(57)【要約】【課題】半導体レーザに生じうるパターン効果による光出力波形の劣化を抑制すること。【解決手段】Ｐ側電極及びＮ側電極を有する半導体レーザと、この半導体レーザから差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した光信号が出力されるよう当該半導体レーザを駆動する半導体レーザドライバ回路と、を備えた光モジュールであって、半導体レーザドライバ回路は、差動伝送にて伝送される非反転データの正極側端子及び負極側端子と、差動伝送にて伝送される反転データの正極側端子及び負極側端子と、を備え、非反転データの一方の端子は、前記半導体レーザの一方の電極に電気的に接続されると共に、前記非反転データの他方の端子と前記反転データの一方の端子と前記反転データの他方の端子とは、それぞれ前記半導体レーザの他方の電極に接続される。【選択図】図９
2012124454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ側電極及びＮ側電極を有する半導体レーザと、この半導体レーザから差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した光信号が出力されるよう当該半導体レーザを駆動する半導体レーザドライバ回路と、を備えた光モジュールであって、
前記半導体レーザドライバ回路は、差動伝送にて伝送される非反転データの正極側端子及び負極側端子と、差動伝送にて伝送される反転データの正極側端子及び負極側端子と、を備え、
前記非反転データの一方の端子は、前記半導体レーザの一方の電極に電気的に接続されると共に、前記非反転データの他方の端子と前記反転データの一方の端子と前記反転データの他方の端子とは、それぞれ前記半導体レーザの他方の電極に接続される、
光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記半導体レーザドライバ回路が備える前記各端子は、それぞれ所定の長さの信号線路を介して前記半導体レーザの各電極に接続される、
光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光モジュールであって、
前記半導体レーザの前記一方の電極と接続された前記半導体レーザドライバ回路が備える前記非反転データの一方の端子と同一の極性である前記反転データの一方の端子と、前記半導体レーザの他方の電極と、の間に、所定の抵抗値を有する電子部品を電気的に接続して設けた、
光モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光モジュールであって、
前記電子部品は、前記半導体レーザの抵抗値に対応した抵抗値を有する抵抗器である、
光モジュール。
【請求項５】
請求項３に記載の光モジュールであって、
前記電子部品は、前記半導体レーザと同一特性を有する他の半導体レーザである、
光モジュール。
【請求項６】
請求項３に記載の光モジュールであって、
前記電子部品は、ペルチェ素子であり、
前記ペルチェ素子を、前記半導体レーザが搭載された基板の当該半導体レーザ搭載箇所の裏面側に配置し、前記基板に形成されたスルーホール電極を介して、前記反転データの前記一方の端子と前記ペルチェ素子とを電気的に接続すると共に、当該ペルチェ素子と前記半導体レーザの前記他方の電極とを電気的に接続し、
前記ペルチェ素子を構成する吸熱部を、前記基板の前記半導体レーザ搭載箇所の裏面に接触させると共に、当該ペルチェ素子を構成する発熱部に接触する放熱板を設けた、
光モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記半導体レーザの前記一方の電極はＰ側電極であり、前記他方の電極はＮ側電極であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記非反転データの前記一方の端子は正極側端子であると共に、前記非反転データの前記他方の端子は負極側端子であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記反転データの前記一方の端子は正極側端子であると共に、前記反転データの前記他方の端子は負極側端子である、
光モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記半導体レーザの前記一方の電極はＮ側電極であり、前記他方の電極はＰ側電極であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記非反転データの前記一方の端子は負極側端子であると共に、前記非反転データの前記他方の端子は正極側端子であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記反転データの前記一方の端子は負極側端子であると共に、前記反転データの前記他方の端子は正極側端子である、
光モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の光モジュールであって、
前記半導体レーザに近接して、前記半導体レーザドライバ回路に電気的に接続された受光素子を設けた、
光モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の光モジュールを、複数並列に配置して設けた、
並列配置型光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の並列配置型光モジュールであって、
前記各光モジュールが備える各他方の電極は、共通電極にて構成されている、
光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる光モジュールにかかり、特に、電気信号から変換した光信号を出力する半導体レーザを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに用いられる光モジュールは、例えば、特許文献１の図２に示すように、半導体レーザを半導体レーザドライバＩＣで駆動することにより、電気信号から光信号への変換を行い、この光信号を用いて光ファイバケーブルを通じてデータの伝送を行っている。
【０００３】
そして、昨今の通信容量の増大にともない、光通信システムのビットレートの増大、つまり半導体レーザを駆動する変調速度を高める必要性が生じている。しかしながら、半導体レーザを高速で変調するとパターン効果の発生のため、半導体レーザからの光出力波形が劣化してしまうという問題があった。この問題について、図１乃至図６を参照して説明する。
【０００４】
図１は、光モジュールの構成を示した図であり、図１（Ｂ）は上面図を示し、図１（Ａ）は側面図を示している。この光モジュールは、外部よりデータ入力のトレースライン６５１，６５２を通してデジタル電気信号を入力することで、当該デジタル電気信号のデータ列が半導体レーザ６１０からデジタル光信号として出力される機能を有している（電気・光変換機能、O/E変換機能）。また、光モジュールには、半導体レーザ６１０から出力される光を光ファイバに結合する機能も有しているため、実際の光出力は光ファイバより出力されるが、ここでは光ファイバに関する内容は省略してある。
【０００５】
具体的に、光モジュールには、差動伝送されたデジタル電気信号の非反転データ（Data+（D+））および反転データ（Data-（D-））がそれぞれトレースライン６５１，６５２を介して、半導体レーザドライバＩＣ６２０に入力される。そして、半導体レーザドライバＩＣ６２０は、デジタル電気信号のデータ列に相当するデジタル光信号列が半導体レーザ６１０から出力されるように、当該半導体レーザ６１０を駆動する。
【０００６】
図２は、図１に開示した光モジュールの半導体レーザ６１０と半導体レーザドライバＩＣ６２０の部分の接続の様子について示した図であり、この部分の回路図を、図３Ａに示す。また、図３Ａに示した回路図のうち、図２に開示した半導体レーザドライバＩＣ６２０の部分の回路図を図３Ｂに示し、半導体レーザ６１０の部分の回路図（部品記号）を図３Ｃに示す。
【０００７】
図２に示すように、半導体レーザ６１０は、上方から、Ｐ側電極６１１、Ｐ型半導体６１２、活性層６１３、Ｎ型半導体６１４、Ｎ側電極６１５が積層されて構成されている。また、半導体レーザドライバＩＣ６２０は、差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した非反転データ（D+）と反転データ（D-）とが入力されるトレースライン６５１，６５２が接続される接続端子６２５，６２６と、入力された非反転データ（D+）と反転データ（D-）とを半導体レーザ６１０等に入力するための接続端子６２１，６２２，６２３，６２４と、を備えている。なお、接続端子６２１は、非反転データ（D+）の＋端子（正極側端子）であり、接続端子６２２は、非反転データ（D+）の−端子（負極側端子）である。また、接続端子６２３は、反転データ（D-）の＋端子（正極側端子）であり、接続端子６２４は、反転データ（D-）の−端子（負極側端子）である。
【０００８】
そして、半導体レーザ６１０と半導体レーザドライバＩＣ６２０との接続状態は、まず、半導体レーザドライバＩＣ６２０の非反転データ（D+）の＋端子６２１が、半導体レーザ６１０のＰ側電極６１１に接続し、非反転データ（D+）の−端子６２２が、半導体レーザ６１０のＮ側電極６１５に接続している。また、半導体レーザドライバＩＣ６２０の反転データ（D-）の＋端子６２３が、抵抗器６３０を介して反転データ（D-）の−端子６２４に接続している。
【０００９】
また、図３Ｂに示すように、半導体レーザドライバＩＣ６２０には、２個（一対）のトランジスタで構成される差動スイッチ回路６６２が装備されている。この部分に定電流回路６６１にて電流が一定値に制御された直流電流が注入され、非反転データ（Data+: D+）と反転データ（Data-: D-）のデータ値（”１”もしくは”０”）に応じて、片方のトランジスタがSW-ON状態になると共に、他方のトランジスタがSW-OFF状態となり、SW-ON状態となった方のトランジスタ側へ電流が流れる。
【００１０】
つまり、Data+＝”１”のとき（Data-＝”０”）は、半導体レーザ６１０側の電流がＯＮ状態で、抵抗器６３０側の電流がＯＦＦになる。逆に、Data+＝”０”のとき（Data-＝”１”）は、半導体レーザ６１０側の電流がＯＦＦ状態で、抵抗器６３０側の電流がＯＮになる。これにより、差動伝送されたデジタル電気信号の非反転データ（Data+）のデジタル電気信号データ列に相当するデジタル光信号列が、半導体レーザ６１０のレーザ光出力窓６１０ａから出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２３５６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した光モジュールにおける半導体レーザ６１０の駆動においては、入力信号のデジタルデータのデータ列のパターンに依存して、半導体レーザ６１０から出力される光信号の波形が劣化する、いわゆるパターン効果の問題が生じうる。ここで、この問題、つまり、パターン効果が発生する原因について説明する。
【００１３】
上述した図１に示した光通信モジュールを構成する半導体レーザ６１０および半導体レーザドライバＩＣ６２０の接続回路を、説明のために図４のように示す。この図の符号Ｓ１，Ｓ２に示す半導体レーザ６１０と半導体レーザドライバＩＣ６２０との間は、ボンディングワイヤ６４１〜６４４で電気的に接続されており、この部分には交流電流が流れる。一方、ボンディングワイヤにはインダクタンス成分が寄生しているため、この部分に交流電流が流れると、ボンディングワイヤの両端には電位差が生じることになる。つまり、ボンディングワイヤに過剰のインピーダンスが生じる。
【００１４】
ここで、符号６４２に示すボンディングワイヤに着目すると、当該ボンディングワイヤ６４２に発生する過剰のインピーダンスにより、グランド端子Ｇと半導体レーザ６１０のＮ側電極の間に電位差が生じることとなる。すると、本来半導体レーザ６１０に流したい電流の電流値がインピーダンスによって減少してしまい、その結果、半導体レーザ６１０から出力される光信号が低減（劣化）してしまう、という問題が生じる。
【００１５】
特に、光通信モジュールにおける伝送容量（つまりビットレート）を高めれば高めるほど、半導体レーザ６１０の変調速度を高める必要があり、上述した光信号の劣化という問題が顕著になってくる。つまり、インダクタンスに交流電流を流した場合には、インダクタンスに過剰のインピーダンスが生じることにより、周波数が高くなればなるほど電流が流れにくくなる。このことを、図５を参照して説明する。
【００１６】
まず、図５に示すように、インダクタンスに交流電流を流した場合には、インダクタンスの両端に、電位差（電圧）V(t) = L・dI(t)/dtが生じる。そして、交流電流を正弦波として、I(t) = I0・exp（jωt）と記述すれば（j：虚数、I0：振幅電流、ω：交流電流の角周波数、t：時間）、電圧は、V(t) = L・dI(t)/dt = jωLI(t)となり、インダクタンスLにおける交流電流のインピーダンスZは、Z = V(t)/I(t) = jωLとなる。このことから、交流の周波数が高くなればなるほど（ωが大きいほど）、インピーダンスZは大きくなり、電流が流れにくくなることがわかる。
【００１７】
引き続き、図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明を続ける。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、光モジュールにおけるデジタル入力信号の系列と半導体レーザからの光出力波形（特に光出力強度に関すること）の関係について示した説明図である（横軸：時間、縦軸：光出力強度）。
【００１８】
図６（Ａ）では、入力信号のデータ系列が「0,0,0,…….,0」の場合の光出力波形を示したものであり、この場合の光出力は、全ての時間で第二の光出力レベル（Ｌ２）になる。次に、図６（Ｂ）では、入力信号のデータ系列が「1,1,1,…….,1」の場合の光出力波形を示したものであり、この場合の光出力は全ての時間で第一の光出力レベル（Ｌ１）になる。
【００１９】
次に、図６（Ｃ）では、入力信号のデータ系列が「1,1,0,0,1,1,0,0,….」の場合の光出力波形を示したものであり、この場合、データ”１”に相当する光出力は第三の光出力レベル（Ｌ３）になり、当該第三の光出力レベルは、第一の光出力レベルより低くなってしまう。このことは、半導体レーザに交流電流が流れることにより、ボンディングワイヤにてインピーダンスが発生するため半導体レーザに流れる電流が減少してしまい、このため、”１”レベルにおける光出力強度が低下することによる。
【００２０】
さらに、図６（Ｄ）では、入力信号のデータ系列が「1,0,1,0,1,0,1,0,….」の場合の光出力波形を示したものであり、この場合、データ”１”に相当する光出力は第四の光出力レベル（Ｌ４）になり、当該第四の光出力レベルは第三の光出力レベルより低くなってしまう。このことは、図６（Ｄ）での入力信号のデータ系列の周波数が図６Ｃの周波数より高いためであり、図５を参照して説明したように、周波数が高くなるとボンディングワイヤにて発生するインピーダンスが高くなり、半導体レーザに流れる電流がさらに減少してしまうためである。
【００２１】
ここで、上記では、入力信号のデータ系列が周期的なものについて示してきたが、実際の入力信号のデータ系列は”１”および”０”の並び方が混在しており、様々な周波数の羅列にて半導体レーザが駆動されることになり、これに応じて半導体レーザの波形も劣化してしまう。このようなことから、入力データ系列のパターンにより光出力波形が劣化するパターン効果が発生する。なお、上述した”交流電流”とは、一般にいう正弦波の電流ではなくて、デジタルデータ系列に従ったいわゆる”データ電流”（もしくは”変調された電流”）のことを言う。
【００２２】
以上より、本発明の目的は、上述した課題である、光モジュールによる伝送容量の増大化を維持しつつ、半導体レーザに生じうるパターン効果による光出力波形の劣化が生じること、を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態である光モジュールは、
Ｐ側電極及びＮ側電極を有する半導体レーザと、この半導体レーザから差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した光信号が出力されるよう当該半導体レーザを駆動する半導体レーザドライバ回路と、を備えた光モジュールであって、
前記半導体レーザドライバ回路は、差動伝送にて伝送される非反転データの正極側端子及び負極側端子と、差動伝送にて伝送される反転データの正極側端子及び負極側端子と、を備え、
前記非反転データの一方の端子は、前記半導体レーザの一方の電極に電気的に接続されると共に、前記非反転データの他方の端子と前記反転データの一方の端子と前記反転データの他方の端子とは、それぞれ前記半導体レーザの他方の電極に接続される、
という構成をとる。
【００２４】
また、上記光モジュールでは、
前記半導体レーザドライバ回路が備える前記各端子は、それぞれ所定の長さの信号線路を介して前記半導体レーザの各電極に接続される、
という構成をとる。
【００２５】
上記構成の光モジュールによると、まず、半導体レーザドライバ回路に設けられた非反転データの正極側端子及び負極側端子のうち一方の端子が、半導体レーザのＰ側電極及びＮ側電極のうち一方の電極に電気的に接続されると共に、非反転データの他方の端子が、半導体レーザの他方の電極に電気的に接続される。また、半導体レーザドライバ回路に設けられた反転データの一方及び他方の各端子が、それぞれ半導体レーザの他方の電極に電気的に接続される。これにより、半導体レーザからは、差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した光信号が出力される。
【００２６】
そして、本発明では、特に、半導体レーザの他方の電極と反転データの各端子とがそれぞれ接続されていることにより、半導体レーザの他方の電極と非反転データの他方の端子との間、及び、半導体レーザの他方の電極と反転データの他方の端子との間、にそれぞれ直流電流が流れることとなる。すると、これらの間が所定の長さの信号線路を介して接続されている場合であっても、かかる信号線路に生じるインピーダンスが０となり、周波数が高くなった場合であっても、流れる電流値の減少を抑制できる。その結果、光モジュールによる伝送容量の増大化を維持しつつ、半導体レーザに生じうるパターン効果による光出力波形の劣化を抑制することができる。
【００２７】
また、上記光モジュールでは、
前記半導体レーザの前記一方の電極と接続された前記半導体レーザドライバ回路が備える前記非反転データの一方の端子と同一の極性である前記反転データの一方の端子と、前記半導体レーザの他方の電極と、の間に、所定の抵抗値を有する電子部品を電気的に接続して設けた、
という構成をとる。
【００２８】
例えば、前記電子部品は、前記半導体レーザの抵抗値に対応した抵抗値を有する抵抗器である。また、前記電子部品は、前記半導体レーザと同一特性を有する他の半導体レーザである。また、前記電子部品は、ペルチェ素子であり、前記ペルチェ素子を、前記半導体レーザが搭載された基板の当該半導体レーザ搭載箇所の裏面側に配置し、前記基板に形成されたスルーホール電極を介して、前記反転データの前記一方の端子と前記ペルチェ素子とを電気的に接続すると共に、当該ペルチェ素子と前記半導体レーザの前記他方の電極とを電気的に接続し、前記ペルチェ素子を構成する吸熱部を、前記基板の前記半導体レーザ搭載箇所の裏面に接触させると共に、当該ペルチェ素子を構成する発熱部に接触する放熱板を設けた、という構成をとる。
【００２９】
上記のように、反転データの信号線路上に、非反転データ側に設けられた半導体レーザと同一の抵抗値や特性を有する抵抗器や他の半導体レーザ、さらには、ペルチェ素子など所定の抵抗値を有する電子部品を設けることで、非反転データと反転データとの信号線路上を同一の抵抗値となるため、回路の動作が安定することとなり、光出力の波形特性の向上を図ることができる。そして、上述したようにペルチェ素子を設けた場合には、さらに半導体レーザを冷却させることができ、光モジュール自体の信頼性の向上を図ることができる。
【００３０】
また、上記光モジュールでは、例えば、
前記半導体レーザの前記一方の電極はＰ側電極であり、前記他方の電極はＮ側電極であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記非反転データの前記一方の端子は正極側端子であると共に、前記非反転データの前記他方の端子は負極側端子であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記反転データの前記一方の端子は正極側端子であると共に、前記反転データの前記他方の端子は負極側端子である、
という構成をとる。
【００３１】
また、上記光モジュールでは、例えば、
前記半導体レーザの前記一方の電極はＮ側電極であり、前記他方の電極はＰ側電極であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記非反転データの前記一方の端子は負極側端子であると共に、前記非反転データの前記他方の端子は正極側端子であり、
前記半導体レーザドライバ回路の前記反転データの前記一方の端子は負極側端子であると共に、前記反転データの前記他方の端子は正極側端子である、
という構成をとる。
【００３２】
また、上記光モジュールでは、
前記半導体レーザに近接して、前記半導体レーザドライバ回路に電気的に接続された受光素子を設けた、
という構成をとる。
【００３３】
上記構成にすることにより、上述したように半導体レーザの電極には交流電流が流れず、直流電流が流れるため、電磁波が発生することを抑制できる。このため、半導体レーザと受光素子とを近接して配置した場合であっても、受光素子の受信感度の劣化を抑制できる。従って、光モジュールの小型化を図りつつ、性能の向上を図ることができる。
【００３４】
また、本発明の他の形態である並列配置型光モジュールは、上述した光モジュールを、複数並列に配置して設けた、という構成をとる。そして、上記並列配置型光モジュールでは、前記各光モジュールが備える各他方の電極は、共通電極にて構成されている、という構成をとる。
【００３５】
上記のように、複数の光モジュールを並列配置した場合であっても、各光モジュールの各他方の電極間の電位を一定に保つことができる。従って、各光モジュール間におけるクロストークの発生を抑制することができ、光波形の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、以上のように構成されることにより、光モジュールによる伝送容量の増大化を維持しつつ、半導体レーザに生じうるパターン効果による光出力波形の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に関連する光モジュールの構成を示す図である。
【図２】図１に開示した光モジュールの構成の一部を示す図である。
【図３Ａ】図１に開示した光モジュールの回路図である。
【図３Ｂ】図３Ａに開示した光モジュールの回路図の一部を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａに開示した光モジュールの回路図の一部を示す図である。
【図４】図１に開示した光モジュールの構成の問題点を説明するための図である。
【図５】図１に開示した光モジュールの構成の問題点を説明するための図である。
【図６】図１に開示した光モジュールから出力される光信号の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１における光モジュールの構成を示す図である。
【図８】図７に開示した光モジュールの構成の一部を示す図である。
【図９】図７に開示した光モジュールの一部を回路図で示した図である。
【図１０】本発明の実施形態１における光モジュールの構成の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態１における光モジュールの構成の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態１における光モジュールの構成の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態１における光モジュールの構成の変形例を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施形態２における並列配置型光モジュールと比較する他の光モジュールの構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態２における並列配置型光モジュールと比較する他の光モジュールの構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態２における並列配置型光モジュールと比較する他の光モジュールの構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態２における並列配置型光モジュールの構成を示す図である。
【図１８】図１７に開示した並列配置型光モジュールの回路図である。
【図１９】本発明の実施形態２における並列配置型光モジュールの構成の変形例を示す回路図である。
【図２０】本発明の実施形態３における光モジュールの構成を示す図である。
【図２１】図２０に開示した並列配置型光モジュールと比較する他の光モジュールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図７乃至図１３を参照して説明する。図７乃至図９は、本実施形態における光モジュールの構成を示す図であり、図１０乃至図１３は、光モジュールの変形例を示す図である。
【００３９】
本発明における光モジュール１は、光通信システムに用いられるものである。具体的に、光モジュールは、図７（Ａ）の上面図、及び、図７（Ｂ）の側面図に示すように、基板１上に、半導体レーザ１０と半導体レーザドライバＩＣ（回路）２０とを備える。そして、半導体レーザ１０を半導体レーザドライバＩＣ（回路）２０で駆動することにより、活性層１３にて電気信号から光信号への変換を行い、レーザ光出射窓１０ａから矢印に示すように出力された光信号を用いて光ファイバケーブル（図示せず）を通じてデータの伝送を行う。なお、本実施形態における光モジュールは、光送信機として機能するものであってもよく、あるいは、後述するように受光素子が搭載されて光送受信機として機能するものであってもよい。
【００４０】
本実施形態における光モジュールの具体的な構成について、さらに説明する。図８は、図７に開示した光モジュールの半導体レーザ１０と半導体レーザドライバＩＣ２０の部分の接続の様子について示した図であり、この構成の一部を回路図で表したものを図９に示す。
【００４１】
まず、図８に示すように、半導体レーザ１０は、上方から、Ｐ側電極１１、Ｐ型半導体１２、活性層１３、Ｎ型半導体１４、Ｎ側電極１５が積層されて構成されている。また、半導体レーザドライバＩＣ２０は、差動伝送にて伝送されるデジタル電気信号のパターンに対応した非反転データ（D+）と反転データ（D-）とが入力されるトレースライン５１，５２が接続される接続端子２５，２６と、入力された非反転データ（D+）と反転データ（D-）とを半導体レーザ１０等に入力するための接続端子２１，２２，２３，２４と、を備えている。なお、接続端子２１は、非反転データ（D+）の＋端子（正極側端子）であり、接続端子２２は、非反転データ（D+）の−端子（負極側端子）である。また、接続端子２３は、反転データ（D-）の＋端子（正極側端子）であり、接続端子２４は、反転データ（D-）の−端子（負極側端子）である。
【００４２】
そして、図９に示すように、半導体レーザドライバＩＣ２０は、直流バイアス電源６１と定電流回路６２が接続されており、一定値に制御された直流電流が注入される２個（一対）のトランジスタで構成される差動スイッチ回路６３を備えている。そして、上述した接続端子２５，２６を介して、差動スイッチ回路６３に差動伝送による非反転データ（D+）と反転データ（D-）からデータ値（”１”もしくは”０”）が入力されることで、当該入力されたデータ値に応じて、片方のトランジスタがSW-ON状態になると共に、他方のトランジスタがSW-OFF状態となり、SW-ON状態となった方のトランジスタ側へ電流が流れる。これにより、差動伝送されたデジタル電気信号の非反転データ（Data+）のデジタル電気信号データ列に相当するデジタル光信号列が、半導体レーザ１０から出力される。なお、図９における「D+」は、非反転データの入力端子、「D-」は、反転データの入力端子、「Vcc」は、直流バイアス端子、「G」は、グランド端子、をそれぞれ示している。
【００４３】
ここで、半導体レーザ１０と半導体レーザドライバＩＣ２０との電気的な接続状態を、図８乃至図９を参照して説明する。まず、半導体レーザドライバＩＣ２０の非反転データ（D+）の＋端子２１は、半導体レーザ１０のＰ側電極１１に接続し、非反転データ（D+）の−端子２２は、半導体レーザ１０のＮ側電極１５に接続している。また、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３は、抵抗器３０を介して半導体レーザ１０のＮ側電極１５に接続し、反転データ（D-）の−端子２４も半導体レーザ１０のＮ側電極１５に接続している。つまり、非反転データ（D+）の−端子２２、反転データ（D-）の＋端子２３（抵抗器３０を介して）、及び、反転データ（D-）の−端子２４は、それぞれ半導体レーザ１０のＮ側電極１５に接続している。
【００４４】
そして、各端子２１〜２４と半導体レーザ１０の各電極１１，１５及び抵抗器３０とは、それぞれ所定の長さのボンディングワイヤ４１〜４４を介して接続されている。但し、各端子等は、必ずしもボンディングワイヤ４１〜４４を介して接続されることに限定されず、トレース配線など他の信号線路を介して接続されてもよい。
【００４５】
なお、上述した抵抗器３０の抵抗値は、例えば、半導体レーザ１０の抵抗値に対応して同一の値である。これにより、非反転データ（D+）と反転データ（D-）との信号線路上が同一の抵抗値となるため、回路の動作が安定する。但し、抵抗器３０の抵抗値は、必ずしも半導体レーザ１０の抵抗値と同一であることに限定されず、また、抵抗器３０に代えて、後述するように所定の抵抗値を有する他の電子部品を接続してもよく、あるいは、ボンディングワイヤのみで他の電子機部品を接続しなくてもよい。
【００４６】
以上のように、半導体レーザ１０と半導体レーザドライバＩＣ２０とを接続することで、図９の符号Ａ１と符号Ａ２に示す部分、つまり、符号４１，４３に示すボンディングワイヤには交流電流が流れるが、符号Ｂ１及び符号Ｂ２に示す部分、つまり、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と非反転データ（D+）の−端子２２との間、及び、半導体レーザのＮ側電極１５と反転データ（D-）の−端子２４との間には、それぞれ直流電流が流れる。すると、図５を参照して説明した式を用いて、dI(t)/dt=0となるため、これら部分Ｂ１，Ｂ２のボンディングワイヤ４２，４４に生じるインピーダンスが「０」となり、半導体レーザ１０のＮ側電極１５の電位は、入力データパターン系列によらず一定に保たれる。
【００４７】
これにより、入力データパターン系列の周波数が高くなった場合であっても、流れる電流値の減少を抑制でき、パターン効果の発生を低減することができる。以上より、光モジュールによる伝送容量の増大化を維持しつつ、半導体レーザ１０に生じうるパターン効果による光出力波形の劣化を抑制することができる。
【００４８】
ここで、上述した構成の光モジュールの変形例を、図１０乃至図１３を参照して説明する。図１０は、実施形態１における第１の変形例における光モジュールの構成を示しており、図１０（Ａ）は上面図、図１０（Ｂ）は側面図を示している。図１０に示す光モジュールは、上述した図７に示した光モジュールとほぼ同様の構成をとっているが、抵抗器３０を装備していない点で異なる。つまり、図１０の光モジュールは、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３とが、直接ボンディングワイヤ４３で接続されている。
【００４９】
このようにしても、上述同様に、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と非反転データ（D+）の−端子２２との間、及び、半導体レーザのＮ側電極１５と反転データ（D-）の−端子２４との間には、それぞれ直流電流が流れるため、パターン効果の発生を低減することができる。
【００５０】
次に、図１１は、実施形態１における第２の変形例における光モジュールの構成を示しており、図１１（Ａ）は上面図、図１１（Ｂ）は側面図を示している。図１１に示す光モジュールは、上述した図７に示した光モジュールとほぼ同様の構成をとっているが、上述した抵抗器３０の代わりに、半導体レーザ１０と同一の特性を有する他のダミー半導体レーザ３１が、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３との間に接続されている。なお、ダミー半導体レーザ３１は、実際には光信号を出力しない、あるいは、出力したとしてもかかる光信号は用いないものである。
【００５１】
このようにしても、上述同様に、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と非反転データ（D+）の−端子２２との間、及び、半導体レーザのＮ側電極１５と反転データ（D-）の−端子２４との間には、それぞれ直流電流が流れるため、パターン効果の発生を低減することができる。そして特に、非反転データと反転データとの信号線路上が同一の状態となるため、回路の動作が安定することとなり、さらに光出力の波形特性の向上を図ることができる。
【００５２】
次に、図１２は、実施形態１における第３の変形例における光モジュールの構成を示しており、図１２（Ａ）は上面図、図１２（Ｂ）は側面図、図１３（Ｃ）は図１２（Ａ）の上側の側面図を示している。図１２に示す光モジュールは、上述した図７に示した光モジュールとほぼ同様の構成をとっているが、抵抗器３０の代わりに、ペルチェ素子３２が、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３との間に接続されている。
【００５３】
具体的に、ペルチェ素子３２は、半導体レーザ１０が搭載された基板１の表面側とは反対側である裏面側に配置されており、特に、半導体レーザ１０の搭載箇所の真裏側に位置し、ペルチェ素子３２の吸熱部が基板１に接して配置されている。また、ペルチェ素子３２の吸熱部の反対面側に位置する発熱部には、放熱板３３が接触して設けられている。
【００５４】
そして、基板１には、表裏面間で相互に電気的な接続が可能なようスルーホール電極３４，３５が形成されている。ペルチェ素子３２は、スルーホール電極３４とボンディングワイヤ４３を介して、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３と電気的に接続し、また、スルーホール電極３５を介して、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と電気的に接続している。このようにして、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２３とが、ボンディングワイヤ４３とペルチェ素子３２を介して、半導体レーザ１０と接続されている。
【００５５】
このようにしても、上述同様に、半導体レーザ１０のＮ側電極１５と非反転データ（D+）の−端子２２との間、及び、半導体レーザのＮ側電極１５と反転データ（D-）の−端子２４との間には、それぞれ直流電流が流れるため、パターン効果の発生を低減することができる。そして特に、ペルチェ素子３２の抵抗値により、非反転データと反転データとの信号線路上が同一の状態となるため、回路の動作が安定する。それに加え、ペルチェ素子３２にて半導体レーザを冷却させることができ、光モジュール自体の信頼性の向上を図ることができる。
【００５６】
次に、図１３は、実施形態１における第４の変形例における光モジュールの回路図を示している。図１３に示す光モジュールは、上述した図７に示した光モジュールと比較して、半導体レーザ１０のＰ側電極、Ｎ側電極をそれぞれ逆にし、また、半導体レーザドライバＩＣ２０の非反転データ（D+）及び反転データ（D-）の＋端子２１、−端子２２をそれぞれ逆にしている。つまり、本発明は、Ｎ基板の半導体レーザ、あるいは、Ｐ基板の半導体レーザのいずれであっても適用できる。
【００５７】
具体的に、図１３に示す例では、半導体レーザ１０と半導体レーザドライバＩＣ２０との電気的な接続状態は、まず、半導体レーザドライバＩＣ２０の非反転データ（D+）の＋端子２２’が、半導体レーザ１０のＰ側電極に接続し、非反転データ（D+）の−端子２１’が、半導体レーザ１０のＮ側電極に接続している。また、半導体レーザドライバＩＣ２０の反転データ（D-）の＋端子２４’が、半導体レーザ１０のＰ側電極に接続し、反転データ（D-）の−端子２３’も抵抗器３０を介して半導体レーザ１０のＰ側電極に接続している。つまり、非反転データ（D+）の＋端子２２’、反転データ（D-）の＋端子２４’、及び、反転データ（D-）の−端子２３’（抵抗器３０を介して）が、それぞれ半導体レーザ１０のＰ側電極に接続している。なお、抵抗器３０は必ずしも接続されている必要はなく、上述した第１〜第３の変形例のように、抵抗器３０に代えて、ダミー半導体レーザやペルチェ素子が接続されていてもよく、あるいは、ボンディングワイヤだけで間に電子部品が何も接続されていなくてもよい。
【００５８】
以上のようにしても、半導体レーザ１０の電極と半導体レーザドライバ２０の一部の端子との間で直流電流が流れるため、かかる箇所のインピーダンスが「０」となり、上述同様に、パターン効果の発生を低減することができる。
【００５９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図１４乃至図１９を参照して説明する。図１４乃至図１６は、本実施形態におけるものと比較する並列配置型光モジュールの構成を示す。図１７乃至図１９は、本実施形態における並列配置型光モジュールの構成を示す図である。
【００６０】
本実施形態における並列配置型光モジュールは、上述した実施形態１で説明した光モジュールを、複数並列に配置した半導体レーザアレイを備えたものである。このように複数の光モジュールを並列に配置したものを光通信システムに用いることで、光通信の通信容量を高めることができる。例えば、１チャンネル当たりの通信容量が10Gb/sの光通信機能を４チャンネル並列させた並列配置型光モジュールを構成することにより、合計で40Gb/sの通信容量である光モジュールが構成できることになる。
【００６１】
ここで、本発明の並列配置型光モジュールとの比較対象となる構成の比較用並列配置型光モジュールについて説明する。図１４に示す比較用並列配置型光モジュールは、上記背景技術にて説明した図１に示す光モジュールを複数並列に配置し、Ｎ側電極が共通電極を構成している半導体レーザアレイ１００を備えている。なお、図１４に示す比較用並列配置型光モジュールは、半導体レーザ１１０を４つ搭載し、４チャンネルＣ１〜Ｃ４の半導体レーザアレイ１００を備えている。これに対応して、半導体レーザドライバＩＣ１２０には、各半導体レーザ１１０の各電極にそれぞれ接続される端子１２１〜１３６を備えている。
【００６２】
そして、図１４に示す比較用並列配置型光モジュールは、半導体レーザドライバＩＣ１２０の各チャンネルの非反転データ（D+）の＋端子１２１，１３３等から各半導体レーザ１１０のそれぞれのチャンネルを独立に電流駆動させる構成になっている。各半導体レーザのＮ側電極は各チャンネル間で共通（Common cathode構造）となっており、それぞれ半導体レーザドライバＩＣ１２０の非反転データ（D+）の−端子１２２，１３４等に接続されている。なお、半導体レーザドライバＩＣ１２０の非反転データ（D+）の−端子１２２，１３４等はそれぞれＩＣ内部では短絡した回路になっているため、当該−端子１２２，１３４等は”等電位”である。
【００６３】
しかしながら、半導体レーザアレイ１００の各チャンネルを独立なデータで駆動すると、共通電極であるＮ側電極１１５と、半導体レーザドライバＩＣ１２０の端子１２２，１３４等とを接続するボンディングワイヤ１４２，１５４等には交流電流が流れ、当該ボンディングワイヤ１４２，１５４等のインダクタンス成分により、その両端には電位差が生じる。すると、半導体レーザアレイ１００のＮ側電極１１５の電位が各チャンネルのデータパターン（データ系列）により変動してしまい、チャンネル間での干渉が発生する。このため、各チャンネル間の光出力にてクロストークが生じてしまうことが問題となっていた。
【００６４】
例えば、図１４において、まず半導体レーザアレイ１００の第一チャンネルＣ１のみ動作させ、半導体レーザアレイ１００の第二から第四チャンネルＣ２〜Ｃ４を動作させない場合において、第一チャンネルＣ１から出力される光波形を第一の光波形とする。次に、半導体レーザアレイ１００の第一チャンネルＣ１および第二チャンネルＣ２のみ動作させ、第三、第四チャンネルＣ３，Ｃ４を動作させない場合において、第一チャンネルＣ１から出力される光波形を第二の光波形とする。この場合、第二チャンネルＣ２を動作させることによる半導体レーザアレイ１００の共通電極の電位の変化分が、第一チャンネルＣ１の動作に悪影響を与えるため、第一の光波形に比べて第二の光波形は劣化することとなる。つまり、他のチャンネルを駆動することにより、自身のチャンネルの光波形が、自身のチャンネルのみを駆動した場合と比較して劣化してしまうクロストークが発生する。
【００６５】
一方で、上述したチャンネル間のクロストークを低減するために、図１５に示すように、各半導体レーザ２１０にてＮ側電極２１５が分離して絶縁基板２１６上に形成された極性独立分離型の半導体レーザアレイ２００を使用する方法もある。しかしながら、このような方法では、半導体アレイレーザ２００の構造が複雑であり製造も複雑となるため、コストが高い、という問題が生じる。また、構造上、抵抗が高くなり、長期信頼性や使用する環境温度の制限などの問題も生じる。
【００６６】
また、上述した上述したチャンネル間のクロストークを低減するために、図１６に示すように、複数の半導体レーザ３１０を近接して設置する方法もある。しかしながら、このように複数のレーザを設置する方法では、実装コストが高く、光モジュールの小型化が困難である、という問題が生じる。
【００６７】
これに対して、本実施形態における並列配置型光モジュールは、上述した実施形態１で説明したように、半導体レーザと半導体レーザドライバＩＣとの接続に特徴を有する。
【００６８】
具体的に、本実施形態における並列配置型光モジュールは、図１７や図１８に示すように、複数の半導体レーザ４１０のＮ型半導体基板４１４とＮ側電極４１５とが一体的に構成された共通電極を有する半導体レーザアレイ４００を備えている。また、本実施形態における半導体レーザドライバＩＣ４２０には、各半導体レーザ４１０の各電極に接続される各端子４２１〜４３６が、半導体レーザ４１０毎つまりチャンネル毎Ｃ１〜Ｃ４に設けられている。
【００６９】
そして、各半導体レーザ４１０と半導体レーザドライバＩＣ４２０との電気接続状態は、各チャンネルＣ１〜Ｃ４において、非反転データ（D+）の＋端子４２１，４３３等は、各半導体レーザ４１０のＰ側電極にそれぞれ接続し、非反転データ（D+）の−端子４２２，４３４等は、半導体レーザアレイ４００の共通電極４１５にそれぞれ接続している。また、各チャンネルＣ１〜Ｃ４において、反転データ（D-）の＋端子１２３，１３５等は、半導体レーザアレイ４００の共通電極４１５に抵抗器４６０を介してそれぞれ接続し、反転データ（D-）の−端子４２４，４３６等は、半導体レーザアレイ４００のＮ側共通電極４１５にそれぞれ接続している。
【００７０】
上述したように半導体レーザアレイ４００と半導体レーザドライバＩＣ４２０とを接続することで、各半導体レーザ４１０の共通電極を構成するＮ側電極４１５と、半導体レーザドライバＩＣ４２０の各端子４２１〜４３６との間に直流電流が流れることとなり、半導体レーザアレイ４００の共通電極の電位が一定に保たれる。これにより、他のチャンネルを駆動した場合であっても、自身のチャンネルの光波形が劣化してしまうクロストークの発生を抑制できる。
【００７１】
なお、上記では、４チャンネルの半導体レーザアレイの構成を説明したが、本発明における並列配置型光モジュールの半導体レーザアレイのチャンネル数は４チャンネルであることに限定されず、例えば、８アレイ、１２アレイなどの複数チャンネルで構成されていてもよい。また、図１７等の構成において、抵抗器４６０は必ずしも接続されている必要はなく、上述した実施形態１の第１〜第３の変形例のように、抵抗器４６０に代えて、ダミー半導体レーザやペルチェ素子が接続されていてもよく、あるいは、ボンディングワイヤだけで間に電子部品が何も接続されていなくてもよい。
【００７２】
次に、図１９は、実施形態２における並列配置型光モジュールの変形例の回路図を示している。図１９に示す並列配置型光モジュールは、上述した図１８に示した並列配置型光モジュールと比較して、各半導体レーザ４１０のＰ側電極、Ｎ側電極をそれぞれ逆にし、また、半導体レーザドライバＩＣ４２０の非反転データ（D+）及び反転データ（D-）の各＋端子４２１等、−端子４２２等をそれぞれ逆にしている。つまり、本発明は、Ｎ基板の半導体レーザアレイ、あるいは、Ｐ基板の半導体レーザアレイのいずれであっても適用できる。
【００７３】
具体的に、図１９に示す例では、Ｐ側電極が共通の半導体レーザアレイと半導体レーザドライバＩＣとの電気的な接続状態は、各チャンネルの非反転データ（D+）の＋端子が、半導体レーザアレイのＰ側電極に接続し、各チャンネルの非反転データ（D+）の−端子が、各半導体レーザのＮ側電極に接続している。また、各チャンネルの反転データ（D-）の＋端子が、半導体レーザアレイのＰ側電極に接続し、反転データ（D-）の−端子も抵抗器を介して半導体レーザアレイのＰ側電極に接続している。なお、抵抗器は必ずしも接続されている必要はなく、実施形態１の第１〜第３の変形例のように、抵抗器に代えて、ダミー半導体レーザやペルチェ素子が接続されていてもよく、あるいは、ボンディングワイヤだけで間に電子部品が何も接続されていなくてもよい。
【００７４】
以上のような構成であっても、半導体レーザアレイの共通電極の電位が一定に保たれるため、クロストークの発生を抑制できる。
【００７５】
＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図２０乃至図２１を参照して説明する。図２０は、本実施形態における光モジュールの構成を示す図であり、図２１は、本実施形態のものと比較する対象となる光モジュールの構成を示す図である。
【００７６】
本実施形態における光モジュールは、上述した実施形態１で説明した光モジュールの構成に加えて、半導体レーザから出力した光信号を受光する受光素子を備えている。つまり、本実施形態における光モジュールは、光送受信機として機能するものである。
【００７７】
具体的に、本実施形態における光モジュールは、実施形態１で説明したものと同様の構成の光モジュールの基板５００上であって、半導体レーザ５１０に近接した位置に受光素子５７０を搭載して備えている。この受光素子５７０は、光を受光する光受光面５７０ａと、受光した光信号に基づく電流信号を出力する端子５７１，５７２を備えている。なお、半導体レーザ５１０のレーザ光出力窓５１０ａと受光素子５７０の光受光面５７０ａとの距離は、例えば、２５０μｍや５００μｍである。
【００７８】
また、半導体レーザのドライブ機能と受光素子のドライブ機能を備えたドライバＩＣ５２０には、半導体レーザ５１０の各電極やデータ入力のトレースライン５５１，５５２に接続される各端子５２１〜５２６の他に、受光素子５７０や当該受光素子５７０からのデータ出力のトレースライン５５３，５５４に接続される各端子５２７〜５３０を備えている。
【００７９】
そして、半導体レーザ５１０とドライバＩＣ５２０とは、上述した実施形態１と同様に接続されている。これにより、データ入力トレースライン５５１，５５２からドライバＩＣ５２０のDin+端子５２５とDin-端子５２６に入力されたデジタル電気信号のデータパターンに応じた変調（交流）電流にて、半導体レーザ５１０が駆動され光信号として外部に出力される。
【００８０】
また、受光素子５７０とドライバＩＣ５２０とは、受光素子５７０の出力端子５７１，５７２がボンディングワイヤ５４６，５４６を介してドライバＩＣ５２０の端子５２７，５２８に接続され、当該半導体レーザドライバＩＣ５２０のDout+端子５２９及びDout-端子５３０とデータ出力トレースライン５５３，５５４とが接続されている。これにより、受光素子５７０は、外部より入力された光信号を受信し、この光信号パターンに対応した変調（交流）電流を、データ出力トレースライン５５３，５５４へデジタル（電気）信号のデータパターンとして出力する。
【００８１】
ここで、仮に、半導体レーザ５１０とドライバＩＣ５２０との接続状態が、図２１に示す状態、つまり、背景技術で説明した図１に示す状態である場合を考える。かかる場合には、上述したように半導体レーザ５１０の電極パッド５１５には交流電流が流れるため、この部分から電磁波が発せられる。このような状況において、半導体レーザ５１０に受光素子５７０を近接させて配置させると、電磁波が受光素子５７０の受信信号電流に混入してしまい、ドライバＩＣ５２０は受光素子５７０からの受信信号を正確にデジタル電気信号に変換できす、受光素子の受信レベルが劣化してしまうという問題が生じる。特に、半導体レーザ５１０の駆動電流は、6mA〜10mA程度であるが、受光素子５７０からの信号電流は、最小の場合にはμＡオーダであるため、受信レベルの劣化の問題は極めて重大である。
【００８２】
これに対して、上述した図２０に示すように、本発明の構成にすることにより、半導体レーザ５１０の電極パッド５１５には直流電流が流れるため、当該半導体レーザ５１０の電極パッド５１５から発生する電磁波が無くなる。その結果、受光素子５７０による光信号の受信レベルの劣化を抑制することができる。
【００８３】
なお、本実施形態における光モジュールに搭載する半導体レーザ及びドライバＩＣは、上述した他の実施形態で説明したいかなる構成の半導体レーザ及び半導体レーザドライバＩＣであってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  基板
１０  半導体レーザ
２０  半導体レーザドライバＩＣ
３０  抵抗器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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