WO2019116547A1 - 半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法 Download PDF

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WO2019116547A1
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laser diode
mirror
stem
semiconductor laser
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Inventor
尚希 小坂
誠希 中村
剛 境野
奥貫 雄一郎
田中 秀幸
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0239Combinations of electrical or optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a laser device using a semiconductor and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 1 A conventional semiconductor laser device is shown in FIG.
  • the submount and the laser diode chip are mounted vertically to the top of the stem in a block (heat sink) disposed on the top of the stem, and the submount and the photodiode chip are mounted on the top of the stem.
  • a block heat sink
  • the submount and the photodiode chip are mounted on the top of the stem.
  • JP 2004-342882 A Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-3883 JP, 2006-196505, A
  • a DC bias signal for driving the laser diode chip 22 and a rectangular modulation signal are input to the leads 20a and 20b.
  • a signal for driving the photodiode chip 9 is input to the lead 20c.
  • This modulation signal is input to the laser diode chip 22 mounted on the block (heat sink) 21 through the leads (leads 20a and 20b), the wire 23, and the submount substrate 5, and the laser diode chip 22
  • the laser light is turned on and off so as to follow the on and off of the modulation signal.
  • the parasitic inductance (synonymous with the floating inductance) of these leads and the wire 23 is the same.
  • the impedance mismatch is increased due to the cause, and the modulated light waveform of the laser light obtained from the laser diode chip 22 has a rise time (tr) shown by a time interval between alternate long and short dash lines as shown in FIG.
  • the fall time (tf) indicated by the time interval between the broken lines becomes long, and the waveform is degraded. Note that specific definitions of the rise time (tr) and the fall time (tf) will be described later.
  • the deterioration of the waveform is significant, it is not possible to distinguish between on and off of the optical signal on the receiving side, which makes it difficult to demodulate the signal.
  • the higher the modulation frequency the greater the influence of the impedance mismatch, and the optical waveform is greatly degraded.
  • FIG. 13 shows the frequency dependency of the degree of modulation of laser light used for the semiconductor laser device.
  • the horizontal axis indicates the frequency
  • fr indicates the relaxation oscillation frequency
  • fc indicates the cutoff frequency.
  • the vertical axis represents the degree of light modulation represented by the S parameter (Scattering parameter).
  • this degree of light modulation is defined by the S21 parameter.
  • “21” means an amount represented by the ratio of the output (“2” of “21”) to the input (“1” of “21”).
  • the above-mentioned degree of light modulation becomes larger at the relaxation oscillation frequency fr under the influence of relaxation oscillation which repeats oscillation until the increased carrier density settles in the steady state, but is higher At the modulation frequency, the degree of light modulation decreases.
  • the lead and the wire can be shortened (see FIG. 14), but this structure is a case where a general semiconductor laser device assembling apparatus is used. As shown in FIG. 14, since the chip suction collet 24 and the stem 1 interfere with each other during chip mounting (at this time, if the position of the laser diode chip 22 is made closer to the stem upper surface 1 a, the chip suction collet 24 is shown in FIG. Move in the direction of the arrow in the middle and get close to the stem 1).
  • Patent Document 2 discloses a structure in which a 45 ° mirror surface is formed using a tilt angle substrate or the like, and a laser diode chip is disposed horizontally and brought close to the top of the stem, but a special semiconductor process is required. ,It's not easy.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and aims to easily realize shortening of the lead and obtain a good modulated light waveform without requiring a special semiconductor process or the like. There is.
  • the semiconductor laser device is A semiconductor laser device comprising a laser diode chip for emitting laser light, comprising: A stem for mounting the laser diode chip, A mirror-integrated laser diode chip in which a mirror disposed apart from the laser diode chip and reflecting a laser beam emitted from the laser diode chip, and the laser diode chip are integrated and integrated.
  • a submount substrate on which the mirror integrated laser diode chip is mounted is mounted on the upper surface, and has a sloped surface inclined with respect to the upper surface of the stem, and a slope body installed on the stem, Equipped with The mirror has a mirror surface inclined with respect to the submount substrate,
  • the laser beam emitted from the side surface of the laser diode chip is parallel to the surface of the submount substrate with the space between the side surface of the laser diode chip and the mirror surface parallel to the surface of the submount substrate.
  • the combination angle of the inclination angle of the inclined surface of the slope body and the inclination angle of the mirror surface with respect to the submount substrate is configured at a preset angle.
  • the mirror integrated laser diode chip is formed on the upper surface side of the stem in the direction orthogonal to the upper surface of the stem by the mirror surface of the mirror without using a special semiconductor process.
  • the laser light from can be easily guided.
  • shortening of leads or wires can be easily performed without requiring a special semiconductor process or the like, and a good modulated light waveform can be obtained.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows an example of the mirror integrated laser diode chip in the semiconductor laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the angle of the mirror surface of a mirror integrated laser diode chip, the slope angle of a slope body, and the advancing direction of a laser beam in the semiconductor laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the angle of the advancing direction of the laser beam in the mirror surface of the mirror integrated laser diode chip in the semiconductor laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a simulation result showing the relationship between the light modulation degree of laser light and the cutoff frequency fc of the distance between the lead protruding from the top of the stem and the top of the stem in the semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the present invention; is there. It is a figure which shows an example of the semiconductor laser apparatus concerning Embodiment 6 of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the semiconductor laser device 100 of the first embodiment.
  • the stem 1 which is a base material of the semiconductor laser device is provided with a hole for passing the lead 2 (indicated by two leads 2a and 2b in the figure), and the lead 2 is sealed with glass or the like inside the hole. It is fixed to the stem 1 by means of the material 3 and the lead 2 projects from the top of the stem 1 by a height of less than 1 mm.
  • the submount substrate 5 and the mirror integrated laser diode chip 6 are mounted on the submount substrate 5 and the submount substrate 5 on the slope body 4 which is inclined with respect to the stem upper surface on the stem upper surface 1a.
  • the mirror integrated laser diode chip 6 is mounted with a mirror for bending the optical path of the laser light as shown in FIG. 2 (conventionally, since the laser diode chip is disposed at the position indicated by reference numeral 22 in FIG. 10)
  • the laser light from the laser diode chip is emitted right above and there is no need to bend the optical path of the laser light), as shown in FIG. 3, the mirror surface angle ⁇ 1 of the mirror surface 8a of the mirror integrated laser diode chip is 55 ° , the slope angle theta 2 of the slope member 4 to implement the mirror integrated laser diode chip is 20 °.
  • the arrows indicate the traveling direction of the laser light.
  • the leads 2 a and 2 b are electrically connected to the mirror integrated laser diode chip 6 through the gold wire 7.
  • the semiconductor laser device shown in FIG. 1 has the laser diode chip disposed in the vicinity of the upper surface of the stem, and the protrusion amount of the lead 2 from the stem upper surface 1a is small.
  • the gold wire 7 is connected to the tip of the lead 2, and the laser diode chip is a mirror integrated laser diode chip 6 in which a mirror 8 is integrated.
  • the angle of the mirror surface 8a of the mirror 8 mounted on the mirror integrated laser diode chip 6 is different. That is, although the mirror surface of 135 ° or 45 ° is formed in the laser diode chip by using the tilt substrate in Patent Document 2, it is not necessary to use a special substrate in the present invention, and the angle of the mirror surface 8a is 55 °, its structure is different from the conventional one.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment can be used as a substrate generally used without using a tilt angle substrate. In order to manufacture using the semiconductor process generally used, it has the feature that mirror integrated laser diode chip 6 can be obtained comparatively easily.
  • the laser diode chip is mounted on the slope body 4 on the upper surface side of the stem via the submount substrate.
  • the laser diode chip is in the vicinity of the upper surface of the stem, it is not necessary to deliver the lead 2 over a long distance from the connection point on the upper surface side of the stem as in the conventional structure (see, eg, FIG. 10).
  • the parasitic inductance of the leads can be reduced compared to the prior art.
  • the laser emission point of the general laser diode chip is on the side of the chip, when the laser diode chip is placed flat on the top surface of the stem, the laser can not be taken out perpendicularly to the top surface of the stem.
  • a mirror integrated laser diode chip 6 in which a mirror for bending laser light is integrated on a laser diode chip is formed.
  • a mirror 8 for bending laser light is integrated at a mirror surface angle ⁇ 1 of the mirror surface 8a, as shown in FIG.
  • the laser light is bent at the mirror surface 8a and taken out to the upper side of the figure.
  • the mirror surface 8 a is formed by a general semiconductor process such as wet etching, and can be easily obtained by forming a reflective surface by a metal deposition film or the like.
  • a part of the laser diode chip is formed by wet etching to incline the mirror surface with respect to a reference surface (attachment surface to the submount substrate) of the laser diode chip, and a mirror formed by the wet etching
  • a mirror integrated laser diode chip 6 is formed by forming either a metal film or a multilayer dielectric film in which Si and SiO 2 are alternately stacked by sputtering, vapor deposition, or CVD on the surface.
  • Patent Document 2 discloses a technique of forming a 45 ° mirror surface using a tilt angle substrate or the like, but a special semiconductor process is necessary and easy. is not.
  • ⁇ 2 20 °
  • the slope member forming the slope angle theta 2 of 20 ° the mirror integrated laser diode chip formed with predetermined mirror surface
  • a method of extracting light from the back surface 6a of the mirror integrated laser diode chip may be used.
  • the mirror integrated laser diode chip 6 is mounted on the submount substrate 5 on the stem 1 by a junction down method (a method of assembling with the PN junction (PN junction) of the chip on the fusion side down).
  • PN junction PN junction
  • the outline of the lower left side of the mirror integrated laser diode chip 6 corresponds to the mirror surface 8a of the mirror integrated laser diode chip 6, and the top outline is the back surface 6a of the mirror integrated laser diode chip 6.
  • arrows indicate the traveling direction of the laser beam.
  • FIG. 6 is a view showing an example of the semiconductor laser device 101 of the second embodiment.
  • the slope body 4 for mounting the mirror integrated laser diode chip 6 and the submount substrate 5 is embedded in the stem. Is a feature.
  • the mirror integrated laser diode chip 6 and the submount substrate 5 become close to the stem upper surface 1a, so the loop height of the gold wire connecting the lead 2 and the submount substrate 5 Can be lower, and the gold wire can be further shortened than in the first embodiment.
  • the gold wire 7 connecting the lead 2a and the lead 2b and the submount substrate 5 on which the mirror integrated laser diode chip 6 is mounted is shortened, so that the parasitic inductance is reduced and a good modulated light waveform is obtained. Is obtained.
  • a semiconductor laser device 102 according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the effective refractive index distribution in the semiconductor layers above and below the active layer of the semiconductor laser is made asymmetric, the laser light emitted from the semiconductor laser is emitted with a maximum inclination of about ⁇ 5 ° with respect to the semiconductor substrate It is known (see, for example, Patent Document 3).
  • the active layer of the semiconductor laser in such a design, the mirror surface angle theta 1 of the mirror surface 8a in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing an example of the semiconductor laser device 102 of the fourth embodiment.
  • the block portion 10 disposed on the upper surface 1 a of the stem includes the submount substrate 5 and the photodiode chip 9 via the submount substrate 5.
  • the photodiode chip 9 is connected to the lead 2 c via a gold wire.
  • the photodiode chip 9 may be monolithically integrated in the mirror integrated laser diode chip 6 shown in FIG. 1 instead of the configuration as shown in FIG.
  • the photodiode chip 9 can easily receive the back light of the mirror integrated laser diode chip, the light output of the semiconductor laser device can be adjusted.
  • Embodiment 5 In FIG. 8, as the fifth embodiment, the cutoff frequency with respect to the distance between the height of the lead protruding from the upper surface of the stem and the upper surface of the stem (hereinafter simply referred to as the lead protrusion amount or protrusion amount.
  • the simulation result of fc (it represents with a GHz unit on a vertical axis
  • 0.1 mm which is the thickness of the thinnest possible substrate.
  • the thinner the substrate thickness the higher the cutoff frequency fc, and the thicker the substrate, the lower the fc.
  • fc decreases by about 2 to 5 GHz.
  • the lead protrusion amount satisfying fc> 17.5 GHz is desirably 0.5 mm or less. Conversely, it can be seen from FIG. 8 that if the lead protrusion amount is within 0.5 mm, fc> 17.5 GHz necessary to obtain a good modulated light waveform is satisfied.
  • FIG. 9 is a view showing an example of the semiconductor laser device 103 of the sixth embodiment.
  • the semiconductor laser device 103 according to the present embodiment is, compared to the semiconductor laser device 102 according to the fourth embodiment, in that the slope body 4 for mounting the mirror integrated laser diode chip 6 and the submount substrate 5 is embedded in the stem ( See Embodiment 2).
  • the other features are the same as in the fourth embodiment, and thus the detailed description will be omitted.
  • the leads 2a and 2b are connected to the submount substrate 5 on which the mirror integrated laser diode chip 6 is mounted. Since the gold wire 7 is shortened, parasitic inductance is reduced and a good modulated light waveform can be obtained.
  • each embodiment it is possible to combine each embodiment freely within the range of the execution, or to appropriately modify or omit each embodiment.
  • the leads 2a and 2b and the mirror integrated laser diode chip 6 are connected by the gold wire 7 is described, other wires than gold wire are applicable as long as they are electrically connected. Needless to say.

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Abstract

半導体レーザ装置(100、101、102、103)において、ステム(1)と、このステム(1)を貫通してステム(1)の上面側まで伸びたリード(2)と、ステム上面(1a)に実装したサブマウント基板(5)と、このサブマウント基板(5)上に所定の角度で集積したミラー面(8a)を持つミラー集積レーザダイオードチップ(6)と、前記ミラー面(8a)により、前記ミラー集積レーザダイオードチップ(6)からのレーザ光を、前記ステム(1)の上面側であって前記ステム上面(1a)に対して垂直方向に導くため、前記ミラー集積レーザダイオードチップ(6)とサブマウント基板(5)を搭載するとともに、前記ステム上面(1a)に対して傾斜した面を持つスロープ体(4)と、を備えるようにした。

Description

半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法
 この発明は、半導体を用いたレーザ装置及びその製造方法に関するものである。
 従来の半導体レーザ装置を図10に示す。サブマウントとレーザダイオードチップはステム上面に配置したブロック(ヒートシンク)にステム上面に対して垂直方向に実装し、サブマウントとフォトダイオードチップはステム上面に実装しており、レーザダイオードチップとフォトダイオードチップはステムから突き出た長いリードと金ワイヤで接続された構成である (例えば、特許文献1の図6参照)。
 また、サブマウントとレーザダイオードチップをステムに実装し、レーザ光をミラーで90度反射して出射する半導体レーザ装置が知られている(例えば、特許文献2の図1、および図25参照)。
特開2004-342882号公報 特開2010-3883号公報 特開2006-196505号公報
 図10に示す従来の半導体レーザ装置では、リード20aおよびリード20bにレーザダイオードチップ22を駆動させるためのDCバイアス信号と矩形の変調信号(例えば図11参照)が入力される。なお、リード20cには、フォトダイオードチップ9を駆動させるための信号が入力される。
 この変調信号は、これらのリード(リード20aおよびリード20b)とワイヤ23、サブマウント基板5を介して、ブロック(ヒートシンク)21に搭載されたレーザダイオードチップ22に入力され、レーザダイオードチップ22は、上記変調信号のオンオフに追随するように、レーザ光をオンオフする。この時、リード20aおよびリード20bに入力される信号は、図11に示すような理想的な矩形波であっても、これらのリードやワイヤ23の寄生インダクタンス(浮遊インダクタンスと同義。以下同様)が原因で、インピーダンス不整合が大きくなってしまい、レーザダイオードチップ22から得られるレーザ光の変調光波形は、図12に示すように、一点鎖線間の時間間隔で示される立ち上がり時間(tr)や、破線間の時間間隔で示される立ち下り時間(tf)が長くなり、波形は劣化してしまう。なお、立ち上がり時間(tr)および立ち下り時間(tf)の具体的な定義は後述する。
 波形の劣化が著しいと、受信側で光信号のオンオフの区別がつかなくなり、信号の復調が困難になる。特に変調周波数が高くなるほどインピーダンス不整合の影響が大きくなり、光波形は大きく劣化する。
 図13に、半導体レーザ装置に用いるレーザ光の光変調度の周波数依存性を示す。横軸は周波数を示しており、frは緩和振動周波数、fcは遮断周波数を表す。縦軸は、Sパラメータ(Scatteringパラメータ)で表した光変調度を示している。ここでは、この光変調度をS21パラメータで定義している。ここで「21」は、入力(「21」のうちの「1」)に対する出力(「21」のうちの「2」)の比で表される量であることを意味する。
 上述の光変調度は、半導体レーザチップにパルス電流を入力したとき、増加したキャリア密度が定常状態に落ち着くまで振動を繰り返す緩和振動の影響を受けて緩和振動周波数frで大きくなるが、それより高い変調周波数では光変調度は小さくなっていく。光変調度が低周波における変調度より1.5dB低下したときの周波数をfc(この周波数を以下では遮断周波数と呼ぶ)、変調光波形が10%から90%まで立ち上がるのにかかる時間をtr、90%から10%まで立ち下がるのにかかる時間をtfとすると、fc、trおよびtfの関係はtr=tf=0.35/fcで与えられる。よって、fcが大きいほどtr、tfは小さくなり、良好な変調光波形が得られるようになる。
 従って、変調光波形を改善するためには、寄生インダクタンスを低減して、インピーダンス不整合を抑制し、遮断周波数fcを大きくする(向上させる)ことが有効であることが経験的に知られている。寄生インダクタンスを低減するためには、リードやワイヤの短縮が有効であるが、図10に示す従来構造では、チップ位置までリードあるいはワイヤを伸ばす必要があり、長いリードや金ワイヤが変調光波形を劣化させるという問題点がある。
 また、レーザダイオードチップ22の位置をステム上面1aに近づければ、リードやワイヤの短縮化ができる(図14参照)が、この構造は一般的な半導体レーザ装置の組立装置を用いた場合、図14に示すように、チップ実装時にチップ吸着用コレット24とステム1が干渉してしまうため(この時、レーザダイオードチップ22の位置をステム上面1aに近づくようにすると、チップ吸着用コレット24が図中の矢印方向に移動してステム1に近づく)、実現性に乏しい。
 さらに、特許文献2には、傾角基板などを用いて45°のミラー面を作り、レーザダイオードチップを水平に配置しステム上面に近づける構造が開示されているが、特殊な半導体プロセスが必要になり、容易ではない。
 この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、特殊な半導体プロセス等を必要としないで、容易にリードの短縮化を実現し良好な変調光波形を得ることを目的としている。 
 この発明に係る半導体レーザ装置は、
レーザ光を出射するためのレーザダイオードチップを備えた半導体レーザ装置であって、
前記レーザダイオードチップを搭載するためのステム、
前記レーザダイオードチップと離隔して配置され前記レーザダイオードチップから出射されたレーザ光を反射するミラーと、前記レーザダイオードチップとが一体化して集積されたミラー集積レーザダイオードチップ、
このミラー集積レーザダイオードチップを搭載したサブマウント基板が上面に実装されるとともに、前記ステムの上面に対して傾斜した傾斜面を有し、前記ステムに設置されたスロープ体、
を備え、
前記ミラーは、前記サブマウント基板に対して傾斜するミラー面を有し、
前記レーザ光の光路は、前記レーザダイオードチップの側面から出射されたレーザ光が、当該レーザダイオードチップの側面と前記ミラー面の間の空間を前記サブマウント基板の表面に対して平行に前記ミラー面まで進んだ後、当該ミラー面で反射して前記ステムの上面側に進行するように構成されているとともに、
前記スロープ体の傾斜面の傾斜角と前記ミラー面の前記サブマウント基板に対する傾斜角との組合せ角度が予め設定された角度で構成されているものである。
 この発明の半導体レーザ装置は、特殊な半導体プロセスを用いることなく、前記ミラーのミラー面により、前記ステムの上面に対して直交する方向であって前記ステムの上面側に、前記ミラー集積レーザダイオードチップからのレーザ光を容易に導くことができる。この結果、特殊な半導体プロセス等を必要としないで、容易に、リードあるいはワイヤの短縮化等ができ、良好な変調光波形を得ることが可能となる。
この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置におけるミラー集積レーザダイオードチップの一例を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置での、ミラー集積レーザダイオードチップのミラー面の角度、スロープ体のスロープ角度、およびレーザ光の進行方向を説明するための図である。 この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置でのミラー集積レーザダイオードチップのミラー面におけるレーザ光の進行方向の角度を説明するための図である。 この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置の他の例を示す図である。 この発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態4に係る半導体レーザ装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態5に係る半導体レーザ装置における、ステム上面から突き出たリードとステム上面との距離に対するレーザ光の光変調度の遮断周波数fcとの関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態6に係る半導体レーザ装置の一例を示す図である。 従来の半導体レーザ装置の装置構成の一例を示す図である。 半導体レーザ装置のリードに入力される理想的な矩形波信号の一例を示す図である。 半導体レーザ装置のレーザ光の変調光波形の一例を示す図である。 半導体レーザ装置の光変調度の周波数依存性の一例を示す図である。 一般的な半導体レーザ装置の組立装置を用いた場合の、チップ実装時における、チップ吸着用コレットとステムとの干渉を説明するための図である。
実施の形態1.
 本発明に係る実施の形態1の半導体レーザ装置について以下図を用いて説明する。
図1は、本実施の形態1の半導体レーザ装置100の一例を示す図である。半導体レーザ装置のベース材となるステム1には、リード2(図では2つのリード2a、2bで表示)を通すための穴が開けてあり、リード2は穴の内部で、ガラスなどの封着材3を用いてステム1に固定され、リード2はステム1の上面に1mm未満の高さだけ突き出ている。
 また、ステム上面1aにはステム上面に対して傾斜を持たせたスロープ体4にサブマウント基板5と、このサブマウント基板5上に、ミラー集積レーザダイオードチップ6が実装されている。
 ミラー集積レーザダイオードチップ6には、図2に示すようにレーザ光の光路を曲げるためのミラーが搭載され(従来は、レーザダイオードチップは図10の符号22で示す位置に配置されているため、レーザダイオードチップからのレーザ光は真上に出射されレーザ光の光路を曲げる必要はなかった)、図3に示すように、ミラー集積レーザダイオードチップのミラー面8aのミラー面角度θは55°、ミラー集積レーザダイオードチップを実装するスロープ体4のスロープ角度θは20°である。なお、この図で、矢印はレーザ光の進行方向を示す。また、図1に示すように、リード2aとリード2bは、金ワイヤ7を介して、ミラー集積レーザダイオードチップ6と電気的に接続されている。
 図1に示す半導体レーザ装置は、図10に示す従来の半導体レーザ装置の構造に比べて、レーザダイオードチップをステムの上面近傍に配置したこと、ステム上面1aからのリード2の突き出し量が小さく、金ワイヤ7は、リード2の先端部に接続されていること、さらにレーザダイオードチップは、ミラー8を集積したミラー集積レーザダイオードチップ6であるところが異なる。レーザダイオードチップをステムの上面近傍に配置することで、レーザダイオードチップがステム上面に近くなり、リードを短くすることができるためである。ただし、このように配置するためには、光路を曲げるミラーが必要になるが、従来は、45°のミラーを集積したレーザダイオードチップを作ることが困難であり、ミラーを集積する代わりにプリズムを用いるとコストが増大するといった課題があったため、実現できていなかった。
 また、特許文献2に記載の従来の半導体レーザ装置の構造に比べて、ミラー集積レーザダイオードチップ6に搭載されたミラー8のミラー面8aの角度が異なる。つまり、特許文献2では傾角基板を用いることでレーザダイオードチップに135°あるいは45°のミラー面を形成しているが、本発明では特殊な基板を用いる必要はなく、ミラー面8aの角度は55°であり、その構造は従来のものとは異なる。
 なお、傾角基板は、角度のオフセットがエピタキシャル成長など、他のウエハプロセスに影響する懸念があるが、本実施の形態における半導体レーザ装置は、傾角基板を用いることなく、一般的に用いられる基板に、一般的に用いられる半導体プロセスを適用して作製するため、比較的容易に、ミラー集積レーザダイオードチップ6を得ることができるという特長を持つ。
 次に、実施の形態1で得られる作用について、以下説明する。本実施の形態では図1に示すように、サブマウント基板を介して、レーザダイオードチップをステム上面側のスロープ体4に実装している。このように、レーザダイオードチップがステム上面近傍にあるため、従来構造を用いた場合(例えば図10参照)のように、リード2を、ステム上面側の接続点から長い距離にわたって引き渡す必要がなくなり、従来に比べて、リードの寄生インダクタンスを低減することができる。
 ここで、一般的なレーザダイオードチップのレーザ発光点は、チップの側面にあるため、レーザダイオードチップをステム上面に平置きすると、レーザをステム上面に対して垂直方向に取り出すことができない。
 そこで、図2に示すように、レーザダイオードチップにレーザ光を曲げるためのミラーを集積したミラー集積レーザダイオードチップ6を形成する。図2に示したように、ミラー集積レーザダイオードチップ6には、レーザ光を曲げるためのミラー8が、ミラー面8aのミラー面角度θで集積されており、図3に示したように、レーザ光はミラー面8aで曲げられて図の上側へ取り出される。ミラー面8aはウェットエッチングなど、一般的な半導体プロセスで形成し、金属蒸着膜などで反射面を作ることで容易に得られる。すなわち、前記レーザダイオードチップの一部をウェットエッチングにより、前記ミラー面をレーザダイオードチップの基準面(上記サブマウント基板への取付面)に対して傾斜させて形成し、このウェットエッチングにより形成したミラー面上にスパッタ法、蒸着法、あるいはCVD法により、金属膜、またはSiとSiO2を交互に積層した多層誘電膜のいずれかを形成することでミラー集積レーザダイオードチップ6を形成する。
 しかしながら、ウェットエッチングで形成したミラー面の角度は、基板の格子面に従い55°となることから(たとえば特許文献2の図7参照)、ステム上面にレーザダイオードチップを平置きした場合には、レーザ光はステム上面の垂直方向ではなく、20°の角度で出射される。従来、レーザ光を垂直方向に取り出すために、例えば、特許文献2には傾角基板などを用いて45°のミラー面を作る技術が開示されているが、特殊な半導体プロセスが必要になり、容易ではない。
 そこで本実施の形態1では、図3、図4に示すように、ステム1に20°のスロープ角度θ(=20°)を設けている。この構造であれば、一般的な半導体プロセスにより、レーザダイオードチップにミラー面8aを形成し、20°のスロープ角度θを形成したスロープ体に、所定のミラー面を形成したミラー集積レーザダイオードチップ6を実装するだけで、容易にレーザ光を真上に(ステム上面に垂直な方向であって図3の上側に)取り出すことが可能となる。つまり、図4でθ=55°のとき、α=20°となる。よって ステム上面に対して、スロープ角度θを20°とすれば、α=20°で示した矢印は、ステム上面に対して上側、垂直方向に向く。
 なお、本実施の形態1で用いるミラー集積レーザダイオードチップとして、図5に示すように、ミラー集積レーザダイオードチップの裏面6aから光を取り出す方式のものを用いても良い。この場合、ミラー集積レーザダイオードチップ6はジャンクションダウン方式(チップのPN接合(PNジャンクション)を融着側である下側にして組み立てる方式)で、ステム1上のサブマウント基板5に実装される。 この図において、ミラー集積レーザダイオードチップ6の左側斜め下の外形線は、ミラー集積レーザダイオードチップ6のミラー面8aに相当し、一番上の外形線はミラー集積レーザダイオードチップ6の裏面6aを表し、矢印はレーザ光線の進行方向を表している。
 以上説明したように、実施の形態1に係る半導体レーザ装置100においては、図1に示すように、リードのステム上面1aからの突き出し量が小さいため、リードの寄生インダクタンスが低減し、良好な変調光波形が得られる。
実施の形態2.
 本発明に係る実施の形態2の半導体レーザ装置について以下図を用いて説明する。
図6は、本実施の形態2の半導体レーザ装置101の一例を示す図である。この図に示すように、実施の形態1に対して、本実施の形態の半導体レーザ装置101においては、ミラー集積レーザダイオードチップ6とサブマウント基板5を実装するスロープ体4をステム内部に埋め込んだことが特徴である。
 この図のように、スロープ体4を埋め込むことで、ミラー集積レーザダイオードチップ6とサブマウント基板5がステム上面1aに近くなるため、リード2とサブマウント基板5を接続する金ワイヤのループ高さが低くなり、実施の形態1の場合よりも、さらに金ワイヤを短くすることができる。
 図6に示すように、リード2aおよびリード2bと、ミラー集積レーザダイオードチップ6が載っているサブマウント基板5を接続する金ワイヤ7が短くなるので、寄生インダクタンスが低減し、良好な変調光波形が得られる。
実施の形態3.
 本発明に係る実施の形態3の半導体レーザ装置102について以下図を用いて説明する。 半導体レーザの活性層の上下の半導体層における実効的な屈折率分布を非対称にすると、半導体レーザから出射されるレーザ光が、半導体基板に対して、最大±5°程度、傾斜して出射されることが知られている(例えば、特許文献3参照)。
 半導体レーザの活性層をこのような設計にした場合、図4におけるミラー面8aのミラー面角度θが、55°を中心値として、50°~60°の範囲で変化するので、これに対応して(θ=2θ-90°の関係から)、ステムのスロープ角度θを10°(θ=50°のとき)から30°(θ=60°のとき)の範囲で調整し、レーザ光を真上に取り出す。
実施の形態4.
 本発明に係る実施の形態4の半導体レーザ装置について以下図を用いて説明する。
図7は、本実施の形態4の半導体レーザ装置102の一例を示す図である。この図に示すように、ステム上面側には、ミラー集積レーザダイオードチップ6以外に、ステム上面1aに配置したブロック部10に、サブマウント基板5、及びサブマウント基板5を介したフォトダイオードチップ9が、ステム上面1aに対して垂直な面上に実装されている。
 また、フォトダイオードチップ9は、金ワイヤを介してリード2cと接続されている。なお、フォトダイオードチップ9は、図7のような構成ではなく、図1に示すミラー集積レーザダイオードチップ6に、モノリシックに集積しても良い。
 図7において、フォトダイオードチップ9はミラー集積レーザダイオードチップの背面光を容易に受けることできるため、半導体レーザ装置の光出力を調整することができる。
 すなわち、図7の構成にすることで、容易にミラー集積レーザダイオードチップの光出力を調整できる半導体レーザ装置を得ることができる。
実施の形態5.
 図8に、実施の形態5として、ステム上面から突き出たリードの高さとステム上面との距離(以下、単に、リード突き出し量、あるいは突き出し量と呼ぶ。横軸にmm単位で表わす)に対する遮断周波数fc(縦軸にGHz単位で表わす)のシミュレーション結果を示す。
 本シミュレーションにおいては、実施の形態1の半導体レーザ装置におけるミラー集積レーザダイオードチップを載せたサブマウント基板5の厚みとして、製造可能な最も薄い基板の厚みである0.1mmを採用し、この場合について計算した。一般には、基板の厚みが薄いほど遮断周波数fcは高くなり、厚いほどfcは低くなる。例えば、基板の厚み0.1mmを0.2mmに変更すると、fcは2~5GHz程度低くなる。
 変調周波数を25GHzとした時、tr=tfが15psec~20psecであれば理想的な変調した光波形が得られる。これより、tr=tf=0.35/fcの条件式において、tr=tf=20psecとしてfcを求めると、fc>17.5GHzで良好な変調光波形が得られることがわかる。図中の点線はfc=17.5GHzを示している。なお、tr=tf=15psecでのfcを求めると23.3GHz>fcとなる。
 よって、図8より、fc>17.5GHzを満たすリード突き出し量は0.5mm以内であることが望ましいことがわかる。 
 逆に、図8より、リード突き出し量が0.5mm以内であれば、良好な変調光波形を得るために必要なfc>17.5GHzを満たすことがわかる。
 以上まとめると、図8より、リード突き出し量を0.5mm以内とすることで、fcが向上し良好な変調光波形を得ることができる、と結論付けられる。
実施の形態6.
 本発明に係る実施の形態6の半導体レーザ装置について以下図を用いて説明する。
図9は、本実施の形態6の半導体レーザ装置103の一例を示す図である。
本実施の形態の半導体レーザ装置103は、実施の形態4の半導体レーザ装置102と比較して、ミラー集積レーザダイオードチップ6とサブマウント基板5を実装するスロープ体4をステム内部に埋め込んだ点(実施の形態2参照)が異なる。その他の特徴は、実施の形態4と同じであるので、詳しい説明は省略する。この実施の形態6の半導体レーザ装置103では、実施の形態4の半導体レーザ装置102と比較して、リード2aおよびリード2bと、ミラー集積レーザダイオードチップ6が載っているサブマウント基板5を接続する金ワイヤ7が短くなるので、寄生インダクタンスが低減し、良好な変調光波形が得られる。
 なお、本発明はその実施の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、以上においてはリード2a、2bとミラー集積レーザダイオードチップ6とは、金ワイヤ7によって接続されている場合について説明したが、電気的に接続するものであれば、金ワイヤ以外でも適用可能なことは言うまでもない。
 1 ステム、1a ステム上面、2、2a、2b、2c リード、3 封着材、4 スロープ体、5 サブマウント基板、6 ミラー集積レーザダイオードチップ、6a ミラー集積レーザダイオードチップの裏面、7 金ワイヤ、8 ミラー、8a ミラー面、9 フォトダイオードチップ、10 ブロック部、100、101、102、103 半導体レーザ装置、θ ミラー面角度、θ スロープ角度

Claims (6)

  1. レーザ光を出射するためのレーザダイオードチップを備えた半導体レーザ装置であって、
    前記レーザダイオードチップを搭載するためのステム、
    前記レーザダイオードチップと離隔して配置され前記レーザダイオードチップから出射されたレーザ光を反射するミラーと、前記レーザダイオードチップとが一体化して集積されたミラー集積レーザダイオードチップ、
    このミラー集積レーザダイオードチップを搭載したサブマウント基板が上面に実装されるとともに、前記ステムの上面に対して傾斜した傾斜面を有し、前記ステムに設置されたスロープ体、
    を備え、
    前記ミラーは、前記サブマウント基板に対して傾斜するミラー面を有し、
    前記レーザ光の光路は、前記レーザダイオードチップの側面から出射されたレーザ光が、当該レーザダイオードチップの側面と前記ミラー面の間の空間を前記サブマウント基板の表面に対して平行に前記ミラー面まで進んだ後、当該ミラー面で反射して前記ステムの上面側に進行するように構成されているとともに、
    前記スロープ体の傾斜面の傾斜角と前記ミラー面の前記サブマウント基板に対する傾斜角との組合せ角度が予め設定された角度で構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記組合せ角度を前記ミラー面の傾斜角の2倍と前記スロープ体の傾斜角との差とし、前記予め設定された角度は90°であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記サブマウント基板の厚みが0.1mmの場合において、前記レーザダイオードチップを駆動するための信号を入力するリードの、前記ステムの上面からの突き出し量が0.5mm以内に設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記ステムの上面にブロック部が設けられ、当該ブロック部を構成する外形面のうち前記ステムの上面に対して直交する面を、フォトダイオードチップの設置面としたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記スロープ体の傾斜面の傾斜角は、前記ステムの上面に対し10°から30°の角度範囲で変更可能なことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
  6. レーザ光を出射するためのレーザダイオードチップを備えた半導体レーザ装置であって、
    前記レーザダイオードチップを搭載するためのステム、
    前記レーザダイオードチップと離隔して配置され前記レーザダイオードチップから出射されたレーザ光を反射するミラーと、前記レーザダイオードチップとが一体化して集積されたミラー集積レーザダイオードチップ、
    このミラー集積レーザダイオードチップを搭載したサブマウント基板が上面に実装されるとともに、前記ステムの上面に対して傾斜した傾斜面を有し、前記ステムに設置されたスロープ体、を備えた半導体レーザ装置の製造方法であって、
    前記レーザダイオードチップの一部をウェットエッチングすることにより、前記ミラーの表面であるミラー面をレーザダイオードチップの基準面に対して傾斜させて形成し、
    このウェットエッチングにより形成したミラー面上にスパッタ法、蒸着法、あるいはCVD法により、金属膜、またはSiとSiO2を交互に積層した多層誘電膜のいずれかを形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021001914A1 (ja) * 2019-07-02 2021-01-07 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
WO2021014568A1 (ja) * 2019-07-23 2021-01-28 三菱電機株式会社 To-can型光送信モジュール
JPWO2021171545A1 (ja) * 2020-02-28 2021-09-02
WO2024000964A1 (zh) * 2022-06-30 2024-01-04 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 光模块

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000114655A (ja) * 1998-09-30 2000-04-21 Toshiba Corp サブマウントミラー方式面型レーザ
JP2005026584A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザモジュール
JP2005159036A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送受信モジュール
JP2008028391A (ja) * 2006-07-17 2008-02-07 Agere Systems Inc マルチレーザー用途のレーザー・アセンブリ
US8442084B2 (en) * 2002-10-03 2013-05-14 Laser Operations Llc High performance vertically emitting lasers
JP2013171879A (ja) * 2012-02-17 2013-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 光モジュール

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000114655A (ja) * 1998-09-30 2000-04-21 Toshiba Corp サブマウントミラー方式面型レーザ
US8442084B2 (en) * 2002-10-03 2013-05-14 Laser Operations Llc High performance vertically emitting lasers
JP2005026584A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザモジュール
JP2005159036A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送受信モジュール
JP2008028391A (ja) * 2006-07-17 2008-02-07 Agere Systems Inc マルチレーザー用途のレーザー・アセンブリ
JP2013171879A (ja) * 2012-02-17 2013-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 光モジュール

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021001914A1 (ja) * 2019-07-02 2021-01-07 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JPWO2021001914A1 (ja) * 2019-07-02 2021-01-07
TWI730826B (zh) * 2019-07-02 2021-06-11 日商三菱電機股份有限公司 半導體雷射裝置
CN114026752A (zh) * 2019-07-02 2022-02-08 三菱电机株式会社 半导体激光装置
JP7209837B2 (ja) 2019-07-02 2023-01-20 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
CN114026752B (zh) * 2019-07-02 2024-06-07 三菱电机株式会社 半导体激光装置
WO2021014568A1 (ja) * 2019-07-23 2021-01-28 三菱電機株式会社 To-can型光送信モジュール
JPWO2021014568A1 (ja) * 2019-07-23 2021-09-13 三菱電機株式会社 To−can型光送信モジュール
JPWO2021171545A1 (ja) * 2020-02-28 2021-09-02
WO2021171545A1 (ja) * 2020-02-28 2021-09-02 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
WO2024000964A1 (zh) * 2022-06-30 2024-01-04 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 光模块

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