JPH0475394A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

半導体レーザモジュール

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JPH0475394A
JPH0475394A JP2187999A JP18799990A JPH0475394A JP H0475394 A JPH0475394 A JP H0475394A JP 2187999 A JP2187999 A JP 2187999A JP 18799990 A JP18799990 A JP 18799990A JP H0475394 A JPH0475394 A JP H0475394A
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俊一 佐藤
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哲男 石坂
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 目　　　　次 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作　　　用 実　　施　　例 発明の効果 概要 半導体レーザモジュールに関し、 半導体レーザチップの高精度な温度制御が可能な上記モ
ジュールの提供を目的とし、 半導体レーザチップと共にキャリア上に固定されたサー
ミスタの抵抗値を検出して、該抵抗値が一定になるよう
に、上記キャリアに接触しているペルチェ素子の駆動電
流を制御するようにした半導体レーザモジュールにおい
て、上記サーミスタと該サーミスタの外部回路への接続
用の端子との間に中継ブロックを設け、該中継ブロック
を経由して上記サーミスタと上北端子とをワイヤボンデ
ィングして構成する。
産業上の利用分野 本発胡は半導体レーザモジュールに関する。
強度変調／直接検波方式（ＩＭ／ＤＤ方式）が適用され
る一般的な光通信システムにおいては、半導体レーザの
光出力パワーが半導体レーザへの注入電流に応じて変化
することを利用して、発振しきい値近傍に電流バイアス
された半導体レーザに変調電流パルスを与えて、強度変
調された光を得るようにしている。ところで、半導体レ
ーザのＩ−Ｌ特性（注入電流と出力光パワーの関係を表
す特性）は温度に依存して変化する。このため、外部温
度によらず一定の動作条件を得るためには、一定温度に
制御された半導体レーザを駆動するか或いは温度補償を
行う必要がある。しかしながら、温度に依存したＩ−Ｌ
特性の変化を容易に特定しえないことを考慮すると、実
際上正確な温度補償は困難であり、しかも半導体レーザ
の劣化の面からも温度補償のみによるのは望ましくない
。従って、半導体レーザの信頼性を高め、温度補償回路
を不要にするたｔには、半導体レーザについての正確な
温度制御が要求される。
従来の技術 第８図を参照すると、半導体レーザチップ１０２ととも
にキャリア１０４上に固定されたサーミスタ１０６の抵
抗値を検出して、該抵抗値が一定になるように、キャリ
ア１０４に接触しているペルチェ素子１０８の駆動電流
を制御するようにした従来の半導体レーザモジュールの
主要部の構成が図示されている。半導体レーザチップ１
０２から出力された光を光ファイバに結合するための光
学系の図示は省略されている。１１０はサーミスタ１０
６を外部回路と接続するための端子、１１２はペルチェ
素子１０８を外部回路と接続するたｔの端子、１１４は
半導体レーザチップ１０２を外部回路と接続するための
端子である。ペルチェ素子１０８は、異種の導体又は半
導体の接点に電流を流すときに当該接点でジュール熱以
外に熱の発生又は吸収が起こるペルチェ効果を冷却等に
利用したものであり、この例ではペルチェ素子１０８の
駆動電流を制御することによって、半導体レーザチップ
１０２からペルチェ素子１０８を介してモジュール外部
に放出される熱量を制御して、半導体レーザチップ１０
２の温度を一定に保つようにしている。
発明が解決しようとする課題 第８図に示された従来の半導体レーザモジュールにおい
て、外部接続用の端子とサーミスタ等との接続は熱伝導
性が良好な金からなるボンディングワイヤによりなされ
ているのが通例である。二のだ必、モジュール外部との
温度差に応じて、端子及びボンディングワイヤを介して
外部からサーミスタに熱が流入し或いはボンディングワ
イヤ及び端子を介してサーミスタから外部に熱が流出し
、高精度な温度制御を行うことができないという問題が
あった。
第９図において、１１６で示されるのは、モジュールの
内部温度と外部温度とが等しいときのＩＬ特性であり、
工いは発振しきい値電流である。
モジュールの外部温度が相対的に高くなると、端子及び
ボンディングワイヤを介してサーミスタに熱が流入して
サーミスタの温度がキャリア及び半導体レーザチップの
温度よりも高くなるので、半導体レーザチップは所要の
温度よりも低い温度に制御されて、ｊ−Ｌ特性は第９図
中に１１８で示すように左方向に移動して、Ｉｔｈも減
少する。
方、モジュールの外８温度が相対的に低くなった場合に
は、サーミスタからボンディングワイヤ及び端子を介し
て熱が外部に流出して、サーミスタの温度は半導体レー
ザチップ及びキャリアの温度よりも低くなるので、半導
体レーザチップは相対的に高い温度に制御されて、Ｉ−
Ｌ特性は第９図中右方向に平行移動する。このような外
部温度の変化に起因する発振しきい値電流値Ｉｔｈの変
化は２〜３ｍＡであり、高速なシステム（例えば１．　
８Ｇｂ／ｓ　）に適用される半導体レーザモジュールに
あっては、無視できない変動となる。
本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、半導体レーザチップについて高精度な温度制御が可
能な半導体レーザモジュールの提供を目的としている。
課題を解決するための手段 第１図を参照して本発明の半導体レーザモジュールの構
成を説明すると、該モジュールは、半導体レーザチップ
２と共にキャリア４上に固定されたサーミスタ６の抵抗
値を検出して、該抵抗値が一定になるように、上記キャ
リア４に接触しているペルチェ素子８の駆動電流を制御
するようにした半導体レーザモジュールにおいて、上記
サーミスタ６と該サーミスタ６の外部回路への接続用の
端子１０との間に中継ブロック１２を設け、該中継ブロ
ック１２を経由して上記サーミスタ６と上記端子１０と
をワイヤボンディングしたものである。
作　　　用 上記構成によると、サーミスタと端子との間に中継ブロ
ックを設け、この中継ブロックを経由してサーミスタと
端子とをワイヤボンディングしているので、モジュール
の内部温度と外部温度とが異なる場合に、ボンディング
ワイヤ及び端子を介してのサーミスタへの熱の流入及び
サーミスタからの熱の流出が生じにくい。従って、サー
ミスタの温度は常に半導体レーザチップ及びキャリアの
温度とほぼ等しくなるので、半導体レーザチップについ
ての高精度な温度制御の実現が可能になる。
実　　施　　例 以下本発明の詳細な説明する。
第３図は本発明の実施に使用する半導体レーザモジュー
ル（ＬＤモジュール）の破断斜視図である。このＬＤモ
ジュールは、基板２２上に固定された半導体レーザアセ
ンブリ　（ＬＤアセンブリ）２４と、光アイソレータ２
６と、ファイバアセンブリ２８とを一体にして構成され
ている。
ＬＤアセンブリ２４において、３０は半導体レーザチッ
プ（ＬＤチップ）その他の構成部品が搭載されるステム
、８はステム３０上に固定されたペルチェ素子、４はペ
ルチェ素子３２上に固定された熱伝導性が良好な金属等
からなるキャリア、２はキャリア３４上に固定されたＬ
Ｄチップ、３８はキャリア３４に対して固定されＬ　Ｄ
チップ３６から放射された光を概略コリメートするレン
ズ、４０はＬＤチップ３６の後方出射光を受光するフォ
トダイオード、４２はステム３０に固定された気密封止
用のキャップ、４４はキャップ４２におけるＬＤ８射光
の通過部分を閉塞している透過窓、４６はキャップ４２
及びステム３０により気密封止された部分が収容される
フレームである。
光アイソレータ２６においては、ルチル等の複屈折性結
晶からなるプリズム４８と、ＹＩＧ　（イツトリウム・
鉄・ガーネット）等の磁気光学結晶からなるファラデー
回転子５０と、前記プリズムと同様のプリズム５２とが
光路上にこの順に配置されており、これらの周囲に設け
られた永久磁石５４によってファラデー回転子５０に対
して光の進行方向に所定の磁界が印加されている。プリ
ズム４８．５２、ファラデー回転子５０及び永久磁石５
４はフレーム５６内に適当な手段によって固定されてい
る。
ファイバアセンブリ２８は、集束性ロッドレンズ等のレ
ンズ５８が保持されるレンズホルダ６０と、光ファイバ
６２が保持されるファイバホルダ７０とを一体にして構
成されている。７２は光ファイバ６２の一端に固定され
た光コネクタである。
ＬＤアセンブリ２４の透過窓４４から出射した光は、光
アイソレータ２６を順方向に高い透過率で透過して、光
ファイバ６２に導き入れられて受信側に伝送される。一
方、光コネクタ７２におけるファイバ端面等で不所望に
生じた反射帰還光は、光アイソレータ２６において高い
減衰率で除去されて、ＬＤアセンブリ２４には殆ど戻ら
ない。従って、ＬＤチップ３６の安定動作を維持しつつ
このＬＤチップ３６について直接変調を行うことができ
る。
本発明の第１実施例においては、第２図に示されるよう
な中継ブロックを使用する。即ちこの実施例では、中継
ブロック１２は、断熱材からなるブロック８２とこのブ
ロック８２の両面に形成された金属膜８４とからなる。
そして、この中継ブロック１２はキャリア４に接触しな
いように例えばステム３０或いはキャップ４２に直接固
定される。ブロック８２の材質としては、断熱性及び絶
縁性を考慮するとアルミナが最適である。また、ブロッ
ク８２上に形成される金属膜８４の材質としては、中継
ブロック１２自体の固定及びこの中継ブロック１２上へ
のワイヤボンディングの容易さを考慮すると、金（Ａｕ
）が最適である。この実施例において断熱材からなるブ
ロック８２を用いている理由は次のとおりである。即ち
、中継ブロック１２が温度制御されていないステム３０
或いはキャップ４２に直接固定されている場合、中継ブ
ロック１２を介してサーミスタ６とモジュール外部とで
熱のやりとりがなされて従来技術における問題を完全に
解決することができない恐れがあるので、中継ブロック
の大部分を断熱材から形成して上記熱のやりとりを最小
限に抑えたものである。
本発明の第２実施例においては、第１図に示すように、
中継ブロック１２をキャリア４上に直接固定している。
そして、中継ブロック１２を構成するブロック８２の材
質としては、前実施例とは異なり、断熱材に代えて熱伝
導性が良好な絶縁体を採用している。熱伝導性が良好な
絶縁体としては、ベリリアを用いることができる。ベリ
リアは加工性が良好であり、しかもブロック上への金属
膜の形成も容易である。第１図に示すように、サーミス
タ６と中継ブロック１２はボンディングワイヤ７８によ
り接続され、中継ブロック１２と端子１０はボンディン
グワイヤ８０により接続されている。同図において、７
４はペルチェ素子８を外部回路と接続するための端子で
あり、７６はＬＤチップ２を外部回路と接続するための
端子である。このように中継ブロック１２がキャリア４
上に直接固定されている場合に中継ブロックを熱伝導性
が良好な材質から形成しているのは、端子１０及びボン
ディングワイヤ８０を介して中継ブロック１２に流入し
た熱く外部温度が相対的に高い場合〉をペルチェ素子８
に吸収させて、中継ブロック１２に流入した熱がボンデ
ィングワイヤ７８を介してサーミスタ６に流入すること
を防止するためである。従って、この第２実施例は、サ
ーミスタ６が固定されているキャリア４上の位置と中継
ブロック１２が固定されているキャリア４上の位置とが
比較的離間しており、しかもペルチェ素子８の容量が比
較的大きい場合に適している。
第４図は本発明の第３実施例を示すＬＤアセンブリの主
要部の斜視図、第５図（ａ〕、ら）はこの実施例におけ
る中継ブロックの例を示す図である。第５図（ａ）に示
された中継ブロック１２は、アルミナ等の断熱材からな
る直方体形状のブロック８２と、このブロック８２上に
形成された金等からなる金属膜８４とから構成されてい
る。金属膜８４はサーミスタ６及び端子１０とボンディ
ングワイヤ接続すべき面並びにキャリア４に固着すべき
面に形成されている。この実施例では、サーミスタ６が
キャリア４の側面に固着されていることに鑑み、中継ブ
ロック１２におけるボンディングワイヤの接続点を異な
る面上に設定し、ワイヤボンディング作業を容易化して
いる。
この実施例において中継ブロック１２をキャリア４に接
触させているのは、中継ブロック１２及びボンディング
ワイヤ７８の温度がキャリア４及びサーミスタ６と同温
度に維持されるようにして、ボンディングワイヤ７８を
介してのサーミスタ６への熱の流入或いはボンディング
ワイヤ７８を介してのサーミスタ６からの熱の流出を極
力抑えるためである。また、中継ブロック１２の大部分
を断熱材から形成しているのは、端子１０及びボンディ
ングワイヤ８０を介してのキャリア４やペルチェ素子８
とモジニール外部との熱のやりとりを防止するためであ
る。従って、この実施例はキャリア４やペルチェ素子８
の熱容量が小さい場合（即ち小型な場合）等に適してい
る。
この実施例では、例えばモジュール外部の温度が相対的
に高い場合に、端子１０及びボンディングワイヤ８０を
介して流入した熱が中継ブロックの金属膜８４を介して
ボンディングワイヤ７８に流入し、サーミスタ６による
正確な温度検知が困難になることがある。従って、金属
膜８４におけるボンディングワイヤ７８の接続点は、ボ
ンディングワイヤ８０の接続点とできるだけ離間してい
ることが望ましい。実験によると、金属膜８４における
ボンディングワイヤ７８及び８０との接続点間の離間距
離が５証以上あれば、金属膜８４を介しての熱の流入は
殆ど無いことが明らかになった。従って、金属膜８４上
におけるボンディングワイヤ７８及び８０との接続点間
の距離は５部以上あることが望ましい。
金属膜８４を介しての熱の流入及び流出を最小限に抑え
ることを目的として、第５図（ｂ）に示すような中継ブ
ロックを用いることもできる。この例においては、金属
膜８４の幅が、金属膜８４上におけるボンディングワイ
ヤ７８の接続点とボンディングワイヤ８０の接続点との
間において相対的に狭くなるようにされている。こうす
ると、熱の流入或いは流出に寄与する金属膜８４の断面
積が減少するので、金属膜８４を介しての熱の流入或い
は流出を最小限に抑えることができる。
第６図は本発明の第４実施例を示すＬＤアセンブリの主
要部の斜視図である。この実施例では、２つの中継ブロ
ックがキャリアに接触するように設けられている。
ボンディングワイヤ７８によりサーミスタ６と接続され
る中継ブロック１２Ａは、第７図（ａ）に示すように、
熱伝導性が良好な金属体８６及び絶縁体８８からなる。
金属体８６としては、銅の表面に金を蒸着したものが使
用され、絶縁体８８の金属体８６と反対の側にはキャリ
ア４との接合を考慮して金が蒸着されている。熱伝導性
が良好な絶縁体８８としてはべＩＪ　ＩＪアが適してい
る。一方、ボンディングワイヤ８０により端子ＩＯに接
続される中継ブロック１２Ｂは、第７図ら）に示すよう
に、断熱材からなるブロック８２とこのブロック８２上
に形成された金属膜８４とからなる。断熱材８２として
はアルミナを用いることができる。
そして、中継ブロック１２Ａと１２Ｂはボンディングワ
イヤ７９により接続されている。
このように複数の中継ブロックを用いた場合、サーミス
タへの熱の流入或いはサーミスタからの熱の流出を極め
て良好に防止することができる。
また、この実施例のように、サーミスタに近接する側の
中継ブロックを熱伝導性が良好な材質から形成すること
によって、サーミスタの温度はキャリアの温度とほぼ完
全に一致するようになり、温度制御の精度が向上する。
また、端子に近接する側の中継ブロックを主として断熱
材かみ形成することによって、モジュールの内部温度と
外部温度とが著しく異なる場合でも、サーミスタへの熱
の流入或いはサーミスタからの熱の流出を効果的に抑制
することができる。
この実施例では２つの中継ブロックをキャリアに接触さ
せているが、３つ以上の中継ブロックをキャリアに接触
させ、これらの中継ブロックを経由してサーミスタと端
子とをワイヤボンディングするようにしても良い。この
場合、第６及び第７図により説明した実施例と同様に、
サーミスタに最も近接する中継ブロックを熱伝導性が良
好な金属体及び絶縁体の複合体から構成し、端子に最も
近接する中継ブロックを断熱材からなるブロックとこの
ブロック上に形成された金属膜とから構成することによ
って、同様の効果を得ることができる。
発明の効果 以上説明したように、本発明によると、端子及びボンデ
ィングワイヤを介してのサーミスタからモジュール外部
への熱の流出或いはモジュール外部からサーミスタへの
熱の流入を極力防止することができるので、サーミスタ
の温度はＬＤチップの温度に追従して変化するようにな
り、従ってＬＤチップについて高精度な温度制御が可能
になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理及び第２実施例を示す図、第２図
は本発明の第１又は第２実施例における中継ブロックの
断面図、 第３図は本発明の実施に使用するＬＤモジュールの破断
斜視図、 第４図は本発明の第３実施例を示すＬＤアセンブリの主
要部の斜視図、 第５図は本発明の第３実施例における中継ブロックの例
を示す図、 第６国は本発明の第４実施例を示すＬＤアセンブリの主
要部の斜視図、 第７図は本発明の第４実施例における中継ブロックを示
す図、 第８図は従来技術の説明図、 第９図はモジニールの内部温度に依存してＸ−Ｌ特性が
変化する様子を示す図である。 ２・・・ＬＤチップ、 ４・・・キャリア、 ６・・・サーミスタ、 １２．１２Ａ、１２Ｂ・・・中継ブロック。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザチップ（２）と共にキャリア（４）上
    に固定されたサーミスタ（６）の抵抗値を検出して、該
    抵抗値が一定になるように、上記キャリア（４）に接触
    しているペルチェ素子（８）の駆動電流を制御するよう
    にした半導体レーザモジュールにおいて、 上記サーミスタ（６）と該サーミスタ（６）の外部回路
    への接続用の端子（１０）との間に中継ブロック（１２
    ）を設け、 該中継ブロック（１２）を経由して上記サーミスタ（６
    ）と上記端子（１０）とをワイヤボンディングしたこと
    を特徴とする半導体レーザモジュール。 ２、上記中継ブロック（１２）は断熱材からなるブロッ
    クと該ブロック上に形成された金属膜とからなり、該中
    継ブロック（１２）は上記キャリア（４）に接触しない
    ように設けられていることを特徴とする請求項１に記載
    の半導体レーザモジュール。 ３、上記断熱材がアルミナであることを特徴とする請求
    項２に記載の半導体レーザモジュール。 ４、上記中継ブロック（１２）は熱伝導性が良好な絶縁
    体からなるブロックと該ブロック上に形成された金属膜
    とからなり、該中継ブロック（１２）は上記キャリア（
    ４）に接触するように設けられていることを特徴とする
    請求項１に記載の半導体レーザモジュール。５、上記絶
    縁体がベリリアであることを特徴とする請求項４に記載
    の半導体レーザモジュール。 ６、上記中継ブロック（１２）は断熱材からなるブロッ
    クと該ブロック上に形成された金属膜とからなり、該中
    継ブロック（１２）は上記キャリアに接触するように設
    けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体
    レーザモジュール。 ７、上記金属膜上における上記サーミスタ（６）とのボ
    ンディングワイヤの接続点と上記端子（１０）とのボン
    ディングワイヤの接続点とが５ｍｍ以上離間しているこ
    とを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュー
    ル。 ８、上記金属膜の幅が、該金属膜上における上記サーミ
    スタ（６）とのボンディングワイヤの接続点と上記端子
    （１０）とのボンディングワイヤの接続点との間におい
    て相対的に狭くなっていることを特徴とする請求項６又
    は７に記載の半導体レーザモジュール。 ９、上記断熱材がアルミナであることを特徴とする請求
    項６乃至８のいずれかに記載の半導体レーザモジュール
    。 １０、上記中継ブロック（１２）は上記キャリア（４）
    に接触するように２以上設けられていることを特徴とす
    る請求項１に記載の半導体レーザモジュール。 １１、上記サーミスタ（６）に最も近接する上記中継ブ
    ロック（１２Ａ）が熱伝導性が良好な金属体及び絶縁体
    の複合体からなることを特徴とする請求項１０に記載の
    半導体レーザモジュール。 １２、上記金属体は銅であり上記絶縁体はベリリアであ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザモ
    ジュール。 １３、上記端子（１０）に最も近接する上記中継ブロッ
    ク（１２Ｂ）が断熱材からなるブロックと該ブロック上
    に形成された金属膜とからなることを特徴とする請求項
    １０乃至１２のいずれかに記載の半導体レーザモジュー
    ル。 １４、上記断熱材がアルミナであることを特徴とする請
    求項１３に記載の半導体レーザモジュール。
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