発光モジュール
【課題】その部品点数の削減、及び小型化を達成できる発光モジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザ１５、半導体レーザの光をモニタする受光素子１４ｂ、半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路１４ａ、及び受光素子のモニタ出力によりレーザ駆動回路を制御する制御回路１４ｃを備えた発光モジュール１０であって、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板１４に集積されており、半導体レーザは、半導体回路基板の受光素子にて半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されている。
【解決手段】半導体レーザ１５、半導体レーザの光をモニタする受光素子１４ｂ、半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路１４ａ、及び受光素子のモニタ出力によりレーザ駆動回路を制御する制御回路１４ｃを備えた発光モジュール１０であって、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板１４に集積されており、半導体レーザは、半導体回路基板の受光素子にて半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ、受光素子、レーザ駆動回路、及びレーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発光モジュールは、光トランシーバの信号源や光ファイバ増幅用の励起源として用いられる。詳しくは、発光モジュールは半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）を備えており、電気信号を光信号に変換し、この光信号を送出する。また、半導体レーザは、その波長が１.３１μｍや１.５１μｍの光信号を送出するタイプが高速光通信で最も利用されている。
【０００３】
半導体レーザは、発光モジュールの外部温度などによってその光出力が変化する。このため、光出力をモニタ用のフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode、以下、モニタ用ＰＤという）で監視することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、端面発光型の半導体レーザがヒートシンクを介してキャリア上に搭載されており、その前方光が光ファイバに向けて出射される。
【０００４】
一方、モニタ用ＰＤが半導体レーザの後方に設置されている。このモニタ用ＰＤは、その受光面が半導体レーザの後端面に対して平行となるように配置され、半導体レーザのチップ高さ方向に沿って延びたサブマウントに実装されている。また、発光モジュールの外部には半導体レーザの駆動を制御する制御回路等が配置されている。
つまり、モニタ用ＰＤが半導体レーザの後方光をモニタし、このモニタ結果を発光モジュールの外部に出力してから再び発光モジュールの内部に導き、半導体レーザの駆動電流にフィードバックし、半導体レーザからの光出力を外部温度によらずに所望の大きさに制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１３９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光モジュールは、モニタ用ＰＤを実装するサブマウントを要しており、モニタ用ＰＤを設置するためのスペース、すなわち、上記半導体レーザのチップ高さ方向の大きなスペースが常に必要になる。このため、上述した発光モジュールでは、その部品点数の削減や小型化の要求に対応できないという問題がある。
半導体レーザの制御回路等が発光モジュールの外部回路に設けられた場合は、発光モジュール内の半導体レーザやモニタ用ＰＤとその外部の制御回路とを電気的に接続する端子や配線の数を減らすことができない。
【０００７】
また、この制御回路等を半導体レーザとともに発光モジュール内のキャリア上に一体的に搭載するような場合も、部品点数は依然として減らないし、さらに、この制御回路等に関係する電子部品の実装作業も必要になる。
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、その部品点数の削減、及び小型化を達成できる発光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による発光モジュールは、半導体レーザ、半導体レーザの光をモニタする受光素子、半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、及び受光素子のモニタ出力によりレーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールであって、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板に集積されており、半導体レーザは、半導体回路基板の受光素子にて半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されていることを特徴とする。なお、半導体レーザは、半導体回路基板に実装されてもよい。
【０００９】
また、半導体回路基板との間で熱交換可能な温調ユニットを備えており、半導体レーザ、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、温調ユニットによる温度制御下で動作するように構成してもよい。
また、半導体レーザ及び受光素子は、半導体回路基板に複数対設けられていてもよい。
さらに、半導体回路基板は、その母材がシリコンで構成され、受光素子は、ゲルマニウムで構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体回路基板が受光素子、レーザ駆動回路、及び制御回路を取り込んだ集積回路であり、発光モジュールの部品点数の削減、及び発光モジュールの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による発光モジュールを含む光トランシーバのブロック図である。
【図２】本発明による発光モジュールのブロック図である。
【図３】本発明による発光モジュールの外観等を示す図である。
【図４】本発明による半導体回路基板等の一例を説明する図である。
【図５】本発明による半導体レーザの実装例を説明する図である。
【図６】本発明による発光モジュールの他の例を説明する図である。
【図７】本発明による半導体回路基板等の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は光トランシーバ１のブロック図であり、本実施例の光トランシーバ１は、発光モジュール（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）２、受光モジュール（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）３、コントローラ６、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）７，８を備える。
【００１３】
コントローラ６は、ホスト装置側の光トランシーバ１の外部回路や外部電源等（図示省略）との通信を行っており、ＣＤＲ７には送信用の電気信号がホスト装置側から入力される。ＣＤＲ７はこの電気信号のデータを復元し、データ復元後の電気信号を発光モジュール（以下、図１，２の説明ではＴＯＳＡという）２に向けて出力する。
一方、受光モジュール（以下、図１，２の説明ではＲＯＳＡという）３には、光ファイバを介して光学的に接続された外部からの光信号が入力され、ＲＯＳＡ３はこの光信号に基づいて受信用の電気信号を生成する。
【００１４】
ＲＯＳＡ３で生成された電気信号は、電圧信号への変換などを経てＣＤＲ８に向けて出力される。ＣＤＲ８はこの受信用の電気信号のデータを復元し、データ復元後の電気信号をホスト装置側に向けて出力する。なお、これらコントローラ６やＣＤＲ７，８は、ＴＯＳＡ２やＲＯＳＡ３に電気的に接続された光トランシーバ１の配線基板（図示省略）に搭載されている。
【００１５】
上述のＴＯＳＡ２は、図２に示すように、ＬＤドライバ（ＬＤＤ：Laser Diode Driver）４と半導体レーザ（ＬＤ）５とからなる。このＬＤドライバ４が本発明の半導体回路基板に相当し、後述のように集積回路で構成されている。また、本実施例のＬＤドライバ４は、ＬＤ駆動回路４ａ、受光素子４ｂ、及びＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃを有する。
【００１６】
受光素子４ｂには、半導体レーザ５からの光出力の一部が受光される。その詳細については後述するが、受光素子４ｂはモニタ用ＰＤの機能を有しており、半導体レーザ５から出射される光の強度をモニタし、その光信号を変換した電気信号がＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃに出力される。
ＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃは、受光素子４ｂで受光した光信号及びコントローラ６からの指令に基づいてＬＤ駆動回路４ａに向けて制御信号を出力する。
【００１７】
ＬＤ駆動回路４ａは、上記のＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃからの制御信号及びＣＤＲ７からの電気信号に基づいて半導体レーザ５を駆動するための電気信号を決定する。
この決定された電気信号は、ＬＤ駆動電流（バイアス電流及び変調電流）として半導体レーザ５に帰還・供給される。半導体レーザ５は、当該電気信号から光信号を生成し、この生成した光信号を光ファイバに向けて出力する。
【００１８】
次に、ＴＯＳＡを構成する発光モジュールの一例を説明する。図３（Ａ）は発光モジュールの外観を示し、図３（Ｂ）はその部分断面を示している。この図３において、１０は発光モジュール、１１はパッケージ、１２はスリーブ、１３は蓋部材、１４は半導体回路基板、１５は半導体レーザ、１６はレンズ部品、１７は電気配線部、２１，２２はキャリアを示す。
【００１９】
発光モジュール１０は、金属製又はセラミック製のパッケージ１１にスリーブ１２を連結した形状で形成されている。
パッケージ１１は、例えば、矩形の箱型状に形成され、その一端面にスリーブ１２を備えている。なお、この一端面は約５ｍｍ四方程度の大きさで構成される。
スリーブ１２は、光ファイバを結合保持するためのものであり、その内壁部分が光ファイバの挿入をガイド可能に構成されている。
【００２０】
一方、電気配線部１７は、パッケージ１１のうちスリーブ１２とは反対側の面に設置されており、光トランシーバの配線基板との電気接続のための端子が設けられている。なお、このパッケージ１１の外部では、電気配線部１７と光トランシーバの配線基板とがフレキシブル基板（ＦＰＣ）等を介して電気接続される。
パッケージ１１の内部には、図３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１５や平板状の半導体回路基板１４、さらに、平板状の第１のキャリア２１と第２のキャリア２２などが収納される。なお、このパッケージ１１の内部において、半導体回路基板１４と上記電気配線部１７とはワイヤボンディングによって電気接続される。そして、パッケージ１１の上方が金属製又はセラミック製の蓋部材１３で閉塞されると、半導体回路基板１４、半導体レーザ１５、第１，２のキャリア２１，２２などが気密封止される。
【００２１】
これら第１，２のキャリア２１，２２には、半導体レーザ１５の放熱性を考慮した熱伝導性の良い半導体材、例えば、窒化アルミニウム等のセラミック、若しくはタングステン銅合金や鉄ニッケルコバルト合金を用いることができる。
なお、第１のキャリア２１は第２のキャリア２２の上に載置され、この第２のキャリア２２が高さ用のスペーサとして機能し、パッケージ１１の底面に載置される。
【００２２】
また、図４（Ａ）に示すように、上記第２のキャリア２２の代わりに、半導体レーザ１５や半導体回路基板１４などの温度を調整する電子冷却装置（ＴＥＣ：Thermo Electric Coolers）等の温調ユニット２４が搭載されていてもよい。さらに、他にパッケージ１１内には、光信号の反射戻り光を阻止するアイソレータ等が実装されていてもよい。
【００２３】
第１のキャリア２１の上には、図３や図４に示すように、半導体レーザ１５とレンズ部品１６とが配置される。そこで、上記のように温調ユニット２４を第２のキャリアに代えて搭載した場合には、第１のキャリア２１には温度センサであるサーミスタを実装、或いは、サーミスタを半導体回路基板１４の内部に設置して半導体レーザ１５や半導体回路基板１４の温度を測定するようにしてもよい。
【００２４】
レンズ部品１６は、図３（Ｂ）に示すように、スリーブ１２や上記光ファイバの先端に近接した位置に配置され、例えば、半田材を用いて第１のキャリア２１に直接に接合されている。
これに対し、半導体レーザ１５は、例えば、半導体回路基板１４を介して第１のキャリア２１の上に配置される。
【００２５】
具体的には、半導体回路基板１４は、図４にも示すように、半導体レーザ１５を実装する実装面３０や、実装面３０の反対側にて第１のキャリア２１に対向する裏面３３を有している。そして、実装面３０には、ＬＤ実装領域３１がレンズ部品１６に近接する位置に設けられており、半導体レーザ１５は、例えば、半田材等を用いてＬＤ実装領域３１に実装される。
【００２６】
半導体レーザ１５には、例えば、端面発光（エッジエミット）型を用いることができる。半導体レーザ１５は、略直方体形状のチップで構成され、図５（Ａ）に示すように、上記半田材等を介してＬＤ実装領域３１に接合する下面電極１５ｃ、下面電極１５ｃの反対側にてチップの上面に位置しワイヤ接続する上面電極のパッド１５ｅ、上記レンズ部品に対向する前端面１５ａや、この前端面１５ａの反対側に位置する後端面１５ｂ等を有する。これら前端面１５ａ及び後端面１５ｂは、図５（Ａ）に示すように、チップの高さ方向（「Ｈ」で示す方向）に沿って延びている。
【００２７】
このため、半導体レーザ１５は、実装面３０の面方向、換言すれば、チップの高さ方向に対して直交する方向に沿って光を出射し、前端面１５ａからは上記レンズ部品に向けた前方光が、後端面１５ｂからは前方光とは反対方向に向けた後方光がそれぞれ出力される。これら前端面１５ａや後端面１５ｂからの光は出射して僅かながら拡散する。
なお、図４に示すレンズ部品１６の第１のキャリア２１上への実装、半導体レーザ１５の半導体回路基板１４上への実装に用いられる半田材には、金ゲルマニウム半田、金錫半田、錫銀銅半田などが使用される。
【００２８】
半導体レーザ１５の放熱性を鑑みれば、上記のような半田材を用いることが望ましいが、半導体レーザ１５の半導体回路基板１４上への実装には、接着剤を用いることも可能である。或いは、半導体レーザ１５は、フリップチップ実装やワイヤボンディングにより、半導体回路基板１４に電気接続されてもよい。前者のフリップチップ実装は、例えば、下面電極１５ｃに形成した半田バンプを介してＬＤ実装領域３１に接合しており、この実装によれば、半導体レーザ１５の実装及び電気接続を同時に行え、作業効率を向上させることができる。
【００２９】
一方、後者のワイヤボンディングを用いる場合でも、インダクタンス成分の増加を低減することが可能となる。例えば、実装面３０上に設置されるパッド（図示しない）を図５（Ａ）に示す半導体レーザ１５のパッド１５ｅに近接して設けることができる。このため、これら各パッド間のワイヤ長が短くなってワイヤのインダクタンスによる高周波信号の劣化を抑制できるからである。
【００３０】
ところで、本発明における半導体回路基板１４は、半導体製造プロセスを経て製造されており、ＬＤ実装領域３１は半導体回路基板１４の実装面３０上に配置されるのに対し、図２で説明した受光素子４ｂ、ＬＤ駆動回路４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃは半導体回路基板１４に一体にて作り込まれている。
図４や図５（Ａ）の構造例に示すように、例えば、受光素子１４ｂは、実装面３０の面方向に沿って受光面３２が得られるように実装面３０上に形成される。また、その位置は、図５に示す半導体レーザ１５の後端面１５ｂからの光が受光可能な位置に形成される。
【００３１】
上記端面発光型の半導体レーザ１５からの光は、１／ｅ２の強度が約３０°の出射角度となる。このため図５（Ａ）に示すように、後端面１５ｂから受光素子１４ｂまでの距離Ｌ、チップの高さ（より厳密に言えば発光層までの高さ）Ｈとすると、受光素子１４ｂの位置を求めることができる。つまり、Ｌｔａｎθ≧Ｈ、かつ、θ＝３０°を満たせばよく、後端面１５ｂから受光素子１４ｂまでの距離ＬはＨ／ｔａｎ（３０°）以上に設定される。
【００３２】
ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃも、半導体製造プロセスにより形成される。ＬＤ駆動回路１４ａや制御回路１４ｃは、例えば、受光素子１４ｂを挟んでＬＤ実装領域３１の位置とは反対側に設けられ、導電材で構成された配線パターンが実装面３０上に形成されている。
【００３３】
受光素子１４ｂとＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃは半導体回路基板１４の内部などで電気接続され、また、ＬＤ駆動回路１４ａと半導体レーザ１５は、図５（Ａ）に二点鎖線で示すワイヤＷ、或いは半導体回路基板１４の内部などで電気接続されている。
ここで、本実施例の半導体回路基板１４は、その母材がシリコン若しくは窒化ガリウムなどの熱伝導性の良い半導体材で構成される。これは、半導体レーザ１５の放熱性を考慮したものである。
【００３４】
半導体回路基板１４の母材としては、ガリウム砒素（熱伝導率：５５Ｗ／ｍ・Ｋ）、リン化インジウム（熱伝導率：７０Ｗ／ｍ・Ｋ）、シリコン（熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ガリウム（熱伝導率：２００Ｗ／ｍ・Ｋ）等を想定できるが、半導体レーザ１５で発生した熱が効率良く拡散するには、シリコンや窒化ガリウムのような熱伝導性の良い半導体材で構成するのが望ましい。
【００３５】
しかし、上記シリコンを半導体回路基板１４の母材に選択した場合（図５（Ａ）にシリコン基板１４ｄと示す）には、受光素子１４ｂをゲルマニウムで構成するようにしてもよい。
具体的には、シリコンに対してゲルマニウムを添加、換言すれば、シリコン基板１４ｄ上にゲルマニウム製の受光素子１４ｂを設けており、ｐｎ接合に属するＰＤ、若しくは高抵抗のｉ層（空乏層）を有したｐｉｎ構造に属するＰＤを形成することができる。
当該ゲルマニウムは高速動作するＩＣでも用いられる材料であり、上記受光素子１４ｂは、半導体製造に関する特殊な工程を新たに設定することもなく形成可能である。
【００３６】
ここで、図５（Ａ）では、半導体レーザ１５を半導体回路基板１４上に直接実装した例を説明した。しかし、本発明は、半導体レーザ１５からの光が受光素子１４ｂで受光される限り、受光素子１４ｂ、ＬＤ駆動回路１４ａや制御回路１４ｃを半導体回路基板１４に一体形成すれば足り、半導体レーザ１５は、半導体回路基板１４上に実装されていなくてもよい。
【００３７】
例えば、図５（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１５を実装したＬＤ用キャリア１８と半導体回路基板１４とを別個に設けるようにする。この図５（Ｂ）の構造は、図１，２で説明したＬＤドライバ４や半導体レーザ５に機能面のみならず、構造面でも一致することになるが、ＬＤ用キャリア１８は、例えば、半導体レーザ１５の放熱性を考慮した熱伝導性の良い材料で構成され、シリコン基板１４ｄとほぼ同じ高さを有しており、第１のキャリア２１に配置されている。
【００３８】
図６は、１つのパッケージ内に複数の半導体レーザを搭載した、波長多重の発光モジュールの例を示す図である。図６（Ａ）は発光モジュールの外観を、図６（Ｂ）はその部分断面をそれぞれ示している。
この図６において、４０は発光モジュール、４１はパッケージ、４２はスリーブ、４３は蓋部材、４５は半導体回路基板、４６は第１レンズ部品、４７は電気配線部、４８は光合波器、４９は第２レンズ部品、５１〜５３はキャリア、１５は半導体レーザを示す。
【００３９】
この実施例の発光モジュール４０は、中心波長が異なる半導体レーザ１５を複数（例えば４個）搭載し、光合波器４８を用いて１本の光ファイバに光結合させるもので、波長の異なる複数の信号光を伝搬できるため、伝送速度の高速化を実現できる。
発光モジュール４０は、図３で説明した発光モジュール１０と同様に、パッケージ４１にスリーブ４２を連結した形状で形成される。
【００４０】
また、パッケージ４１は、図６（Ａ）に示すように、例えば、矩形の箱型状に形成され、パッケージ４１の内部には、半導体レーザ１５や平板状の半導体回路基板４５、さらに、平板状の第１のキャリア５１、第２のキャリア５２、第３のキャリア５３などが収納される。
詳しくは、第１〜３のキャリア５１〜５３も図３で説明した第１，２のキャリア２１，２２と同様に、熱伝導性の良い半導体材が用いられるが、当該実施例では、第１，３のキャリア５１，５３は第２のキャリア５２の上に並んで載置され、この第２のキャリア５２がパッケージ４１の底面に載置される。
【００４１】
なお、この実施例のパッケージ４１内、例えば、図７に示すように、第２のキャリア５２の代わりに、半導体レーザ１５や半導体回路基板４５などの温度を調整する温調ユニット５４が搭載されるのが好適である。特に、波長多重通信に用いる発光モジュール４０においては、半導体レーザ１５の発振波長を正確に制御する必要がある。
図６（Ｂ）や図７に示すように、この実施例の第１のキャリア５１の上には、半導体回路基板４５を介して計４個の半導体レーザ１５が１列状で並設される。波長多重通信に用いる発光モジュール４０の場合には、第１のキャリア５１上に温度センサを実装、或いは、温度センサを半導体回路基板４５の内部に実装して半導体レーザ１５や半導体回路基板４５の温度を測定するのが望ましい。
【００４２】
図７に示すように、半導体回路基板４５は、半導体レーザ１５を実装する実装面を有している。この実装面は、計４個の受光素子１４ｂや、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃを備えており、図３で説明した実装面３０と同様に、受光素子１４ｂは半導体レーザ１５とＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃとの間に配置されている。
また、これら隣り合う半導体レーザ１５の間隔は、それぞれ出射した光が隣接の受光素子１４ｂに受光されないように離間した位置に設定される。
【００４３】
そして、上述した温調ユニット５４は、第１のキャリア５１を介して間接的に半導体回路基板４５に当接して熱交換可能であり、半導体回路基板４５の搭載部品、詳しくは、半導体レーザ１５、受光素子１４ｂ及び、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃを温度制御下で動作させる。
一方、第３のキャリア５３の上には、これら半導体レーザ１５と対をなす計４個の第１レンズ部品４６が１列状で並設され、第１レンズ部品４６は各半導体レーザ１５から出射された波長の異なる信号光をそれぞれ集光する。
【００４４】
また、この第３のキャリア５３の上には、各第１レンズ部品４６からの信号光を光導波路４８ａで導波して合成する光合波器４８、この光合波器４８で合波された信号光を光ファイバに光結合する１個の第２レンズ部品４９が実装されている。なお、この実施例のパッケージ４１内においても、光信号の反射戻り光を阻止するアイソレータ等が実装されていてもよい。
【００４５】
以上のように、上記各実施例によれば、半導体回路基板が受光素子、ＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路を取り込んだ集積回路であり、従来のようなモニタ用ＰＤを実装するサブマウントが不要になる。また、モニタ用ＰＤを設置するためのスペース、モニタ用ＰＤの受光面が半導体レーザの後端面に平行となるようなチップ高さ方向のスペースを省略でき、発光モジュールの薄型化に寄与する。
【００４６】
さらに、ＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路も半導体回路基板に半導体製造プロセスによってまとめられているので、発光モジュール、具体的にはパッケージの内部と外部とを電気的に接続する端子や配線の数が従来に比して少なくて済む。これらの構成により、発光モジュールの部品点数の削減、及び発光モジュールの小型化を達成できる。
しかも、従来のような制御回路等を単に内蔵させた場合に必要になる電子部品の実装作業も省略できる。
【００４７】
また、半導体回路基板は、熱伝導性の良い半導体材で構成しており、半導体レーザで発生した熱は効率良く拡散する。よって、半導体レーザの温度上昇による特性変動を効果的に抑制できる。
さらに、半導体回路基板がシリコンで構成された場合には、その吸収波長は０.１９μｍ〜１.１０μｍとなり（１μｍ＝１×１０−６ｍ）、高速光通信で最も利用される波長１.３１μｍや１.５１μｍの光に対する感度が低下してしまう。しかし、上記実施例のように、受光素子をゲルマニウムで形成することで、その吸収波長は０.４０μｍ〜１.７０μｍとなる。よって、半導体レーザからの光を確実に受光でき、利用可能性の高い発光モジュールを提供できる。
【００４８】
さらにまた、半導体レーザを実装した半導体回路基板は、温調ユニットとの間で熱交換可能に構成することができ、半導体レーザ、受光素子及びＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路は、発光モジュールの外部温度などが変化してもその影響を受けないようにすることができる。
半導体回路基板の搭載部品を略一定の温度制御下で動作可能になれば、特に高温環境下で生ずる消費電力の増加が回避され、発光モジュールの低消費電力化を図ることができる。また、従来のような半導体レーザに接触するヒートシンクなどの放熱部材が不要になるし、さらに、温度変化に伴う特性変動への配慮が不要になれば、半導体レーザや半導体回路基板の設計も容易になり、発光モジュールのより一層の低廉化に寄与する。
【００４９】
また、図６や図７を用いて説明したように、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃの他、複数対の半導体レーザ１５や受光素子１４ｂを半導体回路基板４５の同じ実装面に集約しているので、波長多重通信に用いる発光モジュール４０のような半導体レーザ１５の高密度実装などの要求が特に高い場合にも、発光モジュール４０の部品点数の削減や小型化を達成できる。
【符号の説明】
【００５０】
１…光トランシーバ、２，１０，４０…発光モジュール、３…受光モジュール、４，１４，４５…ＬＤＤ，半導体回路基板、４ａ，１４ａ…ＬＤ駆動回路、４ｂ，１４ｂ…受光素子、４ｃ，１４ｃ…制御回路、５，１５…半導体レーザ、６…コントローラ、７…ＣＤＲ、８…ＣＤＲ、１１，４１…パッケージ、１２，４２…スリーブ、１３，４３…蓋部材、１４ｄ…シリコン基板、１５ａ…前端面、１５ｂ…後端面、１５ｃ…下面電極、１５ｅ…上面電極のパッド、１６…レンズ部品、１７，４７…電気配線部、１８…ＬＤ用キャリア、２１，５１…第１キャリア、２２，５２…第２キャリア、２４，５４…温調ユニット、３０…実装面、３１…ＬＤ実装領域、３２…受光面、３３…裏面、４６…第１レンズ部品、４８…光合波器、４８ａ…光導波路、４９…第２レンズ部品、５３…第３キャリア。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ、受光素子、レーザ駆動回路、及びレーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発光モジュールは、光トランシーバの信号源や光ファイバ増幅用の励起源として用いられる。詳しくは、発光モジュールは半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）を備えており、電気信号を光信号に変換し、この光信号を送出する。また、半導体レーザは、その波長が１.３１μｍや１.５１μｍの光信号を送出するタイプが高速光通信で最も利用されている。
【０００３】
半導体レーザは、発光モジュールの外部温度などによってその光出力が変化する。このため、光出力をモニタ用のフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode、以下、モニタ用ＰＤという）で監視することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、端面発光型の半導体レーザがヒートシンクを介してキャリア上に搭載されており、その前方光が光ファイバに向けて出射される。
【０００４】
一方、モニタ用ＰＤが半導体レーザの後方に設置されている。このモニタ用ＰＤは、その受光面が半導体レーザの後端面に対して平行となるように配置され、半導体レーザのチップ高さ方向に沿って延びたサブマウントに実装されている。また、発光モジュールの外部には半導体レーザの駆動を制御する制御回路等が配置されている。
つまり、モニタ用ＰＤが半導体レーザの後方光をモニタし、このモニタ結果を発光モジュールの外部に出力してから再び発光モジュールの内部に導き、半導体レーザの駆動電流にフィードバックし、半導体レーザからの光出力を外部温度によらずに所望の大きさに制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１３９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光モジュールは、モニタ用ＰＤを実装するサブマウントを要しており、モニタ用ＰＤを設置するためのスペース、すなわち、上記半導体レーザのチップ高さ方向の大きなスペースが常に必要になる。このため、上述した発光モジュールでは、その部品点数の削減や小型化の要求に対応できないという問題がある。
半導体レーザの制御回路等が発光モジュールの外部回路に設けられた場合は、発光モジュール内の半導体レーザやモニタ用ＰＤとその外部の制御回路とを電気的に接続する端子や配線の数を減らすことができない。
【０００７】
また、この制御回路等を半導体レーザとともに発光モジュール内のキャリア上に一体的に搭載するような場合も、部品点数は依然として減らないし、さらに、この制御回路等に関係する電子部品の実装作業も必要になる。
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、その部品点数の削減、及び小型化を達成できる発光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による発光モジュールは、半導体レーザ、半導体レーザの光をモニタする受光素子、半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、及び受光素子のモニタ出力によりレーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールであって、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板に集積されており、半導体レーザは、半導体回路基板の受光素子にて半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されていることを特徴とする。なお、半導体レーザは、半導体回路基板に実装されてもよい。
【０００９】
また、半導体回路基板との間で熱交換可能な温調ユニットを備えており、半導体レーザ、受光素子、レーザ駆動回路及び制御回路は、温調ユニットによる温度制御下で動作するように構成してもよい。
また、半導体レーザ及び受光素子は、半導体回路基板に複数対設けられていてもよい。
さらに、半導体回路基板は、その母材がシリコンで構成され、受光素子は、ゲルマニウムで構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体回路基板が受光素子、レーザ駆動回路、及び制御回路を取り込んだ集積回路であり、発光モジュールの部品点数の削減、及び発光モジュールの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による発光モジュールを含む光トランシーバのブロック図である。
【図２】本発明による発光モジュールのブロック図である。
【図３】本発明による発光モジュールの外観等を示す図である。
【図４】本発明による半導体回路基板等の一例を説明する図である。
【図５】本発明による半導体レーザの実装例を説明する図である。
【図６】本発明による発光モジュールの他の例を説明する図である。
【図７】本発明による半導体回路基板等の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は光トランシーバ１のブロック図であり、本実施例の光トランシーバ１は、発光モジュール（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）２、受光モジュール（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）３、コントローラ６、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）７，８を備える。
【００１３】
コントローラ６は、ホスト装置側の光トランシーバ１の外部回路や外部電源等（図示省略）との通信を行っており、ＣＤＲ７には送信用の電気信号がホスト装置側から入力される。ＣＤＲ７はこの電気信号のデータを復元し、データ復元後の電気信号を発光モジュール（以下、図１，２の説明ではＴＯＳＡという）２に向けて出力する。
一方、受光モジュール（以下、図１，２の説明ではＲＯＳＡという）３には、光ファイバを介して光学的に接続された外部からの光信号が入力され、ＲＯＳＡ３はこの光信号に基づいて受信用の電気信号を生成する。
【００１４】
ＲＯＳＡ３で生成された電気信号は、電圧信号への変換などを経てＣＤＲ８に向けて出力される。ＣＤＲ８はこの受信用の電気信号のデータを復元し、データ復元後の電気信号をホスト装置側に向けて出力する。なお、これらコントローラ６やＣＤＲ７，８は、ＴＯＳＡ２やＲＯＳＡ３に電気的に接続された光トランシーバ１の配線基板（図示省略）に搭載されている。
【００１５】
上述のＴＯＳＡ２は、図２に示すように、ＬＤドライバ（ＬＤＤ：Laser Diode Driver）４と半導体レーザ（ＬＤ）５とからなる。このＬＤドライバ４が本発明の半導体回路基板に相当し、後述のように集積回路で構成されている。また、本実施例のＬＤドライバ４は、ＬＤ駆動回路４ａ、受光素子４ｂ、及びＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃを有する。
【００１６】
受光素子４ｂには、半導体レーザ５からの光出力の一部が受光される。その詳細については後述するが、受光素子４ｂはモニタ用ＰＤの機能を有しており、半導体レーザ５から出射される光の強度をモニタし、その光信号を変換した電気信号がＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃに出力される。
ＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃは、受光素子４ｂで受光した光信号及びコントローラ６からの指令に基づいてＬＤ駆動回路４ａに向けて制御信号を出力する。
【００１７】
ＬＤ駆動回路４ａは、上記のＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃからの制御信号及びＣＤＲ７からの電気信号に基づいて半導体レーザ５を駆動するための電気信号を決定する。
この決定された電気信号は、ＬＤ駆動電流（バイアス電流及び変調電流）として半導体レーザ５に帰還・供給される。半導体レーザ５は、当該電気信号から光信号を生成し、この生成した光信号を光ファイバに向けて出力する。
【００１８】
次に、ＴＯＳＡを構成する発光モジュールの一例を説明する。図３（Ａ）は発光モジュールの外観を示し、図３（Ｂ）はその部分断面を示している。この図３において、１０は発光モジュール、１１はパッケージ、１２はスリーブ、１３は蓋部材、１４は半導体回路基板、１５は半導体レーザ、１６はレンズ部品、１７は電気配線部、２１，２２はキャリアを示す。
【００１９】
発光モジュール１０は、金属製又はセラミック製のパッケージ１１にスリーブ１２を連結した形状で形成されている。
パッケージ１１は、例えば、矩形の箱型状に形成され、その一端面にスリーブ１２を備えている。なお、この一端面は約５ｍｍ四方程度の大きさで構成される。
スリーブ１２は、光ファイバを結合保持するためのものであり、その内壁部分が光ファイバの挿入をガイド可能に構成されている。
【００２０】
一方、電気配線部１７は、パッケージ１１のうちスリーブ１２とは反対側の面に設置されており、光トランシーバの配線基板との電気接続のための端子が設けられている。なお、このパッケージ１１の外部では、電気配線部１７と光トランシーバの配線基板とがフレキシブル基板（ＦＰＣ）等を介して電気接続される。
パッケージ１１の内部には、図３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１５や平板状の半導体回路基板１４、さらに、平板状の第１のキャリア２１と第２のキャリア２２などが収納される。なお、このパッケージ１１の内部において、半導体回路基板１４と上記電気配線部１７とはワイヤボンディングによって電気接続される。そして、パッケージ１１の上方が金属製又はセラミック製の蓋部材１３で閉塞されると、半導体回路基板１４、半導体レーザ１５、第１，２のキャリア２１，２２などが気密封止される。
【００２１】
これら第１，２のキャリア２１，２２には、半導体レーザ１５の放熱性を考慮した熱伝導性の良い半導体材、例えば、窒化アルミニウム等のセラミック、若しくはタングステン銅合金や鉄ニッケルコバルト合金を用いることができる。
なお、第１のキャリア２１は第２のキャリア２２の上に載置され、この第２のキャリア２２が高さ用のスペーサとして機能し、パッケージ１１の底面に載置される。
【００２２】
また、図４（Ａ）に示すように、上記第２のキャリア２２の代わりに、半導体レーザ１５や半導体回路基板１４などの温度を調整する電子冷却装置（ＴＥＣ：Thermo Electric Coolers）等の温調ユニット２４が搭載されていてもよい。さらに、他にパッケージ１１内には、光信号の反射戻り光を阻止するアイソレータ等が実装されていてもよい。
【００２３】
第１のキャリア２１の上には、図３や図４に示すように、半導体レーザ１５とレンズ部品１６とが配置される。そこで、上記のように温調ユニット２４を第２のキャリアに代えて搭載した場合には、第１のキャリア２１には温度センサであるサーミスタを実装、或いは、サーミスタを半導体回路基板１４の内部に設置して半導体レーザ１５や半導体回路基板１４の温度を測定するようにしてもよい。
【００２４】
レンズ部品１６は、図３（Ｂ）に示すように、スリーブ１２や上記光ファイバの先端に近接した位置に配置され、例えば、半田材を用いて第１のキャリア２１に直接に接合されている。
これに対し、半導体レーザ１５は、例えば、半導体回路基板１４を介して第１のキャリア２１の上に配置される。
【００２５】
具体的には、半導体回路基板１４は、図４にも示すように、半導体レーザ１５を実装する実装面３０や、実装面３０の反対側にて第１のキャリア２１に対向する裏面３３を有している。そして、実装面３０には、ＬＤ実装領域３１がレンズ部品１６に近接する位置に設けられており、半導体レーザ１５は、例えば、半田材等を用いてＬＤ実装領域３１に実装される。
【００２６】
半導体レーザ１５には、例えば、端面発光（エッジエミット）型を用いることができる。半導体レーザ１５は、略直方体形状のチップで構成され、図５（Ａ）に示すように、上記半田材等を介してＬＤ実装領域３１に接合する下面電極１５ｃ、下面電極１５ｃの反対側にてチップの上面に位置しワイヤ接続する上面電極のパッド１５ｅ、上記レンズ部品に対向する前端面１５ａや、この前端面１５ａの反対側に位置する後端面１５ｂ等を有する。これら前端面１５ａ及び後端面１５ｂは、図５（Ａ）に示すように、チップの高さ方向（「Ｈ」で示す方向）に沿って延びている。
【００２７】
このため、半導体レーザ１５は、実装面３０の面方向、換言すれば、チップの高さ方向に対して直交する方向に沿って光を出射し、前端面１５ａからは上記レンズ部品に向けた前方光が、後端面１５ｂからは前方光とは反対方向に向けた後方光がそれぞれ出力される。これら前端面１５ａや後端面１５ｂからの光は出射して僅かながら拡散する。
なお、図４に示すレンズ部品１６の第１のキャリア２１上への実装、半導体レーザ１５の半導体回路基板１４上への実装に用いられる半田材には、金ゲルマニウム半田、金錫半田、錫銀銅半田などが使用される。
【００２８】
半導体レーザ１５の放熱性を鑑みれば、上記のような半田材を用いることが望ましいが、半導体レーザ１５の半導体回路基板１４上への実装には、接着剤を用いることも可能である。或いは、半導体レーザ１５は、フリップチップ実装やワイヤボンディングにより、半導体回路基板１４に電気接続されてもよい。前者のフリップチップ実装は、例えば、下面電極１５ｃに形成した半田バンプを介してＬＤ実装領域３１に接合しており、この実装によれば、半導体レーザ１５の実装及び電気接続を同時に行え、作業効率を向上させることができる。
【００２９】
一方、後者のワイヤボンディングを用いる場合でも、インダクタンス成分の増加を低減することが可能となる。例えば、実装面３０上に設置されるパッド（図示しない）を図５（Ａ）に示す半導体レーザ１５のパッド１５ｅに近接して設けることができる。このため、これら各パッド間のワイヤ長が短くなってワイヤのインダクタンスによる高周波信号の劣化を抑制できるからである。
【００３０】
ところで、本発明における半導体回路基板１４は、半導体製造プロセスを経て製造されており、ＬＤ実装領域３１は半導体回路基板１４の実装面３０上に配置されるのに対し、図２で説明した受光素子４ｂ、ＬＤ駆動回路４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路４ｃは半導体回路基板１４に一体にて作り込まれている。
図４や図５（Ａ）の構造例に示すように、例えば、受光素子１４ｂは、実装面３０の面方向に沿って受光面３２が得られるように実装面３０上に形成される。また、その位置は、図５に示す半導体レーザ１５の後端面１５ｂからの光が受光可能な位置に形成される。
【００３１】
上記端面発光型の半導体レーザ１５からの光は、１／ｅ２の強度が約３０°の出射角度となる。このため図５（Ａ）に示すように、後端面１５ｂから受光素子１４ｂまでの距離Ｌ、チップの高さ（より厳密に言えば発光層までの高さ）Ｈとすると、受光素子１４ｂの位置を求めることができる。つまり、Ｌｔａｎθ≧Ｈ、かつ、θ＝３０°を満たせばよく、後端面１５ｂから受光素子１４ｂまでの距離ＬはＨ／ｔａｎ（３０°）以上に設定される。
【００３２】
ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃも、半導体製造プロセスにより形成される。ＬＤ駆動回路１４ａや制御回路１４ｃは、例えば、受光素子１４ｂを挟んでＬＤ実装領域３１の位置とは反対側に設けられ、導電材で構成された配線パターンが実装面３０上に形成されている。
【００３３】
受光素子１４ｂとＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃは半導体回路基板１４の内部などで電気接続され、また、ＬＤ駆動回路１４ａと半導体レーザ１５は、図５（Ａ）に二点鎖線で示すワイヤＷ、或いは半導体回路基板１４の内部などで電気接続されている。
ここで、本実施例の半導体回路基板１４は、その母材がシリコン若しくは窒化ガリウムなどの熱伝導性の良い半導体材で構成される。これは、半導体レーザ１５の放熱性を考慮したものである。
【００３４】
半導体回路基板１４の母材としては、ガリウム砒素（熱伝導率：５５Ｗ／ｍ・Ｋ）、リン化インジウム（熱伝導率：７０Ｗ／ｍ・Ｋ）、シリコン（熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ガリウム（熱伝導率：２００Ｗ／ｍ・Ｋ）等を想定できるが、半導体レーザ１５で発生した熱が効率良く拡散するには、シリコンや窒化ガリウムのような熱伝導性の良い半導体材で構成するのが望ましい。
【００３５】
しかし、上記シリコンを半導体回路基板１４の母材に選択した場合（図５（Ａ）にシリコン基板１４ｄと示す）には、受光素子１４ｂをゲルマニウムで構成するようにしてもよい。
具体的には、シリコンに対してゲルマニウムを添加、換言すれば、シリコン基板１４ｄ上にゲルマニウム製の受光素子１４ｂを設けており、ｐｎ接合に属するＰＤ、若しくは高抵抗のｉ層（空乏層）を有したｐｉｎ構造に属するＰＤを形成することができる。
当該ゲルマニウムは高速動作するＩＣでも用いられる材料であり、上記受光素子１４ｂは、半導体製造に関する特殊な工程を新たに設定することもなく形成可能である。
【００３６】
ここで、図５（Ａ）では、半導体レーザ１５を半導体回路基板１４上に直接実装した例を説明した。しかし、本発明は、半導体レーザ１５からの光が受光素子１４ｂで受光される限り、受光素子１４ｂ、ＬＤ駆動回路１４ａや制御回路１４ｃを半導体回路基板１４に一体形成すれば足り、半導体レーザ１５は、半導体回路基板１４上に実装されていなくてもよい。
【００３７】
例えば、図５（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１５を実装したＬＤ用キャリア１８と半導体回路基板１４とを別個に設けるようにする。この図５（Ｂ）の構造は、図１，２で説明したＬＤドライバ４や半導体レーザ５に機能面のみならず、構造面でも一致することになるが、ＬＤ用キャリア１８は、例えば、半導体レーザ１５の放熱性を考慮した熱伝導性の良い材料で構成され、シリコン基板１４ｄとほぼ同じ高さを有しており、第１のキャリア２１に配置されている。
【００３８】
図６は、１つのパッケージ内に複数の半導体レーザを搭載した、波長多重の発光モジュールの例を示す図である。図６（Ａ）は発光モジュールの外観を、図６（Ｂ）はその部分断面をそれぞれ示している。
この図６において、４０は発光モジュール、４１はパッケージ、４２はスリーブ、４３は蓋部材、４５は半導体回路基板、４６は第１レンズ部品、４７は電気配線部、４８は光合波器、４９は第２レンズ部品、５１〜５３はキャリア、１５は半導体レーザを示す。
【００３９】
この実施例の発光モジュール４０は、中心波長が異なる半導体レーザ１５を複数（例えば４個）搭載し、光合波器４８を用いて１本の光ファイバに光結合させるもので、波長の異なる複数の信号光を伝搬できるため、伝送速度の高速化を実現できる。
発光モジュール４０は、図３で説明した発光モジュール１０と同様に、パッケージ４１にスリーブ４２を連結した形状で形成される。
【００４０】
また、パッケージ４１は、図６（Ａ）に示すように、例えば、矩形の箱型状に形成され、パッケージ４１の内部には、半導体レーザ１５や平板状の半導体回路基板４５、さらに、平板状の第１のキャリア５１、第２のキャリア５２、第３のキャリア５３などが収納される。
詳しくは、第１〜３のキャリア５１〜５３も図３で説明した第１，２のキャリア２１，２２と同様に、熱伝導性の良い半導体材が用いられるが、当該実施例では、第１，３のキャリア５１，５３は第２のキャリア５２の上に並んで載置され、この第２のキャリア５２がパッケージ４１の底面に載置される。
【００４１】
なお、この実施例のパッケージ４１内、例えば、図７に示すように、第２のキャリア５２の代わりに、半導体レーザ１５や半導体回路基板４５などの温度を調整する温調ユニット５４が搭載されるのが好適である。特に、波長多重通信に用いる発光モジュール４０においては、半導体レーザ１５の発振波長を正確に制御する必要がある。
図６（Ｂ）や図７に示すように、この実施例の第１のキャリア５１の上には、半導体回路基板４５を介して計４個の半導体レーザ１５が１列状で並設される。波長多重通信に用いる発光モジュール４０の場合には、第１のキャリア５１上に温度センサを実装、或いは、温度センサを半導体回路基板４５の内部に実装して半導体レーザ１５や半導体回路基板４５の温度を測定するのが望ましい。
【００４２】
図７に示すように、半導体回路基板４５は、半導体レーザ１５を実装する実装面を有している。この実装面は、計４個の受光素子１４ｂや、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃを備えており、図３で説明した実装面３０と同様に、受光素子１４ｂは半導体レーザ１５とＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃとの間に配置されている。
また、これら隣り合う半導体レーザ１５の間隔は、それぞれ出射した光が隣接の受光素子１４ｂに受光されないように離間した位置に設定される。
【００４３】
そして、上述した温調ユニット５４は、第１のキャリア５１を介して間接的に半導体回路基板４５に当接して熱交換可能であり、半導体回路基板４５の搭載部品、詳しくは、半導体レーザ１５、受光素子１４ｂ及び、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃを温度制御下で動作させる。
一方、第３のキャリア５３の上には、これら半導体レーザ１５と対をなす計４個の第１レンズ部品４６が１列状で並設され、第１レンズ部品４６は各半導体レーザ１５から出射された波長の異なる信号光をそれぞれ集光する。
【００４４】
また、この第３のキャリア５３の上には、各第１レンズ部品４６からの信号光を光導波路４８ａで導波して合成する光合波器４８、この光合波器４８で合波された信号光を光ファイバに光結合する１個の第２レンズ部品４９が実装されている。なお、この実施例のパッケージ４１内においても、光信号の反射戻り光を阻止するアイソレータ等が実装されていてもよい。
【００４５】
以上のように、上記各実施例によれば、半導体回路基板が受光素子、ＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路を取り込んだ集積回路であり、従来のようなモニタ用ＰＤを実装するサブマウントが不要になる。また、モニタ用ＰＤを設置するためのスペース、モニタ用ＰＤの受光面が半導体レーザの後端面に平行となるようなチップ高さ方向のスペースを省略でき、発光モジュールの薄型化に寄与する。
【００４６】
さらに、ＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路も半導体回路基板に半導体製造プロセスによってまとめられているので、発光モジュール、具体的にはパッケージの内部と外部とを電気的に接続する端子や配線の数が従来に比して少なくて済む。これらの構成により、発光モジュールの部品点数の削減、及び発光モジュールの小型化を達成できる。
しかも、従来のような制御回路等を単に内蔵させた場合に必要になる電子部品の実装作業も省略できる。
【００４７】
また、半導体回路基板は、熱伝導性の良い半導体材で構成しており、半導体レーザで発生した熱は効率良く拡散する。よって、半導体レーザの温度上昇による特性変動を効果的に抑制できる。
さらに、半導体回路基板がシリコンで構成された場合には、その吸収波長は０.１９μｍ〜１.１０μｍとなり（１μｍ＝１×１０−６ｍ）、高速光通信で最も利用される波長１.３１μｍや１.５１μｍの光に対する感度が低下してしまう。しかし、上記実施例のように、受光素子をゲルマニウムで形成することで、その吸収波長は０.４０μｍ〜１.７０μｍとなる。よって、半導体レーザからの光を確実に受光でき、利用可能性の高い発光モジュールを提供できる。
【００４８】
さらにまた、半導体レーザを実装した半導体回路基板は、温調ユニットとの間で熱交換可能に構成することができ、半導体レーザ、受光素子及びＬＤ駆動回路やＡＰＣ回路からなる制御回路は、発光モジュールの外部温度などが変化してもその影響を受けないようにすることができる。
半導体回路基板の搭載部品を略一定の温度制御下で動作可能になれば、特に高温環境下で生ずる消費電力の増加が回避され、発光モジュールの低消費電力化を図ることができる。また、従来のような半導体レーザに接触するヒートシンクなどの放熱部材が不要になるし、さらに、温度変化に伴う特性変動への配慮が不要になれば、半導体レーザや半導体回路基板の設計も容易になり、発光モジュールのより一層の低廉化に寄与する。
【００４９】
また、図６や図７を用いて説明したように、ＬＤ駆動回路１４ａやＡＰＣ回路からなる制御回路１４ｃの他、複数対の半導体レーザ１５や受光素子１４ｂを半導体回路基板４５の同じ実装面に集約しているので、波長多重通信に用いる発光モジュール４０のような半導体レーザ１５の高密度実装などの要求が特に高い場合にも、発光モジュール４０の部品点数の削減や小型化を達成できる。
【符号の説明】
【００５０】
１…光トランシーバ、２，１０，４０…発光モジュール、３…受光モジュール、４，１４，４５…ＬＤＤ，半導体回路基板、４ａ，１４ａ…ＬＤ駆動回路、４ｂ，１４ｂ…受光素子、４ｃ，１４ｃ…制御回路、５，１５…半導体レーザ、６…コントローラ、７…ＣＤＲ、８…ＣＤＲ、１１，４１…パッケージ、１２，４２…スリーブ、１３，４３…蓋部材、１４ｄ…シリコン基板、１５ａ…前端面、１５ｂ…後端面、１５ｃ…下面電極、１５ｅ…上面電極のパッド、１６…レンズ部品、１７，４７…電気配線部、１８…ＬＤ用キャリア、２１，５１…第１キャリア、２２，５２…第２キャリア、２４，５４…温調ユニット、３０…実装面、３１…ＬＤ実装領域、３２…受光面、３３…裏面、４６…第１レンズ部品、４８…光合波器、４８ａ…光導波路、４９…第２レンズ部品、５３…第３キャリア。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ、該半導体レーザの光をモニタする受光素子、前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、及び前記受光素子のモニタ出力により前記レーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールであって、
前記受光素子、前記レーザ駆動回路及び前記制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板に集積されており、前記半導体レーザは、前記半導体回路基板の前記受光素子にて前記半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記半導体レーザは、前記半導体回路基板に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記半導体回路基板との間で熱交換可能な温調ユニットを備えており、前記半導体レーザ、前記受光素子、前記レーザ駆動回路及び前記制御回路は、前記温調ユニットによる温度制御下で動作することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザ及び前記受光素子は、前記半導体回路基板に複数対設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記半導体回路基板は、その母材がシリコンで構成され、前記受光素子は、ゲルマニウムで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１】
半導体レーザ、該半導体レーザの光をモニタする受光素子、前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、及び前記受光素子のモニタ出力により前記レーザ駆動回路を制御する制御回路を備えた発光モジュールであって、
前記受光素子、前記レーザ駆動回路及び前記制御回路は、半導体製造プロセスを経て製造された半導体回路基板に集積されており、前記半導体レーザは、前記半導体回路基板の前記受光素子にて前記半導体レーザの光をモニタ可能な位置に搭載されていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記半導体レーザは、前記半導体回路基板に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記半導体回路基板との間で熱交換可能な温調ユニットを備えており、前記半導体レーザ、前記受光素子、前記レーザ駆動回路及び前記制御回路は、前記温調ユニットによる温度制御下で動作することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザ及び前記受光素子は、前記半導体回路基板に複数対設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記半導体回路基板は、その母材がシリコンで構成され、前記受光素子は、ゲルマニウムで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１０１３８（Ｐ２０１３−１１０１３８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１３７５（Ｐ２０１１−２５１３７５）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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