JP4630209B2 - Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module - Google Patents
Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module Download PDFInfo
- Publication number
- JP4630209B2 JP4630209B2 JP2006075694A JP2006075694A JP4630209B2 JP 4630209 B2 JP4630209 B2 JP 4630209B2 JP 2006075694 A JP2006075694 A JP 2006075694A JP 2006075694 A JP2006075694 A JP 2006075694A JP 4630209 B2 JP4630209 B2 JP 4630209B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- metal material
- alloy
- joining
- laser module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、光通信分野で主に使用される光半導体素子や半導体レーザ素子などをマウントする半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser module for mounting an optical semiconductor element or a semiconductor laser element mainly used in the field of optical communication, and a method for manufacturing the semiconductor laser module .
光通信の使用される光半導体素子や半導体レーザ素子は、図2(イ)に示されるような同軸型の半導体レーザモジュールや、(ロ)に示されるバタフライタイプ(表面実装型)の半導体レーザモジュールの形で供与されている(特許文献1参照)。
図2(イ)の半導体レーザモジュール20では、光半導体素子4aが載置されたステム5と直結しているキャップ1aと、光半導体素子4から発せられる光を集光するレンズ7を保持するレンズホルダ2が接合されている。
図2(ロ)の半導体レーザモジュール20では、半導体レーザ素子4bを載置したベース1bと、半導体レーザ素子4bからの発せられる光を集光するレンズ7を保持するレンズホルダ2が、その底面で接合されている、
Optical semiconductor elements and semiconductor laser elements used for optical communication include coaxial type semiconductor laser modules as shown in FIG. 2A and butterfly type (surface mount type) semiconductor laser modules as shown in FIG. (See Patent Document 1).
In the
In the
このような半導体レーザモジュール20において、半導体レーザ素子を載置するベース1b、および半導体レーザ素子4bや光半導体素子4aを封止するキャップ1aなどの材料としては、封止性や素子に対する熱膨張特性を考慮してFe−Ni−Co系合金(以後、第一の金属材料と称す)が主に利用されている。
In such a
一方、レンズホルダ2に使われる材料は、レンズ7を正しい位置にマウントし、その使用中、マウントした位置を常時保持しなくてはならず、その為には、レンズ形状に合わせた精密なレンズホルダ2を作製できる快削性に優れる金属材料が用いられる。従来、S元素、Pb元素及びTe元素を添加することで快削性を大きく向上させた耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼であるFe−Cr−S−Pb−Te系合金(以後、第二の金属材料と称す)が使われてきている。
On the other hand, the material used for the
上記レンズホルダ2と、ベース1b或いはキャップ1aは、両者を正確な位置で組み合わせて、YAGレーザなどによるスポット溶接を用いて、互いの金属材料を溶融して接合される。
The
しかしながら、従来、レンズホルダに用いられている第二の金属材料と、ベース或いはキャップに用いられている第一の金属材料の組合せによる接合では、接合の際にYAGレーザの熱により溶け合い接合界面に合金部を形成するが、第一の金属材料中のNi元素と第二の金属材料中のS元素、Pb元素およびTe元素が、レーザ溶接による溶融後の凝固過程において結晶粒界に偏析して低融点部となり凝固割れを生じさせてしまうことがあり、この割れが信頼性評価試験として印加される温度サイクルによって進行してレンズホルダの位置を変化させ、結果として光軸ズレを引き起こし、信頼性を大きく損なわせる場合がある。 However, in the past, when the second metal material used for the lens holder and the first metal material used for the base or the cap are combined, the YAG laser heats during the bonding to form a bonding interface. An alloy part is formed, but Ni element in the first metal material and S element, Pb element and Te element in the second metal material are segregated at the grain boundary in the solidification process after melting by laser welding. It may become a low melting point part and cause solidification cracking, and this crack progresses by the temperature cycle applied as a reliability evaluation test and changes the position of the lens holder, resulting in optical axis misalignment and reliability. May be greatly impaired.
そこで、前記問題に鑑み本発明の目的は、レーザ溶接による接合において、低融点部を生じさせること無く接合が行われ、その接合の信頼性をより向上させた半導体レーザモジュールを提供するものである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser module in which joining is performed without causing a low melting point portion in joining by laser welding, and the reliability of the joining is further improved. .
前記目的を達成すべく請求項1記載の発明は、第一の金属材料からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と第三の金属材料からなる接合部材とを接合し、さらに前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持する第二の金属材料からなるレンズホルダを、第三の金属材料からなる接合部材と接合して形成する半導体レーザモジュールであって、前記第一の金属材料が、Fe−Ni−Co系合金で、前記第二の金属材料が、Pb元素、Te元素およびS元素が添加され、且つNi元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金で、前記第三の金属材料が、Ni元素、Pb元素、Te元素およびS元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金、であることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2記載の発明は、Fe−Ni−Co系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と、Pb元素、Te元素およびS元素が添加され、且つNi元素が不可避不純物濃度にある快削性に優れるフェライト系ステンレス合金からなる前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持するレンズホルダとの合金の溶融を伴う接合方法であって、 その接合面に、Ni元素、Pb元素、Te元素およびS元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなる接合部材を設け、前記ベース或いは封止部材と接合部材間および前記レンズホルダと接合部材間を溶融して接合することを特徴とする半導体レーザモジュールの接合方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is added a base on which a semiconductor laser element made of an Fe-Ni-Co-based alloy is placed or a sealing member that houses a semiconductor laser element, a Pb element, a Te element, and an S element, and Ni A joining method involving melting of an alloy with a lens holder that holds a lens that guides light emitted from the semiconductor laser element, which is made of a ferritic stainless steel alloy that has an inevitable impurity concentration and has excellent free-cutting properties. Are provided with a joining member made of a ferritic stainless alloy in which Ni element, Pb element, Te element and S element are inevitable impurity concentrations, and the base or sealing member and the joining member and the lens holder and the joining member are melted. And a semiconductor laser module bonding method.
請求項3記載の発明は、半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持し、第一の金属材料であるFe−Ni−Co系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材とレーザ溶接で接合される第二の金属材料であるPb元素、Te元素およびS元素が添加され、且つNi元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなるレンズホルダを有する半導体レーザモジュールであって、前記レンズホルダの前記ベース或いは封止部材との接合面に、第三の金属材料からなるNi元素、Pb元素、Te元素およびS元素を不可避不純物濃度含むフェライト系ステンレス合金が接合部材として設けられていることを特徴とする半導体レーザモジュールである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a base or semiconductor laser element for holding a lens for guiding light emitted from a semiconductor laser element and mounting a semiconductor laser element made of an Fe-Ni-Co alloy that is a first metal material second Pb element is a metallic material to be joined by laser welding the sealing member to pay, it is added Te elements and S elements, and Ni element has a lens holder made of ferritic stainless steel alloy in the unavoidable impurities concentration A ferritic stainless alloy comprising a semiconductor element and an inevitable impurity concentration of a Ni element, a Pb element, a Te element, and an S element made of a third metal material on a joint surface of the lens holder with the base or sealing member There is a semiconductor laser module, characterized in that provided as the bonding member.
以上のように本発明によれば、従来レーザ溶接のような金属の溶融を伴う接合方法において、生じてしまう低融点部を生じることなく接合ができ、結果として信頼性に優れた半導体レーザモジュールを提供するもので、工業上顕著な効果を奏するものである。 As described above, according to the present invention, in a conventional joining method that involves melting of metal such as laser welding, joining can be performed without producing a low melting point portion, resulting in a highly reliable semiconductor laser module. It is provided and has an industrially significant effect.
以下に図を参照して本発明を詳細に説明する。
図1(イ)、(ロ)は異なる形態の本発明に係る半導体レーザモジュール20を示す断面図である。
図1(イ)では、第一の金属材料からなるキャップ1aと、第二の金属材料からなるレンズホルダ2の接合面に第三の金属材料からなるリング状の接合部材3aを設け、第一の金属材料と第二の金属材料が直接接合せずに、第一の金属材料と第三の金属材料の接合、第二の金属材料と第三の金属材料の接合というように、第三の金属材料からなる接合部材を介して、第一の金属材料からなるキャップ1aと第二の金属材料からなるレンズホルダ2を接合する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing
In FIG. 1A, a ring-shaped joining member 3a made of a third metal material is provided on the joining surface of a cap 1a made of a first metal material and a
図1(ロ)に示される半導体レーザモジュール20においても同様に、半導体レーザ素子4bが載置される第一の金属材料からなるベース1bとレンズホルダ2を、第三の金属材料からなる接合部材3bを介して接合するものである。 なお、第二の金属材料からなるレンズホルダ2と第三の金属材料からなる接合部材3a、3bとをあらかじめ接合してなるレンズホルダなど、第一の金属材料からなるキャップ1aやベース1bとの接合面に第三の金属材料を設けたレンズホルダを用意し、これを第三の金属材料の箇所において第一の金属材料からなるキャップ1a又はベース1bに接合してもよい。
図1(イ)、(ロ)において、6はリード、8は金属スリーブ、9は金属フェルール、10は光ファイバ、12はパッケージ、13はペルチェ素子を表している。
Similarly, in the
1A and 1B, 6 is a lead, 8 is a metal sleeve, 9 is a metal ferrule, 10 is an optical fiber, 12 is a package, and 13 is a Peltier element.
本発明の骨子は、半導体レーザモジュール20のレンズホルダ2と、素子と繋がっているベース1b或いはキャップ1aとの接合において、ベース1b或いはキャップ1aに用いられるNi元素を含む第一の金属材料とレンズホルダ2に使用するS元素、Pb元素やTe元素を含んで、快削性に優れる第二の金属材料とを、レーザ溶接のような材料の溶融を伴う方法により接合を行う際に、その接合界面にNi元素、Pb元素、Te元素およびS元素を含む低融点の脆弱層を形成することなく接合を行うことにあり、第三の金属材料を介して、第一の金属材料と第二の金属材料の両者を直接には接合することなく接合することで、前記低融点の脆弱層の生成を抑制し、半導体レーザモジュール20の信頼性の低下を防ぐものである。
The essence of the present invention is that the lens and the
ここで、用いる第三の金属材料は、SUS430に代表されるフェライト系ステンレス鋼(Fe−Cr系合金)が望ましく、JIS G4305−2005及びG4304−2005に規定されるようにS元素、Pb元素、Te元素およびNi元素が添加されていないFe−Cr系合金である。
この第三の金属材料を第一の金属材料と第二の金属材料間に配置してレーザ溶接すると、第一の金属材料と第三の金属材料間では、第三の金属材料にはPb元素、Te元素が添加されておらず、S元素も不可避不純物濃度であることから、第一の金属材料を構成するNi元素と相まって、低融点の脆弱層を形成することはないために、この接合箇所では凝固割れの発生が防止され、信頼性が向上する。
Here, the third metal material to be used is preferably a ferritic stainless steel (Fe—Cr alloy) typified by SUS430, as defined in JIS G4305-2005 and G4304-2005, S element, Pb element, This is an Fe—Cr alloy to which Te element and Ni element are not added.
When this third metal material is placed between the first metal material and the second metal material and laser welding is performed, the third metal material has a Pb element between the first metal material and the third metal material. Since the Te element is not added and the S element has an unavoidable impurity concentration, it does not form a fragile layer having a low melting point in combination with the Ni element constituting the first metal material. The occurrence of solidification cracks is prevented at the location, and the reliability is improved.
更に、第三の金属材料と第二の金属材料間では、両者共に、Ni元素を含有しておらず、低融点の脆弱層を形成することはなく、従って、接合箇所での凝固割れによる信頼性の低下は引き起こされない。 Furthermore, between the third metal material and the second metal material, both of them do not contain Ni element and do not form a fragile layer having a low melting point. Sexual decline is not caused.
表1に示す成分組成の金属材料を用い、図1(イ)に示す半導体レーザモジュールを作製し、作製直後の接合箇所の走査電子顕微鏡による目視観察と、−40℃〜85℃の温度範囲での温度サイクル試験(100サイクル)を行った後の接合箇所の走査電子顕微鏡による目視観察を行い、接合箇所の形態を観察した。その結果を表2に記す。 Using the metal material of the component composition shown in Table 1, the semiconductor laser module shown in FIG. After performing the temperature cycle test (100 cycles), the joint part was visually observed with a scanning electron microscope, and the form of the joint part was observed. The results are shown in Table 2.
表1、表2から明らかなように、本発明に係る半導体レーザモジュールでは、どちらの場合も、接合箇所に割れやクラックはみられず、健全な接合面をしていた。対して、従来のものでは、溶接直後においても割れが発生している試料が見られ、温度サイクル試験後には、その割合が大きくなっているのがわかる。 As is clear from Tables 1 and 2, in both cases, the semiconductor laser module according to the present invention had a sound joint surface without any cracks or cracks being observed at the joints. On the other hand, in the conventional sample, a sample in which cracks are generated immediately after welding is seen, and it can be seen that the ratio increases after the temperature cycle test.
1a キャップ(第一の金属材料)
1b ベース(第一の金属材料)
2 レンズホルダ(第二の金属材料)
3a 接合部材(第三の金属材料)
3b 接合部材(第三の金属材料)
4a 光半導体素子
4b 半導体レーザ素子
5 ステム
6 リード
7 レンズ
8 金属スリーブ
9 金属フェルール
10 光ファイバ
12 パッケージ
13 ペルチェ素子
20 半導体レーザモジュール
1a Cap (first metal material)
1b base (first metal material)
2 Lens holder (second metal material)
3a Joining member (third metal material)
3b Joining member (third metal material)
4a Optical semiconductor element 4b
Claims (3)
前記第一の金属材料が、Fe−Ni−Co系合金で、
前記第二の金属材料が、Pb元素、Te元素およびS元素が添加され、且つNi元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金で、
前記第三の金属材料が、Ni元素、Pb元素、Te元素およびS元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金、
であることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A base on which the semiconductor laser element made of the first metal material is placed or a sealing member for housing the semiconductor laser element and a bonding member made of the third metal material are joined, and light emitted from the semiconductor laser element is further guided. the lens holder comprising a second metal material for holding the lens, a semiconductor laser module is formed by bonding a bonding member made of a third metal material,
The first metal material is an Fe-Ni-Co alloy,
The second metal material is a ferritic stainless alloy in which Pb element, Te element and S element are added, and Ni element is in an unavoidable impurity concentration,
The third metal material is a ferritic stainless alloy in which Ni element, Pb element, Te element and S element are in unavoidable impurity concentrations,
A semiconductor laser module characterized by the above.
その接合面に、Ni元素、Pb元素、Te元素およびS元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなる接合部材を設け、前記ベース或いは封止部材と接合部材間および前記レンズホルダと接合部材間を溶融して接合することを特徴とする半導体レーザモジュールの接合方法。 A base on which a semiconductor laser element made of an Fe—Ni—Co-based alloy is mounted or a sealing member that houses the semiconductor laser element, a Pb element, a Te element, and an S element are added, and the Ni element has an inevitable impurity concentration − A joining method involving melting of an alloy with a lens holder that holds a lens that guides light emitted from the semiconductor laser element made of a ferritic stainless alloy,
A joining member made of a ferritic stainless alloy having inevitable impurity concentrations of Ni element, Pb element, Te element and S element is provided on the joining surface, and between the base or the sealing member and the joining member, and between the lens holder and the joining member. A method for joining semiconductor laser modules, comprising melting and joining the gaps.
Laser welding that holds a lens that guides light emitted from a semiconductor laser element, and on which a semiconductor laser element made of an Fe-Ni-Co alloy, which is a first metal material, is placed or a sealing member that houses a semiconductor laser element in a second Pb element is a metallic material to be joined, is added Te elements and S elements, and Ni element is a semiconductor laser module having a lens holder made of ferritic stainless steel alloy in the unavoidable impurities concentration, the A ferritic stainless steel alloy containing Ni element, Pb element, Te element and S element made of a third metal material containing inevitable impurity concentrations is provided as a joining member on the joining surface of the lens holder with the base or sealing member. A semiconductor laser module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006075694A JP4630209B2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006075694A JP4630209B2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007251067A JP2007251067A (en) | 2007-09-27 |
JP4630209B2 true JP4630209B2 (en) | 2011-02-09 |
Family
ID=38595004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006075694A Active JP4630209B2 (en) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4630209B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013205594A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Laser component and method for its production |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03237408A (en) * | 1990-02-14 | 1991-10-23 | Alps Electric Co Ltd | Production of optical device |
JPH09138329A (en) * | 1995-06-22 | 1997-05-27 | Hitachi Ltd | Optical semiconductor array module and its assembling method as well as packaging structure for external substrate |
JPH09197158A (en) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Hitachi Ltd | Optical semiconductor module |
WO2003056669A1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Wavelength monitor apparatus, optical module, and optical module assembling method |
JP2003215406A (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-30 | Kyocera Corp | Semiconductor laser module and its manufacturing method |
-
2006
- 2006-03-17 JP JP2006075694A patent/JP4630209B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03237408A (en) * | 1990-02-14 | 1991-10-23 | Alps Electric Co Ltd | Production of optical device |
JPH09138329A (en) * | 1995-06-22 | 1997-05-27 | Hitachi Ltd | Optical semiconductor array module and its assembling method as well as packaging structure for external substrate |
JPH09197158A (en) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Hitachi Ltd | Optical semiconductor module |
WO2003056669A1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Wavelength monitor apparatus, optical module, and optical module assembling method |
JP2003215406A (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-30 | Kyocera Corp | Semiconductor laser module and its manufacturing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007251067A (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101392060B1 (en) | Method for manufacturing spark plug | |
JP5436213B2 (en) | Method and apparatus for coupling optical elements to a frame | |
JP5124056B1 (en) | Laser bonding parts | |
US10076799B2 (en) | Joined body of dissimilar metals and method for producing joined body of dissimilar metals | |
US9223108B2 (en) | Optical module and manufacturing method thereof | |
JP5800778B2 (en) | Bonding method and semiconductor device manufacturing method | |
EP2554967A1 (en) | Pressure-sensitive device and method of welding joint of pressure-sensitive device | |
JP2007190574A (en) | Method of manufacturing aluminum-made heat exchanger | |
JP4630209B2 (en) | Semiconductor laser module and method for manufacturing semiconductor laser module | |
JP2016142193A (en) | Laser ignition plug, and method of manufacturing the same | |
JP2017058366A (en) | Temperature sensor | |
JP2010247200A (en) | Joining method for metal members | |
JPS616181A (en) | Method of soldering ceramic and metal aluminum | |
JP2005101073A (en) | Stem of semiconductor device package and cladding material therefor | |
JP2007214271A (en) | Substrate bonding method and semiconductor device | |
JP2002253486A (en) | Method of soldering optical member of endoscope and metallic frame, soldered structure and endoscope having this soldered structure | |
JP2003215406A (en) | Semiconductor laser module and its manufacturing method | |
JP3993083B2 (en) | Fiber collimator and manufacturing method thereof | |
JP2010008800A (en) | Optical component and optical device | |
JP2007032465A (en) | Lightweight engine valve superior in heat radiation | |
JP2006210138A (en) | Ceramic heater | |
JP2005165200A (en) | Optical device and its manufacturing method | |
JP3099795B2 (en) | Manufacturing method of coupling device for optical module | |
JPH01167706A (en) | Laser welding and assembling method for laser diode module | |
JP5419780B2 (en) | Ferrule for fixing optical fiber and optical fiber fixture using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100513 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100518 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100720 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20100720 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101102 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101112 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131119 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4630209 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131119 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |