DE60313777T2

DE60313777T2 - Optisches halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE60313777T2
Application number: DE60313777T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi c/o Mitsubishi Denki K. K. Chiyoda-ku ARUGA; Shinichi c/o Mitsubishi Denki K. K. Chiyoda-ku KANEKO; Kiyohide c/o Mitsubishi Denki K. K. Chiyoda-ku SAKAI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: CA2468441A1; WO2004008594A1; EP1523078A4; CA2468441C; EP1523078A1; JP4046564B2; US20050067698A1; JP2004047832A; EP1523078B1; DE60313777D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Halbleitervorrichtung enthaltend ein optisches Halbleiterelement, das ein auf der Grundlage eines elektrischen Signals moduliertes optisches Signal ausgibt.
STAND DER TECHNIK
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für eine optische Halbleitervorrichtung vom Einphasen-Zuführungstyp illustriert. Schaltungen, die einer derartigen Schaltung ähnlich sind, sind beispielsweise offenbart durch die Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Nrn. 9-200150 und 8-172401 .
In der in 18 gezeigten optischen Halbleitervorrichtung ist eine LD-Treiberschaltung 200, die ein Halbleiter-Laserdiodenelement 310 (nachfolgend "LD") treibt, mit einem LD-Modul 300 verbunden. Ein Lichtemissions-Ausgangssignal der LD 310 wird von einer optischen Faser 316 ausgegeben. Differenztransistoren 202 und 203, die einen Differenzverstärker bilden, werden durch einen konstanten Strom durch einen Transistor 204 betrieben, werden jeweils mit komplementären Dateneingangssignalen (ein positives Phasensignal und ein Antiphasensignal) beliefert und geben ein Positivphasensignal aus. Ein Kollektor des Differenztransistors 202 ist geerdet. Ein Kollektor des Differenztransistors 203 ist mit einem Ende eines Dämpfungswiderstands 309 verbunden, und das andere Ende des Dämpfungswiderstands 309 ist mit einer Elektrode (Kathode) der LD 310 verbunden. Die Kathode der LD 310 ist mit einem Ende eines Induktivitätselements 311 mit einer hohen Impedanz mit Bezug auf eine hohe Frequenz verbunden, wie einer Chipinduktivität. Das andere Ende des Induktivitätselements 311 ist mit einer Konstantstromquelle 314 verbunden, die einen Vorspannstrom zu der LD 310 liefert. Das Induktivitätselement 311 bildet eine Vorspannschaltung für das LD-Modul 300.
19 illustriert ein Beispiel eines Augenmusters von Wellenformen elektrischer Signale, die von einer Schaltung wie der in 18 gezeigten LD-Treiberschaltung 200 ausgegeben werden. Die in diesem Beispiel illustrierte LD-Treiberschaltung verwendet einen Silizium-Germanium-Halbleiter, um den Leistungsverbrauch der Schaltung herabzusetzen.
Wenn diese LD-Treiberschaltung durch eine negative Spannung betrieben wird, wie in 18 gezeigt ist, ist ein erster Übergang eines elektrischen Signalimpulses entsprechend einem ersten Übergang eines optischen Signalimpulses ein Segment des Augenmusters, das nach unten gerichtet ist, während ein zweiter Übergang hiervon ein Segment des Augenmusters ist, das nach oben gerichtet ist. Wie in 19 gezeigt ist, ist eine Abfallzeit Tf um etwa 40 Prozent länger als eine Anstiegszeit Tr.
20 illustriert ein Beispiel eines Augenmusters von optischen Signalwellenformen (optische Ausgangswellenformen), die von dem in 18 gezeigten LD-Modul unter Verwendung der LD-Treiberschaltung, die elektrische Signale mit in 19 gezeigten Signalwellenformen ausgibt, ausgegeben werden. Dieses Beispiel illustriert, dass optische Signalwellenformen in verschiedenen Mustern fotoelektrisch in elektrische Signale umgewandelt werden und dass die elektrischen Signale durch ein Bandfilter überlagert sind. In 20 ist ein oberer Teil eine Maskierungsseite (Lichtemission) und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. 20 illustriert auch Augenmaskenbereiche (Bereiche, die ein Index zum Bestimmen, ob ein Signal verschlechtert ist und in welches das Augenmuster nicht eintreten sollte, sind).
Durch die Augenmaskenbereiche angezeigte Augenmaskenvorschriften sind ein Index für das Leistungsvermögen der Signalwellenform. Wenn ein Spalt (ein Augenmaskenrand) zwischen der Signalwellenform (Augenmuster) und dem Augenmaskenbereich breiter ist, können bessere Empfangsempfindlichkeitscharakteristiken erhalten werden, wenn ein optischer Empfänger ein Signal empfängt. Mit anderen Worten, selbst wenn ein optisches Signal eine niedrigere Leistung hat, treten Fehler weniger häufig auf und gute Übertragungseigenschaften können sichergestellt werden.
D.h., um ein Signal mit einer niedrigen Fehlerrate zu erhalten, wenn das von der optischen Halbleitervorrichtung ausgegebene optische Signal empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt und das elektrische Signal wiedergegeben wird, ist es erforderlich, zu verhindern, dass das Augenmuster in die Augenmaskenbereiche eintritt.
Nichtsdestoweniger wird, wenn ein moduliertes Signal bei 10 Gb/s oder mehr zu übertragen ist, die optische Ausgangswellenform des LD-Moduls auffällig verschlechtert, wie in 20 gezeigt ist. Wie aus der in 20 gezeigten Wellenform ersichtlich ist, besteht ein ausreichender Rand zu der Augenmaskenvorschrift nahe einem oberen linken eil eines mittleren Bereichs des Augenmusters (ein in 20 durch W1 angezeigter ansteigender Teil). Jedoch ist der Augenmaskenrand nahe einem oberen rechten Teil des mittleren Bereichs (ein in 20 durch W2 angezeigter ansteigender Teil) ziemlich klein mit der Folge, dass überhaupt kein Rand zu der Augenmaskenvorschrift besteht. Daher tritt das Problem auf, dass, wenn beispielsweise eine umgebende Temperatur ansteigt, eine Relaxationsoszillationsfrequenz des optischen Halbleiters fällt und die Signalwellenform nicht dem oberen rechten Teil des mittleren Bereichs der Augenmaske genügen kann.
Wie ersichtlich ist, fällt bei dem in 18 gezeigten herkömmlichen optischen Halbleiter der Rand zu der Augenmaskenvorschrift wie in 20 gezeigt.
Ein Grund für diesen Fall des Augenrandes ist wie folgt. Wenn die optische Halbleitervorrichtung eine optische Halbleitervorrichtung vom Impulsintensitäts-Modulationstyp ist, die ein Licht in einem breiten Band von einem niedrigen Frequenzband bis zu einem hohen Frequenzband moduliert, ist die Abfallzeit des elektrischen Signalimpulses verspätet, wie vorstehend erläutert ist, und der Augenmaskenrand, der ein Rand des Augenmusters ist, fällt aufgrund der Asymmetrie des in das LD-Modul 300 eingegebenen elektrischen Signals. Als eine Folge sind die Übertragungseigenschaften des auszugebenden optischen Signals verschlechtert.
21 ist ein Frequenzansprechdiagramm, wenn eine Signalübertragungsleitung P zwischen der LD-Treiberschaltung 200 und dem in 18 gezeigten LD-Modul 300 eine verteilte Konstantschaltung wie eine Mikrostreifenleitung enthält und wenn das LD-Modul 300 von dieser verteilten Konstantschaltung aus gesehen wird. 21 demonstriert, dass eine Grenzfrequenz (eine gegenüber einer Spitze um 3 Dezibel niedrigere Frequenz) etwa 8,8 Gigahertz beträgt und dass ein scharfer Abfall der Ansprechcharakteristiken bei einer Frequenz nahe 10 Gigahertz auftritt. Die Gründe für das Auftreten dieses scharfen Abfalls sind wie folgt.
In einem Hochfrequenzbereich wie einem Bereich bei der Frequenz nahe 10 Gigahertz sind beide Enden des in dem Beispiel nach 18 gezeigten Induktivitätselements 311 an einem keramischen Substrat befestigt, und mehrere Anschlussabschnitte, die jeweils einen Leiter enthalten, sind vorgesehen, um Verdrahtungen durch Drahtverbindungen herzustellen. Da jeder Anschlussabschnitt wie eine Kapazität wirkt, wird durch diese Kapazitäten, mehrere Verdrahtungen durch die Drahtverbindung, die die LD 310 mit Anschlüssen verbinden, die zwischen dem Induktivitätselement 311 und dem Anpassungswiderstand 309 vorgesehen sind, und eine Reaktanzkomponente des Induktivitätselements 311, das die Vorspannschaltung bildet, eine Resonanz er zeugt. Dies führt zu ziemlich scharfen Dämpfungseigenschaften.
Wie ersichtlich ist, hat die herkömmliche optische Halbleitervorrichtung Probleme dahingehend, dass Ausgangscharakteristiken des optischen Signals durch schlechte Abfallcharakteristiken der LD-Treiberschaltung beeinflusst werden und die Übertragungseigenschaften des optischen Signals hierdurch verschlechtert werden.
Weiterhin hat die herkömmliche optische Halbleitervorrichtung ein Problem dahingehend, dass Durchgangscharakteristiken des LD-Moduls bei der Frequenz nahe 10 Gigahertz plötzlich gedämpft werden. Der scharfe Abfall der Charakteristiken nahe 10 Gigahertz bewirkt besonders die große Verschlechterung der optischen Ausgangswellenform der optischen Halbleitervorrichtung. Es ist bedeutsam, dieses Problem zu lösen.
Die JP-A-09-055630 und das Papier: "An analog front- end chip set employing an electro-optical mixed design an SPICE for 5-Gb/s/ch parallel optical interconnection", IEEE Journal of solid state circuits, Band 36, Nr. 12, Seiten 1984–1991, offenbaren optische Halbleitervorrichtungen, wie sie durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Halbleitervorrichtung vorzusehen, die die Verschlechterung einer optischen Ausgangswellenform aufgrund der Asymmetrie zwischen einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit der Ausgangswellenform einer LD-Treiberschaltung und die Verschlechterung der optischen Ausgangswellenform wie die Verschlechterung folgend einem scharfen Abfall von Durchgangscharakte ristiken eines optischen Halbleitermoduls verbessert und die die Qualität der optischen Ausgangswellenform verbessert.
Die vorliegende Erfindung sieht eine optische Halbleitervorrichtung wie im Anspruch 1 definiert vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können der erste Leiter und der zweite Leiter ein Paar von Differenzleitungen bilden, wobei der erste Leiter, der mit einer Elektrode eines Paares von Elektroden, die die optische Halbleitervorrichtung enthält, verbunden ist, ein elektrisches Signal zu dem optischen Halbleiterelement liefern kann, der zweite Leiter, der mit der anderen Elektrode des Paares von Elektroden, die das optische Halbleiterelement enthält, verbunden ist, ein elektrisches Signal zu dem optischen Halbleiterelement liefern kann, das erste Induktivitätselement, das mit der einen Elektrode des optischen Halbleiterelement und dem ersten Leiter verbunden ist, das elektrische Signal bei einer hohen Frequenz begrenzen kann, und das zweite Induktivitätselement, das mit der anderen Elektrode des optischen Halbleiterelements und dem zweiten Leiter verbunden ist, das elektrische Signal bei einer hohen Frequenz begrenzen kann.
Die optische Halbleitervorrichtung kann weiterhin ein Paar von Anpassungswiderständen enthalten, die mit der einen Elektrode bzw. der anderen Elektrode des optischen Halbleiterelements verbunden sind und die elektrischen Signale in das optische Halbleiterelement einführen. Dies ergibt eine Impedanzanpassung bei der hohen Frequenz und führt effizient die elektrischen Signale in das optische Halbleiterelement ein.
Die optische Halbleitervorrichtung kann weiterhin enthalten: eine erste Vorspannschaltung enthaltend das erste Induktivitätselement und einen ersten Widerstand, der parallel zu dem ersten Induktivitätselement geschaltet ist; und eine zweite Vorspannschaltung enthaltend das zweite Induktivitätselement und einen zweiten Widerstand, der parallel zu dem zweiten Induktivitätselement geschaltet ist. Dies kann eine Resonanz verhindern, die durch Reaktanzkomponenten der Induktivitätselemente, Induktivitäten von Drahtverbindungen, Kapazitäten von Anschlussflecken und parasitäre Kapazitäten der Induktivitätselemente bewirkt werden, sowie eine Begrenzung von e- lektrischen Signalen bei Hochfrequenzen in breiten Frequenzbändern.
Die optische Halbleitervorrichtung kann zusätzlich ein Filter enthalten, das Frequenzen abschneidet, die höher als zumindest eine maximale Wiederholungsfrequenz eines digitalen Signals ist, welches Filter zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter und dem Paar von Anpassungswiderständen vorgesehen ist. Dieses kann Frequenzen abschneiden, die höher als zumindest die maximale Wiederholungsfrequenz des digitalen Signals sind, und ein Überschwingen von elektrischen Eingangswellenformen in unnötigen Frequenzbändern beseitigen.
Das Filter kann einen ersten Leiterfingerabschnitt und einen zweiten Leiterfingerabschnitt enthalten, in denen mehrere Leiter, die den bzw. den zweiten Leiter kreuzen, gebildet sind, um eine Kammform aufzuweisen, wobei der erste Leiterfingerabschnitt und der zweite Leiterfingerabschnitt abwechselnd angeordnet sind.
Ein derartiges Filter kann Frequenzen abschneiden, die höher als zumindest die maximale Wiederholungsfrequenz des digitalen Signals sind, und das Überschwingen von elektrischen Eingangswellenformen in unnötigen Frequenzbändern beseitigen.
Die optische Halbleitervorrichtung kann enthalten: eine Baueinheit enthaltend den ersten und den zweiten Leiter; eine Linse, die von dem optischen Halbleiterelement emittiertes Licht kondensiert; und ein Halteteil für die optische Faser, die eine optische Faser hält. Somit kann eine optische Halbleiter-Modulationsvorrichtung gebildet werden.
Das erste und das zweite Induktivitätselement können Luftkernspulen sein. Dies ermöglicht die Herstellung der Vorspannschaltungen zum Begrenzen der Hochfrequenz von elektrischen Signalen in breiten Frequenzbändern von geringer Größe.
Das optische Halbleiterelement kann eine Halbleiter-Laserdiode sein. Somit kann eine optische Halbleiter-Modulationsvorrichtung gebildet werden, die die Verschlechterung der optischen Ausgangswellenformen der Halbleiter-Laserdiode herabsetzt.
Das erste und das zweite Induktivitätselement können Vorspannströme liefern.
Die Erfindung wird weiterhin im Wege von Beispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert;
2A ist eine erläuternde Ansicht, die typischerweise Anstiegscharakteristiken und Abfallcharakteristiken eines Paares von Differenztransistoren in einer LD-Treiberschaltung illustriert;
2B ist eine erläuternde Ansicht, die ein Prinzip, das die Anstiegscharakteristiken und die Abfallcharakteristiken des Paares von Differenztransistoren einer Durchschnittswertbildung unterzogen werden, illustriert;
3 illustriert, dass optische Signalwellenformen in verschiedenen Mustern fotoelektrisch in elektrische Signale umgewandelt werden, die elektrischen Signale durch ein Bandfilter hindurchgehen, und dass die elektrische Signale überlagert sind;
4A ist ein Diagramm, das Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn das in 1 gezeigte LD-Modul von einer Schaltung mit verteilten Konstanten aus betrachtet wird;
4B ist ein Diagramm, das Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn jeweilige Vorspannschaltungen so eingestellt sind, dass sie unterschiedliche Impedanzen haben;
5 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für die optische Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert;
6A ist eine Draufsicht auf ein Filter;
6B ist eine Illustration dieses Filters, betrachtet aus einer Richtung des Pfeils P;
7 ist ein Diagramm, das Frequenzcharakteristiken vor nach der Einfügung des Filters vergleicht;
8 ist ein Äquivalenzschaltbild, das eine Hochfrequenzoperation der in 5 gezeigten optischen Halbleitervorrichtung simuliert;
9A ist ein vereinfachtes Äquivalenzschaltbild, das eine Hochfrequenzoperation einer in 18 gezeigten herkömmlichen Halbleitervorrichtung simuliert;
9B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken dieser Äquivalenzschaltung illustriert;
10A ist ein vereinfachtes Äquivalenzschaltbild, das die Hochfrequenzoperation der optischen Halbleitervorrichtung (Differenzleitungen) gemäß der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt ist, simuliert;
10B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken dieser Äquivalenzschaltung illustriert;
11A ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Vorspannschaltung in der in 10A gezeigten Äquivalenzschaltung im Einzelnen illustriert;
11B ist ein Diagramm, das das Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken auf der Grundlage der in 11A gezeigten Schaltungsbedingungen illustriert;
11C ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration der Vorspannschaltung in der in 9 gezeigten Äquivalenzschaltung im Einzelnen illustriert;
11D ist ein Diagramm, das das Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken auf der Grundlage der Schaltungsbedingungen illustriert;
12A ist ein Blockschaltbild, das eine zu der in 11A gezeigten identische Äquivalenzschaltung illustriert;
12B ist ein Diagramm, das das Simulationsergebnis auf der Grundlage von in 12A gezeigten Schaltungsbedingungen illustriert;
12C ist ein Diagramm, das das Simulationsergebnis von Frequenzansprechcharakteristiken in der in 11A gezeigten Äquivalenzschaltung illustriert, wenn eine Induktivität L4 einer Drahtverbindung 23a (oder 23b) von 3 Nanohenry in 1 Nanohenry geändert wird;
13A illustriert eine zu der in 11A gezeigten identischen Äquivalenzschaltung;
13B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis auf der Grundlage von in 13A ge zeigten Schaltungsbedingungen illustriert;
13C ist ein Diagramm, das das Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn eine Induktivität L1 eines Induktivitätselements in der in 11A gezeigten Äquivalenzschaltung geändert wird;
14 illustriert die äußere Konfiguration des LD-Moduls, die ein Gehäusebauteil und eine Aufnahmevorrichtung enthält;
15A ist eine horizontale Schnittansicht (eine Ansicht einer Oberfläche parallel zu x gemäß 14) des LD-Moduls;
15B ist eine vertikale Schnittansicht (eine Ansicht einer Oberfläche parallel zu Y gemäß 14) des LD-Moduls;
16 ist eine perspektivische Ansicht, die das Gehäusebauteil in einem Zustand zeigt, in welchem eine Kappe abgenommen ist;
17A ist eine Draufsicht in einem Zustand, in welchem eine obere Kappe abgenommen ist;
17B ist ein eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II in 17A in einem Zustand, in welchem die obere Kappe angebracht ist;
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für eine optische Halbleitervorrichtung vom Einphasen-Zuführungstyp illust riert;
19 illustriert ein Beispiel eines Augenmusters von elektrischen Signalwellenformen, die von einer Schaltung wie einer in 18 gezeigten LD-Treiberschaltung ausgegeben werden;
20 illustriert ein Beispiel eines Augenmusters von optischen Signalwellenformen (optischen Ausgangswellenformen), die von dem in 18 gezeigten LD-Modul ausgegeben werden; und
21 ist ein Diagramm, das die Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn ein Sig nalübertragungspfad P zwischen der LD-Treiberschaltung und dem in 18 gezeigten LD-Modul durch eine Schaltung mit verteilten Konstanten wie eine Mikrostreifenleitung gebildet ist und wenn das LD-Modul von dieser Schaltung mit verteilten Konstanten aus betrachtet wird.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsbeispiele der optischen Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert. In 1 enthält eine LD-Treiberschaltung 1 einen Eingangspuffer 11, der eine Differenzeingangskonfiguration hat, ein Paar von Differenztransistoren 12 und 13, die eine Differenzkonfiguration haben und die ein Antiphasensignal bzw. ein Positivphasensignal ausgeben, einen Transistor 14, der eine Konstantstromoperation durchführt, und Widerstände 15 und 16, die Lasten von Kollektoren der Differenztransistoren 12 bzw. 13 sind und die eine Impedanzanpassung bewirken.
Der Eingangspuffer 11 formt Wellenformen des eingegebenen Antiphasensignals und Positivphasensignals und erzeugt das eingestellte Antiphasensignal und Positivphasensignal, die in die Basen der Differenztransistoren 12 und 13 einzugeben sind.
Die gepaarten Differenztransistoren 12 und 13, die die Differenzkonfiguration haben, und der Transistor 14 bilden einen Differenzverstärker. Die Kollektorseiten der Differenztransistoren 12 und 13 sind mit einer Seite des Widerstands 15 bzw. der des Widerstands 16 verbunden. Die anderen Seiten der Widerstände 15 und 16 sind jeweils mit Erdanschlüssen verbunden. Die Emitter der Differenztransistoren 12 und 13 sind mit dem Transistor 14 verbunden, der die Konstantstromoperation durchführt. Ein Antiphasensignal-Ausgangsanschluss des Eingangspuffers 11 ist mit der Basis des Differenztransistors 12 verbunden, und ein Positivphasensignal-Ausgangsanschluss des Eingangspuffers 11 ist mit der Basis des Differenztransistors 13 verbunden. Eine Emitterseite des Transistors 14 und ein Spannungseingangsanschluss des Eingangspuffers 11 sind jeweils mit einer negativen Spannungszuführung (Vee) verbunden.
Kollektorseitige Ausgangsanschlüsse der Differenz transistoren 12 und 13 sind mit einem Paar von Elektroden (einer Anode und einer Kathode) einer LD 20 über eine Schaltung 18 mit verteilten Konstanten verbunden, die Mikrostreifenleitungen oder geerdete koplanare Leitungen enthält, sowie Anpassungswiderstände 19a bzw. 19b.
Die Differenztransistoren 12 und 13 können durch Feldeffekttransistoren (nachfolgend "FETen") ersetzt werden. Wenn die FETen verwendet werden, sind die Anode bzw. Kathode der LD 20 mit den Drainanschlüssen der FETen verbunden.
Auf der Seite des LD-Moduls 2 sind die Differenztransistoren 12 und 13 mit der LD 20, die eine Hochfrequenzimpedanz von etwa 5 Ohm hat, über die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten und die Anpassungswiderstände 19a und 19b für die Impedanzanpassung mit jeweils einer Impedanz von etwa 20 Ohm verbunden. Die Anodenseite der LD 20 ist durch Lösten oder dergleichen mit einem Leiter verbunden, der elektrisch mit dem Anpassungswiderstand 19b verbunden ist, und die Kathodenseite der LD 20 ist mit einem Leiter verbunden, der elektrisch mit dem Anpassungswiderstand 19a verbunden ist. Die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten ist so ausgebildet, dass die Ausgangsanschlösse der Differenztransistoren 13 und 12 vom Differenztyp in der LD-Treiberschaltung 1 mit den Anpassungswiderständen 19a bzw. 19b über Differenzleitungen oder Drahtverbindungen verbunden sind. Die Differenzleitungen werden erhalten durch Anordnen von zwei Leitern nahe beieinander, und eine Signalübertragung wird so durchgeführt, dass eines von Eingangssignalen in die beiden Leiter ein Positivphasensignal ist und das andere Eingangssignal ein Antiphasensignal ist. Es ist hierdurch möglich, die elektrische Kopplung zwischen den beiden Leitern zu verbessern und einen Streuverlust eines elektrischen Feldes zu verringern.
In beispielsweise der herkömmlichen optischen Halbleitervorrichtung vom Einphasen-Treibertyp ändert sich, da ein hoher Strom, der die LD treibt, zu der LD-Treiberschaltung über Erdpotential zurückgeführt wird, ein Erdpotential. Diese Erdpotentialänderung beeinträchtigt oft nachteilig eine optische Empfangselektronikschaltung, die nahe der Vorrichtung angeordnet ist und einen schwachen Strom erfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt im Gegenteil die optische Halbleitervorrichtung eine Gegentaktoperation mit Bezug auf die LD unter Verwendung der Differenzleitungen durch. Daher hat die optische Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiele Vorteile dahingehend, dass der hohe Strom über die Differenzleitungen trägt, das Erdpotential eine geringere Änderung hat und periphere Schaltungen weniger beeinflusst werden.
Die Differenzleitungen enthalten Mikrostreifenleitungen vom Differenztyp (Mikrostreifen-Differenzleitungen), die erhalten werden durch Anordnen von zwei Signalübertragungsleitungen nahe beieinander, geerdete koplanare Leitungen vom Differenztyp (geerdete koplanare Differenzleitungen), Differenzstifte (oder Leitungen), die erhalten werden durch Anordnen von zwei Leiterstiften nahe beieinander, oder dergleichen.
Ein Solenoid 21a mit einer hohen Impedanz mit Bezug auf eine hohe Frequenz und ein Widerstand 22a, der parallel zu diesem Solenoid 21a geschaltet ist und einen Q-Wert zum Verhindern einer Resonanz herabsetzt, bilden eine erste Vorspannschaltung 28a. Ein Solenoid 21b mit einer hohen Impedanz mit Bezug auf die hohe Frequenz und ein Widerstand 22b, der parallel zu diesem Solenoid 21b geschaltet ist und den Q-Wert zum Verhindern der Resonanz herabsetzt, bilden eine zweite Vorspannschaltung 28b. Luftkernspulen, die bewirken, dass Vorspannströme (Gleichströme) hindurchgehen, und die modulierte Signale (elektrische Signale mit mehreren hundert Kilohertz bis mehreren zehn Gigahertz), die von der LD-Treiberschaltung 1 ausgegeben werden, dahingehend unterdrücken, dass sie von der ersten und der zweiten Vorspannschaltung 28a und 28b streuen, d.h., die Hochfrequenzsignale begrenzen, werden für die Solenoide 21a bzw. 21b verwendet. Das Solenoid 21a in der ersten Vorspannschaltung 28a und das Solenoid 21b in der zweiten Vorspannschaltung 28b sind mit den Leitern verbunden, wobei jeweils ein Ende von ihnen elektrisch mit der Anode bzw. Kathode der LD 20 über die Drahtverbindungen 23a und 23b verbunden ist. Somit ist die Vorspannschaltung 28a mit dem Leiter verbunden, der elektrisch über die Drahtverbindung 23a mit dem Anpassungswiderstand 19a verbunden ist, und mit der Kathode der LD 20 über eine Drahtverbindung 29 verbunden. Die Vorspannschaltung 28d ist mit dem Leiter verbunden, der elektrisch mit dem Anpassungswiderstand 19b über die Drahtverbindung 23b verbunden ist, und mit dem gelöteten Leiter (Anschlussflecken) auf der Anode der LD 20 verbunden.
Die Anodenseite der LD 20 ist über die Parallelschaltung in der zweiten Vorspannschaltung 28 mit einem Erdanschluss verbunden. Die Kathodenseite der LD 20 ist über die Parallelschaltung in der zweiten Vorspannschaltung 28a mit einer Konstantstromquelle 24 verbunden. Die Konstantstromquelle 24 enthält einen Transistor und eine Emitterseite der Konstantstrom quelle 24 ist mit einer negativen Leistungszuführung (Vee) verbunden. Diese negative Leistungszuführung ist in der Spannung gleich der negativen Leistungszuführung (Vee) mit der der Transistor 14 in der LD-Treiberschaltung 1 verbunden ist, gleichgesetzt. Alternativ können sie auf unterschiedliche Spannungen gesetzt sein.
Die Vorspannschaltungen 28a und 28b wirken zusammen mit den Drahtverbindungen 23a und 23b und dergleichen als ungeerdete offene Anschlüsse für hohe Frequenzen.
Bei der Treiberkonfiguration dieser LD 20 werden Gleichstrom(nachfolgend "DC")-Vorspannströme über die gepaarte erste und zweite Vorspannschaltung 28a bzw. 28b zu der Anode und der Kathode der LD 20 geliefert, und Hochfrequenz-Modulationsströme werden an der Anode und der Kathode der LD 20 in einer Differenzweise durch die gepaarten Differenztransistoren 12 bzw. 13 des Differenztyps eingegeben.
D.h., wenn ein Zustand des Differenztransistors 12 in der LD-Treiberschaltung 1 von EIN in AUS geändert wird (ein Zustand des Differenztransistors 13 ändert sich von AUS in EIN), fließt der Modulationsstrom in die LD 20 und ein Zustand eines von der LD 20 ausgegebenen Laserlichts ändert sich von AUS in EIN. Wenn ein Zustand des Differenztransistors 13 sich von EIN in AUS ändert (der Zustand des Differenztransistors 12 ändert sich von AUS in EIN), nimmt der in die LD 20 fließende Modulationsstrom ab und der Zustand eines von der LD 20 ausgegebenen Laserlichts ändert sich von EIN in AUS.
Demgemäß werden die von den Differenztransistoren 12 und 13 ausgegebenen modulierten elektrischen Signale, die in der LD-Treiberschaltung 1 differenzmäßig ausgebildet sind, über die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten und dergleichen zu der LD 20 übertragen und in der LD 20 in ein optisches Modulationssignal umgewandelt. Die von der LD 20 erzeugten, modulierten optischen Signale werden durch eine Kondensorlinse 25 auf eine optische Faser 26 kondensiert und das kondensierte, modulierte optische Signal wird durch diese optische Faser 26 ausgegeben.
2A ist eine erläuternde Ansicht, die typischerweise die Anstiegs- und Abfallcharakteristiken der gepaarten Differenztransistoren 12 und 13 in der LD-Treiberschaltung 1 illustriert. 2B ist eine erläuternde Ansicht, die ein Prinzip, das die Anstiegs- und Abfallcharakteristiken der gepaarten Differenztransistoren 12 und 13 einer Durchschnittswertbildung unterzogen werden, illustriert.
Wie in 2B gezeigt ist, genügen, wenn eine Anstiegszeit des Differenztransistors 12 oder 13 (es wird angenommen, dass die Transistoren 12 und 13 äquivalente Charakteristiken haben) gleich tr ist und eine Abfallzeit von diesem gleich tf ist, tr und tf der Beziehung tr < tf. Dies ist vorstehend bereits erläutert.
Weiterhin werden, wie erläutert ist, das Positivphasensignal und das Antiphasensignal durch die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten hindurchgeführt, und das eine ist mit der Kathode der LD 20 über den Anpassungswiderstand 19A verbunden und das andere ist mit der Anode der LD 20 über den Anpassungswiderstand 19B verbunden. Durch eine derartige Verbindung steigt, wenn der Differenztransistor 12 ansteigt, der Differenztransistor 13 gleichzeitig an, und wenn der Differenztransistor 12 abfällt, fällt der Differenztransistor 13 gleichzeitig ab. Daher wird, wenn die Operation von der LD 20 aus betrachtet wird, die LD 20 durch die gepaarten Differenztransistoren 12 und 13 im Gegentakt betrieben.
Hinsichtlich der Schaltungen in der in 18 gezeigten herkömmlichen optischen Halbleitervorrichtung führen die gepaarten Transistoren in der LD-Treiberschaltung 200 eine Differenzoperation durch. Wenn die Operation von der LD 310 aus betrachtet wird, ist die Operation einfach derart, dass, wenn der Differenztransistor 203 ansteigt, ein Strom in die LD 310 fließt, und dass, wenn der Differenztransistor 203 abfällt, kein Strom in die LD 310 fließt: D.h., wenn die Operation von der LD 310 aus betrachtet wird (oder der Schaltung mit verteilten Konstanten, die die LD-Treiberschaltung 200 mit der LD 310 verbindet), wird die LD 310 nicht im Gegentakt betrieben.
Die Schaltungen in der in 1 gezeigten optischen Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führen eine derartige Gegentaktoperation durch. Daher dient die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten als Differenzleitungen, führt gleichzeitig eine Stromgegentaktoperation für die LD 20 durch. Wenn die Operation von der LD 20 aus betrachtet wird, arbeiten die Schaltungen während einer Durchschnittszeit ((tr + tf)/2) zwischen der Anstiegszeit (tr) des Differenztransistors 12 und der Abfallzeit (tf) des Differenztransistors 13. Als eine Folge zeigen, wie in 2B dargestellt ist, die gepaarten Transistoren 12 und 13 symmetrische Anstiegscharakteristiken, bei denen der Durchschnitt der Anstiegszeit und der Abfallzeit gebildet ist.
3 illustriert, dass optische Signalwellenformen in verschiedenen Mustern fotoelektrisch in elektrische Signale umgewandelt sind und dass die elektrischen Signale durch ein Bandfilter hindurchgeführt und überlagert sind. In 3 ist ein oberer Teil eine Markierseite (Lichtemission) und die horizontale Achse zeigt die Zeit an. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die Wellenformasymmetrie verbessert, es gibt ausreichend Ränder zu den Augenmaskenvorschriften, und gute Übertragungseigenschaften können im Vergleich mit dem in 20 gezeigten Augenmuster erhalten werden.
Nahe einem oberen rechten Teil (einem durch F in 3 angezeigten ansteigenden Teil) eines mittleren Bereichs des Augenmusters insbesondere besteht ein ausreichender Rand zu der Augenmaskenvorschrift, so dass ein Rand zu einer Wellenformverschlechterung folgend einer Absenkung der Relaxationsoszillationsfrequenz der LD 20 aufgrund einer Zunahme einer Verwendungstemperatur.
Weiterhin wird hinsichtlich der Anstiegscharakteristiken der LD-Treiberschaltung mit der relativ langen Anstiegszeit und Abfallzeit, die in 19 gezeigt sind, die LD-Treiberschaltung 200 so eingestellt, dass sie Spitzencharakteristiken hat. Wenn dies der Fall ist, tritt häufig ein leichtes Überschwingen bei einer Frequenz um etwa 15 Gigahertz höher als ein Signalband auf und wird über die in 19 gezeigte elektrische Wellenform überlagert.
Dieses Überschwingen kann die ansteigende Wellenform der optischen Ausgangswellenform anheben, eine rechte Schulter (unterer rechter Teil) des Augenmusters hat Ränder zu der Augenmaske, und die Qualität der opti schen Ausgangswellenformen kann erhöht werden. Wenn eine Grundwelle eines digitalen Signals bei 10 Gb/s (minimaler Impuls) bei beispielsweise 5 Gigahertz ist, wird die Spitzenbildung der LD-Treiberschaltung 200 so eingestellt, dass das Überschwingen bei einer Harmonischen, die dreimal höher als 5 Gigahertz ist, d.h., 15 Gigahertz, auftritt, wodurch optische Ausgangswellenformen hoher Qualität erhalten werden können.
Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 11-233876 offenbart ein Beispiel für das Lasermodul, das Daten ohne Zittern überträgt, indem ein Gleichgewicht zwischen Differenzlastimpedanzen gehalten wird. Jedoch führt das Lasermodul keine Gegentaktoperation durch, wenn die Operation von der LD aus betrachtet wird. Daher unterscheidet sich die durch die Veröffentlichung offenbarte Erfindung von der vorliegenden Erfindung.
Die Japanisch Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-327617 offenbart, dass nur die Abfallzeit verbessert wird durch Verringern der Eingangsimpedanz der LD, welche Impedanz von der Treiberschaltung aus betrachtet wird. Daher unterscheidet sich die Erfindung gemäß der Veröffentlichung im Prinzip vollständig von der vorliegenden Erfindung.
4A ist ein Diagramm, das Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn das in 1 gezeigte LD-Modul 2 von der Schaltung 18 mit verteilten Konstanten betrachtet wird. Wie erläutert ist, ist die Vorspannschaltung 23a, in der das Solenoid 21a und der Widerstand 22a parallel geschaltet sind, mit der Kathodenseite der LD 20 in dem in 1 gezeigten LD-Modul 2 verbunden, und die Vorspannschaltung 23b, in der das Solenoid 21b und der Widerstand 22b parallel geschaltet sind, ist mit der Anodenseite der LD 20 in dem LD-Modul 2 verbunden. Daher erzeugen die jeweiligen Vorspannschaltungen 28a und 28b eine Resonanz aufgrund der Kapazitätskomponenten der Anschlussflecken, die auf dem keramischen Substrat oder dergleichen vorgesehen sind, ähnlich dem Beispiel des herkömmlichen LD-Moduls 300. Wenn jedoch das LD-Modul 2 als eine äquivalente Schaltung von der Seite der Schaltung 18 mit verteilten Konstanten aus betrachtet wird, erscheinen die beiden Vorspannschaltungen so, als ob sie in Reihe geschaltet sind. Daher kann eine Amplitude der Resonanz herabgesetzt werden, und der scharfe Abfall bei der Frequenz um 10 Gigahertz herum, wie in 21 gezeigt ist, wird verhindert. In dem in 4A gezeigten Beispiel ist das Diagramm gezeigt, das die Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn die Impedanzen der Widerstände 22a und 22b gleichgesetzt sind.
4B ist ein Diagramm, das die Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn die Vorspannschaltungen 28a und 28b so gesetzt sind, dass sie unterschiedliche Impedanzen haben. Wie in 4B gezeigt ist, ist die Welligkeit im Vergleich mit dem Diagramm nach 4A verbessert. Spezifische Beispiele von Induktivitäten und Widerständen werden später bei dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Japanische Patentanmeldungs -Offenlegungsschrift Nr. 5-37083 offenbart ein Problem, das eine Induktivität Ls eines Verbindungsdrahts zum Verbinden einer Vorspannschaltung mit einem Halbleiterlaser und eine parasitäre Kapazität Cs1 eines keramischen Blocks einer luftdichten Baueinheit, die zum Verbinden der Vorspannschaltung mit einer externen Schaltung vorgesehen ist, die Verschlechterung von kleinen Signalfrequenzcharakteristiken bewirken. Gemäß dieser Veröffentlichung wird mit einem Blick auf die Verringerung des Einflusses dieser parasitären Kapazität Cs1 die auf eine untere Oberfläche einer Vorspannleitung, die auf dem keramischen Block der luftdichten Baueinheit angeordnet ist, aufgebrachte Metallisierung entfernt und die parasitäre Kapazität in der Schaltung wird hierdurch beseitigt. Eine untere Oberfläche des keramischen Blocks ist ein anderer Teil als die untere Oberfläche der Vorspannleitung, und die Metallisierung hiervon wird nicht entfernt.
Nichtsdestoweniger verwendet die in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-37083 offenbarte Erfindung die Einphasenleitung, um ein moduliertes Signal zu dem Halbleiterlaser zu liefern. Die Veröffentlichung offenbart nicht ein Beispiel der Schaltung, bei der Differenzleitungen verwendet werden, ein Beispiel, bei dem zwei Vorspannschaltungen verwendet werden, und ein Beispiel, bei dem Impedanzen der beiden Vorspannschaltungen unterschiedlich eingestellt sind. Zusätzlich unterscheidet sich die Erfindung nach der Veröffentlichung in der Schaltungskonfiguration von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die beiden mit den Differenzleitungen verbundenen Vorspannschaltungen angeordnet sind.
Darüber hinaus bewegt die Erfindung der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-37083 eine Dämpfungsfrequenz von 3 Dezibel der Durchlasscharakteristiken, die durch die Resonanz bewirkt wird, von 2,5 Gigahertz nach 2,9 Gigahertz auf der Frequenzachse. Die Erfindung gemäß der Veröffentlichung unter scheidet sich somit vollständig von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Amplitude der Resonanz geändert wird.
Wie ersichtlich ist, wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das optische Halbleiterelement, mit dem die Differenzleitungen verbunden sind, durch die Gegentaktoperation betrieben. Daher zeigt das erste Ausführungsbeispiel Vorteile dahingehend, dass die Asymmetrie der elektrischen Treiberwellenform verbessert ist, die Qualität der optischen Ausgangswellenform verbessert ist und hierdurch gute Übertragungseigenschaften erhalten werden können.
Weiterhin sind die Vorspannschaltungen auf den beiden Seiten des optischen Halbleiterelements angeordnet, mit dem die Differenzleitungen verbunden sind. Daher erscheinen, wenn das optische Halbleiterelement als die äquivalente Schaltung angenommen wird, die beiden Vorspannschaltungen als in Reihe mit dem optischen Halbleiterelement verbunden. Daher kann die Amplitude der Resonanz verringert werde, der scharfe Abfall (Welligkeit) der Durchlasscharakteristiken gefolgt durch die Anordnung der Vorspannschaltungen kann verbessert werden, die Qualität der optischen Ausgangswellenform kann verbessert werden, und die guten Übertragungseigenschaften können hierdurch erhalten werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurde die optische Halbleitervorrichtung gezeigt, bei der die LD direkt moduliert wird. Das erste Ausführungsbeispiel ist auch auf eine optische Halbleitervorrichtung anwendbar, die separat eine Lichtquelle enthält, die ein Licht mit einer bestimmten Intensität ausgibt, wie eine optische Halbleitervorrichtung, die ein Halblei ter-Modulationselement vom Feldabsorptionstyp verwendet. Eine derartige optische Halbleitervorrichtung hat dieselben Funktionen und Vorteile wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedes Solenoid als ein Element verwendet, das eine Reihenresonanz verhindert. Jedoch kann jedes andere Element verwendet werden, solange wie das Element eine Induktivitätskomponente hat (das Element ist ein Induktivitätselement). Beispielsweise können ein Chipinduktor enthaltend eine Musterverdrahtung auf dem keramischen Substrat oder ein Draht mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,5 Millimeter und einer Länge von etwa 10 Millimetern verwendet werden.
Wie insoweit erläutert ist, ist bei der optischen Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel das optische Halbleiterelement, mit dem die Differenzleitungen verbunden sind, durch die Gegentaktoperation betrieben. Daher hat die optische Halbleitervorrichtung Vorteile dahingehend, dass die Asymmetrie der Wellenform verbessert werden kann, die Qualität der optischen Ausgangswellenform verbessert ist, und gute Übertragungseigenschaften können hierdurch erhalten werden.
Weiterhin sind gemäß der optischen Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Vorspannschaltungen auf beiden Seiten des optischen Halbleiterelements, mit dem die Differenzleitungen verbunden sind, angeordnet. Daher kann die Welligkeit der Durchlasscharakteristiken, gefolgt durch die Anordnung der Vorspannschaltungen, verbessert werden, die Qualität der optischen Ausgangswellenform kann verbessert werden, und die guten Übertragungseigen schaften können hierdurch erhalten werden.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
5 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der optischen Halbleitervorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert. In 5 enthält die LD-Treiberschaltung 1 den Eingangspuffer 11, der eine Differenzeingangskonfiguration hat, die gepaarten Differenztransistoren 12 und 13, die eine Differenzkonfiguration haben, um ein Antiphasensignal bzw. ein Positivphasensignal auszugeben, den Transistor 14, der eine Konstantstromoperation durchführt, und die Widerstände 15 und 16, die Widerständen gegen die Lasten von Kollektoren der Differenztransistoren 12 bzw. 13 sind und die eine Impedanzanpassung bewirken.
Der Eingangspuffer 11 formt Wellenformen des eingegebenen Antiphasensignals und des Positivphasensignals und erzeugt das eingestellte Antiphasensignal und Positivphasensignal, um in die Basen der Differenztransistoren 12 und 13 eingegeben zu werden.
Die gepaarten Differenztransistoren 12 und 13, die die Differenzkonfiguration haben, und der Transistor 14 bilden einen Differenzverstärker. Die Kollektorseiten der Differenztransistoren 12 und 13 sind mit einer Seite des Widerstands 15 bzw. der des Widerstands 16 verbunden. Die anderen Seiten der Widerstände 15 und 16 sind jeweils mit Erdanschlüssen verbunden. Die Emitter der Differenztransistoren 12 und 13 sind mit dem Transistor 1 verbunden, der die Konstantstromoperation durchführt. Der Antiphasensignal-Ausgangsanschluss des Eingangspuffers 11 ist mit der Basis des Differenztransistors 12 verbunden, und der Positivphasensignal-Ausgangsanschluss des Eingangs puffers 11 ist mit der Basis des Differenztransistors 13 verbunden. Eine Emitterseite des Transistors 14 und ein Spannungseingangsanschluss des Eingangspuffers 11 sind beide mit der negativen Leistungszuführung (Vee) verbunden.
Die (kollektorseitigen) Ausgangsanschlüsse der Differenztransistoren 12 und 13 sind mit der Anode und der Kathode der LD 20 über die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten verbunden, die Mikrostreifenleitungen oder geerdete koplanare Leitungen enthält, sowie den Anpassungswiderständen 19a bzw. 19b.
Die Differenztransistoren 12 und 13 können durch die FETen ersetzt werden. Wenn die FETen verwendet werden, sind eine Anode bzw. eine Kathode der LD 20 mit Drainanschlüssen FETen verbunden.
Die Seiten der Differenztransistoren 12 und 13 zu dem LD-Modul 2 sind mit der Anodenseite der LD 20 mit einer Hochfrequenzimpedanz von etwa 5 Ohm durch Löten und mit der Kathodenseite von dieser durch die Drahtverbindung 29 über die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten, ein Filter 27 und die Anpassungswiderstände 19a und 19b für eine Impedanzanpassung mit jeweils einer Impedanz von etwa 20 Ohm verbunden. Die Differenztransistoren 12 und 13 sind mit der ersten Vorspannschaltung 28a, die das Solenoid 21a mit einer hohen Impedanz mit Bezug auf eine hohe Frequenz und den Widerstand 22a, der parallel zu diesem Solenoid 21a geschaltet ist und einen Q-Wert herabsetzt zum Verhindern einer Resonanz, und mit der zweiten Vorspannschaltung 28b, die das Solenoid 21b mit einer hohen Impedanz mit Bezug auf eine hohe Frequenz und den Widerstand 22b, der parallel zu diesem Solenoid 21b geschaltet ist und einen Q-Wert zum Verhindern einer Resonanz herab setzt, enthält, über Drahtverbindungen 23a bzw. 23b verbunden.
Die Anodenseite der LD 20 ist mit dem Erdanschluss durch die Drahtverbindung 23b und die Parallelschaltung in der zweiten Vorspannschaltung 28b verbunden. Die Kathodenseite der LD 20 ist über die Drahtverbindungen 29 und 23a sowie die Parallelschaltung in der zweiten Vorspannschaltung 28a mit der Vorspann-Konstantstromquelle 24 verbunden. Die Konstantstromquelle 24 enthält einen Transistor und eine Emitterseite der Konstantstromquelle 24 ist mit der negativen Spannungsquelle (Vee) verbunden. Diese negative Spannungsquelle ist in der Spannung gleich der negativen Spannungsquelle (vee), mit der der Transistor 14 in der LD-Treiberschaltung 1 verbunden ist. Alternativ können diese negativen Spannungsquellen auf unterschiedliche Spannungen gesetzt werden.
Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden DC-Vorspannströme zu der Anode und der Kathode der LD 20 über die gepaarten Vorspannschaltungen 28a und 28b geliefert, und modulierte Hochfrequenzsignale werden an der Anode und der Kathode der LD 20 durch die gepaarten Differenztransistoren 12 und 13 vom Differenztyp in einer Differenzweise eingegeben.
Wenn eine Spitzenbildung auf die LD-Treiberschaltung 1 ausgeübt wird, indem eine Schaltungskonstante geändert wird, die nicht in 5 gezeigt ist, um die Anstiegscharakteristiken der Differenztransistoren 12 und 13 in der LD-Treiberschaltung 1 zu verbessern, tritt ein Überschwingen bei Zyklen von etwa 15 Gigahertz auf. Das in 5 gezeigte Filter 27 ist ein Tiefpassfilter zum Entfernen dieses Überschwingens.
In einem 1,31 Mikrometer-Wellenlängenband, bei dem die Streuung der optischen Faser weniger einflussreich ist, ist eine Wellenformänderung nach der der optischen Faserübertragung klein, und diese Überschwing-Wellenform wird durch ein Filter eines Empfängers gedämpft. Daher kann eine optische Ausgangswellenform mit größeren Rändern zu der Augenmaske erhalten werden. Diese Überschwingen kann daher aktiv ausgenutzt werden für die Verbesserung der Signalwellenform, nachdem das Signal durch das Filter des Empfängers hindurchgegangen ist. Jedoch wächst in einem 1,55 Mikrometer-Wellenlängenband, in welchem der Einfluss der Streuung der optischen Faser groß ist, wenn diese Überschwing-Wellenform vorhanden ist, ein sich aus dem optischen Halbleiter-Lichtemissionselement ergebender Wellenlängenchirp, und der Chirp kann möglicherweise die Wellenform nachteilig beeinflussen, nachdem das Signal über die optische Faser übertragen wurde. Aus diesem Grund wird das Überschwingen durch das Filter 27 beseitigt.
6A ist eine Draufsicht auf das Filter 27, und 6B ist eine Illustration dieses Filters 27 betrachtet aus der Richtung eines Pfeils P. In 6A und 6B enthält das Filter 27 ein Paar von Mikrostreifen-Differenzleitungen 39 auf einer oberen Oberfläche eines keramischen Substrats 41 und einen Erdleiter 40 auf einer unteren Oberfläche von diesem. Zusätzlich wird eine kammartige Streifenleiterelektrode 38 abwechselnd aus den gepaarten Mikrostreifenleitungen 39 in einer Einwärtsrichtung orthogonal zu den Mikrostreifenleitern 39 gebildet.
7 ist ein Diagramm, das Frequenzansprechcharakteristiken vor und nach der Einfügung des Filters 27 vergleicht. In 7 zeigt C1 die Kurve von 4B an und zeigt eine Wellenform an, in der die Welligkeit der Ansprechcharakteristiken verbessert ist durch Einstellen der Impedanzen der in 5 gezeigten Vorspannschaltungen 28a und 28b, die asymmetrisch zueinander sind. C2 ist eine Wellenform, die die Ansprechcharakteristiken anzeigt, wenn die Spitzenbildung bei der in 5 gezeigten LD-Treiberschaltung 1 angewendet wird durch Ändern der Schaltungskonstanten, nicht gezeigt, wenn ein Überschwingen bei Zyklen von etwa 15 Gigahertz stattfindet. C3 ist eine Wel- lenform, die die Ansprechcharakteristiken anzeigt, wenn das Überschwingen um 15 Gigahertz herum durch das Filter 27 abgeschnitten ist. 7 zeigt, dass flache und gute Ansprechcharakteristiken bis zu der Frequenz, die 12 Gigahertz überschreitet, erhalten werden.
Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 7-38185 offenbart in den 6A und 6B eine Schaltung, in die Reihenschaltungen enthaltend eine Kapazität und einen Widerstand parallel zu einem LD-Element eingefügt sind und die hierdurch das Überschwingen von Anstiegscharakteristiken verhindert. Eine Aufgabe dieser Schaltung besteht jedoch darin, ein Überschießen zu beseitigen, das stattfindet, weil kein Vorspannstrom angewendet wird und eine Relaxationsoszillation, welche Aufgabe sich von der Aufgabe der vorliegenden Erfindung unterscheidet. Weiterhin unterscheidet sich die Schaltung gemäß der Veröffentlichung von der vorliegenden Erfindung dadurch, dass die Schaltung vom Einphasen-Zuführungstyp ist und sich auch in der Schaltungskonfiguration unterscheidet.
Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 7-46194 offenbart in 1 und in den 2a und 2B eine Schaltung, die einen Anpassungszustand ändert durch Parallelschaltung von Reihenschaltungen enthaltend eine Induktivität und eines Widerstands und eines LD-Elements zwischen einem Anpassungswiderstand und einer LD-Treiberschaltung, um hierdurch ein Überschwingen zu verhindern. Jedoch unterscheidet sich die Erfindung von der vorliegenden Erfindung in der Aufgabe und der Schaltungskonfiguration, und sie unterscheidet auch dadurch, dass die Schaltung vom Einphasen- Zuführungstyp ist.
8 ist ein vereinfachtes äquivalentes Schaltungsdiagramm, das eine Hochfrequenzoperation der in 5 gezeigten optischen Halbleitervorrichtung simuliert. Das Bezugssymbol 31 bezeichnet eine Ausgangsimpedanz der LD-Treiberschaltung. Auf einer Seit des LD-Moduls entsprechen Bezugssymbole solchen, die das jeweilige Element des in 5 gezeigten LD-Moduls bezeichnen, d.h., Bezugssymbole 19a und 19b bezeichnen die Anpassungswiderstände, 20 bezeichnet eine LD und 27 bezeichnet das Filter.
Es wird hier angenommen, dass Widerstandswerte der Anpassungswiderstände 19a und 19b gleich Rd sind, ein interner Widerstandswert der LD 20 gleich r ist, eine Kapazität des Filters 27 gleich C ist und die Ausgangsimpedanz der LD-Treiberschaltung gleich Z ist, so dass eine angenäherte Gleichung für eine Grenzfrequenz fc dieser Äquivalenzschaltung wie folgt ausgedrückt wird:
Wenn beispielsweise die Impedanz Z der LD-Treiberschaltungsseite gleich 100 Ohm ist, der inter ne Widerstandswert r der LD 20 gleich 8 Ohm ist und die Widerstandswerte Rd der Anpassungswiderstände gleich 45 Ohm sind und die Kapazität C des Filters 27 gleich 0,16 Picofarad ist, dann ist die Grenzfrequenz fc angenähert etwa 10 Gigahertz. Da die tatsächliche Schaltungskonstante kompliziert, kann die Grenzfrequenz nicht einfach erhalten werden. Wenn jedoch die Kapazität auf der Grundlage dieser Grenzfrequenz fc gesetzt wird, kann eine gewünschte Filterwirkung erhalten werden.
Wie erläutert ist, enthält gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die optische Halbleitervorrichtung den ersten und den zweiten Leiterfingerabschnitt, in denen mehrere Leiter, die den ersten bzw. den zweiten Leiter kreuzen, als ein Kamm gebildet sind, das Filter, in welchem der erste Leiterfingerabschnitt und der zweite Leiterfingerabschnitt abwechselnd angeordnet sind, Frequenzen abschneidet, die zumindest höher als eine maximale Widerholungsfrequenz sind, und das Filter das unnötige Überschwingen des LD-Ausgangssignals entfernt oder verringert, das auftritt, wenn die Spitzenbildung bei der LD-Treiberschaltung angewendet wird. Daher ist es möglich, einen Störabstand des optischen Ausgangssignals zu verbessern, die Qualität der optischen Ausgangswellenform zu verbessern und demgemäß gute Übertragungseigenschaften zu erhalten.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Beispiel der Verwendung des kammartigen Filters als des Elements, das das Überschwingen verhindert, gezeigt. Jedes andere Element kann verwendet werden, solange wie das Element eine Kapazitätskomponente hat und das Element durch ein gewöhnliches Leitermuster oder dergleichen gebildet werden kann.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die optische Halbleitervorrichtung, bei der die LD direkt moduliert wird, illustriert. Das zweite Ausführungsbeispiel ist auch auf eine optische Halbleitervorrichtung anwendbar, die separat eine Lichtquelle enthält, die ein Licht mit einer bestimmten Intensität ausgibt, wie eine optische Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiter-Modulationselement vom Feldabsorptionstyp verwendet. Eine derartige optische Halbleitervorrichtung hat dieselben Funktionen und Vorteile wie diejenigen des zweiten Ausführungsbeispiels.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden die Vorteile der Verwendung der Differenzleitungen erläutert, während das Hauptaugenmerk auf den Vorteil der Kompensation der Asymmetrie der Anstiegs-/Abfallcharakteristiken der LD-Treiberschaltung und der Verbesserung der optischen Ausgangswellenform gelegt wurde. Durch Verwendung der Differenzleitungen besteht ein Vorteil dahingehend, dass Frequenzcharakteristiken neben dem Vorteil der Kompensation der Asymmetrie der Anstiegs- und Abfallcharakteristiken verbessert werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Vorteil der Verbesserung der Frequenzcharakteristiken erläutert, während auf äquivalente Schaltungen für spezifische Beispiele von Recktanzen und Widerstandswerten Bezug genommen wird.
9A ist ein vereinfachtes Äquivalenzschaltbild, das eine Hochfrequenzoperation der in 18 gezeigten herkömmlichen optischen Halbleitervorrichtung simuliert. In 9A bezeichnet das Bezugssymbol 31 die Ausgangsimpedanz der LD-Treiberschaltung, 309 bezeichnet einen Anpassungswiderstand und 310 bezeich net den internen Widerstandswert der LD. Das Bezugssymbol 329 ist die Drahtverbindung, die Kontaktflecken verbindet, die in 9A nicht gezeigt sind und auf dem Leiter vorgesehen sind, der elektrisch mit dem Anpassungswiderstand 309 zu der Kathode der LD 310 verbunden ist. Das Bezugssymbol 32 bezeichnet die Vorspannschaltung enthaltend das Induktivitätselement 311 wie das Solenoid. Obgleich die Widerstände tatsächlich die Recktanzen sein sollten, sind die Widerstände zur Vereinfachung der Erläuterung von grundsätzlichen Durchlasscharakteristiken in den 9A, 9B, 10A und 10B gezeigt.
9B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken dieser Äquivalenzschaltung illustriert. 9B illustriert das Simulationsergebnis, wenn die Ausgangsimpedanz Z1 der LD-Treiberschaltungsseite 50 Ohm beträgt, der interne Widerstand r1 der LD 310 8 Ohm beträgt, der Widerstand R3 des Anpassungswiderstands 309 40 Ohm beträgt, die Induktivität L der Drahtverbindung 329 0,5 Nanohenry beträgt und die Impedanz der Vorspannschaltung 32 50 Ohm beträgt. 9B demonstriert, dass ein 3-Dezibelband (zwischen m1 und m2, wo die Frequenz um 3 Dezibel niedriger als die von m1 ist) etwa bei 10,6 Gigahertz ist.
10A ist ein vereinfachtes Äquivalenzschaltbild, das die Hochfrequenzoperation der optischen Halbleitervorrichtung (Differenzleitungen) gemäß der in 1 gezeigten vorliegenden Erfindung simuliert. In 10A bezeichnet das Bezugssymbol 31 die Ausgangsimpedanz der LD-Treiberschaltung, 19a und 19b bezeichnen die Anpassungswiderstände, 20 bezeichnet die LD, 29 bezeichnet die Drahtverbindung, und 32 und 33 bezeichnen die jeweiligen Vorspannschaltungen.
10B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken dieser Äquivalenzschaltung illustriert. 10B illustriert das Simulationsergebnis, wenn die Ausgangsimpedanz Z1 der LD-Treiberschaltungsseite 100 Ohm beträgt, der interne Widerstand r1 der LD 20 8 Ohm beträgt, die Widerstände R3 der Anpassungswiderstände 19a und 19b 40 Ohm betragen, die Induktivität L der Drahtverbindung 29 0,5 Nanohenry beträgt, und die Impedanzen der Vorspannschaltungen 32 und 33 50 Ohm betragen. 10B demonstriert, dass ein 3-Dezibelband (zwischen m3 und m4, wo die Frequenz um 3 Dezibel niedriger als die von m3 ist) bei etwa 18,6 Gigahertz ist.
Die Substratseite (Anode) des LD-Elements ist an einer Zuführungsleitung durch Löten oder dergleichen befestigt. Daher wird die Induktivitätskomponente auf der LD-Modulseite hauptsächlich durch die Drahtverbindung auf der Kathodenseite des LD-Elements bewirkt, und es besteht kaum ein Unterschied in der Impedanzkomponente zwischen der Differenzzuführungsschaltung und der Einphasen-Zuführungsschaltung. Andererseits ist die Schaltung, die die Differenzleitungen der Impedanz betrachtet von der LD-Elementseite aus verwendet, etwa zweimal so hoch wie die der Einphasen-Zuführungsschaltung. Als eine Folge werden durch Verwendung der Differenzleitungen die Frequenzcharakteristiken (Durchgangscharakteristiken) verbessert.
Wie ersichtlich ist, können durch Verbinden der LD-Treiberschaltung mit dem LD-Modul unter Verwendung der Differenzleitungen die Frequenzcharakteristiken verbessert werden.
VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
11A ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration der Vorspannschaltungen in der in 10A gezeigten Äquivalenzschaltung im Einzelnen illustriert. Da die Konfiguration und die Arbeitsweise dieser quivalenzschaltung dieselben die diejenigen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurden, sind, werden sie hier nicht erläutert. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel werden, die Charakteristiken der Äquivalenzschaltung bei dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, während auf spezifische Beispiele von Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen Bezug genommen wird.
(ERSTES SPEZIFISCHES BEISPIEL)
Stücke von Daten über die jeweiligen Elemente der Äquivalenzschaltung der optischen Halbleitervorrichtung bei dem ersten spezifischen Beispiel sind wie folgt, wenn die in 11A gezeigten Symbole verwendet werden. Widerstandswerte R1 und R2 der Widerstände 22a und 22b sind 1000 Ohm, Widerstandswerte R3 und R4 der Anpassungswiderstände 19a und 19b sind 40 Ohm, Induktivitäten L1 und L2 der Solenoide 21a und 21b sind 0,5 Nanohenry, Induktivitäten L4 und L5 der Drahtverbindungen 23a und 23b sind 3 Nanohenry, der Widerstandswert Z1 der LD-Treiberschaltungsseite ist 100 Ohm, der Widerstandswert r1 der LD 20 ist 8 Ohm und die parasitären Kapazitäten C1, C2, C3 und C4 der Vorspannschaltungen sind 0,1 Picofarad. 11B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzcharakteristiken auf der Grundlage dieser Schaltungsbedingungen illustriert.
11C ist ein Blockschaltbild, das die Konfigura tion der Vorspannschaltungen in der in 9A gezeigten Äquivalenzschaltung im Einzelnen illustriert. Da die Konfiguration und die Arbeitsweise dieser Äquivalenzschaltung dieselben wie diejenigen sind, die bei dem Stand der Technik erläutert wurden, werden sie hier nicht erläutert. Stücke von Daten der jeweiligen Elementen der Äquivalenzschaltung sind wie folgt, wenn die in 11C gezeigten Symbole verwendet werden. R2 ist 1000 Ohm, R3 ist 40 Ohm, die Induktivität L2 des Induktivitätselements 311 ist 100 Nanohenry, L3 ist 0,5 Nanohenry, L5 ist 3 Nanohenry, und die parasitären Kapazitäten C2 und C4 der Vorspannschaltungen sind 0,1 Picofarad. 11D ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzcharakteristiken auf der Grundlage dieser Schaltungsbedingungen illustriert.
Wie in den Simulationsergebnissen von 11B und 11D gezeigt ist, kann, wenn die optische Halbleitervorrichtung die Vorspannschaltungen vom Differenzzuführungstyp verwendet, die Amplitude der Resonanzwelligkeit, die durch die Vorspannschaltungen bewirkt wird, verringert werden im Vergleich zu der Vorrichtung, die die Vorspannschaltungen vom Einphasen-Zuführungstyp verwendet. Das Ergebnis von 11B entspricht dem von 4A, die das experimentelle Ergebnis der optischen Halbleitervorrichtung vom Differenzzuführungstyp gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert, und das von 11D entspricht dem von 21, die das experimentelle Ergebnis der optischen Halbleitervorrichtung vom Einphasen-Zuführungstyp illustriert. Es ist jedoch feststellen, dass die experimentellen Ergebnisse von 4A und 21 die Frequenzcharakteristiken der LD-Treiberschaltungen 1 und 200 enthalten und ein Hochfrequenzbereich abgeschnitten ist.
Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-37083 offenbart die Schaltung, in der eine geerdete Oberfläche einer Durchführung der Baueinheit entfernt ist, um parasitäre Kapazitäten außerhalb der Wandoberfläche der Baueinheit des optischen Moduls zu verringern mit einem Blick auf die Verbesserung der Resonanzwelligkeit, die aufgrund der Kapazitäten der Vorspannschaltung auftritt. Diese Schaltung verwendet jedoch eine Einphasenleitung und unterscheidet sich in der Schaltungskonfiguration von der nach der vorliegenden Erfindung.
(ZWEITES SPEZIFISCHES BEISPIEL)
Die Charakteristiken der Vorspannschaltungen werden, wenn unterschiedliche Bedingungen für die Äquivalenzschaltung der optischen Halbleitervorrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel gesetzt sind, als das zweite spezifische Beispiel für die Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstände erläutert.
12A ist ein Blockschaltbild, das die zu der in 11A gezeigte identische Äquivalenzschaltung illustriert. 12B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis auf der Grundlage von in 12A gezeigten Schaltungsbedingungen illustriert und dem in 11B gezeigten Diagramm entspricht. 12C ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn die Induktivität L4 der Drahtverbindung 23a (oder 23c) von 3 Nanohenry in 1 Nanohenry geändert wird.
Wie in den Simulationsergebnissen von 12B und 12C gezeigt ist, kann, indem die Induktivitätskomponenten der Drahtverbindung, die die Vorspann schaltung mit dem LD-Element und dergleichen verbindet, vertikal asymmetrisch gemacht werden, eine Frequenz, bei der die Resonanzwelligkeit auftritt, hoch gesetzt werden. Obgleich die Amplitude der Welligkeit zunimmt, kann ein Bereich, in welchem die Welligkeit auftritt, außerhalb des Bandes gezwungen werden. Daher ist dies vorteilhaft, wenn ein gewünschtes Band zu sichern ist.
(DRITTES SPEZIFISCHES BEISPIEL)
Die Charakteristiken der Vorspannschaltungen werden, wenn unterschiedliche Bedingungen für die Äquivalenzschaltung der optischen Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel gesetzt werden, als das dritte spezifische Beispiel für Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstände erläutert.
13A ist ein Blockschaltbild, das die zu der in 11A gezeigte identische Äquivalenzschaltung illustriert. 13B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis für in 13A gezeigte Schaltungsbedingungen illustriert und dem in 11B gezeigten Diagramm entspricht. 13C ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Frequenzansprechcharakteristiken illustriert, wenn die Induktivität L1 des Solenoids 21a in der Äquivalenzschaltung nach 11A geändert wird. Hinsichtlich des Solenoids 21a und des Widerstands 22a ist 13B das Diagramm, bevor die Induktivität L1 geändert wird, während L1 = 100 Nanohenry und R1 = 1000 Ohm gesetzt sind, und 13C ist das Diagramm, nach dem die Induktivität L1 geändert ist, während L1 = 10 Nanohenry und R1 = 400 Ohm gesetzt sind.
Wie in den Simulationsergebnissen von 13B und
13C gezeigt ist, kann, indem die Impedanzen des Solenoids 21a (oder 21b) und des Widerstands 22a (oder 22b), die in der Vorspannschaltung parallel zueinander geschaltet sind, vertikal asymmetrisch gemacht werden, die Amplitude der Resonanzwelligkeit weiter reduziert werden. Dies ist derselbe Inhalt wie der des in 4B gezeigten experimentellen Ergebnisses, die das erste Ausführungsbeispiel illustriert. Bei dem experimentellen Ergebnis nach 4B, die das erste Ausführungsbeispiel illustriert, sind die Frequenzcharakteristiken der LD-Treiberschaltung 1 enthalten und der Hochfrequenzbereich ist abgeschnitten.
Wie ersichtlich ist, kann gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, in dem die LD-Treiberschaltung mit dem LD-Modul unter Verwendung der Differenzleitungen verbunden wird, die Amplitude der Resonanzwelligkeit herabgesetzt werden. Zusätzlich kann, indem die Induktivitätskomponenten der Drahtverbindungen, die die Vorspannschaltungen mit dem LD-Element und dergleichen verbinden, durch Ändern der Längen der Drahtverbindungen und dergleichen vertikal asymmetrisch gemacht werden, die Frequenz, bei der die Resonanzwelligkeit auftritt, hoch gesetzt werden. Weiterhin kann, indem die Impedanzen des Induktivitätselements und des Widerstands, die in der Vorspannschaltung parallel zueinander geschaltet sind, vertikal asymmetrisch gemacht werden, die Amplitude der Resonanzwelligkeit weiter herabgesetzt werden.
FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Ein optisches Halbleiterelementmodul nach dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zuerst mit Bezug auf 14 bis 16 erläutert. 14 illustriert die äußere Konfiguration des optischen Halbleiterelementmoduls (nachfolgend "LD-Modul", da ein Beispiel der Montage der LD hauptsächlich bei diesem fünften Ausführungsbeispiel erläutert wird) 103, das eine Hülsenbaueinheit 101 und eine Aufnahmevorrichtung 102 enthält. 15(a) und 15(b) sind eine horizontale Schnittansicht (eine Ansicht einer Oberfläche parallel zu x in 14) und eine vertikale Schnittansicht (eine Ansicht einer Oberfläche parallel zu y in 14) des LD-Moduls 103.
Wie in 14 und den 15A und 15B gezeigt ist, enthält die Hülsenbaueinheit 101 einen scheibenförmigen Stutzen 110, an dem Vorspann-Zuführungsstifte (144a, 144b), Hochfrequenz-Signalstifte (141a, 141b) und dergleichen befestigt sind, einen trapezförmigen Socken (111 (einen Sockelblock), an dem mehrere keramische Substrate befestigt sind, die Kondensorlinse 15, die ein von der LD 20 emittiertes Laserlicht kondensiert, eine zylindrische Kappe 113, die den Sockel 111 und dergleichen gegenüber der Außenseite luftdicht abdichtet, und dergleichen.
wie in den 15A und 15B gezeigt ist, hat die Kappe 113 eine doppelte Zylinderform, die ein erstes Kappenteil 113a, das an dem Stutzen 110 durch Buckelschweißen oder dergleichen befestigt ist, und ein zweites Kappenteil 113b, das in eine Spitzenendseite des ersten Kappenteils 113a von außen eingepasst und an dem ersten Kappenteil 113a durch YAG-Schweißen oder dergleichen befestigt ist, enthält. Insbesondere enthält das erste Kappenteil 113a gestufte äußere Zylinder, und der äußere Zylinder mit einem kleineren Durchmesser ist an dem Spitzenende des äußeren Zylin ders mit einem größeren Durchmesser vorgesehen. Ein innerer Zylinder des einen endseitigen zweiten Kappenteils 113b ist in den äußeren Umfang des äußeren Zylinders mit dem kleineren Durchmesser eingepasst, und das erste Kappenteil 113a ist an dem zweiten Kappenteil 113b durch YAG-Schweißen befestigt.
An der Spitzenendseite des ersten Kappenteils 113a ist ein Linseneinführungsloch 114 ausgebildet, und die Kondensorlinse 25 ist in dieses Loch 114 eingeführt. Die Kondensorlinse 25 ist durch eine Schraube, einen Klebstoff oder dergleichen an dem ersten Kappenteil 113a befestigt. Ein innerer Raum 115 des ersten Kappenteils 113a ist gegenüber der Außenseite durch ein Glasfenster 116 isoliert, wodurch der innere Raum 115, in welchem der Sockel 111 enthalten ist, luftdicht gehalten wird. Wenn der innere Raum 115 nicht durch Bonden oder Löten der Kondensorlinse 25 luftdicht gehalten werden kann, kann das Fenster 116 weggelassen werden.
In einem Bereich (der anderen Endseite) des zweiten Kappenteils 113b entgegengesetzt zu der Kondensorlinse 25 ist ein Loch 117 ausgebildet, um das Laserlicht durchzulassen. Indem eine Einstellung zur Positionierung dieses zweiten Kappenteils 113 relativ zu einer Laserlicht-Achsenrichtung durchgeführt wird und das zweite Kappenteil 113b an dem ersten Kappenteil 113a durch das YAG-Schweißen befestigt wird, sind die Kondensorlinse 25 und eine Attrappenquetschhülse 118, die in der Aufnahmevorrichtung 102 gehalten wird, in der Laserlicht-Achsenrichtung zueinander ausgerichtet.
Die Aufnahmevorrichtung 102 enthält ein Quetschhülsen-Einführungsloch 119 zum Einführen einer Quetsch hülse 121 (siehe 14), mit der eine optische Faser 120 verbunden ist, und hält die optische Faser 120. Die Attrappenquetschhülse 118, in der eine optische Faser 118a angeordnet ist, ist im Presssitz gehalten und auf der Seite der Hülsenbaueinheit 101 in dem Quetschhülsen-Einführungsloch 119 fixiert. Eine Endfläche der Aufnahmevorrichtung 102 auf der Seite, auf der die Attrappenquetschhülse 118 fixiert ist, ist an einer Endfläche der anderen Endseite des zweiten Kappenteils 113b in der Hülsenbaueinheit 101 durch Warzenschweißung unter Verwendung von YAG-Schweißung oder dergleichen befestigt. Indem eine Positionseinstellung relativ zu zwei Richtungen vertikal zu der Laserlicht-Achsenrichtung durchgeführt wird, wenn die Aufnahmevorrichtung 102 an dem zweiten Kappenteil 113b befestigt wird, ist die Kondensorlinse 25 gegenüber der Attrappenquetschhülse 118 in der Aufnahmevorrichtung 102 relativ zu den beiden Richtungen im rechten Winkel mit Bezug auf die Laserlichtachse ausgerichtet.
Die Quetschhülse 121, mit der die optische Faser 120 verbunden ist, enthält einen geeigneten Mechanismus (nicht gezeigt) zum Drücken der Quetschhülse 121 zu der Attrappenquetschhülse 118 hin und zum Verriegeln der Quetschhülse 121 gegenüber der Aufnahmevorrichtung 102, wenn die Quetschhülse 121 in das Quetschhülsen-Einführungsloch 119 der Aufnahmevorrichtung 102 eingeführt ist. Daher liegt, wenn die Quetschhülse 121 in das Quetschhülsen-Einführungsloch 119 der Aufnahmevorrichtung 102 eingeführt ist, eine Endfläche der optischen Faser 118a in der Attrappenquetschhülse 118 an eine Endfläche der optischen Faser 120 in der Quetschhülse 121 an, wodurch die Fasern miteinander verbunden (optisch gekoppelt) sind.
Die interne Konfiguration der Hülsenbaueinheit 101 wird als Nächstes erläutert. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hülsenbaueinheit 101 in einem Zustand illustriert, in welchem die Kappe 113 abgenommen ist.
Wie in 16 gezeigt ist, enthält die Hülsenbaueinheit 101 den scheibenförmigen Stutzen 110, an welchem mehrere Stifte befestigt sind, und den trapezförmigen Sockel 111, der vertikal an einer inneren Wandfläche des Stutzens 110 durch Ag-Hartlöten oder dergleichen befestigt ist.
An dem Stutzen 110, der ein Erdpotential bildet, sind ein Paar von Hochfrequenz-Signalstiften 141a und 141b, zu denen die differenzmodulierten elektrischen Signale (nachfolgend auch als "Differenzhochfrequenzsignale" bezeichnet) von der LD-Treiberschaltung 1 übertragen werden, zwei Erdpotentialstifte 142a und. 142b, die auf beiden Seiten dieser Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b angeordnet sind, ein Überwachungssignalstift 143 zum Übertragen eines Signals eines Überwachungslicht-Empfangselements (z.B. eine Photodiode (nachfolgend "PD")) 150, ein Paar von Vorspann-Zuführungsstiften 144a und 144b zum Zuführen von Vorspannströmen von einer externen DC-Vorspannstromquelle zu der LD 20, und ein PD-Chipträger 145 befestigt. Wenn beispielsweise ein in 16 gezeigtes Positivphasen-Stromsignal I₂ von dem Hochfrequenz-Signalstift 141a herausgezogen wird, wird ein Strom I₁, der in der Phase entgegengesetzt zu dem in 16 gezeigten Stromsignal I₂ ist, zu dem Hochfrequenz-Signalstift 141b geführt.
Unter diesen Signalstiften bilden die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b sowie die Erdpotential stifte 142a und 142b eine Durchführung zum Bewirken, dass ein elektrisches Signal über den Stutzen 110 hindurchgeht, während er luftdicht gehalten wird. Die jeweiligen Stifte sind durch Dielektrika aus einem solchen Material wie Glas in einem luftdicht abgedichteten Zustand an dem Stutzen 110 befestigt. Die Erdpotentialstifte 142a und 142b sind fest an einer äußeren Wandfläche des Stutzens 110, die das Erdpotential bildet, durch Presssitz oder Schweißen angebracht. Die an dem PD-chipträger 145 befestigte PD 150 soll ein von der LD 20 in Rückwärtsrichtung emittiertes Überwachungslicht überwachen.
Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147, ein LD-Chipträger 148 und ein Vorspannschaltungssubstrat 149 sind auf einer oberen Oberfläche des Sockels 111 befestigt. Eine Erdleiterschicht, die eine ebene Leiterplatte, ist, die auf Rückflächen der Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147 und des LD-Chipträgers 148 gebildet ist, um als Erdpotential zu wirken, ist mit der oberen Oberfläche des Sockels 111 durch Löten oder dergleichen gekoppelt und elektrisch hiermit verbunden. Zusätzlich wirkt der Sockel 111 als ein Strahlungspfad zum Abstrahlen von von der LD 20 oder dergleichen erzeugter Wärme.
Das Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 enthält ein keramisches Substrat 151, ein Paar von Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b, die auf einer oberen Oberfläche des keramischen Substrats 151 gebildet sind, und die Erdleiterschicht (nicht gezeigt), die auf der Rückfläche des keramischen Substrats 151 gebildet ist. Anschlussflecken 153a und 153b zum Kontakt mit den Hochfrequenz-Signalstiften 141a und 141b, die von dem Stutzen 110 vorstehen, sind auf den einen Endseiten der Differenzsignal- Streifenleitungen 152a bzw. 152b ausgebildet. Kapazitive Stichleitungen 154a und 154b für eine Impedanzanpassung, die vorstehen, um näher an jeder anderen Signalleitung zu sein, sind teilweise entlang der Differenzsignal-Streifenleitungen 152a bzw. 152b ausgebildet. Die Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b sind so ausgebildet, dass sie einen größeren Abstand zwischen sich in eingangsseitigen Bereichen nahe des Stutzens 110 haben, um eine Impedanz des Durchfeldabschnitts zu korrigieren, dessen Impedanz die Tendenz hat, niedrig zu sein: Die Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b enthalten jeweils einen Bereich, in welchem der Abstand zwischen den Signalleitungen allmählich kleiner wird, und einen ausgangsseitigen Bereich, in welchem der Abstand zwischen den Signalleitungen eng ist und in welchem die Signalleitungen parallel angeordnet sind. Endbereiche der Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b, die an den Stutzen 110 befestigt sind, sind mit den Anschlussflecken 153a und 153b des Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrats 146 verbunden und durch Hartlöten oder Löten befestigt.
Das Mikrostreifen-Differenzialleitungssubstrat 147 enthält ein keramisches Substrat 155, ein Paar von Differenzsignal-Streifenleitungen 156a und 156b, die auf einer oberen Oberfläche des keramischen Substrats 155 gebildet sind, und die Erdleiterschicht (nicht gezeigt), die auf einer Rückfläche des keramischen Substrats 155 gebildet ist. Jede der Differenzsignal-Streifenleitungen 156a und 156b enthält einen Eckenkurvenbereich zum Ändern einer Signalleitungsrichtung um etwa 90 Grad. Die Anpassungswiderstände 19a und 19b für eine Impedanzanpassung sind teilweise entlang der Differenzsignal-Streifenleitungen 156a bzw. 156b gebildet. Die Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b sind mit den Differenzsignal-Streifenleitungen 156a und 156b durch Drahtverbindungen 157a bzw. 157b verbunden.
Der LD-Chipträger 148 enthält Mikrostreifen-Differenzleitungen enthaltend ein keramisches Substrat 158, ein Paar von Differenzsignal-Streifenleitungen 159a und 159b, die auf einer oberen Oberfläche des keramischen Substrats 158 gebildet sind, und die Erd- leiterschicht (nicht gezeigt), die auf einer Rückfläche des keramischen Substrats 158 gebildet ist. Die LD 20 ist an einem Ende einer Differenzsignal-Streifenleitung 159b auf dem LD-Chipträger 148 so befestigt, dass die Anode, die eine der Elektroden der LD 20 ist, direkt an einem Ende hiervon anliegt. Die Kathode, die die andere Elektrode der LD 20 ist, ist mit einem Ende der anderen Differenzsignal-Streifenleitung 159a durch die Drahtverbindung 29 verbunden. Die Differenzsignal-Streifenleitungen 156a und 156b sind mit den anderen Enden der Differenzsignal-Streifenleitungen 159a und 159b durch Drahtverbindungen 161a bzw. 161b verbunden. Das keramische Substrat 158 besteht aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit wie Aluminiumnitrit (AlN) oder Siliziumcarbid (SiC). Als LD 20 wird beispielsweise ein Laserdiodenelement mit verteilter Rückführung, das in der Lage ist, ein moduliertes Signal bei 10 Gb/s zu übertragen, verwendet.
Zwei Verdrahtungsmuster 162a und 162b und ein Paar von Induktivitätsschaltungen (Parallelschaltungen, die jeweils das Induktivitätselement und den Widerstand enthalten) sind auf dem Vorspannschaltungssubstrat (Keramik) 149 gebildet. Das Solenoid 21a und der Widerstand 22a, der eine Resonanz zwischen einer Zwischenleitungskapazität des Solenoids 21a und der Induktivität verhindert, sind so angeordnet, dass sie auf dem einen Verdrahtungsmuster 162a elektrisch miteinander verbunden sind. Die Solenoide 21a und 21b sind so angeordnet, dass sie so voneinander entfernt sind, dass (Verlängerungsleitungen von) mittlere Achsen der Solenoide 21a und 21b einander kreuzen, vorzugsweise orthogonal zueinander sind, um zu verhindern, dass die Magnetfelder der Solenoide 21a und 21b einander stören. Ein Endbereich des Verdrahtungsmusters 162a und der des Verdrahtungsmusters 162b sind mit den Streifenleitungs-Differenzsignalleitungen 159a und 159b durch Drahtverbindungen 23a bzw. 23b verbunden. Der andere Endbereich des Verdrahtungsmusters 162a und der des Verdrahtungsmusters 162b sind mit den auf dem Stutzen 110 vorgesehenen Vorspann-Zuführungsstiften 144a und 144b durch Drahtverbindungen 163a bzw. 163b verbunden.
Die charakteristische Konfiguration jedes Abschnitts in der Hülsenbaueinheit 101 wird im Einzelnen erläutert. Die Konfiguration des Stutzens 110 wird zuerst erläutert.
Wie in 16 gezeigt ist, werden die von den Differenztransistoren 12 und 13 in der LD-Treiberschaltung 1 ausgegebenen Hochfrequenz-Differenzsignale in die Hülsenbaueinheit 101 über eine geerdete koplanare Differenzleitung 170, die auf einem außerhalb der Hülsenbaueinheit 101 angeordneten Substrat vorgesehen ist, eingegeben. Die geerdete koplanare Differenzleitung 170 enthält ein Paar von Differenzsignalleitungen 171a und 171b, die auf einem Substrat gebildet sind, Erdleiter 172a und 172b, die außerhalb der Differenzsignalleitungen 171a und 171b angeordnet sind, um die gepaarten Differenzsignalleitungen 171a und 171b zwischen sich anzuordnen, und die Erdleiter- Schicht (nicht gezeigt), die auf einer Rückfläche der Leitung 170 angeordnet und mit den Erdleitern 172a und 172b verbunden ist. Die Differenzsignalleitungen 171a und 171b sind mit Ausgangsanschlüssen 160a und 160b verbunden, die auf der oberen Oberfläche der LD-Treiberschaltung 1 vorgesehen sind. Der Ausgangsan- schluss 160a ist elektrisch mit dem Kollektor des Differenztransistors 13 verbunden, während der Ausgangsanschluss 160b elektrisch mit dem Kollektor des Differenztransistors 12 verbunden ist.
Die Differenzsignalleitungen 171a und 171b der geerdeten koplanaren Differenzleitung 170 sind mit den Hochfrequenz-Signalstiften 141a und 141b, die auf den Stutzen 110 vorgesehen sind, verbunden und an diesen jeweils durch Löten befestigt. Die Erdleiter 172a und 172b der geerdeten koplanaren Differenzleitung 179 sind mit den Erdpotentialstiften 142a und 142b, die an dem Stutzen 110 vorgesehen sind, verbunden und jeweils durch Löten an diesen befestigt. Weiterhin kann, da ein Spalt zwischen einer Endfläche der geerdeten koplanaren Differenzleitung 170 auf der Seite der Hülsenbaueinheit und dem Stutzen 110 besteht, die Reflexion der Hochfrequenzsignale aufgrund der Absenkung der Impedanzen durch Füllen dieses Spaltes mit einem Dielektrikum unterdrückt werden.
Der Stutzen 110 enthält Metall wie Kovar (Fe-Ni-Legierung), weichmagnetisches Eisen oder Cuw (Kupfer-Wolfram), und eine obere Schicht des Stutzens 110 ist normalerweise mit Ni, Gold oder dergleichen zum Löten plattiert. Mehrere Löcher 174, 175, 176a und 176b sind so gebildet, dass sie auf dem Stutzen 110 verteilt sind, und Dielektrika 177, 178, 179a und 179 sind in die jeweiligen Löcher 174, 175, 176a und 176b eingeführt.
Ein Paar von Stifteinführungslöchern 180a und 180b sind in dem Dielektrikum 177 gebildet, und die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b sind in die Stifteinführungslöcher 180a bzw. 180b eingeführt und in diesen befestigt. In gleicher Weise sind Löcher (deren Bezugssymbole nicht gezeigt sind) in den Dielektrika 178, 179a und 179b gebildet, und der Überwachungssignalstift 143 und die Vorspann-Zuführungsstifte 144a und 144b sind jeweils in die Löcher eingeführt und in diesen befestigt. Das Dielektrikum 177, in das die gepaarten Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b eingeführt sind, hat in diesem Beispiel eine ovale Form. Demgemäß hat das Loch 174, in das das Dielektrikum 177 eingesetzt ist, eine ovale Form. Die anderen Dielektrika 178, 197a und 179b sind kreisförmig. Es ist festzustellen, dass die Erdpotentialstifte 142a und 142b fest an der nicht gezeigten äußeren Wandfläche des Stutzens 110 durch Presssitz oder Schweißen angebracht sind.
Die Längen von Bereichen der beiden Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b, die zu zumindest einer Außenseite des Dielektrikums 177 vorstehen (vorstehende Längen zu der Seite der LD 20 hin) sind kleiner ausgebildet als diejenigen des Überwachungssignalstifts 143 und der Vorspann-Zuführungsstifte 144a und 144b im Licht von Hochfrequenzcharakteristiken. Durch eine derartige Ausbildung kann das über die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b übertragene Signal unmittelbar zu den Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b auf dem Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 übertragen werden, wenn die Signale aus dem Dielektrikum 177 heraus sind. Da der Überwachungssignalstift 143 und die Vorspann-Zuführungsstifte 144a und 144b keine festen Beschränkungen für die Hochfrequenzcharakteristiken haben, sind die vorstehenden Längen in bestimmtem Ausmaß gesichert, wodurch der Verdrahtungsverbindungsvorgang und dergleichen erleichtert werden.
Als ein Material für die Dielektrika 177, 178, 179a und 179b wird beispielsweise bevorzugt Kovar-Glas verwendet oder Borsilikatglas kann verwendet werden. Als ein Material für die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b, den Überwachungssignalstift 143, die Vorspann-Zuführungsstifte 144a und 144b und die Erdpotentialstifte 142a und 142b wird Metall wie Kovar oder 50-prozentige Ni-Fe-Legierung verwendet.
Die geerdete koplanare Differenzleitung 170, die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b, die Erdpotentialstifte 142a und 142b, die Drahtverbindungen 157a und 157b und die Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147 bilden die Schaltung 18 mit verteilten Konstanten.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind, um eine Impedanzanpassung von den Ausgängen der Differenztransistoren 12 und 13 in der LD-Treiberschaltung 1 zu der LD 20 durchzuführen, die Pfade zwischen diesen sämtlich durch die Differenzleitungen gebildet, um die LD 20 zu treiben. Zusätzlich wirken hinsichtlich der den Stutzen 110 durchdringenden Stifte, indem die gepaarten Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b das ovale Dielektrikum 177 durchdringen, diese als die die Differenzleitungen bildenden Differenzstifte. Bei beispielsweise der optischen Halbleitervorrichtung vom Einphasen-Treibertyp ändert sich, da ein hoher Strom, der die LD 20 treibt, durch das Erdpotential zu der LD-Treiberschaltung zurückgeführt wird, das Erdpotential. Diese Erdpotentialänderung beeinflusst häufig nachteilig die optische Empfangselektronikschaltung, die in der Nähe der Vorrichtung angeordnet ist, und die Erfassung des schwachen Stroms. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt die optische Halbleitervorrichtung die Gegentaktoperation mit Bezug auf die LD 20 unter Verwendung der Differenzleitungen durch. Daher hat die optische Halbleitervorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel Vorteile dahingehend, dass der hohe Strom über die Differenzleitungen getragen wird, das Erdpotential sich weniger ändert und periphere Schaltungen weniger beeinflusst werden.
Wie ersichtlich ist, ist der freiliegende Stiftbereich auf der Seite der LD-Treiberschaltung so ausgebildet, dass er die Differenzleitungen hat, und die Erdpotentialstifte 142a und 142b sind außerhalb des Bereichsangeordnet, um hierdurch die Impedanz dieses Abschnitts niedriger als die bei der herkömmlichen optischen Halbleitervorrichtung einzustellen. Daher ist der Impedanzunterschied zwischen diesem Abschnitt und dem Durchführungsabschnitt klein im Vergleich mit dem Stand der Technik, und die Diskontinuität des elektrischen Feldes ist herabgesetzt, und die Durchlasscharakteristiken und Reflexionscharakteristiken können hierdurch verbessert werden.
Das Glas wird als das um die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b herum angeordnete Dielektrikum 177 verwendet. Daher hat in dem inneren Abschnitt des Stutzens (der Durchführungsabschnitt, in welchem die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b von dem Dielektrikum 177 umgeben sind, nachfolgend auch als "nicht freiliegender Bereich" bezeichnet), wenn die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b jeweils einen Durchmesser von etwa 3,5 Millimetern bis 6 Millimetern haben, bei denen die Stift leicht gehandhabt werden können, und die Löcher von beliebiger Form in dem Stutzen 110 mit einem Durchmesser von etwa 3,5 Millimetern bis 6 Millimetern gebildet sind, dann die Impedanz des inneren Abschnitts die Tendenz, extrem verringert zu werden. Um die Impedanz dieses nicht freiliegenden Stiftbereichs zu erhöhen, kann eine Querschnittsfläche des um die Hochfrequenzstifte herum angeordneten Dielektrikums 177 (ein Bereich des Ovals) groß eingestellt werden. Wenn dies der Fall ist, kann jedoch die optische Halbleitervorrichtung den Erfordernissen hinsichtlich einer Mikrofabrikation und einer Raumeinsparung nicht genügen.
Daher werden die vorstehenden Längen der beiden Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b zu der LD 20 hin klein eingestellt, so dass sie unmittelbar zu den Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b auf dem Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 übertragen werden können, wenn die Signale aus dem Dielektrikum 177 heraus sind. Zusätzlich ist der Abstand zwischen den Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b auf dem Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 in den Bereichen, die mit den Hochfrequenz-Signalstiften 141a bzw. 141b verbunden sind und die näher an dem Stutzen 110 sind, größer eingestellt als der Abstand zwischen diesen in beispielsweise den Bereichen, die näher an dem Mikrostreifenleitungssubstrat 147 sind, oder geringfügig größer eingestellt als der Abstand zwischen den Hochfrequenz-Signalstiften 141a und 141b. Indem der Abstand somit relativ groß eingestellt ist, ist die elektrische Kopplung in den Bereichen niedrig gemacht und die Bereiche sind so eingestellt, dass sie höhere Impedanzen haben.
Wie ersichtlich ist, ist der Abstand zwischen den Leitungen in den Differenzleitungsbereichen direkt nach dem Heraustreten der Leitungen aus dem Stutzen 110 groß eingestellt, um hierdurch absichtlich den Bereich mit hoher Impedanz zu schaffen. Die Impedanz wird durch diesen Bereich hoher Impedanz und den Bereich niedriger Impedanz innerhalb des Stutzens (in dem nicht freigelegten Stiftbereich) ausgelöscht, wodurch eine Impedanzanpassung insgesamt erfolgt. Mit anderen Worten, da der nicht freigelegte Stiftbereich (Durchführungsabschnitt) eine niedrige Impedanz hat, erfolgt die Impedanzanpassung in der Gesamtvorrichtung durch geringfügiges Erzeugen einer hohen Impedanz nach dem Bereich.
Zusätzlich sind die gepaarten Stichleitungen 154a und 154b für die Impedanzanpassung teilweise entlang der Differenzsignal-Streifenleitungen 152a bzw. 152b gebildet. Die Impedanz wird durch die gepaarten Stichleitungen 154a und 154b herabgesetzt, wodurch das Auftreten einer Fehlanpassung zwischen den Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b und den Differenzstreifenleitungen 156a bzw. 156b verhindert wird. Mit anderen Worten, durch Verwendung der gepaarten Stichleitungen 154a und 154b werden die Reaktanzkomponenten in dem treiberseitigen freigelegten Stiftbereich und diejenigen in dem nicht freigelegten Stiftbereich (Durchführungsabschnitt) einander kompensiert, und die Durchgangscharakteristiken und die Reflexionscharakteristiken werden hierdurch verbessert.
In diesem Fall ragen die gepaarten Stichleitungen 154a und 154b nicht nach außen, sondern nach innen vor (um näher zu jeder anderen Signalleitung zu sein), was daher zu der Mikrofabrikation des Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrats 146 beiträgt. Wenn es nicht erforderlich ist, das Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 klein auszubilden, kön nen die Stichleitungen 154a und 154b auswärts von den Differenzleitungen 152a und 152b vorstehen.
In der Hülsenbaueinheit 101 ist es erforderlich, die Differenzleitungssubstrate zum Verbinden der Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b mit der LD 20, das Vorspannschaltungssubstrat zum Zuführen der DC-Vorspannströme zu der LD 20 und die Überwachungs-PD 50 anzuordnen.
Wenn dies so ist, sind die Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147 sowie das Vorspannschaltungssubstrat 149 auf den beiden Seiten des LD-Chipträgers 148 angeordnet, um den LD-Chipträger 148 dazwischen anzuordnen. Mit anderen Worten, während die LD 20 in der Mitte angeordnet wird, sind die Differenzsignal-Streifenleitungen 152a und 152b auf dem Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 und die Differenzsignal-Streifenleitungen 156a und 156b auf dem Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 147, die Verdrahtungsmuster 162a und 162b enthaltend ein Paar von Induktivitätsschaltungen sowie die LD 20 im Allgemeinen in der U-förmigen Weise angeordnet.
Weiterhin sind die Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147 an Positionen vorgesehen, die von dem LD-Chipträger 148 seitlich verschoben sind. Selbstverständlich ist daher das transparente Dielektrikum 177 zum Abdichten und Befestigen der Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b an der Position vorgesehen, die gegenüber dem LD-Chipträger 148 seitlich verschoben ist.
Es gibt eine Technik zum Ausbilden des Substrats, auf dem die LD 20 befestigt ist, und der Differenzleitungssubstrate zum Verbinden der Hochfrequenz- Signalstifte 141a und 141b zu der LD 20 aus demselben Substrat. Bei dieser Technik muss jedoch ein Substratmaterial, wie ein Aluminiumnitritsubstrat (AlN), das pro Flächeneinheit teuer ist und gute Strahlungscharakteristiken-hat, in einem weiten Bereich verwendet werden, um die Wärme von der LD 20 abzustrahlen, die als eine Heizquelle dient. Dies bewirkt einen Kostenanstieg.
Um einen derartigen Kostenanstieg zu vermeiden, wird der LD-Chipträger 148, auf dem die als die Heizquelle dienende LD 20 befestigt ist, von den anderen Substraten getrennt und als ein unabhängiges Substrat vorgesehen. Dank diesem ist es ausreichend, das keramische Substratmaterial wie das Aluminiumnitritsubstrat (AlN), das teuer ist und das gute Strahlungseigenschaften hat, nur für den LD-Chipträger 148 zu verwenden, und das keramische Substratmaterial wie kostengünstiges Al₂O₃ für die anderen Substrate (die Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 147 sowie das Vorspannschaltungssubstrat 149) zu verwenden. Somit kann eine Kostenverringerung realisiert werden.
Darüber sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 146 für die Impedanzanpassung und das Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrat 147 für die Anordnung der Anpassungswiderstände 19a und 19b als getrennte Substrate vorgesehen. Daher ist es möglich, die keramischen Substrate ökonomisch auszuschneiden, wodurch zu einer Kostenverringerung beigetragen wird.
Zusätzlich sind die Parallelschaltung, die mit den Vorspann-Zuführungsstiften 144a und 144b verbunden ist und das Solenoid 21a und den Widerstand 22a ent hält, und die Parallelschaltung, die das Solenoid 21b und den Widerstand 22b enthält, auf dem Vorspannschaltungssubstrat 149 angeordnet, wodurch die Fläche des Vorspannschaltungssubstrats verringert wird. Dies kann daher zu einer Kostenverringerung und Mikrofabrikation beitragen.
Eine Dicke des Dielektrikums 177 wird kleiner als eine Tiefe des in dem Stutzen 110 gebildeten Lochs 174 eingestellt, d.h. eine Breite des Stutzens 110, und ein Loch 195 mit einem konisch ausgebildeten LD-seitigen Öffnungsbereich ist in dem Stutzen 110 ausgebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die geerdete koplanare Differenzleitung anstelle der Mikrostreifen-Differenzleitungssubstrate 146 und 167 verwendet werden. Wie bereits erläutert ist, enthält die geerdete koplanare Differenzleitung die auf dem Substrat gebildete gepaarte Differenzsignalleitung, die außerhalb der Differenzsignalleitungen angeordneten Erdleiter, um die gepaarten Differenzsignalleitungen dazwischen anzuordnen, und die auf der Rückfläche des Substrats angeordnete Erdleiterschicht.
SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Das optische Halbleiterelementmodul nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 17A und 17B erläutert. 17A ist eine Draufsicht auf das optische Halbleiterelementmodul in einem Zustand, in welchem eine obere Kappe 401 abgenommen ist, und 17B ist eine Querschnittsansicht, die entlang I in 17A genommen ist (es ist jedoch zu beachten, dass 17B in einem Zustand ist, in welchem die obere Kappe 401 ange bracht ist).
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel sind die auf der Hülsenbaueinheit 101, die in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, befestige LD 20, verschiedene Bestandselemente enthaltend ein Substrat 501, auf dem die LD 20 befestigt ist, und die LD-Treiberschaltung 1 in einer kastenartigen (schmetterlingsartigen) optischen Halbleiter-Baueinheit 402 enthalten.
Wie in den 17 und 17B gezeigt ist, werden bei dieser optischen Halbleiter-Baueinheit 402 die Positivphasen- und die Antiphasen-Differenzsignale in den Eingangspuffer 11 der LD-Treiberschaltung 1 eingegeben, wie bereits erläutert wurde. Um die Differenzsignale in die LD-Treiberschaltung 1 in der optischen Halbleiter-Baueinheit 402 einzugeben, ist das Dielektrikum 177 (Durchführung) in eine Seitenwand der optischen Halbleiter-Baueinheit 402 eingepasst, und die Differenzsignale werden durch Differenzleitungen 178a und 178b, die auf dem Dielektrikum 177 vorgesehen sind, überträgen, während ein Inneres und ein Äußeres der Baueinheit luftdicht gehalten wird.
Ein Ende der Differenzleitung 178a und das der Differenzleitung 178b sind an die Hochfrequenz-Signalstifte 144a bzw. 141b außerhalb der optischen Halbleiter-Baueinheit 402 gelötet. Die Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b sind nahe beieinander angeordnet bis zu Positionen, an denen die Stifte 141a und 141b zwischen den Erdpotentialstiften 142a und 142b, die mit Erdpotential verbunden sind, angeordnet werden und die Differenzleitungen bilden.
Die anderen Enden der Differenzleitungen 178a und 178b sind mit den einen Enden der jeweiligen auf einem Substrat 502 vorgesehenen Differenzstreifenleitungen 411 verbunden. Die anderen Enden der Differenzstreifenleitungen 411 sind mit den einen Enden von auf einem Substrat 503 vorgesehenen Differenzstreifenleitungen verbunden. Die anderen Enden der auf dem Substrat 503 vorgesehenen Differenzstreifenleitungen jeweils über Drahtverbindungen mit Differenzsignal-Eingangsanschlüssen der LD-Treiberschaltung 1 verbunden und elektrisch mit dem Eingangspuffer 11 in der LD-Treiberschaltung 1 verbunden.
Die elektrisch mit den Differenztransistoren 12 und 13 verbundenen Ausgangsanschlüsse der LD-Treiberschaltung 1 sind mit den einen Enden der auf einen Substrat 504 vorgesehenen Differenzleitungen jeweils über Drahtverbindungen verbunden. Die anderen Enden der auf dem Substrat 504 vorgesehenen Differenzleitungen sind mit den einen Enden von auf dem Substrat 501 vorgesehenen Differenzleitungen jeweils über Drahtverbindungen verbunden. Die Anode der LD 20 ist an die andere Endseite von einer der Differenzleitungen auf dem Substrat 501 gelötet, wie in 5 gezeigt ist. Die andere Endseite der anderen Differenzleitung auf dem Substrat 501 ist mit der Kathode der LD 20 über die Drahtverbindung verbunden, wie in 5 gezeigt ist. Die Anpassungswiderstände 19a und 19b sind auf der einen Endseite des Substrats 501 vorgesehen. Wie in 5 gezeigt ist, sind die Vorspannschaltung 28a, in der das Solenoid 21a und der Widerstand 22a parallel geschaltet sind, und die Vorspannschaltung 28b, in der das Solenoid 21b und der Widerstand 22 parallel geschaltet sind, auf dem Substrat 505 vorgesehen. Die Vorspannschaltungen 28a und 28b jeweils mit den Differenzleitungen auf dem Substrat 501 verbunden. Weiterhin sind die Vorspannschaltungen 28a und 28b jeweils durch Drahtverbindungen mit Leitern auf einem keramischen Substrat 450 verbunden.
Die Vorspannschaltungen 28a und 28b sind mit jeweiligen Leitern 451 über Drahtverbindungen und das keramische Substrat 450 (Durchführung) verbunden. Das keramische Substrat 450 ist in die Seitenwand der Baueinheit eingepasst und überträgt die Vorspannströme und Steuersignale für die LD-Treiberschaltung 1 innerhalb und außerhalb der optischen Halbleiter-Baueinheit 502, während diese luftdicht gehalten wird.
Die LD-Treiberschaltung 1 und die Substrate 501, 503, 504 und 505 sind auf einer metallischen Leiterhalterung 510 befestigt. Eine Linse 520, die eine Linse und einen Halter, der die Linse hält, enthält, ist mit einer Seitenfläche der metallischen Leiterhalterung 510 gekoppelt. Die Linse 520 ist so angeordnet, dass sie ein Licht auf die optische Faser 120 durch die anderen optischen Komponenten kondensiert. Weiterhin ist die obere Kappe 401 an eine obere Oberfläche der optischen Halbleiter-Baueinheit 402 geschweißt, und ein Fensterglas 600 ist mit einem Lichtdurchlass-Durchgangsloch in einer vorderen Seitenwand der optischen Halbleiter-Baueinheit 402 gekoppelt, wodurch Luftdichtigkeit sichergestellt ist. Die optische Faser 120 wird durch einen Halteabschnitt 403 für die optische Faser gehalten.
Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel werden die Differenzsignale in die LD-Treiberschaltung 1 unter Verwendung der Hochfrequenz-Signalstifte 141a und 141b, die die Differenzleitungen bilden, der Differenzstreifenleitungen 411 und der anderen Differenz- Leitungen eingegeben. Daher ist es ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen möglich, die Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristiken zu unterdrücken und die Luftdichtigkeit zu verbessern.
Wie insoweit erläutert ist, wird bei der optischen Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das "optische Halbleiterelement, mit dem die Differenzleitungen verbunden sind, durch den Gegentaktvorgang betrieben. Daher hat die optische Halbleitervorrichtung Vorteile dahingehend, dass die Asymmetrie der Wellenform verbessert werden kann, die Qualität der optischen Ausgangswellenform verbessert werden kann; und das hierdurch die guten Übertragungseigenschaften erhalten werden können.
Darüber hinaus sind bei der optischen Halbleitervor- richtung nach der vorliegenden Erfindung die Vorspannschaltungen auf beiden Elektrodenseiten des optischen Halbleiterelements, mit denen jeweils die Differenzleitungen verbunden sind, angeordnet. Daher hat die optische Halbleitervorrichtung Vorteile dahingehend, dass die Welligkeit der Durchgangscharakteristiken folgend den Vorspannschaltungen verbessert werden kann, die Qualität der optischen Ausgangswellenform verbessert werden kann, und dass hierdurch die guten Übertragungseigenschaften erhalten werden können.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie insoweit erläutert ist, ist die vorliegende Erfindung, da das optische Halbleiterelement gute Übertragungseigenschaften hat oder da die optische Halbleitervorrichtung, die das optische Halbleiterelement enthält, geeignet für optische Hochgeschwindigkeitskommunikationen.

Claims

Optisches Halbleiterbauelement, welches aufweist: ein optisches Halbleiterelement (20) zum Ausgeben eines optischen Signals, das auf der Grundlage eines elektrischen Signals moduliert ist; einen ersten Leiter, der mit einer Elektrode eines Paares von Elektroden des optischen Halbleiterelements (20) verbunden ist und ein elektrisches Signal zu dem optischen Halbleiterelement (20) führt; einen zweiten Leiter, der mit der anderen Elektrode des Paares von Elektroden des optischen Halbleiterelements (20) verbunden ist und ein elektrisches Signal zu dem optischen Halbleiterelement (20) führt; wobei der erste und der zweite Leiter ein Paar von Differenzialleitungen bilden; gekennzeichnet durch: ein erstes Induktivitätselement (21a), das mit der einen Elektrode des optischen Halbleiterelements (20) und dem ersten Leiter verbunden ist; und ein zweites Induktivitätselement (21b), das mit der anderen Elektrode des optischen Halbleiterelements (20) und dem zweiten Leiter verbunden ist.
Optisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Paar von Anpassungswiderständen, die mit der einen Elektrode bzw. der anderen Elektrode des optischen Halbleiterelements (20) verbunden sind und die elektrischen Signale in das optische Halbleiterelement (20) einführen.
Optisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, aufweisend ein Filter (27), das Frequenzen ausblendet, die höher als zumindest eine maximale Wiederholungsfrequenz eines digitalen Signals sind, wobei das Filter zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter und dem Paar von Anpassungswiderständen vorgesehen ist.
Optisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem das Filter (27) einen ersten Leiterfingerabschnitt und einen zweiten Leiterfingerabschnitt enthält, in denen mehrere Leiter, die den ersten bzw. zweiten Leiter kreuzen, gebildet sind, um eine Kammform aufzuweisen, wobei der erste Leiterfingerabschnitt und der zweite Leiterfingerabschnitt abwechselnd angeordnet sind.
Optisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, welches aufweist: eine erste Vorspannschaltung (28a) enthaltend das erste Induktivitätselement (21a) und einen ersten Widerstand (22a), der parallel zu dem ersten Induktivitätselement (21a) geschaltet ist; und eine zweite Vorspannschaltung (28b), die das zweite Induktivitätselement und einen zweiten Widerstand (22b) enthält, der parallel zu dem zweiten Induktivitätselement (21b) geschaltet ist.
Optisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem Impedanzen von zumindest zwei Vorspann schaltungen (28a, 28b) asymmetrisch eingestellt sind.
Optisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches aufweist: eine Baueinheit (101) enthaltend den ersten und den zweiten Leiter; eine Linse (25), die von dem optischen Halbleiterelement (20) emittiertes Licht bündelt; und ein Halteteil (102) für eine optische Faser, das eine optische Faser hält.
Optisches Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste und das zweite Induktivitätselement (21a, 21b) Spulen mit Luftkern sind.
Optisches Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Halbleiterelement (20) eine Halbleiter-Laserdiode ist.