特許 7580606 光半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】光半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02325 20210101AFI20241101BHJP

   H01S 5/0239 20210101ALI20241101BHJP

   H01S 5/02255 20210101ALI20241101BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20241101BHJP

   G02F 2/00 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02325

H01S5/0239

H01S5/02255

H01L31/02 B

G02F2/00

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023531132

(86)(22)【出願日】2021-06-28

(86)【国際出願番号】 JP2021024280

(87)【国際公開番号】W WO2023275913

(87)【国際公開日】2023-01-05

【審査請求日】2023-10-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 光一

(72)【発明者】

【氏名】望月 敬太

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－９８８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－９７２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２０８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０４７０６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１６５１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１９０６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０００６０４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１３３３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出力する半導体レーザ及び外部からの信号光を受信する半導体受光素子がパッケージに搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置であって、
前記パッケージの底部に搭載された前記半導体レーザと、
外部からの前記信号光を前記半導体レーザから出力された前記レーザ光である局発光源光を用いて受信する受信部と、
前記半導体受光素子を含む前記受信部が搭載された受信部搭載基板と、
を備えており、
前記受信部は前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に配置されており、
前記受信部搭載基板は、
前記レーザ光が透過しない非透過基板であり、
前記半導体レーザが出力する前記局発光源光が通過する光通過部を有しており、かつ前記パッケージの外周部で囲まれた前記底部を前記外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っており、
前記受信部搭載基板が前記パッケージの前記外周部で囲まれた前記底部を前記外周部との隙間がある状態で覆っている場合は、前記パッケージの前記外周部と前記受信部搭載基板との隙間の長さが前記受信部搭載基板の厚み以下である、
光半導体装置。

【請求項2】

前記受信部搭載基板は金属基板である、請求項１記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に金属めっき層が形成されている、請求項１記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に金属めっき層が形成されている、請求項３記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に前記レーザ光を吸収する黒色めっき層が形成されている、請求項１記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面と反対側の面に前記レーザ光を吸収する黒色めっき層が形成されている、請求項５記載の光半導体装置。

【請求項7】

前記受信部搭載基板は、前記半導体レーザに対向する面に前記局発光源光と同じ周波数の光を多重反射する凹部が複数形成されている、請求項１または２に記載の光半導体装置。

【請求項8】

前記受信部搭載基板における前記局発光源光が通過する前記光通過部は、前記受信部搭載基板を貫通する孔である、請求項１から７のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【請求項9】

前記受信部搭載基板は、
基材が、前記レーザ光が透過するガラス基板であり、
前記半導体レーザに対向する面及びこの面と反対側の面に、前記半導体レーザが出力する前記局発光源光が通過する開口を有する金属めっき層が形成されており、
前記局発光源光が通過する前記光通過部は、前記開口により露出された前記ガラス基板の部分である、
請求項１記載の光半導体装置。

【請求項10】

前記パッケージは、
前記外周部の内側に延伸して設けられ、前記受信部搭載基板を配置する基板配置部と、
前記基板配置部に形成され、前記受信部搭載基板と導電性接続部材により接続する金属の基板接続パターンと、を備えている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【請求項11】

前記パッケージは、
前記外周部の内側に延伸して設けられ、前記受信部搭載基板を配置する基板配置部と、
前記基板配置部に形成され、前記受信部搭載基板と導電性接続部材により接続する金属のグランドパターンと、を備えており、
前記グランドパターンは、当該光半導体装置の接地電位になっている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、光半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、４つの異なる波長の光信号を多重化して送受信する光モジュールが開示されている。特許文献１の光モジュールは半導体レーザ、半導体受光素子を１つのパッケージに搭載した送受一体型光アセンブリを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６-１９７６３５号公報（図２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体レーザ、半導体受光素子を１つのパッケージに搭載した光半導体装置は、一般的に送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の平面内に配置されている。特許文献１の送受一体型光アセンブリも、送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の平面内に配置されている。また、特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側の光学系と受信側の光学系とが壁などの光学的遮蔽を設けることなく配置されている。この構造では送信側の光が受信側に漏れる迷光が発生した場合には、この迷光がノイズになり受信側の特性劣化につながる可能性がある。

【0005】

特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側と受信側とが独立して動作するので、送信側の迷光が受信側へ漏れないようにするために、それぞれ独立のパッケージにしたり、双方搭載した同一パッケージにおいても遮蔽のための壁を設けたりすることが可能である。しかしながら、昨今のデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置では、受信の際に送信側の光（局発光源光）を受信側に送る必要があり、信号光源と局発光源とが兼用されている場合には、送信側と受信側とを独立したパッケージにすることは困難である。また一つのパッケージに送信側と受信側とが配置されており、信号光源と局発光源とが兼用されている場合に、更なるパッケージサイズの小型化への要求から、水平方向に配置された送信側と受信側との間に迷光を完全に遮蔽する壁を配置するスペースを設けることが困難であり、壁の配置が困難である。

【0006】

本願明細書に開示される技術は、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願明細書に開示される一例の光半導体装置は、レーザ光を出力する半導体レーザ及び外部からの信号光を受信する半導体受光素子がパッケージに搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。光半導体装置は、パッケージの底部に搭載された半導体レーザと、外部からの信号光を半導体レーザから出力されたレーザ光である局発光源光を用いて受信する受信部と、半導体受光素子を含む受信部が搭載された受信部搭載基板と、を備えている。受信部は半導体レーザに対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板は、レーザ光が透過しない非透過基板であり、半導体レーザが出力する局発光源光が通過する光通過部を有しており、かつパッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っている。受信部搭載基板がパッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間がある状態で覆っている場合は、パッケージの外周部と受信部搭載基板との隙間の長さが受信部搭載基板の厚み以下である。

【発明の効果】

【0008】

本願明細書に開示される一例の光半導体装置は、レーザ光を出力する半導体レーザがパッケージの底部に搭載されており、パッケージの外周部で囲まれた底部を外周部との隙間が無い又は隙間がある状態で覆っている受信部搭載基板における半導体レーザと反対側に受信部が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る光半導体装置を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。

【図3】図１のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図である。

【図4】図１のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。

【図5】図２の送信光が通過するプリズムが配置された基板及びサーモモジュールを示す図である。

【図6】図１の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。

【図7】図１の隙間を説明する図である。

【図8】実施の形態１に係るパッケージの他の例を示す図である。

【図9】実施の形態１に係る光半導体装置の受信経路を示す図である。

【図10】実施の形態１に係る光半導体装置の局発光源光経路を示す図である。

【図11】実施の形態１に係る光半導体装置の送信経路を示す図である。

【図12】実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。

【図13】実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。

【図14】実施の形態２に係る光半導体装置を示す図である。

【図15】実施の形態３に係る光半導体装置を示す図である。

【図16】実施の形態４に係る光半導体装置を示す図である。

【図17】実施の形態４に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。

【図18】図１６のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図である。

【図19】図１６のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。

【図20】図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。

【図21】図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。

【図22】実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。

【図23】図２２の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。

【図24】図２３の光透過部の断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る光半導体装置を示す図であり、図２は実施の形態１に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。図３は図１のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図であり、図４は図１のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。図５は図２の送信光が通過するプリズムが配置された基板及びサーモモジュールを示す図であり、図６は図１の受信部搭載基板の光通過部を示す図である。図７は図１の隙間を説明する図であり、図８は実施の形態１に係るパッケージの他の例を示す図である。図９は実施の形態１に係る光半導体装置の受信経路を示す図であり、図１０は実施の形態１に係る光半導体装置の局発光源光経路を示す図である。図１１は、実施の形態１に係る光半導体装置の送信経路を示す図である。図１２及び図１３は、実施の形態１に係る受信部搭載基板の他の例を示す図である。光半導体装置１００は、パッケージ１１０、送信光２５を外部に出力するレセプタクル５１、外部からの信号光である受信光２４を入力するレセプタクル５２、パッケージ１１０内部からレセプタクル５１へ送信光２５を通過させる窓６２、レセプタクル５２からパッケージ１１０内部へ受信光２４を通過させる窓６３、半導体受光素子２２を含む受信部１０、受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０、半導体レーザ２１を含んでおり、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１を備えている。なお、送信部１１は信号光を送信する際に用いる部品以外に信号光を受信する際に用いる部品を備えているが、信号光を送信する際に用いる部品を備えているのでパッケージ１１０の底部１０３に搭載された部品全体を送信部と表現した。なお、受信部１０は信号光を受信する際に用いる部品のみを備えている。

【0011】

光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う。デジタルコヒーレント光通信は、受信光２４を受信する際に半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する。本願明細書では、外部に送信する信号光である送信光２５を出力する信号光源と受信光２４を受信する際に用いるレーザ光を出力する局発光源とを兼用している例を説明する。

【0012】

受信部１０は、例えば、プリズム５３、偏波合分波プリズム５４、偏波回転板５５、プリズム５６、３つのレンズ５７、５８、５９、９０度ハイブリッド９１、レンズ６０、半導体受光素子２２、増幅器９２を備えている。送信部１１は、例えば、３つのサーモモジュール７１、７２、７６、各サーモモジュール７１、７２、７６に配置された基板６８、６５、７７、基板７７に配置された半導体レーザ２１、レンズ６９、基板６５に配置されたプリズム６７、偏波回転板６６、偏波合分波プリズム６４、基板６８に配置された２つのプリズム１４、１５を備えている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板３７である。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信部搭載基板３０は、受信光２４を通過させる通過部であり、貫通した孔１２、半導体レーザ２１が出力するレーザ光である局発光源光２６を通過させる通過部であり、貫通した孔１３を有している。孔１２、１３は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面とこの面と反対側の面を貫通している。適宜、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面を受信部搭載基板３０の内側面、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面を受信部搭載基板３０の外側面と表現する。非透過基板３７の材料すなわち基板の基材が金属の場合、受信部搭載基板３０は金属基板である。非透過基板３７の材料すなわち基板の基材がセラミックの場合、受信部搭載基板３０はセラミック基板である。

【0013】

パッケージ１１０は、外周部１０２、底部１０３、外周部１０２の内側に延伸して設けられ、受信部搭載基板３０を配置する基板配置部１０４、基板配置部１０４に形成され、受信部搭載基板３０と導電性接続部材３５により接続する金属の基板接続パターン１０５、外部と電気的に接続する電極パターン１０６を備えている。基板配置部１０４は、底部１０３の垂直方向において底部１０３から最も離れた外周部の端部よりも底部１０３側に形成さており、底部１０３の垂直方向に垂直な水平方向においてパッケージ１１０の内側に外周部１０２が延伸して形成されている。基板配置部１０４は外周部１０２の一部ということもできる。電極パターン１０６を介して、パッケージ１１０内の半導体素子、サーモモジュール等は外部の機器に接続される。受信部搭載基板３０はパッケージ１１０の底部１０３を覆っており、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１を含む送信部１１を覆っている。実施の形態１の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１を含む送信部１１と外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置された立体配置構造を備えている。実施の形態１の光半導体装置１００は、立体配置構造により、パッケージ１１０内部の搭載領域を拡大することができる。すなわち、実施の形態１の光半導体装置１００は、受信光２４及び送信光２５の進行方向に垂直な方向の長さを短縮することができ、小型にすることができる。なお、パッケージ１１０は、送信部１１、受信部搭載基板３０に搭載された受信部１０が搭載された後に、底部１０３と接続されていない側の外周部１０２における底部１０３に略平行な表面にて蓋（図示せず）により接続され、内部は蓋により密閉される。ここで、略平行は、完全な平行に限らず、許容される角度ずれまでも含んでいる。

【0014】

プリズム１４、１５、５３、５６、６７は、レーザ光等の光の進行方向を変える部品である。偏波合分波プリズム５４、６４は、Ｘ偏波、Ｙ偏波の光を合波したり分波したりするプリズムである。偏波回転板５５、６６は、偏波の方向を変える板状の部品である。レンズ５７、５８、５９、６０、６９は、レーザ光等の光のビーム径を縮小する部品である。窓６２、６３は、信号光が通過するガラス製の部品である。基板６５、６８、７７は、搭載される部品の高さを調整する板状の部品である。サーモモジュール７１、７２、７６は、温度調整用部品であり、例えばペルチェ素子である。サーモモジュール７１、７２、７６により、基板６８、６５、７７に配置された半導体レーザ２１が出力するレーザ光の周波数、プリズム６７、１４、１５、他の部品の特性等が安定に保たれている。

【0015】

９０度ハイブリッド９１は、信号光と局発光源光（基準波）とを合成し、偏波に応じた光出力を得るための部品である。例えば、信号光の変調方式がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式の場合は、９０度ハイブリッド９１は４つの信号光を出力する。半導体受光素子２２は９０度ハイブリッド９１から出力された４つの信号光をそれぞれ受光する４つの受光部２３を備えている。半導体受光素子２２は、例えば導波路型のフォトダイオードである。増幅器９２は、半導体受光素子２２が出力する４つの信号を増幅する。

【0016】

レセプタクル５１、５２は外周部１０２の同一辺に配置されている。図３において、破線８１ａと破線８１ｂとの間がレセプタクル５１、５２と反対側の外周部１０２に設けられた基板配置部１０４である。また、受信光２４及び送信光２５の進行方向に垂直な方向の外周部１０２の内側にも基板配置部１０４は形成されており、この部分の断面を図４に示した。適宜、レセプタクル５１、５２側を前側、レセプタクル５１、５２と反対側を後側と表現する。また、適宜、図１、図２の向きを正面と表現する。図３において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３を白抜きで示した。図３、図４では、パッケージ１１０の底部１０３と受信部搭載基板３０とが略平行になっている例を示した。

【0017】

図６には、受信部搭載基板３０の正面における２つの光通過部である孔１２、１３を含んだ要部を示した。図６の左側が光半導体装置１００の前側であり、図６の右側が光半導体装置１００の後側である。プリズム５３は孔１２を覆うように配置されており、プリズム５６は孔１３を覆うように配置されている。孔１２の中心軸すなわち前側の光通過部の中心軸４１を含むように、プリズム１４が基板６８に配置されている。孔１３の中心軸すなわち孔１２よりも後側の光通過部の中心軸４２を含むように、プリズム１５が基板６８に配置されている。プリズム５３とプリズム１４とは、中心軸４１を含むように配置されている。同様に、プリズム５６とプリズム１５とは、中心軸４２を含むように配置されている。

【0018】

図１には受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に隙間４３がある例を示した。図１に示した光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の大部分を覆っている例、すなわちパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３であり、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３がある状態で覆っている例である。この場合でも図７に示すように、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さである隙間長ｄが、受信部搭載基板３０の厚みである基板厚ｈ以下になっていればよい。破線８２ａはパッケージ１１０の外周部１０２の内面の位置を示し、破線８２ｂは受信部搭載基板３０のパッケージ１１０の外周部１０２に対向する側面の位置を示している。基板配置部１０４が設けられた外周部１０２では、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３は無い。隙間４３の隙間長ｄが基板厚ｈ以下になっていれば、パッケージ１１０の底部１０３に搭載される部品によって半導体レーザ２１から出力されたレーザ光が後述する受信の際及び送信の際の光経路から外れて、迷光が発生したとしても、迷光が隙間４３に直接進行する部品配置は採用されないので、受信側へ到達することなく迷光は消滅する。したがって、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の大部分を覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下であればよい。

【0019】

図８に示した他のパッケージ１１０は、パッケージ１１０の外周部１０２の内側における窓６２、６３が配置されていない部分に基板配置部１０４が設けられている例である。図８に示した他のパッケージ１１０を備えた光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３の全てを覆っている例、すなわちパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３であり、送信部１１と受信部１０とが連通する隙間４３が無い状態で覆っている例である。この場合には、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との間に隙間４３がないので、パッケージ１１０の底部１０３に搭載する部品配置の自由度を高めることができる。

【0020】

図９～図１１を用いて、受信の際の光経路及び送信の際の光経路を説明する。図９には受信部１０の受信経路を示した。なお、図９では、パッケージ１１０の底部１０３に搭載されたプリズム１４、１５を破線で示し、このプリズム１４、１５と相対する位置の窓６３を破線の窓６３ａも示した。図１０には、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１における、受信光２４の受信経路及び受信の際に用いる局発光源光２６の光経路を示した。なお、図１０では、受信部搭載基板３０に搭載されたプリズム５３、５６を破線で示した。図１１には、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された送信部１１の送信経路を示した。

【0021】

受信光２４は、光経路ｓ１のように窓６３を通過してプリズム１４に入射する。受信光２４は、光経路ｓ２のように、プリズム１４にて受信部搭載基板３０の孔１２側へ反射して、孔１２を通過してプリズム５３に入射する。その後、受信光２４の一部、例えばＸ偏波の信号光は、光経路ｓ３のように、偏波合分波プリズム５４を通過してレンズ５９に入射する。受信光２４の一部、例えばＹ偏波の信号光は、光経路ｓ４のように、偏波合分波プリズム５４で分離され、偏波回転板５５を通過してレンズ５７に入射する。

【0022】

半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６は、光経路ａ１のように、レンズ６９を通過してプリズム６７に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ２のように、プリズム６７にて反射してプリズム１５に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ３のように、プリズム１５にて受信部搭載基板３０の孔１３側へ反射して、孔１３を通過してプリズム５６に入射する。その後、局発光源光２６は、光経路ａ４のようにレンズ５８に入射する。受信光２４のＸ偏波の信号光は、光経路ｓ６のようにレンズ５９から９０度ハイブリッド９１に入射する。受信光２４のＹ偏波の信号光は、光経路ｓ５のようにレンズ５７から９０度ハイブリッド９１に入射する。局発光源光２６は、光経路ａ５のようにレンズ５８から９０度ハイブリッド９１に入射する。

【0023】

９０度ハイブリッド９１は、受信光２４のＸ偏波の信号光及び局発光源光２６に基づいて、受信光２４のＸ偏波における同相成分の信号光ＸＩ、直交成分の信号光ＸＱを出力する。受信光２４のＸ偏波における同相成分の信号光ＸＩ、直交成分の信号光ＸＱは、それぞれ光経路ｓ１０、ｓ９のように、レンズ６０を通過して半導体受光素子２２の２つの受光部２３に入射する。また、９０度ハイブリッド９１は、受信光２４のＹ偏波の信号光及び局発光源光２６に基づいて、受信光２４のＹ偏波における同相成分の信号光ＹＩ、直交成分の信号光ＹＱを出力する。受信光２４のＹ偏波における同相成分の信号光ＹＩ、直交成分の信号光ＹＱは、それぞれ光経路ｓ８、ｓ７のように、レンズ６０を通過して半導体受光素子２２の２つの受光部２３に入射する。図９に示した４つの受光部２３を右から順番に、第一の受光部、第二の受光部、第三の受光部、第四の受光部とする。第一の受光部２３は受信光２４の信号光ＸＩを受光し、第二の受光部２３は受信光２４の信号光ＸＱを受光する。第三の受光部２３は受信光２４の信号光ＹＩを受光し、第四の受光部２３は受信光２４の信号光ＹＱを受光する。

【0024】

光半導体装置１００が送信光２５を出力する際に、半導体レーザ２１は変調前のレーザ光である信号光を出力する。半導体レーザ２１から出力された変調前の信号光は、光経路ｔ１のようにレンズ６９を通過してレーザ光処理器９５に入射する。レーザ光処理器９５は、例えば、信号光の変調方式がＱＰＳＫ方式の場合は、４つの変調信号ＴＸＩ、ＴＸＱ、ＴＹＩ、ＴＹＱに基づいて変調されたＸ偏波用の信号光ＴＸ、Ｙ偏波用の信号光ＴＹを出力する。Ｘ偏波用の信号光ＴＸは、光経路ｔ２のように偏波合分波プリズム６４に入射する。Ｙ偏波用の信号光ＴＹは、光経路ｔ３のように偏波回転板６６を通過して偏波合分波プリズム６４に入射する。光経路ｔ４のように偏波合分波プリズム６４にて信号光ＴＸと信号光ＴＹとが合波された送信光２５は窓６２を通過して、レセプタクル５１から外部に出力される。偏波合分波プリズム６４にて、Ｘ偏波の信号光ＴＸとＹ偏波の信号光ＴＹとが合波される。

【0025】

なお、図１、図３、図１０では、送信光２５に合波される２つの信号光を出力するレーザ光処理器９５は、省略した。レーザ光処理器９５は、例えば、局発光源光２６を通過させる導波路を備えていてもよい。この場合、レーザ光処理器９５の導波路を通過した局発光源光２６が、プリズム６７に入射する。

【0026】

仮に半導体レーザから出力されたレーザ光が送信部１１の部品にて反射して、光経路ａ１、ａ２、ａ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３と異なる経路の光すなわち迷光が発生したとしても、受信部搭載基板３０が物理的遮蔽物となる。このため実施の形態１の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。

【0027】

前述したように、特許文献１の送受一体型光アセンブリは、送信側である半導体レーザと受信側である半導体受光素子とが同一基板の同一平面内に搭載されているので、送信側の変調信号等の高周波信号から漏れる電気ノイズが受信側に届き、特性劣化につながる可能性があった。これに対して、実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１を含む送信部１１と半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置されているので、受信部搭載基板３０によって送信部１１側からの電気ノイズが受信部１０側への漏れることを防止することができる。受信部搭載基板３０が金属基板の場合は、受信部搭載基板３０がセラミック基板の場合よりも受信部１０側への電気ノイズの漏れ防止効果を高めることができる。なお、半導体受光素子２２、増幅器９２は絶縁基板に形成されているので、金属基板の受信部搭載基板３０に搭載しても動作することができる。なお、半導体受光素子２２、増幅器９２が絶縁基板に形成されていない場合は、アルミナ、窒化アルミ等の絶縁基板を金属基板の受信部搭載基板３０との間に介在させる。

【0028】

特許文献１の送受一体型光アセンブリにおいて、送信側と受信側との間に壁を配置する場合には、パッケージとパッケージを密閉する蓋とが干渉することを防ぐために、蓋と壁との間に隙間を設ける必要がある。この蓋と壁との間に生じる隙間は、パッケージの長手方向すなわち送信光及び受信光に平行な方向に長くなるので、長手方向に垂直な水平方向に配置された送信側と受信側との間の隙間から迷光が漏れ易い構造になってしまう。これに対して、実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１を含む送信部１１と半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置されているので、送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態１の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に僅かな隙間４３があったとしても、受信部搭載基板３０とパッケージ１１０の外周部１０２との間に迷光が直接進行する部品配置は採用されないので、仮に迷光が発生したとしても受信側へ到達することなく迷光は消滅する。

【0029】

受信部搭載基板３０は、半導体レーザ２１に対向する面が平面に限らず、図１２、図１３のように半導体レーザ２１に対向する面に複数の凹部３８を備えていてもよい。隣接する凹部３８の間は凸部３９になっている。図１２に示した凹部３８は深さ、形状が不均一な例であり、図１３に示した凹部３８は深さ、形状が均一な例である。迷光３４ａが受信部搭載基板３０の凹部３８に入射すると凹部３８内で多重反射して、減衰した迷光３４ｂが受信部搭載基板３０の凹部３８からパッケージ１１０の底部１０３側へ出射される。凹部３８の深さが深いほど、凹部３８内での多重反射の回数が多くなるので、深い凹部３８を有する方が、迷光を減衰させる効果が高い。受信部搭載基板３０に形成された凹部３８は、局発光源光２６と同じ周波数の光を多重反射により減衰することができる。従って、半導体レーザ２１に対向する面に複数の凹部３８が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態１の光半導体装置１００は、半導体レーザ２１に対向する面に凹部３８が形成されていない受信部搭載基板３０を備えた実施の形態１の光半導体装置１００よりも、送信側から受信側への迷光を防止する効果を高めることができる。

【0030】

以上のように、実施の形態１の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光（受信光２４）を受信する半導体受光素子２２がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。実施の形態１の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１と、外部からの信号光（受信光２４）を半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する受信部１０と、半導体受光素子２２を含む受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０と、を備えている。受信部１０は半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板３７であり、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する光通過部（孔１３）を有しており、かつパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている。受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３がある状態で覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下である。実施の形態１の光半導体装置１００は、この構成により、レーザ光を出力する半導体レーザ２１がパッケージ１１０の底部１０３に搭載されており、パッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている受信部搭載基板３０における半導体レーザ２１と反対側に受信部１０が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。

【0031】

実施の形態２．
図１４は、実施の形態２に係る光半導体装置を示す図である。図１４に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている点で、実施の形態１の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。

【0032】

実施の形態２の受信部搭載基板３０は、非透過基板３７、非透過基板３７の内側面及び外側面に形成された金属めっき層３１を備えている。金属めっき層３１は、孔１２、１３の部分に開口３３が形成されている。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１２、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１３、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。なお、図１４において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３、開口３３を白抜きで示した。実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されているので、セラミック基板の受信部搭載基板３０に比べて、送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。

【0033】

実施の形態２の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態２の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。

【0034】

図１４では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態２の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。

【0035】

実施の形態３．
図１５は、実施の形態３に係る光半導体装置を示す図である。図１５に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されている点で、実施の形態１の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。

【0036】

実施の形態３の受信部搭載基板３０は、非透過基板３７、非透過基板３７の内側面及び外側面に形成された黒色めっき層３２を備えている。黒色めっき層３２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のめっき層である。黒色めっき層３２は、孔１２、１３の部分に開口３３が形成されている。非透過基板３７の材料は、光が透過しない物質であり、例えば金属、セラミックである。受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１２、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、孔１３、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。なお、図１５において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３、開口３３を白抜きで示した。黒色めっき層３２は半導体レーザ２１が出力するレーザ光を吸収する。このため、迷光が発生した場合でも受信部搭載基板３０の黒色めっき層３２で迷光が吸収されるので、送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されているので、セラミック基板の受信部搭載基板３０に比べて、送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。

【0037】

実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態３の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の黒色めっき層３２が迷光を吸収するので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。

【0038】

図１５では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に黒色めっき層３２が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に黒色めっき層３２が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に黒色めっき層３２が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態３の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に黒色めっき層３２が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。

【0039】

実施の形態４．
図１６は実施の形態４に係る光半導体装置を示す図であり、図１７は実施の形態４に係る光半導体装置におけるパッケージの底部側を示す図である。図１８は図１６のＡ－Ａで示した破線に沿った断面図であり、図１９は図１６のＢ－Ｂで示した破線に沿った断面図である。図２０、図２１は、それぞれ図１７のグランドパターンと受信部搭載基板との接続例を示す図である。なお、図１８において、電極パターン１０６は省略し、孔１２、１３を白抜きで示した。実施の形態４の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の基板配置部１０４に当該光半導体装置の接地電位になっている金属のグランドパターン１０８が形成されており、受信部搭載基板３０が導電性接続部材３５によりグランドパターン１０８に接続されている点で、実施の形態１～３の光半導体装置１００と異なる。実施の形態１の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。

【0040】

実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００における金属の基板接続パターン１０５が当該光半導体装置の接地電位になっているということもできる。実施の形態４の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０が当該光半導体装置の接地電位になっているので、実施の形態１の光半導体装置１００よりも送信部１１側から受信部１０側への電気ノイズを防止する効果を高めることができる。

【0041】

導電性接続部材３５は、例えばはんだ、導電性接着剤である。導電性接続部材３５がはんだ１６の場合におけるパッケージ１１０のグランドパターン１０８と受信部搭載基板３０との接続例を図２０に示した。導電性接続部材３５が導電性接着剤１７の場合におけるパッケージ１１０のグランドパターン１０８と受信部搭載基板３０との接続例を図２１に示した。なお、実施の形態１～３の光半導体装置１００における導電性接続部材３５も、例えばはんだ、導電性接着剤である。

【0042】

実施の形態４の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０が導電性接続部材３５によりパッケージ１１０のグランドパターン１０８に接続されていること以外は実施の形態１の光半導体装置１００と同じ構造を備えているので、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態１の光半導体装置１００と同様に、受信部搭載基板３０にて迷光を跳ね返すことで、受信部搭載基板３０を挟んだ送信部１１と反対側の受信部１０に迷光が漏れることがなく、受信光２４の光学的特性の劣化を防ぐことができる。

【0043】

また、実施の形態２の受信部搭載基板３０を備えた実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。実施の形態３の受信部搭載基板３０を備えた実施の形態４の光半導体装置１００は、実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。

【0044】

実施の形態５．
図２２は、実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。図２３は図２２の受信部搭載基板の光通過部を示す図であり、図２４は図２３の光透過部の断面を示す図である。図２２に示した断面図は、実施の形態１の図３に対応する図である。実施の形態５の光半導体装置１００は、レーザ光が通過しない非透過基板である受信部搭載基板３０の基材がガラス基板３６である点で、実施の形態２の光半導体装置１００と異なる。実施の形態２の光半導体装置１００と異なる部分を主に説明する。

【0045】

ガラス基板３６は平面度が高く、搭載する部品の配置精度を高めることができる。また、ガラス基板３６は、成型が容易であるため、金属基板、セラミック基板よりも安価に作製することができる。

【0046】

実施の形態５の受信部搭載基板３０は、ガラス基板３６、ガラス基板３６の内側面及び外側面に形成された金属めっき層３１を備えている。金属めっき層３１は、受信光２４が通過する光通過部であるガラス基板３６の光透過部１８の部分及び、局発光源光２６が通過する光通過部であるガラス基板３６の光透過部１９の部分に開口３３が形成されている。図２３では開口３３が円形の例を示した。図２４には受信光２４が通過する光透過部１８の断面を示した。破線８３ａと破線８３ｂとの間に開口３３が形成され、ガラス基板３６における破線８３ａと破線８３ｂとの間が光透過部１８になっている。光透過部１８は、開口３３により露出されたガラス基板３６の部分である。局発光源光２６が通過する光透過部１９も光透過部１８と同様の構造である。なお、図２２において、電極パターン１０６は省略し、開口３３、開口３３により露出した光透過部を白抜きで示した。

【0047】

受信光２４は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、光透過部１８、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。局発光源光２６は、受信部搭載基板３０の内側面の開口３３、光透過部１９、受信部搭載基板３０の外側面の開口３３を通過して、送信部１１から受信部１０に入力される。実施の形態５の光半導体装置１００は、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されているので、実施の形態２の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。受信部搭載基板３０は金属めっき層３１の代わりに黒色めっき層３２が形成されていてもよい。ガラス基板３６の内側面及び外側面に形成された黒色めっき層３２を備えた実施の形態５の受信部搭載基板３０は、実施の形態３の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。

【0048】

図２２では、受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に金属めっき層３１が形成されている例を示したが、少なくとも受信部搭載基板３０の半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成されていればよい。内側面すなわち半導体レーザ２１に対向する面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態５の光半導体装置１００も、内側面及び外側面に金属めっき層３１が形成された受信部搭載基板３０を備えた実施の形態５の光半導体装置１００と同様の効果を奏する。

【0049】

以上のように、実施の形態５の光半導体装置１００は、レーザ光を出力する半導体レーザ２１及び外部からの信号光（受信光２４）を受信する半導体受光素子２２がパッケージ１１０に搭載されており、外部とデジタルコヒーレント光通信を行う光半導体装置である。実施の形態５の光半導体装置１００は、パッケージ１１０の底部１０３に搭載された半導体レーザ２１と、外部からの信号光（受信光２４）を半導体レーザ２１から出力されたレーザ光である局発光源光２６を用いて受信する受信部１０と、半導体受光素子２２を含む受信部１０が搭載された受信部搭載基板３０と、を備えている。受信部１０は半導体レーザ２１に対向する面と反対側の面に配置されている。受信部搭載基板３０は、レーザ光が透過しない非透過基板であり、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する光通過部（光透過部１９）を有しており、かつパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている。受信部搭載基板３０がパッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３がある状態で覆っている場合は、パッケージ１１０の外周部１０２と受信部搭載基板３０との隙間４３の長さ（隙間長ｄ）が受信部搭載基板３０の厚み（基板厚ｈ）以下である。更に、非透過基板である受信部搭載基板３０は、基材が、レーザ光が透過するガラス基板３６である。受信部搭載基板３０は、半導体レーザ２１に対向する面及びこの面と反対側の面に、半導体レーザ２１が出力する局発光源光２６が通過する開口３３を有する金属めっき層が形成されている。局発光源光が通過する光通過部（光透過部１９）は、開口３３により露出されたガラス基板の部分である。実施の形態５の光半導体装置１００は、この構成により、レーザ光を出力する半導体レーザ２１がパッケージ１１０の底部１０３に搭載されており、パッケージ１１０の外周部１０２で囲まれた底部１０３を外周部１０２との隙間４３が無い又は隙間４３がある状態で覆っている受信部搭載基板３０における半導体レーザ２１と反対側に受信部１０が搭載されているので、デジタルコヒーレント光通信を行う場合でも、小型でありながら送信側から受信側への迷光を防止することができる。

【0050】

なお、実施の形態１～５では、デジタルコヒーレント光通信を行う場合の光半導体装置１００を説明したが、レーザ光を出力する半導体レーザ２１を含む送信部１１と外部からの信号光である受信光２４を受信する半導体受光素子２２を含む受信部１０とが受信部搭載基板３０を挟んで配置された立体配置構造は、デジタルコヒーレント光通信と異なる光通信を行う場合の光半導体装置１００にも適用できる。

【0051】

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0052】

１０…受信部、１３…孔（光通過部）、１９…光透過部（光通過部）、２１…半導体レーザ、２２…半導体受光素子、２４…受信光、２６…局発光源光、３０…受信部搭載基板、３１…金属めっき層、３２…黒色めっき層、３３…開口、３５…導電性接続部材、３６…ガラス基板、３７…非透過基板、３８…凹部、４３…隙間、１００…光半導体装置、１１０…パッケージ、１０２…外周部、１０３…底部、１０４…基板配置部、１０５…基板接続パターン、１０８…グランドパターン、ｄ…隙間長、ｈ…基板厚

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】