(57)【要約】【課題】光変調器素子を搭載するキャリアに半導体基板を用いた場合に発生する伝送特性の劣化を抑止できる、伝送特性の良好な高周波回路を提供する。また、これを用いた高ビットレート光モジュールを提供する。【解決手段】本発明は、光変調器搭載キャリア２を半導体基板で形成し、該キャリア２上の伝送線路３をコプレーナ線路とし、該伝送線路３に信号を入力する伝送線路２０を誘電体基板上に形成し、該伝送線路２０を入力側をグランド付きコプレーナ線路、出力側をコプレーナ伝送線路としこれらを変換線路２４で連結した構造とし、伝送線路３と伝送線路２０とを導体ワイヤ２５で電気的に接続する。【選択図】　図３
2004093606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第１の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアと、該キャリアの第１の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第２の高周波伝送線路を形成した誘電体基板とを具備し、前記第１の高周波伝送線路と前記第２の高周波伝送線路とを導体ワイヤで電気的に接続し、前記第１の高周波伝送線路をコプレーナ伝送線路で形成し、前記第２の高周波伝送線路を、伝送線路の下に誘電体を挟んでグランド層を設けて入力側に形成した第１のコプレーナ伝送線路と該第１のコプレーナ伝送線路に比べ伝送線路の信号配線導体とグランド層の距離が大きくもしくは該グランド層を具備しないで出力側に形成した第２のコプレーナ伝送線路とを連結して形成することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記キャリアと前記誘電体基板をベース部材上に配置固定して構成することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第１の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアと、該キャリアの第１の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第２の高周波伝送線路を形成した誘電体基板とを具備し、前記第１の高周波伝送線路と前記第２の高周波伝送線路とを導体ワイヤと第３の高周波伝送線路で電気的に接続し、前記第１の高周波伝送線路および前記第３の高周波伝送線路をコプレーナ伝送線路で形成し、前記第２の高周波伝送線路を、伝送線路の下に誘電体を挟んでグランド層を設けて入力側に形成した第１のコプレーナ伝送線路と該第１のコプレーナ伝送線路に比べ伝送線路の信号配線導体とグランド層の距離が大きくもしくは該グランド層を具備しないで出力側に形成した第２のコプレーナ伝送線路とを連結して形成することを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
前記誘電体基板をパッケージ基板で構成し、前記第２の高周波伝送線路を前記パッケージ基板上に形成したことを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第２の高周波伝送線路の第１のコプレーナ伝送線路において、伝送線路下のグランド層と伝送線路のグランド配線導体とをビアにより電気的に接続したことを特徴とする請求項１または３記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第２の高周波伝送線路において、前記第１のコプレーナ伝送線路と前記第２のコプレーナ伝送線路との間に伝送モードを円滑に繋げる変換線路を有することを特徴とする請求項１または３記載の光モジュール。
【請求項７】
光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第４の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアと、該キャリアの第４の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第５の高周波伝送線路を形成した誘電体基板とを具備し、前記第４の高周波伝送線路と前記第５の高周波伝送線路とを導体ワイヤで電気的に接続し、前記第４の高周波伝送線路をコプレーナストリップ伝送線路で形成し、前記第５の高周波伝送線路を、入力側に形成したコプレーナ伝送線路と出力側に形成したコプレーナストリップ伝送線路とこれらを結ぶ変換伝送線路とで形成することを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
前記第４の高周波伝送線路のコプレーナストリップ伝送線路におけるグランド配線を、前記キャリアを固定するベース部材と導体ワイヤにより電気的に接続して形成したことを特徴とする請求項７記載の光モジュール。
【請求項９】
前記第５の高周波伝送線路において、伝送線路の下に誘電体を挟んでグランド層を設け、該グランド層とグランド配線導体とをビアにより電気的に接続して形成したことを特徴とする請求項７または８記載の光モジュール。
【請求項１０】
光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送するためにコプレーナストリップ伝送線路で形成した第４の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアをベース部材に固定し、前記コプレーナストリップ伝送線路におけるグランド配線を、前記ベース部材における金属と導体ワイヤにより電気的に接続して構成したことを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
前記キャリアの半導体材料がＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記光素子が光変調器素子もしくは光変調器集積化半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一つに記載の光モジュール。
【請求項１３】
光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第１の高周波伝送線路を形成した半導体基板からなる第１の基板と、該第１の基板の第１の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第２の高周波伝送線路を形成した誘電体基板からなる第２の基板とを具備し、前記第１の高周波伝送線路を表層コプレーナ伝送線路で形成し、前記第２の高周波伝送線路を、入力側に形成されたグランド付きコプレーナ伝送線路と出力側に形成された表層コプレーナ伝送線路とを連結して形成することを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一つに記載の光モジュールと、入力される並列の信号を多重化して前記光モジュールの光素子に入力する多重化ＩＣとを備えて構成したことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料からなる光素子キャリアを用いた良好な高周波特性を得ることのできる高周波伝送線路を有する光モジュール及び光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては、高度情報化に伴い送受信データが年々高ビットレート化する傾向にある。光変調器を用いて光信号を伝送させるレーザモジュールに関しても、高ビットレート光信号を送信側から受信側へ誤りなく伝達するためには、光変調器に電気信号を伝える高周波伝送線路の高周波特性を良好にすることが必須の課題となっており、例えば特開２００１−２５７４１２号公報（従来技術１）に見られるような構造により広帯域化を図っている。
【０００３】
即ち、従来技術１には、半導体レーザが搭載されるチップキャリアとして、基板内に配線導体層や配線導体層間を電気的に接続するためのビアを設けることが容易であるアルミナや窒化アルミ等の誘電体基板が用いられた高ビットレート光モジュールが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高ビットレート光モジュールとしては、例えば、光変調器集積型半導体レーザから光変調されて出射されるレーザ光を集光レンズで集光して光ファイバに入射させる必要がある。そのため、例えば、集光レンズを高精度に位置決めするための寸法形状が高精度のＶ溝をチップキャリア上の半導体レーザ搭載位置の前方に形成する必要がある。もし、高精度のＶ溝が形成できれば、該Ｖ溝に外形寸法精度の高い集光レンズを設置すれば、アクティブアライメントが不要な、簡便な組立工程によるレンズ搭載が可能となり、よって高ビットレート光モジュールの低価格化を実現することができる。しかし、上記従来技術１に記載されているような誘電体基板上に高精度のＶ溝を効率よく形成することが困難である。
【０００５】
他方、異方性エッチングによって高い寸法精度を有するＶ溝を形成することが容易なチップキャリアとしては、Ｓｉ等の半導体基板がある。しかし、Ｓｉ等の半導体基板の場合には、基板内に配線導体層や配線導体層間を電気的に接続するためのスルーホールを穿孔し、これにビアを埋め込んで電気的接続を取ることが容易でない。そのため、Ｓｉ等の半導体基板の場合、配線導体層間の電気的接続が取ることが困難となり、その結果、基板表面に形成した高周波伝送線路が高周波数領域において共振を起こし、高ビットレート光モジュールには適用できない可能性が高いという課題を有していた。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、良好な高周波特性を有し、しかも安価に製造することができるようにした高周波伝送線路を有する光モジュール及び光伝送装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第１の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアと、該キャリアの第１の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第２の高周波伝送線路を形成した誘電体基板とを具備し、前記第１の高周波伝送線路と前記第２の高周波伝送線路とを導体ワイヤまたは導体ワイヤと第３の高周波伝送線路とで電気的に接続し、前記第１の高周波伝送線路をコプレーナ伝送線路で形成し、前記第２の高周波伝送線路を、伝送線路の下に誘電体を挟んでグランド層を設けて入力側に形成した第１のコプレーナ伝送線路と該第１のコプレーナ伝送線路に比べ伝送線路の信号配線導体とグランド層の距離が大きくもしくは該グランド層を具備しないで出力側に形成した第２のコプレーナ伝送線路とを連結して形成することを特徴とする光モジュールである。
【０００８】
また、本発明は、前記光モジュールにおいて、前記キャリアと前記誘電体基板をベース部材上に配置固定して構成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記光モジュールにおける前記第２の高周波伝送線路の第１のコプレーナ伝送線路において、伝送線路下のグランド層と伝送線路のグランド配線導体とをビアにより電気的に接続することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第４の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアと、該キャリアの第４の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第５の高周波伝送線路を形成した誘電体基板とを具備し、前記第４の高周波伝送線路と前記第５の高周波伝送線路とを導体ワイヤで電気的に接続し、前記第４の高周波伝送線路をコプレーナストリップ伝送線路で形成し、前記第５の高周波伝送線路を、入力側に形成したコプレーナ伝送線路と出力側に形成したコプレーナストリップ伝送線路とこれらを結ぶ変換伝送線路とで形成することを特徴とする光モジュールである。
【００１１】
また、本発明は、前記光モジュールにおいて、前記第１の高周波伝送線路のコプレーナストリップ伝送線路におけるグランド配線を、前記キャリアを固定するベース部材（キャリアの下面部材）における金属と導体ワイヤにより電気的に接続して形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送するためにコプレーナストリップ伝送線路で形成した第４の高周波伝送線路を形成した半導体材料からなるキャリアをベース部材に固定し、前記コプレーナストリップ伝送線路におけるグランド配線を、前記ベース部材における金属と導体ワイヤにより電気的に接続して構成したことを特徴とする光モジュールである。
【００１３】
また、本発明は、前記光モジュールにおいて、前記光素子が光変調器素子もしくは光変調器集積化半導体レーザであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、光素子を搭載し、該光素子へ高周波電気信号を伝送する第１の高周波伝送線路を形成した半導体基板からなる第１の基板と、該第１の基板の第１の高周波伝送線路に高周波電気信号を供給するための第２の高周波伝送線路を形成した誘電体基板からなる第２の基板とを具備し、前記第１の高周波伝送線路を表層コプレーナ伝送線路で形成し、前記第２の高周波伝送線路を、入力側に形成されたグランド付きコプレーナ伝送線路と出力側に形成された表層コプレーナ伝送線路とを連結して形成することを特徴とする光モジュールである。
【００１５】
また、本発明は、前記光モジュールと、入力される並列の信号を多重化して前記光モジュールの光素子に入力する多重化ＩＣとを備えて構成したことを特徴とする光伝送装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波回路及びこれを用いた光モジュール並びに光伝送装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
光伝送装置は、図１に示すように構成される。即ち、光伝送装置５０は、光出力信号６４を光ファイバ６３により送信する光モジュール（ＬＤモジュール）６２と、光入力信号５２を光ファイバ５１により受信する光モジュール（ＰＤモジュール）５３とを備えた光送受信器で構成される。外部機器５８から多ピンコネクタ５６に入力された１Ｇｂｉｔ／ｓ程度の並列信号５９は、多重化ＩＣ６０により多重化されて１０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の信号に変換されて伝送線路６１を通してＬＤモジュール６２に伝送され、光出力信号６４に変換されて出力される。他方、受信モジュール５３に入力された光入力信号５２は、１０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の信号に変換されて伝送線路５４を通して伝送され、分離ＩＣ５５により１Ｇｂｉｔ／ｓ程度の信号に分離されて並列信号５７として多ピンコネクタ５６から外部機器５８へと出力される。
【００１８】
次に、本発明に係る送信モジュール６２について図２を用いて具体的に説明する。送信モジュール６２は、多重ＩＣ６０からの電気信号が入力される信号入力線７１等を有するリード線７２と、該信号入力線７１を接続したパッケージ伝送線路３０を有する誘電体基板で構成されたパッケージ基板３１と、該パッケージ伝送線路３０とＡｕワイヤ３２で接続された伝送線路２０を有する誘電体基板２１と光変調器搭載キャリア（光変調器搭載基板）２とを取り付けた表面に金属が形成されたベース部材８と、アイソレータを有する光ファイバ６３とを備えたモジュールパッケージ筐体７０で構成される。ベース部材８は、金属材料を始めとして、少なくとも表面に金属が形成されたセラミックやペルチェクーラが挙げられ、モジュールパッケージ筐体７０の底部にはんだ等によって固定される。
【００１９】
次に、本発明に係る高ビットレート（約１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）の光モジュール（ＬＤモジュール）の実施の形態について図３〜図８を用いて説明する。
【００２０】
まず、本発明に係る高ビットレートの光モジュールの第１の実施の形態について図３〜図６を用いて説明する。
【００２１】
図３は、本発明に係る約１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高周波伝送線路における、光変調器が搭載されるキャリア上の伝送線路及びこれに信号を供給するための伝送線路の周辺を示したものである。本実施の形態では、光素子である光変調器１には、光変調器集積型半導体レーザを用いている。光変調器１を搭載するキャリア（基板）２には、半導体を製造するためのエッチング等の加工が容易なＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰの何れかを主成分とする半導体基板を用いている。このキャリア２は、ベース部材８上にはんだもしくは接着剤で固定される。Ｓｉ等の半導体基板２の表面には伝送線路（第１の高周波伝送線路）３ａが形成されているが、その形態は、信号配線導体１１とその側方両側にグランド配線導体１２、１３が配置されるコプレナ線路（表層コプレーナ線路）となっている。この伝送線路３ａの材料はＡｕ等としている。光変調器１は、基板表面上伝送線路３の前方にはんだ接続等により搭載されている。伝送線路３ａと光変調器１の電極１４は、Ａｕ等の導体ワイヤ４１によって電気的に接続されている。また、光変調器１の伝送線路３ａが存在する側の反対には終端抵抗５が形成されており、これと光変調器１の電極１４との間についてもＡｕ等の導体ワイヤ４２が取り付けられ、電気的に接続されている。これら、光変調器１、信号が入力される信号配線導体１１、およびグランド配線導体１２、１３に一端を接続する終端抵抗５との間の回路構成は、特開２００１−２５７４１２号公報の図３に示す構成のものが使用可能である。
【００２２】
更に、光変調器１の光軸方向前方部のＳｉ等の半導体基板２の表面には、異方性エッチング加工によるＶ溝６が形成されており、このＶ溝６に例えば集光レンズ７を搭載することによって、光変調器１からのビームを光ファイバ６３の入射端に集光するように構成される。即ち、光変調器１を搭載する基板を半導体基板２で構成することによって、半導体を製造するための加工技術の一つである異方性エッチング加工によって高精度のＶ溝６が形成でき、その結果、該Ｖ溝６に外形寸法精度の高い集光レンズ７等を設置すれば、アクティブアライメントが不要な、簡便な組立工程によるレンズ搭載が可能となり、よって高ビットレート光モジュールの低価格化を実現することができる。
【００２３】
ところで、キャリアを半導体基板で構成することによって、高精度の加工が容易な例えばＶ溝６には、集光レンズ７の外に、光モジュールを構成する光ファイバや光学部品や光変調器１等を高精度に位置決めして搭載することが可能となる。
【００２４】
このように、光変調器１や集光レンズ７等を半導体基板２に搭載するように構成したため、光変調器搭載キャリア２上の伝送線路３ａに信号を供給する伝送線路（第２の高周波伝送線路）２０ａは、誘電体基板であるパッケージ基板３１との関係からグランド付きコプレーナ伝送線路を有する必要があるため誘電体基板２１で形成する。この誘電体基板２１としては、アルミナや窒化アルミナ等の誘電体基板が用いられ、ベース部材８上にはんだもしくは接着剤で固定される。そして、その線路形態２２、２３は、入力側のパッケージ基板３１に形成される伝送線路（第３の高周波伝送線路）３０ａがグランド付きコプレーナ伝送線路であり、出力側の半導体基板２に形成する伝送線路３ａが表層コプレーナ伝送線路であるため、入力側・出力側で異ならしめ、これら２２、２３を特性インピーダンスを一致させるように図４（ａ）（ｂ）に示すような変換線路２４によって一体的に繋ぐ（連結する）構造となっている。
【００２５】
図３（ｂ）は誘電体基板２１のＡ−Ａ’断面図を示している。入力側には、基板表層に信号配線導体２２１とグランド配線導体２２２、２２３からなるコプレーナ線路２２が形成され、基板を多層構造として、基板中間層にグランド配線層２２４を設け、このグランド配線層２２４と表層のグランド配線導体２２２、２２３とをビア２２５により電気的に接続し、グランド付きコプレーナ伝送線路（第１のコプレーナ線路）を形成している。なお、このグランド付きコプレーナ伝送線路２２は、必ずしも、表層のグランド配線導体２２２、２２３とグランド配線層２２４とをビア２２５で接続する必要はない。しかし、ビア２２５で接続した方が好ましい。
【００２６】
他方、出力側には、基板表層に信号配線導体２３１とグランド配線導体２３２、２３３からなる表層コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路）２３が形成されるが、基板中間にグランド導体層は存在せず、表層グランド配線導体に電気的に接続するビアも存在しない構造となっている。即ち、コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路）２３は、上記グランド付きコプレーナ伝送線路２２に比べ伝送線路の信号配線導体２３１とグランド層の距離が大きくもしくは該グランド層を具備しないで構成される。
【００２７】
このように誘電体基板２１は少なくとも表面に金属が形成されたベース部材８に設置されるため、出力側伝送線路（第２のコプレーナ線路）２３は、ベース面が下層グランド面に相当するが、入力側伝送線路２２に比べ表層と下層グランド層の距離（誘電体厚さ）が厚くなっている。従って、図５（ａ）に示す出力側伝送線路２３に形成される電界分布は、図５（ｂ）に示す入力側伝送線路（第１のコプレーナ線路）２２によって形成される電界分布に比較して信号線２３１と表層のグランド配線導体２３２、２３３との間での発生が支配的となる。入力側伝送線路２２においては、基板の中間層にグランド配線層２２４を有することから、信号線２２１からグランド配線層２２４への電気力線およびグランド配線導体２２２、２２３への電気力線による電界分布となる。
【００２８】
これら異なる形態を持つ２つの伝送線路２２、２３は、それぞれ特性インピーダンスが５０Ω程度に同一の値となるような寸法としているが、図４（ａ）（ｂ）に示すように、これら線路を繋ぐ変換線路２４においては、伝送モードが急激に変化して損失が増大することのないよう、線路寸法が徐々に変化する構造としている。入力側伝送線路２２には基板の中間層にグランド配線層２２４が存在し、出力側伝送線路２３には基板の中間層にグランド配線層が存在しないことにより、これらの線路を繋ぐ変換線路２４において伝送モードが急激に変化しないように、図４（ａ）においては信号配線導体の幅寸法を入力側から出力側に向って徐々に増大し、図４（ｂ）においてはグランド配線導体の間の間隙を入力側から出力側に向って徐々に減少させて形成した。なお、図４（ａ）（ｂ）において、鎖線は入力側伝送線路２２におけるグランド配線層２２４の端部の位置を示す。このように、入力側伝送線路２２と出力側伝送線路２３との間に変換線路２４を設けたことにより、電界分布がスムーズに変化し、入力信号の伝送モードをコプレーナモードに低損失で変換することが可能となる。
【００２９】
本実施の形態においては、誘電体基板２１上の伝送線路２０ａは、２箇所の屈曲部を持つ構造となっている。これは、誘電体基板２１への信号入力部と光変調器１との位置関係によるものであり、入力部の位置によって誘電体基板２１上の伝送線路２０ａは、屈曲部数が２以外であっても、あるいは屈曲部のない直線線路で構成されても構わない。
【００３０】
誘電体基板２１の出力側伝送線路２３は、光変調器搭載キャリア２の伝送線路３ａにＡｕ等の導体ワイヤ２５を介して電気的に接続されている。また、入力側伝送線路２２は、光モジュールのパッケージ基板３１に形成される伝送線路３０ａとＡｕ等の導体ワイヤ３２を介して電気的に接続されている。
【００３１】
パッケージ伝送線路３０ａは、基板の入力側伝送線路２２と同様、信号配線導体３０１とその両側にグランド配線導体３０２、３０３が配置され、下層にグランド層が存在し、これとグランド配線導体３０２、３０３とがビア３０５により電気的に接続したグランド付きコプレーナ線路となっている。誘電体基板２１の入力側伝送線路２２とパッケージ基板３１の伝送線路３０ａは、それぞれの信号線同士、グランド線同士がＡｕ等の導体ワイヤ３２で繋がれている。高周波電気信号は、このパッケージ伝送線路３０ａから入力され、誘電体基板２１上の伝送線路２０ａ及び光変調器搭載キャリア２上の伝送線路３ａを通って光変調器１に入力される。
【００３２】
もし、誘電体基板２１からグランド付コプレーナモードの信号を、キャリア２上の表層コプレーナモードの伝送線路３ａに直接入力した場合を仮定すると、特定の周波数、特に高周波領域（＞５ＧＨｚ）において半導体基板２への電界漏洩が発生し、共振が起こり伝送特性が劣化することになる。
【００３３】
しかしながら、上記に説明した形状をとることにより、パッケージ基板３１上の伝送線路３０ａ及び誘電体基板２１上の入力側伝送線路２２における伝送モードはグランド付きコプレーナモードとなり、変換線路２４にて伝送モードが変わり、出力側伝送線路２３では表層コプレーナモードとなる。従って、半導体基板２に形成された伝送線路３に入力する電気信号の伝送モードを表層コプレーナモードとすることを可能にし、その結果、共振を回避して伝送線路の広帯域化を実現し、約１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレートを実現することが可能となる。
【００３４】
他方、表層コプレーナ伝送線路は、特定の周波数において両側のグランド配線導体に電位差が生じコプレーナモード伝送ができず伝送特性が劣化することがある。これを防ぐ方法としては、少なくとも誘電体基板２１上の表層コプレーナ伝送線路２３を不必要に長くしないで、入力信号の伝送モード（グランド付きコプレーナモード）を表層コプレーナモードもしくは表層コプレーナモードに低損失で変換できるモードにする手段が挙げられる。本発明は、これらの手段を導入したもので、誘電体基板２１の入力側伝送線路２２をグランド付きコプレーナ線路として左右グランド配線導体２２２、２２３を下層グランド層２２４及びビア２２５を用いて常に同電位にするとともに、伝送モード変換線路２４を設けてグランド付きコプレーナモードから表層コプレーナモードへスムーズに変換できる構造とし、その結果入力信号がどのような伝送モードであっても良好な特性を得ることができる。
【００３５】
図６には、図３に示す本発明による高周波伝送線路を用いた光モジュールの伝送特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図中、曲線４０１は反射特性Ｓ１１、曲線４０２は通過特性（Ｓ２１）を表す。１０ＧＨｚにおける反射損（Ｓ１１）は−１０ｄＢ以下の−１６ｄＢとなり、挿入損（Ｓ２１）が−３ｄＢより少ない損失となる帯域は０〜１４ＧＨｚとなり、ほぼ１０Ｇｂｉｔ／ｓの光モジュールとして良好な値を示していることが分かる。
【００３６】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、半導体基板２上に形成される表層コプレーナ伝送線路３ａにＡｕ等の導体ワイヤ２５で接続される誘電体基板２１上の出力側のコプレーナ伝送線路２３を比較的短くして誘電体基板２１上で入力側のグランド付きコプレーナ伝送線路２２から上記表層コプレーナ伝送線路２３へと円滑に繋げることによって、ほぼ１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高周波伝送特性の良好な高周波伝送線路を有する光モジュールを低価格で実現することができる。
【００３７】
次に、本発明に係る高ビットレートの光モジュールの第２の実施の形態について図７を用いて説明する。
【００３８】
図７は、図３と同様、本発明に係る高周波伝送線路における、光変調器が搭載されるキャリア上の伝送線路およびこれに信号を供給するための伝送線路の周辺を表す図である。本第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、グランド付きコプレーナモードから表層コプレーナモードに変換する部分が光モジュールパッケージ基板３１の伝送線路３０ｂに形成し、誘電体基板２１上の伝送線路２０ｂを表層コプレーナ伝送線路とすることにある。なお、光変調器１が搭載されたキャリア２上の伝送線路３ａや光部品の構成は図３と同一である。従って、誘電体基板２１は、その内部にビアや中間メタル層は形成されておらず、単層の誘電体により構成されている。他方、誘電体基板で構成されるパッケージ基板３１の伝送線路３０ｂは、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図に示されるように、入力側伝送線路３３、３４は下層メタル３０６やビア３０５を設けてグランド付きコプレーナ伝送線路（第１のコプレーナ線路）とし、出力側伝送線路３２（誘電体基板２１に接続する側）は表層コプレーナ伝送線路（第２のコプレーナ線路）となるように基板内部のビアや基板下面のメタル層（グランド層）がない構造としている。即ち、表層コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路）３２は、上記グランド付きコプレーナ伝送線路３３、３４に比べ伝送線路の信号配線導体とグランド層の距離が大きくもしくは該グランド層を具備しないで構成される。
【００３９】
なお、伝送線路３３に関しては、その上下に光モジュールパッケージ筐体７０の壁３０９が存在するため、それと伝送線路の信号線３３１が短絡することを防ぐため、伝送線路の上部にも誘電体３０８が存在する。この誘電体３０８の内部にもビア３０５が形成され、このビア３０５とメタル層３０７とを介して左右のグランド配線導体３３２、３３３が電気的に接続されている。
【００４０】
本第２の実施の形態においても、誘電体基板２１上の伝送線路２０ｂは２箇所屈曲部を持つ構造となっているが、屈曲部数が２以外であっても、あるいは屈曲部のない直線線路で構成されても構わない。
【００４１】
ところで、本第２の実施の形態の場合、第１の実施の形態に比べて表層コプレーナ伝送線路２０、３１の長さが長くなるので、誘電体基板２１も含めて表層コプレーナ伝送線路ができるだけ短くなるように工夫をすれば好ましい。
【００４２】
このような形態をとることにより、第１の実施の形態と同様、高周波伝送特性の良好な高周波伝送線路を有する高ビットレート光モジュールを低価格で実現することができる。
【００４３】
次に、本発明に係る高ビットレートの光モジュールの第３の実施の形態について図８を用いて説明する。
【００４４】
図８も、本発明に係る高周波伝送線路における、光変調器が搭載されるキャリア上の伝送線路およびこれに信号を供給するための伝送線路の周辺を表す図である。本第３の実施の形態では、光変調器１を搭載するキャリア２上の伝送線路（第４の高周波伝送線路）３ｂをコプレーナストリップ線路としている。このコプレーナストリップ線路３ｂは、信号線１１と、その側方の一方のみにグランド配線導体１２が存在する構造である。なお、各光部品の配置は図３と同様である。
【００４５】
ところで、キャリア２上の伝送線路３ｂをコプレーナストリップ線路としたことによって、キャリア２表面のグランド配線導体１２を、Ａｕ等の導体ワイヤ９を介して、キャリア２が搭載されているベース部材８における金属（キャリアの下面部材）に電気的に接続する。ベース部材８における金属は、電位が０となるように光モジュールパッケージ筐体７０に電気的に繋がれている。この導体ワイヤ９の存在により、キャリア２内への電界漏洩に起因する共振の発生する周波数を高周波領域に移動させることができ、よって使用帯域における伝送特性を良好にすることができる。導体ワイヤ９は、本第３の実施の形態ではグランド配線導体１２の中間と先端に２箇所に複数本設置している。この導体ワイヤ群の設置間隔は、伝送線路３ｂを伝送させる信号線の最短波長の１／４よりも短いことが望ましい。
【００４６】
仮に、キャリア２上のグランド配線導体が信号線の両側に存在する構造（コプレーナ線路）にし、このグランド配線導体をベース部材の金属面に繋ぐようにした場合、導体ワイヤの本数が増えるだけでなく、更に、図８のように集光レンズ７が存在する構造となっている場合には導体ワイヤの設置が実質不可能になり、よって広帯域高周波回路を得ることができない。
【００４７】
しかしながら、キャリア２上の伝送線路３ｂを上記のごとく構成することによって高周波特性の良好な高周波伝送線路を得ることができる。
【００４８】
更に、キャリア上伝送線路３ｂへ信号を入力する誘電体基板２１上の伝送線路（第５の高周波伝送線路）２０ｃは、入力側伝送線路２２はグランド付きコプレーナ線路、出力側線路２７はコプレーナストリップ線路であり、それらの間に伝送モード変換線路２６を設けた形態となっている。入力側伝送線路２２及び出力側伝送線路２７は、ともに特性インピーダンスが約５０Ωとなるような寸法に設計されている。変換線路２６部は、特性インピーダンス約５０Ωを維持しつつ、一方のグランド配線導体２６３を徐々に信号配線導体２６１から遠ざけ、かつ信号配線導体２６１の幅と、もう一方のグランド配線導体２６２と信号配線導体２６１とのスペースとを出力側線路２７におけるコプレーナストリップ線路の寸法に徐々に変換する構造としている。更に、表面の２つのグランド配線導体２２２（２６２、２７２も含む）、２２３（２６３も含む）を等電位とするために、誘電体基板２１を多層構造としており、その内部にグランド層を基板全体に亘って設け、このグランド層及びビア２２５により左右グランド配線導体を電気的に接続している。
【００４９】
本第３の実施の形態においても、誘電体基板２１上の伝送線路２０ｃは２箇所屈曲部を持つ構造となっているが、屈曲部数が２以外であっても、あるいは屈曲部のない直線線路で構成されても構わない。
【００５０】
更に、誘電体基板２１上の伝送線路２０ｃとパッケージ基板３１上の伝送線路３０ａとの接続は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
以上説明したように、本第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、高周波伝送特性の良好な高周波伝送線路を有する高ビットレート光モジュールを低価格で実現することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、光素子等を搭載するキャリアにスルーホールを形成することが困難な半導体基板を用いても、伝送線路として基板への電界の漏洩を起因とする損失を回避することができるため、ほぼ１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高周波特性の良好な高周波伝送線路を有する光モジュールを安価に実現できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光伝送装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る光モジュール（ＬＤモジュール）の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る高周波伝送線路の第１の実施の形態を示す模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は平面図におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図３に示す誘電体基板上における伝送線路の変換線路を拡大して示した図である。
【図５】図３に示す表面コプレーナ伝送線路とグランド付きコプレーナ伝送線路における電界分布を示した図である。
【図６】本発明に係る高周波伝送線路を用いた光モジュールの伝送特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る高周波伝送線路の第２の実施の形態を示す模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は平面図におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図８】本発明に係る高周波伝送線路の第３の実施の形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１…光変調器（光変調器集積半導体レーザ）、２…キャリア（半導体基板）、３ａ…キャリア上伝送線路（第１の高周波伝送線路）、３ｂ…キャリア上伝送線路（第４の高周波伝送線路）、５…終端抵抗、６…Ｖ溝、７…集光レンズ、８…ベース部材、９…導体ワイヤ、１１…信号導体配線、１２、１３…グランド配線導体、１４…光変調器の電極、２０ａ…誘電体基板上伝送線路（第２の高周波伝送線路）、２０ｂ…誘電体基板上伝送線路（第３の高周波伝送線路）、２０ｃ…誘電体基板上伝送線路（第５の高周波伝送線路）、２１…誘電体基板、２２…誘電体基板上入力側伝送線路（第１のコプレーナ伝送線路：グランド付きコプレーナ伝送線路）、２３…誘電体基板上出力側伝送線路（第２のコプレーナ伝送線路：表層コプレーナ伝送線路）、２４…変換線路、２５…導体ワイヤ、２６…誘電体基板上変換線路、２７…誘電体基板上出力側伝送線路、３０ａ…パッケージ基板上伝送線路（第２の高周波伝送線路）、３１…パッケージ基板、３２…パッケージ基板上出力側伝送線路、３３、３４…パッケージ基板上入力側伝送線路、５０…光伝送装置、５１、６３…光ファイバ、５３…光モジュール（ＬＤモジュール）、５５…分離ＩＣ、５６…多ピンコネクタ、５８…外部機器、６０…多重化ＩＣ、６２…光モジュール（ＰＤモジュール）、７０…パッケージ筐体、７１…信号入力線、７２…リード線、２０１、２２１、２３１、２６１、２７１、３０１、３２１、３３１、３４１…信号配線導体、２０２、２０３、２２２、２２３、２３２、２３３、２６２、２６３、２７２、３０２、３０３、３２２、３２３、３３２、３３３、３４２、３４３…グランド配線導体、２２５、３０５…ビア、２２４…基板中間メタル層（グランド層）、３０６、３０７…メタル層、３０８…誘電体層、３０９…パッケージ筐体の壁、４０１…Ｓ１１（反射特性）曲線、４０２…Ｓ２１（通過特性）曲線。
【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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