JP2005234267A - 半導体光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波特性を劣化させずに消費電力を小さくすることができる半導体光モジュールを得る。
【解決手段】 気密封止されたパッケージと、パッケージ内に設けられた電子冷却器と、電子冷却器上に設けられた電界吸収型変調器と、パッケージ内に電子冷却器とは分離して設けられた棚部と、棚部上に設けられ、電界吸収型変調器と接続された終端抵抗と、電界吸収型変調器に信号を入力する入力端子と、入力端子と電界吸収型変調器の間に接続されたキャパシタと、電界吸収型変調器及び終端抵抗に対して並列に接続されたインダクタと、電界吸収型変調器のアノード側の電位を調整する端子を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気密封止されたパッケージ内に設けられた電子冷却器（Thermo Electric Cooler: TEC）と、その電子冷却器上に設けられた電界吸収型（Electro-absorption: EA）変調器を有する半導体光モジュールに関するものである。

光通信に用いられる半導体光モジュールでは、入力高周波電気信号に追従して波形歪の少ない安定な光出力波形が得られることが重要である。そのためには、半導体光モジュールの動作温度を一定以下に保持して、高周波特性を良好にする必要がある。

そこで、気密封止されたパッケージ内に電子冷却器を設け、その電子冷却器上に光素子を設けた半導体光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、電子冷却器を通じて光素子からの発熱をパッケージ外に排熱することができる。

特開平１−１９２１８８号公報

しかし、従来の半導体光モジュールでは、発熱体である終端抵抗が、光素子と共に電子冷却器上に配置されていた。このため、電子冷却器は終端抵抗からの発熱も排熱しなければならず、電子冷却器の消費電力が増え、結果として半導体光モジュールの消費電力が大きくなるという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、高周波特性を劣化させずに消費電力を小さくすることができる半導体光モジュールを得るものである。

本発明に係る半導体光モジュールは、気密封止されたパッケージと、パッケージ内に設けられた電子冷却器と、電子冷却器上に設けられた電界吸収型変調器と、パッケージ内に電子冷却器とは分離して設けられた棚部と、棚部上に設けられ、電界吸収型変調器と接続された終端抵抗と、電界吸収型変調器に信号を入力する入力端子と、入力端子と電界吸収型変調器の間に接続されたキャパシタと、電界吸収型変調器及び終端抵抗に対して並列に接続されたインダクタと、電界吸収型変調器のアノード側の電位を調整する端子を有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、高周波特性を劣化させずに消費電力を小さくすることができる。

実施の形態１．
図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図１（ｂ）はその断面図である。この図に示すように、気密封止されたパッケージ１１内に、電子冷却器１２及び棚部１３が設けられている。ただし、棚部１３は電子冷却器１２とは分離して設けられている。

電子冷却器１２上に、電界吸収型変調器１４と、電子冷却器１２上の温度を検知するサーミスタ１５と、電界吸収型変調器１４からの出力光の強度を検知するモニタフォトダイオード１６が設けられている。

また、棚部１３上に終端抵抗１７が設けられている。この終端抵抗１７は一端が金ワイヤ１８により電界吸収型変調器１４と接続され、他端がＧＮＤ１９に接続されている。

また、電界吸収型変調器１４に変調信号を入力する入力端子２０が設けられている。そして、入力端子２０と電界吸収型変調器１４の間にキャパシタ２１が接続されている。さらに、キャパシタ２１と電界吸収型変調器１４を接続するために、伝送線路基板２２が棚部１３と電子冷却器１２を橋渡しするように設けられている。この伝送線路基板２２の特性インピーダンスと終端抵抗１７の特性インピーダンスはほぼ等しく、インピーダンス整合が取れている。

また、電界吸収型変調器１４及び終端抵抗１７に対して並列にインダクタ２３が接続されている。このインダクタ２３は、一端がキャパシタ２１と接続され、他端がＧＮＤ１９に接続されている。そして、電界吸収型変調器１４のアノード側の電位を調整するために端子２４が設けられている。また、電界吸収型変調器１４からの光を光ファイバ（不図示）へ結合させるためにレンズ２４が設けられている。

以上の構成を有する半導体光モジュールの動作について説明する。まず、入力端子２０からの高周波の変調信号が入力され、この変調信号が伝送線路基板２２を介して電界吸収型変調器１４に伝達され、電界吸収型変調器１４から金ワイヤ１８を介して終端抵抗１７まで伝達され、この終端抵抗１７で終端される。そして、電界吸収型変調器１４は、入力された変調信号に応じて、半導体レーザ（不図示）から出射された光を変調する。この際に、電子冷却器１２により電界吸収型変調器１４が一定の温度に保たれるため、高周波特性を良好にすることができる。

次に、本実施の形態１に係る半導体光モジュールの動作を図２に示す回路図を用いて更に詳しく説明する。まず、入力端子２０からＶ［Ｖｐｐ］の変調信号が入力されると、伝送線路上のキャパシタ２１により、変調信号のオフセット電圧が０［Ｖ］となる。そして、端子２４の電位を＋Ｖ／２［Ｖ］として、電界吸収型変調器１４のカソード側の電位を＋Ｖ／２［Ｖ］とすることにより、電界吸収型変調器１４には０〜−Ｖ［Ｖ］の電圧がかかり、通常と同じ条件で電界吸収型変調器１４を駆動することができる。このように、端子２４の電位を調整することにより、電界吸収型変調器１４にかかる電圧オフセット値を自由に調整することができる。

そして、電界吸収型変調器１４で生ずる吸収電流はインダクタ２３を通じてＧＮＤ１９へ流れるため、終端抵抗１７には−Ｖ／２〜Ｖ／２［Ｖ］の交流電圧がかかることとなり、終端抵抗１７での消費電力を小さくすることができる。

また、上記のように、発熱体である終端抵抗１７を電子冷却器１２とは分離して設けられた棚部１３の上に設けることで、終端抵抗１７で発生する０．１Ｗ程度の熱を電子冷却器１２を介さず直接にパッケージ１１に排熱することができる。これにより、電子冷却器１２の必要吸熱量は、電界吸収型変調器１４自身の発熱と、伝送線路基板２２から流入してくる熱量と、金ワイヤ１８を介して流入してくる熱量だけとなる。従って、電子冷却器１２の必要吸熱量が少なくなり、電子冷却器１２での消費電力を小さくすることができる。

実施の形態２．
図３（ａ）は本発明の実施の形態２に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態２に係る半導体モジュールでは、入力端子２０と電界吸収型変調器１４を接続する第１の伝送線路を伝送線路基板３１で構成している。この伝送線路基板３１は、棚部１３と電子冷却器１２を橋渡しするように設けられている。

また、電界吸収型変調器１４と終端抵抗１７を接続する第２の伝送線路を伝送線路基板３２で構成している。この伝送線路基板３２は、電子冷却器１２上において電界吸収型変調器１４から電子冷却器１２の端までに存在するように設けられている。そして、伝送線路基板３２と終端抵抗１７が金ワイヤ３３で接続されている。伝送線路基板３２，３３の特性インピーダンスと終端抵抗１７の特性インピーダンスはほぼ等しく、インピーダンス整合が取れている。

上記のように、伝送線路基板３２を設けたことで、高周波特性を劣化させる原因となる金ワイヤ３３のワイヤ長を短くすることができ、高周波特性を良好にすることができる。ここで、電界吸収型変調器１４は逆バイアスして使用するため、動作条件下では非常に高いインピーダンスを示す。従って、電界吸収型変調器１４を伝送線路基板３２と伝送線路基板３３の間に配置しても、伝送線路中の変調信号の伝搬を乱さず、高周波特性を劣化させない。

また、実施の形態１と同様に、電子冷却器１２により電界吸収型変調器１４が一定の温度に保たれるため、高周波特性を良好にすることができる。そして、発熱体である終端抵抗１７を電子冷却器１２とは分離して設けられた棚部１３の上に設けることで、終端抵抗１７で発生する熱を電子冷却器１２を介さず直接にパッケージ１１に排熱することができ、電子冷却器１２の必要吸熱量が少なくなり、電子冷却器１２での消費電力を小さくすることができる。

実施の形態３．
図４（ａ）は本発明の実施の形態３に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図４（ｂ）はその断面図である。図３と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態３に係る半導体モジュールでは、電界吸収型変調器１４と終端抵抗１７を接続する第２の伝送線路を伝送線路基板４１で構成している。この伝送線路基板４１は、電子冷却器１２の上面から棚部１３の上面までを橋渡しするように設けられている。そして、伝送線路基板４１と終端抵抗１７が金ワイヤ４２で接続されている。また、伝送線路基板３２，４１の特性インピーダンスと終端抵抗１７の特性インピーダンスはほぼ等しく、インピーダンス整合が取れている。

上記のように、電子冷却器１２と棚部１３を橋渡しする伝送線路基板４１を設けたことで、高周波特性を劣化させる原因となる金ワイヤ４２のワイヤ長を短くすることができるため、実施の形態２に比べて高周波特性が更に向上する。

また、電子冷却器１２と棚部１３を橋渡しする伝送線路基板３２，４１を熱伝導率の小さい素材を用いて作成すれば、伝送線路基板３２，４１を通じて電子冷却器１２に流入する熱量を抑えられ、電子冷却器１２での消費電力を小さくすることができる。

実施の形態４．
図５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図５（ｂ）はその断面図である。図３と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態４に係る半導体モジュールでは、電界吸収型変調器１４と終端抵抗１７を接続する第２の伝送線路を伝送線路基板５１で構成している。この伝送線路基板５１は、電子冷却器１２の上面から棚部１３の上面までを橋渡しするように設けられている。そして、終端抵抗１７が伝送線路基板５１と一体化している。

上記のように、終端抵抗１７と伝送線路基板５１を一体化することで、双方の接続に金ワイヤを使用する必要がなくなるため、実施の形態３に比べて高周波特性が更に向上する。

実施の形態５．
図６（ａ）は本発明の実施の形態５に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図６（ｂ）はその断面図である。図３と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態５に係る半導体モジュールでは、入力端子２０と電界吸収型変調器１４を接続する第１の伝送線路、及び、電界吸収型変調器１４と終端抵抗１７を接続する第２の伝送線路を１つの伝送線路基板６１で構成している。この伝送線路基板６１は、電子冷却器１２の上面から棚部１３の上面までを橋渡しするように設けられている。そして、終端抵抗１７が伝送線路基板６１と一体化している。

上記のように、第１の伝送線路及び第２の伝送線路を１つの伝送線路基板６１で構成することで、使用する部品の点数を減らすことができるため、低コストでモジュールを作製することができる。

実施の形態６．
図７（ａ）は本発明の実施の形態６に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図７（ｂ）はその断面図である。図６と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態６に係る半導体モジュールでは、電子冷却器１２上の電界吸収型変調器１４、サーミスタ１５及びモニタフォトダイオード１６等に電力を供給するための給電用配線７１を伝送線路基板６１に一体化している。

上記のように、給電用配線７１を伝送線路基板６１に一体化することで、使用する部品の点数を実施の形態５に比べて更に減らすことができるため、更に低コストでモジュールを作製することができる。

実施の形態７．
本実施の形態７に係る半導体モジュールでは、図７に示す伝送線路基板６１をフレキシブル基板で構成する。フレキシブル基板は通常のセラミック基板と比べて非常に薄いために熱抵抗が大きい。これにより、伝送線路基板６１を通じて電子冷却器１２に流入する熱量を抑えられ、電子冷却器１２での消費電力を小さくすることができる。

実施の形態８．
図８（ａ）は本発明の実施の形態８に係る半導体光モジュールを示す上面図であり、図８（ｂ）はその断面図である。図７と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態８に係る半導体モジュールでは、電子冷却器１２の上面と棚部１３の上面は高さが異なっており、それらの間には段差がある。これにより、伝送線路基板６１の橋渡しする距離が長くなるため、段差がない場合に比べて伝送線路基板６１の熱抵抗を大きくすることができる。従って、伝送線路基板６１を通じて電子冷却器１２に流入する熱量を抑えられ、電子冷却器１２での消費電力を小さくすることができる。

また、伝送線路基板６１をフレキシブル基板で構成すれば、フレキシブル基板は通常のセラミック基板とは異なり折り曲げることができるため、段差を吸収して橋渡しを行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体光モジュールの回路図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体光モジュールを示す上面図及び断面図である。

符号の説明

１１ パッケージ
１２ 電子冷却器
１３ 棚部
１４ 電界吸収型変調器
１７ 終端抵抗
１８，３３，４２ 金ワイヤ
２０ 入力端子
２１ キャパシタ
２３ インダクタ
２４ 端子
２２，３１，３２，３３，４１，５１，６１ 伝送線路基板
７１ 給電用配線

Claims (9)

1. 気密封止されたパッケージと、
   前記パッケージ内に設けられた電子冷却器と、
   前記電子冷却器上に設けられた電界吸収型変調器と、
   前記パッケージ内に前記電子冷却器とは分離して設けられた棚部と、
   前記棚部上に設けられ、前記電界吸収型変調器と接続された終端抵抗と、
   前記電界吸収型変調器に信号を入力する入力端子と、
   前記入力端子と前記電界吸収型変調器の間に接続されたキャパシタと、
   前記電界吸収型変調器及び前記終端抵抗に対して並列に接続されたインダクタと、
   前記電界吸収型変調器のアノード側の電位を調整する端子を有することを特徴とする半導体光モジュール。
2. 気密封止されたパッケージと、
   前記パッケージ内に設けられた電子冷却器と、
   前記電子冷却器上に設けられた電界吸収型変調器と、
   前記パッケージ内に前記電子冷却器とは分離して設けられた棚部と、
   前記棚部上に設けられ、前記電界吸収型変調器と接続された終端抵抗と、
   前記電界吸収型変調器に変調信号を入力する入力端子と、
   前記入力端子と前記電界吸収型変調器を接続する第１の伝送線路と、
   前記電界吸収型変調器と前記終端抵抗を接続する第２の伝送線路を有することを特徴とする半導体光モジュール。
3. 前記第２の伝送線路と前記終端抵抗を接続するワイヤを更に有し、
   前記第２の伝送線路は、前記電界吸収型変調器から前記電子冷却器の端までに存在することを特徴とする請求項２に記載の半導体光モジュール。
4. 前記第２の伝送線路と前記終端抵抗を接続するワイヤを更に有し、
   前記第２の伝送線路は、前記電子冷却器の上面から前記棚部の上面までを橋渡しする基板で構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体光モジュール。
5. 前記第２の伝送線路は、前記電子冷却器の上面から前記棚部の上面までを橋渡しする基板で構成され、
   前記終端抵抗は、前記基板と一体化していることを特徴とする請求項２に記載の半導体光モジュール。
6. 前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路は１つの基板で構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体光モジュール。
7. 前記基板に一体化された、前記電子冷却器上に電力を供給するための給電用配線を更に有することを特徴とする請求項６に記載の半導体光モジュール。
8. 前記基板はフレキシブル基板であることを特徴とする請求項４〜７の何れか１つに記載の半導体光モジュール。
9. 前記電子冷却器の上面と前記棚部の上面の間には段差があることを特徴とする請求項４〜８の何れか１つに記載の半導体光モジュール。

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