JP2012023325A - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】特性インピーダンスの不整合を抑制することができる発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光モジュール１は、セラミック層３〜５からなる積層セラミックパッケージ２を備えている。中間セラミック層４には、下部セラミック層３の上面と協働して光デバイスを実装するための凹部１１を形成する開口部１０が設けられている。上部セラミック層５は、パッケージ側壁を構成し、凹部１１を含む領域を取り囲むように設けられている。凹部１１の底面にはサブマウント１４が載置され、このサブマウント１４の上面にはＬＤ１６が実装されている。積層セラミックパッケージ２の上面には、ホルダ２５及びジョイント２８を介して金属スリーブ３１が接合されている。金属スリーブ３１内には、ＬＤ１６と光結合される光ファイバ３３を保持したフェルール３４が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信等で使用される発光モジュールに関するものである。

従来の発光モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、ＶＣＳＥＬ（発光素子）を内蔵するセラミックパッケージと、このセラミックパッケージに固定された光カプラとを備えたものが知られている。

米国特許第７４７６０４０号

しかしながら、上記従来技術においては、セラミックパッケージの上面にサブマウントを介して発光素子を実装しているため、セラミックパッケージの上面に設けられた配線回路パターンと発光素子とをワイヤで接続する場合に、サブマウントの分だけワイヤ長が長くならざるを得ない。このため、ワイヤの寄生インダクタンス成分の影響が大きくなり、特性インピーダンスの不整合が生じてしまう。その結果、高速伝送において良好な周波数特性が得られなくなる。

本発明の目的は、特性インピーダンスの不整合を抑制することができる発光モジュールを提供することである。

本発明の発光モジュールは、発光素子を内蔵する積層セラミックパッケージと、積層セラミックパッケージの上面に固定され、発光素子と光結合される光ファイバを収容する金属筒状部材とを備え、積層セラミックパッケージは、第１セラミック層と、第１セラミック層上に積層され、第１セラミック層の上面と協働して発光素子を実装するための凹部を形成する開口部を有する第２セラミック層と、第２セラミック層上に積層され、凹部を含む領域を取り囲むように設けられた第３セラミック層とを有し、凹部にはサブマウントが配置されており、発光素子は、サブマウントに実装されていることを特徴とするものである。

このように本発明の発光モジュールにおいては、積層セラミックパッケージにおける第１セラミック層の上面と第２セラミック層の開口部との協働により形成される凹部にサブマウントを配置し、そのサブマウントに発光素子を実装することにより、第２セラミック層の上面に設けられた配線回路パターンと発光素子とをワイヤで接続する際に、ワイヤ長を短くすることができる。このとき、例えばサブマウントの上面に設けられた配線回路パターンを介してワイヤを接続する場合には、第２セラミック層の上面高さ位置とサブマウントの上面高さ位置とを合わせたり、或いはワイヤを発光素子に直接接続する場合には、サブマウントの上面高さ位置を第２セラミック層の上面高さ位置よりも低くする。このようにワイヤの接続形態等に応じてサブマウントの高さ寸法を適切に設定することで、ワイヤ長を十分短くすることができる。これにより、ワイヤの寄生インダクタンス成分の影響を軽減し、特性インピーダンスの不整合を抑制することができる。

好ましくは、凹部の底面には、発光素子の出力光量をモニタするモニタ用受光素子が実装され、発光素子とモニタ用受光素子との間には、発光素子から出射された光を光ファイバに向けて反射させると共に当該光の一部をモニタ用受光素子に向けて透過させる光学部材が配置されている。

発光素子を駆動するための駆動信号は発光素子の後方から供給されるが、モニタ用受光素子は発光素子の前方（光出射側）に配置されているため、モニタ用受光素子の微弱な出力電流が駆動信号に起因したノイズの影響を受けにくくなる。従って、ノイズによるモニタ用受光素子の出力電流の変動が抑制されるため、結果的に発光素子の発光出力を安定に保つことができる。

また、好ましくは、サブマウントは、第１〜第３セラミック層を形成するセラミック材料よりも熱伝導率の高い絶縁材料で形成されている。この場合には、発光素子で発生した熱がサブマウントで十分拡散されるようになる。このため、発光素子の熱膨張による発光出力の低下を抑制することができる。

このとき、サブマウントは、窒化アルミニウムで形成されていることが好ましい。サブマウントを形成する絶縁材料としては、熱伝導率が十分高い窒化アルミニウムを用いるのが最も効果的である。

本発明によれば、発光モジュールの特性インピーダンスの不整合を抑制することができる。これにより、高速伝送において良好な周波数特性を得ることが可能となる。

本発明に係わる発光モジュールの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した発光モジュールの一部断面を含む斜視図である。 図２の要部拡大図である。 図２に示した積層セラミックパッケージを含む箇所の拡大断面図である。 図２に示した積層セラミックパッケージの内部を示す拡大斜視図である。 図３に示したＬＤから出射された光の方向を示す断面図である。 図１に示した発光モジュールを備えた光トランシーバを示す断面図である。

以下、本発明に係わる発光モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる発光モジュールの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示した発光モジュールの一部断面を含む斜視図であり、図３は、図２の要部拡大断面図である。各図において、本実施形態の発光モジュール１は、光デバイス及び電子部品が配置される積層セラミックパッケージ２を備えている。

積層セラミックパッケージ２は、下部セラミック層３、中間セラミック層４、上部セラミック層５からなる３層構造を有している。中間セラミック層４は、下部セラミック層３上に積層され、上部セラミック層５は、中間セラミック層４上に積層されている。これらのセラミック層３〜５は、加工性に優れるアルミナで形成されている。積層セラミックパッケージ２は、セラミック層３〜５を位置決め積層した状態で焼結及びダイシング加工を行うことにより形成される。なお、セラミック層３〜５を位置決め積層した状態で、刃物を用いてセラミック層３〜５を切断して小分けにし、その後で焼結を行うことで、積層セラミックパッケージ２を形成しても良い。焼結する前に切断を行うことで、積層されたセラミック層３〜５を容易に小分けにすることができる。

下部セラミック層３の外形は、略矩形となっている。下部セラミック層３の上面及び下面には、金属製の回路配線パターン（メタライズ層）６がそれぞれ設けられている。下部セラミック層には、図４に示すように、上下の回路配線パターン６同士を電気的に接続する複数のビア７が下部セラミック層３を貫通するように設けられている。また、下部セラミック層３の下面には、外部回路との接続を行うための外部接続端子（図示せず）が設けられている。

中間セラミック層４の外形は、下部セラミック層３と同様に略矩形となっている。また、中間セラミック層４の厚みは、下部セラミック層３と同様である。中間セラミック層４の上面及び下面には、回路配線パターン８がそれぞれ設けられている。中間セラミック層４には、図４に示すように、上下の回路配線パターン８同士を電気的に接続する複数のビア９が中間セラミック層４を貫通するように設けられている。

中間セラミック層４の中央部分には、開口部１０が形成されている。この開口部１０は、下部セラミック層３の上面と協働して光デバイスを実装するための矩形状の凹部（キャビティ）１１を形成している。

上部セラミック層５は、中間セラミック層４に電子部品を実装するためのスペースを確保するように略矩形環状を呈しており、積層セラミックパッケージ２の側壁を構成している。つまり、上部セラミック層５は、凹部１１を含む領域を取り囲むように設けられている。上部セラミック層５の厚みは、中間セラミック層４の厚みよりも大きくなっている。もしくは、上部セラミック層５の厚みを中間セラミック層４の厚みと同等として、上部セラミック層５を複数枚積層させることもできる。全てのセラミックシート（セラミック層）の厚みを揃えることで、セラミックシートの厚さを管理する工程を統一でき、製造工程を簡略化することができる。

上部セラミック層５の上面及び下面には、回路配線パターン１２がそれぞれ設けられている。ただし、上部セラミック層５には、上下の回路配線パターン１２同士を電気的に接続するビアは設けられていない。従って、上部セラミック層５の上面と下面とは、電気的に完全に絶縁（分離）された状態となっている。上部セラミック層５の上面の回路配線パターン（メタライズ層）１２には、略矩形環状の金属リング１３がロウ付け等により固定されている。

上記凹部１１の底面には、図３及び図５に示すように、直方体状のサブマウント１４が載置されている。サブマウント１４の厚みは、中間セラミック層４の厚みと同等である。つまり、サブマウント１４の上面と中間セラミック層４の上面とは面一となっている。

サブマウント１４は、セラミック層３〜５を形成するアルミナよりも熱伝導率の高い絶縁材料で形成されている。このような絶縁材料としては、アルミナの１０倍以上の熱伝導率を有する窒化アルミニウムを用いるのが好ましい。また、絶縁材料としては、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア、ダイヤモンド等を用いることもできる。

サブマウント１４の上面には、回路配線パターン１５が設けられている。また、サブマウント１４の上面には、レーザダイオード（ＬＤ：発光素子）１６が実装されている。ＬＤ１６は、端面発光型ＬＤであり、横方向（中間セラミック層４の上面に沿った方向）に向けて光が出射される。

このとき、サブマウント１４は熱伝導率の高い絶縁材料で形成されているので、ＬＤ１６等で発生した熱がサブマウント１４を介して下部セラミック層３に十分拡散されるようになり、サブマウント１４に熱が籠もることが防止される。従って、ＬＤ１６の熱膨張による発光出力の低下が抑制されるため、ＬＤ１６は良好に動作するようになる。

ＬＤ１６を構成する基材としては、線膨張係数が４．５ｐｐｍ／Ｋ程度であるＩｎＰ（インジウムリン）が用いられる。発光モジュールの動作範囲としては、−４０℃〜８５℃が要求されることがある。ＬＤ１６は、サブマウント１４の上に半田等の接合材料を介して実装される。半田材料としては、ＡｕＳｎ半田が望ましいが、それ以外にＳｕＡｇＣｕ半田やＡｕＧｅ半田等を用いても良い。半田は、熱伝導率が接着剤よりも高く、ＬＤ１６で生じた熱を効率良くサブマウント１４に伝導することができる。ＬＤ１６をサブマウント１４に搭載する場合、サブマウント１４の線膨張係数がＬＤ１６の線膨張係数と大きく異なると、線膨張係数差による応力が生じてしまい、ＬＤ１６にひずみを生じさせるおそれがある。そのため、サブマウント１４の材料としては、熱伝導率と共に線膨張係数がＬＤ１６に近い材料であることが望ましい。窒化アルミニウムの線膨張係数は４．６ｐｐｍ／Ｋ程度であり、ＬＤ１６の線膨張係数に非常に近いことからも、サブマウント１４の材料としては、上記の通り窒化アルミニウムを用いることが望ましい。

図５に示すように、中間セラミック層４の上面に設けられた複数の回路配線パターン８のうち、サブマウント１４の両側に位置する２つの回路配線パターンは、ＬＤ端子接続用パターン８ａとなっている。ＬＤ端子接続用パターン８ａは、ビア９，７を介して下部セラミック層３の下面に設けられた回路配線パターン（パッド）６とつながっている。

ＬＤ端子接続用パターン８ａの高周波信号ラインとサブマウント１４の回路配線パターン１５の高周波信号ラインとは複数本のワイヤ１７で接続されている。このとき、中間セラミック層４の上面の高さ位置とサブマウント１４の上面の高さ位置とが一致しているので、ワイヤ１７の長さを最短にすることができる。また、ＬＤ１６と回路配線パターン１５の高周波信号ラインとは１本のワイヤ１８で接続されている。ＬＤ端子接続用パターン８ａのグランドラインと回路配線パターン１５のグランドラインとは複数本のワイヤ１９で接続されている。

ＬＤ端子接続用パターン８ａの高周波信号ラインとサブマウント１４の回路配線パターン１５の高周波信号ラインとの接続には、リボンワイヤを用いることもできる。このような横幅の太いワイヤを用いることで、ワイヤによるインダクタンス成分を低減することができ、高周波線路としてより好ましい設計を実現することができる。また、リボンワイヤを用いる場合は、ウェッジボンドを用いることになり、よりワイヤループ高さを低くし、ワイヤ長を短くすることができる。

積層セラミックパッケージ２内部の高周波信号ラインは、所望の特性インピーダンスに設計され、線路内でのインピーダンスばらつきを小さくしている。特性インピーダンスを整合させるには、ビア７，９等により生じるインダクタンス成分と、信号ラインとグランドラインとの結合により生じるコンダクタンス成分とを適度に配置する必要がある。信号ラインを伝搬する高周波信号の立ち上がり時間に対し短い間隔でインダクタンス成分及びコンダクタンス成分を配置することにより、特性インピーダンスの整合が可能となる。

特性インピーダンスＺ０は、下記式で表される。

特性インピーダンスＺ０が設計の狙いよりも高い場合は、伝送線路のインダクタンス成分Ｌが大きいため、コンダクタンス成分Ｃが大きくなるように伝送線路及び接地電位結合を高め、寄生容量を大きくする等の設計修正が必要となる。反対に特性インピーダンスＺ０が設計の狙いよりも低い場合は、伝送線路のインダクタンス成分Ｌを大きくする設計修正が必要となる。

ＬＤ１６の前方に位置する凹部１１の底面には、ＬＤ１６の出力光量をモニタするモニタ用フォトダイオード（ＰＤ：受光素子）２０が実装されている。中間セラミック層４の上面に設けられた複数の回路配線パターン８のうち、ＰＤ２０の両側に位置する２つの回路配線パターンは、ＰＤ端子接続用パターン８ｂとなっている。ＰＤ端子接続用パターン８ｂの出力信号ラインとモニタ用ＰＤ２０とはワイヤ２１で接続されている。ＰＤ端子接続用パターン８ｂのグランドラインと回路配線パターン６のグランドラインとはワイヤ２２で接続されている。

凹部１１におけるサブマウント１４とモニタ用ＰＤ２０との間には、ミラーまたはプリズムからなる光学部材２３が配置されている。光学部材２３は、図６に示すように、ＬＤ１６から出射された光の一部を上方に向けて垂直に反射させると共に当該光の残りを透過させる反射透過面２３ａと、この反射透過面２３ａから入射された光をモニタ用ＰＤ２０に向けて出射させる出射面２３ｂとを有している。反射透過面２３ａは、中間セラミック層４の上面に対して４５度の角度で傾斜しており、所定の反射率を有している。

光学部材２３の形状としては、反射透過面２３ａ及び出射面２３ｂを有していれば、直角三角形や五角形あるいは平面形状であっても良い。また、光学部材２３の材料としては、ガラス部品や、ＬＤ１６の出射波長に対して高い透過率を有する樹脂材料を用いることができる。反射透過面２３ａには、誘電体多層膜コーティングによる反射・透過膜を形成しても良い。誘電体多層膜は、ＬＤ１６の出射波長に対して所望の反射率をもつように各層の材料及び厚さが制御されている。

光学部材２３を透過した光は、拡散光であるため、モニタ用ＰＤ２０の実装位置に対する依存が小さい。このため、モニタ用ＰＤ２０の実装位置を高精度に制御しなくて良い。ここで、光学部材２３の反射透過面２３ａの反射率Ｒと、ＬＤ１６から得られる光パワーＰｏと、後述する金属スリーブ３１に挿入される光コネクタに結合される光パワーＰｆと、後述するレンズ２４による結合効率ηｌとの関係は、
Ｐｆ＝Ｐｏ×Ｒ×ηｌ
となる。また、モニタ用ＰＤ２０で得られるモニタ電流ＩＰＤと、光学部材２３を透過した光パワーＰｐ（＝Ｐｏ×Ｒ）と、光学部材２３を透過した光がモニタ用ＰＤ２０の受光面に結合する効率ηｐと、モニタ用ＰＤ２０で受光した光を電流に変換する量子効率ηｉとの関係は、
ＩＰＤ＝Ｐｐ×ηｐ×ηｉ＝Ｐｏ×Ｒ×ηｐ×ηｉ
となる。よって、光コネクタに結合される光パワーＰｆの要求仕様及びモニタ電流ＩＰＤの要求仕様より、必要な反射率Ｒを設計する必要がある。

発光モジュールとして要求される光パワーＰｆに対して、ＬＤ１６の光パワーＰｏが十分高い場合、光パワーを削減する必要が生じる。一般的には、金属スリーブ３１（後述）を光軸方向に離した（遠い）位置に配置させて、レンズ２４（後述）による最適結合位置よりも低い光パワーとなるようデフォーカスさせる。一方、光学部材２３を用いた構造では、反射率Ｒの値を小さく設計することで、デフォーカスによる光パワーの削減を最低限にすることができる。これにより、金属スリーブ３１を光軸方向に離す量を少なくし、発光モジュール１の全長ばらつきを小さく設計することができる。また、後述するように発光モジュール１を光トランシーバ３７に搭載した場合に、発光モジュール１と回路基板４１との距離ばらつきを小さく設計でき、フレキシブル基板４２や回路基板４１の高周波ラインを短く設計でき、良好な高周波特性を示す光トランシーバ３７を設計することが可能となる。

また、発光モジュールの光パワーＰｆとＬＤ１６の光パワーＰｏとの関係が成り立つ範囲で反射率Ｒを小さく設計することで、発光モジュールに要求されるＲＩＮの耐性を高めることができる。発光モジュールの光パワーＰｆに対して、規格で規定された反射光量を発光モジュールに戻した場合、反射光量に光学部材２３の反射率Ｒが乗算された光量がＬＤ１６に伝達される。そのため、反射率Ｒが十分小さい設計であれば、一般的な発光モジュールよりもＬＤ１６に伝達される反射光量は小さくなり、ＲＩＮ耐性を向上させることができる。設計によっては、反射光量を抑制する機能を持つアイソレータが無くてもＲＩＮ耐性を満足させることができ、発光モジュールの部品コストの低減が可能となる。

ＬＤ１６から出射された光の一部は、光学部材２３の反射透過面２３ａにおいて反射率Ｒで反射して垂直方向に屈折され、その他の光は、光学部材２３を透過してモニタ用ＰＤ２０側に出射される。その際、ＬＤ１６からの光は、反射透過面２３ａの角度４５度、光学部材２３の材料屈折率ｎにより、スネルの法則に従って屈折されて透過する。また、ＬＤ１６から出射された水平光は、光学部材２３を透過する際に、図６の点線で示すように水平より下方向に屈折される。ここで、モニタ用ＰＤ２０の受光面が上面となる場合は、ＬＤ１６から出射されて光学部材２３を透過した光がモニタ用ＰＤ２０の上面に入射される必要がある。その結果、ＬＤ１６の活性層よりもモニタ用ＰＤ２０の上面（受光面）を相対的に低く設計する必要がある。本構造では、ＬＤ１６は凹部１１上に実装されたサブマウント１４の上面に実装されており、モニタ用ＰＤ２０は凹部１１上に実装されているため、光学部材２３を透過した光を効率良くモニタ用ＰＤ２０の受光面で受けることができる。

中間セラミック層４の上面には、特に図示されていないが、ＩＣ、抵抗及びコンデンサ等の電子部品が実装されていても良い。回路配線パターン８と電子部品との接続は、ボンディングやワイヤリングまたはフリップチップにより行われる。

なお、ＬＤ１６、モニタ用ＰＤ２０及び電子部品の実装は、半田付けもしくは接着剤により行われる。半田付けとしては、ＡｕＳｎ半田やＳｕＡｇＣｕ半田等が用いられる。接着剤としては、電子部品の接着には導電性接着剤が用いられ、非電子部品の接着には非導電性接着剤が用いられる。

以上のような積層セラミックパッケージ２の上面には、レンズ２４を保持する金属製のホルダ２５が固定されている。レンズ２４とホルダ２５とは低融点ガラス等からなる封止材料を用いて封止されている。このとき、積層セラミックパッケージ２の内部を窒素置換した環境において、ホルダ２５が金属リング１３の上面に溶接されることで、積層セラミックパッケージ２の内部が気密封止されている。

ホルダ２５は、レンズ２４を位置決めする治具に搭載され、低融点ガラスが供給された状態で高温炉に投入される。そして、低融点ガラスがレンズ２４及びホルダ２５に馴染んだ状態で冷却されることで、各部分を封止することになる。一般的には、ガラス材料は、圧縮応力がかかった状態であればクラック等は生じにくくなる。レンズ２４の材料としては、ＢＫ７やＴａＦ３といった屈折率が１．４〜１．９程度の硝材が用いられる。それらの線膨張係数は、７〜８ｐｐｍ／Ｋ程度の値となっている。レンズ２４の外周部に配置される低融点ガラスは、レンズ２４と等しいかレンズ２４よりも大きい線膨張係数を有する材料が用いられる。低融点ガラスよりも更に外周部に配置されるホルダ２５の材料としては、低融点ガラスよりも大きい線膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ合金を用いることが望ましい。特に５０アロイ（ＦｅとＮｉで構成され比率は５０％）は、線膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ程度であり、ホルダ２５の材料として望ましい。

ホルダ２５の溶接は、シームシールを用いる他、予めロウ材を金属リング１３の上面に供給し、加熱によりロウ材を溶解させて封止しても良い。加熱の手法としては、オーブン等による全体加熱の他、レーザビームによりスポット的にロウ材付近を加熱しても良い。

ホルダ２５は、金属リング１３に接合され、積層セラミックパッケージ２の上部開口を覆い塞ぐフタ部２６と、このフタ部２６と一体化された筒状部２７とを有している。筒状部２７の軸心は、積層セラミックパッケージ２の上下面に対して直交している。レンズ２４は、筒状部２７の内周面から張り出すように設けられた環状保持部２７ａに封止固定されている。このようなホルダ２５を金属リング１３に固定するときは、レンズ２４とＬＤ１６との光軸ズレが小さくなるように、金属リング１３に対するホルダ２５の位置を調整する。

なお、フタ部と筒状部とは別部品で構成しても良い。この場合、フタ部には、ＬＤ１６から出射される光を透過すると共に積層セラミックパッケージ２の気密を確保するための平窓ガラスが封止固定される。そして、そのフタ部に筒状部が固定される。両者の固定方法としては、ＹＡＧ溶接や樹脂接着等が用いられる。

ホルダ２５には、金属製のジョイント２８がＹＡＧ溶接により固定されている。ジョイント２８は、光を通すための貫通穴２９ａを有する基部２９と、この基部２９と一体化された筒状部３０とを有している。そして、その筒状部３０の内周面がホルダ２５の筒状部２７の外周面に接合されている。

ジョイント２８の基部２９には、金属スリーブ３１がＹＡＧ溶接により固定されている。金属スリーブ３１の内部には、ジルコニアスリーブ３２が配置されている。ジルコニアスリーブ３２内のジョイント２８側には、ＬＤ１６と光結合される光ファイバ３３を保持したフェルール３４が配置されている。また、金属スリーブ３１の内部には、フェルール３４を圧入固定する金属筒状体３５がジルコニアスリーブ３２に隣接して配置されている。金属スリーブ３１の外周面には、環状の保持溝３６ａを有するフランジ部３６が設けられている。金属スリーブ３１をジョイント２８の基部２９に固定するときは、ＬＤ１６から出射された光が高効率で光ファイバ３３に結合される位置となるように金属スリーブ３１を２軸もしくは３軸で調芯する。

ジョイント２８及び金属スリーブ３１の材料としては、ＹＡＧ溶接に対応し、かつ高温高湿環境でも錆等が発生しにくいステンレスを用いることが望ましい。ステンレスの中でも線膨張係数がジルコニアや５０アロイに近いフェライト系のステンレス材料が望ましい。特にＳＵＳ４３０やＳＦ２０Ｔといった材料を用いることができる。線膨張係数がジルコニアや５０アロイに近いステンレス材料を用いることで、ＹＡＧ溶接後の冷却時に生じる内部応力や、ステンレスとジルコニアの圧入固定部に対する温度環境の違いによる応力状態を安定させることができる。

なお、ホルダ２５とジョイント２８との固定、ジョイント２８と金属スリーブ３１との固定は、ＹＡＧ溶接の他に、ＵＶ硬化接着剤等を用いた接着により行っても良い。この場合には、ＵＶ硬化接着剤にＵＶ光を照射して仮固定した後、その位置からずれないように熱硬化性接着剤による補強を施すのが良い。

以上のような発光モジュール１において、図６に示すように、ＬＤ１６から出射された光は、光学部材２３の反射透過面２３ａで上方に反射し（実線参照）、ホルダ２５に取り付けられたレンズ２４により集光され、光ファイバ３３に結合される。このとき、ＬＤ１６からの出射光の一部は、光学部材２３を透過し（破線参照）、モニタ用ＰＤ２０で受光される。

発光モジュール１は、図７に示すような光トランシーバ３７に組み込まれる。光トランシーバ３７はハウジング３８を有し、このハウジング３８の前端側部分は、発光モジュール１と結合される光コネクタ（図示せず）をガイドするレセプタクル部３９を形成している。レセプタクル部３９には、発光モジュール１を保持するための保持用突起３９ａが設けられている。この保持用突起３９ａが発光モジュール１における金属スリーブ３１の保持溝３６ａに嵌合することで、発光モジュール１がハウジング３８に保持された状態となる。

また、光トランシーバ３７内には、電子部品４０が実装される回路基板４１が配置されている。回路基板４１は、実装面４１ａが積層セラミックパッケージ２の底面と直交するように配置されている。積層セラミックパッケージ２の底面の外部接続端子と回路基板４１の実装面４１ａに設けられた外部接続端子とは、フレキシブル基板４２を介して接続されている。フレキシブル基板４２の信号ラインは、積層セラミックパッケージ２及び回路基板４１の特性インピーダンスと整合するように設計されている。このため、回路基板４１の駆動回路からＬＤ１６等の光デバイス及び電子部品に対し、損失が少なくなるように高周波信号を伝搬することができる。

フレキシブル基板４２と積層セラミックパッケージ２とは、半田により接合されている。積層セラミックパッケージ２の底面の配線回路パターンは、高周波信号用パッドと、直流信号用パッドと、これら以外のグランドパターンとからなっている。同様にフレキシブル基板４２にも、パッド及びグランドパターンが形成されている。両者のパターンは、半田により均一に接続される。このため、積層セラミックパッケージ２の内部で生じた熱は、半田を介してフレキシブル基板４２のグランドパターンに伝わるようになる。従って、積層セラミックパッケージ２内の熱を効率良く拡散することができ、高温環境においても良好な動作を行うことが可能となる。

ところで、積層セラミックパッケージ２内において高周波信号を伝搬する高周波信号ラインの特性インピーダンスを整合することにより、線路間の反射による信号劣化を抑制し、良好な高周波特性を得ることができる。しかし、高周波信号ラインのワイヤ長が長いと、ワイヤの寄生インダクタンスの影響を大きく受けるため、特性インピーダンスの不整合を起こしてしまう。

これに対し本実施形態では、高周波信号ラインを含む配線回路パターン１５が上面に形成されたサブマウント１４を積層セラミックパッケージ２の凹部１１に配置し、このサブマウント１４の上面にＬＤ１６を実装するようにしたので、高周波信号ライン同士をつなぐワイヤ１７の長さを十分に短くすることができる。これにより、高周波信号ラインの特性インピーダンスの不整合を最小限に抑えることができる。その結果、例えば１０Ｇｂｐｓを越える高速伝送を行う場合でも、良好な周波数特性を得ることが可能となる。

また、モニタ用ＰＤは、ＬＤの出射面とは反対の後方出射光を受光するように、ＬＤの後方に配置するのが一般的である。この場合、ＬＤ駆動用の高速信号ライン（高周波信号ライン）は、ＬＤの後方に形成されることになる。高速伝送用途においては、高速信号ラインとしては、信号の劣化を抑えるために出来る限り最短にするのが望ましい。しかし、モニタ用ＰＤはＬＤの後方出射光軸上にあるため、モニタ用ＰＤを迂回するように高速信号ラインを形成する必要がある。また、多層配線によってモニタ用ＰＤの下に高速信号ラインを形成することも可能であるが、この場合には、モニタ用ＰＤの出力電流が流れる出力信号ラインが高速信号ラインと対向したり交差するため、高速信号ラインを通る駆動信号によりモニタ用ＰＤの微弱な出力電流にノイズが生じてしまう。モニタ用ＰＤの出力電流がノイズで変動すると、ＬＤの出力を安定に保つことができなくなる。

これに対し本実施形態では、ＬＤ１６の前方にモニタ用ＰＤ２０を配置したので、モニタ用ＰＤ２０の出力電流が流れる出力信号ラインが高速信号ラインと対向したり交差することが無く、モニタ用ＰＤ２０の出力電流が駆動信号によるノイズの影響を受けにくくなる。これにより、ノイズによるモニタ用ＰＤ２０の出力電流の変動が抑制されるため、ＬＤ１６の出力を安定に保つことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、積層セラミックパッケージ２においてサブマウント１４の上面高さと中間セラミック層４の上面高さとを揃えるようにしたが、特にその構成には限られず、例えばサブマウント１４に実装されたＬＤ１６の上面高さと中間セラミック層４の上面高さとが揃うようにサブマウント１４の厚さ（高さ）を設定しても良い。要は、高周波信号ラインに接続される複数本のワイヤの長さの合計または平均が最短となるように、サブマウント１４の厚さを適宜設計すれば良い。

また、上記実施形態では、サブマウント１４の上面に端面発光型ＬＤ１６を実装したが、積層セラミックパッケージ２の上方の光ファイバ３３に向けて光を出射するには、サブマウント１４の側面に端面発光型ＬＤを実装しても良いし、サブマウント１４の上面に面発光型ＬＤを実装しても良い。

また、上記実施形態では、積層セラミックパッケージ２を３層構造としたが、積層セラミックパッケージ２の層数としては４層以上であっても良い。

さらに、上記実施形態では、積層セラミックパッケージ２の底面と光トランシーバ３７の回路基板４１とをフレキシブル基板４２で接続するようにしたが、回路基板４１の寸法や配置箇所等によっては積層セラミックパッケージ２を回路基板４１に直接接合しても良い。

また、ＬＤ１６のアノード接続用及びカソード接続用のパッドが同一面にある場合には、ワイヤ１８による特性インピーダンス不整合を抑制するため、ＬＤ１６をサブマウント１４にフリップチップ実装しても良い。ＬＤ１６をフリップチップ実装することで、ワイヤによるインダクタンス成分の増加を無くし、伝送線路の特性インピーダンスをより安定した設計とすることができる。

また、モニタ用ＰＤ２０の実装もフリップチップ実装とすることができる。このようにすることで、モニタ用ＰＤ２０の受光面が下面となるため、ＬＤ１６とモニタ用ＰＤ２０とを同一平面上に実装しても、モニタ光を受光することが可能となる。

１…発光モジュール、２…積層セラミックパッケージ、３…下部セラミック層（第１セラミック層）、４…中間セラミック層（第２セラミック層）、５…上部セラミック層（第３セラミック層）、１０…開口部、１１…凹部、１４…サブマウント、１６…レーザダイオード（発光素子）、２０…モニタ用フォトダイオード（モニタ用受光素子）、２３…光学部材、２５…ホルダ（金属筒状部材）、２８…ジョイント（金属筒状部材）、３１…金属スリーブ（金属筒状部材）、３３…光ファイバ、３４…フェルール。

Claims (4)

1. 発光素子を内蔵する積層セラミックパッケージと、
   前記積層セラミックパッケージの上面に固定され、前記発光素子と光結合される光ファイバを収容する金属筒状部材とを備え、
   前記積層セラミックパッケージは、第１セラミック層と、前記第１セラミック層上に積層され、前記第１セラミック層の上面と協働して前記発光素子を実装するための凹部を形成する開口部を有する第２セラミック層と、前記第２セラミック層上に積層され、前記凹部を含む領域を取り囲むように設けられた第３セラミック層とを有し、
   前記凹部にはサブマウントが配置されており、
   前記発光素子は、前記サブマウントに実装されていることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記凹部の底面には、前記発光素子の出力光量をモニタするモニタ用受光素子が実装され、
   前記発光素子と前記モニタ用受光素子との間には、前記発光素子から出射された光を前記光ファイバに向けて反射させると共に当該光の一部を前記モニタ用受光素子に向けて透過させる光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
3. 前記サブマウントは、前記第１〜第３セラミック層を形成するセラミック材料よりも熱伝導率の高い絶縁材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光モジュール。
4. 前記サブマウントは、窒化アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項３記載の発光モジュール。
   

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