WO2021014568A1 - To-can型光送信モジュール - Google Patents

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WO2021014568A1
WO2021014568A1 PCT/JP2019/028844 JP2019028844W WO2021014568A1 WO 2021014568 A1 WO2021014568 A1 WO 2021014568A1 JP 2019028844 W JP2019028844 W JP 2019028844W WO 2021014568 A1 WO2021014568 A1 WO 2021014568A1
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WO
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light emitting
emitting element
stem
electrode
semiconductor light
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/028844
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English (en)
French (fr)
Inventor
誠希 中村
瑞基 白尾
尚希 小坂
奥貫 雄一郎
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a TO (Transistor Outline) -CAN type optical transmission module for optical communication.
  • Patent Document 1 discloses an optical transmission module for solving the problem that the modulation signal transmitted to the semiconductor light emitting device is deteriorated and the semiconductor light emitting device cannot be driven at high speed.
  • the optical transmission module shown in Patent Document 1 includes a stem, a submount mounted on the mounting surface of the stem, a plurality of holes of the stem, and a plurality of lead terminals inserted into a plurality of holes of the submount, and a sub.
  • a semiconductor light emitting element that is mounted on the mounting surface of the mount via a wiring portion, one electrode is electrically connected to the lead terminal via the wiring portion, and the other electrode is connected to the lead terminal via a wire. It is equipped with a lens cap that is fixed to the stem and holds the lens, and a prism that is fixed to the mounting surface of the submount and changes the light path of light from the semiconductor light emitting element in the direction of the lens.
  • the optical transmission module shown in Patent Document 1 has a lead terminal in which a semiconductor light emitting element can be mounted on a mounting surface of a submount by changing the optical path of light from the semiconductor light emitting element in the direction of a lens by a prism.
  • the length exposed from the mounting surface of the stem in is shortened.
  • a prism is required to change the optical path from the semiconductor light emitting element and the assembly becomes complicated.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a TO-CAN type optical transmission module which does not require a prism, is easy to assemble, and is excellent in high-speed driving of a semiconductor light emitting element. ..
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the present invention is formed on the inner plane, the outer plane, the first through hole and the second through hole penetrating between the inner plane and the outer plane, and the inner plane.
  • a stem having a light emitting element mounting portion having an inclined surface inclined at an inner angle of ⁇ 1 with respect to a parallel surface parallel to the inner plane, and an inner lead portion that penetrates the first through hole and is exposed from the inner plane of the stem.
  • the first signal lead pin having the above, the second signal lead pin having an inner lead portion that penetrates the second through hole and is exposed from the inner plane of the stem, is mounted on the inclined surface of the light emitting element mounting portion of the stem.
  • the semiconductor light emitting element unit connected to the above is arranged to face the emission surface of the semiconductor light emitting element unit, and the optical path of the laser light emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting element unit is changed in the vertical direction of the inner plane of the stem.
  • a semiconductor light emitting element having a mirror surface having a mirror surface, the mirror surface of the mirror portion inclined at an internal angle of ⁇ 2 with respect to the inclined surface of the light emitting element mounting portion of the stem, a bottomed portion and a side wall portion, and the stem
  • a tubular cap with an open end which covers the inner plane side and is fixed with the open end surface of the side wall in contact with the peripheral end of the inner plane of the stem, mounted on the bottom of this cap, and the laser from the semiconductor light emitting element.
  • An optical coupling means for optical coupling the light output of light outside the cap is provided.
  • FIG. 5 is a plan view taken along the line II-II of FIG. 1 showing a TO-CAN type optical transmission module according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view before mounting the cap 17 which shows the TO-CAN type optical transmission module which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an enlarged sectional view which shows the periphery of the semiconductor light emitting element 3 in the TO-CAN type optical transmission module which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an enlarged sectional view which shows the periphery of the light receiving element 13 in the TO-CAN type light transmission module which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an enlarged sectional view which shows the periphery of the semiconductor light emitting element 3 in the TO-CAN type optical transmission module which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • the TO-CAN type optical transmission module for optical communication according to the first aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the TO-CAN type optical transmission module has a configuration in which a semiconductor laser (LD: Laser Diode), which is a semiconductor light emitting element for optical communication, and a photodiode (PD: Photo Diode), which is a semiconductor light receiving element, are mounted in a TO-CAN package. is there.
  • LD Laser Diode
  • PD Photo Diode
  • the communication speed of the TO-CAN type optical transmission module is 1 Gbit / s to 200 Gbit / s per wavelength channel, and it is based on an optical intensity modulation method such as NRZ (Non-Return to Zero) method or PAM (Pulse Amplitude Modulation) method. Outputs modulated laser light.
  • NRZ Non-Return to Zero
  • PAM Pulse Amplitude Modulation
  • Stem 1 is made of a disk-shaped metal having an outer diameter of 5.6 mm or 5.6 mm or less.
  • the stem 1 is not limited to a disk shape, but may be a columnar shape or a square columnar shape, and may be a flat plate shape having an inner plane 1a and an outer plane 1b parallel to the inner plane 1a.
  • the stem 1 may be provided with a notch for facilitating positioning during manufacturing.
  • the stem 1 is sometimes called a header or eyelet.
  • the stem 1 functions as a heat sink of the semiconductor light emitting element 3, and the inner plane 1a serves as a component mounting region.
  • a third through hole 1e is formed from a first through hole 1c penetrating between the inner plane 1a and the outer plane 1b.
  • the first through hole 1c to the third through hole 1e are formed at three corners of a square.
  • the third through hole 1e is on a line passing through the center of the inner plane 1a of the stem 1 along the optical line of the laser beam of the semiconductor light emitting element 3, and the first through hole 1c and the second through hole 1d emit semiconductor light. It is located at a position orthogonal to the optical line of the laser beam of the element 3 and facing each other on a line passing through the center of the inner plane 1a of the stem 1.
  • the stem 1 is formed by being dug into the center of the inner plane 1a, and is inclined at an angle ⁇ 1 of an inner angle with respect to a parallel plane H parallel to the inner plane 1a from the inner plane 1a toward the outer plane 1b. It has a light emitting element mounting portion 1f having an inclined surface 1 g which is a bottom surface. The angle ⁇ 1 is 20 °.
  • the inclined surface 1g is an inclined surface that becomes lower toward the second through hole 1d side.
  • the semiconductor light emitting element 3 is mounted, that is, the light emitting element submount 2 on which the semiconductor light emitting element 3 is mounted is mounted and fixed on the light emitting element mounting portion 1f. Further, the height h from the center position on the inclined surface 1g to the inner plane 1a of the stem 1 is the same as the thickness t of the light emitting element submount 2.
  • the light emitting element mounting portions 1f are formed at a position lower than the inner plane 1a, and the height h of the center is the same as the thickness t of the submount 2 for the light emitting element, but the height h of the center. May be larger than the thickness t of the light emitting element submount 2, and part or all of the light emitting element mounting portion 1f may be located higher than the inner plane 1a.
  • the light emitting element mounting portion 1f may have an inclined surface extending from the inner plane 1a and inclined at an angle ⁇ 1 of an internal angle with respect to the parallel surface H of the inner plane 1a.
  • the electrode of the semiconductor light emitting element 3 and the second electrode connection formed on the surface of the substrate 2a of the submount 2 for the light emitting element are connected.
  • the height at which the total product of the submount 2 for the light emitting element is within the inner plane 1a is set as the limit of the height h at the center position, and the height h at the center position is within the total product of the submount 2 for the light emitting element. It is preferable that the height is equal to or more than the plane 1a or less and the inner plane is 1a or less.
  • the light emitting element mounting portion 1f provided by digging into the stem 1 can be formed by using an existing mass production facility generally used when manufacturing the stem 1.
  • the submount 2 for a light emitting element is formed with a substrate 2a made of a dielectric material such as aluminum nitride (AlN) or alumina (Al2O3), which is compatible with the linear thermal expansion of the semiconductor light emitting element 3, and a pattern formed on the surface of the substrate 2a by vapor deposition or the like.
  • the first electrode connection region 2b, the second electrode connection region 2c, and the back surface of the substrate 2a are electrically connected to the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1 by solder or a conductive adhesive or the like. It has a ground contact area (not shown) formed by vapor deposition or the like, which is mechanically fixed.
  • An electrode pattern may be formed on the side surface of the substrate 2a in order to facilitate electrical connection or to adjust the impedance of the light emitting element submount 2.
  • the bottom surface of the semiconductor light emitting device 3 which is one of the electrodes is electrically connected to a part of the first electrode connection region 2b by die bonding with solder, a conductive adhesive, or the like. , Mechanically fixed.
  • the second electrode connection region 2c and the other electrode in the semiconductor light emitting device 3 are electrically connected by a wire 4 such as a gold wire formed by wire bonding.
  • a wire 4 such as a gold wire formed by wire bonding.
  • the semiconductor light emitting element 3 is die-bonded to the first electrode connection region 2b of the light emitting element submount 2 with solder, a conductive adhesive, or the like, and is mounted and fixed on the light emitting element mounting portion 1f.
  • the semiconductor light emitting device 3 is a mirror that changes the optical path of the semiconductor light emitting device unit 3a and the laser light emitted from the semiconductor light emitting device unit 3a to the central axis Z (see FIG. 1) of the stem 1. It has a part 3b.
  • the semiconductor light emitting device 3 is a chip formed by integrating and forming a mirror part 3b on the semiconductor light emitting device part 3a, for example, using an indium phosphide (InP) or indium gallium arsenide / phosphorus (InGaAsP) compound semiconductor as a substrate. Is.
  • InP indium phosphide
  • InGaAsP indium gallium arsenide / phosphorus
  • the semiconductor light emitting element unit 3a is a horizontal resonator type laser diode element having a horizontal resonator such as a distributed feedback (DFB) laser diode element or a Fabry-Perot type laser diode element which is a direct modulation light source.
  • This is an end face emitting laser diode element, and the front end face of the element, which is the emission surface 3a1, and the rear end surface of the element, which is the back surface 3a2, are covered with an antireflection coating (AR) and an antireflection coating (HR), respectively. Coating) is applied.
  • the semiconductor light emitting device unit 3a emits laser light in the horizontal direction from the emission surface 3a1, and the laser light emitted from the emission surface 3a1 is monitored by the back light emitted from the back surface 3a2.
  • the emission surface 3a1 of the semiconductor light emitting device unit 3a and the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b are arranged to face each other, and laser light is shown from the emission surface 3a1 of the semiconductor light emitting element unit 3a to the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b as shown by arrow A in FIG.
  • the light is emitted in the direction, that is, parallel to the surface of the light emitting element submount 2 and the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1.
  • the laser beam incident on the mirror surface 3b1 of the mirror portion 3b is changed in the optical path in the direction shown by the arrow B in FIG. 4, that is, in the central axis Z of the stem 1.
  • the laser beam from the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting device unit 3a is emitted in the C direction opposite to the direction shown by the arrow A in FIG.
  • the mirror surface 3b1 of the mirror portion 3b is tilted by an angle ⁇ 2 of an internal angle with respect to the semiconductor substrate surface 3c, which is the direction of the resonator of the semiconductor light emitting element 3.
  • the angle ⁇ 2 is 55 °. That is, the mirror portion 3b has a mirror surface 3b1 inclined at an internal angle of ⁇ 2 with respect to the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1.
  • the light path was changed to the B direction, that is, the central axis Z of the stem 1 by the mirror surface 3b1 inclined by the angle ⁇ 2 with respect to the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f inclined by the angle ⁇ 1 with respect to the inner plane 1a of the stem 1.
  • the laser beam is emitted from the semiconductor light emitting element 3.
  • the angle ⁇ 2 is assumed to be 45 ° or more and less than 90 °, but the angle ⁇ 2 may be less than 45 °.
  • the inclination direction of the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f is opposite to the inclination direction shown in FIG. 4 with respect to the inner plane 1a of the stem 1.
  • the inclination of the optical path is offset. At least one of the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 may be adjusted so that the semiconductor light emitting element 3 emits the laser beam with the central axis Z of the stem 1 as the optical path.
  • the mirror surface 3b1 of the mirror portion 3b is formed by a general semiconductor process such as wet etching utilizing crystal anisotropy. Therefore, the mirror surface 3b1 having an angle ⁇ 2 can be formed relatively easily because it does not depend on an inclined substrate or a complicated process.
  • the mirror surface 3b1 of the mirror portion 3b is a multilayer dielectric in which a metal film or thin films of dielectrics such as silicon (Si) and silicon oxide (SiO2) are alternately laminated on the surface of a substrate made of a compound semiconductor in order to increase the reflectance. A film is provided.
  • the semiconductor light emitting device 3 may further integrate a spot size converter that converts the emission beam diameter in order to increase the efficiency of optical coupling.
  • the lead pin 5 for the main signal (lead pin for the first signal), the lead pin 6 for the main signal (lead pin for the second signal), and the lead pin 7 for the monitor are each through the first through hole 1c to the third through hole 1c of the stem 1. It penetrates each of the holes 1e and is fixed to the stem 1 by a sealing glass 8 that is filled and solidified between the lead pin and the through hole.
  • the sealing glass 8 electrically insulates the main signal lead pin 5, the main signal lead pin 6, and the monitor lead pin 7 and the stem 1 and maintains airtightness.
  • the length L1 of the inner lead portion 7a from the inner lead portion 5a exposed from the inner plane of the stem 1 of the main signal lead pin 5, the main signal lead pin 6, and the monitor lead pin 7 is short, for example, as shown in FIG. ,
  • the length of the position that protrudes the longest from the inner plane of the stem 1 of the semiconductor light emitting element 3 is shorter than the length L2.
  • the main signal lead pin 5 and the main signal lead pin 6 are lead pins that transmit a differential signal composed of a high frequency signal to the semiconductor light emitting element 3.
  • the monitor lead pin 7 is a lead pin that transmits an optical power monitor signal.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the first embodiment does not have a temperature sensor such as a thermistor, but the type in which the temperature sensor is mounted is electrically insulated from the stem 1 to provide airtightness. A sensor lead pin that is held and penetrates the stem 1 is provided.
  • the first electrode connection region 2b of the light emitting element submount 2 in which the end surface of the inner lead portion 5a of the main signal lead pin 5 and one electrode of the semiconductor light emitting element 3 are electrically connected is shown. Is electrically connected to the wire 9 by a wire 9 such as a gold wire formed by wire bonding. Although one wire 9 is shown in the figure, a plurality of wires may be connected in parallel for the purpose of reducing inductance.
  • the end face of the inner lead portion 6a of the lead pin 6 for the main signal and the second electrode connection region 2c of the submount 2 for the light emitting element are electrically connected by a wire 10 such as a gold wire by wire bonding. Will be done. Although one wire 10 is shown in the figure, a plurality of wires may be connected in parallel for the purpose of reducing inductance.
  • the lead pin 5 for the main signal and the first electrode connection region 2b of the submount 2 for the light emitting element are connected by a wire 9 to the lead pin 6 for the main signal and the second electrode connection region 2c of the submount 2 for the light emitting element.
  • a relay board having a high frequency line connecting the lead pin and the electrode connection region, which is configured separately from the light emitting element submount 2, is formed. You may use it.
  • the lead pin 5 for the main signal, the lead pin 6 for the main signal, and the lead pin 7 for the monitor each form an internal conductor of the coaxial line.
  • the outer conductor of the coaxial line is composed of the stem 1, and the dielectric is composed of the sealing glass 8.
  • the characteristic impedance of the coaxial line can be easily obtained by the following equation (1), where the relative permittivity of the dielectric is ⁇ r, the outer diameter of the inner conductor is d, and the inner diameter of the outer conductor is D. (138 / ⁇ r) ⁇ LOG10 (D / d) (1)
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the first embodiment is obtained by the equation (1), and the diameters of the main signal lead pin 5, the main signal lead pin 6, and the monitor lead pin 7 are 0.3 mm, and the stem 1
  • the diameter of the first through hole 1c to the third through hole 1e is 0.87 mm.
  • the sealing glass 8 uses a glass material having a relative permittivity ⁇ r of 6.5, and the characteristic impedance of the coaxial line in each of the main signal lead pin 5, the main signal lead pin 6, and the monitor lead pin 7 is set to 25 ⁇ .
  • the ground lead pin 11 is an electrically grounded ground pin for grounding, and is for setting the stem 1 to a ground potential.
  • One end of the gland lead pin 11 is fixed to the outer plane 1b of the stem 1 by welding or brazing.
  • a digging is formed in the outer flat surface 1b of the stem 1, one end of the gland lead pin 11 is inserted into this digging, and the stem 1 is fixed by welding or brazing.
  • the fixed position of the ground lead pin 11 is the position of the corner of the quadrangle facing the monitor lead pin 7.
  • the stem 1 may be directly set to the ground potential without providing the ground lead pin 11.
  • the support block 12 which also functions as a heat sink, is erected on the inner plane 1a of the stem 1 so as to be perpendicular to the inner plane 1a.
  • the support block 12 has a columnar shape and is integrally formed with the stem 1.
  • the stem 1 and the support block 12 may be separated from each other, and the support block 12 may be welded or adhered to the stem 1.
  • the support block 12 has an element fixing surface 12a that faces the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting device portion 3a from which the backside laser light is emitted and is a plane perpendicular to the inner plane 1a of the stem 1.
  • the surface 12b of the support block 12 facing the element fixing surface 12a forms an arc along the outer shape of the stem 1 to increase the heat capacity.
  • the light receiving element 13 is mounted on the element fixing surface 12a of the support block 12 via a rectangular parallelepiped monitor submount 14.
  • the light receiving element 13 is a chip of a vertically incident type photodiode, and has an anode electrode serving as one electrode on the front surface and a cathode electrode serving as the other electrode on the back surface.
  • the back surface of the light receiving element 13 is die-bonded to the electrode connection region 14b on the front surface of the monitor submount 14 by soldering or a conductive adhesive, and is electrically and mechanically connected. As shown in FIGS.
  • the anode electrode on the surface of the light receiving element 13 is electrically connected to the inner plane 1a of the stem 1 by a wire 15 such as a gold wire formed by wire bonding.
  • a wire 15 such as a gold wire formed by wire bonding.
  • the anode electrode of the light receiving element 13 is brought to the ground potential via the stem 1.
  • one wire 15 is shown in the figure, a plurality of wires may be connected in parallel for the purpose of reducing inductance.
  • the monitor submount 14 is die-bonded and mounted on the element fixing surface 12a of the support block 12 by soldering or a conductive adhesive.
  • the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 faces the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting element unit 3a, and the back surface laser light (laser light in the C direction shown in FIGS. 4 and 5) from the semiconductor light emitting element unit 3a is incident.
  • the light receiving element 13 generates a current or a voltage between the anode electrode and the cathode electrode in response to the back surface laser light from the semiconductor light emitting element unit 3a incident on the light receiving surface 13a.
  • the light receiving element 13 is arranged at a position where the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 can receive the rear laser light that travels straight from the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting element unit 3a. That is, the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 is on the optical axis of the back laser light from the semiconductor light emitting element unit 3a.
  • the angle of incidence of the rear laser light from the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting device unit 3a on the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 is the vertical surface including the normal line of the light receiving surface 13a and the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f. It is the same as the angle formed by, that is, the inclination angle ⁇ 1 of the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f.
  • the incident angle ⁇ 1 of the rear laser beam is the vertical plane with respect to the light receiving surface 13a, that is, the angle with respect to the parallel plane with respect to the inner plane 1a of the stem 1.
  • the reflected laser light reflected by the light receiving surface 13a without photocoupling in the light receiving element 13 on which the back laser light from the semiconductor light emitting element 3a is incident is 2 ⁇ ⁇ 1 in the angular direction with respect to the back laser light. It is reflected in the D direction shown in FIG.
  • the monitor submount 14 includes a substrate 14a made of a dielectric material such as aluminum nitride or alumina that is compatible with the linear thermal expansion of the light receiving element 13, and an electrode connection region 14b in which the entire surface of the substrate 14a is patterned by vapor deposition or the like.
  • the entire back surface of the substrate 14a has an adhesive region (not shown) formed in a pattern by vapor deposition or the like.
  • the adhesive region on the back surface of the monitor submount 14 is die-bonded to the element fixing surface 12a of the support block 12 with solder, a conductive adhesive, or the like, and is mechanically fixed.
  • the electrode connection region 14b of the monitor submount 14 and the end face of the inner lead portion 7a of the monitor lead pin 7 are electrically connected by a wire 16 such as a gold wire by wire bonding.
  • a wire 16 such as a gold wire by wire bonding.
  • the cathode electrode in the light receiving element 13 is electrically connected to the monitor lead pin 7 via the electrode connection region 14b and the wire 16 in the monitor submount 14.
  • the monitor lead pin 7 serves as a cathode terminal of the light receiving element 13.
  • one wire 16 is shown in the figure, a plurality of wires may be connected in parallel for the purpose of reducing inductance.
  • the cap 17 is a lens cap formed of a cylindrical metal having an open bottom portion 17a and a side wall portion 17b and having an outer diameter slightly smaller than the diameter of the stem 1.
  • An opening 17a1 on which a lens as an optical coupling means 18 is mounted is formed at the center of a bottomed portion 17a of the cap 17.
  • the lens, which is the optical coupling means 18, is attached to the opening 17a1 formed in the bottomed portion 17a so as to maintain airtightness inside and outside the cap 17 by being bonded by an adhesive or melting.
  • the end surface of the side wall portion 17b of the cap 17 is in contact with the peripheral end portion of the inner plane 1a of the stem 1 and is joined and fixed by electric welding.
  • the inside surrounded by the stem 1 and the cap 17 is filled with an inert gas or put into a vacuum state, and the semiconductor light emitting element 3 is shielded from the outside air and airtightly sealed.
  • the stem 1 and cap 17 form a TO-CAN type package.
  • the optical coupling means 18 is a spherical lens made of glass, and its optical axis coincides with the central axis Z of the stem 1 and coincides with the optical path of the laser beam emitted from the semiconductor light emitting element 3 (optical path in the B direction shown in FIG. 4). ..
  • the optical coupling means 18 does not have to be a spherical lens, in short, it is sufficient that the optical output of the laser beam from the semiconductor light emitting element 3 can be optically coupled outside the TO-CAN type optical transmission module. Therefore, a transparent window made of an aspherical lens or other shape or a glass plate may be used. That is, the optical coupling means 18 may be any one that photocouples the laser light from the semiconductor light emitting element 3 outside the cap 17.
  • the inside of the TO-CAN type package that is, the inside surrounded by the stem 1 and the cap 17, is preferably airtightly sealed to protect the semiconductor light emitting element 3 and the light receiving element 13, but is not necessarily airtight. It is not necessary that the sex is secured.
  • the stem 1 can be mass-produced by press working, and components such as the semiconductor light emitting element 3 and the light receiving element 13 can be mounted on the inner plane 1a of the stem 1 from all directions. Since the stem 1 and the cap 17 can be joined by electric welding, it has high assembling property and is excellent in productivity.
  • the signal flow to the semiconductor light emitting device 3 is as follows. That is, the signal input to the main signal lead pin 5 is the main signal lead pin 5-wire 9-the first electrode connection region 2b of the submount 2 for the light emitting element-one electrode of the semiconductor light emitting element 3-semiconductor light emitting element. It flows through the second electrode connection region 2c-wire 10-main signal lead pin 6 of the other electrode-wire 4-light emitting element submount 2 of 3. On the other hand, the signal input to the main signal lead pin 6 becomes a path from the main signal lead pin 6 to the main signal lead pin 5, contrary to the flow of the signal input to the main signal lead pin 5.
  • an end face emitting semiconductor light emitting device 3 having a mirror surface for changing the optical path of the laser light from the semiconductor light emitting device unit 3a is formed on the stem 1. Since it was mounted on the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f having the inclined surface 1g inclined with an inclination angle with respect to the inner plane 1a of the stem 1, the inner of the main signal lead pin 5 and the main signal lead pin 6 The lengths of the lead portion 5a and the inner lead portion 6a can be shortened. As a result, the distance between the wire 4, the wire 9, and the stem 10 to be grounded can be shortened, and the lengths of the wire 4, the wire 9, and the wire 10 can also be shortened.
  • the diameters of the main signal lead pin 5 and the main signal lead pin 6 and the stem 1 first are based on the equation (1).
  • the inductance and floating capacitance of the inner lead portion 5a and the inner lead portion 6a of the main signal lead pin 5 and the main signal lead pin 6 The influence is suppressed, and the characteristic impedance of the coaxial line based on the set value can be obtained.
  • a TO-CAN type optical transmission module excellent in high-speed driving in a semiconductor light emitting device can be obtained while suppressing deterioration of the modulated signal. Moreover, this can be achieved by a simple configuration in which the light emitting element mounting portion 1f having an inclined surface 1 g is formed on the stem 1.
  • an end face emitting semiconductor light emitting device 3 having a mirror surface 3b1 that changes the optical path of the laser light from the semiconductor light emitting device unit 3a is attached to the inner plane 1a of the stem 1 formed on the stem 1. It was mounted on the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f having the inclined surface 1g having an inclination angle ⁇ 1.
  • the semiconductor light emitting element 3 is an end face light emitting type
  • the semiconductor light emitting element 3 can be arranged in the vicinity of the inner plane 1a of the stem 1, so that the inner lead portions of the main signal lead pin 5 and the main signal lead pin 6 are provided.
  • the lengths of the 5a and the inner lead portion 6a can be shortened, and the wire 9 that controls the electrical connection between one electrode of the semiconductor light emitting element 3 and the first signal lead pin 5, the other electrode of the semiconductor light emitting element 3, and the first
  • the lengths of the wire 4 and the wire 10 that control the electrical connection of the signal lead pin 6 of 2 can be shortened.
  • the lead pin 5 for the main signal and the lead pin 6 for the main signal have a structure in which the laser beam from the semiconductor light emitting element 3 is emitted in the vertical direction (Z-axis direction shown in FIG. 1) with respect to the inner plane 1a of the stem 1.
  • the lengths of the inner lead portion 5a and the inner lead portion 6a, and the lengths of the wire 9, the wire 4, and the wire 10 are the inclination angle ⁇ 1 of the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f in the stem 1 and the mirror portion 3b.
  • the semiconductor light emitting element 3 is configured to include a semiconductor light emitting element portion 3a and a mirror portion 3b having a mirror surface 3b1.
  • the semiconductor chip 3b having the semiconductor light emitting device portion 3a and the mirror surface 3b1 can be manufactured as a semiconductor chip integrated on the substrate.
  • the mirror surface 3b1 can be easily formed by a normal semiconductor process without using a special inclined substrate or a large-scale semiconductor process. That is, it is not necessary to add an optical path conversion member such as a prism, and it is not necessary to add a process of component handling and position adjustment at the time of module assembly.
  • the semiconductor light emitting element 3 can be arranged close to the inner plane 1a of the stem 1, the thermal resistance with the outside of the TO-CAN type package can be suppressed low, and the heat dissipation of the semiconductor light emitting element 3 can be improved. improves.
  • the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1 is formed by being dug into the center of the inner plane 1a of the stem 1.
  • the wire 9, wire 4, and wire 10 that control the electrical connection with the signal lead pin can be wired in the vicinity of the stem 1 that is the ground potential, and the impedance in the transmission path by each of the wire 9, wire 4, and wire 10 Can be reduced. That is, the wiring length itself can be shortened, the impedance mismatch due to each of the wire 9, the wire 4, and the wire 10 can be reduced, and the deterioration of the high-speed electric signal can be suppressed.
  • the light receiving element 13 can be arranged on the optical axis of the rear laser light emitted from the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting element unit 3a of the semiconductor light emitting element 3.
  • the light receiving element 13 is an element fixing surface of a support block 12 erected on the inner plane 1a of the stem 1 so as to be perpendicular to the inner plane 1a, which is a plane perpendicular to the inner plane 1a of the stem 1. It is mounted on 12a. As a result, the light receiving element 13 can be easily mounted, and the optical power at the time of driving the semiconductor light emitting element 3 can be monitored.
  • the incident angle ⁇ 1 of the rear laser light from the back surface 3a2 of the semiconductor light emitting device 3 incident on the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 is the same as the inclination angle ⁇ 1 of the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1. is there.
  • the reflected laser light from the light receiving surface 13a of the light receiving element 13 is not incident on the semiconductor light emitting element unit 3a, and the deterioration of the characteristics of the semiconductor light emitting element unit 3a can be suppressed.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the first embodiment of the present invention uses the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b as the semiconductor light emitting device 3.
  • the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b faces the exit surface 3a1 of the semiconductor light emitting device unit 3a, whereas the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b is formed on the surface of the mirror unit 3b which is arranged to face the emission surface 3a1 of the semiconductor light emitting element unit 3a.
  • the semiconductor light emitting device 3 has a semiconductor light emitting device unit 3a and a mirror unit 3b that changes the optical path of the laser light emitted from the semiconductor light emitting device unit 3a to the central axis Z (see FIG. 1) of the stem 1.
  • the semiconductor light emitting device 3 is a chip formed by integrating and forming a mirror portion 3b on the semiconductor light emitting device portion 3a, for example, using an indium phosphorus or an indium gallium arsenide / phosphorus compound semiconductor as a substrate.
  • the semiconductor light emitting device unit 3a is an end face light emitting type laser diode element which is a horizontal resonator type laser diode element having a horizontal resonator, similarly to the semiconductor light emitting device unit 3a shown in the first embodiment.
  • the direction A in which the laser beam is emitted from the emission surface of the semiconductor light emitting element portion 3a is on the surface of the light emitting element submount 2 and the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1. It is parallel.
  • the laser beam incident on the mirror surface 3b1 of the mirror portion 3b is changed in the optical path in the direction shown by the arrow B in FIG. 6, that is, in the central axis Z of the stem 1.
  • the rear laser beam from the back surface of the semiconductor light emitting device unit 3a is emitted in the C direction opposite to the direction shown by the arrow A in FIG.
  • one electrode and the other electrode of the semiconductor light emitting device portion 3a are formed on the surface of the substrate (lower side in FIG. 6).
  • the first electrode connection region and the second electrode connection region of the light emitting device submount 2 are vapor-deposited on the surface of the substrate 2a in accordance with one electrode and the other electrode formed on the surface of the semiconductor light emitting element portion 3a.
  • a pattern is formed by such means. Therefore, one electrode and the other electrode of the semiconductor light emitting device portion 3a and the first electrode connection region and the second electrode connection region of the light emitting element submount 2 are aligned and soldered or conductive. It is electrically connected by die bonding with an adhesive or the like and mechanically fixed.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the second embodiment configured in this way also has the same effect as the TO-CAN type optical transmission module according to the first embodiment, and the semiconductor light emitting element 3 is junctioned down. Since it can be mounted on the submount 2 for a light emitting element, one electrode and the other electrode of the semiconductor light emitting element portion 3a and the first electrode connection region and the second electrode connection region of the submount 2 for the light emitting element are electrically connected. No wires are required for connection by wire bonding.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the third embodiment of the present invention is a distributed feedback type as the semiconductor light emitting device 3. While an end face emitting laser diode element, which is a horizontal resonator type laser diode element having a horizontal resonator such as a laser diode element or a fabric perot type laser diode element, is used, it is used as an end face emitting laser diode element. In addition, the only difference is that it is an external modulation light source with an integrated Electro-Absorption (EA) modulator, and the other points are the same. Therefore, the differences will be described below with reference to FIGS. 1 to 6.
  • EA Electro-Absorption
  • the semiconductor light emitting element 3 applies light modulation to the semiconductor light emitting element portion 3a constituting the end face emitting laser diode element, the mirror portion 3b having the mirror surface 3b1, and the laser light emitted from the semiconductor light emitting element portion 3a.
  • the EA modulation unit that emits light-modulated laser light to the mirror surface 3b1 of the mirror unit 3b is a chip integrated with a compound semiconductor as a substrate. Therefore, one electrode of the semiconductor light emitting device 3 is an electrode for DC bias for obtaining the light output of the semiconductor light emitting device unit 3a, and the other electrode of the semiconductor light emitting element 3 is a single-ended electrode of the EA modulation unit. ) It is an electrode for driving high-speed signals. Further, a terminating resistor for impedance matching is mounted as a patterning or terminating resistor chip on the submount 2 for a light emitting element.
  • the semiconductor light emitting element 3 functions as an external modulator integrated light source
  • the semiconductor light emitting element 3 functions as a direct modulation light source. It has the same effect as the TO-CAN type optical transmission module according to 1 or the second embodiment.
  • Embodiment 4 The TO-CAN type optical transmission module according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the fourth embodiment of the present invention cools the semiconductor light emitting device 3 with respect to the TO-CAN type optical transmission module according to the first to third embodiments of the present invention.
  • TEC thermoelectric cooler
  • a temperature sensor such as a thermistor element
  • the stem 1 includes a fourth through hole and a fifth through hole that penetrate between the inner plane 1a and the outer plane 1b.
  • the cooler lead pin has an inner lead portion that penetrates the fourth through hole of the stem 1 and is exposed from the inner plane 1a of the stem 1, and is fixed to the stem 1 by the sealing glass.
  • the sensor lead pin has an inner lead portion that penetrates the fifth through hole of the stem 1 and is exposed from the inner plane 1a of the stem 1, and is fixed to the stem 1 by the sealing glass.
  • thermoelectric cooler is interposed between the inclined surface 1g of the light emitting element mounting portion 1f of the stem 1 and the light emitting element submount 2, and is fixed in a state of being electrically insulated from the stem 1 and the light emitting element submount 2.
  • Ru The thermoelectric cooler cools the semiconductor light emitting element 3 via the light emitting element submount 2. It has two electrodes on the top surface of the thermoelectric cooler. One electrode of the thermoelectric cooler is electrically connected to the end face of the inner lead portion of the lead pin for the cooler by a wire by wire bonding, and the other electrode is electrically connected to the inner plane 1a of the stem 1 by a wire by wire bonding. ..
  • the temperature sensor is mounted on the inner plane 1a of the stem 1.
  • the temperature sensor detects the temperature around the semiconductor light emitting element 3, and the detection signal is used for controlling the thermoelectric cooler.
  • the temperature sensor has two electrodes, one electrode is electrically connected to the end face of the inner lead portion of the lead pin for the sensor by a wire by wire bonding, and the other electrode is an inner plane 1a of the stem 1 by a wire by wire bonding. Is electrically connected to.
  • the cooling type TO-CAN type optical transmission module for cooling the semiconductor light emitting element 3 by the thermoelectric cooler according to the fourth embodiment configured in this way the TO-conformation according to the first to third embodiments is also performed. It has the same effect as the CAN type optical transmission module.
  • the TO-CAN type optical transmission module according to the present invention can be used as an optical transmission module for optical communication using a high frequency signal.
  • 1 stem 1a inner plane, 1b outer plane, 1c-1e through hole, 1f light emitting element mounting part, 1g bottom surface (inclined surface), 2 light emitting element submount, 2a substrate, 2b, 2c electrode connection area, 3 semiconductor Light emitting element, 3a, semiconductor light emitting element part, 3b mirror part, 3b1 mirror surface, 4, 9, 10, 15, 16 wire, 5, 6 main signal lead pin, 7 monitor lead pin, 8 glass, 11 ground lead pin, 12 Support block, 13 light receiving elements, 14 monitor submounts, 17 caps, 18 lenses.

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Abstract

光送信モジュールは、内平面1a、外平面1b、第1及び第2の貫通孔1c、1d、内平面1aに平行な面に内角θ1で傾斜された傾斜面1gを具備する発光素子載置部1fを有するステム1と、傾斜面1gに実装される半導体発光素子3と、第1及び第2の貫通孔1c、1dを貫通する第1及び第2の信号用リードピン5、6と、ステム1の内平面側を覆う筒状のキャップ17と、キャップ17の有底部17aに、発光素子3からのレーザ光を光結合させる光結合手段18を備える。半導体発光素子3は、レーザ光を傾斜面1gと平行に出射する出射面3a1を有し、一方及び他方の電極が第1及び第2のリードピン5、6に接続される半導体発光素子部3aと、出射面3a1と対向し、出射面3a1からのレーザ光の光路を内平面1aの鉛直方向に変更するミラー面3b1を有するミラー部3bを具備し、ミラー面3b1が傾斜面1gに対して内角θ2で傾斜する。

Description

TO-CAN型光送信モジュール
 この発明は、光通信用のTO(Transistor Outline)-CAN型光送信モジュールに関する。
 光通信用の光送信モジュールにおいて、半導体発光素子の電極と電気的に接続されるリード端子をステムの搭載面から露出させる長さを長くすると、リード端子のインダクタンスや浮遊容量によって所望のインピーダンスが得られず、半導体発光素子へ伝わる変調信号が劣化し、半導体発光素子を高速に駆動できないという課題を解決するための、光送信モジュールが特許文献1により知られている。
 特許文献1に示された光送信モジュールは、ステムと、ステムの搭載面に搭載されたサブマウントと、ステムの複数の孔及びサブマウントの複数の孔に挿入された複数のリード端子と、サブマウントの搭載面に配線部を介して搭載され、一方の電極が配線部を介してリード端子に電気的に接続され、他方の電極がワイヤを介してリード端子に接続された半導体発光素子と、ステムに固定され、レンズが保持されたレンズキャップと、サブマウントの搭載面に固定され、半導体発光素子からの光の光路をレンズの方向に変更するプリズムを備えている。
特開2004-354642号公報
 特許文献1に示された光送信モジュールは、プリズムにより半導体発光素子からの光の光路をレンズの方向に変更させることにより、半導体発光素子をサブマウントの搭載面に搭載できるようにして、リード端子におけるステムの搭載面から露出させる長さを短くしている。
 しかるに、半導体発光素子からの光路を変更するためにプリズムを必要とし、組み立てが複雑になるという問題点を有する。
 この発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、プリズムを必要とせず、組み立てが容易で、半導体発光素子の高速駆動に優れたTO-CAN型光送信モジュールを得ることを目的とする。
 この発明に係るTO-CAN型光送信モジュールは、内平面と、外平面と、内平面と外平面との間を貫通した第1の貫通孔及び第2の貫通孔と、内平面に形成され、内平面に平行な平行面に対する内角の角度θ1で傾斜された傾斜面を有する発光素子載置部を具備するステム、第1の貫通孔を貫通し、ステムの内平面から露出したインナーリード部を有する第1の信号用リードピン、第2の貫通孔を貫通し、ステムの内平面から露出したインナーリード部を有する第2の信号用リードピン、ステムの発光素子載置部の傾斜面に実装され、レーザ光を、ステムの傾斜面と平行に出射する出射面を有し、一方の電極が第1の信号用リードピンに電気的に接続され、他方の電極が第2の信号用リードピンに電気的に接続される半導体発光素子部と、この半導体発光素子部の出射面と対向して配置され、半導体発光素子部の出射面から出射されたレーザ光の光路をステムの内平面の鉛直方向に変更するミラー面を有するミラー部を具備し、ミラー部のミラー面がステムの発光素子載置部の傾斜面に対する内角の角度θ2で傾斜した半導体発光素子、有底部と側壁部を有し、ステムの内平面側を覆い、ステムの内平面の周端部に側壁部の開口端面が接して固定された、一端開放の筒状のキャップ、このキャップの有底部に搭載され、半導体発光素子からのレーザ光の光出力をキャップの外部にて光結合させる光結合手段を備える。
 この発明によれば、組み立てが容易であり、半導体発光素子の優れた高速駆動が得られる。
この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールを示す側断面図である。 この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールを示す図1のII-II線から見た矢視平面図である。 この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールを示す、キャップ17を装着前の斜視図である。 この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールにおける半導体発光素子3の周辺を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールにおける受光素子13の周辺を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールにおける半導体発光素子3の周辺を示す拡大断面図である。
 以下に、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 この発明の形態1に係る光通信用のTO-CAN型光送信モジュールを図1から図3に基づいて説明する。TO-CAN型光送信モジュールはTO-CANパッケージに光通信用の半導体発光素子である半導体レーザ(LD:Laser Diode)及び半導体受光素子であるフォトダイオード(PD: Photo Diode)が搭載された構成である。
 また、TO-CAN型光送信モジュールの通信速度は1波長チャネルあたり1Gbit/s~200Gbit/sであり、NRZ(Non-Return to Zero)方式又はPAM(Pulse Amplitude Modulation)方式といった光強度変調方式により変調されたレーザ光を出力する。
 ステム1は外直径が5.6mmもしくは5.6mm以下の円板状の金属からなる。ステム1は円板状に限られるものでなく、円柱状もしくは四角柱状でも良く、内平面1aと内平面1aと平行な外平面1bを有する平板状であれば良い。ステム1は製造時の位置決めを容易にするための切り欠きが施されていても良い。なお、ステム1はヘッダーもしくはアイレットと呼ばれることもある。
 また、ステム1は半導体発光素子3のヒートシンクとして機能するとともに、内平面1aが部品実装用の領域となる。
 ステム1は内平面1aと外平面1bとの間を貫通する第1の貫通孔1cから第3の貫通孔1eが形成される。第1の貫通孔1cから第3の貫通孔1eは正方形の3つの角の位置に形成される。
 第3の貫通孔1eは半導体発光素子3のレーザ光の光路線に沿い、ステム1の内平面1aの中心を通る線上にあり、第1の貫通孔1c及び第2の貫通孔1dは半導体発光素子3のレーザ光の光路線と直交し、ステム1の内平面1aの中心を通る線上に互いに対向した位置にある。
 ステム1は、図4に示すように、内平面1aの中央に掘り込まれて形成され、内平面1aから外平面1bに向かって内平面1aに平行な平行面Hに対する内角の角度θ1で傾斜した底面である傾斜面1gを有する発光素子載置部1fを有する。角度θ1は20°である。傾斜面1gは第2の貫通孔1d側に向かって低くなる傾斜面である。
 半導体発光素子3が搭載、つまり、半導体発光素子3が装着された発光素子用サブマウント2が、発光素子載置部1fに載置固定される。
 また、傾斜面1gにおける中心位置からステム1の内平面1aまでの高さhは、発光素子用サブマウント2の厚さtと同じである。
 なお、発光素子載置部1fは全て内平面1aより低い位置に形成され、中心の高さhが発光素子用サブマウント2の厚さtと同じであるのが望ましいが、中心の高さhが発光素子用サブマウント2の厚さtより大きくてもよく、また、発光素子載置部1fの一部もしくは全てが内平面1aより高い位置にあっても良い。
 要するに、発光素子載置部1fとして、内平面1aから延在した、内平面1aの平行面Hに対する内角の角度θ1で傾斜した傾斜面を有するものであれば良い。
 なお、中心の高さhが発光素子用サブマウント2の厚さtより大きい場合は、半導体発光素子3の電極と発光素子用サブマウント2の基体2aの表面に形成された第2の電極接続領域2cにワイヤボンディングによるワイヤを接続する際、ワイヤボンディング装置のキャピラリの干渉によりワイヤボンディングの難度が上がってしまう。そのため、発光素子用サブマウント2の全体積が内平面1a以下に収まる高さを中心位置の高さhの限度とし、中心位置の高さhは、発光素子用サブマウント2の全体積が内平面1a以下に収まる高さ以上内平面1a以下にするのが良い。
 ステム1に掘り込みにより設けられる発光素子載置部1fは、ステム1を製造する際に一般的に用いられる既存の量産設備を用いて形成できる。
 発光素子用サブマウント2は、半導体発光素子3の線形熱膨張と親和する窒化アルミニウム(AlN)又はアルミナ(Al2O3)などの誘電体からなる基体2aと、基体2aの表面に蒸着などによりパタン形成された第1の電極接続領域2b及び第2の電極接続領域2cと、基体2aの裏面に、ステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gにはんだもしくは導電性接着剤等により電気的に接続され、機械的に固定される、蒸着などによりパタン形成された接地領域(図示せず)を有する。
 なお、発光素子用サブマウント2には、電気的接続をとりやすくする、もしくはインピーダンス調整のために、基体2aの側面に電極パタンが形成されても良い。
 第1の電極接続領域2bの一部に、図2に示すように、半導体発光素子3における一方の電極となる底面がはんだもしくは導電性接着剤等によりダイボンディングされることにより電気的に接続され、機械的に固定される。
 第2の電極接続領域2cと半導体発光素子3における他方の電極が、図2に示すように、ワイヤボンディングによる金線などのワイヤ4により電気的に接続される。ワイヤ4は図では1本を示しているが、インダクタンスを低減する目的で複数本のワイヤを並列接続したものでも良い。
 半導体発光素子3は、発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域2bにはんだもしくは導電性接着剤等によりダイボンディングされて実装され、発光素子載置部1fに載置固定される。
 半導体発光素子3は、図4に示すように、半導体発光素子部3aと、半導体発光素子部3aから出射されたレーザ光を、ステム1の中心軸Z(図1参照)に光路を変更するミラー部3bを有する。半導体発光素子3は半導体発光素子部3aにミラー部3bを集積形成した、例えば、インジウム・リン(InP)又はインジウム・ガリウム・ヒ素・リン(InGaAsP)系の化合物半導体を基板として用いて造られるチップである。
 半導体発光素子部3aは、直接変調光源である分布帰還型(DFB: Distributed Feedback)レーザダイオード素子又はファブリペロー(Fabry-Perot)型レーザダイオード素子などの水平共振器を有する水平共振器型レーザダイオード素子である端面発光型のレーザダイオード素子であり、出射面3a1である素子前方端面と背面3a2である素子後方端面にはそれぞれ反射防止膜(AR: Anti Reflection Coating)と増反射膜(HR: High Reflection Coating)が施される。
 半導体発光素子部3aは、出射面3a1から水平方向にレーザ光を出射し、背面3a2から出射される背面光により、出射面3a1から出射されるレーザ光がモニタされる。
 半導体発光素子部3aの出射面3a1とミラー部3bのミラー面3b1は対向配置され、半導体発光素子部3aの出射面3a1からミラー部3bのミラー面3b1にレーザ光が図4図示矢印Aに示す方向、つまり、発光素子用サブマウント2の表面及びステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gに平行に出射される。ミラー部3bのミラー面3b1に入射されたレーザ光は図4図示矢印Bに示す方向、つまりステム1の中心軸Zに光路変更される。
 一方、半導体発光素子部3aの背面3a2からのレーザ光が図4図示矢印Aに示す方向とは反対のC方向に出射される。
 ミラー部3bのミラー面3b1は、半導体発光素子3の共振器方向である半導体基板面3cに対する内角の角度θ2だけ傾いている。角度θ2は55°である。
 すなわち、ミラー部3bはステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gに対する内角の角度θ2で傾斜したミラー面3b1を有する。
 半導体発光素子部3aの出射面3a1から、ステム1の内平面1aに対して角度θ1傾斜した発光素子載置部1fの傾斜面1gに沿った方向、つまり、A方向に出射されたレーザ光は、ステム1の内平面1aに対して角度θ1傾斜した発光素子載置部1fの傾斜面1gに角度θ2傾斜したミラー面3b1により、B方向、つまり、ステム1の中心軸Zに光路変更されたレーザ光が半導体発光素子3から出射される。
 要するに、発光素子載置部1fの傾斜面1gの傾斜角度θ1とミラー部3bのミラー面3b1の傾斜角度θ2の相乗効果により、半導体発光素子3からステム1の中心軸Zを光路としたレーザ光が出射される。
 この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールでは、好ましい傾斜角度として、角度θ1を20°、角度θ2を55°としたが、θ1=2×θ2-90の関係を満たせば良い。
 また、この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールでは、角度θ2が45°以上90°未満を前提としているが、角度θ2が45°未満であっても良い。この場合、発光素子載置部1fの傾斜面1gの傾斜方向がステム1の内平面1aに対して図4に示した傾斜方向と逆になる。
 半導体発光素子部3aの出射面3a1からのレーザ光の出射方向が、製造ばらつき又はレーザ構造の非対称性によって半導体基板面3cに対して平行な光路から傾斜する場合、光路の傾斜を相殺する方向に角度θ1と角度θ2の少なくとも一方を調整し、半導体発光素子3からステム1の中心軸Zを光路としたレーザ光が出射されるようにすればよい。
 ミラー部3bのミラー面3b1は、結晶異方性を利用したウェットエッチングなどの一般的な半導体プロセスによって形成される。したがって、傾斜基板又は複雑なプロセスに依らないので、比較的容易に角度θ2を持ったミラー面3b1が形成できる。
 ミラー部3bのミラー面3b1は、反射率を高めるために、化合物半導体による基板の表面に、金属膜もしくはシリコン(Si)と酸化シリコン(SiO2)などの誘電体の薄膜を交互に積層した多層誘電膜を設けてある。
 半導体発光素子3は、光結合の効率を高めるために出射ビーム径を変換するスポットサイズコンバータをさらに集積しても良い。
 主信号用リードピン5(第1の信号用リードピン)、主信号用リードピン6(第2の信号用リードピン)、及びモニタ用リードピン7はそれぞれ、ステム1の第1の貫通孔1cから第3の貫通孔1eのそれぞれを貫通し、リードピンと貫通孔との間に充填して固化させた封止ガラス8によりステム1に固定される。封止ガラス8は、主信号用リードピン5、主信号用リードピン6、及びモニタ用リードピン7とステム1を電気的に絶縁するとともに、気密性を維持する。
 主信号用リードピン5、主信号用リードピン6、及びモニタ用リードピン7のステム1の内平面から露出したインナーリード部5aからインナーリード部7aの長さL1は短く、例えば、図1に示すように、半導体発光素子3のステム1の内平面から一番長く突出した位置の長さL2より短い。
 主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6は半導体発光素子3に対して高周波信号からなる差動信号を伝達するリードピンである。モニタ用リードピン7は、光パワーモニタ信号を伝達するリードピンである。
 なお、この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールは、サーミスタなどの温度センサを実装していないが、温度センサを実装するタイプでは、ステム1と電気的に絶縁され、気密性を持たせてステム1を貫通したセンサ用リードピンが設けられる。
 主信号用リードピン5のインナーリード部5aの端面と、半導体発光素子3の一方の電極が電気的に接続された発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域2bが、図2に示すように、ワイヤボンディングによる金線などのワイヤ9により電気的に接続される。ワイヤ9は図では1本を示しているが、インダクタンスを低減する目的で複数本のワイヤを並列接続したものでも良い。
 主信号用リードピン6のインナーリード部6aの端面と発光素子用サブマウント2の第2の電極接続領域2cが、図2に示すように、ワイヤボンディングによる金線などのワイヤ10により電気的に接続される。ワイヤ10は図では1本を示しているが、インダクタンスを低減する目的で複数本のワイヤを並列接続したものでも良い。
 なお、主信号用リードピン5と発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域2bの接続をワイヤ9により、主信号用リードピン6と発光素子用サブマウント2の第2の電極接続領域2cの接続をワイヤ10により行なっているが、ワイヤ9及びワイヤ10に代えて、発光素子用サブマウント2とは別に構成された、リードピンと電極接続領域を接続する高周波線路が形成された中継用基板を用いても良い。
 主信号用リードピン5、主信号用リードピン6、及びモニタ用リードピン7はそれぞれ、同軸線路の内部導体を構成する。同軸線路の外部導体をステム1が、誘電体を封止ガラス8が構成する。
 同軸線路の特性インピーダンスは、誘電体の比誘電率をεr、内部導体の外径をd、外部導体の内径をDとすると、簡易には次式(1)で求められる。
 (138/√εr)・LOG10(D/d)            (1)
 この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールは式(1)にて求め、主信号用リードピン5、主信号用リードピン6、及びモニタ用リードピン7の直径を0.3mmとし、ステム1の第1の貫通孔1cから第3の貫通孔1eの直径を0.87mmとしている。
 但し、封止ガラス8は比誘電率εrが6.5のガラス材料を用い、主信号用リードピン5、主信号用リードピン6、及びモニタ用リードピン7それぞれにおける同軸線路の特性インピーダンスを25Ωとした。
 グランド用リードピン11は、電気的に接地されたグランド用としてのグランドピンであり、ステム1を接地電位にするためのものである。グランド用リードピン11の一端が、ステム1の外平面1bに溶接又はロウ付けにより固着される。もしくは、ステム1の外平面1bに掘り込みを形成し、この掘り込みにグランド用リードピン11の一端を差込み、溶接又はロウ付けにより固着する。このようにステム1の外平面1bに形成された掘り込みにグランド用リードピン11の一端を固着することにより、ステム1の外平面1bの実装面積を増やすことができる。
 グランド用リードピン11の固定位置は、モニタ用リードピン7と対向する四角形の角の位置である。
 なお、グランド用リードピン11を設けず、直接ステム1を接地電位にするものでも良い。
 ヒートシンクとしても機能する支持ブロック12が、ステム1の内平面1aに、内平面1aに対して垂直を成すように立設される。支持ブロック12は柱状をなし、ステム1と一体的に形成される。なお、ステム1と支持ブロック12を別体とし、支持ブロック12をステム1に溶接もしくは接着することでも良い。
 支持ブロック12は、背面レーザ光が出射される半導体発光素子部3aの背面3a2と対向し、ステム1の内平面1aに対して垂直な平面である素子固定面12aを有する。支持ブロック12における素子固定面12aに対向する面12bは、ステム1の外形に沿った円弧をなし、熱容量を大きくしている。
 受光素子13は、図5に示すように、支持ブロック12の素子固定面12aに直方体形状のモニタ用サブマウント14を介して実装される。
 受光素子13は垂直入射型のフォトダイオードのチップであり、表面に一方の電極となるアノード電極を、裏面に他方の電極となるカソード電極を有する。
 受光素子13の裏面はモニタ用サブマウント14の表面における電極接続領域14bに、ハンダ付けあるいは導電性接着剤によりダイボンディングされ、電気的及び機械的に接続される。
 受光素子13の表面におけるアノード電極は、図2及び図3に示すように、ワイヤボンディングによる金線などのワイヤ15によりステム1の内平面1aと電気的に接続される。
 その結果、受光素子13のアノード電極はステム1を介して接地電位にされる。
 なお、ワイヤ15は図では1本を示しているが、インダクタンスを低減する目的で複数本のワイヤを並列接続したものでも良い。
 モニタ用サブマウント14は支持ブロック12における素子固定面12a上に、ハンダ付けあるいは導電性接着剤によりダイボンディング実装される。
 受光素子13の受光面13aは、半導体発光素子部3aの背面3a2と対向し、半導体発光素子部3aからの背面レーザ光(図4及び図5図示C方向のレーザ光)が入射される。受光素子13は、受光面13aに入射された半導体発光素子部3aからの背面レーザ光に応じてアノード電極とカソード電極の間に電流や電圧を発生する。
 受光素子13の受光面13aが、半導体発光素子部3aの背面3a2から直進した背面レーザ光が受光できる位置に受光素子13が配置される。すなわち、受光素子13の受光面13aは、半導体発光素子部3aからの背面レーザ光の光軸上にある。
 半導体発光素子部3aの背面3a2からの背面レーザ光の、受光素子13の受光面13aに入射する入射角度は、受光面13aの法線を含む鉛直面と発光素子載置部1fの傾斜面1gとのなす角度、つまり、発光素子載置部1fの傾斜面1gの傾斜角度θ1と同じである。背面レーザ光の入射角度θ1は、受光面13aに対する鉛直面、つまり、ステム1の内平面1aに対する平行面に対する角度である。
 また、半導体発光素子部3aからの背面レーザ光が入射された受光素子13において光結合せず、受光面13aによって反射された反射レーザ光は、背面レーザ光に対して2×θ1の角度方向、図5に示したD方向へ反射される。この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールでは、受光面13aから反射された反射レーザ光の背面レーザ光に対する反射角度は40°(=2×20°)である。
 したがって、受光素子13の受光面13aからの反射レーザ光は、半導体発光素子部3aに入射されることはない。
 モニタ用サブマウント14は、受光素子13の線形熱膨張と親和する窒化アルミニウム又はアルミナなどの誘電体からなる基体14aと、基体14aの表面全面に蒸着などによりパタン形成された電極接続領域14bと、基体14aの裏面全面に蒸着などによりパタン形成された接着領域(図示せず)を有する。
 モニタ用サブマウント14の裏面の接着領域は支持ブロック12の素子固定面12aにはんだもしくは導電性接着剤等によりダイボンディングされ、機械的に固定される。
 モニタ用サブマウント14の電極接続領域14bと、モニタ用リードピン7のインナーリード部7aの端面が、図2及び図3に示すように、ワイヤボンディングによる金線などのワイヤ16により電気的に接続される。
 その結果、受光素子13におけるカソード電極は、図2及び図3に示すように、モニタ用サブマウント14における電極接続領域14b及びワイヤ16を介してモニタ用リードピン7に電気的に接続される。モニタ用リードピン7が受光素子13のカソード端子となる。
 なお、ワイヤ16は図では1本を示しているが、インダクタンスを低減する目的で複数本のワイヤを並列接続したものでも良い。
 キャップ17は、一端が開放された、有底部17aと側壁部17bとを有する、外直径がステム1の直径より若干小さい円筒状の金属によって形成されたレンズキャップである。キャップ17の有底部17aの中心に光結合手段18であるレンズが搭載される開口部17a1が形成されている。光結合手段18であるレンズはキャップ17の内外にて気密性が維持されるように有底部17aに形成された開口部17a1に、接着剤又は溶融によって接合されて装着される。
 キャップ17の側壁部17bの端面が、ステム1の内平面1aの周端部に接して電気溶接により接合、固着される。ステム1とキャップ17により囲われた内部は、不活性ガスが充填されるもしくは真空状態とされ、半導体発光素子3を外気から遮断して気密封止される。
 ステム1とキャップ17によりTO-CAN型パッケージを構成する。
 光結合手段18はガラス製の球状レンズであり、光軸がステム1の中心軸Zと一致し、半導体発光素子3から出射されたレーザ光の光路(図4図示B方向の光路)と一致する。
 なお、光結合手段18は球状レンズでなくても良く、要は半導体発光素子3からのレーザ光の光出力をTO-CAN型光送信モジュールの外部で光結合できれば良い。したがって、非球面レンズ又はその他の形状、もしくはガラス板からなる透明窓でもよい。つまり、光結合手段18は半導体発光素子3からのレーザ光をキャップ17の外部にて光結合させるものであれば良い。
 また、TO-CAN型パッケージの内部、つまり、ステム1とキャップ17により囲われた内部は、半導体発光素子3及び受光素子13の保護のために気密封止されていることが望ましいが、必ずしも気密性が確保されておらずとも良い。
 このように構成されたTO-CAN型パッケージは、ステム1をプレス加工により量産可能であり、ステム1の内平面1aにあらゆる方向から半導体発光素子3及び受光素子13などの部品を実装できるとともに、ステム1とキャップ17を電気溶接により接合できることから高い組立性を有し、生産性に優れる。
 次に、このように構成された実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールの信号の流れを説明する。
 半導体発光素子3への信号の流れは次のようになる。
 すなわち、主信号用リードピン5に入力される信号は、主信号用リードピン5-ワイヤ9-発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域2b-半導体発光素子3の一方の電極-半導体発光素子3の他方の電極-ワイヤ4-発光素子用サブマウント2の第2の電極接続領域2c-ワイヤ10-主信号用リードピン6に流れる。
 一方、主信号用リードピン6に入力される信号は、主信号用リードピン5に入力される信号の流れと逆に、主信号用リードピン6から主信号用リードピン5への経路となる。
 この実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールは、半導体発光素子部3aからのレーザ光の光路を変更するミラー面を有する端面発光型の半導体発光素子3を、ステム1に形成されたステム1の内平面1aに対して傾斜角度を持って傾斜された傾斜面1gを有する発光素子載置部1fの傾斜面1gに実装したので、主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6のインナーリード部5a及びインナーリード部6aの長さを短くできる。
 その結果、ワイヤ4、ワイヤ9、及びワイヤ10と接地されるステムとの距離を短くでき、ワイヤ4、ワイヤ9、及びワイヤ10の長さも短くできる。
 したがって、主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6における同軸線路の特性インピーダンスの設定値に基づき、式(1)に基づき主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6の直径、並びにステム1の第1の貫通孔1c及び第2の貫通孔1dの直径を設定して作製したものにおいて、主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6のインナーリード部5a及びインナーリード部6aにおけるインダクタンス及び浮遊容量の影響が抑制され、設定値に基づいた同軸線路の特性インピーダンスが得られる。その結果、変調信号の劣化を抑えて半導体発光素子における高速駆動に優れたTO-CAN型光送信モジュールが得られる。
 しかも、ステム1に傾斜面1gを有する発光素子載置部1fを形成するという簡単な構成により、達成できる。
 受光素子13による信号の流れは、モニタ用リードピン7-ワイヤ16-モニタ用サブマウント14の電極接続領域14b-受光素子13のカソード電極-受光素子13のアノード電極-ワイヤ15-ステム1-グランド用リードピン11となる。
 次に、このように構成された実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールにおける効果について説明する。
 まず、第1に、半導体発光素子部3aからのレーザ光の光路を変更するミラー面3b1を有する端面発光型の半導体発光素子3を、ステム1に形成されたステム1の内平面1aに対して傾斜角度θ1を持って傾斜された傾斜面1gを有する発光素子載置部1fの傾斜面1gに実装した。
 したがって、端面発光型の半導体発光素子3であるにも係らず、半導体発光素子3をステム1の内平面1aの近傍に配置できるため、主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6のインナーリード部5a及びインナーリード部6aの長さを短くでき、かつ、半導体発光素子3の一方の電極と第1の信号用リードピン5の電気的接続を司るワイヤ9、半導体発光素子3の他方の電極と第2の信号用リードピン6の電気的接続を司るワイヤ4及びワイヤ10の長さを短くできる。
 この時、半導体発光素子3からのレーザ光をステム1の内平面1aに対して鉛直方向(図1図示Z軸方向)に出射させる構造でありながら、主信号用リードピン5及び主信号用リードピン6のインナーリード部5a及びインナーリード部6aの長さ、及びワイヤ9、ワイヤ4及びワイヤ10の長さは、ステム1における発光素子載置部1fの傾斜面1gの傾斜角度θ1と、ミラー部3bのミラー面3b1の傾斜角度θ2との関係がθ1=2×θ2-90を満たすと好適な結果が得られ、傾斜角度θ1を20°、傾斜角度θ2を55°にすることにより最適な結果が得られる。
 第2に、半導体発光素子3として、半導体発光素子部3aとミラー面3b1を有するミラー部3bを具備した構成とした。
 これにより、半導体発光素子部3aとミラー面3b1を有するミラー部3bを基板に集積化した半導体チップとして作製できる。
 さらに、ミラー面3b1の形成を、特殊な傾斜基板を用いたり大掛かりな半導体プロセスを用いたりすることなく、通常の半導体プロセスにより容易に傾斜角度θ2のミラー面3b1を形成できる。
 すなわち、プリズム等の光路変換部材を追加することなく、またモジュール組立時の部品ハンドリングおよび位置調整の工程の追加を必要としない。
 第3に、半導体発光素子3をステム1の内平面1aに近接して配設できるため、TO-CAN型パッケージの外部との熱抵抗を低く抑えることができ、半導体発光素子3の放熱性が向上する。
 第4に、ステム1の発光素子載置部1fはステム1の内平面1aの中央に掘り込まれて形成した。
 これにより、信号用リードピンとの電気的接続を司るワイヤ9、ワイヤ4及びワイヤ10は、接地電位とされるステム1の近傍に配線でき、ワイヤ9、ワイヤ4及びワイヤ10それぞれによる伝送路におけるインピーダンスを低減できる。すなわち、配線長そのものを短くできるとともに、ワイヤ9、ワイヤ4及びワイヤ10それぞれによるインピーダンス不整合の低減が図れ、高速電気信号の劣化を抑制できる。
 第5に、半導体発光素子3の半導体発光素子部3aの背面3a2から出射される背面レーザ光の光軸上に受光素子13を配置できる。
 受光素子13は、ステム1の内平面1aに、内平面1aに対して垂直を成すように立設された支持ブロック12の、ステム1の内平面1aに対して垂直な平面である素子固定面12aに実装される。
 これにより、受光素子13の実装も容易に行うことができ、半導体発光素子3の駆動時の光パワーのモニタリングが可能となる。
 しかも、受光素子13の受光面13aに入射される半導体発光素子3の背面3a2からの背面レーザ光の入射角度θ1はステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gの傾斜角度θ1と同じである。その結果、受光素子13の受光面13aからの反射レーザ光は、半導体発光素子部3aに入射されることはなく、半導体発光素子部3aの特性劣化を抑制できる。
実施の形態2.
 この発明の実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールを図6に基づいて説明する。
 この発明の実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールは、この発明の実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールが、半導体発光素子3として、ミラー部3bのミラー面3b1を、半導体発光素子部3aの出射面3a1と対向配置されるミラー部3bの表面に形成しているのに対して、ミラー部3bのミラー面3b1を、半導体発光素子部3aの出射面3a1と対向配置されるミラー部3bの裏面に形成し、半導体発光素子3を構成するための基板の表裏が入れ替わっている点が相違するだけであり、その他の点については全く同じである。
 したがって、以下に、相違点を中心に説明する。
 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
 半導体発光素子3は、半導体発光素子部3aと、半導体発光素子部3aから出射されたレーザ光を、ステム1の中心軸Z(図1参照)に光路を変更するミラー部3bを有する。
 半導体発光素子3は半導体発光素子部3aにミラー部3bを集積形成した、例えば、インジウム・リン又はインジウム・ガリウム・ヒ素・リン系の化合物半導体を基板として用いて造られるチップである。
 半導体発光素子部3aは、実施の形態1に示した半導体発光素子部3aと同様に、水平共振器を有する水平共振器型レーザダイオード素子である端面発光型のレーザダイオード素子である。半導体発光素子部3aの出射面からのレーザ光が出射される方向Aは図6図示に示すように、発光素子用サブマウント2の表面及びステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gに平行である。また、ミラー部3bのミラー面3b1に入射されたレーザ光は図6図示矢印Bに示す方向、つまり、ステム1の中心軸Zに光路変更される。さらに、半導体発光素子部3aの背面からの背面レーザ光は、図6図示矢印Aに示す方向とは反対のC方向に出射される。
 但し、基板の表面(図6図示下側)に、半導体発光素子部3aの一方の電極及び他方の電極が形成される。
 発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域及び第2の電極接続領域は、半導体発光素子部3aの表面に形成された一方の電極及び他方の電極に合わせて、基体2aの表面に蒸着などによりパタン形成される。
 したがって、半導体発光素子部3aの一方の電極及び他方の電極と発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域及び第2の電極接続領域とは、位置合わせが行なわれて、はんだもしくは導電性接着剤等によりダイボンディングにより電気的に接続され、機械的に固定される
 このように構成された実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールにおいても、実施の形態1に係るTO-CAN型光送信モジュールと同様の効果を奏する他、半導体発光素子3をジャンクションダウンで発光素子用サブマウント2に実装できることから、半導体発光素子部3aの一方の電極及び他方の電極と発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域及び第2の電極接続領域との電気的接続にワイヤボンディングによるワイヤを必要としない。
 その結果、半導体発光素子部3aの一方の電極及び他方の電極と発光素子用サブマウント2の第1の電極接続領域及び第2の電極接続領域との電気的接続によるインピーダンス不整合を緩和、ひいては高周波特性の改善ができる。
実施の形態3.
 この発明の実施の形態3に係るTO-CAN型光送信モジュールを説明する。
 この発明の実施の形態3に係るTO-CAN型光送信モジュールは、この発明の実施の形態1及び実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールが、半導体発光素子3として、分布帰還型レーザダイオード素子又はファブリペロー型レーザダイオード素子などの水平共振器を有する水平共振器型レーザダイオード素子である端面発光型のレーザダイオード素子を用いているのに対して、端面発光型のレーザダイオード素子に加えてさらに電界吸収型(EA: Electro-Absorption) 変調器を集積化した外部変調光源である点が相違するだけであり、その他の点については同じである。
 したがって、以下に、相違点を中心に、図1から図6を参照して説明する。
 半導体発光素子3は、端面発光型のレーザダイオード素子を構成する半導体発光素子部3aと、ミラー面3b1を有するミラー部3bと、半導体発光素子部3aから出射されたレーザ光に光変調をかけてミラー部3bのミラー面3b1に対して光変調されたレーザ光を出射するEA変調部が、化合物半導体を基板として集積化されたチップである。
 したがって、半導体発光素子3の一方の電極は半導体発光素子部3aの光出力を得るための直流バイアス用の電極であり、半導体発光素子3の他方の電極はEA変調部の単相(Single-Ended)駆動の高速信号用の電極である。
 また、発光素子用サブマウント2には、インピーダンス整合のための終端抵抗がパターニングもしくは終端抵抗チップとして実装される。
 このように構成された、半導体発光素子3が外部変調器集積光源として機能する実施の形態3に係るTO-CAN型光送信モジュールにおいても、半導体発光素子3が直接変調光源として機能する実施の形態1又は実施の形態2に係るTO-CAN型光送信モジュールと同様の効果を奏する。
実施の形態4.
 この発明の実施の形態4に係るTO-CAN型光送信モジュールを説明する。
 この発明の実施の形態4に係るTO-CAN型光送信モジュールは、この発明の実施の形態1から実施の形態3に係るTO-CAN型光送信モジュールに対して、半導体発光素子3を冷却するためのペルチェ素子などの熱電クーラー(TEC:Thermoelectric Cooler)及びサーミスタ素子などの温度センサを内蔵させた点が相違するだけであり、その他の点については同じである。
 したがって、以下に、相違点を中心に、図1から図6を参照して説明する。
 ステム1は、内平面1aと外平面1bとの間を貫通した第4の貫通孔及び第5の貫通孔を具備する。
 クーラー用リードピンは、ステム1の第4の貫通孔を貫通し、ステム1の内平面1aから露出したインナーリード部を有し、封止ガラスによりステム1に固定される。
 センサ用リードピンは、ステム1の第5の貫通孔を貫通し、ステム1の内平面1aから露出したインナーリード部を有し、封止ガラスによりステム1に固定される。
 熱電クーラーは、ステム1の発光素子載置部1fの傾斜面1gと発光素子用サブマウント2の間に介在し、ステム1と発光素子用サブマウント2と電気的に絶縁された状態で固着される。
 熱電クーラーは、半導体発光素子3を発光素子用サブマウント2を介して冷却する。
 熱電クーラーの天面に2つの電極を有する。熱電クーラーの一方の電極はワイヤボンディングによるワイヤによりクーラー用リードピンのインナーリード部の端面に電気的に接続され、他方の電極はワイヤボンディングによるワイヤによりステム1の内平面1aに電気的に接続される。
 温度センサはステム1の内平面1aに実装される。温度センサは半導体発光素子3周辺の温度を検知し、検知信号が熱電クーラーの制御に利用される。温度センサは2つの電極を有し、一方の電極はワイヤボンディングによるワイヤによりセンサ用リードピンのインナーリード部の端面に電気的に接続され、他方の電極はワイヤボンディングによるワイヤによりステム1の内平面1aに電気的に接続される。
 このように構成された、実施の形態4に係る、熱電クーラーにより半導体発光素子3を冷却する冷却タイプのTO-CAN型光送信モジュールにおいても、実施の形態1から実施の形態3に係るTO-CAN型光送信モジュールと同様の効果を奏する。
 なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
 この発明に係るTO-CAN型光送信モジュールは、高周波信号を用いた光通信用の光送信モジュールとして利用できる。
 1 ステム、1a 内平面、1b 外平面、1c~1e 貫通孔、1f 発光素子載置部、1g 底面(傾斜面)、2 発光素子用サブマウント、2a 基体、2b、2c 電極接続領域、3 半導体発光素子、3a 半導体発光素子部、3b ミラー部、3b1 ミラー面、4、9、10、15、16 ワイヤ、5、6 主信号用リードピン、7 モニタ用リードピン、8 ガラス、11 グランド用リードピン、12 支持ブロック、13 受光素子、14 モニタ用サブマウント、17 キャップ、18 レンズ。

Claims (13)

  1.  内平面と、外平面と、前記内平面と前記外平面との間を貫通した第1の貫通孔及び第2の貫通孔と、前記内平面に形成され、前記内平面に平行な平行面に対する内角の角度θ1で傾斜された傾斜面を有する発光素子載置部を具備するステムと、
     前記第1の貫通孔を貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部を有する第1の信号用リードピンと、
     前記第2の貫通孔を貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部を有する第2の信号用リードピンと、
     前記ステムの発光素子載置部の傾斜面に実装され、レーザ光を、前記ステムの傾斜面と平行に出射する出射面を有し、一方の電極が前記第1の信号用リードピンに電気的に接続され、他方の電極が前記第2の信号用リードピンに電気的に接続される半導体発光素子部と、この半導体発光素子部の出射面と対向して配置され、前記半導体発光素子部の出射面から出射されたレーザ光の光路を前記ステムの内平面の鉛直方向に変更するミラー面を有するミラー部を具備し、前記ミラー部のミラー面が前記ステムの発光素子載置部の傾斜面に対する内角の角度θ2で傾斜した半導体発光素子と、
     有底部と側壁部を有し、前記ステムの内平面側を覆い、前記ステムの内平面の周端部に前記側壁部の開口端面が接して固定された、一端開放の筒状のキャップと、
     このキャップの有底部に搭載され、前記半導体発光素子からのレーザ光の光出力を前記キャップの外部にて光結合させる光結合手段と、
     を備えたTO-CAN型光送信モジュール。
  2.  前記角度θ1と前記角度θ2との関係がθ1=2×θ2-90°を満たす請求項1に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  3.  前記角度θ1は20°であり、前記角度θ2は55°である請求項1に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  4.  前記半導体発光素子の半導体発光素子部は端面発光型のレーザダイオード素子である請求項1から請求項3のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  5.  前記半導体発光素子は、前記半導体発光素子部から出射されたレーザ光に光変調をかけて前記ミラー部のミラー面に対して光変調されたレーザ光を出射するEA変調部を有し、前記EA変調部が前記半導体発光素子部及び前記ミラー部と集積化された請求項4に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  6.  前記半導体発光素子の一方の電極は裏面に形成され、他方の電極は表面に形成され、
     前記半導体発光素子と前記ステムの発光素子載置部の傾斜面の間に発光素子用サブマウントが介在し、
     前記発光素子用サブマウントは、誘電体からなる基体と、当該基体の表面に形成された第1の電極接続領域と第2の電極接続領域を有し、
     前記半導体発光素子の一方の電極と前記第1の信号用リードピンの電気的接続は、前記半導体発光素子の一方の電極が前記発光素子用サブマウントの第1の電極接続領域に直接電気的に接続され、前記発光素子用サブマウントの第1の電極接続領域が前記第1の信号用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれ、
     前記半導体発光素子の他方の電極と前記第2の信号用リードピンの電気的接続は、前記半導体発光素子の他方の電極が前記発光素子用サブマウントの第2の電極接続領域にワイヤにより電気的に接続され、前記発光素子用サブマウントの第2の電極接続領域が前記第2の信号用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれる請求項1から請求項5のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  7.  前記半導体発光素子の一方の電極及び他方の電極は同一面に形成され、
     前記半導体発光素子と前記ステムの発光素子載置部の傾斜面の間に発光素子用サブマウントが介在し、
     前記発光素子用サブマウントは、誘電体からなる基体と、当該基体の表面に形成された第1の電極接続領域と第2の電極接続領域を有し、
     前記半導体発光素子の一方の電極と前記第1の信号用リードピンの電気的接続は、前記半導体発光素子の一方の電極が前記発光素子用サブマウントの第1の電極接続領域に直接電気的に接続され、前記発光素子用サブマウントの第1の電極接続領域が前記第1の信号用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれ、
     前記半導体発光素子の他方の電極と前記第2の信号用リードピンの電気的接続は、前記半導体発光素子の他方の電極が前記発光素子用サブマウントの第2の電極接続領域に直接電気的に接続され、前記発光素子用サブマウントの第2の電極接続領域が前記第2の信号用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれる請求項1から請求項5のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  8.  前記ステムの発光素子載置部の傾斜面の中心位置が前記ステムの内平面より低い請求項1から請求項7のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  9.  前記ステムの発光素子載置部は前記ステムの内平面の中央に掘り込まれて形成され、前記ステムの発光素子載置部の傾斜面の中心位置から前記ステムの内平面までの高さが前記発光素子用サブマウントの厚さと同じである請求項6又は請求項7に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  10.  前記ステムの発光素子載置部は前記ステムの内平面の中央に形成され、前記ステムの発光素子載置部の傾斜面の中心位置から前記ステムの内平面までの高さは、前記発光素子用サブマウントの全体積が前記ステムの内平面以下に収まる高さ以上内平面以下である請求項6又は請求項7に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  11.  前記ステムは、前記ステムの内平面と外平面との間を貫通した第3の貫通孔を具備し、
     前記第3の貫通孔を貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部を有するモニタ用リードピンと、
     前記ステムの内平面に、当該内平面に対して垂直を成すように立設され、前記半導体発光素子の半導体発光素子部に対向し、前記ステムの内平面に対して垂直な素子固定面を有する支持ブロックと、
     前記支持ブロックの素子固定面に実装され、前記半導体発光素子の半導体発光素子部から出射される背面レーザ光の光軸上に受光面を有し、一方の電極が前記ステムに電気的に接続され、他方の電極が前記モニタ用リードピンに電気的に接続される受光素子を備えた請求項1から請求項10のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  12.  前記受光素子は、表面に一方の電極となるアノード電極を有し、裏面に他方の電極となるカソード電極を有し、
     前記受光素子と前記支持ブロックの素子固定面の間にモニタ用サブマウントが介在し、前記モニタ用サブマウントは、誘電体からなる基体と、当該基体の表面に形成された電極接続領域を有し、
     前記受光素子の一方の電極と前記ステムの電気的接続は、前記ステムの内平面にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれ、
     前記受光素子の他方の電極と前記モニタ用リードピンの電気的接続は、前記受光素子の裏面が前記モニタ用サブマウントの電極接続領域にダイボンディグされ、前記モニタ用サブマウントの電極接続領域が前記モニタ用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的に接続されることにより行なわれる請求項11に記載のTO-CAN型光送信モジュール。
  13.  前記ステムは、前記ステムの内平面と外平面との間を貫通した第4の貫通孔を具備し、
     前記第4の貫通孔を貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部を有するクーラー用リードピンと、
     前記ステムの発光素子載置部の底面と発光素子用サブマウントの間に介在し、ステムと発光素子用サブマウントと電気的に絶縁された状態で固着され、一方の電極が前記クーラー用リードピンのインナーリード部にワイヤにより電気的接続される請求項6、請求項7、請求項9又は請求項10のいずれかに記載のTO-CAN型光送信モジュール。
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