专利名称：半导体元件安装基板和光发送模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信用的光发送模块，特别是涉及在具有高速传送速率(例如，10Gbit/s)的光无线收发机的发送部中使用的光发送模块。
背景技术：
使用了半导体激光器的光发送模块是光纤传送用无线收发机的关键器件之一。随着近年的宽带网络的普及，正在谋求光发送模块的高速化，广泛地使用了位速率达10Gbit/s的光发送模块。作为适合于上述用途的光发送模块，强烈地要求是小型、低成本的，同时实现良好的发送波形品质。
以前，作为将高频特性的改善定为目标的光发送模块，公开了在特开2001-257412号公报(对应于美国专利第6823145号)和特开2001-308130号公报(对应于美国专利第6507111号)中显示的光发送模块。在特开2001-257412号公报和特开2001-308130号公报中记载了使连接电场吸收型光调制器集成激光器二极管的调制器与信号线的第一键合引线和连接调制器与终端电阻的第二键合引线的电感的关系最佳化从而谋求了对于高频输入侧的特性阻抗50欧姆的小信号反射系数(S11)的减少和光调制器的小信号通过特性(S21)中的3dB频带的确保的兼顾的光发送模块。
如特开2001-257412号公报和特开2001-308130号公报中记载的那样，在以前的光发送模块中利用键合引线将终端电阻的一端连接到调制器上，但另一端不连接到调制器上，而是经接地通路等连接到了接地电极上。此外，在光调制器集成激光器二极管中在芯片背面上设置了电场吸收型调制器的阴极电极或阳极电极。
另一方面，在特开2005-353910号公报(对应于美国专利出版物第2005/275053号)中记载了其它的器件结构的电场吸收型光调制器集成激光器二极管，在半绝缘性半导体衬底上设置了光调制器元件和激光器二极管元件，通过使各器件电隔离，可进行单一电源的驱动。
10Gbit/s光纤传送用的无线收发机的市场从以前的SONET/SDH方式扩大为Ethernet(Ethernet是登录商标)方式。作为对无线收发机的供给电源，在前者中可从外部供给正负2个电源，而在后者中强烈地要求变更为只用正电源的单一电源供给方式。
在将以前的用正负2个电源驱动的电场吸收型光调制器集成激光器二极管用于无线收发机的发送部的情况下，为了与上述的单一电源供给方式相对应，必须在无线收发机内部另外确保负电源，例如，有必要在无线收发机内部新安装DC-DC变换器等。因此，安装部件数及其安装面积增加，在无线收发机的小型化和低成本化方面是极为不利的。
作为解决这样的问题的一个方法，可举出将在上述特开2005-353910号公报中表示的那样的在半绝缘性半导体衬底上集成了光调制器元件和激光器二极管元件的可进行单一电源驱动的光调制器集成激光器二极管应用于光发送模块的方法。在采用了在上述特开2001-257412号公报和特开2001-308130号公报中公开的那样的将终端电阻的一端连接到接地电极上的电路形式的情况下，为了使用在上述特开2005-353910号公报中公开的光调制器集成激光器二极管芯片，有必要用键合引线将在芯片表面上设置的光调制器元件的阴极端子或阳极端子连接到接地电极上。
但是，在该电路形式中附加的键合引线的微小的电感在光调制器的小信号通过特性(S21)中产生不需要的增益(脉冲峰化)。其结果，即使在可以安装的范围内缩短至接地电极的键合引线长度以谋求特性的改善，也难以得到良好的输出波形品质。
发明内容
本发明的目的在于，提供能解决上述的现有技术的问题的半导体元件安装基板和光发送模块。
本发明的另一目的在于，为了在单一电源驱动方式的光发送模块中使光调制器的输出波形变得良好，提出兼顾小信号通过特性(S21)中的脉冲峰化的抑制和小信号反射系数(S11)的减少的结构，提供适合用于高速信号(例如，10Gbit/s)用光传送无线收发机的光发送模块。
作为一例，在基板上安装了具有在基板表面上设置了阴极电极的光调制器的光调制器集成激光器元件、接地电极、对上述光调制器输入电信号的输入传送线路和对于已输入的电信号的终端电阻的光发送模块中，通过用键合引线连接上述终端电阻的接地侧的电极和与上述接地电极连接的上述光调制器的阴极电极或阳极电极，可达到上述目的。
再有，希望在夹住光调制器集成激光器元件的彼此相反一侧配置光调制器的阳极电极与输入传送线路的由键合引线形成的连接部和光调制器的阴极电极与接地电极的由键合引线形成的连接部。
再者，希望将该光调制器配置成位于上述接地电极或输入传送线路的图案电极上。
按照本发明，可得到能兼顾用于在单一电源驱动方式的光发送模块中使光调制器的输出波形变得良好的小信号通过特性(S21)中的脉冲峰化的抑制和小信号反射系数(S11)的减少的结构，可实现最适合用于高速信号(例如，10Gbit/s)用光传送无线收发机的光发送模块。
图1是表示本发明的实施例1的光发送模块的主要部分的结构图。
图2是表示本发明的实施例1的光发送模块的主要电路图。
图3是本发明的实施例1的载体基板部分的详细图。
图4是表示本发明的实施例2的光发送模块的主要部分的结构图。
图5是表示本发明的实施例2的光发送模块的主要电路图。
图6是本发明的实施例2的载体基板部分的详细图。
图7是表示本发明的实施例3的光发送模块的主要部分的结构图。
图8是表示本发明的实施例3的光发送模块的主要电路图。
图9是表示说明本发明的效果的频率与光发送模块的电-光小信号通过特性S21的关系的图。
图10是表示说明本发明的效果的光发送模块的光输出波形的图。
图11是表示说明本发明的效果的光发送模块的过剩增益特性的引线电感依存性的图。
图12是表示说明本发明的效果的光发送模块的3dB频带特性的引线电感依存性的图。
图13是表示说明本发明的效果的光发送模块的输入反射特性的引线电感依存性的图。
图14是表示使用了以前的电路形式的情况的特性的图。
图15是表示使用了以前的电路形式的情况的特性的图。
图16是表示使用了以前的电路形式的情况的光发送模块的过剩增益特性的引线电感依存性的图。
图17是表示使用了以前的电路形式的情况的光发送模块的3dB频带特性的引线电感依存性的图。
图18是表示使用了以前的电路形式的情况的光发送模块的输入反射特性的引线电感依存性的图。
图19是表示说明本发明的实施例2的效果的光发送模块的输入反射特性S11的曲线图。
图20是表示说明本发明的实施例2的效果的光发送模块的小信号通过特性S21的曲线图。
图21是表示不应用实施例2的结构的情况的光发送模块的输入反射特性S11的曲线图。
图22是表示不应用实施例2的结构的情况的光发送模块的小信号通过特性S21的曲线图。
图23是表示本发明的实施例1中的光调制器集成激光器芯片的结构的示意图。
具体实施例方式
以下，使用附图详细地说明本发明。再有，在此使用具有10Gbit/s的传送速率的信号作为高速调制信号来说明，但如后述那样，不限定于该速度的信号。
实施例1利用图1～图3和图9～图13说明本发明的第1实施例。
图1是表示本实施例中的光发送模块的主要部分的结构图，图2是表示光发送模块的主要电路图，图3是安装光半导体元件的载体基板部分的详细图，图9是表示频率与光发送模块的电-光小信号通过特性S21的关系的图，图10是表示光发送模块的光输出波形的图，图11～图13分别是表示使连接到光调制器元件上的键合引线的电感变化时的过剩增益、3dB频带、输入反射特性S11的曲线图。
首先使用图1说明光发送模块的结构。光发送模块使用CAN型(从圆筒的单侧引出了端子的结构)的封装框体，1是其金属杆，2是主要部分安装用的金属台座。在金属杆1中通过圆筒状的贯通孔(贯通孔下部10和贯通孔上部12、贯通孔下部9和贯通孔上部11)设置了圆柱状的引线销钉3、4，利用密封玻璃5来固定。在金属台座2上安装设置了传送线路8的中继基板7和载体基板23。
在载体基板23的表面上设置了高频信号的终端用的电阻元件24、接地电极25、输入传送线路27的各图案，接地电极25利用通孔26连接到载体基板23的背面电极上。在载体基板23上安装半导体芯片22和旁路电容器28。半导体芯片22是在半绝缘性半导体晶片的表面上形成了半导体激光器二极管元件20和光调制器元件21的光调制器集成激光器芯片。
从半导体激光器二极管元件20输出的连续激光在通过了光调制器元件21后经结合透镜(图中省略)朝向光纤射出。光调制器元件21利用来自外部的驱动用IC的具有大致10Gbit/s的位速率的电调制信号将连续地发光的激光调制为光调制信号。此外，在金属杆1上设置了监视用光电二极管6，固定在能接受半导体激光器二极管元件20的后方输出光的位置上。
第一键合引线31连接输入传送线路27的图案电极与光调制器元件21的阳极电极，第二键合引线32连接光调制器元件21的阳极电极与电阻元件24的一端。第三键合引线33连接电阻元件24的另一端与光调制器元件21的阴极电极，第四键合引线34连接光调制器元件21的阴极电极与接地电极25。此外，利用多条键合引线(或带状引线)38连接载体基板23上的输入传送线路27和中继基板7上的传送线路8，使其成为更低的电感。利用AuSn合金等接合传送线路8与引线销钉3。由此，构成从引线销钉3到光调制器元件21的电信号输入路径。
将半导体激光器二极管元件20的阳极电极经键合引线37连接到接地电极25上，将阴极电极经键合引线35、36连接到引线销钉4上。通过将外部负电源连接到引线销钉4上，对激光器二极管元件20供给正向直流电流。监视用光电二极管6的输出通过另一引线销钉(图中省略)输出到外部。
作为CAN型的封装框体，例如使用直径5.6mm的TO-56型的框体等。作为金属杆1、金属台座2的材料，如果使用廉价的铁，则在低成本化方面是合适的。用氧化铝、氮化铝等的电介质材料构成中继基板7和载体基板23。在将载体基板23定为热传导率高的氮化铝的情况下，减少了从半导体芯片22至金属台座2的热阻，在抑制元件温度上升方面是合适的。
此外，也可用氮化铝等的电介质基板与铜钨等的金属板的贴合基板构成载体基板23，在该结构中，在进一步减少热阻方面是合适的。用氮化钽膜构成电阻元件24，利用激光修整将电阻值调整为50欧姆。如果使用由单层的高电介质基板构成的平行平板型的片状电容器作为旁路电容器28，则在小型化方面是合适的。
其次，使用图2说明电路结构。驱动用IC61输出的电调制信号通过由外部传送线路60、用贯通孔下部10、引线销钉3和密封玻璃5构成的同轴线路T10、用贯通孔上部12、引线销钉3和空气构成的同轴线路T12、中继基板7上的传送线路8以及键合引线38具有的电感L38构成的至载体基板23的输入系统输入到载体基板23的输入传送线路27中。驱动用IC61的输出阻抗定为50欧姆。
用安装驱动用IC61的印刷基板上的传送线路和连接该印刷基板与引线销钉3的柔性基板上的传送线路构成外部传送线路60，特性阻抗定为50欧姆。同轴线路T10的特性阻抗定为30欧姆，同轴线路T12、传送线路8和输入传送线路27的特性阻抗定为50欧姆。R24是电阻元件24具有的电阻，L31、L32、L33、L34分别是第一、第二、第三、第四键合引线31、32、33、34具有的电感。电调制信号经这些电路元件输入到光调制器元件21的阳极电极与阴极电极间。C21表示光调制器元件21的阴极电极与背面电极之间产生的寄生电容。
另一方面，由外部的电流驱动电路62对半导体激光器二极管元件20供给正向直流电流Ibias，使激光输出。在此，L35、L36、L37表示键合引线35、36、37具有的电感，C28表示旁路电容器28的电容。通常，由于对光调制器元件21施加反向偏置电压使其工作，故在本实施例1中将-5.2V等的单一负电源用于驱动用IC61和电流驱动电路62。
其次，使用图3和图23，说明载体基板部分的结构。
在图23中表示半导体芯片22的元件结构的概略示意图。作为半导体芯片22，使用在掺铁型的半绝缘性InP衬底的表面上集成了作为分布反馈式激光器二极管(DFB-LD)的半导体激光器二极管元件20和作为电场吸收型调制器(EAM)的光调制器元件21的芯片。
在半绝缘性InP衬底300的上部的元件形成部，形成导电性n型层301、各器件必要的的半导体层302，并在最上部晶体生长p型接触层303，利用离子注入等的方法使各元件间的区域高阻化(高阻层304)，对各元件进行电隔离。在半导体芯片22的表面上设置半导体激光器二极管元件20的阳极电极305和阴极电极306以及光调制器元件21的阳极电极307和阴极电极308。在芯片的背面上设置至载体基板23的接合用的背面电极309，对于在表面上设置的其他的电极进行电隔离。
在图3中，通过在安装制约方面可能的范围内缩短第一键合引线31和第四键合引线34，可减少各引线的电感L31、L34。此外，第一键合引线31与输入传送线路27的连接部相对于第四键合引线34与接地电极25的连接部配置在夹着半导体芯片22的相反一侧。
这是由于，在接近地、平行地配置了第一键合引线31和第四键合引线34的情况下，在两者中流过的调制信号电流的方向彼此相反，各引线的电感L31、L34因互感的发生而增大，引起光发送模块的特性恶化。在本实施例1中，通过作成上述的配置，可抑制互感的发生，可减少电感L31、L34。
另一方面，如后述的那样，希望第二键合引线32和第三键合引线33具有一定的长度以使各引线的电感L32、L33的总和接近于所希望的值。根据我们的研究，该值(L32和L33的总和)由安装方式、光调制器元件的电特性来决定，但希望大体约为0.6nH至0.8nH。
在接近地、平行地配置了第二键合引线32和第三键合引线33的情况下，由于在两者中流过的调制信号电流的方向彼此相反，故可使各引线的电感L32、L33因互感的发生而增加。利用该效应，即使缩短第二键合引线32和第三键合引线33的长度，也能得到所希望的电感值，在载体基板23的小型化和光发送模块的小型化方面是合适的。
此外，如图3中所示，在以光调制器元件21的阳极电极为中继点、利用一条引线以直线方式形成了第一键合引线31和第二键合引线32的情况下，可将光调制器元件21的阳极电极的面积抑制为最小限度，在减少光调制器元件21的元件电容方面是合适的。
但是，如图23中所示，光调制器元件21的阴极电极308连接到了元件导电层中位于最下层的导电性n型层301上。因此，即使在将与背面电极309之间产生的寄生电容抑制为最小限度的情况下，阴极电极-背面电极间电容C21仍然比阳极电极307与背面电极309之间的电容大。
在本实施例1中，通过在接地电极25上接合背面电极309并将阴极电极308经第四键合引线34连接到接地电极25上，可将因阴极电极308-背面电极间电容C21引起的电路工作方面的特性恶化抑制为最小限度，在得到良好的光发送模块特性方面是合适的。再有，在此，将接地电极的图案形成为使调制器部的背面电极位于载体基板的接地电极上，但也可将输入传送线路的电极形成为输入传送线路的图案电极处于调制器部的背面电极下。
其次，使用图9、图10说明本实施例的光发送模块的特性。这些特性是利用电路模拟计算出的特性。在本实施例中，例如将由第一键合引线31产生的电感L31定为0.2nH，将第二键合引线32和第三键合引线33的电感的总和Lterm(＝L32+L33)定为0.6nH。此外，如果将由第四键合引线34产生的光调制器元件21的从阴极电极到接地电极的电感记述为Lgnd(＝L34)，则在将Lgnd定为0.2nH的情况下，可得到图9中表示的小信号通过特性(S21)和图10中表示的光输出波形特性。
如图9中所示，S21特性在频带内没有不需要的脉冲峰化，对于3dB频带，也得到了充分地高达12GHz的良好的特性。根据该特性，可得到图10的光输出波形表示的那样的良好的波形品质。
作为比较，在图14和图15中表示不设置第三键合引线并将终端电阻的一端连接到接地电极上的以前的电路方式的情况的小信号通过特性(S21)和光输出波形的计算结果。因电感Lgnd(＝0.2nH)之故，如图14所示，在S21特性中在频带内发生约2dB的大小的不需要的脉冲峰化(过剩增益)，如图15所示，在光输出波形中产生伴随超出规定的重大的波形品质恶化。
其次，使用图11、图12和图13说明本发明的效果。
在图11中表示由小信号通过特性(S21)中的脉冲峰化产生的过剩增益与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性。据此，按照由本发明得到的电路结构，即使使Lgnd从0变化为0.3nH，也几乎没有对过剩增益的影响，这表示只用Lterm的值这一项就基本上可以进行控制。可知，例如为了完全地抑制过剩增益，使Lterm小于等于0.6nH即可。
在图12中表示小信号通过特性(S21)中的3dB频带与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性。据此，显示了为了提高3dB频带，Lgnd的减少和Lterm的增加是有效的。即，在抑制了过剩增益之后为了使3dB频带成为最佳，希望将Lterm定为0.6nH并在可安装的范围内减少Lgnd。例如，即使在将Lterm定为0.6nH、将Lgnd定为0.3nH的情况下，在3dB频带也可得到12GHz，对于在10Gbit/s中的工作可确保充分的频带特性。
在图13中表示频率范围0-8GHz中的输入反射特性S11的最大值与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性，但存在使反射特性为极小的组合，显示了在Lgnd为0.1nH～0.3nH的情况下将Lterm选择为0.6nH～0.8nH的范围的值是合适的。例如，在将Lterm定为0.6nH的情况下，通过将Lgnd定为0.1nH，可使S11小于等于-20dB，但即使在将Lgnd增加到0.3nH的情况下，也可得到小于等于-15dB的S11，对于在10Gbit/s中的工作可确保良好的输入反射特性。
作为比较，在图16～18中分别表示采用了不设置第三键合引线并将终端电阻的一端连接到接地电极上的以前的电路方式的情况的过剩增益、3dB频带、输入反射特性S11。
首先，在图16中表示由小信号通过特性(S21)中的脉冲峰化产生的过剩增益与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性，显示随着将Lgnd从0变化为0.3nH，过剩增益急剧地增大。可知，通过减少Lterm的值，可在某种程度上减少过剩增益，但例如在Lgnd为0.2nH的情况下，即使将Lterm减少为0.2nH，也产生0.4dB的过剩增益。
在图17中表示小信号通过特性(S21)中的3dB频带与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性，显示了为了提高3dB频带，Lgnd的减少和Lterm的增加是有效的。
另一方面，在图18中表示频率范围0-8GHz中的输入反射特性S11的最大值与键合引线电感Lterm、Lgnd的依存性，随着将Lgnd从0变化为0.3nH，S11急剧地增大(恶化)。在减少了Lterm的情况下，S11进一步增加，例如在Lgnd为0.2nH的情况下，如果为了将过剩增益抑制得较低而将Lterm减少到0.2nH，则S11增大到-11dB。
这样，按照我们的研究，在以前的电路方式中，Lgnd增加的情况的特性恶化加剧，利用其他的电感值等进行最佳设计是困难的。
如以上已说明的那样，按照本发明的电路方式，用于位速率大体为10Gbit/s的光无线收发机时，可实现合适的光发送模块。在此，所谓大体为10Gbit/s的位速率，包含位速率为9.95Gbit/s、10.7Gbit/s、11.1Gbit/s的SONET规格和位速率为10.3Gbit/s、11.3Gbit/s的10千兆比特以太规格，但不限于此。
再有，在本实施例中，将由贯通孔10、引线销钉3和密封玻璃5构成的同轴线路T10的特性阻抗定为30欧姆，但根据其构件形状和在适合于密封的玻璃材料的选择，也可使同轴线路的特性阻抗例如在20～50欧姆的范围内变化。此外，将电阻元件24的电阻值定为50欧姆，但根据在实际的无线收发机中安装的驱动用IC的相位特性，例如也可在40～60欧姆的范围内变更该电阻值。
作为变形例，在本实施例的图2中的电路结构中，可将全部的接地电位定为例如+5.0V等的恒定电压电位。在该情况下，可用+5.0V等驱动驱动用IC61和电流驱动电路62，可实现只用单一的正电源工作的光发送模块。此外，也可在驱动用IC61与光发送模块之间可插入偏置T状物，利用另外的直流电压源施加光调制器元件21的反向偏置电压。在该情况下，由于驱动用IC61只驱动电调制信号的电压振幅分量即可，故可实现更低电压电源下的工作，在无线收发机的低功耗化方面是合适的。
此外，作为另一变形例，在本实施例中将光发送模块的框体作成了CAN型的金属封装框体，但不限于此，例如也可作成使用了陶瓷和金属的箱形的封装框体。此外，为了精密地控制半导体激光器二极管元件和光调制器元件的温度，可在载体基板的下部配置珀尔帖元件。即使在后述的第2实施例和第3实施例中，这些变形例也是一样的。
作为又一变形例，在本实施例中将半导体芯片22的元件形成部的晶体结构定为在半绝缘性半导体衬底上从下面起按导电性n型层、各器件所必要的的半导体层进而在最上部是p型接触层的顺序，但也可使半导体层的导电性相反而定为按导电性p型层、对各器件必要的的半导体层进而在最上部是n型接触层的顺序。伴随使导电性相反，图2中的半导体芯片22、光调制器元件21、驱动用IC61、电流驱动电路62的极性分别相反。在该情况下，可用+5.0V等驱动驱动用IC61和电流驱动电路62，可实现只用单一的正电源工作的光发送模块。
实施例2根据图4～6、图19～22说明本发明的第2实施例。
图4是表示本实施例中的光发送模块的主要部分的结构图，图5是表示光发送模块的主要电路图，图6是载体基板部分的详细图，图19是表示本实施例的输入反射特性S11的曲线图，图20是表示小信号通过特性S21的曲线图。
如图4和图6中所示，与实施例1的主要的不同点在于使半导体芯片122的表面电极的阳极和阴极的配置左右反转和将输入传送线路127延长到光调制器元件121的下部。在半导体芯片122的背面上在光调制器元件121和半导体激光器二极管元件120的各自的下部设置独立的背面电极。在本实施例中，只在半导体激光器二极管元件的下部配置接地电极125，在光调制器元件121的下部不配置。
第一键合引线131连接输入传送线路127的图案电极与光调制器元件121的阴极电极，第二键合引线132连接光调制器元件121的阴极电极与电阻元件24的一端。第三键合引线133连接电阻元件24的另一端与光调制器元件121的阳极电极，第四键合引线134连接光调制器元件121的阳极电极与接地电极125。
在图5中，L131、L132、L133、L134分别表示是第一、第二、第三、第四键合引线131、132、133、134具有的电感。C121表示光调制器元件121的阴极电极与背面电极之间产生的寄生电容。对于驱动用IC161和电流驱动电路162使用+5.0V等的单一正电源。
光调制器元件121的阴极电极连接到在元件导电层中位于最下层的导电性n型层上。因此，即使在将与背面电极之间产生的寄生电容抑制为最小限度的情况下，阴极电极-背面电极间电容C121仍然比阳极电极与背面电极之间的电容大。在本实施例2中，通过将光调制器元件121的背面电极接合到输入传送线路127上并经第一键合引线131将阴极电极连接到输入传送线路127上，可将因阴极电极-背面电极间电容C121引起的电路工作方面的特性恶化抑制为最小限度，在得到良好的光发送模块特性方面是合适的。再有，在此，将电极的图案形成为使调制器部的背面电极位于输入传送线路的图案电极上，但也可如图3中表示的第1实施例那样，将图案电极形成为接地电极处于调制器部的背面电极下。
使用图14和图15进一步说明本实施例的效果。
图14和图15是使用电路模拟计算出的反射特性S11和小信号通过特性S21，作为一例，将阴极电极-背面电极间电容C121假定为0.2pF，用模拟分析了对其S11和S21的影响。
在本实施例中，电容C121位于输入传送线路127与阴极电极间。在该情况下，虽然如图14中所示那样产生S11的上升和如图15中所示那样产生3dB频带的下降，但其程度比较小。作为比较，在图21和图22中表示了在光调制器元件121的下部配置了接地电极125的情况的电容C121(假定为0.2pF)对反射特性S11和小信号通过特性S21的影响。在该配置中，电容C121位于接地电极125与阴极电极间。在该情况下，如图21中所示那样，S11大幅度地增大，约增大5dB，如图22中所示那样，3dB频带约下降1.2GHz。根据这些结果可知，通过作成本实施例2的结构，可将C121对反射特性S11和小信号通过特性S21产生的恶化量抑制为最小限度。
实施例3
根据图7和图8说明本发明的第3实施例。
图7是表示本实施例中的光发送模块的主要部分的结构图，图8是表示光发送模块的主要电路图。与上述的第2实施例的主要的差别在于利用差动的电调制信号驱动了光调制器元件21。
首先，使用图7说明光发送模块的结构。光发送模块使用CAN型的封装框体，1是其金属杆，2是主要部安装用的金属台座。在金属杆1中通过圆筒状的贯通孔209、210设置了圆柱状的引线销钉3、4，利用密封玻璃5来固定。在金属台座2上安装中继基板205、207和载体基板223。在中继基板205上设置传送线路206，在中继基板207上设置传送线路208。
在载体基板223的表面上设置了电阻元件24、接地电极225、第一输入传送线路227、第二输入传送线路226，接地电极225利用通孔26连接到载体基板223的背面电极上。在载体基板223上安装半导体芯片122和旁路电容器28。半导体芯片122是在半绝缘性半导体晶片的表面上形成了半导体激光器二极管元件120和光调制器元件121的光调制器集成激光器芯片。
从半导体激光器二极管元件120输出的连续激光在通过了光调制器元件121后经结合透镜(图中省略)朝向光纤射出。光调制器元件121利用来自外部的驱动用IC的具有大致10Gbit/s的位速率的电调制信号将连续激光调制为光调制信号。此外，在金属杆1上设置了监视用光电二极管6，固定在能接受半导体激光器二极管元件120的后方输出光的位置上。
第一键合引线131连接第一输入传送线路227的图案电极与光调制器元件121的阴极电极，第二键合引线132连接光调制器元件121的阴极电极与电阻元件24的一端。第三键合引线133连接电阻元件24的另一端与光调制器元件121的阳极电极，第四键合引线134连接光调制器元件121的阳极电极与第二输入传送线路226的图案电极。此外，利用多条键合引线(或带状引线)38连接载体基板223上的第一输入传送线路227和中继基板207上的传送线路208，使其成为低的电感。
同样，利用多条键合引线(或带状引线)238以低的电感连接载体基板223上的第二输入传送线路226和中继基板205上的传送线路206。利用AuSn合金等接合传送线路208与引线销钉3以及传送线路206与引线销钉4。由此，构成从引线销钉3和引线销钉4到光调制器元件121的电信号输入路径。
将半导体激光器二极管元件120的阴极电极经键合引线37连接到接地电极225上，将阳极电极经键合引线35、36连接到另一引线销钉(图中省略)上。通过将外部正电源连接到该引线销钉上，对激光器二极管元件120供给正向直流电流。监视用光电二极管6的输出通过另一引线销钉(图中省略)输出到外部。
作为CAN型的封装框体，例如使用直径5.6mm的TO-56型的框体等。作为金属杆1、金属台座2的材料，如果使用廉价的铁，则在低成本化方面是合适的。用氧化铝、氮化铝等的电介质材料构成中继基板205、207和载体基板223。在将载体基板223定为热传导率高的氮化铝的情况下，减少了从半导体芯片122至金属台座2的热阻，在抑制元件温度上升方面是合适的。
此外，也可用氮化铝等的电介质基板与铜钨等的金属板的贴合基板构成载体基板223，该结构在进一步减少热阻方面是合适的。用氮化钽膜构成电阻元件24，利用激光修整将电阻值调整为50欧姆。如果使用由单层的高电介质基板构成的平行平板型的片状电容器作为旁路电容器28，则在小型化方面是合适的。
其次，使用图8说明电路结构。首先，差动驱动用IC261输出的差动的电调制信号通过由外部传送线路259、260、贯通孔209、引线销钉4和密封玻璃5构成的同轴线路T209、用贯通孔210、引线销钉3和密封玻璃5构成的同轴线路T210、中继基板205上的传送线路206、中继基板207上的传送线路208、键合引线238具有的电感L238和键合引线38具有的电感L38输入到载体基板的第一输入传送线路227和第二输入传送线路226中。差动驱动用IC261的输出的差动阻抗定为50欧姆。
用安装差动驱动用IC261的印刷基板上的传送线路和连接印刷基板与引线销钉3、4的柔性基板上的传送线路构成传送线路259、260，特性阻抗定为25欧姆。同轴线路T209和210的特性阻抗定为20欧姆，传送线路206、208和第一、第二输入传送线路227、226的特性阻抗定为25欧姆。R24是电阻元件24具有的电阻，L131、L132、L133、L134分别是第一、第二、第三、第四键合引线131、132、133、134具有的电感。电调制信号经这些电路元件输入到光调制器元件121的阴极电极与阳极电极间。C121表示光调制器元件121的阴极电极与背面电极之间产生的寄生电容。
另一方面，由外部的电流驱动电路162对半导体激光器二极管元件120供给正向直流电流Ibias，使激光输出。在此，L35、L36、L37表示键合引线35、36、37具有的电感，C28表示旁路电容器28的电容。通常，由于对光调制器元件121施加反向偏置电压使其工作，故在本实施例1中将+5.0V等的单一正电源用于差动驱动用IC261和电流驱动电路162。
光调制器元件121的阴极电极连接到了元件导电层中位于最下层的导电性n型层上。因此，即使在将与背面电极之间产生的寄生电容抑制为最小限度的情况下，阴极电极-背面电极间电容C121仍然比阳极电极与背面电极之间的电容大。在本实施例中，通过将光调制器元件121的背面电极接合到第一输入传送线路227上并将阴极电极经第一键合引线131连接到第一输入传送线路227上，可将因阴极电极-背面电极间电容C121引起的电路工作方面的特性恶化抑制为最小限度，在得到良好的光发送模块特性方面是合适的。
此外，在本实施例中，通过将从差动驱动用IC261到光发送模块为止的信号线路作成差动传送线路，在减少光无线收发机内部的从发送部至接收部的交扰(crosstalk)、对光无线收发机外部的电磁干扰(EMI)方面是合适的。另外，与只使用驱动用IC的一方的输出驱动光调制器元件(单边驱动)的情况相比，可将能驱动光调制器元件的电压振幅增加为大致2倍，在提高光输出信号的消光比方面是有效的。
作为变形例，也可在差动驱动用IC261与光发送模块之间的差动线路中分别插入偏置T状物，使用另外的直流电压源施加光调制器元件121的反向偏置电压。在该情况下，由于差动驱动用IC261只驱动电调制信号的电压振幅分量即可，故可实现更低的电压电源下的工作，在无线收发机的低功耗化方面是合适的。
在本实施例中将传送线路259和260的特性阻抗分别定为25欧姆，但也可用该2个线路形成1对差动传送线路，将其差动阻抗定为50欧姆。此外，将同轴线路T209和T210的特性阻抗定为20欧姆，但根据其构件形状和适合于密封的玻璃材料的选择，也可使同轴线路的特性阻抗例如在20～30欧姆的范围内变化。再者，将电阻元件24的电阻值定为50欧姆，但根据在实际的无线收发机中安装的差动驱动用IC的相位特性，也可例如在40～60欧姆的范围内变更该电阻值。
权利要求
1.一种先半导体元件安装基板，安装了具有光调制器的光半导体元件，并在基板表面上形成了接地电极、对该光调制器输入电信号的输入传送线路和对于已输入的电信号的终端电阻，其特征在于在上述光半导体元件的表面上设置了用键合引线与上述接地电极连接的上述光调制器的阳极电极，用另一键合引线连接上述终端电阻的接地侧的电极与上述光调制器的阳极电极。
2.如权利要求1中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述接地电极上配置了上述光调制器。
3.一种光半导体元件安装基板，安装了具有光调制器的光半导体元件，并在基板表面上形成了接地电极、对该光调制器输入电信号的输入传送线路和对于已输入的电信号的终端电阻，其特征在于在上述光半导体元件的表面上设置了用键合引线与上述接地电极连接的上述光调制器的阴极电极，用另一键合引线连接上述终端电阻的接地侧的电极与上述光调制器的阴极电极。
4.如权利要求3中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述接地电极上配置了上述光调制器。
5.一种光半导体元件安装基板，安装了具有在元件的表面上设置了阳极电极和阴极电极的光调制器的光半导体元件，并在基板表面上形成了接地电极和对该光调制器输入电信号的输入传送线路的图案电极，其特征在于连接上述输入传送线路的图案电极与上述光调制器的阳极电极的键合引线在该图案电极上的接合部和连接上述接地电极与该光调制器的阴极电极的键合引线在该接地电极上的接合部位于夹着该光半导体元件的两侧。
6.如权利要求5中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述光半导体元件安装基板的表面上形成了对于输入到上述输入传送线路中的电信号的终端电阻，利用另一键合引线连接上述终端电阻的接地侧的电极与用键合引线与上述接地电极连接的上述光调制器的阴极电极。
7.如权利要求5中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述接地电极上或上述输入传送线路的图案电极上配置了上述光调制器。
8.一种光半导体元件安装基板，安装了具有在元件的表面上设置了阳极电极和阴极电极的光调制器的光半导体元件，并在基板表面上形成了接地电极和对该光调制器输入电信号的输入传送线路的图案电极，其特征在于连接上述输入传送线路的图案电极与上述光调制器的阴极电极的键合引线在该图案电极上的接合部和连接上述接地电极与该光调制器的阳极电极的键合引线在该接地电极上的接合部位于夹着该光调制器的两侧。
9.如权利要求8中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述光半导体元件安装基板的表面上形成了对于输入到上述输入传送线路中的电信号的终端电阻，利用另一键合引线连接上述终端电阻的接地侧的电极与用键合引线与上述接地电极连接的上述光调制器的阳极电极。
10.如权利要求8中所述的光半导体元件安装基板，其特征在于在上述接地电极上或上述输入传送线路的图案电极上配置了上述光调制器。
11.一种光发送模块，使用了安装具有在元件的表面上设置了阳极电极和阴极电极的光调制器以及半导体激光器的光调制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地电极、对上述光调制器输入电信号的输入传送线路的图案电极和对于已输入的电信号的终端电阻的载体基板，其特征在于，具有连接上述输入传送线路的图案电极与上述光调制器的阳极电极的第1键合引线；连接上述光调制器的阳极电极与上述终端电阻元件的第1电极的第2键合引线；连接上述光调制器的阴极电极与上述终端电阻元件的第2电极的第3键合引线；以及连接上述光调制器的阴极电极与上述接地电极的第4键合引线。
12.如权利要求11中所述的光发送模块，其特征在于上述第1键合引线与上述输入传送线路的图案电极的接合部和上述第4键合引线与上述接地电极的接合部位于夹着上述光调制器集成激光器元件的两侧。
13.如权利要求11中所述的光发送模块，其特征在于在上述接地电极上或上述输入传送线路的图案电极上配置上述光调制器。
14.如权利要求11中所述的光发送模块，其特征在于上述第2键合引线与上述第3键合引线邻接地、大致平行地配置。
15.如权利要求11中所述的光发送模块，其特征在于上述电信号的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
16.如权利要求11中所述的光发送模块，其特征在于利用单一极性的电源驱动上述光调制器集成激光器元件的半导体激光器和光调制器元件。
17.一种光发送模块，使用了安装具有在元件的表面上设置了阳极电极和阴极电极的光调制器以及半导体激光器的光调制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地电极、对上述光调制器输入电信号的输入传送线路的图案电极和对于已输入的电信号的终端电阻的载体基板，其特征在于，具有连接上述输入传送线路的图案电极与上述光调制器的阴极电极的第1键合引线；连接上述光调制器的阴极电极与上述终端电阻元件的第1电极的第2键合引线；连接上述光调制器的阳极电极与上述终端电阻元件的第2电极的第3键合引线；以及连接上述光调制器的阳极电极与上述接地电极的第4键合引线。
18.如权利要求17中所述的光发送模块，其特征在于上述第1键合引线与上述输入传送线路的图案电极的接合部和上述第4键合引线与上述接地电极的接合部位于夹着上述光调制器集成激光器元件的两侧。
19.如权利要求17中所述的光发送模块，其特征在于在上述接地电极上或上述输入传送线路的图案电极上配置上述光调制器。
20.如权利要求17中所述的光发送模块，其特征在于上述第2键合引线与上述第3键合引线邻接地、大致平行地配置。
21.如权利要求17中所述的光发送模块，其特征在于上述电信号的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
22.如权利要求17中所述的光发送模块，其特征在于利用单一极性的电源驱动上述光调制器集成激光器元件的半导体激光器和光调制器元件。
23.一种光发送模块，使用了安装具有在元件的表面上设置了阳极电极和阴极电极的光调制器以及半导体激光器的光调制器集成激光器元件并在基板表面上形成了接地电极、对上述光调制器输入差动电信号的第1输入传送线路的图案电极和第2输入传送线路的图案电极以及对于已输入到该第1输入传送线路和第2输入传送线路中的电信号的终端电阻的载体基板，其特征在于，具有连接上述第1输入传送线路的图案电极与上述光调制器的阴极电极的第1键合引线；连接上述光调制器的阴极电极与上述终端电阻的第1电极的第2键合引线；连接上述光调制器的阳极电极与上述终端电阻的第2电极的第3键合引线；以及连接上述光调制器的阳极电极与上述第2输入传送线路的图案电极的第4键合引线。
24.如权利要求23中所述的光发送模块，其特征在于上述第1键合引线与上述第1输入传送线路的图案电极的接合部和上述第4键合引线与上述第2输入传送线路的图案电极的接合部位于夹着上述光调制器集成激光器元件的两侧。
25.如权利要求23中所述的光发送模块，其特征在于在上述上述第1输入传送线路的图案电极上或上述第2输入传送线路的图案电极上配置了上述光调制器。
26.如权利要求23中所述的光发送模块，其特征在于上述第2键合引线与上述第3键合引线邻接地、大致平行地配置。
27.如权利要求23中所述的光发送模块，其特征在于上述电信号的位速率大于等于9.95Gbit/s且小于等于11.3Gbit/s。
28.如权利要求23中所述的光发送模块，其特征在于利用单一极性的电源驱动上述光调制器集成激光器元件的半导体激光器和光调制器元件。
全文摘要
利用下述的光发送模块可解决本发明的课题使用在半绝缘性半导体衬底上形成了光调制器集成激光器的半导体芯片(22)，用第一键合引线(31)连接输入传送线路(27)与光调制器元件(21)的阳极电极，用第二键合引线(32)连接光调制器元件(21)的阳极电极与终端电阻元件(24)的一端，用第三键合引线(33)连接光调制器元件(21)的阴极电极与终端电阻元件(24)的另一端，用第四键合引线(34)连接光调制器元件(21)的阴极电极与接地电极(25)，将第一键合引线(31)与输入传送线路(27)的连接部配置在对于第四键合引线(34)与接地电极(25)的连接部夹着半导体芯片(22)的相反一侧。
文档编号H01L23/488GK101071808SQ20071000632
公开日2007年11月14日 申请日期2007年2月2日 优先权日2006年4月19日
发明者加贺谷修 申请人:日本光进株式会社