專利名稱：半導體元件安裝基板和光發(fā)送模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信用的光發(fā)送模塊，特別是涉及在具有高速傳送速率(例如，10Gbit/s)的光無線收發(fā)機的發(fā)送部中使用的光發(fā)送模塊。
背景技術(shù)：
使用了半導體激光器的光發(fā)送模塊是光纖傳送用無線收發(fā)機的關(guān)鍵器件之一。隨著近年的寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，正在謀求光發(fā)送模塊的高速化，廣泛地使用了位速率達10Gbit/s的光發(fā)送模塊。作為適合于上述用途的光發(fā)送模塊，強烈地要求是小型、低成本的，同時實現(xiàn)良好的發(fā)送波形品質(zhì)。
以前，作為將高頻特性的改善定為目標的光發(fā)送模塊，公開了在特開2001-257412號公報(對應于美國專利第6823145號)和特開2001-308130號公報(對應于美國專利第6507111號)中顯示的光發(fā)送模塊。在特開2001-257412號公報和特開2001-308130號公報中記載了使連接電場吸收型光調(diào)制器集成激光器二極管的調(diào)制器與信號線的第一鍵合引線和連接調(diào)制器與終端電阻的第二鍵合引線的電感的關(guān)系最佳化從而謀求了對于高頻輸入側(cè)的特性阻抗50歐姆的小信號反射系數(shù)(S11)的減少和光調(diào)制器的小信號通過特性(S21)中的3dB頻帶的確保的兼顧的光發(fā)送模塊。
如特開2001-257412號公報和特開2001-308130號公報中記載的那樣，在以前的光發(fā)送模塊中利用鍵合引線將終端電阻的一端連接到調(diào)制器上，但另一端不連接到調(diào)制器上，而是經(jīng)接地通路等連接到了接地電極上。此外，在光調(diào)制器集成激光器二極管中在芯片背面上設(shè)置了電場吸收型調(diào)制器的陰極電極或陽極電極。
另一方面，在特開2005-353910號公報(對應于美國專利出版物第2005/275053號)中記載了其它的器件結(jié)構(gòu)的電場吸收型光調(diào)制器集成激光器二極管，在半絕緣性半導體襯底上設(shè)置了光調(diào)制器元件和激光器二極管元件，通過使各器件電隔離，可進行單一電源的驅(qū)動。
10Gbit/s光纖傳送用的無線收發(fā)機的市場從以前的SONET/SDH方式擴大為Ethernet(Ethernet是登錄商標)方式。作為對無線收發(fā)機的供給電源，在前者中可從外部供給正負2個電源，而在后者中強烈地要求變更為只用正電源的單一電源供給方式。
在將以前的用正負2個電源驅(qū)動的電場吸收型光調(diào)制器集成激光器二極管用于無線收發(fā)機的發(fā)送部的情況下，為了與上述的單一電源供給方式相對應，必須在無線收發(fā)機內(nèi)部另外確保負電源，例如，有必要在無線收發(fā)機內(nèi)部新安裝DC-DC變換器等。因此，安裝部件數(shù)及其安裝面積增加，在無線收發(fā)機的小型化和低成本化方面是極為不利的。
作為解決這樣的問題的一個方法，可舉出將在上述特開2005-353910號公報中表示的那樣的在半絕緣性半導體襯底上集成了光調(diào)制器元件和激光器二極管元件的可進行單一電源驅(qū)動的光調(diào)制器集成激光器二極管應用于光發(fā)送模塊的方法。在采用了在上述特開2001-257412號公報和特開2001-308130號公報中公開的那樣的將終端電阻的一端連接到接地電極上的電路形式的情況下，為了使用在上述特開2005-353910號公報中公開的光調(diào)制器集成激光器二極管芯片，有必要用鍵合引線將在芯片表面上設(shè)置的光調(diào)制器元件的陰極端子或陽極端子連接到接地電極上。
但是，在該電路形式中附加的鍵合引線的微小的電感在光調(diào)制器的小信號通過特性(S21)中產(chǎn)生不需要的增益(脈沖峰化)。其結(jié)果，即使在可以安裝的范圍內(nèi)縮短至接地電極的鍵合引線長度以謀求特性的改善，也難以得到良好的輸出波形品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能解決上述的現(xiàn)有技術(shù)的問題的半導體元件安裝基板和光發(fā)送模塊。
本發(fā)明的另一目的在于，為了在單一電源驅(qū)動方式的光發(fā)送模塊中使光調(diào)制器的輸出波形變得良好，提出兼顧小信號通過特性(S21)中的脈沖峰化的抑制和小信號反射系數(shù)(S11)的減少的結(jié)構(gòu)，提供適合用于高速信號(例如，10Gbit/s)用光傳送無線收發(fā)機的光發(fā)送模塊。
作為一例，在基板上安裝了具有在基板表面上設(shè)置了陰極電極的光調(diào)制器的光調(diào)制器集成激光器元件、接地電極、對上述光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路和對于已輸入的電信號的終端電阻的光發(fā)送模塊中，通過用鍵合引線連接上述終端電阻的接地側(cè)的電極和與上述接地電極連接的上述光調(diào)制器的陰極電極或陽極電極，可達到上述目的。
再有，希望在夾住光調(diào)制器集成激光器元件的彼此相反一側(cè)配置光調(diào)制器的陽極電極與輸入傳送線路的由鍵合引線形成的連接部和光調(diào)制器的陰極電極與接地電極的由鍵合引線形成的連接部。
再者，希望將該光調(diào)制器配置成位于上述接地電極或輸入傳送線路的圖案電極上。
按照本發(fā)明，可得到能兼顧用于在單一電源驅(qū)動方式的光發(fā)送模塊中使光調(diào)制器的輸出波形變得良好的小信號通過特性(S21)中的脈沖峰化的抑制和小信號反射系數(shù)(S11)的減少的結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)最適合用于高速信號(例如，10Gbit/s)用光傳送無線收發(fā)機的光發(fā)送模塊。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施例1的光發(fā)送模塊的主要電路圖。
圖3是本發(fā)明的實施例1的載體基板部分的詳細圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施例2的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例2的光發(fā)送模塊的主要電路圖。
圖6是本發(fā)明的實施例2的載體基板部分的詳細圖。
圖7是表示本發(fā)明的實施例3的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施例3的光發(fā)送模塊的主要電路圖。
圖9是表示說明本發(fā)明的效果的頻率與光發(fā)送模塊的電-光小信號通過特性S21的關(guān)系的圖。
圖10是表示說明本發(fā)明的效果的光發(fā)送模塊的光輸出波形的圖。
圖11是表示說明本發(fā)明的效果的光發(fā)送模塊的過剩增益特性的引線電感依存性的圖。
圖12是表示說明本發(fā)明的效果的光發(fā)送模塊的3dB頻帶特性的引線電感依存性的圖。
圖13是表示說明本發(fā)明的效果的光發(fā)送模塊的輸入反射特性的引線電感依存性的圖。
圖14是表示使用了以前的電路形式的情況的特性的圖。
圖15是表示使用了以前的電路形式的情況的特性的圖。
圖16是表示使用了以前的電路形式的情況的光發(fā)送模塊的過剩增益特性的引線電感依存性的圖。
圖17是表示使用了以前的電路形式的情況的光發(fā)送模塊的3dB頻帶特性的引線電感依存性的圖。
圖18是表示使用了以前的電路形式的情況的光發(fā)送模塊的輸入反射特性的引線電感依存性的圖。
圖19是表示說明本發(fā)明的實施例2的效果的光發(fā)送模塊的輸入反射特性S11的曲線圖。
圖20是表示說明本發(fā)明的實施例2的效果的光發(fā)送模塊的小信號通過特性S21的曲線圖。
圖21是表示不應用實施例2的結(jié)構(gòu)的情況的光發(fā)送模塊的輸入反射特性S11的曲線圖。
圖22是表示不應用實施例2的結(jié)構(gòu)的情況的光發(fā)送模塊的小信號通過特性S21的曲線圖。
圖23是表示本發(fā)明的實施例1中的光調(diào)制器集成激光器芯片的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
以下，使用附圖詳細地說明本發(fā)明。再有，在此使用具有10Gbit/s的傳送速率的信號作為高速調(diào)制信號來說明，但如后述那樣，不限定于該速度的信號。
實施例1利用圖1～圖3和圖9～圖13說明本發(fā)明的第1實施例。
圖1是表示本實施例中的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖，圖2是表示光發(fā)送模塊的主要電路圖，圖3是安裝光半導體元件的載體基板部分的詳細圖，圖9是表示頻率與光發(fā)送模塊的電-光小信號通過特性S21的關(guān)系的圖，圖10是表示光發(fā)送模塊的光輸出波形的圖，圖11～圖13分別是表示使連接到光調(diào)制器元件上的鍵合引線的電感變化時的過剩增益、3dB頻帶、輸入反射特性S11的曲線圖。
首先使用圖1說明光發(fā)送模塊的結(jié)構(gòu)。光發(fā)送模塊使用CAN型(從圓筒的單側(cè)引出了端子的結(jié)構(gòu))的封裝框體，1是其金屬桿，2是主要部分安裝用的金屬臺座。在金屬桿1中通過圓筒狀的貫通孔(貫通孔下部10和貫通孔上部12、貫通孔下部9和貫通孔上部11)設(shè)置了圓柱狀的引線銷釘3、4，利用密封玻璃5來固定。在金屬臺座2上安裝設(shè)置了傳送線路8的中繼基板7和載體基板23。
在載體基板23的表面上設(shè)置了高頻信號的終端用的電阻元件24、接地電極25、輸入傳送線路27的各圖案，接地電極25利用通孔26連接到載體基板23的背面電極上。在載體基板23上安裝半導體芯片22和旁路電容器28。半導體芯片22是在半絕緣性半導體晶片的表面上形成了半導體激光器二極管元件20和光調(diào)制器元件21的光調(diào)制器集成激光器芯片。
從半導體激光器二極管元件20輸出的連續(xù)激光在通過了光調(diào)制器元件21后經(jīng)結(jié)合透鏡(圖中省略)朝向光纖射出。光調(diào)制器元件21利用來自外部的驅(qū)動用IC的具有大致10Gbit/s的位速率的電調(diào)制信號將連續(xù)地發(fā)光的激光調(diào)制為光調(diào)制信號。此外，在金屬桿1上設(shè)置了監(jiān)視用光電二極管6，固定在能接受半導體激光器二極管元件20的后方輸出光的位置上。
第一鍵合引線31連接輸入傳送線路27的圖案電極與光調(diào)制器元件21的陽極電極，第二鍵合引線32連接光調(diào)制器元件21的陽極電極與電阻元件24的一端。第三鍵合引線33連接電阻元件24的另一端與光調(diào)制器元件21的陰極電極，第四鍵合引線34連接光調(diào)制器元件21的陰極電極與接地電極25。此外，利用多條鍵合引線(或帶狀引線)38連接載體基板23上的輸入傳送線路27和中繼基板7上的傳送線路8，使其成為更低的電感。利用AuSn合金等接合傳送線路8與引線銷釘3。由此，構(gòu)成從引線銷釘3到光調(diào)制器元件21的電信號輸入路徑。
將半導體激光器二極管元件20的陽極電極經(jīng)鍵合引線37連接到接地電極25上，將陰極電極經(jīng)鍵合引線35、36連接到引線銷釘4上。通過將外部負電源連接到引線銷釘4上，對激光器二極管元件20供給正向直流電流。監(jiān)視用光電二極管6的輸出通過另一引線銷釘(圖中省略)輸出到外部。
作為CAN型的封裝框體，例如使用直徑5.6mm的TO-56型的框體等。作為金屬桿1、金屬臺座2的材料，如果使用廉價的鐵，則在低成本化方面是合適的。用氧化鋁、氮化鋁等的電介質(zhì)材料構(gòu)成中繼基板7和載體基板23。在將載體基板23定為熱傳導率高的氮化鋁的情況下，減少了從半導體芯片22至金屬臺座2的熱阻，在抑制元件溫度上升方面是合適的。
此外，也可用氮化鋁等的電介質(zhì)基板與銅鎢等的金屬板的貼合基板構(gòu)成載體基板23，在該結(jié)構(gòu)中，在進一步減少熱阻方面是合適的。用氮化鉭膜構(gòu)成電阻元件24，利用激光修整將電阻值調(diào)整為50歐姆。如果使用由單層的高電介質(zhì)基板構(gòu)成的平行平板型的片狀電容器作為旁路電容器28，則在小型化方面是合適的。
其次，使用圖2說明電路結(jié)構(gòu)。驅(qū)動用IC61輸出的電調(diào)制信號通過由外部傳送線路60、用貫通孔下部10、引線銷釘3和密封玻璃5構(gòu)成的同軸線路T10、用貫通孔上部12、引線銷釘3和空氣構(gòu)成的同軸線路T12、中繼基板7上的傳送線路8以及鍵合引線38具有的電感L38構(gòu)成的至載體基板23的輸入系統(tǒng)輸入到載體基板23的輸入傳送線路27中。驅(qū)動用IC61的輸出阻抗定為50歐姆。
用安裝驅(qū)動用IC61的印刷基板上的傳送線路和連接該印刷基板與引線銷釘3的柔性基板上的傳送線路構(gòu)成外部傳送線路60，特性阻抗定為50歐姆。同軸線路T10的特性阻抗定為30歐姆，同軸線路T12、傳送線路8和輸入傳送線路27的特性阻抗定為50歐姆。R24是電阻元件24具有的電阻，L31、L32、L33、L34分別是第一、第二、第三、第四鍵合引線31、32、33、34具有的電感。電調(diào)制信號經(jīng)這些電路元件輸入到光調(diào)制器元件21的陽極電極與陰極電極間。C21表示光調(diào)制器元件21的陰極電極與背面電極之間產(chǎn)生的寄生電容。
另一方面，由外部的電流驅(qū)動電路62對半導體激光器二極管元件20供給正向直流電流Ibias，使激光輸出。在此，L35、L36、L37表示鍵合引線35、36、37具有的電感，C28表示旁路電容器28的電容。通常，由于對光調(diào)制器元件21施加反向偏置電壓使其工作，故在本實施例1中將-5.2V等的單一負電源用于驅(qū)動用IC61和電流驅(qū)動電路62。
其次，使用圖3和圖23，說明載體基板部分的結(jié)構(gòu)。
在圖23中表示半導體芯片22的元件結(jié)構(gòu)的概略示意圖。作為半導體芯片22，使用在摻鐵型的半絕緣性InP襯底的表面上集成了作為分布反饋式激光器二極管(DFB-LD)的半導體激光器二極管元件20和作為電場吸收型調(diào)制器(EAM)的光調(diào)制器元件21的芯片。
在半絕緣性InP襯底300的上部的元件形成部，形成導電性n型層301、各器件必要的的半導體層302，并在最上部晶體生長p型接觸層303，利用離子注入等的方法使各元件間的區(qū)域高阻化(高阻層304)，對各元件進行電隔離。在半導體芯片22的表面上設(shè)置半導體激光器二極管元件20的陽極電極305和陰極電極306以及光調(diào)制器元件21的陽極電極307和陰極電極308。在芯片的背面上設(shè)置至載體基板23的接合用的背面電極309，對于在表面上設(shè)置的其他的電極進行電隔離。
在圖3中，通過在安裝制約方面可能的范圍內(nèi)縮短第一鍵合引線31和第四鍵合引線34，可減少各引線的電感L31、L34。此外，第一鍵合引線31與輸入傳送線路27的連接部相對于第四鍵合引線34與接地電極25的連接部配置在夾著半導體芯片22的相反一側(cè)。
這是由于，在接近地、平行地配置了第一鍵合引線31和第四鍵合引線34的情況下，在兩者中流過的調(diào)制信號電流的方向彼此相反，各引線的電感L31、L34因互感的發(fā)生而增大，引起光發(fā)送模塊的特性惡化。在本實施例1中，通過作成上述的配置，可抑制互感的發(fā)生，可減少電感L31、L34。
另一方面，如后述的那樣，希望第二鍵合引線32和第三鍵合引線33具有一定的長度以使各引線的電感L32、L33的總和接近于所希望的值。根據(jù)我們的研究，該值(L32和L33的總和)由安裝方式、光調(diào)制器元件的電特性來決定，但希望大體約為0.6nH至0.8nH。
在接近地、平行地配置了第二鍵合引線32和第三鍵合引線33的情況下，由于在兩者中流過的調(diào)制信號電流的方向彼此相反，故可使各引線的電感L32、L33因互感的發(fā)生而增加。利用該效應，即使縮短第二鍵合引線32和第三鍵合引線33的長度，也能得到所希望的電感值，在載體基板23的小型化和光發(fā)送模塊的小型化方面是合適的。
此外，如圖3中所示，在以光調(diào)制器元件21的陽極電極為中繼點、利用一條引線以直線方式形成了第一鍵合引線31和第二鍵合引線32的情況下，可將光調(diào)制器元件21的陽極電極的面積抑制為最小限度，在減少光調(diào)制器元件21的元件電容方面是合適的。
但是，如圖23中所示，光調(diào)制器元件21的陰極電極308連接到了元件導電層中位于最下層的導電性n型層301上。因此，即使在將與背面電極309之間產(chǎn)生的寄生電容抑制為最小限度的情況下，陰極電極-背面電極間電容C21仍然比陽極電極307與背面電極309之間的電容大。
在本實施例1中，通過在接地電極25上接合背面電極309并將陰極電極308經(jīng)第四鍵合引線34連接到接地電極25上，可將因陰極電極308-背面電極間電容C21引起的電路工作方面的特性惡化抑制為最小限度，在得到良好的光發(fā)送模塊特性方面是合適的。再有，在此，將接地電極的圖案形成為使調(diào)制器部的背面電極位于載體基板的接地電極上，但也可將輸入傳送線路的電極形成為輸入傳送線路的圖案電極處于調(diào)制器部的背面電極下。
其次，使用圖9、圖10說明本實施例的光發(fā)送模塊的特性。這些特性是利用電路模擬計算出的特性。在本實施例中，例如將由第一鍵合引線31產(chǎn)生的電感L31定為0.2nH，將第二鍵合引線32和第三鍵合引線33的電感的總和Lterm(＝L32+L33)定為0.6nH。此外，如果將由第四鍵合引線34產(chǎn)生的光調(diào)制器元件21的從陰極電極到接地電極的電感記述為Lgnd(＝L34)，則在將Lgnd定為0.2nH的情況下，可得到圖9中表示的小信號通過特性(S21)和圖10中表示的光輸出波形特性。
如圖9中所示，S21特性在頻帶內(nèi)沒有不需要的脈沖峰化，對于3dB頻帶，也得到了充分地高達12GHz的良好的特性。根據(jù)該特性，可得到圖10的光輸出波形表示的那樣的良好的波形品質(zhì)。
作為比較，在圖14和圖15中表示不設(shè)置第三鍵合引線并將終端電阻的一端連接到接地電極上的以前的電路方式的情況的小信號通過特性(S21)和光輸出波形的計算結(jié)果。因電感Lgnd(＝0.2nH)之故，如圖14所示，在S21特性中在頻帶內(nèi)發(fā)生約2dB的大小的不需要的脈沖峰化(過剩增益)，如圖15所示，在光輸出波形中產(chǎn)生伴隨超出規(guī)定的重大的波形品質(zhì)惡化。
其次，使用圖11、圖12和圖13說明本發(fā)明的效果。
在圖11中表示由小信號通過特性(S21)中的脈沖峰化產(chǎn)生的過剩增益與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性。據(jù)此，按照由本發(fā)明得到的電路結(jié)構(gòu)，即使使Lgnd從0變化為0.3nH，也幾乎沒有對過剩增益的影響，這表示只用Lterm的值這一項就基本上可以進行控制。可知，例如為了完全地抑制過剩增益，使Lterm小于等于0.6nH即可。
在圖12中表示小信號通過特性(S21)中的3dB頻帶與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性。據(jù)此，顯示了為了提高3dB頻帶，Lgnd的減少和Lterm的增加是有效的。即，在抑制了過剩增益之后為了使3dB頻帶成為最佳，希望將Lterm定為0.6nH并在可安裝的范圍內(nèi)減少Lgnd。例如，即使在將Lterm定為0.6nH、將Lgnd定為0.3nH的情況下，在3dB頻帶也可得到12GHz，對于在10Gbit/s中的工作可確保充分的頻帶特性。
在圖13中表示頻率范圍0-8GHz中的輸入反射特性S11的最大值與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性，但存在使反射特性為極小的組合，顯示了在Lgnd為0.1nH～0.3nH的情況下將Lterm選擇為0.6nH～0.8nH的范圍的值是合適的。例如，在將Lterm定為0.6nH的情況下，通過將Lgnd定為0.1nH，可使S11小于等于-20dB，但即使在將Lgnd增加到0.3nH的情況下，也可得到小于等于-15dB的S11，對于在10Gbit/s中的工作可確保良好的輸入反射特性。
作為比較，在圖16～18中分別表示采用了不設(shè)置第三鍵合引線并將終端電阻的一端連接到接地電極上的以前的電路方式的情況的過剩增益、3dB頻帶、輸入反射特性S11。
首先，在圖16中表示由小信號通過特性(S21)中的脈沖峰化產(chǎn)生的過剩增益與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性，顯示隨著將Lgnd從0變化為0.3nH，過剩增益急劇地增大?？芍?，通過減少Lterm的值，可在某種程度上減少過剩增益，但例如在Lgnd為0.2nH的情況下，即使將Lterm減少為0.2nH，也產(chǎn)生0.4dB的過剩增益。
在圖17中表示小信號通過特性(S21)中的3dB頻帶與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性，顯示了為了提高3dB頻帶，Lgnd的減少和Lterm的增加是有效的。
另一方面，在圖18中表示頻率范圍0-8GHz中的輸入反射特性S11的最大值與鍵合引線電感Lterm、Lgnd的依存性，隨著將Lgnd從0變化為0.3nH，S11急劇地增大(惡化)。在減少了Lterm的情況下，S11進一步增加，例如在Lgnd為0.2nH的情況下，如果為了將過剩增益抑制得較低而將Lterm減少到0.2nH，則S11增大到-11dB。
這樣，按照我們的研究，在以前的電路方式中，Lgnd增加的情況的特性惡化加劇，利用其他的電感值等進行最佳設(shè)計是困難的。
如以上已說明的那樣，按照本發(fā)明的電路方式，用于位速率大體為10Gbit/s的光無線收發(fā)機時，可實現(xiàn)合適的光發(fā)送模塊。在此，所謂大體為10Gbit/s的位速率，包含位速率為9.95Gbit/s、10.7Gbit/s、11.1Gbit/s的SONET規(guī)格和位速率為10.3Gbit/s、11.3Gbit/s的10千兆比特以太規(guī)格，但不限于此。
再有，在本實施例中，將由貫通孔10、引線銷釘3和密封玻璃5構(gòu)成的同軸線路T10的特性阻抗定為30歐姆，但根據(jù)其構(gòu)件形狀和在適合于密封的玻璃材料的選擇，也可使同軸線路的特性阻抗例如在20～50歐姆的范圍內(nèi)變化。此外，將電阻元件24的電阻值定為50歐姆，但根據(jù)在實際的無線收發(fā)機中安裝的驅(qū)動用IC的相位特性，例如也可在40～60歐姆的范圍內(nèi)變更該電阻值。
作為變形例，在本實施例的圖2中的電路結(jié)構(gòu)中，可將全部的接地電位定為例如+5.0V等的恒定電壓電位。在該情況下，可用+5.0V等驅(qū)動驅(qū)動用IC61和電流驅(qū)動電路62，可實現(xiàn)只用單一的正電源工作的光發(fā)送模塊。此外，也可在驅(qū)動用IC61與光發(fā)送模塊之間可插入偏置T狀物，利用另外的直流電壓源施加光調(diào)制器元件21的反向偏置電壓。在該情況下，由于驅(qū)動用IC61只驅(qū)動電調(diào)制信號的電壓振幅分量即可，故可實現(xiàn)更低電壓電源下的工作，在無線收發(fā)機的低功耗化方面是合適的。
此外，作為另一變形例，在本實施例中將光發(fā)送模塊的框體作成了CAN型的金屬封裝框體，但不限于此，例如也可作成使用了陶瓷和金屬的箱形的封裝框體。此外，為了精密地控制半導體激光器二極管元件和光調(diào)制器元件的溫度，可在載體基板的下部配置珀爾帖元件。即使在后述的第2實施例和第3實施例中，這些變形例也是一樣的。
作為又一變形例，在本實施例中將半導體芯片22的元件形成部的晶體結(jié)構(gòu)定為在半絕緣性半導體襯底上從下面起按導電性n型層、各器件所必要的的半導體層進而在最上部是p型接觸層的順序，但也可使半導體層的導電性相反而定為按導電性p型層、對各器件必要的的半導體層進而在最上部是n型接觸層的順序。伴隨使導電性相反，圖2中的半導體芯片22、光調(diào)制器元件21、驅(qū)動用IC61、電流驅(qū)動電路62的極性分別相反。在該情況下，可用+5.0V等驅(qū)動驅(qū)動用IC61和電流驅(qū)動電路62，可實現(xiàn)只用單一的正電源工作的光發(fā)送模塊。
實施例2根據(jù)圖4～6、圖19～22說明本發(fā)明的第2實施例。
圖4是表示本實施例中的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖，圖5是表示光發(fā)送模塊的主要電路圖，圖6是載體基板部分的詳細圖，圖19是表示本實施例的輸入反射特性S11的曲線圖，圖20是表示小信號通過特性S21的曲線圖。
如圖4和圖6中所示，與實施例1的主要的不同點在于使半導體芯片122的表面電極的陽極和陰極的配置左右反轉(zhuǎn)和將輸入傳送線路127延長到光調(diào)制器元件121的下部。在半導體芯片122的背面上在光調(diào)制器元件121和半導體激光器二極管元件120的各自的下部設(shè)置獨立的背面電極。在本實施例中，只在半導體激光器二極管元件的下部配置接地電極125，在光調(diào)制器元件121的下部不配置。
第一鍵合引線131連接輸入傳送線路127的圖案電極與光調(diào)制器元件121的陰極電極，第二鍵合引線132連接光調(diào)制器元件121的陰極電極與電阻元件24的一端。第三鍵合引線133連接電阻元件24的另一端與光調(diào)制器元件121的陽極電極，第四鍵合引線134連接光調(diào)制器元件121的陽極電極與接地電極125。
在圖5中，L131、L132、L133、L134分別表示是第一、第二、第三、第四鍵合引線131、132、133、134具有的電感。C121表示光調(diào)制器元件121的陰極電極與背面電極之間產(chǎn)生的寄生電容。對于驅(qū)動用IC161和電流驅(qū)動電路162使用+5.0V等的單一正電源。
光調(diào)制器元件121的陰極電極連接到在元件導電層中位于最下層的導電性n型層上。因此，即使在將與背面電極之間產(chǎn)生的寄生電容抑制為最小限度的情況下，陰極電極-背面電極間電容C121仍然比陽極電極與背面電極之間的電容大。在本實施例2中，通過將光調(diào)制器元件121的背面電極接合到輸入傳送線路127上并經(jīng)第一鍵合引線131將陰極電極連接到輸入傳送線路127上，可將因陰極電極-背面電極間電容C121引起的電路工作方面的特性惡化抑制為最小限度，在得到良好的光發(fā)送模塊特性方面是合適的。再有，在此，將電極的圖案形成為使調(diào)制器部的背面電極位于輸入傳送線路的圖案電極上，但也可如圖3中表示的第1實施例那樣，將圖案電極形成為接地電極處于調(diào)制器部的背面電極下。
使用圖14和圖15進一步說明本實施例的效果。
圖14和圖15是使用電路模擬計算出的反射特性S11和小信號通過特性S21，作為一例，將陰極電極-背面電極間電容C121假定為0.2pF，用模擬分析了對其S11和S21的影響。
在本實施例中，電容C121位于輸入傳送線路127與陰極電極間。在該情況下，雖然如圖14中所示那樣產(chǎn)生S11的上升和如圖15中所示那樣產(chǎn)生3dB頻帶的下降，但其程度比較小。作為比較，在圖21和圖22中表示了在光調(diào)制器元件121的下部配置了接地電極125的情況的電容C121(假定為0.2pF)對反射特性S11和小信號通過特性S21的影響。在該配置中，電容C121位于接地電極125與陰極電極間。在該情況下，如圖21中所示那樣，S11大幅度地增大，約增大5dB，如圖22中所示那樣，3dB頻帶約下降1.2GHz。根據(jù)這些結(jié)果可知，通過作成本實施例2的結(jié)構(gòu)，可將C121對反射特性S11和小信號通過特性S21產(chǎn)生的惡化量抑制為最小限度。
實施例3

根據(jù)圖7和圖8說明本發(fā)明的第3實施例。
圖7是表示本實施例中的光發(fā)送模塊的主要部分的結(jié)構(gòu)圖，圖8是表示光發(fā)送模塊的主要電路圖。與上述的第2實施例的主要的差別在于利用差動的電調(diào)制信號驅(qū)動了光調(diào)制器元件21。
首先，使用圖7說明光發(fā)送模塊的結(jié)構(gòu)。光發(fā)送模塊使用CAN型的封裝框體，1是其金屬桿，2是主要部安裝用的金屬臺座。在金屬桿1中通過圓筒狀的貫通孔209、210設(shè)置了圓柱狀的引線銷釘3、4，利用密封玻璃5來固定。在金屬臺座2上安裝中繼基板205、207和載體基板223。在中繼基板205上設(shè)置傳送線路206，在中繼基板207上設(shè)置傳送線路208。
在載體基板223的表面上設(shè)置了電阻元件24、接地電極225、第一輸入傳送線路227、第二輸入傳送線路226，接地電極225利用通孔26連接到載體基板223的背面電極上。在載體基板223上安裝半導體芯片122和旁路電容器28。半導體芯片122是在半絕緣性半導體晶片的表面上形成了半導體激光器二極管元件120和光調(diào)制器元件121的光調(diào)制器集成激光器芯片。
從半導體激光器二極管元件120輸出的連續(xù)激光在通過了光調(diào)制器元件121后經(jīng)結(jié)合透鏡(圖中省略)朝向光纖射出。光調(diào)制器元件121利用來自外部的驅(qū)動用IC的具有大致10Gbit/s的位速率的電調(diào)制信號將連續(xù)激光調(diào)制為光調(diào)制信號。此外，在金屬桿1上設(shè)置了監(jiān)視用光電二極管6，固定在能接受半導體激光器二極管元件120的后方輸出光的位置上。
第一鍵合引線131連接第一輸入傳送線路227的圖案電極與光調(diào)制器元件121的陰極電極，第二鍵合引線132連接光調(diào)制器元件121的陰極電極與電阻元件24的一端。第三鍵合引線133連接電阻元件24的另一端與光調(diào)制器元件121的陽極電極，第四鍵合引線134連接光調(diào)制器元件121的陽極電極與第二輸入傳送線路226的圖案電極。此外，利用多條鍵合引線(或帶狀引線)38連接載體基板223上的第一輸入傳送線路227和中繼基板207上的傳送線路208，使其成為低的電感。
同樣，利用多條鍵合引線(或帶狀引線)238以低的電感連接載體基板223上的第二輸入傳送線路226和中繼基板205上的傳送線路206。利用AuSn合金等接合傳送線路208與引線銷釘3以及傳送線路206與引線銷釘4。由此，構(gòu)成從引線銷釘3和引線銷釘4到光調(diào)制器元件121的電信號輸入路徑。
將半導體激光器二極管元件120的陰極電極經(jīng)鍵合引線37連接到接地電極225上，將陽極電極經(jīng)鍵合引線35、36連接到另一引線銷釘(圖中省略)上。通過將外部正電源連接到該引線銷釘上，對激光器二極管元件120供給正向直流電流。監(jiān)視用光電二極管6的輸出通過另一引線銷釘(圖中省略)輸出到外部。
作為CAN型的封裝框體，例如使用直徑5.6mm的TO-56型的框體等。作為金屬桿1、金屬臺座2的材料，如果使用廉價的鐵，則在低成本化方面是合適的。用氧化鋁、氮化鋁等的電介質(zhì)材料構(gòu)成中繼基板205、207和載體基板223。在將載體基板223定為熱傳導率高的氮化鋁的情況下，減少了從半導體芯片122至金屬臺座2的熱阻，在抑制元件溫度上升方面是合適的。
此外，也可用氮化鋁等的電介質(zhì)基板與銅鎢等的金屬板的貼合基板構(gòu)成載體基板223，該結(jié)構(gòu)在進一步減少熱阻方面是合適的。用氮化鉭膜構(gòu)成電阻元件24，利用激光修整將電阻值調(diào)整為50歐姆。如果使用由單層的高電介質(zhì)基板構(gòu)成的平行平板型的片狀電容器作為旁路電容器28，則在小型化方面是合適的。
其次，使用圖8說明電路結(jié)構(gòu)。首先，差動驅(qū)動用IC261輸出的差動的電調(diào)制信號通過由外部傳送線路259、260、貫通孔209、引線銷釘4和密封玻璃5構(gòu)成的同軸線路T209、用貫通孔210、引線銷釘3和密封玻璃5構(gòu)成的同軸線路T210、中繼基板205上的傳送線路206、中繼基板207上的傳送線路208、鍵合引線238具有的電感L238和鍵合引線38具有的電感L38輸入到載體基板的第一輸入傳送線路227和第二輸入傳送線路226中。差動驅(qū)動用IC261的輸出的差動阻抗定為50歐姆。
用安裝差動驅(qū)動用IC261的印刷基板上的傳送線路和連接印刷基板與引線銷釘3、4的柔性基板上的傳送線路構(gòu)成傳送線路259、260，特性阻抗定為25歐姆。同軸線路T209和210的特性阻抗定為20歐姆，傳送線路206、208和第一、第二輸入傳送線路227、226的特性阻抗定為25歐姆。R24是電阻元件24具有的電阻，L131、L132、L133、L134分別是第一、第二、第三、第四鍵合引線131、132、133、134具有的電感。電調(diào)制信號經(jīng)這些電路元件輸入到光調(diào)制器元件121的陰極電極與陽極電極間。C121表示光調(diào)制器元件121的陰極電極與背面電極之間產(chǎn)生的寄生電容。
另一方面，由外部的電流驅(qū)動電路162對半導體激光器二極管元件120供給正向直流電流Ibias，使激光輸出。在此，L35、L36、L37表示鍵合引線35、36、37具有的電感，C28表示旁路電容器28的電容。通常，由于對光調(diào)制器元件121施加反向偏置電壓使其工作，故在本實施例1中將+5.0V等的單一正電源用于差動驅(qū)動用IC261和電流驅(qū)動電路162。
光調(diào)制器元件121的陰極電極連接到了元件導電層中位于最下層的導電性n型層上。因此，即使在將與背面電極之間產(chǎn)生的寄生電容抑制為最小限度的情況下，陰極電極-背面電極間電容C121仍然比陽極電極與背面電極之間的電容大。在本實施例中，通過將光調(diào)制器元件121的背面電極接合到第一輸入傳送線路227上并將陰極電極經(jīng)第一鍵合引線131連接到第一輸入傳送線路227上，可將因陰極電極-背面電極間電容C121引起的電路工作方面的特性惡化抑制為最小限度，在得到良好的光發(fā)送模塊特性方面是合適的。
此外，在本實施例中，通過將從差動驅(qū)動用IC261到光發(fā)送模塊為止的信號線路作成差動傳送線路，在減少光無線收發(fā)機內(nèi)部的從發(fā)送部至接收部的交擾(crosstalk)、對光無線收發(fā)機外部的電磁干擾(EMI)方面是合適的。另外，與只使用驅(qū)動用IC的一方的輸出驅(qū)動光調(diào)制器元件(單邊驅(qū)動)的情況相比，可將能驅(qū)動光調(diào)制器元件的電壓振幅增加為大致2倍，在提高光輸出信號的消光比方面是有效的。
作為變形例，也可在差動驅(qū)動用IC261與光發(fā)送模塊之間的差動線路中分別插入偏置T狀物，使用另外的直流電壓源施加光調(diào)制器元件121的反向偏置電壓。在該情況下，由于差動驅(qū)動用IC261只驅(qū)動電調(diào)制信號的電壓振幅分量即可，故可實現(xiàn)更低的電壓電源下的工作，在無線收發(fā)機的低功耗化方面是合適的。
在本實施例中將傳送線路259和260的特性阻抗分別定為25歐姆，但也可用該2個線路形成1對差動傳送線路，將其差動阻抗定為50歐姆。此外，將同軸線路T209和T210的特性阻抗定為20歐姆，但根據(jù)其構(gòu)件形狀和適合于密封的玻璃材料的選擇，也可使同軸線路的特性阻抗例如在20～30歐姆的范圍內(nèi)變化。再者，將電阻元件24的電阻值定為50歐姆，但根據(jù)在實際的無線收發(fā)機中安裝的差動驅(qū)動用IC的相位特性，也可例如在40～60歐姆的范圍內(nèi)變更該電阻值。
權(quán)利要求
1.一種先半導體元件安裝基板，安裝了具有光調(diào)制器的光半導體元件，并在基板表面上形成了接地電極、對該光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路和對于已輸入的電信號的終端電阻，其特征在于在上述光半導體元件的表面上設(shè)置了用鍵合引線與上述接地電極連接的上述光調(diào)制器的陽極電極，用另一鍵合引線連接上述終端電阻的接地側(cè)的電極與上述光調(diào)制器的陽極電極。
2.如權(quán)利要求1中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述接地電極上配置了上述光調(diào)制器。
3.一種光半導體元件安裝基板，安裝了具有光調(diào)制器的光半導體元件，并在基板表面上形成了接地電極、對該光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路和對于已輸入的電信號的終端電阻，其特征在于在上述光半導體元件的表面上設(shè)置了用鍵合引線與上述接地電極連接的上述光調(diào)制器的陰極電極，用另一鍵合引線連接上述終端電阻的接地側(cè)的電極與上述光調(diào)制器的陰極電極。
4.如權(quán)利要求3中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述接地電極上配置了上述光調(diào)制器。
5.一種光半導體元件安裝基板，安裝了具有在元件的表面上設(shè)置了陽極電極和陰極電極的光調(diào)制器的光半導體元件，并在基板表面上形成了接地電極和對該光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路的圖案電極，其特征在于連接上述輸入傳送線路的圖案電極與上述光調(diào)制器的陽極電極的鍵合引線在該圖案電極上的接合部和連接上述接地電極與該光調(diào)制器的陰極電極的鍵合引線在該接地電極上的接合部位于夾著該光半導體元件的兩側(cè)。
6.如權(quán)利要求5中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述光半導體元件安裝基板的表面上形成了對于輸入到上述輸入傳送線路中的電信號的終端電阻，利用另一鍵合引線連接上述終端電阻的接地側(cè)的電極與用鍵合引線與上述接地電極連接的上述光調(diào)制器的陰極電極。
7.如權(quán)利要求5中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述接地電極上或上述輸入傳送線路的圖案電極上配置了上述光調(diào)制器。
8.一種光半導體元件安裝基板，安裝了具有在元件的表面上設(shè)置了陽極電極和陰極電極的光調(diào)制器的光半導體元件，并在基板表面上形成了接地電極和對該光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路的圖案電極，其特征在于連接上述輸入傳送線路的圖案電極與上述光調(diào)制器的陰極電極的鍵合引線在該圖案電極上的接合部和連接上述接地電極與該光調(diào)制器的陽極電極的鍵合引線在該接地電極上的接合部位于夾著該光調(diào)制器的兩側(cè)。
9.如權(quán)利要求8中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述光半導體元件安裝基板的表面上形成了對于輸入到上述輸入傳送線路中的電信號的終端電阻，利用另一鍵合引線連接上述終端電阻的接地側(cè)的電極與用鍵合引線與上述接地電極連接的上述光調(diào)制器的陽極電極。
10.如權(quán)利要求8中所述的光半導體元件安裝基板，其特征在于在上述接地電極上或上述輸入傳送線路的圖案電極上配置了上述光調(diào)制器。
11.一種光發(fā)送模塊，使用了安裝具有在元件的表面上設(shè)置了陽極電極和陰極電極的光調(diào)制器以及半導體激光器的光調(diào)制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地電極、對上述光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路的圖案電極和對于已輸入的電信號的終端電阻的載體基板，其特征在于，具有連接上述輸入傳送線路的圖案電極與上述光調(diào)制器的陽極電極的第1鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陽極電極與上述終端電阻元件的第1電極的第2鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陰極電極與上述終端電阻元件的第2電極的第3鍵合引線；以及連接上述光調(diào)制器的陰極電極與上述接地電極的第4鍵合引線。
12.如權(quán)利要求11中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第1鍵合引線與上述輸入傳送線路的圖案電極的接合部和上述第4鍵合引線與上述接地電極的接合部位于夾著上述光調(diào)制器集成激光器元件的兩側(cè)。
13.如權(quán)利要求11中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于在上述接地電極上或上述輸入傳送線路的圖案電極上配置上述光調(diào)制器。
14.如權(quán)利要求11中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第2鍵合引線與上述第3鍵合引線鄰接地、大致平行地配置。
15.如權(quán)利要求11中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述電信號的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
16.如權(quán)利要求11中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于利用單一極性的電源驅(qū)動上述光調(diào)制器集成激光器元件的半導體激光器和光調(diào)制器元件。
17.一種光發(fā)送模塊，使用了安裝具有在元件的表面上設(shè)置了陽極電極和陰極電極的光調(diào)制器以及半導體激光器的光調(diào)制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地電極、對上述光調(diào)制器輸入電信號的輸入傳送線路的圖案電極和對于已輸入的電信號的終端電阻的載體基板，其特征在于，具有連接上述輸入傳送線路的圖案電極與上述光調(diào)制器的陰極電極的第1鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陰極電極與上述終端電阻元件的第1電極的第2鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陽極電極與上述終端電阻元件的第2電極的第3鍵合引線；以及連接上述光調(diào)制器的陽極電極與上述接地電極的第4鍵合引線。
18.如權(quán)利要求17中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第1鍵合引線與上述輸入傳送線路的圖案電極的接合部和上述第4鍵合引線與上述接地電極的接合部位于夾著上述光調(diào)制器集成激光器元件的兩側(cè)。
19.如權(quán)利要求17中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于在上述接地電極上或上述輸入傳送線路的圖案電極上配置上述光調(diào)制器。
20.如權(quán)利要求17中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第2鍵合引線與上述第3鍵合引線鄰接地、大致平行地配置。
21.如權(quán)利要求17中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述電信號的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
22.如權(quán)利要求17中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于利用單一極性的電源驅(qū)動上述光調(diào)制器集成激光器元件的半導體激光器和光調(diào)制器元件。
23.一種光發(fā)送模塊，使用了安裝具有在元件的表面上設(shè)置了陽極電極和陰極電極的光調(diào)制器以及半導體激光器的光調(diào)制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地電極、對上述光調(diào)制器輸入差動電信號的第1輸入傳送線路的圖案電極和第2輸入傳送線路的圖案電極以及對于已輸入到該第1輸入傳送線路和第2輸入傳送線路中的電信號的終端電阻的載體基板，其特征在于，具有連接上述第1輸入傳送線路的圖案電極與上述光調(diào)制器的陰極電極的第1鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陰極電極與上述終端電阻的第1電極的第2鍵合引線；連接上述光調(diào)制器的陽極電極與上述終端電阻的第2電極的第3鍵合引線；以及連接上述光調(diào)制器的陽極電極與上述第2輸入傳送線路的圖案電極的第4鍵合引線。
24.如權(quán)利要求23中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第1鍵合引線與上述第1輸入傳送線路的圖案電極的接合部和上述第4鍵合引線與上述第2輸入傳送線路的圖案電極的接合部位于夾著上述光調(diào)制器集成激光器元件的兩側(cè)。
25.如權(quán)利要求23中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于在上述上述第1輸入傳送線路的圖案電極上或上述第2輸入傳送線路的圖案電極上配置了上述光調(diào)制器。
26.如權(quán)利要求23中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述第2鍵合引線與上述第3鍵合引線鄰接地、大致平行地配置。
27.如權(quán)利要求23中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于上述電信號的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
28.如權(quán)利要求23中所述的光發(fā)送模塊，其特征在于利用單一極性的電源驅(qū)動上述光調(diào)制器集成激光器元件的半導體激光器和光調(diào)制器元件。
全文摘要
利用下述的光發(fā)送模塊可解決本發(fā)明的課題使用在半絕緣性半導體襯底上形成了光調(diào)制器集成激光器的半導體芯片(22)，用第一鍵合引線(31)連接輸入傳送線路(27)與光調(diào)制器元件(21)的陽極電極，用第二鍵合引線(32)連接光調(diào)制器元件(21)的陽極電極與終端電阻元件(24)的一端，用第三鍵合引線(33)連接光調(diào)制器元件(21)的陰極電極與終端電阻元件(24)的另一端，用第四鍵合引線(34)連接光調(diào)制器元件(21)的陰極電極與接地電極(25)，將第一鍵合引線(31)與輸入傳送線路(27)的連接部配置在對于第四鍵合引線(34)與接地電極(25)的連接部夾著半導體芯片(22)的相反一側(cè)。
文檔編號H01L23/488GK101071808SQ20071000632
公開日2007年11月14日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者加賀谷修 申請人:日本光進株式會社