半導体光変調装置
【課題】金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した場合においても、周波数応答特性の劣化を防止できる半導体光変調装置を得る。
【解決手段】金属ステム１上に支持ブロック４が実装されている。金属ステム１上に温度制御モジュール５が実装されている。温度制御モジュール５上に第２の支持ブロック６が実装されている。第１の支持ブロック４の側面に誘電体基板７が実装されている。リードピン２に接続された信号線路９が誘電体基板７上に形成されている。支持ブロック６の側面に誘電体基板８が実装されている。誘電体基板８上に信号線路１１が形成されている。誘電体基板８上に半導体光変調素子１４が実装されている。信号線路１１に容量２０が接続されている。進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値が設定されている。
【解決手段】金属ステム１上に支持ブロック４が実装されている。金属ステム１上に温度制御モジュール５が実装されている。温度制御モジュール５上に第２の支持ブロック６が実装されている。第１の支持ブロック４の側面に誘電体基板７が実装されている。リードピン２に接続された信号線路９が誘電体基板７上に形成されている。支持ブロック６の側面に誘電体基板８が実装されている。誘電体基板８上に信号線路１１が形成されている。誘電体基板８上に半導体光変調素子１４が実装されている。信号線路１１に容量２０が接続されている。進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値が設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した半導体光変調装置に関し、特に周波数応答特性の劣化を防止できる半導体光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯ−ＣＡＮ（Top Open Can）構造の半導体光変調装置において、半導体光変調素子の温度を制御する温度制御モジュールを金属ステム上に実装する場合がある。特に、温度変化に対して特性が大きく変動するＥＡＭ−ＬＤ（Electroabsorption Modulator Laser Diode）を半導体光変調素子として用いた場合、温度制御モジュールによりＥＡＭ−ＬＤの温度を一定に保つ必要がある。
【０００３】
なお、レーザダイオードの後面光を受光するフォトダイオードをレーザダイオードとは別の板状体に搭載することで、レーザダイオードの温度を制御する温度制御モジュールの消費電力を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度制御モジュールにより半導体光変調素子を温度制御するには、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置する必要がある。従来は、金属ステムを貫通するリードピンと半導体光変調素子とを接続するために、温度制御モジュールの厚みに対応した分だけリードピンを伸ばすか、リードピンと半導体光変調素子とを接続するボンディングワイヤを伸ばしていた。この結果、リードピンと半導体光変調素子との間のインダクタンスが増大し、１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送すると、損失が大きくなり、周波数応答特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
また、半導体光変調素子の寄生容量や寄生抵抗及びボンディングワイヤのインダクタンスなどによって、高周波になるに従って半導体光変調素子では整合が取れなくなる。そして、リードピンが金属ステムを貫通する貫通部では、ガラス径とリード径の制約により線路インピーダンスが２０Ω〜３０Ω程度になり、一般的な整合抵抗５０Ωとは整合が取れない。このため、リードピンから入力された電気信号の高周波成分は、半導体光変調素子で一部が反射してリードピン側に戻り、さらに貫通部で一部が反射して反射波として再び半導体光変調素子に戻ってくる。この際に、進行波の位相と反射波の位相が１８０度回っていると、利得を打ち消してしまい、周波数応答特性が劣化するという問題があった。
【０００７】
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、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した場合においても、周波数応答特性の劣化を防止できる半導体光変調装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金属ステムと、前記金属ステムを貫通するリードピンと、前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量とを備え、前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した場合においても、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。
【図４】比較例に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例１に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図６】実施の形態１の変形例２に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２の変形例に係るフレキシブル基板及び誘電体基板を示す上面図である。
【図９】実施の形態３に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態４に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態５に係る第２の誘電体基板を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態５に係る第２の誘電体基板を示す回路図である。
【図１３】実施の形態６に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態６に係る第１の誘電体基板及び金属ステムを示す上断面図である。
【図１５】実施の形態６に係る第１の誘電体基板及び金属ステムを示す側断面図である。
【図１６】比較例に係る第１の支持ブロック及び金属ステムを示す側断面図である。
【図１７】実施の形態７に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体光変調装置について図面を参照して説明する。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。金属ステム１をリードピン２が貫通している。リードピン２はガラス材３を介して金属ステム１に固定されている。金属ステム１及びリードピン２は、例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなり、金メッキやニッケルメッキなどを表面に施してもよい。
【００１３】
金属ステム１上に支持ブロック４及び温度制御モジュール５が実装されている。温度制御モジュール５にはペルチェ素子５ａが設けられ、ペルチェ素子５ａは放熱面５ｂと冷却面５ｃとの間に挟まれている。温度制御モジュール５の冷却面５ｃ上に支持ブロック６が実装されている。支持ブロック４の側面に誘電体基板７が実装されている。支持ブロック６の側面に誘電体基板８が実装されている。
【００１４】
支持ブロック４，６は、例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなる。ただし、支持ブロック４，６は、セラミックや樹脂などの絶縁体に金属が被覆された構造でもよい。誘電体基板７，８は、例えばアルミナなどのセラミックやエポキシなどの樹脂からなる。なお、支持ブロック４は、リードピン２の近傍に配置することが好ましい。支持ブロック６は、誘電体基板７の近傍に配置することが好ましい。
【００１５】
誘電体基板７上に信号線路９が形成されている。誘電体基板７上に、信号線路９との間隔を一定に保った状態で接地導体１０が形成されている。信号線路９と接地導体１０がコプレナ線路を構成している。接地導体１０は、誘電体基板７に形成されたビア（不図示）を介して支持ブロック４に接続されている。
【００１６】
誘電体基板８上に信号線路１１及び整合抵抗１２が形成されている。誘電体基板８上に、信号線路１１との間隔を一定に保った状態で接地導体１３が形成されている。信号線路１１と接地導体１３がコプレナ線路を構成している。接地導体１３は誘電体基板８の側面にも形成されている。
【００１７】
誘電体基板８上に半導体光変調素子１４が実装されている。半導体光変調素子１４は、例えばＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸吸収層を用いた電界吸収型光変調器と分布帰還型レーザダイオードとをモノリシックに集積した変調器集積型レーザ（ＥＡＭ−ＬＤ）や、半導体ＭＺ（Mach-Zehnder）光変調器などである。
【００１８】
信号線路９の一端とリードピン２はボンディングワイヤ１５により接続されている。信号線路９の他端と信号線路１１の一端はボンディングワイヤ１６により接続されている。接地導体１０と接地導体１３はボンディングワイヤ１６´により接続されている。信号線路１１の他端と半導体光変調素子１４の信号端子はボンディングワイヤ１７により接続されている。半導体光変調素子１４と整合抵抗１２の一端はボンディングワイヤ１８により接続されている。整合抵抗１２の他端と支持ブロック６はボンディングワイヤ１９により接続されている。
【００１９】
図２は、実施の形態１に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。信号線路１１の幅を拡げることで容量２０が構成されている。この容量２０は信号線路１１と接地点との間に接続されている。なお、信号線路９の幅を拡げて容量２０を構成してもよく、信号線路９，１１の両方に容量２０を設けてもよい。
【００２０】
この容量２０の容量値Ｃは以下のように表せる。
Ｃ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｄ
ここで、ε０は誘電率、εｒは誘電体基板８の比誘電率、Ｓは容量２０の面積、ｄは誘電体基板８の厚みである。誘電体基板８の表面はコプレナ線路になっているため、表裏間の容量に加えて表面内の容量も容量値Ｃに加わる。
【００２１】
これにより、安価に容量２０を付加することができる。また、容量２０の容量値を調整することで、任意の周波数における半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うことができる。
【００２２】
次に、実施の形態１に係る半導体光変調装置の動作について説明する。半導体光変調素子１４の寄生容量成分や寄生抵抗成分及びボンディングワイヤ１７の寄生インダクタンス成分が存在するため、高周波になるに従って半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合が行えなくなる。
【００２３】
一方、気密性や信頼性の観点からリードピン２の径はφ０．３〜０．４、ガラス材３の径はφ０．７〜０．８程度、ガラス材３の比誘電率εｒは５．５〜６．５程度である。従って、リードピン２が金属ステム１を貫通する部分（以下、貫通部分と呼ぶ）のインピーダンスは２０〜３０Ωとなる。一般的に整合抵抗は電圧振幅を効率的に確保するために５０Ω程度に合わせるため、貫通部分でもインピーダンス整合が行えなくなる。
【００２４】
このため、リードピン２から入力された電気信号の高周波成分（進行波）の一部が半導体光変調素子１４で反射されてリードピン２側に戻り、さらに貫通部分で反射されて反射波として半導体光変調素子１４に戻ってくる。
【００２５】
進行波Ｙ０は、振幅を規格化すると以下のように表せる。
Ｙ０＝ｓｉｎ（ωｔ）
ここで、ωは角振動数、ｔは時間である。
【００２６】
反射波Ｙ１は以下のように表せる。
Ｙ１＝ρ１×ρ２×Ｓｉｎ（ωｔ−φ）
ここで、ρ１は半導体光変調素子１４での反射率、ρ２は貫通部分での反射率、φは反射波の位相である。
【００２７】
進行波Ｙ０と反射波Ｙ１とを合成した合成波Ｙ２は以下のように表せる。
Ｙ２＝Ｙ０＋Ｙ１＝ｓｉｎ（ωｔ）＋ρ１×ρ２×ｓｉｎ（ωｔ−φ）＝Ａ×ｓｉｎ（ωｔ＋θ）
ここで、合成波Ｙ２の振幅Ａ及び位相θは以下のように表せる。
Ａ＝［｛１＋ρ１×ρ２×ｃｏｓ（φ）｝２＋｛ρ１×ρ２×ｓｉｎ（φ）｝２］１／２
ｔａｎθ＝−｛ρ１×ρ２×ｓｉｎ（φ）｝／｛１＋ρ１×ρ２×ｃｏｓ（φ）｝
【００２８】
反射波Ｙ１の位相φは以下のように表せる。
φ＝２Ｌ×（ｆ／ｃ´）×２π
ここで、Ｌは半導体光変調素子１４から貫通部分までの実効的な電気長、ｆは周波数、ｃ´は伝送路中の信号速度である。
【００２９】
上記の式から、合成波Ｙ２の振幅Ａは反射率ρ１，ρ２と、半導体光変調素子１４から貫通部分までの実効的な電気長Ｌに大きく依存し、周波数依存性を持つことが分かる。合成波Ｙ２の振幅Ａが反射波Ｙ１の影響で最も小さくなるのは、φが１８０度の場合である。
【００３０】
そこで、本実施の形態では容量２０を設けている。そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数（φ＝１８０度）において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値を設定している。これにより、当該周波数において、半導体光変調素子１４での反射率ρ１を低減することができる。
【００３１】
本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図３は、実施の形態１に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。図４は、比較例に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。ここで、実施の形態１では、１４ＧＨｚ付近において半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値が設定されている。一方、比較例は、実施の形態１の構成から容量２０を省略したものである。このシミュレーション結果から、実施の形態１では、比較例に比べて周波数応答特性の劣化を防止できることが分かる。
【００３２】
よって、実施の形態１により、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００３３】
図５は、実施の形態１の変形例１に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。この変形例１では、実施の形態１の容量２０の代わりに、接地導体１３上に形成された誘電体膜２１により容量が構成されている。この容量の値は、実施の形態１の容量２０と同様に設定されている。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、誘電体膜２１はＳｉＯ２などからなり、その厚みは０．３μｍ程度である。ＳｉＯ２の比誘電率εｒは４．０〜４．５程度なので、上記の容量Ｃの式を参照すると、３０μｍ□程度の面積で０．１ｐＦ程度の容量を得ることができる。従って、小さなスペースで所望の容量を得ることができる。なお、誘電体膜２１を信号線路９，１１又は接地導体１０上に形成してもよい。
【００３５】
図６は、実施の形態１の変形例２に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。この変形例２では、実施の形態１の容量２０の代わりに、接地導体１３上に汎用のチップコンデンサ２２を形成している。チップコンデンサ２２の上面と信号線路１１とがボンディングワイヤ２３により接続されている。このチップコンデンサ２２の容量値は、実施の形態１の容量２０と同様に設定されている。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、例えば素子のばらつきなどで寄生容量や寄生インダクタンスが変わり、実施の形態１の構成では付加すべき容量値が不足する場合は、変形例２のようにチップコンデンサ２２を用いることで所望の容量を得ることができる。なお、チップコンデンサ２２を信号線路９，１１又は接地導体１０上に形成してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態２では、実施の形態１の支持ブロック４及び誘電体基板７の代わりに、フレキシブル基板２４（Flexible Printed Circuit）が設けられている。
【００３８】
フレキシブル基板２４上に信号線路２５が形成され、フレキシブル基板２４の裏面に接地導体２６が形成されている。フレキシブル基板２４を折り曲げることで、信号線路２５の一端とリードピン２とが接続され、接地導体２６の一端と金属ステム１とが接続され、接地導体２６の他端と支持ブロック６とが接続されている。信号線路２５の他端と信号線路１１の一端とはボンディングワイヤ２７により接続されている。
【００３９】
これにより、実施の形態１の支持ブロック４を省略することができる。また、フレキシブル基板２４の誘電体媒質は一般にポリイミドからなり、その比誘電率εｒは３．０〜４．０である。伝送媒体中の速度Ｃ’は１／（εｒ）０．５に比例するため、セラミック製の誘電体基板７の代わりにフレキシブル基板２４を用いることで、実効的な電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。
【００４０】
図８は、実施の形態２の変形例に係るフレキシブル基板２４及び誘電体基板８を示す上面図である。信号線路２５の幅を拡げることで容量２８が構成されている。この容量２８は信号線路２５と接地点との間に接続されている。そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２８の値が設定されている。
【００４１】
これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。また、フレキシブル基板２４の厚さは１０μｍ〜３０μｍ程度で非常に薄いため、比誘電率が低くても表裏面で容易に容量値を拡大できる。なお、信号線路１１の幅を拡げて容量２８を構成してもよく、信号線路１１，２５の両方に容量２８を設けてもよい。
【００４２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態３では、実施の形態１と異なり、金属ステム１に凹部２９が設けられ、この金属ステム１の凹部２９に温度制御モジュール５が実装されている。実施の形態１の誘電体基板７が無く、リードピン２と信号線路９の一端がボンディングワイヤ３０により直接に接続されている。
【００４３】
これにより、リードピン２から半導体光変調素子１４までの電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。また、実施の形態１の誘電体基板７を省略することができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態４では、実施の形態３と同様に金属ステム１の凹部２９に温度制御モジュール５が実装されている。実施の形態３と異なり、フレキシブル基板２４が設けられている。
【００４５】
フレキシブル基板２４上に信号線路２５が形成され、フレキシブル基板２４の裏面に接地導体２６が形成されている。フレキシブル基板２４を折り曲げることで、信号線路２５の一端とリードピン２とが接続され、接地導体２６の一端と金属ステム１とが接続され、接地導体２６の他端と支持ブロック６とが接続されている。信号線路２５の他端と信号線路１１の一端とはボンディングワイヤ２７により接続されている。
【００４６】
これにより、実施の形態２及び３と同様に、リードピン２から半導体光変調素子１４までの電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。
【００４７】
また、図８と同様に信号線路２５の幅を拡げることで容量２８を構成し、容量２８の値を同様に設定してもよい。これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００４８】
実施の形態５．
図１１は、実施の形態５に係る第２の誘電体基板８を示す斜視図である。図１２は、実施の形態５に係る第２の誘電体基板８を示す回路図である。実施の形態５は、実施の形態１の容量２０の代わりに容量３１が設けられている。
【００４９】
容量３１は、半導体光変調素子１４に接続された２本のボンディングワイヤ１７，１８に並列に接続されている。容量３１は、信号線路１１の他端と整合抵抗１２の一端との間に接続されている。
【００５０】
具体的には、誘電体基板８は多層基板であり、この多層基板の中間層３２，３３で容量３１が形成されている。即ち、ボンディングワイヤ１７，１８がボンディングされた２つのパッドは、ビア３４，３５を介して中間層３２，３３に接続されている。この中間層３２，３３を近接させることで容量３１が構成されている。
【００５１】
そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量３１の値が設定されている。
【００５２】
これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００５３】
実施の形態６．
図１３は、実施の形態６に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態６では、実施の形態１の構成に加えて誘電体基板３６が設けられている。
【００５４】
誘電体基板３６は、リードピン２が貫通する貫通孔３７を有する。誘電体基板３６上に信号線路３８が形成されている。誘電体基板３６上に、信号線路３８との間隔を一定に保った状態で接地導体３９が形成されている。信号線路３８と接地導体３９がコプレナ線路を構成している。
【００５５】
信号線路３８の一端とリードピン２はボンディングワイヤ４０により接続されている。信号線路３８の他端と信号線路９の一端はボンディングワイヤ４１により接続されている。接地導体３９の他端と接地導体１０の一端はボンディングワイヤ４２により接続されている。
【００５６】
図１４は、実施の形態６に係る誘電体基板３６及び金属ステム１を示す上断面図である。接地導体３９は、誘電体基板３６を貫通する複数のビア４３により金属ステム１と接続されている。図１５は、実施の形態６に係る誘電体基板３６及び金属ステム１を示す側断面図である。複数のビア４３は、リードピン２を囲うように配置されている。
【００５７】
本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図１６は、比較例に係る支持ブロック４及び金属ステム１を示す側断面図である。比較例に係る支持ブロック４及び金属ステム１の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５８】
貫通部分では、ガラス材３の外周の金属ステム１がＡＣ−ＧＮＤとなってリードピン２と同心円状に電界が結合している。比較例では、この円状のＡＣ−ＧＮＤの一部のみにしか支持ブロック４が接しておらず、ＡＣ−ＧＮＤが不連続となる。貫通部分における信号の反射は、インピーダンス不整合だけでなく、このようなＡＣ−ＧＮＤ不連続にも起因している。
【００５９】
一方、本実施の形態では、リードピン２を囲うように配置された複数のビア４３により、金属ステム１と誘電体基板３６上のコプレナ線路の接地導体３９とが接続されている。従って、貫通部分のＡＣ−ＧＮＤと誘電体基板３６のＡＣ−ＧＮＤとの連続性が改善され、貫通部分での信号の反射を低減できる。これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００６０】
実施の形態７．
図１７は、実施の形態７に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態７は、実施の形態６の構成から支持ブロック４と誘電体基板７を省略している。これにより、実施の形態６と同様の効果を得ることができ、かつ製造コストを低減することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 金属ステム
２ リードピン
４，６ 支持ブロック
５ 温度制御モジュール
７，８，３６ 誘電体基板
９，１１，２５，３８ 信号線路
１０，１３，２６，３９ 接地導体
１２ 整合抵抗
１４ 半導体光変調素子
１６，１７，１８，２７，３０，４１ ボンディングワイヤ
２０，２８，３１ 容量
２１ 誘電体膜
２２ チップコンデンサ
２４ フレキシブル基板
２９ 凹部
３２，３３ 中間層
４３ ビア
３７ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した半導体光変調装置に関し、特に周波数応答特性の劣化を防止できる半導体光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯ−ＣＡＮ（Top Open Can）構造の半導体光変調装置において、半導体光変調素子の温度を制御する温度制御モジュールを金属ステム上に実装する場合がある。特に、温度変化に対して特性が大きく変動するＥＡＭ−ＬＤ（Electroabsorption Modulator Laser Diode）を半導体光変調素子として用いた場合、温度制御モジュールによりＥＡＭ−ＬＤの温度を一定に保つ必要がある。
【０００３】
なお、レーザダイオードの後面光を受光するフォトダイオードをレーザダイオードとは別の板状体に搭載することで、レーザダイオードの温度を制御する温度制御モジュールの消費電力を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度制御モジュールにより半導体光変調素子を温度制御するには、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置する必要がある。従来は、金属ステムを貫通するリードピンと半導体光変調素子とを接続するために、温度制御モジュールの厚みに対応した分だけリードピンを伸ばすか、リードピンと半導体光変調素子とを接続するボンディングワイヤを伸ばしていた。この結果、リードピンと半導体光変調素子との間のインダクタンスが増大し、１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送すると、損失が大きくなり、周波数応答特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
また、半導体光変調素子の寄生容量や寄生抵抗及びボンディングワイヤのインダクタンスなどによって、高周波になるに従って半導体光変調素子では整合が取れなくなる。そして、リードピンが金属ステムを貫通する貫通部では、ガラス径とリード径の制約により線路インピーダンスが２０Ω〜３０Ω程度になり、一般的な整合抵抗５０Ωとは整合が取れない。このため、リードピンから入力された電気信号の高周波成分は、半導体光変調素子で一部が反射してリードピン側に戻り、さらに貫通部で一部が反射して反射波として再び半導体光変調素子に戻ってくる。この際に、進行波の位相と反射波の位相が１８０度回っていると、利得を打ち消してしまい、周波数応答特性が劣化するという問題があった。
【０００７】
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、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した場合においても、周波数応答特性の劣化を防止できる半導体光変調装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金属ステムと、前記金属ステムを貫通するリードピンと、前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量とを備え、前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、金属ステム上に実装された温度制御モジュール上に半導体光変調素子を配置した場合においても、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。
【図４】比較例に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例１に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図６】実施の形態１の変形例２に係る第１及び第２の誘電体基板を示す上面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２の変形例に係るフレキシブル基板及び誘電体基板を示す上面図である。
【図９】実施の形態３に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態４に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態５に係る第２の誘電体基板を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態５に係る第２の誘電体基板を示す回路図である。
【図１３】実施の形態６に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態６に係る第１の誘電体基板及び金属ステムを示す上断面図である。
【図１５】実施の形態６に係る第１の誘電体基板及び金属ステムを示す側断面図である。
【図１６】比較例に係る第１の支持ブロック及び金属ステムを示す側断面図である。
【図１７】実施の形態７に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体光変調装置について図面を参照して説明する。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。金属ステム１をリードピン２が貫通している。リードピン２はガラス材３を介して金属ステム１に固定されている。金属ステム１及びリードピン２は、例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなり、金メッキやニッケルメッキなどを表面に施してもよい。
【００１３】
金属ステム１上に支持ブロック４及び温度制御モジュール５が実装されている。温度制御モジュール５にはペルチェ素子５ａが設けられ、ペルチェ素子５ａは放熱面５ｂと冷却面５ｃとの間に挟まれている。温度制御モジュール５の冷却面５ｃ上に支持ブロック６が実装されている。支持ブロック４の側面に誘電体基板７が実装されている。支持ブロック６の側面に誘電体基板８が実装されている。
【００１４】
支持ブロック４，６は、例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなる。ただし、支持ブロック４，６は、セラミックや樹脂などの絶縁体に金属が被覆された構造でもよい。誘電体基板７，８は、例えばアルミナなどのセラミックやエポキシなどの樹脂からなる。なお、支持ブロック４は、リードピン２の近傍に配置することが好ましい。支持ブロック６は、誘電体基板７の近傍に配置することが好ましい。
【００１５】
誘電体基板７上に信号線路９が形成されている。誘電体基板７上に、信号線路９との間隔を一定に保った状態で接地導体１０が形成されている。信号線路９と接地導体１０がコプレナ線路を構成している。接地導体１０は、誘電体基板７に形成されたビア（不図示）を介して支持ブロック４に接続されている。
【００１６】
誘電体基板８上に信号線路１１及び整合抵抗１２が形成されている。誘電体基板８上に、信号線路１１との間隔を一定に保った状態で接地導体１３が形成されている。信号線路１１と接地導体１３がコプレナ線路を構成している。接地導体１３は誘電体基板８の側面にも形成されている。
【００１７】
誘電体基板８上に半導体光変調素子１４が実装されている。半導体光変調素子１４は、例えばＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸吸収層を用いた電界吸収型光変調器と分布帰還型レーザダイオードとをモノリシックに集積した変調器集積型レーザ（ＥＡＭ−ＬＤ）や、半導体ＭＺ（Mach-Zehnder）光変調器などである。
【００１８】
信号線路９の一端とリードピン２はボンディングワイヤ１５により接続されている。信号線路９の他端と信号線路１１の一端はボンディングワイヤ１６により接続されている。接地導体１０と接地導体１３はボンディングワイヤ１６´により接続されている。信号線路１１の他端と半導体光変調素子１４の信号端子はボンディングワイヤ１７により接続されている。半導体光変調素子１４と整合抵抗１２の一端はボンディングワイヤ１８により接続されている。整合抵抗１２の他端と支持ブロック６はボンディングワイヤ１９により接続されている。
【００１９】
図２は、実施の形態１に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。信号線路１１の幅を拡げることで容量２０が構成されている。この容量２０は信号線路１１と接地点との間に接続されている。なお、信号線路９の幅を拡げて容量２０を構成してもよく、信号線路９，１１の両方に容量２０を設けてもよい。
【００２０】
この容量２０の容量値Ｃは以下のように表せる。
Ｃ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｄ
ここで、ε０は誘電率、εｒは誘電体基板８の比誘電率、Ｓは容量２０の面積、ｄは誘電体基板８の厚みである。誘電体基板８の表面はコプレナ線路になっているため、表裏間の容量に加えて表面内の容量も容量値Ｃに加わる。
【００２１】
これにより、安価に容量２０を付加することができる。また、容量２０の容量値を調整することで、任意の周波数における半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うことができる。
【００２２】
次に、実施の形態１に係る半導体光変調装置の動作について説明する。半導体光変調素子１４の寄生容量成分や寄生抵抗成分及びボンディングワイヤ１７の寄生インダクタンス成分が存在するため、高周波になるに従って半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合が行えなくなる。
【００２３】
一方、気密性や信頼性の観点からリードピン２の径はφ０．３〜０．４、ガラス材３の径はφ０．７〜０．８程度、ガラス材３の比誘電率εｒは５．５〜６．５程度である。従って、リードピン２が金属ステム１を貫通する部分（以下、貫通部分と呼ぶ）のインピーダンスは２０〜３０Ωとなる。一般的に整合抵抗は電圧振幅を効率的に確保するために５０Ω程度に合わせるため、貫通部分でもインピーダンス整合が行えなくなる。
【００２４】
このため、リードピン２から入力された電気信号の高周波成分（進行波）の一部が半導体光変調素子１４で反射されてリードピン２側に戻り、さらに貫通部分で反射されて反射波として半導体光変調素子１４に戻ってくる。
【００２５】
進行波Ｙ０は、振幅を規格化すると以下のように表せる。
Ｙ０＝ｓｉｎ（ωｔ）
ここで、ωは角振動数、ｔは時間である。
【００２６】
反射波Ｙ１は以下のように表せる。
Ｙ１＝ρ１×ρ２×Ｓｉｎ（ωｔ−φ）
ここで、ρ１は半導体光変調素子１４での反射率、ρ２は貫通部分での反射率、φは反射波の位相である。
【００２７】
進行波Ｙ０と反射波Ｙ１とを合成した合成波Ｙ２は以下のように表せる。
Ｙ２＝Ｙ０＋Ｙ１＝ｓｉｎ（ωｔ）＋ρ１×ρ２×ｓｉｎ（ωｔ−φ）＝Ａ×ｓｉｎ（ωｔ＋θ）
ここで、合成波Ｙ２の振幅Ａ及び位相θは以下のように表せる。
Ａ＝［｛１＋ρ１×ρ２×ｃｏｓ（φ）｝２＋｛ρ１×ρ２×ｓｉｎ（φ）｝２］１／２
ｔａｎθ＝−｛ρ１×ρ２×ｓｉｎ（φ）｝／｛１＋ρ１×ρ２×ｃｏｓ（φ）｝
【００２８】
反射波Ｙ１の位相φは以下のように表せる。
φ＝２Ｌ×（ｆ／ｃ´）×２π
ここで、Ｌは半導体光変調素子１４から貫通部分までの実効的な電気長、ｆは周波数、ｃ´は伝送路中の信号速度である。
【００２９】
上記の式から、合成波Ｙ２の振幅Ａは反射率ρ１，ρ２と、半導体光変調素子１４から貫通部分までの実効的な電気長Ｌに大きく依存し、周波数依存性を持つことが分かる。合成波Ｙ２の振幅Ａが反射波Ｙ１の影響で最も小さくなるのは、φが１８０度の場合である。
【００３０】
そこで、本実施の形態では容量２０を設けている。そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数（φ＝１８０度）において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値を設定している。これにより、当該周波数において、半導体光変調素子１４での反射率ρ１を低減することができる。
【００３１】
本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図３は、実施の形態１に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。図４は、比較例に係る半導体光変調装置の周波数応答特性を示す図である。ここで、実施の形態１では、１４ＧＨｚ付近において半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２０の値が設定されている。一方、比較例は、実施の形態１の構成から容量２０を省略したものである。このシミュレーション結果から、実施の形態１では、比較例に比べて周波数応答特性の劣化を防止できることが分かる。
【００３２】
よって、実施の形態１により、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００３３】
図５は、実施の形態１の変形例１に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。この変形例１では、実施の形態１の容量２０の代わりに、接地導体１３上に形成された誘電体膜２１により容量が構成されている。この容量の値は、実施の形態１の容量２０と同様に設定されている。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、誘電体膜２１はＳｉＯ２などからなり、その厚みは０．３μｍ程度である。ＳｉＯ２の比誘電率εｒは４．０〜４．５程度なので、上記の容量Ｃの式を参照すると、３０μｍ□程度の面積で０．１ｐＦ程度の容量を得ることができる。従って、小さなスペースで所望の容量を得ることができる。なお、誘電体膜２１を信号線路９，１１又は接地導体１０上に形成してもよい。
【００３５】
図６は、実施の形態１の変形例２に係る第１及び第２の誘電体基板７，８を示す上面図である。この変形例２では、実施の形態１の容量２０の代わりに、接地導体１３上に汎用のチップコンデンサ２２を形成している。チップコンデンサ２２の上面と信号線路１１とがボンディングワイヤ２３により接続されている。このチップコンデンサ２２の容量値は、実施の形態１の容量２０と同様に設定されている。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、例えば素子のばらつきなどで寄生容量や寄生インダクタンスが変わり、実施の形態１の構成では付加すべき容量値が不足する場合は、変形例２のようにチップコンデンサ２２を用いることで所望の容量を得ることができる。なお、チップコンデンサ２２を信号線路９，１１又は接地導体１０上に形成してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態２では、実施の形態１の支持ブロック４及び誘電体基板７の代わりに、フレキシブル基板２４（Flexible Printed Circuit）が設けられている。
【００３８】
フレキシブル基板２４上に信号線路２５が形成され、フレキシブル基板２４の裏面に接地導体２６が形成されている。フレキシブル基板２４を折り曲げることで、信号線路２５の一端とリードピン２とが接続され、接地導体２６の一端と金属ステム１とが接続され、接地導体２６の他端と支持ブロック６とが接続されている。信号線路２５の他端と信号線路１１の一端とはボンディングワイヤ２７により接続されている。
【００３９】
これにより、実施の形態１の支持ブロック４を省略することができる。また、フレキシブル基板２４の誘電体媒質は一般にポリイミドからなり、その比誘電率εｒは３．０〜４．０である。伝送媒体中の速度Ｃ’は１／（εｒ）０．５に比例するため、セラミック製の誘電体基板７の代わりにフレキシブル基板２４を用いることで、実効的な電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。
【００４０】
図８は、実施の形態２の変形例に係るフレキシブル基板２４及び誘電体基板８を示す上面図である。信号線路２５の幅を拡げることで容量２８が構成されている。この容量２８は信号線路２５と接地点との間に接続されている。そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量２８の値が設定されている。
【００４１】
これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。また、フレキシブル基板２４の厚さは１０μｍ〜３０μｍ程度で非常に薄いため、比誘電率が低くても表裏面で容易に容量値を拡大できる。なお、信号線路１１の幅を拡げて容量２８を構成してもよく、信号線路１１，２５の両方に容量２８を設けてもよい。
【００４２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態３では、実施の形態１と異なり、金属ステム１に凹部２９が設けられ、この金属ステム１の凹部２９に温度制御モジュール５が実装されている。実施の形態１の誘電体基板７が無く、リードピン２と信号線路９の一端がボンディングワイヤ３０により直接に接続されている。
【００４３】
これにより、リードピン２から半導体光変調素子１４までの電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。また、実施の形態１の誘電体基板７を省略することができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態４では、実施の形態３と同様に金属ステム１の凹部２９に温度制御モジュール５が実装されている。実施の形態３と異なり、フレキシブル基板２４が設けられている。
【００４５】
フレキシブル基板２４上に信号線路２５が形成され、フレキシブル基板２４の裏面に接地導体２６が形成されている。フレキシブル基板２４を折り曲げることで、信号線路２５の一端とリードピン２とが接続され、接地導体２６の一端と金属ステム１とが接続され、接地導体２６の他端と支持ブロック６とが接続されている。信号線路２５の他端と信号線路１１の一端とはボンディングワイヤ２７により接続されている。
【００４６】
これにより、実施の形態２及び３と同様に、リードピン２から半導体光変調素子１４までの電気長を短縮することができる。この結果として、反射波の位相が進行波の位相と１８０度ずれるような周波数が、電気信号の周波数帯域よりも高くなるので、電気信号への多重反射の影響が低減される。
【００４７】
また、図８と同様に信号線路２５の幅を拡げることで容量２８を構成し、容量２８の値を同様に設定してもよい。これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００４８】
実施の形態５．
図１１は、実施の形態５に係る第２の誘電体基板８を示す斜視図である。図１２は、実施の形態５に係る第２の誘電体基板８を示す回路図である。実施の形態５は、実施の形態１の容量２０の代わりに容量３１が設けられている。
【００４９】
容量３１は、半導体光変調素子１４に接続された２本のボンディングワイヤ１７，１８に並列に接続されている。容量３１は、信号線路１１の他端と整合抵抗１２の一端との間に接続されている。
【００５０】
具体的には、誘電体基板８は多層基板であり、この多層基板の中間層３２，３３で容量３１が形成されている。即ち、ボンディングワイヤ１７，１８がボンディングされた２つのパッドは、ビア３４，３５を介して中間層３２，３３に接続されている。この中間層３２，３３を近接させることで容量３１が構成されている。
【００５１】
そして、進行波の位相と反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、半導体光変調素子１４でのインピーダンス整合を行うように、容量３１の値が設定されている。
【００５２】
これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００５３】
実施の形態６．
図１３は、実施の形態６に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態６では、実施の形態１の構成に加えて誘電体基板３６が設けられている。
【００５４】
誘電体基板３６は、リードピン２が貫通する貫通孔３７を有する。誘電体基板３６上に信号線路３８が形成されている。誘電体基板３６上に、信号線路３８との間隔を一定に保った状態で接地導体３９が形成されている。信号線路３８と接地導体３９がコプレナ線路を構成している。
【００５５】
信号線路３８の一端とリードピン２はボンディングワイヤ４０により接続されている。信号線路３８の他端と信号線路９の一端はボンディングワイヤ４１により接続されている。接地導体３９の他端と接地導体１０の一端はボンディングワイヤ４２により接続されている。
【００５６】
図１４は、実施の形態６に係る誘電体基板３６及び金属ステム１を示す上断面図である。接地導体３９は、誘電体基板３６を貫通する複数のビア４３により金属ステム１と接続されている。図１５は、実施の形態６に係る誘電体基板３６及び金属ステム１を示す側断面図である。複数のビア４３は、リードピン２を囲うように配置されている。
【００５７】
本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図１６は、比較例に係る支持ブロック４及び金属ステム１を示す側断面図である。比較例に係る支持ブロック４及び金属ステム１の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５８】
貫通部分では、ガラス材３の外周の金属ステム１がＡＣ−ＧＮＤとなってリードピン２と同心円状に電界が結合している。比較例では、この円状のＡＣ−ＧＮＤの一部のみにしか支持ブロック４が接しておらず、ＡＣ−ＧＮＤが不連続となる。貫通部分における信号の反射は、インピーダンス不整合だけでなく、このようなＡＣ−ＧＮＤ不連続にも起因している。
【００５９】
一方、本実施の形態では、リードピン２を囲うように配置された複数のビア４３により、金属ステム１と誘電体基板３６上のコプレナ線路の接地導体３９とが接続されている。従って、貫通部分のＡＣ−ＧＮＤと誘電体基板３６のＡＣ−ＧＮＤとの連続性が改善され、貫通部分での信号の反射を低減できる。これにより、実施の形態１と同様に、金属ステム１上に実装された温度制御モジュール５上に半導体光変調素子１４を配置した場合においても、多重反射による影響が低減され、周波数応答特性の劣化を防止できる。
【００６０】
実施の形態７．
図１７は、実施の形態７に係る半導体光変調装置を示す斜視図である。実施の形態７は、実施の形態６の構成から支持ブロック４と誘電体基板７を省略している。これにより、実施の形態６と同様の効果を得ることができ、かつ製造コストを低減することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 金属ステム
２ リードピン
４，６ 支持ブロック
５ 温度制御モジュール
７，８，３６ 誘電体基板
９，１１，２５，３８ 信号線路
１０，１３，２６，３９ 接地導体
１２ 整合抵抗
１４ 半導体光変調素子
１６，１７，１８，２７，３０，４１ ボンディングワイヤ
２０，２８，３１ 容量
２１ 誘電体膜
２２ チップコンデンサ
２４ フレキシブル基板
２９ 凹部
３２，３３ 中間層
４３ ビア
３７ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、
前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、
前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量とを備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項２】
前記容量は、前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方の幅を拡げることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項３】
前記第１の誘電体基板及び前記第２の誘電体基板上に形成された接地導体を更に備え、
前記容量は、前記第１の信号線路、前記第２の信号線路、及び前記接地導体の何れかの上に形成された誘電体膜により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項４】
前記第１の誘電体基板及び前記第２の誘電体基板上に形成された接地導体を更に備え、
前記容量は、前記第１の信号線路、前記第２の信号線路、及び前記接地導体の何れかの上に形成されたチップコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項５】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記フレキシブル基板の裏面に形成された接地導体と、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備え、
前記フレキシブル基板を折り曲げることで、前記第１の信号線路と前記リードピンとが接続され、前記接地導体の一端と前記金属ステムとが接続され、前記接地導体の他端と前記支持ブロックとが接続されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項６】
凹部が設けられた金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステムの前記凹部に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記リードピンと前記信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備えることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項７】
凹部が設けられた金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステムの前記凹部に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記フレキシブル基板の裏面に形成された接地導体と、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備え、
前記フレキシブル基板を折り曲げることで、前記第１の信号線路と前記リードピンとが接続され、前記接地導体の一端と前記金属ステムとが接続され、前記接地導体の他端と前記支持ブロックとが接続されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量を更に備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする請求項５又は７に記載の半導体光変調装置。
【請求項９】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、
前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第２の誘電体基板上に形成された整合抵抗と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、
前記整合抵抗の一端と前記半導体光変調素子とを接続する第３のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記整合抵抗の一端との間に接続された容量とを備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項１０】
前記第２の誘電体基板は多層基板であり、
前記容量は、前記多層基板の中間層で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体光変調装置。
【請求項１１】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
前記リードピンが貫通する貫通孔を有する第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第１の誘電体基板上に形成された接地導体と、
前記リードピンを囲うように配置され、前記第１の誘電体基板を貫通し、前記接地導体と前記金属ステムとを接続する複数のビアと、
前記支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備えることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項１】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、
前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、
前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量とを備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項２】
前記容量は、前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方の幅を拡げることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項３】
前記第１の誘電体基板及び前記第２の誘電体基板上に形成された接地導体を更に備え、
前記容量は、前記第１の信号線路、前記第２の信号線路、及び前記接地導体の何れかの上に形成された誘電体膜により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項４】
前記第１の誘電体基板及び前記第２の誘電体基板上に形成された接地導体を更に備え、
前記容量は、前記第１の信号線路、前記第２の信号線路、及び前記接地導体の何れかの上に形成されたチップコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調装置。
【請求項５】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記フレキシブル基板の裏面に形成された接地導体と、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備え、
前記フレキシブル基板を折り曲げることで、前記第１の信号線路と前記リードピンとが接続され、前記接地導体の一端と前記金属ステムとが接続され、前記接地導体の他端と前記支持ブロックとが接続されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項６】
凹部が設けられた金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステムの前記凹部に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記リードピンと前記信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備えることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項７】
凹部が設けられた金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステムの前記凹部に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記フレキシブル基板の裏面に形成された接地導体と、
前記支持ブロックの側面に実装された誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備え、
前記フレキシブル基板を折り曲げることで、前記第１の信号線路と前記リードピンとが接続され、前記接地導体の一端と前記金属ステムとが接続され、前記接地導体の他端と前記支持ブロックとが接続されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の信号線路の少なくとも一方と接地点との間に接続された容量を更に備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする請求項５又は７に記載の半導体光変調装置。
【請求項９】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された第１の支持ブロックと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された第２の支持ブロックと、
前記第１の支持ブロックの側面に実装された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第２の支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第２の誘電体基板上に形成された整合抵抗と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤと、
前記整合抵抗の一端と前記半導体光変調素子とを接続する第３のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記整合抵抗の一端との間に接続された容量とを備え、
前記リードピンから入力された進行波の一部が前記半導体光変調素子で反射されて前記リードピン側に戻り、さらに前記リードピンが前記金属ステムを貫通する部分で反射されて反射波として前記半導体光変調素子に戻り、
前記進行波の位相と前記反射波の位相とが１８０度ずれるような周波数において、前記半導体光変調素子でのインピーダンス整合を行うように、前記容量の値が設定されていることを特徴とする半導体光変調装置。
【請求項１０】
前記第２の誘電体基板は多層基板であり、
前記容量は、前記多層基板の中間層で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体光変調装置。
【請求項１１】
金属ステムと、
前記金属ステムを貫通するリードピンと、
前記金属ステム上に実装された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュール上に実装された支持ブロックと、
前記リードピンが貫通する貫通孔を有する第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板上に形成され、一端が前記リードピンに接続された第１の信号線路と、
前記第１の誘電体基板上に形成された接地導体と、
前記リードピンを囲うように配置され、前記第１の誘電体基板を貫通し、前記接地導体と前記金属ステムとを接続する複数のビアと、
前記支持ブロックの側面に実装された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板上に形成された第２の信号線路と、
前記第２の誘電体基板上に実装された半導体光変調素子と、
前記第１の信号線路の他端と前記第２の信号線路の一端とを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の信号線路の他端と前記半導体光変調素子とを接続する第２のボンディングワイヤとを備えることを特徴とする半導体光変調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１９７３６０（Ｐ２０１１−１９７３６０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３６４０（Ｐ２０１０−６３６４０）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]