(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を搭載するベースと、
前記ベース上の前記半導体レーザ素子近傍に配置され、前記半導体レーザ素子の温度を検出する温度センサと、
前記ベース及び前記温度センサを収容するパッケージと、
を備え、前記温度センサが検出した温度をもとに前記半導体レーザ素子を温度調整手段によって所定温度に調整しつつ駆動する半導体レーザモジュールであって、
前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面と前記温度センサとの間における前記パッケージ内の封止気体を介した熱の伝導を遮断する遮断部を前記温度センサと前記パッケージとの間の前記ベースに設けたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記遮断部は、前記半導体レーザ素子の電気回路を構成する回路部品、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光をモニタする受光部品、或いは前記レーザ光を前記パッケージ外へ導出する光学系を構成する光学部品の少なくとも一つを含む、前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側の前記ベースに搭載される構造部品であ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。
【請求項３】
前記遮断部は、前記温度センサよりも高く、前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側の前記ベースに形成される遮断壁を含む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。
【請求項４】
前記遮断部は、前記ベースに設けた前記温度センサを配置する凹部によって前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側に形成される壁を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、信号用光源として用いる半導体レーザモジュールは、環境温度の変化による発振波長の変動を抑えて発振波長を安定させるため、半導体レーザ素子の近傍にサーミスタ等の温度センサを配置し、温度センサが検出した温度に基づいてペルチェ素子等の温度調整手段の作動を制御することにより前記半導体レーザ素子を所定温度に調整している。特に、波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送の信号光源として使用される分布帰還型の半導体レーザモジュールは、環境温度の変化に対する発振波長の変動を抑えるため、ヒートシンク及びサーミスタ基板の材料、面積、厚さを選択することによって半導体レーザ素子の温度と温度センサの温度とを一致させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４４５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、半導体レーザモジュールは、パッケージを従来の１／４の大きさに小型化することが推進されており、一辺が５ｍｍ程度の小型なパッケージが開発されている。このような半導体レーザモジュールの一例を図９及び図１０に示す。半導体レーザモジュール１は、図９及び図１０に示すように、本体２ａと蓋２ｂを有し、窒素ガスが充填されるパッケージ２内に温度調整手段、例えば、ペルチェ素子３を介して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のベース４が設けられ、本体２ａの外部には複数のリード２ｃが設けられている。ベース４は、中央に配置した窒化アルミニウムからなるサブマウント５を介して半導体レーザ素子６が搭載され、半導体レーザ素子６近傍の側壁２ｄ側には半導体レーザ素子６の温度をモニタするサーミスタ等の温度センサ７が設けられている。また、ベース４は、半導体レーザ素子６の近傍にキャリア１１を介してフォトダイオード１２が搭載されている。ペルチェ素子３は、温度センサ７からの信号をもとに、ベース４を介してベース４に搭載した半導体レーザ素子６の温度を調整する。また、パッケージ２は、内部に半導体レーザ素子６の電気回路の一部を構成するチップインダクタ８が設けられ、レーザ光出射側の側壁２ｅにはレンズ９ａを保持したレンズホルダ９が取り付けられている。
【０００５】
半導体レーザモジュール１は、図１０に示すように、パッケージ２の幅Ｗ＝４ｍｍ、高さＨt＝５ｍｍであり、パッケージ２の体積が従来の１／４以下と小型なことから、温度センサ７と最も近い側壁２ｄとの距離Ｌ1が０．５ｍｍしかなく、温度センサ７と側壁２ｄとの間が従来の大型のパッケージに比べ非常に接近している。このとき、熱は、一般に、伝導距離に対して指数関数的に減衰するが、半導体レーザモジュール１は、温度センサ７と最も近い側壁２ｄとの距離Ｌ1が非常に接近し、この間に窒素ガスが存在している。このため、半導体レーザモジュール１は、温度センサ７に最も近い側壁２ｄと温度センサ７との間で熱が窒素ガスを介して伝導し易く、環境温度の影響を直接受け易い。例えば、半導体レーザモジュール１は、高温環境に配置すると、パッケージ２外部の熱Ｈが点線で示すように窒素ガスを介して温度センサ７に伝導するため、半導体レーザ素子６の温度を正確にモニタすることが難しい。従って、パッケージ内外の温度差が大きい環境で半導体レーザモジュール１を使用すると、温度センサ７が検出する温度が半導体レーザ素子６の温度よりも高め或いは低めとなり、このような温度に基づいて半導体レーザ素子６の温度が調整される結果、発振波長が変動してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、小型なパッケージであっても温度センサが環境温度の影響を受け難く、半導体レーザ素子の発振波長の温度依存性を小さく抑えることが可能な半導体レーザ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を搭載するベースと、前記ベース上の前記半導体レーザ素子近傍に配置され、前記半導体レーザ素子の温度を検出する温度センサと、前記ベース及び前記温度センサを収容するパッケージと、を備え、前記温度センサが検出した温度をもとに前記半導体レーザ素子を温度調整手段によって所定温度に調整しつつ駆動する半導体レーザモジュールであって、前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面と前記温度センサとの間における前記パッケージ内の封止気体を介した熱の伝導を遮断する遮断部を前記温度センサと前記パッケージとの間の前記ベースに設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記遮断部は、前記半導体レーザ素子の電気回路を構成する回路部品、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光をモニタする受光部品、或いは前記レーザ光を前記パッケージ外へ導出する光学系を構成する光学部品の少なくとも一つを含む、前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側の前記ベースに搭載される構造部品であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記前記遮断部は、前記温度センサよりも高く、前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側の前記ベースに形成される遮断壁を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記遮断部は、前記ベースに設けた前記温度センサを配置する凹部によって前記温度センサに最も近い前記パッケージ壁面側に形成される壁を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる半導体レーザモジュールは、温度センサに最も近いパッケージ壁面と前記温度センサとの間における前記パッケージ内の封止気体を介した熱の伝導を遮断する遮断部を前記温度センサと前記パッケージとの間の前記ベースに設けたので、小型なパッケージであっても温度センサが環境温度の影響を受け難く、半導体レーザ素子の発振波長の温度依存性を小さく抑えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態１を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。図２は、パッケージに蓋を取り付けた図１に示す半導体レーザモジュールのＣ1−Ｃ1線に沿った断面図である。ここで、以下に説明する本発明の各実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいては、図９，図１０に示す従来の半導体レーザモジュールと同一の構成部品に同一の符号を付して説明する。
【００１３】
半導体レーザモジュール１０は、図１及び図２に示すように、ベース４の中央にサブマウント５を介して半導体レーザ素子６が搭載され、側壁２ｄ側にはチップインダクタ８が搭載されている。また、ベース４は、レーザ光の出射方向から見てサブマウント５後部側にキャリア１１を介してフォトダイオード１２が搭載され、半導体レーザ素子６，チップインダクタ８及びキャリア１１に囲まれた部分に温度センサ７が配置されている。このとき、半導体レーザモジュール１０は、図２に示すように、パッケージ２の幅Ｗ＝４ｍｍ以下、高さＨt＝５ｍｍ以下、温度センサ７と最も近い側壁２ｄとチップインダクタ８との距離Ｌ2を０．５ｍｍとし、チップインダクタ８は、温度センサ７よりも高さを高く設定した。
【００１４】
半導体レーザモジュール１０は、温度センサ７と最も近い側壁２ｄと温度センサ７との間にチップインダクタ８を配置したので、パッケージ２に封止された窒素ガスを介した側壁２ｄから温度センサ７への熱Ｈの伝導がチップインダクタ８によって遮断されるうえ、チップインダクタ８に伝導した熱Ｈは、ペルチェ素子３に冷却されているベース４へ流れるので、温度センサ７と半導体レーザ素子６との間の温度勾配が小さく抑えられる。このため、パッケージ内外の温度差が大きい環境で半導体レーザモジュール１０を使用しても、温度センサ７は、環境温度の影響を殆ど受けることがなく、半導体レーザ素子６の温度を正確にモニタすることができる。従って、半導体レーザモジュール１０は、パッケージ２が小型であっても温度センサ７が環境温度の影響を受け難く、半導体レーザ素子６の発振波長の温度依存性を小さく抑えることができる。
【００１５】
ここで、半導体レーザモジュール１０において、温度センサ７で検出される温度が４５℃となるようにペルチェ素子３を制御しながら環境温度が２０℃，４０℃，６０℃，８０℃の下で動作電流Ｉop＝３０ｍＡで半導体レーザ素子６を駆動し、環境温度（℃）と発振波長λ（ｎｍ）との関係を測定したところ、図３に直線Ａで示す結果が得られた。図３の直線Ａから半導体レーザモジュール１０における２０〜８０℃の環境温度に関する発振波長の温度依存性Δλ／ΔＴを算出したところ、Δλ／ΔＴ＝−０．３８ｐｍ／℃であった。
【００１６】
一方、パッケージ２の寸法が同一であり、遮断部のない図９及び図１０に示す従来の半導体レーザモジュール１を用い、同一の駆動条件の下で環境温度（℃）と発振波長λ（ｎｍ）との関係を測定したところ、図３に直線Ｂで示す結果が得られた。図３の直線Ｂから半導体レーザモジュール１について同様にして発振波長の温度依存性Δλ／ΔＴを算出したところ、Δλ／ΔＴ＝−０．９ｐｍ／℃であった。このとき、遮断部のない半導体レーザモジュール１は、ベース４上における温度センサ７の配置を種々変更したが、遮断部がないことから、温度センサ７をどこに配置しても、熱が窒素ガスを伝導媒体として伝導し、発振波長の温度依存性が向上することはなかった。
【００１７】
従って、半導体レーザモジュール１０は、パッケージ２に封止された窒素ガスを介して側壁２ｄから温度センサ７へ伝わる熱Ｈの伝導を遮断する遮断部となるチップインダクタ８を温度センサ７とパッケージ２との間のベース４に設けたことにより、パッケージ２の寸法が同一である半導体レーザモジュール１に比べて発振波長の温度依存性が大幅に改善され、温度依存性が小さく抑えられることが分かった。
【００１８】
（実施の形態２）
次に、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態２について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の半導体レーザモジュールは、遮断部として半導体レーザ素子６の電気回路の一部を構成する回路部品であるチップインダクタ８を使用したが、実施の形態２の半導体レーザモジュールは、更にレーザ光をパッケージ２の外へ導出する光学系を構成する光学部品を使用している。図４は、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態２を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【００１９】
半導体レーザモジュール１５は、図４に示すように、ベース４にサブマウント５を介して搭載される半導体レーザ素子６、側壁２ｄ側に搭載されるチップインダクタ８、キャリア１１を介して搭載されるフォトダイオード１２に加えて、半導体レーザ素子６とレンズホルダ９との間にレンズ１６ａを保持したレンズホルダ１６が設置され、半導体レーザ素子６，チップインダクタ８，キャリア１１及びレンズホルダ１６に囲まれた部分に温度センサ７が配置されている。レンズホルダ１６は、レンズホルダ９側から窒素ガスを介して温度センサ７へ伝導する熱を遮断する。
【００２０】
半導体レーザモジュール１５は、パッケージ２に封止された窒素ガスを介して側壁２ｄから温度センサ７へ伝わる熱の伝導をチップインダクタ８によって遮断する他、図４に点線で示すように、レンズホルダ９側から温度センサ７へ伝わる熱の伝導を光学部品であるレンズ１６ａによって遮断する。このため、半導体レーザモジュール１５は、実施の形態１の半導体レーザモジュール１０に比べて温度センサ７が環境温度の影響を受け難くなるので、半導体レーザ素子６の発振波長の温度依存性を従来の半導体レーザモジュール１よりも小さく抑えることができる。
【００２１】
（実施の形態３）
次に、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態３について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の半導体レーザモジュールは、遮断部として半導体レーザ素子６の電気回路の一部を構成する回路部品であるチップインダクタ８を使用したが、実施の形態３の半導体レーザモジュールは、遮断部としてベースに設けた遮断壁を使用している。図５は、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態３を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。図６は、パッケージに蓋を取り付けた図５に示す半導体レーザモジュールのＣ2−Ｃ2線に沿った断面図である。
【００２２】
半導体レーザモジュール２０は、図５及び図６に示すように、ベース４にサブマウント５を介して搭載される半導体レーザ素子６、キャリア１１を介して搭載されるフォトダイオード１２に加えて、温度センサ７の側壁２ｄ側及びレンズホルダ９側に配置される遮断壁４ａがベース４に一体に形成され、遮断壁４ａ，半導体レーザ素子６及びキャリア１１に囲まれた部分に温度センサ７が配置されている。レンズホルダ１６は、レンズホルダ９側から窒素ガスを介して温度センサ７へ伝導する熱を遮断する。遮断壁４ａは、温度センサ７の高さとパッケージ２の蓋２ｂとの間の高さを有し、側壁２ｄ及びレンズホルダ９側から窒素ガスを介して温度センサ７へ伝導する熱を遮断する。
【００２３】
半導体レーザモジュール２０は、パッケージ２に封止された窒素ガスを介して側壁２ｄから温度センサ７へ伝わる熱Ｈ（図６参照）の他、図５に点線で示すように、レンズホルダ９側から温度センサ７へ伝わる熱の伝導を遮断壁４ａによって遮断する。このため、半導体レーザモジュール２０は、実施の形態２の半導体レーザモジュール１５と同様に、温度センサ７が環境温度の影響を受け難くなるので、半導体レーザ素子６の発振波長の温度依存性を従来の半導体レーザモジュール１よりも小さく抑えることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態３では、遮断壁４ａを図５に示すように側壁２ｄ側及びレンズホルダ９側に配置されるＬ字型のものとした。しかし、実施の形態１（図１参照）において、構造部品（チップインダクタ８）を側壁２ｄ側にのみ設けた場合に、本発明の効果が得られていることからみて、温度センサ７に最も近い側壁２ｄ側にのみ遮断壁４ａを設けてもよいことは明らかである。
【００２５】
（実施の形態４）
次に、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態４について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態１の半導体レーザモジュールは、遮断部として半導体レーザ素子６の電気回路の一部を構成する回路部品であるチップインダクタ８を使用したが、実施の形態４の半導体レーザモジュールは、遮断部としてベースに設けた凹部によって形成される壁を使用している。図７は、本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態４を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。図８は、パッケージに蓋を取り付けた図７に示す半導体レーザモジュールのＣ3−Ｃ3線に沿った断面図である。
【００２６】
半導体レーザモジュール２５は、図７及び図８に示すように、ベース４にサブマウント５を介して搭載される半導体レーザ素子６、キャリア１１を介して搭載されるフォトダイオード１２に加えて、温度センサ７に最も近い壁面２ｄ側に温度センサ７を配置する凹部４ｂが形成されている。凹部４ｂは、図８に示すように、温度センサ７の高さよりも深く形成され、温度センサ７に最も近い壁面２ｄ側に形成される壁４ｃが、側壁２ｄから窒素ガスを介して温度センサ７へ伝導する熱Ｈを遮断する。
【００２７】
半導体レーザモジュール２５は、ベース４の凹部４ｂに温度センサ７を配置することにより、パッケージ２に封止された窒素ガスを介して側壁２ｄから温度センサ７へ伝わる熱の伝導を凹部４ｂの壁４ｃによって遮断する他、レンズホルダ９から温度センサ７へ伝わる熱の伝導を凹部４ｂによって遮断する。このため、半導体レーザモジュール２５は、半導体レーザモジュール１５，２０と同様に、温度センサ７が環境温度の影響を受け難くなるので、半導体レーザ素子６の発振波長の温度依存性を従来の半導体レーザモジュール１よりも小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態１を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【図２】パッケージに蓋を取り付けた図１に示す半導体レーザモジュールのＣ1−Ｃ1線に沿った断面図である。
【図３】本発明の半導体レーザモジュールと従来の半導体レーザモジュールとについて測定した環境温度と発振波長との関係を示す発振波長の温度特性図である。
【図４】本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態２を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【図５】本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態３を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【図６】パッケージに蓋を取り付けた図５に示す半導体レーザモジュールのＣ2−Ｃ2線に沿った断面図である。
【図７】本発明の半導体レーザモジュールにかかる実施の形態４を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【図８】パッケージに蓋を取り付けた図７に示す半導体レーザモジュールのＣ3−Ｃ3線に沿った断面図である。
【図９】従来の半導体レーザモジュールの一例を示すもので、パッケージの蓋を外した半導体レーザモジュールの平面図である。
【図１０】パッケージに蓋を取り付けた図９に示す半導体レーザモジュールのＣ3−Ｃ3線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０              半導体レーザモジュール
２                パッケージ
２ａ              本体
２ｂ              蓋
２ｄ              側壁
３                ペルチェ素子
４                ベース
４ａ              遮断壁
４ｂ              凹部
４ｃ              壁
５                サブマウント
６                半導体レーザ素子
７                温度センサ
８                チップインダクタ
９                レンズホルダ
９ａ              レンズ
１１              キャリア
１２              フォトダイオード
１５              半導体レーザモジュール
１６              レンズホルダ
１６ａ            レンズ
２０，２５        半導体レーザモジュール
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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