JPH0983046A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JPH0983046A
JPH0983046A JP7258104A JP25810495A JPH0983046A JP H0983046 A JPH0983046 A JP H0983046A JP 7258104 A JP7258104 A JP 7258104A JP 25810495 A JP25810495 A JP 25810495A JP H0983046 A JPH0983046 A JP H0983046A
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JP
Japan
Prior art keywords
submount
light emitting
emitting device
temperature sensor
optical module
Prior art date
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JP7258104A
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English (en)
Inventor
Mamoru Uchida
護 内田
Makoto Ogusu
誠 小楠
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学系や電気系の実装を犠牲にすることなく半
導体のレーザチップの温度制御を確実に行えるように構
成された光モジュールである。 【解決手段】光モジュールでは、温度センサ3のサブマ
ウント6表面に予め温度センサ用のパターン電極4が形
成されている。温度センサ3のサブマウント6は、LD
サブマウント5に近接してヒートシンク1上に配置され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信および光情
報処理等に用いられる半導体レーザ等を実装した光モジ
ュール、そこで用いられるサブマウント等に関する。
【0002】
【従来の技術】図4および図5は従来(たとえば、特開
平5−315696)の半導体レーザ(以下LDと略記
することもある)光モジュールの概念図である。図4は
光モジュールの全体図であり、図5はヒートシンク部分
の平面図である。実装工程は、通常、以下のようになっ
ている。
【0003】(1)フォトディテクタ109をサブキャ
リア(ヒートシンク)101にマウントする。 (2)LDチップ102をサブマウント105に融着す
る。 (3)サーミスタ103をサプキャリア(ヒートシン
ク)101にマウントする。 (4)(2)のサブマウント105を(3)のサブキヤ
リア101に融着する。 (5)LD102、PD109およびサーミスタ103
をリード118にワイヤボンディングする。 (6)レンズ系(第1レンズ(ボールレンズ)110、
第2レンズ(ロッドレンズ)114、光ファイバ11
6)を実装する。 (7)光学系の軸調整をする。 (8)パッケージカバー113を被せて封止する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は以下の欠点を有している。温度センサ103はL
D102のできるだけ近傍に配置することが望ましい。
しかし、温度センサ103のボンディングワイヤ103
aが、他の工程、特にLD102のワイヤボンディング
工程やレンズ実装およびその光軸調整工程の作業性に悪
影響を与えるため、温度センサ103は、図4、図5に
示すように、LDチップ102から比較的離れた位置に
設置されることが多い。このことがレーザチップ102
の正確な温度制御を妨げていた。この温度制御の不安定
性は、温度変化に敏感なLDや温度分布が広いLD(多
電極LDあるいはLDアレイ等)を使用する際には大き
な問題になる。つまり、この種のLDでは、光学実装と
温度制御を高い精度で両立することは困難であった。
【0005】従って、本発明の第1の目的は、光学系や
電気系の実装を犠牲にすることなく半導体レーザチップ
などの発光デバイスの温度制御を確実に行えるように構
成された光モジュール及びそれ用のサブマウントを提供
することにある。
【0006】本発明の第2の目的は、定常状態でLDな
どの発光デバイスを動作させる場合にもその温度制御が
好適に行なえる様に構成された光モジュールを提供する
ことにある。
【0007】また、本発明の第3の目的は、LDなどの
発光デバイスの動作電力の時間変動が大きい場合にも温
度制御が好適に行なえる様に構成された光モジュールを
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の目的を実現するた
めの光モジュールは、半導体レーザ等の発光デバイスを
光ファイバ等の伝送路に結合させるための手段と、該発
光デバイスの光出力を制御する手段と、該発光デバイス
の動作温度を制御する手段からなる光モジュールであっ
て、ヒートシンク上にサブマウントを介して該発光デバ
イスが配置され、前記発光デバイスの動作温度を制御す
る手段が、多電極構造を有する温度センサと、該温度セ
ンサのためのパターン電極が表面に形成され且つ前記サ
ブマウントと同等以上の熱伝導性を有する熱抵抗部材
と、前記温度センサの指示値をもとに前記発光デバイス
の温度を制御する冷却手段(ペルチェ素子等)とから成
り、前記温度センサが前記サブマウントに近接して前記
ヒートシンク上の該熱抵抗部材上に配置されていること
を特徴とする。
【0009】また、第1の目的を実現するための光モジ
ュールで用いられる温度センサ用サブマウントは、表面
に多電極薄造を有する温度センサのためのパターン電極
が形成され、且つ発光デバイス用サブマウントと同等以
上の熱伝導性を有する熱抵抗部材から形成されているこ
とを特徴とする。
【0010】第2の目的を実現するための光モジュール
は、前記発光デバイスの主たる構成元素がInPであ
り、該発光デバイスを配置する前記サプマウントと前記
温度センサを配置する熱抵抗部材がともにAlN(窒化
アルミニウム)から成ることを特徴とする。
【0011】更に、第3の目的を実現するための光モジ
ュールは、前記発光デバイスの主たる構成元素がInP
であり、該発光デバイスを配置するサブマウントがAl
N(窒化アルミニウム)から成り、前記温度センサを配
置する熱抵抗部材がダイヤモンドからなることを特徴と
する。
【0012】ヒートシンク上のサブマウントの表面にサ
ーミスタ等の温度センサ用のパターン化された電極を予
め設置しておくことで、レンズ実装やワイヤボンディン
グ工程に影響を与えることなく、発光デバイスに近接し
て温度センサを配置することができる。LD用のサブマ
ウント材とサーミスタ用のサブマウント材を適切に選ぶ
ことで使用条件(温度が変化する過渡期にも検知する
か、或は過渡期の温度検知は犠牲にするか等)に応じた
温度制御が高い精度で出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】第1の実施例 図3は本発明の光モジュールの模式図であり、図2は基
板(ステム)部分の平面図、図1はヒートシンク部の図
2と直交方向の断面模式図である。以下、実装工程につ
いて説明する。
【0014】図1において、5および6は、それぞれ、
LD2とサーミスタ3のためのサブマウントである。本
実施例では共にダイヤモンドを用いたが、共に同じ材質
である必要はない。ともに融着用のメタライズ層が裏面
に形成されているが、サーミスタ用サブマウント6の表
面には、図2に示すようなサーミスタ用のバターン電極
4が形成されている。この点が本実施例の最も特徴的な
部分である。本実施例では、4端子法による抵抗値測定
がしやすいように6端子をリードワイヤ18の近くに用
意したが、最低2端子あればよい。LD用サブマウント
5の表面には、図1に示すようなアロイ電極7が形成さ
れている。
【0015】このあと、金1aでメタライズされた銅製
のヒートシンク(ステム)1(すでにPD9はマウント
されているものとする。PD9は、LD2に反射光が悪
影響を与えない様に、光軸に対して斜めに形成されたヒ
ートシンク1の部分に図2に示すようにマウントされて
いる)にLD用サブマウント5およびサーミスタ用サプ
マウント6を融着する。次に、LD2およびサーミスタ
3の各端子をヒートシンク1の対応する端子にワイヤボ
ンデイングするか、ヒートシンク1上のプリント基板で
配線する。
【0016】このあと、ヒートシンク1の下面に電子冷
却素子(ペルチェ素子)12を取付け、第1レンズ(ボ
ールレンズ)10をレンズホルダ11を介してヒートシ
ンク1に固定した後、軸調整を行なう。軸調整後、第2
レンズ(ロッドレンズ)14及び第2レンズカバー15
とともにパッケージカバー13をかぶせ、最終調整を行
ったあと、N2あるいはAr等の不活性ガスで封止す
る。16、17は夫々光ファイバ及びフェルールであ
る。
【0017】従来はLDに近接してサーミスタを配置す
ると、サーミスタから直接ワイヤボンディングしていた
ために、ワイヤがその後のレンズ系の実装を妨げたり、
戻り光等の悪影響を与えていた。従って、レンズ実装工
程を優先させ、サーミスタはレンズ実装工程に影響ない
場所、すなわちLDから比較的離れた場所に設置せざる
を得なかった。これに対し、本発明ではボンディングパ
ッドをパターン電極4として、はじめからレンズ実装工
程に影響を与えない位置に設けたことで、サーミスタ3
もLD2に近接して配置できるようになった。
【0018】このように完成された光モジュールでは、
上記構成で動作温度が好適に制御されたLD2がLD光
出力制御手段により発振され、発振光は、第1、第2レ
ンズ10、14を経て光ファイバ16に結合され伝送さ
れる。
【0019】第2の実施例 LD2の動作電力のダイナミックレンジがあまり大きく
なく、LD共振器内の熱分布がほぼ均一な場合、LD2
とサーミスタ3のサブマウント5、6に同じ材質を用い
ると有利である。たとえば、半導体レーザにInGaA
sP/InP系のLDを用いた場合、LDのサブマウン
ト5とサーミスタのサプマウント6の材質はともにAl
N(窒化アルミニウム)を用いることが効果的である。
AlNのサブキヤリアを用いる理由は、InPとAlN
の線膨張係数はそれぞれ、4.5×10-6/Kおよび
4.6×10-6/Kと極めて近いため、温度変化に対し
てLD2に与える応力が小さいためである。サーミスタ
3のサプマウント6にAlNを用いる理由は、LD2と
同じ材質を用いることで熱抵抗も等しくするためであ
る。実際、この組み合わせでは、LD2を定常状態(C
W動作)で使用した場合、レンズ系に悪影響を与えるこ
となくLD2の温度変動は0.005°C以下に抑えら
れていることが確認できた。この方法では、サプマウン
ト5、6に同一材料を用いるためコスト的にも有利であ
る。
【0020】第3の実施例 LD2の動作電力が比較的大きい場合(たとえば変調度
が大きいLD等)あるいはLD共振器内の熱分布が時間
的に変動する場合(たとえば高速に波長可変する多電極
構造の波長可変LD等)では、LD2とサーミスタ3の
間の熱抵抗をできるだけ小さくする必要があるため、サ
ーミスタ3のサブマウント6はLD2のサブマウント5
以上に低熱抵抗の構造を選ぶと効果的である。たとえ
ば、半導体レーザにInGaAsP/InPを用いた場
合、LD2のサプマウント5にはAlN(窒化アルミニ
ウム)を、サーミスタ3のサブマウント6の材質はダイ
ヤモンドを用いることが効果的である。AlNのサブキ
ヤリアを用いる理由は、上記したように、InPとAl
Nの線膨張係数は極めて近いため、温度変化に対してL
D2に与える応力が小さいためである。サーミスタ3の
サブマウント6にダイヤモンドを用いる理由は、AlN
よりも熱抵抗が小さいためである。実際、この組み合わ
せでは、LD2をマーク率50%、変調度0.8で変調
した場合、レンズ系に悪影響を与えることなくLD2の
温度変動は0.01°C以下に抑えられていることが確
認できた。
【0021】
【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 (1)LDチップ等の発光デバイスの温度制御機構の最
適な設置を、他の実装工程を犠牲にすることなく行え
る。 (2)CW動作に最適なLD等の発光デバイスの温度制
御ができる。 (3)動作電力の時間変動の大きいLD等の発光デバイ
スに対しても、適した温度制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明する部分横断面模式図。
【図2】本発明の実施例を説明する平面模式図。
【図3】本発明の実施例を説明する全体的な縦断面模式
図。
【図4】従来例を説明する全体的な縦断面模式図。
【図5】従来例を説明する平面模式図。
【符号の説明】
1、101 ヒートシンク(ステム) 2、102 LDチップ 3、103 サーミスタ 4 サーミスタ用サブマウントの表面上のパターン電
極 5、105 LD用サブマウント 6 サーミスタ用サブマウント 7 LD用アロイ電極 9、109 フォトディテクタ 10、110 第1レンズ(ボールレンズ) 11 第1レンズホルダ 12 ペルチェ素子 13、113 パッケ―ジカバー 14、114 第2レンズ(ロッドレンズ) 15 第2レンズカバー 16、116 光ファイバ 17 フェルール 18、118 リード 103a ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ等の発光デバイスを光ファイ
    バ等の伝送路に結合させるための手段と、該発光デバイ
    スの光出力を制御する手段と、該発光デバイスの動作温
    度を制御する手段からなる光モジュールであって、ヒー
    トシンク上にサブマウントを介して該発光デバイスが配
    置され、前記発光デバイスの動作温度を制御する手段
    が、多電極薄造を有する温度センサと、表面に多電極薄
    造を有する該温度センサのためのパターン電極が形成さ
    れ且つ前記サブマウントと同等以上の熱伝導性を有する
    熱抵抗部材と、前記温度センサの指示値をもとに前記発
    光デバイスの温度を制御する冷却手段とから成り、該熱
    抵抗部材上に、前記温度センサが前記サブマウントに近
    接して前記ヒートシンク上の熱抵抗部材に配置されてい
    ることを特徴とする光モジュール。
  2. 【請求項2】前記発光デバイスの主たる構成元素がIn
    Pであり、該発光デバイスを配置する前記サプマウント
    と前記温度センサを配置する熱抵抗部材がともにAlN
    (窒化アルミニウム)から成ることを特徴とする請求項
    1記載の光モジュール。
  3. 【請求項3】前記発光デバイスの主たる構成元素がIn
    Pであり、該発光デバイスを配置するサブマウントがA
    lN(窒化アルミニウム)から成り、前記温度センサを
    配置する熱抵抗部材がダイヤモンドからなることを特徴
    とする請求項1記載の光モジュール。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3記載の光モジュールで
    用いられる温度センサ用サブマウントであって、表面に
    多電極薄造を有する温度センサのためのパターン電極が
    形成され、且つ発光デバイス用サブマウントと同等以上
    の熱伝導性を有する熱抵抗部材から形成されていること
    を特徴とするサブマウント。
JP7258104A 1995-09-11 1995-09-11 光モジュール Pending JPH0983046A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09232679A (ja) * 1996-02-21 1997-09-05 Hitachi Ltd 半導体レーザモジュールおよび光伝送システム
CN117111235A (zh) * 2023-10-17 2023-11-24 成都光创联科技有限公司 光器件高低温功率跌落的补偿系统、制作及补偿方法

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