(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子を搭載する第１の搭載部材と、前記半導体発光素子を駆動する駆動素子と、前記駆動素子を搭載する第２の搭載部材と、前記半導体発光素子、前記第１の搭載部材、前記駆動素子、及び前記第２の搭載部材を収容するハウジングと、を備え、
前記第１の搭載部材は、第１の配線基板と該第１の配線基板を搭載する金属製の第１のキャリアとを有し、前記半導体発光素子は該第１の配線基板上に搭載され該第１の配線基板に形成された配線を通して前記駆動素子と電気的に接続されており、
前記半導体発光素子が搭載された前記第１の搭載部材と前記駆動素子が搭載された前記第２の搭載部材とは、前記ハウジング内において前記半導体発光素子と前記駆動素子との距離が４ｍｍ以下となるように所定間隙を隔てて隣接して収容されている発光モジュール。
【請求項２】
前記ハウジングは前記第１及び第２の搭載部材を搭載する搭載面を有し、
前記半導体発光素子が搭載された前記第１の搭載部材は、ペルチェ素子を介して前記ハウジングの前記搭載面上に搭載されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記半導体発光素子は光出射面及び光反射面を有し、
前記駆動素子が搭載された前記第２の搭載部材は、前記半導体発光素子の前記光反射面と対面する側に収容されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記第２の搭載部材は、第２の配線基板と該第２の配線基板を搭載する金属製の第２のキャリアとを有し、前記駆動素子は該第２のキャリア上に搭載されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記第１の搭載部材上には、前記半導体発光素子をモニターするモニター用受光素子が搭載されている請求項１に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光モジュールは、一般に半導体レーザなどの半導体発光素子と、この半導体発光素子を収容するハウジングとを備えている。ハウジングは、複数のリード端子を備え、半導体発光素子はこれらのリード端子を介して駆動信号を受ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、１０Ｇｂｐｓ以上の伝送速度を達成できる発光モジュールを研究している。そして発明者は、１０Ｇｂｐｓ程度の伝送速度を達成するためには、駆動素子それ自体の動作速度が重要であるのみならず、駆動素子からの高速な変調信号を半導体発光素子に劣化させることなく伝えることが重要であることを見出した。この知見に基づき、発明者は半導体発光素子のみならず駆動素子をもパッケージ内に収容し、これら半導体発光素子と駆動素子とを同一の基板上に実装して、両者を近接して配置することを考えた。
【０００４】
しかしながら、半導体発光素子と駆動素子とを同一の基板上に実装した場合、半導体発光素子を駆動する駆動素子は消費電力が１Ｗ程度あるため、駆動素子の発熱により半導体発光素子の温度が１０℃以上上昇してしまう。このように、半導体発光素子の温度が大きく変化すると、半導体発光素子のパワーや発振波長が変化するため、発光モジュールの出射特性が不安定になるという問題があった。
【０００５】
これに対し、半導体発光素子の温度を安定化させるため、半導体発光素子の実装された基板をペルチェ素子上に搭載することが考えられる。しかしながら、駆動素子と半導体発光素子とを同一の基板上に実装する場合、ペルチェ素子は駆動素子と半導体発光素子の双方の発熱を吸熱し、温度コントロールする必要がある。そのためには、ペルチェ素子には１．５〜２W程度の吸熱能力のある大型のペルチェモジュールが必要となり、発光モジュールの大型化を招いてしまうという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、伝送速度の高速化と出射特性の安定化を図ることが可能な小型の発光モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光モジュールは、半導体発光素子と、第１の搭載部材と、駆動素子と、第２の搭載部材と、ハウジングとを備える。第１の搭載部材は、半導体発光素子を搭載する。駆動素子は、半導体発光素子を駆動する。第２の搭載部材は、駆動素子を搭載する。ハウジングは、半導体発光素子、第１の搭載部材、駆動素子、及び第２の搭載部材を収容する。第１の搭載部材は、第１の配線基板と第１の配線基板を搭載する金属製の第１のキャリアとを有し、半導体発光素子は第１の配線基板上に搭載され第１の配線基板に形成された配線を通して駆動素子と電気的に接続されている。半導体発光素子が搭載された第１の搭載部材と駆動素子が搭載された第２の搭載部材とは、ハウジング内において半導体発光素子と駆動素子との距離が４ｍｍ以下となるように所定間隙を隔てて隣接して収容されている。
【０００８】
この発光モジュールでは、ハウジング内に半導体発光素子と駆動素子とを隣接して収容しているため、駆動素子からの高速な変調信号をほとんど劣化させることなく半導体発光素子に伝えることができ、発光モジュールの伝送速度の高速化を図ることができる。また、半導体発光素子が搭載された第１の搭載部材と駆動素子が搭載された第２の搭載部材とは所定間隙を隔ててハウジング内に収容されているため、駆動素子から発せられた熱の半導体発光素子への伝達を抑制することができ、発光モジュールの出射特性の安定化を図ることができる。また、半導体発光素子と駆動素子の双方を温度制御するために大型のペルチェモジュールを必要とすることもなく、発光モジュールの大型化を抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る発光モジュールでは、ハウジングは第１及び第２の搭載部材を搭載する搭載面を有し、半導体発光素子が搭載された第１の搭載部材は、ペルチェ素子を介してハウジングの搭載面上に搭載されていてもよい。このようにすれば、半導体発光素子は第１の搭載部材を介してペルチェ素子により温度制御することができ、発光モジュールの出射特性の安定化をより一層図ることができる。
【００１０】
また本発明に係る発光モジュールでは、半導体発光素子は光出射面及び光反射面を有し、駆動素子が搭載された第２の搭載部材は、半導体発光素子の光反射面と対面する側に収容されていてもよい。このようにすれば、駆動素子が搭載された第２の搭載部材が、半導体発光素子の光出射面から出射される光の進行を妨げるおそれが低減される。
【００１１】
また本発明に係る発光モジュールでは、第１の搭載部材は、第１の配線基板と第１の配線基板を搭載する金属製の第１のキャリアとを有し、半導体発光素子は第１の配線基板上に搭載され第１の配線基板に形成された配線を通して駆動素子と電気的に接続されている。従って、第１の配線基板が有する配線を通して駆動素子から送られてくる信号に基づいて、半導体発光素子を動作させることができる。このとき、半導体発光素子から発せられた熱は、第１の配線基板を通して第１のキャリアに伝えられ、放熱される。
【００１２】
また本発明に係る発光モジュールでは、第２の搭載部材は、第２の配線基板と第２の配線基板を搭載する金属製の第２のキャリアとを有し、駆動素子は第２のキャリア上に搭載されていてもよい。このようにすれば、第２の配線基板が有する配線を通して外部から送られてくる信号に基づいて、駆動素子を動作させることができる。このとき、駆動素子から発せられた熱は直接第２のキャリアに伝えられ、放熱される。
【００１３】
また本発明に係る発光モジュールでは、第１の搭載部材上には、半導体発光素子をモニターするモニター用受光素子が搭載されていてもよい。このようにすれば、モニター用受光素子により半導体発光素子の出射状態をモニターし、これに基づいて半導体発光素子を制御することで、半導体発光素子の出射特性のより一層の安定化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る発光モジュールの好適な実施形態について説明する。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。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断斜視図である。また図２は、本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断側面図であり、図３は、本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断平面図である。
【００１６】
図１〜図３に示すように、発光モジュール１０は、半導体発光素子１２と、半導体発光素子１２を搭載する第１の搭載部材１４と、半導体駆動素子１６と、半導体駆動素子１６を搭載する第２の搭載部材１８と、これらを収容するハウジング２０とを備えている。
【００１７】
ハウジング２０は、いわゆるバタフライ型のパッケージであり、所定軸Ｘに沿って伸びる一対の側壁部２０ａと、所定軸Ｘに交差する前壁部２０ｂおよび後壁部２０ｃとを有する。側壁部２０ａの各々には複数のリード端子２０ｄが設けられ、および後壁部２０ｃには複数のリード端子２０ｅが設けられている。またハウジング２０は、所定軸Ｘに沿って伸びる底壁部２０ｆと上壁部とを有する。なお説明の便宜上、図１〜図３のいずれにも上壁部は図示していない。ハウジング２０の底壁部２０ｆは、熱伝導性の良いＣｕＷといった金属から構成されている。また、ハウジング２０の側壁部２０ａ、前壁部２０ｂ、後壁部２０ｃ、及び上壁部は、コバールといった金属から構成されている。
【００１８】
ハウジング２０の底壁部２０ｆの上面（搭載面）には、前壁部２０ｂ側にペルチェ素子２２が搭載されている。ペルチェ素子２２は、リード端子２０ｄと電気的に接続されており、リード端子２０ｄを介して電流を供給することで、発熱あるいは吸熱作用を奏し得る。このペルチェ素子２０上に、Ｌキャリア２４が搭載されている。Ｌキャリア２４は、熱導電性に優れた材料、例えばＣｕＷから構成されている。Ｌキャリア２４は、搭載部２４ａと、レンズ支持部２４ｂとを有する。レンズ支持部２４ｂは、第１のレンズ保持部材２６を支持している。第１のレンズ保持部材２６は、図示しない第１のレンズを保持している。
【００１９】
Ｌキャリア２４の搭載部２４ａ上には、第１の搭載部材１４が搭載されている。第１の搭載部材１４は、第１のキャリア２８とこの第１のキャリア２８上に搭載された第１の配線基板３０とを含んでいる。第１のキャリア２８は、ＣｕＷといった熱伝導性に優れた材料から構成されている。第１の配線基板３０は、ＡｌＮいった電気絶縁材料から構成されている。
【００２０】
半導体発光素子１２は、第１の配線基板３０上に搭載されている。半導体発光素子１２は、第１の配線基板３０に形成された配線を通して半導体駆動素子１６から送られてくる変調信号に基づいて、変調された光を発生する。半導体発光素子１２としては、例えば半導体レーザ素子を用いることができる。半導体発光素子１２は、第１の配線基板３０、第１のキャリア２８、及びＬキャリア２４を介してペルチェ素子２２により温度制御される。この半導体発光素子１２は、互いに対向する光出射面と光反射面とを有する。半導体発光素子１２の光出射面は、Ｌキャリア２４に支持された第１のレンズ支持部材２６が保持する第１のレンズ（図示しない）と対面している。
【００２１】
モニタ用受光素子３２は、第１の配線基板３０上に搭載されホルダ３４の側面に保持されている。このモニタ用受光素子３２は、受光面が半導体発光素子１２の光反射面と光学的に結合されている。そして、モニタ用受光素子３２は、半導体発光素子１２の光反射面から出射された背面光を受光し、半導体発光素子１２の発光状態をモニタする。モニタ用受光素子３２としては、光を電流に変換することができる素子、例えばフォトダイオードを用いることができる。
【００２２】
ハウジング２０の底壁部２０ｆの上面（搭載面）には、後壁部２０ｃ側に突起部３６が設けられている。この突起部３６も、底壁部２０ｆと同じ熱伝導性の良いＣｕＷといった金属から構成されている。この突起部３６上に、第２の搭載部材１８が直接搭載されている。第２の搭載部材１８は、第２のキャリア３８と第２の配線基板４０とを含んでいる。第２のキャリア３８は、ＣｕＷといった熱伝導性に優れた材料から構成されている。第２の配線基板４０は、ＡｌＮいった絶縁材料から構成されている。第２の配線基板４０は、第２のキャリア３８上に搭載されており、一部が切り欠かれて切り欠き部４０ａが設けられている。そして、半導体駆動素子１６は、第２のキャリア３８上であって第２の配線基板４０の切り欠き部４０ａが形成されている部位に直接搭載されている。これにより、半導体駆動素子１６の上面と第２の配線基板４０の上面とがほぼ同じ高さに設定され、ワイヤボンディングの際に配線長さが短くなるようになっている。
【００２３】
半導体駆動素子１６は、リード端子２０ｅを介して受けた変調信号を受ける。変調信号は、半導体発光素子１２を変調するための信号である。半導体駆動素子１６は、変調信号を増幅して駆動信号を生成する。駆動信号は、第２の配線基板４０に形成された配線を通して半導体発光素子１２へ提供される。
【００２４】
なお、半導体駆動素子１６を搭載した第２の搭載部材１８が、半導体発光素子１２の光反射面と対面する側に収容されていることで、半導体発光素子１２の光出射面から出射される光の進行が妨げられるおそれが低減されている。
【００２５】
これら半導体発光素子１２が搭載された第１の搭載部材１４と、半導体駆動素子１６が搭載された第２の搭載部材１８とは、互いに接触することなく所定間隙を隔ててハウジング２０の底壁部２０ｆ上に搭載されている。発明者の実験によれば、高速伝送を達成するためには、半導体駆動素子１６と半導体発光素子１２との距離が短いと有利であること分かっている。この距離は任意に設定することができ、１０Ｇｂｐｓといった伝送速度を達成するためには４ｍｍ以下であると好ましい。そして、駆動信号のインピーダンス整合を取るのが困難となるワイヤボンディングの長さは、高速な変調信号による光モジュールにおいては短く設けることが好適であり、本実施形態に係る発光モジュール１０では、第１の搭載部材１４と第２の搭載部材１８との間隔は０．１ｍｍとなるように設けられており、ワイヤボンディングの長さを短くするようなされている。
【００２６】
なお、第１の配線基板３０と第２の配線基板４０との間にはワイヤボンディングが施されており、これにより半導体駆動素子１６と半導体発光素子１２とが電気的に接続されている。このとき、第１の配線基板３０と第２の配線基板４０とは同一の高さに設定されているため、配線距離が短くされている。
【００２７】
またハウジング２０の底壁部２０ｆの突起部３６上には、第３の配線基板４２が搭載されている。第３の配線基板４２上には、一対の辺の一方から他方まで伸びる一対の伝送路４２ａ、４２ｂが設けられている。これらの伝送路４２ａ、４２ｂの間には、導電層が設けられている。これら導電層は、接地電位線に接続されている。伝送路４２ａ、４２ｂの一端は、半導体駆動素子１６とワイヤボンディングにより接続されている。伝送路４２ａ、４２ｂの他端は、リード端子２０ｅと接続されている。
【００２８】
ハウジング２０の前壁部２０ｂは、Ｌキャリア２４のレンズ支持部２４ｂと対面している。前壁部２４ｂには、半導体発光素子１２から出射された光が通過する孔２０ｇが設けられている。図１に示すように、孔２０ｇには保持部材４４が配置されており、保持部材４４はハーメチックガラス４６を保持している。ハウジング２０の前壁部２０ｂの外面には、保持部材４４に合わせて第２のレンズ保持部材４８の一端が配置されている。第２のレンズ保持部材４８は、集光レンズといった第２のレンズ５０を保持している。第２のレンズ保持部材４８の他端には、フェルールホルダ５２が配置されている。フェルールホルダ５２はフェルール５４を収容するための孔を有する。フェルール５４には、光ファイバ５６の一端部を保護するように、光ファイバ５６が挿入されている。光ファイバ５６は、フェルール５４およびフェルールホルダ５２を介して第２のレンズ５０に位置合わせされている。これにより、光ファイバ５６の一端部に半導体発光素子１２からの光が入力される。
【００２９】
保護部材５８は、保持部材４４、第２のレンズ保持部材４８、フェルールホルダ５２およびフェルール５４を覆っている。保護部材５８としては、ゴム製キャップを用いることができる。光ファイバ５６は、保護部材５８を通してハウジング２０の外へ取り出される。光ファイバ５６の他端部には、光コネクタといった光学的結合デバイス６０が設けられている。光学的結合デバイス６０は、光ファイバ５６を伝搬してきた半導体発光素子１２からの光を提供する。本実施形態では、光学的結合デバイス６０は、光ファイバ５６の他端部に設けられたフェルールを含むことができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る発光モジュール１０の作用及び効果について説明する。
【００３１】
本実施形態に係る発光モジュール１０において、リード端子２０ｅを介して半導体発光素子１６を変調するため変調信号が半導体駆動素子１６に入力されると、半導体駆動素子１６は変調信号を増幅して駆動信号を生成する。駆動信号は、第２の配線基板４０に形成された配線、ボンディングワイヤ、及び第１の配線基板３０に形成された配線を通して半導体発光素子１２へ提供される。
【００３２】
半導体発光素子１２は、半導体駆動素子１６から送られてきた駆動信号に基づいて、光出射面から所定波長の光を所定のパワーで出射する。半導体発光素子１２の光出射面から出射された光は、第１のレンズ保持部材２６が保持する図示しない第１のレンズによりコリメートされる。第１のレンズによりコリメートされた光は、ハーメチックガラス４６を透過し、第２のレンズ５０に到達する。第２のレンズ５０に到達した光はここで集光され、フェルール５４に挿入された光ファイバ５６の一端部に入射される。光ファイバ５６に入射した光は光ファイバ５６内を伝搬し、他端部に設けられた光学的結合デバイス６０に到る。
【００３３】
モニタ用受光素子３２は、半導体発光素子１２の光反射面から出射される背面光を受光してモニタする。そして、モニタ用受光素子３２によるモニタの結果をフィードバックすることにより、半導体発光素子１２から出射される光の安定化が図られる。
【００３４】
かかる発光モジュール１０の動作状態において、半導体駆動素子１６及び半導体発光素子１２は発熱する。半導体駆動素子１６は第２の搭載部材１８の第２のキャリア３８上に直接搭載されているため、半導体駆動素子１６から発せられた熱は、第２のキャリア３８を伝搬してハウジング２０の底壁部２０ｆに到り、放熱される。このように、半導体駆動素子１６を第２のキャリア３８上に直接搭載することで、放熱特性が向上されている。一方、半導体発光素子１２から発せられた熱は、第１の配線基板３０、第１のキャリア２８及びＬキャリア２４を伝搬してペルチェ素子２２に吸熱される。このとき、半導体発光素子１２が搭載された第１の搭載部材１４と半導体駆動素子１６が搭載された第２の搭載部材１８との間には所定間隙が設けられているため、半導体駆動素子１６から発せられた熱が、第１及び第２の配線基板３０，４０同士、あるいは第１及び第２のキャリア２８，３８同士を通して直接半導体発光素子１２に伝達されることはない。
【００３５】
以上、本実施形態に係る発光モジュール１０では、ハウジング２０内に半導体発光素子１２と半導体駆動素子１６とを隣接して収容しているため、半導体駆動素子１６からの高速な変調信号をほとんど劣化させることなく半導体発光素子１２に伝えることができ、発光モジュール１０の伝送速度の高速化を図ることができる。
【００３６】
このとき、本実施形態に係る発光モジュール１０では、半導体発光素子１２が搭載された第１の搭載部材１４と半導体駆動素子１６が搭載された第２の搭載部材１８とは所定間隙を隔ててハウジング２０内に収容されているため、半導体駆動素子１６から発せられた熱の半導体発光素子１２への伝達を抑制することができる。これにより、半導体発光素子１２の過度の温度上昇を抑制することが可能となり、発光モジュール１０の出射特性の安定化を図ることが可能となる。特に、半導体発光素子１２はペルチェ素子２２を介してハウジング２０の底壁部２０ｆ上に搭載されているため、半導体発光素子１２の温度制御が容易になり、もって発光モジュール１０の出射特性の安定化をより一層図ることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態に係る発光モジュール１０では、半導体発光素子１２が搭載された第１の搭載部材１４と半導体駆動素子１６が搭載された第２の搭載部材１８とを所定間隙を隔ててハウジング２０内に収容する構成であるため、半導体発光素子１２と半導体駆動素子１６の双方を温度制御するために大型のペルチェモジュールを必要とすることもなく、発光モジュール１０の大型化を抑制することが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は上記した実施形態にかかわらず、種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、上記した実施形態に係る発光モジュール１０において、第２の搭載部材１８とハウジング２０の底壁部２０ｆとの間にも新たなペルチェ素子を設けてもよい。
【００４０】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、本発明の範囲に含まれるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る発光モジュールでは、ハウジング内に半導体発光素子と駆動素子とを隣接して収容しているため、駆動素子からの高速な変調信号をほとんど劣化させることなく半導体発光素子に伝えることができ、発光モジュールの伝送速度の高速化を図ることができる。また、半導体発光素子が搭載された第１の搭載部材と駆動素子が搭載された第２の搭載部材とは所定間隙を隔ててハウジング内に収容されているため、駆動素子から発せられた熱の半導体発光素子への伝達を抑制することができ、発光モジュールの出射特性の安定化を図ることができる。また、半導体発光素子と駆動素子の双方を温度制御するために大型のペルチェモジュールを必要とすることもなく、発光モジュールの大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断斜視図である。
【図２】本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断側面図である。
【図３】本実施形態に係る発光モジュールを示す一部破断平面図である。
【符号の説明】
１０…発光モジュール、１２…半導体発光素子、１４…第１の搭載部材、１６…半導体駆動素子、１８…第２の搭載部材、２０…ハウジング、２２…ペルチェ素子、２８…第１のキャリア、３０…第１の配線基板、３２…モニター用受光素子、３８…第２のキャリア、４０…第２の配線基板、Ｘ…所定軸。
【図１】
0003770115.tif 000002
【図２】
0003770115.tif 000003
【図３】
0003770115.tif 000004