WO2024084693A1 - 半導体レーザ光源装置 - Google Patents

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誠二 中野
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis

Definitions

  • This application relates to a semiconductor laser light source device.
  • the TO-CAN (Transistor-Outlined CAN) type which can be manufactured inexpensively, is generally used as the structure of a semiconductor laser light source device equipped with a semiconductor optical modulation element that generates laser light modulated as an optical signal.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor laser light source device equipped with a temperature control module, first and second support blocks, first and second dielectric substrates, etc., on the flat surface of a metal stem.
  • High frequency signals are input to the semiconductor optical modulation element from the lead pin that passes through the metal stem, through the second dielectric substrate, the conductive wire, and then through the first dielectric substrate. Therefore, it is desirable that the grounds of the first dielectric substrate and the second dielectric substrate are at the same potential.
  • the present application has been made to solve the above problems, and aims to provide a semiconductor laser light source device that has a simple configuration and provides good transmission characteristics for high-frequency signals.
  • the semiconductor laser light source device disclosed in the present application comprises a metal stem having a plurality of lead pins fixed through the back surface and the front surface, a temperature control module fixed to the front surface of the metal stem, a first support block made of metal fixed to the surface of the temperature control module opposite the surface fixed to the metal stem and having a first surface perpendicular to the surface of the metal stem, a first dielectric substrate having a back surface fixed to the first surface of the first support block and having a semiconductor optical modulation element fixed to the front surface, a first ground electrode pattern and a first signal line one end of which is electrically connected to the semiconductor optical modulation element, and a first dielectric substrate fixed to the front surface of the metal stem and having a first dielectric layer formed thereon.
  • the device includes a second metal support block having a second surface parallel to the first surface, and a second dielectric substrate having a back surface fixed to the second surface of the second support block, a second signal line and a second ground electrode pattern electrically connected to the first ground electrode pattern formed on the front surface, one end of the second signal line electrically connected to one of the lead pins, and the other end of the second signal line electrically connected to the other end of the first signal line, and a first metal film electrically connected to the second ground electrode pattern is formed in an area of at least half the length of the side of the second dielectric substrate that is located on the side of the first dielectric substrate.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser light source device according to a first embodiment
  • 1 is a perspective view showing an external appearance of a semiconductor laser light source device according to a first embodiment
  • 4 is a diagram showing a comparison of the pass characteristic of a high-frequency signal of the semiconductor laser light source device according to the first embodiment with that of a conventional semiconductor laser light source device
  • FIG. 11 is an enlarged perspective view showing a main part of a semiconductor laser light source device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a comparison of the pass characteristic of a high-frequency signal of a semiconductor laser light source device according to the second embodiment with that of a conventional semiconductor laser light source device;
  • FIG. 11 is a perspective view of a second dielectric substrate of a semiconductor laser light source device according to embodiment 3.
  • 13 is a diagram showing the pass characteristic of a high-frequency signal of the semiconductor laser light source device according to the third embodiment in comparison with the pass characteristic of the semiconductor laser light source device according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view showing a main part of a semiconductor laser light source device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a comparison of the pass characteristic of a high-frequency signal of the semiconductor laser light source device according to the fourth embodiment with that of the semiconductor laser light source device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor laser light source device according to a first embodiment.
  • an x-axis, a y-axis, and a z-axis are shown to indicate three-dimensional directions.
  • a semiconductor optical modulation element 6 and a member for driving the semiconductor optical modulation element 6 are mounted on the front side of a metal stem 1 having a plurality of lead pins 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e penetrating the front and back sides.
  • the plurality of lead pins 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are used to electrically connect each electrical component mounted on the metal stem 1 to the outside.
  • the semiconductor optical modulation element 6 is mounted on the front surface of a first dielectric substrate 5.
  • the first dielectric substrate 5 is fixed to a surface (also called a first surface) of a first support block 4 that extends perpendicularly to the front surface of the metal stem 1.
  • the first support block 4 is fixed to the temperature control module 3 fixed to the metal stem 1, and a first pedestal portion 4a and a second pedestal portion 4b are formed on the side of the first support block 4 fixed to the temperature control module 3, extending in a direction parallel to the surface of the temperature control module 3 to which the first support block is fixed.
  • the first pedestal portion 4a and the second pedestal portion 4b extend in opposite directions to each other.
  • a light receiving element 7 for receiving light emitted from the back surface of the semiconductor optical modulation element 6 is fixed to the first pedestal portion 4a formed on the side on which the first dielectric substrate 5 is mounted.
  • a temperature sensor 8 for monitoring the temperature is fixed to the second pedestal portion 4b extending in the opposite direction to the first pedestal portion 4a.
  • a second support block 9 is fixed to the surface of the metal stem 1, the surface (also called the second surface) of which extends perpendicularly to the surface of the metal stem 1 and to which a second dielectric substrate 10 is joined.
  • the first surface of the first support block 4 and the second surface of the second support block 9 are in a parallel positional relationship with each other.
  • a second ground electrode pattern 10a and a second signal line 10c are formed on the surface of the second dielectric substrate 10 (the surface opposite to the surface (back surface) joined to the second support block 9).
  • One end of the second signal line 10c is electrically connected to one lead pin 2a by a conductor 11 such as solder, and the other end of the second signal line 10c is electrically connected to one end of a first signal line 5c formed on the surface of the first dielectric substrate 5 via a conductive wire 12a.
  • the other end of the first signal line 5c is electrically connected to the modulator of the semiconductor optical modulation element 6 via a conductive wire 12b.
  • the second ground electrode pattern 10a is electrically connected to the first ground electrode pattern 5a formed on the surface of the first dielectric substrate 5 by a conductive wire 12a.
  • a first metal film 13 electrically connected to the second ground electrode pattern 10a is formed in an area of at least half the length of the side surface of the second dielectric substrate 10 located on the first dielectric substrate 5 side.
  • the second ground electrode pattern 10a and the first pedestal portion 4a of the first support block 4 are electrically connected by a conductive wire 14.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the external appearance at the product level of the semiconductor laser light source device according to embodiment 1.
  • the semiconductor laser light source device has the side of the metal stem 1 on which each component is mounted covered with an airtight sealing cap 30, and the internal space formed by the airtight sealing cap 30 on which each component is mounted and the metal stem 1 is hermetically sealed. Modulated light is emitted from an airtight window 31 provided in the airtight sealing cap 30.
  • FIG. 1 is a perspective view of the state in which the airtight sealing cap 30 has been removed to expose the inside.
  • the metal stem 1 is generally circular and plate-shaped, and is a stem base made of a metal material with high thermal conductivity such as Cu, with Au plating applied to the surface.
  • the metal stem 1 fixes the second support block 9 and the temperature control module 3, and also serves to release the heat absorbed by the temperature control module 3 to a cooling member (not shown) provided on the negative side (back side) of the metal stem 1 in the z direction.
  • glass is generally applied to the through holes provided in the metal stem 1.
  • glass made of a material with a low dielectric constant is used so that the impedance is the same as that of the signal generator. If there is an impedance mismatch, the frequency response characteristics will deteriorate due to multiple reflections of the signal, making high-speed modulation difficult.
  • each lead portion is under equal pressure during sealing in order to maintain airtightness, so it is desirable that each lead portion is positioned at an equal distance from the outer periphery of the metal stem 1, i.e., in a circular position. Also, if the adjacent lead portions are too close together, the sealing performance deteriorates, so a certain distance is necessary.
  • the temperature control module 3 is composed of multiple blocks made of a material such as BiTe sandwiched between two substrates made of a material such as AlN, and serves to dissipate heat received from the semiconductor optical modulation element 6 mounted on the upper substrate from the lower substrate to the metal stem 1 side.
  • the temperature control module 3 Since the laser oscillation wavelength changes as the temperature of the semiconductor optical modulation element 6 changes, it is necessary to keep the temperature constant. Therefore, by installing the temperature control module 3, it is possible to keep the temperature of the semiconductor optical modulation element 6 constant by cooling it when the temperature of the semiconductor optical modulation element 6 rises, and by applying heat when the temperature drops.
  • the first dielectric substrate 5 is formed in a plate shape, and is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) with Au plating and metallization applied to the surface. Usually, a back ground electrode is formed on the back surface of the first dielectric substrate (the surface fixed to the first support block 4).
  • the first dielectric substrate 5 fixes the semiconductor optical modulation element 6, and also plays a role in dissipating heat generated in the semiconductor optical modulation element 6 to the cooling member on the back surface side of the metal stem 1 via the first support block 4 and the temperature control module 3. In general, the first dielectric substrate 5 performs electrical insulation and heat transfer functions.
  • a first signal line 5c and a first ground electrode pattern 5a are formed on the surface of the first dielectric substrate 5, one end of the first signal line 5c is electrically connected to the modulator of the semiconductor optical modulation element 6 via a wire 12b, and the other end of the first signal line 5c and the first ground electrode pattern 5a are electrically connected to a second signal line 10c and a second ground electrode pattern 10a formed on the surface of the second dielectric substrate 10, respectively, via separate conductive wires 12a.
  • a high-frequency signal for modulation input from one lead pin 2a is input to the modulator of the semiconductor optical modulation element 6, and high-speed modulated light is generated from the semiconductor optical modulation element 6.
  • the first support block 4 is a block of metal material, for example, Cu or other material with high thermal conductivity, with Au plating applied to the surface, and has a first pedestal portion 4a and a second pedestal portion 4b, and is joined to the temperature control module 3 with solder or the like.
  • the first support block 4 fixes the first dielectric substrate 5 and the like, and also plays a role in transmitting heat generated in the semiconductor optical modulation element 6 to the temperature control module 3.
  • the semiconductor optical modulator 6 is, for example, a modulator-integrated laser diode (EAM-LD) that monolithically integrates an electroabsorption optical modulator using an InGaAsP-based quantum well absorption layer and a distributed feedback laser diode.
  • Laser light is emitted from the light emitting point of the semiconductor optical modulator 6 along an optical axis that is perpendicular to the chip end face and parallel to the chip main surface.
  • an optical amplifier SOA semiconductor Optical Amplifier
  • SOA semiconductor Optical Amplifier
  • Power can be supplied to the distributed feedback laser diode either directly from the lead pin 2c via a conductive wire, or via a capacitor 20 as shown in Figure 1.
  • a matching resistor may be connected in parallel with the semiconductor optical modulation element 6 on the first dielectric substrate 5.
  • the second support block 9 is a block of metal material, for example, Cu or other material with high thermal conductivity, with Au plating applied to the surface, and is joined to the surface of the metal stem 1 with solder or the like, and serves to fix the second dielectric substrate 10 and the like.
  • the second support block 9 may be formed integrally with the metal stem 1, or may be mounted on the metal stem 1 as a separate part.
  • the second dielectric substrate 10 is formed in a plate shape, and is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) with Au plating and metallization on the surface.
  • a rear ground electrode is formed on the rear surface of the second dielectric substrate (the surface fixed to the second support block 9).
  • a second signal line 10c is formed on the surface of the second dielectric substrate 10, one end of which is electrically connected to the first signal line 5c of the first dielectric substrate 5, and the other end of which is electrically connected to the lead pin 2a via a conductor 11 such as solder or conductive wire.
  • a second ground electrode pattern 10a is formed on the surface of the second dielectric substrate 10, and is electrically connected to the first dielectric substrate 5 via a conductive wire 12a.
  • a first metal film 13 is formed on the side of the second dielectric substrate 10 in the positive x-axis direction, i.e., the side on which the first dielectric substrate 5 is located, connecting the rear ground electrode of the second dielectric substrate 10 to the second ground electrode pattern 10a, and electrically connecting the second ground electrode pattern 10a to the second support block 9 via the first metal film 13.
  • This first metal film 13 is formed in an area longer than at least half the length of the side on which the first metal film 13 of the second dielectric substrate 10 is formed.
  • FIG. 3 shows the high-frequency transmission characteristics from the lead pin 2a to the semiconductor optical modulation element 6.
  • the transmission characteristics of the configuration in which the second dielectric substrate 10 and the second support block 9 are connected by castellations or through vias as in Patent Document 1 are shown by the dashed line 100 in Figure 3.
  • the configuration according to the first embodiment when the conductive wire 14 is not present suppresses the dip caused by the 10 GHz signal resonance, suppresses signal reflection in the band above 20 GHz, and improves the characteristics by about 1 dB, and widens the cutoff frequency by about 2 GHz.
  • the improvement in the pass characteristic i.e., the flatness of S21 among the S parameters, and the widening of the cutoff frequency reduces the jitter component in the optical waveform, resulting in a good eye pattern.
  • the pass characteristic becomes as shown by the solid line 102 in FIG. 3, which shows that the 10 GHz dip is further suppressed and the cutoff frequency is broadened by about 1 GHz compared to the dashed line 101, which shows the pass characteristic when the conductive wire 14 is not implemented.
  • a light receiving element 7 that converts optical signals into electrical signals (O/E conversion) is mounted on the first base portion 4a, making it possible to monitor the backlight intensity of the semiconductor optical modulation element 6.
  • the received optical signal is converted into an electrical signal, which is transmitted to the lead pin 2d via the connected conductive wire 12d.
  • By being able to monitor the optical intensity it becomes possible to control the drive current to the distributed feedback laser diode so that the optical output is constant.
  • a second pedestal portion 4b may be formed on the first support block 4, and a thermistor 8 or the like may be mounted thereon.
  • the thermistor 8 exists to indirectly observe the temperature of the semiconductor optical modulation element 6, and feeds back the observed temperature to the temperature control module 3. If the temperature of the semiconductor optical modulation element 6 is higher than the target value, it is cooled, and if it is lower, heat is generated, making it possible to stabilize the temperature of the semiconductor optical modulation element 6.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a semiconductor laser light source device according to embodiment 2. As shown in Fig. 4, a conductive adhesive 15 is used to connect the first support block 4 and the first metal film 13 formed on the side surface.
  • the high frequency pass characteristic of the configuration in FIG. 4 is shown by the solid line 103 in FIG. 5.
  • the configuration in FIG. 4 it can be seen that the influence of the 10 GHz resonance is suppressed and the cutoff frequency is broadened, just like the pass characteristic shown by the solid line 102 in FIG. 3 with the configuration shown in FIG. 1 in which the second ground electrode pattern 10a and the first support block 4 are electrically connected by the conductive wire 14.
  • the pass characteristic shown by the solid line 103 in FIG. 5 has a cutoff frequency that is approximately 0.5 GHz broader than the pass characteristic shown by the solid line 102 in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a perspective view of the second dielectric substrate 10 of the semiconductor laser light source device according to embodiment 3.
  • a second metal film 13a and a third metal film 13b connected to a back ground electrode 13c formed on the back surface of the second dielectric substrate 10 are formed on a side surface of the second dielectric substrate 10 in the z-axis positive direction (opposite side to the surface of the metal stem 1) and a side surface of the second dielectric substrate 10 in the x-axis negative direction (opposite side to the side where the first dielectric substrate 5 is located), respectively, and the second ground electrode pattern 10a and the second support block 9 are electrically connected via the second metal film 13a and the third metal film 13b.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a main part of a semiconductor laser light source device according to embodiment 4.
  • a fourth metal film 16 is formed on the side surface of the first dielectric substrate 5 in the positive direction of the z-axis (opposite to the surface of the metal stem) to connect the first ground electrode pattern 5a and the back ground electrode formed on the back surface of the first dielectric substrate 5, and electrically connects the first ground electrode pattern 5a formed on the surface of the first dielectric substrate 5 and the first support block 4.
  • the fourth metal film 16 and the second metal film 13a on the side of the second dielectric substrate 10 are electrically connected by a conductive wire 17, further strengthening the ground of the first dielectric substrate 5.
  • the ground is further strengthened than in the configuration of embodiment 1, as shown by the pass characteristic shown by the solid line 105 in Figure 9, and the cutoff frequency is wider than the pass characteristic 102 in the configuration of embodiment 1 shown by the dashed line (pass characteristic 102 shown by the solid line in Figure 3 is depicted as a dashed line in Figure 8).
  • the ground is strengthened and the high frequency characteristics are improved by connecting the second ground electrode pattern 10a formed on the surface of the second dielectric substrate 10 to the first support block 4 with a conductive wire.
  • the bonding position of the first support block 4 is on the surface on which the first dielectric substrate 5 is mounted, the spreading of the back bonding material will come into contact with the bonding portion when the first dielectric substrate 5 is bonded to the first support block 4, and there is a concern that the conductive wire may peel off. Therefore, it is desirable for the bonding position on the first support block 4 to be on the surface of the first pedestal portion 4a formed on the first support block on which the light receiving element 7 is mounted.
  • the ground is strengthened by connecting the first support block 4 and the first metal film 13 formed on the side of the second dielectric substrate 10 with a conductive adhesive 15, improving the high frequency characteristics.
  • the ground is further strengthened and the high frequency transmission characteristics are improved.

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Abstract

金属ステム（１）と、金属ステム（１）の表面に固定された温度制御モジュール（３）と、温度制御モジュール（３）に固定された第一の支持ブロック（４）と、第一の支持ブロック（４）に裏面が固定され、表面に半導体光変調素子（６）が固定されるとともに、第一のグランド電極パターン（５ａ）が形成された第一の誘電体基板（５）と、金属ステム（１）の表面に固定された第二の支持ブロック（９）と、第二の支持ブロック（９）に固定され、表面に第二のグランド電極パターン（１０ａ）が形成された第二の誘電体基板（１０）と、を備えた半導体レーザ光源装置において、第二の誘電体基板（１０）の、第一の誘電体基板（５）の側に位置する側面の少なくとも半分以上の長さの領域に第二のグランド電極パターン（１０ａ）と電気的に接続された金属膜（１３）が形成されている。

Description

半導体レーザ光源装置
　本願は、半導体レーザ光源装置に関するものである。
　ＳＮＳ、動画共有サービス等の普及が世界的規模で進んでおり、データ伝送の大容量化が加速している。限られた実装スペースで信号の高速大容量伝送化に対応するために、伝送用の光信号を発生する半導体レーザ光源装置は高速化・小型化が進んでいる。
　光信号として変調されたレーザ光を発生する半導体光変調素子を搭載した半導体レーザ光源装置の構造としては、安価に製造できるＴＯ－ＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ－Ｏｕｔｌｉｎｅｄ　ＣＡＮ）型が一般的に適用される。特許文献１においては、金属ステムの平面上に温度制御モジュール、第一および第二の支持ブロック、第一および第二の誘電体基板などを搭載した半導体レーザ光源装置が開示されている。
　半導体光変調素子への高周波信号入力としては、金属ステムを貫通するリードピンから第二の誘電体基板、導電性ワイヤ、および第一の誘電体基板を介して行われる。そのため、第一の誘電体基板と第二の誘電体基板のグランドは同電位になることが望ましい。
特開２０２２－８８０６１号公報
　特許文献１に記載された構成では、第二の誘電体基板の主面に形成されたグランド電極と第二の支持ブロックを電気的に接続するために、第二の誘電体基板にキャスタレーションを形成し、これを介して接続させていたが、キャスタレーションあるいは貫通ビアのような導通方式は製作難易度が高く高コスト、および導電性ワイヤの実装自由度が低いという課題があった。
　さらに、特許文献１に記載された構成では、キャスタレーションあるいは貫通ビアではグランドレベルの安定化が難しいこと、キャスタレーションあるいは貫通ビアの配置場所によってはステムから遠くなることでグランドが弱くなり、高周波信号の通過特性が劣化し易かった。
　本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、高周波信号の良好な通過特性が得られる半導体レーザ光源装置を提供することを目的とする。
　本願に開示される半導体レーザ光源装置は、裏面と表面とを貫通して固定されたリードピンを複数有する金属ステムと、前記金属ステムの表面に固定された温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールの前記金属ステムに固定された面と反対側の面に固定され、前記金属ステムの表面に対して垂直な第一面を有する金属製の第一の支持ブロックと、前記第一の支持ブロックの前記第一面に裏面が固定され、表面に半導体光変調素子が固定されるとともに、第一のグランド電極パターンと、片端が前記半導体光変調素子と電気的に接続された第一の信号線路とが形成された第一の誘電体基板と、前記金属ステムの表面に固定され、前記第一の支持ブロックの前記第一面と平行な第二面を有する金属製の第二の支持ブロックと、前記第二の支持ブロックの前記第二面に裏面が固定され、表面に、第二の信号線路、および前記第一のグランド電極パターンと電気的に接続された第二のグランド電極パターンが形成され、前記第二の信号線路の一端が前記リードピンのうちの一のリードピンに電気的に接続され、前記第二の信号線路の他端が前記第一の信号線路の他端と電気的に接続された第二の誘電体基板と、を備え、前記第二の誘電体基板の、前記第一の誘電体基板の側に位置する側面の少なくとも半分以上の長さの領域に前記第二のグランド電極パターンと電気的に接続された第一の金属膜が形成されたものである。
　本願によれば、簡単な構成で、高周波信号の良好な通過特性が得られる半導体レーザ光源装置を提供することができる。
実施の形態１による半導体レーザ光源装置の構成を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１による半導体レーザ光源装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態１による半導体レーザ光源装置の高周波信号の通過特性を、従来の半導体レーザ光源装置の通過特性と比較して示す図である。 実施の形態２による半導体レーザ光源装置の要部を拡大して示す斜視図である。 実施の形態２による半導体レーザ光源装置の高周波信号の通過特性を、従来の半導体レーザ光源装置の通過特性と比較して示す図である。 実施の形態３による半導体レーザ光源装置の第二の誘電体基板の斜視図である。 実施の形態３による半導体レーザ光源装置の高周波信号の通過特性を、実施の形態１による半導体レーザ光源装置の通過特性と比較して示す図である。 実施の形態４による半導体レーザ光源装置の要部を拡大して示す斜視図である。 実施の形態４による半導体レーザ光源装置の高周波信号の通過特性を、実施の形態１による半導体レーザ光源装置の通過特性と比較して示す図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示される画像の大きさと位置との相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１による半導体レーザ光源装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１には、３次元の方向を示すため、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を記載している。図１に示されるように、半導体レーザ光源装置は、表面と裏面を貫通する複数のリードピン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを有する金属ステム１の表面側に、半導体光変調素子６、および半導体光変調素子６を駆動するための部材が実装されている。複数のリードピン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、金属ステム１上に実装されている各電気部品と外部とを電気接続するために用いられる。半導体光変調素子６は、第一の誘電体基板５の表面に実装されている。第一の誘電体基板５は、第一の支持ブロック４の、金属ステム１の表面に対して垂直に延びる表面（第一面とも称する）に固定されている。この第一の支持ブロック４は、金属ステム１に固定された温度制御モジュール３に固定されており、第一の支持ブロック４の温度制御モジュール３に固定されている側には、温度制御モジュール３の第一の支持ブロックが固定される面と平行な方向に延びる第一の台座部４ａと第二の台座部４ｂが形成されている。第一の台座部４ａと第二の台座部４ｂとは互いに反対方向に延びている。第一の誘電体基板５が実装されている側に形成されている第一の台座部４ａには、半導体光変調素子６の背面から出射される光を受光するための受光素子７が固定されている。第一の台座部４ａと反対方向に延びる第二の台座部４ｂには温度をモニターするための温度センサ８が固定されている。
　さらに、金属ステム１の表面には、金属ステム１の表面に対して垂直方向に延びる表面（第二面とも称する）に第二の誘電体基板１０が接合された第二の支持ブロック９が固定されている。第一の支持ブロック４の第一面と、第二の支持ブロック９の第二面は、互いに平行な位置関係にある。第二の誘電体基板１０の表面（第二の支持ブロック９に接合されている面（裏面）と反対側の面）には第二のグランド電極パターン１０ａおよび第二の信号線路１０ｃが形成されている。第二の信号線路１０ｃの一端は一のリードピン２ａとはんだなどの導電体１１により電気的に接続されており、第二の信号線路１０ｃの他端は第一の誘電体基板５の表面に形成された第一の信号線路５ｃの一端と導電性ワイヤ１２ａを介して電気的に接続されている。第一の信号線路５ｃの他端は導電性ワイヤ１２ｂを介して半導体光変調素子６の変調器に電気的に接続されている。第二のグランド電極パターン１０ａは、第一の誘電体基板５の表面に形成された第一のグランド電極パターン５ａと導電性ワイヤ１２ａで電気的に接続されている。さらに、第二のグランド電極パターン１０ａと第二の支持ブロック９とを電気的に接続するため、第二の誘電体基板１０の第一の誘電体基板５側に位置する側面の少なくとも半分以上の長さの領域には、第二のグランド電極パターン１０ａと電気的に接続された第一の金属膜１３が形成されている。また、第二のグランド電極パターン１０ａと第一の支持ブロック４の第一の台座部４ａとは、導電性ワイヤ１４で電気的に接続されている。
　図２に実施の形態１による半導体レーザ光源装置の製品レベルでの外観の斜視図を示す。図２に示すように、半導体レーザ光源装置は、各部材が実装されている金属ステム１の側が、気密封止用キャップ３０で覆われ、各部材が実装されている、気密封止用キャップ３０と金属ステム１とにより形成された内部空間は、気密封止されている。気密封止用キャップ３０に設けられた気密窓３１から、変調された変調光が放射される構成となっている。なお、図１は、気密封止用キャップ３０を外して、内部を露出させた状態の斜視図である。
　金属ステム１は概ね円形状であり、かつ、板状に形成され、例えば、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料の表面にＡｕメッキなどが施された金属材料のステムベースである。金属ステム１は、第二の支持ブロック９および温度制御モジュール３などを固定するとともに、温度制御モジュール３にて吸熱した熱を金属ステム１のｚ方向負側（裏面側）に設けられる、図示しない冷却部材に逃がす役目を担う。
　金属ステム１に各リードピンを固定させるために、金属ステム１に設けられた貫通穴にガラスが適用されることが一般的である。特に、第二の誘電体基板１０の第二の信号線路１０ｃと電気的に接合されるリードピン２ａにおいては、信号発生器と同じインピーダンスとなるように低誘電率の材質のガラスが使われる。インピーダンス不整合になると信号の多重反射によって周波数応答特性が劣化し、高速変調が困難となる。
　各リード部において、リードピンを金属ステム１にガラスで封着固定させるために、一般的にコンプレッション方式、あるいはマッチング方式が適用される。これらの方式では、気密性を保つためには封着の際に各リード部が等圧力になっていることが重要とされているため、各リード部が金属ステム１の外周から等距離に配置される、すなわち円形状の位置に配置されていることが望ましい。また、各リード部の隣り合う間隔も近接しすぎていると封着性が劣化するため、ある程度の距離が必要である。
　金属ステム１と温度制御モジュール３との接合において、接合材としては例えばＳｎＡｇＣｕハンダ、ＡｕＳｎハンダおよび導電性接着剤などが用いられる。温度制御モジュール３は、例えば、ＢｉＴｅなどの材料を用いた複数のブロックを、ＡｌＮなどの材料を用いた２枚の基板で挟んで構成されており、上面側の基板上に実装された半導体光変調素子６から受けた熱を、下側基板から金属ステム１側へ放熱する役目を担う。
　半導体光変調素子６の温度が変化することに伴ってレーザの発振波長が変化するため、温度を一定に保つ必要がある。そのため、温度制御モジュール３を搭載することで、半導体光変調素子６の温度が上昇した場合は冷却を行い、逆に温度が低下した場合は熱を与え、半導体光変調素子６の温度を一定にすることが可能となる。
　第一の誘電体基板５は板状に形成され、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）などのセラミック材料の表面にＡｕメッキ、およびメタライズが施されている。通常、第一の誘電体基板の裏面（第一の支持ブロック４に固定されている面）には、裏面グランド電極が形成されている。第一の誘電体基板５は、半導体光変調素子６を固定するとともに、半導体光変調素子６において発生した熱を第一の支持ブロック４および温度制御モジュール３を介して金属ステム１の裏面側の冷却部材に逃がす役目を担う。一般的に第一の誘電体基板５は、電気絶縁機能、および、熱伝達機能を担う。
　第一の誘電体基板５の表面には第一の信号線路５ｃおよび第一のグランド電極パターン５ａが形成され、第一の信号線路５ｃの一端は半導体光変調素子６の変調器とワイヤ１２ｂを介して電気的に接続され、第一の信号線路５ｃの他端および第一のグランド電極パターン５ａは、それぞれ第二の誘電体基板１０の表面に形成された第二の信号線路１０ｃおよび第二のグランド電極パターン１０ａと別々の導電性ワイヤ１２ａを介して電気的に接続されている。これらの接続により、一のリードピン２ａから入力される変調用の高周波信号が半導体光変調素子６の変調器に入力されて、半導体光変調素子６から高速に変調された光が発生される。
　第一の支持ブロック４は、例えば、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料の表面にＡｕメッキなどが施された金属材料のブロックであり、第一の台座部４aおよび第二の台座部４bを有しており、温度制御モジュール３にハンダなどで接合されている。第一の支持ブロック４は第一の誘電体基板５などを固定するとともに、半導体光変調素子６において発生した熱を温度制御モジュール３側に伝える役目を担う。
　半導体光変調素子６は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸吸収層を用いた電界吸収型光変調器と分布帰還型レーザダイオードとをモノリシックに集積した変調器集積型レーザダイオード（ＥＡＭ－ＬＤ）である。半導体光変調素子６における発光点からは、チップ端面に対して垂直、かつ、チップ主面に対して平行である光軸に沿ってレーザ光が放射される。
　より高光出力を得るためには半導体光変調素子６の出射方向に光増幅器ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をさらに集積してもよい。
　分布帰還型レーザダイオードへの給電方法はリードピン２ｃから導電性ワイヤを介して直接接続してもよいし、図１に示されるようにコンデンサ２０を中継して接続してもよい。
　信号発生器からの最大電圧振幅を得るために、第一の誘電体基板５上には半導体光変調素子６と並列に整合抵抗が接続されていてもよい。
　第二の支持ブロック９は、例えば、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料の表面にＡｕメッキなどが施された金属材料のブロックであり、金属ステム１の表面にハンダなどで接合されており、第二の誘電体基板１０などを固定する役目を担う。なお、第二の支持ブロック９は金属ステム１と一体形成されたものでもよく、別部品として金属ステム１に実装してもよい。
　第二の誘電体基板１０は板状に形成され、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）などのセラミック材料の表面にＡｕメッキ、およびメタライズが施されている。通常、第二の誘電体基板の裏面（第二の支持ブロック９に固定されている面）には、裏面グランド電極が形成されている。第二の誘電体基板１０の表面には第二の信号線路１０ｃが形成され、この一端は第一の誘電体基板５の第一の信号線路５ｃと電気的に接続され、他端はハンダまたは導電性ワイヤなどの導電体１１を介してリードピン２ａと電気的に接続されている。第二の誘電体基板１０の表面には第二のグランド電極パターン１０aが形成され、第一の誘電体基板５と導電性ワイヤ１２ａを介して電気的に接続されている。
　第二の誘電体基板１０のｘ軸正方向側、すなわち第一の誘電体基板５が位置する側の側面には、第二の誘電体基板１０の裏面グランド電極と第二のグランド電極パターン１０ａとを接続する第一の金属膜１３が形成され、第一の金属膜１３を介して第二のグランド電極パターン１０aと第二の支持ブロック９とを電気的に接続している。この第一の金属膜１３は、第二の誘電体基板１０の第一の金属膜１３が形成されている側面の長さの少なくとも２分の１よりも長い領域に形成されている。
　特許文献１に記載された構成では、第二の誘電体基板１０に相当する誘電体基板にキャスタレーションあるいは貫通ビアを形成して表面に形成されたグランド電極パターンと第二の支持ブロック９に相当する支持ブロックとを電気的に接続していたが、グランドレベルの安定化が難しいこと、配置場所によってはステムから遠くなることでグランドが弱くなる。図３に、リードピン２ａから半導体光変調素子６までの、高周波の通過特性を示す。特許文献１に記載された構成のように、キャスタレーション、あるいは貫通ビアにより第二の誘電体基板１０と第二の支持ブロック９を接続する構成による通過特性は、図３の破線１００のようになる。この通過特性では、１０ＧＨｚに信号共振の影響による約３ｄＢのディップが存在し、また、２０ＧＨｚ以上の帯域において信号反射の影響による減衰が大きくなっていた。しかし本実施の形態ではキャスタレーションあるいは貫通ビアを排除し、第一の金属膜１３により、第二のグランド電極パターン１０ａと第二の支持ブロック９とを電気的に接続するようにしたため、グランドが安定、強化され、通過特性は図３の破線１０１のようになる。ただし、図３の破線１０１の通過特性は、導電性ワイヤ１４が無い状態の通過特性を示している。このように、導電性ワイヤ１４が無い状態の本実施の形態１による構成によれば、１０ＧＨｚの信号共振の影響によるディップの抑制、２０ＧＨｚ以上の帯域における信号反射が抑制されたことによる約１ｄＢの特性向上、および遮断周波数が約２ＧＨｚ広帯域化していることが分かる。このように、通過特性、すなわちＳパラメータのうちのＳ２１の平坦性の改善および遮断周波数の広帯域化により、光波形ではジッタ成分が減少し良好なアイパターンが得られるようになる。
　また、特許文献１に記載された構成のように、第二の誘電体基板１０にキャスタレーションあるいは貫通ビアを形成すると、形成部には導電性ワイヤがボンディングできなくなるため実装自由度が低下し、さらには、製作難易度およびコストが高くなっていた。第二の誘電体基板１０の側面に第一の金属膜１３を形成することにより、キャスタレーションあるいは貫通ビアを排除でき、導電性ワイヤの実装自由度が向上する。
　第二のグランド電極パターン１０ａと第一の支持ブロック４を導電性ワイヤで電気的に接続することによりグランドが強化され高周波特性が向上する。しかし、第一の支持ブロック４への導電性ワイヤのボンディング位置を第一の誘電体基板５の実装面にすると、第一の誘電体基板５裏面の接合材のはみ出しが導電性ワイヤに干渉して剥離する懸念がある。さらに第一の誘電体基板５を実装する際に実装治具が導電性ワイヤに干渉するため望ましくない。そこで、図１に示すように、第一の支持ブロック４に第一の台座部４aを形成し、ここに導電性ワイヤ１４をボンディングすることで、第一の誘電体基板５の実装面に導電性ワイヤをボンディングしたときと同等のグランド強化特性を得ながらも、接合材および治具の干渉を回避することができるようになる。
　第二のグランド電極パターン１０ａと第一の台座部４aを導電性ワイヤ１４で接続することにより、通過特性は図３の実線１０２のようになり、導電性ワイヤ１４を実装していない場合の通過特性である破線１０１よりも１０ＧＨｚのディップのさらなる抑制および遮断周波数が約１ＧＨｚ広帯域化していることが分かる。
　第一の台座部４aには光信号を電気信号へ変換（Ｏ／Ｅ変換）する受光素子７が実装され、半導体光変調素子６の背面光強度のモニターが可能となる。受光した光信号は電気信号に変換され、電気信号は接続された導電性ワイヤ１２ｄを介してリードピン２ｄへと伝送される。光強度のモニターが可能となることで、光出力が一定になるように分布帰還型レーザダイオードへの駆動電流を制御することが可能となる。
　第一の支持ブロック４に第二の台座部４ｂを形成し、ここにサーミスタ８などを実装してもよい。サーミスタ８は半導体光変調素子６の温度を間接的に観測するために存在し、観測した温度を温度制御モジュール３にフィードバックして、半導体光変調素子６の温度が目標値に対して高い場合は冷却し、逆に低い場合は発熱を行うことで、半導体光変調素子６の温度を安定化することが可能になる。
実施の形態２．
　図４は、実施の形態２による半導体レーザ光源装置の要部の拡大図である。図４に示されるように、第一の支持ブロック４と側面に形成された第一の金属膜１３を接続する方法として導電性接着剤１５を用いている。
　図４の構成による高周波の通過特性は、図５の実線１０３で示す特性となる。図４の構成によれば、第二のグランド電極パターン１０ａと第一の支持ブロック４を導電性ワイヤ１４で電気的に接続する図１に示す構成による、図３の実線１０２で示す通過特性と同じく、１０ＧＨｚの共振の影響が抑制され、かつ遮断周波数が広帯域化することが分かる。さらに、図３の実線１０２で示す通過特性よりも、図５の実線１０３で示す通過特性の方が、遮断周波数が約０．５ＧＨｚさらに広帯域化することが分かる。
実施の形態３．
　図６は、実施の形態３による半導体レーザ光源装置の第二の誘電体基板１０の斜視図である。図６に示されるように、第二の誘電体基板１０のｚ軸正方向（金属ステム１の表面とは反対側）の側面、およびｘ軸負方向（第一の誘電体基板５が位置する側と反対側）の側面には、それぞれ、第二の誘電体基板１０の裏面に形成されている裏面グランド電極１３ｃと接続される第二の金属膜１３ａおよび第三の金属膜１３ｂが形成され、これら第二の金属膜１３ａおよび第三の金属膜１３ｂを介して第二のグランド電極パターン１０ａと第二の支持ブロック９が電気的に接続されている。
　これにより図１で示す実施の形態１の構成よりもグランドがさらに強化され、図７の実線１０４で示す通過特性のように、破線で示す実施の形態１による構成での通過特性１０２（図３の実線で示す通過特性１０２を図７の破線として記載）よりも１５ＧＨｚ付近の反射の抑制、および遮断周波数の広帯域化がみられる。
実施の形態４．
　図８は、実施の形態４による半導体レーザ光源装置の要部の拡大図である。図８に示されるように、第一の誘電体基板５のｚ軸正方向（金属ステムの表面とは反対側に位置する）側面には、第一のグランド電極パターン５ａと第一の誘電体基板５の裏面に形成されている裏面グランド電極とを接続する第四の金属膜１６が形成されており、第一の誘電体基板５の表面に形成された第一のグランド電極パターン５ａと第一の支持ブロック４とを電気的に導通している。
　第四の金属膜１６と第二の誘電体基板１０の側面の第二の金属膜１３ａが導電性ワイヤ１７で電気的に接続され、第一の誘電体基板５のグランドがさらに強化される。これにより図９の実線１０５で示す通過特性のように、実施の形態１の構成よりもグランドがさらに強化され、破線で示す実施の形態１による構成での通過特性１０２（図３の実線で示す通過特性１０２を図８の破線として記載）よりも遮断周波数の広帯域化がみられる。
　本願の各実施の形態による半導体レーザ光源装置の効果を以下にまとめる。従来設けられていたキャスタレーションあるいは貫通ビア部には導電性ワイヤをボンディングすることができなかったが、誘電体基板の側面に金属膜を形成することによって従来ボンディングできなかった場所にもボンディング可能となり、実装自由度が向上する。誘電体基板の側面に金属膜を形成する構成は、キャスタレーションあるいは貫通ビアによる構成よりも製作が容易となり、かつコストが低減する。誘電体基板の側面に金属膜を形成することで、キャスタレーションあるいは貫通ビアよりも、グランドレベルが安定、強化され、高周波の通過特性が向上する。
　第二の誘電体基板１０の表面に形成された第二のグランド電極パターン１０ａと第一の支持ブロック４を導電性ワイヤで接続することでグランドが強化され、高周波特性が向上する。このとき、第一の支持ブロック４のボンディング位置を第一の誘電体基板５を実装している面にすると、第一の誘電体基板５を第一の支持ブロック４に接合する際に裏面接合材の広がりがボンディング部に接触し、導電性ワイヤの剥離が懸念されるため、第一の支持ブロック４へのボンディング位置は、受光素子７が実装される、第一の支持ブロックに形成された第一の台座部４ａの表面が望ましい。
　第一の支持ブロック４と第二の誘電体基板１０の側面に形成された第一の金属膜１３を導電性接着剤１５で接続することでグランドが強化され、高周波特性が向上する。
　第二の誘電体基板１０の左右両側面および上側面に金属膜を形成することにより、さらには第二の誘電体基板１０の上側面の第二の金属膜１３ａから第一の誘電体基板５の上側面の第四の金属膜１６へ導電性ワイヤ１７により接続することにより、さらにグランドが強化され、高周波の通過特性が向上する。
　本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１　金属ステム、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ　リードピン、３　温度制御モジュール、４　第一の支持ブロック、４ａ　第一の台座部、４ｂ　第二の台座部、５　第一の誘電体基板、５ａ　第一のグランド電極パターン、５ｃ　第一の信号線路、６　半導体光変調素子、９　第二の支持ブロック、１０　第二の誘電体基板、　１０ａ　第二のグランド電極パターン、　１０ｃ　第二の信号線路、１３　第一の金属膜、１３ａ　第二の金属膜、１３ｂ　第三の金属膜、１５　導電性接着剤、１６　第四の金属膜、１７　導電性ワイヤ、３０　気密封止用キャップ

Claims (6)

  1. 　裏面と表面とを貫通して固定されたリードピンを複数有する金属ステムと、
    前記金属ステムの表面に固定された温度制御モジュールと、
    前記温度制御モジュールの前記金属ステムに固定された面と反対側の面に固定され、前記金属ステムの表面に対して垂直な第一面を有する金属製の第一の支持ブロックと、
    前記第一の支持ブロックの前記第一面に裏面が固定され、表面に半導体光変調素子が固定されるとともに、第一のグランド電極パターンと、片端が前記半導体光変調素子と電気的に接続された第一の信号線路とが形成された第一の誘電体基板と、
    前記金属ステムの表面に固定され、前記第一の支持ブロックの前記第一面と平行な第二面を有する金属製の第二の支持ブロックと、
    前記第二の支持ブロックの前記第二面に裏面が固定され、表面に、第二の信号線路、および前記第一のグランド電極パターンと電気的に接続された第二のグランド電極パターンが形成され、前記第二の信号線路の一端が前記リードピンのうちの一のリードピンに電気的に接続され、前記第二の信号線路の他端が前記第一の信号線路の他端と電気的に接続された第二の誘電体基板と、を備えた半導体レーザ光源装置において、
    前記第二の誘電体基板の、前記第一の誘電体基板の側に位置する側面の少なくとも半分以上の長さの領域に前記第二のグランド電極パターンと電気的に接続された第一の金属膜が形成されている半導体レーザ光源装置。
  2. 　前記第一の支持ブロックの前記温度制御モジュールに固定されている側に、前記第一面から、前記温度制御モジュールの前記第一の支持ブロックが固定されている面と平行な方向に延びる第一の台座部が形成され、前記第二のグランド電極パターンと前記第一の台座部とを電気的に接続する導電性ワイヤを備えた請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
  3. 　前記第一の支持ブロックの前記温度制御モジュールに固定されている側に、前記第一面から、前記温度制御モジュールの前記第一の支持ブロックが固定されている面と平行な方向に延びる第一の台座部が形成され、前記第一の金属膜と前記第一の台座部とが導電性接着剤により電気的に接続されている請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
  4. 　前記第二の誘電体基板の前記金属ステムとは反対側の側面に当該側面の長さの半分以上の領域に第二の金属膜が、前記第一の金属膜が形成されている側面とは反対側の側面に当該側面の長さの半分以上の領域に第三の金属膜が形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
  5. 　前記第一の誘電体基板の前記金属ステムとは反対側に位置する側面の少なくとも半分以上の長さの領域に、前記第一のグランド電極パターンと前記第一の支持ブロックとを電気的に接続する第四の金属膜が形成され、前記第二の金属膜と前記第四の金属膜が導電性ワイヤで接続されている請求項４に記載の半導体レーザ光源装置。
  6. 　前記金属ステムの表面側を覆う気密封止用キャップを備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
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