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WO2024018501A1 - 半導体レーザ光源装置 - Google Patents

半導体レーザ光源装置 Download PDF

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WO2024018501A1
WO2024018501A1 PCT/JP2022/027979 JP2022027979W WO2024018501A1 WO 2024018501 A1 WO2024018501 A1 WO 2024018501A1 JP 2022027979 W JP2022027979 W JP 2022027979W WO 2024018501 A1 WO2024018501 A1 WO 2024018501A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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support block
laser light
light source
source device
semiconductor laser
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/027979
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
颯太 福島
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2022567050A priority Critical patent/JP7264320B1/ja
Priority to CN202280097805.5A priority patent/CN119487713A/zh
Priority to US18/852,234 priority patent/US20250210932A1/en
Priority to PCT/JP2022/027979 priority patent/WO2024018501A1/ja
Priority to TW112122817A priority patent/TWI859936B/zh
Publication of WO2024018501A1 publication Critical patent/WO2024018501A1/ja

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    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
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    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor laser light source device.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor optical modulator having a metal stem.
  • a first support block and a temperature control module are mounted on the metal stem.
  • a first dielectric substrate is mounted on the side surface of the first support block.
  • a second support block is mounted on the temperature control module.
  • a semiconductor optical modulator is mounted on the second dielectric substrate.
  • SNS Social Networking Service
  • video sharing services etc. are becoming more popular on a global scale, and data transmission capacity is increasing at an accelerated pace.
  • Optical transceivers are required to be faster, smaller, and lower in cost in order to support faster, larger-capacity signals in limited mounting space.
  • a TO-CAN Transistor-Outlined CAN
  • the lead pin is generally sealed and fixed to the metal stem using glass. This sealing and fixing utilizes the pressure caused by the difference in the thermal expansion coefficients of each member.
  • the members constituting the semiconductor laser light source device can basically only be mounted on a metal stem.
  • the TO-CAN type semiconductor laser light source device there are many structural limitations, and it is necessary to realize high speed and low cost.
  • an EAM-LD Electroabsorption Modulator-Laser Diode
  • the oscillation wavelength or optical output of the semiconductor optical modulator changes as it generates heat.
  • a temperature control module is used to keep the temperature of the semiconductor optical modulator constant.
  • the potential of a member such as a support block mounted on the temperature control module may be higher than the reference potential.
  • the signal may propagate through the space inside the CAN from a structure with a higher potential than the reference potential to a structure with a lower potential and be emitted. This may cause deterioration of frequency response characteristics due to resonance.
  • An object of the present disclosure is to obtain a semiconductor laser light source device that can improve high frequency characteristics.
  • a semiconductor laser light source device includes a metal stem, a conductive first support block provided on a main surface of the metal stem, an upper surface, and a back surface opposite to the upper surface, a temperature control module whose back surface is provided on the main surface of the metal stem; a second conductive support block provided on the top surface of the temperature control module; and a second conductive support block provided on the first side surface of the first support block.
  • a first substrate on which a signal line is formed a first substrate on which a signal line is formed; a second substrate provided on a second side surface of the second support block and on which a signal line is formed; an optical semiconductor chip provided on the second substrate; a conductive cap provided on the main surface of the metal stem and covering the first support block, the temperature control module, the second support block, the first substrate, the second substrate, and the optical semiconductor chip; A metal block provided between the second support block and the cap.
  • a signal emitted into space from the second support block or temperature control module can be absorbed by the metal block. Thereby, resonance can be suppressed and high frequency characteristics can be improved.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a side view of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a rear perspective view of the semiconductor laser light source device according to the first embodiment.
  • 1 is a schematic diagram of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing frequency response characteristics with and without a cap in a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1 and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a modification of the first embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a modification of the first embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a side view of a semiconductor laser light source device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a second embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a semiconductor laser light source device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a third embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a semiconductor laser light source device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a fourth embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a semiconductor laser light source device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a semiconductor laser light source device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a semiconductor laser light source device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a fifth embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a sixth embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • a semiconductor laser light source device will be described with reference to the drawings. Identical or corresponding components may be given the same reference numerals and repeated descriptions may be omitted.
  • terms such as “top”, “bottom”, “front”, “back”, “left”, “right”, and “side” may be used to refer to specific positions and directions. be. These terms are used for convenience to make it easier to understand the content of the embodiments, and do not limit the position and direction in which the embodiments are implemented.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side view of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a rear perspective view of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment. Note that the cap 20 is omitted in FIGS. 1 to 4.
  • the semiconductor laser light source device 100 includes a metal stem 1.
  • the metal stem 1 is plate-shaped and circular in plan view.
  • the plurality of lead pins 2a to 2e penetrate the metal stem 1 from the main surface 1a to the surface opposite to the main surface 1a.
  • metals such as copper, iron, or stainless steel can be used, for example.
  • the surfaces of the metal stem 1 and lead pins 2 may be plated with gold or nickel.
  • glass 3 is filled between the metal stem 1 and the lead pins 2a to 2e.
  • the lead pins 2a to 2e are fixed to the metal stem 1 by the glass 3.
  • the glass 3 is preferably made of a material with a low dielectric constant so as to have the same impedance as the signal generator.
  • a temperature control module 5 and a conductive first support block 4 are mounted on the main surface 1a of the metal stem 1.
  • the first support block 4 can be made of metal such as copper, iron, or stainless steel.
  • the surface of the first support block 4 may be plated with gold or nickel.
  • the first support block 4 may be integrally molded with the metal stem 1.
  • the first support block 4 is, for example, a rectangular parallelepiped.
  • the back surface of the first support block 4 opposite to the upper surface 4c is provided on the main surface 1a of the metal stem 1.
  • the surface facing the positive direction of the Y-axis is the side surface 4a
  • the surface facing the negative direction of the Y-axis is the back surface 4b.
  • the temperature control module 5 has a top surface and a back surface opposite to the top surface, and the back surface is provided on the main surface 1a of the metal stem 1.
  • the temperature control module 5 includes, for example, a lower substrate 5b and an upper substrate 5c made of AlN or the like, and a plurality of thermoelectric elements 5a made of BiTe or the like sandwiched between the lower substrate 5b and the upper substrate 5c.
  • the upper surface of the temperature control module 5 corresponds to the upper surface of the upper substrate 5c
  • the back surface of the temperature control module 5 corresponds to the back surface of the lower substrate 5b.
  • the main surface 1a of the metal stem 1 and the lower substrate 5b are bonded using a bonding material such as SnAgCu solder or AuSn solder.
  • the lower substrate 5b has a protrusion that protrudes more forward than the upper substrate 5c.
  • a metallization 5d for supplying power to the thermoelectric element 5a is provided on this protrusion. Note that the front direction is the positive direction of the Y-axis in FIG.
  • a second electrically conductive support block 6 is provided on the upper surface of the temperature control module 5.
  • the second support block 6 is made of a metal material such as copper, iron, or stainless steel whose surface is plated with Au or the like.
  • the second support block 6 may be formed by coating an insulator such as ceramic or resin with metal.
  • the second support block 6 has, for example, a pedestal portion 6a provided on the upper surface of the temperature control module 5, and a side wall portion 6b extending upward from the pedestal portion 6a.
  • the surface of the side wall portion 6b facing the positive direction of the Y-axis is the side surface 6c, and the surface facing the negative direction of the Y-axis is the back surface 6d. Note that the upper direction is the positive direction of the Z-axis in FIG.
  • a dielectric substrate 7 is mounted on the side surface 4a of the first support block 4.
  • a dielectric substrate 8 is mounted on the side surface 6c of the second support block 6.
  • the dielectric substrates 7, 8 are made of a ceramic material such as aluminum nitride.
  • the dielectric substrates 7 and 8 have an electrical insulation function and a heat transfer function.
  • a signal line 9 and a ground conductor 10 are formed on the dielectric substrate 7.
  • the signal line 9 is arranged, for example, across mutually orthogonal sides of the front surface of the dielectric substrate 7.
  • the ground conductor 10 is formed on the front surface of the dielectric substrate 7 with a constant distance from the signal line 9, for example. Thereby, a coplanar line can be constructed.
  • the ground conductor 10 is formed from the front surface to the back surface of the dielectric substrate 7, and is electrically connected to the first support block 4 on the back surface. Ground conductors 10 on the front and back surfaces of the dielectric substrate 7 are electrically connected, for example, via castellations.
  • a signal line 11 and a ground conductor 12 are formed on the dielectric substrate 8.
  • the ground conductor 12 is formed on the front surface of the dielectric substrate 8 with a constant distance from the signal line 11, for example.
  • the ground conductor 12 is provided from the front, side, and back surfaces of the dielectric substrate 8 .
  • the ground conductor 12 on the back side is joined to the second support block 6 and is electrically connected to the second support block 6 .
  • a metal block 13 is provided on the back surface 4b of the first support block 4.
  • the metal block 13 covers at least a portion of the side surface 6c of the second support block 6 and the back surface 6d on the opposite side.
  • the metal block 13 and the second support block 6 are separated.
  • the metal block 13 has a shape that allows it to be connected to the first support block 4 and not to come into contact with the second support block 6 .
  • the metal block 13 is, for example, L-shaped or J-shaped in plan view.
  • the metal block 13 is made of a metal material such as copper, iron, or stainless steel.
  • the surface of the metal block 13 may be plated with Au or the like.
  • the metal block 13 may be formed by coating an insulator such as ceramic or resin with metal.
  • the thickness of the portion of the metal block 13 that faces the second support block 6 is, for example, 0.6 mm.
  • An optical semiconductor chip 14 is provided on the front surface of the dielectric substrate 8.
  • the optical semiconductor chip 14 is, for example, a semiconductor optical modulator.
  • the modulator section of the optical semiconductor chip 14 is composed of a plurality of electroabsorption optical modulators.
  • the optical semiconductor chip 14 is a modulator-integrated laser diode in which, for example, an electroabsorption optical modulator using an InGaAsP-based quantum well absorption layer and a distributed feedback laser diode are monolithically integrated. Laser light is emitted from the light emitting point of the optical semiconductor chip 14 along an optical axis that is perpendicular to the end face of the chip and parallel to the main surface of the chip.
  • a light receiving element 15, a temperature sensor 16, and a ceramic block 17 are mounted on the pedestal portion 6a of the second support block 6.
  • a bonding material for bonding the temperature sensor 16 and the ceramic block 17 to the second support block 6 for example, SnAgCu solder or AuSn solder is used.
  • the temperature sensor 16 is, for example, a thermistor.
  • the ceramic block 17 is, for example, an AlN substrate provided with a conductive film on its upper surface.
  • the light receiving element 15 is arranged on the negative Z-axis side of the optical semiconductor chip 14.
  • the conductive bonding material 18 connects the lead pin 2a and one end of the signal line 9.
  • the conductive bonding material 18 is, for example, SnAgCu solder or AuSn solder.
  • the conductive bonding material 18 may be a conductive wire.
  • the conductive wire 19a connects the other end of the signal line 9 and one end of the signal line 11.
  • a conductive wire 19b connects the other end of the signal line 11 and the EAM electrode of the optical semiconductor chip 14.
  • Conductive wire 19c connects ground conductor 10 and ground conductor 12.
  • the conductive wire 19d connects the temperature sensor 16 and the conductive film of the ceramic block 17.
  • the conductive wire 19e connects the conductor film of the ceramic block 17 and the lead pin 2b.
  • the conductive wire 19f connects the metallization 5d of the temperature control module 5 and the lead pins 2c, 2d.
  • the conductive wire 19g connects the light receiving element 15 and the lead pin 2e.
  • a cap 20 for hermetic sealing is joined to the metal stem 1.
  • Cap 20 is electrically conductive and has a lens 21 .
  • the cap 20 is provided on the main surface 1a of the metal stem 1, and covers the first support block 4, temperature control module 5, second support block 6, dielectric substrates 7, 8, optical semiconductor chip 14, temperature sensor 16, etc. , hermetically sealed. Thereby, the moisture resistance and disturbance resistance of the semiconductor laser light source device 100 can be improved.
  • the lens 21 is made of glass such as SiO2. The lens 21 collects the laser light emitted from the optical semiconductor chip 14 and makes it enter the fiber.
  • the temperature control module 5 When the temperature of the optical semiconductor chip 14 changes, the oscillation wavelength changes. Therefore, it is necessary to keep the temperature of the optical semiconductor chip 14 constant. Therefore, when the temperature of the optical semiconductor chip 14 increases, the temperature control module 5 performs cooling, and when the temperature of the optical semiconductor chip 14 decreases, the temperature control module 5 generates heat. Thereby, the temperature of the optical semiconductor chip 14 can be kept constant. Heat generated in the optical semiconductor chip 14 is transmitted to the upper substrate 5c of the temperature control module 5 via the dielectric substrate 8 and the second support block 6. The temperature control module 5 absorbs heat from the optical semiconductor chip 14. The heat absorbed by the temperature control module 5 is propagated from the lower substrate 5b of the temperature control module 5 in the negative Z-axis direction via the metal stem 1, and is radiated to the lower surface side of the metal stem 1.
  • the temperature sensor 16 indirectly measures the temperature of the optical semiconductor chip 14.
  • the temperature sensor 16 feeds back the measured temperature to the temperature control module 5.
  • the temperature control module 5 cools the optical semiconductor chip 14 when the temperature is higher than the target value, and generates heat when the temperature is lower than the target value. Thereby, the temperature of the optical semiconductor chip 14 can be stabilized.
  • the temperature sensor 16 is electrically connected to the lead pin 2b via the conductor film of the ceramic block 17. If the temperature sensor 16 and the lead pin 2b are directly connected by wire, there is a possibility that the ambient temperature transmitted to the metal stem 1 from the outside world will flow into the temperature sensor 16 through the wire. For this reason, there is a possibility that the temperature sensor 16 cannot accurately measure the temperature. Therefore, by arranging the ceramic block 17 between the temperature sensor 16 and the lead pin 2b, the amount of heat flowing into the temperature sensor 16 is reduced, and the temperature sensor 16 can accurately measure the temperature.
  • the light receiving element 15 performs O/E (Optical/Electronic) conversion of the optical signal into an electrical signal.
  • the electrical signal is transmitted to the lead pin 2e via the connected conductive wire 19g.
  • the electrical signal input to the lead pin 2a is applied to the modulator of the optical semiconductor chip 14 via the conductive bonding material 18, the signal line 9, the conductive wire 19a, the signal line 11, and the conductive wire 19b. Since the electrical signal input to the lead pin 2a is electromagnetically coupled to the metal stem 1, the metal stem 1 acts as an AC ground. When the metal stem 1 acts as an AC ground, the first support block 4 and the cap 20 connected to the metal stem 1 also act as an AC ground. Similarly, the ground conductor 10 and metal block 13 connected to the first support block 4 also serve as AC ground. Further, the ground conductor 10 is connected to a ground conductor 12 via a conductive wire 19c, and the ground conductor 12 is connected to the upper substrate 5c of the temperature control module 5 via the second support block 6. Therefore, the ground conductor 12, the second support block 6, and the temperature control module 5 also act as an AC ground.
  • a signal is emitted from the second support block 6 or the upper substrate 5c of the temperature control module 5 toward the metal stem 1 and the first support block 4 or cap 20 directly joined to the metal stem 1.
  • This may cause resonance and limit broadband expansion.
  • a metal block 13 is provided between the second support block 6 and the cap 20.
  • the metal block 13 can shield and absorb signals emitted into space from the second support block 6 and the upper substrate 5c of the temperature control module 5. Therefore, resonance can be suppressed or the frequency at which resonance occurs can be changed. Therefore, high frequency characteristics can be improved.
  • the metal block 13 is arranged near the second support block 6 and the upper substrate 5c of the temperature control module 5, and is connected to the first support block 4 whose potential is as close as possible to the reference potential. .
  • signals emitted into space from the second support block 6 and the upper substrate 5c of the temperature control module 5 can be effectively shielded and absorbed by the metal block 13.
  • the metal block 13 protrudes from the side of the second support block 6 opposite to the first support block 4.
  • the metal block 13 can cover a wide range of the back surface 6d of the second support block 6, and can secure a large area capable of absorbing signals. Therefore, the effect of suppressing resonance can be enhanced. Note that even if the metal block 13 is arranged so as not to protrude from the second support block 6 in the positive direction of the X-axis, the effect of suppressing resonance can be obtained.
  • FIG. 6 is a diagram showing frequency response characteristics with and without the cap 20 in the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 100 of the present embodiment in that the metal block 13 is not provided.
  • the data in FIG. 6 is based on a three-dimensional electromagnetic field simulation. It can be seen that in the case where the cap 20 shown by the solid line 81 is excluded, the large drop in gain disappears compared to the case where the cap 20 shown by the broken line 80 is mounted. In other words, it can be seen that the drop in gain is due to resonance with the cap 20.
  • FIG. 7 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • 8 and 9 are diagrams showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device according to a modification of the first embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • the data in FIGS. 7 to 9 are also based on three-dimensional electromagnetic field simulation.
  • a solid line 82 shows the characteristics of this embodiment
  • a broken line 80 shows the characteristics of the comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 100 according to the first embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the length of the metal block 13 in the X-axis direction is made longer than the length of the second support block 6 in the X-axis direction, so that the area where the metal block 13 covers the back surface 6d of the second support block 6 can be increased.
  • the simulation results are shown for the case where the value is increased as much as possible. In this embodiment, it can be confirmed that the large drop in gain at 24 GHz and 37 GHz in the comparative example has disappeared.
  • a solid line 83 in FIG. 8 indicates a simulation result when the metal block 13 is made shorter in the X-axis direction than in this embodiment. Specifically, the area covered by the metal block 13 of the back surface 6d of the second support block 6 was set to 50% of the present embodiment.
  • a solid line 84 in FIG. 9 shows a simulation result when the area covered by the metal block 13 of the back surface 6d of the second support block 6 is set to 10% of the present embodiment.
  • the large drop in gain at 37 GHz disappears. In other words, it can be seen that even when a portion of the back surface 6d of the second support block 6 is exposed from the metal block 13, the effect of suppressing resonance can be obtained.
  • the metal block 13 and the second support block 6 may be in contact with each other. In this case as well, it is possible to improve the frequency response characteristics. In this case, heat from the outside world that has flowed into the metal stem 1 may flow into the second support block 6 via the first support block 4 and the metal block 13. For this reason, heat is transferred to the optical semiconductor chip 14 and the temperature sensor 16, which may make temperature control by the temperature control module 5 difficult. For this reason, it is desirable that the metal block 13 and the second support block 6 do not come into contact with each other.
  • the lead pin 2a connected to the signal line 9 has an inner lead portion protruding from the top surface of the metal stem 1.
  • the shorter the length of the inner lead portion the more the inductance component is reduced, and the loss due to signal reflection at the inner lead portion can be reduced. Therefore, a wide passband can be secured.
  • a matching resistor may be provided on the front surface of the dielectric substrate 8 and connected in parallel to the optical semiconductor chip 14.
  • the metal block 13 may be integrally molded with the first support block 4.
  • FIG. 10 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a semiconductor laser light source device 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a side view of a semiconductor laser light source device 200 according to the second embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a metal plate 213 is provided instead of the metal block 13. Other structures are similar to those of the first embodiment.
  • the metal plate 213 has a first portion 213a that covers at least a portion of the back surface 6d of the second support block 6, and a second portion 213b that is bent from the first portion 213a and covers at least a portion of the pedestal portion 6a.
  • the metal plate 213 has, for example, an L-shape in cross section when viewed from the X-axis direction.
  • the metal plate 213 is thinner than the metal block 13.
  • the thickness of the first portion 213a and the second portion 213b of the metal plate 213 is, for example, 0.05 mm.
  • the thickness of the first portion 213a and the second portion 213b of the metal plate 213 is preferably 0.2 mm or less. Similar to the first embodiment, the metal plate 213 is provided on the back surface 4b of the first support block 4 and is separated from the second support block 6.
  • FIG. 13 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 200 according to the second embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 200 of the present embodiment in that the metal plate 213 is not provided.
  • the large drop in gain at 24 GHz and 37 GHz in the characteristics of the comparative example shown by the broken line 80 disappears in the characteristics of the present embodiment shown by the solid line 85. . In this way, the high frequency characteristics can also be improved in this embodiment.
  • the metal plate 213 of this embodiment is smaller than the metal block 13 of the first embodiment. Therefore, costs can be reduced.
  • FIG. 14 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device 300 according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a plan view of a semiconductor laser light source device 300 according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a side view of a semiconductor laser light source device 300 according to the third embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a metal plate 313 is provided instead of the metal block 13. Other structures are similar to those of the first embodiment.
  • the metal plate 313 has, for example, an I-shaped cross section when viewed from the X-axis direction.
  • the metal plate 313 is thinner than the metal block 13.
  • the thickness of the portion of the metal plate 313 that faces the second support block 6 is, for example, 0.05 mm. Similar to the first embodiment, the metal plate 313 is provided on the back surface 4b of the first support block 4 and is separated from the second support block 6.
  • FIG. 17 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 300 according to the third embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 300 of the present embodiment in that the metal plate 313 is not provided.
  • the large drop in gain at 24 GHz and 37 GHz in the characteristics of the comparative example shown by the broken line 80 disappears in the characteristics of the present embodiment shown by the solid line 86. . In this way, the high frequency characteristics can also be improved in this embodiment.
  • the metal plate 313 is even smaller than the metal plate 213 in the second embodiment. Therefore, costs can be further reduced. Furthermore, the metal plate 313 occupies a smaller space inside the semiconductor laser light source device 300 than the metal block 13 and the metal plate 213 . Therefore, the metal plate 313 is less likely to interfere with other members, and the ease of assembly can be improved. When the thickness of the portion of the metal plate 313 facing the second support block 6 is 0.2 mm or less, interference between the members can be particularly prevented.
  • the effect of suppressing resonance can be obtained. can be obtained. Furthermore, as the distance between the second support block 6 and the metal plate 313 increases, the positional relationship between the second support block 6 and the metal plate 313 approaches the positional relationship between the second support block 6 and the cap 20 according to the comparative example. . For this reason, it is better for the metal plate 313 to be as close to the second support block 6 as possible.
  • FIG. 18 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device 400 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a plan view of a semiconductor laser light source device 400 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a side view of a semiconductor laser light source device 400 according to the fourth embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a metal block 413 is provided instead of the metal block 13. Other structures are similar to those of the first embodiment.
  • the metal block 413 is connected to the upper surface 4c of the first support block 4.
  • the metal block 413 extends from the first support block 4 directly above the second support block 6.
  • the metal block 413 is arranged so as not to block the laser light from the optical semiconductor chip 14. In other words, the metal block 413 is placed avoiding directly above the optical semiconductor chip 14. Furthermore, in order to absorb more signals emitted from the second support block 6, it is desirable that the metal block 413 be as large as possible without blocking the laser beam.
  • FIG. 21 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 400 according to the fourth embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 400 of the present embodiment in that the metal block 413 is not provided.
  • the simulation results shown in FIG. 21 it can be confirmed that in the characteristics of this embodiment shown by the solid line 87, the large drop in gain at 24 GHz in the characteristics of the comparative example shown by the broken line 80 disappears. Further, in the present embodiment, although the gain drop at 37 GHz in the characteristics of the comparative example has not disappeared, it can be confirmed that the drop has been reduced. In this way, also in this embodiment, resonance can be suppressed and high frequency characteristics can be improved.
  • FIG. 22 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device 500 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 23 is a plan view of a semiconductor laser light source device 500 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 24 is a side view of a semiconductor laser light source device 500 according to the fifth embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a metal block 513 is provided instead of the metal block 13. Other structures are similar to those of the first embodiment.
  • the metal block 513 is provided on the back surface 6d of the second support block 6.
  • the metal block 513 covers at least a portion of the back surface 4b of the first support block 4.
  • the metal block 513 and the first support block 4 are separated.
  • FIG. 25 is a diagram showing the frequency response characteristics of the semiconductor laser light source device 500 according to the fifth embodiment and the semiconductor laser light source device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 500 of the present embodiment in that the metal block 513 is not provided.
  • the simulation results shown in FIG. 25 it can be confirmed that in the characteristics of this embodiment shown by the solid line 88, the large drop in gain at 37 GHz in the characteristics of the comparative example shown by the broken line 80 disappears. In this way, the high frequency characteristics can also be improved in this embodiment.
  • the metal block 513 faces the back surface 4b of the first support block 4.
  • the distance between the second support block 6 and the metal block 513 and the first support block 4, which is close to the reference potential, can be reduced.
  • the signal emitted into space from the second support block 6 is attracted to the reference potential. Therefore, according to the arrangement of this embodiment, it is possible to make it easier for the first support block 4 to absorb the signal emitted from the second support block 6. That is, the signal emitted from the second support block 6 to the cap 20 can be reduced, and resonance can be suppressed.
  • the metal block 513 or the second support block that is the signal emission source, the first support block 4 that is the ground, and the air between them can be considered to constitute a capacitor. Therefore, by bringing the metal block 513 and the first support block 4 as close as possible, the capacitance component that causes resonance can be reduced.
  • FIG. 26 is a rear perspective view of a semiconductor laser light source device 600 according to the sixth embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a metal block 613 is provided instead of the metal block 13.
  • Other structures are similar to those of the first embodiment.
  • the metal block 613 is provided on the main surface 1a of the metal stem 1.
  • the metal block 613 is provided on the opposite side of the first support block 4 with respect to the second support block 6 .
  • the metal block 613 is separated from the second support block 6.
  • FIG. 27 is a diagram showing frequency response characteristics of a semiconductor laser light source device 600 according to the sixth embodiment and a semiconductor laser light source device according to a comparative example.
  • the semiconductor laser light source device according to the comparative example differs from the semiconductor laser light source device 600 of the present embodiment in that the metal block 613 is not provided.
  • the drop in gain at 24 GHz and 37 GHz in the characteristics of the comparative example shown by a broken line 80 has moved to the higher band side.
  • the frequency response characteristic is wideband in this embodiment. In this manner, also in this embodiment, resonance can be suppressed and high frequency characteristics can be improved.
  • the arrangement and shape of the metal blocks shown in Embodiments 1 to 6 are examples and are not limited. Signals are emitted from the second support block 6 in all directions. Therefore, no matter which direction the metal block is placed with respect to the second support block 6, the effect of suppressing resonance can be obtained.
  • 1 Metal stem 1a main surface, 2 lead pin, 2a to 2e lead pin, 3 glass, 4 first support block, 4a side, 4b back, 4c top, 5 temperature control module, 5a thermoelectric element, 5b lower substrate, 5c upper side Substrate, 5d metallization, 6 second support block, 6a pedestal, 6b side wall, 6c side, 6d back, 7 dielectric substrate, 8 dielectric substrate, 9 signal line, 10 ground conductor, 11 signal line, 12 ground conductor , 13 metal block, 14 optical semiconductor chip, 15 light receiving element, 16 temperature sensor, 17 ceramic block, 18 conductive bonding material, 19a to 19g conductive wire, 20 cap, 21 lens, 100 semiconductor laser light source device, 200 semiconductor laser Light source device, 213 metal plate, 213a first part, 213b second part, 300 semiconductor laser light source device, 313 metal plate, 400 semiconductor laser light source device, 413 metal block, 500 semiconductor laser light source device, 513 metal block, 600 semiconductor laser Light source device, 613 metal block

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Abstract

本開示に係る半導体レーザ光源装置は、金属ステムと、前記金属ステムの主面に設けられた導電性の第１支持ブロックと、上面と、前記上面と反対側の裏面と、を有し、前記裏面が前記金属ステムの前記主面に設けられた温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールの前記上面に設けられた導電性の第２支持ブロックと、前記第１支持ブロックの第１側面に設けられ、信号線路が形成された第１基板と、前記第２支持ブロックの第２側面に設けられ、信号線路が形成された第２基板と、前記第２基板に設けられた光半導体チップと、前記金属ステムの前記主面に設けられ、前記第１支持ブロックと前記温度制御モジュールと前記第２支持ブロックと前記第１基板と前記第２基板と前記光半導体チップとを覆う導電性のキャップと、前記第２支持ブロックと前記キャップとの間に設けられた金属ブロックと、を備える。

Description

半導体レーザ光源装置
　本開示は、半導体レーザ光源装置に関する。
　特許文献１には、金属ステムを有する半導体光変調器が開示されている。金属ステム上には、第１の支持ブロックと温度制御モジュールが実装される。第１の支持ブロックの側面には第１の誘電体基板が実装される。温度制御モジュール上には、第２の支持ブロックが実装される。第２の誘電体基板上には、半導体光変調装置が実装される。
特許第５１８８６２５号公報
　ＳＮＳ（Ｓｏｃｉａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）、動画共有サービス等の普及が世界的規模で進んでおり、データ伝送の大容量化が加速している。限られた実装スペースで信号の高速大容量化に対応するために、光トランシーバーの高速化、小型化、低コスト化が求められている。半導体光変調装置を搭載した半導体レーザ光源装置の構造として、安価に製品化できるＴＯ－ＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ－Ｏｕｔｌｉｎｅｄ　ＣＡＮ）型が一般に適用されている。ＴＯ－ＣＡＮ型では一般に、リードピンを金属ステムにガラスを用いて封着固定する。この封着固定は、各部材の熱膨張係数差による圧力を利用している。このため、高い気密性を確保するためには、リードピンの配置とリードピン同士の間隔が重要となる。また、半導体レーザ光源装置を構成する部材は、基本的に金属ステム上にしか実装できない。このようにＴＯ－ＣＡＮ型の半導体レーザ光源装置では、構造上の制限が多い中で、高速化と低コスト化を実現する必要がある。
　半導体光変調装置として、例えばＥＡＭ－ＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ－Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）を用いる場合、周波数応答特性の劣化を抑制するために、信号線路に対して安定した基準電位を与えると良い。これにより、帯域内での共振を抑制することができる。ここで、半導体光変調装置は発熱することによって発振波長または光出力が変化する。特許文献１のレーザ光源装置では、半導体光変調装置の温度を一定に保つために温度制御モジュールが用いられている。このような構造では、例えば温度制御モジュール上に実装された支持ブロック等の部材の電位が、基準電位に対して高くなることがある。このとき、特に２０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する場合に、基準電位よりも電位が高い構造体から電位の低い構造体へとＣＡＮ内部の空間を伝播して信号が放出されることがある。これにより、共振による周波数応答特性の劣化が生じる可能性がある。
　本開示は、高周波特性を向上させることができる半導体レーザ光源装置を得ることを目的とする。
　本開示に係る半導体レーザ光源装置は、金属ステムと、前記金属ステムの主面に設けられた導電性の第１支持ブロックと、上面と、前記上面と反対側の裏面と、を有し、前記裏面が前記金属ステムの前記主面に設けられた温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールの前記上面に設けられた導電性の第２支持ブロックと、前記第１支持ブロックの第１側面に設けられ、信号線路が形成された第１基板と、前記第２支持ブロックの第２側面に設けられ、信号線路が形成された第２基板と、前記第２基板に設けられた光半導体チップと、前記金属ステムの前記主面に設けられ、前記第１支持ブロックと前記温度制御モジュールと前記第２支持ブロックと前記第１基板と前記第２基板と前記光半導体チップとを覆う導電性のキャップと、前記第２支持ブロックと前記キャップとの間に設けられた金属ブロックと、を備える。
　本開示に係る半導体レーザ光源装置では、第２支持ブロックまたは温度制御モジュールから空間に放出される信号を、金属ブロックにより吸収することができる。これにより、共振を抑制することができ、高周波特性を向上させることができる。
実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置の正面斜視図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置の平面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置の側面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置の概略図である。 比較例に係る半導体レーザ光源装置においてキャップがある場合とない場合の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置の平面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置の側面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置の平面図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置の側面図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置の平面図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置の側面図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置の平面図である。 実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置の側面図である。 実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。 実施の形態６に係る半導体レーザ光源装置の背面斜視図である。 実施の形態６に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。
　各実施の形態に係る半導体レーザ光源装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。以下の説明では、「上」、「下」、「おもて」、「裏」、「左」、「右」、「側」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合がある。これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられているものであり、実施される際の位置および方向を限定するものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００の正面斜視図である。図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００の平面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００の側面図である。図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００の背面斜視図である。図５は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００の概略図である。なお、図１～４ではキャップ２０が省略されている。
　半導体レーザ光源装置１００は金属ステム１を備える。金属ステム１は板状であり、平面視で円形である。複数のリードピン２ａ～２ｅは、金属ステム１を主面１ａから主面１ａと反対側の面まで貫通する。金属ステム１およびリードピン２の材料として、例えば銅、鉄、またはステンレスなどの金属を用いることができる。金属ステム１およびリードピン２の表面には、金メッキまたはニッケルメッキが施されても良い。
　金属ステム１とリードピン２ａ～２ｅとの間には、例えばガラス３が充填されている。ガラス３により、リードピン２ａ～２ｅは金属ステム１に固定されている。インピーダンス不整合になると、信号の多重反射によって周波数応答特性が劣化し、高速変調が困難となることがある。従って、ガラス３は信号発生器と同じインピーダンスとなるように、低誘電率の材質で形成されると良い。
　金属ステム１の主面１ａには、温度制御モジュール５と導電性の第１支持ブロック４が実装されている。第１支持ブロック４には、例えば銅、鉄、またはステンレスなどの金属を用いることができる。第１支持ブロック４の表面には、金メッキまたはニッケルメッキが施されていても良い。また、第１支持ブロック４は金属ステム１と一体成型されても良い。第１支持ブロック４は例えば直方体である。第１支持ブロック４のうち上面４ｃと反対側の裏面が、金属ステム１の主面１ａに設けられる。第１支持ブロック４の上面４ｃと裏面と繋ぐ側面のうち、Ｙ軸正方向を向く面が側面４ａであり、Ｙ軸負方向を向く面が背面４ｂである。
　温度制御モジュール５は、上面と、上面と反対側の裏面とを有し、裏面が金属ステム１の主面に１ａに設けられている。温度制御モジュール５は、例えば、ＡｌＮ等で形成された下側基板５ｂおよび上側基板５ｃと、下側基板５ｂと上側基板５ｃに挟まれＢｉＴｅ等から形成された複数の熱電素子５ａを備える。温度制御モジュール５の上面は上側基板５ｃの上面に該当し、温度制御モジュール５の裏面は下側基板５ｂの裏面に該当する。例えばＳｎＡｇＣｕはんだ又はＡｕＳｎはんだ等の接合材により、金属ステム１の主面１ａと下側基板５ｂが接合される。下側基板５ｂは上側基板５ｃよりも前方に突出した突出部を有する。この突出部に、熱電素子５ａに電力供給するためのメタライズ５ｄが設けられている。なお、前方は図１におけるＹ軸正方向である。
　温度制御モジュール５の上面には、導電性の第２支持ブロック６が設けられる。第２支持ブロック６は、例えば銅、鉄、またはステンレスなどの金属の表面にＡｕメッキ等が施された金属材料から形成される。第２支持ブロック６は、セラミックまたは樹脂などの絶縁体に金属が被覆されて形成されても良い。第２支持ブロック６は、例えば、温度制御モジュール５の上面に設けられた台座部６ａと、台座部６ａから上方に延びる側壁部６ｂを有する。側壁部６ｂのうちＹ軸正方向を向く面が側面６ｃであり、Ｙ軸負方向を向く面が背面６ｄである。なお、上方は図１におけるＺ軸正方向である。
　第１支持ブロック４の側面４ａに誘電体基板７が実装される。第２支持ブロック６の側面６ｃに誘電体基板８が実装される。誘電体基板７、８は、例えば窒化アルミなどのセラミック材料から形成される。誘電体基板７、８は、電気絶縁機能と熱伝達機能を有する。
　誘電体基板７には信号線路９およびグランド導体１０が形成されている。信号線路９は、例えば誘電体基板７の前面のうち互いに直交する辺にわたって配置される。また、グランド導体１０は、例えば信号線路９との間隔を一定に保った状態で誘電体基板７の前面に形成される。これにより、コプレナ線路を構成することができる。グランド導体１０は、誘電体基板７の前面から裏面にわたって形成され、裏面において第１支持ブロック４と電気的に接続される。誘電体基板７の前面と裏面のグランド導体１０は例えばキャスタレーションを介して電気的に接続されている。
　誘電体基板８には信号線路１１およびグランド導体１２が形成されている。グランド導体１２は、例えば信号線路１１との間隔を一定に保った状態で、誘電体基板８の前面に形成される。グランド導体１２は、誘電体基板８の前面から側面、裏面にかけて設けられる。裏面側のグランド導体１２が第２支持ブロック６に接合され、第２支持ブロック６と電気的に接続されている。
　第１支持ブロック４の背面４ｂには、金属ブロック１３が設けられている。金属ブロック１３は、第２支持ブロック６の側面６ｃと反対側の背面６ｄの少なくとも一部を覆う。金属ブロック１３と第２支持ブロック６は離れている。金属ブロック１３は第１支持ブロック４と接続され、かつ、第２支持ブロック６と接触しないことが可能な形状を有する。金属ブロック１３は、例えば平面視でＬ字型もしくはＪ字型である。金属ブロック１３は、例えば銅、鉄、またはステンレスなどの金属材料で形成される。金属ブロック１３の表面にＡｕメッキなどを施しても良い。また金属ブロック１３は、セラミックまたは樹脂などの絶縁体に金属を被覆して形成されても良い。金属ブロック１３のうち第２支持ブロック６と対向する部分の厚さは例えば０．６ｍｍである。
　誘電体基板８の前面には、光半導体チップ１４が設けられる。光半導体チップ１４は例えば半導体光変調装置である。光半導体チップ１４の変調器部は複数の電界吸収型光変調器で構成されている。光半導体チップ１４は、例えばＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸吸収層を用いた電界吸収型光変調器と、分布帰還型レーザダイオードとをモノリシックに集積した変調器集積型レーザダイオードである。光半導体チップ１４の発光点から、チップ端面に対して垂直かつチップ主面に対して平行な光軸に沿ってレーザ光が放射される。
　第２支持ブロック６の台座部６ａには、受光素子１５、温度センサ１６およびセラミックブロック１７が実装されている。第２支持ブロック６に温度センサ１６およびセラミックブロック１７を接合するための接合材として、例えばＳｎＡｇＣｕはんだ又はＡｕＳｎはんだ等が用いられる。温度センサ１６は例えばサーミスタである。セラミックブロック１７は、例えば上面に導体膜が設けられたＡｌＮ基板である。受光素子１５は、光半導体チップ１４のＺ軸負方向側に配置されている。
　導電性接合材１８は、リードピン２ａと信号線路９の一端を接続する。導電性接合材１８は、例えばＳｎＡｇＣｕはんだ又はＡｕＳｎはんだである。導電性接合材１８は、導電性ワイヤであっても良い。導電性ワイヤ１９ａは、信号線路９の他端と信号線路１１の一端を接続する。導電性ワイヤ１９ｂが信号線路１１の他端と光半導体チップ１４のＥＡＭ電極を接続する。導電性ワイヤ１９ｃはグランド導体１０とグランド導体１２を接続する。導電性ワイヤ１９ｄは温度センサ１６とセラミックブロック１７の導体膜を接続する。導電性ワイヤ１９ｅはセラミックブロック１７の導体膜とリードピン２ｂを接続する。導電性ワイヤ１９ｆは温度制御モジュール５のメタライズ５ｄとリードピン２ｃ、２ｄを接続する。導電性ワイヤ１９ｇは受光素子１５とリードピン２ｅを接続する。
　気密封止用のキャップ２０は金属ステム１に接合される。キャップ２０は導電性であり、レンズ２１を有する。キャップ２０は、金属ステム１の主面１ａに設けられ、第１支持ブロック４、温度制御モジュール５、第２支持ブロック６、誘電体基板７、８、光半導体チップ１４、温度センサ１６等を覆い、気密封止する。これにより半導体レーザ光源装置１００の耐湿性および外乱耐性を向上させることができる。レンズ２１は、例えばＳｉＯ２等のガラスから形成される。レンズ２１は、光半導体チップ１４から出射されたレーザ光を集光し、ファイバに入射させる。
　光半導体チップ１４の温度が変化すると発振波長が変化する。このため、光半導体チップ１４の温度を一定に保つ必要がある。そこで、光半導体チップ１４の温度が上昇した場合は温度制御モジュール５が冷却を行い、光半導体チップ１４の温度が低下した場合は温度制御モジュール５が発熱する。これにより、光半導体チップ１４の温度を一定にすることができる。光半導体チップ１４において発生した熱は誘電体基板８、第２支持ブロック６を介して温度制御モジュール５の上側基板５ｃに伝わる。温度制御モジュール５は、光半導体チップ１４からの熱を吸熱する。温度制御モジュール５が吸熱した熱は、温度制御モジュール５の下側基板５ｂから金属ステム１を介してＺ軸負方向に伝搬され、金属ステム１の下面側に放熱される。
　温度センサ１６は光半導体チップ１４の温度を間接的に測定する。温度センサ１６は測定した温度を温度制御モジュール５にフィードバックする。温度制御モジュール５は、光半導体チップ１４の温度が狙い値に対して高い場合は冷却を行い、低い場合は発熱を行う。これにより、光半導体チップ１４の温度を安定化させることができる。
　温度センサ１６は、セラミックブロック１７の導体膜を介してリードピン２ｂと電気的に接続される。温度センサ１６とリードピン２ｂを直接ワイヤ接続すると、外界から金属ステム１に伝わってきた雰囲気温度がワイヤを通って温度センサ１６に流入する可能性がある。このため、温度センサ１６が正確な温度を測定できないおそれがある。そこで、温度センサ１６とリードピン２ｂの間にセラミックブロック１７を配置することで、温度センサ１６に流入する熱量が低減され、温度センサ１６によって正確な温度を測定することができる。
　受光素子１５は光信号を電気信号へＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）変換する。電気信号は接続された導電性ワイヤ１９ｇを介してリードピン２ｅへと伝送される。受光素子１５を設けることで、金属ステム１を貫通するリードピンの数が１本増えることになるが、光半導体チップ１４の背面光の強度をモニタすることができる。このモニタ結果をフィードバックすることで、光出力が一定になるように光半導体チップ１４の駆動電流を制御することができる。
　リードピン２ａに入力された電気信号は、導電性接合材１８、信号線路９、導電性ワイヤ１９ａ、信号線路１１、導電性ワイヤ１９ｂを介して、光半導体チップ１４の変調器に印加される。リードピン２ａに入力された電気信号は金属ステム１と電磁的に結合するため、金属ステム１はＡＣグランドとして作用する。金属ステム１がＡＣグランドとして作用するとき、金属ステム１に接続された第１支持ブロック４およびキャップ２０もＡＣグランドとなる。同様に、第１支持ブロック４に接続されたグランド導体１０および金属ブロック１３もＡＣグランドとなる。さらに、グランド導体１０は導電性ワイヤ１９ｃを介してグランド導体１２に接続され、グランド導体１２が第２支持ブロック６を介して温度制御モジュール５の上側基板５ｃに接続される。このため、グランド導体１２、第２支持ブロック６および温度制御モジュール５もＡＣグランドとして作用する。
　一般に、金属ステム１から温度制御モジュール５の上側基板５ｃにわたって基準電位を与えることで、帯域内での共振を抑制して周波数応答特性の劣化を抑制する。しかし、実際には基準電位を与える金属ステム１から、第２支持ブロック６および温度制御モジュール５の上側基板５ｃに到達するまでに、いくつかの構造体および導電性ワイヤを経由する。このため、第２支持ブロック６および温度制御モジュール５の上側基板５ｃの電位は、基準電位に対して高くなっていることがある。このとき、特に２０ＧＨｚを超える高周波領域において、電位の高い部材から低い部材にパッケージ内の空間を伝播する信号が放出されることがある。具体的には、第２支持ブロック６または温度制御モジュール５の上側基板５ｃから、金属ステム１、金属ステム１に直接接合された第１支持ブロック４またはキャップ２０に向かって、信号が放出される可能性がある。これにより、共振が生じ、広帯域化が制限されるおそれがある。
　これに対し本実施の形態１では、第２支持ブロック６とキャップ２０との間に金属ブロック１３が設けられる。金属ブロック１３により、第２支持ブロック６および温度制御モジュール５の上側基板５ｃから空間に放出される信号を遮蔽、吸収することができる。従って、共振を抑制し、または、共振が発生する周波数を変化させることができる。従って、高周波特性を向上させることができる。
　特に本実施の形態では、金属ブロック１３は、第２支持ブロック６および温度制御モジュール５の上側基板５ｃの近傍に配置され、電位が基準電位に限りなく近い第１支持ブロック４に接続されている。これにより、金属ブロック１３によって第２支持ブロック６および温度制御モジュール５の上側基板５ｃから空間に放出される信号を、有効に遮蔽、吸収することができる。
　また、第２支持ブロック６の側面６ｃと垂直な方向から視て、金属ブロック１３は、第２支持ブロック６のうち第１支持ブロック４と反対側から突出している。これにより、金属ブロック１３は、第２支持ブロック６の背面６ｄの広い範囲を覆うことができ、信号を吸収可能な面積を大きく確保できる。従って、共振抑制の効果を高めることができる。なお、金属ブロック１３がＸ軸正方向において、第２支持ブロック６に対して突出しない配置であっても、共振抑制の効果を得ることができる。
　図６は、比較例に係る半導体レーザ光源装置においてキャップ２０がある場合とない場合の周波数応答特性を示す図である。ここで、比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属ブロック１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置１００と異なる。また図６のデータは、３次元電磁界シミュレーションによるものである。実線８１に示されるキャップ２０を除外した場合では、破線８０に示されるキャップ２０を実装した場合と比較して、大きな利得の落ち込みが消失していることが分かる。つまり、利得の落ち込みは、キャップ２０との共振によるものであることが分かる。
　図７は、実施の形態１に係る半導体レーザ光源装置１００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。図８、９は、実施の形態１の変形例に係る半導体レーザ光源装置と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。図７～図９のデータも、３次元電磁界シミュレーションによるものである。図７では、実線８２により本実施の形態の特性が示され、破線８０により比較例の特性が示されている。図７には、金属ブロック１３のＸ軸方向の長さを第２支持ブロック６のＸ軸方向の長さより長くして、金属ブロック１３が第２支持ブロック６の背面６ｄを覆う面積を可能な限り大きくした場合のシミュレーション結果が示されている。本実施の形態では、比較例における２４ＧＨｚおよび３７ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失していることが確認できる。
　図８の実線８３は、本実施の形態よりも金属ブロック１３をＸ軸方向に短尺化した場合のシミュレーション結果を示している。具体的には、第２支持ブロック６の背面６ｄのうち金属ブロック１３に覆われる面積を本実施の形態の５０％とした。図９の実線８４は、第２支持ブロック６の背面６ｄのうち金属ブロック１３に覆われる面積を本実施の形態の１０％とした場合のシミュレーション結果を示している。図８、９に示される変形例のいずれにおいても、３７ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失している。つまり、第２支持ブロック６の背面６ｄの一部が金属ブロック１３から露出する場合も、共振抑制の効果が得られることが分かる。
　なお、金属ブロック１３と第２支持ブロック６は接触していても良い。この場合も、周波数応答特性の改善が可能である。この場合、金属ステム１に流入した外界からの熱が第１支持ブロック４、金属ブロック１３を介して、第２支持ブロック６に流入する可能性がある。このため、光半導体チップ１４および温度センサ１６にも熱が伝わり、温度制御モジュール５による温度制御が困難になる可能性がある。このため、金属ブロック１３と第２支持ブロック６は、接触させないことが望ましい。
　また、信号線路９と接続されるリードピン２ａは、金属ステム１の上面からの飛び出したインナーリード部を有する。インナーリード部の長さを短くするほどインダクタンス成分が低減し、インナーリード部における信号の反射による損失を低減できる。このため、通過帯域を広く確保できる。また、信号発生器からの最大電圧振幅を得るために、誘電体基板８の前面に整合抵抗を設けて、光半導体チップ１４に並列接続しても良い。また、金属ブロック１３は第１支持ブロック４と一体成型されていても良い。
　上述した変形は、以下の実施の形態に係る半導体レーザ光源装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体レーザ光源装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
　図１０は、実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置２００の背面斜視図である。図１１は、実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置２００の平面図である。図１２は、実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置２００の側面図である。本実施の形態では金属ブロック１３に代えて金属板２１３が設けられている点が実施の形態１と異なる。他の構造は実施の形態１の構造と同様である。
　金属板２１３は、第２支持ブロック６の背面６ｄの少なくとも一部を覆う第１部分２１３ａと、第１部分２１３ａから屈曲し台座部６ａの少なくとも一部を覆う第２部分２１３ｂを有する。金属板２１３は、Ｘ軸方向から見た断面が例えばＬ字型である。金属板２１３は金属ブロック１３と比較して薄い。金属板２１３の第１部分２１３ａと第２部分２１３ｂの厚さは例えば０．０５ｍｍである。金属板２１３の第１部分２１３ａと第２部分２１３ｂの厚さは０．２ｍｍ以下であると良い。実施の形態１と同様に、金属板２１３は第１支持ブロック４の背面４ｂに設けられ、第２支持ブロック６と離れている。
　図１３は、実施の形態２に係る半導体レーザ光源装置２００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属板２１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置２００と異なる。図１３に示されるシミュレーション結果において、実線８５で示される本実施の形態の特性では、破線８０で示される比較例の特性における２４ＧＨｚおよび３７ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失していることが確認できる。このように、本実施の形態においても高周波特性を向上させることができる。
　また本実施の形態の金属板２１３は実施の形態１における金属ブロック１３よりも小型である。このため、コストを抑えることができる。
実施の形態３．
　図１４は、実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置３００の背面斜視図である。図１５は、実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置３００の平面図である。図１６は、実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置３００の側面図である。本実施の形態では金属ブロック１３に代えて金属板３１３が設けられている点が実施の形態１と異なる。他の構造は実施の形態１の構造と同様である。
　金属板３１３は、Ｘ軸方向から見た断面が例えばＩ字型である。金属板３１３は金属ブロック１３と比較して薄い。金属板３１３のうち第２支持ブロック６と対向する部分の厚さは例えば０．０５ｍｍである。実施の形態１と同様に、金属板３１３は第１支持ブロック４の背面４ｂに設けられ、第２支持ブロック６と離れている。
　図１７は、実施の形態３に係る半導体レーザ光源装置３００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属板３１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置３００と異なる。図１７に示されるシミュレーション結果において、実線８６で示される本実施の形態の特性では、破線８０で示される比較例の特性における２４ＧＨｚおよび３７ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失していることが確認できる。このように、本実施の形態においても高周波特性を向上させることができる。
　また、金属板３１３は実施の形態２における金属板２１３よりもさらに小型である。このため、コストをさらに抑えることができる。また、金属板３１３は、金属ブロック１３および金属板２１３と比較して、半導体レーザ光源装置３００内部における空間の占有率が小さい。このため、金属板３１３が他の部材と干渉しづらく、組立性を向上させることができる。金属板３１３のうち第２支持ブロック６と対向する部分の厚さが０．２ｍｍ以下のとき、特に部材同士の干渉を生じにくくすることができる。
　なお、実施の形態２、３においても実施の形態１と同様に、金属板２１３、３１３が、Ｘ軸正方向において第２支持ブロック６に対して突出しない配置であっても、共振抑制の効果を得ることができる。また、第２支持ブロック６と金属板３１３との距離が大きくなるほど、第２支持ブロック６と金属板３１３との位置関係は、比較例に係る第２支持ブロック６とキャップ２０の位置関係に近づく。このため、金属板３１３は第２支持ブロック６に可能な限り近い方が良い。
実施の形態４．
　図１８は、実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置４００の背面斜視図である。図１９は、実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置４００の平面図である。図２０は、実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置４００の側面図である。本実施の形態では金属ブロック１３に代えて金属ブロック４１３が設けられている点が実施の形態１と異なる。他の構造は実施の形態１の構造と同様である。
　金属ブロック４１３は第１支持ブロック４の上面４ｃに接続される。金属ブロック４１３は第１支持ブロック４から第２支持ブロック６の直上に延びる。図１９に示されるように、金属ブロック４１３は、光半導体チップ１４からのレーザ光を遮らないように配置される。つまり金属ブロック４１３は、光半導体チップ１４の直上を避けて配置される。また、第２支持ブロック６から放出される信号をより多く吸収するために、金属ブロック４１３はレーザ光を遮らない範囲で可能な限り大きい方が望ましい。
　図２１は、実施の形態４に係る半導体レーザ光源装置４００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属ブロック４１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置４００と異なる。図２１に示されるシミュレーション結果において、実線８７で示される本実施の形態の特性では、破線８０で示される比較例の特性における２４ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失していることが確認できる。また、本実施の形態では比較例の特性における３７ＧＨｚの利得落ち込みは消失していないが、落ち込みが軽減されていることが確認できる。このように、本実施の形態においても共振を抑制して、高周波特性を向上させることができる。
実施の形態５．
　図２２は、実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置５００の背面斜視図である。図２３は、実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置５００の平面図である。図２４は、実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置５００の側面図である。本実施の形態では金属ブロック１３に代えて金属ブロック５１３が設けられている点が実施の形態１と異なる。他の構造は実施の形態１の構造と同様である。金属ブロック５１３は、第２支持ブロック６の背面６ｄに設けられている。金属ブロック５１３は、第１支持ブロック４の背面４ｂの少なくとも一部を覆う。金属ブロック５１３と第１支持ブロック４は離れている。
　図２５は、実施の形態５に係る半導体レーザ光源装置５００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属ブロック５１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置５００と異なる。図２５に示されるシミュレーション結果において、実線８８で示される本実施の形態の特性では、破線８０で示される比較例の特性における３７ＧＨｚでの大きな利得の落ち込みが消失していることが確認できる。このように、本実施の形態においても高周波特性を向上させることができる。
　本実施の形態では、共振の原因となっている第２支持ブロック６とキャップ２０との距離が、金属ブロック５１３によって変化しているとみなすことができる。このため、実施の形態１と同様に、共振抑制の効果を得ることできる。
　また、金属ブロック５１３は、第１支持ブロック４の背面４ｂと対向する。これにより第２支持ブロック６および金属ブロック５１３と、基準電位に近い第１支持ブロック４との距離を近づけることができる。第２支持ブロック６から空間に放出される信号は基準電位に引き寄せられる。このため、本実施の形態の配置によれば、第２支持ブロック６から放出される信号を第１支持ブロック４に吸収させやすくすることができる。つまり、第２支持ブロック６からキャップ２０に放出される信号を低減でき、共振を抑制できる。
　また、信号の放出源である金属ブロック５１３または第２支持ブロックと、グランドとなる第１支持ブロック４と、両者の間の空気とは、コンデンサを構成するとみなすことができる。このため、金属ブロック５１３と第１支持ブロック４とを可能な限り近づけることで、共振の原因となる容量成分を小さくすることができる。
実施の形態６．
　図２６は、実施の形態６に係る半導体レーザ光源装置６００の背面斜視図である。本実施の形態では金属ブロック１３に代えて金属ブロック６１３が設けられている点が実施の形態１と異なる。他の構造は実施の形態１の構造と同様である。金属ブロック６１３は金属ステム１の主面１ａに設けられている。金属ブロック６１３は、第２支持ブロック６に対して第１支持ブロック４と反対側に設けられる。金属ブロック６１３は、第２支持ブロック６と離れている。
　図２７は、実施の形態６に係る半導体レーザ光源装置６００と比較例に係る半導体レーザ光源装置の周波数応答特性を示す図である。比較例に係る半導体レーザ光源装置は、金属ブロック６１３が設けられない点が、本実施の形態の半導体レーザ光源装置６００と異なる。図２７に示されるシミュレーション結果において、実線８９で示される本実施の形態の特性では、破線８０で示される比較例の特性における２４ＧＨｚおよび３７ＧＨｚでの利得の落ち込みが高帯域側に移動している。つまり、本実施の形態では周波数応答特性が広帯域化していることが確認できる。このように、本実施の形態においても共振を抑制して高周波特性を向上させることができる。
　実施の形態１～６で示した金属ブロックの配置および形状は一例であり限定されない。第２支持ブロック６からは全方向に信号が放出されている。このため、第２支持ブロック６に対して、何れの方向に金属ブロックを設置しても、共振を抑制する効果を得ることができる。
　各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
　１　金属ステム、１ａ　主面、２　リードピン、２ａ～２ｅ　リードピン、３　ガラス、４　第１支持ブロック、４ａ　側面、４ｂ　背面、４ｃ　上面、５　温度制御モジュール、５ａ　熱電素子、５ｂ　下側基板、５ｃ　上側基板、５ｄ　メタライズ、６　第２支持ブロック、６ａ　台座部、６ｂ　側壁部、６ｃ　側面、６ｄ　背面、７　誘電体基板、８　誘電体基板、９　信号線路、１０　グランド導体、１１　信号線路、１２　グランド導体、１３　金属ブロック、１４　光半導体チップ、１５　受光素子、１６　温度センサ、１７　セラミックブロック、１８　導電性接合材、１９ａ～１９ｇ　導電性ワイヤ、２０　キャップ、２１　レンズ、１００　半導体レーザ光源装置、２００　半導体レーザ光源装置、２１３　金属板、２１３ａ　第１部分、２１３ｂ　第２部分、３００　半導体レーザ光源装置、３１３　金属板、４００　半導体レーザ光源装置、４１３　金属ブロック、５００　半導体レーザ光源装置、５１３　金属ブロック、６００　半導体レーザ光源装置、６１３　金属ブロック

Claims (17)

  1. 　金属ステムと、
    　前記金属ステムの主面に設けられた導電性の第１支持ブロックと、
    　上面と、前記上面と反対側の裏面と、を有し、前記裏面が前記金属ステムの前記主面に設けられた温度制御モジュールと、
    　前記温度制御モジュールの前記上面に設けられた導電性の第２支持ブロックと、
    　前記第１支持ブロックの第１側面に設けられ、信号線路が形成された第１基板と、
    　前記第２支持ブロックの第２側面に設けられ、信号線路が形成された第２基板と、
    　前記第２基板に設けられた光半導体チップと、
    　前記金属ステムの前記主面に設けられ、前記第１支持ブロックと前記温度制御モジュールと前記第２支持ブロックと前記第１基板と前記第２基板と前記光半導体チップとを覆う導電性のキャップと、
    　前記第２支持ブロックと前記キャップとの間に設けられた金属ブロックと、
    　を備えることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
  2. 　前記金属ブロックは、前記第１支持ブロックに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
  3. 　前記金属ブロックと前記第２支持ブロックは離れていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ光源装置。
  4. 　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックの前記第２側面と反対側の第２背面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体レーザ光源装置。
  5. 　前記第２支持ブロックの前記第２側面と垂直な方向から視て、前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックのうち前記第１支持ブロックと反対側から突出していることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ光源装置。
  6. 　前記第２支持ブロックは、前記温度制御モジュールの前記上面に設けられた台座部と、前記台座部から上方に延び前記第２側面と前記第２背面を含む側壁部と、を有し、
    　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックの前記第２背面の少なくとも一部を覆う第１部分と、前記第１部分から屈曲し前記台座部の少なくとも一部を覆う第２部分と、を有することを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザ光源装置。
  7. 　前記金属ブロックは、厚さが０．２ｍｍ以下の金属板であることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
  8. 　前記金属ブロックは前記第１支持ブロックから、前記第２支持ブロックの直上に延びることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体レーザ光源装置。
  9. 　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
  10. 　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックの前記第２側面と反対側の第２背面に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ光源装置。
  11. 　前記金属ブロックは、前記第１支持ブロックの前記第１側面と反対側の第１背面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ光源装置。
  12. 　前記金属ブロックと前記第１支持ブロックは離れていることを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
  13. 　前記金属ブロックは前記金属ステムの前記主面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
  14. 　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックに対して前記第１支持ブロックと反対側に設けられることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ光源装置。
  15. 　前記金属ブロックは、前記第２支持ブロックと離れていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体レーザ光源装置。
  16. 　前記第１基板には前記第１支持ブロックと電気的に接続されたグランド導体が設けられ、
    　前記第２基板には前記第２支持ブロックと電気的に接続されたグランド導体が設けられることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
  17. 　前記金属ステムを前記主面から前記主面と反対側の面まで貫通するリードピンと、
    　前記第２支持ブロックに設けられ、導体膜を有するセラミックブロックと、
    　前記第２支持ブロックに設けられ、前記セラミックブロックを介して前記リードピンと電気的に接続される温度センサと、
    　を備えることを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
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