(57)【要約】【課題】同軸型の光モジュールに対して、レーザダイオードにおける温度ドリフトを低コストで低減できるようにすること。【解決手段】ステム１１と、ステム１１上に設けられたキャップ１２と、ＬＤ２５と、ステム１１上に設けられておりＬＤ２５の温度を制御するための熱電変換素子２１と、熱電変換素子２１とキャップ１２の上壁１２ａとの間に設けられたベース２３と、ベース２３上に設けられておりＬＤ２５の温度をモニタするためのサーミスタ２６とを備え、ベース２３は、熱電変換素子２１から上壁１２ａに向かう方向に延びるベース２３の側面２３２ａの中心寄りに窪み２３ｅが設けられ、サーミスタ２６は、窪み２３ｅ内に配置されており、窪み２３ｅの内壁によって上壁１２ａから熱的に遮蔽されている。【選択図】図１
2008153467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステムと、
前記ステム上に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子上に設けられたベースと、
前記ベース上に設けられたレーザダイオードと、
前記ベースに設けられており前記レーザダイオードの温度をモニタするためのサーミスタと、
前記ステム上に設けられており、前記レーザダイオード、前記熱電変換素子、前記ベース及び前記サーミスタを覆う上壁を有するキャップと
を備え、
前記ベースの側面には、前記熱電変換素子から前記上壁に向かう方向に延びる窪みが形成されており、
前記サーミスタは、前記窪み内に配置され、該窪みの内壁によって前記上壁から熱的に遮蔽されている
ことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記ベースは、前記窪みから前記側面の縁に至る溝が設けられており、
前記サーミスタは、前記窪み及び前記溝の各内壁によって前記上壁から熱的に遮蔽されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光モジュールのレーザダイオードに対する温度制御技術の一例が特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１に記載のレーザモジュール（発光モジュール）は、バタフライ型のパッケージと、このパッケージ内に収容されるレーザダイオードを含む複数の被冷却要素と、この被冷却要素を覆っておりパッケージと空間的に直接接触しない態様で設けられた熱遮蔽部材とを備える。また、特許文献２に記載のレーザモジュール（発光モジュール）は、エタロンと二つのピンダイオードとを用いて半導体レーザからのレーザ光の波長変動そのものを検出する。
【特許文献１】特開２００３−１４２７６７号公報
【特許文献２】特開平１１−２３８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術は、バタフライ型のパッケージに好適であり、同軸型の狭いパッケージに適用するのは困難である。また、特許文献２の技術は、装置構成が複雑であり、コスト高である。そこで本発明の目的は、同軸型の光モジュールに対して、レーザダイオードにおける温度ドリフトを低コストで低減できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ステムと、前記ステム上に設けられた熱電変換素子と、前記熱電変換素子上に設けられたベースと、前記ベース上に設けられたレーザダイオードと、前記ベースに設けられており前記レーザダイオードの温度をモニタするためのサーミスタと、前記ステム上に設けられており、前記レーザダイオード、前記熱電変換素子、前記ベース及び前記サーミスタを覆う上壁を有するキャップとを備え、前記ベースの側面には、前記熱電変換素子から前記上壁に向かう方向に延びる窪みが形成されており、前記サーミスタは、前記窪み内に配置され、該窪みの内壁によって前記上壁から熱的に遮蔽されていることを特徴としており、前記ベースは、前記窪みから前記側面の縁に至る溝が設けられており、前記サーミスタは、前記窪み及び前記溝の各内壁によって前記上壁から熱的に遮蔽されていてもよい。
【０００５】
本発明によれば、サーミスタがベースの窪み内に配置され、キャップの上壁から熱的に遮蔽されるので、ステム及びキャップから成る同軸型発光モジュールの狭いパッケージ内であっても、サーミスタに対する上壁からの輻射熱の影響を低減できる。その結果、サーミスタは、レーザダイオードの周囲温度を比較的正確に測定できるので、レーザダイオードの温度制御の精度が向上され、レーザダイオードにおける温度ドリフトが低減できる。また、本発明によれば、窪みをベースに設けることは比較的容易となる。このため、サーミスタに対する上壁からの輻射熱の影響が容易に且つ低コストで低減できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、同軸型の光モジュールに対して、レーザダイオードにおける温度ドリフトが低コストで低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係る発光モジュール１の一部を破断して示す斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた発光モジュール１の断面図である。図３は、実施形態に係るベース２３を分解して示す斜視図である。発光モジュール１は、ＣＡＮケース１０、下板２０、複数の熱電変換素子２１、上板２２、ベース２３、ＬＤキャリア２４、ＬＤ２５（ＬＤ：Laser Diode）、サーミスタ２６、ＰＤキャリア２７及びＰＤ２８（ＰＤ：Photo Diode）を備えた、いわゆる同軸型の発光モジュールである。
【０００８】
ＣＡＮケース１０は、上記の下板２０〜ＰＤ２８を収容する。ＣＡＮケース１０は、ステム１１及びキャップ１２を有する。ステム１１は、円板状であり、ステム１１の主面１１ａは、ＣＡＮケース１０の軸Ｘに直交する。ステム１１は、金属等の導電性の材料から成り、グランド電位を有する。ステム１１の主面１１ａ上には、上記の下板２０〜ＰＤ２８が設けられている。ステム１１は、複数の棒状のリード端子１３が取り付けられており、それぞれのリード端子１３は軸Ｘと平行である。複数のリード端子１３は、ステム１１を貫通しているが、ステム１１とは電気的に絶縁されている。
【０００９】
キャップ１２は、有蓋の円筒状を成しており、キャップ１２の上壁１２ａに設けられた開口１２ｂと、この上壁１２ａに嵌め込まれたレンズ１２ｃとを有する。キャップ１２は、ステム１１の主面１１ａ上に固定されており、上記の下板２０〜ＰＤ２８を覆う。キャップ１２の上壁１２ａは軸Ｘと垂直であり、ステム１１の主面１１ａと平行である。レンズ１２ｃは、レーザダイオード２５から出射されるレーザ光を集光する。キャップ１２、特にキャップ１２の上壁１２ａは、上記の下板２０〜ＰＤ２８を覆う。
【００１０】
下板２０は、板状を成しており、熱伝導性に優れた絶縁性のセラミックス（例えば、ＡｌＮのセラミックス）等の材料から成る。下板２０は、ステム１１の主面１１ａ上に固定されている。下板２０の面２０ａ上に複数の熱電変換素子２１が固定されている。下板２０の面２０ａは、ステム１１の主面１１ａと平行であり、軸Ｘと垂直である。
【００１１】
熱電変換素子２１は、ＬＤ２５の温度を制御するためのペルチェ素子等のＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）である。熱電変換素子２１は、ステム１１上に設けられており下板２０の面２０ａ上に立設されている。熱電変換素子２１は、下板２０の面２０ａ上に設けられた図示しない電流導入パターンを介して２本のリード端子１３に電気的に接続されている。この電流導入パターンを介して熱電変換素子２１に制御電流が供給されると、熱電変換素子２１は、この制御電流の向きに応じて、熱電変換素子２１上に設けられた上板２２〜ＬＤ２５を冷却し、又は上板２２〜ＬＤ２５を加熱する。下板２０が熱電変換素子２１から発っせられる熱を受けると、この熱は、下板２０に接するステム１１に伝わって外部に排熱される。
【００１２】
ベース２３は、ステム１１の主面１１ａとキャップ１２の上壁１２ａとの間に設けられており、上板２２の上面２２ｂ上に固定されている。上板２２の下面２２ａ上には、複数の熱電変換素子２１が設けられている。ベース２３は、上板２２の上面２２ｂに接合する下面２３ａと、下面２３ａの反対側にある上面２３ｄとを有する。下面２３ａ及び上面２３ｄは、互いに平行であり、下板２０の面２０ａ、上板２２の下面２２ａ及びステム１１の主面１１ａと平行である。ベース２３は、熱電変換素子２１からキャップ１２の上壁１２ａに向かう方向に延びる側面２３ｂと側面２３ｃとを有する。側面２３ｂ上にはＬＤキャリア２４が固定されており、この側面２３ｂとＬＤキャリア２４の側面２４ｂとは接合されている。側面２３ｃは、側面２３ｂの反対側にある。
【００１３】
また、ベース２３は、熱伝導性に優れた絶縁性のセラミックス（例えば、ＡｌＮのセラミックス）や導電性のＣｕＷ等の材料から成る柱状体であり、第１の領域２３１と第２の領域２３２とを有している。第１の領域２３１は、熱電変換素子２１から上壁１２ａに向かう方向に延びる側面２３１ａと側面２３１ｂとを有しており、この側面２３１ｂは、ベース２３の側面２３ｂでもある。第２の領域２３２は、熱電変換素子２１から上壁１２ａに向かう方向に延びる側面２３２ａと側面２３２ｂとを有しており、この側面２３２ａは、ベース２３の側面２３ｃでもある。第１の領域２３１の側面２３１ａと、第２の領域２３２の側面２３２ｂとは接合されている。
【００１４】
第２の領域２３２の側面２３２ａの中央寄りには、第２の領域２３２を貫通する孔部２３２ｃが設けられており、この第２の領域２３２の孔部２３２ｃによって第１の領域２３１の側面２３１ａが露出している。この孔部２３２ｃによって窪み２３ｅがベース２３に形成される。サーミスタ２６は、この窪み２３ｅ内であって、熱電変換素子２１の側面２３１ａのうちこの露出している露出領域２３１ｃの略中央に配置されている。この窪み２３ｅの内壁によって、キャップ１２の上壁１２ａからサーミスタ２６が熱的に遮蔽されている（上壁１２ａからの輻射熱からサーミスタ２６が遮蔽されている）。また、この側面２３１ａ上には、サーミスタ２６と電気的に接続されている配線パターンが設けられている。
【００１５】
なお、ベース２３の窪み２３ｅは、第１の領域２３１と、孔部２３２ｃが設けられた第２の領域２３２とを予め別々に設けておき、この別々に設けた第１の領域２３１と第２の領域２３２とを接合することによって形成されたものであってもよいし、第１の領域２３１と第２の領域２３２とを接合させることなく、予め一体となっているベース２３の側面２３ｃをエッチング等の技術を用いて抉ることにより形成されたものであってもよい。
【００１６】
ＬＤキャリア２４は、ＡｌＮ等のセラミックから成り、ベース２３の側面２３ｂ上に固定されている。ベース２３の側面２３ｂと、ＬＤキャリア２４の側面２４ｂとは接合されている。ＬＤキャリア２４の側面２４ａ上にはＬＤ２５が固定されており、ＬＤ２５のアノード及びカソードの各電極と電気的に接続される配線パターンが設けられている。この配線パターンは、ボンディングワイヤを介して複数のリード端子１３と電気的に接続されている。ＬＤキャリア２４の側面２４ａは、ベース２３の反対側に露出している面である。ＬＤキャリア２４の側面２４ａは、側面２４ｂと対向しており、この側面２４ｂはベース２３の側面２３ｂに接合されている。
【００１７】
ＬＤ２５は、ステム１１上に設けられておりＬＤキャリア２４の側面２４ａ上に固定されている。そして、ＬＤキャリア２４は、ベース２３の側面２３ｂ上に固定されている。ＬＤ２５は、ＬＤ２５の端面２５ａ及び端面２５ｂが軸Ｘと直交するように配置されている。これにより、ＬＤ２５の端面２５ａから発光されるレーザ光が軸Ｘに沿ってレンズ１２ｃに入射する。ＬＤ２５の複数の電極は、ＬＤキャリア２４の側面２４ａ上に設けられた配線パターンに接続されている。側面２４ａ上の配線パターンを介してリード端子１３からＬＤ２５に駆動電流を供給すると、ＬＤ２５の端面２５ａからレーザ光が出射される。
【００１８】
サーミスタ２６は、ベース２３上に設けられており、ＬＤ２５の温度をモニタする。サーミスタ２６は、周囲温度に応じて電気抵抗値を変化させる。サーミスタ２６は、ベース２３の第１の領域２３１の側面２３１ａ上に固定されている。そして、サーミスタ２６は、ベース２３の窪み２３ｅ内に配置されており、この窪み２３ｅの内壁によってキャップ１２の上壁１２ａから熱的に遮蔽されている。また、サーミスタ２６の有する二つの電極は、それぞれボンディングワイヤを介して各リード端子１３と電気的に接続されている。
【００１９】
ＰＤ２８は、ＬＤ２５の発光強度をモニタする受光素子である。ＰＤ２８は、ＰＤキャリア２７の面２７ａ上に固定されている。ＰＤ２８は、ＬＤ２５の端面２５ｂに対向する受光面２８ａを有する。ＰＤ２８のアノード及びカソードのうち一方の電極は、ハンダ付け等によりＰＤキャリア２７に直接接合されている。ＰＤキャリア２７は、金属等の導電性の材料から成る。ＰＤキャリア２７は、下板２０の面２０ａ上に固定されており、ボンディングワイヤを介してリード端子１３の一つに接続されている。ＰＤ２８の他方の電極は、ボンディングワイヤを介してリード端子１３の一つに接続されている。ＰＤキャリア２７は、ＬＤ２５の端面２５ｂから漏れるレーザ光を受けると、このレーザ光の強度に応じた電流を、リード端子１３を介して発光モジュール１の外部に出力する。
【００２０】
なお、ベース２３（特に、第２の領域２３２）がＡｌＮから成る場合、図４に示すように、パッド２９及びビア３０を第２の領域２３２に設けるのが望ましい。図４（ａ）は、パッド２９及びビア３０が設けられたベース２３の構成を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＩＶ−ＩＶ線に沿ってとられた第２の領域２３２の断面を示す図である。パッド２９とビア３０とは、金属等の導電性の材料から成る。第２の領域２３２は、第２の領域２３２の側面２３２ａから側面２３２ｂに貫通する貫通孔２３２ｄが設けられており、ビア３０は、この貫通孔２３２ｄに充填されている。パッド２９は、貫通孔２３２ｄ及びビア３０を覆うように、ベース２３の第２の領域２３２の側面２３２ａ上に設けられている。パッド２９は、第２の領域２３２の側面２３２ａに露出されたビア３０の一端に接合されており、パッド２９とビア３０とは電気的に接続されている。
【００２１】
ビア３０の他端は、ベース２３の第２の領域２３２の側面２３２ｂに露出しており、第１の領域２３１の側面２３１ａ上に設けられた配線パターンと電気的に接続されている。この場合、パッド２９は、ビア３０と第１の領域２３１の側面２３１ａ上の配線パターンとを介して、サーミスタ２６の端子と電気的に接続されている。このため、ワイヤをビア３０に接合させることによって、このワイヤとサーミスタ２６とを導通させることが容易となる。なお、第２の領域２３２等が導電性のＣｕＷから成る場合には、パッド２９及びビア３０を用いなくても、第２の領域２３２にワイヤを直接接合させることによって、このワイヤとサーミスタ２６とを導通させることができる。
【００２２】
次に、図５を参照して、発光モジュール１の効果を説明する。図５（ａ）は、キャップ１２の温度とＬＤ２５の波長ドリフトとの相関を示すグラフであり、図５（ｂ）は、本実施形態に係る発光モジュール１との比較のために用意した発光モジュール（以下、比較用発光モジュールという。）におけるキャップとＬＤの波長ドリフトとの相関を示すグラフである。この比較用発光モジュールは、発光モジュール１のうちベース２３を除いて同様の構成を有する。ベース２３に対応する比較用発光モジュールのベースは、ベース２３の第１の領域２３１のみを有した構成となっている。このため、比較用発光モジュールのキャップの上壁からベースを見た場合、サーミスタが露出されている。すなわち、比較用発光モジュールのキャップの上壁とサーミスタとの間を熱的に遮る部材は比較用発光モジュールには設けられていない。
【００２３】
これに対し、本実施形態に係る発光モジュール１においては、サーミスタ２６は、ベース２３の窪み２３ｅ内に配置されている。このため、発光モジュール１のキャップ１２の上壁１２ａからベース２３を見た場合、サーミスタ２６は、窪み２３ｅの内壁によって熱的に遮蔽されている。すなわち、窪み２３ｅの内壁は、キャップ１２の上壁１２ａとサーミスタ２６との間を熱的に遮っている。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）のグラフに示す結果は、ＬＤ２５の駆動電流を４０ｍＡに制御し、ＬＤ２５の温度を摂氏４０度に制御することにより得られた結果である。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、比較用発光モジュールにおいて、キャップの温度が摂氏マイナス４０度〜摂氏８０度の範囲で変動する場合、波長ドリフト幅は、約２００ｐｍに達した。これに対し、図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る発光モジュール１において、キャップ１２の温度が摂氏マイナス１０度〜摂氏８０度の範囲で変動する場合、波長ドリフト幅Ａは、２０ｐｍ以下（Ａ＜２０ｐｍ）となった。
【００２５】
上述の図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す結果が得られた理由を以下に説明する。本実施形態に係る発光モジュール１のサーミスタ２６は、ベース２３の第２の領域２３２によってキャップ１２の上壁１２ａから熱的に遮蔽されているので、上壁１２ａからの輻射熱は、ベース２３によって遮断及び吸収される。吸収された輻射熱は、ベース２３に熱的に接続された熱電変換素子２１によって冷却される。これにより、上壁１２ａからの輻射熱がサーミスタ２６に伝わることが抑制できるので、サーミスタ２６を用いて、ＬＤ２５の周囲温度が正確に測定可能となる。その結果、ＬＤ２５の温度制御の精度が向上されるので、図５（ｂ）に示すようにＬＤ２５の波長ドリフトを低減できる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係る発光モジュール１は、サーミスタ２６がベース２３の窪み２３ｅ内に配置され、キャップ１２の上壁１２ａから熱的に遮蔽されるので、ステム１１及びキャップ１２から成る同軸型の狭いＣＡＮケース１０（パッケージ）内であっても、サーミスタ２６に対する上壁１２ａからの輻射熱の影響を低減できる。その結果、サーミスタ２６は、ＬＤ２５の周囲温度を比較的正確に測定できるので、ＬＤ２５の温度制御の精度が向上され、ＬＤ２５における温度ドリフトが低減できる。また、窪み２３ｅをベース２３に設けることは比較的容易である。このため、サーミスタ２６に対する上壁１２ａからの輻射熱の影響が容易に且つ低コストで低減できる。従って、同軸型の発光モジュール１であっても、ＬＤ２５における温度ドリフトを低コストで低減できる。
【００２７】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００２８】
例えば、ベース２３に替えて、図６（ａ）に示すベース４０を用いてもよい。ベース４０は、第１の領域２３１と第３の領域２３３とを有する。ベース４０は、第３の領域２３３が第２の領域２３２に替えて用いられている、という点で、ベース２３と異なる。第３の領域２３３の側面２３３ａ（ベース４０の側面４０ａともいう。）は、第１の領域２３１の反対側に露出している面であり、熱電変換素子２１からキャップ１２の上壁１２ａに向かう方向に延びる。第３の領域２３３は、側面２３３ａの縁２３３ｂから側面２３３ａの中心寄りに延びる切り欠き２３３ｃが設けられている。この第３の領域２３３の切り欠き２３３ｃにより、窪み４０ｂと溝４０ｃとがベース４０に形成される。
【００２９】
窪み４０ｂは、側面２３３ａの中心寄りに設けられており、ベース２３の窪み２３ｅに対応している。溝４０ｃは、窪み４０ｂから縁２３３ｂに向かって延びている。サーミスタ２６は、窪み４０ｂ及び溝４０ｃの各内壁によってキャップ１２の上壁１２ａから熱的に遮蔽されている。なお、ベース４０は、図６（ａ）に示すように、縁２３３ｂが上板２２に接するように配置されていてもよいし、図６（ｂ）に示すように、縁２３３ｂが上板２２上に延びるように配置されていてもよく、サーミスタ２６が、窪み４０ｂ及び溝４０ｃの各内壁によってキャップ１２の上壁１２ａから熱的に遮蔽されていればよい。なお、図６に示す溝４０ｃの幅は、窪み４０ｂの幅よりも小さく描かれているが、例えば窪み４０ｂの幅と同一であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態に係る発光モジュールの構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る発光モジュールの構成を示す断面図である。
【図３】実施形態に係るベースの構成を説明するための図である。
【図４】実施形態に係るベースの他の構成例を示す図である。
【図５】実施形態に係る発光モジュールによる効果を説明するための図である。
【図６】実施形態に係るベースの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…発光モジュール、１０…ＣＡＮケース、１１…ステム、１１ａ…主面、１２…キャップ、１２ａ…上壁、１２ｂ…開口、１２ｃ…レンズ、１３…リード端子、２０…下板、２０ａ，２７ａ…面、２１…熱電変換素子、２２…上板、２２ａ，２３ａ…下面、２２ｂ…上面、２３，４０…ベース、２３ｅ，４０ｂ…窪み、２３ｃ，２３ｂ，２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，２３３ａ，２４ａ，２４ｂ，４０ａ…側面、２３ｄ…上面、２３１…第１の領域、２３１ｃ…露出領域、２３２…第２の領域、２３２ｃ…孔部、２３２ｄ…貫通孔、２３３…第３の領域、２３３ｃ…切り欠き、２３３ｂ…縁、２４…ＬＤキャリア、２５…ＬＤ、２５ａ，２５ｂ，３０ａ，３０ｂ…端面、２６…サーミスタ、２７…ＰＤキャリア、２８…ＰＤ、２８ａ…受光面、２９…パッド、３０…ビア、４０ｃ…溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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