JP3728787B2

JP3728787B2 - 半導体レーザモジュール

Info

Publication number: JP3728787B2
Application number: JP34384195A
Authority: JP
Inventors: 圭子松元
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09186393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザモジュールとしては、図４に示すように、パッケージＡの内部にチップキャリアＢ及びＬ型キャリアＣを介して半導体レーザＤが設置されたものが知られている。この半導体レーザモジュールＥは、箱状のパッケージＡの内部に垂直部Ｃ１と水平部Ｃ２からなるＬ型キャリアＣが配設され、パッケージＡ内床面に冷却用のペルチェ素子Ｆを介して固着されている。また、Ｌ型キャリアＣの垂直部Ｃ１にはコリメートレンズＧが取り付けられ、そのコリメートレンズＧから所定距離おいて水平部Ｃ２にモニタ用のフォトダイオードＨが取り付けられると共に、そのＬ型キャリアＣのコリメートレンズＧとフォトダイオードＨの間にはサブマウントＩを介して半導体レーザＤを載置したチップキャリアＢが配置されている。このチップキャリアＢは、半田付けによりＬ型キャリアＣに固着されている。この半導体レーザモジュールＥによれば、半導体レーザＤに電流が注入されることにより、半導体レーザＤからレーザ光Ｊが射出され、コリメートレンズＧで集光されてパッケージＡから出力できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体レーザモジュールＥにあっては、チップキャリアＢをＬ型キャリアＣに半田付けする際に、それらのチップキャリアＢとＬ型キャリアＣの間からの半田材Ｋが流出して、その半田材Ｋの流出によりレーザ光Ｊの出力不良を引き起こしてしまうという問題がある。すなわち、半導体レーザモジュールＥにおいて、半導体レーザＤの配設位置は、レーザ光Ｊの射出する方向を決定することから非常に重要であり、その配設作業は正確に行う必要がある。このため、チップキャリアＢをＬ型キャリアＣに半田付けするときにチップキャリアＢをできるだけＬ型キャリアＣに密着させて位置決めを行うのが望ましいが、その密着によりチップキャリアＢとＬ型キャリアＣの間で半田材Ｋが強く押し挟まれるため、チップキャリアＢとＬ型キャリアＣの間から半田材Ｋが流出してしまう。そして、半田材Ｋの流出が半導体レーザＤの位置まで及んでしまうと、レーザ光Ｊの射出の支障となりレーザ光Ｊの出力低下を招き、また半導体レーザＤの電極間が短絡してレーザ光Ｊの出力が不能となってしまう。
【０００４】
一方、半田材Ｋの流出を回避するために、チップキャリアＢの半田付けに使用する半田材Ｋの量を調整することが考えられる。しかし、チップキャリアＢは数ｍｍ程度の微小なものであるから、半田材Ｋの使用量を調整するのは困難であり、そのような調整を行うには専用の装置が必要となってしまう。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、半導体レーザの取付作業性に優れた半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、半導体レーザチップが搭載される第一キャリアと、Ｌ型に形成される水平部と垂直部を有し、その垂直部側に前記半導体レーザチップを配した状態で側面を前記垂直部に当接させ底面を前記水平部に当接させて前記第一キャリアが半田付けによって取り付けられる第二キャリアとを単一のパッケージ内に備えて構成され、前記第二キャリアの前記垂直部に余分な半田材を所定の方向へ流出させる逃し部が形成されていることを特徴とする。
また本発明は、半導体レーザチップが搭載される第一キャリアと、Ｌ型に形成される水平部と垂直部を有し、その垂直部側に前記半導体レーザチップを配した状態で側面を前記垂直部に当接させ底面を前記水平部に当接させて前記第一キャリアが半田付けによって取り付けられる第二キャリアとを単一のパッケージ内に備えて構成され、前記第一キャリアの前記側面に余分な半田材を所定の方向へ流出させる逃し部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような発明によれば、第一キャリアを設置面に半田付けするとき、余分な半田材が逃し部を通じて所定の方向へ流出していく。このため、その余分な半田材が半導体レーザ側へ流出してレーザ光の出力に影響を与えることはない。
【０００８】
また本発明は、前述の第一キャリアの逃し部は、底面と側面との境界部に沿って設けられていることを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、前述の第一キャリアが設置面における水平面と垂直面に当接されて半田付けされるとき、半田材の溜まりやすい角部分に沿って逃し部が設けられているから、余分な半田材が確実に所望の方向へ流出されることとなる。このため、余分な半田材が半導体レーザ側へ流出することはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る実施形態の一例について説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１３】
図１は半導体レーザモジュール１の断面図である。図１に示すように、半導体レーザモジュール１は、半導体レーザであるレーザダイオード２が内蔵されそのレーザダイオード２から発せられるレーザ光２ａを光ファイバ８１を通じて出力するものである。そのレーザ光２ａを発するレーザダイオード２は箱型のパッケージ３内に配設されている。例えば、レーザダイオード２は、ヒートシンクとなるサブマウント２１、第一キャリアであるチップキャリア３、第二キャリアであるＬ型キャリア４、冷却手段であるペルチェ素子５を介して、パッケージ６の内床面３１上に設置されている。ペルチェ素子５は、熱電冷却により熱を吸収する冷却部材であって、所定の電流を供給されることとにより周囲の熱を吸収して冷却効果を発揮するものであり、パッケージ６の内床面３１に固着されている。
【００１４】
Ｌ型キャリア４は、図１に示すように、チップキャリア３、コリメートレンズ６１、フォトダイオード６２を取り付けるための部材であって、ほぼ直交する水平部４１と垂直部４２を有しており、その垂直部４２を光ファイバ８１側に位置させてペルチェ素子５上に固着されている。垂直部４２には、それを貫通する方向にレーザ光２ａの射出孔４２ａが開設されており、その射出孔４２ａの開設方向の延長上にコリメートレンズ６１が取り付けられている。このコリメートレンズ６１により射出孔４２ａを貫通するレーザ光２ａが光ファイバ８１に向けて集束されることとなる。一方、Ｌ型キャリア４の水平部４１には、垂直部４２から距離をおいてフォトダイオード６２が配置されており、このフォトダイオード６２の受光信号を計測することによりレーザダイオード２のレーザ光２ａの出力状態を検知できるようになっている。
【００１５】
また、図１に示すように、Ｌ型キャリア４における垂直部４２とフォトダイオード６２の間の水平部４１上には、チップキャリア３が配置されている。すなわち、Ｌ型キャリア４の水平部４１と垂直部４２の内表面がチップキャリア３を半田付けするための設置面となっており、チップキャリア３の側面３２が垂直部４２の表面と当接し、チップキャリア３の底面３１が水平部４１の表面と当接した状態で、Ｌ型キャリア４上にチップキャリア３が半田付けされている。このチップキャリア３は、レーザダイオード２を所定位置に配置するためのスペーサとして機能し、かつ、レーザダイオード２が発する熱を拡散するためのヒートシンクとして機能するものであって、熱伝導性及び精密加工性に優れる素材により形成され、例えば、金属製のものが採用される。
【００１６】
ここで、Ｌ型キャリア４とチップキャリア３の構造について説明すると、図２のように、Ｌ型キャリア４の水平部４１と垂直部４２の内側境界部には半田材７の逃し部である凹溝４３が設けられ、チップキャリア３の側面３２と底面３１との角部には半田材７の逃し部である面取り部３３が設けられており、チップキャリア３をＬ型キャリア４上に半田付けする際に余分な半田材７がそれらの面取り部３３、凹溝４３に沿って排出される構造となっている。凹溝４３は、断面凹形の溝であって、水平部４１と垂直部４２の内側境界部に沿って形成されている。凹溝４３の溝幅、深度及び断面形状は、余分な半田材７の排出が可能なように、チップキャリア３の寸法や使用する半田材７の材質などに応じて適宜設定すればよい。また、面取り部３３は、チップキャリア３の側面３２と底面３１の角部を削り取ることにより形成されており、その面取り部３３の形成寸法は、凹溝４３と同様に、余分な半田材７の排出が可能なように、チップキャリア３の寸法や使用する半田材７の材質などに応じて適宜設定すればよい。なお、チップキャリア３における逃し部は、前述の面取り部３３のように直線状にチップキャリア３の角部を削り取ったものに限られるものではなく、チップキャリア３の角部に沿って刻設される断面凹状の凹溝であってもよい。
【００１７】
チップキャリア３上には、サブマウント２１が固着されており、そのサブマウント２１上にレーザダイオード２が直接取り付けられている。このサブマウント２１は、チップキャリア３と同様に、レーザダイオード２を所定位置に配置するためのスペーサとして機能し、かつ、レーザダイオード２が発する熱を拡散するためのヒートシンクとして機能するものであって、熱伝導性及び精密加工性に優れる素材により形成される。また、このサブマウント２１は、レーザダイオード２がＬ型キャリア４の射出孔４２ａの開設方向の延長上に位置するように配置される。
【００１８】
レーザダイオード２は、光の発生及び増幅を行う活性領域を有し、その活性領域を挟んだ相対向する端面が高い光反射率を有する反射面となって共振器を形成しており、活性領域へ電流が注入されることにより光を発生し、その光を共振器で反射して増幅させ、一方の端面からレーザ光２ａを射出するものである。このレーザダイオード２としては、例えば、ＩｎＰからなるクラッド層の間にＩｎＧａＡｓＰからなる活性領域が配設されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのダブルヘテロ構造体のものが採用される。
【００１９】
一方、パッケージ６の側壁には、ハーメチックガラス８２が取り付けられ、レーザダイオード２から射出され射出孔４２ａ、コリメートレンズ６１を透過したレーザ光２ａがそのハーメチックガラス８２を通じてパッケージ６外へ出射できるようになっている。また、パッケージ６外には光ファイバ８１が配設され、ハーメチックガラス８２から射出されたレーザ光２ａがアイソレータ８３、第二レンズ８４を透過しフェルール８５内の光ファイバ８１を通じて出力されるようになっている。
【００２０】
次に半導体レーザモジュール１の製造工程について説明する。
【００２１】
図１において、先ず、Ｌ型キャリア４上にチップキャリア３の固定を行う。その際、チップキャリア３上には、予めサブマウント２１を介してレーザダイオード２を取り付けておく。チップキャリア３の固定は半田付けにより行う。その半田付けの工程を詳説すると、図２に示すように、加熱して流動状となった半田材７をＬ型キャリア４の水平部４１上に供給する。その供給位置は、水平部４１と垂直部４２との境界部分であってもよい。そして、半田材７が供給されたＬ型キャリア４上へチップキャリア３を押し当てる。すなわち、Ｌ型キャリア４の水平部４１にチップキャリア３の底面３１が当接し、垂直部４２にチップキャリア３の側面３２が当接して、その水平部４１と垂直部４２の内隅部分にチップキャリア３が配置されるように、チップキャリア３を移動させる。
【００２２】
すると、図３のように、Ｌ型キャリア４の水平部４１上の半田材７は、移動するチップキャリア３の底面３１との間に挟まれて、その水平部４１に沿って広がっていく。そして、垂直部４２側へ広がった半田材７は、垂直部４２に到達すると、その垂直部４２に沿って上方へ広がっていく。その際、水平部４１と垂直部４２との境界部分には、Ｌ型キャリア４の凹溝４３とチップキャリア３の面取り部３３による空間が形成されているので、その空間を通じてチップキャリア３の固定において余分な半田材７が排出されることとなる。このため、半田材７が垂直部４２に沿った移動が抑制され、レーザダイオード２が配置される位置まで達することはない。そして、チップキャリア３をＬ型キャリア４の水平部４１と垂直部４２の内隅部分に密着させ、半田材７の硬化によりチップキャリア３が正確な位置に固定されることとなる。
【００２３】
そして、図１のように、チップキャリア３を固定したＬ型キャリア４にコリメートレンズ６１、フォトダイオード６２を取り付けた後、そのＬ型キャリア４をパッケージ１内のペルチェ素子５上へ取り付ける。また、パッケージ６へのＬ型キャリア４の取付後もしくは取付前に、パッケージ６にレーザ光２ａの射出窓となるハーメチックガラス８２を取り付ける。そして、そのハーメチックガラス８２の位置にレーザ光２ａの光軸に合わせてアイソレータ８３、第二レンズ８４、光ファイバ８１を取り付けて、半導体レーザモジュール１の製造を完了する。
【００２４】
このような半導体レーザモジュール１によれば、チップキャリア３をＬ型キャリア４に半田付けする際に、余分な半田材７が凹溝４３、面取り部３３を通じて所定の方向へ排出されるから、余分な半田材７のレーザダイオード２側への流動を回避できる。このため、半田材７がレーザダイオード２の電極部分やレーザ光２ａの出射経路へ流動することによりレーザ光２ａの出力が不安定になったり出力不能になったりすることがなく、作動信頼性が向上する。また、チップキャリア３の固定に使用する半田材７の使用量を微妙に調整する必要がなく、確実にチップキャリア３を固定でき、チップキャリア３の取付作業性に優れている。また、Ｌ型キャリア４、チップキャリア３の角部分に凹溝４３、面取り部３３が形成されているから、余分な半田材７の排出効率に優れており確実に半田材７を排出できる。更に、チップキャリア３の設置面がパッケージ６と別個のＬ型キャリア４に形成されているから、パッケージ６内に設けられるべき凹溝４３の形成が容易である。
【００２５】
次に半導体レーザモジュール１のその他種々の実施形態について説明する。
【００２６】
前述の半導体レーザモジュール１において、Ｌ型キャリア４の凹溝４３は、水平部４１と垂直部４２の境界部分の位置以外に設けられていてもよい。例えば、水平部４１又は垂直部４２における内隅から離れた途中位置に凹溝４３が設けられていてもよい。また、チップキャリア３の面取り部３３は、底面３１と側面３２との角部以外に設けられていてもよい。その際、断面凹状の溝形状とすればよい。このような半導体レーザモジュールであっても、余分な半田材７が自由に流動するのを規制すること可能である。従って、前述同様に、レーザ出力における作動信頼性、チップキャリア３の取付作業性の向上が図れる。
【００２７】
また、前述の半導体レーザモジュール１において、Ｌ型キャリア４の凹溝４３又はチップキャリア３の面取り部３３のいずれか一方の形成を省略してもよい。すなわち、Ｌ型キャリア４の凹溝４３又はチップキャリア３の面取り部３３のいずれか一方のみを設けることにより、チップキャリア３の半田付け時の余分な半田材７の排出経路を形成してもよい。このような場合であっても、前述同様に、レーザ出力における作動信頼性、チップキャリア３の取付作業性の向上が図れる。
【００２８】
また、前述の半導体レーザモジュール１において、チップキャリア３の設置面はＬ型キャリア４以外に設けられていてもよい。その際、チップキャリア３の設置面が水平部と垂直部からなる直角面でなく、単なる平面状であってもよい。例えば、チップキャリア３の設置面が、パッケージ３の内床面３１上に形成され、また、その他パッケージ３内に配設される部材の表面に形成されている場合などであってもよく、その場合、チップキャリア３に面取り部３３が形成され、又はその設置面に凹溝４３が形成されていれば、前述同様に、レーザ出力における作動信頼性、チップキャリア３の取付作業性の向上を図ることが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、第一キャリアの表面又はその第一キャリアの設置面のいずれか一方若しくは双方に逃し部が設けられていることにより、第一キャリアを設置面に半田付けするとき、余分な半田材が逃し部に沿って排出されるので、その余分な半田材が半導体レーザ側へ流出してレーザ光の出力に影響を与えることはない。このため、半導体レーザの発振不良を防止でき、所望のレーザ光を確実に出力することができる。また、第一キャリアを設置面に半田付けするとき、半田材の使用量を微妙に調整することなく半田付けが可能である。
【００３０】
また、第一キャリアを水平部及び垂直部からなる設置面に半田付けする際に、その水平部と垂直部との内側境界部に沿って逃し部が設けられ、または、その第一キャリアの底面と側面との境界部に沿って逃し部が設けられることにより、第一キャリアがその設置面に半田付けされるとき、余分な半田材をその逃し部に溜めて確実に所望の方向へ排出できる。
【００３１】
更に、第一キャリアの設置面がパッケージ内に固定される第二キャリアの表面に設けられることにより、逃し部が設けられる設置面がパッケージと別体となるから、逃し部の形成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザモジュールの断面図である。
【図２】半導体レーザモジュールにおける逃し部の説明図である。
【図３】半導体レーザモジュールにおける製造工程の説明図である。
【図４】従来の半導体レーザモジュールの説明図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザモジュール、２…レーザダイオード（半導体レーザ）
３…チップキャリア（第一キャリア）、４…Ｌ型キャリア（第二キャリア）
６…パッケージ、７…半田材

Claims

半導体レーザチップが搭載される第一キャリアと、
Ｌ型に形成される水平部と垂直部を有し、その垂直部側に前記半導体レーザチップを配した状態で側面を前記垂直部に当接させ底面を前記水平部に当接させて前記第一キャリアが半田付けによって取り付けられる第二キャリアと、
を単一のパッケージ内に備えて構成され、
前記第二キャリアの前記垂直部に、余分な半田材を所定の方向へ流出させる逃し部が形成されていること、
を特徴とする半導体レーザモジュール。
半導体レーザチップが搭載される第一キャリアと、
Ｌ型に形成される水平部と垂直部を有し、その垂直部側に前記半導体レーザチップを配した状態で側面を前記垂直部に当接させ底面を前記水平部に当接させて前記第一キャリアが半田付けによって取り付けられる第二キャリアと、
を単一のパッケージ内に備えて構成され、
前記第一キャリアの前記側面に、余分な半田材を所定の方向へ流出させる逃し部が形成されていること、
を特徴とする半導体レーザモジュール。
前記第一キャリアの逃し部は、前記底面と前記側面との境界部に沿って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。