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JP6676507B2 - 光サブアッセンブリ及び光モジュール - Google Patents

光サブアッセンブリ及び光モジュール Download PDF

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Description

本発明は、光サブアッセンブリ及び光サブアッセンブリを搭載した光モジュールに関する。
光通信に使われる光モジュールは、内部に送信機能及び/又は受信機能を備えた1乃至複数の光サブアッセンブリを備えたものが用いられている。近年、光モジュールに収容される光受信サブアッセンブリには複数の受光素子を備えるアレイ型受光装置が用いられている。例えば、4個の受光素子を備えるアレイ型受光装置を備える光受信サブアッセンブリについて以下に説明する。図13は従来技術に係る光モジュールに収納される光受信サブアッセンブリ200の一部分解斜視図である。図13に示す光受信サブアッセンブリ200に備えられるアレイ型受光装置201は、4個の受光素子211(図14参照)を備える受光素子アレイ202と、受光素子アレイ202を保持するキャリア203と、を備える4チャネルアレイ型受光装置である。受光素子アレイ202の半導体基板の裏面には受光窓205が備えられている。4つの受光窓205が、図13の右側から順に、受光窓205a、205b、205c、205dとして、示されている。受光素子アレイ202は受光窓205に入射する信号光を受光して電気信号に変換している。電気信号は電気信号制御装置300を介してICチップ400で増幅され、光電流として検出される。受信チャネル番号を、図13の右側から順に、第1チャネル、第2チャネル、第3チャネル、第4チャネル、とする。ここで電気信号制御装置300とは、内部に増幅機能を有したICチップ400を備えた集積回路である。
図14は従来技術に係る受光素子アレイ202を受光窓が形成されている側の反対側から見た斜視図である。半絶縁性のFeドープInP基板219上に、図14の左側から順に、第1の受光素子211a、第2の受光素子211b、第3の受光素子211c、第4の受光素子211dが形成されている。4個の受光素子211は、各受光素子211の第1導電型電極メサ部314と第1導電型電極316、第2導電型電極メサ部315と第2導電型電極317が、各受光素子211が配列される方向と同じ方向に、同じ向きで配置されている。各受光メサ部312a、312b、312c、312dのうち、隣り合う中心部の間隔は例えば0.5mmであり、それぞれ独立して半絶縁性のFeドープInP基板219の裏面側から入射する光を受光することが可能である。
図15は、図13に示す従来技術に係る光受信サブアッセンブリの上面図である。キャリア203には第1導電型の第1接続端子306(306a、306b、306c、306d)と、第2導電型の第2接続端子307(307a、307b、307c、307d)から成る4つの素子端子群324が設けられており、受光素子アレイ202は、第1導電型電極(例えばP型電極)316a、316b、316c、316dがキャリア203の第1接続端子306a、306b、306c、306dに、第2導電型電極(例えばN型電極)317a、317b、317c、317dがキャリア203の第2接続端子307a、307b、307c、307dに各々接続固定されることにより、キャリア203に固定されている。電気信号制御装置300は第1導電型の第3接続端子308(308a、308b、308c、308d)と、各第3接続端子の両側に設置された第2導電型の第4接続端子309(309a、309b、309c、309d)から成る4つの3端子型の入力端子であるIC端子群370を有する。第3接続端子308a、308b、308c、308dのピッチは例えば0.75mmである。受光素子アレイ202の各受光素子211の第1導電型電極316a、316b、316c、316dと第2導電型電極317a、317b、317c、317dとは、電気信号制御装置300の第3接続端子308a、308b、308c、308dと第4接続端子309a、309b、309c、309dに電気的に接続されている。そして、第1接続端子306a、306b、306c、306dから第3接続端子308a、308b、308c、308dに、第2接続端子307a、307b、307c、307dから第4接続端子309a、309b、309c、309dに、ワイヤ500によるGSG型結線にて電気的に接続されている。ここで、第1接続端子306aと第3接続端子308aとはワイヤ500aにより互いに接続されており、第1接続端子306bと第3接続端子308bとはワイヤ500bにより互いに接続されており、第1接続端子306cと第3接続端子308cとはワイヤ500cにより互いに接続されており、第1接続端子306dと第3接続端子308dとはワイヤ500dにより互いに接続されている。これによって、受光窓205a、205b、205c、205dに入力された信号光は、独立して、電気信号に変換され、電気信号制御装置300を介してICチップ400によって増幅され、光電流として検出することが可能となっている。
特開2012−256853号公報 特開2013−38216号公報
2015年電子情報通信学会総合大会C−4−12
複数の受光素子211を備えるアレイ型受光装置201において優れた周波数応答特性を得るためには、全てのチャネルのICチップ400までのインダクタンスを低減することが必要である。
図16は、従来技術に係る光受信サブアッセンブリ200の各チャネルの周波数応答特性を示す図である。図16に示すように、第1チャネル及び第4チャネルは、第2チャネル及び第3チャネルと比較して15〜20GHz近傍でのピーキングが大きくなっている。特に、第4チャネルのピーキングは他のチャネルと比較して最も大きく、3dB遮断周波数は22GHz程度で他のチャネルと比較して3GHz以上劣化している。図17は、従来技術に係る各チャネルの25Gbpsにおける受信感度特性を示す図である。図17に示すように、第4チャネルはピーキングが大きく、3dB遮断周波数が低いため、受信感度特性にフロアが発生している。
ここで、発明者らの検討により、従来技術に係る光受信サブアッセンブリ200において第4チャネルの特性が劣化するのは、第4チャネルにおけるワイヤ500dの長さが、第1チャネルにおけるワイヤ500a、第2チャネルにおけるワイヤ500b、及び第3チャネルにおけるワイヤ500cより長いことに起因するとの知見を得た。具体的には第4チャネルにおけるワイヤ500dがワイヤ500a〜500dより長いことで、第4チャネルでのインダクタンスが増加して周波数応答特性が劣化すると考えられる。
本発明は、発明者らによる上記知見に基づき、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数チャネルを有する光サブアッセンブリにおいて、複数チャネルそれぞれの接続に用いられるワイヤのうち、ワイヤの長さが最長となり得るチャネルのワイヤの長さをより短くすることにある。より具体的には複数チャネル間のワイヤの長さの差を小さくすることにある。
(1)上記課題を解決するために、本発明に係る光サブアッセンブリは、複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子にそれぞれ電気的に接続され、第1方向に沿って順に並んで配置される複数の素子端子群と、を備える光電変換装置と、前記複数の素子端子群と電気的に接続され、前記第1方向に沿って順に並んで配置される複数のIC端子群と、を備える電気信号制御装置と、を備える光サブアッセンブリであって、前記複数の素子端子群と、前記複数のIC端子群とは、互いに離間しつつ対向しており、前記複数の素子端子群と前記複数のIC端子群とのいずれか一方はそれぞれ、第1導電型の第1接続端子と第2導電型の第2接続端子とが、前記第1方向に沿って並んで配置される、2端子構成であり、前記複数の素子端子群と前記複数のIC端子群とのいずれか他方はそれぞれ、前記第1導電型の第3接続端子と前記第2導電型の2個の第4接続端子とが、一方の前記第4接続端子、前記第3接続端子、及び他方の前記第4接続端子の順に前記第1方向に沿って並んで配置される、3端子構成であり、各前記2端子構成の前記第1接続端子は、対応する前記3端子構成の前記第3接続端子とワイヤにより電気的に接続され、各前記2端子構成の前記第2接続端子は、対応する前記3端子構成の2個の前記第4接続端子それぞれとワイヤにより電気的に接続され、前記第1方向において、前記複数の素子端子群のうち両端にある素子端子群の中心位置それぞれは、前記複数のIC端子群のうち両端にあるIC端子群の中心位置より、ともに内側にあるか、又はともに外側にあり、前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに内側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該ともに内側にある方の両端における前記2端子構成それぞれにおいて、前記第1接続端子が前記第2接続端子より外側に配置され、前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに外側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該ともに外側にある方の両端における前記2端子構成それぞれにおいて、前記第1接続端子が前記第2接続端子より内側に配置される。
(2)上記(1)に記載の光サブアッセンブリであって、前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに内側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該両端それぞれから内側にかけて、前記第1接続端子と前記第2接続端子の順に配置される前記2端子構成が複数繰り返され、前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに外側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該両端それぞれから内側にかけて、前記第2接続端子と前記第1接続端子の順に配置される前記2端子構成が複数繰り返されてもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の光サブアッセンブリであって、前記光電変換装置は、前記複数の素子端子群を搭載する上面と、前記複数の光電変換素子を搭載する前面と、を有するキャリアを、さらに備え、各前記光電変換素子は第1導電型電極と第2導電型電極とを有し、前記キャリアの前面において、前記複数の光電変換素子は第1方向に並んで配置され、各前記光電変換素子において前記第1導電型電極と前記第2導電型電極とは、前記キャリアの前面において前記第1方向に交差する方向に並んで配置され、前記キャリアの前面には、前記第1導電型電極と前記第1接続端子とを互いに電気的に接続するための第1接続配線と、前記第2導電型電極と前記第2接続端子とを互いに電気的に接続するための第2接続配線とが配置されてもよい。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、前記電気信号制御装置に電気的に接続されたICチップをさらに備えてもよい。
(5)上記(4)に記載の光サブアッセンブリであって、前記光電変換装置は、複数の受光素子を搭載するアレイ型受光装置であり、前記ICチップは、各前記受光素子が出力する電気信号を増幅する前置増幅回路を備えてもよい。
(6)上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、前記光電変換装置は、アレイ型半導体レーザ装置であってもよい。
(7)本発明に係る光モジュールは、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の光サブアッセンブリと、回路基板と、前記光サブアッセンブリおよび前記回路基板を内包するケースと、を備える。
本発明によれば、複数チャネルを有する光サブアッセンブリにおいて、複数チャネルそれぞれの接続に用いられるワイヤのうち、ワイヤの長さが最長となり得るチャネルのワイヤの長さをより短くすることができる。さらには複数チャネル間のワイヤの長さの差を小さくすることができる。
第1実施形態に係る光モジュールの分解斜視図である。 図1に示す光モジュールに収納される光受信サブアッセンブリの一部分解斜視図である。 第1実施形態に係る受光素子アレイを前面側から見た斜視図である。 第1実施形態に係るキャリアを前面側から見た斜視図である。 第1実施形態の第1の例に係る光受信サブアッセンブリの平面図である。 第1実施形態に係る各チャネルの周波数応答特性を示す図である。 第1実施形態に係る各チャネルの25Gbpsにおける受信感度特性を示す図である。 第1実施形態の第2の例に係る光受信サブアッセンブリの平面図である。 第1実施形態の第3の例に係る光受信サブアッセンブリの平面図である。 第1実施形態の第4の例に係る光受信サブアッセンブリの平面図である。 第2実施形態に係る受光素子アレイを前面側から見た斜視図である。 第2実施形態に係るキャリアを前面側から見た斜視図である。 従来技術に係る光モジュールに収納される光受信サブアッセンブリの一部分解斜視図である。 従来技術に係る受光素子アレイを電極側から見た斜視図である。 図13に示す従来技術に係る光受信サブアッセンブリの上面図である。 従来技術に係る各チャネルの周波数応答特性を示す図である。 従来技術に係る各チャネルの25Gbpsにおける受信感度特性を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る光モジュール1の分解斜視図である。光モジュール1は、二つの光サブアッセンブリを内蔵している。具体的には、電気信号を光信号に変換するための光送信サブアッセンブリ2(TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly)と、光信号を電気信号に変換するための光受信サブアッセンブリ4(ROSA: Receive Optical Sub-Assembly)である。送信側では図示しないホスト基板より送られる電気信号を、電気的インターフェース6を通して光モジュール1内の回路基板に通して光信号に変換し、これを光学的インターフェース8から送信する。受信側では光信号を受信し、電気信号を図示しないホスト側基板へと出力する。光モジュール1は、一対のハーフケースからなるケース9を有し、その内部に電子部品が収納される。
図2は、図1に示す光モジュール1に収納される光受信サブアッセンブリ10の一部分解斜視図である。
光受信サブアッセンブリ10は、光電変換装置20と、電気信号制御装置30と、ICチップ40と、を含んで構成されている。
光電変換装置20は、キャリア21と、複数の光電変換素子(ここでは、受光素子22とする)が搭載される複数チャネルの受光素子アレイ23と、複数の受光素子22(図3参照)にそれぞれ電気的に接続され、第1方向に沿って順に並んで配置される複数の素子端子群24(図4参照)と、を含む。ここで、第1方向は図2の左右方向である。キャリア21の上面に複数の素子端子群24が形成され、キャリア21の前面に受光素子アレイ23が搭載される。図2に示す受光素子アレイ23は、4つの受光素子22が半導体基板の前面に並んで形成される、4チャネルの受光素子アレイ23を示している。受光素子アレイ23の半導体基板の裏面には受光窓25が備えられている。4つの受光窓25は、図2の右側から順に、受光窓25a、25b、25c、25dとして、示されている。受光素子アレイ23は受光窓25に入射する光信号を受光して電気信号に変換する。ここで、受信チャネル番号を、図2の右側から順に、第1チャネル、第2チャネル、第3チャネル、第4チャネル、とする。
図3は、第1実施形態に係る受光素子アレイ23を前面側から見た斜視図である。受光素子アレイ23は、半絶縁性のFeドープInP基板19上に、左側から順に、第1受光素子22a、第2受光素子22b、第3受光素子22c、及び第4受光素子22dが形成されている。第1受光素子22aは、半絶縁性のFeドープInP基板19上に形成されたn型InPコンタクト層33aと、その上部に形成され、FeドープInP基板19の裏面側から入射する光信号を受光可能なPN接合部を含む受光メサ部32aとが備えられている。受光メサ部32aは、頂上部側から見て、p型InGaAsコンタクト層、p型InGaAlAsバッファ層、n型InGaAs光吸収層、及びn型InGaAlAsバッファ層が積層された多層構造を有している。FeドープInP基板19の表面全体は絶縁性の保護膜18により被膜されているが、受光メサ部32aの上面に円形パターンで、またn型InPコンタクト層33aの一部に矩形パターンで、開口部が設けられている。受光メサ部32aの周囲に、第1導電型電極メサ部34a及び第2導電型電極メサ部35aが形成されており、それらの高さは受光メサ部32aの高さと同一か、受光メサ部32aの高さより高い。受光メサ部32aの頂上部であるp型InGaAsコンタクト層に開口部を介して電気的に接続される第1導電型電極36a(例えばp型電極)は、第1導電型電極メサ部34aの上面まで引き出されている。また、n型InPコンタクト層33aに開口部を介して電気的に接続される第2導電型電極37a(例えばn型電極)は、第2導電型電極メサ部35aの上面まで引き出されている。なお、第2受光素子22b〜第4受光素子22dについても、上述した第1受光素子22aと同様の構成を有している。ここで、第1受光素子22a、第2受光素子22b、第3受光素子22c、及び第4受光素子22dは、受光素子アレイ23の中心線C1(各受光素子22が配列される方向である第1方向の中心線)に対して対称に配置されている。つまり、各受光素子22の第1導電型電極36は、受光素子アレイ23の中心線C1に対して第2導電型電極37より外側に配置されている。言い換えれば、受光素子アレイ23の第1方向の両端それぞれから受光素子アレイ23の内側(中心線C1)に向かって、第1導電型電極36、第2導電型電極37の順に配置されている。
図4は、第1実施形態に係るキャリア21を前面側から見た斜視図である。キャリア21には、右側から順に、第1受光素子22aに接続される素子端子群24a、第2受光素子22bに接続される素子端子群24b、第3受光素子22cに接続される素子端子群24c、及び第4受光素子22dに接続される素子端子群24dが形成されている。素子端子群24aは、第1導電型の第1接続端子46aと第2導電型の第2接続端子47aとからなる2端子構成である。第1接続端子46aは、キャリア21の上面に形成されている。同様にして、第2接続端子47aは、キャリア21の上面に形成されている。なお、キャリア21の上面は矩形状をしており、第1方向は当該矩形状の長手方向である。素子端子群24b〜素子端子群24dにおいても素子端子群24aと同様の構成を有している。ここで、各素子端子群24は、キャリア21の上面において、キャリア21の中心線C2(素子端子群24が配列される方向である第1方向の中心線)に対して対称に配置されている。つまり、各素子端子群24の第1接続端子46は、キャリア21の中心線C2に対して第2接続端子47より外側に配置されている。言い換えれば、キャリア21の第1方向の両端それぞれからキャリア21の内側(中心線C2)に向かって、第1接続端子46a、第2接続端子47aの順に配置される2端子構成が複数繰り返される。また、キャリア21の前面には、第1導電型電極36と第1接続端子46とを互いに電気的に接続するための第1接続配線66(66a〜66d)と、第2導電型電極37と第2接続端子47とを互いに電気的に接続するための第2接続配線67(67a〜67d)とが形成されている。第1接続配線66及び第2接続配線67は、キャリア21の前面において、第1導電型電極36及び第2導電型電極37からそれぞれ、キャリア21の上面に向かって直線状に延伸し、第1接続端子46及び第2接続端子47へ至っている。
キャリア21の前面に形成されている第1接続配線66及び第2接続配線67の一部には、はんだ材56及びはんだ材57がそれぞれ形成されている。受光素子アレイ23をキャリア21に搭載する際に、第1接続配線66と第1導電型電極36aとがはんだ材56を介して互いに電気的、物理的に接続され、第2接続配線67と第2導電型電極37aとがはんだ材57を介して互いに電気的、物理的に接続される。
電気信号制御装置30は、複数の素子端子群24とICチップ40とを電気的に接続し、第1方向に沿って順に並んで配置される複数のIC端子群70(図5参照)を含む。複数のIC端子群70は、電気信号制御装置30の上面に配置されている。
ICチップ40は、複数の受光素子22それぞれと電気的に接続し、複数の受光素子22より出力される複数の電気信号を制御する。ICチップ40は、例えば、複数の受光素子22より出力される複数の電気信号を増幅して光電流として検出する前置増幅回路を備える。尚、本実施形態ではICチップ40と電気制御装置30は別体のように記載しているが、電気制御装置30は集積回路でありその一部が増幅回路(ICチップ40)となっているものを含む。
複数の素子端子群24と、複数のIC端子群70とは、互いに離間しつつ対向している。また、複数の素子端子群24と複数のIC端子群70とはワイヤを介して電気的に接続されている。以下、図5を用いて、第1実施形態の第1の例に係る光受信サブアッセンブリ10における、複数の素子端子群24と複数のIC端子群70との具体的な構成について説明する。
図5は、第1実施形態の第1の例に係る光受信サブアッセンブリ10の平面図である。図5に示すように、第1実施形態の第1の例では、4つの素子端子群24(24a〜24d)(複数の素子端子群と複数のIC端子群とのいずれか一方に相当)それぞれが2端子構成であり、4つのIC端子群70(70a〜70d)(複数の素子端子群と複数のIC端子群とのいずれか他方に相当)それぞれが3端子構成である。2端子構成とは、キャリア21の上面側から見て、第1導電型の第1接続端子46と第2導電型の第2接続端子47とが、第1方向に交差する第2方向へともに延伸するとともに、第1方向に沿って並んで配置されるものである。また、3端子構成とは、第1導電型の第3接続端子78と第2導電型の2個の第4接続端子79とが、第2方向へともに延伸するとともに、一方の第4接続端子79、第3接続端子78、及び他方の第4接続端子79の順に第1方向に沿って並んで配置されるものである。第2方向は第1方向に交差する方向であり、ここでは第1方向と直交している。第1実施形態の第1の例は、4つの素子端子群24a〜24dそれぞれが上述の2端子構成であり、4つのIC端子群70a〜70dそれぞれが上述の3端子構成である場合を示している。
また、第1方向において、4つの素子端子群24のうち両端にある素子端子群24aと素子端子群24dの中心位置(E1及びE2)それぞれは、4つのIC端子群70のうち両端にあるIC端子群70aとIC端子群70dの中心位置(E3及びE4)より、ともに内側にある。第1の例は、4つの素子端子群24(24a〜24d)の両端(素子端子群24a及び素子端子群24d)が、その中心位置がともに内側にある方の両端であり、ともに内側にある方の両端が2端子構成である場合を示している。4つの素子端子群24(24a〜24d)のうち両端にある素子端子群24(素子端子群24a及び素子端子群24d)における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子46が第2接続端子47より外側に配置されている。ここでは、素子端子群24aにおいて、第1接続端子46aが第2接続端子47aより外側に配置されており、素子端子群24dにおいて、第1接続端子46dが第2接続端子47dより外側に配置されている。本明細書では、特記なき場合は素子端子群とIC端子群の位置関係を示す際に、端子群の両端の位置関係について内側・外側と表現するが、これは第1方向における端子群の中心位置(図5で言えば、E1〜E4)の位置関係を示している。ここで、端子群の中心位置とは、第1方向に沿って両側にある端子それぞれの外縁となる位置を結ぶ線分の中点をいう。また端子群の両端とは複数ある端子群の両端の端子群(図5で言えば、24a、24d、70a、70d)を示す。
そして、素子端子群24a〜24dそれぞれは、ワイヤ80(80a〜80d)及びワイヤ90(90a〜90d)を介して対応するIC端子群70a〜70dと電気的に接続されている。素子端子群24aの第1接続端子46aは、対応するIC端子群70aの第3接続端子78aとワイヤ80aにより電気的に接続されている。また、素子端子群24aの第2接続端子47aは、対応するIC端子群70aの2個の第4接続端子79aそれぞれとワイヤ90aにより電気的に接続されている。素子端子群24b〜24dとIC端子群70b〜70dとの接続についても、素子端子群24aとIC端子群70aとの接続と同様の構成を有している。
第1実施形態の第1の例によれば、両端の素子端子群24(素子端子群24a及び素子端子群24d)における2端子構成それぞれにおいて第1接続端子46が第2接続端子47より内側に配置される場合と比較して、両端の素子端子群24それぞれにおいて第1接続端子46と第3接続端子78とを結ぶワイヤ80の長さを短くすることができる。このように、ワイヤ80の長さが最長となり得る両端の素子端子群24においてワイヤ80を短くする構造とすることができ、その結果、両端のチャネル(ここでは、第1チャネル及び第4チャネル)でのインダクタンスが低下し、周波数応答特性の劣化を抑制することができる。
さらに、複数の素子端子群24の第1方向の中心線と、複数のIC端子群70の第1方向の中心線とが、より近接しているのが望ましく、実質的に一致しているのがさらに望ましい。かかる場合に、両端に配置される2本のワイヤ80をともに短くすることが出来るとともに、2本のワイヤ80の長さの差を低減することが出来る。さらに望ましくは、2本のワイヤ80の長さを一致させることが出来る。
また、両端の2端子構成における第1接続端子46及び第2接続端子47の配置のみならず、両端それぞれから内側(キャリア21の第1方向の中心線または複数の素子端子群24の第1方向の中心線)にかけて、第1接続端子46、第2接続端子47の順に配置される2端子構成が複数繰り返されているのが望ましい。両端から同じ数さらに内側に配置される1対の2端子構成を、両端における2端子構成と同様に、ワイヤ80の長さをより短くし得る構造とすることが出来る。
ここで、素子端子群24及びIC端子群70それぞれN個ある場合に、Nが4以上の偶数である場合において、N個の素子端子群24の第1方向の中心線は、一端からN/2番目の素子端子群24とN/2+1番目の素子端子群24との間を貫き、N個のIC端子群70の第1方向の中心線は、一端からN/2番目のIC端子群70とN/2+1番目のIC端子群70との間を貫く。このときN個の素子端子群24の第1方向の中心線が、一端からN/2番目のIC端子群70とN/2+1番目のIC端子群70との間を貫くのが望ましく、N個の素子端子群24の第1方向の中心線とN個のIC端子群70の第1方向の中心線とが一致しているのがさらに望ましい。そして、N個の素子端子群24の両端それぞれから中心線に向けて、第1接続端子46、第2接続端子47の順に配置される素子端子群24がN/2個繰り返されるのが望ましい。
また、Nが5以上の奇数である場合において、N個の素子端子群24の第1方向の中心線は、一端から(N+1)/2番目の素子端子群24を貫き、N個のIC端子群70の第1方向の中心線は、一端から(N+1)/2番目のIC端子群70を貫く。このときN個の素子端子群24の第1方向の中心線が、一端から(N+1)/2番目のIC端子群70を貫くのが望ましく、N個の素子端子群24の第1方向の中心線とN個のIC端子群70の第1方向の中心線とが一致しているのがさらに望ましい。そして、N個の素子端子群24の両端それぞれから中心線に向けて、第1接続端子46、第2接続端子47の順に配置される素子端子群24が(N−1)/2個繰り返されるのが望ましい。このとき、(N+1)/2番目の素子端子群24における第1接続端子46及び第2接続端子47の配置順は任意に定めてよい。
このように、複数の素子端子群24の第1方向の中心線と、複数のIC端子群70の第1方向の中心線とがより近接し、さらに望ましくは実質的に一致していることで、両端のワイヤ80(ワイヤ80aとワイヤ80d)の長さの差を低減させることができ、両端のチャネルの周波数応答特性を互いに近づけることができる。さらに、複数の素子端子群24の両端それぞれから内側にかけて、第1接続端子46、第2接続端子47の順に配置される2端子構成が複数繰り返されることで、各ワイヤ80の長さの偏差を低減することができ、結果として複数のチャネルの周波数応答特性の偏差を低減することができる。
ここで、第1実施形態の第1の例に係る光受信サブアッセンブリ10の特性評価を行った結果を示す。各第1接続端子46a〜46dに1.5Vの逆バイアス電圧を印加し、波長1310nm、強度10μWの光信号を各受光窓25に入力したところ、各チャネルとも0.8A/Wの受光感度が得られた。また、1.5Vの逆バイアス電圧における暗電流は、各チャネルとも室温で1nA以下、85°で10nA以下と十分に低い値が得られた。
図6は、第1実施形態の第1の例に係る各チャネルの周波数応答特性を示す図である。図6に示すように、両端の第1チャネル及び第4チャネルの周波数応答特性は、内側の第2チャネル及び第3チャネルと比較して15〜20GHz近傍でのピーキングが大きくなっているが、3dB遮断周波数は全てのチャネルで25GHz程度の良好な周波数応答特性が得られている。また、図16に示した従来例に係る周波数応答特性と比較して、第4チャネルの周波数応答特性は向上しており、第1チャネルの周波数応答特性と第4チャネルの周波数応答特性とは互いに近づいている。
図7は、第1実施形態の第1の例に係る各チャネルの25Gbpsにおける受信感度特性を示す図である。図7に示すように、全てのチャネルにおいて、良好な特性が得られている。また、図17に示した従来例に係る受信感度特性と比較して、第4チャネルの受信感度特性が向上しており、フロアを引くことがなく、第1チャネルの受信感度特性と第4チャネルの受信感度特性とは互いに近づいている。また、図示はしないが、オーバーロード特性も最大受信感度Prmax>14.5dBmとなり良好な特性が得られている。
このように第1実施形態の第1の例によれば、両端のチャネルの周波数応答特性を向上させ、各チャネルの素子特性の偏差を低減させることで、光受信サブアッセンブリ10は良好な受信特性を得ることができる。
なお、複数の素子端子群24と複数のIC端子群70との構成は図5に示す例に限定されない。以下、第1実施形態の光受信サブアッセンブリ10の他の例について説明する。
図8は、第1実施形態の第2の例に係る光受信サブアッセンブリ100の平面図である。図8に示すように、第2の例は、4つの素子端子群124(124a〜124d)それぞれが3端子構成であり、4つのIC端子群170(170a〜170d)それぞれが2端子構成である場合を示している。
また、第1方向において、4つのIC端子群170のうち両端にあるIC端子群170aとIC端子群170dの中心位置それぞれは、4つの素子端子群124のうち両端にある素子端子群124aと素子端子群124dの中心位置より、ともに内側にある。第2の例は、4つのIC端子群170(170a〜170d)の両端(IC端子群170a及びIC端子群170d)が、その中心位置がともに内側にある方の両端であり、ともに内側にある方の両端がそれぞれ2端子構成である場合を示している。4つのIC端子群170(170a〜170d)のうち両端にあるIC端子群170(IC端子群170a及びIC端子群170d)における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子176が第2接続端子177より外側に配置されている。ここでは、IC端子群170aにおいて、第1接続端子176aが第2接続端子177aより外側に配置されており、素子端子群124dにおいて、第1接続端子176dが第2接続端子177dより外側に配置されている。
そして、素子端子群124a〜124dそれぞれは、ワイヤ180(180a〜180d)及びワイヤ190(190a〜190d)を介して対応するIC端子群170a〜170dと電気的に接続されている。IC端子群170aの第1接続端子176aは、対応する素子端子群124aの第3接続端子178aとワイヤ180aにより電気的に接続されている。また、IC端子群170aの第2接続端子177aは、対応する素子端子群124aの2個の第4接続端子179aそれぞれとワイヤ190aにより電気的に接続されている。素子端子群124b〜124dとIC端子群170b〜170dとの接続についても、素子端子群124aとIC端子群170aとの接続と同様の構成を有している。
第1実施形態の第2の例によれば、両端にあるIC端子群170(IC端子群170a及びIC端子群170d)における2端子構成それぞれにおいて第1接続端子176が第2接続端子177より内側に配置される場合と比較して、両端にあるIC端子群170それぞれにおいて第1接続端子176と第3接続端子178とを結ぶワイヤ180の長さを短くすることができる。このように、ワイヤ180の長さが最長となり得る両端にあるIC端子群170においてワイヤ180を短くする構造とすることができ、その結果、両端のチャネル(ここでは、第1チャネル及び第4チャネル)でのインダクタンスが低下し、周波数応答特性が向上する。
さらに、第1の例と同様に、複数の素子端子群124の第1方向の中心線と、複数のIC端子群170の第1方向の中心線とが、より近接しているのが望ましく、実質的に一致しているのがさらに望ましい。また、両端の2端子構成における第1接続端子176及び第2接続端子177の配置のみならず、両端それぞれから内側(電気信号制御装置30の第1方向の中心線または複数のIC端子群170の第1方向の中心線)にかけて、第1接続端子176、第2接続端子177の順に配置される2端子構成が複数繰り返されているのが望ましい。
図9は、第1実施形態の第3の例に係る光受信サブアッセンブリ101の平面図である。図9に示すように、第3の例は、第2の例と同様に、4つの素子端子群124(124a〜124d)それぞれが3端子構成であり、4つのIC端子群170(170a〜170d)それぞれが2端子構成である場合を示している。第3の例に係る光受信サブアッセンブリ101における、素子端子群124とIC端子群170の構成は、図8に示した第2の例に係る光受信サブアッセンブリ100と同様であるため重複する説明を省略する。ここでは、第2の例に係る光受信サブアッセンブリ100と異なる構成だけ説明する。
第1方向において、4つのIC端子群170のうち両端にあるIC端子群170aとIC端子群170dの中心位置それぞれは、4つの素子端子群124のうち両端にある素子端子群124aと素子端子群124dの中心位置よりともに外側にある。第3の例は、4つのIC端子群170(170a〜170d)の両端(IC端子群170a及びIC端子群170d)が、その中心位置がともに外側にある方の両端であり、ともに外側にある方の両端がそれぞれ2端子構成である場合を示している。4つのIC端子群170(170a〜170d)のうち両端にあるIC端子群170(IC端子群170a及びIC端子群170d)における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子176が第2接続端子177より内側に配置されている。ここでは、IC端子群170aにおいて、第1接続端子176aが第2接続端子177aより内側に配置されており、IC端子群170dにおいて、第1接続端子176dが第2接続端子177dより内側に配置されている。
そして、素子端子群124a〜124dそれぞれは、ワイヤ180(180a〜180d)及びワイヤ190(190a〜190d)を介して対応するIC端子群170a〜170dと電気的に接続されている。
第1実施形態の第3の例によれば、両端にあるIC端子群170(IC端子群170a及びIC端子群170d)における2端子構成それぞれにおいて第1接続端子176が第2接続端子177より外側に配置される場合と比較して、両端にあるIC端子群170それぞれにおいて第1接続端子176と第3接続端子178とを結ぶワイヤ180の長さを短くすることができる。このように、ワイヤ180の長さが最長となり得る両端にあるIC端子群170においてワイヤ180を短くする構造とすることができ、その結果、両端のチャネル(ここでは、第1チャネル及び第4チャネル)でのインダクタンスが低下し、周波数応答特性が向上する。
さらに、第1及び第2の例と同様に、複数の素子端子群124の第1方向の中心線と、複数のIC端子群170の第1方向の中心線とが、より近接しているのが望ましく、実質的に一致しているのがさらに望ましい。また、両端の2端子構成における第1接続端子176及び第2接続端子177の配置のみならず、両端それぞれから内側(電気信号制御装置30の第1方向の中心線または複数のIC端子群170の第1方向の中心線)にかけて、第2接続端子177、第1接続端子176の順に配置される2端子構成が複数繰り返されているのが望ましい。
図10は、第1実施形態の第4の例に係る光受信サブアッセンブリの平面図である。図10に示すように、第4の例は、第1の例と同様に、4つの素子端子群24a〜24dそれぞれが上述の2端子構成であり、4つのIC端子群70a〜70dそれぞれが上述の3端子構成である場合を示している。第4の例に係る光受信サブアッセンブリ102における、素子端子群24とIC端子群70の構成は、図5に示した光受信サブアッセンブリ10と同様であるため重複する説明を省略する。ここでは、図5に示した光受信サブアッセンブリ10と異なる構成について説明する。
第1方向において、4つの素子端子群24のうち両端にある素子端子群24aと素子端子群24dの中心位置それぞれは、4つのIC端子群70のうち両端にあるIC端子群70aとIC端子群70dの中心位置よりともに外側にある。第4の例は、4つの素子端子群24(24a〜24d)の両端(素子端子群24a及び素子端子群24d)が、その中心位置がともに外側にある方の両端であり、ともに外側にある方の両端がそれぞれ2端子構成である場合を示している。4つの素子端子群24(24a〜24d)の両端の素子端子群24(素子端子群24a及び素子端子群24d)における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子46が第2接続端子47より内側に配置されている。ここでは、素子端子群24aにおいて、第1接続端子46aが第2接続端子47aより内側に配置されており、素子端子群24dにおいて、第1接続端子46dが第2接続端子47dより内側に配置されている。
そして、素子端子群24a〜24dそれぞれは、ワイヤ80(80a〜80d)及びワイヤ90(90a〜90d)を介して対応するIC端子群70a〜70dと接続されている。
第1実施形態の第4の例によれば、両端にある素子端子群24(素子端子群24a及び素子端子群24d)における2端子構成それぞれにおいて第1接続端子46が第2接続端子47より外側に配置される場合と比較して、両端にある素子端子群24それぞれにおいて第1接続端子46と第3接続端子78とを結ぶワイヤ80の長さを短くすることができる。このように、ワイヤ80の長さが最長となり得る両端にある素子端子群24においてワイヤ80を短くする構造とすることができ、その結果、両端のチャネル(ここでは、第1チャネル及び第4チャネル)でのインダクタンスが低下し、周波数応答特性が向上する。
さらに、第1乃至第3の例と同様に、複数の素子端子群24の第1方向の中心線と、複数のIC端子群70の第1方向の中心線とが、より近接しているのが望ましく、実質的に一致しているのがさらに望ましい。また、両端の2端子構成における第1接続端子46及び第2接続端子47の配置のみならず、両端それぞれから内側(キャリア21の第1方向の中心線または複数の素子端子群24の第1方向の中心線)にかけて、第2接続端子47、第1接続端子46の順に配置される2端子構成が複数繰り返されているのが望ましい。
このように、本実施形態に係る光受信サブアッセンブリは、複数の素子端子群と、複数のIC端子群とは、互いに離間しつつ対向しており、複数の素子端子群と複数のIC端子群とのいずれか一方はそれぞれ、第1導電型の第1接続端子と第2導電型の第2接続端子とが、第1方向に交差する第2方向へともに延伸するとともに、第1方向に沿って並んで配置される、2端子構成であり、複数の素子端子群と複数のIC端子群とのいずれか他方はそれぞれ、第1導電型の第3接続端子と第2導電型の2個の第4接続端子とが、第2方向へともに延伸するとともに、一方の第4接続端子、第3接続端子、及び他方の第4接続端子の順に第1方向に沿って並んで配置される、3端子構成を有している。また、第1方向において、複数の素子端子群のうち両端にある素子端子群の中心位置それぞれは、前記複数のIC端子群のうち両端にあるIC端子群の中心位置より、ともに内側にあるか、又はともに外側にあり、複数の素子端子群の両端と複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに内側にある方の両端がそれぞれ2端子構成である場合は、当該ともに内側にある方の両端における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子が第2接続端子より外側に配置され、複数の素子端子群の両端と複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに外側にある方の両端がそれぞれ2端子構成である場合は、当該ともに外側にある方の両端における2端子構成それぞれにおいて、第1接続端子が第2接続端子より内側に配置される。そして、2端子構成の第1接続端子は、対応する3端子構成の第3接続端子とワイヤにより電気的に接続されている。また、2端子構成の第2接続端子は、対応する3端子構成の2個の第4接続端子それぞれとワイヤにより電気的に接続されている。
第1実施形態に係る光受信サブアッセンブリが上記構成を有していることで、ワイヤの長さが最長となり得る両端のチャネルにおいてワイヤの長さを短くすることができる。その結果、両端のチャネルの周波数応答特性の劣化を抑制し、各チャネルの素子特性の偏差を低減させることに繋がり、光受信サブアッセンブリは良好な周波数応答特性を得ることができる。
[第2実施形態]
図11は、第2実施形態に係る受光素子アレイ230を前面側から見た斜視図である。第2実施形態に係る受光素子アレイ230は、各受光素子22の配置と、各受光素子22と素子端子群24とを接続する接続配線と、が異なっている点を除いて第1実施形態に係る受光素子アレイ23と同様の構成を有しているため重複する説明は省略する。ここでは、第1実施形態に係る受光素子アレイ23と異なる構成について説明する。
受光素子アレイ230は、半絶縁性のFeドープInP基板19上に、左側から順に、第1受光素子22a、第2受光素子22b、第3受光素子22c、及び第4受光素子22dが形成されている。各受光素子22の第1導電型電極36は、第2導電型電極37より上面側に配置されている。なお、各受光素子22の第1導電型電極36は、第2導電型電極37より下面側に配置されていてもよい。つまりは、各受光素子22の第1導電型電極36と第2導電型電極37とは各受光素子22が配列する方向と交差する方向に並んで配置される。
図12は、第2実施形態に係るキャリア210を前面側から見た斜視図である。第2実施形態の受光素子アレイ230では、各受光素子22の第1導電型電極36と、第2導電型電極37とは、キャリア210の前面において各受光素子22が配列する方向(第1方向)と交差する方向(第3方向)に並んでいる。そこで、各素子端子群24の第1接続端子46が、キャリア210の上面において、キャリア210の中心線C3(素子端子群24が配列される方向である第1方向の中心線)に対して第2接続端子47より外側に配置されるよう、第1接続配線66及び第2接続配線67の少なくとも一方は、キャリア210の前面において屈曲する部分を有している。例えば、図12に示すように、一対の第1接続配線66及び第2接続配線67において、第1接続配線66は、キャリア210の前面において、受光素子22の第1方向における中心線より外側(キャリア210の前面における第1方向の中心線C4より遠い側)に配置され、第2接続配線67は、受光素子22の第1方向における中心線より内側(キャリア210の前面における第1方向の中心線C4より遠い側)に配置される。
第2実施形態のように、各受光素子22の第1導電型電極36と、第2導電型電極37とは、キャリア210の前面において各受光素子22が配列する方向と交差する方向に並んでいる場合であっても、各素子端子群24の第1接続端子46が、キャリアの中心線C3に対して第2接続端子47より外側に配置させることができる。これにより、第1実施形態と同様に、ワイヤの長さが最長となり得る両端のチャネルにおいてワイヤの長さを短くすることができる。その結果、両端のチャネルの周波数応答特性の劣化を抑制し、各チャネルの周波数応答特性の偏差を低減させることに繋がり、光受信サブアッセンブリ10は良好な周波数応答特性を得ることができる。
また、各受光素子22の第1導電型電極36と、第2導電型電極37とは各受光素子22が配列する方向と直交する方向に並んで配置されていることで、受光素子アレイ230をキャリア210に搭載する前にプローブ針を用いて電気的特性を第1チャネルから第4チャネルまで連続的に検査する場合にプローブ針の配列を切り替える必要がなくなり検査が容易となる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、半導体基板の裏面から光が入射される裏面入射型受光素子アレイを例に説明したが、受光メサ部が表側にあり、裏面側でキャリアに搭載される形態であっても構わない。その場合は、受光素子アレイとキャリアとの電気的な接続はワイヤで行われる。さらに、この実施形態の場合は、受光素子アレイの電極から直接電気信号制御装置のIC端子群にワイヤを接続しても構わない。この場合は、受光素子アレイの電極が素子端子群となる。
さらに、上記実施形態では、光受信サブアッセンブリ内のアレイ型受光装置と電気信号制御装置との接続について説明したが、光送信サブアッセンブリ内のアレイ型半導体レーザ装置と駆動回路との接続にも適用することができる。光送信サブアッセンブリで本発明を適用する場合は、ICチップは、複数の光電変換素子に出力する電気信号を制御することとなる。
また、上述した実施形態では、キャリアにおいて素子端子群は光電変換素子が搭載される面(前面)と異なる上面に配置されていたが、光電変換素子が搭載される面と同一もしくは第3の面(たとえば背面部)であっても構わない。
またICチップは光サブアッセンブリの内部に備わった実施形態を示したが、光サブアッセンブリの外部であっても構わない。その場合は、電気信号制御装置はIC端子群を備えた回路基板(PCB)などであってよい。
1 光モジュール、2 光送信サブアッセンブリ、4 光受信サブアッセンブリ、6 電気的インターフェース、8 光学的インターフェース、9 ケース、10,100,101,200 光受信サブアッセンブリ、18 保護膜、19,219 FEドープINP基板、20 光電変換装置、21,203,210 キャリア、22,211 受光素子、22a 第1受光素子、22b 第2受光素子、22c 第3受光素子、22d 第4受光素子、23,202,230 受光素子アレイ、24,124,324 素子端子群、25,205 受光窓、30,300 電気信号制御装置、32,312 受光メサ部、33 N型INPコンタクト層、34,314 第1導電型電極メサ部、35,315 第2導電型電極メサ部、36,316 第1導電型電極、37,317 第2導電型電極、40,400 ICチップ、46,176,306 第1接続端子、47,177,307 第2接続端子、56,57 はんだ材、66 第1接続配線、67 第2接続配線、70,170,370 IC端子群、78,178,308 第3接続端子、79,179,309 第4接続端子、80,90,180,190,500 ワイヤ、201 アレイ型受光装置。

Claims (7)

  1. 複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子にそれぞれ電気的に接続され、第1方向に沿って順に並んで配置される複数の素子端子群と、を備える光電変換装置と、
    前記複数の素子端子群と電気的に接続され、前記第1方向に沿って順に並んで配置される複数のIC端子群と、を備える電気信号制御装置と、
    を備える光サブアッセンブリであって、
    前記複数の素子端子群と、前記複数のIC端子群とは、互いに離間しつつ対向しており、
    前記複数の素子端子群と前記複数のIC端子群とのいずれか一方はそれぞれ、第1導電型の第1接続端子と第2導電型の第2接続端子とが、前記第1方向に沿って並んで配置される、2端子構成であり、
    前記複数の素子端子群と前記複数のIC端子群とのいずれか他方はそれぞれ、前記第1導電型の第3接続端子と前記第2導電型の2個の第4接続端子とが、一方の前記第4接続端子、前記第3接続端子、及び他方の前記第4接続端子の順に前記第1方向に沿って並んで配置される、3端子構成であり、
    各前記2端子構成の前記第1接続端子は、対応する前記3端子構成の前記第3接続端子とワイヤにより電気的に接続され、
    各前記2端子構成の前記第2接続端子は、対応する前記3端子構成の2個の前記第4接続端子それぞれとワイヤにより電気的に接続され、
    前記第1方向において、前記複数の素子端子群のうち両端にある素子端子群の中心位置それぞれは、前記複数のIC端子群のうち両端にあるIC端子群の中心位置より、ともに内側にあるか、又はともに外側にあり、
    前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに内側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該ともに内側にある方の両端における前記2端子構成それぞれにおいて、前記第1接続端子が前記第2接続端子より外側に配置され、前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに外側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該ともに外側にある方の両端における前記2端子構成それぞれにおいて、前記第1接続端子が前記第2接続端子より内側に配置される、
    ことを特徴とする光サブアッセンブリ。
  2. 請求項1に記載の光サブアッセンブリであって、
    前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに内側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該両端それぞれから内側にかけて、前記第1接続端子と前記第2接続端子の順に配置される前記2端子構成が複数繰り返され、
    前記複数の素子端子群の両端と前記複数のIC端子群の両端のうち、その中心位置がともに外側にある方の両端がそれぞれ前記2端子構成である場合は、当該両端それぞれから内側にかけて、前記第2接続端子と前記第1接続端子の順に配置される前記2端子構成が複数繰り返される、
    ことを特徴とする、光サブアッセンブリ。
  3. 請求項1または2に記載の光サブアッセンブリであって、
    前記光電変換装置は、前記複数の素子端子群を搭載する上面と、前記複数の光電変換素子を搭載する前面と、を有するキャリアを、さらに備え、
    各前記光電変換素子は第1導電型電極と第2導電型電極とを有し、
    前記キャリアの前面において、前記複数の光電変換素子は第1方向に並んで配置され、各前記光電変換素子において前記第1導電型電極と前記第2導電型電極とは、前記キャリアの前面において前記第1方向に交差する方向に並んで配置され、
    前記キャリアの前面には、前記第1導電型電極と前記第1接続端子とを互いに電気的に接続するための第1接続配線と、前記第2導電型電極と前記第2接続端子とを互いに電気的に接続するための第2接続配線とが配置されている、
    ことを特徴とする、光サブアッセンブリ。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
    前記電気信号制御装置に電気的に接続されたICチップをさらに備える、
    ことを特徴とする、光サブアッセンブリ。
  5. 請求項4に記載の光サブアッセンブリであって、
    前記光電変換装置は、複数の受光素子を搭載するアレイ型受光装置であり、
    前記ICチップは、各前記受光素子が出力する電気信号を増幅する前置増幅回路を備える、
    ことを特徴とする、光サブアッセンブリ。
  6. 請求項1乃至3のいずれかに記載の光サブアッセンブリであって、
    前記光電変換装置は、アレイ型半導体レーザ装置である、
    ことを特徴とする、光サブアッセンブリ。
  7. 請求項1乃至5のいずれかに記載の光サブアッセンブリと、
    回路基板と、
    前記光サブアッセンブリおよび前記回路基板を内包するケースと、
    を備えることを特徴とする、光モジュール。
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