JP2003008128A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数を増加することなく、受光素子のモニ
タ精度を高め、サブマウント等の位置ずれに対応するこ
とができる光モジュールを提供する。 【解決手段】この光モジュールは、光を出力する発光素
子１と、発光素子１を載置するＬＤサブマウント２と、
発光素子１の後側端面から出力された光を受光してモニ
タする受光素子３と、ＬＤサブマウント２上に設けら
れ、発光素子１に駆動電流を供給する給電ライン５とを
有し、発光素子１と受光素子３との間に給電ライン５ａ
の一部が配置され、給電ライン５ａの表面を反射面５に
して発光素子１から出力された光を受光素子２側に反射
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムで
使用される光送信器に内蔵される光モジュールに関し、
特に、半導体レーザダイオード等の発光素子から出力さ
れた光をモニタする機構を備えた光モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光モジュールに用いられる半導
体レーザダイオード等の発光素子においては、駆動電流
を一定にしても発光素子の発熱、発光素子周辺の温度等
の影響により発光素子の光出力や波長は変動する。その
ため、例えば図５に示すように、発光素子５０の後側端
面から出力された光をフォトダイオード等の受光素子５
１によってモニタし、そのモニタ結果に基づいて発光素
子５０への駆動電流量を調整して光出力を一定に制御し
たり、ペルチェモジュール等の冷却装置を用いて発光素
子の温度を制御して波長を制御することが行われてい
る。なお、発光素子５０は、ヒートシンク５２を介して
ＬＤサブマウント５３上に取り付けられている。また、
受光素子５１は、ＰＤサブマウント５４上に取り付けら
れている。また、発光素子５０と受光素子５１との間に
は、発光素子５０の後側端面から出力された光を平行に
する平行レンズ５５が配置されている。

【０００３】発光素子５０からの光を受光素子５１で正
確にモニタするためには、発光素子５０の後側端面から
出射された光を十分に受光素子５１に入力する必要があ
り、光軸からのずれ量を少なくする必要がある。

【０００４】しかし、ＬＤサブマウント５３への発光素
子５０の取り付け位置ずれ、平行レンズ５５の位置ずれ
及びＰＤサブマウント５３の取り付け位置ずれ等から、
ある程度光軸上からの受光素子５１のずれは避けられな
い。特に、図５（Ｂ）に示すように、ＸＺ方向の位置ず
れは受光素子５１を取り付けたＰＤサブマウント５４を
調整することで対応可能であるが、図５（Ａ）に示すよ
うに、ＰＤサブマウント５４の高さ方向、すなわちＹ方
向の位置ずれは、受光素子５１の位置がＰＤサブマウン
ト５４の高さで決まってしまうために、位置ずれを補正
することが不可能である。そのため、受光素子５１のモ
ニタ精度が低下する。

【０００５】そこで、発光素子と受光素子との取付状態
を変更することなく、受光素子のモニタ精度を高めるこ
とができる半導体装置が、例えば、特開平５−２９７１
２号公報に提案されている。

【０００６】この従来の半導体装置によれば、発光素子
を載置するヒートシンクの後端側に非平坦な金膜の反射
面を形成し、これによって、光を受光素子に集束するよ
うにしているので、受光素子の入射光量を増加させ、受
光素子のモニタ精度を高めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置で
は、反射面を備えた特別な形状のヒートシンクを用意す
る必要がある。そのため、部品点数が増加し、製造コス
トもかかってしまうという課題がある。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、部品点数を増加することなく、受光素
子のモニタ精度を高め、サブマウント等の位置ずれに対
応することができる光モジュールを提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光モジュール
は、光を出力する発光素子と、前記発光素子を載置する
サブマウントと、前記発光素子の後側端面から出力され
た光を受光してモニタする受光素子と、前記サブマウン
ト上に設けられ、前記発光素子に駆動電流を供給する給
電ラインとを有し、前記発光素子と受光素子との間に前
記給電ラインの一部が配置され、前記給電ラインの表面
を反射面にして前記発光素子から出力された光を前記受
光素子側に反射させることを特徴とするものである。

【００１０】前記給電ラインは、例えばコプレーナライ
ンである。

【００１１】前記発光素子と受光素子との間に前記発光
素子の後側端面から出力された光を平行にする平行レン
ズが配置されていてもよい。

【００１２】前記発光素子の後側端面から出力される光
の波長をモニタする波長モニタ部を有してもよい。

【００１３】前記波長モニタ部は、前記発光素子の後側
端面から出力された光を光軸方向に対して９０度未満の
所定角度に傾斜した２つの方向に分岐する光分岐部材
と、その光分岐部材によって分岐された一方の光を受光
する第１の受光素子と、前記光分岐部材によって分岐さ
れた他方の光を受光する第２の受光素子と、前記第１の
受光素子及び第２の受光素子のいずれかと前記光分岐部
材との間に配置され、所定の波長帯のレーザ光だけを透
過させる光フィルタと、を有し、前記第１の受光素子及
び第２の受光素子が同一の取付部材に取り付けられてい
てもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の第１
実施形態例に係る光モジュールを示す平面図、（Ｂ）は
発光素子に駆動電流を供給する給電ラインを示す平面
図、（Ｃ）は給電ラインの表面で発光素子からの光を反
射している状態を示す説明図である。図２は、本発明の
第１実施形態例に係る光モジュールを示す側面図であ
る。

【００１５】図１及び図２に示すように、本発明の第１
実施形態例に係る光モジュールは、レーザ光を出力する
半導体レーザダイオード等の発光素子１と、発光素子１
を載置するＬＤサブマウント２と、発光素子１から出力
されるレーザ光のうち、後側端面（図１では左側）から
出力されるモニタ用のレーザ光を受光するフォトダイオ
ード等の受光素子３と、受光素子３を載置するＰＤサブ
マウント４と、ＬＤサブマウント２上に設けられ、発光
素子１に駆動電流を供給する給電ライン５ａ及びそのグ
ランドライン５ｂ，５ｃと、発光素子１の前側端面（図
１では右側）から出力されたレーザ光を入射し、外部に
送出する光ファイバ６と、内部を気密封止するパッケー
ジ７とを有する。

【００１６】ＬＤサブマウント２は、例えばＡｌＮやＳ
ｉＣ等の熱拡散が高い材質で作られて、ヒートシンクと
しての役割を有する。

【００１７】給電ライン５ａとしては、高周波信号に対
する閉じ込めが強く、電界の漏れ込みによる波長チャ−
プを低く抑えることができ、高速応答可能な伝送線路が
好ましい。この実施形態例では、給電ライン５ａと、グ
ランドライン５ｂ、５ｃとの間に電界を形成し、高周波
信号を閉じ込めるコプレーナラインが用いられる。コプ
レーナラインを用いることにより、マイクロストリップ
ライン等に比べて反射面５の表面積を広くして、受光素
子３側への反射光量を多くすることができる。

【００１８】給電ライン５ａ、グランドライン５ｂ，５
ｃは、図１（Ｂ）に示すように、横並びに形成され、か
つ表面がメタライズされている。給電ライン５ａは平面
視略Ｌ字状に形成され、その先端部に発光素子１が直接
取り付けられており、発光素子１の下部電極と給電ライ
ン５ａとは電気的に接続されている。発光素子１の上部
電極は、ボンディングワイヤ２１によってグランドライ
ン５ｂもしくは５ｃと電気的に接続されている。また、
発光素子１と受光素子３との間に給電ライン５ａ、グラ
ンドライン５ｂ、５ｃの一部が配置され、図１（Ｃ）に
示すように、給電ライン５ａ、グランドライン５ｂ、５
ｃの表面を反射面５として発光素子１から出力された光
を受光素子３側に反射させる。

【００１９】また、このようなコプレーナ構造として
は、図１（Ｄ）に示すように、発光素子１をグランドラ
イン５ｂ上に固定する構成をとることもできる。ここで
は、発光素子１の下部電極はグランドライン５ｂに電気
的に接続され、発光素子１の上部電極はボンディングワ
イヤ２２により、給電ライン５ａに電気的に接続されて
いる。また、図１（Ｂ）の場合と同様に給電ライン５
ａ、グランドライン５ｂにより、反射面５が形成されて
いる。また、図１（Ｄ）に示す例では、発光素子１の光
軸を挟んで給電ライン５ａが形成されていない側に、グ
ランドライン５ｂの突起部５ｄを形成している。これに
より、反射面５の表面積を広くして、受光素子３側への
反射光量を多くすることができる。これら図１（Ｂ）、
（Ｄ）の両方において反射面５は発光素子１と受光素子
３との間を結ぶ方向において、ＬＤサブマウント２の略
上面全面に設けられているので、反射光量を増加する観
点で好ましい。

【００２０】図１（Ｂ）、（Ｄ）に示すように、給電ラ
イン５ａには、インピーダンス調整のため、例えばＴａ
_２Ｎからなる薄膜抵抗体２３が形成されている。ただ
し、薄膜抵抗体２３を形成する窒化物や酸化物等は、給
電ラインを形成する金や金化合物等に比べて光の反射量
が少ない。そこで、薄膜抵抗体２３は発光素子１と受光
素子３との間から側方にずれた位置に形成されている。
これにより、薄膜抵抗体２３により受光素子３への反射
光量の低下を防止することができる。

【００２１】発光素子１と受光素子３との間には、発光
素子１の後側端面から出力された光を平行にする平行レ
ンズ８ａが配置されている。

【００２２】発光素子１の前側（図１では右側）には、
その前側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行
レンズ８ｂが設けられている。また、平行レンズ８ｂの
前側には、発光素子１への戻り光を阻止する光アイソレ
ータ９が設けられている。光アイソレータ９は、例えば
偏光子とファラデー回転子を組み合わせて構成される周
知のものである。

【００２３】パッケージ７の側部に形成されたフランジ
部７ａの内部には、光アイソレータ９を通過したレーザ
光が入射する窓部１０と、レーザ光を集光する集光レン
ズ１１が設けられている。

【００２４】光ファイバ６の先端部は金属製のフェルー
ル１２によって保持され、そのフェルール１２は、フラ
ンジ部７ａの端部に固定されるスライドリング１３の内
部にＹＡＧレーザ溶接により固定される。

【００２５】ＬＤサブマウント２、ＰＤサブマウント
４、平行レンズ８ａ、８ｂ、光アイソレータ９は、ベー
ス１４上に固定されている。ベース１４は、発光素子１
によって発生した熱を冷却するためにペルチェモジュー
ルからなる冷却装置１５上に固定されている（図２参
照）。

【００２６】また、ＬＤサブマウント２上には、発光素
子１の温度を検出するサーミスタ１６が設けられ、サー
ミスタ１６により検出された温度が一定温度になるよう
に、冷却装置１５が制御される。

【００２７】パッケージ７の上部には蓋７ｂが被せら
れ、蓋７ｂの周縁部はレーザ溶接されてパッケージ７に
固定される（図２参照）。

【００２８】発光素子１の前側端面から出力されるレー
ザ光は、平行レンズ８ｂで平行になり、光アイソレータ
９、窓部１０を介して集光レンズ１１によって集光さ
れ、光ファイバ６に入射され外部に送出される。

【００２９】一方、発光素子１の後側端面から出力され
たレーザ光は、平行レンズ８ａによって平行になり、受
光素子３で受光されモニタされる。受光素子３のモニタ
結果に基づいて、例えばＡＰＣ回路によって発光素子１
への駆動電流量を調整して光出力が一定に制御される。

【００３０】図３は、ＰＤサブマウント４面におけるＹ
軸上の光強度分布を示すグラフであり、（Ａ）は従来例
の場合を示し、（Ｂ）は本発明の実施形態例の場合を示
す。図３（Ａ）に示すように、従来例の光強度分布では
発光の中心が１つのガウシアン関数で示され、要求され
る光強度を満たすには、許容ずれＤの範囲に受光素子３
を取り付ける必要がある。

【００３１】一方、本発明の実施形態例においては反射
面５で反射した光が発光素子１から出射された光とは異
なる光路を通り、ＰＤサブマウント４面に達する。その
ため、ＰＤサブマウント４面上のＹ軸の光強度分布は、
図３（Ｂ）に示したように、ガウシアン分布では無くな
り、二つの山をもつ分布となる。これにより、要求され
る光強度を満たすＹ軸上の許容すれ範囲Ｄ’は、従来の
Ｄよりも大きくなり受光素子３を取り付けるＹ軸上の許
容ずれ範囲を広げることができる。

【００３２】また、発光素子１の後側端面から出力され
る角度は、通常約２５度である。このような場合におい
て、レーザ光を平行光ないし、ビームを絞って受光素子
３に入力するには、ＰＤサブマウント４面において、レ
ーザ光のビーム径は１ｍｍから３ｍｍの範囲である必要
がある。例えば、ビーム径を２ｍｍにする光学系では、
後方の平行レンズ８ａの焦点距離は、２．５ｍｍであ
る。ＬＤサブマウント２と平行レンズ８ａが物理的に干
渉しないように配置するには、平行レンズ８ａへの入射
面から発光素子１の発光点が１．５ｍｍ以上離れている
必要がある。

【００３３】また、反射面５は光を十分に反射する必要
があるので１ｍｍ以上は必要である。そのため、反射面
５は、発光素子１の後方から１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下
の範囲に設計するのが好ましい。

【００３４】また、発光素子１の出射端面から長さ１．
５ｍｍ離れた位置ではビームの径が１．５ｍｍであるか
ら、少なくとも反射面５は、それより広くすること、す
なわち１．５ｍｍ以上Ｘ軸方向に形成することが好まし
い。

【００３５】本発明の第１実施形態例によれば、発光素
子１と受光素子３との間に給電ライン５ａの一部が配置
され、給電ライン５ａ、グランドライン５ｂ、５ｃの表
面を反射面５にして発光素子１から出力された光を受光
素子３側に反射させるので、特別な形状のヒートシンク
等を設けて部品点数を増加させることなく、受光素子３
の入射光量を増加させることができる。その結果、受光
素子３のモニタ精度を高めることができ、サブマウント
等の位置ずれに対応することができ、製造コストを低減
することができる。

【００３６】図４（Ａ）は、本発明の第２実施形態例に
係る光モジュールに用いられる波長モニタ部の構成を示
す平面図である。

【００３７】第２実施形態例では、発光素子１の後側端
面から出力される光の波長をモニタする波長モニタ部２
０を有することを特徴とする。

【００３８】波長モニタ部２０は、発光素子１の後側端
面から出力された光を光軸方向に対して９０度未満の所
定角度に傾斜した２つの方向に分岐するプリズム１７
（光分岐部材）と、プリズム１７によって分岐された一
方の光を受光する第１の受光素子３ａと、プリズム１７
によって分岐された他方の光を受光する第２の受光素子
３ｂと、第１の受光素子３ａ及びプリズム１７との間に
配置され、所定の波長帯のレーザ光だけを透過させる光
フィルタ１８とを有する。第１の受光素子３ａ及び第２
の受光素子３ｂが同一のＰＤサブマウント４に取り付け
られている。

【００３９】プリズム１７の全面には、レーザ光の反射
を抑制するためにＡＲ膜がコーティングされている。プ
リズム１７によって分岐されるレーザ光の傾斜角度θ
１，θ２は、略同一の角度（例えば１５〜４５度）であ
るのが好ましい。これは、第１の受光素子３ａ及び第２
の受光素子３ｂの受光位置を決めるのが容易になるから
である。

【００４０】光フィルタ１８は、例えばエタロン等で作
られ、フィルタホルダ１９に低融点ガラスもしくは半田
で固定されている。

【００４１】ＰＤサブマウント４における第１の受光素
子３ａ及び第２の受光素子３ｂの取付面４ａは、レーザ
光の入射方向に対して９０度を超える角度θ３（図４
（Ｂ）参照）で傾斜している。取付面４ａの傾斜角度θ
３については、反射戻り光を低減し良好な特性を得るた
めに傾斜角度θ３を９５度以上とすることが好ましい。
また、レーザ光の入射方向に対して取付面が大きく傾い
ているとフォトダイオードに結合可能なＰＤ電流が十分
得られなくなるので、傾斜角度θ３を少なくとも１３５
度以下にして結合効率劣化を３ｄＢ以内に抑えることが
好ましい。従って、取付面４ａの傾斜角度θ３は、９５
度以上１３５度以下とするのが好ましい。

【００４２】発光素子１の後側端面から出力されたモニ
タ用のレーザ光は、平行レンズによって平行になり、プ
リズム１７によって光軸方向に対して所定角度θ１、θ
２に傾斜し、かつ該光軸方向を挟む２つの方向に分岐さ
れる。

【００４３】プリズム１７によって分岐された一方のレ
ーザ光は、光フィルタ１８に入射され、所定の波長帯の
レーザ光だけ透過されて、第１の受光素子３ａによって
受光される。また、他方のレーザ光は、第２の受光素子
３ｂによって受光される。第１の受光素子３ａ及び第２
の受光素子３ｂから出力されるＰＤ電流は制御部に入力
され、制御部は、入力された２つのＰＤ電流の差電圧に
基づいて、発光素子１の波長を制御するように、冷却装
置１５の調整温度を制御する。

【００４４】本発明の第２実施形態例によれば、発光素
子１と受光素子３との間に給電ライン５ａの一部が配置
され、給電ライン５ａ、グランドライン５ｂ、５ｃの表
面を反射面５にして発光素子１から出力された光を第１
の受光素子３ａ及び第２の受光素子３ｂ側に反射させる
ので、第１の受光素子３ａ及び第２の受光素子３ｂの入
射光量を増加させ、モニタ精度を高めることができる。
その結果、波長安定性の優れた光モジュールを提供する
ことができる。

【００４５】本発明は、上記実施の形態に限定されるこ
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。例えば、ＬＤ
サブマウント２の表面にＡｕ膜等の光反射材質からなる
反射面を形成し、その反射面によって反射面５と併せて
発光素子１から出力された光を反射し、発光素子１から
出力される光を平行レンズ８ａを介して受光素子３に入
射するようにしてもよい。これによって、受光素子３の
入射光量がより増加し、受光素子３のモニタ精度を向上
させることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、発光素子と受光素子と
の間に給電ラインの一部が配置され、給電ラインの表面
を反射面にして発光素子から出力された光を受光素子側
に反射させるので、特別な形状のヒートシンクを設けて
部品点数を増加させることなく、受光素子の入射光量を
増加させることができる。その結果、受光素子のモニタ
精度を高めることができ、サブマウント等の位置ずれに
対応することができ、製造コストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態例に係る光モジ
ュールを示す平面図、（Ｂ）は発光素子に駆動電流を供
給する給電ラインを示す平面図、（Ｃ）は給電ラインの
表面で発光素子からの光を反射している状態を示す説明
図、（Ｄ）は（Ｂ）の変形例を示す平面図である。

【図２】本発明の第１実施形態例に係る光モジュールを
示す側面図である。

【図３】ＰＤサブマウント面におけるＹ軸上の光強度分
布を示すグラフであり、（Ａ）は従来例の場合を示し、
（Ｂ）は本発明の実施形態例の場合を示す。

【図４】（Ａ）は本発明の第２実施形態例に係る光モジ
ュールに用いられる波長モニタ部の構成を示す平面図、
（Ｂ）はＰＤサブマウントを示す側面図である。

【図５】発光素子の後側端面から出力された光をフォト
ダイオード等の受光素子によってモニタする機構を概略
的に示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１：発光素子 ２：ＬＤサブマウント ３：受光素子 ３ａ：第１の受光素子 ３ｂ：第２の受光素子 ４：ＰＤサブマウント ５ａ：給電ライン ５ｂ、５ｃ：グランドライン ５：反射面 ６：光ファイバ ７：パッケージ ７ａ：フランジ部 ７ｂ：蓋 ８ａ、８ｂ：平行レンズ ９：光アイソレータ １０：窓部 １１：集光レンズ １２：フェルール １３：スライドリング １４：ベース １５：冷却装置 １６：サーミスタ １７：プリズム １８：光フィルタ １９：フィルタホルダ ２０：波長モニタ部 ２１：ボンディングワイヤ ２２：ボンディングワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AB15 AB27 AB28 AB30 BA02 EA15 FA05 FA15 FA25 FA27 FA30 GA02 GA12 GA13 GA22 5F088 AA01 BA10 BA16 EA09 EA11 EA16 JA03 JA10 JA12 JA14 KA06 5F089 CA15 CA17 DA06 EA01 5K002 AA01 BA04 BA13 BA21 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を出力する発光素子と、 前記発光素子を載置するサブマウントと、 前記発光素子の後側端面から出力された光を受光してモ
   ニタする受光素子と、 前記サブマウント上に設けられ、前記発光素子に駆動電
   流を供給する給電ラインとを有し、 前記発光素子と受光素子との間に前記給電ラインの一部
   が配置され、前記給電ラインの表面を反射面にして前記
   発光素子から出力された光を前記受光素子側に反射させ
   る、 ことを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】前記給電ラインは、コプレーナラインであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 【請求項３】前記発光素子と受光素子との間に前記発光
   素子の後側端面から出力された光を平行にする平行レン
   ズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の光モジュール。
4. 【請求項４】前記発光素子の後側端面から出力される光
   の波長をモニタする波長モニタ部を有することを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の光モジ
   ュール。
5. 【請求項５】前記波長モニタ部は、前記発光素子の後側
   端面から出力された光を光軸方向に対して９０度未満の
   所定角度に傾斜した２つの方向に分岐する光分岐部材
   と、その光分岐部材によって分岐された一方の光を受光
   する第１の受光素子と、前記光分岐部材によって分岐さ
   れた他方の光を受光する第２の受光素子と、前記第１の
   受光素子及び第２の受光素子のいずれかと前記光分岐部
   材との間に配置され、所定の波長帯のレーザ光だけを透
   過させる光フィルタと、を有し、 前記第１の受光素子及び第２の受光素子が同一の取付部
   材に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記
   載の光モジュール。