JP2001339116A - 半導体レーザモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージ本体とパッケージ本体の底蓋との
接合部の信頼性を向上させるとともに、小型化が可能な
半導体レーザモジュールを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザモジュールは、半
導体レーザ素子に熱的に結合される基板２３に接続され
る第１電極２３ａと、パッケージ本体２１の底蓋２２に
接続される第２電極２２ａと、これらの電極間に接続さ
れた複数のペルチェ素子２４ａ，２４ｂと、パッケージ
本体２１と底蓋２２とを接合する第１接合材と、第１電
極２３ａと複数のペルチェ素子３３の一方の端部とを接
合する第２接合材２５と、第２電極２２ａと複数のペル
チェ素子２４ａ，２４ｂの他方の端部とを接合する第３
接合材２６とを備えている。そして、第１接合材は第２
接合材２５よりも融点が高い接合材であり、かつ第２接
合材２５は第３接合材２６よりも融点が高い接合材であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信装置などに
使用する半導体レーザ素子と光ファイバとの結合器であ
る半導体レーザモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、波長を多重化して送信する方式
（ＷＤＭ）の開発、実用化が進んでいる。この方式で
は、複数の波長の光が１つの光ファイバ内に存在するた
め、１つの光源の波長を±０．１ｎｍにおさえる必要が
ある。

【０００３】このような光通信のレーザ光源としては半
導体レーザ素子が用いられ、この半導体レーザ素子とレ
ンズ等をパッケージ内に一体的に収容して半導体レーザ
モジュールを構成し、この半導体レーザモジュールを光
ファイバに結合するようになされている。このような半
導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザはその
雰囲気温度が変化すると波長が変化するため、光ファイ
バと結合する半導体レーザモジュールの構成体内に電子
冷却素子（以下、ペルチェ素子という）を備えて、半導
体レーザ素子の温度を制御している。

【０００４】このような半導体レーザモジュール７０
は、例えば、図１０に示すように、図示しない一対の側
壁にリード線をハーメチックシールで設けたバタフライ
型やＤＩＰ型のパッケージを構成するパッケージ本体７
１を備えており、このパッケージ本体７１の他の１つの
側壁に光取り出し窓７１ａを設けている。また、パッケ
ージ本体７１の上部には気密用のカバー７１ｂを取り付
けるようにしている。ここで、パッケージ本体７１内に
は、一対の絶縁板７２ａ，７２ｂの間に複数個のＰ型半
導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とからなるペル
チェ素子７２を挟み込み、図示しない電極により複数の
Ｐ型素子と複数のＮ型素子とがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電
気的に直列に接続され、更に端部のＰ型素子及びＮ型素
子を接合した電極にそれぞれ図示しないリード線を接続
して構成される。

【０００５】なお、絶縁板７２ａ，７２ｂはアルミナな
どから形成されており、この上にペルチェ素子７２の電
極と固定を兼ねた金属導体パターン（電極パターン）が
薄膜や厚膜で形成されている。絶縁板７２ａ側には半導
体レーザ素子７４、レンズ７８および受光素子７７等を
搭載したベース板７３が固定され、絶縁板７２ｂ側はパ
ッケージ本体７１の内底に固定されている。半導体レー
ザ素子７４はヒートシンク７５に搭載されており、この
ヒートシンク７５は半導体レーザ素子７４の放熱を行う
と共に、半導体レーザ素子７４とほぼ同じ膨張係数を有
する材料（例えばダイヤモンド，ＳｉＣ，シリコンな
ど）を使用して熱応力による故障を防止している。

【０００６】また、ヒートシンク７５はヘッダ７６に搭
載され、このヘッダ７６は半導体レーザ素子７４の電極
用の端子を有している。ヘッダ７６の後部にはモニタ用
の受光素子７７が設けられており、この受光素子７７は
半導体レーザ素子７４の温度変化等による光出力の変化
を監視し、その光出力が常に一定になるように駆動回路
にフィードバックをかけている。レンズ７８はレンズホ
ルダ７９により固定されている。

【０００７】なお、レンズホルダ７９は、半導体レーザ
素子７４から出射され広がったレーザ光がレンズ７８に
より平行光になるように光軸調整後、ベース７３にＹＡ
Ｇレーザで固定されるようになされている。これは、光
学調整後の半導体レーザ素子７４とレンズ７８の軸ずれ
感度が１μｍ以下と厳しいため固定安定度の高いＹＡＧ
レーザ溶接を用いるものである。これにより、半導体レ
ーザ素子７４から出射されたレーザ光はレンズ７８で平
行光に変換され、この平行光が光取り出し窓７１ａを通
過するようになる。

【０００８】レンズ７８の前方には、スリーブ８２が配
置され、このスリーブ８２にフェルール８７を介してレ
ンズ８１が固定されている。ここで、半導体レーザ素子
７４から出射され光取り出し窓７１ａを通過したレーザ
光がレンズ８１で光ファイバ８４に効率よく入射するよ
うに光軸調整した後、スリーブ８２のＡ，Ｂ部でＹＡＧ
レーザ溶接固定している。これにより、半導体レーザ素
子７４から出射された光はレンズ７８と８１とによって
光ファイバ８４に効率良く結合される。このような半導
体レーザモジュールの温度が安定なのはペルチェ素子７
２で半導体レーザ素子７４を常時温度制御し、半導体レ
ーザ素子７４の発熱による温度上昇を低減しているため
である。なお、半導体レーザ素子７４とペルチェ素子７
２の発熱はパッケージ本体７１に取り付けたヒートシン
ク（図示せず）で外部に放熱される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記構成による半導体
レーザモジュールは、電子冷却素子（例えばペルチェ素
子）７２を搭載しているため特に高さ方向が制限され、
小型化が困難であるという問題点があった。そこで、小
型で冷却能力に優れた構造を持つ半導体レーザモジュー
ルが、例えば、特開平５−２２６７７９号公報において
提案されるようになった。この特開平５−２２６７７９
号公報において提案された半導体レーザモジュールにお
いては、パッケージ本体底蓋と下基板とが共通である構
造とすることにより、小型化が可能となった。

【００１０】しかしながら、上述した特開平５−２２６
７７９号公報において提案された半導体レーザモジュー
ルにおいては、パッケージ本体の底蓋にペルチェ素子を
接合した後、この底蓋にパッケージ本体を接合するよう
な方法を採用している。パッケージ本体の底蓋にペルチ
ェ素子を接合した後、この底蓋にパッケージ本体を接合
するようにすると、底蓋とパッケージ本体との接合は、
底蓋とペルチェ素子とを接合する接合材の融点よりも低
い接合材を用いて行う必要がある（なぜならば、底蓋と
ペルチェ素子とを接合する接合材よりも融点が高い接合
材を用いると、先に接合した底蓋とペルチェ素子との接
合部が溶けるためである）ため、底蓋とパッケージ本体
との接合力が低くて、信頼性に欠けるという問題を生じ
た。

【００１１】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたものであって、パッケージ本体とパッケー
ジ本体の底蓋との接合部の信頼性を向上させるととも
に、小型化が可能な半導体レーザモジュールを提供する
ことを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するため、本発明の半導体レーザモジュー
ルは、半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成
された第１電極と、パッケージ本体を封止する底蓋に形
成された第２電極と、これらの第１および第２電極の間
に接続された複数のペルチェ素子と、パッケージ本体と
底蓋とを接合する第１接合材と、第１電極と複数のペル
チェ素子の一方の端部とを接合する第２接合材と、第２
電極と複数のペルチェ素子の他方の端部とを接合する第
３接合材とを備え、第１接合材は第２接合材よりも融点
が高い接合材であり、かつ第２接合材は第３接合材より
も融点が高い接合材もしくは第３接合材と融点が等しい
接合材であるようにしている。

【００１３】このように、第１接合材は第２接合材より
も融点が高い接合材を用い、第２接合材は第３接合材よ
りも融点が高い接合材もしくは第３接合材と融点が等し
い接合材を用いるようにすると、第１接合材によりパッ
ケージ本体と底蓋とを接合した後、第２接合材で第１電
極に接合された複数のペルチェ素子の他方の端部を第３
接合材により第２電極に接合するようにしても、第３接
合材の溶融時に第１接合材が溶融することがないため、
接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高い接
合部が得られるようになる。そして、第２電極と複数の
ペルチェ素子の他方の端部との間に導電層を備えるよう
にすると、第２電極の厚みを薄くできるようになるた
め、第２電極は薄膜で形成することが可能となり、抵抗
が高い高融点金属で形成することができる。

【００１４】なお、第２電極が形成された底壁が一体的
に成形されたパッケージ本体を用いると、パッケージ本
体と底蓋との接合を省略できるので、接合工程を減少さ
せることが可能となり、この種の半導体レーザモジュー
ルを低コストで容易に製造することができるようにな
る。この場合、底壁に形成する第２電極を高融点金属と
すれば、パッケージ本体と底蓋を一体的に成形しても第
２電極が溶融されることはない。そして、高融点金属の
抵抗値が高くて導電性が低い場合は、この高融点金属に
導電性が良好な導電層を備えるようにすればよい。

【００１５】また、本発明の半導体レーザモジュールの
製造方法は、第２電極が形成されたパッケージ本体の底
蓋をパッケージ本体の下端に第１接合材により接合する
第１接合工程と、第１電極が形成された基板上に複数の
ペルチェ素子の一方の端部を第１接合材より融点が低い
第２接合材により接合する第２接合工程と、複数のペル
チェ素子の他方の端部に導電層を第２接合材により接合
する第３接合工程と、第３接合工程で接合された導電層
を第２電極に第２接合材より融点が低い第３接合材ある
いは第２接合材と融点が等しい第３接合材により接合す
る第４接合工程とを備えるようにしている。

【００１６】このように、第１接合工程、第２接合工
程、第３接合工程および第４接合工程とを備えるように
すると、第１接合工程においてパッケージ本体と底蓋と
は第１接合材により接合される。このとき、第１接合材
の融点が高くても他の接合部に影響を与えることがない
ため、パッケージ本体と底蓋とは強固に接合されること
となる。もしくは、第２接合工程と第３接合工程を同時
に行えば、一度の溶融工程で済む。即ち、第２接合材の
再溶融工程そのものをなくすことができる。ついで、第
２接合工程において第１電極が形成された基板上に複数
のペルチェ素子の一方の端部が第１接合材より融点が低
い第２接合材により接合される。

【００１７】この後、第３接合工程において、複数のペ
ルチェ素子の他方の端部に導電層を第２接合材により接
合するが、第２接合材は第２接合工程での第２接合材と
同じ接合材であるため、ほとんど溶融することはない。
ついで、第４接合工程において複数のペルチェ素子の他
方の端部が第２電極に第３接合材により接合されるが、
第３接合材は第２接合材より融点が低いため、この接合
時に第１接合材および第２接合材は溶融することはな
い。この結果、接合強度が大きい接合部が形成されて、
信頼性の高い接合部が得られるようになる。

【００１８】また、第３接合材が第２接合材と同等の融
点をもつ場合、第４接合工程において第２接合材が再溶
融するデメリットがあるが、同時に溶けて同時に凝固す
るために、特に凝固時に発生する熱応力が小さいという
メリットがある。なお、このとき、第２接合工程で用い
る第２接合材、第３接合工程で用いる第２接合材および
第４接合工程で用いる第３接合材の融点は同じであって
もよい。この場合、全ての接合材の融点が同じであるの
で、再溶融するデメリットがあるものの、全ての接合材
が同一温度で凝固するのでモジュール内に残留する熱応
力が少ないというメリットがある。

【００１９】なお、第２電極の厚みが厚い場合は導電層
を設けなくてもよい。この場合、第３接合工程は省略さ
れることとなる。また、第１電極を基板上に薄膜あるい
は厚膜でパターン形成し、第２電極を底蓋上に薄膜（こ
の場合は、例えば、Ｍｏ−Ｍｎ法、Ｗ法による焼成で）
あるいは厚膜（この場合は、例えば、メッキにより）で
パターン形成すると、各電極の形成が容易となる。そし
て、第１接合材は銀蝋あるいはガラスとすることが好ま
しく、第２接合材はスズ−アンチモン合金ハンダとする
ことが好ましく、第３接合材はスズ−鉛共晶ハンダある
いはスズ−アンチモン合金ハンダとすることが好まし
い。

【００２０】

【発明の実施の形態】ついで、本発明の実施の形態を第
１実施例，第２実施例、第３実施例，第４実施例、第５
実施例および第６実施例の順に、図１〜図９に基づいて
説明する。なお、図１は第１実施例のパッケージ本体お
よびその底蓋を示す図であり、図２は熱電素子モジュー
ルおよびこの熱電素子モジュールを図１のパッケージ本
体内に接合した状態を示す図である。図３は第２実施例
の熱電素子モジュールおよびこの熱電素子モジュールを
パッケージ本体内に接合した状態を示す図である。図４
は第３実施例のパッケージを示す図であり、図５は熱電
素子モジュールおよびこの熱電素子モジュールを図４の
パッケージ本体内に接合した状態を示す図である。図６
は第４実施例の熱電素子モジュールおよびこの熱電素子
モジュールをパッケージ本体内に接合した状態を示す図
である。図７は第５実施例のパッケージ本体を示す図で
あり、図８は熱電素子モジュールおよびこの熱電素子モ
ジュールを図７のパッケージ本体内に接合した状態を示
す図である。図９は第６実施例の熱電素子モジュールお
よびこの熱電素子モジュールをパッケージ本体内に接合
した状態を示す図である。

【００２１】１．第１実施例 まず、第１実施例を図１および図２に基づいて説明す
る。なお、図１（ａ）は本第１実施例のパッケージ本体
を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は本第１実施
例の底蓋を模式的に示す斜視図である。また、図２
（ａ）は本第１実施例の熱電素子モジュールの要部を模
式的に示す断面図であり、図２（ｂ）はこの熱電素子モ
ジュールを図１のパッケージ本体内に接合した状態の要
部を模式的に示す断面図である。

【００２２】本第１実施例の半導体レーザモジュール１
０は、図１〜図２に示すように、上下面が開口した箱状
のパッケージ本体１１と、このパッケージ本体１１の底
蓋１２と、パッケージ本体１１内に配置されるペルチェ
素子モジュール１０ａとから構成される。なお、底蓋１
２の下面には図示しないヒートシンクが設けられてい
る。パッケージ本体１１は、フェルニコ系のＦｅ５４
％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％の合金（商品名：コバール
（Ｋｏｖａｒ））又はＦｅ５８％，Ｎｉ４２％の合金
（商品名：４２アロイ）などで構成されている。パッケ
ージ本体１１の一対の側壁には、リード線１１ｂが設け
られたセラミックよりなる絶縁材１１ａ，１１ａがハー
メチックシールで設けられて、いわゆるバタフライ型の
パッケージとなされている。また、他の側壁には光取り
出し窓１１ｃが設けられている。

【００２３】底蓋１２はパッケージ本体１１の熱膨張率
とほぼ同等の熱膨張率を有するセラミック材、例えばア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪
素（ＳｉＣ）など、あるいはＣｕＷ、上記したコバール
などの金属材の表面に絶縁処理したものから構成され、
この底蓋１２の上表面には電極パターン（第２電極）１
２ａ，１２ａ，１２ａ・・・が多数（例えば、３２個）
設けられている。この電極パターン１２ａ，１２ａ，１
２ａ・・・は、例えば、底蓋１２上に銅（Ｃｕ）メッキ
を施した後、エッチングにより不要部を除去することに
より形成されるものである。この他に、Ｍｏ−Ｍｎ法、
Ｗ法により、メタライズ層を焼成により形成する方式も
ある。この場合は、セラミック材を加工しやすい焼成前
のグリーンシートの状態でパターンを形成しても、焼成
工程で電極パターンが溶解することがないので、平板以
外の複雑な形状にも対応できる。

【００２４】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール１０
ａは、基板（第１基板）１３と、この基板１３上に形成
された電極パターン（第１電極）１３ａと、Ｐ型半導体
化合物素子１４ａと、Ｎ型半導体化合物素子１４ｂと、
導電パターン（導電層）１５とから構成されている。基
板１３は底蓋１２と同様なセラミック材、例えばアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素
（ＳｉＣ）などから構成され、この基板１３上に、銅
（Ｃｕ）メッキとエッチングにより電極パターン１３ａ
が形成されている。

【００２５】Ｐ型半導体化合物素子１４ａおよびＮ型半
導体化合物素子１４ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子１
４ａとＮ型半導体化合物素子１４ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン１３ａと導電パターン１５とにより
Ｐ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されている。
なお、Ｐ型半導体化合物素子１４ａおよびＮ型半導体化
合物素子１４ｂの端部と電極パターン１３ａおよび導電
パターン１５とは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるス
ズ（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接
合材１６，１７によりハンダ付けされている。

【００２６】ついで、上述のように構成される第１実施
例の半導体レーザモジュール１０の製造方法について説
明する。 （１）第１接合工程 まず、上下面が開口した箱状のパッケージ本体１１と、
上表面に電極パターン（第２電極）１２ａ，１２ａ，１
２ａ・・・が多数（例えば、３２個）設けられた底蓋１
２とを用意し、このパッケージ本体１１の下端部に底蓋
１２を第１接合材、例えば、銀蝋あるいはガラスにより
固着する。

【００２７】（２）第２接合工程 一方、その表面に多数の電極パターン１３ａが形成され
た基板１３と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッ
ケルメッキ上にハンダメッキを施したＰ型半導体化合物
素子１４ａおよびＮ型半導体化合物素子１４ｂと、導電
パターン１５とをそれぞれ用意する。そして、基板１３
に形成された多数の電極パターン１３ａ上に、Ｐ型半導
体化合物素子１４ａおよびＮ型半導体化合物素子１４ｂ
を交互に配列して、Ｐ型半導体化合物素子１４ａおよび
Ｎ型半導体化合物素子１４ｂが電極パターン１３ａを介
して電気的に直列に接続されるように、電極パターン１
３ａとＰ型半導体化合物素子１４ａおよびＮ型半導体化
合物素子１４ｂの一方の端部とを融点（Ｔｍ）が約２４
０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダからなる第２接合材１６で
ハンダ付けする。

【００２８】（３）第３接合工程 ついで、Ｐ型半導体化合物素子１４ａおよびＮ型半導体
化合物素子１４ｂの他方の端部とが導電パターン１５を
介して電気的に直列に接続されるように、Ｐ型半導体化
合物素子１４ａおよびＮ型半導体化合物素子１４ｂの他
方の端部上に導電パターン１５を配置し、導電パターン
１５とＰ型半導体化合物素子１４ａおよびＮ型半導体化
合物素子１４ｂの他方の端部とを第２接合材、例えば、
融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダから
なる第２接合材１７でハンダ付けして、熱電素子（ペル
チェ素子）モジュール１０ａを作製する。なお、この第
２接合工程と第３接合工程を同時に、即ち、１つの接合
工程で行ってもよい。

【００２９】（４）第４接合工程 ついで、底蓋１２が銀蝋付けあるいはガラス封着により
固着されたパッケージ本体１１の底蓋１２に形成された
多数の電極パターン１２ａ，１２ａ，１２ａ・・・上に
第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のスズ
（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリー
ム１８を塗布する。この後、パッケージ本体１１内に、
上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール１０ａを基板１３が上になるように逆さにし
て、底蓋１２の電極パターン１２ａと、熱電素子（ペル
チェ素子）モジュール１０ａの導電パターン１５とが一
致するように上から配置する。ついで、約１８２℃の温
度に加熱した後、熱電素子（ペルチェ素子）モジュール
１０ａを底蓋１２に押圧しながら冷却して、電極パター
ン１２ａと導電パターン１５とをハンダクリーム１８で
接合する。

【００３０】ついで、図１０に示すように、基板１３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体１１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底
蓋１２の下面には図示しないヒートシンクが設けられ、
半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシンク
を介して外部に放熱されるようになされる。

【００３１】上述したように、第１実施例においては、
第１接合工程においてパッケージ本体１１と底蓋１２と
は第１接合材により接合される。このとき、第１接合材
の融点が高くても他の接合部に影響を与えることがない
ため、パッケージ本体１１と底蓋１２とは強固に接合さ
れることとなる。ついで、第２接合工程において第１電
極１３ａが形成された基板１３上に複数のペルチェ素子
１４ａ，１４ｂの一方の端部が第１接合材より融点が低
い第２接合材１６により接合される。

【００３２】この後、第３接合工程において、複数のペ
ルチェ素子１４ａ，１４ｂの他方の端部に導電パターン
（導電層）１５を第２接合材１７により接合するが、第
２接合材１７は第２接合工程での第２接合材１６と同じ
接合材であるため、ほとんど溶融することはない。つい
で、第４接合工程において複数のペルチェ素子１４ａ，
１４ｂの他方の端部が電極パターン（第２電極）１２ａ
に第３接合材１８により接合されるが、第３接合材１８
は第２接合材１６，１７より融点が低いため、この接合
時に第１接合材および第２接合材１６，１７は溶融する
ことがない。この結果、再溶融時に発生するＮｉ−Ｓ
ｎ、Ｎｉ−Ａｕ等の脆い金属間化合物量が少なくなるた
め、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高
い接合部が得られるようになる。

【００３３】また、第３接合材１８が第２接合材１６，
１７と同等の融点をもつ場合、第４接合工程において第
２接合材１６，１７が再溶融するデメリットがあるが、
同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生
する熱応力が小さいというメリットがある。このメリッ
トは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、
第２接合材１６，１７および第３接合材１８の融点の選
択は用途により行うことができる。

【００３４】２．第２実施例 ついで、第２実施例を図３に基づいて説明する。なお、
図３（ａ）は本第２実施例の熱電素子モジュールを模式
的に示す断面図であり、図３（ｂ）はこの熱電素子モジ
ュールを図１と同様なパッケージ本体内に接合した状態
の要部を模式的に示す断面図である。

【００３５】本第２実施例の半導体レーザモジュール２
０は、図３に示すように、上下面が開口した箱状のパッ
ケージ本体２１と、このパッケージ本体２１の底蓋２２
と、パッケージ本体２１内に配置される熱電素子（ペル
チェ素子）モジュール２０ａとから構成される。なお、
パッケージ本体２１および底蓋２２は、上述した第１実
施例と同様であるので、その説明は省略する。

【００３６】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール２０
ａは、基板２３と、この基板２３上に形成された電極パ
ターン２３ａと、Ｐ型半導体化合物素子２４ａと、Ｎ型
半導体化合物素子２４ｂとから構成されている。基板２
３は底蓋２２と同様なセラミック材、例えばアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）などから構成され、この基板２３上に、銅（Ｃ
ｕ）メッキとエッチングにより電極パターン（第１電
極）２３ａが形成されている。

【００３７】Ｐ型半導体化合物素子２４ａおよびＮ型半
導体化合物素子２４ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子２
４ａとＮ型半導体化合物素子２４ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン２３ａ上にＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に配列
されている。なお、Ｐ型半導体化合物素子２４ａおよび
Ｎ型半導体化合物素子２４ｂの端部と電極パターン２３
ａとは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるスズ（Ｓｎ）
−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接合材２５に
よりハンダ付けされている。

【００３８】ついで、上述のように構成される第２実施
例の半導体レーザモジュール２０の製造方法について説
明する。 （１）第１接合工程 まず、上下面が開口した箱状のパッケージ本体２１と、
上表面に電極パターン（第２電極）２２ａ，２２ａ，２
２ａ・・・が多数（例えば、３２個）設けられた底蓋２
２とを用意し、このパッケージ本体２１の下端部に底蓋
２２を第１接合材、例えば、銀蝋あるいはガラスにより
固着する。

【００３９】（２）第２接合工程 一方、その表面に多数の電極パターン２３ａが形成され
た基板２３と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッ
ケルメッキ上にハンダメッキあるいは金メッキを施した
Ｐ型半導体化合物素子２４ａおよびＮ型半導体化合物素
子２４ｂとをそれぞれ用意する。そして、基板２３に形
成された多数の電極パターン２３ａ上に、Ｐ型半導体化
合物素子２４ａおよびＮ型半導体化合物素子２４ｂを交
互に配列して、電極パターン２３ａとＰ型半導体化合物
素子２４ａおよびＮ型半導体化合物素子２４ｂの一方の
端部とを融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハ
ンダからなる第２接合材２５でハンダ付けして、熱電素
子（ペルチェ素子）モジュール２０ａを作製する。

【００４０】（３）第３接合工程 ついで、底蓋２２が銀蝋付けあるいはガラス封着により
固着されたパッケージ本体２１の底蓋２２に形成された
多数の電極パターン２２ａ，２２ａ，２２ａ・・・上に
第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のスズ
（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリー
ム２６を塗布する。この後、パッケージ本体２１内に、
上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール２０ａを基板２３が上になるように逆さにし
て、Ｐ型半導体化合物素子２４ａおよびＮ型半導体化合
物素子２４ｂが底蓋２２の電極パターン２２ａを介して
電気的に直列に接続されるように上から配置する。つい
で、約１８２℃の温度に加熱した後、熱電素子（ペルチ
ェ素子）モジュール２０ａを底蓋２２に押圧しながら冷
却して、電極パターン２２ａと各Ｐ型半導体化合物素子
２４ａおよびＮ型半導体化合物素子２４ｂとをハンダク
リーム２６で接合する。

【００４１】ついで、図１０に示すように、基板２３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体２１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底
蓋２２の下面には図示しないヒートシンクが設けられ、
半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシンク
を介して外部に放熱されるようになされる。

【００４２】上述したように、本第２実施例において
は、第１接合工程においてパッケージ本体２１と底蓋２
２とは第１接合材により接合される。このとき、第１接
合材の融点が高くても他の接合部に影響を与えることが
ないため、パッケージ本体２１と底蓋２２とは強固に接
合されることとなる。この後、第２接合工程において電
極パターン（第１電極）２３ａが形成された基板２３上
に複数のペルチェ素子２４ａ，２４ｂの一方の端部が第
１接合材より融点が低い第２接合材２５により接合され
る。ついで、第３接合工程において複数のペルチェ素子
２４ａ，２４ｂの他方の端部が第３接合材２６により電
極パターン（第２電極）２２ａに接合されるが、第３接
合材２６は第２接合材２５より融点が低いため、この接
合時に第１接合材および第２接合材２５は溶融すること
がない。この結果、接合強度が大きい接合部が形成され
て、信頼性の高い接合部が得られるようになる。

【００４３】また、第３接合材２６が第２接合材２５と
同等の融点をもつ場合、第３接合工程において第２接合
材２５が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて
同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が
小さいというメリットがある。このメリットは特に長期
信頼性という観点で大きい。したがって、第２接合材２
５および第３接合材２６の融点の選択は用途により行う
ことができる。

【００４４】３．第３実施例 ついで、第３実施例を図４および図５に基づいて説明す
る。なお、図４は本第３実施例のパッケージ本体を模式
的に示す斜視図である。また、図５（ａ）は本第３実施
例の熱電素子モジュールの要部を模式的に示す断面図で
あり、図５（ｂ）はこの熱電素子モジュールを図４のパ
ッケージ本体内に接合した状態の要部を模式的に示す断
面図である。

【００４５】本第３実施例の半導体レーザモジュール３
０は、図４および図５に示すように、上面が開口した有
底で箱状のパッケージ本体３１と、このパッケージ本体
３１と一体的に成形された底壁３１ｄと、パッケージ本
体３１内に配置されるペルチェ素子モジュール３０ａと
から構成される。なお、底壁３１ｄの下面には図示しな
いヒートシンクが設けられている。ここで、底壁３１ｄ
の上表面には電極パターン（第２電極）３２，３２，３
２・・・が多数（例えば、３２個）設けられている。こ
の電極パターンは、例えば、底壁となるグリーンシート
が板状の状態とのときに高融点金属（例えば、タングス
テン（Ｗ）など）をパターン状に付けておき、その後パ
ッケージ本体３１となるグリーン体と一体化させればよ
い。なお、底壁３１ｄはパッケージ本体３１の外周部よ
り延出してフランジ部が設けられており、このフランジ
部にパッケージ本体３１を他の部品に固定するための貫
通孔が設けられている。

【００４６】なお、有底のパッケージ本体３１は、上述
した第１実施例と同様に、フェルニコ系のＦｅ５４％，
Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％の合金（商品名：コバール（Ｋ
ｏｖａｒ））又はＦｅ５８％，Ｎｉ４２％の合金（商品
名：４２アロイ）などで構成されている。そして、有底
のパッケージ本体３１の一対の側壁には、上述した第１
実施例と同様に、リード線３１ｂが設けられたセラミッ
クよりなる絶縁材３１ａ，３１ａがハーメチックシール
で設けられて、他の側壁には光取り出し窓３１ｃが設け
られている。

【００４７】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール３０
ａは、基板３３と、この基板３３上に形成された電極パ
ターン（第１電極）３４と、Ｐ型半導体化合物素子３５
ａと、Ｎ型半導体化合物素子３５ｂと、導電パターン３
６とから構成されている。基板３３はセラミック材、例
えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、
炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成され、この基板３３上
に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチングにより電極パターン
３４が形成されている。

【００４８】Ｐ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半
導体化合物素子３５ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子３
５ａとＮ型半導体化合物素子３５ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン３４と導電パターン３６とによりＰ，
Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されている。な
お、Ｐ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半導体化合
物素子３５ｂの端部と電極パターン３３および導電パタ
ーン３６とは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるスズ
（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接合
材３７，３８によりハンダ付けされている。

【００４９】ついで、上述のように構成される第３実施
例の半導体レーザモジュール３０ａの製造方法について
説明する。まず、上表面に多数の電極パターン３２が設
けられた底壁３１ｄを有する箱状のパッケージ本体３１
を用意するとともに、その表面に多数の電極パターン３
４が形成された基板３３と、両端部にニッケルメッキを
施しこのニッケルメッキ上にハンダメッキを施したＰ型
半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半導体化合物素子３
５ｂと、導電パターン（導電層）３６とをそれぞれ用意
する。

【００５０】（１）第１接合工程 ついで、基板３３に形成された多数の電極パターン３４
上に、Ｐ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半導体化
合物素子３５ｂを交互に配列して、Ｐ型半導体化合物素
子３５ａおよびＮ型半導体化合物素子３５ｂが電極パタ
ーン３４を介して電気的に直列に接続されるように、電
極パターン３４とＰ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ
型半導体化合物素子３５ｂの一方の端部とを融点（Ｔ
ｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダからなる第２
接合材３７でハンダ付けする。

【００５１】（２）第２接合工程 ついで、Ｐ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半導体
化合物素子３５ｂの他方の端部とが導電パターン３６を
介して電気的に直列に接続されるように、Ｐ型半導体化
合物素子３５ａおよびＮ型半導体化合物素子３５ｂの他
方の端部上に導電パターン３６を配置し、導電パターン
３６とＰ型半導体化合物素子３５ａおよびＮ型半導体化
合物素子３５ｂの他方の端部とを第２接合材、例えば、
融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダから
なる第２接合材３８でハンダ付けして、熱電素子（ペル
チェ素子）モジュール３０ａを作製する。なお、この第
１接合工程と第２接合工程を同時に、即ち、１つの接合
工程で行ってもよい。

【００５２】（３）第３接合工程 ついで、多数の電極パターン３２，３２，３２・・・上
に第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のス
ズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリ
ーム３９を塗布する。この後、パッケージ本体３１内
に、上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素
子）モジュール３０ａを基板３３が上になるように逆さ
にして、電極パターン３２と熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール３０ａの導電パターン３６とが一致するよう
に上から配置する。ついで、約１８２℃の温度に加熱し
た後、熱電素子（ペルチェ素子）モジュール３０ａをパ
ッケージ本体３１の底壁３１ｄに押圧しながら冷却し
て、電極パターン３２と導電パターン３６とをハンダク
リーム３９で接合する。

【００５３】ついで、図１０に示すように、基板３３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体３１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底
蓋３１ｄの下面には図示しないヒートシンクが設けら
れ、半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシ
ンクを介して外部に放熱されるようになされる。

【００５４】上述したように、第３実施例においては、
第１接合工程において電極パターン（第１電極）３４が
形成された基板３３上に複数のペルチェ素子３５ａ，３
５ｂの一方の端部が第２接合材３７により接合される。
この後、第２接合工程において、複数のペルチェ素子３
５ａ，３５ｂの他方の端部に導電パターン（導電層）３
６を第２接合材３８により接合するが、第２接合材３８
は第１接合工程での第２接合材３７と同じ接合材である
ため、ほとんど溶融することはない。ついで、第３接合
工程において複数のペルチェ素子３５ａ，３５ｂの他方
の端部が電極パターン（第２電極）３２に第３接合材３
９により接合されるが、第３接合材３９は第２接合材３
７，３８より融点が低いため、この接合時に第２接合材
３７，３８は溶融することがない。この結果、再溶融時
に発生するＮｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ａｕ等の脆い金属間化合
物量が少なくなるため、接合強度が大きい接合部が形成
されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。

【００５５】また、第３接合材３９が第２接合材３７，
３８と同等の融点をもつ場合、第３接合工程において第
２接合材３７，３８が再溶融するデメリットがあるが、
同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生
する熱応力が小さいというメリットがある。このメリッ
トは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、
第２接合材３７，３８および第３接合材３９の融点の選
択は用途により行うことができる。

【００５６】４．第４実施例 ついで、第４実施例を図６に基づいて説明する。なお、
図６（ａ）は本第４実施例の熱電素子モジュールの要部
を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）はこの熱電素
子モジュールを図４と同様なパッケージ本体内に接合し
た状態の要部を模式的に示す断面図である。

【００５７】本第４実施例の半導体レーザモジュール４
０は、図６に示すように、上面が開口した有底で箱状の
パッケージ本体４１と、このパッケージ本体４１と一体
的に成形された底壁４１ｄと、パッケージ本体４１内に
配置されるペルチェ素子モジュール４０ａとから構成さ
れる。なお、パッケージ本体４１上述した第３実施例と
同様であるので、その説明は省略する。

【００５８】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール４０
ａは、基板４３と、この基板４３上に形成された電極パ
ターン４４と、Ｐ型半導体化合物素子４５ａと、Ｎ型半
導体化合物素子４５ｂとから構成されている。基板４３
はセラミック材、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ア
ルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成さ
れ、この基板４３上に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチング
により電極パターン（第１電極）４４が形成されてい
る。

【００５９】Ｐ型半導体化合物素子４５ａおよびＮ型半
導体化合物素子４５ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子４
５ａとＮ型半導体化合物素子４５ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン４４によりＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気
的に接続されている。なお、Ｐ型半導体化合物素子４５
ａおよびＮ型半導体化合物素子４５ｂの端部と電極パタ
ーン４４とは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるスズ
（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接合
材４６によりハンダ付けされている。

【００６０】ついで、上述のように構成される第４実施
例の半導体レーザモジュール４０の製造方法について説
明する。まず、上表面には多数の電極パターン（第２電
極）４２が設けられた底壁４１ｄを有する箱状のパッケ
ージ本体４１を用意するとともに、両端部にニッケルメ
ッキを施しこのニッケルメッキ上にハンダメッキあるい
は金メッキを施したＰ型半導体化合物素子４５ａおよび
Ｎ型半導体化合物素子４５ｂを用意する。

【００６１】（１）第１接合工程 ついで、基板４３に形成された多数の電極パターン（第
１電極）４４上に、Ｐ型半導体化合物素子４５ａおよび
Ｎ型半導体化合物素子４５ｂを交互に配列して、電極パ
ターン４４とＰ型半導体化合物素子４５ａおよびＮ型半
導体化合物素子４５ｂの一方の端部とを融点（Ｔｍ）が
約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダからなる第２接合材
４６でハンダ付けして、熱電素子（ペルチェ素子）モジ
ュール４０ａを作製する。

【００６２】（２）第２接合工程 ついで、多数の電極パターン４２，４２，４２・・・上
に第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のス
ズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリ
ーム４７を塗布する。この後、パッケージ本体４１内
に、上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素
子）モジュール４０ａを基板４３が上になるように逆さ
にして、Ｐ型半導体化合物素子４５ａおよびＮ型半導体
化合物素子４５ｂが電極パターン４２を介して電気的に
直列に接続されるように上から配置する。ついで、約１
８２℃の温度に加熱した後、熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール４０ａをパッケージ本体４１の底壁４１ｄに
押圧しながら冷却して、電極パターン４２と各Ｐ型半導
体化合物素子４５ａおよびＮ型半導体化合物素子４５ｂ
とをハンダクリーム４７で接合する。

【００６３】ついで、図１０に示すように、基板４３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体４１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、パ
ッケージ本体４１の底壁４１ｄの下面には図示しないヒ
ートシンクが設けられ、半導体レーザ素子とペルチェ素
子の発熱はヒートシンクを介して外部に放熱されるよう
になされる。

【００６４】上述したように、本第４実施例において
は、第１接合工程において電極パターン（第１電極）４
４が形成された基板４３上に複数のペルチェ素子４５
ａ，４５ｂの一方の端部が第２接合材４６により接合さ
れる。ついで、第２接合工程において複数のペルチェ素
子４５ａ，４５ｂの他方の端部が電極パターン（第２電
極）４２に第３接合材４７により接合されるが、第３接
合材４７は第２接合材４６より融点が低いため、この接
合時に第２接合材４６は溶融することがない。この結
果、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高
い接合部が得られるようになる。

【００６５】また、第３接合材４７が第２接合材４６と
同等の融点をもつ場合、第２接合工程において第２接合
材４６が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて
同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が
小さいというメリットがある。このメリットは特に長期
信頼性という観点で大きい。したがって、第２接合材４
６および第３接合材４７の融点の選択は用途により行う
ことができる。

【００６６】５．第５実施例 ついで、第５実施例を図７および図８に基づいて説明す
る。なお、図７は本第５実施例のパッケージ本体を模式
的に示す斜視図である。また、図８（ａ）は本第５実施
例の熱電素子モジュールの要部を模式的に示す断面図で
あり、図８（ｂ）はこの熱電素子モジュールを図７のパ
ッケージ本体内に接合した状態の要部を模式的に示す断
面図である。

【００６７】本第５実施例の半導体レーザモジュール５
０は、図７および図８に示すように、上面が開口した有
底で箱状のパッケージ本体５１と、このパッケージ本体
５１と一体的に成形された底壁５１ｄと、パッケージ本
体５１内に配置されるペルチェ素子モジュール５０ａと
から構成される。なお、底壁５１ｄの下面には図示しな
いヒートシンクが設けられている。ここで、底壁５１ｄ
の上表面には電極パターン（第２電極）５２，５２，５
２・・・が多数（例えば、３２個）設けられている。こ
の電極パターンは、例えば、底壁となるグリーンシート
が板状の状態とのときに高融点金属（例えば、タングス
テン（Ｗ）など）をパターン状に付けておき、その後パ
ッケージ本体５１となるグリーン体と一体化させればよ
い。なお、底壁５１ｄはパッケージ本体５１の外周部と
同じ大きさに形成されている。

【００６８】なお、有底のパッケージ本体５１は、上述
した第１実施例と同様に、フェルニコ系のＦｅ５４％，
Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％の合金（商品名：コバール（Ｋ
ｏｖａｒ））又はＦｅ５８％，Ｎｉ４２％の合金（商品
名：４２アロイ）などで構成されている。そして、有底
のパッケージ本体５１の一対の側壁には、上述した第１
実施例と同様に、リード線５１ｂが設けられたセラミッ
クよりなる絶縁材５１ａ，５１ａがハーメチックシール
で設けられて、他の側壁には光取り出し窓５１ｃが設け
られている。なお、本第５実施例においては、有底のパ
ッケージ本体５１の下端に底壁５１ｄの強度を補強する
Ｃｕ−Ｗ、コバール、アルミナ等のセラミックなどから
なる補強板５０ｂが接合されている。この補強板５０ｂ
の端部にはパッケージ本体５１を他の部品に固定するた
めの貫通孔が設けられている。

【００６９】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール５０
ａは、基板５３と、この基板５３上に形成された電極パ
ターン（第１電極）５４と、Ｐ型半導体化合物素子５５
ａと、Ｎ型半導体化合物素子５５ｂと、導電パターン５
６とから構成されている。基板５３はセラミック材、例
えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、
炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成され、この基板５３上
に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチングにより電極パターン
５４が形成されている。

【００７０】Ｐ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ型半
導体化合物素子５５ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子５
５ａとＮ型半導体化合物素子５５ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン５４と導電パターン５６とによりＰ，
Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されている。な
お、Ｐ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ型半導体化合
物素子５５ｂの端部と電極パターン５３および導電パタ
ーン５６とは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるスズ
（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接合
材５７，５８によりハンダ付けされている。

【００７１】ついで、上述のように構成される第５実施
例の半導体レーザモジュール５０ａの製造方法について
説明する。まず、上表面に多数の電極パターン５２が設
けられた底壁５１ｄを有する箱状のパッケージ本体５１
と、パッケージ本体５１を他の部品に固定するための貫
通孔が設けられた補強板５０ｂを用意するとともに、そ
の表面に多数の電極パターン５４が形成された基板５３
と、両端部にニッケルメッキを施しこのニッケルメッキ
上にハンダメッキを施したＰ型半導体化合物素子５５ａ
およびＮ型半導体化合物素子５５ｂと、導電パターン５
６とをそれぞれ用意する。

【００７２】（１）第１接合工程 まず、上表面に多数の電極パターン５２が設けられた底
壁５１ｄを有する箱状のパッケージ本体５１の下面に補
強板５０ｂを第１接合材、例えば、銀蝋あるいはガラス
により固着する。

【００７３】（２）第２接合工程 ついで、基板５３に形成された多数の電極パターン５４
上に、Ｐ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ型半導体化
合物素子５５ｂを交互に配列して、Ｐ型半導体化合物素
子５５ａおよびＮ型半導体化合物素子５５ｂが電極パタ
ーン５４を介して電気的に直列に接続されるように、電
極パターン５４とＰ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ
型半導体化合物素子５５ｂの一方の端部とを融点（Ｔ
ｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダからなる第２
接合材５７でハンダ付けする。

【００７４】（３）第３接合工程 ついで、Ｐ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ型半導体
化合物素子５５ｂの他方の端部とが導電パターン５６を
介して電気的に直列に接続されるように、Ｐ型半導体化
合物素子５５ａおよびＮ型半導体化合物素子５５ｂの他
方の端部上に導電パターン（導電層）５６を配置し、導
電パターン５６とＰ型半導体化合物素子５５ａおよびＮ
型半導体化合物素子５５ｂの他方の端部とを第２接合
材、例えば、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるＳｎ−Ｓ
ｂハンダからなる第２接合材５８でハンダ付けして、熱
電素子（ペルチェ素子）モジュール５０ａを作製する。
なお、この第１接合工程と第２接合工程を同時に、即
ち、１つの接合工程で行ってもよい。

【００７５】（４）第４接合工程 ついで、多数の電極パターン５２，５２，５２・・・上
に第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のス
ズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリ
ーム５９を塗布する。この後、パッケージ本体５１内
に、上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素
子）モジュール５０ａを基板５３が上になるように逆さ
にして、電極パターン５２と熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール５０ａの導電パターン５６とが一致するよう
に上から配置する。ついで、約１８２℃の温度に加熱し
た後、熱電素子（ペルチェ素子）モジュール５０ａをパ
ッケージ本体５１の底壁５１ｄに押圧しながら冷却し
て、電極パターン５２と導電パターン５６とをハンダク
リーム５９で接合する。

【００７６】ついで、図１０に示すように、基板５３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体５１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、底
壁５１ｄの下面には図示しないヒートシンクが設けら
れ、半導体レーザ素子とペルチェ素子の発熱はヒートシ
ンクを介して外部に放熱されるようになされる。

【００７７】上述したように、第５実施例においては、
第２接合工程において電極パターン（第１電極）５４が
形成された基板５３上に複数のペルチェ素子５５ａ，５
５ｂの一方の端部が第２接合材５７により接合される。
この後、第３接合工程において、複数のペルチェ素子５
５ａ，５５ｂの他方の端部に導電パターン（導電層）５
６を第２接合材５８により接合するが、第２接合材５８
は第１接合工程での第２接合材５７と同じ接合材である
ため、ほとんど溶融することはない。ついで、第４接合
工程において複数のペルチェ素子５５ａ，５５ｂの他方
の端部が電極パターン（第２電極）５２に第３接合材５
９により接合されるが、第３接合材５９は第２接合材５
７，５８より融点が低いため、この接合時に第２接合材
５７，５８は溶融することがない。この結果、再溶融時
に発生するＮｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ａｕ等の脆い金属間化合
物量が少なくなるため、接合強度が大きい接合部が形成
されて、信頼性の高い接合部が得られるようになる。

【００７８】また、第３接合材５９が第２接合材５７，
５８と同等の融点をもつ場合、第４接合工程において第
２接合材５７，５８が再溶融するデメリットがあるが、
同時に溶けて同時に凝固するために、特に凝固時に発生
する熱応力が小さいというメリットがある。このメリッ
トは特に長期信頼性という観点で大きい。したがって、
第２接合材５７，５８および第３接合材５９の融点の選
択は用途により行うことができる。

【００７９】６．第６実施例 ついで、第６実施例を図９に基づいて説明する。なお、
図９（ａ）は本第６実施例の熱電素子モジュールの要部
を模式的に示す断面図であり、図９（ｂ）はこの熱電素
子モジュールを図７と同様なパッケージ本体内に接合し
た状態の要部を模式的に示す断面図である。本第６実施
例の半導体レーザモジュール６０は、図９に示すよう
に、上面が開口した有底で箱状のパッケージ本体６１
と、このパッケージ本体６１と一体的に成形された底壁
６１ｄと、パッケージ本体６１内に配置されるペルチェ
素子モジュール６０ａとから構成される。なお、パッケ
ージ本体６１は上述した第５実施例と同様であるので、
その説明は省略する。

【００８０】熱電素子（ペルチェ素子）モジュール６０
ａは、基板６３と、この基板６３上に形成された電極パ
ターン６４と、Ｐ型半導体化合物素子６５ａと、Ｎ型半
導体化合物素子６５ｂとから構成されている。基板６３
はセラミック材、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ア
ルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成さ
れ、この基板６３上に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチング
により電極パターン（第１電極）６４が形成されてい
る。

【００８１】Ｐ型半導体化合物素子６５ａおよびＮ型半
導体化合物素子６５ｂの両端部にはニッケルメッキが施
されており、これらのニッケルメッキの上にはハンダメ
ッキが施されている。そして、Ｐ型半導体化合物素子６
５ａとＮ型半導体化合物素子６５ｂとは交互に配置さ
れ、電極パターン６４によりＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気
的に接続されている。なお、Ｐ型半導体化合物素子６５
ａおよびＮ型半導体化合物素子６５ｂの端部と電極パタ
ーン６４とは、融点（Ｔｍ）が約２４０℃であるスズ
（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）ハンダからなる第２接合
材６６によりハンダ付けされている。

【００８２】ついで、上述のように構成される第６実施
例の半導体レーザモジュール６０の製造方法について説
明する。まず、上表面には多数の電極パターン６２が設
けられた底壁６１ｄを有する箱状のパッケージ本体６１
と、パッケージ本体６１を他の部品に固定するための貫
通孔が設けられた補強板６０ｂを用意するとともに、両
端部にニッケルメッキを施しこのニッケルメッキ上にハ
ンダメッキあるいは金メッキを施したＰ型半導体化合物
素子６５ａおよびＮ型半導体化合物素子６５ｂを用意す
る。

【００８３】（１）第１接合工程 まず、上表面に多数の電極パターン６２が設けられて下
基板（第２基板）６１ｄとなる底壁を有する箱状のパッ
ケージ本体６１の下面に補強板６０ｂを第１接合材、例
えば、銀蝋あるいはガラスにより固着する。

【００８４】（２）第２接合工程 ついで、基板６３に形成された多数の電極パターン（第
１電極）６４上に、Ｐ型半導体化合物素子６５ａおよび
Ｎ型半導体化合物素子６５ｂを交互に配列して、電極パ
ターン６４とＰ型半導体化合物素子６５ａおよびＮ型半
導体化合物素子６５ｂの一方の端部とを融点（Ｔｍ）が
約２４０℃であるＳｎ−Ｓｂハンダからなる第２接合材
６６でハンダ付けして、熱電素子（ペルチェ素子）モジ
ュール６０ａを作製する。

【００８５】（３）第３接合工程 ついで、多数の電極パターン６２，６２，６２・・・上
に第３接合材、例えば、融点（Ｔｍ）が約１８２℃のス
ズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶ハンダからなるハンダクリ
ーム６７を塗布する。この後、パッケージ本体６１内
に、上述のようにして作製された熱電素子（ペルチェ素
子）モジュール６０ａを基板６３が上になるように逆さ
にして、Ｐ型半導体化合物素子６４ａおよびＮ型半導体
化合物素子６４ｂが電極パターン６２を介して電気的に
直列に接続されるように上から配置する。ついで、約１
８２℃の温度に加熱した後、熱電素子（ペルチェ素子）
モジュール６０ａをパッケージ本体６１の底壁６１ｄに
押圧しながら冷却して、電極パターン６２と各Ｐ型半導
体化合物素子６５ａおよびＮ型半導体化合物素子６５ｂ
とをハンダクリーム６７で接合する。

【００８６】ついで、図１０に示すように、基板６３の
上に、図示しないヒートシンクを介して半導体レーザ素
子を搭載したヘッダ、レンズを固定したレンズホルダお
よび受光素子等を搭載したベース板をハンダ付けにより
固定し、パッケージ本体６１の上端部に上蓋を気密に封
止して半導体レーザモジュールが形成される。なお、パ
ッケージ本体６１の底壁６１ｄの下面には図示しないヒ
ートシンクが設けられ、半導体レーザ素子とペルチェ素
子の発熱はヒートシンクを介して外部に放熱されるよう
になされる。

【００８７】上述したように、本第６実施例において
は、第２接合工程において電極パターン（第１電極）６
４が形成された基板６３上に複数のペルチェ素子６５
ａ，６５ｂの一方の端部が第２接合材６６により接合さ
れる。ついで、第３接合工程において複数のペルチェ素
子６５ａ，６５ｂの他方の端部が電極パターン（第２電
極）６２に第３接合材６７により接合されるが、第３接
合材６７は第２接合材６６より融点が低いため、この接
合時に第２接合材６６は溶融することがない。この結
果、接合強度が大きい接合部が形成されて、信頼性の高
い接合部が得られるようになる。

【００８８】また、第３接合材６７が第２接合材６６と
同等の融点をもつ場合、第３接合工程において第２接合
材６６が再溶融するデメリットがあるが、同時に溶けて
同時に凝固するために、特に凝固時に発生する熱応力が
小さいというメリットがある。このメリットは特に長期
信頼性という観点で大きい。したがって、第２接合材６
６および第３接合材６７の融点の選択は用途により行う
ことができる。

【００８９】上述したように、本発明においては、第１
接合材は第２接合材よりも融点が高い接合材で、第２接
合材は第３接合材よりも融点が高い接合材もしくは第３
接合材と融点が等しい接合材として、各接合材の温度関
係を規定しているので、接合強度が大きい接合部が形成
されるとともに、信頼性の高い接合部が得られるように
なる。

【００９０】なお、上述した第１，第２実施例において
は、パッケージ本体はコバールなどの熱伝導性が良好な
材料を用い、底蓋は熱伝導性が良好で、パッケージ本体
の熱膨張率とほぼ等しい熱膨張率を有するセラミック材
を用いる例について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、パッケージ本体は熱伝導性が良くないセラ
ミック材料とし、底蓋は熱伝導性が良好なセラミック材
料（例えば、窒化アルミニウム）としてもよい。また、
第３〜第６実施例のような底壁を一体化した有底のパッ
ケージ本体を用いる場合は、熱伝導性が徐々に変化する
機能傾斜材料を用いたり、同時焼結可能な異素材を用い
てもよい。

【００９１】また、第２電極と底蓋あるいは底壁との間
に薄い絶縁層を設けるようにすると、第２電極を薄膜あ
るいは厚膜でパターン形成できるようになるので、第２
電極の形成が容易となる。さらに、パッケージ本体の上
部に上蓋を接合するためのメタライズ層を設けたり、底
蓋あるいは底壁の下面にヒートシンクを接合するための
メタライズ層を設けたりすると、さらに接合強度に優れ
たものが得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例のパッケージ本体およびその底蓋
を示す図である。

【図２】 第１実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールを図１のパッケージ本体内に接合し
た状態を示す図である。

【図３】 第２実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールをパッケージ本体内に接合した状態
を示す図である。

【図４】 第３実施例のパッケージを示す図である。

【図５】 第３実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールを図４のパッケージ本体内に接合し
た状態を示す図である。

【図６】 第４実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールをパッケージ本体内に接合した状態
を示す図である。

【図７】 第５実施例のパッケージ本体を示す図であ
る。

【図８】 第５実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールを図７のパッケージ本体内に接合し
た状態を示す図である。

【図９】 第６実施例の熱電素子モジュールおよびこの
熱電素子モジュールをパッケージ本体内に接合した状態
を示す図である。

【図１０】 従来例の半導体レーザモジュールを模式的
に示す断面図である。

【符号の説明】

１０…半導体レーザモジュール、１０ａ…ペルチェ素子
モジュール、１１…パッケージ本体、１２ａ…電極パタ
ーン（第２電極）、１３…基板、１３ａ…電極パターン
（第１電極）、１４ａ…Ｐ型半導体化合物素子、１４ｂ
…Ｎ型半導体化合物素子、１５…導電パターン（導電
層）、１６…第２接合材、１７…第２接合材、１８…第
３接合材（ハンダクリーム）、２０…半導体レーザモジ
ュール、２０ａ…ペルチェ素子モジュール、２１…パッ
ケージ本体、２２…底蓋、２２ａ…電極パターン（第２
電極）、２３…基板、２３ａ…電極パターン（第１電
極）、２４ａ…Ｐ型半導体化合物素子、２４ｂ…型半導
体化合物素子、２５…第２接合材、２６…第３接合材
（ハンダクリーム）、３０…半導体レーザモジュール、
３０ａ…ペルチェ素子モジュール、３１…パッケージ本
体、３１ｄ…底壁、３２…電極パターン（第２電極）、
３３…基板、３４…電極パターン（第１電極）、３５ａ
…Ｐ型半導体化合物素子、３５ｂ…型半導体化合物素
子、３６…導電パターン（導電層）、３７…第２接合
材、３８…第２接合材、３９…第３接合材（ハンダクリ
ーム）、４０…半導体レーザモジュール、４０ａ…ペル
チェ素子モジュール、４１…パッケージ本体、４１ｄ…
底壁、４２…電極パターン（第２電極）、４３…基板、
４４…電極パターン（第１電極）、４５ａ…Ｐ型半導体
化合物素子、４５ｂ…Ｎ型半導体化合物素子、４６…第
２接合材、４７…第３接合材（ハンダクリーム）、５０
…半導体レーザモジュール、５０ａ…ペルチェ素子モジ
ュール、５１…パッケージ本体、５１ｄ…底壁、５２…
電極パターン（第２電極）、５３…基板、５４…電極パ
ターン（第１電極）、５５ａ…Ｐ型半導体化合物素子、
５５ｂ…型半導体化合物素子、５６…導電パターン（導
電層）、５７…第２接合材、５８…第２接合材、５９…
第３接合材（ハンダクリーム）、６０…半導体レーザモ
ジュール、６０ａ…ペルチェ素子モジュール、６１…パ
ッケージ本体、６１ｄ…底壁、６２…電極パターン（第
２電極）、６３…基板、６４…電極パターン（第１電
極）、６５ａ…Ｐ型半導体化合物素子、６５ｂ…Ｎ型半
導体化合物素子、６６…第２接合材、６７…第３接合材
（ハンダクリーム）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールであっ
   て、 前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成さ
   れた第１電極と、 前記パッケージ本体を封止する底蓋に形成された第２電
   極と、 前記第１および第２電極の間に接続された複数のペルチ
   ェ素子と、 前記パッケージ本体と前記底蓋とを接合する第１接合材
   と、 前記第１電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部と
   を接合する第２接合材と、 前記第２電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部と
   を接合する第３接合材とを備え、 前記第１接合材は前記第２接合材よりも融点が高い接合
   材であり、かつ前記第２接合材は前記第３接合材よりも
   融点が高い接合材もしくは前記第３接合材と融点が等し
   い接合材であることを特徴とする半導体レーザモジュー
   ル。
2. 【請求項２】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールであっ
   て、 前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成さ
   れた第１電極と、 前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成さ
   れた第２電極と、 前記第１および第２電極の間に接続された複数のペルチ
   ェ素子と、 前記第１電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部と
   を接合する第２接合材と、 前記第２電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部と
   の間に接続された導電層と、 前記導電層と前記第２電極とを接合する第３接合材とを
   備え、 前記第２接合材は前記第３接合材よりも融点が高い接合
   材もしくは前記第３接合材と融点が等しい接合材である
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
3. 【請求項３】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールであっ
   て、 前記半導体レーザ素子に熱的に結合される基板に形成さ
   れた第１電極と、 前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁に形成さ
   れた第２電極と、 前記第１および第２電極の間に接続された複数のペルチ
   ェ素子と、 前記パッケージ本体と一体的に成形された底壁を補強す
   る補強板と該底壁とを接合する第１接合材と、 前記第１電極と前記複数のペルチェ素子の一方の端部と
   を接合する第２接合材と、 前記第２電極と前記複数のペルチェ素子の他方の端部と
   を接合する第３接合材とを備え、 前記第１接合材は前記第２接合材よりも融点が高い接合
   材であり、かつ前記第２接合材は前記第３接合材よりも
   融点が高い接合材もしくは前記第３接合材と融点が等し
   い接合材であることを特徴とする半導体レーザモジュー
   ル。
4. 【請求項４】 前記第２電極と前記複数のペルチェ素子
   の他方の端部との間に導電層を備えるようにしたことを
   特徴とする請求項１または請求項３に記載の半導体レー
   ザモジュール。
5. 【請求項５】 前記第１電極は前記基板上にパターン形
   成された薄膜あるいは厚膜であり、前記第２電極は前記
   底蓋あるいは前記底壁上にパターン形成された薄膜ある
   いは厚膜であることを特徴とする請求項１から請求項４
   のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
6. 【請求項６】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方
   法であって、 第２電極が形成された前記パッケージ本体を封止する底
   蓋を該パッケージ本体の下端に第１接合材により接合す
   る第１接合工程と、 第１電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一
   方の端部を前記第１接合材より融点が低い第２接合材に
   より接合する第２接合工程と、 前記複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を前記第
   ２接合材により接合する第３接合工程と、 前記第３接合工程で接合された導電層を前記第２電極に
   前記第２接合材より融点が低い第３接合材あるいは前記
   第２接合材と融点が等しい第３接合材により接合する第
   ４接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモ
   ジュールの製造方法。
7. 【請求項７】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方
   法であって、 第２電極が形成された前記パッケージ本体を封止する底
   蓋を該パッケージ本体の下端に第１接合材により接合す
   る第１接合工程と、 第１電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一
   方の端部を前記第１接合材より融点が低い第２接合材に
   より接合する第２接合工程と、 前記複数のペルチェ素子の他方の端部を前記第２電極に
   前記第２接合材より融点が低い第３接合材あるいは前記
   第２接合材と融点が等しい第３接合材により接合する第
   ３接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモ
   ジュールの製造方法。
8. 【請求項８】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方
   法であって、 第１電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一
   方の端部を第２接合材により接合する第１接合工程と、 前記複数のペルチェ素子の他方の端部に導電層を前記第
   ２接合材により接合する第２接合工程と、 前記第２接合工程で接合された導電層を前記パッケージ
   本体と一体的に成形された底壁に形成された第２電極に
   前記第２接合材より融点が低い第３接合材あるいは前記
   第２接合材と融点が等しい第３接合材により接合する第
   ３接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモ
   ジュールの製造方法。
9. 【請求項９】 半導体レーザ素子をパッケージ本体内に
   収容し、このパッケージ本体内で前記半導体レーザ素子
   を冷却するようにした半導体レーザモジュールの製造方
   法であって、 内面に第２電極が形成された前記パッケージ本体と一体
   的に成形された底壁の外面を該底壁を補強する補強板に
   第１接合材により接合する第１接合工程と、 第１電極が形成された基板上に複数のペルチェ素子の一
   方の端部を前記第１接合材より融点が低い第２接合材に
   より接合する第２接合工程と、 前記複数のペルチェ素子の他方の端部を前記第２電極に
   前記第２接合材より融点が低い第３接合材あるいは前記
   第２接合材と融点が等しい第３接合材により接合する第
   ３接合工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザモ
   ジュールの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記第２電極と前記複数のペルチェ素
    子の他方の端部との間に導電層を接合する工程を備える
    ようにしたことを特徴とする請求項７または請求項９に
    記載の半導体レーザモジュールの製造方法。