(57)【要約】【課題】  レーザモジュールの出力光波形の乱れと放射ノイズを低減する。【解決手段】  レーザモジュール１００は、基体１２上に搭載されたレーザダイオード１４、フォトダイオード１６および抵抗器１８を有する。基体１２には４本のリード２１〜２４が取り付けられている。レーザダイオードおよびフォトダイオードは、第２または第３のリードにコモン接続される。フォトダイオードは、抵抗器を介してコモン接続用のリードに接続される。このため、コモン接続用のリードを通じてレーザダイオードに供給される変調電流のフォトダイオード側への漏れが抑えられる。この結果、出力光波形の乱れと放射ノイズを低減できる。【選択図】  図１
2005340517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の基体と、
前記基体上に搭載されたレーザダイオードと、
前記レーザダイオードから発するレーザ光を検出するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに直列に接続された抵抗器と、
前記基体から延びる第１〜第４のリードと、
を備えるレーザモジュールであって、
前記第１のリードは前記基体に電気的に接続され、前記第２〜第４のリードは前記基体と電気的に絶縁されており、
前記レーザダイオードは、前記第２および第３のリードにそれぞれ接続されたアノードおよびカソードを有しており、
前記フォトダイオードは、アノードおよびカソードを有しており、その一方は前記第４のリードに接続され、他方は前記抵抗器を介して前記第２または第３のリードに接続されている、
レーザモジュール。
【請求項２】
前記基体上に設置され、前記フォトダイオードを搭載するマウント部品をさらに備え、
前記抵抗器は、前記マウント部品上に設けられた薄膜抵抗器である、
請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記抵抗器は、前記フォトダイオードとモノリシックに形成されている、請求項１に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザダイオードとフォトダイオードを搭載したレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、金属ステム上にレーザダイオードが搭載されたレーザモジュールが公開されている。このレーザモジュールには全部で４本のリードが取り付けられている。１本のリードは金属ステムに電気的に接続されており、残りの３本は金属ステムと電気的に絶縁されている。金属ステムをレーザダイオードおよびフォトダイオードと絶縁する場合、３本のリードにフォトダイオードのアノードとカソードおよびレーザダイオードのアノードとカソードの４つの端子を接続することになる。このため、モニタ用フォトダイオードのカソードまたはアノードのどちらか一方の端子と、レーザダイオードのカソードまたはアノードのどちらか一方の端子が必ずコモン接続される。
【特許文献１】特開平７−５８４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のレーザモジュールを差動方式で駆動する場合、出力光の波形が乱れるとともに、放射ノイズが発生する。これは、レーザダイオードおよびフォトダイオードがコモン接続されたリードを流れる変調電流が、フォトダイオードの寄生容量のためにフォトダイオード側に漏れることに起因する。
【０００４】
そこで、本発明は、出力光波形の乱れと放射ノイズを低減することの可能なレーザモジュールの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレーザモジュールは、導電性の基体と、基体上に搭載されたレーザダイオードと、レーザダイオードから発するレーザ光を検出するように配置されたフォトダイオードと、フォトダイオードに直列に接続された抵抗器と、基体から延びる第１〜第４のリードを備えている。第１のリードは基体に電気的に接続され、第２〜第４のリードは基体と電気的に絶縁されている。レーザダイオードは、第２および第３のリードにそれぞれ接続されたアノードおよびカソードを有している。フォトダイオードは、アノードおよびカソードを有しており、その一方は第４のリードに接続され、他方は上記の抵抗器を介して第２または第３のリードに接続されている。
【０００６】
第２または第３のリードには、レーザダイオードおよびフォトダイオードがコモン接続される。フォトダイオードは抵抗器を介してコモン接続用のリードに接続されるため、フォトダイオード側のインピーダンスが高まり、それに応じて変調電流のフォトダイオード側への漏れが抑えられる。この結果、出力光波形の乱れと放射ノイズが低減される。
【０００７】
このレーザモジュールは、フォトダイオードを搭載するマウント部品をさらに備えていてもよい。このマウント部品は基体上に設置される。抵抗器は、そのマウント部品上に設けられた薄膜抵抗器であってもよい。この場合、抵抗器の設置に必要な面積が縮小されるので、レーザモジュールの小型化が可能となる。
【０００８】
抵抗器は、フォトダイオードとモノリシックに形成されていてもよい。この場合、抵抗器の設置に必要な面積がさらに縮小されるので、レーザモジュールのいっそうの小型化が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザモジュールは、レーザダイオードに供給される変調電流のフォトダイオード側への漏れを抑え、それにより出力光波形の乱れと放射ノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態のレーザモジュール１００の構造を示す部分切欠斜視図である。レーザモジュール１００は、ＣＡＮ型または同軸型と呼ばれる構造を有している。レーザモジュール１００は、ステムベース１２上に搭載されたレーザダイオード１４およびフォトダイオード１６を有する。ステムベース１２上には、フォトダイオード１６に電気的に接続された抵抗器１８も搭載されている。
【００１２】
ステムベース１２は、平行な二つの主面１２ａおよび１２ｂを有する導電性の円板である。ステムベース１２は、通常、鉄や銅タングステンなどの金属から構成される。レーザダイオード１４、フォトダイオード１６および抵抗器１８は、主面１２ａ上に搭載されている。
【００１３】
ステムベース１２には、４本のリードピン２１〜２４が取り付けられている。リードピン２１は、ステムベース１２の主面１２ｂから延在し、ステムベース１２に電気的に接続されている。残りの３本のリードピン２２、２３および２４は、電気絶縁性の封止ガラス２５によってステムベース１２と電気的に絶縁されてステムベース１２を貫通し、その先端が主面１２ａから突き出ている。
【００１４】
ステムベース１２の主面１２ａ上には、金属製のブロック３０が搭載され、固定されている。あるいは、ブロック３０はステムベース１２と一体形成されていてもよい。このブロック３０は、主面１２ａに垂直に延びる柱状体であり、主面１２ａに垂直で、かつ平坦な側面３０ａを有する。
【００１５】
ブロック３０の側面３０ａ上には、サブマウント３２が設置されている。サブマウント３２は、レーザダイオード１４を搭載するためのマウント部品であり、レーザダイオード１４のヒートシンクとしても機能する。サブマウント３２は主に電気絶縁体から構成されているが、レーザダイオード１４が搭載される面は導電層３２ａによって覆われている。
【００１６】
レーザダイオード１４は、アノード３６およびカソード３８を有し、サブマウント３２の導電層３２ａ上に固定されている。アノード３６は、ボンディングワイヤ４０を介してリードピン２２に電気的に接続されている。カソード３８は、サブマウント３２の導電層３２ａと電気的に導通しており、ボンディングワイヤ４０を介してリードピン２３に電気的に接続されている。レーザモジュール１００の動作時には、レーザ駆動回路がリードピン２２および２３に接続され、レーザダイオード１４にバイアス電流および変調電流を供給して光信号を出力させる。
【００１７】
以下では、図２を参照しながら、フォトダイオード１６および抵抗器１８について詳細に説明する。図２は、フォトダイオード１６および抵抗器１８を示す拡大図である。
【００１８】
フォトダイオード１６は、レーザダイオード１４の出力を監視するための半導体光検出器である。フォトダイオード１６は、基板１７上に形成された受光部１６ａを有する。受光部１６ａはｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含む多層半導体である。本実施形態では受光部１６ａはメサ構造を有する。ただし、本発明で使用するフォトダイオードの受光部がメサ構造に限られるわけではない。受光部１６ａはレーザダイオード１４の後端面１４ｂと対向している。フォトダイオード１６は後端面１４ｂから出射するレーザ光を検出し、そのレーザ光のパワーに応じた検出信号を出力する。
【００１９】
フォトダイオード１６は、基板１７の上面に設けられたアノード４６と、基板１７の底面に設けられたカソード４８をさらに有する。アノード４６はボンディングワイヤ４０を介してリードピン２４に電気的に接続されている。レーザモジュール１００の動作時には、出力制御回路のモニタ端子がリードピン２４に接続される。出力制御回路は、リードピン２４を介してフォトダイオード１６から検出信号を受け取る。出力制御回路は、その検出信号に応じて、レーザダイオード１４に供給されるバイアス電流を調整し、それによりレーザモジュール１００の出力光パワーを制御する。
【００２０】
フォトダイオード１６はサブマウント３４上に設置されている。サブマウント３４は、フォトダイオード１６を搭載するためのマウント部品であり、主に電気絶縁体から構成されている。サブマウント３４のうちフォトダイオード１６が搭載される面は導電層３４ａによって覆われている。フォトダイオード１６は導電層３４ａ上に固定され、そのカソード４８は導電層３４ａと電気的に導通している。
【００２１】
抵抗器１８は、電気絶縁性の基板５０の上面に設けられた矩形状の薄膜抵抗器である。抵抗器１８は、例えば、ＮｉＣｒやＴａＮから構成される。基板５０はステムベース１２の主面１２ａ上に固定されており、ステムベース１２と電気的に絶縁されている。基板５０の上面には導電性のボンディングパッド５１および５２も設けられており、これらは抵抗器１８の両端に接触している。ボンディングパッド５１と導電層３４ａの間にはボンディングワイヤ４０が接続されている。また、ボンディングパッド５２とリードピン２３の間にもボンディングワイヤ４０が接続されている。したがって、抵抗器１８はフォトダイオード１６に直列に接続されている。
【００２２】
再び図１を参照する。ステムベース１２の主面１２ａには、レーザダイオード１４、フォトダイオード１６および抵抗器１８を覆う円筒状のキャップ２６が取り付けられている。キャップ２６は鉄やステンレスなどの金属で構成されている。キャップ２６の上壁２６ａには、レンズ２８が据え付けられている。レンズ２８は、レーザダイオード１４の前端面１４ａから発するレーザ光を集光する。こうして集光されたレーザ光が、レーザモジュール１００の出力光である。
【００２３】
図３は、レーザモジュール１００の等価回路図である。本実施形態では、レーザダイオード１４のアノード３６とフォトダイオード１６のカソード４８とが、リードピン２３にコモン接続されている。リードピン２３とフォトダイオード１６のカソード４８との間には抵抗器１８が接続されている。
【００２４】
以下では、比較例を挙げて本実施形態の利点を説明する。図４は、この比較例の等価回路図である。この比較例９０は、レーザモジュール１００から抵抗器１８を取り除いたレーザモジュールである。符号３５はフォトダイオード１６の寄生容量を表す。変調電流６０は、レーザ駆動回路からコモン接続用のリードピン２３を通ってレーザダイオード１４に供給される。変調電流６０の一部は、リードピン２３から寄生容量３５を通過し、リードピン２４に流れる。このように、比較例９０では、変調電流６０の一部がリーク電流６１としてフォトダイオード１６側へ漏れる。これは、レーザ駆動回路に対する比較例９０の周波数特性に乱れを生じさせ、それに応じて出力光の波形が乱れる。また、リーク電流６１は放射ノイズ源にもなる。さらに、リードピン２４に接続された出力制御回路のモニタ端子には、リーク電流６１に起因する誘導電圧が発生する。この誘導電圧は、フォトダイオード１６による出力モニタリングの精度を低下させる。
【００２５】
これに対し、本実施形態のレーザモジュール１００では、フォトダイオード１６が抵抗器１８を介してリードピン２３に接続されている。したがって、変調電流６０をフォトダイオード１６からアイソレートし、リーク電流６１を低減することができる。これにより、レーザ駆動回路に対するレーザモジュール１００の周波数特性の乱れが抑えられ、それに応じて出力光の波形の乱れが低減される。また、放射ノイズも低減される。さらに、リーク電流６１の低減によって、フォトダイオード１６のバイアス電圧が安定化する。リードピン２４に接続されたモニタ端子における誘導電圧が減少するので、レーザモジュール１００の出力を正確にモニタすることができる。
【００２６】
なお、抵抗器１８は５０〜３０００Ωの抵抗を有することが好ましい。抵抗が５０Ω未満だと、変調電流６０のフォトダイオード１６に対するアイソレーションが不十分になる。抵抗が３０００Ωを超えると、フォトダイオード１６の検出信号電流による電圧降下が大きくなりすぎる。
【００２７】
本発明者は、フォトダイオード１６に直列に接続した抵抗器１８による効果を確認するため、回路シミュレータを用いてレーザモジュール１００の等価回路を解析した。図５は、このシミュレーションに使用した回路を示している。この回路では、レーザダイオード１４にレーザ駆動回路６５が接続されている。
【００２８】
レーザ駆動回路６５は、入力信号７１に応じた変調電流を生成する差動回路７０と、バイアス電流を生成するバイアス電流源８０を含んでいる。差動回路７０は、コンデンサ７２を介してリードピン２２に接続された正相出力８２と、コンデンサ７３を介してリードピン２３に接続された逆相出力８３を有する。正相出力８２からは入力信号７１と同相の変調信号が出力され、逆相出力８３からは入力信号７１と逆相の変調信号が出力される。この結果、差動回路７０は正相変調信号と逆相変調信号の差に相当する変調電流をレーザダイオード１４に供給する。バイアス電流源８０は、インダクタ７９を介してリードピン２２に接続されており、レーザダイオード１４にバイアス電流を供給する。このバイアス電流には、差動回路７０からの変調電流が重畳する。その重畳電流がレーザダイオード１４に供給され、レーザダイオード１４が光信号を発する。
【００２９】
リードピン２３は、インダクタ７４を介して信号グランド７５にも接続されている。リードピン２１はケースグランド７６に接続されている。ケースグランド７６は、ステムベース１２の電位を表す。サブマウント３２上においてレーザダイオード１４のアノードおよびカソードには、ダンピング抵抗７７および７８が直列に接続されている。リードピン２４には、図示しない出力制御回路が接続される。
【００３０】
図６（ａ）は、図５の回路においてレーザダイオード１４に供給される変調電流の周波数特性を示し、図６（ｂ）は、図５の回路から抵抗器１８を取り除いたときの変調電流の周波数特性を示している。これらの図において横軸は周波数を示し、縦軸は駆動回路で生成される変調電流とレーザダイオード１４に供給される変調電流との比を示している。抵抗器１８の抵抗値は３００Ωとした。これらの図に示されるように、抵抗器を有する回路のほうが周波数特性のフラットネスが改善されている。これは、レーザモジュール１００の周波数特性の乱れが少ないことを示す。周波数特性の乱れの軽減に応じて、レーザモジュール１００の出力光波形の乱れが抑えられる。
【００３１】
図７（ａ）は、図５の回路におけるモニタ電圧Ｖｍｏｎおよびフォトダイオード１６の逆電圧Ｖｐｄの周波数依存性を示し、図７（ｂ）は図５の回路から抵抗器１８を取り除いた回路におけるモニタ電圧Ｖｍｏｎおよびフォトダイオード１６の逆電圧Ｖｐｄの周波数依存性を示している。これらの図において横軸は周波数を示し、縦軸はＶｍｏｎおよびＶｐｄの交流成分の大きさを示している。本来、ＶｍｏｎおよびＶｐｄにはＤＣ成分のみが含まれるが、変調電流がフォトダイオード１６側に漏れると、ＶｍｏｎおよびＶｐｄにＡＣ電圧ノイズが生じる。図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、抵抗器を有する回路のほうが、ＶｍｏｎおよびＶｐｄの双方においてＡＣ電圧ノイズが低減されている。したがって、レーザモジュール１００の出力を正確にモニタすることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
以下では、本発明の第２の実施形態を説明する。図８は、本実施形態のレーザモジュールにおけるフォトダイオード１６およびサブマウント３４を示す概略図である。図８に示されるように、本実施形態では、抵抗器１８ａがサブマウント３４上に設置されている。他の構成は第１実施形態のレーザモジュール１００と同様なので、重複する説明を省略する。
【００３３】
本実施形態のサブマウント３４は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃ−ＢＮなどのセラミック材料から構成されていてもよい。サブマウント３４の上面には、互いに離間した二つの導電層３４ａおよび３４ｂが設けられている。導電層３４ａはフォトダイオード１６のカソード４８に電気的に導通している。導電層３４ｂとリードピン２３の間にはボンディングワイヤ４０が接続されている。導電層３４ａおよび３４ｂの間に位置する部分３４ｃは導電層が被覆されておらず、したがって電気絶縁性である。
【００３４】
抵抗器１８ａは、絶縁部３４ｃ上に形成された矩形状の薄膜抵抗器である。抵抗器１８ａは、例えば、ＮｉＣｒやＴａＮから構成される。抵抗器１８ａの抵抗値は、５０〜３０００Ωであることが好ましい。抵抗器１８ａは、二つの導電層３４ａおよび３４ｂを電気的に接続する。したがって、抵抗器１８ａはフォトダイオード１６に直列に接続されており、フォトダイオード１６のカソード４８は抵抗器１８ａを介してリードピン２３に電気的に接続されている。
【００３５】
第１実施形態と同様に、コモン接続用のリードピン２３にフォトダイオード１６が抵抗器１８ａを介して電気的に接続されている。したがって、本実施形態のレーザモジュールも第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、抵抗器１８ａをサブマウント３４上に設けることで、抵抗器１８ａの設置に必要な面積を縮小することができる。これにより、レーザモジュール１００の小型化が可能である。また、部品点数が少なくなることから、組立て性を改善することができる。
【００３６】
（第３実施形態）以下では、本発明の第３の実施形態を説明する。図９は、本実施形態のレーザモジュールにおけるフォトダイオードを示す概略図である。本実施形態では、抵抗器１８ｂがフォトダイオード８６に内蔵されている。他の構成は第１実施形態のレーザモジュール１００と同様なので、重複する説明を省略する。
【００３７】
フォトダイオード８６は、基板１７の上面に形成されたメサ構造の受光部８６ａを有する。ただし、本発明で使用するフォトダイオードの受光部がメサ構造に限られるわけではない。受光部８６ａはｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含む多層半導体である。フォトダイオード８６は、基板１７の上面に設けられたカソード８８を有する。カソード８８は、受光部８６ａ中のｎ型層に接続されている。
【００３８】
抵抗器１８ｂは、カソード８８に接触する矩形状の薄膜抵抗器である。抵抗器１８ｂは、基板１７上においてフォトダイオード８６とモノリシックに形成されている。上記実施形態と同様に、抵抗器１８ｂは、例えばＮｉＣｒやＴａＮから構成される。また、抵抗器１８ｂは、好ましくは５０〜３０００Ωの抵抗値を有する。
【００３９】
基板１７の上面には引出電極８９も設けられている。抵抗器１８ｂの一端はカソード８８に接続され、他端は引出電極８９に接続されている。引出電極８９とリードピン２３の間にはボンディングワイヤ４０が接続されている。したがって、抵抗器１８ｂはフォトダイオード８６に直列に接続されており、カソード８８は抵抗器１８ｂを介してリードピン２３に電気的に接続されている。
【００４０】
第１実施形態と同様に、コモン接続用のリードピン２３にフォトダイオード８６が抵抗器１８ｂを介して電気的に接続されている。したがって、本実施形態のレーザモジュールも第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、抵抗器１８ｂをフォトダイオード８６とモノリシックに形成することで、抵抗器１８ｂの設置に必要な面積をいっそう縮小することができる。これにより、レーザモジュールのさらなる小型化が可能である。
【００４１】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４２】
本発明はＣＡＮ型のレーザモジュールに限られず、バタフライ型など、他のレーザモジュールに適用できる。
【００４３】
上記実施形態では、レーザダイオードのアノードとフォトダイオードのカソードが一つのリードにコモン接続されている。この代わりに、レーザダイオードのアノードとフォトダイオードのアノードが一つのリードにコモン接続されていてもよいし、あるいは、レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのアノードまたはカソードが一つのリードにコモン接続されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態のレーザモジュールを示す部分切欠斜視図である。
【図２】第１実施形態におけるフォトダイオードおよび抵抗器を示す拡大図である。
【図３】第１実施形態のレーザモジュールの等価回路図である。
【図４】比較例の等価回路図である。
【図５】レーザモジュールの特性の解析に使用される回路を示す図である。
【図６】（ａ）は、フォトダイオードに抵抗器が接続されているときの変調電流の周波数特性を示し、（ｂ）はフォトダイオードに抵抗器が接続されていないときの変調電流の周波数特性を示している。
【図７】（ａ）はフォトダイオードに抵抗器が接続されているときのモニタ電圧およびフォトダイオードの逆電圧の周波数依存性を示し、（ｂ）はフォトダイオードに抵抗器が接続されていないときのモニタ電圧およびフォトダイオードの逆電圧の周波数依存性を示している。
【図８】第２実施形態におけるフォトダイオードおよび抵抗器を示す概略図である。
【図９】第３実施形態におけるフォトダイオードおよび抵抗器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１２…ステムベース、１４…レーザダイオード、１６および８６…フォトダイオード、１６ａ…受光部、１７…基板、１８…抵抗器、２１〜２４…リードピン、２５…封止ガラス、３０…ブロック、３２…レーザダイオード用サブマウント、３４…フォトダイオード用サブマウント、３６…レーザダイオードのアノード、３８…レーザダイオードのカソード、４６…フォトダイオードのアノード、４８および８８…フォトダイオードのカソード、８９…引出電極、１００…レーザモジュール。
【図１】
2005340517.tif 000003
【図２】
2005340517.tif 000004
【図３】
2005340517.tif 000005
【図４】
2005340517.tif 000006
【図５】
2005340517.tif 000007
【図６】
2005340517.tif 000008
【図７】
2005340517.tif 000009
【図８】
2005340517.tif 000010
【図９】
2005340517.tif 000011