JPH0983083A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ発振器と変調器とが同一チップに集積さ
れた半導体レーザモジュール又は半導体変調器モジュー
ルにおいて、１０ＧＨｚ程度までの変調信号に対するリ
ターンロスを低減し、光波形の劣化を回避できる半導体
モジュールを提供することを目的とする。 【解決手段】外付けのドライバーＩＣから変調マイクロ
波信号が与えられるリード８ａと半導体レーザチップ１
の変調信号入力電極との間に設けられたストリップライ
ン６に、３個の抵抗により構成されるＴ型アッテネータ
が介装されている。このアッテネータにより外付けドラ
イバーＩＣとの電気的マッチングが改善され、リターン
ロスを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも変調器
を内蔵しており、光通信等に使用される半導体モジュー
ルに関し、特にレーザ発振器及び変調器が同一のチップ
に集積された半導体レーザモジュールに好適な半導体モ
ジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、光通信に使用される従来の半
導体レーザモジュールを示す概略図である。半導体レー
ザチップ２１はキャリア２２上に搭載されており、この
半導体レーザチップ２１にはレーザ発振器及び変調器が
集積されている。このチップ２１には、図１３に示すよ
うに、上面側に変調信号入力電極２１ａ及びレーザ発振
電力用電極２１ｂが設けられており、チップ下面側に接
地用電極２１ｃが設けられている。

【０００３】また、キャリア２２は、図１４（ａ），
（ｂ）にその断面図及び上面図を示すように、導電性の
ＣｕＷ層２２ａと、このＣｕＷ層２２ａ上に形成された
絶縁性のＡｌＮ層２２ｂと、このＡｌＮ層２２ｂ上に形
成された導電層２２ｃとにより構成されている。導電層
２２ｃには、図１４（ｂ）に示すように、接地パターン
２２ｆと、中間パターン２２ｇと、中間パターン２２ｇ
と接地パターン２２ｆとの間を接続する５０Ωの抵抗Ｒ
とが設けられている。なお、破線Ｓはチップボンディン
グ位置を示す。

【０００４】また、キャリア２２の一方の側ではＣｕＷ
層２２ａがＡｌＮ層２２ｂよりも側方に突出して段差が
形成されている。そして、ＡｌＮ層２２ｂにはビアホー
ル２２ｅが選択的に形成されており、これらのビアホー
ル２２ｅを介してＣｕＷ層２２ａと接地パターン２２ｆ
とが電気的に接続されている。キャリア２２はペルチェ
クーラー２３上に搭載されており、このペルチェクーラ
ー２３は金属製の収納ケース２４の底部に固定されてい
る。ペルチェクーラー２３にリード（図示せず）を介し
て所定の電流を流すと、ペルチェクーラー２３の上側で
は熱の吸収が起こり、キャリア２２上の半導体レーザチ
ップ２１を冷却することができる。また、このときペル
チェクーラー２３の下側では吸収した熱に応じた熱が発
生するが、この熱は収納ケース２４を介して外部に発散
される。

【０００５】収納ケース２４の一方の側壁部にはアース
板２７及びストリップライン２５が重ね合わされた状態
で収納ケース２４の壁を貫通して配設されている。図１
５（ａ），（ｂ）はストリップライン２５を示す上面図
及び断面図である。このストリップライン２５は、板状
のセラミックス部２５ａと、このセラミックス部２５ａ
の上面側の幅方向の中央に直線状に延びるストリップ導
体２５ｂと、セラミックス部２５ａの上面側の両側端部
近傍、両側面及び底面を被覆する導電性の接地部２５ｃ
とにより構成されている。そして、収納ケース２４の外
側部分で、ストリップ導体２５ｂにリード２８ａが接合
されている。なお、ストリップライン２５は、半導体レ
ーザチップ２１の内部インピーダンスと同じ特性インピ
ーダンスに設定されている。また、収納ケース２４のス
トリップライン２５が貫通している部分には絶縁材２９
ａが配設されており、ストリップ導体２５ｂと収納ケー
ス２４とを電気的に分離するようになっている。更に、
ストリップライン２５の接地部２５ｃは、アース板２７
を介して収納ケース２４に電気的に接続されている。

【０００６】収納ケース２４の他方の側壁部にはリード
２８ｂが貫通して配設されている。この収納ケース２４
のリード２８ｂが貫通した部分には、絶縁材２８ｂが配
設されており、リード２８ｂと収納ケース２４とを電気
的に分離するようになっている。また、ストリップライ
ン２５のストリップ導体２５ｂとチップ２１上の電極２
１ａとの間、電極２１ａと抵抗Ｒに接続した中間パター
ン２２ｇとの間、及びチップ２１の電極２１ｂとリード
２８ｂとの間は、それぞれ金属細線（ボンディングワイ
ヤ）３０により電気的に接続されている。

【０００７】このように構成された半導体レーザモジュ
ールにおいて、収納ケース２４を接地電位とし、リード
２８ｂを介して半導体レーザチップ２１にレーザ発振用
電力を供給するとともに、外付けのドライバーＩＣから
リード２８ａを介してチップ２１内の変調器に変調信号
を供給すると、変調されたレーザ光が半導体レーザチッ
プ２１から出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体レーザモジュールにおいては、以下に示
す問題点がある。すなわち、近年、光通信用半導体レー
ザモジュールとして、ビットレートが１０Ｇｂ／ｓ程度
の高速度変調を行うものが注目されている。この場合
に、従来の半導体レーザモジュールでは、単に半導体レ
ーザチップの内部インピーダンスと同じ特性インピーダ
ンスを有するストリップラインを使用してＳｌｌ特性
（リターンロス）を改善することが行われていたが、例
えば１０ＧＨｚの高周波信号を入力すると、リターンロ
スが大きく、光波形の劣化を招くという問題点がある。

【０００９】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、１０ＧＨｚ程度までの高周波信
号に対するリターンロスを低減し、光波形の劣化を回避
できる半導体レーザモジュールを提供することを目的と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、少なく
とも変調器が集積され、変調信号入力電極を有する半導
体チップと、この半導体チップが搭載されたキャリア
と、このキャリアを前記半導体チップとともに収納する
収納ケースと、外部から変調信号が与えられるリード
と、このリードと前記変調信号入力電極との間を電気的
に接続する変調信号伝送路と、この変調信号伝送路内に
設けられたアッテネータとを有することを特徴とする半
導体モジュールにより解決する。

【００１１】本発明においては、リードと半導体チップ
の変調信号入力電極との間を電気的に接続する変調信号
伝送路内にアッテネータが設けられており、このアッテ
ネータにより、外付けのドライバーＩＣとの電気的マッ
チングを改善する。これにより、リターンロスを著しく
低減することができて、例えば、１０ＧＨｚの高周波信
号に対し、リターンロスを−２０ｄＢ以下に抑えること
も可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 （第１の形態）図１は本発明に係る半導体レーザモジュ
ールの第１の形態を示す概略図である。

【００１３】半導体レーザチップ１はキャリア２上に搭
載され、このキャリア２はペルチェクーラー３上に搭載
されて、金属製の収納ケース４内に収納されている。半
導体レーザチップ１にはレーザ発振器及び変調器が集積
されており、図２に示すように、チップ１の上面側には
高周波の変調信号が入力される変調信号入力電極１ａ及
びレーザ発振用電圧が印加される電極１ｂが設けられて
おり、チップ１の下面側には接地用電極１ｃが設けられ
ている。

【００１４】キャリア２は、図３（ａ），（ｂ）にそれ
ぞれ断面図及び上面図を示すように、導電性のＣｕＷ層
２ａと、このＣｕＷ層２ａ上に形成された絶縁性のＡｌ
Ｎ層２ｂと、このＡｌＮ層２ｂ上に形成された導電層２
ｃとにより構成されている。キャリア２の一方の側では
ＣｕＷ層２ａがＡｌＮ層２ｂよりも側方に突出して段差
が形成されている。また、導電層２ｃには、接地パター
ン２ｆと、中間パターン２ｇと、中間パターン２ｇと接
地パターン２ｆとの間を接続する５０Ωの抵抗Ｒとが設
けられている。更に、ＡｌＮ層２ｂには複数のビアホー
ル２ｅが選択的に形成されており、これらのビアホール
２ｅを介してＣｕＷ層２ａと接地パターン２ｆとが電気
的に接続されている。なお、図３（ａ）中、破線Ｓはチ
ップボンディング位置を示す。

【００１５】このキャリア２はペルチェクーラー３上に
搭載され、このペルチェクーラー３は収納ケース４の底
部に固定されている。このペルチェクーラー３にリード
（図示せず）を介して所定の電流を供給すると、ペルチ
ェクーラー３の上側では熱の吸収が起こり、キャリア２
上の半導体レーザチップ１を冷却することができる。ま
た、このときペルチェクーラー３の下側では吸収した熱
に応じた熱が発生するが、この熱は収納ケース４を介し
て外部に発散される。

【００１６】収納ケース２の一方の側壁部には第１のス
トリップライン５及びアース板７が重ね合わされた状態
で収納ケース４の壁を貫通して配設されている。第１の
ストリップライン５は、図４に示すように、板状のセラ
ミックス部５ａと、このセラミックス部５ａの上面側の
幅方向の中央に直線状に延びたストリップ導体５ｂと、
セラミックス部５ａの上面両側端近傍、側面及び下面を
被覆する導電性の接地部５ｃとにより構成されている。
ストリップ導体５ｂは、収納ケース４の外側部分でリー
ド８ａに接続されている。また、収納ケース４の第１の
ストリップライン５が貫通した部分には絶縁材９ａが配
設されており、ストリップ導体５ｂと収納ケース４とが
電気的に分離されるようになっている。

【００１７】アース板７はストリップライン５よりも若
干収納ケース４の内側に延びており、このアース板７と
キャリア２の段差部との間には第２のストリップライン
６が掛け渡されている。この第２のストリップライン６
は、図５に示すように、板状の誘電体６ａと、この誘電
体６ａの上面側の中央に直線状に延びたストリップ導体
６ｂと、ストリップ導体６ｂに介装されたアッテネータ
６ｄと、誘電体６ａの上面両側端近傍、側面及び下面を
被覆する導電性の接地部６ｃとにより構成されている。
なお、アッテネータ６ｄは、ストリップ導体６ｂの途中
に直列接続されて介装された２個の抵抗Ｒ11，Ｒ12と、
これらの抵抗Ｒ11，Ｒ12間と接地部６ｃとの間に接続さ
れた抵抗Ｒ13とにより構成されている。

【００１８】また、収納ケース４の他方の側部には、収
納ケース４の壁を貫通してリード８ｂが配設されてい
る。収納ケース４のリード８ｂが貫通した部分には絶縁
材９ｂが配設されており、リード８ｂと収納ケース４と
が電気的に分離されるようになっている。そして、第１
のストリップライン５のストリップ導体５ｂと第２のス
トリップライン６のストリップ導体６ｂとの間、第２の
ストリップライン６のストリップ導体６ｂとチップ１の
電極１ａとの間、電極１ａとキャリア２の抵抗Ｒに接続
した中間パターン２ｇとの間及び電極１ｂとリード８ｂ
との間はそれぞれ金属細線（ボンディングワイヤ）１０
により電気的に接続されている。また、第１及び第２の
ストリップライン５，６の接地部５ｃ，６ｃはアース板
７を介して収納ケース４に電気的に接続されている。

【００１９】このように構成された本形態に係る半導体
レーザモジュールにおいて、収納ケース４を接地電位と
し、リード８ｂを介して半導体レーザチップ１にレーザ
発振用電力を供給するとともに、リード８ａに外付けの
ドライバーＩＣから変調マイクロ波信号を入力すると、
半導体レーザチップ１のレーザ発振部から出力されたレ
ーザ光は変調部で変調され、外部に出射される。このと
き、半導体レーザチップ１ではレーザ光の発生により熱
が発生するが、ペルチェクーラー３により冷却される。

【００２０】本形態においては、第２のストリップライ
ン６にアッテネータ６ｄが設けられており、リード８ａ
に入力された変調信号はこのアッテネータ６ｄを介して
チップ１に与えられるので、外付けのドライバーＩＣと
の電気的マッチングを改善することができ、その結果、
変調マイクロ波信号のリターンロスを低減することがで
きる。

【００２１】以下、本形態に係る半導体レーザモジュー
ルの性能を従来例と比較して説明する。図５に示す抵抗
Ｒ11，Ｒ12をいずれも１６．６Ω、抵抗Ｒ13を６６．７
Ωとすると、減衰率が６ｄＢのアッテネータとなり、リ
ターンロス（往復でのロス）を１２ｄＢ改善することが
できる。図６（ａ），（ｂ）は、横軸に周波数をとり、
縦軸にリターンロスをとって、従来の半導体レーザモジ
ュール及び本形態（本発明）の半導体レーザモジュール
におけるリターンロスを示す図である。この図６
（ａ），（ｂ）に示すように、従来の半導体レーザモジ
ュールにおいては、周波数が約１０ＧＨｚのときのリタ
ーンロスが約−１０ｄＢ程度であるのに対し、本形態に
おいては、リターンロスを−２０ｄＢ以下にすることが
できる。従って、本形態においては、ビットレートが例
えば１０Ｇｂ／ｓと高速度の変調においても、光波形の
劣化を回避できるという効果を奏する。

【００２２】（第２の形態）図７は本発明の第２の形態
を示す概略図、図８は同じくそのストリップライン１５
を示す図である。なお、図７において図１と同一物には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。本実施
例においては、アース板７及びストリップライン１５が
重ね合わされた状態で収納ケース４の側壁を貫通して配
設されており、ストリップライン１５の先端部はキャリ
ア２の段差部上に配置されている。このストリップライ
ン１５は、図８に示すように、板状のセラミックス部１
５ａと、このセラミックス部１５ａの上面の幅方向の中
央に直線状に延びたストリップ導体１５ｂと、このスト
リップ導体１５ｂの途中に介装されたアッテネータ１５
ｄと、セラミックス部１５ａの上面の両側端近傍、側面
及び底面を被覆する導体からなる接地部１５ｃとにより
構成されている。また、アッテネータ１５ｄは、ストリ
ップ導体１５ａの間に直列に接続されて介装された抵抗
Ｒ21，Ｒ22と、これらの抵抗Ｒ21，Ｒ22間と接地部１５
ｃとの間を接続する抵抗Ｒ23とにより構成されている。

【００２３】本形態においても、ストリップライン１５
にアッテネータ１５ｄが設けられており、このアッテネ
ータ１５ｄを介して変調マイクロ波信号が半導体レーザ
チップ１に与えられるので、外付けのドライバーＩＣと
の電気的マッチングを改善することができて、第１の形
態と同様の効果を得ることができる。 （第３の形態）図９は本発明の第３の形態を示す概略
図、図１０は同じくそのキャリア１２を示す上面図であ
る。なお、図９において図１と同一物には同一符号を付
してその詳しい説明を省略する。また、図１０におい
て、破線はチップ１の搭載位置を示す。

【００２４】本形態においては、キャリア１２の導体層
１２ｃに、接地パターン１２ｆ及び中間接続用パターン
１２ｇとともに、アッテネータ１２ｄが形成されてい
る。このアッテネータ１２ｄは、図１０に示すように、
３個の抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33と、これらの抵抗Ｒ31，Ｒ
32，Ｒ33間を接続する導体部１２ｂとにより構成されて
おり、抵抗Ｒ31，Ｒ32は直列接続され、抵抗Ｒ33は抵抗
Ｒ31，R32 間と接地パターン１２ｆとの間に接続されて
いる。

【００２５】一方、ストリップライン２５は、図１５に
示すものと基本的には同一のものである。このストリッ
プライン２５のストリップ導体とアッテネータ１２ｄの
入力端との間、アッテネータ１２ｄの出力端とチップ１
の変調信号入力電極１ａとの間、電極１ａと抵抗Ｒに接
続した中間パターン２ｇとの間、及びチップ１のレーザ
発振用電力入力電極１ｂとリード８ｂとの間は、いずれ
も金属細線１０により電気的に接続されている。

【００２６】本形態においても、キャリア１２に設けら
れたアッテネータ１２ｄを介してチップ１の変調信号入
力電極に変調マイクロ波信号が与えられるので、外付け
のドライバーＩＣとの電気的マッチングを改善すること
ができる。これにより、第１の形態と同様の効果を得る
ことができる。なお、上述の実施の形態においては、い
ずれもアッテネータが図１１（ａ）に回路図を示すよう
に３個の抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 により構成されたＴ型ア
ッテネータの場合について説明したが、これにより本発
明に使用可能なアッテネータがＴ型に限定されるもので
ないことは勿論であり、例えば図１１（ｂ）に回路図を
示すように、３個の抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 により構成さ
れるπ型アッテネータ等、他の形状のアッテネータを使
用してもよい。また、上述の実施の形態においては、レ
ーザ発振器及び変調器が同一チップに集積された半導体
チップを有する半導体モジュールについて説明した、本
発明は、変調器のみを内蔵する半導体チップを有する半
導体モジュール等にも適用できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変調信号が入力されるリードと半導体チップの変調信号
入力電極との間にアッテネータが設けられており、この
アッテネータにより外付けのドライバーＩＣとの電気的
マッチングが改善されるので、リターンロスを著しく低
減することができる。例えば、本発明によれば、周波数
が１０ＧＨｚの高周波信号に対しリターンロスを−２０
ｄＢ以下に抑えることができて、高速度変調における光
波形の劣化を回避できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザモジュールの第１の形態
を示す概略図である。

【図２】半導体レーザチップを示す模式図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はキャリアの断面図及び上面図
である。

【図４】（ａ），（ｂ）は第１のストリップラインの上
面図及び断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は第２のストリップラインの上
面図及び断面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は従来の半導体レーザモジュー
ル及び本発明の半導体レーザモジュールのリターンロス
特性を示す図である。

【図７】本発明の半導体レーザモジュールの第２の形態
を示す概略図である。

【図８】同じくそのストリップラインを示す図である。

【図９】本発明の半導体レーザモジュールの第３の形態
を示す概略図である。

【図１０】同じくそのキャリアを示す図である。

【図１１】（ａ）はＴ型アッテネータを示す回路図、
（ｂ）はπ型アッテネータを示す回路図である。

【図１２】従来の半導体レーザモジュールを示す概略図
である。

【図１３】半導体レーザチップを示す模式図である。

【図１４】（ａ），（ｂ）はキャリアの断面図及び上面
図である。

【図１５】（ａ），（ｂ）はストリップラインを示す上
面図及び断面図である。

【符号の説明】

１，２１ 半導体レーザチップ ２，１２，２２ キャリア ３，２３ ペルチェクーラー ４，２４ 収納ケース ５，６，１６，２６ ストリップライン ５ｄ，１６ｄ，１２ｄ アッテネータ ７，２７ アース板 ８ａ，８ｂ，２８ａ，２８ｂ リード ９ａ，９ｂ，２９ａ，２９ｂ 絶縁材 １０，３０ 金属細線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも変調器が集積され、変調信号
   入力電極を有する半導体チップと、 この半導体チップが搭載されたキャリアと、 このキャリアを前記半導体チップとともに収納する収納
   ケースと、 外部から変調信号が与えられるリードと、 このリードと前記変調信号入力電極との間を電気的に接
   続する変調信号伝送路と、 この変調信号伝送路内に設けられたアッテネータとを有
   することを特徴とする半導体モジュール。
2. 【請求項２】 前記変調信号伝送路は、前記収納ケース
   の壁部を貫通して配設されたストリップラインにより構
   成され、前記アッテネータは該ストリップラインに設け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モ
   ジュール。
3. 【請求項３】 前記変調信号伝送路は、前記収納ケース
   の壁部を貫通して配設された第１のストリップライン
   と、この第１のストリップラインと前記キャリアとの間
   に配設された第２のストリップラインとにより構成さ
   れ、前記アッテネータは前記第２のストリップラインに
   設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体モジュール。
4. 【請求項４】 前記アッテネータは前記キャリアに設け
   られており、前記変調信号は該アッテネータを介して前
   記変調信号入力電極に与えられることを特徴とする請求
   項１に記載の半導体モジュール。