JP7082418B2 - Semiconductor laser equipment - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザー装置の技術に関する。 The present invention relates to a technique for a semiconductor laser device.

半導体レーザー装置は、半導体レーザーを駆動する駆動回路を外部に別途有することを前提としている(特許文献1)。 The semiconductor laser device is premised on having a separate drive circuit for driving the semiconductor laser (Patent Document 1).

特開2005-150684JP 2005-150684

本発明の目的は、装置を大きくすることなく半導体レーザーを駆動する駆動回路を内部に一体化して備えた半導体レーザー装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device including a drive circuit for driving a semiconductor laser in an integrated manner without enlarging the device.

前記課題を解決するために、レーザーを出力する出力側発光端及び当該出力側発光端の反対側の面に当該レーザーのモニター用のレーザーを出力するモニター側発光端を有する端面発光半導体レーザー部と、前記モニター側発光端から出射されたレーザーを受光する受光素子と、前記受光素子が受光したレーザーの強度を基に端面発光半導体レーザー部を駆動し当該端面発光半導体レーザー部からのレーザーの出力を制御する駆動回路と、前記受光素子及び前記駆動回路が形成される基板と、を有し、前記受光素子は、前記モニター側発光端から出射されたレーザーが照射される前記基板上の照射領域の一部領域だけに受光面の全体が位置され当該受光面にて前記モニター側発光端から出力されたレーザーの一部を受光する半導体レーザー装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, an end face light emitting semiconductor laser unit having an output side light emitting end for outputting a laser and a monitor side light emitting end for outputting a laser for monitoring the laser on a surface opposite to the output side light emitting end. The end face light emitting semiconductor laser unit is driven based on the light receiving element that receives the laser emitted from the monitor side light emitting end and the laser intensity received by the light receiving element, and the laser output from the end face light emitting semiconductor laser unit is output. It has a drive circuit to be controlled, a light receiving element, and a substrate on which the drive circuit is formed, and the light receiving element is an irradiation region on the substrate to which a laser emitted from a light emitting end on the monitor side is irradiated. This is a semiconductor laser device in which the entire light receiving surface is located only in a part of the region, and a part of the laser output from the light emitting end on the monitor side is received by the light receiving surface.

本発明の第2の態様では、前記駆動回路は、定電流の基準電流を発生させる基準電流源と、前記基準電流源が発生した基準電流と前記受光素子が受光に応じて出力する電流との差に応じた電圧値が入力されて電圧利得を1以下とした出力をする正転増幅部と、を有し、
前記端面発光半導体レーザー部は、前記正転増幅部からの出力電圧に応じた駆動電流によって駆動されることが好ましい。
In the second aspect of the present invention, the drive circuit comprises a reference current source that generates a constant current reference current, a reference current generated by the reference current source, and a current output by the light receiving element in response to light reception. It has a forward rotation amplification unit that inputs a voltage value according to the difference and outputs a voltage gain of 1 or less.
It is preferable that the end face light emitting semiconductor laser unit is driven by a drive current corresponding to the output voltage from the normal rotation amplification unit.

本発明の第3の態様では、前記駆動回路は、前記正転増幅部からの出力を電圧利得1以下とする当該正転増幅部の入力に帰還する帰還部において当該正転増幅部を特定の周波数で発振させる処理を行うことが好ましい。 In the third aspect of the present invention, the drive circuit specifies the normal rotation amplification unit in the feedback unit that feeds back to the input of the normal rotation amplification unit whose output from the normal rotation amplification unit has a voltage gain of 1 or less . It is preferable to perform a process of oscillating at a frequency .

本発明の第4の態様では、前記受光素子、前記駆動回路、及び外部に接続するためのボンディングパッドが前記基板上に1つの集積回路として構成され、前記ボンディングパッドは、当該ボンディングパッドに取り付けられるボンディングワイヤが前記モニター側発光端から前記受光素子に向けて出射されたレーザーをさえぎることなく、かつ当該ボンディングパッドにボンディングワイヤを取り付けるボンディング時にボンディング治具が前記基板の周囲の構造物に干渉しない位置に配置されることが好ましい。 In the fourth aspect of the present invention, the light receiving element, the drive circuit, and a bonding pad for connecting to the outside are configured as one integrated circuit on the substrate, and the bonding pad is attached to the bonding pad. A position where the bonding wire does not block the laser emitted from the light emitting end on the monitor side toward the light receiving element, and the bonding jig does not interfere with the structure around the substrate during bonding when the bonding wire is attached to the bonding pad. It is preferable to be arranged in.

本発明の第5の態様では、前記受光素子はフォトトランジスタによって構成されることが好ましい。 In the fifth aspect of the present invention, it is preferable that the light receiving element is composed of a phototransistor.

本発明の前記第1の態様によれば、半導体レーザー装置は、受光素子の受光面がモニター側発光端から出力されたレーザーの一部だけを受光するために足りる大きさになるため、受光素子が形成される同一基板上への駆動回路の形成を可能にしつつ、駆動回路の大きさを十分に確保できるようになる。このように、半導体レーザー装置は、装置を大きくすることなく半導体レーザーを駆動する駆動回路を内部に一体化して備えることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the semiconductor laser device, the light receiving surface of the light receiving element is large enough to receive only a part of the laser output from the light emitting end on the monitor side. The size of the drive circuit can be sufficiently secured while enabling the formation of the drive circuit on the same substrate on which the is formed. As described above, the semiconductor laser device can be integrally provided with a drive circuit for driving the semiconductor laser without enlarging the device.

本発明の前記第2の態様によれば、半導体レーザー装置は、電圧利得が1以下であるために増幅部の発振が抑制されるため、外付けの部品点数を抑えることができる。 According to the second aspect of the present invention, in the semiconductor laser device, since the voltage gain is 1 or less, the oscillation of the amplification unit is suppressed, so that the number of external parts can be suppressed.

本発明の前記第3の態様によれば、半導体レーザー装置は、半導体レーザーのノイズ低減のための高周波重畳動作と駆動回路の動作を同時に一つの回路で実現できる。 According to the third aspect of the present invention, the semiconductor laser apparatus can simultaneously realize the high frequency superimposition operation for noise reduction of the semiconductor laser and the operation of the drive circuit in one circuit.

本発明の前記第4の態様によれば、半導体レーザー装置は、受光素子を小さくしつつも当該受光素子でのレーザーの受光量を確保することと、ボンディング時にボンディング治具の動作経路を確保することを実現できる。 According to the fourth aspect of the present invention, the semiconductor laser device secures the amount of light received by the laser in the light receiving element while making the light receiving element small, and secures the operation path of the bonding jig at the time of bonding. Can be realized.

本発明の前記第5の態様によれば、半導体レーザー装置は、受光の強度に応じた受光電流の出力がより大きいフォトトランジスタを用いることで、受光素子を小さくしつつも、大きい受光電流を確保できる。 According to the fifth aspect of the present invention, the semiconductor laser device secures a large light-receiving current while reducing the light-receiving element by using a phototransistor having a larger light-receiving current output according to the light-receiving intensity. can.

図1は、半導体レーザー装置の全体の構成例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a semiconductor laser device. 図2は、キャップを外した状態の半導体レーザー装置の全体の構成例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an overall configuration example of the semiconductor laser device with the cap removed. 図3は、集積回路の構成例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of an integrated circuit. 図4は、駆動回路の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a drive circuit. 図5は、半導体レーザー装置の他の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor laser device. 図6は、駆動回路の他の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the drive circuit.

本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態では、半導体レーザー装置を挙げている。 In this embodiment, a semiconductor laser device is mentioned.

(構成)
図1及び図2は、本実施形態に係る半導体レーザー装置1の構成例を示す図である。図1は、半導体レーザー装置1の全体の構成例を示す斜視図であり、図2は、キャップ30を外した状態の半導体レーザー装置1の全体の構成例を示す斜視図である。
(Constitution)
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment. FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration example of the semiconductor laser device 1, and FIG. 2 is a perspective view showing an overall configuration example of the semiconductor laser device 1 with the cap 30 removed.

図1及び図2に示すように、半導体レーザー装置1は、ステム10、マウント部20、キャップ30、リード(ピンともいう。)41,42,43,44、集積回路50を有している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser device 1 includes a stem 10, a mount portion 20, a cap 30, leads (also referred to as pins) 41, 42, 43, 44, and an integrated circuit 50.

ステム10は、略円盤形状をなしている。ステム10は、Fe合金等の金属材料によって形成されている。ステム10の外周面11には、位置決め用の切り欠き部11a,11b,11cが複数形成されている。ステム10の上面12に、キャップ30、マウント部20、及び集積回路50が設けられている。また、ステム10の下面側に、4本のリード41,42,43,44が配置されている。 The stem 10 has a substantially disk shape. The stem 10 is made of a metal material such as an Fe alloy. A plurality of notches 11a, 11b, 11c for positioning are formed on the outer peripheral surface 11 of the stem 10. A cap 30, a mount portion 20, and an integrated circuit 50 are provided on the upper surface 12 of the stem 10. Further, four leads 41, 42, 43, 44 are arranged on the lower surface side of the stem 10.

キャップ30は、金属製で略楕円の略円筒形状をなしている。キャップ30は、ステム10上に設けられているマウント部20、集積回路50を覆っている。キャップ30には、上面31の中央部分にレーザー光を透過するガラス板が接合されて形成されたガラス窓32が設けられている。出力側発光端から出射されたレーザー光は、ガラス窓32を通過して外部に出力される。キャップ30は、下端部の外周に設けられたフランジ部33によってステム10の上面12に固定されている。 The cap 30 is made of metal and has a substantially elliptical cylindrical shape. The cap 30 covers the mount portion 20 and the integrated circuit 50 provided on the stem 10. The cap 30 is provided with a glass window 32 formed by joining a glass plate that transmits laser light to the central portion of the upper surface 31. The laser beam emitted from the light emitting end on the output side passes through the glass window 32 and is output to the outside. The cap 30 is fixed to the upper surface 12 of the stem 10 by a flange portion 33 provided on the outer periphery of the lower end portion.

4本のリード41,42,43,44は、ステム10の中心軸を中心とした円上に等間隔に配置されている。第1乃至第3リード41,42,43は、各端部41a,42a,43aがステム10を貫通してステム10の上面12側で露出している。第1乃至第3リード41,42,43は、ガラス材等の絶縁部材45が介在されてステム10を貫通しつつ当該ステム10に取り付けられている。第1乃至第3リード41,42,43の端部41a,42a,43aは、マウント部20の後述の取り付け面21の前方向、及び前方向の両側にそれぞれ位置している。また、第4リード44は、図示しない端部がステム10の下面にロウ材等によって固定されている。これにより、第4リード44は、ステム10に電気的に接続されており、ステム10は、第4リード44を介して接地されている。ステム10の上面12には、この第4リード44の取り付け位置に略対応して、マウント部20が設けられている。 The four leads 41, 42, 43, 44 are arranged at equal intervals on a circle centered on the central axis of the stem 10. In the first to third leads 41, 42, 43, the end portions 41a, 42a, 43a penetrate the stem 10 and are exposed on the upper surface 12 side of the stem 10. The first to third leads 41, 42, and 43 are attached to the stem 10 while penetrating the stem 10 with an insulating member 45 such as a glass material interposed therebetween. The ends 41a, 42a, 43a of the first to third leads 41, 42, 43 are located on both sides of the mounting surface 21 described later in the mounting portion 20 in the front direction and in the front direction, respectively. Further, the end portion of the fourth lead 44 (not shown) is fixed to the lower surface of the stem 10 with a brazing material or the like. As a result, the fourth lead 44 is electrically connected to the stem 10, and the stem 10 is grounded via the fourth lead 44. A mount portion 20 is provided on the upper surface 12 of the stem 10 substantially corresponding to the mounting position of the fourth lead 44.

マウント部20は、横断面が略扇形状をなし、ステム10の上面12に立設されている。マウント部20は、Cu等の熱伝導性が良好な金属材料によって形成されている。マウント部20は、ロウ材等によってステム10の上面12に接合されている。マウント部20には、ステム10の中心軸側に向いて取り付け面21が形成されている。マウント部20の取り付け面21には、サブマウント部22が設けられている。集積回路50は、ステム10の上面12において、このマウント部20の取り付け面21の前方かつ近傍に設けられている。 The mount portion 20 has a substantially fan-shaped cross section and is erected on the upper surface 12 of the stem 10. The mount portion 20 is made of a metal material having good thermal conductivity such as Cu. The mount portion 20 is joined to the upper surface 12 of the stem 10 by a brazing material or the like. The mount portion 20 is formed with a mounting surface 21 facing the central axis side of the stem 10. A sub-mount portion 22 is provided on the mounting surface 21 of the mount portion 20. The integrated circuit 50 is provided on the upper surface 12 of the stem 10 in front of and in the vicinity of the mounting surface 21 of the mount portion 20.

サブマウント部22は、LDチップ23が搭載される部位である。サブマウント部22におけるステム10の中心軸側に向く面にLDチップ23が半田等によって取り付けられている。サブマウント部22は、LDチップ23の発光時に発生する熱を当該LDチップ23から外部に放散するための放熱板の機能と、LDチップ23を支持するための基板の機能とを兼ねている。サブマウント部22は、例えば、AlN、SiC、CuW等のセラミックで構成されている。サブマウント部22は、ボンディングワイヤ75によって集積回路50と電気的に接続されている。 The sub-mount portion 22 is a portion on which the LD chip 23 is mounted. The LD chip 23 is attached to the surface of the submount portion 22 facing the central axis side of the stem 10 by soldering or the like. The submount portion 22 has both a function of a heat sink for dissipating heat generated when the LD chip 23 emits light to the outside from the LD chip 23 and a function of a substrate for supporting the LD chip 23. The submount portion 22 is made of, for example, a ceramic such as AlN, SiC, or CuW. The submount portion 22 is electrically connected to the integrated circuit 50 by a bonding wire 75.

LDチップ23は、端面発光半導体レーザーである。LDチップ23は、出力側発光端及びモニター側発光端を有している。出力側発光端は、ステム10の上面12が向く方向、すなわち、キャップ30のガラス窓32側に向けてレーザー光を出射する。一方、モニター側発光端は、出力側発光端とは反対側、すなわち、ステム10の上面12側に向きレーザー光を出射する。LDチップ23は、モニター側発光端から出射される略楕円錐形状のレーザー光の中心が集積回路50の受光素子(モニター受光素子ともいう。)51の受光面51aの中心と一致するように位置決めされている。LDチップ23は、ボンディングワイヤ71を介してマウント部20に電気的に接続されている。 The LD chip 23 is an end face emitting semiconductor laser. The LD chip 23 has an output side light emitting end and a monitor side light emitting end. The light emitting end on the output side emits laser light in the direction in which the upper surface 12 of the stem 10 faces, that is, toward the glass window 32 side of the cap 30. On the other hand, the light emitting end on the monitor side is directed to the side opposite to the light emitting end on the output side, that is, toward the upper surface 12 side of the stem 10, and emits laser light. The LD chip 23 is positioned so that the center of a substantially elliptical cone-shaped laser beam emitted from the light emitting end on the monitor side coincides with the center of the light receiving surface 51a of the light receiving element (also referred to as a monitor light receiving element) 51 of the integrated circuit 50. Has been done. The LD chip 23 is electrically connected to the mount portion 20 via the bonding wire 71.

集積回路50は、ステム10の上面12で当該ステム10の中心領域に設けられている。 The integrated circuit 50 is provided on the upper surface 12 of the stem 10 in the central region of the stem 10.

図3は、集積回路50の構成例を示す平面図である。 FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the integrated circuit 50.

図2及び図3に示すように、集積回路(基板)50には、受光素子51と駆動回路60とが集積されている。また、集積回路50には、ボンディングパッド52,53,54,55,56が形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the light receiving element 51 and the drive circuit 60 are integrated in the integrated circuit (board) 50. Further, bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 are formed in the integrated circuit 50.

受光素子51は、受光量(受光の強さ)に応じた電流(以下、受光電流という。)を出力する。受光素子51は、フォトトランジスタから構成されている。例えば、フォトトランジスタは、受光量に対して、より大きい受光電流を出力する特性を有している。さらに、フォトトランジスタは、フォトダイオードに比べて入射光に対する受光電流の出力の応答速度が遅い特性を有している。受光素子51の受光面51aは、面積が極力小さくなるように形成されている。具体的には、受光素子51は、LDチップ23のモニター側発光端から出射されるレーザー光の一部だけを積極的に受光するように小さく形成されている。これにより、受光素子51は、LDチップ23のモニター側発光端から出射されるレーザー光が照射される集積回路50上の照射領域の一部の領域に位置された受光面51aにて当該レーザー光の一部を受光する。集積回路50の面積は、例えば、0.25平方mm~1平方mm程度である。 The light receiving element 51 outputs a current (hereinafter referred to as a light receiving current) corresponding to the amount of light received (the intensity of light receiving). The light receiving element 51 is composed of a phototransistor. For example, a phototransistor has a characteristic of outputting a larger light-receiving current with respect to the amount of light received. Further, the phototransistor has a characteristic that the response speed of the output of the received light to the incident light is slower than that of the photodiode. The light receiving surface 51a of the light receiving element 51 is formed so that the area is as small as possible. Specifically, the light receiving element 51 is formed small so as to positively receive only a part of the laser light emitted from the light emitting end on the monitor side of the LD chip 23. As a result, the light receiving element 51 receives the laser light on the light receiving surface 51a located in a part of the irradiation region on the integrated circuit 50 to which the laser light emitted from the light emitting end on the monitor side of the LD chip 23 is irradiated. Receives a part of the light. The area of the integrated circuit 50 is, for example, about 0.25 mm2 to 1 mm2.

ボンディングパッド52,53,54,55,56は、集積回路50を外部に電気的接続をするための部位になる。本例では、ボンディングパッド52,53,54,55,56は、5カ所形成されている。ボンディングパッド52,53,54,55,56には、ボンディングワイヤ72,73,74,75,76が電気的に接続されており、ボンディングワイヤ72,73,74,75,76が外部の構成と電気的に接続されている。本例では、図2に示すように、各ボンディングパッド52,53,54,55,56は、ボンディングワイヤ72,73,74,75,76を介して、ステム10、第1乃至第3リード41,42,43、サブマウント部22と電気的に接続されている。 The bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 serve as a portion for electrically connecting the integrated circuit 50 to the outside. In this example, the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 are formed at five locations. Bonding wires 72, 73, 74, 75, 76 are electrically connected to the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56, and the bonding wires 72, 73, 74, 75, 76 are externally configured. It is electrically connected. In this example, as shown in FIG. 2, each bonding pad 52, 53, 54, 55, 56 is connected to the stem 10, the first to third leads 41 via the bonding wires 72, 73, 74, 75, 76. , 42, 43, and the submount portion 22 are electrically connected.

集積回路50におけるボンディングパッド52,53,54,55,56の位置については、図3に示すように、ボンディングパッド52,53,54,55,56は、受光素子51及び駆動回路60の外周に略等間隔に形成されている。具体的には、ボンディングパッド52,53,54,55,56は、当該ボンディングパッド52,53,54,55,56に取り付けられるボンディングワイヤ72,73,74,75,76がモニター側発光端から受光素子51に向けて出射されたレーザー光をさえぎることなく、かつ当該ボンディングパッド52,53,54,55,56にボンディングワイヤ72,73,74,75,76を取り付けるボンディング時にボンディング治具が基板の周囲の構造物、例えば、マウント部20に干渉しない位置に配置されている。そのため、ボンディングパッド52,53,54,55,56は、マウント部20からある程度の距離を確保して配置されている。 Regarding the positions of the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 in the integrated circuit 50, as shown in FIG. 3, the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 are located on the outer periphery of the light receiving element 51 and the drive circuit 60. It is formed at approximately equal intervals. Specifically, in the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56, the bonding wires 72, 73, 74, 75, 76 attached to the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 are from the light emitting end on the monitor side. The bonding jig is a substrate at the time of bonding to attach the bonding wires 72, 73, 74, 75, 76 to the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 without blocking the laser beam emitted toward the light receiving element 51. It is arranged at a position that does not interfere with the surrounding structure, for example, the mount portion 20. Therefore, the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56 are arranged with a certain distance from the mount portion 20.

駆動回路60は、LDチップ23の出力を制御するAPC(Auto Power Control)駆動回路である。 The drive circuit 60 is an APC (Auto Power Control) drive circuit that controls the output of the LD chip 23.

図4は、駆動回路60の構成例を示す図である。駆動回路60は、基準電流源61、及び増幅回路(増幅器)62を有している。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the drive circuit 60. The drive circuit 60 has a reference current source 61 and an amplifier circuit (amplifier) 62.

基準電流源61は、基準電源及び基準抵抗を有し、定電流を発生するように構成されている。 The reference current source 61 has a reference power supply and a reference resistance, and is configured to generate a constant current.

増幅回路62は、ボルテージフォロア増幅回路であり、すなわち、電圧利得が1以下になっている。この増幅回路62は、基準電流源61からの定電流、及び受光素子51からの電流(受光電流)がそれぞれ入力されている。ここで、基準電流源61からの定電流値に対して受光素子51からの電流値が大きいほど、基準電流源61と受光素子51のカソードとの接続点の電位値は小さくなる。この場合、増幅回路62の出力電圧値も小さくなり、当該増幅回路62が出力するLDチップ23の駆動電流値は小さくなる。一方、基準電流源61からの定電流に対して受光素子51からの電流が小さいほど、基準電流源61と受光素子51のカソードとの接続点の電位値は大きくなる。この場合、増幅回路62の出力電圧値も大きくなり、当該増幅回路62が出力する駆動電流値は大きくなる。 The amplifier circuit 62 is a voltage follower amplifier circuit, that is, the voltage gain is 1 or less. A constant current from the reference current source 61 and a current (light receiving current) from the light receiving element 51 are input to the amplifier circuit 62, respectively. Here, the larger the current value from the light receiving element 51 with respect to the constant current value from the reference current source 61, the smaller the potential value at the connection point between the reference current source 61 and the cathode of the light receiving element 51. In this case, the output voltage value of the amplifier circuit 62 also becomes small, and the drive current value of the LD chip 23 output by the amplifier circuit 62 becomes small. On the other hand, the smaller the current from the light receiving element 51 with respect to the constant current from the reference current source 61, the larger the potential value at the connection point between the reference current source 61 and the cathode of the light receiving element 51. In this case, the output voltage value of the amplifier circuit 62 also increases, and the drive current value output by the amplifier circuit 62 also increases.

駆動回路60は、このように、基準電流源61からの定電流値に対して受光素子51からの電流値が大きくなると、LDチップ23の駆動電流値を小さくし、その逆に、基準電流源61からの定電流値に対して受光素子51からの電流値が小さくなると、LDチップ23の駆動電流値を大きくし、当該駆動電流値が一定になるようにしている。これにより、LDチップ23から出射されるレーザー光の強さが一定に維持される。 In this way, when the current value from the light receiving element 51 becomes larger than the constant current value from the reference current source 61, the drive circuit 60 reduces the drive current value of the LD chip 23, and vice versa. When the current value from the light receiving element 51 becomes smaller than the constant current value from 61, the drive current value of the LD chip 23 is increased so that the drive current value becomes constant. As a result, the intensity of the laser beam emitted from the LD chip 23 is kept constant.

また、高周波重畳が必要とされる場合、駆動回路60は、増幅回路62からの出力を当該増幅回路62の入力に帰還する帰還部において当該増幅回路62を発振させる処理が可能である。そのための構成として、駆動回路60は、100%負帰還の帰還路に特定周波数において位相利得が発振条件を満たすように回路素子である帰還回路63を挿入し、増幅回路62を発振させている。 Further, when high frequency superimposition is required, the drive circuit 60 can process the amplifier circuit 62 to oscillate in the feedback unit that feeds back the output from the amplifier circuit 62 to the input of the amplifier circuit 62. As a configuration for that purpose, the drive circuit 60 inserts a feedback circuit 63, which is a circuit element, into the feedback path of 100% negative feedback so that the phase gain satisfies the oscillation condition at a specific frequency, and oscillates the amplifier circuit 62.

例えば、帰還回路63は、増幅回路62の帯域幅の3dB減衰周波数と同じ3dB減衰周波数の2段のCR遅延回路である。これにより、3dB減衰周波数近傍において正帰還となり発振条件を満たすことができ、増幅回路62は発振する。これにより、APCの制御ループにおいて、受光素子51の周波数特性により発振高周波が帰還されずレーザー出力の平均値を一定に維持する負帰還動作が実現される。 For example, the feedback circuit 63 is a two-stage CR delay circuit having the same 3 dB attenuation frequency as the bandwidth of the amplifier circuit 62. As a result, positive feedback occurs in the vicinity of the 3 dB attenuation frequency and the oscillation condition can be satisfied, and the amplifier circuit 62 oscillates. As a result, in the control loop of the APC, the negative feedback operation in which the oscillated high frequency is not fed back due to the frequency characteristic of the light receiving element 51 and the average value of the laser output is kept constant is realized.

(本実施形態における効果)
(1)半導体レーザー装置1は、受光素子51の受光面(受光部)51aがLDチップ23のモニター側発光端から出力されたレーザー光の一部だけを受光するために足りる大きさのため、従来の受光素子の受光面の面積よりも小さくなる。
(Effect in this embodiment)
(1) The semiconductor laser device 1 is large enough for the light receiving surface (light receiving portion) 51a of the light receiving element 51 to receive only a part of the laser light output from the light emitting end on the monitor side of the LD chip 23. It is smaller than the area of the light receiving surface of the conventional light receiving element.

これにより、本実施形態に係る半導体レーザー装置1は、受光素子51が形成される同一基板上への駆動回路60の形成を可能にしつつ、駆動回路60の大きさを十分に確保できるようになる。このように、半導体レーザー装置1は、装置を大きくすることなく半導体レーザーを駆動する駆動回路60を一体化することができる。 As a result, the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment can sufficiently secure the size of the drive circuit 60 while enabling the formation of the drive circuit 60 on the same substrate on which the light receiving element 51 is formed. .. In this way, the semiconductor laser device 1 can integrate the drive circuit 60 that drives the semiconductor laser without increasing the size of the device.

さらに、半導体レーザー装置1は、低価格、小形軽量の半導体レーザー装置として提供される。 Further, the semiconductor laser device 1 is provided as a low-priced, compact and lightweight semiconductor laser device.

また、受光素子51の受光面51aの面積を小さくすることは、当該受光素子51が出力する受光電流の減少を招く。しかし、半導体レーザー装置1は、駆動回路60が受光素子51と同じ集積回路において形成されて同一基板上において構成されているため、外部ノイズの影響が減りS/N比を確保できる。これにより、LDチップ23の駆動電流値への受光電流の減少の影響に対し担保を確保できる。さらに、半導体レーザー装置1は、増幅回路62によって、受光電流の減少分を補うことができる。 Further, reducing the area of the light receiving surface 51a of the light receiving element 51 causes a decrease in the light receiving current output by the light receiving element 51. However, in the semiconductor laser device 1, since the drive circuit 60 is formed in the same integrated circuit as the light receiving element 51 and is configured on the same substrate, the influence of external noise is reduced and the S / N ratio can be secured. As a result, it is possible to secure security against the influence of the decrease in the received light current on the drive current value of the LD chip 23. Further, the semiconductor laser device 1 can compensate for the decrease in the received light current by the amplifier circuit 62.

(2)半導体レーザー装置1は、電圧利得が1以下であるために増幅部の発振が抑制されるため、外付けの部品点数を抑えることができる。 (2) In the semiconductor laser device 1, since the voltage gain is 1 or less, the oscillation of the amplification unit is suppressed, so that the number of external parts can be suppressed.

例えば、従来の半導体レーザー装置では、受光素子の受光電流を電流電圧変換回路により電圧変換しその電圧が基準電圧と同じになるように、LDチップの駆動電流を増減させる回路が使用されている。しかし、このような構成では、増幅する回路の発振を防ぐために、モノリシック集積化が困難な大容量のコンデンサが必要となり、外部にそのコンデンサを接続する必要があった。その結果、従来の半導体レーザー装置は、外付けの部品のための外部接続端子が必要となり、コスト高となっていた。 For example, in a conventional semiconductor laser device, a circuit is used in which the light receiving current of a light receiving element is voltage-converted by a current-voltage conversion circuit and the drive current of the LD chip is increased or decreased so that the voltage becomes the same as the reference voltage. However, in such a configuration, in order to prevent oscillation of the circuit to be amplified, a large-capacity capacitor that is difficult to integrate monolithically is required, and it is necessary to connect the capacitor to the outside. As a result, the conventional semiconductor laser device requires an external connection terminal for an external component, resulting in high cost.

これに対して、本実施形態に係る半導体レーザー装置1は、増幅部の発振が抑制されるため、外部のコンデンサ等が不要となり、外付けの部品点数を抑えることができる。 On the other hand, in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment, the oscillation of the amplification unit is suppressed, so that an external capacitor or the like is not required, and the number of external parts can be suppressed.

(3)半導体レーザー装置1は、増幅部を発振させることで、半導体レーザーのノイズ低減のための高周波重畳動作と駆動回路の動作を同時に一つの回路で実現できる。 (3) By oscillating the amplification unit, the semiconductor laser device 1 can simultaneously realize the high frequency superimposition operation for noise reduction of the semiconductor laser and the operation of the drive circuit in one circuit.

(4)半導体レーザー装置1は、ボンディングパッド52,53,54,55,56を適切に配置したことで、受光素子を小さくしつつも当該受光素子でのレーザーの受光量を確保することと、ボンディング時にボンディング治具の動作経路を確保することを実現できる。 (4) In the semiconductor laser device 1, by appropriately arranging the bonding pads 52, 53, 54, 55, 56, it is possible to secure the amount of laser light received by the light receiving element while reducing the size of the light receiving element. It is possible to secure the operation path of the bonding jig at the time of bonding.

(5)半導体レーザー装置1は、受光素子51として受光強度に対して受光電流の出力がより大きいフォトトランジスタを用いることで、受光素子51を小さくしつつも、大きい受光電流値を確保できる。 (5) The semiconductor laser device 1 can secure a large light-receiving current value while reducing the size of the light-receiving element 51 by using a phototransistor whose light-receiving current output is larger than the light-receiving intensity as the light-receiving element 51.

(6)半導体レーザー装置1は、モニター側発光端から出射される楕円錐形状のレーザー光の中心が受光素子51の受光面51aの中心と一致するように位置決めされて、受光素子51がレーザー光の光束中心付近に配置されている。これにより、半導体レーザー装置1は、レーザー光の光束中心と受光素子51の相対位置がダイボンディングの際の位置誤差によってずれても、当該レーザー光を受光素子51が十分受光できる。 (6) In the semiconductor laser device 1, the center of the elliptical cone-shaped laser light emitted from the light emitting end on the monitor side is positioned so as to coincide with the center of the light receiving surface 51a of the light receiving element 51, and the light receiving element 51 is positioned to coincide with the center of the light receiving surface 51a. It is located near the center of the light beam. As a result, in the semiconductor laser device 1, even if the relative positions of the light flux center of the laser light and the light receiving element 51 deviate due to the positional error during die bonding, the light receiving element 51 can sufficiently receive the laser light.

なお、前記の実施形態において、増幅回路60は、例えば、増幅部を構成している。 In the above embodiment, the amplifier circuit 60 constitutes, for example, an amplifier unit.

(変形例等)
前記の実施形態の他の例として、半導体レーザー装置1は、樹脂モールドにより形成される樹脂モールド型のパッケージの半導体レーザー装置として構成されることもできる。
(Modification example, etc.)
As another example of the above embodiment, the semiconductor laser device 1 can also be configured as a semiconductor laser device in a resin mold type package formed by a resin mold.

図5は、半導体レーザー装置1の他の構成例を示す図である。図5に示すように、半導体レーザー装置1は、サブマウント基板上100に、受光素子111と駆動回路112とを一体化した集積回路110が配置されており、その集積回路11上にLDチップ120が配置されている。集積回路110には、受光素子51及び駆動回路60の外周にボンディングパッド131,132,133,134,135が形成されている。半導体レーザー装置1は、適宜、各リード141,142,143等とボンディングパッド131,132,133,134,135等とがボンディングワイヤ151,152,153,154,155によって電気的に接続されている。そして、半導体レーザー装置1において、受光素子111は、LDチップ23のモニター側発光端から出射されるレーザー光の一部だけを積極的に受光するように小さく形成されている。また、半導体レーザー装置1は、サブマウント基板を廃して集積回路110のみの構成とされることもできる。 FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor laser device 1. As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser device 1, an integrated circuit 110 in which a light receiving element 111 and a drive circuit 112 are integrated is arranged on a submount substrate 100, and an LD chip 120 is arranged on the integrated circuit 11. Is placed. In the integrated circuit 110, bonding pads 131, 132, 133, 134, 135 are formed on the outer periphery of the light receiving element 51 and the drive circuit 60. In the semiconductor laser device 1, the leads 141, 142, 143 and the like and the bonding pads 131, 132, 133, 134, 135 and the like are electrically connected by bonding wires 151, 152, 153, 154, 155 and the like. .. In the semiconductor laser device 1, the light receiving element 111 is formed small so as to positively receive only a part of the laser light emitted from the light emitting end on the monitor side of the LD chip 23. Further, the semiconductor laser device 1 may be configured with only the integrated circuit 110 by eliminating the submount substrate.

また、前記の実施形態の他の例として、受光素子51がフォトダイオードとされることができる。 Further, as another example of the above embodiment, the light receiving element 51 can be a photodiode.

また、前記の実施形態の他の例として、駆動回路60は、図6に示すように、高周波重畳を必要としない場合に、帰還回路に周波数依存性を有しない構成とされることもできる。 Further, as another example of the above embodiment, as shown in FIG. 6, the drive circuit 60 may be configured so that the feedback circuit does not have frequency dependence when high frequency superimposition is not required.

また、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 Further, although the embodiments of the present invention have been disclosed, it is clear that some skill in the art can make changes without departing from the scope of the present invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

1 半導体レーザー装置、10 ステム、20 マウント部、23 LDチップ、41,42,43,44 リード、50 集積回路、51 受光素子、51a 受光面、60 駆動回路、61 基準電流源、62 増幅回路、63 帰還回路 1 Semiconductor laser device, 10 stems, 20 mounts, 23 LD chips, 41, 42, 43, 44 leads, 50 integrated circuits, 51 light receiving elements, 51a light receiving surfaces, 60 drive circuits, 61 reference current sources, 62 amplification circuits, 63 Feedback circuit

Claims (5)

レーザーを出力する出力側発光端及び当該出力側発光端の反対側の面に当該レーザーのモニター用のレーザーを出力するモニター側発光端を有する端面発光半導体レーザー部と、
前記モニター側発光端から出射されたレーザーを受光する受光素子と、
前記受光素子が受光したレーザーの強度を基に端面発光半導体レーザー部を駆動し当該端面発光半導体レーザー部からのレーザーの出力を制御する駆動回路と、
前記受光素子及び前記駆動回路が形成される基板と、を有し、
前記受光素子は、前記モニター側発光端から出射されたレーザーが照射される前記基板上の照射領域の一部領域だけに受光面の全体が位置され当該受光面にて前記モニター側発光端から出力されたレーザーの一部を受光する半導体レーザー装置。
An end face emitting semiconductor laser unit having an output side light emitting end that outputs a laser and a monitor side light emitting end that outputs a laser for monitoring the laser on the surface opposite to the output side light emitting end.
A light receiving element that receives the laser emitted from the light emitting end on the monitor side and
A drive circuit that drives the end face light emitting semiconductor laser unit based on the intensity of the laser received by the light receiving element and controls the laser output from the end face light emitting semiconductor laser unit.
It has the light receiving element and the substrate on which the drive circuit is formed.
In the light receiving element, the entire light receiving surface is located only in a part of the irradiation region on the substrate to which the laser emitted from the light emitting end on the monitor side is irradiated, and the light receiving surface is from the light emitting end on the monitor side. A semiconductor laser device that receives a part of the output laser.
前記駆動回路は、定電流の基準電流を発生させる基準電流源と、前記基準電流源が発生した基準電流と前記受光素子が受光に応じて出力する電流との差に応じた電圧値が入力されて電圧利得を1以下とした出力をする正転増幅部と、を有し、
前記端面発光半導体レーザー部は、前記正転増幅部からの出力電圧に応じた駆動電流によって駆動される請求項1に記載の半導体レーザー装置。
In the drive circuit, a voltage value corresponding to a difference between a reference current source that generates a constant current reference current, a reference current generated by the reference current source, and a current output by the light receiving element in response to light reception is input. It has a forward rotation amplification unit that outputs with a voltage gain of 1 or less.
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the end face light emitting semiconductor laser unit is driven by a drive current corresponding to an output voltage from the normal rotation amplification unit.
前記駆動回路は、前記正転増幅部からの出力を電圧利得1以下とする当該正転増幅部の入力に帰還する帰還部において当該正転増幅部を特定の周波数で発振させる処理を行う請求項2に記載の半導体レーザー装置。 A claim that the drive circuit performs a process of oscillating the normal rotation amplification unit at a specific frequency in a feedback unit that feeds back to an input of the normal rotation amplification unit whose output from the normal rotation amplification unit has a voltage gain of 1 or less. 2. The semiconductor laser device according to 2. 前記受光素子、前記駆動回路、及び外部に接続するためのボンディングパッドが前記基板上に1つの集積回路として構成され、
前記ボンディングパッドは、当該ボンディングパッドに取り付けられるボンディングワイヤが前記モニター側発光端から前記受光素子に向けて出射されたレーザーをさえぎることなく、かつ当該ボンディングパッドにボンディングワイヤを取り付けるボンディング時にボンディング治具が前記基板の周囲の構造物に干渉しない位置に配置される請求項1乃至3の何れか1項に記載の半導体レーザー装置。
The light receiving element, the drive circuit, and a bonding pad for connecting to the outside are configured as one integrated circuit on the substrate.
In the bonding pad, the bonding jig attached to the bonding pad does not block the laser emitted from the light emitting end on the monitor side toward the light receiving element, and the bonding jig is attached to the bonding pad at the time of bonding. The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3, which is arranged at a position that does not interfere with the structure around the substrate.
前記受光素子はフォトトランジスタによって構成される請求項1乃至4の何れか1項に記載の半導体レーザー装置。 The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiving element is composed of a phototransistor.
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