JP2000223768A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP2000223768A
JP2000223768A JP11026665A JP2666599A JP2000223768A JP 2000223768 A JP2000223768 A JP 2000223768A JP 11026665 A JP11026665 A JP 11026665A JP 2666599 A JP2666599 A JP 2666599A JP 2000223768 A JP2000223768 A JP 2000223768A
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JP
Japan
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semiconductor laser
heat
laser chip
chip
heat sink
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JP11026665A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Sato
信二 佐藤
Kiyouko Fukumura
今日子 福村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain generation of heat cycle, in a semiconductor laser device in which a semiconductor laser chip and a heat sink are integrated. SOLUTION: When the output of a semiconductor laser is stopped, or in the case of standby, or when pulse driving is turned off, heat equal to the amount of heat generated when a semiconductor laser chip 31 is operated is generated by a heat generating source 36. In this case, the difference of temperatures of the heat sink 32 and the semiconductor chip 31 is made equal to or nearly equal to the temperature difference when the semiconductor laser power is outputted or pulse driving is turned on. As a result, the number of times of heat cycle caused by fluctuation of temperature diference between the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 is reduced as compared with the practical number of times of ON and OFF of the semiconductor laser.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザチッ
プの温度変化を抑えた半導体レーザ装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device which suppresses a temperature change of a semiconductor laser chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザは、その他のレーザと比較
して発振効率が高いという利点を有するが、それでもそ
の発振効率、すなわち半導体レーザに供給された電力の
うちレーザ光の発振に寄与する割合は、今のところ30
〜40%程度である。すなわち供給電力の60〜70%
は光に変換されずに、熱となって半導体レーザチップに
蓄積されることになる。この蓄積された熱は、たとえば
化合物半導体の組成変化や溶融を引き起こす原因とな
り、半導体レーザの破壊を招く虞がある。従って熱によ
る破壊を防ぐため、通常、冷却用のヒートシンク上に半
導体レーザチップを搭載する構成となっている。
2. Description of the Related Art A semiconductor laser has an advantage that its oscillation efficiency is higher than other lasers. However, its oscillation efficiency, that is, the ratio of the power supplied to the semiconductor laser that contributes to the oscillation of laser light, is still high. , So far 30
About 40%. That is, 60 to 70% of the supplied power
Is not converted to light but becomes heat and is stored in the semiconductor laser chip. The accumulated heat may cause, for example, a change in the composition or melting of the compound semiconductor, and may cause breakdown of the semiconductor laser. Therefore, in order to prevent destruction due to heat, a semiconductor laser chip is usually mounted on a cooling heat sink.

【0003】図5は、従来における半導体レーザ装置の
構成を模式的に示す斜視図である。半導体レーザチップ
11は、ヒートシンク12上に接合材13を介して接合
されたサブマウント14上に、さらに接合材15を介し
て接合されており、サブマウント14およびヒートシン
ク12と一体化されている。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of a conventional semiconductor laser device. The semiconductor laser chip 11 is bonded via a bonding material 15 to a submount 14 bonded to a heat sink 12 via a bonding material 13 and is integrated with the submount 14 and the heat sink 12.

【0004】サブマウント14は、半導体レーザチップ
11とヒートシンク12との熱膨脹係数差および温度差
が大きい場合に、それらに起因して発生する熱応力を緩
和するために設けられるものであり、半導体レーザチッ
プ11とヒートシンク12との中間の熱膨張係数を有す
る。従って、サブマウント14は、半導体レーザチップ
11とヒートシンク12との熱膨脹係数差および温度差
が小さい場合には、省略されることもある。
[0004] The submount 14 is provided to reduce the thermal stress caused by a large difference between the coefficient of thermal expansion and the temperature difference between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12. It has an intermediate coefficient of thermal expansion between the chip 11 and the heat sink 12. Therefore, the submount 14 may be omitted when the difference between the thermal expansion coefficient and the temperature difference between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 is small.

【0005】接合材13および接合材15は、それぞれ
サブマウント14とヒートシンク12との間、および半
導体レーザチップ11とサブマウント14との間を、機
械的に接合するとともに熱電導可能に接合する。
[0005] The bonding material 13 and the bonding material 15 mechanically bond between the submount 14 and the heat sink 12 and between the semiconductor laser chip 11 and the submount 14, respectively, and also bond them thermally.

【0006】半導体レーザチップ11の上面は、半導体
レーザチップ11への電流供給を制御するためのスイッ
チ22を介して電源21の一方の電極に接続されてい
る。その電源21のもう一方の電極は、たとえばヒート
シンク12に接続されている。これは半導体レーザチッ
プ11の下面に設けられた電極(図示省略)がサブマウ
ント14を介してヒートシンク12に電気的に接続され
ているからである。
[0006] The upper surface of the semiconductor laser chip 11 is connected to one electrode of a power supply 21 via a switch 22 for controlling current supply to the semiconductor laser chip 11. The other electrode of the power supply 21 is connected to, for example, the heat sink 12. This is because an electrode (not shown) provided on the lower surface of the semiconductor laser chip 11 is electrically connected to the heat sink 12 via the submount 14.

【0007】スイッチ22は、半導体レーザの出力停止
時または待機時に、半導体レーザチップ11への電力供
給を停止するために開回路状態(オフ)にされ、一方半
導体レーザの出力時に、電源21から半導体レーザチッ
プ11へ電力を供給するために閉回路状態(オン)にさ
れる。半導体レーザをパルス駆動させる場合には、スイ
ッチ22は、半導体レーザチップ11に電力を断続的に
供給するために電気的または機械的にオンとオフが繰り
替えされる。
The switch 22 is set to an open circuit state (off) in order to stop the power supply to the semiconductor laser chip 11 when the output of the semiconductor laser is stopped or in a standby state. The laser chip 11 is turned on (closed) to supply power to the laser chip 11. When the semiconductor laser is pulse-driven, the switch 22 is turned on and off electrically or mechanically in order to intermittently supply power to the semiconductor laser chip 11.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで半導体レーザ
チップ11に電力が供給されていない時、すなわち半導
体レーザの出力停止時もしくは待機時、またはパルス駆
動のオフ時には、半導体レーザチップ11に熱が蓄積さ
れないため、半導体レーザチップ11とヒートシンク1
2との間の温度差は小さくなる。それに対して半導体レ
ーザの出力時、またはパルス駆動のオン時には、半導体
レーザチップ11に蓄積される熱の密度が高いため、半
導体レーザチップ11とヒートシンク12との間の温度
差は大きくなる。このときの温度差は、半導体レーザが
高出力であるほど顕著である。
By the way, when power is not supplied to the semiconductor laser chip 11, that is, when the output of the semiconductor laser is stopped or in standby, or when the pulse drive is turned off, heat is not accumulated in the semiconductor laser chip 11. Therefore, the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 1
The temperature difference between the two is small. On the other hand, when the semiconductor laser is output or when pulse driving is turned on, the temperature difference between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 increases because the density of heat accumulated in the semiconductor laser chip 11 is high. The temperature difference at this time is more remarkable as the semiconductor laser has a higher output.

【0009】従って半導体レーザチップ11への電力の
供給および停止が繰り返されるたびに、半導体レーザチ
ップ11とヒートシンク12との間の温度差が変化し、
そのためいわゆるヒートサイクルが発生する。そして半
導体レーザチップ11の熱膨張係数とヒートシンク12
の熱膨張係数とが異なることによって半導体レーザチッ
プ11とヒートシンク12との間に熱応力が発生する
が、その熱応力の発生と、発生した熱応力の緩和とがヒ
ートサイクルによって繰り返されることになる。
Therefore, each time the supply and stop of the power to the semiconductor laser chip 11 are repeated, the temperature difference between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 changes,
Therefore, a so-called heat cycle occurs. The thermal expansion coefficient of the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12
Thermal stress occurs between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12, and the generation of the thermal stress and the relaxation of the generated thermal stress are repeated by a heat cycle. .

【0010】たとえば半導体レーザチップ11がGaA
s(熱膨張係数:6.5ppm/K)でできており、か
つヒートシンク12がCu(熱膨張係数:17ppm/
K)でできている場合、半導体レーザチップあたりの出
力を1Wとすると、その出力時の半導体レーザチップ1
1とヒートシンク12との間の温度差ΔT1と、停止時
の半導体レーザチップ11とヒートシンク12との間の
温度差ΔT2との差(すなわち、ΔT1−ΔT2)は、
約50℃であり、両者の間の歪み量は5×10 -4とな
る。
For example, if the semiconductor laser chip 11 is made of GaAs
s (coefficient of thermal expansion: 6.5 ppm / K)
Heat sink 12 is made of Cu (coefficient of thermal expansion: 17 ppm /
K), the output per semiconductor laser chip
Assuming that the power is 1 W, the semiconductor laser chip 1 at the time of output is
Temperature difference ΔT1 between the heat sink 1 and the heat sink 12,
Between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12
The difference from the temperature difference ΔT2 (that is, ΔT1-ΔT2) is
About 50 ° C., and the amount of strain between the two was 5 × 10 -FourTona
You.

【0011】このような熱応力の発生と緩和の繰り返し
によって、半導体レーザチップ11とサブマウント14
との間およびサブマウント14とヒートシンク12との
間をそれぞれ接合しているはんだ等の接合材13,1
5、またはサブマウントがない場合には半導体レーザチ
ップとヒートシンクとの間を接合しているはんだ等の接
合材の応力破壊限界が低下し、接合材13,15に亀裂
が発生し易くなる。
By repeating the generation and relaxation of the thermal stress, the semiconductor laser chip 11 and the submount 14
And the joining materials 13 and 1 such as solder for joining between the submount 14 and the heat sink 12 respectively.
5, or when there is no sub-mount, the stress rupture limit of the joining material such as solder joining the semiconductor laser chip and the heat sink is reduced, and cracks are easily generated in the joining materials 13 and 15.

【0012】接合材15に亀裂が発生すると、半導体レ
ーザチップ11とサブマウント14との接触面積が小さ
くなり、また、接合材13に亀裂が発生すると、サブマ
ウント14とヒートシンク12との接触面積が小さくな
る。いずれの場合にも結果として半導体レーザチップ1
1とヒートシンク12との間の熱伝導経路が狭くなるの
で、半導体レーザチップ11とヒートシンク12との間
の熱抵抗が大きくなり、半導体レーザチップ11の冷却
効率が低下する。それによって半導体レーザチップ11
の温度が上昇し、熱破壊が発生する。
When a crack occurs in the bonding material 15, the contact area between the semiconductor laser chip 11 and the submount 14 decreases, and when a crack occurs in the bonding material 13, the contact area between the submount 14 and the heat sink 12 decreases. Become smaller. In each case, the resulting semiconductor laser chip 1
Since the heat conduction path between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 becomes narrow, the thermal resistance between the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 increases, and the cooling efficiency of the semiconductor laser chip 11 decreases. Thereby, the semiconductor laser chip 11
Temperature rises and thermal destruction occurs.

【0013】一例として図4に、PbSnはんだ接合部
に亀裂が発生するヒートサイクル数Nfと歪量Δεとの
関係を示す。この図より歪量Δεが大きいほど亀裂発生
サイクル数Nfが小さくなるのがわかる。たとえば先に
挙げた例では、半導体レーザチップ11およびヒートシ
ンク12がそれぞれGaAsおよびCuであり、歪み量
が5×10-4であるとしたが、その場合の亀裂発生サイ
クル数Nfは図4より10万回となる。
As an example, FIG. 4 shows the relationship between the number of heat cycles Nf at which cracks occur in the PbSn solder joint and the amount of strain Δε. From this figure, it can be seen that the larger the strain amount Δε, the smaller the number Nf of crack initiation cycles. For example, in the above-mentioned example, the semiconductor laser chip 11 and the heat sink 12 are made of GaAs and Cu, respectively, and the amount of strain is 5 × 10 −4 . 10,000 times.

【0014】このような亀裂発生サイクル数Nf(10
万回)を有するはんだを用いて製造された半導体レーザ
を測量や加工等に応用した場合、たとえば半導体レーザ
を1Hzでパルス駆動したとすると30時間の駆動で1
08,000サイクル(30時間×3600秒/時×1
サイクル/秒)となり、亀裂発生サイクル10万回を越
えてしまい、熱破壊してしまう。
The number of such crack initiation cycles Nf (10
When a semiconductor laser manufactured using a solder having 10,000 times) is applied to surveying and processing, for example, if the semiconductor laser is driven at a pulse rate of 1 Hz, it takes 1 hour at 30 hours of driving.
08,000 cycles (30 hours x 3600 seconds / hour x 1
Cycle / sec), which exceeds 100,000 times of crack generation cycle, resulting in thermal destruction.

【0015】それに対して一般に半導体レーザ自体の寿
命は約10,000時間である。従って上述した例の場
合、半導体レーザを1Hzでパルス駆動することによっ
て10,000時間の寿命を使い切ることなく約30時
間で半導体レーザ装置が破壊してしまう。
On the other hand, the life of the semiconductor laser itself is generally about 10,000 hours. Therefore, in the case of the above-described example, the semiconductor laser device is destroyed in about 30 hours by using the pulse driving of the semiconductor laser at 1 Hz without using up the life of 10,000 hours.

【0016】あるいはそのような半導体レーザ装置を1
0,000時間パルス駆動するためには、パルスの周期
を0.0028Hz(100,000サイクル/10,
000時間/3600秒/時)といった極めてゆっくり
とした周期にしなければならない。
Alternatively, such a semiconductor laser device is
In order to perform pulse driving for 000 hours, the pulse period is set to 0.0028 Hz (100,000 cycles / 10,
000 hours / 3600 seconds / hour).

【0017】すなわち、0.0028Hzより高い周波
数で半導体レーザをパルス駆動する場合には、半導体レ
ーザ装置の寿命は、半導体レーザが本来有する寿命より
も、ヒートサイクルによる熱破壊によって決まることに
なる。
That is, when the semiconductor laser is pulse-driven at a frequency higher than 0.0028 Hz, the life of the semiconductor laser device is determined by the heat destruction due to the heat cycle, rather than the life inherent in the semiconductor laser.

【0018】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、ヒートサイクルの発生を抑止することが
できる半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor laser device capable of suppressing the occurrence of a heat cycle.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体レーザチップと、その半導体レー
ザチップを冷却するためのヒートシンクとが一体化され
てなる半導体レーザ装置において、半導体レーザの出力
停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、
ヒートシンクと半導体レーザチップとの温度差を、半導
体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時のそれらの
温度差に近づけるように熱を発生する熱発生手段を具備
することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising a semiconductor laser chip and a heat sink for cooling the semiconductor laser chip. When output is stopped or in standby, or when pulse drive is off,
A heat generating means is provided which generates heat so that the temperature difference between the heat sink and the semiconductor laser chip is close to the temperature difference between the output of the semiconductor laser and the ON state of the pulse drive.

【0020】この発明によれば、半導体レーザの出力停
止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、熱
発生手段が熱を発生し、そのときのヒートシンクと半導
体レーザチップとの温度差が半導体レーザの出力時また
はパルス駆動のオン時の温度差に近づく。
According to the present invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the heat generating means generates heat, and the temperature difference between the heat sink and the semiconductor laser chip at that time is reduced. Approaching the temperature difference at the time of output or pulse drive ON.

【0021】この発明において、前記熱発生手段は、半
導体レーザチップのレーザ光を出射する側と反対側に設
けられた熱発生源で構成されていてもよい。
In the present invention, the heat generation means may be constituted by a heat generation source provided on a side of the semiconductor laser chip opposite to a side from which laser light is emitted.

【0022】この発明によれば、半導体レーザの出力停
止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、半
導体レーザチップのレーザ光を出射する側と反対側に設
けられた熱発生源により半導体レーザチップが加熱さ
れ、そのときの半導体レーザチップの温度が半導体レー
ザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度に近づく。
According to the present invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or in a standby state, or when the pulse drive is turned off, the semiconductor laser chip is provided by the heat generating source provided on the side opposite to the side on which the laser light is emitted from the semiconductor laser chip. Is heated, and the temperature of the semiconductor laser chip at that time approaches the temperature at the time of the output of the semiconductor laser or the ON state of the pulse drive.

【0023】この発明において、前記熱発生手段は、半
導体レーザチップとヒートシンクとの間に介設された薄
膜状の熱発生源で構成されていてもよい。
In the present invention, the heat generating means may comprise a thin-film heat generating source interposed between the semiconductor laser chip and a heat sink.

【0024】この発明によれば、半導体レーザの出力停
止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、半
導体レーザチップとヒートシンクとの間に介設された薄
膜状の熱発生源により半導体レーザチップが加熱され、
そのときの半導体レーザチップの温度が半導体レーザの
出力時またはパルス駆動のオン時の温度に近づく。
According to the present invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the semiconductor laser chip is formed by the thin-film heat source provided between the semiconductor laser chip and the heat sink. Heated,
The temperature of the semiconductor laser chip at that time approaches the temperature at the time of output of the semiconductor laser or at the time of pulse drive ON.

【0025】この発明において、前記熱発生手段は、半
導体レーザチップを挟んでヒートシンクの反対側に、半
導体レーザチップから離れて設けられた放射熱線源で構
成されていてもよい。
In the present invention, the heat generating means may be constituted by a radiant heat source provided on the opposite side of the heat sink with the semiconductor laser chip interposed therebetween and separated from the semiconductor laser chip.

【0026】この発明によれば、半導体レーザの出力停
止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、半
導体レーザチップを挟んでヒートシンクの反対側に、半
導体レーザチップから離れて設けられた放射熱線源によ
り半導体レーザチップが加熱され、そのときの半導体レ
ーザチップの温度が半導体レーザの出力時またはパルス
駆動のオン時の温度に近づく。
According to the present invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the radiant heat ray source is provided on the opposite side of the heat sink with the semiconductor laser chip interposed therebetween and separated from the semiconductor laser chip. As a result, the semiconductor laser chip is heated, and the temperature of the semiconductor laser chip at that time approaches the temperature at the time of output of the semiconductor laser or at the time of pulse drive ON.

【0027】また、本発明は、半導体レーザチップと、
前記半導体レーザチップの温度を常時一定または略一定
に保つために発熱し得る熱発生手段と、を具備すること
を特徴とする。
The present invention also provides a semiconductor laser chip,
Heat generating means for generating heat so as to keep the temperature of the semiconductor laser chip constant or substantially constant.

【0028】この発明によれば、熱発生手段により半導
体レーザチップの温度が常時一定または略一定に保たれ
る。
According to the present invention, the temperature of the semiconductor laser chip is constantly or substantially kept constant by the heat generating means.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる半導体レ
ーザ装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the semiconductor laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0030】実施の形態1.図1は、本発明の実施の形
態1にかかる半導体レーザ装置の構成を模式的に示す斜
視図である。この半導体レーザ装置は、ヒートシンク3
2上にPbSnはんだ等の高熱伝導性の接合材(図示省
略)を介してサブマウント34が接合され、そのサブマ
ウント34上にPbSnはんだ等の高熱伝導性の接合材
(図示省略)を介して半導体レーザチップ31および熱
発生手段である熱発生源36が接合され、そしてそれら
が一体化されており、熱発生源36が半導体レーザチッ
プ31の後方、すなわち半導体レーザチップ31のレー
ザ光を出射する側と反対側に配置された構成となってい
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor laser device has a heat sink 3
The submount 34 is bonded on the submount 2 via a high thermal conductive bonding material (not shown) such as PbSn solder, and on the submount 34 via a high thermal conductive bonding material (not shown) such as PbSn solder. The semiconductor laser chip 31 and a heat generating source 36 serving as a heat generating unit are joined and integrated, and the heat generating source 36 emits a laser beam behind the semiconductor laser chip 31, that is, the semiconductor laser chip 31. It is a configuration arranged on the side opposite to the side.

【0031】熱発生源36は、電流が流れることによっ
てジュール熱を発生する構成のものであり、たとえば、
電気抵抗でできている。一般には、タングステンやセラ
ミクス等の高抵抗体が使用されるが、半導体では酸化シ
リコン等がプロセス中で製造される。熱発生源36の発
熱量は、半導体レーザチップ31の駆動時の発熱量と同
等に設定されている。
The heat generating source 36 is configured to generate Joule heat when a current flows.
Made of electrical resistance. Generally, a high-resistance material such as tungsten or ceramics is used. In the case of a semiconductor, silicon oxide or the like is manufactured during the process. The heat generation amount of the heat generating source 36 is set to be equal to the heat generation amount when the semiconductor laser chip 31 is driven.

【0032】半導体レーザチップ31および熱発生源3
6に電流を供給する電源21は、その一方の電極が半導
体レーザチップ31の上面および熱発生源36のたとえ
ば上面に接続され、もう一方の電極がたとえばヒートシ
ンク32に接続されている。電源21の電極がヒートシ
ンク32に接続されている理由は、従来同様、半導体レ
ーザチップ31の下面に設けられた電極(図示省略)お
よび熱発生源36が、サブマウント34を介してヒート
シンク32に電気的に接続されているからである。
Semiconductor laser chip 31 and heat generating source 3
The power supply 21 for supplying a current to the power supply 6 has one electrode connected to the upper surface of the semiconductor laser chip 31 and the upper surface of the heat generating source 36, for example, and the other electrode connected to the heat sink 32, for example. The reason why the electrode of the power supply 21 is connected to the heat sink 32 is that the electrode (not shown) provided on the lower surface of the semiconductor laser chip 31 and the heat generation source 36 are electrically connected to the heat sink 32 via the submount 34 as in the related art. This is because they are connected to each other.

【0033】また、この半導体レーザ装置は、電源21
の供給する電流を半導体レーザチップ31および熱発生
源36のいずれか一方にのみ流すための切り替えスイッ
チ23を備えている。このスイッチ23は、電源21
と、半導体レーザチップ31の上面および熱発生源36
のたとえば上面に至る電流経路に設けられている。
Further, this semiconductor laser device is
The switch 23 is provided for flowing the current supplied to only one of the semiconductor laser chip 31 and the heat generating source 36. This switch 23 is connected to the power supply 21
And the upper surface of the semiconductor laser chip 31 and the heat source 36
For example, in a current path leading to the upper surface.

【0034】サブマウント34は、半導体レーザチップ
31の熱膨張係数に略等しい熱膨張係数を有する材料で
できている。たとえば半導体レーザチップ31が主にG
aAsでできている場合には、サブマウント34は、た
とえば、銅タングステン(CuW)、窒化アルミニウム
(AlN)等の材質でAlGaAsに比較的熱膨張係数
が近く、熱伝導率の近いものでできている。
The submount 34 is made of a material having a coefficient of thermal expansion substantially equal to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor laser chip 31. For example, when the semiconductor laser chip 31
When the submount 34 is made of aAs, the submount 34 is made of a material such as copper tungsten (CuW) or aluminum nitride (AlN) having a relatively close thermal expansion coefficient to AlGaAs and a close thermal conductivity. I have.

【0035】つぎに実施の形態1の作用について説明す
る。半導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時に
は、スイッチ23は半導体レーザチップ31側に切り替
えられ、それによってレーザ出力が起こる。このときに
は、熱発生源36には電流が流れないため、熱は発生し
ない。従ってサブマウント34は、レーザ出力時の半導
体レーザチップ31の発熱により加熱される。
Next, the operation of the first embodiment will be described. The switch 23 is switched to the semiconductor laser chip 31 side when the output of the semiconductor laser or the pulse drive is on, thereby generating a laser output. At this time, since no current flows through the heat generation source 36, no heat is generated. Therefore, the submount 34 is heated by heat generated by the semiconductor laser chip 31 at the time of laser output.

【0036】一方、半導体レーザの出力停止時もしくは
待機時、またはパルス駆動のオフ時には、スイッチ23
は熱発生源36側に切り替えられる。それによってレー
ザ光の出力が停止するとともに、熱発生源36に電流が
流れ、熱が発生する。従ってサブマウント34は、熱発
生源36の発熱により加熱される。
On the other hand, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the switch 23 is turned off.
Is switched to the heat generation source 36 side. As a result, the output of the laser beam is stopped, and a current flows through the heat generating source 36 to generate heat. Therefore, the submount 34 is heated by the heat generated by the heat generation source 36.

【0037】そしてサブマウント34と半導体レーザチ
ップ31との間の接合材(図示省略)が高い熱伝導度を
有しているため、サブマウント34が熱発生源36によ
り加熱されると、半導体レーザチップ31もサブマウン
ト34と同じかまたは略同じ温度に加熱される。従って
半導体レーザチップ31とサブマウント34との間には
熱歪みが発生しない。
Since the bonding material (not shown) between the submount 34 and the semiconductor laser chip 31 has a high thermal conductivity, when the submount 34 is heated by the heat source 36, the semiconductor laser The chip 31 is also heated to the same or substantially the same temperature as the submount 34. Therefore, no thermal distortion occurs between the semiconductor laser chip 31 and the submount 34.

【0038】また、熱発生源36の発熱量が半導体レー
ザチップ31の駆動時の発熱量と同等に設定されている
ため、半導体レーザの出力停止時もしくは待機時、また
はパルス駆動のオフ時のサブマウント34の温度は、半
導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時のサブマ
ウント34の温度と同じかまたは略同じ温度になる。
Further, since the heat generation amount of the heat generating source 36 is set to be equal to the heat generation amount of the semiconductor laser chip 31 when the semiconductor laser chip 31 is driven, the sub-heating when the output of the semiconductor laser is stopped or in a standby state or when the pulse driving is off is performed. The temperature of the mount 34 is equal to or substantially equal to the temperature of the submount 34 when the semiconductor laser is output or when pulse driving is on.

【0039】すなわち半導体レーザの出力停止時もしく
は待機時、またはパルス駆動のオフ時に熱発生源36に
よりサブマウント34が加熱される量は、半導体レーザ
の出力時またはパルス駆動のオン時に半導体レーザ出力
によってサブマウント34が加熱される量と同じかまた
は略同じである。そしてヒートシンク32の温度は、半
導体レーザの出力停止時もしくは待機時、またはパルス
駆動のオフ時でも、半導体レーザの出力時またはパルス
駆動のオン時でも略一定であるため、半導体レーザの出
力を停止してもヒートシンク32とサブマウント34と
の温度差は変化せず、従ってヒートシンク32とサブマ
ウント34との間にはヒートサイクルは発生しない。
That is, the amount of heating of the submount 34 by the heat generating source 36 when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off depends on the output of the semiconductor laser when the output of the semiconductor laser or the pulse drive is turned on. The amount by which the submount 34 is heated is the same or substantially the same. Since the temperature of the heat sink 32 is substantially constant even when the output of the semiconductor laser is stopped or in a standby state, or when the pulse drive is off, or when the output of the semiconductor laser or the pulse drive is on, the output of the semiconductor laser is stopped. However, the temperature difference between the heat sink 32 and the submount 34 does not change, and therefore, no heat cycle occurs between the heat sink 32 and the submount 34.

【0040】上記実施の形態1によれば、半導体レーザ
の出力停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ
時に、熱発生源36が熱を発生し、そのときのヒートシ
ンク32と半導体レーザチップ31との温度差が半導体
レーザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度差と同
じかまたは略同じになるため、実際の半導体レーザのオ
ン(光を発している状態)・オフ(光を発していない状
態)の回数に対して、半導体レーザチップ31とヒート
シンク32との間の温度差の変動によるヒートサイクル
数を減らすことができる。従って半導体レーザチップ3
1とヒートシンク32との間の接合材の応力破壊限界が
低くなるのを防ぐことができるので、半導体レーザを、
熱破壊を起こすことなくそのレーザが本来有する寿命ま
で使いきることができる。
According to the first embodiment, when the output of the semiconductor laser is stopped or in standby, or when the pulse drive is turned off, the heat generating source 36 generates heat, and the heat sink 32 and the semiconductor laser chip 31 at that time are heated. The temperature difference of the semiconductor laser is the same or substantially the same as the temperature difference when the semiconductor laser is output or the pulse driving is on, so that the actual semiconductor laser is turned on (in a state of emitting light) and turned off (not emitting light). The number of heat cycles due to a change in the temperature difference between the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 can be reduced with respect to the number of times (state). Therefore, the semiconductor laser chip 3
Since it is possible to prevent the stress rupture limit of the bonding material between the heat sink 1 and the heat sink 32 from being lowered, the semiconductor laser is
The laser can be used up to its original life without thermal destruction.

【0041】また、上記実施の形態1によれば、熱発生
源36の発熱量が半導体レーザチップ31の発熱量と同
じかまたは略同じであるため、スイッチ23を切り替え
るだけで、半導体レーザ装置の熱発生量を一定に制御し
ながら半導体レーザ出力のオン・オフを切り替えること
ができる。
Further, according to the first embodiment, since the heat generation amount of the heat generating source 36 is the same as or approximately the same as the heat generation amount of the semiconductor laser chip 31, the semiconductor laser device can be operated only by switching the switch 23. The output of the semiconductor laser can be switched on and off while controlling the heat generation amount to be constant.

【0042】たとえば上記実施の形態1において、半導
体レーザチップ31とサブマウント34との間、および
サブマウント34とヒートシンク32との間の接合材と
してPbSnはんだを使用し、チップあたりの出力を1
W程度とした場合、半導体レーザを1日に10時間使用
し、半導体レーザ装置全体の電源のオン・オフを1日に
5回行うと仮定すると、1日のヒートサイクル数は5と
なる。従って半導体レーザの一般的な寿命10,000
時間の使用に相当する1,000日間に発生するヒート
サイクル数は5,000回であり、これは、PbSnは
んだ接合部の歪み量が5×10-4である場合の亀裂発生
サイクル数10万以下であるので、ヒートサイクルに起
因する熱破壊を起こすことなく、半導体レーザを本来の
寿命まで使い続けることができる。
For example, in the first embodiment, PbSn solder is used as a bonding material between the semiconductor laser chip 31 and the submount 34 and between the submount 34 and the heat sink 32, and the output per chip is reduced by 1%.
In the case of about W, assuming that the semiconductor laser is used for 10 hours a day and the power of the entire semiconductor laser device is turned on / off five times a day, the number of heat cycles per day is five. Therefore, the typical lifetime of a semiconductor laser is 10,000.
The number of heat cycles occurring in 1,000 days corresponding to the use of time is 5,000, which is 100,000 cracking cycles when the amount of strain of the PbSn solder joint is 5 × 10 −4. Therefore, the semiconductor laser can be used for its original life without causing thermal destruction due to the heat cycle.

【0043】なお以上の効果は、半導体レーザをkHz
オーダー以下の周波数でパルス駆動する場合に特に有効
である。その理由は、kHzオーダー以下の周波数でパ
ルス駆動する場合の、ヒートシンク32と半導体レーザ
チップ31との温度差の変動幅は、kHz以上の周波数
でパルス駆動する場合の変動幅よりも大きいからであ
る。
The above-mentioned effect is obtained by setting the semiconductor laser to kHz.
This is particularly effective when pulse driving is performed at a frequency lower than the order. The reason is that the fluctuation width of the temperature difference between the heat sink 32 and the semiconductor laser chip 31 in the case of pulse driving at a frequency of kHz or less is larger than the fluctuation width in the case of pulse driving at a frequency of kHz or more. .

【0044】すなわちkHzオーダー以下の周波数でパ
ルス駆動する場合には、半導体レーザの出力停止期間中
に半導体レーザチップ31の温度がある程度下がった後
につぎのパルス電流が半導体レーザチップ31に供給さ
れ、再び半導体レーザチップ31の温度が上昇する。そ
れに対してkHz以上の周波数では半導体レーザの出力
停止時間が短いため、半導体レーザチップ31の温度が
ある程度低下する前につぎのパルス電流が半導体レーザ
チップ31に供給され、再び半導体レーザチップ31の
温度が上昇する。従って、半導体レーザのオン・オフに
よる温度差の変動幅は、kHz以上の周波数でパルス駆
動する場合よりも、kHzオーダー以下の周波数でパル
ス駆動する場合の方が大きくなり、よって本実施の形態
1による効果の有効性がより高くなる。
That is, in the case of pulse driving at a frequency of the order of kHz or less, the next pulse current is supplied to the semiconductor laser chip 31 after the temperature of the semiconductor laser chip 31 has dropped to some extent during the output stop period of the semiconductor laser. The temperature of the semiconductor laser chip 31 rises. On the other hand, when the frequency is higher than kHz, the output stop time of the semiconductor laser is short, so that the next pulse current is supplied to the semiconductor laser chip 31 before the temperature of the semiconductor laser chip 31 decreases to some extent, and the temperature of the semiconductor laser chip 31 is reduced again. Rises. Therefore, the fluctuation width of the temperature difference due to the on / off operation of the semiconductor laser is larger in the case of pulse driving at a frequency of kHz or less than in the case of pulse driving at a frequency of kHz or more. The effect of the effect is higher.

【0045】なお、上記実施の形態1においては、熱発
生源36を半導体レーザチップ31の後方に設けたが、
半導体レーザチップ31の側面および上面に設けてもよ
い。
In the first embodiment, the heat source 36 is provided behind the semiconductor laser chip 31.
It may be provided on the side surface and the upper surface of the semiconductor laser chip 31.

【0046】実施の形態2.図2は、本発明の実施の形
態2にかかる半導体レーザ装置の構成を模式的に示す斜
視図である。実施の形態2が実施の形態1と異なるの
は、熱発生手段として薄膜状の熱発生源37を用い、そ
れを半導体レーザチップ31とヒートシンク32との間
にその上面を一部露出させて介設し、その露出した部分
にスイッチ23を介して電源21の一方の電極を接続し
た点である。その他の構成は上記実施の形態1と同様で
あるため、同一の構成については実施の形態1と同じ符
号を付して説明を省略する。
Embodiment 2 FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that a thin-film heat generating source 37 is used as a heat generating means and is interposed between a semiconductor laser chip 31 and a heat sink 32 by partially exposing the upper surface thereof. And one electrode of the power supply 21 is connected to the exposed portion via the switch 23. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus, the same components are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment, and description thereof is omitted.

【0047】熱発生源37は、電流が流れることによっ
てジュール熱を発生する構成のものであり、たとえば、
たとえば、電気抵抗でできている。一般には、タングス
テンやセラミクス等の高抵抗体が使用されるが、半導体
では酸化シリコン等がプロセス中で製造される。熱発生
源37の発熱量は、半導体レーザチップ31の駆動時の
発熱量と同等に設定されている。また、熱発生源37
は、半導体レーザチップ31から発せられた熱をヒート
シンク32に伝達する熱伝導機能を有する。
The heat generating source 37 is configured to generate Joule heat when a current flows.
For example, it is made of electric resistance. Generally, a high-resistance material such as tungsten or ceramics is used. In the case of a semiconductor, silicon oxide or the like is manufactured during the process. The heat generation amount of the heat generation source 37 is set to be equal to the heat generation amount when the semiconductor laser chip 31 is driven. The heat source 37
Has a heat conduction function of transmitting heat generated from the semiconductor laser chip 31 to the heat sink 32.

【0048】つぎに実施の形態2の作用について説明す
る。半導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時に
は、スイッチ23は半導体レーザチップ31側に切り替
えられ、それによってレーザ出力が起こる。このときに
は、熱発生源37には電流が流れないため、熱は発生し
ない。従ってサブマウント34は、レーザ出力時の半導
体レーザチップ31の発熱により加熱される。また、サ
ブマウント34の熱は熱発生源37を介してヒートシン
ク32へ伝わる。
Next, the operation of the second embodiment will be described. The switch 23 is switched to the semiconductor laser chip 31 side when the output of the semiconductor laser or the pulse drive is on, thereby generating a laser output. At this time, since no current flows through the heat generation source 37, no heat is generated. Therefore, the submount 34 is heated by heat generated by the semiconductor laser chip 31 at the time of laser output. Further, the heat of the submount 34 is transmitted to the heat sink 32 via the heat source 37.

【0049】一方、半導体レーザの出力停止時もしくは
待機時、またはパルス駆動のオフ時には、スイッチ23
は熱発生源37側に切り替えられる。それによってレー
ザ光の出力が停止するとともに、熱発生源37に電流が
流れ、熱が発生する。従ってサブマウント34は、熱発
生源37の発熱により加熱されるが、サブマウント34
と半導体レーザチップ31との間の接合材(図示省略)
が高い熱伝導度を有しているため、半導体レーザチップ
31もサブマウント34と同じかまたは略同じ温度に加
熱される。従って半導体レーザチップ31とサブマウン
ト34との間には熱歪みが発生しない。
On the other hand, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is off, the switch 23 is turned off.
Is switched to the heat generation source 37 side. As a result, the output of the laser beam is stopped, and a current flows through the heat generating source 37 to generate heat. Therefore, the submount 34 is heated by the heat generated by the heat source 37,
(Not shown) between the semiconductor laser chip 31 and the semiconductor laser chip 31
Has a high thermal conductivity, the semiconductor laser chip 31 is also heated to the same or substantially the same temperature as the submount 34. Therefore, no thermal distortion occurs between the semiconductor laser chip 31 and the submount 34.

【0050】また、熱発生源37の発熱量が半導体レー
ザチップ31の駆動時の発熱量と同等に設定されている
ため、半導体レーザの出力停止時もしくは待機時、また
はパルス駆動のオフ時のサブマウント34の温度は、半
導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時のサブマ
ウント34の温度と同じかまたは略同じ温度になる。従
って半導体レーザの出力を停止してもヒートシンク32
とサブマウント34との温度差は変化しないため、ヒー
トシンク32とサブマウント34との間にはヒートサイ
クルは発生しない。
The amount of heat generated by the heat generating source 37 is set to be equal to the amount of heat generated when the semiconductor laser chip 31 is driven. The temperature of the mount 34 is equal to or substantially equal to the temperature of the submount 34 when the semiconductor laser is output or when pulse driving is on. Therefore, even if the output of the semiconductor laser is stopped,
Since the temperature difference between the heat sink 32 and the submount 34 does not change, no heat cycle occurs between the heat sink 32 and the submount 34.

【0051】上記実施の形態2によれば、半導体レーザ
の出力停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ
時に、熱発生源37が熱を発生し、そのときのヒートシ
ンク32と半導体レーザチップ31との温度差が半導体
レーザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度差と同
じかまたは略同じになるため、実際の半導体レーザのオ
ン・オフの回数に対して、半導体レーザチップ31とヒ
ートシンク32との間の温度差の変動によるヒートサイ
クル数を減らすことができる。従って半導体レーザチッ
プ31とヒートシンク32との間の接合材の応力破壊限
界が低くなるのを防ぐことができるので、半導体レーザ
を、熱破壊を起こすことなくそのレーザが本来有する寿
命まで使いきることができる。
According to the second embodiment, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse driving is turned off, the heat generating source 37 generates heat, and the heat sink 32 and the semiconductor laser chip 31 at that time are heated. Is substantially or the same as the temperature difference at the time of output of the semiconductor laser or the ON state of the pulse drive, and therefore, the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 are different from the actual number of ON / OFF operations of the semiconductor laser. , The number of heat cycles due to the fluctuation of the temperature difference between the two can be reduced. Therefore, since the stress rupture limit of the bonding material between the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 can be prevented from being lowered, the semiconductor laser can be used up to its original life without causing thermal destruction. it can.

【0052】また、上記実施の形態2によれば、熱発生
源37の発熱量が半導体レーザチップ31の発熱量と同
じかまたは略同じであるため、スイッチ23を切り替え
るだけで、半導体レーザ装置の熱発生量を一定に制御し
ながら半導体レーザ出力のオン・オフを切り替えること
ができる。
Further, according to the second embodiment, since the heat generation amount of the heat generating source 37 is the same as or substantially the same as the heat generation amount of the semiconductor laser chip 31, the semiconductor laser device can be operated only by switching the switch 23. The output of the semiconductor laser can be switched on and off while controlling the heat generation amount to be constant.

【0053】なお、上記実施の形態2においては、熱発
生源37をヒートシンク32とサブマウント34との間
に設けたが、半導体レーザチップ31とサブマウント3
4との間に設けてもよい。
Although the heat source 37 is provided between the heat sink 32 and the submount 34 in the second embodiment, the semiconductor laser chip 31 and the submount 3
4 may be provided.

【0054】実施の形態3.図3は、本発明の実施の形
態3にかかる半導体レーザ装置の構成を模式的に示す斜
視図である。実施の形態3が実施の形態1と異なるの
は、熱発生手段として放射熱線源38を用い、それを半
導体レーザチップ31を挟んでヒートシンク32の反対
側に、半導体レーザチップ31から離れて設け、放射熱
線源38に電源21をスイッチ23を介して接続した点
である。その他の構成は上記実施の形態1と同様である
ため、同一の構成については実施の形態1と同じ符号を
付して説明を省略する。
Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of the semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that a radiant heat ray source 38 is used as heat generating means, and is provided on the opposite side of the heat sink 32 with the semiconductor laser chip 31 interposed therebetween, away from the semiconductor laser chip 31, The point is that the power source 21 is connected to the radiant heat ray source 38 via the switch 23. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus, the same components are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment, and description thereof is omitted.

【0055】放射熱線源38は、たとえば、白熱電球の
ような構成によって熱を発生するものであり、たとえ
ば、電気抵抗でできている。放射熱線源38の発熱量
は、半導体レーザチップ31の駆動時の発熱量と同等に
設定されている。放射熱線源38は、たとえば半導体レ
ーザチップ31、サブマウント34およびヒートシンク
32を収納したパッケージ(図示せず)の内側に固定さ
れる。
The radiant heat ray source 38 generates heat by a configuration like an incandescent lamp, for example, and is made of, for example, electric resistance. The amount of heat generated by the radiation heat source 38 is set to be equal to the amount of heat generated when the semiconductor laser chip 31 is driven. The radiant heat ray source 38 is fixed inside a package (not shown) containing the semiconductor laser chip 31, the submount 34, and the heat sink 32, for example.

【0056】つぎに実施の形態3の作用について説明す
る。半導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時に
は、スイッチ23は半導体レーザチップ31側に切り替
えられ、それによってレーザ出力が起こる。このときに
は、放射熱線源38には電流が流れないため、熱は発生
しない。従ってサブマウント34は、レーザ出力時の半
導体レーザチップ31の発熱により加熱される。
Next, the operation of the third embodiment will be described. The switch 23 is switched to the semiconductor laser chip 31 side when the output of the semiconductor laser or the pulse drive is on, thereby generating a laser output. At this time, since no current flows through the radiant heat ray source 38, no heat is generated. Therefore, the submount 34 is heated by heat generated by the semiconductor laser chip 31 at the time of laser output.

【0057】一方、半導体レーザの出力停止時もしくは
待機時、またはパルス駆動のオフ時には、スイッチ23
は放射熱線源38側に切り替えられる。それによってレ
ーザ光の出力が停止するとともに、放射熱線源38に電
流が流れ、熱が発生する。従って放射熱線源38の発熱
により半導体レーザチップ31が加熱されるが、サブマ
ウント34と半導体レーザチップ31との間の接合材
(図示省略)が高い熱伝導度を有しているため、サブマ
ウント34も半導体レーザチップ31と同じかまたは略
同じ温度に加熱される。従って半導体レーザチップ31
とサブマウント34との間には熱歪みが発生しない。
On the other hand, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the switch 23 is turned off.
Is switched to the radiation heat source 38 side. As a result, the output of the laser beam stops, and a current flows through the radiant heat ray source 38 to generate heat. Accordingly, the semiconductor laser chip 31 is heated by the heat generated by the radiation heat ray source 38. However, since the bonding material (not shown) between the submount 34 and the semiconductor laser chip 31 has high thermal conductivity, the submount 34 is also heated to the same or substantially the same temperature as the semiconductor laser chip 31. Therefore, the semiconductor laser chip 31
No thermal distortion occurs between the submount 34 and the submount 34.

【0058】また、放射熱線源38の発熱量が半導体レ
ーザチップ31の駆動時の発熱量と同等に設定されてい
るため、半導体レーザの出力停止時もしくは待機時、ま
たはパルス駆動のオフ時のサブマウント34の温度は、
半導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時のサブ
マウント34の温度と同じかまたは略同じ温度になる。
従って半導体レーザの出力を停止してもヒートシンク3
2とサブマウント34との温度差は変化しないため、ヒ
ートシンク32とサブマウント34との間にはヒートサ
イクルは発生しない。
Since the amount of heat generated by the radiant heat source 38 is set to be equal to the amount of heat generated when the semiconductor laser chip 31 is driven, the sub-heating when the output of the semiconductor laser is stopped or in a standby state or when the pulse drive is turned off is turned off. The temperature of the mount 34 is
The temperature becomes the same or substantially the same as the temperature of the submount 34 when the semiconductor laser is output or when the pulse drive is on.
Therefore, even if the output of the semiconductor laser is stopped, the heat sink 3
Since the temperature difference between the submount 2 and the submount 34 does not change, no heat cycle occurs between the heat sink 32 and the submount 34.

【0059】上記実施の形態3によれば、半導体レーザ
の出力停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ
時に、放射熱線源38が熱を発生し、そのときのヒート
シンク32と半導体レーザチップ31との温度差が半導
体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度差と
同じかまたは略同じになるため、実際の半導体レーザの
オン・オフの回数に対して、半導体レーザチップ31と
ヒートシンク32との間の温度差の変動によるヒートサ
イクル数を減らすことができる。従って半導体レーザチ
ップ31とヒートシンク32との間の接合材の応力破壊
限界が低くなるのを防ぐことができるので、半導体レー
ザを、熱破壊を起こすことなくそのレーザが本来有する
寿命まで使いきることができる。
According to the third embodiment, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the radiant heat source 38 generates heat, and the heat sink 32 and the semiconductor laser chip 31 at that time are heated. Is substantially or the same as the temperature difference at the time of output of the semiconductor laser or the ON state of the pulse drive, and therefore, the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 are different from the actual number of ON / OFF operations of the semiconductor laser. , The number of heat cycles due to the fluctuation of the temperature difference between the two can be reduced. Therefore, since the stress rupture limit of the bonding material between the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 can be prevented from being lowered, the semiconductor laser can be used up to its original life without causing thermal destruction. it can.

【0060】また、上記実施の形態3によれば、放射熱
線源38の発熱量が半導体レーザチップ31の発熱量と
同じかまたは略同じであるため、スイッチ23を切り替
えるだけで、半導体レーザ装置の熱発生量を一定に制御
しながら半導体レーザ出力のオン・オフを切り替えるこ
とができる。
Further, according to the third embodiment, the heat value of the radiant heat ray source 38 is the same as or approximately the same as the heat value of the semiconductor laser chip 31. The output of the semiconductor laser can be switched on and off while controlling the heat generation amount to be constant.

【0061】以上において本発明は、サブマウント34
を省略した構成の半導体レーザ装置にも適用することが
できるし、熱発生手段用の電源を半導体レーザチップ3
1用の電源から独立して設け、たとえばモニタ用のフォ
トダイオード等によって半導体レーザ出力のオン・オフ
状態を検出し、それに基づいて熱発生手段用電源のオン
・オフを切り替え制御するようにしてもよいし、熱電対
や放射温度計等の温度検出手段を用いて半導体レーザチ
ップ31とヒートシンク32との温度差を正確に検出
し、それに基づいて熱発生手段をフィードバック制御す
るようにしてもよい。
In the above, the present invention relates to the submount 34
Can be applied to a semiconductor laser device having a configuration in which the semiconductor laser chip 3 is omitted.
The power supply for the heat generating means may be provided independently of the power supply for the first unit, for example, by detecting the on / off state of the output of the semiconductor laser using a photodiode for monitoring or the like, and controlling the on / off of the power supply for the heat generating means based on the detected state. Alternatively, the temperature difference between the semiconductor laser chip 31 and the heat sink 32 may be accurately detected using a temperature detecting means such as a thermocouple or a radiation thermometer, and the heat generating means may be feedback-controlled based on the detected temperature difference.

【0062】また、半導体レーザチップ31と熱発生手
段と電力供給回路とを一体化した集積回路を製作しても
よい。そうすれば半導体レーザチップ31と熱発生手段
とが分離している場合に比べて、熱発生手段を局所化し
て設けることができるため、熱歪みの発生をより小さく
することができる。
Further, an integrated circuit in which the semiconductor laser chip 31, the heat generating means and the power supply circuit are integrated may be manufactured. In this case, since the heat generating means can be provided in a localized manner as compared with the case where the semiconductor laser chip 31 and the heat generating means are separated from each other, the occurrence of thermal distortion can be further reduced.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、半導体レーザの出力停止時もしくは待機時、または
パルス駆動のオフ時に、熱発生手段が熱を発生し、その
ときのヒートシンクと半導体レーザチップとの温度差が
半導体レーザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度
差に近づくため、実際の半導体レーザのオン・オフの回
数に対して、半導体レーザチップとヒートシンクとの間
の温度差の変動によるヒートサイクル数を減らすことが
できる。従って半導体レーザチップとヒートシンクとの
間の接合材の応力破壊限界が低くなるのを防ぐことがで
きるので、半導体レーザを、そのレーザが本来有する寿
命まで使いきることができる。
As described above, according to the present invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off, the heat generating means generates heat, and the heat sink and the semiconductor laser at that time are generated. Since the temperature difference with the chip approaches the temperature difference when the semiconductor laser is output or the pulse drive is on, the difference between the temperature of the semiconductor laser chip and the heat sink with respect to the actual number of times the semiconductor laser is turned on and off. The number of heat cycles due to fluctuation can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the stress rupture limit of the bonding material between the semiconductor laser chip and the heat sink from being lowered, so that the semiconductor laser can be used up to the original life of the laser.

【0064】つぎの発明によれば、半導体レーザの出力
停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、
半導体レーザチップのレーザ光を出射する側と反対側に
設けられた熱発生源により半導体レーザチップが加熱さ
れ、そのときの半導体レーザチップの温度が半導体レー
ザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度に近づくた
め、半導体レーザチップのレーザ光を出射する側と反対
側に熱発生源を設けた場合にも、ヒートサイクル数を減
らすことができる。従って接合材の応力破壊限界が低下
しないので、半導体レーザを本来の寿命まで使いきるこ
とができる。
According to the next invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off,
The semiconductor laser chip is heated by a heat source provided on the side opposite to the side from which the semiconductor laser chip emits laser light, and the temperature of the semiconductor laser chip at that time is the temperature at the time of output of the semiconductor laser or at the time of pulse drive ON. Therefore, the number of heat cycles can be reduced even when a heat generation source is provided on the side of the semiconductor laser chip opposite to the side from which laser light is emitted. Therefore, since the stress breakdown limit of the bonding material does not decrease, the semiconductor laser can be used up to its original life.

【0065】つぎの発明によれば、半導体レーザの出力
停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、
半導体レーザチップとヒートシンクとの間に介設された
薄膜状の熱発生源により半導体レーザチップが加熱さ
れ、そのときの半導体レーザチップの温度が半導体レー
ザの出力時またはパルス駆動のオン時の温度に近づくた
め、半導体レーザチップとヒートシンクとの間に薄膜状
の熱発生源を設けた場合にも、ヒートサイクル数を減ら
すことができる。従って接合材の応力破壊限界が低下し
ないので、半導体レーザを本来の寿命まで使いきること
ができる。
According to the next invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off,
The semiconductor laser chip is heated by the thin-film heat source interposed between the semiconductor laser chip and the heat sink, and the temperature of the semiconductor laser chip at that time becomes the temperature at the time of output of the semiconductor laser or at the time of pulse drive ON. Therefore, the number of heat cycles can be reduced even when a thin-film heat source is provided between the semiconductor laser chip and the heat sink. Therefore, since the stress breakdown limit of the bonding material does not decrease, the semiconductor laser can be used up to its original life.

【0066】つぎの発明によれば、半導体レーザの出力
停止時もしくは待機時、またはパルス駆動のオフ時に、
半導体レーザチップを挟んでヒートシンクの反対側に、
半導体レーザチップから離れて設けられた放射熱線源に
より半導体レーザチップが加熱され、そのときの半導体
レーザチップの温度が半導体レーザの出力時またはパル
ス駆動のオン時の温度に近づくため、半導体レーザチッ
プを挟んでヒートシンクの反対側に放射熱線源を設けた
場合にも、ヒートサイクル数を減らすことができる。従
って接合材の応力破壊限界が低下しないので、半導体レ
ーザを本来の寿命まで使いきることができる。
According to the next invention, when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when the pulse drive is turned off,
On the other side of the heat sink across the semiconductor laser chip,
The semiconductor laser chip is heated by a radiant heat ray source provided away from the semiconductor laser chip, and the temperature of the semiconductor laser chip at that time approaches the temperature at the time of output of the semiconductor laser or when pulse driving is on, so that the semiconductor laser chip is The number of heat cycles can also be reduced when a radiant heat ray source is provided on the opposite side of the heat sink between them. Therefore, since the stress breakdown limit of the bonding material does not decrease, the semiconductor laser can be used up to its original life.

【0067】つぎの発明によれば、熱発生手段により半
導体レーザチップの温度が常時一定または略一定に保た
れるため、半導体レーザのオン・オフが切り替わっても
半導体レーザチップとヒートシンクとの間の温度差は全
くあるいは殆ど変化しないので、実際の半導体レーザの
オン・オフの回数に対してヒートサイクル数を減らすこ
とができる。従って半導体レーザチップとヒートシンク
との間の接合材の応力破壊限界が低くなるのを防ぐこと
ができるので、半導体レーザを、そのレーザが本来有す
る寿命まで使いきることができる。
According to the next invention, the temperature of the semiconductor laser chip is constantly or substantially kept constant by the heat generating means, so that even if the semiconductor laser is switched on and off, the temperature between the semiconductor laser chip and the heat sink is maintained. Since the temperature difference does not change at all or hardly changes, the number of heat cycles can be reduced with respect to the actual number of on / off times of the semiconductor laser. Therefore, it is possible to prevent the stress rupture limit of the bonding material between the semiconductor laser chip and the heat sink from being lowered, so that the semiconductor laser can be used up to the original life of the laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1にかかる半導体レーザ
装置の構成を模式的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態2にかかる半導体レーザ
装置の構成を模式的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;

【図3】 本発明の実施の形態3にかかる半導体レーザ
装置の構成を模式的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention;

【図4】 PbSnはんだ接合部に亀裂が発生するヒー
トサイクル数と歪量の関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of heat cycles at which a crack occurs in a PbSn solder joint and the amount of strain.

【図5】 従来における半導体レーザ装置の構成を模式
的に示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 半導体レーザチップ、32 ヒートシンク、36
熱発生源(熱発生手段)、37 薄膜状の熱発生源
(熱発生手段)、38 放射熱線源(熱発生手段)。
31 semiconductor laser chip, 32 heat sink, 36
Heat generating source (heat generating means), 37 Thin-film heat generating source (heat generating means), 38 radiant heat ray source (heat generating means).

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザチップと、その半導体レー
ザチップを冷却するためのヒートシンクとが一体化され
てなる半導体レーザ装置において、 半導体レーザの出力停止時もしくは待機時、またはパル
ス駆動のオフ時に、ヒートシンクと半導体レーザチップ
との温度差を、半導体レーザの出力時またはパルス駆動
のオン時のそれらの温度差に近づけるように熱を発生す
る熱発生手段を具備することを特徴とする半導体レーザ
装置。
1. A semiconductor laser device in which a semiconductor laser chip and a heat sink for cooling the semiconductor laser chip are integrated, wherein a heat sink is provided when the output of the semiconductor laser is stopped or on standby, or when pulse driving is turned off. A semiconductor laser device comprising: heat generating means for generating heat so that the temperature difference between the semiconductor laser chip and the semiconductor laser chip approaches the temperature difference between the output of the semiconductor laser and the ON state of the pulse drive.
【請求項2】 前記熱発生手段は、半導体レーザチップ
のレーザ光を出射する側と反対側に設けられた熱発生源
で構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体
レーザ装置。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said heat generating means comprises a heat generating source provided on a side of said semiconductor laser chip opposite to a side from which laser light is emitted.
【請求項3】 前記熱発生手段は、半導体レーザチップ
とヒートシンクとの間に介設された薄膜状の熱発生源で
構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体レ
ーザ装置。
3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said heat generating means comprises a thin-film heat generating source interposed between a semiconductor laser chip and a heat sink.
【請求項4】 前記熱発生手段は、半導体レーザチップ
を挟んでヒートシンクの反対側に、半導体レーザチップ
から離れて設けられた放射熱線源で構成されることを特
徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
4. The heat generating means according to claim 1, wherein said heat generating means comprises a radiant heat ray source provided on a side opposite to the heat sink with the semiconductor laser chip interposed therebetween and separated from the semiconductor laser chip. Semiconductor laser device.
【請求項5】 半導体レーザチップと、 前記半導体レーザチップの温度を常時一定または略一定
に保つために発熱し得る熱発生手段と、 を具備することを特徴とする半導体レーザ装置。
5. A semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser chip; and heat generating means capable of generating heat to keep the temperature of the semiconductor laser chip constant or substantially constant.
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