JP6988493B2 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュール及びその製造方法に関するものである。

特許文献１には、高周波信号を入力して光信号を出力するレーザダイオードを備える光モジュールが開示されている。この光モジュールでは、第１の伝送線路と第２の伝送線路とが、互いに平行で異なる一対の平面上をそれぞれ延在している。レーザダイオードは、第１の伝送線路と第２の伝送線路とが延在する一対の平面の間に配置されている。レーザダイオードの一方の電極は、該一方の電極と第１の伝送線路との間に介在する金属ブロックによって第１の伝送線路と電気的に接続される。レーザダイオードの他方の電極は、第２の伝送線路上に載置されており、第２の伝送線路と電気的に接続される。

特許文献２には、半導体レーザと半導体電界吸収型（ＥＡ）光変調器とが半導体基板上に形成された半導体集積光源を実装基板に実装したレーザモジュールが開示されている。このレーザモジュールは、その表面が実装基板の表面に接面するようにジャンクションダウン実装されている。このとき、レーザモジュールの表面に形成されたＥＡ光変調器駆動電極及びスタッド電極は、実装基板の表面に形成された電極（高周波信号入力が加えられる電極）及び接地用電極にそれぞれ接着されている。

特開２００３−１９８０３５号公報 特開２００２−２８０６６２号公報

高速光通信の為の光モジュールには、半導体レーザチップに変調信号を供給する伝送線路（例えばコプレーナ線路）を有する伝送部材が半導体レーザチップと並設されるものがある。従来、このような光モジュールでは、半導体レーザチップと伝送線路とがワイヤボンディングにより互いに接続される。しかしながら、ワイヤボンディングによって半導体レーザチップと伝送線路とを接続すると、ワイヤのインダクタンス成分の影響によって特性インピーダンスの不整合が発生しやすい。特性インピーダンスの不整合が生じると、特性インピーダンス不整合点での信号の反射及び伝送ロスが生じてしまい、伝送特性が低下するおそれがある。

そこで、伝送線路を有する別の伝送部材（第２伝送部材と称する）を用意し、この第２の伝送部材を上述した伝送部材（第１伝送部材と称する）及び半導体レーザチップと対向して配置し、第２伝送部材の伝送線路の一端を半導体レーザチップの電極に導電接着し、他端を第１伝送部材の伝送線路に導電接着する方式が考えられる。このような方式によれば、ワイヤボンディングを用いる場合と比較してインダクタンスを低減し、特性インピーダンスの不整合を抑制することができる。しかしながら、半導体レーザチップの上面と第１伝送部材の上面との高さが異なっていると、これらの面に対して第２伝送部材が傾斜してしまい、導電接着の信頼性が低下するおそれがある。これらの面の高さが互いに等しくなるように設計した場合であっても、寸法公差によってこれらの面の高さは必ずしも一致しない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、半導体レーザチップ及び第１伝送部材と第２伝送部材とを対向配置し、第２伝送部材の伝送線路と半導体レーザチップ及び第１伝送部材の伝送線路とを相互に導電接着する場合に、半導体レーザチップの上面と第１伝送部材の上面との高さを一致させて導電接着の信頼性を高めることができる光モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る光モジュールは、平坦な搭載面を有するキャリアと、搭載面上に配置され、第１主面を有するエピタキシャル基板、及び第１主面上に設けられて変調信号を受ける電極パッドを有する半導体レーザチップと、半導体レーザチップとキャリアとの間に設けられた第１下地基板と、搭載面上に配置され、第１主面と並んで配置される第２主面を有する第１絶縁体基板、及び第２主面上に設けられて変調信号を伝送する第１信号線路を有する第１伝送部材と、第１伝送部材とキャリアとの間に設けられた第２下地基板と、第１主面及び第２主面と対向して配置される第３主面を有する第２絶縁体基板、及び第３主面上に設けられて変調信号を伝送する第２信号線路を有する第２伝送部材と、を備える。第２信号線路の一端部は、電極パッドと導電接着されている。第２信号線路の他端部は、第１信号線路と導電接着されている。第１下地基板は第１絶縁体基板と同じ材料からなり、第１下地基板の厚さは第１絶縁体基板の厚さと等しい。第２下地基板はエピタキシャル基板と同じ材料からなり、第２下地基板の厚さはエピタキシャル基板の厚さと等しい。

本発明による光モジュール及びその製造方法によれば、半導体レーザチップ及び第１伝送部材と第２伝送部材とを対向配置し、第２伝送部材の伝送線路と半導体レーザチップ及び第１伝送部材の伝送線路とを相互に導電接着する場合に、半導体レーザチップの上面と第１伝送部材の上面との高さを一致させて導電接着の信頼性を高めることができる。

図１は、一実施形態の光モジュール１の内部構造を示す斜視図である。 図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。 図３は、図１の発光部１１ａ〜１１ｄのうち発光部１１ｄを拡大して示す斜視図である。 図４は、図２の発光部１１ｄを拡大して示す平面図である。 図５は、発光部１１ｄを示す概略構成図である。 図６は、図５の伝送部材３３を主面３３ａ側から見た平面図である。 図７は、図５のVII−VII線に沿った断面図である。 図８の（ａ）は、ウェハＷ１を示す斜視図である。図８の（ｂ）は、ウェハＷ２を示す斜視図である。 図９の（ａ）は、キャリア１０１上に半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３を並べて配置し、それらの上に伝送部材１０４を搭載する場合を示す図である。図９の（ｂ）は、伝送部材１０４が半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３に対して傾斜した状態を示す図である。 図１０は、伝送部材１０４の具体的な傾斜の一例を示す図である。 図１１は、本実施形態の光モジュール１における発光部１１ａ〜１１ｄの構成を概略的に示す側面図である。 図１２は、上記実施形態の一変形例に係る発光部１１ｅの構成を概略的に示す側面図である。 図１３の（ａ）は、ウェハＷ３を示す斜視図である。図１３の（ｂ）は、ウェハＷ４を示す斜視図である。図１３の（ｃ）は、ウェハＷ５を示す斜視図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る光モジュールは、平坦な搭載面を有するキャリアと、搭載面上に配置され、第１主面を有するエピタキシャル基板、及び第１主面上に設けられて変調信号を受ける電極パッドを有する半導体レーザチップと、半導体レーザチップとキャリアとの間に設けられた第１下地基板と、搭載面上に配置され、第１主面と並んで配置される第２主面を有する第１絶縁体基板、及び第２主面上に設けられて変調信号を伝送する第１信号線路を有する第１伝送部材と、第１伝送部材とキャリアとの間に設けられた第２下地基板と、第１主面及び第２主面と対向して配置される第３主面を有する第２絶縁体基板、及び第３主面上に設けられて変調信号を伝送する第２信号線路を有する第２伝送部材と、を備える。第２信号線路の一端部は、電極パッドと導電接着されている。第２信号線路の他端部は、第１信号線路と導電接着されている。第１下地基板は第１絶縁体基板と同じ材料からなり、第１下地基板の厚さは第１絶縁体基板の厚さと等しい。第２下地基板はエピタキシャル基板と同じ材料からなり、第２下地基板の厚さはエピタキシャル基板の厚さと等しい。

この光モジュールでは、半導体レーザチップとキャリアとの間に第１下地基板が設けられ、第１下地基板の厚さは第１伝送部材の第１絶縁体基板の厚さと等しい。また、第１伝送部材とキャリアとの間に第２下地基板が設けられ、第２下地基板の厚さは半導体レーザチップのエピタキシャル基板の厚さと等しい。従って、キャリアの搭載面を基準とする、半導体レーザチップの上面である第１主面の高さと、第１伝送部材の上面である第２主面の高さとは互いに一致する。

加えて、第１下地基板は第１伝送部材の第１絶縁体基板と同じ材料からなるので、第１下地基板と第１絶縁体基板とを同一のウェハから切り出すことが可能である。従って、寸法公差によらず、第１下地基板の厚さと第１絶縁体基板の厚さとを精度良く一致させることが容易である。また、第２下地基板は半導体レーザチップのエピタキシャル基板と同じ材料からなるので、第２下地基板とエピタキシャル基板とを同一のウェハから切り出すことが可能である。従って、寸法公差によらず、第２下地基板の厚さとエピタキシャル基板の厚さとを精度良く一致させることが容易である。故に、上記の光モジュールによれば、半導体レーザチップの第１主面の高さと第１伝送部材の第２主面の高さとを精度良く一致させて、導電接着の信頼性を高めることができる。

エピタキシャル基板の裏面と第１下地基板とを接着する第１接着材層と、第１絶縁体基板の裏面と第２下地基板とを接着する第２接着材層と、を更に備え、第１接着材層の厚さと第２接着材層の厚さとが互いに等しい。これにより、半導体レーザチップの第１主面の高さと第１伝送部材の第２主面の高さとを更に精度良く一致させることができる。

一実施形態に係る光モジュールの製造方法は、上記の光モジュールを製造する方法であって、第１下地基板と第１絶縁体基板とを同一の第１ウェハから切り出し、第２下地基板とエピタキシャル基板とを同一の第２ウェハから切り出す。このような製造方法によれば、半導体レーザチップの第１主面の高さと第１伝送部材の第２主面の高さとを精度良く一致させることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光モジュール及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態の光モジュール１の内部構造を示す斜視図である。図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。光モジュール１は、直方体状の筐体２と、フランジを有し円柱状の光結合部３とを備える発光モジュール（ＴＯＳＡ；Transmitter Optical SubAssembly）である。光モジュール１は、筐体２内に、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光部１１ａ〜１１ｄ、Ｎ個の第１レンズ１２ａ〜１２ｄ、キャリア１３、Ｎ個の受光素子（フォトダイオード、ＰＤ）１４ａ〜１４ｄ、Ｎ個の第２レンズ１５ａ〜１５ｄ、及び合波光学系１９を備える。一例では、光モジュール１は、４チャネル（Ｎ＝４）の発光モジュールである。発光部１１ａ〜１１ｄ、第１レンズ１２ａ〜１２ｄ、キャリア１３、第２レンズ１５ａ〜１５ｄ、光学部品２１、及び合波光学系１９は、筐体２の内部に設けられたベース部材７の平坦な主面上に配置されている。

また、筐体２はフィードスルー２Ｂを有する。フィードスルー２Ｂは、Ｙ方向における筐体２の後壁を貫通している。筐体２の外側のフィードスルー２Ｂの部分には、外部機器との電気的な接続の為の複数の端子２５が、Ｙ方向と交差するＸ方向に並んで設けられている。筐体２の内側のフィードスルー２Ｂの部分には、複数の端子２４、及びコプレーナ線路を構成するＮ本の信号線路２３が設けられている。Ｎ本の信号線路２３及び複数の端子２４は、それぞれ対応する端子２５と電気的に接続されている。

光モジュール１では、光源として機能する発光部１１ａ〜１１ｄが各々独立して駆動され、発光部１１ａ〜１１ｄが個別に信号光を出力する。発光部１１ａ〜１１ｄへの駆動信号は、光モジュール１の外部から提供される。信号光は、駆動信号に応じて変調された光である。発光部１１ａ〜１１ｄの詳細な構成については、後述する。第１レンズ１２ａ〜１２ｄは、それぞれ発光部１１ａ〜１１ｄと光学的に結合されている。発光部１１ａ〜１１ｄから出力された信号光は、それぞれ第１レンズ１２ａ〜１２ｄに入力する。

キャリア１３は、信号光の各光軸と交差する方向を長手方向として延びる直方体状の部材であり、第１レンズ１２ａ〜１２ｄと第２レンズ１５ａ〜１５ｄとの間の光路上に配置されている。なお、キャリア１３は、信号光の各光軸に対して傾斜する誘電体多層膜（ビームスプリッタ）を内部に有しており、この誘電体多層膜を信号光が通過する際に、信号光の各一部を分岐する。

ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、一つのキャリア１３の搭載面上に搭載され、分岐された信号光の各一部を受光することにより、信号光の光強度を検出する。ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、それらの裏面とキャリア１３の搭載面とが互いに対向するように、キャリア１３上に実装されている。ＰＤ１４ａ〜１４ｄは、誘電体多層膜によって分岐された信号光の一部を、裏面において受ける。第２レンズ１５ａ〜１５ｄは、キャリア１３を挟んで第１レンズ１２ａ〜１２ｄと光学的に結合されている。第１レンズ１２ａ〜１２ｄから出力された信号光は、キャリア１３を通過し、ビームウエストを形成したのち、再び拡がりつつ光学部品２１に入力する。光学部品２１は、キャリア１３を通過した信号光を透過し、第２レンズ１５ａ〜１５ｄ以降の反射点からの戻り光を遮断する。光学部品２１を通過した信号光は、第２レンズ１５ａ〜１５ｄにそれぞれ入力する。

合波光学系１９は、第２レンズ１５ａ〜１５ｄと光学的に結合され、信号光を互いに合波する。図１に示されるように、合波光学系１９は、第１ＷＤＭフィルタ１６、第２ＷＤＭフィルタ１７、ミラー１８、及び偏波合成器２０を含む。ミラー１８は、第２レンズ１５ａ及び１５ｂと光学的に結合されている。ミラー１８の光反射面は、第２レンズ１５ａ及び１５ｂの光軸上に位置し、これらの光軸に対して傾斜している。第１ＷＤＭフィルタ１６は、第２レンズ１５ｃと光学的に結合されている。第１ＷＤＭフィルタ１６の波長選択面は、第２レンズ１５ｃの光軸上に位置し、該光軸に対して傾斜している。第１ＷＤＭフィルタ１６は、第２レンズ１５ｃからの信号光を透過させるとともに、ミラー１８によって反射された信号光を反射する。これにより、第２レンズ１５ａからの信号光、及び第２レンズ１５ｃからの光路が互いに一致し、これらの信号光が互いに合波される。

第２ＷＤＭフィルタ１７は、第２レンズ１５ｄと光学的に結合されている。第２ＷＤＭフィルタ１７の波長選択面は、第２レンズ１５ｄの光軸上に位置し、該光軸に対して傾斜している。第２ＷＤＭフィルタ１７は、第２レンズ１５ｄからの信号光を透過させるとともに、ミラー１８によって反射された、第２レンズ１５ｂからの信号光を反射する。これにより、第２レンズ１５ｂからの信号光の光路と、第２レンズ１５ｄからの信号光の光路とが互いに一致し、これらの信号光が互いに合波される。偏波合成器２０は、光透過性の板状の部材である。偏波合成器２０は、第１ＷＤＭフィルタ１６を通過して合波された信号光と、第２ＷＤＭフィルタ１７を通過して合波された信号光とを合波する。この合波された信号光は、筐体２のＹ方向における前壁に設けられた窓を介して筐体２外に出力される。

光結合部３は、レンズ２２及びファイバスタブを有する同軸モジュールである。なお、図１において、光結合部３は、ＹＺ断面にて示されている。レンズ２２は、合波光学系１９と光学的に結合される。ファイバスタブは、光ファイバを保持する。レンズ２２は、偏波合成器２０から出力される信号光を集光して光ファイバの端面に導く。光結合部３は、この信号光の光軸に対して調芯されたのち、筐体２の前壁に溶接により固定される。なお、光結合部３は、外部からの光を遮断する光アイソレータを更に有してもよい。

図３は、図１の発光部１１ａ〜１１ｄのうち発光部１１ｄを拡大して示す斜視図である。図４は、図２の発光部１１ｄを拡大して示す平面図である。なお、他の発光部１１ａ〜１１ｃは、発光部１１ｄと同様の構成を有する。図３及び図４に示されるように、発光部１１ｄは、キャリア３０と、キャリア３０上に搭載された半導体レーザチップ３１及び伝送部材３２と、半導体レーザチップ３１上及び伝送部材３２上に配置された伝送部材３３とを有する。伝送部材３２，３３は、それぞれ本実施形態における第１伝送部材及び第２伝送部材である。キャリア３０は、絶縁体によって構成され、平坦な搭載面３０ａを有する。キャリア３０は、ベース部材７上に搭載されている。半導体レーザチップ３１は搭載面３０ａ上に配置されている。半導体レーザチップ３１の裏面電極（カソード）は、後述する下地基板３１Ｂを介して、搭載面３０ａ上に設けられたグランドパターン３４に導電接着される。

また、図４に示されるように、キャリア３０上に設けられているグランドパターン３４上には、デカップリングコンデンサ３５が実装されている。デカップリングコンデンサ３５の下面電極は、半田等の導電性接着材を介してグランドパターン３４と電気的に接続されている。デカップリングコンデンサ３５の上面電極は、ワイヤ７０を介して、半導体レーザチップ３１のレーザダイオードと電気的に接続されている。また、デカップリングコンデンサ３５の上面電極は、ワイヤ７１を介して、筐体２のフィードスルー２Ｂに設けられた複数の端子２４（図２参照）の何れかと電気的に接続されている。

図５は、発光部１１ｄを示す概略構成図である。なお、図５では、キャリア３０は省略されている。半導体レーザチップ３１は、Ｙ方向に沿って延びている。半導体レーザチップ３１は、レーザダイオードと光変調器とが共通のエピタキシャル基板３１Ａに集積されたモノリシック構造を有するＥＭＬ（Electro-absorption Modulator Integrated Laser diode）チップである。半導体レーザチップ３１は、主面３１ａを有するエピタキシャル基板３１Ａ、レーザダイオードのアノード電極３１ｂ、及び光変調器のアノード電極３１ｃを備える。エピタキシャル基板３１Ａの主面３１ａは、Ｚ方向と交差しておりＸＹ平面に沿っている。主面３１ａは、本実施形態における第１主面である。

更に、半導体レーザチップ３１は、アノード電極３１ｃと電気的に接続されている電極パッド３１ｅ、及び、アノード電極３１ｂと電気的に接続されている電極パッド３１ｆを有する。電極パッド３１ｅ及び３１ｆは、主面３１ａ上に設けられている。電極パッド３１ｅは、高周波の変調信号を受け、該変調信号をアノード電極３１ｃに入力する。電極パッド３１ｆは、レーザ駆動のための直流バイアス電流を受け、該直流バイアス電流をアノード電極３１ｂに入力する。

伝送部材３２は、Ｙ方向に沿って延びており、Ｘ方向において半導体レーザチップ３１と並んで搭載面３０ａ上に配置されている。伝送部材３２は、主面３２ａを有する絶縁体基板３２Ａ、及びコプレーナ線路３２ｂを備える。絶縁体基板３２Ａ及び主面３２ａは、それぞれ本実施形態における第１絶縁体基板及び第２主面である。主面３２ａは、Ｚ方向と交差し、ＸＹ平面に沿っており、Ｘ方向において主面３１ａと並んで配置されている。コプレーナ線路３２ｂは、主面３２ａ上に設けられている。コプレーナ線路３２ｂは、伝送線路であり、半導体レーザチップ３１のアノード電極３１ｃに向けて変調信号を伝送する。具体的には、コプレーナ線路３２ｂは、信号線路３２ｃ（第１信号線路）及びグランドパターン３２ｄを含んで構成される。

信号線路３２ｃは、変調信号を導波する金属膜であって、Ｙ方向に沿って延びている。信号線路３２ｃのＹ方向における一端部は、Ｘ方向から見て電極パッド３１ｅと同じ位置にある。信号線路３２ｃの他端部は、図４に示されるワイヤ７２を介して、図２に示された信号線路２３と電気的に接続されている。グランドパターン３２ｄは、信号線路３２ｃの両側に所定の間隔をあけて設けられた金属膜であって、基準電位を与えられる。

伝送部材３３は、Ｘ方向に延びており、伝送部材３２上及び半導体レーザチップ３１上に配置されている。伝送部材３３は、信号線路３２ｃと電極パッド３１ｅとを電気的に接続する。従って、信号線路３２ｃは、伝送部材３３及び電極パッド３１ｅを介して、光変調器のアノード電極３１ｃと電気的に接続される。図６は、図５の伝送部材３３を主面３３ａ側から見た平面図である。図６に示されるように、伝送部材３３は、主面３３ａを有する絶縁体基板３３Ａ、及びコプレーナ線路３６を備える。絶縁体基板３３Ａ及び主面３３ａは、それぞれ本実施形態における第２絶縁体基板及び第３主面である。主面３３ａは、Ｚ方向と交差し、ＸＹ平面に沿っている。主面３３ａは、Ｚ方向において、半導体レーザチップ３１の主面３１ａ、及び伝送部材３２の主面３２ａと対向して配置されている。コプレーナ線路３６は、伝送線路であり、光変調器のアノード電極３１ｃに向けて変調信号を伝送する。

コプレーナ線路３６は、信号線路３７（第２信号線路）及びグランドパターン３８を含んで構成される。信号線路３７は、変調信号を導波する金属膜であって、Ｘ方向に沿って延びている。図５に示されるように、信号線路３７の一端部３７ａは、Ｚ方向において電極パッド３１ｅと対向している。また、信号線路３７の他端部３７ｂは、Ｚ方向において信号線路３２ｃの一端部と対向している。グランドパターン３８は、信号線路３７の両側に所定の間隔をあけて設けられた金属膜であって、基準電位を与えられる。

伝送部材３３は、変調信号を終端する終端抵抗３９を更に有する。終端抵抗３９は、信号線路３７の一端部３７ａとグランドパターン３８との間に配置されている。信号線路３７及びグランドパターン３８は、終端抵抗３９を介して電気的に接続されている。

発光部１１ｄは、パッド群４０，５０を更に有する。図６には、パッド群４０，５０が、伝送部材３３と併せて示されている。パッド群４０は、Ｚ方向において、半導体レーザチップ３１の主面３１ａと、伝送部材３３の主面３３ａとの間に配置される。パッド群４０は、主面３１ａと主面３３ａとのＺ方向における距離を確保しつつ、主面３１ａに対する主面３３ａの傾斜を調整する。一例では、パッド群４０は、主面３１ａと主面３３ａとを互いに平行にする。パッド群４０は、パッド４１〜４４を含む。これらのパッド４１〜４４は、例えば、Ｚ方向に延びる円柱状を呈している。

図７は、図５のVII−VII線に沿った断面図である。パッド４１は、Ｚ方向において電極パッド３１ｅと信号線路３７の一端部３７ａとの間に配置されている。パッド４１は、電極パッド３１ｅと、信号線路３７の一端部３７ａとを電気的に接続する。パッド４１は、電極パッド３１ｅ側（すなわち主面３１ａ側）に設けられる金属層４１ａ、信号線路３７側（すなわち主面３３ａ側）に設けられる金属層４１ｂ、及び、金属層４１ａと金属層４１ｂとの間に設けられる導電性接着材６０（例えば半田）を含んで構成されている。なお、金属層４１ａは、例えばメッキ法により電極パッド３１ｅ上に形成される。また、金属層４１ｂは、例えばメッキ法により信号線路３７の一端部３７ａ上に形成される。金属層４１ａと金属層４１ｂとは、導電性接着材６０により互いに固着されている。

パッド４２は、Ｘ方向に沿って電極パッド３１ｅ及びパッド４１と並んで配置されている。パッド４２は、主面３１ａ側に設けられる金属層４２ａ、金属層４２ａ上に設けられる金属層４２ｂ、グランドパターン３８側（すなわち主面３３ａ側）に設けられる金属層４２ｃ、及び、金属層４２ｂと金属層４２ｃと間に設けられる導電性接着材６０を含んで構成されている。なお、金属層４２ａは、例えばメッキ法により主面３１ａ上に形成される。金属層４２ａと主面３１ａとの間には、絶縁膜３１ｄが介在してもよい。金属層４２ｂは、例えばメッキ法により金属層４２ａ上に形成される。金属層４２ｃは、例えばメッキ法によりグランドパターン３８上に形成される。金属層４２ｂと金属層４２ｃとは、導電性接着材６０により互いに固着されている。なお、パッド４３及び４４は、パッド４２と同様の構成を有する。

再び図６を参照する。パッド群５０は、Ｚ方向において主面３２ａと主面３３ａとの間に配置されている。パッド群５０は、Ｚ方向における主面３２ａと主面３３ａとの距離を確保しつつ、主面３２ａに対する主面３３ａの傾斜を調整する。一例では、パッド群５０は、主面３２ａと主面３３ａとを互いに平行にする。パッド群５０は、パッド５１〜５５を含む。これらのパッド５１〜５５は、例えば、Ｚ方向に延びる円柱状を呈している。

パッド５１は、図７に示されるように、Ｚ方向において、伝送部材３２の信号線路３２ｃと、信号線路３７の他端部３７ｂとの間に配置されている。パッド５１は、信号線路３２ｃと、信号線路３７の他端部３７ｂとを電気的に接続する。パッド５１は、信号線路３７側（すなわち主面３３ａ側）に設けられる金属層５１ｂ、及び、信号線路３２ｃと金属層５１ｂとの間に設けられる導電性接着材６０を含んで構成されている。金属層５１ｂは、例えばメッキ法により信号線路３７の他端部３７ｂ上に形成される。信号線路３２ｃと金属層５１ｂとは、導電性接着材６０により互いに固着されている。

パッド５２〜５５は、Ｚ方向において、グランドパターン３８とグランドパターン３２ｄとの間に配置され、グランドパターン３８とグランドパターン３２ｄとを電気的に接続する。パッド５２〜５５のそれぞれは、パッド５１と同様の構成を有しており、パッド５１と同様に形成される。

ここで、図３及び図７を参照する。本実施形態の光モジュール１は、下地基板３１Ｂ及び３２Ｂを更に備える。下地基板３１Ｂ，３２Ｂは、それぞれ本実施形態における第１下地基板及び第２下地基板である。下地基板３１Ｂ，３２Ｂは、Ｚ方向を厚さ方向とする板状の部材である。下地基板３１Ｂは、半導体レーザチップ３１とキャリア３０との間に設けられている。下地基板３１Ｂは、伝送部材３２の絶縁体基板３２Ａと同じ材料（例えばセラミック）からなる。セラミックとしては、例えばＡｌＮが挙げられる。下地基板３１Ｂの厚さは、絶縁体基板３２Ａの厚さと等しい。下地基板３１Ｂの厚さは、例えば１００μｍ以上３００μｍ以下である。また、下地基板３２Ｂは、伝送部材３２とキャリア３０との間に設けられている。下地基板３２Ｂはエピタキシャル基板３１Ａと同じ材料（例えばＩｎＰ系化合物半導体）からなる。下地基板３２Ｂの厚さはエピタキシャル基板３１Ａの厚さと等しい。下地基板３２Ｂの厚さは、例えば１００μｍ以上３００μｍ以下である。

下地基板３１Ｂの表（おもて）面は、半導体レーザチップ３１のエピタキシャル基板３１Ａの裏面と対向している。下地基板３１Ｂの表面には図示しない金属膜が形成されており、該金属膜が導電性の接着材層６１（例えばはんだ層）を介して半導体レーザチップ３１の裏面電極と導電接着されることによって、下地基板３１Ｂと半導体レーザチップ３１とが互いに一体的に固定されている。なお、接着材層６１は、エピタキシャル基板３１Ａの裏面と下地基板３１Ｂとを接着する第１接着材層である。また、下地基板３１Ｂの裏面は、キャリア３０の搭載面３０ａと対向している。下地基板３１Ｂの裏面には図示しない金属膜が形成されており、該金属膜が導電性の接着材層６２（例えばはんだ層、図３を参照）を介して搭載面３０ａ上のグランドパターン３４と導電接着されることによって、下地基板３１Ｂとキャリア３０とが互いに固定されている。

下地基板３２Ｂの表（おもて）面は、伝送部材３２の絶縁体基板３２Ａの裏面と対向している。下地基板３２Ｂの表面、及び絶縁体基板３２Ａの裏面の双方には図示しない金属膜が形成されており、該金属膜同士が導電性の接着材層６３（例えばはんだ層）を介して互いに導電接着されることによって、下地基板３２Ｂと伝送部材３２とが互いに一体的に固定されている。なお、接着材層６３は、絶縁体基板３２Ａの裏面と下地基板３２Ｂとを接着する第２接着材層である。Ｚ方向における接着材層６１の厚さ及び接着材層６３の厚さは、互いに等しい。また、下地基板３２Ｂの裏面は、キャリア３０の搭載面３０ａと対向している。下地基板３２Ｂの裏面には図示しない金属膜が形成されており、該金属膜が導電性の接着材層６４（図３を参照）を介して搭載面３０ａ上のグランドパターン３４と導電接着されることによって、下地基板３２Ｂとキャリア３０とが互いに固定されている。

本実施形態の光モジュール１を製造する際、上記の下地基板３１Ｂ，３２Ｂは、以下の方法によって形成される。図８の（ａ）は、ウェハＷ１を示す斜視図である。ウェハＷ１は、半導体レーザチップ３１を作製するための母基板（エピタキシャルウェハ）であり、エピタキシャル基板３１Ａと同じ材料（例えばＩｎＰ系化合物半導体）からなる。具体的には、ウェハＷ１は、ＩｎＰウェハ上にレーザダイオード及び光変調器のためのＩｎＰ系化合物半導体層がエピタキシャル成長したものである。このウェハＷ１から、例えばダイシングによって複数のエピタキシャル基板３１Ａを切り出す。そして、同一のウェハＷ１から、例えばダイシングによって複数の下地基板３２Ｂを切り出す。図８の（ｂ）は、ウェハＷ２を示す斜視図である。ウェハＷ２は、伝送部材３２を作製するための母基板であり、絶縁体基板３２Ａと同じ材料（例えばセラミック）からなる。このウェハＷ２から、例えばダイシングによって複数の絶縁体基板３２Ａを切り出す。そして、同一のウェハＷ２から、例えばダイシングによって複数の下地基板３１Ｂを切り出す。その後、下地基板３１Ｂ上に半導体レーザチップ３１を固定し、下地基板３２Ｂ上に伝送部材３２を固定するとともに、必要な部品を筐体２内に配置してワイヤボンディングを行うことにより、本実施形態の光モジュール１が作製される。

本実施形態の光モジュール１及びその製造方法によって得られる効果について、従来の課題と共に説明する。従来の光モジュールにおいては、半導体レーザチップ３１と信号線路３２ｃとがワイヤボンディングにより互いに接続されることが一般的である。しかしながら、近年の４００ＧｂＥ伝送や１波長あたり１００Ｇｂｐｓを実現する高速の光通信においては、ワイヤのインダクタンス成分の影響によって特性インピーダンスの不整合が発生しやすい。特性インピーダンスの不整合が生じると、特性インピーダンス不整合点での信号の反射及び伝送ロスが生じてしまい、伝送特性が低下するおそれがある。そこで、平坦かつ広帯域な周波数特性の実現のため、本実施形態では、コプレーナ線路３６を有する別の伝送部材３３を用意し、この伝送部材３３を伝送部材３２及び半導体レーザチップ３１と対向して配置し、伝送部材３３の信号線路３７の一端部３７ａを半導体レーザチップ３１の電極パッド３１ｅに導電接着し、他端部３７ｂを伝送部材３２の信号線路３２ｃに導電接着している。このような構成によれば、ワイヤボンディングを用いる場合と比較してインダクタンスを低減し、特性インピーダンスの不整合を抑制することができるので、平坦かつ広帯域な周波数特性を実現することができる。

ここで、図９の（ａ）に示されるように、キャリア１０１上に半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３を並べて配置し、それらの上に伝送部材１０４を搭載する場合を考える。伝送部材１０３と半導体レーザチップ１０２とで厚さが異なる場合には、キャリア１０１に段差１０１ａを設けて半導体レーザチップ１０２を搭載する面１０１ｂと伝送部材１０３を搭載する面１０１ｃとの高さを異ならせることにより、伝送部材１０３及び半導体レーザチップ１０２の厚さの違いを吸収するとよい。しかしながら、その場合であっても、伝送部材１０３及び半導体レーザチップ１０２の厚さに含まれる寸法公差、並びに面１０１ｂ，１０１ｃの高さに含まれる寸法公差によって、図９の（ｂ）に示されるように、伝送部材１０４が半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３に対して傾斜することがある。このように伝送部材１０４が半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３に対して傾斜すると、伝送部材１０４と半導体レーザチップ１０２及び伝送部材１０３との導電接着の信頼性が低下するおそれがあり、或いは、製造時にこれらの導電接着が不可能になるおそれがある。

例えば、半導体レーザチップ１０２の設計厚さをａ（ｍｍ）、出来上がり寸法をａ＋ｂ（ｍｍ）とし、伝送部材１０３の設計厚さをｃ（ｍｍ）、出来上がり寸法をｃ−ｄ（ｍｍ）とする。この場合、段差１０１ａの高さｅ＝ｃ−ａ（ｍｍ）として設計されるが、段差１０１ａの高さにも加工ばらつきがあるため、実際の段差１０１ａの高さはｅ−ｆ（ｍｍ）となる。従って、半導体レーザチップ１０２の上面と伝送部材１０３の上面との高低差はｂ＋ｄ＋ｆ（ｍｍ）となる。

図１０は、伝送部材１０４の具体的な傾斜の一例を示す図である。仮に、半導体レーザチップ１０２と伝送部材１０３との距離を０．２ｍｍとし、ボールバンプ１０５の径を０．０３ｍｍとし、半導体レーザチップ１０２の厚さの公差を±０．０１ｍｍとし、伝送部材１０３の厚さの公差を±０．０２ｍｍとし、段差１０１ａの公差を±０．０３ｍｍとする。この場合、半導体レーザチップ１０２の上面と伝送部材１０３の上面との高低差は最大で０．０６ｍｍとなり、伝送部材１０４の傾きは最大で１６．７°となる。

図１１は、本実施形態の光モジュール１における発光部１１ａ〜１１ｄの構成を概略的に示す側面図である。上記の課題に対し、本実施形態の発光部１１ａ〜１１ｄでは、半導体レーザチップ３１とキャリア３０との間に下地基板３１Ｂが設けられている。下地基板３１Ｂの設計厚さは、伝送部材３２の絶縁体基板３２Ａの設計厚さと等しい。また、伝送部材３２とキャリア３０との間に下地基板３２Ｂが設けられている。下地基板３２Ｂの設計厚さは、半導体レーザチップ３１のエピタキシャル基板３１Ａの設計厚さと等しい。従って、搭載面３０ａを基準とする、半導体レーザチップ３１の主面３１ａの高さ及び伝送部材３２の主面３２ａの高さは、設計上互いに一致する。

加えて、下地基板３２Ｂは半導体レーザチップ３１のエピタキシャル基板３１Ａと同じ材料からなるので、図８の（ａ）に示されたように、下地基板３２Ｂとエピタキシャル基板３１Ａとを同一のウェハＷ１から切り出すことが可能である。従って、寸法公差によらず、下地基板３２Ｂの厚さとエピタキシャル基板３１Ａの厚さとを精度良く一致させることが容易である。また、下地基板３１Ｂは伝送部材３２の絶縁体基板３２Ａと同じ材料からなるので、図８の（ｂ）に示されたように、下地基板３１Ｂと絶縁体基板３２Ａとを同一のウェハＷ２から切り出すことが可能である。従って、寸法公差によらず、下地基板３１Ｂの厚さと絶縁体基板３２Ａの厚さとを精度良く一致させることが容易である。更には、キャリア３０の搭載面３０ａは平坦であり、半導体レーザチップ３１を搭載する領域と伝送部材３２を搭載する領域との高低差はほぼゼロである。故に、本実施形態の光モジュール１によれば、半導体レーザチップ３１の主面３１ａの高さと伝送部材３２の主面３２ａの高さとが共にａ＋ｂ＋ｃ−ｄ（ｍｍ）となり、寸法公差を吸収して精度良く一致する。従って、本実施形態の光モジュール１によれば、伝送部材３３の傾きを抑制し、導電接着の信頼性を高めることができる。

また、本実施形態のように、接着材層６１の厚さと接着材層６３の厚さとは互いに等しくてもよい。これにより、半導体レーザチップ３１の主面３１ａの高さと、伝送部材３２の主面３２ａの高さとを更に精度良く一致させることができる。

（変形例）
図１２は、上記実施形態の一変形例に係る発光部１１ｅの構成を概略的に示す側面図である。上記実施形態の発光部１１ａ〜１１ｄは、それぞれ本変形例の発光部１１ｅに置き換えられてもよい。本変形例の発光部１１ｅは、部品８１〜８３及び伝送部材８４（第２伝送部材）を備える。部品８１〜８３の少なくとも一つは半導体レーザチップであり、該半導体レーザチップはレーザダイオード及び光変調器がモノリシックに形成されたＥＭＬチップである。また、部品８１〜８３の少なくとも一つは伝送部材（第１伝送部材）であり、該伝送部材は例えばコプレーナ線路といった伝送線路を有する。部品８１〜８３は、平坦な搭載面３０ａを有するキャリア３０の搭載面３０ａ上に並んで配置されており、それぞれ基板８１Ａ〜８３Ａを有する。半導体レーザチップである場合、該基板はエピタキシャル基板である。伝送部材である場合、該基板は絶縁体基板である。伝送部材８４は、絶縁体基板と、絶縁体基板上に設けられた例えばコプレーナ線路といった伝送線路を有する。伝送部材８４の伝送線路と部品８１とはパッド９１，９２を介して導電接着されており、伝送部材８４の伝送線路と部品８２とはパッド９３，９４を介して導電接着されており、伝送部材８４の伝送線路と部品８３とはパッド９５，９６を介して導電接着されている。

基板８１Ａと搭載面３０ａとの間には、下地基板８１Ｂ，８１Ｃが設けられている。下地基板８１Ｃ，８１Ｂ，及び基板８１Ａは、搭載面３０ａ側からこの順に積層されている。なお、下地基板８１Ｂ，８１Ｃの位置は相互に入れ替わってもよい。下地基板８１Ｂは、基板８３Ａと同じ材料からなり、下地基板８１Ｂの厚さは基板８３Ａの厚さと等しい。下地基板８１Ｃは、基板８２Ａと同じ材料からなり、下地基板８１Ｃの厚さは基板８２Ａの厚さと等しい。

基板８２Ａと搭載面３０ａとの間には、下地基板８２Ｂ，８２Ｃが設けられている。下地基板８２Ｃ，８２Ｂ，及び基板８２Ａは、搭載面３０ａ側からこの順に積層されている。なお、下地基板８２Ｂ，８２Ｃの位置は相互に入れ替わってもよい。下地基板８２Ｂは、基板８１Ａと同じ材料からなり、下地基板８２Ｂの厚さは基板８１Ａの厚さと等しい。下地基板８２Ｃは、基板８３Ａと同じ材料からなり、下地基板８２Ｃの厚さは基板８３Ａの厚さと等しい。

基板８３Ａと搭載面３０ａとの間には、下地基板８３Ｂ，８３Ｃが設けられている。下地基板８３Ｃ，８３Ｂ，及び基板８３Ａは、搭載面３０ａ側からこの順に積層されている。なお、下地基板８３Ｂ，８３Ｃの位置は相互に入れ替わってもよい。下地基板８３Ｂは、基板８２Ａと同じ材料からなり、下地基板８３Ｂの厚さは基板８２Ａの厚さと等しい。下地基板８３Ｃは、基板８１Ａと同じ材料からなり、下地基板８３Ｃの厚さは基板８１Ａの厚さと等しい。

本変形例の光モジュールを製造する際、上記の下地基板８１Ｂ，８１Ｃ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３Ｂ，及び８３Ｃは、以下の方法によって形成される。図１３の（ａ）は、ウェハＷ３を示す斜視図である。ウェハＷ３は、部品８１を作製するための母基板であり、基板８１Ａと同じ材料からなる。このウェハＷ３から、例えばダイシングによって複数の基板８１Ａを切り出す。そして、同一のウェハＷ３から、例えばダイシングによって複数の下地基板８２Ｂ及び複数の下地基板８３Ｃを切り出す。図１３の（ｂ）は、ウェハＷ４を示す斜視図である。ウェハＷ４は、部品８２を作製するための母基板であり、基板８２Ａと同じ材料からなる。このウェハＷ４から、例えばダイシングによって複数の基板８２Ａを切り出す。そして、同一のウェハＷ４から、例えばダイシングによって複数の下地基板８３Ｂ及び複数の下地基板８１Ｃを切り出す。図１３の（ｃ）は、ウェハＷ５を示す斜視図である。ウェハＷ５は、部品８３を作製するための母基板であり、基板８３Ａと同じ材料からなる。このウェハＷ５から、例えばダイシングによって複数の基板８３Ａを切り出す。そして、同一のウェハＷ５から、例えばダイシングによって複数の下地基板８１Ｂ及び複数の下地基板８２Ｃを切り出す。その後、下地基板８１Ｃ，８１Ｂ，及び部品８１を積み重ねて固定し、下地基板８２Ｃ，８２Ｂ，及び部品８２を積み重ねて固定し、下地基板８３Ｃ，８３Ｂ，及び部品８３を積み重ねて固定するとともに、必要な部品を筐体２内に配置してワイヤボンディングを行うことにより、本変形例の光モジュールが作製される。

本変形例のように、第２伝送部材を介して接続される部品（半導体レーザチップまたは第１伝送部材）の数は、２個に限定されず、３個以上であってもよい。このような場合であっても、半導体レーザチップの上面と第１伝送部材の上面との高さを一致させて導電接着の信頼性を高めることができる。

本発明による光モジュール及びその製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態では第２伝送部材と第１伝送部材及び半導体レーザチップとの導電接着の態様としてパッドを例示したが、Ａｕバンプもしくは他の材質のボールバンプを使用してもよい。

１…光モジュール、２…筐体、２Ｂ…フィードスルー、３…光結合部、７…ベース部材、１１ａ〜１１ｅ…発光部、１２ａ〜１２ｄ…第１レンズ、１３…キャリア、１４ａ〜１４ｄ…受光素子、１５ａ〜１５ｄ…第２レンズ、１６…第１ＷＤＭフィルタ、１７…第２ＷＤＭフィルタ、１８…ミラー、１９…合波光学系、２０…偏波合成器、２１…光学部品、２２…レンズ、２３…信号線路、２４，２５…端子、３０…キャリア、３０ａ…搭載面、３１…半導体レーザチップ、３１Ａ…エピタキシャル基板、３１Ｂ，３２Ｂ…下地基板、３１ａ，３２ａ，３３ａ…主面、３１ｂ，３１ｃ…アノード電極、３１ｄ…絶縁膜、３１ｅ，３１ｆ…電極パッド、３２，３３…伝送部材、３２Ａ，３３Ａ…絶縁体基板、３２ｂ，３６…コプレーナ線路、３２ｃ，３７…信号線路、３２ｄ，３４…グランドパターン、３５…カップリングコンデンサ、３７ａ…一端部、３７ｂ…他端部、３８…グランドパターン、３９…終端抵抗、４０，５０…パッド群、４１〜４４…パッド、４１ａ，４１ｂ，４２ａ〜４２ｃ…金属層、５１〜５５…パッド、５１ｂ…金属層、６０…導電性接着材、６１〜６４…接着材層、７０，７１，７２…ワイヤ、Ｗ１〜Ｗ５…ウェハ、８１〜８３…部品、８１Ａ〜８３Ａ…基板、８４…伝送部材、９１〜９６…パッド、８１Ｂ，８１Ｃ，８２Ｂ，８２Ｃ，８３Ｂ，８３Ｃ…下地基板。

Claims (3)

1. 平坦な搭載面を有するキャリアと、
   前記搭載面上に配置され、第１主面を有するエピタキシャル基板、及び前記第１主面上に設けられて変調信号を受ける電極パッドを有する半導体レーザチップと、
   前記半導体レーザチップと前記キャリアとの間に設けられた第１下地基板と、
   前記搭載面上に配置され、前記第１主面と並んで配置される第２主面を有する第１絶縁体基板、及び前記第２主面上に設けられて前記変調信号を伝送する第１信号線路を有する第１伝送部材と、
   前記第１伝送部材と前記キャリアとの間に設けられた第２下地基板と、
   前記第１主面及び前記第２主面と対向して配置される第３主面を有する第２絶縁体基板、及び前記第３主面上に設けられて前記変調信号を伝送する第２信号線路を有する第２伝送部材と、を備え、
   前記第２信号線路の一端部は、前記電極パッドと導電接着されており、
   前記第２信号線路の他端部は、前記第１信号線路と導電接着されており、
   前記第１下地基板は前記第１絶縁体基板と同じ材料からなり、前記第１下地基板の厚さは前記第１絶縁体基板の厚さと等しく、
   前記第２下地基板は前記エピタキシャル基板と同じ材料からなり、前記第２下地基板の厚さは前記エピタキシャル基板の厚さと等しく、
   前記キャリアの前記搭載面を基準とする、前記半導体レーザチップの前記第１主面の高さと前記第１伝送部材の前記第２主面の高さとが互いに一致する、光モジュール。
2. 前記エピタキシャル基板の裏面と前記第１下地基板とを接着する第１接着材層と、
   前記第１絶縁体基板の裏面と前記第２下地基板とを接着する第２接着材層と、を更に備え、
   前記第１接着材層の厚さと前記第２接着材層の厚さとが互いに等しい、請求項１に記載の光モジュール。
3. 請求項１または２に記載の光モジュールを製造する方法であって、
   前記第１下地基板と前記第１絶縁体基板とを同一の第１ウェハから切り出し、
   前記第２下地基板と前記エピタキシャル基板とを同一の第２ウェハから切り出す、光モジュールの製造方法。

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