(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を発生する発光素子と、発光素子の駆動素子と、発光素子の後方光を検知する受光素子とがこの順に一直線に基板上に配置され、駆動素子と発光素子が電流経路によって接続され、発光素子の後方光が光ガイド構造によって駆動素子を迂回して受光素子に導かれるようにした事を特徴とする発光装置。
【請求項２】
発光素子の後方光を迂回させる光ガイド構造が、駆動素子下方近傍の基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
光ガイド構造が、基板上の発光素子の端から受光素子までに形成された光ガイド溝よりなる事を特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
基板がセラミック製である事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
基板がＳｉ基板であり、光ガイド溝がエッチングによって形成されている事を特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
光ガイド構造が、駆動素子下方近傍の基板上に形成された光導波路よりなることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項７】
光ガイド構造が、ガラス基板若しくはＳｉ基板上に形成された導波路を有するサブマウントである事を特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項８】
光ガイド構造が、基板と駆動素子との間に配置された空洞部を有するサブマウントであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項９】
光ガイド構造が、基板と駆動素子との間に配置された透光性のサブマウントであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項１０】
光ガイド構造が、駆動素子自身の基板の裏面に形成された空洞部である事を特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項１１】
光ガイド構造が、光ファイバによって形成されている事を特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項１２】
光の通路となる光ガイド構造及びその周辺が透光性の樹脂によって覆われている事を特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の発光装置。
【請求項１３】
発光素子が半導体レーザであり、検出素子がフォトダイオードである事を特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の発光装置。
【請求項１４】
半導体レーザがＧａＡｓ系若しくはＩｎＰ系若しくはこれらの複合材料からなり、フォトダイオードがＳｉあるいはＧｅ若しくはＧａＡｓ系若しくはＩｎＰ系又はこれらの複合材料からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
駆動素子がＳｉ若しくはＧａＡｓ若しくはＩｎＰ系のＩＣであり、フォトダイオードでの検知電流をモニタしながら半導体レーザの駆動電流を制御する事を特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の発光装置。
【請求項１６】
駆動素子または検出素子或いは駆動素子と検出素子の両方が発光素子後方光の軸線方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の発光装置。
【請求項１７】
受光素子が端面入射型ＰＤあるいは裏面入射型ＰＤであることを特徴とする請求項１〜１６の何れかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の機器に関する。特にその中でも光ファイバを用いた光通信の光源として必ず用いられる発光装置に関するものである。より具体的には、半導体レ−ザを用いた発光装置（光送信器）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用発光装置として現在最もよく使われているのは図３４に示すような同軸型の半導体レ−ザ（以下ＬＤと略す）モジュールである。円盤形状のステム８０にポール８４を立て、ポール８４の側面にＬＤ８５を固着する。光は上下方向に出る。ＬＤ直下のステム面にはモニタ用受光素子（以下受光素子をＰＤと略す）８６を取り付ける。ＬＤ８５やＰＤ８６を覆うようにキャップ８３をステムに固定する。さらにレンズ８７を保持する円筒形のレンズホルダ−８１をステムに取り付ける。レンズホルダ−８１の上に円錐形フェルールホルダ−８２を設ける。これは光ファイバ８８を把持したフェルール８９を保持するようになっている。ＬＤ８５の直上にはレンズ８７、光ファイバ８８が一直線上に並ぶようになっている。駆動素子（ＩＣ）９１を取り付けた駆動回路基板９２のパターンにリードピン９０を半田付けし、ＩＣ９１の電極とパターンをワイヤ９３で接続する。
【０００３】
ステム８０、レンズホルダ−８１、フェルールホルダ−８２が金属製でパッケージを構成する。光の進行方向がパッケージの軸線に平行である。モニタＰＤ、ＬＤ、レンズ、光ファイバがステム中心線上に並ぶ。ステム中心線に関して対称性のよい構造となっている。金属パッケージによって覆うからノイズに強いし水分や酸素などの侵入を防ぐことができる。信頼性が高く、寿命は長く、優れたＬＤモジュールである。
【０００４】
半導体レ−ザから発せられた上方（前方）への光はレンズを介して光ファイバに集光し、送信される。一方下方（後方）へ発せられた光はモニタ用受光素子によって電気信号に変換される。これは、温度環境が変わっても、常に前方に一定した出力が出るようにフィードバック回路によってＬＤの駆動電流を制御するために使われる。
【０００５】
このモニタＰＤは、光通信用の発光装置には必須である。だから発光素子モジュールといってもＬＤとＰＤを組み合わせたものである。金属製のパッケージは下にピンがあり、上頂部に光ファイバが出ているような構造である。三次元的構造である。光はステム面に垂直である。光はＬＤ、レンズ、光ファイバと離散的に設けられた素子と空間を伝搬する。空間伝搬によって光が広がるからレンズが必要である。レンズ、光ファイバの間で光が最も効率よく光ファイバに入るように調芯が必要である。光ファイバ光量を測定しながら、レンズホルダ−、フェルールホルダ−、フェルールなどをｘｙｚ方向に移動させて最適位置を求める。これが調芯である。
【０００６】
実際には、発光装置の基板（ボード）上に、このＬＤとＳｉ−ＩＣなどの駆動回路を実装して、送信器として機能させる。駆動回路はＬＤに信号電流を流してＬＤ信号光を制御するものである。つまり駆動回路とＬＤモジュールは別個のものとして作られプリント基板に実装され回路パターンによって接続される。これが現在最も広く利用されている実績ある光送信モジュールである。
【０００７】
先述の金属パッケージ収容三次元構造ＬＤとＳｉ−ＩＣなどを別にあつらえたボード上に実装する従来の光送信モジュールには次のような欠点がある。別個の部品をプリント基板に実装するから、形状が大きくなりすぎる。部品が多くて、コストが掛かる。小型化に限界がある。このような様々な問題点がある。それよりもさらに小型化、低コスト化しなければならない。光通信の一層の普及には小型・低コストが不可欠である。
【０００８】
小型化を推進するという観点から表面実装型の光モジュールというのが提案されている。これも様々な形態のものが提案されている。長所もあるが、それぞれに難点もあり、これといったものがないといった現状である。
【０００９】
▲１▼  ドイツ特許ＤＥ  ４３  １３  ４９２  Ｃ１"Anordnung zur Ankopplung eines optoelektronischen Empfangselementes an ein optoelektronisches Sendeelement"  はＳｉ基板の上に軸線上に離隔して開口溝と閉鎖溝を彫り、溝の間の凸部にＬＤをのせ、一方の閉鎖溝の上にかぶるようにモニタＰＤを設け、他方の開口溝にはレンズを付けレンズには光ファイバを結合したものである。ＬＤから出た前方光はレンズ、光ファイバを通り外部へと出てゆく。後方光は閉鎖溝によって反射されてＰＤに裏面から入って感受される。光進行方向と基板面は平行である。二次元的な構成を持つ。パッケージ構造が単純化される。さらに調芯が不要だという利点がある。二次元構造で小型化もできる。ＬＤの後方光の半分近くの光をＰＤによって感受できる。これはＬＤ駆動回路についての言及がない。
【００１０】
▲２▼  特開平９−３１２４０７号「モニタダイオードとレ−ザダイオードの光学的結合装置」は、平面基板の上に、開放溝と閉鎖溝を一直線上に切り込み、溝と溝の間の凸部にＬＤをエピダウンにして載せる。開放溝には光ファイバを挿入する。閉鎖溝の上にはモニタＰＤを載せる。閉鎖溝のＬＤ側に球レンズを載せる。ＬＤの後方光を球レンズによって集光し閉鎖溝によって反射して手裏面入射型ＰＤに導く。これも光の方向は基板面に平行である。ＬＤとＰＤを溝によってつなぎ溝によって光を一旦反射してＰＤに導くのも前例と同様である。レンズによって集光している点に新たな工夫が見られる。
【００１１】
▲３▼  中川剛二、佐々木誠美、山本直樹、三浦和則、矢野光博「Ｓｉプラットフォームを用いたモニタＰＤ付きＬＤモジュール（Passive-aligned LD Module with Monitor-PD on a Silicon Platform）」１９９６年電子情報通信学会総合大会、ＳＣ−２−６、ｐ４４１（１９９６）は、楔型のブロックに裏面入射型ＰＤをのせＬＤ後方光をブロックの斜面によって反射させてＰＤに入射するようにした表面実装型のＬＤモジュールを提案している。表面実装型なのでＳｉ基板を用いてファイバ、ＬＤ、ＰＤを結合させている。ＬＤの上に一部が覆いかぶさるように裏面入射型ＰＤが設けられる。パッケージの寸法は１２ｍｍ×１２ｍｍ×４ｍｍである。内部に駆動素子はない。駆動信号はリードピンを経て外部から取るようにしている。
【００１２】
▲４▼  山本毅、山本直樹、佐々木誠美、乗松正明、田中一弘、小林正宏、三浦和則、矢野光博「ＰＬＣ平面実装による高均一光出力モニタ特性（Highly uniform optical power monitor characteristics using surface mounting technology onto PLC platform）」１９９７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−９７、ｐ２０６（１９９７）は、ＬＤの後方に面取り側面入射型ＰＤを設け、ＬＤの後方光（モニタ光）をＰＤの側面から入射させるようにした送受信モジュールを提案している。ＬＤ後方光は真っ直ぐ軸線上を伝搬しＰＤの斜め側面に入り、屈折され受光部にいたる。面取り側面入射型ＰＤを利用するから、ＬＤの後方にＶ溝を掘る必要がない。またＬＤ後方光の大部分をＰＤ側面に入れるようにできる。これはＬＤ駆動素子が内蔵されていない。駆動素子はモジュールの外部にある。リードピンを通してＬＤ駆動電流がＬＤに供給される。
【００１３】
▲５▼  Gohji Nakagawa, Seimi Sasaki, Naoki Yamamoto, Kazuhiro Tanaka, Kazunori Miura and Mitsuhiro Yano, "High Power and High Sensitivity PLC Module Using A Novel Corner-illuminated PIN Photodiode", 1997 Electronic Components and Technology Conference, p607 (1997) は面取り入射型ＰＤをモニタＰＤに使って構造を単純化している。ＬＤをエピダウンにＳｉ基板に固定して、その後方に側面を面取りしたＰＤを設けている。▲４▼に説明したものと同じものである。基板の上に光ファイバの端、ＬＤ、面取りＰＤを直線上に並べている。ＬＤの後方光は直接にＰＤの傾斜側面に当たり上方へ屈折されて受光部にいたる。
基板の上にあるのは、光ファイバ端、ＬＤ、ＰＤだけである。ＬＤを駆動する素子はそこには存在しない。駆動信号はリードピンを通して外部から与えられる。
【００１４】
▲６▼  特願２０００−１２８５７号「発光装置」（未公開）は、Ｓｉ基板に開放、閉鎖の二種類のＶ溝を切り、間にＬＤを設けＬＤの前方の開放Ｖ溝に光ファイバを固定し、後方の閉鎖Ｖ溝の上にモニタＰＤを載せる構造を提案している。モニタＰＤをＬＤの発光層よりも上方へ持ち上げるようにしてＰＤへの入射光量を増大させている。これもＬＤの駆動装置に対する言及はない。図面にＬＤ駆動装置は図示されていない。外部からＬＤ駆動電流が与えられる。
【００１５】
▲７▼  Y.Akahori, T.Ohyama, M.Yanagisawa, Y.Yamada, H.Tsunetsugu, Y.Akatsu, M.Togashi, S.Mino and Y.Shibata, "A HYBRID HIGH-SPEED SILICA-BASED PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT PLATFORM INTEGRATING A LASER DIODE AND A DRIVER IC", ECOC 97, 22-25 September 1997, Conference Publication No.448, IEE, 1997, p359-362のFigure 1（図３５に示す）はＳｉベンチ９５の上にＬＤとドライバＩＣを搭載した例であるが、これはＬＤアレイ９６を１個のＩＣ９７でドライブし、数ｍから数十ｍの短距離を伝送する目的のものである。９Ｇｂｐｓの伝送を確保するために、ドライバＩＣ９７をＬＤ９６の後ろに置いている。その代わりにモニタＰＤを置くことができず、温度変動に対して不安定な動作となる。勢い、空調のかかったような温度的に安定した環境でしか使えない。しかし、もともとパラレル伝送は、近接して存在する（少なくとも同じフロア程度）コンピュータや周辺機器の間を結ぶもので、モニタＰＤがなくても何とかなるものと思われる。
【００１６】
この例から分かることは、高速動作をさせるにはＬＤとＩＣを近接させることは必須であるということである。しかし、モニタＰＤは配置できない、というジレンマがある。
そこで、あらゆる環境下で、高速動作が可能な送信モジュールを実現するには、ＬＤとＩＣを近接させること、しかも、ＬＤ光のモニタができること、という困難な課題が存在する。
【００１７】
以上数多くの表面実装型の発光モジュール（送信モジュール；ＬＤモジュール）
について従来技術を述べた。いずれもＬＤの直後にできるだけ接近してモニタＰＤを設けている。接近させるのはＬＤの後方光をできるだけ沢山ＰＤに受光させるためである。レンズによってＬＤ光を集光させてＰＤに入れるものもあった。
【００１８】
一方、ＬＤの駆動電力（電流）は外部の駆動用ＬＳＩ（ＩＣ）からリードピンを通して供給される。これが従来の送信モジュールであった。本発明はこれらの従来例では問題にされていなかったことを問題にする。それは何か？ＬＤの駆動素子である。従来のものは全てＬＤ駆動装置はモジュールの外部にあった。
光送信モジュールの内部にＬＤ駆動素子を内蔵するものはかつてなかった。これは例外がないと言えよう。それはどうしてか？このように考えられるかもしれない。
【００１９】
ＬＤの駆動電流はかなり大きい電流でありＬＤ入力インピーダンスは低い。だからノイズの影響を受けない。それで送信モジュールの場合は外部に出しておいた方がよい、と考えられたものであろう。だから駆動信号電流は外部からリードピンを介してモジュール内へ導きＬＤに与えるようにする。
【００２０】
だから同一のモジュール内にＬＤ駆動素子を内蔵した従来例は存在しない。しかし、もしもＬＤ駆動素子も同一のモジュール内に実装したとすれば、ということを仮想的に考えよう。
そして、それについてさらに問題を指摘する。であるから次に述べるのは従来例でなくて、仮想例である。そのようなものは実在しない。比較の便宜のために仮想例という架空の例を想定したのである。
【００２１】
だから本発明は、従来例に対して１段のステップを持つのでなく、２段の進歩性を持つものである。次に述べる仮想例は従来例よりも優れている。しかし、すぐにその問題点を指摘できる。それで本発明は次の仮想例より格段に優れたものとして提案されるものである。従来技術より２段階進んでいるので従来技術との関係が分かりにくい。仮想技術を間においてみると本発明が問題とすることがよく分かる。いきなり従来例と比較しても理解しにくい。以上に述べた公知になった実施例と比較するために、今までの技術で少しでもＬＤとＩＣを近づけようとするとどうなるか、それを以下の仮想例に示す。
【００２２】
[仮想例１（裏面入射型ＰＤ；図１、図２）]
仮想例１の縦断面図を図１に、平面図を図２によって示す。これは駆動素子を同一のモジュール内に収容したという仮想素子である。長方形状Ｓｉベンチ（Ｓｉ基板）１に、閉鎖Ｖ溝２と開放溝３を中心軸線上に形成する。その中間の平坦部にＬＤ４をエピダウンで取り付ける。エピダウンというのはエピ層を下にしているということである。発光素子だから発光部を下にして取り付けるのである。ＬＤの直前の開放溝３には光ファイバ５を実装する。溝の深さは、光ファイバ５のコアがＬＤの発光部１１と同一高さになるように決める。
【００２３】
ＬＤ４の後方のＶ溝２の終端付近で溝を跨ぐようにモニタＰＤ６を取り付ける。裏面入射型ＰＤでありエピアップで取り付ける。ＰＤの上方にｐｎ接合を含む受光部７がある。その上にｐ電極８が設けられる。Ｓｉ基板１に搭載されている素子はこれだけである。この仮想例ではＳｉ基板１の全体をさらにリードフレーム９に載せている。
【００２４】
一般にリードフレームは金属板を打ち抜いて枠と多数のリードピンと中央板からなるように造形したものである。中央板の部分にＳｉ基板などを載せ、リードピンと素子の電極をワイヤによって接続し、全体を樹脂によって覆い完成した素子とする。この仮想例ではリードフレーム９の上にＬＤ駆動用の駆動素子１０をＳｉ基板１と同等の資格で搭載している。
【００２５】
図２の平面図に見るように、Ｓｉ基板１、ＰＤ６、ＬＤ４、駆動素子１０は電極パターンや配線パターンを有する。ＰＤ６の上面には既に述べたｐ電極８がある。ＬＤ４には底面の電極（ｎ電極又はｐ電極）１２が設けられる。ＬＤ４をエピダウンで取り付けているので、図２では底面の電極１２が上面に現れている。ＬＤはｎ型基板の上にｐｎ接合をのせエピ側はｐ電極とする事が多い。もちろん反対の極性にすることもできる。本発明はどちらの場合にも同様に適用できる。以後の説明においても上下の電極のいずれがｐ電極、ｎ電極かということを限定しない。
【００２６】
駆動素子１０にも幾つかの電極パッド１３〜１８が設けられる。その数は任意である。駆動素子（ＩＣ）１０からＬＤ４に送信信号に応じたパルス電流を流すので、そのために２つの電極が必要である。モニタＰＤの信号によって電力を加減する必要があるからＰＤの出力を得るための電極も必要である。１電源の素子であれば外部回路につながるグランド端子と電源電圧が要る。外部から送信信号を取るための電極も必要である。だから最低でも６の電極が駆動素子に必要とされる。しかし、より多くの電極を持つものとしても差し支えない。
【００２７】
Ｓｉ基板１には配線パターン１９、２０がメタライズによって形成される。ワイヤ２１がＬＤ４の電極１２と配線パターン１９を接続する。ワイヤ２２が配線パターン２０と駆動素子１０の電極１３を接続している。ワイヤ２３がＰＤ６の電極８を駆動素子１０の電極１４に接続する。ワイヤ２４が配線パターン１９と駆動素子１０の電極１５をつなぐ。外部の電源、信号源につながる電極１６、１７、１８はワイヤ２５、２６、２７によってリードフレーム９の適当なリードピンに接続される。図２の状態から、さらにＶ溝２、光ファイバ端、ＰＤの部分を透光性樹脂によって覆う。
【００２８】
さらに全体をエポキシ樹脂などによってモールドする。光ファイバ５が端面に突き出たような送信モジュールとなる。ＬＤ４の前方光は光ファイバに入って送信光となる。後方光はＶ溝２の端面によって反射されて裏面からＰＤ６に入り受光部７にいたる。裏面入射型のＰＤを用いるからＶ溝が必要になる。これは単純化された配線を例示しており実際にはＰＤの底面電極（ｎ電極）に対して独自の配線が必要なこともある。
【００２９】
完成したものはプラスチックモールドした送信モジュールとなるが、これはＬＤ、ＰＤ、ＬＤ駆動素子を内蔵するものである。たびたび述べるように、このような素子が従来技術として実在するのではない。駆動素子もモジュールに入れたとすれば、たとえばこの様になるというようなものである。
【００３０】
[仮想例２（裏面入射型ＰＤ；基板を延長；図３、図４）]
仮想例２の縦断面図を図３に、平面図を図４によって示す。これも駆動素子を同一のモジュール内に収容したという仮想素子である。仮想例１と違うのは大きいＳｉ基板（Ｓｉベンチ）２９を使って、駆動素子１０もＳｉ基板２９の上に搭載したことである。駆動素子（Ｓｉ−ＩＣ）１０がＰＤ６と同じ高さに設けられる。駆動素子１０からの駆動電流は、ワイヤ２４、２２、パターン１９、２０を通じてＬＤ４に供給される。外部からの信号はワイヤ２５〜２７やリードピンを通じて内部へ導入される。その他の点は仮想例１と同じである。だから詳しい説明を省略する。
【００３１】
この状態の後、Ｓｉベンチ２９はリードフレーム（図示しない）に載せてリードピンと素子、Ｓｉ基板の電極、配線とワイヤボンディングし、エポキシ樹脂によって固める。駆動素子１０とＰＤ６とのワイヤボンディングにおいて段差が小さくなるという利点がある。Ｓｉ基板に駆動素子も載せるからまとまりがよいという利点があるが、反面、他のワイヤボンディングに段差が生じる、大きいＳｉ基板が要るなど、仮想例１よりも必ずしも優れていない。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
光送信モジュールについて、このように小型化、低コスト化が検討されてきている。従来の送信用モジュールはＬＤとモニタＰＤの結合には細心の注意を払っている。しかし、全ての従来例においてＬＤ駆動素子は全部モジュールの外部にある。小型化・低コスト化だけであればＬＤ駆動素子がモジュールの外部にあっても内部にあっても対して変わらない。
【００３３】
仮想例１、２のように駆動素子をモジュール内部に入れたと仮定してもモジュールの体積が増えるので全体として小型化にはつながらない。
【００３４】
本発明が問題にするのはそれだけではない。さらに重大なのは要求される伝送速度の飛躍的な向上ということである。
【００３５】
光送受信システムは小型化、低コスト化に加え、最近になってさらに伝送速度を上げる方向に進んでいる。これが光送信モジュールに対し新たな要求を突きつける。例えば従来１５６Ｍｂｐｓや６２２Ｍｂｐｓが主流であったが、１．２５Ｇｂｐｓや２．５Ｇｂｐｓ、さらには５Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓと必要とされる伝送速度が高速化してゆく見込みである。
【００３６】
伝送速度が速いということは受信系でも問題になる。しかし送信系でも別の問題を引き起こす。ＬＤ駆動電流は大きくＬＤの入力インピーダンスは低いので従来の１５６Ｍｂｐｓ、６２２ＭｂｐｓではＬＤと駆動素子の結合には問題がなかった。しかし１Ｇｂｐｓを越えると駆動素子とＬＤの結合も問題になってくる。インピーダンスが低いといっても誘導性の自己インダクタンスＬはωＬでインピーダンスに影響するから、高速化するとＬの影響が無視できなくなる。
【００３７】
従来例のように外部に駆動素子を取り付け、駆動素子とＬＤの間を駆動素子リードピン、プリント基板の配線、モジュールリードピン、モジュール内ワイヤ、配線によって接続したものはＬ成分が大きくなり伝送速度を高くしようとするとインピーダンスが急増してしまう。
【００３８】
それを解消するために前節で説明した仮想例１、仮想例２というものが想到されよう。これはモジュールの内部に駆動素子を設けたものである。外部にある場合に比べて駆動素子・ＬＤ間の配線が短くなるという利点がある。
【００３９】
どれだけ短くなるのか？駆動素子（ＩＣ）のリードピン、プリント基板配線、モジュールリードピン、モジュール内ワイヤの分だけ短縮される。それだけでも著しい改善である。Ｌ成分は配線の長さに比例する。Ｌ成分を減らすには配線長を短くするのが有効である。
【００４０】
しかし本発明者は図１〜図４の仮想例でもなお不十分であるということに気付いている。それはなぜか？仮想例１の駆動素子とＬＤの関連を見ると、電極１５−ワイヤ２４−配線パターン１９−ワイヤ２１−ＬＤ４−配線パターン２０−ワイヤ２２−電極１３というようにかなり長い。
【００４１】
従来例に比較すれば格段に短縮されているのであるが、本発明者の目にはなお長いと思われる。そのような視点はこれまで誰も述べなかったので理解しにくい点もあろう。さりながら、将来を見つめた５Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓという伝送速度にとっては、図１〜図４のＬＤ・駆動素子間でもなお長すぎるのである。
【００４２】
図１〜図４の構成において、ＩＣとＬＤの間の間隔が問題となる。ＩＣ・ＬＤ間の距離が長いとそれらを結合するワイヤ（Ａｕ線、Ａｌ線）のインダクタンスやメタライズ配線の静電容量（寄生容量）が問題になる。具体的には、波形の立ち上がりにジッタが出る、リンギングが出るなどの問題を生ずる。伝送速度が５Ｇｂｐｓ以上の場合、ＬＤチップとＩＣチップの距離をできるだけ短くしたい。できれば隣り合わせに配置するのが望ましい。
【００４３】
しかしそれはできない。どうしてか？それはモニタＰＤが存在するからである。ＬＤの後方光はモニタＰＤによって監視されなければならない。後方光の大部分を感受するためにはＬＤのすぐ後にＰＤを設けなければならない。それは当業者の常識といってよい。どうしても、ＬＤ・ＰＤと並ばなければならない。ＬＤとＩＣ間にＰＤが介入するからＬＤ・ＩＣ間が長くなる。これがＬＤと駆動装置の距離を短くできない原因である。
【００４４】
ＬＤ駆動ＩＣをＬＤに接近させたい。どうすればよいのか？、ＩＣをＬＤの横に配置するということも考えられよう。しかし、そうするとＩＣの分だけＳｉベンチの横幅が大きくなりすぎる。このためにコストアップになるし、小型のメリットを打ち消してしまう。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ＬＤ、ＩＣ、モニタＰＤの配置について種々考察した。どう考えたのか？モニタＰＤは従来必ずＬＤのすぐ後ろにあった。ＬＤの後方光を受光するためである。しかしモニタＰＤはＬＤのすぐ後ろにある必要はないのではないか？ＬＤの後方光を受光できればよいので近接していなくてもそれは可能である。
【００４６】
そこで本発明は、ＬＤの直近にＩＣを、離れてモニタＰＤを設けＬＤ後方光が迂回してモニタＰＤに入射するようにした。このようにモニタ光を迂回させモニタＰＤに入れるというような構造はこれまでになかった。前人未到の境地である。ＬＤの直近にＩＣを設けることによって駆動用電流が流れる経路を短縮することができる。経路はワイヤやメタライズパターンであるが、短縮されるとＬ成分も比例して減少するから信号の遅れ、歪なども生じにくくなり、高速伝送速度の光通信系に好適のものとなる。発光素子ＬＤに駆動用ＩＣを近接させるのが第１の目的であるが、そのためにモニタＰＤがＬＤから離れてしまう。離れてしまったＰＤにＬＤからの光を導くために、ＬＤの後方光を迂回させてＰＤに入れるようにする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明のキーポイントは、基板の上にＬＤ、ＩＣ、ＰＤという順に素子を並べ、ＬＤからのモニタ光をＩＣを迂回させてＰＤに導くという点にある。以下にモニタ光を迂回させるための光ガイド構造のいくつかの例を述べる。ここに示す図は模式的なものであり、配線やメタライズパターン、個々の部品の配置に関しては任意に変更することができる。
光ガイド構造…光ガイド溝、空洞付きサブマウント、透明サブマウント、導波路付き透明サブマウント、ＩＣ下面中央に設けた空洞
モニタＰＤ…裏面入射型ＰＤ、端面入射型ＰＤ
【００４８】
【実施例】
裏面入射型ＰＤの場合についての実施例を初めに述べる。
［実施例１（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；図５、図６）］
図５、図６に裏面入射型ＰＤを使用した実施例１を示す。光ファイバ側から、発光素子ＬＤ、駆動素子ＩＣ、モニタＰＤがこの順に一直線に並ぶ配置を有する。この順序はどの実施例でも共通である。矩形平板状のＳｉベンチ３１の上に縦中心線上に両方が終端した光ガイド溝３２と一方が開放した開放溝３３を穿つ。開放溝３３に光ファイバ３５の前端を置く。
【００４９】
光ファイバ３５に近接した中心軸線上にＬＤ３４をエピダウンで取り付ける。ＬＤ３４のすぐ後ろにＶ溝３２の前端が位置する。光ガイド溝３２のすぐ上、ＬＤ３４の直後にＬＤ駆動素子４０が固定される。このようにＬＤ３４の直後に駆動素子（ＩＣ）を設けることが本発明の特徴である。光ガイド溝３２の後端部近くにモニタ用ＰＤ３６が固定される。これは裏面入射用のＰＤなので光ガイド溝３２の上にエピアップで固定される。エピアップというのはＰＤ３６の受光部３７が上面を向くようにということである。受光部３７の上にはｐ電極３８が形成されている。
【００５０】
軸線上の配置を見れば、ＬＤ＋ＩＣ＋ＰＤと並んでいる。図６の平面図によって配線の例を示す。Ｓｉ基板には例えばメタライズ配線パターン４３が印刷される。ＬＤ３４は発光部４１を下にしてＳｉベンチ３１に取り付けられる。発光部４１の下の電極（例えばｐ電極）はＳｉベンチ３１の配線パターン４３に半田付けされる。
【００５１】
ＬＤ３４の上面には電極４４が形成される。駆動用ＩＣ４０の上面にも例えば電極パッド４５〜５０が形成されている。後ろの裏面入射型ＰＤ３６のｐ電極３８と駆動素子４０の電極４９がワイヤ５３によって接続される。駆動素子４０の電極４６がワイヤ５１によってＬＤの電極４４に接続される。駆動素子４０の電極４７がワイヤ５２によって配線パターン４３に繋がれている。駆動素子（ＩＣ）の電流によってＬＤ３４がパルス駆動される。発光部４１で光が軸方向に発生する。その光が送信信号を担っている。送信光の一部（前方光）はＬＤ前端から出て光ファイバ３５に入る。これは送信光として長い光ファイバを伝搬して他方の極へと伝送される。送信光の残りはＬＤ後端から出て光ガイド溝３２に当たり反射されてＰＤ３６の裏面に至る。裏面からＰＤに入射し屈折して受光部３７にいたる。このように光ガイド溝３２が、後進光４２を迂回させてＰＤ３６に導くようにしたところが本発明の工夫の妙の存するところである。
【００５２】
駆動素子４０からＬＤに電流を流す経路はワイヤ５１、電極４４、配線パターン４３、ワイヤ５２などである。これらの経路の全長は図２、図４の仮想例に比較してかなり短くなっている。つまり配線経路のＬ成分が低減しているということである。高周波に対するインピーダンスωＬが小さくなるので信号歪みが少なくなる。だから、より高い伝送速度の信号を扱う事ができるようになる。
【００５３】
より具体的に素子のサイズの範囲を説明する。ＬＤチップ３４は例えば長さが３００μｍ〜８００μｍ、幅２００μｍ〜５００μｍである。ＬＤ駆動用ＩＣ４０は一辺８００μｍ〜１５００μｍの正方形状である。モニタＰＤ３６は一辺４００μｍ〜６００μｍの角型チップである。
【００５４】
一方モニタＰＤ３６に光を導くためＳｉ基板３１にエッチングで形成した光ガイド溝３２の幅は１５０μｍ〜３００μｍである。深さは１５０μｍ〜３００μｍである。断面が三角形状の溝となっている。これは断面が台形の溝とすることもできる。
【００５５】
この光ガイド溝３２の表面はＬＤ３４後端面から下向けに出た光を反射するようにＡｕメッキされる。光ガイド溝３２の全長は５００μｍ〜１０００μｍ程度である。光ガイド溝３２となっているので、少々長くなっていても、光は充分にモニタＰＤ３６に達する。
【００５６】
特に都合の良い事に、ＬＤパワーをモニタするのが目的であるから、ＬＤ後方に出る全ての光をモニタＰＤ３６に導く必要がない。後方光の１０％もモニタＰＤに入れば充分である。
【００５７】
また図５、図６の実施例１では、裏面入射型ＰＤを用いているので、受光面が直径２００μｍ〜４００μｍと広い。受光面がこのように広いことも本発明には有利に働く。光ガイド溝３２によって反射された光の大部分が広いＰＤ受光部３７に至るようにできるからである。
【００５８】
［実施例１の改良型（傾斜ＩＣ、ＰＤ；図７）］
ＩＣやＰＤからの反射戻り光がＬＤの発光部に真っ直ぐに戻るとＬＤの動作が不安定になる。反射戻り光によるＬＤの動作不安定性というのはよく知られた現象である。反射戻り光による不安定性を避けるための第１実施例の改良型を図７に示す。これはＩＣやＰＤを軸線に対して数度〜１０度ほど傾けたものである。図８以後の図面（実施例２〜実施例１２）では図面が煩雑になるから描いていないが、反射戻り光の影響を断つため実用時にはこの構成（ＩＣ、ＰＤを傾ける）をとるようにするのがよい。
【００５９】
実施例１の送信モジュールのより具体的な寸法の例は、
ＬＤ…３００μｍ×３００μｍの１．３μｍ−ＤＦＢ−ＬＤチップ
ＩＣ…１０００μｍ×１０００μｍのＳｉドライブＩＣ
ＰＤ…５５０μｍ×５５０μｍの裏面入射型ＩｎＧａＡｓモニタＰＤ
（受光面直径３００μｍ）
光ガイド溝…幅２５０μｍ、深さ１８０μｍ、長さ１６００μｍ
Ｓｉベンチ…幅１．５ｍｍ、長さ５ｍｍ、厚み１ｍｍ
であった。
【００６０】
本発明の効果を調べるために、仮想例２（図３、４）のサンプルＡと実施例１（図５、６、７）のサンプルＢを実際に作製して性能を比較した。サンプルＡ、ＢともにＬＤ、ＰＤ、ＩＣ、Ｓｉベンチ寸法は共通である。光ガイド溝の幅、深さも同一である。ただし実施例１の方が光ガイド溝３２の長さが長い。
【００６１】
サンプルＡ（仮想例２）…ＬＤ＋ＰＤ＋ＩＣ；光ガイド溝長＝７５０μｍ
【００６２】
サンプルＢ（実施例１）…ＬＤ＋ＩＣ＋ＰＤ；光ガイド溝長＝１６００μｍ
【００６３】
光ガイド溝３２とその周辺は屈折率が１．４２のシリコーン系透明樹脂によってポッティングした。サンプルＢにおいて、ＩＣとＰＤは図７のように光軸に対して１０度傾斜させて配置した。サンプルＡにおいても、ＰＤとＩＣは光軸にたいして１０度傾けて取り付けた。ただしサンプルＡ、Ｂでは、ＰＤとＩＣの順序が反対になる。
【００６４】
ＬＤからＳＭＦ（シングルモードファイバ）からの光出力が１ｍＷとした時、試料Ａ（仮想例２）ではモニタ電流（モニタＰＤ３６の電流）が３００μＡであった。試料Ｂ（実施例１）ではモニタ電流は１５０μＡであった。
【００６５】
本発明の実施例ではＰＤがＬＤから離れるしＬＤの後方光は迂回するのでモニタＰＤに入る光量は弱くなる。この例では約半分に減少している。しかし、それを補って余りある効果がある。
【００６６】
実際の送信信号の伝送可能速度を調べた。伝送可能速度は
サンプルＡ（仮想例１）…２．５Ｇｂｐｓ
サンプルＢ（実施例１）…５Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ
であった。
【００６７】
実際には仮想例というものは存在しないが、それは従来例よりも優れたものである。本発明はその仮想例よりも一段と伝送速度に秀出ている。
【００６８】
図６（実施例１）と図４（仮想例２）を比較して分かるように、ＩＣとＰＤの配置を変える事によって、ＬＤにもモニタＰＤにもワイヤを最短距離で張ることができる。また本発明の場合、中継のメタライズパターン１９、２０（図２、図４）がないので非常な高速応答が可能となる。
ここで駆動素子はＳｉ−ＩＣのみならず、駆動速度によってＧａＡｓやＩｎＰ系のＩＣも用いることができる。また、同様に発光素子もＩｎＰ系の他にＧａＡｓ系、もしくはこれらの複合材料でもよく、受光素子はＩｎＰ系以外にＧａＡｓ系もしくはこれらの複合材料でもよく、Ｓｉ系やＧｅ系でもよい。
【００６９】
［実施例２（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；空洞付きサブマウント；図８、図９）］
図５、図６の実施例１では、ＬＤ３４の発光部４１から出たやや下方向の光はＩＣ（駆動素子）４０の角で遮蔽されてＰＤ３６に入らずモニタ電流に寄与しない。モニタ電流は多い方が好ましい。実施例２はＩＣ４０の下にトンネル状の凹部を有するサブマウント（アルミナ、銅、真鍮など）を配置する事によって、モニタ光の損失を減らすものである。これによって数１０％程度モニタ電流を増大させることができる。
【００７０】
図８は実施例２の断面図、図９は平面図である。Ｓｉ基板３１の上面中心軸線上に開放溝３３、光ガイド溝３２を離れて穿ち、開放溝３３に光ファイバ３５を挿入固定する。隆起部にはＬＤ３４を発光部４１が下になるように実装する。光ガイド溝３２の上に空洞付きサブマウント５５を空洞５６が下に来るように固定する。空洞５６の幅は丁度光ガイド溝３２の幅に重なる程度にする。空洞付きサブマウントはセラミック、金属、プラスチックなど任意である。たとえばアルミナ、銅、真鍮などで凹部付きサブマウントを作製できる。サブマウントの上にＬＤ駆動用のＩＣ４０を固定する。光ガイド溝３２の終端部に裏面入射型モニタＰＤ３６を固定する。
【００７１】
ＬＤ駆動用のＩＣ４０はＬＤ３４の直近にある。ＩＣ４０の電極４６とＬＤ３４の電極４４は短いワイヤ５１によって接続される。ＬＤ３４の下面の電極はＳｉ基板３１のメタライズ配線パターン４３に直接に接続される。配線パターン４３とＩＣ４０のパッド４７は短いワイヤ５２で接続される。ＬＤとＩＣを繋ぐものはワイヤ５１、５２、配線パターン４３の一部である。ＩＣ４０をＬＤ３４に接近させているから、メタライズ配線と、ワイヤの誘導を減らすことができる。
【００７２】
配線のためのワイヤは例えば、３０μｍφの金（Ａｕ）線或いはＡｌ線である。これは１ｍｍ長さあたり、大体１ｎＨの誘導を持つ。往復で２ｍｍ短縮できれば２ｎＨの誘導を減らすことができる。光ファイバ、ＬＤ、ＩＣ、ＰＤ、光ガイド溝などは透光性の樹脂によって覆われる。実施例１と同様、例えば屈折率が１．４２のシリコーン系樹脂を用いることができる。透明樹脂ポッティングは、透明の光路を確保し界面での反射を減少させるために必要である。以後はことさら述べないが、いずれも透光性樹脂で、光ファイバ、ＬＤ、ＩＣ、光ガイド溝、ＰＤなどを被覆している。
【００７３】
サブマウント５５は下面中央部に空洞５６を持つように加工されている。ＬＤ３４の後方光４２は光ガイド溝３２によって反射されモニタＰＤ３６に入る。空洞５６はＬＤ３４の発光部４１より上にあるからＬＤ３４の後方光のより多くの部分が裏面入射型モニタＰＤ３６に入射する。これによってモニタ電流を増大させることができるのである。先述のように、このサブマウントでＩＣ４０を持ち上げることによって、実施例１よりも約１０％モニタ電流を増やす事ができた。
【００７４】
［実施例３（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；空洞付きサブマウントを延長；図１０、１１）］
実施例２はサブマウントの上にＩＣだけを載せている。サブマウントをより長くして、その上にモニタＰＤをも載せるようにしてもよい。図１０、１１によってそのような実施例３を説明する。
【００７５】
実施例２と同様に空洞付きサブマウントを用いる。しかし実施例２より長い空洞付きサブマウント５７である。サブマウント５７は下面中央軸線にそって５８前空洞５８、後空洞６０が穿たれる。その間には上下方向に完全に開いた開口部５９がある。開口部５９はＰＤへ光を導くために必要である。これもセラミック、プラスチック、金属などによって作製できる。
【００７６】
サブマウント５７の上に駆動用ＩＣ４０、モニタＰＤ３６の順に取り付ける。ＬＤ３４から出た前方光は光ファイバ３５を伝って外部へと送信される。ＬＤ３４の後方光４２は、光ガイド溝３２によって反射され開口部５９を通過して裏面入射型モニタＰＤ３６に入る。
【００７７】
実施例２と同様にＩＣ４０をサブマウントによって持ち上げているから、ＬＤ３４の後方光４２をより多くＰＤへと導く事ができる。ＩＣ４０とＬＤ３４を結ぶ駆動電流経路が短縮され高速伝送に好適であるという利点は、実施例１、２と同様である。
【００７８】
［実施例４（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；ＩＣ下に縦溝；図１２、図１３）］
実施例２、３は空洞付きサブマウントによってＩＣを持ち上げＬＤ後方光の迂回路を部分的に短縮しＰＤに入射するモニタ光を増やすものである。実施例４はＩＣ下面に縦溝を穿つことによって迂回光量を増加させようとするものである。
【００７９】
図１２、１３は実施例４を表している。Ｓｉ基板３１に開放溝３３、光ガイド溝３２を軸線上一定距離をおいて形成する。溝３２、３３の間の隆起部にＬＤ３４を固定する。光ファイバ３５の先端を開放溝３３に接着する。光ガイド溝３２の終端部には裏面入射型ＰＤ３６を接着する。そのような点は実施例１と同様である。異なるのはＩＣ４０の下面中央縦に下縦溝６１が穿たれているということである。そのようなＩＣ４０を光ガイド溝３２のすぐ上に固定する。ＬＤ３４の後方光４２は光ガイド溝３２によって反射されてＰＤに至る。ＩＣ４０の下方が抉られているから、より多くの後方光が光ガイド溝３２に入る。ために実施例１よりも多くのモニタ電流を得る事ができる。
【００８０】
実施例４は初めからＩＣの底に凹部６１を設けている。これによってＩＣによる光の遮蔽を低減する。実施例２、３と違いサブマウントがない。部品点数が増えない。部品を増やすことなくモニタ電流を増大することができる。
【００８１】
［実施例５（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；透光性サブマウント；図１４、図１５）］
実施例２、３は凹字型のサブマウントによってＩＣを持ち上げ、実施例４はＩＣを凹字型に加工することによって、ＬＤ後方光が遮蔽されるのを防いでいる。実施例５はそうではなくて、透光性のサブマウントによってＩＣを持ち上げることによって、モニタ光を増加させようとする。
【００８２】
図１４、図１５において透光性サブマウント６２が光ガイド溝３２の上に固定される。透光性サブマウント６２の上にＬＤ駆動用ＩＣ４０が載っている。サブマウント６２は透明であればよい。石英系ガラスや透明セラミック、透明プラスチック（ＰＭＭＡなど）によって作製することができる。
【００８３】
ＬＤ３４の後方光４２の一部は透明サブマウント６２を通って光ガイド溝３２で反射されＰＤ３６へと到達する。透明サブマウント６２によって持ち上げた分だけモニタ光を増大することができる。
【００８４】
［実施例６（裏面入射型ＰＤ；光ガイド溝；透光性サブマウントを延長；図１６、図１７）］
図１６、図１７に示すものは同じく石英系ガラスや透明セラミックによって作製した透明なサブマウント６３を用いたものである。実施例５のサブマウントはＩＣだけを載せていたが、ここではより大きい透光性サブマウントを使う。ＩＣ４０だけでなくＰＤ３６も同じ透明サブマウント６３に載せる。これによって光の遮蔽を一層低減できる。
【００８５】
［端面入射型モニタＰＤの場合］
これまでに述べたものは全て裏面入射型のモニタＰＤを用いるものであった。本発明は端面入射型のモニタＰＤにも適用することができる。本発明の適用例を説明する前に端面入射型ＰＤというものを明らかにしておこう。仮想の従来例を説明する。これは図１〜図４の仮想例と同様、本発明の以前に存在したというわけでない。非存在の仮想例である。本発明の特徴をよりわかりやすくきわだたせるために、端面入射型モニタＰＤをもしも使ってＩＣ、ＰＤ、ＬＤを一体化した従来例があればという仮想の例を述べよう。
【００８６】
図１０９、図１１０は端面入射型ＰＤをモニタＰＤとする従来例構造を示す。端面入射型ＰＤはＬＤと同じ様な導波路構造をとることによって、位置合わせさえ確実にできれば使用可能である。端面入射型ＰＤをモニタＰＤに使用する場合にも本発明を適用することができる。
【００８７】
［仮想例３（端面入射型ＰＤ；図１８、図１９）］
実際にはこのようなものはないが、端面入射型ＰＤを用いてＩＣを一体化した送信器は例えば図１８、図１９のようにもなろう。
【００８８】
Ｓｉベンチ１の上に縦方向に開放溝３だけが穿ってある。Ｓｉベンチ１の中央軸線上にＬＤ４と、端面入射型モニタＰＤ２８をエピダウンで固定する。開放溝３には光ファイバ５の先端を差し込み固定する。ＬＤ４の後方光４２は直接にＰＤ２８の受光部３０に入る。端面入射型というのは受光部が導波路になっており光が表面と平行に伝搬できるようになっている。端面から光が入るので光ガイド溝のようなものは不要である。ＬＤからの後方光が直接にＰＤ端面に入る。
【００８９】
リードフレーム９の上にＳｉベンチ１を載せる。リードフレーム９の後方にＬＤ駆動用のＳｉ−ＩＣ１０を載せる。ＩＣ１０の電極１６、１７、１８はワイヤ２５〜２７によってリードフレームのリードに接続される。ＩＣ１０の電極１３はワイヤ２２によってＳｉベンチ１上の配線パターン２０に接続される。電極１５はワイヤ２４によって配線パターン１９につながれる。ＬＤ４の電極１２はワイヤ２１によって配線パターン１９に接続する。ＬＤ４の下の電極は配線パターン２０に接着される。ＩＣ１０からＬＤに駆動電流を流す経路は、ワイヤ２４、配線パターン１９、配線パターン２０、ワイヤ２２よりなる。かなり長い経路である。ワイヤやメタライズの誘導Ｌが大きくて高伝送速度には不向きである。
【００９０】
［仮想例４（端面入射型ＰＤ；基板を延長；図２０、図２１）］
実際にはこのようなものもないのであるが、端面入射型ＰＤを用いてＩＣを一体化した別の送信器は例えば図２０、図２１のようにもなろう。
これは広いＳｉベンチ２９を使っている。Ｓｉベンチ２９の上に、ＬＤ４、端面入射型モニタＰＤ２８、ＩＣ１０を軸線上に並べている。仮想例３と違うのはＩＣもＳｉ基板に搭載したということである。ＩＣをＳｉ基板に持ち上げているから、仮想例３よりも、ＩＣ１０、ＰＤ２８間のワイヤ２３の高低差が減っている。
【００９１】
仮想例３と同様に、ＩＣ１０からＬＤに駆動電流を流す経路は、ワイヤ２４、配線パターン１９、配線パターン２０、ワイヤ２２よりなる。かなり長い経路である。ワイヤやメタライズの誘導Ｌが大きくて高伝送速度には不向きである。 以下の実施例は端面入射型のＰＤをモニタＰＤに利用したものである。
【００９２】
［実施例７（端面入射型ＰＤ；空洞付きサブマウント；図２２、図２３）］
長手方向に伸びたＳｉ基板（Ｓｉベンチ）３１の一端に開放溝３３を穿つ。光ガイド溝は不要である。開放溝３３には光ファイバ３５を固定する。光ファイバ３５に続いてＬＤ３４をエピダウンでＳｉ基板３１に取り付ける。ＬＤ３４のすぐ後ろには空洞付きサブマウント６４を配置する。サブマウント６４の下面中央軸線にそって縦空洞６５が穿たれる。サブマウント６４の上にＬＤ駆動用のＩＣ４０が搭載される。サブマウントのさらに後ろには端面入射型モニタＰＤ６８が実装される。ＰＤ６８はエピダウンで取り付けられる。つまり導波路に設けた水平の受光部７０がＳｉ基板３１に接近するように固定する。
【００９３】
光ファイバ３５のコア、ＬＤ３４の発光部４１、サブマウント６４の縦空洞６５、ＰＤの受光部７０が一直線上に並ぶ。ＬＤ３４の後方光４２はサブマウントの空洞６５を通過して真っ直ぐに端面入射型モニタＰＤ６８に入る。これがモニタ電流に変換される。
【００９４】
モニタ光の光路はこの場合真っ直ぐであるから、これを「迂回」と表現するには少し躊躇するところである。これまでの実施例のように光ガイド溝によって反射させるのでない。空洞付きサブマウントによってＩＣを持ち上げておいて光が空洞を通過するようにしているのである。しかしサブマウントによってＩＣを持ち上げて光が通るようにしているからＩＣを迂回したと言える。広義に「迂回」と表現できる。
【００９５】
ＩＣ４０の電極４６、４７がＬＤ３４の制御端子である。ＬＤ３４の電極４４と、ＩＣ４０の電極４６がワイヤ５１によって接続される。ＬＤ３４の下の電極は配線パターン４３にダイボンドされ電気的に接続される。メタライズ配線パターン４３は、電極４７とワイヤ５２で結合される。ＩＣ４０からＬＤ３４に与えられる電流の経路は、ワイヤ５１、配線パターン４３、ワイヤ５２である。ＩＣとＬＤが近接しているからこれは極めて短いものである。だから付随するＬ成分は充分に小さい。
【００９６】
［実施例８（端面入射型ＰＤ；ＩＣ下に縦溝；図２４、図２５）］
空洞付きサブマウントを用いる実施例７はサブマウントが余分に必要になる。サブマウントを省くこともできる。そのためには駆動用ＩＣとして、底面の中心線上の一部をえぐった形状の素子を用いる。図２４、図２５において、送信光発生用ＬＤ３４、駆動用ＩＣ４０、モニタ用ＰＤ６８がＳｉ基板３１の中心線上にこの順で並んでいる。ＩＣ４０の下面中心がえぐられた縦空洞６７となっている。ＬＤ３４の後方光（モニタ光）４２は空洞６７を通過してＰＤ６８の受光部７０にいたる。これも迂回という語感にはそぐわないが、ＩＣから見れば迂回と表現できよう。この実施例においてはサブマウントがないから部品コストをより低減できる。
【００９７】
［実施例９（端面入射型ＰＤ；光導波路サブマウント；図２６、図２７）］
端面入射型モニタＰＤを用いる場合サブマウントとして光導波路を有するものを用いることもできる。図２６、図２７にそのような実施例を示す。図２６において、Ｓｉベンチ３１の上に、ＬＤ３４、導波路付きサブマウント７１、端面入射型モニタＰＤ６８を取り付ける。サブマウント７１はＳｉ基板の上にＳｉＯ２系の光導波路７２を設けたものである。
【００９８】
導波路７２にＬＤ３４の後方光（モニタ光）４２を導きモニタＰＤまで導波する。単純に透明であるサブマウントを使う場合より、導波路付きサブマウントを利用すると、モニタ光４２が導波路によって収束させられ光の漏れが少ない。端面入射型ＰＤ６８に効率よく結合される。
【００９９】
導波路付きサブマウントはＳｉ結晶から作るので、サブマウント分とＳｉベンチを初めから一体化することもできる。つまりＳｉベンチの中心線上に光導波路を作製して、サブマウント相当分だけ中央部を残して始端部と終端部をエッチングによって除去する。そうすると光導波路付きサブマウントを一体化したＳｉベンチを得る事ができる。そのようなＳｉベンチに、光ファイバ３５、ＬＤ３４、ＩＣ４０、ＰＤ６８を順に実装することによって送信器を作ることができる。
【０１００】
この場合もモニタ光４２が光導波路を直進するので迂回というのはおかしい。が、ＩＣから見れば迂回と言える。これまでの例と同じように、ワイヤ５１、５２、配線パターン４３によって駆動電流（送信信号電流）がＬＤ３４に与えられ信号遅れ、信号歪を最小にすることができる。高速伝送を実現できる。
【０１０１】
［実施例１０（裏面入射型ＰＤ持ち上げ；光導波路サブマウント；図２８、図２９）］
光導波路を有するサブマウントによってＩＣを持ち上げるという機構は、端面入射型ＰＤに限定されるものではない。裏面入射型モニタＰＤにも適用することができる。図２８、図２９によって説明しよう。
【０１０２】
Ｓｉ基板３１に開放溝３３を加工し、中央部に光導波路付きサブマウント７１を取り付ける。Ｓｉ基板３１の後端部には傾斜面付きサブマウント７４を固定する。開放溝３３には光ファイバ３５を取り付ける。サブマウント７１の上にＩＣ４０を張り付ける。傾斜面付きサブマウント７４の上には裏面入射型ＰＤ３６を取り付ける。ＬＤ３４、サブマウント７１、７４、ＰＤ３６は透光性の樹脂で覆う。
【０１０３】
ＬＤ３４の後方光４２はサブマウント７１の光導波路７２を通ってサブマウント７４の傾斜面７３によって反射されＰＤ３６にいたる。
この実施例においても光導波路付きサブマウント７１を別体のものとするのではなくて、Ｓｉベンチに一体に形成することができる。また後方の傾斜面付きサブマウント７４もＳｉベンチに一体に作ることもできる。
【０１０４】
［実施例１１（端面入射型ＰＤ；光ファイバ；図３０、図３１）］
後方光を収束させて効率よく端面入射型ＰＤに導くため導波路の代わりに光ファイバを用いることもできる。そのような実施例を図３０、図３１によって説明する。
【０１０５】
矩形状のＳｉベンチ３１に開放溝３３、Ｖ溝７５を距離を置いて中心線上に形成する。開放溝３３には外部に連絡する光ファイバの一端３５を固定する。Ｖ溝７５には同じ長さの光ファイバ７６を埋め込んで固定する。そのようなＳｉ基板３１に順にＬＤ３４、ＩＣ４０、端面入射型ＰＤ６８を固定する。光ファイバ３５のコア、ＬＤ３４の発光部４１、光ファイバ７６のコア、ＰＤ６８の受光部７０が直線上に並ぶ。これらの素子を透光性樹脂によって覆う。光ファイバ７６が、導波路と同様の機能をはたしＬＤ後方光を効率よくＰＤに導光する。ＩＣ４０はサブマウント（図には現れない）によって光ファイバより少し高い位置に実装する。あるいは底面をえぐった形状のＩＣを使用する。
【０１０６】
［実施例１２（裏面入射型ＰＤ持ち上げ；光ファイバ；図３２、図３３）］
光ファイバによって導光する機構を裏面入射型ＰＤにも適用することができる。図３２、図３３にこれを示す。Ｓｉベンチ３１に開放溝３３、Ｖ溝７５を形成する。Ｓｉベンチ３１の後端部には傾斜面付きサブマウント７４を取り付ける。
前方の開放溝３３には外部につながる光ファイバ３５を挿入固定する。Ｖ溝７５には光ファイバ７６を挿入する。Ｓｉ基板の上には光ファイバ３５に近い方から、ＬＤ３４、ＩＣ４０を取り付ける。サブマウント７４の上に裏面入射型ＰＤ３６を固定する。
【０１０７】
ＬＤ３４のモニタ光４２は光ファイバ７６を通り傾斜面７３で反射されＰＤ３６の裏面に入射し、受光部３７に至って光電流を発生する。この実施例も光ファイバによって集光するからＬＤモニタ光４２の大部分をＰＤ３６に導光することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明は、これまで類例のない、ＬＤ、ＩＣ、ＰＤという順に並ぶ素子からなる発光装置（光送信器）を提供する。ＬＤとＩＣは直近位置にありワイヤや配線長が短くなる。配線の誘導Ｌが減少する。ために信号遅れや信号歪などが発生しにくい。
【０１０９】
本発明によれば、低コスト、小型化の表面実装技術を生かしたまま、数Ｇｂｐｓ以上（５Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ）の高速伝送が可能な、非常に価値の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ基板（Ｓｉベンチ）にＬＤ、モニタＰＤを搭載し、Ｓｉ基板をのせたリードフレームに駆動用ＩＣをのせて、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣをこの順に並べ一体化し、ＬＤ後方光が裏面入射型ＰＤに直接に入射するようにした発光装置の仮想例１の縦断面図。
【図２】Ｓｉ基板（Ｓｉベンチ）にＬＤ、モニタＰＤを搭載し、Ｓｉ基板をのせたリードフレームに駆動用ＩＣをのせて、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣをこの順に並べ一体化し、ＬＤ後方光が裏面入射型ＰＤに直接に入射するようにした発光装置の仮想例１の平面図。
【図３】Ｓｉ基板（Ｓｉベンチ）にＬＤ、モニタＰＤ、駆動用ＩＣをのせて、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣをこの順に並べ一体化し、ＬＤ後方光が裏面入射型ＰＤに直接に入射するようにした発光装置の仮想例２の縦断面図。
【図４】Ｓｉ基板にＬＤ、モニタＰＤ、駆動用ＩＣをのせて、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣをこの順に並べ一体化し、ＬＤ後方光が裏面入射型ＰＤに直接に入射するようにした発光装置の仮想例２の平面図。
【図５】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例１にかかる発光装置の縦断面図。
【図６】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例１にかかる発光装置の平面図。
【図７】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置し、ＩＣ、ＰＤが軸線に対して傾いているように搭載した本発明の実施例１の改良にかかる発光装置の平面図。
【図８】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に固定した縦空洞付きのサブマウントの上に位置し裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例２にかかる発光装置の縦断面図。
【図９】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に固定した縦空洞付きのサブマウントの上に位置し、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例２にかかる発光装置の平面図。
【図１０】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に固定した縦空洞付きのサブマウントの上に位置し、裏面入射型ＰＤが同じサブマウント上で光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例３にかかる発光装置の縦断面図。
【図１１】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが光ガイド溝の直上に固定した縦空洞付きのサブマウントの上に位置し、裏面入射型ＰＤが同じサブマウント上で光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例３にかかる発光装置の平面図。
【図１２】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、下面に縦方向に溝が穿たれたＩＣが光ガイド溝の直上に固定され、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例４にかかる発光装置の縦断面図。
【図１３】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、下面に縦方向に溝が穿たれたＩＣが光ガイド溝の直上に固定され、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例４にかかる発光装置の平面図。
【図１４】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが透明のサブマウントの上に固定され、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例５にかかる発光装置の縦断面図。
【図１５】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが透明のサブマウントの上に固定され、裏面入射型ＰＤが光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例５にかかる発光装置の平面図。
【図１６】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが透明のサブマウントの上に固定され、裏面入射型ＰＤが同じ透明サブマウント上で光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例６にかかる発光装置の縦断面図。
【図１７】光ガイド溝を穿ったＳｉベンチにＬＤ、駆動用ＩＣ、モニタＰＤをこの順に並べ、ＩＣが透明のサブマウントの上に固定され、裏面入射型ＰＤが同じ透明サブマウント上で光ガイド溝の終端に位置するよう搭載した本発明の実施例６にかかる発光装置の平面図。
【図１８】ＬＤと端面入射型ＰＤを固定したＳｉベンチを、リードフレームに取り付けＳｉベンチの後方に駆動用ＩＣを実装し、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣの順に素子を並べた仮想例３にかかる発光装置の縦断面図。
【図１９】ＬＤと端面入射型ＰＤを固定したＳｉベンチを、リードフレームに取り付けＳｉベンチの後方に駆動用ＩＣを実装し、ＬＤ、ＰＤ、ＩＣの順に素子を並べた仮想例３にかかる発光装置の平面図。
【図２０】Ｓｉベンチの上に、ＬＤと端面入射型ＰＤと駆動用ＩＣをこの順に実装した仮想例４にかかる発光装置の縦断面図。
【図２１】Ｓｉベンチの上に、ＬＤと端面入射型ＰＤと駆動用ＩＣをこの順に実装した仮想例４にかかる発光装置の平面図。
【図２２】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを縦に空洞を有するサブマウントによって持ち上げるようにした本発明の実施例７にかかる発光装置の縦断面図。
【図２３】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを縦に空洞を有するサブマウントによって持ち上げるようにした本発明の実施例７にかかる発光装置の平面図。
【図２４】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下面には縦に空洞を設け、ＩＣの底面の一部をＳｉベンチ表面より持ち上げるようにした本発明の実施例８にかかる発光装置の縦断面図。
【図２５】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下面には縦に空洞を設け、ＩＣの底面の一部をＳｉベンチ表面より持ち上げるようにした本発明の実施例８にかかる発光装置の平面図。
【図２６】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを導波路を有するサブマウントによって持ち上げるようにした本発明の実施例９にかかる発光装置の縦断面図。
【図２７】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを導波路を有するサブマウントによって持ち上げるようにした本発明の実施例９にかかる発光装置の平面図。
【図２８】ＬＤと駆動用ＩＣと裏面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを導波路を有するサブマウントによって持ち上げ、ＰＤは傾斜面付きサブマウントで持ち上げるようにした本発明の実施例１０にかかる発光装置の縦断面図。
【図２９】ＬＤと駆動用ＩＣと裏面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣを導波路を有するサブマウントによって持ち上げ、ＰＤは傾斜面付きサブマウントで持ち上げるようにした本発明の実施例１０にかかる発光装置の平面図。
【図３０】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下に光ファイバを設け、ＬＤとＰＤを光ファイバによって結合した本発明の実施例１１にかかる発光装置の縦断面図。
【図３１】ＬＤと駆動用ＩＣと端面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下に光ファイバを設け、ＬＤとＰＤを光ファイバによって結合した本発明の実施例１１にかかる発光装置の平面図。
【図３２】ＬＤと駆動用ＩＣと裏面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下に光ファイバを設け、傾斜面付きサブマウントの上にＰＤを設け、ＬＤとＰＤを光ファイバによって結合した本発明の実施例１２にかかる発光装置の縦断面図。
【図３３】ＬＤと駆動用ＩＣと裏面入射型ＰＤとをＳｉベンチの上にこの順に並べ、ＩＣの下に光ファイバを設け、傾斜面付きサブマウントの上にＰＤを設け、ＬＤとＰＤを光ファイバによって結合した本発明の実施例１２にかかる発光装置の平面図。
【図３４】金属パッケージに収容され三次元的な構造を持つＬＤモジュールを駆動回路基板に取り付けられた駆動素子に接続させた従来例を示す断面図。
【図３５】従来技術として挙げたY.Akahori, T.Ohyama, M.Yanagisawa, Y.Yamada, H.Tsunetsugu, Y.Akatsu, M.Togashi, S.Mino and Y.Shibata, "A HYBRID HIGH-SPEED SILICA-BASED PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT PLATFORM INTEGRATING A LASER DIODE AND A DRIVER IC", ECOC 97, 22-25 September 1997, Conference Publication No.448, IEE, 1997, p359-362のFigure 1の断面図。
【符号の説明】
１  Ｓｉ基板
２  Ｖ溝
３  開放溝
４  ＬＤ
５  光ファイバ
６  モニタＰＤ
７  受光部
８  ｐ電極
９  リードフレーム
１０  駆動素子
１１  発光部
１２  電極
１３〜１８  電極パッド
１９  配線パターン
２０  配線パターン
２１〜２７  ワイヤ
２８  モニタＰＤ
２９  Ｓｉ基板
３０  受光部
３１  Ｓｉベンチ
３２  光ガイド溝
３３  開放溝
３４  ＬＤ
３５  光ファイバ
３６  モニタＰＤ
３７  受光部
３８  ｐ電極
４０  駆動素子
４１  発光部
４２  後方光（モニタ光）
４３  配線パターン
４４  電極
４５〜５０  電極パッド
５１〜５４  ワイヤ
５５  空洞付きサブマウント
５６  空洞
５７  空洞付きサブマウント
５８  前空洞
５９  開口部
６０  後空洞
６１  下縦溝
６２  透光性サブマウント
６３  透光性サブマウント
６４  空洞付きサブマウント
６５  縦空洞
６７  縦空洞
６８  端面入射型モニタＰＤ
６９  電極
７０  受光部
７１  導波路付きサブマウント
７２  導波路
７３  傾斜面
７４  傾斜面付きサブマウント
７５  Ｖ溝
７６  光ファイバ
８０  ステム
８１  レンズホルダー
８２  フェルールホルダー
８３  キャップ
８４  ポール
８５  ＬＤ
８６  ＰＤ
８７  レンズ
８８  光ファイバ
８９  フェルール
９０  リードピン
９１  駆動素子
９２  基板
９３  ワイヤ
９５  Ｓｉベンチ
９６  ＬＤアレイ
９７  ドライバＩＣ
【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】
0003770075.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003770075.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003770075.tif 000014
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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