JP2003298170A - Laser module and its manufacturing method - Google Patents
Laser module and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザモジュール
及びその製造方法に関し、特に、発振波長が３５０〜４
５０ｎｍの半導体レーザを含む構成部材を気密封止した
レーザモジュールと、その製造方法とに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser module and a method for manufacturing the same, and particularly to an oscillation wavelength of 350-4.
The present invention relates to a laser module in which constituent members including a semiconductor laser of 50 nm are hermetically sealed, and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、波長４００ｎｍ以下の紫外線を照
射又は発生させる光学モジュールにおいては、照射又は
発生された紫外線により光学モジュールに含まれる光学
部品の光学損失が増加して、光学部品の特性が低下する
という問題があった。このような光学損失は、大気中の
水分や油分が紫外線により分解され、その分解物が光学
部品の表面に堆積するために発生すると考えられる。2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical module that irradiates or generates ultraviolet rays having a wavelength of 400 nm or less, the optical loss of the optical components included in the optical module increases due to the radiated or generated ultraviolet rays and the characteristics of the optical components deteriorate. There was a problem of doing. It is considered that such optical loss occurs because moisture or oil in the atmosphere is decomposed by ultraviolet rays and the decomposed product is deposited on the surface of the optical component.
【０００３】このため、特開平１１−１６７１３２号公
報に記載された紫外線照射光学系等では、光学部品が置
かれる雰囲気（封止雰囲気）を９９．９％以上の高純度
の窒素、９９．９％以上の高純度の乾燥空気、水分が
０．１％以下の気体、又は炭化水素化合物が０．１％以
下の気体等として分解物の堆積を防止し、紫外レーザ光
の出力低下を防止している。Therefore, in the ultraviolet irradiation optical system and the like described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-167132, the atmosphere (sealing atmosphere) in which the optical parts are placed is 99.9% or more of high purity nitrogen, 99.9. % Or more of high-purity dry air, gas with a water content of 0.1% or less, or gas with a hydrocarbon compound of 0.1% or less, etc. to prevent the accumulation of decomposition products and prevent the output of ultraviolet laser light from decreasing. ing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等が発振波長が３５０〜４５０ｎｍの半導体レーザを
含むモジュールの封止雰囲気を分析した結果、以下に説
明する通り、封止雰囲気中には種々の化合物が含有され
ており、その中でも、モジュール中に用いられる光学部
材や機械部材に付着している固形有機物から発生する特
定の有機ガス成分が、主にレーザ特性を劣化させること
が判明した。However, as a result of analyzing the sealing atmosphere of the module including the semiconductor laser having the oscillation wavelength of 350 to 450 nm by the present inventors, as described below, various sealing atmospheres are present. It was found that the specific organic gas component generated from the solid organic matter adhering to the optical members and mechanical members used in the module mainly deteriorates the laser characteristics.
【０００５】従来のレーザモジュールにおいては、レー
ザ素子及び光学系を固定するために、例えば、特開平２
００１−１７７１６６号公報に開示されている接着剤
や、ノーランド社製「品番ＮＯＡ６１」等のエポキシ系
接着剤等の有機系接着剤が使用されていた。また、モジ
ュール中に用いられる光学部材や機械部材に付着してい
る固形有機物の多くはモジュール作製工程雰囲気から混
入するものであり、洗浄を実施しても有機系残査が発生
する。これらの固形有機物からは有機系ガスが発生し、
発生したガス（所謂アウトガス）は封止されたレーザモ
ジュール中に一定量充満している。更に、このアウトガ
スには、固形有機物の種類に応じて、ケイ素原子、リン
原子、イオウ原子等を有する化合物が含まれる場合があ
る。In the conventional laser module, in order to fix the laser element and the optical system, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2
Organic adhesives such as the adhesives disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 001-177166 and epoxy adhesives such as "Product No. NOA61" manufactured by Norland Co., Ltd. have been used. In addition, most of the solid organic substances attached to the optical members and mechanical members used in the module are mixed in from the atmosphere of the module manufacturing process, and an organic residue is generated even if cleaning is performed. Organic gas is generated from these solid organic matter,
The generated gas (so-called outgas) fills the sealed laser module in a certain amount. Further, the outgas may contain a compound having a silicon atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, or the like, depending on the type of solid organic matter.
【０００６】更に、封止工程では、イソプロピルアルコ
ール（分子量 ６０．１０、沸点８２．４℃）、アセト
ン（分子量５８．０８、沸点 ５６．１〜５６．５℃）
等、モジュール内部を構成する部品の洗浄に使用する溶
剤等の低分子且つ低沸点の有機ガス成分が、乾燥窒素や
乾燥空気等の封止ガスに不純物として混入する。In the sealing step, isopropyl alcohol (molecular weight 60.10, boiling point 82.4 ° C.), acetone (molecular weight 58.08, boiling point 56.1 to 56.5 ° C.)
For example, a low molecular weight and low boiling point organic gas component such as a solvent used for cleaning the components forming the inside of the module is mixed as an impurity in the sealing gas such as dry nitrogen or dry air.
【０００７】このため、封止雰囲気中には、固形有機物
から発生した有機ガス成分（以下、「アウトガス成分」
という）と、封止工程で混入する有機ガス成分（以下、
「不純物成分」という）とが存在している。両成分をガ
スクロマトグラフィーにより分析すると、図５及び図６
に示すように、両成分は分子量及び沸点の分布が明らか
に異なっている。Therefore, in the sealed atmosphere, organic gas components generated from solid organic matter (hereinafter, "outgas components")
And an organic gas component mixed in the sealing step (hereinafter,
"Impurity component") exists. When both components are analyzed by gas chromatography, FIG. 5 and FIG.
As shown in, the two components are clearly different in the distribution of the molecular weight and the boiling point.
【０００８】図５は、不純物成分とアウトガス成分の各
々についてＧＣ−ＭＡＳＳ（ガスクロマトグラフ質量分
析計）により検出された成分の索量を１００％とし、分
子量に対し分布をとったものであり、図６は、ＧＣ−Ｍ
ＡＳＳにより検出された成分の沸点の分布を、不純物成
分とアウトガス成分の各々について総量を１００％と
し、沸点の割合を分布で示したものである。FIG. 5 is a graph showing the distribution with respect to the molecular weight, where the amount of impurities detected by GC-MASS (gas chromatograph mass spectrometer) for each of the impurity component and the outgas component is 100% and the molecular weight is shown. 6 is GC-M
The distribution of the boiling points of the components detected by ASS is shown by the distribution, with the total amount of each of the impurity component and the outgas component being 100%.
【０００９】即ち、アウトガス成分の分子量は７０以上
の範囲に分布しているのに対し、不純物成分の分子量は
７０未満の範囲に分布している。また、アウトガス成分
の沸点は７０℃以上の範囲に分布しているのに対し、不
純物成分の分子量は１００℃未満の範囲に分布してい
る。That is, the molecular weight of the outgas component is distributed in the range of 70 or more, whereas the molecular weight of the impurity component is distributed in the range of less than 70. Further, the boiling point of the outgas component is distributed in the range of 70 ° C. or higher, whereas the molecular weight of the impurity component is distributed in the range of less than 100 ° C.
【００１０】次に、有機系接着剤を使用した以外は、後
述する図１〜図４に示すレーザモジュールと同じ構成の
レーザモジュールを用いて、封止雰囲気中の上記２種類
の有機ガスの濃度とモジュールの劣化速度との関係を調
べた。結果を図７に示す。モジュールの劣化速度は、レ
ーザモジュールの各発光点を１００ｍＷで駆動した場合
に、全素子を駆動するために必要な駆動電流の１時間当
りの上昇量で表している。Next, except that an organic adhesive was used, a laser module having the same structure as the laser module shown in FIGS. 1 to 4 to be described later was used, and the concentrations of the above two kinds of organic gases in the sealing atmosphere were used. The relationship between the deterioration rate and the deterioration rate of the module was investigated. The results are shown in Fig. 7. The deterioration rate of the module is represented by the amount of increase per hour of the drive current required to drive all the elements when each emission point of the laser module is driven at 100 mW.
【００１１】プロット◆は、アウトガス成分の濃度とモ
ジュールの劣化速度との関係を示し、プロット□は、不
純物成分の濃度とモジュールの劣化速度との関係を示
す。不純物成分の濃度は、封止ガス中のアセトン濃度を
人為的に操作して調整した。A plot ♦ shows the relationship between the concentration of the outgas component and the deterioration rate of the module, and a plot □ shows the relationship between the concentration of the impurity component and the deterioration rate of the module. The concentration of the impurity component was adjusted by artificially manipulating the acetone concentration in the sealing gas.
【００１２】図７から分かるように、封止雰囲気中のア
ウトガス成分の濃度が１０００ｐｐｍ以上になると、駆
動電流の上昇率が急増し、モジュールの劣化が顕著に促
進される。このように劣化が促進される原因は、アウト
ガス成分の光分解により発生した固形物が、モジュール
中に含まれる発光部や光学部品の表面に堆積するためで
あると推定される。As can be seen from FIG. 7, when the concentration of the outgas component in the sealed atmosphere is 1000 ppm or more, the rate of increase in drive current increases rapidly, and the deterioration of the module is significantly accelerated. It is presumed that the reason why the deterioration is accelerated is that the solid matter generated by the photodecomposition of the outgas component is deposited on the surface of the light emitting unit and the optical component included in the module.
【００１３】一方、不純物成分の濃度が１０００ｐｐｍ
以上になっても、モジュール中に含まれる発光部や光学
部品への固形物の堆積は見られない。不純物成分が光分
解されても、分解物は常温では固体にならず堆積するこ
とは無いからである。なお、不純物成分をアセトンから
イソプロピルアルコールに変えても、アセトンと同様に
固形物の堆積は見られなかった。On the other hand, the concentration of the impurity component is 1000 ppm
Even if it becomes the above, accumulation of solid matter is not seen on the light emitting portion and the optical components included in the module. This is because even if the impurity component is photodecomposed, the decomposed product does not become a solid at room temperature and does not deposit. Even when the impurity component was changed from acetone to isopropyl alcohol, solid matter was not deposited as in the case of acetone.
【００１４】本発明は上記事情に鑑み成されたものであ
り、本発明の目的は、レーザ特性の劣化を効果的に抑制
し、信頼性の高いレーザモジュールと、そのレーザモジ
ュールを製造する製造方法とを提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly reliable laser module that effectively suppresses deterioration of laser characteristics and a manufacturing method for manufacturing the laser module. And to provide.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載のレーザモジュールは、３５０〜４５
０ｎｍの波長範囲のレーザ光を出射する半導体レーザ
と、内部に固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度
が１０００ｐｐｍ未満である封止雰囲気で満たされた封
止空間を備え、該空間内に前記半導体レーザを気密封止
した気密封止部材と、を含んで構成したことを特徴とす
る。In order to achieve the above object, the laser module according to claim 1 is 350 to 45.
A semiconductor laser that emits laser light in a wavelength range of 0 nm and a sealed space filled with a sealed atmosphere in which the concentration of an organic gas component generated from a solid organic substance is less than 1000 ppm are provided inside the semiconductor laser. And a hermetically sealing member that hermetically seals a laser.
【００１６】請求項１に記載のレーザモジュールでは、
気密封止部材は内部に固形有機物から発生した有機ガス
成分の濃度が１０００ｐｐｍ未満である封止雰囲気で満
たされた封止空間を備えており、この空間内に３５０〜
４５０ｎｍの波長範囲のレーザ光を出射する半導体レー
ザを気密封止している。この通り、固形有機物から発生
した有機ガス成分（アウトガス成分）の濃度が１０００
ｐｐｍ未満である封止雰囲気としたので、有機ガス成分
がレーザ光と反応して生成する分解堆積物が減少し、レ
ーザ特性の劣化が効果的に抑制される。これにより、信
頼性の高いレーザモジュールを提供することができる。In the laser module according to claim 1,
The airtight sealing member has a sealed space filled with a sealed atmosphere in which the concentration of the organic gas component generated from the solid organic substance is less than 1000 ppm, and the space is 350 to
A semiconductor laser that emits laser light in the wavelength range of 450 nm is hermetically sealed. As described above, the concentration of the organic gas component (outgas component) generated from the solid organic matter is 1000
Since the sealing atmosphere is less than ppm, the amount of decomposed deposits generated by the reaction of the organic gas component with the laser light is reduced, and the deterioration of the laser characteristics is effectively suppressed. This makes it possible to provide a highly reliable laser module.
【００１７】上記目的を達成するために請求項２に記載
のレーザモジュールは、３５０〜４５０ｎｍの波長範囲
のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ、１本の光フ
ァイバー、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射
したレーザビームを集光し前記光ファイバーに結合させ
る集光光学系を備えた合波レーザと、内部に固形有機物
から発生した有機ガス成分の濃度が１０００ｐｐｍ未満
である封止雰囲気で満たされた封止空間を備え、該空間
内に前記半導体レーザ、前記光ファイバーの結合側部
位、及び前記集光光学系を気密封止した気密封止部材
と、を含んで構成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, a laser module according to a second aspect of the present invention is a plurality of semiconductor lasers for emitting laser light in a wavelength range of 350 to 450 nm, one optical fiber, and each of the plurality of semiconductor lasers. The combined laser provided with a condensing optical system for condensing the laser beam emitted from the optical fiber and coupling it to the optical fiber, and a sealed atmosphere in which the concentration of the organic gas component generated from the solid organic substance is less than 1000 ppm are filled. A sealed space is provided, and the semiconductor laser, the coupling side portion of the optical fiber, and an airtight sealing member that hermetically seals the condensing optical system are included in the space.
【００１８】請求項２に記載のレーザモジュールは、複
数の半導体レーザの各々から出射した３５０〜４５０ｎ
ｍの波長範囲のレーザビームを、集光光学系により集光
して１本の光ファイバに結合させる合波レーザを備えて
いる。そして、気密封止部材は内部に固形有機物から発
生した有機ガス成分の濃度が１０００ｐｐｍ未満である
封止雰囲気で満たされた封止空間を備えており、この空
間内に合波レーザを構成する半導体レーザ、光ファイバ
の結合側部位、及び集光光学系を気密封止している。こ
の通り、固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度が
１０００ｐｐｍ未満である封止雰囲気としたので、有機
ガス成分がレーザ光と反応して生成する分解堆積物が減
少し、レーザ特性の劣化が効果的に抑制される。これに
より、信頼性の高いレーザモジュールを提供することが
できる。According to a second aspect of the laser module, 350 to 450n emitted from each of the plurality of semiconductor lasers.
It is provided with a multiplexing laser that collects a laser beam in the wavelength range of m by a focusing optical system and couples it into one optical fiber. The hermetic sealing member has a sealed space inside which is filled with a sealed atmosphere in which the concentration of the organic gas component generated from the solid organic material is less than 1000 ppm, and the semiconductor constituting the combined laser is provided in this space. The laser, the coupling side portion of the optical fiber, and the condensing optical system are hermetically sealed. As described above, since the sealed atmosphere has the concentration of the organic gas component generated from the solid organic matter of less than 1000 ppm, the decomposition deposits generated by the reaction of the organic gas component with the laser light are reduced, and the deterioration of the laser characteristics is effective. Will be suppressed. This makes it possible to provide a highly reliable laser module.
【００１９】上記の請求項１及び請求項２の発明におい
て、気密封止前の封止体積中の固形有機物の含有量を１
ｇ／ｍｌ以下とすることにより、気密封止前に脱気処理
を実施して、固形有機物から発生した有機ガス成分の封
止雰囲気中の濃度を１０００ｐｐｍ未満にすることがで
きる。ここで、固形有機物とは、有機系接着剤等の常温
で固体の有機物質である。In the above inventions of claims 1 and 2, the content of the solid organic matter in the sealed volume before hermetically sealing is 1
By setting the content to g / ml or less, the degassing treatment can be performed before the airtight sealing, and the concentration of the organic gas component generated from the solid organic matter in the sealing atmosphere can be less than 1000 ppm. Here, the solid organic substance is an organic substance that is solid at room temperature, such as an organic adhesive.
【００２０】また、上記の固形有機物から発生した有機
ガス成分は、分子量が７０以上又は沸点が７０℃以上の
有機ガス成分とすることができる。また、固形有機物か
ら発生した有機ガス成分は、ケイ素原子、リン原子、及
びイオウ原子の少なくとも１種を含有する化合物を含ん
でいてもよい。The organic gas component generated from the above solid organic matter can be an organic gas component having a molecular weight of 70 or more or a boiling point of 70 ° C. or more. Further, the organic gas component generated from the solid organic substance may contain a compound containing at least one of a silicon atom, a phosphorus atom and a sulfur atom.
【００２１】更に、封止雰囲気が酸素を１ｐｐｍ以上１
００ｐｐｍ以下の濃度で含む不活性ガスであることが好
ましい。固形有機物から発生した有機ガス成分はレーザ
光により分解して、その分解物が光学部品等に堆積する
が、上記濃度範囲の酸素の存在下では、この分解堆積物
が酸化分解されて、レーザ特性の劣化が一層抑制され
る。Furthermore, the sealing atmosphere contains 1 ppm or more of oxygen.
An inert gas containing at a concentration of 00 ppm or less is preferable. The organic gas component generated from solid organic matter is decomposed by laser light, and the decomposed matter is deposited on optical parts etc., but in the presence of oxygen in the above concentration range, this decomposed deposit is oxidatively decomposed and laser characteristics Is further suppressed.
【００２２】上記目的を達成するために請求項７に記載
のレーザモジュールの製造方法は、３５０〜４５０ｎｍ
の波長範囲のレーザ光を出射する半導体レーザを気密封
止部材内部の空間内に収納すると共に、封止体積中の固
形有機物の含有量を１ｇ／ｍｌ以下とし、前記空間を、
固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度が１０００
ｐｐｍ未満になるまで脱気処理し、該脱気処理後に、前
記空間内に前記半導体レーザを気密封止する、ことを特
徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a laser module, wherein the laser module has a wavelength of 350 to 450 nm.
A semiconductor laser that emits a laser beam in the wavelength range is stored in the space inside the hermetic sealing member, and the content of the solid organic matter in the sealed volume is 1 g / ml or less, and the space is
The concentration of organic gas components generated from solid organic matter is 1000
The semiconductor laser is hermetically sealed in the space after the degassing treatment is performed to less than ppm.
【００２３】このレーザモジュールの製造方法では、３
５０〜４５０ｎｍの波長範囲のレーザ光を出射する半導
体レーザを気密封止部材内部の空間内に収納すると共
に、封止体積中の固形有機物の含有量を１ｇ／ｍｌ以下
としたので、この空間を脱気処理することにより、封止
雰囲気中の固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度
を１０００ｐｐｍ未満にすることができる。これによ
り、有機ガス成分がレーザ光と反応して生成する分解堆
積物が減少し、レーザ特性の劣化が効果的に抑制され
る。即ち、レーザモジュールの信頼性が向上する。In this laser module manufacturing method, 3
A semiconductor laser that emits laser light in the wavelength range of 50 to 450 nm is housed in the space inside the hermetic sealing member, and the solid organic content in the sealed volume is set to 1 g / ml or less. By performing the degassing treatment, the concentration of the organic gas component generated from the solid organic matter in the sealed atmosphere can be reduced to less than 1000 ppm. As a result, decomposition deposits generated by the reaction of the organic gas component with the laser light are reduced, and the deterioration of the laser characteristics is effectively suppressed. That is, the reliability of the laser module is improved.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
［モジュールの構成］本実施の形態に係るレーザモジュ
ールは、図１に示す合波レーザ光源を備えている。この
合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定さ
れた複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード
のＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ
４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レ
ーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメ
ータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び
１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード
光ファイバ３０と、から構成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. [Module Configuration] The laser module according to the present embodiment includes the combined laser light source shown in FIG. This combined laser light source is composed of a plurality (for example, 7) of chip-shaped lateral multimode GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD arranged and fixed on a heat block 10.
4, LD5, LD6, and LD7, and collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17 provided corresponding to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, respectively, and one condenser lens 20. And one multimode optical fiber 30.
【００２５】ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、
発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最
大出力も総て共通（例えば、１００ｍＷ）である。な
お、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３
５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ
以外の発振波長を備えるレーザを用いることができる。The GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 are
The oscillation wavelengths are all common (for example, 405 nm), and the maximum outputs are also all common (for example, 100 mW). The GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 are 3
405 nm above in the wavelength range of 50 nm to 450 nm
Lasers having oscillation wavelengths other than can be used.
【００２６】上記の合波レーザ光源は、図２及び図３に
示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状
のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０
の底面にはベース板４２が固定されており、このベース
板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レ
ンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチ
モード光ファイバー３０の入射端部を保持するファイバ
ーホルダー４６とが取り付けられている。また、ヒート
ブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４
が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が
保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形
成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１
〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外
に引き出されている。As shown in FIGS. 2 and 3, the above-mentioned combined laser light source is housed together with other optical elements in a box-shaped package 40 having an upper opening. Package 40
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the base plate 42. On the upper surface of the base plate 42, the heat block 10, a condenser lens holder 45 for holding the condenser lens 20, and an incident end portion of the multimode optical fiber 30. And a fiber holder 46 for holding Further, a collimator lens holder 44 is provided on the side surface of the heat block 10.
Is attached, and the collimator lenses 11 to 17 are held. An opening is formed in the lateral wall surface of the package 40, and the GaN semiconductor laser LD1 is formed through this opening.
A wiring 47 for supplying a drive current to the LD 7 is drawn out of the package.
【００２７】なお、図２においては、図の煩雑化を避け
るために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系
半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメー
タレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付し
ている。In FIG. 2, in order to avoid complication of the drawing, only the GaN-based semiconductor laser LD7 of the plurality of GaN-based semiconductor lasers is numbered, and only the collimator lens 17 of the plurality of collimator lenses is attached. Numbered.
【００２８】図４は、上記コリメータレンズ１１〜１７
の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメー
タレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レン
ズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形
状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズ
は、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形するこ
とによって形成することができる。コリメータレンズ１
１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜
ＬＤ７の発光点の配列方向（図４の左右方向）と直交す
るように、上記発光点の配列方向に密接配置されてい
る。FIG. 4 shows the collimator lenses 11-17.
2 shows the front shape of the attachment part of FIG. Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape in which a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface is elongated and cut out in parallel planes. The elongated collimator lens can be formed by molding resin or optical glass, for example. Collimator lens 1
1 to 17 are GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD1 in the length direction.
The LD 7 is closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so as to be orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the LD 7 (left and right direction in FIG. 4).
【００２９】一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ
７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と
平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０
°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発す
るレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レー
ザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１
列に並ぶように配設されている。On the other hand, GaN semiconductor lasers LD1 to LD
7 includes an active layer having an emission width of 2 μm, and the divergence angle in the direction parallel to the active layer and the divergence angle in the direction perpendicular to the active layer are, for example, 10
Lasers which emit laser beams B1 to B7 in the respective states of 30 ° and 30 ° are used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have an emission point of 1 in the direction parallel to the active layer.
It is arranged so as to line up in a row.
【００３０】従って、各発光点から発せられたレーザビ
ームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメー
タレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向
が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向
（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射する
ことになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の
幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入
射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向の
ビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、
コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ1＝
３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍ
ｍである。Therefore, the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points diverge with respect to the elongated collimator lenses 11 to 17 in the direction in which the divergence angle is large coincide with the length direction. The light enters in a state in which the direction with a small angle coincides with the width direction (direction orthogonal to the length direction). That is, each collimator lens 11 to 17 has a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the laser beams B1 to B7 incident on them have horizontal and vertical beam diameters of 0.9 mm and 2. It is 6 mm. Also,
Each of the collimator lenses 11 to 17 has a focal length f 1 =
3 mm, NA = 0.6, lens arrangement pitch = 1.25 m
m.
【００３１】集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レ
ンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取っ
て、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水
平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成され
ている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ2＝１２．
５ｍｍ、ＮＡ＝０．３である。この集光レンズ２０も、
例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することに
より形成される。The condensing lens 20 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into long and slender cuts in parallel planes, so that the collimator lenses 11 to 17 are arranged in a long direction, that is, in a horizontal direction, and in a direction perpendicular to the long direction. It has a short shape. This condenser lens 20 has a focal length f 2 = 12.
5 mm and NA = 0.3. This condenser lens 20 also
For example, it is formed by molding resin or optical glass.
【００３２】マルチモード光ファイバ３０は、ステップ
インデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス
型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。
例えば、三菱電線工業株式会社製のグレーテッドインデ
ックス型光ファイバを用いることができる。この光ファ
イバは、コア中心部がグレーテッドインデックスで外周
部がステップインデックスであり、コア径＝２５μｍ、
ＮＡ＝０．３、端面コートの透過率＝９９．５％以上で
ある。The multimode optical fiber 30 may be any one of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber and a composite type optical fiber.
For example, a graded index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. In this optical fiber, the central part of the core has a graded index and the outer peripheral part has a step index, the core diameter = 25 μm,
NA = 0.3, transmittance of end face coat = 99.5% or more.
【００３３】パッケージ４０は、その開口を閉じるよう
に作成されたパッケージ蓋４１を備えており、後述する
脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口
をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４
０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止
空間）内に、上記の合波レーザ光源が他の光学要素と共
に気密封止される。The package 40 is provided with a package lid 41 formed so as to close the opening thereof. By introducing a sealing gas after the degassing process described later and closing the opening of the package 40 with the package lid 41, Package 4
The combined laser light source is hermetically sealed together with other optical elements in a closed space (sealing space) formed by 0 and the package lid 41.
【００３４】上述した通り、封止雰囲気中のアウトガス
成分の濃度が１０００ｐｐｍ以上でモジュールの劣化が
促進されるので、モジュールの劣化を抑制するために、
封止雰囲気中のアウトガス成分の濃度が１０００ｐｐｍ
未満になるように気密封止する。このためには、例え
ば、有機系接着剤等による光学部品の固定は一切行わ
ず、固定には無機系接着剤を用いる等して、接着剤の投
入量を１．０ｇ／ｍｌ以下とすればよい。As described above, when the concentration of the outgas component in the sealed atmosphere is 1000 ppm or more, the deterioration of the module is promoted. Therefore, in order to suppress the deterioration of the module,
Concentration of outgas component in sealed atmosphere is 1000ppm
Airtightly seal to less than To this end, for example, if the optical component is not fixed at all with an organic adhesive, an inorganic adhesive is used for the fixing, and the amount of the adhesive added is 1.0 g / ml or less. Good.
【００３５】封止ガスを封入して気密封止を実施する前
には、封止空間内の雰囲気を排気する脱気処理を行う。
モジュール中に光学系を固定するために有機系接着剤を
用いた場合でも、接着剤で各部品を固定後、封止前に脱
気処理を行うことにより、有機系接着剤からのアウトガ
スを抑制することができる。Before carrying out the hermetic sealing by sealing the sealing gas, a degassing process for exhausting the atmosphere in the sealing space is performed.
Even if an organic adhesive is used to fix the optical system in the module, degassing treatment is performed after fixing each component with the adhesive and before sealing, thereby suppressing outgas from the organic adhesive. can do.
【００３６】接着剤の機械的性質を損なわない観点から
通常２００℃以下でこの脱気処理は行われるが、脱気
後、モジュールの封止を実施し、その封止雰囲気中に含
まれるアウトガス成分量を測定すると、投入される接着
剤の量が多ければ多いほどモジュール中に放出される有
機ガスの量は一定のレベル以下にならないことが確認さ
れている。From the viewpoint of not impairing the mechanical properties of the adhesive, this degassing treatment is usually carried out at 200 ° C. or lower, but after degassing, the module is sealed and the outgas components contained in the sealed atmosphere. It has been determined by measuring the amount that the greater the amount of adhesive introduced, the less the amount of organic gas released into the module will be below a certain level.
【００３７】所定量の有機系接着剤（固形有機物）をレ
ーザモジュール中に投入することにより、封止体積中に
含まれる固形有機物の単位体積当りの量を０．５ｇ／ｍ
ｌ（ｇ／ｃｃ）から１０ｇ／ｍｌまで変更して、脱気処
理後のアウトガス成分の濃度を調べた。９０℃で脱気処
理を実施した後に、９９．９９９％以上の純度の窒素ガ
スを封入してレーザモジュールを気密封止した。２４時
間放置した後に、封止モジュール中のアウトガス成分の
濃度をガスクロマトグラフィにより測定した。By introducing a predetermined amount of organic adhesive (solid organic matter) into the laser module, the amount of solid organic matter contained in the sealed volume per unit volume is 0.5 g / m 2.
The concentration of the outgas component after the degassing treatment was examined by changing from 1 (g / cc) to 10 g / ml. After the degassing treatment was performed at 90 ° C., a nitrogen gas having a purity of 99.999% or more was sealed to hermetically seal the laser module. After standing for 24 hours, the concentration of the outgas component in the sealing module was measured by gas chromatography.
【００３８】アウトガス成分の濃度が一定のレベルに達
すると、脱気時間をそれ以上長くしても封止雰囲気中の
アウトガス成分は減少しない。このような飽和状態に到
達するのは、接着剤の未硬化成分の脱気が終了しても接
着剤の母材となる成分が脱気過程で分解して接着剤中に
残留し、封止後にアウトガスとなるためである。When the concentration of the outgas component reaches a certain level, the outgas component in the sealing atmosphere does not decrease even if the degassing time is made longer. The reason for reaching such a saturated state is that even after the deaeration of the uncured component of the adhesive is completed, the component that is the base material of the adhesive decomposes in the deaeration process and remains in the adhesive, resulting in sealing. This is because it becomes outgas later.
【００３９】有機系接着剤の投入量が１．２ｇ／ｍｌ以
上の場合には、この飽和値が高く、長時間脱気処理を実
施しても、モジュール中のアウトガス成分の濃度は１０
００ｐｐｍ未満にならないが、有機系接着剤の投入量を
１．０ｇ／ｍｌ以下とすることにより、脱気処理でモジ
ュール中のアウトガス成分の飽和濃度を１０００ｐｐｍ
未満にすることができる。When the input amount of the organic adhesive is 1.2 g / ml or more, the saturation value is high, and the concentration of the outgas component in the module is 10 even if the degassing process is carried out for a long time.
Although it does not become less than 00 ppm, the saturation concentration of the outgas component in the module is 1000 ppm in the degassing process by setting the input amount of the organic adhesive to 1.0 g / ml or less.
Can be less than.
【００４０】有機系接着剤の投入量を１．０ｇ／ｍｌ以
下とした場合でも、飽和濃度に到達するためには、脱気
時間は１３０〜２００時間が好ましく、脱気温度は８０
〜１５０℃が好ましい。Even when the amount of the organic adhesive added is 1.0 g / ml or less, the degassing time is preferably 130 to 200 hours and the degassing temperature is 80 in order to reach the saturated concentration.
The temperature is preferably ~ 150 ° C.
【００４１】封止ガスとしては、乾燥した窒素等の不活
性ガスや乾燥空気を用いることができる。不活性ガス中
に微量の酸素を含有する封止ガスを用いるのが特に好ま
しい。封止雰囲気中に微量の酸素が含まれると、レーザ
モジュールの劣化を更に抑制することができる。このよ
うな劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有
される酸素が、アウトガス成分の光分解により発生した
固形物を分解・酸化するためである。封止雰囲気中の酸
素濃度は１〜１００ｐｐｍの範囲が好ましい。酸素濃度
が１００ｐｐｍあれば、封止雰囲気中のアウトガス成分
の濃度が１０００ｐｐｍ程度でも堆積物を十分に分解除
去できる。As the sealing gas, an inert gas such as dry nitrogen or dry air can be used. It is particularly preferable to use a sealing gas containing a trace amount of oxygen in the inert gas. When the sealing atmosphere contains a small amount of oxygen, the deterioration of the laser module can be further suppressed. The reason why such deterioration suppressing effect is obtained is that oxygen contained in the sealing atmosphere decomposes and oxidizes the solid matter generated by the photolysis of the outgas component. The oxygen concentration in the sealed atmosphere is preferably in the range of 1 to 100 ppm. If the oxygen concentration is 100 ppm, the deposit can be sufficiently decomposed and removed even if the concentration of the outgas component in the sealed atmosphere is about 1000 ppm.
【００４２】［モジュールの動作］次に、上記レーザモ
ジュールの動作について説明する。[Module Operation] Next, the operation of the laser module will be described.
【００４３】合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体
レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射した
レーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及
びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７
によって平行光化される。平行光とされたレーザビーム
Ｂ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マル
チモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束
する。Each of the laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 emitted in a diverging state from each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 constituting the combined laser light source corresponds to the corresponding collimator lens. 11-17
Is collimated by. The parallel laser beams B1 to B7 are condensed by the condenser lens 20 and converged on the incident end face of the core 30a of the multimode optical fiber 30.
【００４４】本例では、コリメータレンズ１１〜１７及
び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その
集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合
波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によ
って上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７
が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入
射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに
合波されてマルチモード光ファイバ３０から出射する。In this example, the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 constitute a condenser optical system, and the condenser optical system and the multimode optical fiber 30 constitute a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 condensed by the condenser lens 20 as described above.
Of the multi-mode optical fiber 30 enters the core 30 a of the multi-mode optical fiber 30, propagates in the optical fiber, is combined into one laser beam B, and is emitted from the multi-mode optical fiber 30.
【００４５】上記のレーザモジュールでは、レーザビー
ムＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効
率が０．９となる。従って、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ
１〜ＬＤ７の各出力が１００ｍＷの場合には、出力６３
０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×７）の合波レーザビー
ムＢを得ることができる。In the above laser module, the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.9. Therefore, the GaN semiconductor laser LD
When each output of 1 to LD7 is 100 mW, output 63
A combined laser beam B of 0 mW (= 100 mW × 0.9 × 7) can be obtained.
【００４６】以上説明した通り、本実施の形態のレーザ
モジュールでは、封止体積中の有機系接着剤の使用量を
１．０ｇ／ｍｌ以下とすることにより、脱気処理を行っ
て接着剤からのアウトガス成分の飽和濃度を１０００ｐ
ｐｍ未満とすることができる。これにより、アウトガス
成分がレーザ光により分解されて発生する分解物の量が
減少し、モジュールの劣化が顕著に抑制される。即ち、
レーザモジュールの信頼性が向上し、長期間高出力を維
持することができる。また、封止雰囲気中に微量の酸素
を含有させることにより、レーザモジュールの劣化を更
に抑制することができる。As described above, in the laser module according to the present embodiment, the amount of the organic adhesive used in the sealed volume is set to 1.0 g / ml or less so that the degassing process is performed to remove the adhesive from the adhesive. The saturation concentration of the outgas component of 1000p
It can be less than pm. As a result, the amount of decomposition products generated by the decomposition of the outgas component by the laser light is reduced, and the deterioration of the module is significantly suppressed. That is,
The reliability of the laser module is improved, and high output can be maintained for a long time. Further, the inclusion of a small amount of oxygen in the sealing atmosphere can further suppress the deterioration of the laser module.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明によれば、レーザ特性の劣化が効
果的に抑制され、レーザモジュールの信頼性が向上す
る、という効果が得られる。According to the present invention, it is possible to effectively suppress the deterioration of the laser characteristics and improve the reliability of the laser module.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザモジュ
ールの合波レーザ光源の構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a multiplexing laser light source of a laser module according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレーザモジュ
ールの構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a laser module according to the first embodiment of the present invention.
【図３】図２に示すレーザモジュールの構成を示す側面
図である。FIG. 3 is a side view showing the configuration of the laser module shown in FIG.
【図４】図２に示すレーザモジュールの構成を示す部分
側面図である。FIG. 4 is a partial side view showing the configuration of the laser module shown in FIG.
【図５】アウトガス成分及び不純物成分の分子量分布を
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the molecular weight distribution of outgas components and impurity components.
【図６】アウトガス成分及び不純物成分の沸点分布を示
すグラフである。FIG. 6 is a graph showing boiling point distributions of outgas components and impurity components.
【図７】アウトガス成分濃度及び不純物成分とモジュー
ル劣化速度との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between an outgas component concentration and an impurity component and a module deterioration rate.
１０ ヒートブロック １１〜１７ コリメータレンズ ２０ 集光レンズ ３０ マルチモード光ファイバ ３０ａ コア ４０ パッケージ ４１ パッケージ蓋 ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ 10 heat block 11-17 Collimator lens 20 Condensing lens 30 multimode optical fiber 30a core 40 packages 41 package lid LD1 to LD7 GaN semiconductor laser
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永野 和彦 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 蔵町 照彦 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA05 CA09 CA15 CA21 DA36 5F073 AB28 CA01 EA28 FA06 FA22 FA30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kazuhiko Nagano 798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Prefecture Shishi Film Co., Ltd. (72) Inventor Teruhiko Kuramachi 798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Prefecture Shishi Film Co., Ltd. F-term (reference) 2H037 BA03 BA05 CA09 CA15 CA21 DA36 5F073 AB28 CA01 EA28 FA06 FA22 FA30
Claims (7)
を出射する半導体レーザと、 内部に固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度が１
０００ｐｐｍ未満である封止雰囲気で満たされた封止空
間を備え、該空間内に前記半導体レーザを気密封止した
気密封止部材と、 を含むレーザモジュール。1. A semiconductor laser that emits laser light in the wavelength range of 350 to 450 nm, and the concentration of an organic gas component generated from a solid organic substance inside is 1.
A laser module comprising: a sealing space filled with a sealing atmosphere of less than 000 ppm; and an airtight sealing member that hermetically seals the semiconductor laser in the space.
を出射する複数の半導体レーザ、１本の光ファイバー、
及び前記複数の半導体レーザの各々から出射したレーザ
ビームを集光し前記光ファイバーに結合させる集光光学
系を備えた合波レーザと、 内部に固形有機物から発生した有機ガス成分の濃度が１
０００ｐｐｍ未満である封止雰囲気で満たされた封止空
間を備え、該空間内に前記半導体レーザ、前記光ファイ
バーの結合側部位、及び前記集光光学系を気密封止した
気密封止部材と、 を含むレーザモジュール。2. A plurality of semiconductor lasers for emitting laser light in a wavelength range of 350 to 450 nm, one optical fiber,
And a combining laser having a condensing optical system for condensing the laser beams emitted from each of the plurality of semiconductor lasers and coupling the optical beams to the optical fiber, and the concentration of the organic gas component generated from the solid organic substance inside is 1
A sealing space filled with a sealing atmosphere of less than 000 ppm, and a hermetically sealing member that hermetically seals the semiconductor laser, the coupling side portion of the optical fiber, and the condensing optical system in the space. Including laser module.
有量を１ｇ／ｍｌ以下とした請求項１又は２に記載のレ
ーザモジュール。3. The laser module according to claim 1, wherein the content of the solid organic matter in the sealed volume before hermetically sealing is 1 g / ml or less.
は、分子量が７０以上又は沸点が７０℃以上の有機ガス
成分である請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ
モジュール。4. The laser module according to claim 1, wherein the organic gas component generated from the solid organic substance is an organic gas component having a molecular weight of 70 or more or a boiling point of 70 ° C. or more.
は、ケイ素原子、リン原子、及びイオウ原子の少なくと
も１種を含有する化合物を含む請求項１乃至４の何れか
１項に記載のレーザモジュール。5. The laser module according to claim 1, wherein the organic gas component generated from the solid organic substance contains a compound containing at least one of a silicon atom, a phosphorus atom and a sulfur atom. .
０ｐｐｍ以下の濃度で含む不活性ガスである請求項１乃
至５の何れか１項に記載のレーザモジュール。6. The sealing atmosphere contains oxygen of 1 ppm or more and 10 or more.
The laser module according to any one of claims 1 to 5, which is an inert gas containing a concentration of 0 ppm or less.
を出射する半導体レーザを気密封止部材内部の封止空間
内に収納すると共に、封止体積中の固形有機物の含有量
を１ｇ／ｍｌ以下とし、 前記空間を、固形有機物から発生した有機ガス成分の濃
度が１０００ｐｐｍ未満になるまで脱気処理し、 該脱気処理後に、前記空間内に前記半導体レーザを気密
封止する、 レーザモジュールの製造方法。7. A semiconductor laser emitting a laser beam in the wavelength range of 350 to 450 nm is housed in a sealed space inside an airtight sealing member, and the content of solid organic matter in the sealed volume is 1 g / ml or less. And, the space is degassed until the concentration of the organic gas component generated from the solid organic matter is less than 1000 ppm, and after the degassing, the semiconductor laser is hermetically sealed in the space. Method.
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