(57)【要約】  【課題】  発光素子と受光素子との間の電気クロストークを低減し、かつ、光受信における高周波特性を改善することができる光送受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置を提供する。  【解決手段】  内部に送受信室１０Ａを設けた略箱状のパッケージ１０と、このパッケージ１０の送受信室１０Ａに互いに独立別個に設けられた第１及び第２の金属板１１、１２と、この第１の金属板１１上に設けられ、発光素子１５を実装する第１の基板１３と、第２の金属板１２上に設けられ、受光素子１６を実装する第２の基板１４と、発光素子１５と受光素子１５とに光学的に結合された光ファイバ１７Ａ、１７Ｂと、パッケージ１０に設けられ、発光素子１５および受光素子１６の各電極とパッケージ１０外部側との電気的な接続を図る複数のリード１８Ａ〜１８Ｈとを備えた。【選択図】  図２
2005203553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に送受信室を設けた略箱状のパッケージと、
このパッケージの前記送受信室に互いに独立別個に設けられた第１及び第２の金属板と、
この第１の金属板上に設けられ、発光素子を実装する第１の基板と、
前記第２の金属板上に設けられ、受光素子を実装する第２の基板と、
前記発光素子と受光素子とに光学的に結合された光導波路と、
前記パッケージに設けられ、前記発光素子および前記受光素子の各電極とパッケージ外部側との電気的な接続を図る複数のリードと
を備えた光送受信モジュール。
【請求項２】
前記パッケージは、樹脂で形成してある請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項３】
前記第２の金属板と前記受光素子のカソード端子間には、これらの間を電気的に接続させるコンデンサを具備する請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】
前記発光素子を搭載する前記第１の基板は、その比抵抗値が１ｋΩ・ｃｍ以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項５】
前記第１及び第２の金属板の少なくとも一方は、前記いずれかのリードを通じて前記パッケージ外部のグランドと接続されている請求項１から４のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項６】
前記第２の金属板は、プリアンプを搭載しているとともに、
前記受光素子のアノード端子と前記プリアンプの入力端子の間、および前記プリアンプの出力端子と前記リードのいずれかとの間を電気的に接続してある請求項１から５のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】
前記パッケージは、前記送受信室の床面から前記パッケージの底面まで貫通するスルーホールを有し、
前記第１及び第２の金属板の少なくとも一方は、この金属板の下面側とスルーホールを介して前記パッケージ下面と電気的に導通している請求項１から６のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項８】
前記第１及び第２の金属板は、互いに対向して隣接する境界部分の形状が、互いに補完するクランク状もしくは曲線状を呈する請求項１〜７のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項９】
前記パッケージは、前記送受信室の一部が外部に向けて開口しているとともに、
前記開口部は、金属もしくはセラミックで形成した蓋で閉鎖してある請求項１〜８のいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光送受信モジュールを搭載する光送受信装置において、
光送受信モジュールの前記パッケージを搭載する基板は、前記パッケージの下面が接する上面の前記パッケージを搭載する領域に、導電パターン欠損領域を有する光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子が同一モジュール内に配置され双方向の受信を行うことができる光送受信モジュールおよび光送受信装置に係り、特にモジュール内部の発光素子と受光素子間の電気的干渉を低減し、かつ、高周波特性にも優れた光送受信モジュールおよび光送受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの高速化等に伴い、幹線系の通信システムだけでなく、一般加入者通信においてもＦＴＴＨ（Fiber To The Home）と呼ばれる光ファイバでデータ通信を行う光通信システムが一般的となりつつある。このような光通信システムでは、伝送路である光ファイバを効率的に使用するために、１本のファイバで上り下りが異なる波長の光信号（例えば使用する波長として、上り１．３μｍ、下り１．５μｍなどの近赤外光）を利用し伝送する方法が採用されている。
【０００３】
ところで、これらのシステムを低コストで実現するため各種の試みがなされているが、その一つとして送信側の発光素子および受信側の受光素子を１つのパッケージに収めることで低コスト化を図った送受信モジュールが提案されている。
【０００４】
しかしながら、発光素子と受光素子を１つのパッケージに収めた場合、発光素子の駆動電流信号が受光素子や受信側回路の電気信号に干渉する電気クロストークが発生し、このクロストーク量が無視できない(大きい)、という問題がある。特に、伝送する信号がギガビット以上に高速化した場合は、これによる通信特性の劣化が顕著となる。
【０００５】
そこで、このクロストークの低減を目的とした光送受信モジュールとして、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。これについて、モジュールの内部を上面から見た平面図である図１０を参照しながら説明する。
【０００６】
この光送受信モジュール１００には、図１０に示すように、金属板１０１がパッケージ１００Ａの内部に設けられているとともに、パッケージ１００Ａの内部と外部を電気的に導通する第１の（アウタ）リード１０２Ａ〜第８の（アウタ）リード１０２Ｈが設けられている。
金属板１０１には、第１基板１０３及び第２基板１０６が分離・独立して設けられている。そのうち、第１基板１０３上には発光素子１０４が実装されているとともに、第２基板１０６上には受光素子１０７が実装されている。
【０００７】
以下、この光送受信モジュール１００の発光素子１０４及び受光素子１０７について、構成及び作用を説明する。
発光素子１０４は、素子の上面（アノード端子）から下面（カソード端子）に電流を流すことで発光するように構成されている。即ち、第１のリード１０２Ａから、第１のボンディングワイヤ１０５Ａ、第１基板１０３上の発光素子１０４のアノード端子用電極１０４Ａを通じ、発光素子１０４の下面に電流が流れるが、発光素子１０４上面側の図示外の所定の端子と接続された第２のボンディングワイヤ１０５Ｂ、第２のリード１０２Ｂを通じ、パッケージ１００Ａ外部から発光素子１０４を電流駆動するようになっている。
【０００８】
一方、受光素子１０７は、素子の下面のカソード端子とアノード端子に電圧を印加することで、光信号を受光の際にカソード端子からアノード端子の方向に電流が流れ、受光した光レベルに応じて電流量が変化する。即ち、パッケージ１００外部の図示外のアンプの入力端子が、第３のリード１０２Ｃ、第３のボンディングワイヤ１０５Ｃ、第２基板１０６上の受光素子１０７のカソード端子用電極１０７Ａを通じ、受光素子１０７のカソード端子と接続されている。一方、受光素子１０７のアノード端子は、第２基板１０６上の受光素子のアノード端子用電極１０７Ｂ、第４のボンディングワイヤ１０５Ｄ、第４のリード１０２Ｄを通じ、パッケージ１００Ａ外部の図示外の直流電圧源に接続されている。従って、パッケージ１００Ａの外部から第３のリード１０２Ｃ、第４のリード１０２Ｄ間に電圧を印加することで、通信相手からの光信号を受信する際に、その光信号レベルに応じた受光電流を得ることができる。
【０００９】
次に、この光送受信モジュール１００に備える光学系の構成及び作用について説明する。
図１０において、第２基板１０６内部（図示せず）には、第１の光ファイバ１０８Ａ、第２の光ファイバ１０８Ｂの各一端が図示外の波長フィルタ（例えば、干渉膜フィルタ）をはさんで配置されている。また、第１の光ファイバ１０８Ａの他端(図１０では左端)は、図示しないが、発光素子１０４の発光部に配置されているとともに、第２の光ファイバ１０８Ｂの他端がパッケージ１００Ａの外部光インターフェイス(光コネクタ)となる。
【００１０】
従って、発光素子１０４から出力する光信号は、光ファイバ１０８Ａの内部を図１０中右方向に伝播するとともに波長フィルタを通過した後、光ファイバ１０８Ｂの内部を同方向に伝播してこの光送受信モジュール１００の外部へ出力される。一方、光ファイバ１０８Ｂを通じて通信相手の外部から入力する光信号は、波長フィルタで反射し、受光素子１０７の受光部で光信号として受信する。
【００１１】
以上説明してきたように、特許文献１に記載の光送受信モジュール１００は、発光素子１０４及び受光素子１０７を搭載する基板を、発光素子１０４を搭載する第１基板１０３と受光素子１０７を搭載する第２基板１０６との２つに分離することで、電気的クロストークを低減できるように構成している。
【特許文献１】特開２００１−３４５４７５号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特にこの光送受信モジュールで使用するパッケージに、安価な樹脂パッケージを用いることで、さらに低コスト化を図ることが検討されている。
しかしながら、特にこのパッケージ１００Ａに樹脂などを用いた光送受信モジュール１００にあっては、パッケージ自体に導電性がないため、パッケージ外部のグランドと内部のグランドとの間に寄生インダクタンスＬ１〜Ｌ３（図１１参照）が発生し易く、この寄生インダクタンスＬ１〜Ｌ３によってパッケージ内部のグランド電位が高周波で変動してしまうことが多い。例えば1Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を受信する際、前述したように、発生する寄生インダクタンスＬ１〜Ｌ３によって、以下のような問題を生じている。
【００１３】
即ち、この光送受信モジュールにあっては、受光素子１０７とパッケージ１００Ａ外部とを接続するボンディングワイヤ、特に受光素子１０７のカソード端子用電極１０７Ａ（図１０参照）と接続する第３のボンディングワイヤ１０５Ｃ側の寄生インダクタンスＬ１によって、高周波特性が劣化する。
そこで、この高周波特性の劣化を抑えて良好な高周波特性を得るためには、受光素子１０７のカソード端子側の寄生インダクタンスＬ１を低減する必要がある。このため、一般的には、受光素子１０７近くでグランドに接続したり、グランドに接続されたコンデンサと接続して、高周波特性の劣化防止対策を講じる必要がある。
【００１４】
そこで、前述のように、受光素子１０７のカソード端子とパッケージ１００Ａ内部のグランドとしての金属板１０１との間に、コンデンサＣを接続した構成のものについて、その作用を図１１に示す回路等価モデルを用いて説明する。
同図に示すように、発光素子１０７のカソード、アノード側には、第３、第４のボンディングワイヤ１０５Ｃ、１０５Ｄ等の寄生インダクタンスＬ１、Ｌ２が発生している。このため、高周波信号を含んだ電流で発光素子１０４を駆動した場合、発光素子１０７のアノード端子の電位も高周波信号で変動する。そして、この発光素子１０７のアノード端子電位の高周波信号による変動は、発光素子１０７のアノード端子用電極１０４Ａ（図１０参照）から、シリコン基板１０３を通じ金属板１０１へと伝播される。
【００１５】
一方、図１０に示す第１基板１０３は、図１１に示すように、コンデンサと抵抗の等価回路にモデル化できる。また、金属板１０１は、本来は外部グランドと接続されているが、同図に示すように、第５のリード１０２Ｅの寄生インダクタンスＬ３によって高周波的に不安定である。このため、発光素子１０４のアノード端子電圧の高周波的な電位変動は、金属板１０１を通じ、前述の追加したコンデンサＣによって、受光素子１０７のカソード端子へと伝播していく。
【００１６】
以上のような構成から、受光素子１０７のカソード端子の電位変動は、そのまま受光電流の変動となる。即ち、光受信における高周波特性の改善を目的として、図１１に示すように、従来（特許文献１に記載）の光送受信モジュール１００において受光素子１０７のカソード端子にコンデンサＣを追加すると、再び電気的なクロストークの増大をもたらすこととなる。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子と受光素子との間の電気クロストークを低減し、かつ、光受信における高周波特性を改善することができる光送受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置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】
【００１８】
本発明の光送受信モジュールは、内部に送受信室を設けた略箱状のパッケージと、
このパッケージの前記送受信室に互いに独立別個に設けられた第１及び第２の金属板と、
この第１の金属板上に設けられ、発光素子を実装する第１の基板と、
前記第２の金属板上に設けられ、受光素子を実装する第２の基板と、
前記発光素子と受光素子とに光学的に結合された光導波路と、
前記パッケージに設けられ、前記発光素子および前記受光素子の各電極とパッケージ外部側との電気的な接続を図る複数のリードとを備えるものである。
【００１９】
上記構成によれば、発光素子と受光素子を実装する各基板を、それぞれ別々の金属板に搭載させており、寄生容量を小さくすることができる。従って、発光素子を高周波信号で電流駆動する際、高周波信号の一部が受光素子の端子の電位変動をもたらす（具体的には、例えば発光素子のアノード端子から受光素子のカソード端子への）電気クロストークを、効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記パッケージが、樹脂で形成してある。
【００２１】
上記構成によれば、パッケージの部分は樹脂成形により量産化が容易となるので、低コスト化を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記第２の金属板と前記受光素子のカソード端子間に、これらの間を電気的に接続させるコンデンサを具備するものである。
【００２３】
上記構成によれば、受光素子のカソード端子にグランドへ接続するコンデンサをパッケージ内部に設けることで、受光素子のカソードの電位を高周波的に安定化させることにより、高周波特性を改善しつつ、発光素子のアノード端子から受光素子のカソード端子への電気的なクロストークを抑えることができる。
【００２４】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記発光素子を搭載する第１の基板の比抵抗値が１ｋΩ・ｃｍ以上である。
【００２５】
上記構成によれば、高周波信号による発光素子からのアノード端子の電位変動が第１の金属板へ伝播するときに、その変動量を抑えることができるようになる。
【００２６】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記第１及び第２の金属板の少なくとも一方が、前記いずれかのリードを通じて前記パッケージ外部のグランドと接続されているものである。
【００２７】
上記構成によれば、外部グランドと接続された金属板の電位変動を抑えることができる。
【００２８】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記第２の金属板に、プリアンプを搭載しているとともに、
前記受光素子のアノード端子と前記プリアンプの入力端子の間、および前記プリアンプの出力端子と前記リードのいずかとの間を電気的に接続してあるものである。
【００２９】
上記構成によれば、プリアンプにより増幅度が高められる。
【００３０】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記パッケージに、前記送受信室の床面から前記パッケージの底面まで貫通するスルーホールを有し、
前記第１及び第２の金属板の少なくとも一方は、この金属板の下面側とスルーホールを介して前記パッケージ下面と電気的に導通しているものである。
【００３１】
上記構成によれば、パッケージ外部との接続用のリードが不要になるので、このリードに発生していた寄生インダクタンスに起因する各金属板の電位変動を抑えることができるようになり、電気クロストークをさらに低減することができる。
【００３２】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記第１及び第２の金属板が、互いに対向して隣接する境界部分の形状が、互いに補完するクランク状もしくは曲線状を呈するものである。
【００３３】
上記構成によれば、２つの金属間の隙間部分はその金属がないので、つまり樹脂だけの部分となり強度的に脆弱となり易いが、その樹脂だけの部分はストレートな(直線的な)形状となるのを避けている。換言すれば、強度の弱い部分がジグザグ形状などのように形成して、直線的に長く形成されないようにすることで、応力の集中を分散させ、パッケージもしくはパッケージ内に搭載した部品の折損などが発生するのを有効に防止できる。
【００３４】
また、本発明の光送受信モジュールは、前記パッケージの前記送受信室の一部が外部に向けて開口しているとともに、
前記開口部は、金属もしくはセラミックで形成した蓋で閉鎖してあるものである。
【００３５】
上記構成によれば、さらに、蓋を有する分だけ、パッケージの強度を増大させることができる。
【００３６】
本発明の光送受信装置は、上記のいずれかに記載の光送受信モジュールを搭載する光送受信装置において、
光送受信モジュールの前記パッケージを搭載する基板は、前記パッケージの下面が接する上面の前記パッケージを搭載する領域に導電パターン欠損領域を有するものである。
【００３７】
上記構成によれば、パッケージ下面での導電パターンと第１、第２の金属板との間に容量が発生してコンデンサのような作用により、第１、第２の金属板間のパスの容量を大きくしてしまいクロストークが増大する、といったトラブルが防止できるようになる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、樹脂パッケージ内部で発光素子を実装する第１の基板を搭載する第１の金属板と、受光素子を配置する第２の基板を搭載する第２の金属板とをそれぞれ分離・独立して設けており、寄生容量を小さくできる。従って、発光素子を高周波信号で電流駆動する際に、高周波特性を改善しつつ、高周波信号の一部が受光素子の端子に電位変動をもたらす電気クロストークを抑制することが可能な光送受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１の実施例に係る光送受信モジュールの構成を示すものであり、この光送受信モジュール１は、パッケージ１０内部に、分離・独立して別個に設けられた第１の金属板１１及び第２の金属板１２と、これらの金属板にそれぞれ設けた第１の基板１３及び第２の基板１４と、第１の基板１３に実装した発光素子１５と、第２の基板１４に実装した受光素子１６と、光導波路１７と、複数のリード１８と、コンデンサ１９とを備えている。
【００４０】
パッケージ１０には、低コスト化を図るために適宜の樹脂材料で形成した樹脂パッケージを用いており、有底略箱型状に形成している。
また、このパッケージ１０には、強度の向上および内部の光学素子および電気的素子を保護するために、取り外し可能な蓋１０Ｄを備えている。この蓋１０Ｄは、パッケージ本体と同一樹脂材料で形成してもよいが、適宜の金属或いはセラミックで形成してパッケージの強度アップを図るようにしてもよい。
【００４１】
また、このようなパッケージ１０に樹脂製のものを使用する場合には、一般に、パッケージ自体に導電性がないため、図示しない外部のグランドと内部のグランドとの間に発生する寄生インダクタンスＬＣ、ＬＨ（図４参照）によって、パッケージ１０内部のグランド電位が高周波で変動してしまうおそれがある。
そこで、本実施形態では、後述するように、コンデンサ１９を追加して設置することによってこのようなトラブルを回避させている。
【００４２】
また、このパッケージ１０は、内部に送受信室１０Ａが形成されている。この送受信室１０Ａは、床面１０Ｂに内部グランドとしての機能を有する第１及び第２の金属板１１、１２が固設されているとともに、側壁１０Ｃには後述の各リード１８が送受信室１０Ａの内外を貫通するような状態で（床面１０Ｂに略平行な）水平方向に植設されている。
なお、このパッケージ１０の外部には、前述の図示しないグランド（これを「外側グランド」とよぶ）が形成されており、第１及び第２のいずれの金属板１１、１２ともにリード１８を介してそのグランドと接続されている。
【００４３】
第１及び第２の金属板１１、１２は、この第１及び第２の金属板１１、１２間に発生する容量Ｃ１２を小さく抑えるために分離させてあり、いずれも所要の一定強度を発揮できる厚さを有する金属導体、具体的にはＣｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などで構成されており、互いに対向する外周縁部（これを「対向縁部」とよぶ）がストレートな単純形状となるのを避けた形状に形成されている。
また、この第１及び第２の金属板１１、１２の対向縁部は、本実施形態の場合、例えばクランク状に曲折した形状を呈している。このため、パッケージ１０には、双方の金属板１１、１２の対向縁部の間（つまり、双方の金属板１１、１２の隙間部分）に対応する送受信室１０Ａの床面１０Ｂの略中央部には、（２つに破断されるおそれのある）強度的に脆弱な部分が長く（大きく）形成されるのを回避できるようになっている。
【００４４】
即ち、第１及び第２の金属板１１、１２の互いに隣接する対向縁部の形状は、図２及び図３（Ａ）に示すような２箇所のクランク部分で折曲する３つの辺で構成されている。これにより、金属板間のパッケージ１０の床面(底部)１０Ｂに強度的に脆弱な部位、つまり金属板が設置されていない部位(破断されやすい部位)が直線的（ストレート）に長く形成されるのを回避できるようになっている。
なお、この第１及び第２の金属板１１、１２の互いに隣接する対向縁部の形状は、勿論、本実施形態のものに限定されるものではなく、例えば図３（Ｂ）〜（Ｅ）に示すような各種の形状が適用可能である。但し、同図（Ｅ）に示すようなアイランド状に孤立した構成のものは、製造工法上困難であるので、あまり好ましくない。
【００４５】
第１の金属板１１には、上面に第１の基板１３を搭載しているとともに、第２の金属板１２は、上面に第２の基板１４を搭載している。また、第１の基板１３は、電気クロストークを抑制するために高抵抗、例えば比抵抗値が少なくとも１ｋΩ・ｃｍを有する材料、例えばシリコンで形成（シリコン基板）されている。
一方、第２の基板１４には、石英などの一般的なガラス材料で形成したガラス基板が用いてある。また、この第２の基板１４には、図２に示すように、上下層を構成するガラス基板の間に、後述する光導波路１７が配設されている。特に、外部から伝播してくる光信号が、後述する波長フィルタ１７１で反射された後、受光素子１６の受光部１６１に進行するまでの間、この第２の基板１４内部を伝播するようになっているので、その光信号をできるだけ効率的に伝播させるため、光減衰性の低い材料で形成するのが好ましい。なお、この光信号は、厳密には第２の基板１４を透過後、一旦、空気中を伝播してから受光部１６１に達する。
【００４６】
また、これら第１の基板１３及び第２の基板１４には、適宜の絶縁材料で形成した絶縁膜を介してから、発光素子１５及び受光素子１６を実装するのが好ましい。そのため、本実施形態の場合、第１の基板１３であるシリコン基板には、上面に酸化シリコンなどの絶縁膜を設けている。但し、第２の基板１４は、絶縁性の高いガラス基板であるので、また前述の光信号が上面から出射するので、上面に絶縁膜は設置していない。
【００４７】
発光素子１５は、波長依存性の高い波長フィルタ１７１(後述する)を用いる都合上、コヒーレントな光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）が用いられており、本実施形態では、波長が１．３μｍの近赤外光を出射するようになっている。この半導体レーザ（ＬＤ）は、素子の上面（アノード）から下面（カソード）に電流を流すことで近赤外光を発光するようになっている。本実施形態では、後述する第１リード１８Ａから、第１のボンディングワイヤ１８１、第１の基板１３上の発光素子１５のアノード端子用電極１５Ａを通り、発光素子１５下面に電流が流れるようになっている。また、発光素子１５上面から第２のボンディングワイヤ１８２、第２リード１８Ｂを通り、パッケージ１０外部から発光素子１５を電流駆動することができるようになっている。
なお、この発光素子１５には、本実施形態の半導体レーザに限定されるものではなく、これ以外に、例えば近距離通信のためには、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いてもよい。
【００４８】
受光素子１６は、通信相手から送信されてくる光信号を受信して電気信号に変換させるものであり、本実施形態では、波長１．５μｍの伝送光を受信すると、電気信号を出力するＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）を用いており、図示外の結像レンズを介して受光部１６１に結像させるようになっている。
この受光素子１６は、素子の下面に設けたカソード（端子用電極１６Ａ）が第６、第５のボンディングワイヤ１８６，１８５及び第６リード１８Ｆを介してパッケージ１０外部の図示しない所定の電子回路に接続されている。同様に、この受光素子１６は、素子の下面に設けたアノード端子が第７のボンディングワイヤ１８７及び第７リード１８Ｇを介してパッケージ１０外部の図示しない所定の電子回路に接続されている。
【００４９】
従って、この受光素子１６は、カソード端子とアノード端子に電圧をかけることで、通信相手側からの光信号を受光した時に、カソード端子からアノード端子方向に向けて電流が流れ、受光した光レベルに応じて電流量が変化するようになっている。これにより、相手側から送信された光信号を電気的信号に変換させている。
なお、この受光素子１６には、本実施形態のようなＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）に限定されるものではなく、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などのフォトダイオードを用いてもよい。
【００５０】
光導波路１７は、発光素子１５及び受光素子１６をそれぞれ光学的に結合させるものであり、本実施形態では光ファイバが使用されている。この光ファイバには、本実施形態の場合、比較的遠隔地との通信を行うために石英ガラスなどで形成したシングルモード（ＳＭ）型のものが使用されており、使用する波長帯として、送信用には１．３μｍ、受信用には１．５μｍが用いられている。
【００５１】
また、この光導波路１７として、光ファイバを使用する場合、比較的近距離の場合には、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）などのプラスチック材料を用いた光ファイバ（ＰＯＦ）を使用してもよく、その場合に使用する光の波長としては、近赤外光よりも伝送効率の良好な短波長帯域（可視光域）のもの、例えば波長が０．６μｍ〜０．８μｍ帯のものなどが好ましい。
なお、この光ファイバには、特にこのシングルモードに限定されるものではなく、例えばステップインデックス（ＳＩ）型、グレーテッドインデックス（ＧＩ）型などのマルチモード光ファイバなどであってもよい。
【００５２】
また、この光導波路１７としては、本実施形態のような光ファイバではなく、例えば２次元的に光を閉じ込めるプレーナー光導波路や、３次元的路線に光を閉じ込めるチャンネル光導波路などを用いてもよい。
【００５３】
さらに、この光導波路１７には、通信相手からの所定波長の光信号を取り出すために、波長フィルタ１７１が第２の基板１４内部に埋設させた状態で所定の位置に設置されている。この波長フィルタ１７１は、発光素子１５から通信相手へ伝送させる波長１．３μｍの光信号を透過させるとともに、通信相手側から伝送されてくる波長１．５μｍの光信号を選択的に受光させるようにするため、波長依存性を有する選択的な反射手段として誘電体多層膜を用いた多層膜干渉フィルタで構成している。なお、この光導波路１７には、光導波路に対して適正な所定の角度に傾斜した状態で設置されている。
【００５４】
リード１８は、発光素子１５および受光素子１６の各電極とパッケージ１０外部側との電気的な接続を図るものであり、第１リード１８Ａ〜第８リード１８Ｈで構成されている。
このうち、第１リード１８Ａは、発光素子１５のアノード（端子用電極１５Ａ）とパッケージ１０外部の所定の部位とを接続させるものであり、第１のボンディングワイヤ１８１を介して接続するようになっている。この第１のボンディングワイヤ１８１は、後述する第２のボンディングワイヤ１８２〜第７のボンディングワイヤ１８７と同様に、金線（又はアルミ線）を用いてワイヤボンディングにより配線させている。
【００５５】
第２リード１８Ｂは、第２のボンディングワイヤ１８２を介して、発光素子１５の上面側とパッケージ１０の外部側とを電気的に接続させるものであり、パッケージ１０の外部から発光素子１５を電流駆動するようになっている。
【００５６】
第３リード１８Ｃは、第１の金属板１１と導通しており、この第１の金属板１１の電位変動を抑えるため、この第１の金属板１１とパッケージ１０の外部の図示外のグランドとを接続させている。
【００５７】
第４リード１８Ｄおよび
第５リード１８Ｅは、予備の端子であり、図２ではボンディングワイヤ１８３および１８４を介し、第１の金属板１１と図示外のグランドとを接続している。
【００５８】
第６リード１８Ｆは、第５のボンディングワイヤ１８５、第６のボンディングワイヤ１８６、ガラス基板１４上の受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）を通じて、受光素子１６の図示しないカソード端子と、パッケージ１０外部の直流電圧源とを電気的に接続させている。
【００５９】
第７リード１８Ｇは、ガラス基板１４上の受光素子１６のアノード端子用電極１６Ｂ、第７のボンディングワイヤ１８７を通じて、受光素子１６の図示しないアノード端子と、パッケージ外部のアンプ等とを電気的に接続させている。これにより、パッケージ１０外部から第６リード１８Ｆ及び第７リード１８Ｇ間に電圧を印加することで、受光素子１６は、外部の通信相手から光信号を受信した時に、光信号レベルに応じた受光電流を得ることができるようになっている。
【００６０】
第８リード１８Ｈは、第２の金属板１２と電気的に導通しており、この第２の金属板１２の電位変動を抑えるため、パッケージ１０外部の図示外のグランドと接続されている。
【００６１】
コンデンサ１９は、受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）側において表裏で所要の容量を形成するものであり、例えばチップコンデンサなどが用いられている。このコンデンサ１９は、裏面を金属板１２及び第６リード１８Ｆを通じてパッケージ１０外部の図示外のグランドに接続させることで、受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）の電位を高周波的に安定させるようになっており、表面は受光素子のカソード（端子用電極１６Ａ）と第６のボンディングワイヤ１８６で接続されている。
【００６２】
なお、本実施形態の光送受信モジュール１の光学系は、従来のものと同じ構成であり、前述したように、図１において、第２の基板１４内部に第１の光ファイバ１７Ａ及び第２の光ファイバ１７Ｂの各一端部が波長フィルタ１７１を挟んで配置されている。
このうち、第１の光ファイバ１７Ａの他端は、発光素子１５の発光面と近接させることで、発光素子１５から発光される光信号を直接第１のファイバ１７Ａに直接入光させるか、適宜の光学素子、例えば非等方的な発光パターンであるＬＤを発光素子１５とする本実施形態の場合、図示しない球レンズやロッドレンズなどを有するＬＤモジュールなどを介して発光素子１５と同軸上に配置させてもよい。一方、第２の光ファイバ１７Ｂの他端は、パッケージ１０の外部光インターフェイスとなる。
なお、発光素子１５として略等方的な発光パターンであるＬＥＤを使用する場合、この発光素子１５と第１の光ファイバ１７Ａとの間に、例えばマイクロレンズを配設し、発光源の像をコア径の中に絞り込ませて結合効率を高めるようにすればよい。
【００６３】
従って、第１の光ファイバ１７Ａを通じて外部から入力された光信号は、波長フィルタ１７１で反射し、受光素子１６の受光部１６１で光信号を受信する。一方、発光素子１５から出力された光信号は、第１の光ファイバ１７Ａ内部を伝播し、波長フィルタ１７１を通過して、第２の光ファイバ１７Ｂ内部を伝播して光送受信モジュール１外部へ出力されるようになっている。
【００６４】
次に、図４に本発明の第１の実施形態に係る光送受信モジュール１の回路等価モデルを示す。
図１に示す発光素子１５のアノード端子、カソード端子側には、第１、第２のボンディングワイヤ１８１、１８２等に寄生インダクタンスＬＡ、ＬＢ（図４参照）がある。このため、高周波信号を含んだ電流で発光素子１５を駆動した場合、発光素子１５のアノード端子の電位も高周波信号で変動する。そして、この発光素子１５のアノード端子電位の高周波信号による変動は、発光素子１５のアノード端子用電極１５Ａ（図２参照）から、第１の基板１３であるシリコン基板を通じて第１の金属板１１へと伝播される。
【００６５】
シリコン基板である第１の基板１３は、図４に示すように、コンデンサと抵抗によってモデル化できるが、シリコン基板を高抵抗（比抵抗値が１ｋΩ・ｃｍ以上）とすることで、高周波信号による（発光素子１５側の）アノード端子の電位変動が第１の金属板１１へ伝播する量は小さくなる。
一方、第１の金属板１１は、第３のリード１８Ｃで外部グランドと接続されており、受光素子１６側のアノード端子の電位の変動量を抑えることができる。第１の金属板１１と第２の金属板１２間には容量Ｃ１２が発生するが、第１の金属板１１と第２の金属板１２の間隔を０．５〜１ｍｍ程度あけることで、非常に小さな容量（Ｃ１２）となる。その結果、金属板が共通な場合と比較し、第２の金属板１２での電位変動はさらに抑えられる。
【００６６】
第２の金属板１２は、第８リード１８Ｈにて外部グランドと接続されているため、発光素子１５側からの高周波信号に起因した電位の変動は小さくなり、受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）と第２の金属板１２との間にコンデンサ１９を追加しても、受光素子１６のカソード端子の変動は微々たるものとなる。
【００６７】
このように、本実施形態では、第１の基板１３であるシリコン基板の抵抗値を大きくするとともに、金属板を第１、第２の金属板１１、１２に分離し、第１、第２の金属板１１、１２のそれぞれを外部グランドに接続している。従って、発光素子１５のアノード端子の電位変動から漏洩する高周波信号による受光素子１６のカソード端子の電位変動、すなわち電気クロストークを極めて小さくできる。また、受光素子１６のカソード端子には、コンデンサ１９を第２の金属板１２との間に配置しているため、受光素子１６の高周波特性も良好となる。
【００６８】
次に、従来の光送受信モジュールにおいて受光素子のカソード端子側にコンデンサを追加して接続した場合（比較例）と、本実施形態に係る光送受信モジュール１の場合とについて、発生する電気クロストークをシミュレーションで求めた結果を、図５に示す。なお、同図において、横軸が周波数（ＧＨｚ）、縦軸が電気クロストーク量（ｄＢ）であり、クロストーク量の数値が小さい(絶対値が大きい)ほど好ましい。
同図から、従来および本実施形態のどちらのものも、周波数が高くなるにつれて電気クロストーク量は大きくなることがわかったが、特に本発明の双方向光モジュールでは、いずれの周波数帯についても電気クロストーク量が大きく改善されている、との知見が得られた。
【００６９】
以上のように、本実施形態に係る光送受信モジュール１の構成によれば、受光素子１６のカソード端子にグランドへ接続するコンデンサ１９をパッケージ１０内部に設けることで、高周波特性を改善しつつ、発光素子１５のアノード端子から受光素子１６のカソード端子へのクロストークを抑えることができる。
さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール１の構成によれば、分離・独立した第１及び第２の金属板１１、１２の互いに隣接する対向縁部（辺）どうしを略平行で、かつ、凹凸となるクランク状に形成している。従って、パッケージ１０として比較的脆弱な樹脂パッケージ等を用いた場合であっても、光送受信モジュール１の曲げ強度が低下することが効果的に抑止できる。さらにパッケージ１０の蓋１０Ｄ(図１参照)をセラミックもしくは金属とすることで、さらに一層曲げ強度を向上させることができる。
【００７０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図６は本発明の第２の実施形態に係る光送受信モジュール２の構成を示すものであり、この光送受信モジュール２は、第１の実施形態に係る光送受信モジュール１と同様の構成において、第２の金属板１２の上にプリアンプ（前置増幅器）２１及び第２のコンデンサ２２を追加して設置している。
【００７１】
このプリアンプ２１は、増幅度を高めるためのものであり、このプリアンプ２１の図示しない（受光素子１６のカソードとの接続用である）端子と、受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）とが、第６のボンディングワイヤ１８６及び第８のボンディングワイヤ２３１を介して電気的に接続されている。また、プリアンプ２１の図示しない（受光素子１６のアノードとの接続用である）端子と、受光素子１６のアノード端子（アノード端子用電極１６Ｂ）とが、第９のボンディングワイヤ２３２を介して電気的に接続されている。
【００７２】
また、本実施形態のプリアンプ２１は、受光素子１６が出力する光入力強度に応じた光電流を増幅し、差動信号に変換する増幅器であって２出力を有しており、一方は第１２のボンディングワイヤ２３５と第６リード１８Ｆから出力され、もう一方は第１３のボンディングワイヤ２３６及び第７リード１８Ｇから出力されるように構成されている。なお、プリアンプ２１への電源供給は、第８リード１８Ｈ、第１０のボンディングワイヤ２３３及び第１１のボンディングワイヤ２３４を介して行われる。
【００７３】
第２のコンデンサ２２は、受光素子１６へ供給する電源電位の安定化のために設置されており、受光素子１６のカソード（端子用電極１６Ａ）に接続する第６のボンディングワイヤ１８６と第２の金属板１２との間に設けている。
【００７４】
従って、この第２の実施形態に係る光送受信モジュール２によれば、第１の実施形態に係る光送受信モジュール１と同様に、受光素子１６のカソード端子へのクロストークを低減できる。さらに、本実施形態によれば、プリアンプ２１をパッケージ１０の送受信室１０Ａに内蔵することで、第１の実施形態のものと比較して、高周波特性がさらに改善されるようになり、振幅の大きな信号を出力することができる。
【００７５】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図７は本発明の第３の実施形態に係る光送受信モジュール３の構成を示すものであり、この第３の実施形態に係る光送受信モジュール３は、第１の実施形態における光モジュール１と同一構成のものにおいて、第１の金属板１１の下面にパッケージ１０の底部１０Ｅを貫通して設けたスルーホール１０Ｆと、このスルーホール１０Ｆに設けた導電性の外部接続用金属１１Ａと、第２の金属板１２の下面にパッケージ１０を貫通して設けたスルーホール１０Ｇと、このスルーホール１０Ｇに設けた導電性の外部接続用金属１２Ａとをさらに有する点が異なる。
【００７６】
第１の金属板１１と外部接続用金属１１Ａは、それぞれ一体化した金属か、電気的に接続されている。同様に、第２の金属板１２と外部接続用金属１２Ａも、それぞれ一体化した金属か、電気的に接続されている。
【００７７】
従って、前述のような外部接続用金属１１Ａ、１２Ａを通じてパッケージ１０外部のグランドと接続することで、第１の金属板１１及び第２金属板１２のクロストークによる電位変動をさらに効果的に抑えることができ、電気クロストークを一層低減させることができる。
【００７８】
［第４の実施形態］
次に、本発明の光送受信装置について、図８を参照しながら説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る光送受信装置４を示すものであり、この光送受信装置４は、上面４１Ａに所定のパターン配線４２が設けられた実装基板４１と、この実装基板４１の表面（上面）４１Ａに実装された第１〜第３の実施形態で用いた光送受信モジュール１〜３のいずれかを備えている。
【００７９】
光送受信モジュールを実装させる実装基板４１には、前述したように、第１〜第３の実施形態で用いた光送受信モジュール１〜３のいずれかを実装するように構成しているが、特に実装基板４１の表面（上面）４１Ａにおいて、これら光送受信モジュール１〜３のパッケージ１０裏面と接する領域（図８ではハッチングで示す領域（以下、これを「パッケージ実装領域」とよぶ））αには導電パターンを設けない（これを「欠損パターン」とよぶ）ように構成している。
【００８０】
このように、本発明の光送受信装置４では、パッケージ実装領域αにパターン配線４２を設けない（欠損パターン）ようになっているが、この理由について以下に説明する。
本実施形態とは異なり、仮に、実装基板４１の表面（上面）のパッケージ実装領域αにもパターン配線４２を設ける（欠損パターンとしない）構成とした場合の等価回路モデルを、図９に示す。
【００８１】
この場合も、本実施形態の場合も同様であるが、光送受信モジュール１（又は２，３）のパッケージ１０は、樹脂で形成されており物性的には誘電体を構成している。一方、パッケージ実装領域αを欠損パターンとしないときの実装基板４１の表面（上面）４１Ａには、パッケージ１０直下にもパターン配線を有しているので、第１の金属板１１と実装基板４１上のパターン配線との間に容量Ｃ１が発生してしまう。同様に、第２の金属板１２とパッケージ１０直下の実装基板４１上のパターン配線との間にも、容量Ｃ２が発生する。
このため、欠損パターンでない場合には、図９に示すように、第１の金属板１１と第２の金属板１２との間に容量接続が発生してしまう。その結果、そこで電気クロストークを拡大してしまうこととなる。
【００８２】
一方、本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置４では、光送受信モジュール１（又は２、３）のパッケージ実装領域αである光送受信モジュールのパッケージ１０直下において導電パターンを設けない。従って、前述のような容量Ｃ１及びＣ２の発生が回避できるので、電気クロストークが大きくなることを抑止することができる。
【００８３】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の光送受信モジュールは、樹脂パッケージ内部で発光素子を実装する第１の基板を搭載する第１の金属板と、受光素子を配置する第２の基板を搭載する第２の金属板とをそれぞれ分離・独立して設けており、寄生容量を小さくすることができるので、発光素子を高周波信号で電流駆動する際、高周波特性を改善しつつ、高周波信号の一部が受光素子の端子に電位変動をもたらす電気クロストークを抑圧することができる効果を有し、光送受信モジュール及びこれを備えた光送受信装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光送受信モジュールの主に光学的構成を示す縦断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示す横断面図
【図３】本発明の係る光送受信モジュールの第１、第２の金属板間の各種形状を示すものであり、（Ａ）は第１の実施形態での形状を示す説明図、（Ｂ）〜（Ｅ）はその変形例を各種示す説明図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光送受信モジュールにおける等価回路などを示す説明図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光送受信モジュールと従来の光送受信モジュールとにおけるクロストーク量の変化を示すグラフ
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示す横断面図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光送受信モジュールの主に電気的な構成を示す縦断面図
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置の実装基板におけるパターン配線を示す概略斜視図
【図９】本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置の原理を説明するために用いる仮想等価回路図
【図１０】従来の光送受信モジュールの主に電気的な構成を示す横断面図
【図１１】従来の光送受信モジュールにおける等価回路などを示す説明図
【符号の説明】
【００８６】
１  光送受信モジュール
１０  パッケージ
１０Ａ  送受信室
１０Ｂ  床面
１０Ｃ  側壁
１０Ｄ  蓋
１０Ｅ  底部
１０Ｆ、１０Ｇ  スルーホール
１１  第１の金属板
１１Ａ  外部接続用金属
１２  第２の金属板
１２Ａ  外部接続用金属
１３  第１の基板（シリコン基板）
１４  第２の基板（ガラス基板）
１５  発光素子
１５Ａ  アノード端子用電極
１６  受光素子
１６Ａ  カソード端子用電極
１６Ｂ  アノード端子用電極
１７  光導波路
１７Ａ  第１の光ファイバ
１７Ｂ  第２の光ファイバ
１７１  波長フィルタ
１８  複数のリード
１８Ａ〜１８Ｈ  第１リード〜第８リード
１８１〜１８７  第１のボンディングワイヤ〜第７のボンディングワイヤ
１９  コンデンサ
２  光送受信モジュール
２１  プリアンプ（前置増幅器）
２２  第２のコンデンサ
２３１〜２３６  第８のボンディングワイヤ〜第１３のボンディングワイヤ
３  光送受信モジュール
４  光送受信装置
４１  実装基板
４１Ａ  上面
４２  パターン配線
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１２  容量
ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＦ、ＬＧ、ＬＨ  インダクタンス
α  パッケージ実装領域
【図１】
2005203553.tif 000003
【図２】
2005203553.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005203553.tif 000007
【図６】
2005203553.tif 000008
【図７】
2005203553.tif 000009
【図８】
2005203553.tif 000010
【図９】
2005203553.tif 000011
【図１０】
2005203553.tif 000012
【図１１】
2005203553.tif 000013