JP2005019881A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光情報処理等に用いられる半導体レーザ装置に関し、特に、面発光型半導体レーザ素子を実装する半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、データ通信の大容量化・広帯域化に伴い、光波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)等の大容量高速光通信ネットワークの整備が急速に展開されつつある。また、ギガビットイーサネット(イーサネットは登録商標)やデータリンクなどの短距離通信においても、高速・並列処理の光通信技術が浸透してきた。このした光技術の役割が重要となってきている中で、半導体レーザ装置は、光通信、DVDやCD、レーザプリンターなど多くの電子機器に使用されている。
【0003】
半導体レーザには、ヘキ開した半導体基板の端面からレーザ光を放出する端面発光レーザと、半導体基板面と垂直な方向に共振器を有し基板から垂直方向にレーザ光を放出する面発光型半導体レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode: VCSELという)とがある。VCSELは、半導体プロセスによって光発光部をウエハ表面に形成するため、端面発光レーザでは難しかったレーザアレイの二次元化、ならびに大規模素子化が容易であるという利点がある。
【0004】
図9は、従来の半導体レーザ装置の模式的な構成を示す断面図である。同図に示すように、半導体レーザ装置100は、VCSEL110を搭載するケース本体120に取り付けられ、内部に密閉した空間を形成するキャップ(筐体)130とを有して構成される。ケース本体120には、VCSEL110へ電流を供給するためのリードピン122が接続される。また、キャップ130のVCSEL110と対向する位置に出射窓132が形成され、VCSEL110からのレーザ光は、出射窓132から外部に取り出されるようになっている。
【0005】
本出願人は、このような半導体レーザ装置に関して、VCSELの寿命を改善することを目的に、複数個のVCSELを同一信号により駆動することで同時に発光させ、VCSEL素子当たりの注入電流密度を低減する技術を、特願2001−348702号に開示している。VCSELの寿命は、注入電流密度の増加と反比例する関係にあり、この技術によりVCSELの寿命を長くすることができる。
【0006】
また、特許文献1は、光接続素子及び光接続装置に関するものであり、面型単色光源アレイ10の発光部11から発せられた光を、複数のレンズ部21を含むレンズアレイ20によりコリメートし、コリメートされた光をレンズ30により光ファイバー40へ取り技術を開示している。
【0007】
特許文献2は、波長多重光通信用の多波長半導体レーザアレイに関し、単一基板上に集積されるレーザの導波路部分の断面積を変えることにより発振波長を変化させ、これによって、多波長で発振する波長多重光通信用のレーザ光源を得る技術を開示している。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−340565号(図1を参照)
【特許文献2】
特開平6−97578号
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のVCSELを光源に用いた半導体レーザ装置には次のような課題がある。データ伝送容量の増大に伴い、データ伝送速度をギガビットあるいは数十、数百ギガビットまで増加させるためには、VCSELを高速で駆動させなければならない。VCSELの高速駆動または高速変調を行うためには、、VCSELからのレーザパルスを増加させることが効果的だが、このことは、安全基準上好ましいことではない。例えば、レーザ製品について、国際的な安全基準(ICE60825−1)が定められており、この基準は安全レベルを1〜4のクラスに分類している。日本でもこれを準拠したJISC06802(レーザ製品の放射安全基準)を定めている。安全クラス1では、特別な安全対策を不要とし、100s間その光を瞬きなしに見続けても、網膜に損傷が生じないレベルである。安全クラス2では、瞬きの時間0.25sに対して網膜が損傷しない安全が確保されているレベルである。安全クラス3A、3B、4となるに従いその危険度がより高くなる。
【0010】
従来の半導体レーザ装置は、図9に示すように、VCSELを出射窓付のパッケージ内に収容し、レーザ光を不必要な方向へ出射されることを防止する一方で、透過率の高いガラスにより出射窓132を封止し、レーザ光を効率よく取り出すことを一般的に行っている。つまり、従来の半導体レーザ装置では、VCSELを高速駆動させると、所定の安全基準を上回るレーザ光がパッケージから出射されてしまうという課題があり、レーザ素子の高速駆動と安全基準との二律背反する課題を解決する半導体レーザ装置は未だ世に供されていない。
【0011】
他方、出射窓のガラスの反射率を幾分大きくし、そこから反射される光をケース本体に設けた受光素子で検知して、VCSELの光出力をモニターするレーザ装置があるが、そのような構成では、上記したような安全基準を満足させることはできない。
【0012】
そこで本発明は、上記従来技術の課題を解決し、所定の安全基準を満たしつつ、高速駆動または高速変調が可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、VCSELを用い、安全、安価、かつ高速変調可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザ装置は、少なくとも1つの半導体レーザ素子を搭載するケース本体と、前記ケース本体に取り付けられ、前記ケース本体との間に内部空間を形成するキャップとを有する。キャップには、半導体レーザ素子からの光を外部に出射するための出射窓が形成され、出射窓にはレーザ素子からの光の一部を吸収する光吸収部材が設けられている。このような構成により、半導体レーザ素子への注入電流値を増加させて高速駆動(変調)を行っても、レーザ素子からの光出力の一部は光吸収部材によって吸収されため、所定の安全基準を満足する光量の光出力を得ることができる。
【0014】
好ましくは、光吸収部材は、ガラス部材と、ガラス部材に対向して配置される少なくとも1つの減光フィルターとを含む。ガラス部材は、従来と同様に透過率の高いガラスを用い、このガラスの両面もしくはいずれか一方の面側に減光フィルターを配置することができる。好ましくは、減光フィルターは、半導体レーザ素子からの光を吸収する吸収フィルターであり、例えばNDフィルター(Neutral Density filter)を用いることができる。NDフィルターは、ガラス部材に直接コーティングしてもよいし、あるいは公知の技術手段を用いてガラス部材に接合もしくは近接するように配置することができる。
【0015】
さらに好ましくは、光吸収部材は、半導体レーザ素子からの光を一定の割合で吸収する光吸収ガラス部材を用いることができる。単一の光吸収ガラスによりレーザ光の光量をカットすることで、より少ない部品点数で安価な半導体レーザ装置を提供することができる。
【0016】
また、出射窓は、半導体レーザ素子からの光の一部を反射される反射部材を含むものであっても良い。反射部材を用いる場合には、レーザ光の比較的大部分、例えばレーザ光の30%程度が反射されるようにし、残りの70%のレーザ光を透過窓から出射するようにする。反射部材は、例えば反射フィルターを用いることができ、透過率の高いガラス部材に反射膜をコーティングするようにしても良いし、反射フィルターをガラス部材と対向して配置されてもよい。反射部材は、キャップとケース本体との間の空間内に置かれる。これとは別に、反射部材は、表面に凹凸が形成されたガラス部材やすりガラスを用いることもできる。これにより、レーザ素子からの光の一部がガラス部材の表面で反射される。ガラス部材そのものによる反射を行うことで、部品点数を増加させることなく、安価な半導体レーザ装置を提供することができる。
【0017】
好ましくは、半導体レーザ素子は、ケース本体上に複数配置され、複数の半導体レーザ素子が同時に発光するように駆動されるものであってもよい。複数の半導体レーザ素子を同時に駆動することで、その出力が大きくなるため、光吸収部材による光吸収の割合を増加させる必要がある。また、複数の半導体レーザ素子が複数の発振波長を有するものであってもよく、これによって光波長多重の光源に用いることも可能である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置に実装されるVCSELの一構成例を示す断面図である。同図において、VCSEL1は、n型のGaAs基板2上に、n型のバッファ層3、n型の下部DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)4、アンドープの下部スペーサ層5とアンドープの量子井戸活性層6とアンドープの上部スペーサ層7とを含む活性領域8、p型の上部DBR9、及びp型のコンタクト層10が順次積層される。これら半導体層を異方性エッチングすることでメサ11が形成され、メサ11の側壁および上面の一部は層間絶縁膜12によって覆われる。コンタクト層10上において層間絶縁膜12には開口が形成され、その開口を介してp側電極13がコンタクト層10とオーミック接続される。p側電極13の中央には、レーザ光を出射するためのレーザ出射口14が形成される。またp側電極13は、メサ底部に形成された電極パッド(図中省略)まで延在されている。上部DBR9の最下層には、p型のAlAs層15が挿入され、AlAs層15はメサ11の側面から一部が酸化された酸化領域15aによって囲まれた円形状の開口15bを有し、これによって光閉じ込めおよび電流狭窄を行う。GaAs基板2の裏面にはn側電極16が形成される。
【0019】
下部DBR4は、n型のAl0.9Ga0.1As層とn型のAl0.3Ga0.7As層との複数層積層体で、各層の厚さはλ/4nr(但し、λは発振波長、nrは媒質の屈折率)であり、これらを交互に40.5周期で積層してある。n型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は3×1018cm−3である。
【0020】
活性領域8の下部スペーサ材層5は、アンドープのAl0.6Ga0.4As層であり、量子井戸活性層6は、アンドープAl0. 11Ga0. 89As量子井戸層およびアンドープのAl0. 3Ga0. 7As障壁層を含む。上部スペーサ層7は、アンドープのAl0.6Ga0.4As層である。
【0021】
上部DBR9は、p型のAl0.9Ga0.1As層とp型のAl0.3Ga0.7As層との積層体で、各層の厚さはλ/4nr(但し、λは発振波長、nrは媒質の屈折率)であり、これらを交互に30周期積層してある。p型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は3×1018cm−3である。p型のコンタクト層10はGaAs層で、膜厚20nm、カーボン濃度は1×1020cm−3である。p側電極13は、Ti/Auの積層膜である。
【0022】
次に、図1のVCSELを実装した半導体レーザ装置の構成を図2に示す。図2図(a)は半導体レーザ装置のキャップを取り外したときの平面図、同図(b)はキャップを取り付けた状態でのX−X線断面図である。半導体レーザ装置20は、金属製のステム(またはケース本体)30と、金属ステム30に取り付けられる金属製のキャップ40とを含む。金属ステム30は円盤状を有し、その表面から段差のあるフランジ32部が外周に形成される。また、金属ステム30には、後述するリードピンを接続するための貫通孔36が形成されている。
【0023】
キャップ40は一面を開放した円筒状を有し、その円周面から外側に垂直に突出する端部42が形成されている。端部42は、金属ステム30のフランジ部32に溶接等によって溶着される。キャップ40の底部は、金属ステム30の表面と略並行であり、その中央には、円形状の出射窓44が形成される。キャップ40の裏面には、その裏面形状に合わせて円形状の透過ガラス46が取り付けられる。透過ガラス46は、例えば、その外周をキャップ40の内面に融着させることにより固定される。好ましくは、透過ガラス46は、透過率の高い材質から構成される。さらに、透過ガラス46の裏面には、光吸収部材として、減光フィルター48が設けられる。減光フィルター48は、例えばNDフィルターを用いることができる。減光フィルター48は、透過ガラス46の裏面に貼り合わせられるか、あるいはキャップ40の内面にその端部を固定するものであってもよい。さらに、図2(b)の例では、透過ガラス46と同一サイズの減光フィルター46を透過ガラス46に接合させているが、減光フィルター48は、少なくとも出射窓44を覆う大きさであればよい。
【0024】
透過ガラス46および減光フィルター48の積層体によりキャップ40の出射窓44が封止され、キャップ40と金属ステム30との間に密閉された内部空間が形成される。内部空間は、好ましくは窒素ガスを含む不活性ガスにより充填される。こうして、出射窓44において、透過ガラス46および減光フィルター48の積層体は、VCSEL1からのレーザ光の一部を吸収する光吸収部材として機能し、出射窓44から外部へ出射される光量の一部をカットする。
【0025】
金属ステム30には、複数のリードピン34a、34bを取り付けるための貫通孔36が形成される。貫通孔36には、絶縁体膜38がコーティングされ、リードピン34が貫通孔36内に挿入されたとき、リードピン34a、34bと金属ステム30とが絶縁体膜38により電気的に絶縁される。リードピン34a、34bの一端は、貫通孔36を介して金属ステム30の表面に露出される。露出されたリードピン34a、34bは、金属ステム30の中心を通る線上に位置する。
【0026】
金属ステム30の略中央にマウンタ50が位置決めして固定される。このとき、マウンタ50は出射窓44と対向する位置にある。マウンタ50は、矩形状を有し、その表面にはAu等の金属がメッキまたは蒸着され、この部分にVCSEL1の基板裏面のn側電極16が接続される。好ましくは、VCSEL1は、マウンタ50の略中央に位置決めされる。マウンタ50は、VCSEL1の基板と熱膨張係数が近い材質であることが望ましく、例えば基板がGaAsである場合には、AlOやAIN等のセラミックを用いることができる。VCSEL1のp側電極13から延在された電極パッド17は、ボンディングワイヤ52によってリードピン34aに接続される。また、マウンタ50の表面がボンディングワイヤ54によってリードピン34bに接続され、これによりVCSEL1のn側電極16がリードピン34bに電気的に接続される。
【0027】
リードピン34aは、VCSEL1を駆動するための電流駆動源に接続され、リードピン34bは接地電位に接続される。リードピン34a、34bを介してVCSEL1に所定の大きさの電流が注入されると、VCSEL1はその中央のメサ11から基板と垂直方向にレーザ光を発する。レーザ光は、減光フィルター48によって一部の光が吸収され、残りの光が透過ガラス46を介して出射窓44から出力される。本実施の形態では、透過ガラス46の裏面に減光フィルター48を設けているので、VCSELを高速駆動または高速変調させても、VCSEL1からの光が減光フィルター48によって吸収されるため、出射窓44から出射される光は実質的に削減される。これにより、VCSELを高速駆動させつつも、安全基準を満足する半導体レーザ装置を提供することができる。
【0028】
次に第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図3に示す。第1の実施の形態では減光フィルター48を透過ガラス46の裏面側に配置させていたが、第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置20aでは、減光フィルター48aを透過ガラス46の表面側に配置させている。減光フィルター48aは、例えば、出射窓44の形状に一致するように出射窓44内に挿入され透過ガラス46の表面にぴったりと接合されるようにしてもよい。これ以外にも、取付け部材等を用いて減光フィルター48aをキャップ40の表面に配置させ、出射窓44を覆うようしてもよい。この場合、減光フィルター48aは、半導体レーザ装置の動作状況に応じてキャップ40から着脱自在であることが望ましく、半導体レーザ装置を高速駆動しない場合には、減光フィルター48aをキャップ40から取り外しておくようにする。
【0029】
次に第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図4に示す。第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置20bは、第1の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、透過ガラス46の両面側にそれぞれ減光フィルター48、48aを取り付けるものである。VCSELをより高速駆動する場合、それに比例して注入電流値が大きくなり、光出力も増加するため、2つの減光フィルター48、48aにより好適に光を吸収するようにしてもよい。
【0030】
次に第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図5に示す。第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置20cは、上記実施の形態と異なり、透過ガラス46aの透過率を減少させたものである。これにより透過ガラス46aは、VCSELからのレーザ光を所定の割合で吸収することができる。透過ガラス46を単体で用いる場合には、減光フィルターを取り付ける工数を削減することができ、部品点数を減らし安価な半導体レーザ装置を提供することができる。
【0031】
次に第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図6に示す。第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置20dは、減光フィルターを用いる代わりに、透過ガラス46の裏面側に反射部材60を取り付ける。反射部材を用いる場合には、レーザ光の比較的大部分、例えばレーザ光の30%程度が反射されるようにし、残りの70%のレーザ光を透過窓から出射するようにする。また、反射部材60からの反射光が直接にVCSELに当たらないようにするため、反射部材60を傾斜させるようにしても良い。反射部材60は、例えば反射フィルターを透過ガラス46上に取り付けるか、あるいは透過ガラス46上に蒸着等により反射膜をコーティングするようにしてもよい。
【0032】
また、図6(b)に示すように、反射部材60を用いる代わりに、すりガラス60aの単体を用いることも可能である。すりガラス60aの表面に凹凸が形成されているため、レーザ光の一部がその凹凸面で反射されることで、残りのレーザ光が出射窓44から出射させるようにする。表面に凹凸を有するガラス(例えば、すりガラス)自身により反射させるようにすることで、部品点数を削減し、安価なレーザ装置を提供することができる。
【0033】
上記第1ないし第5の実施の形態で説明した光吸収部材や反射部材を単独で用いても良いし、これらを組み合わせることも可能である。例えば、反射部材60を、透過ガラス46の裏面側に取り付け、かつ、透過ガラス46の表面側に減光フィルター48aを併せて取り付けるようにしてもよい。また、第4の実施の形態で用いた透過率を減少させた透過ガラス46aと、減光フィルター48や反射部材60を組み合わせるようにしてもよい。
【0034】
次に第6の実施の形態に係る半導体レーザ装置を図7に示す。第6の実施の形態に係る半導体レーザ装置20eは、マウンタ50上に4つのVCSEL1a、1b、1c、1dを実装する。各VCSELのp側電極は、ボンディングワイヤ52、54、56、58によりリードピン34a、34b、34c、34dに接続され、n側電極はマウンタ50を介して金属ステム30に導通され、金属ステム30を設置電位に接続する。4つのVCSELの発振波長を異ならせ、これらを同一信号により駆動し同時に発光させることで、光波長多重の光源に適用することができる。例えば、VCSEL1a、1b、1c、1dは、780、800、820、840nmの波長をもつ素子(チップ)としてマウンタ50上の実装される。そして、上記第1ないし第5の実施態様において説明したように、キャップ40の出射窓44に減光フィルター48または反射部材60を設けることにより、VCSELからの光の一部を吸収し、キャップ40からの光出力を実質的にカットする。
【0035】
次に本実施の形態に係る半導体レーザ装置を光伝送システムに適用した例を図8に示す。図8(a)は、上記第1ないし第5の実施の形態に示す単一のVCSELを実装する半導体レーザ装置と光学部材を組み合わせた光学モジュール70の構成であり、図8(b)は第6の実施の形態に示す4つのVCSELを実装する半導体レーザ装置と光学部材を組み合わせた光学モジュール80の構成を示す。
光学モジュール70は、半導体レーザ装置20の出射窓44から発せられる光をコリメートするコリメートレンズ72と、コリメートされた光を集光する集光レンズ74と、集光レンズ74からの光を受け取る光ファイバー76とから構成される。同様に、光学モジュール80は、各VCSELの発光点(メサ)に対応する位置に配された4つのコリメータレンズ82と、集光レンズ84と、光ファイバー86とを含む。VCSELからの異なる波長のレーザ光は、コリメータレンズ82および集光レンズ84により合成されて光ファイバー84に取り込まれ、波長多重化された光として伝送される。
【0036】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施の形態による金属ステム(ケース本体)やキャップの形状や材質等は例示であって、このような形状や材質に限定されるものではない。また、レーザ素子は、必ずしもVCSELに限るものではなく、端面発光型レーザ素子を用いてもよい。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザ素子を搭載するケース本体に取り付けられキャップの出射窓に、半導体レーザ素子からの光の一部を吸収する光吸収部材(または反射部材)を設けるようにしたので、半導体レーザ素子への注入電流値を増加しこれを高速駆動(変調)させても、その光の一部が光吸収部材によって吸収されるため、実質的に外部への出射される光出力を低減することができる。従って、高速駆動を行いながら、所定の安全基準を満たす半導体レーザ装置を提供することができ、これを利用した高速光通信等に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は半導体レーザ装置に実装されるVCSELの一構成例を示す断面図である。
【図2】図2は第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示し、図2(a)はキャップを取り外した状態の金属ステムの平面図、図2(b)はキャップを取り付けた状態での図2(a)のX−X線断面図である。
【図3】図3は第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図4】図4は第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図5】図5は第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図6】図6は第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図7】図7は第6の実施の態様に係る金属ステムの平面図である。
【図8】図8は半導体レーザ装置を光学モジュールに適用した図であり、図8(a)は単一のVCSELを実装する半導体レーザ装置の例を示し、図8(b)は複数のVCSELを実装する半導体レーザ装置の例を示す。
【図9】図9は従来の半導体レーザ装置の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 VCSEL
11 メサ
20、20a、20b、20c、20d、20e 半導体レーザ装置
30 金属ステム
34a、34b、34c、34d リードピン
40 キャップ
44 出射窓
46、46a 透過ガラス
48、48a 減光フィルター
50 マウンタ
52、54、56、58 ボンディングワイヤ
60 反射部材
60a すりガラス
70、80 光学モジュール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device used for optical communication, optical information processing, and the like, and more particularly to a semiconductor laser device mounted with a surface emitting semiconductor laser element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in capacity and bandwidth of data communication, the development of large-capacity high-speed optical communication networks such as optical wavelength division multiplexing (WDM) is being rapidly deployed. Also, high-speed and parallel processing optical communication technology has permeated in short-distance communications such as Gigabit Ethernet (Ethernet is a registered trademark) and data links. With the role of such optical technology becoming important, semiconductor laser devices are used in many electronic devices such as optical communications, DVDs, CDs, and laser printers.
[0003]
Semiconductor lasers include an edge-emitting laser that emits laser light from the end face of a cleaved semiconductor substrate, and a surface-emitting semiconductor that has a resonator in a direction perpendicular to the semiconductor substrate surface and emits laser light in a direction perpendicular to the substrate. There is a laser (called Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode: VCSEL). The VCSEL has an advantage that the laser array is formed on the wafer surface by a semiconductor process, so that it is easy to make the laser array two-dimensional and large-scale element, which is difficult with the edge emitting laser.
[0004]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional semiconductor laser device. As shown in the figure, the
[0005]
With regard to such a semiconductor laser device, the applicant of the present invention drives a plurality of VCSELs with the same signal to simultaneously emit light for the purpose of improving the lifetime of the VCSEL, thereby reducing the injection current density per VCSEL element. The technology is disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-348702. The lifetime of the VCSEL is inversely proportional to the increase in the injection current density, and this technology can extend the lifetime of the VCSEL.
[0006]
[0007]
Patent Document 2 relates to a multi-wavelength semiconductor laser array for wavelength multiplexing optical communication, and changes the oscillation wavelength by changing the cross-sectional area of the waveguide portion of the laser integrated on a single substrate. A technique for obtaining a laser light source for oscillating wavelength multiplexing optical communication is disclosed.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-340565 (see FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-6-97578
[Problems to be solved by the invention]
However, a semiconductor laser device using a conventional VCSEL as a light source has the following problems. As the data transmission capacity increases, the VCSEL must be driven at a high speed in order to increase the data transmission speed to gigabits, tens or hundreds of gigabits. In order to perform high-speed driving or high-speed modulation of the VCSEL, it is effective to increase the laser pulse from the VCSEL, but this is not preferable in terms of safety standards. For example, an international safety standard (ICE 60825-1) has been established for laser products, and this standard classifies safety levels into
[0010]
As shown in FIG. 9, the conventional semiconductor laser device accommodates the VCSEL in a package with an emission window, and prevents the laser light from being emitted in an unnecessary direction. Generally, the
[0011]
On the other hand, there is a laser device that increases the reflectivity of the glass of the exit window and detects the light reflected from it by a light receiving element provided on the case body, and monitors the optical output of the VCSEL. The configuration cannot satisfy the safety standards as described above.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a semiconductor laser device capable of high speed driving or high speed modulation while satisfying a predetermined safety standard.
A further object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that uses a VCSEL and is safe, inexpensive, and capable of high-speed modulation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor laser device according to the present invention includes a case main body on which at least one semiconductor laser element is mounted, and a cap attached to the case main body and forming an internal space with the case main body. The cap has an emission window for emitting light from the semiconductor laser element to the outside. The emission window is provided with a light absorbing member that absorbs part of the light from the laser element. With such a configuration, even if high current driving (modulation) is performed by increasing the injection current value to the semiconductor laser element, a part of the light output from the laser element is absorbed by the light absorbing member. Can be obtained.
[0014]
Preferably, the light absorbing member includes a glass member and at least one neutral density filter disposed to face the glass member. As the glass member, a glass having a high transmittance is used as in the conventional case, and a neutral density filter can be disposed on both surfaces or one of the surfaces of the glass. Preferably, the neutral density filter is an absorption filter that absorbs light from the semiconductor laser element. For example, an ND filter (Neutral Density filter) can be used. The ND filter may be directly coated on the glass member, or may be disposed so as to be bonded to or close to the glass member using a known technical means.
[0015]
More preferably, the light absorbing member may be a light absorbing glass member that absorbs light from the semiconductor laser element at a certain rate. By cutting the amount of laser light with a single light absorbing glass, an inexpensive semiconductor laser device can be provided with a smaller number of parts.
[0016]
The exit window may include a reflecting member that reflects part of the light from the semiconductor laser element. When the reflecting member is used, a relatively large part of the laser beam, for example, about 30% of the laser beam is reflected, and the remaining 70% of the laser beam is emitted from the transmission window. For example, a reflection filter can be used as the reflection member, and a glass member having a high transmittance may be coated with a reflection film, or the reflection filter may be disposed to face the glass member. The reflecting member is placed in a space between the cap and the case main body. Apart from this, the reflective member can also be a glass member filed glass with irregularities formed on the surface. Thereby, a part of light from the laser element is reflected on the surface of the glass member. By performing reflection by the glass member itself, an inexpensive semiconductor laser device can be provided without increasing the number of components.
[0017]
Preferably, a plurality of semiconductor laser elements may be arranged on the case body and driven so that the plurality of semiconductor laser elements emit light simultaneously. Since the output is increased by simultaneously driving a plurality of semiconductor laser elements, it is necessary to increase the ratio of light absorption by the light absorbing member. In addition, a plurality of semiconductor laser elements may have a plurality of oscillation wavelengths, which can be used as an optical wavelength multiplexing light source.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a VCSEL mounted on the semiconductor laser device according to the present embodiment. In the figure, a
[0019]
The lower DBR 4 is a multilayer stack of an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer, and the thickness of each layer is λ / 4n r (however, , Λ is the oscillation wavelength, and n r is the refractive index of the medium), which are alternately stacked in a 40.5 period. The carrier concentration after doping silicon, which is an n-type impurity, is 3 × 10 18 cm −3 .
[0020]
The lower spacer material layer 5 in the active region 8 is an undoped Al 0.6 Ga 0.4 As layer, and the quantum well active layer 6 is an undoped Al 0. 11 Ga 0. 89 As quantum well layer and undoped Al 0. 3 Ga 0. 7 Including an As barrier layer. The
[0021]
The
[0022]
Next, FIG. 2 shows a configuration of a semiconductor laser device in which the VCSEL of FIG. 1 is mounted. 2A is a plan view when the cap of the semiconductor laser device is removed, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line XX with the cap attached. The
[0023]
The cap 40 has a cylindrical shape with one surface open, and an
[0024]
The
[0025]
The metal stem 30 is formed with a through
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Next, a semiconductor laser device according to the second embodiment is shown in FIG. In the first embodiment, the
[0029]
Next, a semiconductor laser device according to a third embodiment is shown in FIG. A semiconductor laser device 20b according to the third embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment. That is, the
[0030]
Next, a semiconductor laser device according to the fourth embodiment is shown in FIG. The semiconductor laser device 20c according to the fourth embodiment is different from the above embodiment in that the transmittance of the
[0031]
Next, a semiconductor laser device according to a fifth embodiment is shown in FIG. In the semiconductor laser device 20d according to the fourth embodiment, a reflecting member 60 is attached to the back side of the
[0032]
Further, as shown in FIG. 6B, instead of using the reflecting member 60, it is possible to use a single piece of
[0033]
The light absorbing member and the reflecting member described in the first to fifth embodiments may be used alone, or these may be combined. For example, the reflecting member 60 may be attached to the rear surface side of the
[0034]
Next, a semiconductor laser device according to a sixth embodiment is shown in FIG. A semiconductor laser device 20e according to the sixth embodiment has four
[0035]
Next, an example in which the semiconductor laser device according to this embodiment is applied to an optical transmission system is shown in FIG. FIG. 8A shows a configuration of an
The
[0036]
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible. For example, the shape and material of the metal stem (case body) and cap according to the present embodiment are examples, and the shape and material are not limited to such shape and material. Further, the laser element is not necessarily limited to the VCSEL, and an edge-emitting laser element may be used.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, a light absorbing member (or a reflecting member) that absorbs part of the light from the semiconductor laser element is provided in the exit window of the cap that is attached to the case body on which the semiconductor laser element is mounted. Even if the injection current value to the semiconductor laser element is increased and this is driven (modulated) at high speed, a part of the light is absorbed by the light absorbing member, so the light output emitted to the outside is substantially reduced. can do. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser device that satisfies a predetermined safety standard while performing high-speed driving, and can contribute to high-speed optical communication using the semiconductor laser device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a VCSEL mounted on a semiconductor laser device.
2 shows the semiconductor laser device according to the first embodiment, FIG. 2 (a) is a plan view of the metal stem with the cap removed, and FIG. 2 (b) is a state with the cap attached. FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a third embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a plan view of a metal stem according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram in which a semiconductor laser device is applied to an optical module. FIG. 8A shows an example of a semiconductor laser device mounting a single VCSEL, and FIG. 8B shows a plurality of VCSELs. An example of a semiconductor laser device that implements the above will be shown.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional semiconductor laser device.
[Explanation of symbols]
1 VCSEL
11
Claims (13)
前記ケース本体に取り付けられ、半導体レーザ素子からの光を外部へ出射するための出射窓を含むキャップとを有し、
前記出射窓には、前記半導体レーザ素子からの光の一部を吸収する光吸収部材が設けられている、半導体レーザ装置。A case body on which at least one semiconductor laser element is mounted;
A cap attached to the case body and including an exit window for emitting light from the semiconductor laser element to the outside;
A semiconductor laser device, wherein the exit window is provided with a light absorbing member that absorbs part of the light from the semiconductor laser element.
前記ケース本体に取り付けられ、半導体レーザ素子からの光を外部へ出射するための出射窓を含むキャップとを有し、
前記出射窓には、前記半導体レーザ素子からの光の一部を反射する反射部材が設けられている、半導体レーザ装置。A case body on which at least one semiconductor laser element is mounted;
A cap attached to the case body and including an exit window for emitting light from the semiconductor laser element to the outside;
A semiconductor laser device, wherein the exit window is provided with a reflecting member that reflects part of light from the semiconductor laser element.
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