JP2012174700A - 多チャネル光送信モジュール及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を確保し、コストを抑えつつ、全チャネルで良好な高周波特性を得ることができる多チャネル光送信モジュール及びその作製方法を提供する。
【解決手段】多チャネル光送信モジュールにおいて、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと配線板支持板１２の厚さの差を１５μｍ以下とし、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと配線板支持板１２をサブキャリア４Ａの同一の上面に設け、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと配線板支持板１２の上面にフリップチップ配線板１５を配置し、フリップチップ配線板１５を配線板支持板１２の電極にバンプ１６で固定すると共に、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの電極とフリップチップ配線板１５の電極とを各々金バンプ１４で結線した。
【選択図】図５

Description

本発明は、大容量光通信網の構成要素である多チャネル光送信モジュール及びその作製方法に関する。

高周波信号配線の電気結線の取り方として、従来は金ワイヤを使ったワイヤボンディングによる結線が一般的であった。

そこで、図１を参照して、従来の結線技術を説明する。なお、図１は、直接変調ＤＦＢ（Distributed feedback）レーザを用いた単チャネル光送信モジュールおいて、従来の結線技術を用いた構成を示す構成図である。ここで、図１中、符号１はパッケージ、２はＬＤキャリア、３ＡはＤＦＢレーザ、４Ａはサブキャリア、５Ａは第１レンズ、６はペルチェ素子、９はアイソレータ付き第２レンズ、１０はフェルールカラー、１１はピグテールファイバ、１３は金ワイヤ、１７は高周波配線板、１９は外部接続のための中継高周波配線板を示している。

図１に示す従来の単チャネル光送信モジュールの高周波信号配線を参照すると、中継高周波配線板１９を介してパッケージ１に入ってきた高周波信号は、高周波配線板１７との間は金ワイヤ１３で結線され、高周波配線板１７とＤＦＢレーザ３Ａとの間も金ワイヤ１３で結線されている。このとき、ＤＦＢレーザ３Ａと高周波配線板１７を接続する金ワイヤ１３の長さは、チップ幅を０．５ｍｍとしたときに、最短で０．３ｍｍ程度になる。このように、高周波配線板１７をＤＦＢレーザ３Ａの直近まで引っ張ってくることで、金ワイヤ１３を使う距離を短くし、金ワイヤ１３の持つ寄生インダクタンス成分による特性劣化を最小限に抑える工夫がなされていた。

図２は、合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイを用いた多チャネル光送信モジュールおいて、前述の従来の結線技術を用いた構成を示す構成図である。なお、図２では、前述の図１で示した構成と同等のものには同じ符号を付している。但し、図２中、符号３Ｂは合波器付きＤＦＢレーザアレイ（以降、ＤＦＢレーザアレイと呼ぶ。）を示している。

図１に示した従来の単チャネル光送信モジュールと同様に、中継高周波配線板１９を介してパッケージ１に入ってきた高周波信号は、高周波配線板１７との間は金ワイヤ１３で結線され、高周波配線板１７とＤＦＢレーザアレイ３Ｂの各チャネルとの間も金ワイヤ１３で結線されている。このようにして、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの直近まで高周波配線板１７を引いているため、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの外縁側の両ＤＦＢレーザと高周波配線板１７を結ぶ金ワイヤ１３の長さは、各ＤＦＢレーザ同士の間隔が０．５ｍｍの場合、単チャネルの時と同様に、最短で０．３ｍｍ程度に抑えられている。ところが、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの中心側の２つのＤＦＢレーザと高周波配線板１７を結ぶ金ワイヤ１３の長さは、最短でも０．７ｍｍ以上となり、外縁側に比べて２倍以上の長さ必要となる。

このため、１０Ｇｂｐｓを超える高速電気信号（高周波信号）を扱う場合は、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの外縁側２チャネル以外のチャネル、つまり、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの中心側のチャネルにおいて、それらのＤＦＢレーザに供給される高周波信号が金ワイヤ１３の寄生インダクタンス成分により劣化する問題があった。加えて、多チャネル光送信モジュールは全チャネル同時動作させるため、金ワイヤ１３の近接するチャネル間で、電気クロストークが発生し、波形が劣化する問題も発生していた。

そこで、ワイヤ実装が不要であるフリップチップ実装技術を用いる方法が考えられる。

図３は、合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイを用いた多チャネル光送信モジュールおいて、フリップチップ実装技術を用いた構成を示す構成図である。つまり、図２に示した合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイをフリップチップ実装した多チャネル光送信モジュールの構成図である。なお、図３では、前述の図１、図２で示した構成と同等のものには同じ符号を付している。但し、図３中、符号３Ｃは合波器付きＤＦＢレーザアレイを、符号１４は金バンプを示している。

図３中に示すレーザアレイ３Ｃは、電極が形成されている面が下側になっており、金バンプ１４を介して、サブキャリア４Ａ上の配線と接合している。このように実装することで、サブキャリア４Ａ上の配線とレーザアレイ３Ｃとを接続するワイヤが不要となり帯域の劣化、クロストークによる信号波形劣化を抑制することができる。しかしながら、レーザアレイ３Ｃが、金バンプ１４のみを介して、サブキャリア４Ａと接しているため、放熱性が悪く、デバイスの特性劣化につながる問題があった。

又、前述のフリップチップ実装方法とは逆に、高周波配線板側をフリップチップ実装する形態も考えられる。

図４は、合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイを用いた多チャネル光送信モジュールおいて、フリップチップ実装技術を用いた構成を示す構成図である。つまり、図２に示した合波器付き４チャネルＤＦＢレーザアレイに対して、高周波配線板をフリップチップ実装した多チャネル光送信モジュールの構成図である。なお、図４では、前述の図１〜図３で示した構成と同等のものには同じ符号を付している。但し、図４中、符号１５はフリップチップ実装した高周波配線板（以降、フリップチップ配線板と呼ぶ。）を示している。

図４中に示すＤＦＢレーザアレイ３Ｂは、サブキャリア４Ａ上に設置されており、フリップチップ配線板１５は、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び高周波配線板１７の上面に配置されて、金バンプ１４を介して、各々の配線同士を接合している。このような構成にすることで、サブキャリア４ＡとＤＦＢレーザアレイ３Ｂが従来と同様に接するため、放熱性の面では、従来のワイヤ実装型と同等の性能が得られる。加えて、高周波配線板１７とＤＦＢレーザアレイ３Ｂとを接続するワイヤが不要となり、帯域の劣化、クロストークによる信号波形劣化を抑制することができる。

しかしながら、この実装技術では、フリップチップ配線板１５が全ての金バンプ１４と接するために、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと高周波配線板１７との高さ誤差を、金バンプ１４が吸収できる程度の精度で作製する必要がある。このため、チップの研磨厚に依存する歩留まりの低下や配線板の厚さ精度に依存した高コスト化の問題があった。

特開２００３−２０７６９３号公報 特開２００８−２４４３６４号公報

T. Fujisawa, S. Kanazawa, N. Nunoya, H. Ishii, Y. Kawaguchi, A. Ohki, N. Fujiwara, K. Takahata, R. Iga, F. Kano, and H. Oohashi, "4×25-Gbit/s, 1.3-μm, monolithically integrated light source for 100-Gbit/s Ethernet," in Proc. ECOC, Th.9.D.1, 2010.

高速の多チャネル光送信モジュールにとって、各チャネルにおいて高周波信号の劣化を極力抑えることは非常に重要である。しかしながら、従来技術では、チャネル数の増大に伴い、チップサイズが大きくなり、金ワイヤの長さも長くなるため、高周波信号が劣化する問題を抱えていた。又、帯域の劣化を防ぐフリップチップ実装技術を用いた場合、放熱性の劣化や高コスト化の問題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、放熱性を確保し、コストを抑えつつ、全チャネルで良好な高周波特性を得ることができる多チャネル光送信モジュール及びその作製方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
複数のレーザ光を出力すると共に、各々のレーザ光の出力を制御する第１の電極が上面に複数設けられたレーザアレイと、
前記レーザアレイとの厚さの差が１５μｍ以下であり、バンプ用の第２の電極が上面に設けられた支持板と、
前記レーザアレイ及び前記支持板を同一の上面に支持するキャリアと、
上面に高周波信号を供給する高周波配線を複数有し、下面に各々の前記高周波配線と接続されると共に前記第１の電極に対応した第３の電極を複数有し、当該下面を前記レーザアレイ及び前記支持板の上面に配置したフリップチップ配線板を備え、
前記フリップチップ配線板を前記支持板の前記第２の電極にバンプで固定すると共に、前記第１の電極と前記第３の電極とを各々金バンプで結線したことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
上記第１の発明に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
前記支持板を前記レーザアレイと同時に研磨可能な材料としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
上記第１又は第２の発明に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
前記支持板を少なくとも２個以上設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
前記レーザアレイを、
３個以上の直接変調ＤＦＢ（Distributed feedback）レーザ素子から構成するか、
又は、３個以上の電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ素子から構成するか、
又は、１個以上のＤＦＢレーザ素子及び２個以上のマッハツェンダー変調器から構成したことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
上記第４の発明に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
前記レーザ素子又は前記変調器からの光路を合波する合波器を前記レーザアレイに設けると共に、前記合波器を、多モード干渉型合波器又はアレイ導波路格子合波器としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る多チャネル光送信モジュールは、
上記第４の発明に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
前記レーザ素子又は前記変調器からの光路を合波する合波器を前記レーザアレイとは独立して設けると共に、前記合波器を、アレイ導波路格子合波器又は誘電体フィルタを用いた合波器としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る多チャネル光送信モジュールの作製方法は、
複数のレーザ光を出力するレーザアレイの上面に、各々のレーザ光の出力を制御する第１の電極を複数設ける工程と、
支持板の上面にバンプ用の第２の電極を設ける工程と、
前記レーザアレイ及び前記支持板の下面を同時に研磨して、前記レーザアレイと前記支持板の厚さの差を１５μｍ以下とする工程と、
前記レーザアレイ及び前記支持板をキャリアの同一の上面に設ける工程と、
上面に高周波信号を供給する高周波配線を複数有し、下面に各々の前記高周波配線と接続されると共に前記第１の電極に対応した第３の電極を複数有するフリップチップ配線板を、当該フリップチップ配線板の下面を下にして、前記レーザアレイ及び前記支持板の上面に配置する工程と、
前記フリップチップ配線板を前記支持板の前記第２の電極にバンプで固定する工程と、
前記第１の電極と前記第３の電極とを各々金バンプで結線する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、同じ厚さのレーザアレイ及び支持板の上面にフリップチップ配線板をフリップチップ実装するので、放熱性を確保し、コストを抑えつつ、フリップチップ実装の特徴である、全チャネルで良好な高周波特性を得ることができる。その結果、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱うときにおいても、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールを実現することができる。

ＤＦＢレーザを光源とした従来のワイヤ実装型の単チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした従来のワイヤ実装型の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とし、ＤＦＢレーザアレイのフリップチップ実装型の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とし、配線板のフリップチップ実装型の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 本発明の実施形態の一例（実施例１）を示す図であり、合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とし、ブリッジ型フリップチップ配線板を用いた多チャネル光送信モジュールの構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 図５に示した多チャネル光送信モジュールの第１レンズを調芯するための実験系を示す構成図である。 図５に示した多チャネル光送信モジュールの第２レンズ及びピグテールファイバを調芯するための実験系を示す構成図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのアイパターン測定用実験系を示す構成図である。 合波器付きＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのビットエラーレート測定用実験系を示す構成図である。 本発明の実施形態の他の一例（実施例２）を示す図であり、ＥＡＤＦＢレーザアレイを光源とし、ブリッジ型フリップチップ配線板を用いた多チャネル光送信モジュール構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 図１０に示した多チャネル光送信モジュールの第１レンズアレイを調芯するための実験系を示す構成図である。 図１０に示した多チャネル光送信モジュールの誘電体フィルタ合波器を実装するための実験系を示す構成図である。 ＥＡＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのアイパターン測定用実験系を示す構成図である。 図１０に示した多チャネル光送信モジュールの比較例であり、ＥＡＤＦＢレーザアレイを光源とした従来のワイヤ実装型の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 ＥＡＤＦＢレーザアレイを光源とした多チャネル光送信モジュールのビットエラーレート測定用実験系を示す構成図である。 本発明の実施形態の他の一例（実施例３）を示す図であり、合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源とし、ブリッジ型フリップチップ配線板を用いた多チャネル光送信モジュール構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 図１６に示した多チャネル光送信モジュールの第１レンズを調芯するための実験系を示す構成図である。 図１６に示した多チャネル光送信モジュールの比較例であり、合波器付きＭＺ集積レーザアレイを光源とした従来のワイヤ実装型の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 周波数特性のワイヤ長さ依存性を示すグラフである。

本発明では、ブリッジ型配線板フリップチップ実装技術を用いることで、放熱性と帯域劣化の問題を同時に解決可能であり、加えて、配線板支持板とレーザアレイチップを同時に研磨することで、高さの精度問題を解決可能である。又、フリップチップ配線板は、従来の金バンプを介した固定と異なり、支持板を介してキャリアと安定して固定されているため、フリップチップ配線板に直接ワイヤボンディングをすることが可能となり、配線板支持板に高周波配線のパターニングが不要である。又、従来の配線板フリップチップ実装より、特性インピーダンス不整合による特性劣化の要因となる金バンプ部分を１カ所減らすことが可能となり、高周波特性改善が見込める。又、配線板支持板はＤＦＢレーザアレイ作製のプロセスと同時に作製可能である点とパターンニング不要である点から、安価に作製可能である。このように、本発明では、良好な高周波特性が得られ、低コストで作製可能な多チャネル光送信モジュールが実現可能となる。

このような本発明に係る多チャネル光送信モジュール及び作製方法について、その具体的な実施形態のいくつかを以下に説明する。なお、以下の実施例は、本発明を説明するいくつかの例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得る。

（１．構成）
図５は、本実施例の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、図５（ａ）は、その上面図、図５（ｂ）は、その側面図、図５（ｃ）は、その背面図である。

本実施例の多チャネル光送信モジュールは、その筐体となるパッケージ１と、パッケージ１の内部に設けられ、後述するＤＦＢレーザアレイ３Ｂを冷却するためのペルチェ素子６と、ペルチェ素子６の上面に設けられ、その上面にＤＦＢレーザアレイ３Ｂや後述する第１レンズ５Ａ等が配置されるＬＤキャリア２と、ＬＤキャリア２の上面に設けられ、その上面にＤＦＢレーザアレイ３Ｂが配置されるサブキャリア４Ａと、複数の半導体レーザ素子とそれらからの光路を合波する合波器とが集積されたＤＦＢレーザアレイ３Ｂと、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂからのレーザ光を集光する第１レンズ５Ａとを有している。このような構成により、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂを、パッケージ１の内部に搭載している。

又、パッケージ１の１つの側面（前面）の外側には、第１レンズ５Ａで集光したレーザ光を集光し、後述するピグテールファイバ１１に入射するアイソレータ付き第２レンズ９と、ピグテールファイバ１１を保持するフェルールカラー１０と、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂからのレーザ光を外部へ伝搬するピグテールファイバ１１とを設けている。

本実施例では、多チャネル光送信用アレイデバイスとなるＤＦＢレーザアレイ３Ｂとして、４チャネルの合波器付きＤＦＢレーザアレイを用いた構成となっている。具体的には、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂでは、半導体レーザ素子として、直接変調ＤＦＢレーザを用いており、合波器として、アレイ導波路格子合波器（以下、ＡＷＧ合波器と呼ぶ。）を用いており、ＩｎＰウェハ上に、４つの直接変調ＤＦＢレーザを配列して集積すると共に、各直接変調ＤＦＢレーザからの光路を合波するＡＷＧ合波器を集積している。なお、合波器は、後述の実施例３で示す多モード干渉型合波器（ＭＭＩ合波器）でもよい。そして、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの上面には、複数の直接変調ＤＦＢレーザからのレーザ光の出力を制御するため、各直接変調ＤＦＢレーザに対応する電極（第１の電極）が各々設けられている。

又、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂでは、チャネル間隔を５００μｍとし、各チャネルの波長は、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。又、データレート２５Ｇｂｐｓ、Non Return to ZERO（以下、ＮＲＺと呼ぶ。）とし、疑似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳと呼ぶ。）は［２³¹−１］の高周波信号を各チャネルに供給する。

そして、サブキャリア４Ａ上面に設けられたＤＦＢレーザアレイ３Ｂを間にして、同一の上面の両外縁側には、配線板支持板１２が各々設けられている。この配線板支持板１２は、材料がＤＦＢレーザアレイ３Ｂと同じＩｎＰを用いており、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂとは、厚さの差が１５μｍ以下となるように形成されている。又、配線板支持板１２の上面には、フリップチップ配線板１５を固定するバンプ用の電極（第２の電極）が設けられている。なお、この配線板支持板１２は、１個でもよいが、２個以上あれば、より確実に、より安定して、フリップチップ配線板１５を固定可能である。

フリップチップ配線板１５は、４チャネル分の高周波配線やグランド線を有するマイクロストリップ線路の配線形状になっている。フリップチップ配線板１５自体は窒化アルミニウムを材料とし、高周波配線、グランド線はＡｕを材料としている。又、フリップチップ配線板１５の上面に形成された４チャネル分の高周波配線と下面に形成された金バンプ接点（第３の電極）は、その側面に形成された高周波配線を介して電気的に接続されている。この金バンプ接点は、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ上面の電極に対応した位置に配置されている。

そして、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び配線板支持板１２の上面にフリップチップ配線板１５が配置されており、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂとは、金バンプ１４を介して、各々の配線同士を接続し、配線板支持板１２とは、バンプ１６を介して、接続している。フリップチップ配線板１５において、金バンプ１４との接続部分及び配線板支持板１２との接続部分は、金−スズ合金半田を使い、半田接合とした。なお、バンプ１６は、金バンプでも半田バンプでもよい。

又、パッケージ１内部の対面する側面であって、フリップチップ配線板１５の両端部に対面する側面には、パッケージ１外部の配線とフリップチップ配線板１５との中継のために、中継高周波配線板１９が設けられている。

なお、本実施例では、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ中に直接変調ＤＦＢレーザを４個配列しているが、直接変調ＤＦＢレーザを３個以上配列した構成であれば、本発明の効果を奏することが可能である。

（２．動作原理）
本実施例において、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの各チャネルに、どのようにして高周波信号を供給するかを説明する。

中継高周波配線板１９からパッケージ１に入ってきた高周波信号は、金ワイヤ１３を介して、フリップチップ配線板１５に入り、更に、金バンプ１４を介して、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの各直接変調ＤＦＢレーザに供給される。ＤＦＢレーザアレイ３Ｂによって光に変換された信号は、ＡＷＧ合波器を介して、１つの導波路に合波されて出力される。出力された光は、第１レンズ５Ａ、第２レンズ９によって集光されて、ピグテールファイバ１１に結合される。

（３．組み立て工程）
まず、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び配線板支持板１２の作製手順を示す。
ＤＦＢレーザアレイ３Ｂについては、一般的な手順で、例えば、非特許文献１のような手順で、ＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハの成長面に電極のリフトオフパターン作製まで行う。又、配線板支持板１２については、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと同じＩｎＰからなる基板を用いる。
次に、成長面を蒸着される面としたＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に真空蒸着機に入れ、電極を蒸着する。ＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハに関してはリフトオフ工程を行う。つまり、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂとなるウェハ及び配線板支持板１２となる基板の上面に電極（第１の電極、第２の電極）を形成している。
次に、ＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に表面研磨治具にエレクトロンワックスを用いて接着し、電極蒸着面とは反対側の面を臭素（Ｂｒ）−メタノール混合溶液をエッチャントとした化学機械研磨を行い、所望の厚さまで研磨する。
最後に、ＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板の研磨を行った面にも共に電極を蒸着し、その後、劈開により所望のサイズに切り出す。

以上の手順を経ることで、同時に、かつ、同じ厚さ（厚さ誤差がほとんどない、あったとしても１５μｍ以下）のＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び配線板支持板１２を作製する。つまり、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと配線板支持板１２が同じ材料であるので、同じ手順を経て、同時に同じ厚さに作製可能となる。このようにして、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂと配線板支持板１２の厚さ誤差が１０μｍ程度で作製可能である。金バンプ１４の厚さが４０μｍ程度あるので、金バンプ１４で厚さ誤差が十分吸収可能であることがわかる。

次に、本実施例の多チャネル光送信モジュールの作製手順を示す。
まず、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び配線板支持板１２の下面側をサブキャリア４Ａの同一の上面上に実装し、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂの電極に金バンプ１４を形成する。
次に、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂ及び配線板支持板１２の上面に、金バンプ１４、バンプ１６を介して、フリップチップ配線板１５の下面側をフリップチップ実装する。このとき、金バンプ１４、バンプ１６は、金−スズ合金半田を用いて半田固定する。なお、フリップチップ配線板１５には、予め、高周波配線、グランド線が形成されており、その下面側に金バンプ接点（第３の電極）が形成されている。そして、サブキャリア４ＡをＬＤキャリア２に実装する。

そして、図６に示す実験系を用いて、第１レンズ５Ａの調芯を行う。具体的には、ＤＦＢレーザアレイ３ＢのＤＦＢレーザの任意の１チャネルに、直流電源２２及びＤＣプローブ２１を用い、フリップチップ配線板１５を介して、電流を５０ｍＡ程度供給する。この状態で、ＣＣＤカメラ２４を用いて、ＤＦＢレーザアレイ３Ｂから出力されたレーザ光のビーム形状を確認し、レーザ光のビーム形状、位置が、光の進行方向のどの位置でも変わらなくなるように、第１レンズ５Ａの調芯を行い、イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザ（以下、ＹＡＧレーザと呼ぶ。）２３による溶接で、第１レンズ５ＡをＬＤキャリア２に固定する。

その後、ペルチェ素子６を実装してあるパッケージ１の中にＬＤキャリア２を搭載する。そして、フリップチップ配線板１５とパッケージ１側の中継高周波配線板１９との間をワイヤボンディングによる金ワイヤ１３で結線する。

最後に、図７に示す実験系を用いて、第２レンズ９、ピグテールファイバ１１の調芯を行う。具体的には、直流電源２２を用いて、ＤＦＢレーザアレイ３ＢのＤＦＢレーザの任意の１チャネルに電流を５０ｍＡ程度供給し、この状態で、光パワーメータ２５に入るパワーが最大になるように、第２レンズ９、フェルールカラー１０、ピグテールファイバ１１の調芯を行い、ＹＡＧレーザ２３による溶接により、第２レンズ９、フェルールカラー１０、ピグテールファイバ１１を固定する。以上で、多チャネル光送信モジュールが完成する。

（４．多チャネル光送信モジュールの特性）
アイパターン測定用実験系を図８に示す。この実験系の構成を簡単に説明する。多チャネル光送信モジュール３１を光ファイバ３２の一端に接続し、その光ファイバ３２の他端を光分波器３３に接続する。光分波器３３には、多チャネル光送信モジュール３１からのレーザ光を検出するフォトディテクタ３４が接続されており、多チャネル光送信モジュール３１にはパルスパタンジェネレータ３５が接続されており、更に、フォトディテクタ３４にはサンプリングオシロスコープ３６接続されている。従って、パルスパタンジェネレータ３５の信号に基づいて出力される多チャネル光送信モジュール３１のレーザ光がフォトディテクタ３４で検出され、検出されたレーザ光がサンプリングオシロスコープ３６で解析される構成となっている。

ここでは、比較として、図２に示した従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールの測定も同時に行った。この比較測定では、共に、チップ温度を２５℃一定とし、ＤＦＢレーザのバイアス電流を５０ｍＡ、入力信号の振幅を３．０Ｖｐｐとした。この比較測定において、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比４．０ｄＢであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは５．２ｄＢの消光比が得られた。

又、４チャネル同時にバイアス電流５０ｍＡ、入力信号の振幅３．０Ｖｐｐを印加した場合には、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比３．０ｄＢであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは４．８ｄＢの消光比が得られた。

ビットエラーレート測定用実験系を図９に示す。次に、この実験系を用いて、符号誤り率特性（以下、ＢＥＲ特性と呼ぶ、）を測定した。この実験系の構成を簡単に説明する。多チャネル光送信モジュール３１を光ファイバ３２の一端に接続し、その光ファイバ３２の他端を光分波器３３に接続する。光分波器３３には、多チャネル光送信モジュール３１からのレーザ光を検出するフォトディテクタ３４が接続されており、多チャネル光送信モジュール３１にはパルスパタンジェネレータ３５が接続されており、又、フォトディテクタ３４には、光可変減衰器３９を介して、エラーディテクタ３７接続されている。従って、パルスパタンジェネレータ３５の信号に基づいて出力される多チャネル光送信モジュール３１のレーザ光がフォトディテクタ３４で検出され、検出されたレーザ光がエラーディテクタ３７で解析される構成となっている。

ここでは、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュール及び本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュール共に、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。又、全チャネル同時動作時に、チャネル２（図５（ａ）中の上から２番目のチャネル）の最小受光感度は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが−３ｄＢｍであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは−４．５ｄＢｍであった。

以上により、後述する図１９に示すように、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱う時に、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールが実現可能であることが明らかとなった。

（１．構成）
図１０は、本実施例の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、図１０（ａ）は、その上面図、図１０（ｂ）は、その側面図、図１０（ｃ）は、その背面図である。なお、本実施例の多チャネル光送信モジュールにおいて、実施例１で説明した多チャネル光送信モジュールと同等の構成には同じ符号を付している。

本実施例の多チャネル光送信モジュールは、その筐体となるパッケージ１と、パッケージ１の内部に設けられ、その上面に後述するＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃや第１レンズアレイ５Ｂや誘電体フィルタ合波器７等が配置されるＬＤキャリア２と、ＬＤキャリア２の上面に設けられ、その上面にＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃが配置される配線付きサブキャリア４Ｂと、半導体レーザ素子及びその変調器の組が複数組集積されたＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃと、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃからの複数レーザ光を各々集光する第１レンズアレイ５Ｂと、第１レンズアレイ５Ｂで集光されたレーザ光を合波する誘電体フィルタ合波器７とを有している。このような構成により、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃを、パッケージ１の内部に搭載している。

又、パッケージ１の１つの側面（前面）の外側には、誘電体フィルタ合波器７で合波したレーザ光を集光し、後述するピグテールファイバ１１に入射するアイソレータ付き第２レンズ９と、ピグテールファイバ１１を保持するフェルールカラー１０と、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃからのレーザ光を外部へ伝搬するピグテールファイバ１１とを設けている。

本実施例では、多チャネル光送信用アレイデバイスとなるＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃとして、４チャネル電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザアレイを用いた構成となっている。具体的には、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃでは、半導体レーザ素子として、ＤＦＢレーザを用いており（以下、ＤＦＢレーザ部と呼ぶ。）、変調器として、電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ部と呼ぶ。）を用いており、ＩｎＰウェハ上に、４組のＤＦＢレーザ部及びＥＡ部を配列して集積している。なお、合波器としては、誘電体フィルタを用いており、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃには集積せず、それとは独立して設けている。従って、各ＥＡ部からの光路を、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃの外部に設けた誘電体フィルタ合波器７が合波することになる。なお、合波器は、実施例１で示したようなアレイ導波路格子合波器（ＡＷＧ合波器）でもよい。そして、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃの上面には、複数のＤＦＢレーザからのレーザ光の出力を制御するため、各ＥＡ部に対応する電極（第１の電極）が各々設けられている。

又、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃでは、チャネル間隔を５００μｍとし、各チャネルの波長は、チップ温度２５℃のとき、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとした。又、データレート２５Ｇｂｐｓ、ＮＲＺとし、ＰＲＢＳは［２³¹−１］の高周波信号を各チャネルに供給する。

そして、サブキャリア４Ｂ上面に設けられたＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃを間にして、同一の上面の両外縁側には、配線板支持板１２が各々設けられている。この配線板支持板１２は、材料がＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃと同じＩｎＰを用いており、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃとは、厚さの差が１５μｍ以下となるように形成されている。又、配線板支持板１２の上面には、フリップチップ配線板１５を固定するバンプ用の電極（第２の電極）が設けられている。なお、この配線板支持板１２は、１個でもよいが、２個以上あれば、より確実に、より安定して、フリップチップ配線板１５を固定可能である。

フリップチップ配線板１５は、４チャネル分の高周波配線やグランド線を有するマイクロストリップ線路の配線形状になっている。フリップチップ配線板１５自体は酸化アルミニウムを材料とし、高周波配線、グランド線はＣｕを材料としている。又、フリップチップ配線板１５の上面に形成された４チャネル分の高周波配線と下面に形成された金バンプ接点（第３の電極）は、フリップチップ配線板１５を貫通して形成された貫通ビアで電気的に接続されている。この金バンプ接点は、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ上面の電極に対応した位置に配置されている。

そして、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ及び配線板支持板１２の上面にフリップチップ配線板１５が配置されており、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃとは、金バンプ１４を介して、各々の配線同士を接続し、配線板支持板１２とは、バンプ１６を介して、接続している。フリップチップ配線板１５において、金バンプ１４との接続部分は金−金での超音波接合とし、配線板支持板１２との接続部分は、バンプ１６として、銀−スズ−銅合金半田を使い、半田接合とした。

又、パッケージ１内部の対面する側面であって、フリップチップ配線板１５の両端部に対面する側面には、パッケージ１外部の配線とフリップチップ配線板１５との中継のために、中継高周波配線板１９が設けられている。

なお、本実施例では、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ中に、ＤＦＢレーザと電界吸収型光変調器からなる電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザを４個配列しているが、電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザを３個以上配列した構成であれば、本発明の効果を奏することが可能である。

（２．動作原理）
本実施例において、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃの各チャネルに、どのようにして高周波信号を供給するかを説明する。

中継高周波配線板１９からパッケージ１に入ってきた高周波信号は、金ワイヤ１３を介して、フリップチップ配線板１５に入り、更に、金バンプ１４を介して、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃの各ＥＡ部に供給される。ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃによって光に変換された信号は、第１レンズアレイ５Ｂを介してコリメート光になり、誘電体フィルタ合波器７を介して１つの光路に合波されて出力される。出力された光は、第２レンズ９によって集光されて、ピグテールファイバ１１に結合される。

（３．組み立て工程）
まず、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ及び配線板支持板１２の作製手順を示す。
ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃについては、一般的な手順で、例えば、非特許文献１のような手順で、ＥＡＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハの成長面に電極のリフトオフパターン作製まで行う。又、配線板支持板１２については、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃと同じＩｎＰからなる基板を用いる。
次に、成長面を蒸着される面としたＥＡＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に真空蒸着機に入れ、電極を蒸着する。ＥＡＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハに関してはリフトオフ工程を行う。つまり、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃとなるウェハ及び配線板支持板１２となる基板の上面に電極（第１の電極、第２の電極）を形成している。
次に、ＥＡＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に表面研磨治具にエレクトロンワックスを用いて接着し、電極蒸着面とは反対側の面を臭素（Ｂｒ）−メタノール混合溶液をエッチャントとした化学機械研磨を行い、所望の厚さまで研磨する。
最後に、ＥＡＤＦＢレーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板の研磨を行った面にも共に電極を蒸着し、その後、劈開により所望のサイズに切り出す。

以上の手順を経ることで、同時に、かつ、同じ厚さ（厚さ誤差がほとんどない、あったとしても１５μｍ以下）のＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ及び配線板支持板１２を作製する。つまり、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃと配線板支持板１２が同じ材料であるので、同じ手順を経て、同時に同じ厚さに作製可能となる。このようにして、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃと配線板支持板１２の厚さ誤差が１０μｍ程度で作製可能である。金バンプ１４の厚さが４０μｍ程度あるので、金バンプ１４で厚さ誤差が十分吸収可能であることがわかる。

次に、本実施例の多チャネル光送信モジュールの作製手順を以下に示す。

まず、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ及び配線板支持板１２の下面側をサブキャリア４Ｂの同一の上面上に実装し、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃの電極に金バンプ１４を形成する。
次に、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃ及び配線板支持板１２の上面に、金バンプ１４、バンプ１６を介して、フリップチップ配線板１５の下面側をフリップチップ実装する。このとき、金バンプ１４を超音波接合した後、銀−スズ−銅合金半田からなるバンプ１６が溶ける温度までリフロー炉で加熱して半田接合する。なお、フリップチップ配線板１５には、予め、高周波配線、グランド線が形成されており、その下面側に金バンプ接点（第３の電極）が形成されている。
そして、サブキャリア４ＢをＬＤキャリア２に実装した後、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３ＣのＤＦＢレーザ部とサブキャリア４Ｂをワイヤボンディングによって金ワイヤ１３で結線する。

そして、図１１に示す実験系を用いて、第１レンズアレイ５Ｂの調芯を行う。具体的には、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３ＣのＤＦＢレーザ部の４チャネル各々に、直流電源２２及びＤＣプローブ２１を用いて、電流を７０ｍＡ程度供給する。この状態で、ＣＣＤカメラ２４を用いて、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃから出力されたレーザ光のビーム形状を確認し、各チャネルから出力されたレーザ光のビーム形状、位置が、いずれのチャネルにおいても、光の進行方向のどの位置でも変わらなくなるように、第１レンズアレイ５Ｂの調芯を行い、ＹＡＧレーザ２３による溶接で、第１レンズアレイ５ＢをＬＤキャリア２に固定する。

次に、図１２に示す実験系を用いて、４チャネルから出力された各レーザ光が１つの光路に合波するように、誘電体フィルタ合波器７をＬＤキャリア２に実装していく。
具体的には、まず、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３Ｃのチャネル２、３（図１２中の中央の２つのチャネル）各々から出力されたレーザ光が、ＣＣＤカメラ２４で見て、光の進行方向のどの位置でも同一の場所になるように、誘電体フィルタ７−４、７−５を実装する。
次に、チャネル１（図１２中の上側のチャネル）から出力されたレーザ光が、誘電体フィルタ７−４を通して、ＣＣＤカメラ２４で見て、光の進行方向のどの位置でも同一の場所になるように、誘電体フィルタ７−３を実装する。
同様に、チャネル４（図１２中の下側のチャネル）から出力されたレーザ光が、誘電体フィルタ７−５を通して、ＣＣＤカメラ２４で見て、光の進行方向のどの位置でも同一の場所になるように、誘電体フィルタ７−６を実装する。
そして、チャネル３、４（図１２中の下側の２つのチャネル）から出力されたレーザ光が、ＣＣＤカメラ２４で見て、光の進行方向のどの位置でも同一の場所になるように、誘電体フィルタ７−２を実装する。
最後に、チャネル１、２（図１２中の上側の２つのチャネル）から出力されたレーザ光が、誘電体フィルタ７−２を通して、ＣＣＤカメラ２４で見て、光の進行方向のどの位置でも同一の場所になるように、誘電体フィルタ７−１を実装する。
以上により、光路を１つに合波することができる誘電体フィルタ合波器７を実装することになる。

その後、パッケージ１の中にＬＤキャリア２を搭載する。次に、フリップチップ配線板１５とパッケージ１側の中継高周波基板１９との間をワイヤボンディングによって、金ワイヤ１３で結線する。同時に、サブキャリア４Ｂとパッケージ１側の中継高周波基板１９との各配線もワイヤボンディングによって、金ワイヤ１３で結線する。

最後に、前述の図７で示した実験系を用いて、第２レンズ９、ピグテールファイバ１１の調芯を行う。具体的には、直流電源２２を用いて、ＥＡＤＦＢレーザアレイ３ＣのＤＦＢレーザの任意の１チャネルに、電流を１００ｍＡ程度供給し、この状態で、光パワーメータ２５に入るパワーが最大になるように、第２レンズ９、ピグテールファイバ１１の調芯を行い、ＹＡＧレーザ２３による溶接で、第２レンズ９、フェルールカラー１０、ピグテールファイバ１１を固定する。以上で、多チャネル光送信モジュールが完成する。

（４．多チャネル光送信モジュールの特性）
アイパターン測定用実験系を図１３に示す。この実験系の構成を簡単に説明する。多チャネル光送信モジュール３１を光ファイバ３２の一端に接続し、その光ファイバ３２の他端を光分波器３３に接続する。光分波器３３には、多チャネル光送信モジュール３１からのレーザ光を検出するフォトディテクタ３４が接続されており、多チャネル光送信モジュール３１には直流電源３９及びパルスパタンジェネレータ３５が接続されており、更に、フォトディテクタ３４にはサンプリングオシロスコープ３６接続されている。従って、パルスパタンジェネレータ３５の信号に基づいて出力される多チャネル光送信モジュール３１のレーザ光がフォトディテクタ３４で検出され、検出されたレーザ光がサンプリングオシロスコープ３６で解析される構成となっている。

ここでは、比較として、図１４に示す従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールの測定も同時に行った。この従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールは、上記フリップチップ配線板１５を使わない構成である。

この比較測定では、共に、外気２５℃一定とし、ＤＦＢレーザ部のバイアス電流を１００ｍＡ、ＥＡ部のバイアス電圧を−１．５Ｖ、入力信号の振幅を２．０Ｖｐｐとした。この比較測定において、チャネル２は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比８．０ｄＢであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは９．１ｄＢの消光比が得られた。

又、４チャネル同時に、ＤＦＢレーザ部にバイアス電流１００ｍＡ、ＥＡ部にバイアス電圧−１．５Ｖ、入力信号の振幅２．０Ｖｐｐを印加した場合には、チャネル２は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比７．０ｄＢであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは８．３ｄＢの消光比が得られた。

ビットエラーレート測定用実験系を図１５に示す。次に、この実験系を用いて、ＢＥＲ特性を測定した。この実験系の構成を簡単に説明する。多チャネル光送信モジュール３１を光ファイバ３２の一端に接続し、その光ファイバ３２の他端を光分波器３３に接続する。光分波器３３には、多チャネル光送信モジュール３１からのレーザ光を検出するフォトディテクタ３４が接続されており、多チャネル光送信モジュール３１には直流電源３９及びパルスパタンジェネレータ３５が接続されており、更に、フォトディテクタ３４には、光可変減衰器３９を介して、エラーディテクタ３７接続されている。従って、パルスパタンジェネレータ３５の信号に基づいて出力される多チャネル光送信モジュール３１のレーザ光がフォトディテクタ３４で検出され、検出されたレーザ光がエラーディテクタ３７で解析される構成となっている。

ここでは、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュール及び本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュール共に、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。又、４チャネル同時動作時、チャネル２の最小受光感度は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが−７ｄＢｍであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは−８．６ｄＢｍであった。

以上により、後述する図１９に示すように、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱うときに、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールが実現可能であることが明らかとなった。

（１．構成）
図１６は、本実施例の多チャネル光送信モジュールを示す構成図であり、図１６（ａ）は、その上面図、図１６（ｂ）は、その側面図、図１６（ｃ）は、その背面図である。又、なお、本実施例の多チャネル光送信モジュールにおいても、実施例１で説明した多チャネル光送信モジュールと同等の構成には同じ符号を付している。

本実施例の多チャネル光送信モジュールは、その筐体となるパッケージ１と、パッケージ１の内部に設けられ、後述するＭＺ集積レーザアレイ３Ｄを冷却するためのペルチェ素子６と、ペルチェ素子６の上面に設けられ、その上面にＭＺ集積レーザアレイ３Ｄや後述する第１レンズ５Ａ等が配置されるＬＤキャリア２と、ＬＤキャリア２の上面に設けられ、その上面にＭＺ集積レーザアレイ３Ｄが配置される配線付きサブキャリア４Ｂと、半導体レーザ素子及びその変調器の組が複数組集積されると共に、それらからの光路を合波する合波器が集積されたＭＺ集積レーザアレイ３Ｄと、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄからのレーザ光を集光する第１レンズ５Ａとを有している。このような構成により、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄを、パッケージ１の内部に搭載している。

又、パッケージ１の１つの側面（前面）の外側には、第１レンズ５Ａで集光したレーザ光を集光し、後述するピグテールファイバ１１に入射する第２レンズ９と、ピグテールファイバ１１を保持するフェルールカラー１０と、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄからのレーザ光を外部へ伝搬するピグテールファイバ１１とを設けている。

本実施例では、多チャネル光送信用アレイデバイスとなるＭＺ集積レーザアレイ３Ｄとして、２チャネルの合波器付きマッハツェンダー変調器集積ＤＦＢレーザアレイを用いた構成となっている。具体的には、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄでは、半導体レーザ素子として、ＤＦＢレーザを用いており（以下、ＤＦＢレーザ部と呼ぶ）、変調器として、マッハツェンダー変調器を用いており（以下、ＭＺ部と呼ぶ）、合波器として、多モード干渉型合波器（以下、ＭＭＩ合波器と呼ぶ。）を用いており、ＩｎＰウェハ上に、２組のＤＦＢレーザ部及びＭＺ部を配列して集積すると共に、各ＭＺ部からの光路を合波するＭＭＩ合波器を集積している。なお、合波器は、実施例１で示したアレイ導波路格子合波器（ＡＷＧ合波器）でもよい。そして、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄの上面には、複数のＤＦＢレーザからのレーザ光の出力を制御するため、各ＭＺ部に対応する電極（第１の電極）が各々設けられている。

又、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄでは、チャネル間隔を１０００μｍとし、各チャネルの波長は、チップ温度２５℃のとき、１５５０ｎｍ、１５６０ｎｍとした。又、データレート５０Ｇｂｐｓ、ＮＲＺとし、ＰＲＢＳは［２³¹−１］の高周波信号を各チャネルに供給する。

そして、サブキャリア４Ｂ上面に設けられたＭＺ集積レーザアレイ３Ｄを間にして、同一の上面の両外縁側には、配線板支持板１２が各々設けられている。この配線板支持板１２は、材料としてＳｉ（シリコン）を用いており、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄとは、厚さの差が１５μｍ以下となるように形成されている。又、配線板支持板１２の上面には、フリップチップ配線板１５を固定するバンプ用の電極（第２の電極）が設けられている。なお、この配線板支持板１２は、１個でもよいが、２個以上あれば、より確実に、より安定して、フリップチップ配線板１５を固定可能である。

フリップチップ配線板１５は、２チャネル分（４本）の高周波配線を有する差動マイクロストリップ線路の配線形状になっている。フリップチップ配線板１５自体はレジンを材料とし、高周波配線はＡｌを材料としている。又、フリップチップ配線板１５の上面に形成された２チャネル分（４本）の高周波配線と下面に形成された金バンプ接点（第３の電極）は、フリップチップ配線板１５を貫通して形成された貫通ビアで電気的に接続されている。この金バンプ接点は、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ上面の電極に対応した位置に配置されている。

そして、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ及び配線板支持板１２の上面にフリップチップ配線板１５が配置されており、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄとは、金バンプ１４を介して、各々の配線同士を接続し、配線板支持板１２とは、金からなるバンプ１６を介して、接続している。フリップチップ配線板１５において、金バンプ１４との接続部分及び配線板支持板１２との接続部分は、金−金での超音波接合とした。

又、パッケージ１内部の対面する側面であって、フリップチップ配線板１５の両端部に対面する側面には、パッケージ１外部の配線とフリップチップ配線板１５との中継のために、中継高周波配線板１９が設けられている。

なお、本実施例では、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ中に、２つのＤＦＢレーザと２つのマッハツェンダー変調器を配列しているが、ＤＦＢレーザを１個以上、マッハツェンダー変調器を２個以上配列した構成であれば、本発明の効果を奏することが可能である。

（２．動作原理）
本実施例において、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄの各チャネルに、どのようにして高周波信号を供給するかを説明する。

中継高周波配線板１９からパッケージ１に入ってきた高周波信号は、金ワイヤ１３を介して、フリップチップ配線板１５に入り、更に、金バンプ１４を介して、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄの各ＭＺ部に供給される。ＭＺ集積レーザアレイ３ＤのＤＦＢレーザ部によって光に変換され、ＭＺ部で変調された信号は、ＭＭＩ合波器を介して、１つの導波路に合波されて出力される。出力された光は、第１レンズ５Ａ、第２レンズ９によって集光されて、ピグテールファイバ１１に結合される。

（３．組み立て工程）
まず、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ及び配線板支持板１２の作製手順を示す。
ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄについては、一般的な手順で、例えば、非特許文献１のような手順で、ＭＺ集積レーザアレイ用ＩｎＰウエハの成長面に電極のリフトオフパターン作製まで行う。又、配線板支持板１２については、シリコンからなる基板を用いる。
次に、成長面を蒸着される面としたＭＺ集積レーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に真空蒸着機に入れ、電極を蒸着する。ＭＺ集積レーザアレイ用ＩｎＰウエハに関してはリフトオフ工程を行う。つまり、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄとなるウェハ及び配線板支持板１２となる基板の上面に電極（第１の電極、第２の電極）を形成している。
次に、ＭＺ集積レーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板を共に表面研磨治具にエレクトロンワックスを用いて接着し、電極蒸着面とは反対側の面を、研磨粉としてアルミナ粉末を用いた機械研磨を行い、所望の厚さまで研磨する。
最後に、ＭＺ集積レーザアレイ用ＩｎＰウエハ及び配線板支持板用基板の研磨を行った面にも共に電極を蒸着し、その後、劈開により所望のサイズに切り出す。

以上の手順を経ることで、同時に、かつ、同じ厚さ（厚さ誤差がほとんどない、あったとしても１５μｍ以下）のＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ及び配線板支持板１２を作製する。つまり、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄと配線板支持板１２が同等の物性の材料であるので、同じ手順を経て、同時に同じ厚さに作製可能となる。このようにして、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄと配線板支持板１２の厚さ誤差が１５μｍ程度で作製可能である。金バンプ１４の厚さが４０μｍ程度あるので、金バンプ１４で厚さ誤差が十分吸収可能であることがわかる。

本実施例の多チャネル光送信モジュールの作製手順を以下に示す。

まず、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ及び配線板支持板１２の下面側をサブキャリア４Ｂの同一の上面上に実装すると共に終端抵抗１８を実装し、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄの電極に金バンプ１４、配線板支持板１２の電極に金からなるバンプ１６を形成する。
次に、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄ及び配線板支持板１２の上面に、金バンプ１４、バンプ１６を介して、フリップチップ配線板１５をフリップチップ実装する。このとき、金バンプ１４、バンプ１６を超音波接合する。
次に、サブキャリア４ＢをＬＤキャリア２に実装した後、ＭＺ集積レーザアレイ３ＤのＤＦＢレーザ部とサブキャリア４Ｂ、ＭＺ集積レーザアレイ３ＤのＭＺ部の電極パッドと終端抵抗１８を、ワイヤボンディングによって各々金ワイヤ１３で結線する。

そして、図１７に示す実験系を用いて、第１レンズ５Ａの調芯を行う。具体的には、ＭＺ集積レーザアレイ３ＤのＤＦＢレーザ部の任意の１チャネルに、直流電源２２及びＤＣプローブ２１を用いて、電流を１００ｍＡ程度供給する。この状態で、ＣＣＤカメラ２４を用いて、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄから出力されたレーザ光のビーム形状を確認し、レーザ光のビーム形状、位置が、光の進行方向のどの位置でも変わらなくなるように、第１レンズ５Ａを調芯し、ＹＡＧレーザ２３による溶接で、第１レンズ５ＡをＬＤキャリア２に固定する。

その後、パッケージ１に実装したペルチェ素子６にＬＤキャリア２を搭載する。そして、フリップチップ配線板１５とパッケージ１側の中継高周波基板１９との間を金ワイヤ１３で結線する。

最後に、前述の図７で示した実験系を用いて、第２レンズ９、ピグテールファイバ１１の調芯を行う。具体的には、直流電源２２を用いて、ＭＺ集積レーザアレイ３ＤのＤＦＢレーザ部の任意の１チャネルに、電流を１００ｍＡ程度供給し、この状態で、光パワーメータ２５に入るパワーが最大になるように、第２レンズ９、フェルールカラー１０、ピグテールファイバ１１の調芯を行い、ＹＡＧレーザ２３による溶接で、第２レンズ９、フェルールカラー１０、ピグテールファイバ１１を固定する。以上で、多チャネル光送信モジュールが完成する。

（４．多チャネル光送信モジュールの特性）
前述の図１３で示したアイパターン測定用実験系を用いて、多チャネル光送信モジュールの特性評価を行った。ここでは、比較として、図１８に示す従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールの測定も同時に行った。この従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールは、上記フリップチップ配線板１５を使わない構成である。なお、ＭＺ集積レーザアレイ３Ｄにおいて、図中（図１６、図１８参照）の上側をチャネル１、下側をチャネル２として説明する。

この比較測定では、共に、２５℃一定とし、ＤＦＢレーザ部のバイアス電流を１２０ｍＡ、ＭＺ部の左電極のバイアス電圧を−３．５Ｖ、右電極のバイアス電圧を−３．０Ｖとし、両電極には差動信号を印加し、振幅を３．０Ｖｐｐとした。この比較測定において、チャネル２は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比９．５ｄＢであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは１０．４ｄＢの消光比が得られた。

又、２チャネル同時に、ＤＦＢレーザ部にバイアス電流１２０ｍＡ、ＭＺ部にバイアス電圧−０．５Ｖ、入力信号の振幅２．０Ｖｐｐを印加した場合には、チャネル２は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが消光比８．９ｄＢであったのに対して、本実施例の多チャネル光送信モジュールでは１０．０ｄＢの消光比が得られた。

次に、前述の図１５で示したビットエラーレート測定用実験系を用いて、ＢＥＲ特性を測定した。ここでは、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュール及び本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュール共に、各チャネルでのエラーフリー動作を確認することができた。又、２チャネル同時動作時、チャネル２の最小受光感度は、従来のワイヤ実装技術による多チャネル光送信モジュールが−９ｄＢｍであったのに対して、本実施例のブリッジ型配線板フリップチップ実装技術による多チャネル光送信モジュールでは−１１．２ｄＢｍであった。

以上により、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱うときに、信号劣化が少ない多チャネル光送信モジュールが実現可能であることが明らかとなった。

参考のため、図１９に、周波数特性のワイヤ長さ依存性のグラフを示す。これは、ＤＦＢレーザの内部を等価回路で表し、その等価回路に終端抵抗４０Ω（ＤＦＢレーザの寄生抵抗と合わせて５０Ω）とワイヤのインダクタンス成分を直列に入れたときの周波数応答性をシミュレーションしたものである。なお、このシミュレーションでは、ＤＦＢレーザの光・電気変換は加味していない。図１９のグラフからわかるように、ワイヤ長さが０．７ｍｍでは３ｄＢ帯域は１０ＧＨｚ程度であり（実線参照）、ワイヤ長さを０．３ｍｍに抑えられれば、３ｄＢ帯域は２０ＧＨｚを越えるところまで行くが（一点鎖線参照）、ワイヤフリーの場合には、周波数応答性は４０ＧＨｚまで比較的フラットであり（二点鎖線参照）、２０Ｇｂｐｓを超える信号を伝送するには十分である。

本発明は、１０Ｇｂｐｓを超える高周波信号を扱う多チャネル光送信モジュールに好適なものである。

３Ｂ ＤＦＢレーザアレイ
３Ｃ ＥＡＤＦＢレーザアレイ
３Ｄ ＭＺ集積レーザアレイ
４Ａ、４Ｂ サブキャリア
１２ 配線板支持板
１４ 金バンプ
１５ フリップチップ配線板
１６ バンプ

Claims (7)

1. 複数のレーザ光を出力すると共に、各々のレーザ光の出力を制御する第１の電極が上面に複数設けられたレーザアレイと、
   前記レーザアレイとの厚さの差が１５μｍ以下であり、バンプ用の第２の電極が上面に設けられた支持板と、
   前記レーザアレイ及び前記支持板を同一の上面に支持するキャリアと、
   上面に高周波信号を供給する高周波配線を複数有し、下面に各々の前記高周波配線と接続されると共に前記第１の電極に対応した第３の電極を複数有し、当該下面を前記レーザアレイ及び前記支持板の上面に配置したフリップチップ配線板を備え、
   前記フリップチップ配線板を前記支持板の前記第２の電極にバンプで固定すると共に、前記第１の電極と前記第３の電極とを各々金バンプで結線したことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
2. 請求項１に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
   前記支持板を前記レーザアレイと同時に研磨可能な材料としたことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
   前記支持板を少なくとも２個以上設けたことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
   前記レーザアレイを、
   ３個以上の直接変調ＤＦＢ（Distributed feedback）レーザ素子から構成するか、
   又は、３個以上の電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザ素子から構成するか、
   又は、１個以上のＤＦＢレーザ素子及び２個以上のマッハツェンダー変調器から構成したことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
5. 請求項４に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
   前記レーザ素子又は前記変調器からの光路を合波する合波器を前記レーザアレイに設けると共に、前記合波器を、多モード干渉型合波器又はアレイ導波路格子合波器としたことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
6. 請求項４に記載の多チャネル光送信モジュールにおいて、
   前記レーザ素子又は前記変調器からの光路を合波する合波器を前記レーザアレイとは独立して設けると共に、前記合波器を、アレイ導波路格子合波器又は誘電体フィルタを用いた合波器としたことを特徴とする多チャネル光送信モジュール。
7. 複数のレーザ光を出力するレーザアレイの上面に、各々のレーザ光の出力を制御する第１の電極を複数設ける工程と、
   支持板の上面にバンプ用の第２の電極を設ける工程と、
   前記レーザアレイ及び前記支持板の下面を同時に研磨して、前記レーザアレイと前記支持板の厚さの差を１５μｍ以下とする工程と、
   前記レーザアレイ及び前記支持板をキャリアの同一の上面に設ける工程と、
   上面に高周波信号を供給する高周波配線を複数有し、下面に各々の前記高周波配線と接続されると共に前記第１の電極に対応した第３の電極を複数有するフリップチップ配線板を、当該フリップチップ配線板の下面を下にして、前記レーザアレイ及び前記支持板の上面に配置する工程と、
   前記フリップチップ配線板を前記支持板の前記第２の電極にバンプで固定する工程と、
   前記第１の電極と前記第３の電極とを各々金バンプで結線する工程とを有することを特徴とする多チャネル光送信モジュールの作製方法。

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