JP2004152875A

JP2004152875A - 半導体レーザモジュール

Info

Publication number: JP2004152875A
Application number: JP2002314620A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kurihara; 佑介栗原; Akihiro Ito; 彰浩伊藤; Kazumasa Mukohara; 一誠向原; Junichi Shimizu; 淳一清水
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US20040086010A1; EP1416596A1; CA2447242A1; CN1499682A

Abstract

【課題】少ない工程で、且つ安定した品質の半導体レーザモジュールを製造すると共に、小型化を可能にした半導体レーザモジュールを提供する。
【解決手段】基板３に段差５を形成し、段差５の上側の第１の面６に半導体レーザ素子１を配設すると共に、段差５の下側の第２の面７にモニタ用フォトダイオード２を配設し、モニタ用フォトダイオード２の受光面２ａが、第２の面７に対し平行になるように実装し、且つ、半導体レーザ素子１及びモニタ用フォトダイオード２が樹脂で覆われていないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【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に関わり、特に、光トランシーバモジュールに搭載される半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、６は、従来の半導体レーザモジュールを示す図であり、図５に示すものは、例えば、特許文献１に示すものである。
図５に示すものは、基板上１３に、半導体レーザ素子１１とモニタ用フォトダイオード１２とを組み付け、半導体レーザ素子１１とモニタ用フォトダイオード１２とを透明樹脂１５で覆うように構成したものである。
このように構成した半導体レーザモジュールの場合、後方出力光１４を透明樹脂１５と空気との界面１６で反射させて、モニタ用フォトダイオード１２に入射させる構成であるため、モニター電流値が、樹脂１５の形状に大きく依存してしまい、しかも、樹脂１５の形状を一定に加工するのが難しく、このため、安定した品質の半導体レーザモジュールを歩留まりよく製造することが出来なかった。
図６は、半導体レーザ素子１１の後方出力光１４をチップキャリア１７に取り付けたモニタ用フォトダイオード１２に直接入射させるように構成した他の従来例を示す図である。
この構成の場合、モニタ用フォトダイオード１２は、チップキャリア１７に搭載されているため、工程数が多く、また、部品点数も多くなるという欠点があった。又、受光面での反射光の影響を低減するため、後方出力に対して数度傾ける必要があり、モニタ用フォトダイオード１２を実装するのに大きな労力を要し、歩留まりも悪かった。更に、モジュールパッケージの高さが、チップキャリア１７の高さで決まってしまうことが多く、パッケージの小型化を図る上で障害となっていた。
【０００３】
【特許文献】
特開２０００−２６９５８４号公報（第４頁、図１）
又、ドライバ内蔵の半導体レーザモジュールにおいて、いかに大きなモニター電流を確保し、いかに外部から入力した高周波電気信号を半導体レーザ素子に伝送するかが、ポイントになっている。しかしながら、半導体レーザ素子とモニタ用フォトダイオードと半導体レーザ素子用のレーザドライバを、基板の同一平面上に搭載した場合、前記の部材の寸法に起因して、半導体レーザとモニタ用フォトダイオード間距離が長いために十分なモニター電流が確保できないか、もしくは、半導体レーザ素子と半導体レーザ素子用のレーザドライバ間のボンディング距離が長いために十分な高周波電気特性が半導体レーザに伝送されず、十分な光変調特性を得られないという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、特に、少ない工程で、且つ安定した品質の半導体レーザモジュールを製造することができ、しかも、小型化を可能にした新規な半導体レーザモジュールを提供するものである。
更に、本発明の他の目的は、十分なモニター電流を確保すると共に、光変調特性の良い新規な半導体レーザモジュールを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
即ち、本発明に係わる第１の半導体レーザモジュールの第１態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子及び前記モニタ用フォトダイオードが樹脂で覆われていないことを特徴とするものであり、
又、第２態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子と前記モニタ用フォトダイオード間の光路が、空気で満たされている光路であることを特徴とするものであり、
又、第３態様は、
前記基板がＳｉであることを特徴とするものである。
【０００６】
又、本発明に係わる第２の半導体レーザモジュールの第１態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを前記第２の面上に設けたことを特徴とするものであり、
又、第２態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを前記第１の面上に設けたことを特徴とするものであり、
又、第３態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第１の面と第２の面とで挟まれる位置に第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とするものであり、
又、第４態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に第１の段差を形成し、前記第１の段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記第１の段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第１の面上に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とするものであり、
又、第５態様は、
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に第１の段差を形成し、前記第１の段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記第１の段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第２の面の下側に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とするものであり、
又、第６態様は、
前記半導体レーザ素子及び前記モニタ用フォトダイオードが樹脂で覆われていないことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、半導体レーザ１用のモニタ用フォトダイオード２とを基板３上に搭載したモジュールに関するものである。
本発明は、モニタ用フォトダイオード２の受光面２ａが、半導体レーザ１およびモニタ用フォトダイオード２が搭載されている基板３の主面に対して平行になるように実装し、且つ、基板３には半導体レーザ１の発光点の高さとモニタ用フォトダイオード２の受光面高さとの差が好適になるような段差５を形成し、しかも、好適な半導体レーザ１―モニタ用フォトダイオード２間距離を有する構造にすることで、半導体レーザ１の後方出力光４をモニタ用フォトダイオード２に直接入力させて、十分なモニター電流を確保出来るようにしたものである。
【０００８】
【実施例】
以下に、本発明に係わる半導体レーザモジュールの実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
（第１の具体例）
図１乃至図３は、本発明の第１の具体例を示す図である。
図１は、第１の具体例の半導体レーザモジュールを示す図であり、この図には、
基板３上に半導体レーザ素子１とこの半導体レーザ素子１用のモニタ用フォトダイオード２とが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板３に段差５を形成し、前記段差５の上側の第１の面６に前記半導体レーザ素子１を配設すると共に、前記段差５の下側の第２の面７に前記モニタ用フォトダイオード２を配設し、前記モニタ用フォトダイオード２の受光面２ａが、前記第２の面７に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子１及び前記モニタ用フォトダイオード２が樹脂で覆われていなく、又、前記半導体レーザ素子１と前記モニタ用フォトダイオード２間の光路が、空気で満たされている光路であることを特徴とする半導体レーザモジュールが示されている。
【００１０】
以下に、本発明の第１の具体例の半導体レーザモジュールを更に詳細に説明する。
図１において、半導体レーザ１及びモニタ用フォトダイオード２は、段差５を有した基板３上に平面実装してある。この基板３には、半導体レーザ１の発光点高さＨ_１がモニタ用フォトダイオード２の受光面高さＨ_２よりも高くなるように、且つ、両者の高さ方向の差がモニター電流最大となるように好適な段差を設けている。また、半導体レーザ１とモニタ用フォトダイオード２との距離が、図１中のｚ軸方向に好適な間隔となるように実装する。
段差５は、基板３に例えば単結晶Ｓｉ（面方位（１００））を用い、異方性エッチングすることで、段差５を精度良く形成することが出来る。この構成により半導体レーザ１の後方出力光４を直接モニタ用フォトダイオード２で受光することができ、且つ、十分なモニター電流を確保することが出来る。
このように構成した半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ１を発光させた時、前方出力は図１左側へ出射され、図示しないレンズ等を通って光ファイバへ結合させる。一方、後方出力光４は、直接モニタ用フォトダイオード２の受光面２ａに入射させる。
【００１１】
図２は、本発明の半導体レーザモジュールの特性を測定するための構成を示す図、図３は、測定結果を示す図である。
図２に示すような装置を用い、半導体レーザ１の後方出力光をモニタ用フォトダイオード２に入射させ、モニタ用フォトダイオード２に流れる電流のモニタ用フォトダイオード位置（ｙ方向、ｚ方向）に対する依存性を測定した。
【００１２】
一例として、半導体レーザにＩ＝５０（ｍＡ）、モニタ用フォトダイオードに５（Ｖ）印加したときの、ｚ＝２００（μｍ）時のモニター電流のモニタ用フォトダイオード２の位置依存性（ｙ方向）を図３に示す。本測定条件においては、ｙ＝１２０（μｍ）で最大電流≒２１０（μＡ）が得られ、モニタ用として十分な電流を確保出来ることが分かる。なお、以上は測定の一例であり、モニター電流のモニタ用フォトダイオード位置依存性は、半導体レーザ放射角およびモニタ用フォトダイオードの受光面位置に依存するためこの値が全てではない。
上記説明では、面方位が（１００）のＳｉ単結晶基板を用いたが、基板３は必ずしも面方位が（１００）のＳｉ単結晶である必要はない。又、基板３は必ずしもシリコン基板でなくても良い。
更に、基板３は、必ずしも１体の基板からなる必要はなく、例えば、半導体レーザ１およびモニタ用フォトダイオード２を実装する基板が別の基板に分かれていても良い。
【００１３】
（第２の具体例）
図４は本発明の第２の具体例を示す図である。
図４に示すように、第２の具体例の半導体レーザモジュールでは、基板３の第１の面６に半導体レーザ１を設け、第２の面７にモニタ用フォトダイオード２と、半導体レーザ素子１用のレーザドライバ８を組み付けている。基板３に設けた段差５は、半導体レーザ１の発光点高さ、モニタ用フォトダイオード２の受光面位置、半導体レーザ素子１のボンディング位置及びレーザドライバ８のボンディング位置を考慮して、十分なモニター電流が確保でき、しかも、ボンディングワイヤ１０の長さができるだけ短くなるように、設計されている。また、レーザドライバ８のｚ方向位置についても、できる限り半導体レーザ１に近くなるように、配置されている。
このように構成した第２の具体例の半導体レーザモジュールでは、外部から高周波電気信号をレーザドライバ８に入力し、レーザドライバ８から出力された高周波電気信号をボンディングワイヤ１０を介して半導体レーザ１に入力する。この場合も、第１の具体例と同様に、モニタ用フォトダイオード２の受光面位置が、最適に設定されているので、十分なモニター電流を確保できる。
又、ボンディングワイヤ１０の長さができるだけ短くなるように考慮されているので、半導体レーザ素子１に入力される高周波電気信号の特性がよいため、光変調特性が良い。
【００１４】
なお、第２の具体例においても、半導体レーザ１、モニタ用フォトダイオード２、レーザドライバ８を同一の基板上に組み付けるのでなく、別の基板、又はそれぞれの基板上に設けるように構成しても良い。
又、レーザドライバ８とモニタ用フォトダイオード２とは、必ずしも同一の平面上になくてもよい。
又、半導体レーザ１及びレーザドライバ８のボンディング位置は、必ずしも図６に示したようでなくても良い。即ち、半導体レーザ１上部にボンディングパッドを設けても良いし、又、レーザドライバ８の下部にボンディングパッドを設けても良い。
更に、レーザドライバ８の位置は、図６の限りでなく、ｘ方向やｚ方向にずらして実装しても良い。
【００１５】
又、半導体レーザ素子用のレーザドライバ８を第１の面６上に設けるように構成してもよい。
【００１６】
又、前記第１の面６と第２の面７とで挟まれる位置に第３の面を設け、この第３の面上に半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けるように構成してもよい。
【００１７】
更に、基板３に第１の段差５を形成し、第１の段差５の上側の第１の面６に前記半導体レーザ素子１を配設すると共に、第１の段差５の下側の第２の面７にモニタ用フォトダイオード２を配設し、モニタ用フォトダイオード２の受光面が、第２の面７に対し平行になるように実装し、且つ、第１の面６上に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバ８を組み付けるように構成してもよい。
【００１８】
同様に、基板３に第１の段差５を形成し、第１の段差５の上側の第１の面６に前記半導体レーザ素子１を配設すると共に、第１の段差５の下側の第２の面７にモニタ用フォトダイオード２を配設し、モニタ用フォトダイオード２の受光面が、第２の面７に対し平行になるように実装し、且つ、第２の面７の下側に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に半導体レーザ素子用のレーザドライバ８を組み付けるように構成してもよい。
【００１９】
ただし、何れの場合においても、半導体レーザ１の発光点高さ、モニタ用フォトダイオード２の受光面位置、半導体レーザ１のボンディング位置、及びレーザドライバ８のボンディング位置を考慮して、十分なモニター電流が確保でき、しかも、ボンディングワイヤ１０の長さができるだけ短くなるように、設計されている必要がある。
【００２０】
勿論、この具体例においても、半導体レーザ素子及びモニタ用フォトダイオードが樹脂で覆われていないことが望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体レーザモジュールは、半導体レーザおよびモニタ用フォトダイオードを樹脂等で覆うことなく、空気に晒されるように構成したので、以下のような効果を奏する。
【００２２】
即ち、従来のように樹脂を用いない構造であり、又、チップキャリアを用いない構造であるため、部品点数を減らすことができ、その結果、低コスト化が図れた。
又、本発明の場合、モニタ用フォトダイオードを基板上に置くだけで実装でき、しかも、所定の性能が得られる構成であるから、工程が非常に簡単になり、低コスト化が可能になり、歩留まりも向上した。
【００２３】
又、半導体レーザの発光点位置、モニタ用フォトダイオードの受光面位置を最適化しているので、十分なモニター電流を確保できる。
更に、ボンディングワイヤの長さもできるだけ短くなるように考慮されているので、半導体レーザ素子に入力される高周波電気信号の特性がよいため、光変調特性が良い。従って、高周波特性が良く、しかも小型化が可能な半導体レーザモジュールの提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体レーザモジュールの第１の具体例の構成を示す図である。
【図２】本発明の半導体レーザモジュールの特性を測定するための構成を示す図である。
【図３】測定結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の具体例の構成を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図６】他の従来の構成を示す図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ素子
２モニタ用フォトダイオード
２ａモニタ用フォトダイオードの受光面
３基板
４後方出力光
５段差
６段差の上の面（第１の面）
７段差の下の面（第２の面）
８レーザドライバ
１０ボンディングワイヤ

Claims

基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子及び前記モニタ用フォトダイオードが樹脂で覆われていないことを特徴とする半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子と前記モニタ用フォトダイオード間の光路が、空気で満たされている光路であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
前記基板がＳｉであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを前記第２の面上に設けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを前記第１の面上に設けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に段差を形成し、前記段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第１の面と第２の面とで挟まれる位置に第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に第１の段差を形成し、前記第１の段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記第１の段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第１の面上に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
基板上に半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子用のモニタ用フォトダイオードと前記半導体レーザ素子用のレーザドライバとが設けられている半導体レーザモジュールにおいて、
前記基板に第１の段差を形成し、前記第１の段差の上側の第１の面に前記半導体レーザ素子を配設すると共に、前記第１の段差の下側の第２の面に前記モニタ用フォトダイオードを配設し、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記第２の面に対し平行になるように実装し、且つ、前記第２の面の下側に第２の段差を介して第３の面を設け、この第３の面上に前記半導体レーザ素子用のレーザドライバを組み付けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
前記半導体レーザ素子及び前記モニタ用フォトダイオードが樹脂で覆われていないことを特徴とする請求項４〜８の何れかに記載の半導体レーザモジュール。