JP2004146777A - 半導体レーザモジュールおよび半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステムベース3上にはステムブロック4が設けられ、ステムブロック4にはLD用サブマウント5が取り付けられている。LD用サブマウント5には、レーザダイオード6が取り付けられ、レーザダイオード6の下方位置には、フォトダイオード12が設けられている。LD用サブマウント5の下方位置には、フォトダイオードを配置する空間が形成され、この空間にフォトダイオード12が配置されている。ステムベース2には、リードピン14A,14Bが設けられており、LD用サブマウント4に形成された伝送線路7,8を介してレーザダイオード6に差動で電流を供給している。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュールおよびこの半導体レーザモジュールを用いた半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体レーザモジュールとしては、たとえば特開平11−233876号公報に開示されたものがある。図17に示すように、この半導体レーザモジュール70は、ステムベース71を有しており、ステムベース71にはステムブロック72が設けられている。ステムブロック72には、サブマウント73が設けられており、サブマウント73にレーザダイオード74が取り付けられている。また、ステムベース71には、それぞれステムベース71と絶縁されたリードピン75,76が設けられている。このうちのリードピン75は、ボンディングワイヤ77を介してレーザダイオード74とのアノードと接続されている。
【0003】
また、リードピン76は、ボンディングワイヤ78を介してレーザダイオード74のアノードと接続されるとともに、半導体レーザモジュール70の外部で接地電位に接続されている。さらに、ステムベース71にはリードピン79が設けられており、リードピン79は、ボンディングワイヤ80を介してサブマウント73の表面を経由してレーザダイオード74のカソードと接続されている。
【0004】
そして、レーザダイオード74の直近まで差動で信号を供給することにより、差動負荷のバランスを完全にとるようにしている。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−233876号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体レーザモジュールでは、リードピンとレーザダイオードとの間が長いため、両者の間をボンディングワイヤで接続していた。このように、ボンディングワイヤで接続していることから、寄生インダクタンスが大きくなるという問題があった。
【0007】
そこで、本発明の課題は、寄生インダクタンスが小さく、高周波特性に優れる半導体レーザモジュールを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る半導体レーザモジュールは、ステムベースと、ステムベース上に取り付けられたサブマウント部材と、サブマウント部材に取り付けられたレーザダイオードと、レーザダイオードよりもステムベース側に配置されたフォトダイオードと、ステムベースを貫通して取り付けられ、レーザダイオードに対して正相電流を供給する正相入力用リードピンと、ステムベースを貫通して取り付けられ、レーザダイオードに対して逆相電流を供給する逆相入力用リードピンと、を備え、サブマウント部材におけるステムベース側には、フォトダイオードを配置する空間が形成されていることを特徴とする。
【0009】
また、上記課題を解決した本発明に係る半導体レーザモジュールは、ステムベースとステムブロックからなるステムと、ステムブロック上に取り付けられたサブマウント部材と、サブマウント部材に取り付けられたレーザダイオードと、レーザダイオードよりもステムベース側に配置されたフォトダイオードと、ステムベースを貫通して取り付けられ、レーザダイオードに対して正相電流を供給する正相入力用リードピンと、ステムベースを貫通して取り付けられ、レーザダイオードに対して逆相電流を供給する逆相入力用リードピンと、を備え、サブマウント部材におけるステムベース側には、フォトダイオードを配置する空間が形成されていることを特徴とする。
【0010】
このように、本発明に係る半導体レーザモジュールでは、レーザダイオードが取り付けられるサブマウント部材におけるステムベース側には、フォトダイオードを配置する空間が形成され、たとえば断面コ字形状をなしている。このため、フォトダイオードを配置する空間をフォトダイオードの実装スペースとして確保することができるので、レーザダイオードに電流を供給する正相入力用リードピンおよび逆相入力用リードピンと、サブマウント部材との距離を近づけることができる。したがって、これらのリードピンとレーザダイオードとをボンディングワイヤで接続する際に、そのボンディングワイヤの長さを短くすることができる。ボンディングワイヤを短くすることにより、寄生インダクタンスの低減を図ることができ、高周波特性を良好なものとすることができる。
【0011】
なお、本発明におけるフォトダイオードを配置する空間は、サブマウント部材を、その隅が角張った「コ字」形状のほか、たとえば「U字」や「V字」を180度反転させた形状とすることによって形成することができる。また、このようなフォトダイオードを配置する空間を形成するためのサブマウント部材は、一体的に形成してもよいし、たとえば矩形のブロック体を組み合わせて形成してもよい。
【0012】
また、サブマウント部材に形成され、正相入力用リードピンとレーザダイオードとを接続する第1伝送線路と、サブマウント部材に形成され、逆相入力用リードピンと、レーザダイオードとを接続する第2伝送線路と、を備える態様とするのが好適である。
【0013】
このように、本発明に係る半導体レーザモジュールでは、サブマウント部材に正相入力用リードピンとレーザダイオードとを接続する第1伝送線路および逆相入力用リードピンとレーザダイオードとを接続する第2伝送線路を形成している。このため、レーザダイオードの直近まで差動信号を供給することができる。そして、ボンディングワイヤを用いる場合等と比較して、寄生インダクタンスを小さくして配線を形成することができる。
【0014】
また、第1伝送線路における正相入力用リードピンとレーザダイオードとの間、および第2伝送線路における逆相入力用リードピンとレーザダイオードとの間の少なくとも一方に、抵抗素子が設けられている態様とするのが好適である。
【0015】
このように、各伝送線路におけるいずれかの場所またはその両方に抵抗素子を設けることにより、この抵抗素子による抵抗がダンピング抵抗として作用し、レーザダイオードと伝送線路とのインピーダンス不整合を緩和することができる。
【0016】
また、サブマウント部材にビアが形成され、第1伝送線路は、レーザダイオードのカソードおよびアノードの一方と接続され、レーザダイオードのカソードおよびアノードの他方は、ボンディングワイヤおよびビアを介してステムブロックに接続され、第2伝送線路は、ビアを介してステムブロックに接続されている態様とすることもできる。
【0017】
本発明においては、パッケージの接地電位に流れる高周波電流がデータ正相信号とデータ逆相信号とでキャンセルされる。このため、接地電位が安定し、放射ノイズを低減させることができる。
【0018】
また、ステムベース上に配置されたキャップと、外部の光学的結合を可能とするスリーブと、キャップとスリーブとの間を結ぶ変換スリーブとを有し、変換スリーブのキャップ側の外径が、スリーブ側の外径よりも小さい態様とするのが好適である。
【0019】
本発明に係る半導体レーザモジュールでは、光ファイバコネクタによって決まるスリーブ径に関係なく、ステムベースやキャップを小さくすることができる。したがって、レーザを実装する部分周辺の寸法を小さくすることができるので、寄生容量や寄生インダクタンスを低減することができ、良好な高周波特性が得られやすくなる。
【0020】
また、サブマウント部材に、レーザダイオードの放射光を光ファイバに結合するための光ファイバ用案内溝が形成されており、案内溝は、光ファイバが、レーザダイオードに対してアライメントされる深さに調整されている態様とするのが好適である。
【0021】
本発明に係る半導体レーザモジュールでは、サブマウント部材に光ファイバが配置される案内溝が形成されており、この案内溝に光ファイバを配置することにより、光ファイバがレーザダイオードに対してアライメントされる。このため、光ファイバとレーザダイオードとの間に、レーザダイオードの放射光を集光するレンズを設ける必要が無くなり、部品点数の削減を図ることができる。さらには、半導体レーザモジュールの調芯も不要となる。
【0022】
また、本発明に係る半導体レーザ装置は、上記半導体レーザモジュールにおける正相入力用リードピンおよび逆相入力用リードピンに、駆動回路基板が電気的に接続され、ステムベースの裏面側に凹部が形成され、ステムに電気的に短絡されたケース用リードピンが凹部に取り付けられており、ステムベースの裏面側で、ケース用リードピンに駆動回路基板が当接している態様とすることができる。
【0023】
本発明に係る半導体レーザ装置においては、ステムベースの裏面側におけるケース用リードピンが取り付けられている位置に、凹部が形成されている。このため、たとえばケース用リードピンが溶接や半田付けによってステムブロックに取り付けられ、溶接や半田付けの際の「ばり」が残っていたとしても、ケース用リードピンに当接される駆動回路基板が「ばり」にぶつからないようにすることができる。したがって、駆動回路基板をステムベースの裏面部に近接または当接させることができるので、半導体レーザモジュールと駆動回路基板との接地電位を良好にとることができる。
【0024】
このとき、駆動回路基板がステムベースの裏面に当接している態様とするのがさらに好適である。駆動回路基板がステムベースの裏面に当接することにより、半導体レーザモジュールと駆動回路基板との接地電位をさらに良好にとることができる。
【0025】
さらに、駆動回路基板と、駆動回路基板と接続される外部基板とが、フレキシブル基板によって接続されているのが好適である。駆動回路基板と外部基板、たとえば大規模回路やLSIが搭載されたメイン基板とがフレキシブル基板で接続されることにより、両者の寸法公差をこのフレキシブル基板で吸収することができる。このため、駆動回路基板をステムベースの裏面に確実に密着させることができる。
【0026】
また、正相入力用リードピンおよび逆相入力用リードピンに、駆動回路基板が接続されており、駆動回路基板における駆動回路に、インピーダンス整合用終端抵抗が設けられているのが好適である。駆動回路基板における駆動回路にインピーダンス整合用終端抵抗が設けられていることにより、半導体レーザモジュールと駆動回路との間の多重反射を防止することができる。このため、高品質な光出力を得ることができる。
【0027】
他方、本発明に係る半導体レーザ装置は、上記半導体レーザモジュールと、光ファイバとを接続する接続コネクタにおける半導体レーザモジュール側が、光ファイバ側よりも小径に形成されているものである。
【0028】
本発明に係る半導体レーザ装置では、半導体レーザモジュールと光ファイバを接続する接続コネクタの半導体レーザモジュール側が、光ファイバ側よりも小径に形成されている。このため、半導体レーザモジュールの方が寄生容量や寄生インダクタンスが小さくなるので、良好な高周波特性を得やすくなる。
【0029】
このとき、レーザモジュールにおけるサブマウント部材に、レーザダイオードの照射光を受光する光ファイバが配置される案内溝が形成されており、案内溝は、光ファイバが、レーザダイオードに対してアライメントされる深さに調整されている態様とすることができる。
【0030】
本発明に係る半導体レーザ装置では、サブマウント部材に光ファイバが配置される案内溝が形成されており、この案内溝に光ファイバを配置することにより、光ファイバがレーザダイオードに対してアライメントされる。このため、光ファイバとレーザダイオードとの間に、レーザダイオードの照射光を集光するレンズを設ける必要が無くなり、部品点数の削減を図ることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【0032】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図、図2はその半導体レーザモジュールの要部斜視図、図3はその半導体レーザモジュールの正断面図である。
【0033】
図1〜図3に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール1は、ステム2を有している。ステム2は、たとえば鉄からなる金属製のステムベース3と、やはり金属製であるステムブロック4とを備えている。ステムブロック4は、ステムベース3の上面に載置して設けられている。この形態では、ステムベース3とステムブロック4とは別体に形成されているが、これらが一体に形成されている態様とすることもできる。
【0034】
ステムブロック4の正面には、たとえばAlNからなる本発明のサブマウント部材であるLD用サブマウント5が取り付けられており、LD用サブマウント5には、光半導体素子であるレーザダイオード6が設けられている。LD用サブマウント5は、正面視した形状がコ字形状、いわば門型をなしており、下方中央部に切欠き部5Aが形成され、切欠き部5Aの両側にそれぞれ左足部5Bおよび右足部5Cが形成されている。この切欠き部5Aによって、本発明における「フォトダイオードを配置する空間」が形成されている。LD用サブマウント5としては、AlNのほか、SiC、C−BN、またはダイヤモンドなどの高熱伝導性セラミックを好適に用いることができる。また、ステムブロック4を設ける代わりに、ステムベース一部分の厚みを大きくし、そのステムベース上に直接LD用サブマウント5を設ける態様とすることもできる。
【0035】
LD用サブマウント5の表面には、第1伝送線路7および第2伝送線路8が形成されている。伝送線路7,8としては、たとえばマイクロストリップラインを好適に用いることができる。第1伝送線路7は、たとえばAuからなり、LD用サブマウント5における左足部5Bからレーザダイオード6が設けられている上部中央位置まで延在し、その一端部がレーザダイオード6のカソードに直接接続されている。また、第2伝送線路8は、やはりたとえばAuからなり、LD用サブマウント5における右足部5Cからレーザダイオード6が設けられている上部位置の近傍まで延在し、その一端部がビア10を介してステムブロック4に終端されている。また、レーザダイオードのアノードは、ボンディングワイヤ9およびビア10を介して同じくステムブロック4に終端されている。なお、第1伝送線路7がアノードに接続され、レーザダイオードのカソードがステムブロック4に接続される態様とすることもできる。
【0036】
LD用サブマウント5に取り付けられるレーザダイオード6としては、たとえばInGaAsP/InPから構成される多重量子井戸構造のファブリペロー型レーザダイオードやDFB型レーザダイオードを適用することができる。
【0037】
LD用サブマウント5の下方におけるステムベース3の上面には、PD用サブマウント11が載置されて固定されている。PD用サブマウント11の上面には、たとえば面受光型のフォトダイオード12がモニター用受光素子として載置されて固定されている。PD用サブマウント11は、LD用サブマウント5における切欠き部5Aに入り込む形で配置されており、LD用サブマウント5の両側にLD用サブマウント5の左足部5Bおよび右足部5Cがそれぞれ配置される。これらの左足部5B、右足部5Cにはそれぞれ第1伝送線路7および第2伝送線路8が形成されている。このため、伝送線路7,8は、いずれもステムベース3の近傍位置まで延在されている。フォトダイオード12は、その受光面がレーザダイオード6の方向を向いて配置されており、レーザダイオード6の出射光を受光している。
【0038】
さらに、ステムベース3には、複数、本実施形態では4個の貫通孔13が形成されている。これらの貫通孔13には、それぞれリードピン14が貫通した状態で挿入されている。また、貫通孔13は、それぞれガラス封止部15によって封止されている。これらのリードピン14のうち、本発明のデータ正相入力ピンである第1リードピン14Aの上端部がLD用サブマウント5の左足部5Bに形成された第1伝送線路7の端部に接続されている。さらに、本発明のデータ逆相入力ピンである第2リードピン14Bの上端部がLD用サブマウント5の右足部5Cに形成された第2伝送線路8の端部に接続されている。これらの第1リードピン14Aおよび第2リードピン14Bには、図示しない差動出力型の駆動回路が接続されている。
【0039】
また、フォトダイオード12には、フォトダイオード12に電流を供給する第3リードピン14Cが接続されており、ステムベース3の裏面側には、ステム2に電気的に短絡された本発明のケース用リードピンである第4リードピン14Dが接続されている。ステム2は、接地電位にされており、レーザダイオード6のアノードは、ボンディングワイヤ9およびビア10を介して接地電位に接続されている。
【0040】
一端部にレーザダイオード6が接続され、他端部に第1リードピン14Aが接続された第1伝送線路7におけるレーザダイオード6と第1リードピン14Aの間には、薄膜抵抗からなる第1抵抗素子16が配置されている。また、一端部にビア10を介して接地電位に接続され、他端部に第2リードピンが接続された第2伝送線路8におけるビアと第2リードピン14Bの間には、薄膜抵抗からなる第2抵抗素子17が配置されている。
【0041】
さらに、ステム2のステムベース3における上面側には、キャップ18が被せらており、ステムベース3に載置されたレーザダイオード6、フォトダイオード12、LD用サブマウント5、PD用サブマウント11等は、キャップ18の内部に収容されてパッケージが形成されている。また、キャップ18の上部中央には、レーザダイオード6の出射光を集光するレンズ19が設けられている。こうして、半導体レーザモジュール1は、いわゆるTO−CAN型の半導体レーザモジュールとして構成されている。
【0042】
以上の構成を有する本実施形態に係る半導体レーザモジュール1においては、下方に切欠き部5Aが形成されたコ字形状のLD用サブマウント5が用いられている。この切欠き部5Aが形成されていることにより、LD用サブマウント5の下方にPD用サブマウント11およびフォトダイオード12の実装スペースを確保することができる。また、フォトダイオード12の側方には、LD用サブマウント5の左足部5Bおよび右足部5Cがそれぞれ配置されている。これらの左足部5Bおよび右足部5Cにそれぞれ伝送線路7,8が形成されていることにより、第1,第2リードピン14A,14Bからの電気信号をレーザダイオード6の近傍にまで伝送線路7,8で供給することができる。したがって、ボンディングワイヤを用いる場合と比較すると、寄生インダクタンスを非常に小さくすることができる。
【0043】
また、図4は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの等価回路を示す回路図である。図4に示すように、半導体レーザモジュール1では、データ正相信号が供給される第1リードピン14Aがレーザダイオード6のカソードに接続され、データ逆相信号が供給される第2リードピン14Bが接地電位に接続されている。第1,第2リードピン14A,14Bから高周波電流によってデータ正相信号とデータ逆相信号を供給することにより、接地電位では両者がキャンセルされる。したがって、接地電位が安定し、放射ノイズを低減させることができる。しかも、良好な高周波特性を発揮することができる
【0044】
さらに、本実施形態に係る半導体レーザモジュール1では、伝送線路7,8にそれぞれ抵抗素子16,17が設けられていることから、それらの抵抗素子16,17による抵抗がダンピング抵抗として働く。その結果、レーザダイオード6と伝送線路7,8とのインピーダンスの不整合を緩和することができる。
【0045】
ここで、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの高周波特性を示す。図5(a)は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフ、(b)は、図17に示す従来の半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフである。図5(b)に示すように、図17に示す従来の半導体レーザモジュールでは、低周波領域から1GHz程度までは平坦な通過特性を示している。ところが、2GHz近傍で2dB程度の大き目のピークが見られた。これに対して、図5(a)に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュールでは、低周波領域から2GHzまでの範囲にわたって、平坦な通過特性を示している。しかも、3GHz〜4GHzの範囲で、1dB程度のピークが生じる程度であり、良好な高周波特性を発揮するものであった。
【0046】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0047】
図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図、図7は、第2の実施形態に係る半導体レーザモジュールの等価回路の回路図である。図6および図7に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール20は、上記第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールと比較して、ビア10が形成されていない点において異なる。第1伝送線路7は、レーザダイオードのカソードに直接接続されており、第2伝送線路8はボンディングワイヤ9を介してレーザダイオードにアノードに接続されている。そして、第1リードピン14Aおよび第2リードピン14Bには、図示しない差動出力型の駆動回路が接続されている。その他の点については、上記第1の実施形態と同様の構成を有している。
【0048】
以上の構成を有する本実施形態に係る半導体レーザモジュール20においては、第1リードピン14Aおよび第2リードピン14Bに差動駆動型の駆動回路が接続されている。このため、レーザダイオード6は、差動駆動される。また、ビア10が形成されていないことから、第1伝送線路7および第2伝送線路8のいずれも接地電位となることはない。接地電位に接続されているパッケージには、高周波電流がほとんど流れないことから、パッケージにより良好な電磁シールドの効果を得ることができる。
【0049】
図8は、本実施形態に係る半導体レーザダイオードの高周波特性を示すグラフである。図8に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュールでは、上記第1の実施形態と同様に、低周波領域から2GHzまでの範囲にわたって、平坦な通過特性を示している。3GHz〜4GHzの範囲で、1dB程度のピークが生じる程度であり、本実施形態に係る半導体レーザモジュールにおいても、良好な高周波特性を発揮するものであった。
【0050】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
【0051】
図9は、本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザモジュールを備える半導体レーザ装置の正断面図である。図9に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置30では、半導体レーザモジュール1Aにおけるステムベース3の裏面側に配置された駆動回路基板31が取り付けられている。駆動回路基板31は、レーザダイオード6を駆動するための駆動回路32を有しており、リードピン14A,14B(図2)に電気的に接続されている。また、駆動回路基板31は、第4リードピン14Dの側面に当接しているとともに、ステムベース3の裏面側にも当接しており、ステムベース3および第4リードピン14Dは駆動回路基板31の接地電位に接続される。ステムベース3の裏面側における第4リードピン14Dが配置されている位置に、凹部33が形成されている。第4リードピン14Dは、たとえば溶接または銀ロウなどの半田によってステムベース3の裏面側に取り付けられており、取り付け部にはばり14Eが残存している。半導体レーザモジュール1Aにおけるその他の点については、上記第1の実施形態で示した半導体レーザモジュール1と同様の構成を有している。
【0052】
以上の構成を有する本実施形態に係る半導体レーザ装置30においては、ステムベース3の裏面に凹部33が形成されており、この凹部33が形成された位置に第4リードピン14Dが設けられている。このため、第4リードピン14Dを溶接する際に発生するばり14Eは凹部33の内側に収容されるので、第4リードピン14Dに当接した状態で駆動回路基板31を設けた際に、ステムベース3と駆動回路基板31との間にばり14Eが入り込まないようにすることができる。したがって、隙間が生じないようにすることができるので、駆動回路基板31をステムベース3の裏面に密着させることができ、駆動回路基板31とレーザダイオード6との接地電位を良好に取ることができる。その結果、良好な高周波特性を得ることができるとともに、放射ノイズの低減を図ることができる。
【0053】
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
【0054】
図10(a)、(b)は、いずれも本発明の第4の実施形態に係る半導体レーザ装置の正断面図である。図10(a)に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置40は、上記第3の実施形態と同様の半導体レーザ装置30と同様、駆動回路基板31を有している。この駆動回路基板31には、図示しないメイン基板と接続するためのフレキシブル基板34が設けられている。メイン基板には、大規模回路や制御回路などが設けられている。フレキシブル基板34は、その名の通りフレキシブルな基板であり、駆動回路基板31とメイン基板とを接続するとともに、その間の距離を調整することができるようになっている。また、キャップ18には、光ファイバコネクタと接続するためのスリーブ41が取り付けられている。この半導体レーザ装置40では、半導体レーザモジュールその他の点については、上記第3の実施形態と同一である。
【0055】
この種の半導体レーザ装置では、光出力を効率よく光ファイバに結合させるために、製造時に調芯を行っているので、調芯距離Lがばらつき、寸法公差が大きくなる。従来は、この寸法公差をリードピンと駆動回路基板の半田付け部で吸収していたために、両者の接地電位を良好に取るのが困難であった。この点、本実施形態に係る半導体レーザ装置40では、フレキシブル基板34によって駆動回路基板31とメイン基板とを接続している。したがって、寸法公差の吸収をフレキシブル基板34で行うことができる。たとえば、図10(a)に示すように、調芯距離L1が長い場合には、フレキシブル基板34を折り曲げて短くし、図10(b)に示すように、調芯距離L2が短い場合には、フレキシブル基板34を広げて長くする。このようにして、フレキシブル基板34で寸法公差を吸収することができるので、レーザダイオード6の駆動回路基板31をステムベース3の裏面に密着させることができる。したがって、駆動回路基板31とステムベース3の接地電位を良好に取ることができ、その結果、良好な高周波特性を得るとともに、放射ノイズを低減することができる。
【0056】
また、上記各実施形態で用いた半導体レーザ装置における駆動回路基板31に設けられた駆動回路32には、図11に示すように、その出力部に終端抵抗35,36が設けられている。また、駆動回路32には差動出力部37および増幅部38が設けられている。このような終端抵抗35,36を設けることにより、半導体レーザモジュールと駆動回路32との間の多重反射を防ぐことができ、その結果、高品質な光出力を得ることができる。
【0057】
ここで設ける終端抵抗の抵抗値は、伝送路のインピーダンスに整合させるか、その前後のインピーダンスとするのが好適となる。具体的に、伝送路のインピーダンスが20Ωである駆動回路基板において、それぞれ終端抵抗の抵抗値を設定して、その高周波特性をシミュレーションした。設定した抵抗値は、25Ω、50Ω、100Ωである。また、終端抵抗を設けない例についてもシミュレーションを行った。その結果を図12に示す。
【0058】
図12からわかるように、駆動回路出力部に終端抵抗を入れることにより、レーザダイオード6と駆動回路32との間の反射による通過特性のピークを低減することができる。なお、抵抗値としては、20Ω〜100Ωの範囲で実用上問題ない。ここで、抵抗値を20Ωとすると、伝送路のインピーダンスとマッチングするが、ドライブ電流のロスが大きくなるので、20Ω〜100Ωの範囲程度とするのが好適である。
【0059】
また、駆動回路32の出力部に終端抵抗を設けた場合と、設けない場合とについて、それぞれ光出力波形を実測した。その結果を図13に示す。図13(a)は、駆動回路32の出力部に50Ωの終端抵抗を設けた例であり、(b)は終端抵抗を設けなかった例である。図13からわかるように、終端抵抗を設けた例では、安定した光出力波形を得ることができたが、終端抵抗を設けなかった例では、光出力波形が不安定なものとなった。このことから、終端抵抗を設けた方が、安定した光出力を得やすいことがわかる。
【0060】
続いて、本発明の第5の実施形態について説明する。
【0061】
図14は、本発明の第5の実施形態に係る半導体レーザモジュールの部分正断面図である。図14に示すように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール50は、光ファイバコネクタと接続するためのスリーブ52を備えており、スリーブ52とキャップ18との間には、両者をつなぐための変換スリーブ51が設けられている。その他の点については上記第1の実施形態に示す半導体レーザモジュール1と同様の構成を有している。変換スリーブ51は、半導体レーザモジュール50のキャップ18に嵌合する孔部が下側に形成されているとともに、上側にはスリーブ52が取り付けられている。変換スリーブ51は、キャップ側の径L3が、スリーブ側の径L4よりも小径に形成されている。具体的に、変換スリーブ51におけるキャップ側の径L3は、たとえば3.8cmであり、スリーブ側の径L4は、たとえば6.0cmである。また、変換スリーブ51の胴部は、光ファイバ側から半導体レーザモジュール側に縮径するテーパ状に形成されている。
【0062】
以上の構成を有する本実施形態に係る半導体レーザモジュール50においては、変換スリーブ51のキャップ側が、スリーブ側よりも小径に形成されている。このため、光ファイバコネクタに対して、小型のキャップやステムを用いることができる。レーザ実装部の周辺は小型である方が寄生インダクタンスを小さくできるので、良好な高周波特性を得ることができる。また、変換スリーブ51の胴部がテーパ状に形成されている。このため、変換スリーブ51とキャップ18をYAG溶接して取り付ける際に、変換スリーブ51の胴部が邪魔にならないようにすることができる。
【0063】
ここで、本実施形態に示す変換スリーブの効果について行った実験の結果について説明する。図15(a)に、比較例として、スリーブ側の径とキャップ側の径が同一である半導体レーザモジュールの光出力の波形を示し、(b)に、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの光出力の波形を示す。図15からわかるように、本実施形態に係る半導体レーザモジュールでは、比較例に係る半導体レーザモジュールよりも立ち上がりが早い結果となった。これは、半導体レーザモジュールを小型化したことによる高周波特性の向上によるものと考えられる。このように、本実施形態に係る半導体レーザモジュールを用いることにより、良好な高周波特性を得ることができる。
【0064】
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。
【0065】
図16は、本発明の第6の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図である。本実施形態に係る半導体レーザモジュール60では、上記第1の実施形態に係るステムブロック4よりも背の高いステムブロック61を用いている。このステムブロック4に、中央下部が切り欠かれたLD用サブマウント62が取り付けられており、LD用サブマウント62の切欠き部の下方位置に、PD用サブマウント11およびフォトダイオード12が設けられている。また、LD用サブマウント62におけるフォトダイオード12の上方位置に、レーザダイオード6が取り付けられている。
【0066】
また、LD用サブマウント62におけるレーザダイオード6の上方位置には、本発明の案内溝である小V字溝63が形成されており、この小V字溝63に光ファイバFが配置されている。この小V字溝63は、レーザダイオード6に対してアライメントされる深さに調整されている。また、小V字溝63の延長線上には、大V字溝64が形成されている。大V字溝64は、小V字溝63よりも深く形成されており、この大V字溝64の光ファイバFを保護するチューブTが配置される。その他の点については、上記第1の実施形態と同様の構成を有している。
【0067】
以上の構成を有する本実施形態に係る半導体レーザモジュール60においては、光ファイバFを載置する小V字溝63が形成されている。このため、光ファイバFと半導体レーザモジュール60とを容易に接続することができる。また、小V字溝63に光ファイバFを配置するだけでレーザダイオード6に対するアライメントがなされるので、レンズを設けて調芯する必要がなくなる。
【0068】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記図6に示す第2の実施形態においては第1伝送線路7がレーザダイオード6のカソードに、第2伝送線路8がアノードに接続されているが、第1伝送線路7がレーザダイオード6のアノードに、第2伝送線路8がカソードに接続される態様とすることができる。
【0069】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、寄生インダクタンスが小さく、高周波特性に優れる半導体レーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図である。
【図2】第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの要部斜視図である。
【図3】第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの正断面図である。
【図4】第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの等価回路である。
【図5】(a)は、第1の実施形態に係る半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフ、(b)は従来の半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフである。
【図6】第2の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図である。
【図7】第2の実施形態に係る半導体レーザモジュールの等価回路である。
【図8】第2の実施形態に係る半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフである。
【図9】本発明の第3の実施形態に係る半導体レーザモジュールを備える半導体レーザ装置の正断面図である。
【図10】(a)、(b)とも、本発明の第4の実施形態に係る半導体レーザ装置の正断面図である。
【図11】半導体レーザモジュールに取り付けられる駆動回路の回路図である。
【図12】駆動回路に終端抵抗を設けた場合の半導体レーザモジュールの高周波特性を示すグラフである。
【図13】(a)は、駆動回路に終端抵抗を設けた場合の光出力波形、(b)は、駆動回路に終端抵抗を設けない場合の光出力波形である。
【図14】本発明の第5の実施形態に係る半導体レーザモジュールの部分正断面図である。
【図15】(a)は、比較例に係る半導体レーザモジュールの光出力波形、(b)は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの光出力波形である。
【図16】本発明の第6の実施形態に係る半導体レーザモジュールの側断面図である。
【図17】従来の半導体レーザモジュールの斜視図である。
【符号の説明】
1,1A,20,50,60…半導体レーザモジュール、30,40…半導体レーザ装置、2…ステム、3…ステムベース、4,61…ステムブロック、5,62…LD用サブマウント、5A…切欠き部、5B…左足部、5C…右足部、6…レーザダイオード、7…第1伝送線路、8…第2伝送線路、9…ボンディングワイヤ、10…ビア、11…PD用サブマウント、12…フォトダイオード、13…貫通孔、14A…第1リードピン、14B…第2リードピン、14C…第3リードピン、14D…第4リードピン、15…ガラス封止部、16…第1抵抗素子、17…第2抵抗素子、18…キャップ、19…レンズ、31…駆動回路基板、32…駆動回路、33…凹部、34…フレキシブル基板、35,36…終端抵抗、37…差動出力部、38…増幅部、51…変換スリーブ、41,52…スリーブ、63…小V字溝、64…大V字溝、F…光ファイバ、T…チューブ。
Claims (11)
- ステムベースと、
前記ステムベース上に取り付けられたサブマウント部材と、
前記サブマウント部材に取り付けられたレーザダイオードと、
前記レーザダイオードよりも前記ステムベース側に配置されたフォトダイオードと、
前記ステムベースを貫通して取り付けられ、前記レーザダイオードに対して正相電流を供給する正相入力用リードピンと、
前記ステムベースを貫通して取り付けられ、前記レーザダイオードに対して逆相電流を供給する逆相入力用リードピンと、
を備え、
前記サブマウント部材における前記ステムベース側には、前記フォトダイオードを配置する空間が形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - ステムベースとステムブロックからなるステムと、
前記ステムブロック上に取り付けられたサブマウント部材と、
前記サブマウント部材に取り付けられたレーザダイオードと、
前記レーザダイオードよりも前記ステムベース側に配置されたフォトダイオードと、
前記ステムベースを貫通して取り付けられ、前記レーザダイオードに対して正相電流を供給する正相入力用リードピンと、
前記ステムベースを貫通して取り付けられ、前記レーザダイオードに対して逆相電流を供給する逆相入力用リードピンと、
を備え、
前記サブマウント部材における前記ステムベース側には、前記フォトダイオードを配置する空間が形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記サブマウント部材に形成され、前記正相入力用リードピンと前記レーザダイオードとを接続する第1伝送線路と、
前記サブマウント部材に形成され、前記逆相入力用リードピンと、前記レーザダイオードとを接続する第2伝送線路と、
を備える請求項2に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記第1伝送線路における前記正相入力用リードピンと前記レーザダイオードとの間、および前記第2伝送線路における前記逆相入力用リードピンと前記レーザダイオードとの間の少なくとも一方に、抵抗素子が設けられている請求項3に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記サブマウント部材にビアが形成され、
前記第1伝送線路は、前記レーザダイオードのカソードおよびアノードの一方と接続され、
前記レーザダイオードのカソードおよびアノードの他方は、ボンディングワイヤおよび前記ビアを介してステムブロックに接続され、
前記第2伝送線路は、前記ビアを介して前記ステムブロックに接続されている請求項3または請求項4に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記ステムベース上に配置されたキャップと、外部の光学的結合を可能とするスリーブと、前記キャップと前記スリーブとの間を結ぶ変換スリーブとを有し、
前記変換スリーブのキャップ側の外径が、前記スリーブ側の外径よりも小さい請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記サブマウント部材に、前記レーザダイオードの放射光を光ファイバに結合するための光ファイバ用案内溝が形成されており、
前記案内溝は、前記光ファイバが、前記レーザダイオードに対してアライメントされる深さに調整されている請求項1〜請求項6のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザモジュール。 - 請求項1〜請求項7のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザモジュールにおける前記正相入力用リードピンおよび前記逆相入力用リードピンに、駆動回路基板が電気的に接続され、
前記ステムベースの裏面側に凹部が形成され、前記ステムに電気的に短絡されたケース用リードピンが前記凹部に取り付けられており、
前記ステムベースの裏面側で、前記ケース用リードピンに前記駆動回路基板が当接している半導体レーザ装置。 - 前記駆動回路基板が前記ステムベースの裏面に当接している請求項8に記載の半導体レーザ装置。
- 前記駆動回路基板と、前記駆動回路基板と接続される外部基板とが、フレキシブル基板によって接続されている請求項8または請求項9に記載の半導体レーザ装置。
- 請求項1〜請求項7のうちのいずれか1項に記載の半導体レーザモジュールにおける前記正相入力用リードピンおよび前記逆相入力用リードピンに、駆動回路基板が接続されており、
前記駆動回路基板における駆動回路に、インピーダンス整合用終端抵抗が設けられている半導体レーザ装置。
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