光半导体模块的制作方法

1.本公开涉及光半导体模块。
2.本技术主张基于2020年11月9日的日本技术第2020-186793号的优先权，并援引上述日本技术中记载的所有的记载内容。


背景技术：

3.日本公开特许特开2017-107920号公报中记载了具有在基板上制作的激光部及光调制器部的半导体模块。半导体模块具备集成了dfb激光器和ea调制器而成的半导体激光器以及具有作为共面配线的高频配线的副托板。半导体激光器在背面具有接地电极。在副托板的上表面形成有由上层及下层构成的台阶。副托板的下表面为平坦状。高频配线具有形成于副托板的上表面的上层的共面线路。共面线路具有接地配线和信号配线。在副托板的上表面的下层，形成有接地电极。半导体激光器配置为设置于背面的接地电极与副托板的接地电极接触。


技术实现要素：

4.本公开的一个方面的光半导体模块具备：基板，具有传输线路；块体，包含低介电常数材料；电感器，安装在所述块体上；半导体激光元件，安装在所述基板上；及壳体，收容所述基板、所述半导体激光元件、所述块体及所述电感器。电感器经由第一引线与传输线路连接。半导体激光元件经由第二引线与传输线路连接。第一引线的电感比第二引线的电感大。
5.本公开的另一方面的光半导体模块具备：基板；块体，由低介电常数材料构成，并具有传输线路；电感器，安装在块体上；半导体激光元件，安装在基板上；及壳体，收容基板、半导体激光元件、块体及电感器。电感器经由第一引线与传输线路连接。半导体激光元件经由第二引线与传输线路连接。第一引线的电感比第二引线的电感大。
附图说明
6.图1是示意性地表示实施方式的光半导体模块的内部结构的俯视图。
7.图2是示意性地表示光半导体模块中的搭载有半导体激光元件的基板及搭载有电感器的块体的俯视图。
8.图3是示意性地表示搭载在块体上的电感器的侧视图。
9.图4是示意性地表示与图2不同的光半导体模块中的搭载有半导体激光元件的基板及搭载有电感器的块体的俯视图。
10.图5是表示例示的光半导体模块的等效电路的图。
11.图6是表示将图5的等效电路简化而得到的等效电路的图。
12.图7是表示参考例的光半导体模块的等效电路的图。
13.图8是表示频率与透射特性的关系的例子的图表。
14.图9是表示频率与透射特性的关系的例子的图表。
15.图10是表示变形例的光半导体模块的等效电路的图。
16.图11是示意性地表示图2的光半导体模块的温度控制用元件、基板以及半导体激光元件的侧视图。
具体实施方式
17.参照附图对本公开的实施方式的光半导体模块的具体例进行说明。本发明并不限定于这些例示，而是由请求保护的范围来表示，意图包含与请求保护的范围等同的范围内的所有的变更。在附图的说明中，对相同或相当的要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。为了容易理解，附图将一部分简化或夸张地描绘，尺寸比率等并不限定于附图所记载的内容。
18.(第一实施方式)
19.图1是示意性地表示第一实施方式的光半导体模块1的内部结构的俯视图。光半导体模块1例如具备矩形状的壳体2、设置于壳体2的长度方向即方向d1的一端的外部端子3。外部端子3在壳体2的方向d1的一端沿着壳体2的宽度方向即方向d2排列。方向d2是与方向d1交叉的方向。外部端子3例如包括从外部接收高速电信号的端子、接收激光二极管的驱动电流的端子、接收tec的驱动电流的端子、用于检测激光二极管的温度的监视端子以及提供接地电位(基准电位)的端子等。经由外部端子3与外部交换的信号有高速信号和低速信号。低速信号包括dc信号。壳体2具有划分壳体2的内部空间s的内壁2b。在壳体2的方向d1上的与外部端子3相反的一侧的端部，设置有输出光l(光发送信号)的光输出部4。
20.光半导体模块1在壳体2的内部空间s例如具有传输线路5、作为dc用焊盘的焊盘6及作为温度控制用元件的tec(thermo electric cooler：热电冷却器)7。图2是将tec7的上部结构放大后的示意性的俯视图。图11是示意性地表示tec7的上部结构的侧视图。如图1及图2所示，光半导体模块1具备tec7、搭载有半导体激光元件10的aln(aluminum nitride：氮化铝)基板8(基板)及搭载有电感器15的块体9。传输线路5及焊盘6形成在壳体2的内表面上。传输线路5及焊盘6通过贯通内壁2b的配线与外部端子3连接。连接传输线路5及焊盘6的每一个与外部端子3的配线例如通过金属镀敷或蒸镀而形成。传输线路5包含与并行的接地配线5g隔开一定距离而沿一个方向延伸的信号配线5s。
21.例如，aln基板8在作为高度方向的方向d3上安装在tec7上。方向d3是与方向d1及方向d2交叉的方向。壳体2在内部空间s内收容例如tec7、aln基板8、块体9、半导体激光元件10及电感器15。tec7具有散热面7a及温度控制面7b。tec7以散热面7a与壳体2接触的方式安装于壳体2。温度控制面7b在方向d3上位于与散热面7a相反的位置。例如，散热面7a及温度控制面7b是与方向d1及方向d2平行的平面。更详细而言，aln基板8例如与温度控制面7b接触而搭载在温度控制面7b上。aln基板8具有作为下表面的第一面8a和作为上表面的第二面8b。第一面8a与温度控制面7b面接触。第二面8b是与第一面8a相反(reverse)的面。aln基板8具有与tec7相反的一侧的第二面8b。在第二面8b上载置有半导体激光元件10。块体9在tec7上与aln基板8并列设置。tec7例如进行半导体激光元件10的温度控制。例如，若在tec7流过规定的电流，则在温度控制面7b进行吸热，所吸收的热量在散热面7a上被排出。此时，半导体激光元件10经由aln基板8被冷却。例如，若在tec7在与上述规定的电流相反的方向
上流过电流，则在散热面7a上进行吸热，所吸收的热量在温度控制面7b上被排出。此时，半导体激光元件10经由aln基板8被加热。块体9由低介电常数材料构成。例如，块体9由石英形成。例如，低介电材料的相对介电常数为3～5。aln基板8例如包含绝缘体。块体9的低介电常数材料的相对介电常数比aln基板8的绝缘体的相对介电常数小。例如，绝缘体的相对介电常数为8～10。半导体激光元件10例如是电场吸收型调制器集成激光器(eml：elecro-absorption modulator integrated laser)。例如，半导体激光元件10具备激光二极管10b和光调制器10c(调制器)。通过将半导体激光元件10的温度保持在规定的温度，能够使半导体激光元件10的光学的特性及电特性相对于外部的环境温度的变化稳定化。例如，能够将从半导体激光元件10输出的光信号的峰值波长维持在规定的范围内。
22.图3是示意性地表示块体9及电感器15的侧视图。如图2及图3所示，块体9具有作为下表面的第三面9a和作为上表面的第四面9b。第三面9a与温度控制面7b连接。第四面9b是与第三面9a相反的面。第四面9b与电感器15相对。在第四面9b形成有配线9c。块体9例如载置于tec7的温度控制面7b上。块体9的第三面9a例如与tec7的温度控制面7b接触。tec7以散热面7a与壳体2的内表面接触的方式载置于壳体2的内表面上。第四面9b例如是与方向d1及方向d2平行的平面。配线9c例如包括设置于外部端子3侧的第一配线9d和设置于光输出部4侧的第二配线9f。例如，在方向d1上，第一配线9d配置在外部端子(多个)与第二配线9f之间。例如，在方向d1上，第二配线9f配置在第一配线9d与光输出部4之间。第一配线9d和第二配线9f相互绝缘。在第二面9b搭载有电阻16。电阻16例如配置在第一配线9d与第二配线9f之间。电阻16电连接在第一配线9d与第二配线9f之间。电感器15电连接在第一配线9d与第二配线9f之间。电感器15的一端(第一电极)与第一配线9d连接，电感器15的另一端(第二电极)与第二配线9f连接。电阻16在第一配线9d与第二配线9f之间与电感器15并联连接。光半导体模块1具备rc串联电路17。电感器15电连接在rc串联电路17与后述的传输线路11之间。电感器15例如作为偏置器t发挥功能。偏置器t向传输线路11供给偏置(直流电位)。偏置成为在传输线路11传播的高频信号的基准电位。偏置器t在从传输线路11观察时在高频时具有高阻抗，对高频信号的影响被抑制得较小。电感器15搭载于第一配线9d及第二配线9f。例如，电感器15的一端的电极(第一电极)通过软钎料与第一配线9d接合，电感器15的另一端的电极(第二电极)通过软钎料与第二配线9f接合。rc串联电路例如也可以在壳体2的内表面形成用于安装电阻的焊盘6、用于安装电容器的焊盘6，用配线连接这些焊盘而构成。连接这些焊盘的配线也可以通过镀敷或蒸镀形成。
23.aln基板8在tec7的相反侧的第二面8b具有传输线路11。传输线路11包括在与并行的接地配线11c保持一定距离的同时沿一个方向(d1方向)延伸的高频配线11b。例如，接地配线11c包括搭载有管芯12、芯片13以及电阻14的第一接地配线部11d和从高频配线11b观察时位于第一接地配线部11d的相反侧的第二接地配线部11f。第二接地配线部11f从高频配线11b观察时位于第一接地配线部11d的相反侧。换言之，高频配线11b在方向d2上配置在第一接地配线部11d与第二接地配线部11f之间。此外，第一接地配线部11d和第二接地配线部11f在高频配线11b与光输出部4之间相互连接。接地配线11c可以不是如传输线路11那样沿一个方向延伸的配线，也可以是在与传输线路之间具有保持一定距离的部分的宽度宽的配线图案。
24.引线w1、引线w2、引线w3以及引线w4分别从管芯12、第一接地配线部11d、高频配线
11b以及第二接地配线部11f延伸出。例如，光半导体模块1还具备将管芯12和激光二极管10b相互连接的引线w5、将电阻14的一端和调制器10c相互连接的引线w6及将高频配线11b和调制器10c相互连接的引线w7。
25.而且，光半导体模块1具备将rc串联电路17和电感器15相互连接的引线w8及将电感器15和传输线路11相互连接的引线w9。引线w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8以及w9例如是键合线。引线w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9的直径例如是18μm、25μm或50μm。引线w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8以及w9各自的直径可以是彼此相同的值，也可以是彼此不同的值。此外，引线w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8以及w9可以不是键合线，也可以是带状线。带状线例如不是键合线那样的圆形的截面，具有扁平的截面。例如，在带状线中，截面的横向宽度是截面的厚度的2倍以上。引线w9相当于将电感器15和传输线路11相互连接的第一引线。引线w7相当于将半导体激光元件10和传输线路11相互连接的第二引线。引线w9的电感比引线w7的电感大。例如，引线w9可以比引线w7长。引线w9的截面积(作为一例，为直径)可以比引线w7的截面积小。
26.(第二实施方式)
27.接着，参照图4对第二实施方式的光半导体模块21进行说明。第二实施方式的光半导体模块21的一部分的结构与上述的光半导体模块1的一部分的结构重复。因此，关于与光半导体模块1重复的说明，标注与光半导体模块1的要素相同的标号而适当省略说明。如图4所示，在光半导体模块21中，块体9在第四面9b具有传输线路22。传输线路22包括与并行的接地配线22c隔开一定距离而沿一个方向延伸的高频配线22b。接地配线22c例如包括第三接地配线部22d、从高频配线22b观察时位于第三接地配线部22d的相反侧的第四接地配线部22f。例如，在光半导体模块21中，aln基板8仅具有第一接地配线部11d。
28.光半导体模块21例如还具备将形成于块体9的第三接地配线部22d和形成于aln基板8的第一接地配线部11d相互连接的引线w10。在光半导体模块21中，从电感器15延伸出的引线w9与传输线路22连接。引线w7将高频配线22b和调制器10c相互连接。与上述的光半导体模块1同样，引线w9的电感比引线w7的电感大。
29.接着，对从上述的各实施方式的光半导体模块1、21得到的作用效果进行说明。在第一实施方式的光半导体模块1中，如图2所例示，aln基板8具有传输线路11。在块体9搭载有电感器15。半导体激光元件10搭载于aln基板8。块体9由低介电常数材料构成。因此，能够降低形成于第四面9b的配线9c相对于接地电位的寄生电容。将电感器15和传输线路11相互连接的引线w9的电感比将半导体激光元件10和传输线路11相互连接的引线w7的电感大。通过使将电感器15和传输线路11相互连接的引线w9的电感大，即使在有电感器15的状态下，也能够抑制对在高频配线11b传播的高频信号的影响。而且，能够实现光半导体模块1的频率特性的宽频带化。
30.在第二实施方式的光半导体模块21中，如图4所例示，块体9具有传输线路22，在块体9载置有电感器15。半导体激光元件10载置于aln基板8。在光半导体模块21中，与光半导体模块1同样，块体9由低介电常数材料构成，因此能够降低形成于第二面9b的配线9c的寄生电容。与第一实施方式相比，传输线路22形成在介电常数低的材料上，因此能够抑制传输高频信号时的传输损失(例如介电损耗角正切dielectric tangent)。另外，与配线9c同样，能够降低传输线路22的寄生电容。因此，由此，能够使传输线路22的频率特性进一步宽频带
化。将电感器15和传输线路22相互连接的引线w9的电感比将半导体激光元件10和传输线路22相互连接的引线w7的电感大。因此，即使在有电感器15的状态下，也能够抑制对在高频配线22b传播的高频信号的影响。而且，能够实现光半导体模块21的宽频带化。
31.图5是表示与光半导体模块1(或光半导体模块21)的偏置器t相关的等效电路的图。偏置器t例如包括引线w9、电感器15、电阻16以及rc串联电路17。图6是将图5的等效电路简化而得到的等效电路。如图5及图6所示，将引线w9的电感设为l、将电阻16的电阻设为r
para
、将rc串联电路17的电阻设为r
dump
，并且，当r＝r
para
r
dump
时，该电感l和rc并联电路的串联电路的共振频率ω0如式(1)所示。
32.【公式1】
[0033][0034]
在式(1)中，当设为r
→
∞时，ω0与电感l和电容c的串联lc共振电路中的共振频率相等。另一方面，共振频率ω0中的阻抗z(ω＝ω0)如式(2)所示。
[0035]
【公式2】
[0036][0037]
在光半导体模块1(或光半导体模块21)中，由于r不为0，因此阻抗z(ω＝ω0)不为0，且ω0越小(l越大)，则阻抗z越变高。因此，在式(1)及式(2)中的电容c和电阻r的积cr的值恒定的条件下，l的值越大，越能够抑制共振频率下的阻抗的降低。如上所述，在从电感器15延伸出的引线w9的电感l大的情况下，在有电感器15的条件下，能够实现传输线路11的频率特性的宽频带化。
[0038]
在本实施方式中，块体9还具有与电感器15并联连接的电阻16。因此，通过电阻16的阻尼效应，能够降低伴随寄生电容的倾斜(
ディップ
)。
[0039]
在本实施方式中，光半导体模块1(或光半导体模块21)还具有rc串联电路17。电感器15电连接在rc串联电路17与传输线路11(或传输线路22)之间。在该情况下，能够进一步减少透射倾斜。
[0040]
在本实施方式中，块体9与aln基板8相邻地配置在tec7的温度控制面7b上。因此，能够将载置有电感器15的块体9配置在aln基板8的相邻位置。例如，从方向d3俯视时，块体9与aln基板8的间隔可以减小到50～150μm。由此，能够与形成在aln基板8上的传输线路11接近地配置电感器15。也可以在块体9的第四面9b上形成传输线路22。在该情况下，可以与传输线路22接近地配置电感器15。此外，aln基板8和块体9例如安装在tec7的温度控制面7b上。但是，在半导体激光元件10不需要温度控制的情况下，aln基板8和块体9也可以直接安装在壳体2的内表面上。
[0041]
在本实施方式中，块体9的低介电常数材料的介电常数比aln基板8的绝缘体的介电常数小。因此，通过使块体9的低介电常数材料的介电常数比aln基板8的绝缘体的介电常数小，能够进一步降低寄生电容。此时，可以使aln基板8的厚度与块体9的厚度大致相同。由此，与在aln基板8上搭载电感器15的情况相比，能够可靠地降低与电感器15连接的配线的寄生电容。
[0042]
在本实施方式中，引线w9的电感也可以是引线w7的电感的2倍以上。在该情况下，
能够实现进一步的宽频带化。
[0043]
接着，对实施例进行说明。本发明不限于以下的实施例。实施例涉及的光半导体模块为上述的光半导体模块1。如图5所示，实施例涉及的光半导体模块具备与电感器15并联配置的电阻16和rc串联电路17。图7表示与参考例涉及的光半导体模块的偏置器t相关的等效电路。如图7所示，参考例涉及的光半导体模块不具有相当于电阻16及rc串联电路17的结构。
[0044]
图8中示出对以上的实施例及参考例各自的光半导体模块中的传输线路11的频率特性(透射特性)进行模拟的结果。在图8中，横轴表示在传输线路传递的信号的频率，纵轴用分贝(db)表示从传输线路输出的信号的信号强度(输出信号强度)与输入传输线路的信号的信号强度(输入信号强度)之比。例如，在输出信号强度与输入信号强度相等时，为0db。在透射特性的值大于0db时，表示输出信号强度大于输入信号强度，在透射特性的值小于0db时，表示输出信号强度小于输入信号强度。即，在传输线路中有损失的情况下，输出信号强度比输入信号强度小，因此透射特性的值变小。如图8所示，在不具有电阻16及rc串联电路17的参考例涉及的光半导体模块中，在频率为30ghz附近，出现大的共振倾斜(透射倾斜)。共振倾斜表示在信号在传输线路11传递时信号强度较大地损失。与此相对，可知在实施例涉及的光半导体模块中，与不具有偏置器t的情况同样，几乎不产生共振倾斜。即，损失被大幅度地抑制。偏置器t是为了赋予在传输线路传播的高频信号的基准电位而需要的。在具有偏置器t时，与不具有偏置器t的情况相比，等效特性不劣化的情况是表示实施例与参考例相比有用的一例。
[0045]
图9表示在实施例涉及的光半导体模块中，对变更引线w9的电感的情况下的透射特性进行模拟的结果。如图9所示，在引线w9的电感为300ph的情况下，产生了一些倾斜及高频损耗。与此相对，在引线w9的电感为600ph以上(600ph或1.2nh)的情况下，可知与不具有偏置器t的情况同样，几乎不产生倾斜及高频损耗。
[0046]
以上，对本公开涉及的光半导体模块的实施方式及实施例进行了说明。但是，本发明不限于上述的实施方式或实施例。本领域技术人员容易认识到，本发明能够在请求保护的范围所记载的主旨的范围内进行各种变形以及变更。
[0047]
例如，在上述的实施方式中，如图5所例示的那样，对具备电阻16及rc串联电路17的光半导体模块1及光半导体模块21进行了说明。但是，例如如图10所示，也可以是不具有rc串联电路17的光半导体模块。也可以省略电阻16及rc串联电路17中的至少任一个。
[0048]
在上述的实施方式中，对在传输线路11上载置管芯12、芯片13以及电阻14的例子进行了说明。但是，载置于传输线路11上的元件的种类及数量不限于上述的例子，可以适当变更。在上述的实施方式中，对半导体激光元件10为eml的例子进行了说明。但是，半导体激光元件也可以是除eml以外的半导体激光元件。
[0049]
在上述的实施方式中，对基板为aln基板8、块体9为石英基板的例子进行了说明。但是，基板的材料也可以是aln以外的材料。块体也可以由氧化铝、fpc或聚酰亚胺构成。即，只要块体9的低介电常数材料的介电常数比基板的绝缘体的介电常数小，则基板及块体的材料就没有特别限定。

技术特征：
1.一种光半导体模块，其中，具备：基板，具有传输线路；块体，包含低介电常数材料；电感器，安装在所述块体上；半导体激光元件，安装在所述基板上；及壳体，收容所述基板、所述半导体激光元件、所述块体及所述电感器，所述电感器经由第一引线与所述传输线路连接，所述半导体激光元件经由第二引线与所述传输线路连接，所述第一引线的电感比所述第二引线的电感大。2.一种光半导体模块，其中，具备：基板；块体，由低介电常数材料构成，并具有传输线路；电感器，安装在所述块体上；半导体激光元件，安装在所述基板上；及壳体，收容所述基板、所述半导体激光元件、所述块体及所述电感器，所述电感器经由第一引线与所述传输线路连接，所述半导体激光元件经由第二引线与所述传输线路连接，所述第一引线的电感比所述第二引线的电感大。3.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中，所述块体还具有与所述电感器并联连接的电阻。4.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中，所述光半导体模块还具有rc串联电路，所述电感器连接在所述rc串联电路与所述传输线路之间。5.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中，所述块体与所述基板相邻地配置于所述壳体的内部。6.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中，所述低介电常数材料的介电常数比所述基板的绝缘体的介电常数小。7.根据权利要求1所述的光半导体模块，其中，所述第一引线的电感为所述第二引线的电感的2倍以上。8.根据权利要求2所述的光半导体模块，其中，所述块体还具有与所述电感器并联连接的电阻。9.根据权利要求2所述的光半导体模块，其中，所述光半导体模块还具有rc串联电路，所述电感器连接在所述rc串联电路与所述传输线路之间。10.根据权利要求2所述的光半导体模块，其中，所述块体与所述基板相邻地配置于所述壳体的内部。11.根据权利要求2所述的光半导体模块，其中，所述低介电常数材料的介电常数比所述基板的绝缘体的介电常数小。12.根据权利要求2所述的光半导体模块，其中，
所述第一引线的电感为所述第二引线的电感的2倍以上。

技术总结
本发明提供一种光半导体模块。一个实施方式的光半导体模块具备：基板，具有传输线路；块体，包含低介电常数材料；电感器，安装在块体上；半导体激光元件，安装在基板上；及壳体，收容基板、半导体激光元件、块体及电感器。电感器经由第一引线与传输线路连接。半导体激光元件经由第二引线与传输线路连接。第一引线的电感比第二引线的电感大。比第二引线的电感大。比第二引线的电感大。


技术研发人员：板桥直树
受保护的技术使用者：住友电气工业株式会社
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/5/25