JP3890999B2 - 光送信モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を光信号へと変換する発光素子を備える光送信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を情報伝達媒体として用いる光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝送される光信号を送信するための送信装置として、電気信号を光信号へと変換する発光素子を備える光送信モジュールが用いられている（例えば、特開平１１−１０９１８４号公報参照）。
【０００３】
図９は、従来の光送信モジュールの構成の一例を一部破断して示す側面図である。この光送信モジュール６は、金属パッケージなどのハウジング６０内に発光素子である半導体レーザ６５等を設置した同軸型の光モジュールである。光送信モジュール６のハウジング６０内には、フェルール６１、レンズ６３、及び半導体レーザ６５が光軸を一致させて設置されている。半導体レーザ６５から出射された光信号は、集光用のレンズ６３を介してフェルール６１に挿通された光ファイバ６２に入射され、光ファイバ６２から外部へと出力される。また、半導体レーザ６５の上流側（下方）には、フォトダイオード６６が配置されている。このフォトダイオード６６は、半導体レーザ６５の後方光を検出して半導体レーザ６５の駆動状態をモニタするために用いられる。
【０００４】
図１０は、従来の光送信モジュールの構成の他の例を示す側面断面図である。また、図１１は、図１０に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。この光送信モジュール７は、半導体レーザ８０と、半導体レーザ８０からの光信号を伝送して出力する光導波路８６を有する光導波路素子８５とが基板７０上に設置された表面実装型の光モジュールである。
【０００５】
光送信モジュール７には、フェルール９０、光導波路８６を有する光導波路素子８５、及び半導体レーザ８０が光軸を一致させて設置されている。半導体レーザ８０から出射された光信号は、光導波路８６を介して、フェルール９０に挿通された光ファイバ９１に入射され、光ファイバ９１から外部へと出力される。また、半導体レーザ８０の上流側には、後方光のモニタに用いられる導波路型のフォトダイオード８１が配置されている。図９に示した同軸型の光送信モジュールでは、その立体的構造からモジュールのサイズが大型化し、低コスト化にも限界がある。一方、図１０及び図１１に示した表面実装型の光送信モジュールでは、モジュールの小型化、低コスト化が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光送信モジュールにおいては、電気信号を光通信システムで伝送される光信号に変換して出力する発光素子に対して、発光素子を駆動制御するための駆動ＩＣなどの駆動素子を設置する必要がある。ここで、図９に示した同軸型の光送信モジュール６の場合、半導体レーザ６５の下流側（上方）にはレンズ６３などの光学素子やフェルール６１などが配置されており、上流側（下方）はモニタ用のフォトダイオード６６及びハウジング６０の金属製の台座となっている。
【０００７】
このような構成からなる光送信モジュール６に駆動素子を設ける場合、ハウジング６０の外側、またはハウジング６０の内側で半導体レーザ６５から離れた位置に駆動素子を配置することとなる。このとき、半導体レーザ６５と駆動素子との間の結線長さが長くなり、モジュールが大型化する。また、半導体レーザ６５と駆動素子との間の配線でのインピーダンスにより、半導体レーザを高速で駆動させることが困難となる。
【０００８】
また、図１０及び図１１に示した表面実装型の光送信モジュール７に駆動素子を設ける場合、図１２に示すように、光送信モジュール７を配線基板９５上に実装した後、配線基板９５上に設置された駆動素子９７に配線９６を介して接続する構成が用いられる。また、この駆動素子９７は、さらに制御用ＩＣ９８に接続される。このような構成においても、光送信モジュール７の半導体レーザ８０と駆動素子９７との間の結線長さが長くなる。また、光送信モジュール７の外部に駆動素子９７を設けているので、送信装置が全体として大型化する。
【０００９】
一方、光通信システムにおいては、近年、光信号を伝送して通信を行う際の通信速度に対して、例えば１Ｇｂｐｓから５Ｇｂｐｓへと、より高速の通信速度が要求されている。このとき、光信号を送信する光送信モジュールにおいても、同様に、高速の送信速度が要求される。また、多数の通信を効率良く行うことが可能な光通信システムを実現するため、光送信モジュールなどの光モジュールのサイズを小型化することが必要となっている。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、モジュールが小型化されるとともに、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光送信モジュールは、電気信号を光信号へと変換して送信する光送信モジュールであって、（１）基板上に設置され、電気信号を光信号へと変換する発光素子と、（２）基板上に発光素子とともに設置され、発光素子からの光信号を伝送して出力する光伝送路と、（３）光伝送路上に配置され、発光素子を駆動する駆動素子と、（４）発光素子に対して光伝送路とは反対側の所定位置に配置され、発光素子からの後方光を検出するモニタ用の受光素子と、（５）駆動素子を外部へと接続するための電気的接続手段である金属製のリードフレームとを備え、（６）発光素子は、その端部から光信号を出射する半導体レーザからなり、リードフレームには、光信号伝送方向に平行な中心軸からみて左右の両側に、それぞれ所定のリードピンが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した光送信モジュールにおいては、発光素子及び光伝送路が基板上に設置される表面実装型の構成とするとともに、発光素子を駆動制御するための駆動素子を発光素子からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、発光素子及び光伝送路から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなり、モジュールを小型化することが可能となる。
【００１３】
また、駆動素子を発光素子の直近に配置することができるので、発光素子と駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、発光素子と駆動素子との間の配線でのインピーダンスが低減され、発光素子を高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００１４】
また、光送信モジュールは、発光素子からみて光伝送路とは反対側の所定位置に、発光素子からの後方光を検出するモニタ用の受光素子が配置されていることを特徴とする。このような構成によれば、モニタ用の受光素子で発光素子の後方光を検出することによって発光素子の駆動状態をモニタして、発光素子を安定駆動させることが可能となる。
【００１５】
ここで、光送信モジュールに用いられる発光素子としては、半導体レーザからなる発光素子を用いることが好ましい。
【００１６】
また、光伝送路としては、平面導波路型の光導波路からなる光伝送路を用いることが好ましい。あるいは、光ファイバ、または光ファイバを挿通した光ファイバ付フェルールからなる光伝送路を用いることが好ましい。
【００１７】
また、光送信モジュールは、発光素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を並列に配置するとともに、光伝送路及び駆動素子として、Ｎ個の発光素子に対応するＮ個の光伝送路及びＮ個の駆動素子をそれぞれ並列に配置することを特徴とする。これにより、Ｎチャンネル（複数チャンネル）の光信号を単一の光送信モジュールから送信することが可能となり、光信号当たりの光送信モジュールのサイズをさらに小型化することができる。
【００１８】
また、駆動素子と光伝送路との間に配置され、駆動素子を載置するサブマウント部材を備えることを特徴とする。これにより、発光素子からみて光伝送路側に配置される駆動素子を、光伝送路とともに良好に設置することができる。
【００１９】
また、駆動素子を外部へと接続するための電気的接続手段として、金属製のリードフレームを備えることを特徴とする。これにより、駆動素子による発光素子の駆動制御を好適に行うことができる。
【００２０】
また、発光素子、光伝送路、及び光信号が通過する所定の光路部分が、透明樹脂によって充填されていることが好ましい。あるいは、基板、発光素子、光伝送路、及び駆動素子を含む全体が、樹脂モールドされていることが好ましい。これにより、光送信モジュールの各要素を良好に保持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光送信モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、本発明による光送信モジュールの第１実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図２は、図１に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。なお、図１は、本光送信モジュールにおける光信号伝送方向（図２での横方向）に平行なモジュールの中心軸を含む断面図となっている。
【００２３】
本光送信モジュール１Ａは、電気信号を光信号へと変換して送信する表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザ２０と、平面導波路型の光導波路素子２５と、駆動素子３０とを備えている。
【００２４】
半導体レーザ２０は、光送信モジュール１Ａでの送信対象となる光信号について、電気信号を光信号へと変換して出射する発光素子である。この半導体レーザ２０は、基板１０上に設置されている。また、この基板１０上には、半導体レーザ２０とともに、光導波路素子２５が設置されている。光導波路素子２５は、半導体レーザ２０から出射された光信号を伝送して出力する光伝送路として機能する平面導波路型の光導波路２６を有する。
【００２５】
これらの半導体レーザ２０及び光導波路素子２５は、半導体レーザ２０の光軸と、光伝送路である光導波路２６の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザ２０の下流側の端部から出射された光信号が、光導波路２６に効率良く入射される。また、光導波路素子２５の下流側の端部には、フェルール４０が接続されている。このフェルール４０は、フェルール４０内に挿通される光信号出力用の光ファイバ４１と、光導波路２６とが光学的に接続されるように配置されている。
【００２６】
また、半導体レーザ２０のさらに上流側となる後方の基板１０上には、導波路型のフォトダイオード５０が設置されている。フォトダイオード５０は、半導体レーザ２０から後方に出射される後方光を検出するモニタ用の受光素子である。このフォトダイオード５０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光導波路２６とは反対側の所定位置に、半導体レーザ２０と光軸が一致するように配置されている。
【００２７】
一方、駆動素子３０は、光信号へと変換される電気信号などの必要な電気信号を半導体レーザ２０に供給し、半導体レーザ２０を駆動制御するための回路素子である。この駆動素子３０は、光導波路素子２５の上面上の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光導波路２６側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３０からの電気信号を半導体レーザ２０へと入力するため、半導体レーザ２０の電極２１と、駆動素子３０の対応する電極３１とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。なお、駆動素子３０としては、例えば、Ｓｉ−ＩＣやＧａＡｓ−ＩＣなどが用いられる。
【００２８】
基板１０の下面側には、金属製のリードフレーム１１が設けられている。このリードフレーム１１は、駆動素子３０を外部へと接続するための電気的接続手段である。リードフレーム１１には、光信号伝送方向に平行な光送信モジュール１Ａの中心軸からみて左右の両側に、それぞれ所定本数のリードピン１２が形成されている。また、駆動素子３０と外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３０の電極３２と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオード５０の電極５１も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００２９】
図３は、図１及び図２に示した光送信モジュールの外観構成を示す斜視図である。本光送信モジュール１Ａにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザ２０、光導波路２６を有する光導波路素子２５、駆動素子３０、及びモニタ用のフォトダイオード５０を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、図３に示すように、リードフレーム１１のリードピン１２、及びフェルール４０は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００３０】
また、半導体レーザ２０、光伝送路である光導波路２６、及び半導体レーザ２０と光導波路２６との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザ２０とモニタ用のフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。なお、図１及び図２においては、光送信モジュール１Ａの内部構成を示すため、モールド樹脂１５の外形のみを破線によって図示している。
【００３１】
以上の構成において、駆動素子３０から半導体レーザ２０へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザ２０において電気信号が光信号へと変換されて出射される。そして、半導体レーザ２０からの光信号は、光導波路２６と半導体レーザ２０との間の光路部分、及び光導波路素子２５の光導波路２６を介して、フェルール４０内に挿通された光信号出力用の光ファイバ４１へと入射され、光ファイバ４１から外部へと出力される。また、半導体レーザ２０から出射される後方光がフォトダイオード５０によって検出され、半導体レーザ２０の駆動状態がモニタされる。
【００３２】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図１〜図３に示した光送信モジュール１Ａにおいては、発光素子である半導体レーザ２０と、光伝送路である光導波路２６を有する光導波路素子２５とが基板１０上に設置された表面実装型の構成とするとともに、半導体レーザ２０を駆動する駆動素子３０を半導体レーザ２０からみて光伝送路側、すなわち、光信号伝送方向からみて下流側に配置している。
【００３３】
これにより、半導体レーザ２０、及び光伝送路として設置されている光導波路素子２５から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなる。したがって、光送信モジュール１Ａのサイズを小型化するとともに、モジュールを低コスト化することが可能となる。また、このような光送信モジュール１Ａは、量産に優れている。
【００３４】
また、上記のように駆動素子３０を配置する構成によれば、駆動素子３０を半導体レーザ２０の直近に配置することができるので、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の配線でのインピーダンスが低減され、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００３５】
また、本実施形態においては、駆動素子３０と外部の回路素子等との間で電気信号をやり取りするための電気的接続手段として、金属製のリードフレーム１１を用いている。これにより、外部との電気信号のやり取りを好適に行うことができる。
【００３６】
また、半導体レーザ２０からみて光導波路素子２５とは反対側となる後方の所定位置に、モニタ用のフォトダイオード５０が配置されている。このような構成によれば、モニタ用のフォトダイオード５０で半導体レーザ２０の後方光を検出することによって半導体レーザ２０の駆動状態をモニタして、半導体レーザ２０を安定駆動させることが可能となる。
【００３７】
さらに、上記のように駆動素子３０を設置する構成では、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみてフォトダイオード５０とは反対側に位置する。したがって、半導体レーザ２０に対してモニタ用のフォトダイオード５０を設置した場合においても、モジュールを大型化することなく駆動素子３０を好適に設置することができる。
【００３８】
また、基板１０、半導体レーザ２０、光導波路素子２５、及び駆動素子３０を含む全体が、モールド樹脂１５によって樹脂モールドされている。これにより、光送信モジュール１Ａの各要素を良好に保持することができる。また、半導体レーザ２０、光導波路素子２５、及び光信号が通過する所定の光路部分には、透明樹脂が充填されている。これにより、光送信モジュール１Ａの各要素を良好に保持するとともに、光信号を充分な透過率で伝送させることができる。
【００３９】
ここで、透明樹脂としては、光送信モジュール１Ａでの送信対象となっている光信号の波長の光を充分に透過する樹脂を用いることが好ましい。また、全体を樹脂モールドするモールド樹脂１５としては、必ずしも透明樹脂を用いる必要はないが、全体を透明樹脂モールドする構成としても良い。また、光送信モジュールの具体的な構成等によっては、全体を樹脂モールドする構成以外の構成を用いても良い。
【００４０】
本実施形態の光送信モジュール１Ａについて、その製造方法及び具体的な構成の一例を説明する。
【００４１】
本実施例においては、まず、基板１０として（１００）Ｓｉ基板（例えば３ｍｍ×７ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ）を用意する。そして、このＳｉ基板１０上にＳｉＯ2の熱酸化膜を形成し、その上にＳｉＯ2からなるアンダークラッド層（厚さ１０μｍ）、ＳｉＯ2−ＧｅＯ2からなり光導波路２６に対応する直線状の導波路パターンを有するコア層（６μｍ×６μｍ）、及びＳｉＯ2からなるオーバークラッド層（厚さ１０μｍ）を順に形成する。これらの積層構造により、平面導波路型の光導波路素子２５が構成される。
【００４２】
次に、この光導波路素子２５となる積層構造のうち、半導体レーザ２０及びモニタ用のフォトダイオード５０が配置されるＳｉ基板１０上の所定範囲内に形成された積層構造部分をエッチングにより除去し、その部分に半導体レーザ２０及びフォトダイオード５０をそれぞれ半田付けするためのメタライズ層（メタライズパターン）を形成する。そして、半導体レーザ２０（ＩｎＧａＡｓＰ−ＬＤ、３００μｍ×３００μｍ×厚さ１５０μｍ）及びフォトダイオード５０（ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ、３００μｍ×３００μｍ×厚さ１５０μｍ）を、それぞれＳｉ基板１０上の所定位置に実装し、さらに、駆動素子３０（Ｓｉ−ＩＣ、２ｍｍ×２ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）を、光導波路素子２５上の所定位置に実装し、対応する電極間をＡｕ線またはＡｌ線でワイヤボンディングを行って結線する。
【００４３】
続いて、基板１０をリードフレーム１１のベースメタル（例えばＦｅ、Ｃｕ、ステンレスなど）に接着する。また、光導波路素子２５の光導波路２６に対してつき合わせるように、光ファイバ４１が挿通されたフェルール４０を固定する。そして、半導体レーザ２０、光導波路２６、及び半導体レーザ２０と光導波路２６との間にあって光信号が通過する光路部分、半導体レーザ２０とフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分などの光が通る部分に透明樹脂としてシリコーン樹脂をポッティングし、さらに、エポキシ系の樹脂で全体をトランスファモールドすることによって、モジュールの外形形状となるモールド樹脂１５を形成する。
【００４４】
以上のような構成及び製造方法によって、図１〜図３に示した光送信モジュールを好適に実現することができる。ただし、本光送信モジュールの具体的な構成及び製造方法については、上記実施例には限定されない。例えば、基板１０として、Ｓｉ基板のかわりにセラミック（Ａｌ2Ｏ3）基板などを用いても良い。
【００４５】
図４は、本発明による光送信モジュールの第２実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図５は、図４に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。本光送信モジュール１Ｂは表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザ２０と、駆動素子３０とを備えている。
【００４６】
半導体レーザ２０は、電気信号を送信対象となる光信号へと変換して出射する発光素子であり、基板１０上に設置されている。また、この基板１０上には、半導体レーザ２０とともに、フェルール４０が設置されている。このフェルール４０は、半導体レーザ２０から出射された光信号を伝送して出力する光伝送路として機能する光ファイバ４１が挿通された構成の光ファイバ付フェルールとなっている。
【００４７】
これらの半導体レーザ２０及び光ファイバ付フェルール４０は、半導体レーザ２０の光軸と、光伝送路である光ファイバ４１の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザ２０の下流側の端部から出射された光信号が、光ファイバ４１に効率良く入射される。
【００４８】
また、半導体レーザ２０のさらに上流側となる後方の基板１０上には、半導体レーザ２０から後方に出射される後方光を検出するモニタ用の受光素子であるフォトダイオード５０が設置されている。このフォトダイオード５０は、半導体レーザ２０からみて、光ファイバ付フェルール４０とは反対側の所定位置に、半導体レーザ２０と光軸が一致するように配置されている。
【００４９】
一方、駆動素子３０は、半導体レーザ２０を駆動するための回路素子であり、光ファイバ付フェルール４０の上方の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光ファイバ４１及びフェルール４０側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３０からの電気信号を半導体レーザ２０へと入力するため、半導体レーザ２０の電極２１と、駆動素子３０の対応する電極３１とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００５０】
図６は、図４及び図５に示した光送信モジュールの断面構成を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。本実施形態においては、基板１０上に、図６に示すように、光ファイバ付フェルール４０を跨ぐサブマウント部材３３が設置されている。サブマウント部材３３は、駆動素子３０と、光伝送路である光ファイバ４１及びフェルール４０との間に配置された載置部材であり、駆動素子３０は、このサブマウント部材３３の上面上に載置されている。
【００５１】
基板１０の下面側には、左右の両側にそれぞれ所定本数のリードピン１２が形成された金属製のリードフレーム１１が設けられている。また、駆動素子３０と外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３０の電極３２と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオード５０の電極５１も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００５２】
また、本光送信モジュール１Ｂにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザ２０、光ファイバ４１が挿通されているフェルール４０、駆動素子３０、及びモニタ用のフォトダイオード５０を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、リードフレーム１１のリードピン１２、及び光ファイバ付フェルール４０は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００５３】
また、半導体レーザ２０、光伝送路である光ファイバ４１、及び半導体レーザ２０と光ファイバ４１との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザ２０とモニタ用のフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。
【００５４】
以上の構成において、駆動素子３０から半導体レーザ２０へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザ２０において電気信号が光信号へと変換されて出射される。そして、半導体レーザ２０からの光信号は、光ファイバ４１と半導体レーザ２０との間の光路部分を介して、フェルール４０内に挿通された光信号出力用の光ファイバ４１へと入射され、光ファイバ４１から外部へと出力される。また、半導体レーザ２０から出射される後方光がフォトダイオード５０によって検出され、半導体レーザ２０の駆動状態がモニタされる。
【００５５】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図４〜図６に示した光送信モジュール１Ｂにおいては、表面実装型の構成とするとともに、駆動素子３０を半導体レーザ２０からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、光送信モジュール１Ｂのサイズを小型化することが可能となる。また、駆動素子３０を半導体レーザ２０の直近に配置して、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の結線長さを充分に短くすることができるので、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００５６】
また、本実施形態においては、駆動素子３０をサブマウント部材３３上に載置している。このように、サブマウント部材３３を用いることにより、半導体レーザ２０からみて光伝送路側に配置される駆動素子３０を良好に設置することができる。例えば、本実施形態のように、半導体レーザ２０からの光信号を伝送して出力する光伝送路として光ファイバ付フェルール４０を用いた構成では、フェルール４０を跨ぐ形状を有するサブマウント部材３３を設けることにより、基板１０上でのフェルール４０のでっぱりを避けて駆動素子３０を設置することが可能となる。なお、サブマウント部材３３としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、窒化アルミ、あるいは樹脂などからなる部材を用いることができる。
【００５７】
図７は、本発明による光送信モジュールの第３実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図８は、図７に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。本光送信モジュール１Ｃは表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザアレイ２２と、平面導波路型の光導波路素子２７と、駆動素子３５とを備えている。
【００５８】
半導体レーザアレイ２２は、光送信モジュール１Ｃでの送信対象となるＮチャンネル（Ｎは２以上の整数）の光信号について、各チャンネルの電気信号を光信号へと変換して出射する発光素子であるＮ個の半導体レーザが並列に配置された発光素子アレイである。この半導体レーザアレイ２２は、基板１０上に設置されている。なお、図７及び図８においては、Ｎ＝４とした４チャンネルでの構成例を示している。
【００５９】
また、基板１０上には、半導体レーザアレイ２２とともに、光導波路素子２７が設置されている。光導波路素子２７は、半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザから出射されたＮチャンネルの光信号のそれぞれを伝送して出力する光伝送路として機能する平面導波路型のＮ個の光導波路２８を有する。これらのＮ個の光導波路２８は、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザに対応するように並列に配置されている。
【００６０】
これらの半導体レーザアレイ２２及び光導波路素子２７は、Ｎ個の半導体レーザのそれぞれの光軸と、対応する光伝送路である光導波路２８の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザの下流側の端部から出射された光信号が、それぞれ対応する光導波路２８に効率良く入射される。
【００６１】
また、光導波路素子２７の下流側の端部には、フェルール４２が接続されている。フェルール４２は、図８に示すように、光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３を並列に挿通させてテープファイバとすることが可能な構成となっている。このフェルール４２は、フェルール４２内に挿通される光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３のそれぞれと、対応する光導波路２８とが光学的に接続されるように配置されている。
【００６２】
また、半導体レーザアレイ２２のさらに上流側となる後方の基板１０上には、フォトダイオードアレイ５２が設置されている。フォトダイオードアレイ５２は、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザから後方に出射される後方光をそれぞれ検出するモニタ用の受光素子であるＮ個のフォトダイオードが並列に配置された受光素子アレイである。このフォトダイオードアレイ５２は、半導体レーザアレイ２２からみて、光伝送路である光導波路２８とは反対側の所定位置に、半導体レーザアレイ２２での半導体レーザと対応するフォトダイオードとの光軸が一致するように配置されている。
【００６３】
一方、駆動素子３５は、光信号へと変換される電気信号などの必要な電気信号を半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザに供給し、半導体レーザアレイ２２を駆動制御するためのＮ個の駆動素子を有する回路素子である。この駆動素子３５は、光導波路素子２７の上面上の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３５は、半導体レーザアレイ２２からみて、光伝送路である光導波路２８側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれからの電気信号を半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザへと入力するため、半導体レーザアレイ２２の電極２３と、駆動素子３５の対応する電極３６とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００６４】
基板１０の下面側には、金属製のリードフレーム１１が設けられている。このリードフレーム１１は、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれを外部へと接続するための電気的接続手段である。リードフレーム１１には、光信号伝送方向に平行な光送信モジュール１Ｃの中心軸からみて左右の両側、及びフェルール４２の反対側となる上流側に、それぞれ所定本数のリードピン１２が形成されている。また、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれと外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３５の電極３７と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオードアレイ５２の電極５３も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００６５】
また、本光送信モジュール１Ｃにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザアレイ２２、光導波路２８を有する光導波路素子２７、駆動素子３５、及びモニタ用のフォトダイオードアレイ５２を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、リードフレーム１１のリードピン１２、及びフェルール４２は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００６６】
また、半導体レーザアレイ２２、光伝送路である光導波路２８、及び半導体レーザアレイ２２と光導波路２８との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザアレイ２２とモニタ用のフォトダイオードアレイ５２との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。
【００６７】
以上の構成において、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれから半導体レーザアレイ２２へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザにおいて電気信号が光信号へと変換されて、Ｎチャンネルの光信号が出射される。そして、半導体レーザアレイ２２での半導体レーザからの光信号は、光導波路２８と半導体レーザとの間の光路部分、及び光導波路素子２７の光導波路２８を介して、フェルール４２内に挿通された光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３のそれぞれへと入射され、光ファイバ４３から外部へと出力される。また、半導体レーザから出射される後方光がフォトダイオードアレイ５２でのＮ個のフォトダイオードのそれぞれによって検出され、半導体レーザアレイ２２の駆動状態がモニタされる。
【００６８】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図７、図８に示した光送信モジュール１Ｃにおいては、表面実装型の構成とするとともに、駆動素子３５を半導体レーザアレイ２２からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、光送信モジュール１Ｃのサイズを小型化することが可能となる。また、駆動素子３５を半導体レーザアレイ２２の直近に配置して、半導体レーザアレイ２２での各半導体レーザと駆動素子３５での対応する駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることができるので、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００６９】
また、本実施形態においては、発光素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の半導体レーザが並列に配置された半導体レーザアレイ２２を用いるとともに、光伝送路及び駆動素子として、Ｎ個の半導体レーザに対応するＮ個の光導波路２８及びＮ個の駆動素子がそれぞれ並列に配置された光導波路素子２７及び駆動素子３５を用いている。これにより、Ｎチャンネル（複数チャンネル）の光信号を単一の光送信モジュール１Ｃから送信することが可能となり、光信号当たりの光送信モジュールのサイズをさらに小型化することができる。
【００７０】
本発明による光送信モジュールは、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、電気信号を光信号へと変換する発光素子としては、半導体レーザ以外の素子を用いても良い。また、光伝送路についても、平面導波路型の光導波路及び光ファイバ付フェルール以外のものを用いても良く、例えばフェルールなしの光ファイバを用いても良い。また、半導体レーザの後方光を検出するモニタ用のフォトダイオードについては、不要な場合には設けない構成としても良い。
【００７１】
また、Ｎチャンネルの光信号を送信する光送信モジュールについては、図７及び図８では発光素子からの光信号を伝送する光伝送路として平面導波路型の光導波路を用いているが、光伝送路としてＮ本の光ファイバを用いた場合でも、同様の構成が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明による光送信モジュールは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、発光素子及び光伝送路が基板上に設置される表面実装型の構成とするとともに、発光素子を駆動するための駆動素子を発光素子からみて光伝送路側（下流側）に配置した光送信モジュールによれば、光伝送路及び発光素子から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなり、モジュールを小型化、低コスト化することが可能となる。
【００７３】
また、駆動素子を発光素子の直近に配置することができるので、発光素子と駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、発光素子と駆動素子との間の配線でのインピーダンスが低減され、発光素子を高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光送信モジュールの第１実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図３】図１及び図２に示した光送信モジュールの外観構成を示す斜視図である。
【図４】光送信モジュールの第２実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図５】図４に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図６】図４及び図５に示した光送信モジュールの断面構成を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図７】光送信モジュールの第３実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図８】図７に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図９】従来の光送信モジュールの構成の一例を一部破断して示す側面図である。
【図１０】従来の光送信モジュールの構成の他の例を示す側面断面図である。
【図１１】図１０に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図１２】図１０に示した光送信モジュールを配線基板上に実装した構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…光送信モジュール、１０…基板、１１…リードフレーム、１２…リードピン、１５…モールド樹脂、２０…半導体レーザ、２１…電極、２２…半導体レーザアレイ、２３…電極、２５、２７…平面導波路型の光導波路素子、２６、２８…光導波路、３０、３５…駆動素子、３１、３２、３６、３７…電極、３３…サブマウント部材、４０、４２…フェルール、４１、４３…光ファイバ、５０…モニタ用のフォトダイオード、５１…電極、５２…モニタ用のフォトダイオードアレイ、５３…電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を光信号へと変換する発光素子を備える光送信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を情報伝達媒体として用いる光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝送される光信号を送信するための送信装置として、電気信号を光信号へと変換する発光素子を備える光送信モジュールが用いられている（例えば、特開平１１−１０９１８４号公報参照）。
【０００３】
図９は、従来の光送信モジュールの構成の一例を一部破断して示す側面図である。この光送信モジュール６は、金属パッケージなどのハウジング６０内に発光素子である半導体レーザ６５等を設置した同軸型の光モジュールである。光送信モジュール６のハウジング６０内には、フェルール６１、レンズ６３、及び半導体レーザ６５が光軸を一致させて設置されている。半導体レーザ６５から出射された光信号は、集光用のレンズ６３を介してフェルール６１に挿通された光ファイバ６２に入射され、光ファイバ６２から外部へと出力される。また、半導体レーザ６５の上流側（下方）には、フォトダイオード６６が配置されている。このフォトダイオード６６は、半導体レーザ６５の後方光を検出して半導体レーザ６５の駆動状態をモニタするために用いられる。
【０００４】
図１０は、従来の光送信モジュールの構成の他の例を示す側面断面図である。また、図１１は、図１０に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。この光送信モジュール７は、半導体レーザ８０と、半導体レーザ８０からの光信号を伝送して出力する光導波路８６を有する光導波路素子８５とが基板７０上に設置された表面実装型の光モジュールである。
【０００５】
光送信モジュール７には、フェルール９０、光導波路８６を有する光導波路素子８５、及び半導体レーザ８０が光軸を一致させて設置されている。半導体レーザ８０から出射された光信号は、光導波路８６を介して、フェルール９０に挿通された光ファイバ９１に入射され、光ファイバ９１から外部へと出力される。また、半導体レーザ８０の上流側には、後方光のモニタに用いられる導波路型のフォトダイオード８１が配置されている。図９に示した同軸型の光送信モジュールでは、その立体的構造からモジュールのサイズが大型化し、低コスト化にも限界がある。一方、図１０及び図１１に示した表面実装型の光送信モジュールでは、モジュールの小型化、低コスト化が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光送信モジュールにおいては、電気信号を光通信システムで伝送される光信号に変換して出力する発光素子に対して、発光素子を駆動制御するための駆動ＩＣなどの駆動素子を設置する必要がある。ここで、図９に示した同軸型の光送信モジュール６の場合、半導体レーザ６５の下流側（上方）にはレンズ６３などの光学素子やフェルール６１などが配置されており、上流側（下方）はモニタ用のフォトダイオード６６及びハウジング６０の金属製の台座となっている。
【０００７】
このような構成からなる光送信モジュール６に駆動素子を設ける場合、ハウジング６０の外側、またはハウジング６０の内側で半導体レーザ６５から離れた位置に駆動素子を配置することとなる。このとき、半導体レーザ６５と駆動素子との間の結線長さが長くなり、モジュールが大型化する。また、半導体レーザ６５と駆動素子との間の配線でのインピーダンスにより、半導体レーザを高速で駆動させることが困難となる。
【０００８】
また、図１０及び図１１に示した表面実装型の光送信モジュール７に駆動素子を設ける場合、図１２に示すように、光送信モジュール７を配線基板９５上に実装した後、配線基板９５上に設置された駆動素子９７に配線９６を介して接続する構成が用いられる。また、この駆動素子９７は、さらに制御用ＩＣ９８に接続される。このような構成においても、光送信モジュール７の半導体レーザ８０と駆動素子９７との間の結線長さが長くなる。また、光送信モジュール７の外部に駆動素子９７を設けているので、送信装置が全体として大型化する。
【０００９】
一方、光通信システムにおいては、近年、光信号を伝送して通信を行う際の通信速度に対して、例えば１Ｇｂｐｓから５Ｇｂｐｓへと、より高速の通信速度が要求されている。このとき、光信号を送信する光送信モジュールにおいても、同様に、高速の送信速度が要求される。また、多数の通信を効率良く行うことが可能な光通信システムを実現するため、光送信モジュールなどの光モジュールのサイズを小型化することが必要となっている。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、モジュールが小型化されるとともに、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光送信モジュールは、電気信号を光信号へと変換して送信する光送信モジュールであって、（１）基板上に設置され、電気信号を光信号へと変換する発光素子と、（２）基板上に発光素子とともに設置され、発光素子からの光信号を伝送して出力する光伝送路と、（３）光伝送路上に配置され、発光素子を駆動する駆動素子と、（４）発光素子に対して光伝送路とは反対側の所定位置に配置され、発光素子からの後方光を検出するモニタ用の受光素子と、（５）駆動素子を外部へと接続するための電気的接続手段である金属製のリードフレームとを備え、（６）発光素子は、その端部から光信号を出射する半導体レーザからなり、リードフレームには、光信号伝送方向に平行な中心軸からみて左右の両側に、それぞれ所定のリードピンが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した光送信モジュールにおいては、発光素子及び光伝送路が基板上に設置される表面実装型の構成とするとともに、発光素子を駆動制御するための駆動素子を発光素子からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、発光素子及び光伝送路から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなり、モジュールを小型化することが可能となる。
【００１３】
また、駆動素子を発光素子の直近に配置することができるので、発光素子と駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、発光素子と駆動素子との間の配線でのインピーダンスが低減され、発光素子を高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００１４】
また、光送信モジュールは、発光素子からみて光伝送路とは反対側の所定位置に、発光素子からの後方光を検出するモニタ用の受光素子が配置されていることを特徴とする。このような構成によれば、モニタ用の受光素子で発光素子の後方光を検出することによって発光素子の駆動状態をモニタして、発光素子を安定駆動させることが可能となる。
【００１５】
ここで、光送信モジュールに用いられる発光素子としては、半導体レーザからなる発光素子を用いることが好ましい。
【００１６】
また、光伝送路としては、平面導波路型の光導波路からなる光伝送路を用いることが好ましい。あるいは、光ファイバ、または光ファイバを挿通した光ファイバ付フェルールからなる光伝送路を用いることが好ましい。
【００１７】
また、光送信モジュールは、発光素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を並列に配置するとともに、光伝送路及び駆動素子として、Ｎ個の発光素子に対応するＮ個の光伝送路及びＮ個の駆動素子をそれぞれ並列に配置することを特徴とする。これにより、Ｎチャンネル（複数チャンネル）の光信号を単一の光送信モジュールから送信することが可能となり、光信号当たりの光送信モジュールのサイズをさらに小型化することができる。
【００１８】
また、駆動素子と光伝送路との間に配置され、駆動素子を載置するサブマウント部材を備えることを特徴とする。これにより、発光素子からみて光伝送路側に配置される駆動素子を、光伝送路とともに良好に設置することができる。
【００１９】
また、駆動素子を外部へと接続するための電気的接続手段として、金属製のリードフレームを備えることを特徴とする。これにより、駆動素子による発光素子の駆動制御を好適に行うことができる。
【００２０】
また、発光素子、光伝送路、及び光信号が通過する所定の光路部分が、透明樹脂によって充填されていることが好ましい。あるいは、基板、発光素子、光伝送路、及び駆動素子を含む全体が、樹脂モールドされていることが好ましい。これにより、光送信モジュールの各要素を良好に保持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光送信モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、本発明による光送信モジュールの第１実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図２は、図１に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。なお、図１は、本光送信モジュールにおける光信号伝送方向（図２での横方向）に平行なモジュールの中心軸を含む断面図となっている。
【００２３】
本光送信モジュール１Ａは、電気信号を光信号へと変換して送信する表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザ２０と、平面導波路型の光導波路素子２５と、駆動素子３０とを備えている。
【００２４】
半導体レーザ２０は、光送信モジュール１Ａでの送信対象となる光信号について、電気信号を光信号へと変換して出射する発光素子である。この半導体レーザ２０は、基板１０上に設置されている。また、この基板１０上には、半導体レーザ２０とともに、光導波路素子２５が設置されている。光導波路素子２５は、半導体レーザ２０から出射された光信号を伝送して出力する光伝送路として機能する平面導波路型の光導波路２６を有する。
【００２５】
これらの半導体レーザ２０及び光導波路素子２５は、半導体レーザ２０の光軸と、光伝送路である光導波路２６の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザ２０の下流側の端部から出射された光信号が、光導波路２６に効率良く入射される。また、光導波路素子２５の下流側の端部には、フェルール４０が接続されている。このフェルール４０は、フェルール４０内に挿通される光信号出力用の光ファイバ４１と、光導波路２６とが光学的に接続されるように配置されている。
【００２６】
また、半導体レーザ２０のさらに上流側となる後方の基板１０上には、導波路型のフォトダイオード５０が設置されている。フォトダイオード５０は、半導体レーザ２０から後方に出射される後方光を検出するモニタ用の受光素子である。このフォトダイオード５０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光導波路２６とは反対側の所定位置に、半導体レーザ２０と光軸が一致するように配置されている。
【００２７】
一方、駆動素子３０は、光信号へと変換される電気信号などの必要な電気信号を半導体レーザ２０に供給し、半導体レーザ２０を駆動制御するための回路素子である。この駆動素子３０は、光導波路素子２５の上面上の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光導波路２６側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３０からの電気信号を半導体レーザ２０へと入力するため、半導体レーザ２０の電極２１と、駆動素子３０の対応する電極３１とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。なお、駆動素子３０としては、例えば、Ｓｉ−ＩＣやＧａＡｓ−ＩＣなどが用いられる。
【００２８】
基板１０の下面側には、金属製のリードフレーム１１が設けられている。このリードフレーム１１は、駆動素子３０を外部へと接続するための電気的接続手段である。リードフレーム１１には、光信号伝送方向に平行な光送信モジュール１Ａの中心軸からみて左右の両側に、それぞれ所定本数のリードピン１２が形成されている。また、駆動素子３０と外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３０の電極３２と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオード５０の電極５１も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００２９】
図３は、図１及び図２に示した光送信モジュールの外観構成を示す斜視図である。本光送信モジュール１Ａにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザ２０、光導波路２６を有する光導波路素子２５、駆動素子３０、及びモニタ用のフォトダイオード５０を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、図３に示すように、リードフレーム１１のリードピン１２、及びフェルール４０は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００３０】
また、半導体レーザ２０、光伝送路である光導波路２６、及び半導体レーザ２０と光導波路２６との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザ２０とモニタ用のフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。なお、図１及び図２においては、光送信モジュール１Ａの内部構成を示すため、モールド樹脂１５の外形のみを破線によって図示している。
【００３１】
以上の構成において、駆動素子３０から半導体レーザ２０へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザ２０において電気信号が光信号へと変換されて出射される。そして、半導体レーザ２０からの光信号は、光導波路２６と半導体レーザ２０との間の光路部分、及び光導波路素子２５の光導波路２６を介して、フェルール４０内に挿通された光信号出力用の光ファイバ４１へと入射され、光ファイバ４１から外部へと出力される。また、半導体レーザ２０から出射される後方光がフォトダイオード５０によって検出され、半導体レーザ２０の駆動状態がモニタされる。
【００３２】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図１〜図３に示した光送信モジュール１Ａにおいては、発光素子である半導体レーザ２０と、光伝送路である光導波路２６を有する光導波路素子２５とが基板１０上に設置された表面実装型の構成とするとともに、半導体レーザ２０を駆動する駆動素子３０を半導体レーザ２０からみて光伝送路側、すなわち、光信号伝送方向からみて下流側に配置している。
【００３３】
これにより、半導体レーザ２０、及び光伝送路として設置されている光導波路素子２５から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなる。したがって、光送信モジュール１Ａのサイズを小型化するとともに、モジュールを低コスト化することが可能となる。また、このような光送信モジュール１Ａは、量産に優れている。
【００３４】
また、上記のように駆動素子３０を配置する構成によれば、駆動素子３０を半導体レーザ２０の直近に配置することができるので、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の配線でのインピーダンスが低減され、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００３５】
また、本実施形態においては、駆動素子３０と外部の回路素子等との間で電気信号をやり取りするための電気的接続手段として、金属製のリードフレーム１１を用いている。これにより、外部との電気信号のやり取りを好適に行うことができる。
【００３６】
また、半導体レーザ２０からみて光導波路素子２５とは反対側となる後方の所定位置に、モニタ用のフォトダイオード５０が配置されている。このような構成によれば、モニタ用のフォトダイオード５０で半導体レーザ２０の後方光を検出することによって半導体レーザ２０の駆動状態をモニタして、半導体レーザ２０を安定駆動させることが可能となる。
【００３７】
さらに、上記のように駆動素子３０を設置する構成では、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみてフォトダイオード５０とは反対側に位置する。したがって、半導体レーザ２０に対してモニタ用のフォトダイオード５０を設置した場合においても、モジュールを大型化することなく駆動素子３０を好適に設置することができる。
【００３８】
また、基板１０、半導体レーザ２０、光導波路素子２５、及び駆動素子３０を含む全体が、モールド樹脂１５によって樹脂モールドされている。これにより、光送信モジュール１Ａの各要素を良好に保持することができる。また、半導体レーザ２０、光導波路素子２５、及び光信号が通過する所定の光路部分には、透明樹脂が充填されている。これにより、光送信モジュール１Ａの各要素を良好に保持するとともに、光信号を充分な透過率で伝送させることができる。
【００３９】
ここで、透明樹脂としては、光送信モジュール１Ａでの送信対象となっている光信号の波長の光を充分に透過する樹脂を用いることが好ましい。また、全体を樹脂モールドするモールド樹脂１５としては、必ずしも透明樹脂を用いる必要はないが、全体を透明樹脂モールドする構成としても良い。また、光送信モジュールの具体的な構成等によっては、全体を樹脂モールドする構成以外の構成を用いても良い。
【００４０】
本実施形態の光送信モジュール１Ａについて、その製造方法及び具体的な構成の一例を説明する。
【００４１】
本実施例においては、まず、基板１０として（１００）Ｓｉ基板（例えば３ｍｍ×７ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ）を用意する。そして、このＳｉ基板１０上にＳｉＯ2の熱酸化膜を形成し、その上にＳｉＯ2からなるアンダークラッド層（厚さ１０μｍ）、ＳｉＯ2−ＧｅＯ2からなり光導波路２６に対応する直線状の導波路パターンを有するコア層（６μｍ×６μｍ）、及びＳｉＯ2からなるオーバークラッド層（厚さ１０μｍ）を順に形成する。これらの積層構造により、平面導波路型の光導波路素子２５が構成される。
【００４２】
次に、この光導波路素子２５となる積層構造のうち、半導体レーザ２０及びモニタ用のフォトダイオード５０が配置されるＳｉ基板１０上の所定範囲内に形成された積層構造部分をエッチングにより除去し、その部分に半導体レーザ２０及びフォトダイオード５０をそれぞれ半田付けするためのメタライズ層（メタライズパターン）を形成する。そして、半導体レーザ２０（ＩｎＧａＡｓＰ−ＬＤ、３００μｍ×３００μｍ×厚さ１５０μｍ）及びフォトダイオード５０（ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ、３００μｍ×３００μｍ×厚さ１５０μｍ）を、それぞれＳｉ基板１０上の所定位置に実装し、さらに、駆動素子３０（Ｓｉ−ＩＣ、２ｍｍ×２ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）を、光導波路素子２５上の所定位置に実装し、対応する電極間をＡｕ線またはＡｌ線でワイヤボンディングを行って結線する。
【００４３】
続いて、基板１０をリードフレーム１１のベースメタル（例えばＦｅ、Ｃｕ、ステンレスなど）に接着する。また、光導波路素子２５の光導波路２６に対してつき合わせるように、光ファイバ４１が挿通されたフェルール４０を固定する。そして、半導体レーザ２０、光導波路２６、及び半導体レーザ２０と光導波路２６との間にあって光信号が通過する光路部分、半導体レーザ２０とフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分などの光が通る部分に透明樹脂としてシリコーン樹脂をポッティングし、さらに、エポキシ系の樹脂で全体をトランスファモールドすることによって、モジュールの外形形状となるモールド樹脂１５を形成する。
【００４４】
以上のような構成及び製造方法によって、図１〜図３に示した光送信モジュールを好適に実現することができる。ただし、本光送信モジュールの具体的な構成及び製造方法については、上記実施例には限定されない。例えば、基板１０として、Ｓｉ基板のかわりにセラミック（Ａｌ2Ｏ3）基板などを用いても良い。
【００４５】
図４は、本発明による光送信モジュールの第２実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図５は、図４に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。本光送信モジュール１Ｂは表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザ２０と、駆動素子３０とを備えている。
【００４６】
半導体レーザ２０は、電気信号を送信対象となる光信号へと変換して出射する発光素子であり、基板１０上に設置されている。また、この基板１０上には、半導体レーザ２０とともに、フェルール４０が設置されている。このフェルール４０は、半導体レーザ２０から出射された光信号を伝送して出力する光伝送路として機能する光ファイバ４１が挿通された構成の光ファイバ付フェルールとなっている。
【００４７】
これらの半導体レーザ２０及び光ファイバ付フェルール４０は、半導体レーザ２０の光軸と、光伝送路である光ファイバ４１の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザ２０の下流側の端部から出射された光信号が、光ファイバ４１に効率良く入射される。
【００４８】
また、半導体レーザ２０のさらに上流側となる後方の基板１０上には、半導体レーザ２０から後方に出射される後方光を検出するモニタ用の受光素子であるフォトダイオード５０が設置されている。このフォトダイオード５０は、半導体レーザ２０からみて、光ファイバ付フェルール４０とは反対側の所定位置に、半導体レーザ２０と光軸が一致するように配置されている。
【００４９】
一方、駆動素子３０は、半導体レーザ２０を駆動するための回路素子であり、光ファイバ付フェルール４０の上方の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３０は、半導体レーザ２０からみて、光伝送路である光ファイバ４１及びフェルール４０側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３０からの電気信号を半導体レーザ２０へと入力するため、半導体レーザ２０の電極２１と、駆動素子３０の対応する電極３１とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００５０】
図６は、図４及び図５に示した光送信モジュールの断面構成を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。本実施形態においては、基板１０上に、図６に示すように、光ファイバ付フェルール４０を跨ぐサブマウント部材３３が設置されている。サブマウント部材３３は、駆動素子３０と、光伝送路である光ファイバ４１及びフェルール４０との間に配置された載置部材であり、駆動素子３０は、このサブマウント部材３３の上面上に載置されている。
【００５１】
基板１０の下面側には、左右の両側にそれぞれ所定本数のリードピン１２が形成された金属製のリードフレーム１１が設けられている。また、駆動素子３０と外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３０の電極３２と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオード５０の電極５１も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００５２】
また、本光送信モジュール１Ｂにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザ２０、光ファイバ４１が挿通されているフェルール４０、駆動素子３０、及びモニタ用のフォトダイオード５０を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、リードフレーム１１のリードピン１２、及び光ファイバ付フェルール４０は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００５３】
また、半導体レーザ２０、光伝送路である光ファイバ４１、及び半導体レーザ２０と光ファイバ４１との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザ２０とモニタ用のフォトダイオード５０との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。
【００５４】
以上の構成において、駆動素子３０から半導体レーザ２０へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザ２０において電気信号が光信号へと変換されて出射される。そして、半導体レーザ２０からの光信号は、光ファイバ４１と半導体レーザ２０との間の光路部分を介して、フェルール４０内に挿通された光信号出力用の光ファイバ４１へと入射され、光ファイバ４１から外部へと出力される。また、半導体レーザ２０から出射される後方光がフォトダイオード５０によって検出され、半導体レーザ２０の駆動状態がモニタされる。
【００５５】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図４〜図６に示した光送信モジュール１Ｂにおいては、表面実装型の構成とするとともに、駆動素子３０を半導体レーザ２０からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、光送信モジュール１Ｂのサイズを小型化することが可能となる。また、駆動素子３０を半導体レーザ２０の直近に配置して、半導体レーザ２０と駆動素子３０との間の結線長さを充分に短くすることができるので、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００５６】
また、本実施形態においては、駆動素子３０をサブマウント部材３３上に載置している。このように、サブマウント部材３３を用いることにより、半導体レーザ２０からみて光伝送路側に配置される駆動素子３０を良好に設置することができる。例えば、本実施形態のように、半導体レーザ２０からの光信号を伝送して出力する光伝送路として光ファイバ付フェルール４０を用いた構成では、フェルール４０を跨ぐ形状を有するサブマウント部材３３を設けることにより、基板１０上でのフェルール４０のでっぱりを避けて駆動素子３０を設置することが可能となる。なお、サブマウント部材３３としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、窒化アルミ、あるいは樹脂などからなる部材を用いることができる。
【００５７】
図７は、本発明による光送信モジュールの第３実施形態の断面構成を示す側面断面図である。また、図８は、図７に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。本光送信モジュール１Ｃは表面実装型の光モジュールであり、基板１０と、半導体レーザアレイ２２と、平面導波路型の光導波路素子２７と、駆動素子３５とを備えている。
【００５８】
半導体レーザアレイ２２は、光送信モジュール１Ｃでの送信対象となるＮチャンネル（Ｎは２以上の整数）の光信号について、各チャンネルの電気信号を光信号へと変換して出射する発光素子であるＮ個の半導体レーザが並列に配置された発光素子アレイである。この半導体レーザアレイ２２は、基板１０上に設置されている。なお、図７及び図８においては、Ｎ＝４とした４チャンネルでの構成例を示している。
【００５９】
また、基板１０上には、半導体レーザアレイ２２とともに、光導波路素子２７が設置されている。光導波路素子２７は、半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザから出射されたＮチャンネルの光信号のそれぞれを伝送して出力する光伝送路として機能する平面導波路型のＮ個の光導波路２８を有する。これらのＮ個の光導波路２８は、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザに対応するように並列に配置されている。
【００６０】
これらの半導体レーザアレイ２２及び光導波路素子２７は、Ｎ個の半導体レーザのそれぞれの光軸と、対応する光伝送路である光導波路２８の光軸とが一致するように配置されている。これにより、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザの下流側の端部から出射された光信号が、それぞれ対応する光導波路２８に効率良く入射される。
【００６１】
また、光導波路素子２７の下流側の端部には、フェルール４２が接続されている。フェルール４２は、図８に示すように、光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３を並列に挿通させてテープファイバとすることが可能な構成となっている。このフェルール４２は、フェルール４２内に挿通される光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３のそれぞれと、対応する光導波路２８とが光学的に接続されるように配置されている。
【００６２】
また、半導体レーザアレイ２２のさらに上流側となる後方の基板１０上には、フォトダイオードアレイ５２が設置されている。フォトダイオードアレイ５２は、半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザから後方に出射される後方光をそれぞれ検出するモニタ用の受光素子であるＮ個のフォトダイオードが並列に配置された受光素子アレイである。このフォトダイオードアレイ５２は、半導体レーザアレイ２２からみて、光伝送路である光導波路２８とは反対側の所定位置に、半導体レーザアレイ２２での半導体レーザと対応するフォトダイオードとの光軸が一致するように配置されている。
【００６３】
一方、駆動素子３５は、光信号へと変換される電気信号などの必要な電気信号を半導体レーザアレイ２２でのＮ個の半導体レーザに供給し、半導体レーザアレイ２２を駆動制御するためのＮ個の駆動素子を有する回路素子である。この駆動素子３５は、光導波路素子２７の上面上の所定位置に設置されている。すなわち、駆動素子３５は、半導体レーザアレイ２２からみて、光伝送路である光導波路２８側となる所定位置に配置されている。また、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれからの電気信号を半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザへと入力するため、半導体レーザアレイ２２の電極２３と、駆動素子３５の対応する電極３６とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００６４】
基板１０の下面側には、金属製のリードフレーム１１が設けられている。このリードフレーム１１は、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれを外部へと接続するための電気的接続手段である。リードフレーム１１には、光信号伝送方向に平行な光送信モジュール１Ｃの中心軸からみて左右の両側、及びフェルール４２の反対側となる上流側に、それぞれ所定本数のリードピン１２が形成されている。また、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれと外部との間で電気信号をやり取りするため、駆動素子３５の電極３７と、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。また、モニタ用のフォトダイオードアレイ５２の電極５３も同様に、リードフレーム１１の対応するリードピン１２とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００６５】
また、本光送信モジュール１Ｃにおいては、基板１０、リードフレーム１１、半導体レーザアレイ２２、光導波路２８を有する光導波路素子２７、駆動素子３５、及びモニタ用のフォトダイオードアレイ５２を含む全体が所定の樹脂材料によってトランスファモールドされており、このモールド樹脂１５がモジュールの外形を構成している。ただし、リードフレーム１１のリードピン１２、及びフェルール４２は、モールド樹脂１５の外側に突出している。
【００６６】
また、半導体レーザアレイ２２、光伝送路である光導波路２８、及び半導体レーザアレイ２２と光導波路２８との間にあって光信号が通過する光路部分は、モールド樹脂１５とは別または同一の透明樹脂によって充填されている。半導体レーザアレイ２２とモニタ用のフォトダイオードアレイ５２との間にあって後方光が通過する光路部分も、同様に、透明樹脂によって充填されている。
【００６７】
以上の構成において、駆動素子３５でのＮ個の駆動素子のそれぞれから半導体レーザアレイ２２へと光信号の送信を指示する電気信号が入力されると、半導体レーザアレイ２２での対応する半導体レーザにおいて電気信号が光信号へと変換されて、Ｎチャンネルの光信号が出射される。そして、半導体レーザアレイ２２での半導体レーザからの光信号は、光導波路２８と半導体レーザとの間の光路部分、及び光導波路素子２７の光導波路２８を介して、フェルール４２内に挿通された光信号出力用のＮ本の光ファイバ４３のそれぞれへと入射され、光ファイバ４３から外部へと出力される。また、半導体レーザから出射される後方光がフォトダイオードアレイ５２でのＮ個のフォトダイオードのそれぞれによって検出され、半導体レーザアレイ２２の駆動状態がモニタされる。
【００６８】
本実施形態の光送信モジュールの効果について説明する。図７、図８に示した光送信モジュール１Ｃにおいては、表面実装型の構成とするとともに、駆動素子３５を半導体レーザアレイ２２からみて光伝送路側（下流側）に配置している。これにより、光送信モジュール１Ｃのサイズを小型化することが可能となる。また、駆動素子３５を半導体レーザアレイ２２の直近に配置して、半導体レーザアレイ２２での各半導体レーザと駆動素子３５での対応する駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることができるので、半導体レーザを高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【００６９】
また、本実施形態においては、発光素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の半導体レーザが並列に配置された半導体レーザアレイ２２を用いるとともに、光伝送路及び駆動素子として、Ｎ個の半導体レーザに対応するＮ個の光導波路２８及びＮ個の駆動素子がそれぞれ並列に配置された光導波路素子２７及び駆動素子３５を用いている。これにより、Ｎチャンネル（複数チャンネル）の光信号を単一の光送信モジュール１Ｃから送信することが可能となり、光信号当たりの光送信モジュールのサイズをさらに小型化することができる。
【００７０】
本発明による光送信モジュールは、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、電気信号を光信号へと変換する発光素子としては、半導体レーザ以外の素子を用いても良い。また、光伝送路についても、平面導波路型の光導波路及び光ファイバ付フェルール以外のものを用いても良く、例えばフェルールなしの光ファイバを用いても良い。また、半導体レーザの後方光を検出するモニタ用のフォトダイオードについては、不要な場合には設けない構成としても良い。
【００７１】
また、Ｎチャンネルの光信号を送信する光送信モジュールについては、図７及び図８では発光素子からの光信号を伝送する光伝送路として平面導波路型の光導波路を用いているが、光伝送路としてＮ本の光ファイバを用いた場合でも、同様の構成が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明による光送信モジュールは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、発光素子及び光伝送路が基板上に設置される表面実装型の構成とするとともに、発光素子を駆動するための駆動素子を発光素子からみて光伝送路側（下流側）に配置した光送信モジュールによれば、光伝送路及び発光素子から離れた位置に駆動素子を設置する必要がなくなり、モジュールを小型化、低コスト化することが可能となる。
【００７３】
また、駆動素子を発光素子の直近に配置することができるので、発光素子と駆動素子との間の結線長さを充分に短くすることが可能となる。これにより、発光素子と駆動素子との間の配線でのインピーダンスが低減され、発光素子を高速で駆動させることができる。したがって、高速での光信号の送信が可能な光送信モジュールが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光送信モジュールの第１実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図３】図１及び図２に示した光送信モジュールの外観構成を示す斜視図である。
【図４】光送信モジュールの第２実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図５】図４に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図６】図４及び図５に示した光送信モジュールの断面構成を示すＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図７】光送信モジュールの第３実施形態の断面構成を示す側面断面図である。
【図８】図７に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図９】従来の光送信モジュールの構成の一例を一部破断して示す側面図である。
【図１０】従来の光送信モジュールの構成の他の例を示す側面断面図である。
【図１１】図１０に示した光送信モジュールの平面構成を示す上面図である。
【図１２】図１０に示した光送信モジュールを配線基板上に実装した構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…光送信モジュール、１０…基板、１１…リードフレーム、１２…リードピン、１５…モールド樹脂、２０…半導体レーザ、２１…電極、２２…半導体レーザアレイ、２３…電極、２５、２７…平面導波路型の光導波路素子、２６、２８…光導波路、３０、３５…駆動素子、３１、３２、３６、３７…電極、３３…サブマウント部材、４０、４２…フェルール、４１、４３…光ファイバ、５０…モニタ用のフォトダイオード、５１…電極、５２…モニタ用のフォトダイオードアレイ、５３…電極。
Claims (7)
- 電気信号を光信号へと変換して送信する光送信モジュールであって、
基板上に設置され、電気信号を光信号へと変換する発光素子と、
前記基板上に前記発光素子とともに設置され、前記発光素子からの前記光信号を伝送して出力する光伝送路と、
前記光伝送路上に配置され、前記発光素子を駆動する駆動素子と、
前記発光素子に対して前記光伝送路とは反対側の所定位置に配置され、前記発光素子からの後方光を検出するモニタ用の受光素子と、
前記駆動素子を外部へと接続するための電気的接続手段である金属製のリードフレームとを備え、
前記発光素子は、その端部から前記光信号を出射する半導体レーザからなり、
前記リードフレームには、光信号伝送方向に平行な中心軸からみて左右の両側に、それぞれ所定のリードピンが形成されていることを特徴とする光送信モジュール。 - 前記光伝送路は、平面導波路型の光導波路からなることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
- 前記光伝送路は、光ファイバからなることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
- 前記発光素子として、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を並列に配置するとともに、前記光伝送路及び前記駆動素子として、前記Ｎ個の発光素子に対応するＮ個の光伝送路及びＮ個の駆動素子をそれぞれ並列に配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光送信モジュール。
- 前記駆動素子と前記光伝送路との間に配置され、前記駆動素子を載置するサブマウント部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光送信モジュール。
- 前記発光素子、前記光伝送路、及び前記光信号が通過する所定の光路部分が、透明樹脂によって充填されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光送信モジュール。
- 前記基板、前記発光素子、前記光伝送路、及び前記駆動素子を含む全体が、樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光送信モジュール。
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