(57)【要約】【課題】本発明は、実装精度を緩和させることによって安定的に高い光の結合効率を得て特性を均一化させる光半導体モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】本発明による光半導体モジュールは、複数の半導体素子８を集積して搭載し、各半導体素子８の活性領域の長手方向の一端を受発光部１０とし、各受発光部１０を各々異なる端面に形成した半導体チップ３と、半導体チップ３の受発光部１０が形成された各端面に相対して配置された、各々単数本のファイバコア６を有する複数のフェルール５と、半導体チップ３と各フェルール５との間に配置された複数のレンズ７とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子を集積して搭載し、前記各半導体素子の活性領域の長手方向の一端を受発光部とし、前記各受発光部を各々異なる端面に形成した半導体チップと、
前記半導体チップの前記受発光部が形成された前記各端面に相対して配置された、各々単数本のファイバコアを有する複数のフェルールと、
前記半導体チップと前記各フェルールとの間に配置された複数のレンズと、
を備える、光半導体モジュール。
【請求項２】
前記半導体素子の前記活性領域の長手方向と前記レンズの光軸とのなす角度は、８°以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
前記半導体チップは多角形に形成され、前記半導体素子、前記レンズおよび前記フェルールは互いに同数かつ偶数個、前記多角形の任意かつ前記偶数個分の端面に対応して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
前記半導体素子は、フォトダイオードであることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光半導体モジュール。
【請求項５】
前記半導体素子は、レーザダイオードであることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信における光半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長距離通信の受信機として用いられていた光半導体モジュールは、１個のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）素子を有し、ファイバから出射された光が、ファイバとＰＤ素子との間に設けられた１枚のレンズを介してＰＤ素子の光導波路に照射されることで受信を行っていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
近年、複数個の光半導体素子を１つのパッケージに搭載した光半導体モジュールが用いられている。例えば、長距離大容量通信を目的として用いられるＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：差動位相偏移変調）などの差動位相変調光通信では、受信機としてバランス検波を行うツインＰＤモジュールが必要となる。ツインＰＤモジュールは、１本のコアとクラッドとからなる素線２本をそれぞれ保護材で覆うことによって形成した２本のファイバと、前記２本のファイバのそれぞれ一部を素線として、２本の素線を収容した２芯フェルールと、１枚のレンズと、２個の受光素子（ＰＤ）が集積された半導体チップとから構成され、２芯フェルールの２本のファイバコアから出射された光はレンズを介して２個の受光素子にそれぞれ光結合することによって光を受信する。このように、一般的には、モジュールを小型化して特性を均一化するために複数個の半導体素子が１つの半導体モジュールに集積されている（例えば、非特許文献２参照）。また、例えば、１００Ｇｂｐｓ（毎秒１００Ｇビット）の光通信において、２５Ｇｂｐｓで送受信する４つのＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）、ＰＤ素子をそれぞれ集積したアレイＬＤチップやアレイＰＤチップが用いられている。
【０００４】
従来においても、複数の光半導体素子を集積した光半導体チップを用いる光半導体モジュールはあったが、短距離通信を目的とするため、光ファイバはマルチモードであり、光半導体素子として表面型が用いられた。一方、近年用いられ始めたＤＰＳＫや１００Ｇｂｐｓの光通信は、高速長距離通信を目的とするため、光ファイバはシングルモードが用いられる。従って、一般的には、ＬＤ素子およびＰＤ素子は導波路型である。導波路型の半導体素子は、半導体チップの端面に形成された導波路によって光を受発光する構造となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔａｔｓｕｏ  Ｈａｔｔａ等、“Ｈｙｂｒｉｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ  ａｎｄ  Ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ＩＣ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｕ  Ｓｔｕｄ  Ｂｕｍｐ”、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＡＵＧＵＳＴ  ２００６、ＶＯＬ．２４、ＮＯ．８、ｐ．３１８７−３１９４
【非特許文献２】Ｍａｓａｈａｒｕ  Ｎａｋａｊｉ等、“Ｔｈｅ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｂｕｒｉｅｄ  ｗｉｔｈ  ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ＩｎＰ”、Ｐｒｏｃ．ＬＥＯＳ、２００５、ｐ．４４４−４４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２に記載のような、２個の受光素子が集積された半導体チップと２芯フェルールと１枚のレンズを用いた光半導体モジュールでは、フェルールが有するファイバコアから出射された光を効率的に受光素子に光結合させるためには、２芯フェルールのファイバコア間隔と受光素子間隔との倍率と、ファイバコアのモードフィールド径と受光素子のモードフィールド径との倍率とを一致させる必要がある。
【０００７】
しかし、２芯フェルールが有する２本のファイバコアは平行に形成されており、各ファイバコアから出射された光の主光線は互いに平行のままレンズに入射され、レンズを通過した各主光線は曲がって互いに交差する。従って、光の結合効率はレンズと受光素子との間隔に強く依存するため、２つのファイバコアから出射された光を１枚のレンズを介して２つの受信素子に光結合する光学系を実現させるためには、高精度なレンズの実装精度が要求される。しかも、シングルモードのファイバと導波路型の半導体素子が用いられているため、数ミクロン単位の実装精度が必要となる。このことは、ツインＰＤモジュールに限らず１００Ｇｂｐｓの光通信におけるアレイ型モジュールについても同様の実装精度が必要となる。そのため、実装精度が悪いと光の結合効率が低くなり、特性が不均一になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、実装精度を緩和させることによって安定的に高い光の結合効率を得て特性を均一化させる光半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明による光半導体モジュールは、複数の半導体素子を集積して搭載し、各半導体素子の活性領域の長手方向の一端を受発光部とし、各受発光部を異なる端面に形成した半導体チップと、半導体チップの受発光部が形成された各端面に相対して配置された、各々単数本のファイバコアを有する複数のフェルールと、半導体チップと各フェルールとの間に配置された複数のレンズとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、複数の半導体素子を集積して搭載し、各半導体素子の活性領域の長手方向の一端を受発光部とし、各受発光部を各々異なる端面に形成した半導体チップと、半導体チップの受発光部が形成された各端面に相対して配置された、各々単数本のファイバコアを有する複数のフェルールと、半導体チップと各フェルールとの間に配置された複数のレンズとを備えるため、実装精度を緩和させることによって安定的に高い光の結合効率を得て特性を均一化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１による光半導体モジュールの平面図である。
【図２】本発明の実施形態１による半導体チップの内部レイアウトを示す図である。
【図３】本発明の実施形態１による半導体チップの内部レイアウトを示す図である。
【図４】本発明の実施形態２による光半導体モジュールの平面図である。
【図５】本発明の実施形態２による光半導体モジュールの平面図である。
【図６】本発明の実施形態３による光半導体モジュールの平面図である。
【図７】本発明の実施形態３による光半導体モジュールの平面図である。
【図８】本発明の実施形態４による光半導体モジュールの平面図である。
【図９】本発明の実施形態４による光半導体モジュールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１３】
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１による光半導体モジュールの平面図である。また、図２および図３は、本発明の実施形態１による半導体チップの内部レイアウトを示す図である。図１に示すように、本実施形態１による半導体モジュールは、半導体モジュールのパッケージ１の底面にサブマウント２が取り付けられ、サブマウント２上にアンプ４や半導体チップ３が実装されている。半導体チップ３は、図２および図３に示すように、複数のＰＤ素子８（半導体素子）を集積して搭載し、各ＰＤ素子８の吸収導波路９（活性領域）の長手方向の一端を受光部１０（受発光部）とし、各受光部１０を各々異なる端面に形成している。すなわち、各ＰＤ素子８の吸収導波路９の長手方向は、受光部１０が形成される半導体チップ３の端面に対して垂直となっている。なお、本実施形態では、半導体チップ３に２つのＰＤ素子８を搭載している。また、半導体チップ３には、必要に応じて電極１１が形成されている。
【００１４】
また、半導体チップ３の受光部１０が形成された各端面に相対して配置された、各々単数本のファイバコア６を有する２本（複数）のフェルール５と、半導体モジュールのパッケージ１の内部に配置され、半導体チップ３と各フェルール５との間に配置された２枚（複数）のレンズ７とを備えている。
【００１５】
このように、本実施形態１では、レンズ７の光軸はフェルール５の端面と垂直となり、ＰＤ素子８の吸収導波路９の長手方向と平行となることを特徴としている。すなわち、例えば、半導体モジュールが図１に示す構成であるときの半導体チップ３の内部レイアウトは図２に示すようなレイアウトとなる。
【００１６】
図１に示すような構成とした半導体モジュールにおいて、各フェルール５から出射された光は、各レンズ７を透過した後に各ＰＤ素子８の受光部１０によって受光される。従来における２芯フェルールを用いた半導体モジュールの例では、光の結合効率がレンズと受光素子との間隔に強く依存するため、高精度なレンズの実装が要求されるという問題があったが、本実施形態による半導体モジュールでは、各ＰＤ素子８の配置間隔を考慮する必要がなく、レンズの実装位置が１００μｍずれたとしてもフェルール５から出射された光は受光部１０に到達するためレンズの実装精度が約１／１０となる。
【００１７】
以上のことから、実装精度を緩和させることによって安定的に高い光の結合効率を得て特性を均一化させることができる。
【００１８】
なお、本発明の実施形態において、半導体素子としてＰＤ素子３（フォトダイオード）を用いたが、ＰＤ素子３に替えてレーザダイオードを用いてもよい。
【００１９】
〈実施形態２〉
本発明の実施形態２では、ＰＤ素子８の吸収導波路９の長手方向とレンズ７の光軸とのなす角度が８°以上であることを特徴としている。
【００２０】
図４および図５は、本発明の実施形態２による半導体モジュールの平面図である。図４に示すように、フェルール５の端面およびサブマウント２の側面は斜めに形成されている。また、レンズ７は、ＰＤ素子８の吸収導波路９の長手方向とレンズ７の光軸とのなす角度が８°以上となるように傾けて実装されている。なお、図４では、サブマウント２の形状が平行四辺形であるが、図５に示すように、サブマウント２の形状が台形であってもよい。
【００２１】
以上のことから、レンズ７を傾けて実装することによって、フェルール５から出射された光が受光部１０に斜めに入射されるため、ファイバチップである半導体チップ３にて反射した光がファイバコア６に戻ることを抑制する。すなわち、反射減衰量を低減する効果が得られる。
【００２２】
〈実施形態３〉
図６および図７は、本発明の実施形態３による光半導体モジュールの平面図である。図６に示すように、半導体チップ３の形状は平行四辺形に形成されている。また、図７に示すように、半導体チップ３の形状は台形に形成されている。半導体チップ３は、ＰＤ素子８の吸収導波路９の長手方向とレンズ７の光軸とのなす角度が８°以上となるように傾けて形成されている。なお、フェルール５の端面およびサブマウント２の側面は、斜めに形成されてもよい。
【００２３】
以上のことから、半導体チップ３の入射端面を斜めに形成することによって、フェルール５から出射された光が受光部１０に斜めに入射されるため、半導体チップ３にて反射した光がファイバコア６に戻ることを抑制する。すなわち、反射減衰量を低減する効果が得られる。
【００２４】
〈実施形態４〉
本発明の実施形態４では、半導体チップ３は多角形に形成され、ＰＤ素子８、レンズ７およびフェルール５は互いに同数かつ偶数個、多角形の任意かつ偶数個分の端面に対応して配置されることを特徴としている。
【００２５】
図８および図９は、本発明の実施形態４による光半導体モジュールの平面図である。図８に示すように、半導体チップ３の４つの端面の各々に受光部１０が形成されており、各受光部１０と相対する位置にフェルール５およびレンズ７が配置されている。また、図９に示すように、半導体チップ３は６角形であり、半導体チップ３の６つの端面のうちの４つの端面の各々に受光部１０が形成され、各受光部１０と相対する位置にフェルール５およびレンズ７が配置されている。なお、図８において、フェルール５は半導体チップ３の端面に対して傾けて配置されている。
【００２６】
以上のことから、半導体チップ３を多角形とし、ＰＤ素子８、レンズ７およびフェルール５を互いに同数かつ偶数個、多角形の任意かつ偶数個分の端面に対応して配置することによって、複数種類の光を受光することができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００２７】
１  パッケージ、２  サブマウント、３  半導体チップ、４  アンプ、５  フェルール、６  ファイバコア、７  レンズ、８  ＰＤ素子、９  吸収導波路、１０  受光部、１１  電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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