン実装された第１の配線基板と、
    　前記光変調器の温度を制御する第１のペルチェ素子と、
    　前記ドライバＩＣの温度を制御する第２のペルチェ素子と
    　を備えていることを特徴とする光送信器。
  2. 　前記ドライバＩＣの上面および前記光変調器の上面の高さの差が100μm以下であり、前記ドライバＩＣの上面および前記光変調器の上面に対する前記第１の配線基板の下面の高さ方向の傾きは±3°以内であることを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
  3. 　前記光変調器チップと前記ドライバＩＣ間の距離が300μm以上2mm以下であり、前記第１の配線基板上のRF線路は略直線形状で形成されていること特徴とする請求項１又は２に記載の光送信器。
  4. 　前記第２のペルチェ素子の温度が、前記第１のペルチェ素子の温度よりも低く設定されており、前記光変調器は、ＩｎPによって構成され、
    　前記第１のペルチェ素子は、上面が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）によって構成され、
    　前記第１のペルチェ素子と前記光変調器のチップの間、および、前記第２のペルチェ素子と前記ドライバＩＣの間に、それぞれ、３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有するペーストまたははんだ層を備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
  5. 　前記第１のペルチェ素子の前記温度は４５±１０℃の範囲に設定され、
    　前記第２のペルチェ素子の前記温度は３０±１０℃の範囲に設定されていることを特徴とすることを請求項１に記載の光送信器。
  6. 　前記第１のペルチェ素子の上の、前記光変調器のチップの前記ドライバＩＣとは反対側に、空間光学部品が実装されており、前記変調器を実装するペルチェ素子上に変調器を構成するために必要な空間光学部品であるレンズ、ファイバ固定用の部材及び偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）が搭載されていて、
    　前記第１のペルチェ素子および前記第２のペルチェ素子は、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子の面内密度が、前記第２のペルチェ素子＞前記第１のペルチェ素子の前記光変調器のチップの実装領域＞前記第１のペルチェ素子の前記空間光学部品の実装領域となるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
  7. 　前記光変調器のチップおよび前記ドライバＩＣは、高速ドライバ集積光変調器（ＨＢ－ＣＤＭ）形態のパッケージ内に実装されており、
    　前記パッケージの入力部、前記ドライバＩＣおよび前記光変調器のチップの電気信号経路において、差動信号インタフェースによる電極パッドが形成されており、
    　前記入力部の高周波（ＲＦ）電極パッドが形成されるＲＦテラスの上面と前記ドライバＩＣの上面の高さの差は１００μｍ以下であり、前記ＲＦテラスの前記ＲＦ電極パッドおよび前記ドライバＩＣの前記電極パッドが第２の配線基板を介して接続されており、前記ドライバICの上面および前記ＲＦ電極パッドの上面に対する前記第２の配線基板の下面の高さ方向の傾きは±3°以内であることを特徴とする請求項６に記載の光送信器。
  8. 　前記ドライバＩＣおよび前記光変調器のチップが同一のサブキャリア上に実装されており、対向するそれぞれの辺の少なくとも一方の近傍であってサブキャリアの上面、または、前記ドライバＩＣと前記光変調器のチップの間であって前記サブキャリアの上面または下面の少なくとも一方に熱分離溝を有することを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
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