JPH04112591A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 半導体レーザモジュールに関し、 半導体レーザチップの高精度な温度制御が可能な上記モ
ジュールの提供を目的とし、 半導体レーザチップと共にキャリア上に固定されたサー
ミスタの抵抗値を検出して、該抵抗値が一定になるよう
に、上記キャリアに接触しているベルチェ素子の駆動電
流を制御するようにした半導体レーザモジュールにおい
て、上記サーミスタと該サーミスタの外部回路への接続
用の端子とを、断熱性を有する金属体を含んだリボンに
より接続して構成する。

産業上の利用分野 本発明は半導体レーザモジュールに関する。

強度変調／直接検波方式＜ＩＭ／ＤＤ方式）が適用され
る一般的な光通信システムにおいては、半導体レーザの
光出力パワーが半導体レーザへの注入電流に応じて変化
することを利用して、発振しきい値近傍に電流バイアス
された半導体レーザに変調電流パルスを与えて、強度変
調された光を得るようにしている。ところで、半導体レ
ーザのＩ−Ｌ特性（注入電流と出力光／Ｎｌワーの関係
を表す特性）は温度に依存して変化する。このため、外
部温度によらず一定の動作条件を得るためには、一定温
度に制御された半導体レーザを駆動するか或いは半導体
レーザの温度変化によらず一定の光パワーが得られるよ
うに温度補償を行う必要がある。しかしながら、温度に
依存したＩ−Ｌ特性の変化を容易に特定しえないことを
考慮すると、実際上正確な温度補償は困難であり、しか
も半導体レーザの劣化の面からも温度補償のみによるの
は望ましくない。従って、半導体レーデの信頼性を高給
１温度補償回路を不要にするためには、半導体レーザに
ついての正確な温度制御が要求される。

従来の技術 第５図を参照すると、半導体レーザチップ１０２ととも
にキャリア１０４上に固定されたサーミスタ１０６の抵
抗値を検出して、該抵抗値が一定になるように、キャリ
ア１０４に接触しているベルチェ素子１０８の駆動電流
を制御するようにした従来の半導体レーザモジュールの
主要部の構成が図示されている。尚、半導体レーザチッ
プ１０２から出力された光を光ファイバに結合するため
の光学系の図示は省略されている。１１０はサーミスタ
１０６を外部回路と接続するための端子、１１２はベル
チェ素子１０８を外部回路と接続するための端子、１１
４は半導体レーザチップ１０２を外部回路と接続するた
めの端子である。ベルチェ素子１０８は、異種の導体又
は半導体の接点に電流を流すときに当該接点でジュール
熱以外に熱の発生又は吸収が起こるペルチェ効果を冷却
等に利用したものであり、この例ではベルチェ素子１０
８の駆動電流を制御することによって、半導体レーザチ
ップ１０２からベルチェ素子１０８を介してモジュール
外部に放出される熱量を制御して、半導体レーザチップ
１０２の温度を一定に保つようにしている。

発明が解決しようとする課題 第５図に示された従来の半導体レーザモジ５−ルにおい
て、外部接続用の端子とサーミスタ等との接続は熱伝導
性が良好な金からなるボンディングワイヤによりなされ
ているのが通例である。このため、モジニール外部との
温度差に応じて、端子及びボンディングワイヤを介して
外部からサーミスタに熱が流入し或いはボンディングワ
イヤ及び端子を介してサーミスタから外部に熱が流出し
、高精度な温度制御を行うことができないという問題が
あった。

第６図において、１１６で示されるのは、モジュールの
内部温度と外部温度とが等しいときのＩ−Ｌ特性であり
、Ｉｔｈは発振しきい値電流である。

モジニールの外部温度が相対的に高くなると、端子及び
ボンディングワイヤを介してサーミスタに熱が流入して
サーミスタの温度がキャリア及び半導体レーザチップの
温度よりも高くなるので、半導体レーザチップは所要の
温度よりも低い温度に制御されて、Ｉ−’Ｌ特性は第６
図中に１１８で示すように左方向に移動して、１ｔｈも
減少する。

方、モジュールの外部温度が相対的に低くなった場合に
は、す―ミスタからボンディングワイヤ及び端子を介し
て熱が外部に流出して、サーミスタの温度は半導体レー
ザチップ及びキャリアの温度よりも低くなるので、半導
体レーザチップは相対的に高い温度に制御されて、Ｉ−
Ｌ特性は第６図中右方向に平行移動する。このような外
部温度の変化に起因する発振゛しきい値電流値■いの変
化は２〜３（ＩＩＡであり、高速なシステム（例えば１
．　８Ｇｂ／ｓ　）に適用される半導体レーザモジュー
ルにあっては、無視できない変動となる。

本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、半導体レーザチップについて高精度な温度制御が可
能な半導体レーザモジュールの提供を目的としている。

課題を解決するたｔの手段 上述した技術的課題を解決するためになされた本発明の
半導体レーザモジュールは、半導体レーザチップと共に
キャリア上に固定されたサーミスタの抵抗値を検出して
、該抵抗値が一定になるように、上記キャリアに接触し
ているベルチェ素子の駆動電流を制御するようにした半
導体レーザモジュールにおいて、上記サーミスタと該サ
ーミスタの外部回路への接続用の端子とを、断熱性を有
する金属体を含んだリボンにより接続して構成される。

作　　　用 パ本発明の構成によると、断熱性を有する金属体を含ん
だリボンによりサーミスタと端子とを接続するようにし
ているので、モジニールの内部温度と外部温度が異なる
場合に、リボンを介してのサーミスタへの熱の流入及び
サーミスタからの熱の流出が生じにくい。従って、サー
ミスタの温度は常に半導体レーザチップ及びキャリアの
温度とほぼ等しくなるので、半導体レーザチップについ
ての高精度な温度制御の実現が可能になる。

実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の実施に使用する半導体レーザモジュー
ル（ＬＤモジニール）の破断斜視図である。このＬＤモ
ジュールは、基板２２上に固定された半導体レーザアセ
ンブリ　（ＬＤアセンブリ）２４と、光アイソレータ２
６と、ファイバアセンブリ２８とを一体にして構成され
ている。

ＬＤアセンブリ２４において、３０は半導体レーザチッ
プ（ＬＤチッツブその他の構成部品が搭載されるステム
、８はステム３０上に固定されたベルチェ素子、４はベ
ルチェ素子３２上に固定された熱伝導性が良好な金属等
からなるキャリア、２はキャリア４上に固定されたＬＤ
チッツブ３８はキャリア４に対して固定されＬＤチッツ
ブ６から放射された光を概略コリメートするレンズ、４
０はＬＤチッツブ６の後方出射光を受光するフォトダイ
オード、４２はステム３０に固定された気密封止用のキ
ャップ、４４はキャップ４２にふけるＬＤ出射光の通過
部分を閉塞している透過窓、４６はキャップ４２及びス
テム３０により気密封止された部分が収容されるフレー
ムである。

光アイソレータ２６においては、ルチル等の複屈折性結
晶からなるプリズム４８と、ＹＩＧ（イツトリウム・鉄
・ガーネット）等の磁気光学結晶からなるファラデー回
転子５０と、前記プリズムと同様のプリズム５２とが光
路上にこの順に配置されており、これらの周囲に設けら
れた永久磁石５４によってファラデー回転子５０に対し
て光の進行方向に所定の磁界が印加されている。プリズ
ム゛’４８，５２、ファラデー回転子５０及び永久磁石
５４はフレーム５６内に適当な手段によって固定されて
いる。

ファイバアセンブリ２８は、集束性ロンドレンズ等のレ
ンズ５８が保持されるレンズホルダ６０と、光ファイバ
６２が保持されるファイバホルダ７０とを一体にして構
成されている。７２は光フアイμ６２の一端に固定され
た光コネクタである。

ＬＤアセンブリ２４の透過窓４４から出射した光は、光
アイソレータ２Ｂを順方向に高い透過率で透過して、光
ファイバ６２に導き入れられて受信側に伝送される。一
方、光コネクタ７２のファイバ端面等で不所望に生じた
反射帰還光は、光アイソレータ２６において高い減衰率
で除去されて、ＬＤアセンブリ２４には殆ど戻らない。

従って、ＬＤチッツブ６の安定動作を維持しつつこのＬ
Ｄチッツブ６について直接変調を行うことができる。

第１図は本発明の第１実施例を示すＬＤアセンブリの主
要構成部の斜視図である。キャリア４におけるレンズ３
８に対応した位晋にはＬＤチッツブ第１図には図示せず
）が搭載されており、温度制御のためのサーミスタ６は
このＬＤチッツブ近傍に例えば半田付けにより固着され
ている。１０はステム３０に形成された孔にガラス材等
の絶縁体を介して立設された外部との接続用の端子であ
り、この端子１０は例えばコバールからなる。この実施
例では、サーミスタ６と端子１０を断熱性を有するステ
ンレスからなるリボン１２により接続している。

リボン１２は、第２図に示すように、ステンレス箔１２
ａ上に金メッキ１２ｂを施してなる。ステンレス箔上に
金メッキを施しているのは、この金メッキ層をサーミス
タ６及び端子１０側にして半田付は接続を可能にするた
めである。

このように断熱性を有するステンレスを含んだリボン１
２を用いてサーミスタ６と端子１０を接続すると、モジ
ュールの内部温度と外部温度が異なる場合に、熱が端子
１０及びリボン１２を介してサーミスタ６に流入しに＜
＜、或いはサーミスタ６からの熱の流出が生じにくい。

従って、サーミスタ６の温度はＬＤチッツブびキャリア
４の温度とほぼ等しくなるので、ＬＤチッツブおいての
高精度な温度制御が可能になる。尚、リボン１２をサー
ミスタ６及び端子１０に半田付けするに際しては、融点
が１８３℃の共晶半田を用いると金メッキ層が溶融半田
に溶は出すいわゆる食われ現象が生じ易いので、例えば
融点が１１７℃の低融点半田を用いることが望ましい。

第３図は本発明の第２実施例において用いるリボンの説
明図である。前実施例においては、ステンレス箔上に施
したメッキ層の半田付は時の食われを防止するために低
融点半田を用いることが望ましい旨説明したが、この場
合にもメッキ層の食われを完全に防止することはできず
、製造に際して半田付は時間を規制する等の作業管理が
要求される。本実施例では、このような煩雑な管理が要
求されない構成が提供される。即ち、この実施例では、
リボン１２は、端子１０に接続すべきステンレス箔１２
ａの端部に、サーミスタ６に接続すべき金箔１２ｃの端
部を接合して構成されている。

この接合は、ステンレス箔１２Ｈの端部に金メッキ１２
ｂを施しておき、この金メッキが施されたステンレス箔
１２ａと金Ｍ　１２　ｃを熱圧着することによりなすこ
とができる。

このようなリボンを用いると、ステンレス箔１２ａを端
子１０の頂部に例えばレーザ溶接により接続することが
でき、また、金箔１２ｃの端部については熱圧着により
サーミスタ６に接続することができるので、前実施例に
おける金メッキ層の食われの恐れがなく、製造作業上の
管理が容易になる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によると、端子及びリボンを
介してのサーミスタからモジュール外部への熱の流出あ
るいはモジュール外部からサーミスタへの熱の流入を極
力防止することができるので、サーミスタの温度はＬＤ
チッツブ温度に追従して変化するようになり、従ってＬ
Ｄチッツブついての高精度な温度制御が可能になるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すＬＤアセンブリの主要構
成部の斜視図、 第２図は本発明の実施例におけるリボンの説明図、 第３図は本発明の他の実施例におけるリボンの説明図、 第４図は本発明の実施に使用するＬＤモジュールの破断
斜視図、 第５図は従来技術の説明図、 第６図は外部温度に依存してＩ−Ｌ特性が変化する様子
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザチップ（２）と共にキャリア（４）上
   に固定されたサーミスタ（６）の抵抗値を検出して、該
   抵抗値が一定になるように、上記キャリア（４）に接触
   しているペルチェ素子（８）の駆動電流を制御するよう
   にした半導体レーザモジュールにおいて、 上記サーミスタ（６）と該サーミスタ（６）の外部回路
   への接続用の端子（１０）とを、断熱性を有する金属体
   を含んだリボン（１２）により接続したことを特徴とす
   る半導体レーザモジュール。 ２、上記リボン（１２）はステンレス箔（１２ａ）の少
   なくとも一方の面に金メッキを施してなることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体レーザモジュール。 ３、上記リボン（１２）は半田付けにより上記サーミス
   タ（６）及び端子（１０）に接続されていることを特徴
   とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。 ４、上記半田付けに供される半田は低融点半田であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザモジュー
   ル。 ５、上記リボン（１２）は上記端子（１０）に接続すべ
   きステンレス箔（１２ａ）の端部に、上記サーミスタ（
   ６）に接続すべき金箔（１２ｃ）の端部を接合してなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュ
   ール。 ６、上記ステンレス箔（１２ａ）の端部には金メッキが
   施されており、該ステンレス箔（１２ａ）と上記金箔（
   １２ｃ）の接合は熱圧着によりなされていることを特徴
   とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。 ７、上記ステンレス箔（１２ａ）は上記端子（１０）に
   レーザ溶接により接続されており、上記金箔（１２ｃ）
   は上記サーミスタ（６）に熱圧着により接続されている
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザ
   モジュール。