JP2009105240A - Semiconductor light-emitting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子を含む半導体発光装置に関し、特に、面発光型半導体レーザ素子の温度特性を補償し、インピーダンスミスマッチングによる信号の劣化を防止する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a semiconductor light emitting element, and more particularly to a technique for compensating for temperature characteristics of a surface emitting semiconductor laser element and preventing signal deterioration due to impedance mismatching.
面発光型半導体レーザ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode:以下VCSELと呼ぶ)は、しきい値電流が低く消費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、ウエハ状態での評価や光源の二次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を生かし、光通信や光記録等の技術分野において、光源としての需要がとりわけ期待されている。 Surface-emitting semiconductor laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode: hereinafter referred to as VCSEL) is an evaluation and light source in a wafer state that can easily obtain a circular light spot with low threshold current and low power consumption. It has an excellent feature not found in edge-emitting semiconductor lasers, such as a two-dimensional array. Taking advantage of these features, demand as a light source is particularly expected in technical fields such as optical communication and optical recording.
VCSELなど半導体発光素子を通信分野の光源に用いる場合、通信エラーを抑制するため、符号間干渉の要因となる高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を抑える必要がある。このため、高周波電流を吸収する技術や、インピーダンスマッチングにより高周波ノイズの発生を防止する技術がいくつかの文献により開示されている。 When a semiconductor light emitting element such as a VCSEL is used as a light source in the communication field, in order to suppress communication errors, it is necessary to suppress the generation of high frequency noise that causes intersymbol interference and the deterioration of drive signals. For this reason, several techniques disclose a technique for absorbing high-frequency current and a technique for preventing the generation of high-frequency noise by impedance matching.
特許文献1は、レーザダイオードに対して並列に、高周波電流を吸収する回路を接続したレーザダイオードである。高周波電流を吸収することにより、不要なキャリア密度の変動を抑え、符号間干渉の少ない良好な変調波形を得る技術を開示している。 Patent Document 1 is a laser diode in which a circuit that absorbs a high-frequency current is connected in parallel to the laser diode. A technique is disclosed in which a high-frequency current is absorbed to suppress an unnecessary carrier density fluctuation and to obtain a good modulation waveform with little intersymbol interference.
特許文献2は、半導体レーザ装置に並列に接続された回路を備え、前記回路がコンデンサと、直列に接続された正の温度係数を有する抵抗素子を有する半導体駆動回路である。広範囲の温度において緩和振動現象を抑制する技術を開示している。 Patent Document 2 is a semiconductor drive circuit including a circuit connected in parallel to a semiconductor laser device, and the circuit includes a capacitor and a resistance element having a positive temperature coefficient connected in series. A technique for suppressing the relaxation oscillation phenomenon in a wide range of temperatures is disclosed.
特許文献3は、半導体レーザにマッチング負荷が接続されている半導体発光装置である。マッチング負荷には、出射口が塞がれているVCSELが使用されている。これにより、外部の駆動回路とインピーダンスマッチングをする技術を開示している。 Patent Document 3 is a semiconductor light emitting device in which a matching load is connected to a semiconductor laser. For the matching load, a VCSEL whose output port is blocked is used. Thus, a technique for impedance matching with an external drive circuit is disclosed.
特許文献4は、基板に発光素子とインピーダンス機能を付与している半導体発光装置である。同一の基板上に発光素子とインピーダンス機能を有する抵抗素子を形成する技術を開示している。
VCSELを高速に駆動する場合、高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を防止するため、VCSELと外部の駆動回路とのインピーダンス値をマッチングさせることが望ましい。従来のマッチング方法は、VCSELにチップ抵抗を付加したり、VCSEL基板上に複数の抵抗素子をモノリシックに形成することで、VCSELのインピーダンス値を補償している。 When the VCSEL is driven at high speed, it is desirable to match the impedance values of the VCSEL and the external drive circuit in order to prevent generation of high frequency noise and deterioration of the drive signal. In the conventional matching method, the impedance value of the VCSEL is compensated by adding a chip resistor to the VCSEL or forming a plurality of resistive elements monolithically on the VCSEL substrate.
VCSELは、抵抗が負の温度特性を有し、言い換えれば、動作温度が上昇すれば抵抗が減少する。従来のマッチング方法は、VCSELの動作温度を考慮するものではないため、例えば、付加されたチップ抵抗の温度係数はVCSELの温度係数と比較して著しく小さかったり、モノリシックに形成された抵抗素子の温度係数がVCSELと同じ負の温度係数をもつため、温度変化に伴いインピーダンス値が変動し、駆動回路とのインピーダンス整合が取れなくなってしまうことがあった。その結果、駆動信号の反射により高周波ノイズが発生したり、駆動信号が劣化してしまうという課題があった。 The VCSEL has a temperature characteristic in which the resistance is negative. In other words, the resistance decreases as the operating temperature increases. Since the conventional matching method does not consider the operating temperature of the VCSEL, for example, the temperature coefficient of the added chip resistance is significantly smaller than the temperature coefficient of the VCSEL, or the temperature of the resistance element formed monolithically Since the coefficient has the same negative temperature coefficient as that of the VCSEL, the impedance value fluctuates with a change in temperature, and impedance matching with the drive circuit may not be achieved. As a result, there are problems that high-frequency noise is generated due to reflection of the drive signal, or that the drive signal is deteriorated.
本発明は、このような課題を解決するものであり、VCSELの温度補償し、高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を防止する半導体発光装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that compensates the temperature of a VCSEL and prevents generation of high frequency noise and deterioration of a drive signal.
本発明に係る半導体発光装置は、抵抗が負の温度特性を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子に電気的に直列に接続された抵抗素子と、前記半導体発光素子と前記抵抗素子を固定する基板とを含み、前記抵抗素子は、抵抗が正の温度特性を有する。 A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor light emitting element having a negative temperature characteristic of a resistance, a resistance element electrically connected in series to the semiconductor light emitting element, and fixing the semiconductor light emitting element and the resistance element. The resistance element has a positive temperature characteristic.
好ましくは、半導体発光素子の負の温度係数の傾きは、抵抗素子の正の温度係数の傾きにほぼ等しい。好ましくは、抵抗素子の正の温度係数は、少なくとも−40℃から+120℃の温度範囲内において線形特性を有する。さらに好ましくは、抵抗素子の温度係数は、+300ppm/℃以上、+5000ppm/℃以下である。半導体発光素子は、III−V族化合物半導体、例えばGaAsまたはAlGaAs等の面発光型半導体レーザ素子である。抵抗素子は、チタン酸バリウム、あるいはポリマーに導電性粉末を分散させた抵抗素子である。さらに基板は、熱伝導率が高いセラミック性絶縁性基板からなり、半導体発光素子と抵抗素子とを熱結合することが望ましい。さらに半導体発光素子と抵抗素子の直列抵抗は、−40℃から120℃の温度範囲内において100Ωであることが望ましい。 Preferably, the slope of the negative temperature coefficient of the semiconductor light emitting element is substantially equal to the slope of the positive temperature coefficient of the resistance element. Preferably, the positive temperature coefficient of the resistance element has a linear characteristic at least within a temperature range of −40 ° C. to + 120 ° C. More preferably, the temperature coefficient of the resistance element is +300 ppm / ° C. or higher and +5000 ppm / ° C. or lower. The semiconductor light emitting device is a group III-V compound semiconductor, for example, a surface emitting semiconductor laser device such as GaAs or AlGaAs. The resistance element is a resistance element in which conductive powder is dispersed in barium titanate or a polymer. Further, the substrate is preferably made of a ceramic insulating substrate having high thermal conductivity, and it is desirable to thermally couple the semiconductor light emitting element and the resistance element. Furthermore, the series resistance of the semiconductor light emitting element and the resistance element is preferably 100Ω within a temperature range of −40 ° C. to 120 ° C.
本発明に係る光送信モジュールは、上記特徴を有する半導体発光装置と、半導体発光装置に接続され、半導体発光素子を駆動する駆動回路とを含み、半導体発光装置のインピーダンスが駆動回路のインピーダンス値にほぼ等しい。好ましくは、駆動回路は、前記半導体発光素子を5GHz以上で駆動する。 An optical transmission module according to the present invention includes a semiconductor light emitting device having the above characteristics and a drive circuit connected to the semiconductor light emitting device and driving a semiconductor light emitting element, and the impedance of the semiconductor light emitting device is substantially equal to the impedance value of the drive circuit. equal. Preferably, the drive circuit drives the semiconductor light emitting element at 5 GHz or more.
本発明によれば、半導体発光素子の温度係数と逆符号の温度係数を有する抵抗素子を半導体発光素子に直列に接続することで、半導体発光素子の動作特性を温度補償することができる。これにより、動作温度が変化しても、半導体発光装置の直列抵抗あるいはインピーダンスを一定の保つことができ、その結果、駆動回路とのインピーダンスマッチングを補償することができる。これにより、インピーダンス不整合による高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を防止することができる。 According to the present invention, the operating characteristic of the semiconductor light emitting element can be temperature compensated by connecting the resistance element having the temperature coefficient opposite to the temperature coefficient of the semiconductor light emitting element in series with the semiconductor light emitting element. Thereby, even if the operating temperature changes, the series resistance or impedance of the semiconductor light emitting device can be kept constant, and as a result, impedance matching with the drive circuit can be compensated. Thereby, it is possible to prevent the generation of high frequency noise and the deterioration of the drive signal due to impedance mismatch.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の概略構成を示す側面断面図である。本実施例に係る半導体発光装置10は、金属製の円盤状のステム100と、ステム100に搭載されたサブマウント110と、サブマウント110上に固定され、レーザ光を出射するVCSEL120と、抵抗が正の温度係数を有する抵抗素子130と、VCSEL120が出射するレーザ光の一部を受光する受光素子140と、ステム100を覆うキャップ150と、ステム100に取り付けられた複数の導電性金属からなるリード端子160、162、164、166とを含んでいる。
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor
ステム100には、図示しない複数の貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔内にリード端子160〜166が挿入される。リード160〜166は、ガラス樹脂等により貫通孔内においてステム100と電気的に絶縁されている。
A plurality of through holes (not shown) are formed in the
VCSEL120は、抵抗素子130に直列に接続されている。すなわち、VCSEL120のp側電極は、抵抗素子130の一方の電極に接続され、抵抗素子130の他方の電極は、リード端子160に接続される。また、VCSEL120のn側電極は、サブマウント110の上面中央部に形成された電極薄膜112を介して、リード端子162に電気的に接続されている。
The VCSEL 120 is connected to the
受光素子140は、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタから構成され、n側電極はリード端子164に電気的に接続され、p側電極はリード端子166に電気的に接続される。受光素子140は、平板ガラス154で反射されたVCSEL120の反射光を受光し、その出力信号を、リード端子164と166から出力し、VCSEL120の光出力をモニタするAPC駆動回路に供給する。
The light receiving
通常、VCSEL120のn側電極(カソード)と、受光素子140のp側電極(アノード)に共通のリード端子に接続されるが、VCSEL120を高速駆動する場合、高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を抑えるため、VCSEL120のn側電極に使用されるリード端子162と、受光素子140のp側電極に使用されるリード端子166とを個別にしている。
Normally, the n-side electrode (cathode) of the
キャップ150は、カップ状の金属部材であり、その周縁の脚部152がステム100に溶接等により固定されている。また、キャップ150上部中央には、円形状の開口部が形成され、当該開口部の内側には、VCSEL120から出射されるレーザ光を透過する平板ガラス154が取り付けられている。これにより、キャップ150の内部空間内にVCSEL120、抵抗素子130および受光素子140が封止されている。なお、封止は、完全な気密状態であることは要しない。
The
図2は、サブマウント上に固定された各素子の配置を示す平面図である。同図では、VCSEL120、抵抗素子130および受光素子140の電極部分と、サブマウント110の表面に形成された電極薄膜112をハッチングで示している。ステム100上に搭載されたサブマウント110は、好ましくは熱伝導性の高い窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック基板から構成される。サブマウント110は矩形状を有し、そのほぼ中央には矩形状の電極薄膜112が形成され、電極薄膜112上には導電性接着剤等を介してVCSEL120が固定されている。電極薄膜112としては、酸化に強いAu等の金属材料が望ましい。VCSEL120の一方の側には抵抗素子130が、他方の側には受光素子140がそれぞれ接着剤等で固定されている。VCSEL120と抵抗素子130は、サブマウント110を介して相互が熱的に結合され、VCSEL120と抵抗素子130は、同じような温度環境に置かれる。
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of each element fixed on the submount. In the figure, the electrode portions of the
VCSEL120のn側電極は、電極薄膜112に接続され、電極薄膜112は、ボンディングワイヤ170aによりリード端子162に接続される。VCSEL120のp側電極は、ボンディングワイヤ170bにより抵抗素子130の一方の電極132に接続され、抵抗素子130の他方の電極134は、ボンディングワイヤ170cによりリード端子160に接続される。受光素子140のn側電極142は、ボンディングワイヤ170dによりリード端子164に接続され、p側電極144は、ボンディングワイヤ170eによりリード端子166に接続される。
The n-side electrode of the
抵抗素子130は、正の温度特性を有し、VCSEL120の温度特性と逆符号である。抵抗素子130は、例えばチタン酸バリウムからなるPTCサーミスタや、ポリマーにカーボン等の導電性粉末を分散させたポリマーPTCを用いることができる。抵抗素子130は、VCSEL120と直列に接続されることで、VCSEL120の温度変化に伴う抵抗の変化を補償する。従って、抵抗素子130は、VCSEL120と同じ温度環境が望ましく、抵抗素子130は、サブマウント110上のVCSEL120からできるだけ近い位置に固定されている。ここでは、抵抗素子130の一方の電極132とVCSEL120のp側電極を1本のボンディングワイヤ170bにより接続しているが、両者の熱結合を向上させるため複数のボンディングワイヤにより接続しても良い。さらに、ボンディングワイヤ以外にも平板状の金属板により両者を結合してもよい。
The
図3は、VCSEL120の一般的な構成を示す断面図である。VCSEL120は、n型のGaAs基板200の裏面にn側電極202を含み、基板200上に、n型のGaAsバッファ層204、n型のAlGaAsの半導体多層膜からなる下部DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡)206、活性領域208、p型のAlAsの外縁を酸化させた層からなる電流狭窄層210、p型のAlGaAsの半導体多層膜からなる上部DBR212、p型のGaAsコンタクト層214を含む半導体層を積層している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a general configuration of the
半導体層には、コンタクト層214から下部DBR206の一部に到達する深さのリング状の溝216が形成され、この溝216によりレーザ光の発光部である円筒状のポストPと電極形成領域218とが規定されている。また、溝216を含む半導体層の表面には、層間絶縁膜220が形成され、半導体層を外部から保護している。ポストPの頂部には、層間絶縁膜220のコンタクトホールによって露出したコンタクト層214に、オーミック接続されたp側電極222が設けられ、p側電極222の中央には、レーザ光の出射領域を規定する円形状の出射口224が形成されている。また、電極形成領域218には、層間絶縁膜220を介して円形状の電極パッド226が形成され、電極パッド226は、VCSEL120のアノード側であるp側電極222に電気的に接続されている。このように形成されたVCSEL120は、ポストPの出射口224から約850nmの波長のレーザ光を出射する。
In the semiconductor layer, a ring-shaped
図4は、半導体発光装置のVCSELと抵抗素子との等価回路を示す図である。半導体発光装置10のリード端子160と162の間には、レーザ光を出射するVCSEL120と、VCSEL120を温度補償する抵抗素子130が直列に接続されている。また、半導体発光装置10のリード端子160と162には、伝送路182を介して、出力インピーダンスが100Ωの駆動回路180が接続されている。ここで、半導体発光装置10のインピーダンス値Zは、VCSEL120と抵抗素子130の合成インピーダンスであり、以下の式により導き出すことができる。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the VCSEL and the resistance element of the semiconductor light emitting device. Between the
ここで、RvはVCSEL120の抵抗値であり、Rtは抵抗素子130の抵抗値である。
Here, Rv is the resistance value of the
図5(a)は、VCSELの温度特性を示すグラフである。同図において、横軸は温度T、縦軸は抵抗値[Ω]を示し、温度TとVCSEL120の抵抗値Rvとの関係を示している。VCSEL120は、負の温度係数を有するため、温度Tが上昇すればその抵抗値Rvは低下し、温度Tが低下すればその抵抗値Rvは上昇する。VCSEL120の温度係数αは、以下の式により導き出すことができる。
FIG. 5A is a graph showing the temperature characteristics of the VCSEL. In the figure, the horizontal axis indicates the temperature T, the vertical axis indicates the resistance value [Ω], and the relationship between the temperature T and the resistance value Rv of the
上記の式より、算出された図5(a)に示すVCSELの温度係数αは、約−0.4%、すなわち、−4000ppm(parts per million)/℃と表すことができる。ppmは、100万分の1を意味している。VCSELの温度係数αは、−20℃から85℃の温度範囲においてほぼ線形に変化している。 From the above formula, the calculated temperature coefficient α of the VCSEL shown in FIG. 5A can be expressed as about −0.4%, that is, −4000 ppm (parts per million) / ° C. ppm means one millionth. The temperature coefficient α of the VCSEL changes almost linearly in the temperature range of −20 ° C. to 85 ° C.
図5(b)は、抵抗素子の温度特性を示すグラフである。同図において、横軸は温度T、縦軸は抵抗値[Ω]を示し、温度Tと抵抗素子130の抵抗値Rvとの関係を示している。抵抗素子130は、正の温度係数を有するため、温度Tが上昇すればその抵抗値Rtは上昇し、温度Tが低下すればその抵抗値Rtは低下する。好ましくは、抵抗素子130の温度係数は、VCSELの温度係数の絶対値と等しく、すなわち、抵抗素子130の温度係数αは、+4000ppm/℃であり、さらに抵抗素子130の温度係数αは、VCSEL120が動作される温度範囲含む−40℃から+120℃において線形であることが望ましい。
FIG. 5B is a graph showing the temperature characteristics of the resistance element. In the figure, the horizontal axis indicates the temperature T, the vertical axis indicates the resistance value [Ω], and the relationship between the temperature T and the resistance value Rv of the
VCSEL120の温度係数αが−4000ppm/℃、抵抗素子130の温度係数αが+4000ppm/℃であれば、両者が直列に接続されたとき、VCSELの温度変化に伴う負の抵抗の変化量は、抵抗素子の正の抵抗の変化量によって相殺され、半導体発光装置10の全体のインピーダンス値Zを一定に保つことができる。
If the temperature coefficient α of the
半導体発光装置10のインピーダンス値Zは、駆動回路180のインピーダン値とマッチングをとる必要があり、特に、10GHz以上で高速駆動する場合には、ノイズの発生や信号の劣化を防ぐ意味でも重要である。
The impedance value Z of the semiconductor
駆動回路180に接続された伝送路182を含むインピーダンス値は、100Ωであるから、半導体発光装置10のインピーダンス値Zは、100Ωに一致し若しくは近似することが望ましい。図6は、温度Tと、VCSELおよび抵抗素子の抵抗値Rv、Rtとの関係を示すテーブルである。例えば、動作温度が24℃(常温)のとき、VCSEL120の抵抗値Rvは49Ωであり、抵抗素子130の抵抗値Rtは、51Ωである。これにより、半導体発光装置10のインピーダンス値Zは、100Ωとなり、駆動回路180のインピーダンス値100Ωとマッチングされる。
Since the impedance value including the
例えば、温度Tが−20℃に低下した場合、VCSEL120の抵抗Rvは、57Ωと上昇するが、抵抗素子130の抵抗Rtは43Ωと低下し、半導体発光装置10のインピーダンス値Zは100Ωのまま保たれる。一方、動作温度Tが85℃に上昇した場合、VCSEL120の抵抗Rvは38Ωと低下するが、抵抗素子130の抵抗Rtは62Ωと上昇し、半導体発光装置10のインピーダンス値Zは、100Ωのまま保たれる。
For example, when the temperature T decreases to −20 ° C., the resistance Rv of the
このように、半導体発光装置10は、温度環境が変化した場合であっても、インピーダンス値Zを一定に保つことができ、外部の駆動回路とのインピーダンスマッチングを補償することができる。これにより、インピーダンス不整合による高周波ノイズの発生や駆動信号の劣化を防止することができる。
As described above, the semiconductor
上記実施例では、VCSEL20が単一のポストPからレーザ光を出射する、シングルスポットの例を示したが、複数のポストを配列しそこからレーザ光を出射する、マルチスポットであっても良い。また、半導体発光素子は、VCSELに限らず、発光ダイオードなどの他の半導体発光素子であってもよい。また、使用されるVCSELは、GaAs基板以外の他の基板を含むものであってもよい。
In the above embodiment, an example of a single spot where the
次に、本実施例の半導体発光装置を利用したモジュール、光送信装置、空間伝送システム、光伝送装置等について図面を参照して説明する。図7Aは、半導体発光装置のパッケージ例を示す断面図である。パッケージ300は、本実施例の半導体発光装置と同様に、VCSEL310と抵抗素子312を固定するサブマウント320上が円盤状の金属ステム330上に搭載されている。導電性のリード340、342は、ステム330に形成された貫通孔(図示省略)内に挿入され、一方のリード340は、VCSELのn側電極に電気的に接続され、他方のリード342は、p側電極に電気的に接続される。
Next, a module, an optical transmission device, a spatial transmission system, an optical transmission device, etc. using the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a package example of a semiconductor light emitting device. In the
ステム330上には、矩形状の中空のキャップ350が固定され、キャップ350の中央の開口352内にボールレンズ360が固定されている。ボールレンズ360の光軸は、VCSEL310のほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード340、342間に順方向の電圧が印加されると、VCSEL310から垂直方向にレーザ光が出射される。VCSEL310とボールレンズ360との距離は、VCSEL310からのレーザ光の広がり角θ内にボールレンズ360が含まれるように調整される。また、キャップ350内に、VCSEL310の発光状態をモニターするための受光素子314を含ませるようにしてもよい。
A rectangular
図7Bは、その他のパッケージ例の構成を示す図であり、同図に示すパッケージ302は、キャップ350の上面部が一定の傾斜を有し、中央の開口352内側に平板ガラス362を固定している。平板ガラス362の中心は、VCSEL310のほぼ中心と一致するように位置決めされる。VCSEL310と平板ガラス362との距離は、平板ガラス362の開口径がVCSEL310からのレーザ光の広がり角度θ以上になるように調整される。平板ガラス362は、レーザ光の一部を特定の方向に反射させることができ、受光素子314を配置する許容領域を広げている。
FIG. 7B is a diagram showing the configuration of another package example. In the
図8は、半導体発光装置を光源として適用した例を示す図である。光源装置370は、図7Aまたは図7BのようにVCSELを実装したパッケージ300からのマルチビームのレーザ光を入射するコリメータレンズ372、一定の速度で回転し、コリメータレンズ372からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー374、ポリゴンミラー374からのレーザ光を入射し反射ミラー378を照射するfθレンズ376、ライン状の反射ミラー378、反射ミラー378からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム380を備えている。このように、VCSELからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a semiconductor light emitting device is applied as a light source. As shown in FIG. 7A or 7B, the
図9は、図7Aに示す半導体発光装置のパッケージを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置400は、ステム330に固定された円筒状の筐体410、筐体410の端面に一体に形成されたスリーブ420、スリーブ420の開口422内に保持されるフェルール430、およびフェルール430によって保持される光ファイバ440を含んで構成される。ステム330の円周方向に形成されたフランジ332には、筐体410の端部が固定される。フェルール430は、スリーブ420の開口422に正確に位置決めされ、光ファイバ440の光軸がボールレンズ360の光軸に整合される。フェルール430の貫通孔432内に光ファイバ440の芯線が保持されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration when the package of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 7A is applied to an optical transmitter. The
チップ310の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ360によって集光され、集光された光は、光ファイバ440の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ360を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光送信装置400は、リード340、342に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光送信装置400は、光ファイバ440を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。
The laser light emitted from the surface of the
図10は、図7に示す半導体発光装置を空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム500は、パッケージ300と、集光レンズ510と、拡散板520と、反射ミラー530とを含んでいる。集光レンズ510によって集光された光は、反射ミラー530の開口532を介して拡散板520で反射され、その反射光が反射ミラー530へ向けて反射される。反射ミラー530は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration when the semiconductor light emitting device shown in FIG. 7 is used in a spatial transmission system. The
図11Aは、VCSELを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム600は、VCSELが形成されたチップ310を含む光源610と、光源610から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系620と、光学系620から出力されたレーザ光を受光する受光部630と、光源610の駆動を制御する制御部640とを有する。制御部640は、VCSELを駆動するための駆動パルス信号を光源610に供給する。光源610から放出された光は、光学系620を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部630へ伝送される。受光部630は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部630は、制御信号650により制御部640の動作(例えば光伝送の開始タイミング)を制御することができる。
FIG. 11A is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system using a VCSEL as a light source. The
図11Bは、光伝送システムに利用される光伝送装置の概観構成を示す図である。光伝送装置700は、ケース710、光信号送信/受信コネクタ接合部720、発光/受光素子730、電気信号ケーブル接合部740、電源入力部750、動作中を示すLED760、異常発生を示すLED770、DVIコネクタ780を含み、内部に送信回路基板/受信回路基板を有している。
FIG. 11B is a diagram illustrating a general configuration of an optical transmission device used in the optical transmission system. The
光伝送装置700を用いた映像伝送システムを図12に示す。映像伝送システム800は、映像信号発生装置810で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置820に伝送するため、図11Bに示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム800は、映像信号発生装置810、画像表示装置820、DVI用電気ケーブル830、送信モジュール840、受信モジュール850、映像信号伝送光信号用コネクタ860、光ファイバ870、制御信号用電気ケーブルコネクタ880、電源アダプタ890、DVI用電気ケーブル900を含んでいる。
A video transmission system using the
上記実施例は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。 The above-described embodiments are illustrative, and the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto, and can be realized by other methods within the scope satisfying the constituent requirements of the present invention. Needless to say.
本発明に係る半導体発光装置は、光情報処理や光高速データ通信等の各分野で使用される光源に利用することができる。 The semiconductor light emitting device according to the present invention can be used as a light source used in various fields such as optical information processing and optical high-speed data communication.
10:半導体発光装置 100:金属ステム
110:サブマウント 112:電極薄膜
120:VCSEL 130:抵抗素子
140:受光素子 150:キャップ
152:平板ガラス 160〜166:リード端子
170a〜170e:ボンディングワイヤ
180:駆動回路 182:伝送路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Semiconductor light-emitting device 100: Metal stem 110: Submount 112: Electrode thin film 120: VCSEL 130: Resistance element 140: Light receiving element 150: Cap 152: Flat glass 160-166: Lead
Claims (14)
前記半導体発光素子に電気的に直列に接続された抵抗素子と、
前記半導体発光素子と前記抵抗素子を固定する基板とを含み、
前記抵抗素子は、抵抗が正の温度特性を有する、半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device having a negative temperature characteristic of resistance;
A resistive element electrically connected in series to the semiconductor light emitting element;
A substrate for fixing the semiconductor light emitting element and the resistance element;
The semiconductor light emitting device, wherein the resistance element has a positive temperature characteristic.
前記半導体発光装置に接続され、前記半導体発光素子を駆動する駆動回路とを含み、
前記半導体発光装置のインピーダンスが前記駆動回路のインピーダンスにほぼ等しい、光送信モジュール。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 9,
A drive circuit connected to the semiconductor light emitting device and driving the semiconductor light emitting element;
An optical transmission module, wherein an impedance of the semiconductor light emitting device is substantially equal to an impedance of the drive circuit.
半導体発光装置から出射された光を投射する光学部材とを含む光モジュール。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 9,
An optical module including an optical member that projects light emitted from a semiconductor light emitting device.
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013039714A (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Ricoh Co Ltd | Light source apparatus, light scanning apparatus, and image formation apparatus |
| JP2013055152A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Ricoh Co Ltd | Surface emitting laser unit, optical scanner, and image formation apparatus |
| US8810866B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-08-19 | Ricoh Company, Ltd. | Optical device, optical scanning apparatus, and image forming apparatus |
| JP2014157873A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Ricoh Co Ltd | Lid for optical package, optical package, optical unit, multi-beam scanner, and image forming apparatus |
| US9063004B2 (en) | 2011-09-08 | 2015-06-23 | Ricoh Company, Ltd. | Package member for electronic component and optical device including the package member |
| KR20180087099A (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-01 | 엘지전자 주식회사 | Mobile terminal |
| WO2018139790A1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | 엘지전자 주식회사 | Mobile/portable terminal |
| CN111628403A (en) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 富士施乐株式会社 | Light emitter, light emitting device, optical device, and information processing apparatus |
| US10824054B2 (en) | 2017-01-24 | 2020-11-03 | Lg Electronics Inc. | Mobile terminal |
| JP2022506089A (en) * | 2018-11-08 | 2022-01-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | How to operate diode laser and diode laser |
| JP2022179619A (en) * | 2020-06-22 | 2022-12-02 | シチズン電子株式会社 | VCSEL module |
-
2007
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Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8810866B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-08-19 | Ricoh Company, Ltd. | Optical device, optical scanning apparatus, and image forming apparatus |
| JP2013039714A (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Ricoh Co Ltd | Light source apparatus, light scanning apparatus, and image formation apparatus |
| JP2013055152A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Ricoh Co Ltd | Surface emitting laser unit, optical scanner, and image formation apparatus |
| US9063004B2 (en) | 2011-09-08 | 2015-06-23 | Ricoh Company, Ltd. | Package member for electronic component and optical device including the package member |
| JP2014157873A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Ricoh Co Ltd | Lid for optical package, optical package, optical unit, multi-beam scanner, and image forming apparatus |
| KR101981124B1 (en) | 2017-01-24 | 2019-05-22 | 엘지전자 주식회사 | Mobile terminal |
| WO2018139790A1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | 엘지전자 주식회사 | Mobile/portable terminal |
| US10295157B2 (en) | 2017-01-24 | 2019-05-21 | Lg Electronics Inc. | Mobile terminal |
| KR20180087099A (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-01 | 엘지전자 주식회사 | Mobile terminal |
| US10824054B2 (en) | 2017-01-24 | 2020-11-03 | Lg Electronics Inc. | Mobile terminal |
| JP2022506089A (en) * | 2018-11-08 | 2022-01-17 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | How to operate diode laser and diode laser |
| JP7258134B2 (en) | 2018-11-08 | 2023-04-14 | エイエムエス-オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー | Diode laser and method of operation of diode laser |
| US12021351B2 (en) | 2018-11-08 | 2024-06-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Diode laser and method for operating a diode laser |
| CN111628403A (en) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 富士施乐株式会社 | Light emitter, light emitting device, optical device, and information processing apparatus |
| JP2022179619A (en) * | 2020-06-22 | 2022-12-02 | シチズン電子株式会社 | VCSEL module |
| JP7628993B2 (en) | 2020-06-22 | 2025-02-12 | シチズン電子株式会社 | VCSEL Module |
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