(57)【要約】【課題】４０Ｇｂｉｔ／ｓより高速動作する進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器において、帯域内にディップのない、滑らかな光応答をもつチップキャリアを提供することである。【解決手段】解決方法は、以下に挙げる４つ方法のいずれか、または組み合わせである。（１）電界吸収型光変調器チップ内で、チップ表面の接地導体とチップ裏面の金属ベース基板を電気的に接続する。（２）終端抵抗を形成した誘電体基板表面の接地導体と金属ベース基板を誘電体基板内で電気的に接続しない。（３）電界吸収型光変調器チップ内に終端抵抗を形成する。（４）入力高周波線路と終端用抵抗に接続するための高周波線路とが、光変調器チップ表面において光導波路に対し同じ側に形成する。【選択図】  図１１
2004226769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界吸収型光変調器と、前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極と、第１の高周波信号入力線路と、第１の高周波信号出力線路とがその表面に設けられた第１の基板が設けられ、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第１の高周波信号入力線路には変調器駆動回路の出力が接続され、
直線状の前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、第１の側に前記第１の高周波信号入力線路と前記第１の高周波信号出力線路と終端抵抗とが配置されており、前記第１の高周波信号入力線路と前記第１の高周波信号出力線路および前記終端抵抗は前記電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記第１の高周波信号入力線路、前記電極、前記第１の高周波信号出力線路および前記終端抵抗を経由する信号経路の幾何学的形状はＵ字形であることを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
【請求項３】
半導体レーザ光源と前記変調器とは前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
【請求項４】
前記第１の側に前記レーザ光源の電気的接点が配置されていることを特徴とする請求項３記載の光送信装置。
【請求項５】
第２の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第１の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第１の基板と、前記第１の誘電体基板と前記第１の基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第２の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極に電気的に接続された第１の高周波信号出力線路を介して前記電極に終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第１の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第１の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第１の基板上の第２の辺からそれに対向する第４の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、前記光導波路上の一部に設けられた前記電極の一端と前記第２の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号入力線路が前記第１の基板上に設けられ、前記電極の他端と前記終端抵抗との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号出力線路が前記第１の基板上に設けられ、
前記第１の高周波信号入力線路および前記第１の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第１の高周波信号入力線路および前記第１の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記接地導体と前記金属ベース基板とを電気的に接続する手段が設けられ、
前記第１および第２の高周波信号入力線路、前記電極および前記第１の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
【請求項６】
前記手段はビアホールであることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
【請求項７】
前記第１の基板上に前記終端抵抗が設けられていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
【請求項８】
前記直線状の前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、前記第１の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第１の側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の光送信装置。
【請求項９】
前記直線状に前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、前記第１の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第１の側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
【請求項１０】
前記終端抵抗は前記第１の基板上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の光送信装置。
【請求項１１】
前記終端抵抗は前記第１の誘電体基板上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の光送信装置。
【請求項１２】
半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源から前記光変調器へ至る前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、第１の側に前記レーザ光源の電気的接点および前記第１の高周波信号入力線路が配置されていることを特徴とする請求項１２記載の光送信装置。
【請求項１４】
第２の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第１の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第１の基板と、第２の高周波信号出力線路がその表面に設けられ、かつ、その線路の一端には終端抵抗が設けられた第２の誘電体基板と、、前記第１の誘電体基板、および前記第１の基板、および前記第２の誘電体基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第２の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極にはその電極に電気的に接続された第１の高周波信号出力線路および前記第２の高周波信号出力線路を介して終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第１の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第２の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第１の基板上の第２の辺からそれに対向する第４の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第２の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号入力線路が前記第１の基板上に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第２の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第２の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
前記第１の高周波信号出力線路が前記第１の基板上に設けられ、前記第２の高周波信号出力線路は前記第１の高周波信号出力線路と前記終端抵抗との間に設けられ、
前記第２の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第２の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記金属ベースと前記第２の誘電体基板との間は電気的に絶縁され、
前記第１および第２の高周波信号入力線路、前記電極、前記第１および第２の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
【請求項１５】
半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項１４記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送装置に係り、更に詳しくいえば、半導体レーザの出力光を外部変調する光学チップまたは前記光学チップの出力を伝送光ファイバに結合する出力部をもつ光伝送装置に関連し、特に毎秒４０ギガビット以上の超高速光通信システムに適した光送信装置に組み込まれる、光変調器チップキャリアと変調器駆動回路の電気実装に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に用いられる、光変調器の電極構造は、集中定数型、進行波型と大きく分類される。この内、集中定数型の素子では、いわゆるＣＲ時定数（素子容量Ｃ、素子抵抗Ｒ）による動作速度の制限があり、高速化を実現するためには素子長を低減するなどしてＣを低減する必要がある。このため、高速性と高光耐性、低電圧駆動性の両立には限界がある。
【０００３】
一方、進行波型素子は集中定数型素子の改良版である。光導波路近傍に形成された電極は伝送路として取り扱われ、高周波電気信号は電極上を進行波の形で伝搬する。このため、ＣＲ時定数に依存しない高速動作を実現することが可能となる（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、第２７号、第３冊、頁６５４、１９９１年３月、またはＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１８号、第３３冊、頁１５８０、１９９７年８月２８日）。特に、変調速度４０Ｇｂｉｔ／ｓを越える超高速通信の場合、進行波型電極をもつ光変調器が必須になると考えられる。
【０００４】
一般に、進行波型光変調器の導波路材料としては、ニオブ酸リチウムやＩｎＰ系、ＧａＡｓ系などの化合物半導体が検討されている。ニオブ酸リチウムを基板とする光変調器では、基板の強度が十分であるために、高周波入力信号線が形成された誘電体基板を用いない。直接高周波信号を光変調器が形成された基板上の高周波線路に入力することができる（特開平１０−２２１６６４）。
【０００５】
一方、半導体光変調器では、基板の厚さが高々１００μｍと薄いため、強度が不十分であり、高周波信号の入力や信号を終端するための抵抗への接続のためには、光変調器チップとは別に高周波信号線が形成された誘電体基板を実装する必要がある。
【０００６】
図１に進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップと高周波信号線が形成された誘電体基板を実装して構成した光変調器チップキャリアの例を示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）はＡ‐Ａ’の断面図である。金属ベース基板１０１上に、高周波信号入力用誘電体基板１１１と進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ１３１と終端抵抗形成誘電体基板１４１が固定されている。高周波信号入力用誘電体基板１１１は、誘電体基板１１５上に形成された、中心導体１１２、接地導体１１３、ビアホール１１４からなっている。進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ１３１は、半絶縁性半導体基板１３８上に形成された、変調器電極１３２、接地導体１３３、光導波路１３４、光電界吸収部１３５、高周波信号入力導体１３６、高周波信号出力接続導体１３７からなっている。終端抵抗形成誘電体基板１４１は、誘電体基板１４６上に形成された、中心導体１４２、接地導体１４３、ビアホール１４４、終端抵抗１４５からなっている。信号を導波するための中心導体１１２、１３２、１４２と接地導体１１３、１３３、１４３はそれぞれ、金リボン１２１により電気的に接続されているが、中心導体と接地導体との間は絶縁されている。光電界吸収部１３５上に形成された変調器電極１３２に入力された信号が、光導波路１３４中を伝播する光を変調することになる。
【０００７】
この光変調器チップキャリアの光応答を測定したところ、図２に示すように周波数１７ＧＨｚにディップが観測された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
例えば変調速度４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号を伝送する場合を考えると、このディップは信号を大きく劣化させる原因となる。４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号を伝送するためには、少なくとも４０ＧＨｚより小さい周波数領域においてはディップのない、滑らかな光応答が必要となる。
【０００９】
よって、本発明の目的は、４０Ｇｂｉｔ／ｓより高速動作する光変調器において、帯域内にディップのない、滑らかな光応答をもつ光変調器、特に電界吸収型光変調器のチップキャリアを提供することである。変調器の対象を電界吸収型に限定した理由は、後に述べる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
我々はディップの原因を次のように考えた。
【００１１】
ビアホールが形成された誘電体基板に形成された高周波信号線は、いわゆるグランディットコプレーナ構造となる。一方一般に、電界吸収型光変調器チップ部分では、チップ表面側の接地導体と裏面側のベース基板が電気的に接続されないコプレーナ構造である。このように電極構造が異なるために、それぞれの高周波線路内に発生する電気力線の基本モードは一致しない。このため、誘電体基板に形成された高周波信号線から光変調器チップに高周波信号が入力されると、光変調器チップ内には、通常のコプレーナモード（第１のモード）の電気信号に加え、チップ表面側の接地金属とベース基板間に発生する第２のモードが誘起される。
図３に、高周波信号の電気力線のモードの概念図を示す。１２１は電気力線である。（ａ）は誘電体基板に形成された高周波信号線のモード（図１中断面Ｂ−Ｂ’）、（ｂ）は半導体光変調器内で発生する第１のモード（図１中断面Ｃ−Ｃ’）、（ｃ）は第２のモード（図１中断面Ｃ−Ｃ’）である。なお、図３中の符号のうち図１と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【００１２】
光変調器チップ内に発生した第１のモードは光変調器チップ表面に形成された高周波線路に沿って伝播する。一方、第２のモードは、高周波線路に影響されず直進する。そして、２つのモードは終端抵抗が形成された誘電体基板で結合する。このとき、第１のモードの有効誘電率は約５０であるのに対し、第２のモードの有効誘電率は約１２と、大きく異なるために、両モードは伝播速度が異なる。このためある周波数では、逆位相の第１のモードと第２のモードが結合し、ディップが発生するのである。
【００１３】
この原理によれば、特に、マッハツェンダ型変調器に比べ変調器長が約１００から２００μｍと短い電界吸収型光変調器でディップが発生すると考えられる。なぜなら、変調器長が短いと、光変調器チップ上の入力導体（図１中１３６）と終端抵抗接続導体（図１中１３７）が対向する形となり、第２のモードの終端抵抗形成誘電体基板（図１中１４１）上の高周波導体１４２への結合が強くなるのである。よって、本発明は、電界吸収型光変調器を電気実装する際に特に有効である。
【００１４】
この原理によれば、次に挙げる３つの方法により、ディップは解消される。
【００１５】
１つ目は、第２モードを発生させないことである。これを実現するためには、光変調器チップ内で表面の接地導体と金属ベースとを電気的に接続すればよい。
１つの例としては、光変調器チップ内にビアホールを形成することが考えられる。
【００１６】
２つ目は、第２のモードを終端しないことである。図１に示した従来例では、終端抵抗が形成された誘電体基板にビアホールがあるために、第１のモードのみならず、第２のモードも終端される。第２のモードを終端しない方法としては、終端抵抗を形成した誘電体基板においてビアホールが無い構成にすること、及び光変調器チップ上に終端抵抗を形成することが考えられる。この様な構成にすると、終端抵抗部分において表面側の接地導体と裏面導体間に終端抵抗が存在せず、第２のモードは終端されない。
【００１７】
３つ目は、第２のモードを終端抵抗に接続する高周波線路に結合しないことである。第２のモードは、高周波線路に影響されず直進するため、終端抵抗を入力信号直進方向に形成しなければよい。この具体的方法を図４に示す。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）はＡ‐Ａ’の断面図である。金属ベース基板１０１上に、高周波信号入力用誘電体基板１１１と進行波型電極をもつ電界吸収型光変調器チップ１３１が固定されている。なお、図４中の符号のうち図１と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【００１８】
光変調器チップ上の終端抵抗への接続導体１３７を、光導波路１３４に対し高周波入力導体１３６と同じ側に形成した。このチップキャリアの光応答を測定したところ、図５のように、周波数５０ＧＨｚ以下の範囲において、ディップの無い滑らかな周波数特性を得ることに成功した。
【００１９】
また、光変調器チップ上の終端抵抗への接続線路を、光導波路に対し高周波入力線路と同じ側に形成する構造にすることにより、次に示す３つの利点がある。
【００２０】
１つ目は、チップ面積の点である。図１に示した従来構造をもつ光変調器チップ１３１に比べ、図４に示した本発明の光変調器チップ１３１では約半分のチップ面積となり、製造コストは面積に比例して約半分になる。
【００２１】
２つ目は、誘電体基板数を減らせる点である。図１に示した従来構造をもつチップキャリアに比べ、図４に示した本発明のチップキャリアでは、終端抵抗形成誘電体基板１４１が不要となり、チップキャリアの小型化、及びチップキャリアの製造コストの低減が可能となる。
【００２２】
３つ目は、光変調器駆動回路をハイブリッド実装する場合に終端抵抗形成工程を省略できる点である。図６に光変調器駆動回路３０３と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器３０１の等価回路図を示す。光変調器３０１、接続高周波線路３０２、変調器駆動回路３０３、終端抵抗３１１、進行波型電極を持つ光変調器３１２、抵抗３２１，３２２，３２３、トランジスタ３２４，３２５、電流源３２６からなっている。図に示すように、光変調器駆動回路には必ず抵抗３２１、３２２、３２３が形成される。この抵抗形成と同時に、光変調器用の終端抵抗３１１を形成すれば、図４に示した誘電体基板上の抵抗１４５を形成する必要がなくなり、製造コスト低減に寄与する。
【００２３】
ここまで述べたことは、電界吸収型光変調器にレーザ光源をモノリシック集積したチップ場合にも同様である。特に、図７に示すようにレーザ電極８０２を、電界吸収型光変調器表面で光導波路１３４に対し高周波入力導体１３６と同じ側に形成することによりチップ面積低減が図られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図８は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器１３１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は図（ａ）中Ａ−Ａ‘断面図、（ｃ）は光電界吸収部１３５の断面図である。なお、図８中の符号のうち図１−７と同じ符号は、同じものを指すものとする。変調器駆動回路６０１で発生された高周波信号が光変調器チップ１３１に、高周波入力導体１３６から入力される。高周波信号は光電界吸収部１３５に到達し、レーザ光源５０１から発せられたレーザ光５０２を強度変調し、変調光５０３を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続導体１３７を伝播、金リボン１２１を通過し、終端抵抗形成誘電体基板１４１に到達し、終端抵抗１４５で終端される。具体的には、次のように形成した。
【００２５】
銅タングテンからなる金属ベース基板１０１上に、電界吸収型光変調器チップ１３１と終端抵抗形成高周波基板１４１が固定されている。電界吸収型光変調器１３１は半絶縁性半導体基板上１３８上に形成されている。チップ表面には、光導波路１３４、高周波線路を形成する中心導体１３２と接地導体１３３が形成されている。吸収層構造は図８（ｃ）のようにした。まず鉄をドープした半絶縁性ＩｎＰ基板１３８上に５ｘ１０１８／ｃｍ−３の濃度でＳｉをドーピングしたＩｎＰ層７０３を２．５μｍ積層し、その上に井戸層、バリア層ともにＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸層７０２を厚さ０．２３μｍ成長する。この上にｐ−ＩｎＰクラッド層７０１を１．７μｍ成長した。この層のドーピングレベルは２×１０１７〜８×１０１８ｃｍ−３に変化させた０．７μｍの層の上に８×１０１８ｃｍ−３の層が０．９μｍさらに０．２μｍのＩｎＧａＡｓの層を積層し、ドーピング濃度は１×１０１９ｃｍ−３の濃度とした。このような多層基板に光導波路となるメサストライプを形成し、導波路以外の部分は平坦化と容量低減のためにポリイミド層７０４とした。メサストライプのは幅１．６μｍ、高さ２．２μｍとした。この上に配置した伝送路を構成する導体１３２の幅は４μｍで、厚さは８５０ｎｍの金を蒸着した。接地導体１３３は３００ｎｍ厚さの金を蒸着した。また、中心導体１３２と接地導体１３３の間隔は１２μｍとした。終端抵抗形成誘電体基板１４１は、窒化アルミニウム上１４６にＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、金の多層膜よりなる中心導体１４２と接地導体１４３から形成されている。また、基板表面の接地導体１４３の電位を安定するために、ビアホール１４４が４つ形成され、金属ベース基板１０１と電気的に接続されている。電界吸収型光変調器チップ１３１内の接地導体１３３と終端抵抗形成高周波基板１４１内の接地導体１４３、及び電界吸収型光変調器チップ１３１内の中心導体１３２と終端抵抗形成高周波基板１４１内の中心導体１４２は幅５０μｍの金リボン１２１により電気的に接続されている。光変調器駆動回路は半絶縁性ＩｎＰ基板６０５上に形成され、ヘテロバイポーラトランジスタで構成されている。
【００２６】
光変調器チップ内には、高周波入力導体１３６、及び終端抵抗接続導体１３７近傍の接地導体１３３内に、ビアホール１３９を計４つ形成した。
【００２７】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００２８】
上には、導波路構造として、ポリイミド平坦化した例を挙げたが、半導体による埋め込み構造にしても、同様の効果が得られる。また、基板としてＩｎＰをあげたが、ＧａＡｓ基板でもよい。光変調器の吸収層としてＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸を挙げたが、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸としてもよい。レーザ光波長としては１．５５μｍとしたが、１．３μｍから１．６μｍの範囲でもよい。
（実施例２）
図９は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図９中の符号のうち図１−８と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【００２９】
実施例１とほぼ同じ形態であり、相違点は、電界吸収型光変調器１３１と終端抵抗形成誘電体基板１４１にビアホールを形成していない、という点である。
【００３０】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
（実施例３）
図１０は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１０中の符号のうち図１−９と同じ符号は、同じものを指すものとする。変調器駆動回路６０１で発生された高周波信号が光変調器チップ１３１に、高周波入力線路１３６から入力される。高周波信号は光電界吸収部１３５に到達し、レーザ光源５０１から発せられたレーザ光５０２を強度変調し、変調光５０３を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続線路１３７を伝播し、光変調器チップ上に形成された終端抵抗１４０で終端される。具体的には、次のように形成した。
【００３１】
銅タングテンからなる金属ベース基板１０１上に、電界吸収型光変調器チップ１３１が固定されている。電界吸収型光変調器チップ１３１の構成は、チップ上に終端抵抗１４５が形成されている他は実施例１と同一である。終端抵抗１４５は、中心導体１３２と両側に形成されている接地導体１３３間を、それぞれ１００Ωのシリコン−窒化−タングステンで接続することにより、合計の抵抗値５０Ωとした。その他の光変調器チップ１３１の形態は、実施例１に示した方法と同様である。
【００３２】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００３３】
図１０には、光変調器チップ１３１にビアホール１３９を形成した例を示したが、ビアホールがない場合にも、同様の結果となる。
（実施例４）
図１１は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１１中の符号のうち図１−１０と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例１とほぼ同じ形態であり、相違点は、電界吸収型光変調器１３１の高周波入力線路１３６と終端抵抗接続線路１３７を光導波路１３４に関して同じ側に形成されている点である。変調器駆動回路６０１で発生された高周波信号が、変調器駆動信号出力部６０２から高周波入力線路１３６へ入力される。高周波信号は光電界吸収部１３５に到達し、レーザ光源５０１から発せられたレーザ光５０２を強度変調し、変調光５０３を発生する。その後高周波信号は、終端抵抗接続線路１３７を伝播し、光変調器駆動回路上に形成された終端抵抗６０３に到達し、終端される。
【００３４】
光変調器チップ１３１は、電極構造、及びビアホール１３９が無い点以外は、実施例１と同じ形態である。実施例１との主な違いは、電界吸収型光変調器１３１の高周波入力線路１３６と終端抵抗接続線路１３７を光導波路１３４に関して同じ側に形成した点である。
【００３５】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００３６】
図１１には、光変調器チップ１３１にビアホールを形成しない例を示したが、ビアホールを形成する場合にも、同様の結果となる。また、終端抵抗を光変調器駆動回路内に形成した例を示したが、光変調器チップ１３１内に形成してもよい。
（実施例５）
図１２は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と高周波信号入力用誘電体基板１１１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１２中の符号のうち図１−１１と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例４との違いは、電界吸収型光変調器１３１と光変調器駆動回路６０１との間に高周波信号入力用誘電体基板１１１を挿入した点である。この結果、光変調器駆動回路６０１で発生する熱の光変調器特性への影響を最小限に留めることができるようになる。
【００３７】
誘電体基板１１１の高周波線路の特性インピーダンスは、光変調器駆動回路と同じ５０Ωとなっている。具体的には、誘電体基板１１５の厚さが２５０μｍ、中心導体１１２の幅を９０μｍ、中心導体１１２と接地導体１１３の間隔を３４μｍとした。
【００３８】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００３９】
光変調器駆動回路、及び誘電体基板１１１の高周波線路の特性インピーダンスを５０Ωとしたが、それらは一致していればよく、５０Ωに限定するわけではない。
（実施例６）
図１３は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と高周波信号入力用誘電体基板１１１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１３中の符号のうち図１−１２と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【００４０】
誘電体基板１１１上の一部に特性インピーダンスが９９．２Ωである高インピーダンス線路部１１７を設けた。具体的には、中心導体の幅を１６μｍ、中心導体と接地導体の間隔を７１μｍ、長さを１５０μｍとした。その他の形態は、実施例５と同じである。
【００４１】
特性インピーダンスが９９．２Ωである高周波線路を設けた理由を記述する。現構造の光変調器部の特性インピーダンスは２５Ωであり、通常用いられる５０Ω系に接続すると、電気高周波信号が反射され、変調波形を劣化させる原因となる。進行波型電極中の光変調器部の両側に５０Ωよりインピーダンスの高い線路をつけると、高インピーダンス線路、光変調部、高インピーダンス線路と連続する構造のインピーダンスは平均的に５０Ωとなり、電気高周波信号の反射が抑制されるのである。
【００４２】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。また、周波数２０ＧＨｚにおける電気反射係数Ｓ１１は−２０ｄＢを達成した。
（実施例７）
図１４は本発明による光送信器主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と高周波信号入力用誘電体基板１１１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１４中の符号のうち図１−１３と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例５との違いは、終端抵抗６０３を高周波入力信号用誘電体基板１１１上に形成した点である。
【００４３】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００４４】
また、高周波信号入力用誘電体基板１１１上の入力、出力線路の途中に５０Ωよりインピーダンスの高い線路を挿入することにより、電気反射特性を改善することができる。
（実施例８）
図１５は本発明による光送信装置主要部の構成を示した図である。具体的には、波長１．５５μｍのレーザ光源５０１と電界吸収型光変調器１３１と高周波信号入力用誘電体基板１１１と変調器駆動回路６０１から構成される光送信装置の構成を示した図である。なお、図１５中の符号のうち図１−１４と同じ符号は、同じものを指すものとする。実施例４との違いは、電界吸収型光変調器１３１にレーザ８０１をモノリシック集積した点である。レーザをモノリシック集積することにより、光送信装置の小型化が図られる。
【００４５】
レーザ電流は、レーザ電源８０５からチップコンデンサ８０４、リボンボンディング８０３を介して、レーザ電極８０２に供給される。
【００４６】
この結果、光応答の３ｄＢ減衰周波数帯域４０ＧＨｚを達成し、かつ周波数５０ＧＨｚ以下でディップの無い良好な光応答を得た。
【００４７】
レーザ集積する本形態は、実施例１−７の電界吸収型光変調器チップ１３１に適用可能なことは、言うまでも無い。
【００４８】
また、レーザ電極用ボンディングワイア８０３とレーザ電極８０２のチップ上での接触点を、光導波路１３４に対して、高周波入力線路１３６と同じ側にすることにより、電界吸収型光変調器チップ１３１のより一層の小型化が図られる。
付記：
１．電界吸収型光変調器と、前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極と、第１の高周波信号入力線路と、第１の高周波信号出力線路とがその表面に設けられた第１の基板が設けられ、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第１の高周波信号入力線路には変調器駆動回路の出力が接続され、
直線状の前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、第１の側に前記第１の高周波信号入力線路と前記第１の高周波信号出力線路と終端抵抗とが配置されており、前記第１の高周波信号入力線路と前記第１の高周波信号出力線路および前記終端抵抗は前記電極を介して電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
２．前記第１の高周波信号入力線路、前記電極、前記第１の高周波信号出力線路および前記終端抵抗を経由する信号経路の幾何学的形状はＵ字形であることを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
３．半導体レーザ光源と前記変調器とは前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
４．前記第１の側に前記レーザ光源の電気的接点が配置されていることを特徴とする請求項３記載の光送信装置。
５．第２の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第１の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第１の基板と、前記第１の誘電体基板と前記第１の基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第２の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極に電気的に接続された第１の高周波信号出力線路を介して前記電極に終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第１の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第１の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第１の基板上の第２の辺からそれに対向する第４の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、前記光導波路上の一部に設けられた前記電極の一端と前記第２の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号入力線路が前記第１の基板上に設けられ、前記電極の他端と前記終端抵抗との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号出力線路が前記第１の基板上に設けられ、
前記第１の高周波信号入力線路および前記第１の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第１の高周波信号入力線路および前記第１の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記接地導体と前記金属ベース基板とを電気的に接続する手段が設けられ、
前記第１および第２の高周波信号入力線路、前記電極および前記第１の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
６．前記手段はビアホールであることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
７．前記第１の基板上に前記終端抵抗が設けられていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
８．前記直線状の前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、前記第１の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第１の側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の光送信装置。
９．前記直線状に前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、前記第１の高周波信号入力線路、および前記終端抵抗は前記第１の側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
１０．前記終端抵抗は前記第１の基板上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の光送信装置。
１１．前記終端抵抗は前記第１の誘電体基板上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の光送信装置。
１２．半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項５記載の光送信装置。
１３．前記レーザ光源から前記光変調器へ至る前記光導波路で前記第１の基板を第１および第２の側に区分したとき、第１の側に前記レーザ光源の電気的接点および前記第１の高周波信号入力線路が配置されていることを特徴とする請求項１２記載の光送信装置。
１４．第２の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第１の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第１の基板と、第２の高周波信号出力線路がその表面に設けられ、かつ、その線路の一端には終端抵抗が設けられた第２の誘電体基板と、、前記第１の誘電体基板、および前記第１の基板、および前記第２の誘電体基板がその表面に設けられた金属ベースとを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第２の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極にはその電極に電気的に接続された第１の高周波信号出力線路および前記第２の高周波信号出力線路を介して終端抵抗が電気的に接続されることにより、前記光導波路上の前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第１の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第２の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第１の基板上の第２の辺からそれに対向する第４の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第２の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第１の高周波信号入力線路が前記第１の基板上に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第２の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第２の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
前記第１の高周波信号出力線路が前記第１の基板上に設けられ、前記第２の高周波信号出力線路は前記第１の高周波信号出力線路と前記終端抵抗との間に設けられ、
前記第２の高周波信号出力線路の周囲には接地導体が設けられ、前記第２の高周波信号出力線路は前記接地導体に対して電気的に絶縁され、前記金属ベースと前記第２の誘電体基板との間は電気的に絶縁され、
前記第１および第２の高周波信号入力線路、前記電極、前記第１および第２の高周波信号出力線路の間は電気的に接続されていることを特徴とする光送信装置。
１５．半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項１４記載の光送信装置。
１６．第２の高周波信号入力線路がその表面に設けられた第１の誘電体基板と、電界吸収型光変調器と，
前記光変調器の一部を構成する光導波路上の一部に設けられた進行波型電極とがその表面に設けられた第１の基板とを有し、
前記変調器はレーザ光源からの出力光を変調するためのものであり、前記第２の高周波信号入力線路は変調器駆動回路の出力が接続され、
前記電極と前記第１の基板上に設けられた終端抵抗との間にはその両者間を電気的に接続するための第１の高周波信号出力線路が設けられることにより、前記電極を通過した前記高周波信号が前記終端抵抗で終端するように構成され、
その平面形状が長方形状である前記第１の誘電体基板の第１の辺からそれに対向する第３の辺に至るような直線状に前記第１の高周波信号入力線路がその基板表面に設けられ、
その平面形状が長方形状である前記第１の基板上の第２の辺からそれに対向する第４の辺に至るような直線状に前記光導波路が設けられ、
前記電極の一端と前記第１の高周波信号入力線路との間で電気的接続をとるために第２の高周波信号入力線路が前記第１の基板上に設けられ、
前記第１の高周波信号出力線路と前記終端抵抗が前記第１の基板上に設けられていることを特徴とする光送信装置。
１７．半導体レーザ光源と前記変調器とが前記第１の基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする請求項１６記載の光送信装置。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、またはそれ以上の伝送速度における伝送が可能となる、良好な周波数応答をもつ電界吸収型光変調器チップキャリアを提供することができる。同時に、誘電体基板数の低減、チップサイズの低減、終端抵抗形成プロセスの省略を実現し、光伝送装置の小型化、低コスト化へも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型である、進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器のチップキャリア図。（ａ）平面図  （ｂ）平面図中に示したＡ−Ａ’線に沿った断面図。
【図２】図１に示した従来型チップキャリアで測定した光応答の一例。
【図３】高周波信号の電気力線のモードの概念図。  （ａ）誘電体基板に形成された高周波信号線のモード（図１中断面Ｂ−Ｂ’）  （ｂ）半導体光変調器内で発生する第１のモード（図１中断面Ｃ−Ｃ’）  （ｃ）第２のモード（図１中断面Ｃ−Ｃ’）。
【図４】本発明に関するチップキャリア形態。  （ａ）上面図  （ｂ）平面図中に示したＡ−Ａ’線に沿った断面図。
【図５】図４に示した本発明のチップキャリアで測定した光応答の一例。
【図６】光変調器駆動回路と進行波型電極を持つ電界吸収型光変調器の等価回路図。
【図７】本発明の内、レーザをモノリシック集積した光変調器チップの上面図。
【図８】本発明による光送信装置の一実施例を示す。  （ａ）上面図  （ｂ）上面図中に示したＡ−Ａ’線に沿った断面図  （ｃ）上面図中に示したＤ−Ｄ’線に沿った断面図、光導波路部分を拡大した。
【図９】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１０】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１１】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１２】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１３】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１４】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【図１５】本発明による光送信装置の一実施例を示す。
【符号の説明】
１０１‥金属ベース基板、１１１‥高周波信号入力用誘電体基板、１１２‥中心導体、１１３‥接地導体、１１４‥ビアホール、１１５‥誘電体基板、  １１６‥終端抵抗、１１７‥高インピーダンス線路部、１２１‥金リボン、１３１‥電界吸収型光変調器チップ、１３２‥変調器電極、１３３‥接地導体、１３４‥光導波路、１３５‥光電界吸収部、１３６‥高周波信号入力導体、  １３７‥高周波信号出力接続導体、  １３８‥半絶縁性半導体基板、１３９‥ビアホール、１４０‥終端抵抗、１４１‥終端抵抗形成誘電体基板、１４２‥中心導体、１４３‥接地導体、１４４‥ビアホール、１４５‥終端抵抗、１４６‥誘電体基板、１４７‥終端抵抗接続中心導体、
２０１‥電気力線、
３０１‥光変調器、３０２‥接続高周波線路、３０３‥変調器駆動回路、３１１‥終端抵抗、３１２‥進行波型電極を持つ光変調器、３２１，３２２，３２３‥抵抗、３２４，３２５‥トランジスタ、３２６‥電流源、
４０１‥レーザ電極、
５０１‥レーザ光源、５０２‥レーザ光、５０３‥変調光、
６０１‥変調器駆動回路、６０２‥変調器駆動信号出力部、６０３‥終端抵抗、６０４‥光変調器駆動回路用ベース基板、６０５‥半絶縁性半導体基板、
７０１‥  ｐＩｎＰクラッド層、７０２‥  ＭＱＷ層、７０３‥  ｎ−ＩｎＰ層、７０４‥ポリイミド層、
８０１‥レーザ、８０２‥レーザ電極、８０３‥レーザ電極用ボンディングワイア、８０４‥チップコンデンサ、  ８０５‥レーザ電流源。
【図１】
2004226769.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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