(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を入力する入力端子を有する容器と、
前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に接続された、入力側断面積が出力側断面積より小さい伝送線路基板と、
前記容器内に設けられ、前記伝送線路基板に接続され、前記入力端子により入力された電気信号を、前記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子と、
前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に結合された電子冷却素子とを備え、
前記伝送線路基板は、基板厚を変化させることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記伝送線路基板は、基板厚をステップ状に変化させ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】
前記伝送線路基板は、基板厚をテーパ状に変化させ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４】
電気信号を入力する入力端子を有する容器と、
前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に接続された、入力側断面積が出力側断面積より小さい伝送線路基板と、
前記容器内に設けられ、前記伝送線路基板に接続され、前記入力端子により入力された電気信号を、前記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子と、
前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に結合された電子冷却素子とを備え、
前記伝送線路基板は、基板幅をステップ状に変化させることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
前記伝送線路基板は、マイクロストリップ構造を有することを特徴とする請求項１〜４記載の光モジュール。
【請求項６】
前記伝送線路基板は、コプレナ構造を有することを特徴とする請求項１〜４記載の光モジュール。
【請求項７】
前記容器は、前記伝送線路基板を実装する面を、前記伝送線路基板の基板厚の変化と等しいテーパ角で変化させることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
【請求項８】
前記容器内に、半導体光素子を駆動するための駆動回路を内蔵することを特徴とする請求項１〜７記載の光モジュール。
【請求項９】
前記伝送線路基板は、差動信号を伝搬するのに適した結合線路であり、奇モードに対する特性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンスと等しくなるように構成することを特徴とする請求項１〜７記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記半導体光素子は、電界吸収型半導体光変調器素子であり、前記伝送線路基板上にフリップチップ実装することを特徴とする請求項９記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記半導体光素子は、電界吸収型半導体光変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子であり、前記伝送線路基板上にフリップチップ実装することを特徴とする請求項９記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムにおいて使用する光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、例えば特公平7-14102に記載の従来の光モジュールの構成を示す一部断面図である。図１６において、１はレーザダイオード素子、２はレンズ、３ａは金属製のキャリア、４は電子冷却素子、５ｚは気密性の容器、６ａおよび６ｂはレーザダイオード素子１を駆動するための電気信号の入力端子、７ａは金細線、８は入力端子６ａと入力端子６ｂとを絶縁するための絶縁材料のガラス材、９はレーザダイオード素子１の出射光、１０は出射光９を外部に取り出すための窓、１１は窓１０と容器５ｚとの間を気密固定するためのガラス材、１８ｚは分布定数線路としてのマイクロストリップ線路である。
【０００３】
レーザダイオード素子１とレンズ２とは金属製のキャリア３ａに搭載されており、キャリア３ａは電子冷却素子４を介して気密の容器５ｚに固定されている。レーザダイオード素子１を駆動する信号を入力するための一方の入力端子６ａは絶縁材料のガラス材８を介して容器５ｚに固定されており、入力端子６ａと容器５ｚは電気的に絶縁されている。また、他方の入力端子６ｂは直接容器５ｚに固定されており、入力端子６ｂと容器５ｚは電気的に接続されている。
【０００４】
上記マイクロストリップ線路１８ｚは誘電体セラミック（誘電体基板材料）１９ｚの両面に厚さ数μm程度の薄膜の金パターンを施した構造を備えており、その上面金パターン２０ｚは入力端子６ａおよび金細線７ａに接続され、また、下面金パターン２１ｚは入力端子６ｂおよびキャリア３ａに半田などによって接続されている。
【０００５】
レーザダイオード素子１の出射光９はレンズ２によって集光され、窓１０を通じて外部に取り出される。窓１０は低融点のガラス材１１によって容器５ｚに取り付けられている。
【０００６】
次に動作について説明する。レーザダイオード素子１には、入力端子６ａおよび入力端子６ｂから、マイクロストリップ線路１８ｚおよび金細線７ａを介して高速電気信号が印加される。レーザダイオード素子１では、前記高速電気信号に応じて出射光９に変調が施されることになり、前記出射光９はレンズ２によって集光され、窓１０を通じて効率よく外部に取り出される。
また、電子冷却素子４はキャリア３ａを搭載した面と容器５ｚに取り付けられた面との間に温度差が生じる構造であり、容器５ｚの温度が変化した場合でも、キャリア３ａおよびレーザダイオード素子１の温度を一定に保つよう制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成され動作する従来の光モジュールにおいては、キャリア３ａへの熱流入は、マイクロストリップ線路１８ｚを介する経路が支配的であり、熱流入量は、マイクロストリップ線路の断面積にほぼ比例するという構造的特徴を有する。従って、特に駆動回路等を内蔵している場合のように発熱源が内在する場合においては、電子冷却素子４の冷却能力の限度を超えないためには、マイクロストリップ線路の誘電体セラミック幅および厚さを極力小さくする必要がある。
【０００８】
一方、入力端子６ａおよび入力端子６ｂに印加される高速電気信号をレーザダイオード素子１まで忠実に伝達するためには、マイクロストリップ線路１８ｚの特性インピーダンスを最適化する必要があるが、マイクロストリップ線路１８ｚの特性インピーダンスは、主に誘電体セラミック１９ｚの誘電率と厚さ、および上面金パターン２０ｚのパターン幅によって決まるため、誘電体セラミック１９ｚの材質や金パターン２０ｚの幅などの制約条件によっては、誘電体セラミック１９ｚの厚さを十分に薄くできない場合が生じる。
【０００９】
また、マイクロストリップ線路１８ｚの誘電体セラミック厚や幅を極端に小さくした場合には、構造的に応力が集中する部分であるために、誘電体セラミック１９ｚにクラックが生じる可能性があり、信頼性の低下が懸念される。
【００１０】
また、マイクロストリップ線路１８ｚの実装面である、入力端子６ｂとキャリア３ａの上面との間に、製造精度の悪さ等による微妙な高さのズレがあるような場合、半田などによる実装時の強度不足が生じる可能性があり、信頼性の低下が懸念されるとともに、マイクロストリップ線路１８ｚの下面金パターン２１ｚのグランド電位が不安定になり高周波特性の劣化も懸念される。
【００１１】
つまり、従来の光モジュールでは、熱特性や高周波特性、製造性や構造による信頼性などの点でも問題があった。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、熱特性と高周波特性ともに優れ、また製造性や信頼性にも優れた光モジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる光モジュールは、電気信号を入力する入力端子を有する容器と、前記容器内に設けられ、前記入力端子に電気的に接続された、入力側断面積が出力側断面積より小さい伝送線路基板と、前記容器内に設けられ、前記伝送線路基板に接続され、前記入力端子により入力された電気信号を、前記伝送線路基板を介して入力する半導体光素子と、前記容器内に設けられ、前記半導体光素子と熱的に結合された電子冷却素子とを備え、前記伝送線路基板は、基板厚を変化させるものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図２は、本実施の形態１による光モジュールの一部上面図である。
図１及び図２において、1は半導体光素子としてのレーザダイオード素子、２はレンズ、３ａは金属製のキャリア、４は電子冷却素子、５ａは気密性の容器、６ａはレーザダイオード素子１を駆動するための電気信号の入力端子、７ａは金細線、８は入力端子６ａと容器５を絶縁するための絶縁材、９はレーザダイオード素子１の出射光、１０は出射光９を外部に取り出すための窓、１１は窓１０と容器５ａとの間を気密固定するためのガラス材、１８ａは分布定数線路としての伝送線路基板であり、入力端子６ａ側とキャリア３ａ側とで誘電体セラミック１９ａの厚さが異なっており、入力端子６ａ側の方が相対的に薄くなっている。図１においては、一例として厚さがステップ状に変化している場合を示す。また、容器５ａがグランド電位である場合を示す。
【００２７】
レーザダイオード素子１とレンズ２とは金属製のキャリア３ａに搭載されており、キャリア３ａは電子冷却素子４を介して気密の容器５ａに固定されている。レーザダイオード素子１を駆動する信号を入力するための一方の入力端子６ａは絶縁材８を介して容器５ａに固定されており、入力端子６ａと容器５ａは電気的に絶縁されている。
【００２８】
上記伝送線路基板１８ａは誘電体セラミック（誘電体基板材料）１９ａの両面に厚さ数μm程度の薄膜の金パターンを施したマイクロストリップ構造を備えており、その上面金パターン２０ａは入力端子６ａおよび金細線７ａに接続され、また、下面金パターン２１ａは容器５ａと導電位である金属ブロック５ａ−１およびキャリア３ａに半田などによって接続されている。
【００２９】
レーザダイオード素子１の出射光９はレンズ２によって集光され、窓１０を通じて外部に取り出される。窓１０は低融点のガラス材１１によって容器５ａに取り付けられている。
【００３０】
次に動作について説明する。レーザダイオード素子１には、入力端子６ａから、伝送線路基板１８ａおよび金細線７ａを介して高速電気信号が印加される。レーザダイオード素子１では、前記高速電気信号に応じて出射光９に変調が施されることになり、前記出射光９はレンズ２によって集光され、窓１０を通じて効率よく外部に取り出される。
また、電子冷却素子４はキャリア３ａを搭載した面と容器５ａに取り付けられた面との間に温度差が生じる構造であり、容器５ａの温度が変化した場合でも、キャリア３ａおよびレーザダイオード素子１の温度を一定に保つよう制御される。
【００３１】
本実施の形態１による光モジュールにおいては、キャリア３ａへの熱流入は、伝送線路基板１８ａを介する経路が支配的であり、熱流入量は、伝送線路基板の断面積にほぼ比例するという構造的特徴を有する。伝送線路基板１８ａにおいては、入力端子６ａ側とキャリア３ａ側とで誘電体セラミック１９ａの厚さが異なっており、入力端子６ａ側の方が相対的に薄くなっており、断面積も小さい。一般的に、容器５ａの温度がキャリア３ａの温度よりも相対的に高いため、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側に熱が流入するが、熱流入量は入力端子６ａ側の誘電体セラミックの断面積にほぼ比例するため、入力端子６ａ側の誘電体セラミック厚が相対的に薄く断面積も小さいという特徴を有する本実施の形態１においては、熱流入量を小さく抑えることが可能である。
【００３２】
また、本実施の形態１の伝送線路基板１８ａはマイクロストリップ構造を有するため、伝送線路基板の特性インピーダンスを最適化する場合には、伝送線路基板１８ａの上面金パターンの幅を誘電体セラミック厚に応じてステップ状に変化させることによって実現できるため、上述のように熱流入量を抑えることができると同時に高周波特性の劣化も抑えることができる。
【００３３】
以上説明したように、伝送線路基板の基板厚をステップ状に変化させることにより、入力端子側の誘電体セラミックの断面積を相対的に小さくして、熱流入量を抑えることができるため、高周波特性及び熱特性に優れた光モジュールを得ることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態１では、誘電体セラミック１９ａの下面をステップ状に変化させた場合について説明したが、入力端子６ａ側の誘電体セラミック１９ａの断面積が相対的に小さくなっていればこれに限られず、誘電体セラミック１９ａの上面をステップ状に変化させたり、誘電体セラミック１９ａの上面と下面をステップ状に変化させても、同様の効果を得ることができる。この場合、電気信号を伝える上面金パターンを、誘電体セラミック１９ａ中に埋め込んでもよい。
【００３５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、誘電体セラミックの厚さをステップ状に変化させた場合について説明したが、本実施の形態２では、誘電体セラミックの厚さをテーパ状に変化させた場合について説明する。
図３は、本実施の形態２による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図４は、本実施の形態２による光モジュールの一部上面図である。
図３及び図４では、伝送線路基板１８ｂの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に厚くしており、また、マイクロストリップ構造を有している。伝送線路基板１８ｂが搭載される金属ブロック５ａ−１も、同等のテーパ角を有している。
なお、伝送線路基盤１８ｂ（誘電体セラミック１９ｂ、上面金パターン２０ｂ、下面金パターン２１ｂを含む）及び金属ブロック５ａ−１以外の同一の符号を付したものについては、図１、図２と同様のため説明は省略する。
【００３６】
本実施の形態２においては、熱流入量を抑えるために、伝送線路基板１８ｂの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に変化させている。このため、伝送線路基板の特性インピーダンスを最適化する場合には、伝送線路基板１８ｂの上面金パターンの幅を誘電体セラミック厚に応じてテーパ状に変化させることによって実現でき、例えば上記実施の形態1のようにステップ状に変化させる場合と比較して、変化点の変化量が緩やかであり、インピーダンスの不整合が生じ難い。
【００３７】
また、図５に図３の光モジュール断面図の拡大図を示すが、金属ブロック５ａ−１上の伝送線路基板１８ｂを実装する面を、伝送線路基板１８ｂと等しいテーパ角としておくことによって、金属ブロック５ａ−１と伝送線路基板１８ｂとを必ず面で接触させることが可能となる。つまり、製造精度に悪さ等により設計値と微妙な高さのズレがあるような場合でも、伝送線路基板１８ａを図３における左右方向に移動させて調節することにより、金属ブロック５ａ−１と伝送線路基板１８ｂとを必ず面で接触させることができる。したがって、半田などによる実装時の強度不足が生じる恐れがなくなり、上述のように熱特性及び高周波特性を向上させることができると同時に、製造性及び信頼性を向上させることができる。
【００３８】
以上説明したように、伝送線路基板の基板厚をテーパ状に変化させることにより、入力端子側の誘電体セラミックの断面積を相対的に小さくして、熱流入量を抑えることができるため、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態２では、伝送線路基板１８ｂの入力端子６ａ側をテーパ状に変化させる場合について説明したが、熱特性を向上させるには入力端子６ａ側の誘電体セラミック１９ａの厚さが相対的に薄くなっていればこれに限られず、伝送線路基板１８ｂの中部をテーパ状に変化させてもよい。
【００４０】
また、本実施の形態２では、伝送線路基板１８ｂの入力端子６ａ側から徐々に厚くなるテーパ状に変化させる場合について説明したが、製造性や信頼性を向上させるには伝送線路基板１８ｂの入力端子６ａ側がテーパ状に変化していればこれに限られず、伝送線路基板１８ｂの入力端子６ａ側から徐々に薄くなるテーパ状に変化させてもよい。この場合、伝送線路基板１８ｂの途中で入力端子６ａ側から徐々に厚くなるテーパ状に変化させてもよい。
【００４１】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、誘電体セラミックの幅が均一な場合について説明したが、本実施の形態３では、誘電体セラミックの幅をテーパ状に変化させた場合について説明する。
図６は、本実施の形態３による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図７は、本実施の形態３による光モジュールの一部上面図である。
図６及び図７では、伝送線路基板１８ｃの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に厚くするとともに、誘電体セラミック幅も、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に太くしており、また、マイクロストリップ構造を有している。
なお、伝送線路基盤１８ｃ（誘電体セラミック１９ｃ、上面金パターン２０ｃ、下面金パターン２１ｃを含む）以外の同一の符号を付したものについては、図３、図４と同様のため説明は省略する。
【００４２】
マイクロストリップ構造を有する伝送線路基板の場合、一般に伝送線路基板の上面金パターン幅に対して誘電体セラミック幅は５倍から１０倍程度以上必要であるとされている。これはフリンジによって電界が誘電体セラミック外にも生じ、伝送線路の特性インピーダンスが高くなってしまうためである。
一方、上記実施の形態２のような場合、特性インピーダンスを最適化するためには、キャリア３ａ側の上面金パターン幅を太くする必要があるが、この場合、誘電体セラミック幅が一定であるために、金パターン幅に対して５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保できない場合が生じる可能性がある。
【００４３】
本実施の形態３においては、伝送線路基板１８ｃの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に厚くするとともに、誘電体セラミック幅も、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に太くしているため、熱特性を劣化させることなく、常に、上面金パターン幅の５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保することが可能である。
【００４４】
以上説明したように、伝送線路基板の基板幅をテーパ状に変化させることにより、常に上面金パターン幅の５から１０倍以上の誘電体セラミック幅を確保することが可能なため、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態３では、上面金パターン２０ｂに合わせて誘電体セラミック１９ｃの幅をテーパ状に変化させた場合について説明したが、上記実施の形態１のように上面金パターン２０ａをステップ状に変化させた場合、誘電体セラミック１９ａの幅をステップ状に変化させても、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態３では、誘電体セラミック１９ｃの厚さと幅の両方をテーパ状に変化させた場合について説明したが、熱特性を向上させるには入力端子６ａ側の誘電体セラミック１９ｃの断面積が相対的に小さくなっていればこれに限られず、誘電体セラミックの幅だけをテーパ状やステップ状に変化させてもよい。
【００４７】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、伝送線路基板をマイクロストリップ線路で構成する場合について説明したが、本実施の形態４では、伝送線路基板をコプレナ線路で構成する場合について説明する。
図８は、本実施の形態４による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図９は、本実施の形態４による光モジュールの一部上面図である。
図８及び図９では、伝送線路基板１８ｄの誘電体セラミック厚を、入力端子６ａ側からキャリア３ａ側にテーパ状に厚くしており、また、コプレナ構造を有している。コプレナ構造とするために、伝送線路基板１８ｄの上面金パターンは、信号パターン２０ｄとグランドパターン２０ｅとに分けられ、信号パターン２０ｄの両脇にグランドパターン２０ｅを配している。
なお、伝送線路基盤１８ｄ（誘電体セラミック１９ｄ、信号パターン２０ｄ、グランドパターン２０ｅ、下面金パターン２１ｄを含む）以外の同一の符号を付したものについては、図６、図７と同様のため説明は省略する。
【００４８】
コプレナ構造を有する伝送線路基板の場合、一般に伝送線路基板の特性インピーダンスは、主に誘電体セラミックの誘電率と、上面金パターンの信号パターンの幅、および信号パターンとグランドパターンとの間隔によって決まり、伝送線路基板の誘電体セラミック厚にはほとんど依存しない。
【００４９】
本実施の形態４においては、伝送線路基板１８ｄをコプレナ線路で構成しているため、伝送線路基板１８ｄの誘電体セラミック厚の変化に係らず、信号パターン２０ｄの幅、および信号パターン２０ｄとグランドパターン２０ｅとの間隔を一定に保ったまま、所望の特性インピーダンスを実現することができ、実施の形態３に示したように、誘電体セラミック幅を変化させる必要はない。
【００５０】
以上説明したように、伝送線路基板をコプレナ構造で構成することにより、伝送線路基板の誘電体セラミック厚の変化に係らず、信号パターンの幅、および信号パターンとグランドパターンとの間隔を一定に保ったまま、所望の特性インピーダンスを実現することができるため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態４では、信号線路パターン２０ａの幅を一定の保った場合について説明したが、所望の特性インピーダンスを得るために、上記実施の形態２のように上面金パターンをテーパ状に変化させてもよいし、上記実施の形態３のように誘電体セラミックもテーパ状に変化させてもよい。更に、上記実施の形態１のように上面金パターン及び誘電体セラミック共にステップ状に変化させてもよい。
【００５２】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、レーザダイオード素子を駆動するための駆動回路を光モジュールとは別に持つ場合（図示せず）について説明したが、本実施の形態５では、レーザダイオード素子を駆動するための駆動回路を光モジュールに内蔵する場合について説明する。
図１０は、本実施の形態５による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図１１は、本実施の形態５による光モジュールの一部上面図である。
図１０及び図１１では、金属ブロック５ａ−１上にレーザダイオード素子１を駆動するための駆動回路２２を内蔵しており、金属ブロック５ａ−１とキャリア３ａとの間を、伝送線路基板１８ｄを介して接続している。
なお、駆動回路２２、金細線７ｂ、７ｃ以外の同一の符号を付したものについては、図８、図９と同様のため説明は省略する。
【００５３】
一般に、レーザダイオード素子１を駆動するための駆動回路２２は、数W程度の消費電力を有しているため、光モジュールに内蔵する場合には大きな発熱源となり、レーザダイオード素子１の特性が劣化することが懸念される。例えばキャリア３ａ上に駆動回路２２を搭載した場合には、電子冷却素子４の冷却能力をはるかに超えてしまう。
【００５４】
一方、駆動回路を光モジュールに内蔵した場合には、駆動回路と半導体光素子との電気長を短くできるため、多重反射の影響を抑圧でき、高周波特性を向上させることができるとともに、本光モジュールを光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合には、光送信器を構成する部品点数を削減することができ、小型で安価な光送信器を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態５においては、駆動回路２２を金属ブロック５ａ−１上に搭載し、金属ブロック５ａ−１とキャリア３ａとの間を、熱流入を極力抑えた伝送線路基板１８ｄを介して接続するため、駆動回路を光モジュールに内蔵しつつ、キャリア３ａおよびレーザダイオード素子１の熱上昇は非常に小さくすることができる。
【００５６】
以上説明したように、レーザダイオード素子を駆動するための駆動回路を光モジュールに内蔵することにより、駆動回路と半導体光素子との電気長を短くして、多重反射の影響を抑圧でき、高周波特性を向上させることができるため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態５では、コプレナ構造を有した伝送線路基板１８ｄを用いた場合について説明したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、レーザダイオード素子を用いた場合について説明したが、本実施の形態６では、電界吸収型半導体光変調器素子を伝送線路基板上にフリップチップ実装する場合について説明する。
図１２は、本実施の形態６による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図１３は、本実施の形態６による光モジュールの一部上面図である。
図１２及び図１３では、半導体光素子は量子閉じ込めシュタルク効果及びフランツケルディッシュ効果を有する電界吸収型の半導体光変調器素子１ａであり、カソード側電極２３ａ
もしくは２３ｂと、アノード側電極２３ｂもしくは２３ａとが同一面上に形成されており、電界吸収型半導体光変調器素子１ａの裏面は接地電極にはなっていない。駆動回路２２は振幅が等しく位相のみ１８０度異なる差動信号を出力するものであり、金属ブロック５ａ−２上に搭載されている。伝送線路基板１８ｆには、差動信号を伝搬するための結合線路が金パターンによって形成されており、インピーダンス整合のための抵抗体２５で終端されており、また、誘電体セラミック厚は駆動回路２２側からキャリア３ｂ側にテーパ状に厚くなっている。さらに、伝送線路基板１８ｆ上に前記電界吸収型半導体光変調器素子１ａが半田や金のバンプ２４によってフリップチップ実装されている。結合光学系は先に説明したものと同様のものが光の入出力用に一対構成されている。その他、図１０、図１１と同一の符号を付したものについては、上記実施の形態５と同様のため説明は省略する。
【００５９】
次に動作について説明する。電界吸収型半導体光変調器素子１ａには、入力用結合光学系から連続レーザ光が効率よく入射される。また、電界吸収型半導体光変調器素子１ａでは駆動回路２２から伝送線路基板１８ｆを経由して印加されるアノード側電圧およびカソード側電圧に応じてレーザ光の吸収量が変化するため、駆動回路２２から差動の高速電気信号を印加すると、電界吸収型半導体光変調器素子１ａの出射端面から出射されるレーザ光には差動信号の電圧差に対応した強度変調が施されることになり、出力用結合光学系に効率よく結合され外部に取り出される。
【００６０】
ここで、コプレナ型の結合線路構造を有する伝送線路基板の場合、伝送線路基板の特性インピーダンスは、主に誘電体セラミック１９ｆの誘電率と、上面金パターン２０の信号パターン２０ｆの幅、信号パターン同士の間隔、および信号パターン２０ｆとグランドパターン２０ｇとの間隔によって決まり、誘電体セラミック１９ｆの厚さが薄い場合には、誘電体セラミック厚も考慮する必要がある。
【００６１】
しかし、伝送線路基板１８ｆ上に電界吸収型半導体光変調器素子１ａをフリップチップ実装する場合、電界吸収型半導体光変調器素子１ａ上の電極位置や、電界吸収型半導体光変調器素子１ａに対する入出力光を考慮した結合光学系の最適配置などの制約条件によって、電界吸収型半導体光変調器素子１ａが搭載される周囲の上面金パターン２０の信号パターン２０ｆの幅、信号パターン同士の間隔、および信号パターン２０ｆとグランドパターン２０ｇとの間隔がほとんど固定されてしまうことがある。
【００６２】
このような場合、結合線路の特性インピーダンスを最適化するためには、誘電体セラミック厚を変化させる必要性が生ずる。誘電体セラミック厚を厚くする必要性が生じた場合には、伝送線路基板2の誘電体セラミック厚を一様に厚くしてしまうと、先に説明したように、駆動回路25側からキャリア3側への熱流入量が増大し、熱特性的に好ましくない。
【００６３】
本実施の形態６においては、伝送線路基板１８ｆの誘電体セラミック厚は駆動回路２２側からキャリア３ｂ側にテーパ状に厚くなっているため、上記のような問題も解決でき、また、電界吸収型半導体光変調器素子１ａを伝送線路基板１８ｆ上にフリップチップ実装しているため、不要な寄生インダクタンス成分を抑圧でき、実施の形態５のような金細線7aによる接続と比較して良好な高周波特性が得られる。
【００６４】
またさらに、本実施の形態６では、伝送線路基板１８ｆはコプレナ型の結合線路で構成されている。シールドされていない２本の伝送線路が近接しているとき、各伝送線路の電磁界の相互作用によって伝送線路間の電力結合が可能となり一般に結合線路と呼ばれ、外乱雑音に強いという特徴を有する。また、結合線路には、伝送線路導体内の電流が等しく同じ方向である場合、すなわち偶モードと、伝送線路導体内の電流が等しく反対方向である場合、すなわち奇モードの２種類の特別な励振モードが存在するが、本実施の形態６においては、振幅が等しく位相のみ１８０度異なる差動信号により電界吸収型半導体光変調器素子１ａを駆動するものであるため、上記奇モードに対する特性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンスと等しくなるように上記伝送線路基板の金パターンを形成している。
【００６５】
以上説明したように、電界吸収型半導体光変調器素子を伝送線路基板上にフリップチップ実装することにより、不要な寄生インダクタンス成分を抑圧できるため、簡単な構成で、高周波特性及び熱特性に優れ、製造性や信頼性にも優れた光モジュールを得ることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態６では、コプレナ構造を有した伝送線路基板１８ｆを用いた場合について説明したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送路基板に対して、上記奇モードに対する特性インピーダンスが光モジュールの内部インピーダンスと等しくなるように上記伝送線路基板の金パターンを形成するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００６７】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、電界吸収型半導体光変調器素子を用いた場合について説明したが、本実施の形態７では、光変調器集積化半導体レーザ素子を用いた場合について説明する。
図１４は、本実施の形態７による光モジュールの一部断面図であり、構成の一例である。また、図１５は本実施の形態による光モジュールの一部上面図である。
図１４及び図１５では、電界吸収型半導体光変調器素子１ａの替わりに、電界吸収型半導体光変調器素子１ａと半導体レーザ素子１ｂとをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子１ｃを用いている。
なお、上記光変調器集積化半導体レーザ素子１ｃ以外の同一の符号を付したものについては、図１２、図１３と同様のため説明は省略する。
【００６８】
例えば、上記実施の形態６の場合、連続レーザ光を電界吸収型半導体光変調器素子に効率よく入射するためには、入射側に結合光学系が必要となる上に、連続レーザ光を生成するための半導体レーザモジュールが別途必要となる。
そこで、本実施の形態７では、電界吸収型半導体光変調器素子１ａと半導体レーザ素子１ｂとをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子１ｃを用いる。光変調器集積化半導体レーザ素子１ｃを用いることにより、結合光学系や半導体レーザモジュールが不要となり、部品数や組立工程数を削減でき、さらに、光モジュールを光通信システムにおける光送信器内の一部品として用いる場合には、光送信器の部品点数を削減することができる。したがって、小型で安価、かつ簡単な構成で、高周波特性、熱特性、製造性、および信頼性に優れた光送信器を得ることができる。
【００６９】
以上説明したように、電界吸収型半導体光変調器素子と半導体レーザ素子とをモノリシックに集積化した光変調器集積化半導体レーザ素子を、伝送線路基板上にフリップチップ実装することにより、結合光学系や半導体レーザモジュールが不要となり、部品数や組立工程数を削減できるため、小型で安価、かつ簡単な構成で、高周波特性、熱特性、製造性、および信頼性に優れた光送信器を得ることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態７では、コプレナ構造を有した伝送線路基板１８ｆを用いた場合について説明したが、伝送線路基板はこれに限られず、上記実施の形態１〜３のようなマイクロストリップ構造を有した伝送線路基板を用いても同様の効果を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光モジュールでは、熱流入量を抑えることができ、高周波特性及び熱特性に優れた光モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１による光モジュールの一部断面図
【図２】  実施の形態１による光モジュールの一部上面図
【図３】  実施の形態２による光モジュールの一部断面図
【図４】  実施の形態２による光モジュールの一部上面図
【図５】  実施の形態２による光モジュール断面図の拡大図
【図６】  実施の形態３による光モジュールの一部断面図
【図７】  実施の形態３による光モジュールの一部上面図
【図８】  実施の形態４による光モジュールの一部断面図
【図９】  実施の形態４による光モジュールの一部上面図
【図１０】  実施の形態５による光モジュールの一部断面図
【図１１】  実施の形態５による光モジュールの一部上面図
【図１２】  実施の形態６による光モジュールの一部断面図
【図１３】  実施の形態６による光モジュールの一部上面図
【図１４】  実施の形態７による光モジュールの一部断面図
【図１５】  実施の形態による光モジュールの一部上面図
【図１６】  従来の光モジュールの構成を示す一部断面図
【符号の説明】
１  レーザダイオード素子
１ａ  半導体光変調器素子
１ｂ  半導体レーザ素子
１ｃ  光変調器集積化半導体レーザ素子
２  レンズ
３ａ  キャリア
４  電子冷却素子
５ａ  容器
５ａ−１、５ａ−２  金属ブロック
６ａ  入力端子
７ａ〜７ｃ  金細線
８  絶縁材
９  出射光
１０  窓
１１  ガラス材
１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ  伝送線路基板
１９ａ〜１９ｄ、１９ｆ  誘電体セラミック
２０ａ〜２０ｃ  上面金パターン
２０ｄ、２０ｆ  信号パターン
２０ｅ、２０ｇ  グランドパターン
２１ａ〜２１ｄ、２１ｆ  下面金パターン
２２  駆動回路
２３ａ  カソード側電極
２３ｂ  アノード側電極
２４  バンプ
２５  抵抗体
【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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【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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