JP2000133868A - 半導体レーザモジュール - Google Patents
半導体レーザモジュールInfo
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- JP2000133868A JP2000133868A JP10303883A JP30388398A JP2000133868A JP 2000133868 A JP2000133868 A JP 2000133868A JP 10303883 A JP10303883 A JP 10303883A JP 30388398 A JP30388398 A JP 30388398A JP 2000133868 A JP2000133868 A JP 2000133868A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素を含むガスで気密封止された半導体レー
ザモジュール内の酸素と水素の反応による水分の発生を
防止し、結露、ショートを防止する。 【解決手段】 酸素を含むガス１６で気密封止された半
導体レーザモジュールにおいて、パッケージ１３内部に
水素吸蔵材２２を有する。
ザモジュール内の酸素と水素の反応による水分の発生を
防止し、結露、ショートを防止する。 【解決手段】 酸素を含むガス１６で気密封止された半
導体レーザモジュールにおいて、パッケージ１３内部に
水素吸蔵材２２を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信の分野にお
いて光ファイバ増幅器等に用いられる高出力半導体レー
ザモジュールに関するものである。
いて光ファイバ増幅器等に用いられる高出力半導体レー
ザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体レーザモジュールは光
通信の分野において信号光源や、光ファイバ増幅器の励
起光源として盛んに用いられている。特に、光ファイバ
増幅器における希土類ドープファイバ励起用の光源モジ
ュールとしては、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１４８
０ｎｍの波長帯のものが知られており、このような用途
に対しては１００ｍＷ以上の光出力を必要とされること
が多い。
通信の分野において信号光源や、光ファイバ増幅器の励
起光源として盛んに用いられている。特に、光ファイバ
増幅器における希土類ドープファイバ励起用の光源モジ
ュールとしては、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１４８
０ｎｍの波長帯のものが知られており、このような用途
に対しては１００ｍＷ以上の光出力を必要とされること
が多い。
【０００３】図３は、このような高出力半導体レーザモ
ジュールの構造の一例を示したものである。図３におい
て、半導体レーザ素子１１から出射した光は、半導体レ
ーザ素子の前端面１１ａに近接して配置された光ファイ
バ１２に光学的に結合し、外部に導かれて所望の用途に
供される。半導体レーザ素子１１は、温度調整用のサー
モモジュール１４の上に固定され、さらにこれらがパッ
ケージ１３により気密封止されている。
ジュールの構造の一例を示したものである。図３におい
て、半導体レーザ素子１１から出射した光は、半導体レ
ーザ素子の前端面１１ａに近接して配置された光ファイ
バ１２に光学的に結合し、外部に導かれて所望の用途に
供される。半導体レーザ素子１１は、温度調整用のサー
モモジュール１４の上に固定され、さらにこれらがパッ
ケージ１３により気密封止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力の半
導体レーザモジュールの劣化には、ＰＩＦ（Ｐａｃｋａ
ｇｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｆａｉｌｕｒｅ）とよばれ
るものがある。これは、モジュール内部の微量の炭化水
素が光化学反応により重合反応を起こして半導体レーザ
素子の発光端面に固体の有機物質として付着し、さらに
この付着した物質がレーザ光を吸収することで半導体レ
ーザ素子端面の温度が上昇し、これにより半導体レーザ
素子端面のレーザ光の吸収が多くなって結晶の温度が上
昇することにより、半導体レーザ素子端面が溶融破壊す
るものである。ここで、炭化水素としては、半導体レー
ザモジュールの製造工程において清浄のために用いる有
機溶剤や、半田付けに用いるフラックス等であって、気
密パッケージ内にｐｐｍオーダー以下の極微量残留して
いるものであっても、このような劣化の原因となりう
る。
導体レーザモジュールの劣化には、ＰＩＦ（Ｐａｃｋａ
ｇｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｆａｉｌｕｒｅ）とよばれ
るものがある。これは、モジュール内部の微量の炭化水
素が光化学反応により重合反応を起こして半導体レーザ
素子の発光端面に固体の有機物質として付着し、さらに
この付着した物質がレーザ光を吸収することで半導体レ
ーザ素子端面の温度が上昇し、これにより半導体レーザ
素子端面のレーザ光の吸収が多くなって結晶の温度が上
昇することにより、半導体レーザ素子端面が溶融破壊す
るものである。ここで、炭化水素としては、半導体レー
ザモジュールの製造工程において清浄のために用いる有
機溶剤や、半田付けに用いるフラックス等であって、気
密パッケージ内にｐｐｍオーダー以下の極微量残留して
いるものであっても、このような劣化の原因となりう
る。
【０００５】この現象は、レーザ光による光化学反応に
起因することから、特に半導体レーザ素子端面からの光
出力が大きく、かつ光のエネルギーが大きい短波長レー
ザの場合、例えば１００ｍＷ以上の光出力を発する９８
０ｎｍや１０２０ｎｍ帯の場合に顕著に発現する故障モ
ードである。この故障モードに関する詳細な報告が、例
えば、「Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ａｖｅｒｔ
ｐａｃｋａｇｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄ ｆａｉｌｕｒｅ
ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ９８０ｎｍｌａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅｓ」，Ｊａｃｋｏｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ，
ＬＥＯＳ，Ｎｏｖ．１９９３においてなされている。
起因することから、特に半導体レーザ素子端面からの光
出力が大きく、かつ光のエネルギーが大きい短波長レー
ザの場合、例えば１００ｍＷ以上の光出力を発する９８
０ｎｍや１０２０ｎｍ帯の場合に顕著に発現する故障モ
ードである。この故障モードに関する詳細な報告が、例
えば、「Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ａｖｅｒｔ
ｐａｃｋａｇｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄ ｆａｉｌｕｒｅ
ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ９８０ｎｍｌａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅｓ」，Ｊａｃｋｏｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ，
ＬＥＯＳ，Ｎｏｖ．１９９３においてなされている。
【０００６】ＰＩＦによる半導体レーザ素子の故障を防
ぐため、従来よりパッケージ１３の気密封止ガス１６を
酸素を含むものとする方法が使用されている。すなわ
ち、酸素の存在により、光化学反応でパッケージ内部の
微量の炭化水素が重合することが防止されることで、半
導体レーザ素子端面への有機物の付着が防止されるので
ある。
ぐため、従来よりパッケージ１３の気密封止ガス１６を
酸素を含むものとする方法が使用されている。すなわ
ち、酸素の存在により、光化学反応でパッケージ内部の
微量の炭化水素が重合することが防止されることで、半
導体レーザ素子端面への有機物の付着が防止されるので
ある。
【０００７】しかし、上記の酸素を含む封止ガスで封止
された従来の高出力半導体レーザモジュールでは、封止
された酸素と、パッケージ内に存在する水素とが徐々に
反応して水となり、このためにパッケージ内部の水分量
が多くなる。生成した水は各部に結露し光結合を妨げて
光出力の低下をもたらし、又は内部の電気配線のショー
トを引き起こす。
された従来の高出力半導体レーザモジュールでは、封止
された酸素と、パッケージ内に存在する水素とが徐々に
反応して水となり、このためにパッケージ内部の水分量
が多くなる。生成した水は各部に結露し光結合を妨げて
光出力の低下をもたらし、又は内部の電気配線のショー
トを引き起こす。
【０００８】ここで、半導体レーザモジュール用のパッ
ケージ１３は、通常コバール製のものが用いられ、切削
加工またはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
Ｍｏｌｄｉｎｇ）法により所望の形状に作製される。コ
バール製パッケージの製造過程では、銀ロウづけ、金メ
ッキ、焼結工程等、種々の工程で高温の水素雰囲気を経
ているため、パッケージ１３自体には多量の水素が吸蔵
されており、この水素ガスが徐々に気密封止の雰囲気内
に放出されることにより、パッケージ１３内部の雰囲気
１６には、常に水素が存在している。
ケージ１３は、通常コバール製のものが用いられ、切削
加工またはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
Ｍｏｌｄｉｎｇ）法により所望の形状に作製される。コ
バール製パッケージの製造過程では、銀ロウづけ、金メ
ッキ、焼結工程等、種々の工程で高温の水素雰囲気を経
ているため、パッケージ１３自体には多量の水素が吸蔵
されており、この水素ガスが徐々に気密封止の雰囲気内
に放出されることにより、パッケージ１３内部の雰囲気
１６には、常に水素が存在している。
【０００９】また、酸素と水素とは常温で共存しても反
応することはほとんどないが、金を触媒とする場合には
比較的低温でも反応することが知られている（例えば、
化学便覧：基礎編ＩＩ：９８３頁）。半導体レーザモジ
ュールでは、パッケージ及びその内部に用いる部品のほ
とんどは、金メッキされて用いられるため、パッケージ
内部において水素と酸素が存在していれば、水分生成反
応は起こりやすい。
応することはほとんどないが、金を触媒とする場合には
比較的低温でも反応することが知られている（例えば、
化学便覧：基礎編ＩＩ：９８３頁）。半導体レーザモジ
ュールでは、パッケージ及びその内部に用いる部品のほ
とんどは、金メッキされて用いられるため、パッケージ
内部において水素と酸素が存在していれば、水分生成反
応は起こりやすい。
【００１０】このように、従来の酸素を含む封止ガスで
封止された高出力半導体レーザモジュールでは、端面へ
のＰＩＦを防止することはできるものの、時間の経過に
伴ってパッケージ内部の水分量が増加し、結露による光
出力の低下や電気回路のショートを引き起こすという問
題を有していた。
封止された高出力半導体レーザモジュールでは、端面へ
のＰＩＦを防止することはできるものの、時間の経過に
伴ってパッケージ内部の水分量が増加し、結露による光
出力の低下や電気回路のショートを引き起こすという問
題を有していた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、パッケージ内
における水分生成反応の原因である、封止ガス中の水素
の量を低減することによって上記した問題を解決すべく
なされたものである。すなわち、請求項１に係る発明
は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を気密
封止するパッケージを有する半導体レーザモジュールに
おいて、前記パッケージを封止するガスが酸素を含み、
パッケージ内部に水素吸蔵材を有することを特徴として
構成される。
における水分生成反応の原因である、封止ガス中の水素
の量を低減することによって上記した問題を解決すべく
なされたものである。すなわち、請求項１に係る発明
は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を気密
封止するパッケージを有する半導体レーザモジュールに
おいて、前記パッケージを封止するガスが酸素を含み、
パッケージ内部に水素吸蔵材を有することを特徴として
構成される。
【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の半導体レーザモジュールにおいて、水素吸蔵材がペ
ルチェ素子上に固定されていることを特徴として構成さ
れるものである。このような発明によれば、パッケージ
材から気密封止雰囲気内に放出された水素が、効率よく
水素吸蔵材に捕捉され、酸素と反応しないためにパッケ
ージ内の水分量の上昇を防止することができる。
載の半導体レーザモジュールにおいて、水素吸蔵材がペ
ルチェ素子上に固定されていることを特徴として構成さ
れるものである。このような発明によれば、パッケージ
材から気密封止雰囲気内に放出された水素が、効率よく
水素吸蔵材に捕捉され、酸素と反応しないためにパッケ
ージ内の水分量の上昇を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導
体レーザモジュールの一例を示したものである。図１に
おいて、１１は半導体レーザ素子、１２は光ファイバ、
１３はパッケージ、１３ａはパッケージ１３の蓋、１４
はサーモモジュール、１５は基板、１６は気密封止ガス
である。その他図３と同一部分には同一符号を付して詳
細な説明を省略する。本実施の形態で用いられる半導体
レーザ素子１１は、波長が９８０ｎｍ帯、１０２０ｎｍ
帯のもので、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ
歪み量子井戸層を活性層とする。光出力は、出射端面か
ら放出される光出力が１００ｍＷ以上である。
を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導
体レーザモジュールの一例を示したものである。図１に
おいて、１１は半導体レーザ素子、１２は光ファイバ、
１３はパッケージ、１３ａはパッケージ１３の蓋、１４
はサーモモジュール、１５は基板、１６は気密封止ガス
である。その他図３と同一部分には同一符号を付して詳
細な説明を省略する。本実施の形態で用いられる半導体
レーザ素子１１は、波長が９８０ｎｍ帯、１０２０ｎｍ
帯のもので、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ
歪み量子井戸層を活性層とする。光出力は、出射端面か
ら放出される光出力が１００ｍＷ以上である。
【００１４】パッケージ１３の気密封止に用いるガス１
６は、窒素と酸素を主成分とする混合ガスであって、酸
素の割合は２０ｖｏｌ％、封止ガスの全圧力は約１０5
Ｐａ（１気圧）である。
６は、窒素と酸素を主成分とする混合ガスであって、酸
素の割合は２０ｖｏｌ％、封止ガスの全圧力は約１０5
Ｐａ（１気圧）である。
【００１５】パッケージ１３はコバール製で、そのほぼ
全表面にわたって金メッキが施されている。このような
パッケージ１３は市販品としても入手可能である。
全表面にわたって金メッキが施されている。このような
パッケージ１３は市販品としても入手可能である。
【００１６】本発明で用いる水素吸蔵材２２としては、
例えばＺｉＮｉ系の合金やＬａＮｉ系又はＦｅＴｉ系の
合金が使用可能である。このような水素吸蔵材２２は、
例えば、図２のようにステンレス系のホルダ２１に保持
され、パッケージ１３の蓋１３ａの裏面にＹＡＧレーザ
溶接等の手段により固定されて使用に供される。また、
このような水素吸蔵合金は、例えばＺｉＮｉ系の合金の
場合、１グラム当たり約０．１〜０．４リットル（標準
状態）の水素を吸蔵することが可能である。半導体レー
ザモジュールのパッケージ１３から放出される水素は、
測定の結果１０マイクロリットル程度であり、これだけ
の水素を吸蔵させるためには、ごく少量でよく、例えば
数ミリグラム程度の水素吸蔵合金を使用すれば十分であ
る。
例えばＺｉＮｉ系の合金やＬａＮｉ系又はＦｅＴｉ系の
合金が使用可能である。このような水素吸蔵材２２は、
例えば、図２のようにステンレス系のホルダ２１に保持
され、パッケージ１３の蓋１３ａの裏面にＹＡＧレーザ
溶接等の手段により固定されて使用に供される。また、
このような水素吸蔵合金は、例えばＺｉＮｉ系の合金の
場合、１グラム当たり約０．１〜０．４リットル（標準
状態）の水素を吸蔵することが可能である。半導体レー
ザモジュールのパッケージ１３から放出される水素は、
測定の結果１０マイクロリットル程度であり、これだけ
の水素を吸蔵させるためには、ごく少量でよく、例えば
数ミリグラム程度の水素吸蔵合金を使用すれば十分であ
る。
【００１７】一般に、水素吸蔵合金は、低温では水素を
吸蔵し、高温ではこれを放出する性質を有する。半導体
レーザモジュールは、通常−２０℃〜＋７０℃の周囲温
度環境下で用いられ、このような温度では、水素吸蔵合
金は、水素を吸蔵するように機能する。したがって、水
素吸蔵合金を半導体レーザモジュールのパッケージ１３
の内部に具備することにより、パッケージ１３の材料で
あるコバール等の金属材料から放出される水素をパッケ
ージ１３内部の雰囲気ガスより除去することが可能とな
り、これによって酸素との反応による水分の生成を防ぐ
ことが可能となる。
吸蔵し、高温ではこれを放出する性質を有する。半導体
レーザモジュールは、通常−２０℃〜＋７０℃の周囲温
度環境下で用いられ、このような温度では、水素吸蔵合
金は、水素を吸蔵するように機能する。したがって、水
素吸蔵合金を半導体レーザモジュールのパッケージ１３
の内部に具備することにより、パッケージ１３の材料で
あるコバール等の金属材料から放出される水素をパッケ
ージ１３内部の雰囲気ガスより除去することが可能とな
り、これによって酸素との反応による水分の生成を防ぐ
ことが可能となる。
【００１８】さらに、図２に示すように、水素吸蔵材２
２を内周溝を有する形状のステンレス製のホルダ２１に
把持して、半導体レーザモジュール内の基板１５上にＹ
ＡＧレーザ溶接や半田付け等の手段により固定してもよ
い。このような構成によれば、半導体レーザ１１の駆動
中は例えば、ペルチェ素子のようなサーモモジュール１
４により基板１５上の部材は２５℃程度の低温に常に保
たれているため、環境温度が高くなっても十分な吸蔵能
を維持することができ、より効果的に水分の発生を防ぐ
ことができる。
２を内周溝を有する形状のステンレス製のホルダ２１に
把持して、半導体レーザモジュール内の基板１５上にＹ
ＡＧレーザ溶接や半田付け等の手段により固定してもよ
い。このような構成によれば、半導体レーザ１１の駆動
中は例えば、ペルチェ素子のようなサーモモジュール１
４により基板１５上の部材は２５℃程度の低温に常に保
たれているため、環境温度が高くなっても十分な吸蔵能
を維持することができ、より効果的に水分の発生を防ぐ
ことができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、パッケージ材から気密封止雰囲気内に放出された水
素が、効率よく水素吸蔵材に捕捉され、酸素と反応しな
いためにパッケージ内の水分量の上昇を防止することが
できる。このため、高出力半導体レーザモジュールにお
いてＰＩＦを防止することができるとともに、パッケー
ジ内部の水分量の増加を防ぎ、結露による光出力の低下
や電気回路のショートを引き起こすことのない、高信頼
度の半導体レーザモジュールを提供することができる。
ば、パッケージ材から気密封止雰囲気内に放出された水
素が、効率よく水素吸蔵材に捕捉され、酸素と反応しな
いためにパッケージ内の水分量の上昇を防止することが
できる。このため、高出力半導体レーザモジュールにお
いてＰＩＦを防止することができるとともに、パッケー
ジ内部の水分量の増加を防ぎ、結露による光出力の低下
や電気回路のショートを引き起こすことのない、高信頼
度の半導体レーザモジュールを提供することができる。
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの一例を
示した図である。
示した図である。
【図２】本発明に用いられる水素吸蔵材のホルダの一例
を示した図である。
を示した図である。
【図３】従来の半導体レーザモジュールを表した図であ
る。
る。
１１ 半導体レーザ素子 １１ａ 半導体レーザ素子の前端面 １２ 光ファイバ １３ パッケージ １３ａ パッケージの蓋 １４ サーモモジュール １５ 基板 １６ 気密封止ガス ２１ 水素吸蔵材のホルダ ２２ 水素吸蔵材
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子を気密封止するパッケージを有する半導体レーザモ
ジュールにおいて、前記パッケージを封止するガスが酸
素を含み、パッケージ内部に水素吸蔵材を有することを
特徴とする半導体レーザモジュール。 - 【請求項２】 水素吸蔵材がペルチェ素子上に固定され
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモ
ジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10303883A JP2000133868A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 半導体レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10303883A JP2000133868A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 半導体レーザモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133868A true JP2000133868A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17926428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10303883A Pending JP2000133868A (ja) | 1998-10-26 | 1998-10-26 | 半導体レーザモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000133868A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004107515A1 (ja) * | 2003-03-11 | 2004-12-09 | Sony Corporation | 発光装置の組立方法 |
| US6888232B2 (en) * | 2001-08-15 | 2005-05-03 | Micron Technology | Semiconductor package having a heat-activated source of releasable hydrogen |
| WO2006023244A1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Intel Corporation | Hydrogen vent for optoelectronic packages with resistive thermal device (rtd) |
| JP2007067373A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-03-15 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光装置 |
| CN100454694C (zh) * | 2005-08-02 | 2009-01-21 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
| WO2011154405A1 (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-15 | The University Of Sussex | A tunable laser system |
| US11703194B2 (en) | 2019-08-22 | 2023-07-18 | Stanley Electric Co., Ltd. | Light-emitting device and method for manufacturing same |
-
1998
- 1998-10-26 JP JP10303883A patent/JP2000133868A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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