JP4833440B2 - 半導体レーザーモジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野で用いられる半導体レーザーモジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５には半導体レーザーモジュールの一構造例が断面により模式的に示されている。この図５に示す半導体レーザーモジュール１は、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とを光学的に結合させてモジュール化したものである。
【０００３】
つまり、図５に示すように、箱形状のパッケージ４の底板４ａ上にはペルチェモジュール５が設けられている。このペルチェモジュール５は複数のペルチェ素子５ａが板部材５ｂ，５ｃによって挟み込まれた形態と成し、例えば、放熱側の板部材５ｂが上記パッケージ４の底板４ａに半田により固定されている。上記板部材５ｂ，５ｃは、アルミナやアルミナイトライド（窒化アルミ）等のセラミックス材料により構成されている。
【０００４】
上記ペルチェモジュール５の吸熱側の板部材５ｃ上には金属製のベース６が設けられ、このベース６の上部には基台７，８と第１レンズホルダー９が固定されている。上記基台８には半導体レーザー素子２が設けられると共に、該半導体レーザー素子２の温度を検出するサーミスタ１０が設けられている。また、上記基台７には上記半導体レーザー素子２の発光状態を監視するモニター用フォトダイオード１１が設けられている。さらに、上記第１レンズホルダー９は第１レンズ１２を保持している。
【０００５】
上記パッケージ４の周壁４ｂには上記半導体レーザー素子２に上記第１レンズ１２を介して対向する領域に開口部が設けられており、この開口端縁からパッケージ４の外側と内側のそれぞれに向けて筒壁部１３が突出形成されている。この筒壁部１３のパッケージ内側開口部には透光窓１４が設けられており、また、上記筒壁部１３のパッケージ外側開口部には第２レンズホルダー１５が嵌合挿入されている。この第２レンズホルダー１５の内部には第２レンズ１６が固定されている。
【０００６】
上記第２レンズホルダー１５のパッケージ外側部位にはスライドリング１７が取り付けられており、このスライドリング１７の内部にはフェルール１８が挿入され、該フェルール１８には光ファイバ３の先端側が挿通固定されている。
【０００７】
上記半導体レーザー素子２と第１レンズ１２と第２レンズ１６と光ファイバ３の先端とは半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とが良好な光結合状態となるように位置合わせが成された状態で固定されている。
【０００８】
また、上記パッケージ４の内部は気密封止されており、その封止されたパッケージ４の内部は乾燥した不活性ガスの雰囲気状態と成し、パッケージ４の内部に設けられた半導体レーザー素子２や電気回路が結露により故障するのを防止している。
【０００９】
図５に示す半導体レーザーモジュール１は上記のように構成されている。このような半導体レーザーモジュール１では、上記半導体レーザー素子２からレーザー光が放射されると、この放射されたレーザー光は前記第１レンズ１２と第２レンズ１６から成る結合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、光ファイバ３内を伝搬して所望の用途に使用される。
【００１０】
上記半導体レーザー素子２から放射されるレーザー光の強度および波長は半導体レーザー素子２自体の温度に応じて変動する。このため、上記レーザー光の強度および波長を一定に制御すべく、サーミスタ１０から出力される出力値に基づいて、半導体レーザー素子２の温度が一定となるようにペルチェモジュール５への通電量を制御して、半導体レーザー素子２の温度制御を行っている。この温度制御により、半導体レーザー素子２はほぼ一定の温度に保たれて、半導体レーザー素子２から放射されるレーザー光の強度および波長を一定にすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような半導体レーザーモジュール１はその下方側にヒートシンク（図示せず）が配設され、上記パッケージ４の内部の半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発せられた熱はパッケージ４の底板４ａを介して上記ヒートシンクに放熱される。この放熱の流れをスムーズに行わせるために、上記パッケージ４の底板４ａを金属により構成している。特に、その底板４ａは、上記ペルチェモジュール５との半田結合部の損傷防止を考慮してペルチェモジュール５の板部材５ｂと熱膨張率が近く、かつ、熱伝導率が大きい金属（例えばＣｕＷ合金）により、構成されることが多い。
【００１２】
また、上記パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃは多数種の金属のうち、熱伝導率が低い金属（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）により構成されている。それというのは次に示すような理由による。つまり、上記パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃは、パッケージ４の内部を気密封止するために、シーム溶接（抵抗溶接）等の溶接により接合される。また、上記周壁４ｂの筒壁部１３内に嵌合挿入される第２レンズホルダー１５はステンレスにより構成されており、この第２レンズホルダー１５と上記筒壁部１３は例えばＹＡＧ溶接により固定される。このように、パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃにはそれぞれ溶接される部位を有するため、溶接性を確保する観点から、上記の如く多数種の金属のうちの熱伝導率が低い金属により構成されている。
【００１３】
しかしながら、上記のように、パッケージ４を構成する底板４ａ、周壁４ｂ、蓋板４ｃの全てが金属材料により構成されているために、パッケージ４の材料コストが高く、これにより、半導体レーザーモジュール１の低コスト化を妨げているという問題があった。
【００１４】
そこで、パッケージ４の全体を樹脂により構成して、該パッケージ４の材料コストを下げることが考えられるが、そのようにパッケージ４全体を樹脂により形成すると、樹脂は金属に比べて格段に熱伝導率が劣ることから、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発生した熱をうまくパッケージ４の底板４ａを介してヒートシンクに放熱することができなくなる。
【００１５】
このように、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５の放熱性が悪化することにより、ペルチェモジュール５に大きな負荷がかかることとなり、ペルチェモジュール５での消費電力が増大してしまう。そのような半導体レーザーモジュール１は、実質的に、例えば７０℃以上というような高温環境下での使用ができない。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高温環境下で使用可能で、しかも、低コストの半導体レーザーモジュールの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、半導体レーザー素子が光ファイバの先端と光結合状態でパッケージ内に収容配置されている形態と成し、上記パッケージ内には上記半導体レーザー素子の温度を調整するペルチェモジュールが設けられている半導体レーザーモジュールにおいて、
上記パッケージは、底板とこの底板上に立設する周壁とを有する箱形状と成し、このパッケージの底板には上記ペルチェモジュールが固定されており、そのパッケージの底板は金属により構成され、周壁は樹脂によって構成され、かつ
パッケージの底板にはアンカーリブが上方側に向けて立設されており、パッケージの周壁には上記アンカーリブが埋設固定されており、
上記光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成しており、この内部モジュールはペルチェモジュールの上部に直接的に又はベースを介して間接的に配設されていることを特徴とする半導体レーザーモジュール；の製造方法であって、
上記内部モジュールは、ペルチェモジュールの上部側の板部材を加熱させる方向の電流を通電させて加熱しながら上記ペルチェモジュールの上部に半田付けを行うことを特徴として構成されている。
【００１８】
第２の発明は、上記第１の発明の構成を備え、上記アンカーリブには小孔が形成されており、上記パッケージの周壁の材料が上記アンカーリブの小孔に入り込んで硬化されていることを特徴として構成されている。
【００１９】
第３の発明は、上記第１の発明の構成において、上記パッケージの底板は金属に代えて上記パッケージの周壁と同体の樹脂で上記パッケージの周壁と一体的に連結形成して成り、該パッケージの底板には開口部が形成され、上記ペルチェモジュールはその底面が上記パッケージの開口部に入り込んで、ペルチェモジュールの底板がパッケージの底板の一部を兼用していることを特徴として構成されている。
【００２０】
第４の発明は、上記第３の発明の構成を備え、パッケージの開口部から露出しているペルチェモジュールの底面はパッケージの底面と略同一面に配置されていることを特徴とすることを特徴として構成されている。
【００２１】
第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれかひとつの発明の構成を備え、上記内部モジュールが封止されていることを特徴として構成されている。
【００２４】
上記構成の発明において、例えば、ペルチェモジュールが固定されるパッケージの底板を金属により構成し、パッケージの周壁は樹脂により構成する。これにより、ペルチェモジュールから発せられた熱を、熱伝導率が良い金属製の底板を介して外部に放熱することができ、半導体レーザーモジュールの放熱性劣化を防止することができる。その上、上記の如く、パッケージの周壁は金属よりも安価な樹脂により構成されるので、パッケージ全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージの材料コストを安価に抑制することができる。
【００２５】
また、パッケージの少なくとも底板と周壁を樹脂により構成し、そのパッケージの底板に開口部を設け、ペルチェモジュールはその底面を上記パッケージの開口部から露出させて設けられているものにあっては、ペルチェモジュールの熱を直接的に外部に放熱させることができ、より一層、半導体レーザーモジュールの放熱性を向上させることができる。さらに、パッケージの全体を金属よりも安価な樹脂により構成することで、パッケージの材料コストをより一層削減することができる。
【００２６】
このように、半導体レーザーモジュールの放熱性および温度特性の劣化を抑制しつつ、パッケージの材料コストを下げることが可能となり、半導体レーザーモジュールの低コスト化を促進させることができる。
【００２７】
さらに、光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成し、この内部モジュールがペルチェモジュールの上部に直接的にあるいはベースを介して間接的に配設されているものにあっては、半導体レーザーモジュールが高温環境下に置かれてパッケージの例えば樹脂製の周壁が熱膨張しても、半導体レーザー素子と光ファイバは光結合状態でモジュール化されているために、パッケージの周壁の熱膨張が半導体レーザー素子と光ファイバの高精度な調芯状態に悪影響を及ぼさず、これにより、温度変化に対して安定した半導体レーザーモジュールを提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１には第１実施形態例の半導体レーザーモジュールが断面図により模式的に示されている。なお、この第１実施形態例の説明において、前記従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３０】
この第１実施形態例において最も特徴的なことは、パッケージ４の底板４ａを金属により構成し、それ以外の周壁４ｂ、蓋板４ｃを樹脂により構成したことである。また、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端は光結合状態でモジュール化された内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４内に収容配置したことも特徴的なことである。
【００３１】
すなわち、この第１実施形態例では、パッケージ４は箱形状と成し、図２に示すような底板４ａを有している。この底板４ａは熱伝導率が良い例えばＣｕＷ等の金属により構成されており、この底板４ａの周縁部にはアンカーリブ２１が上方側に向けて立設されている。このような形状の底板４ａは、例えば金属粉末をＭＩＭ（Metal Injection Molding）によって成型して形成する手法や、金属板のプレス加工等の手法を利用して製造される。
【００３２】
このような底板４ａ上に周壁４ｂが立設されている。この第１実施形態例では、上記パッケージ４の周壁４ｂは樹脂により構成されている。例えば、その周壁４ｂを構成する樹脂材料としては、エポキシ系の熱硬化性樹脂（例えばＩＣの封止に汎用されているもの）や、フェノール系の熱硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる他に、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリエーテルイミドや、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）や、ポリカーボネイト（ＰＣ）や、ポリアミド等の熱可塑性樹脂（所謂、エンジニアリングプラスチック）等が挙げられる。また、上記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、ガラスフィラー又はガラスビーズを混入させてもよい。その混入割合を適宜に選択することによって、上記周壁４ｂの線膨張率を調整することが可能である。なお、上記ガラスビーズを使用する際には、平均粒径を３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
この第１実施形態例では、上記周壁４ｂには図１に示すように前記底板４ａのアンカーリブ２１が埋設されている。このような樹脂製の周壁４ｂは成型技術（例えば射出成形）により底板４ａ上に形作られている。つまり、周壁４ｂは成形と同時に底板４ａ上に組み込み固定されている。具体的には、周壁４ｂを熱硬化性の樹脂により構成する場合にはトランスファ成形によって形成され、また、周壁４ｂを熱可塑性樹脂により構成する場合にはインジェクション成形によって形成される。なお、金属製の底板４ａと樹脂製の周壁４ｂとの密着性および耐湿性を考慮した場合には、熱硬化性のエポキシ樹脂をトランスファ成形して周壁４ｂを形作ることが望ましい。
【００３４】
図２に示すように、この第１実施形態例では、上記底板４ａのアンカーリブ２１には小孔２２が複数形成されている。このために、上記周壁４ｂの成型時に溶融した樹脂材料が上記小孔２２の内部に入り込み、この状態で硬化する結果、上記小孔２２の内部に周壁４ｂの一部が嵌まった状態となり、周壁４ｂが底板４ａから抜けてしまうのを防止することができる。
【００３５】
図１に示すように、上記底板４ａにはペルチェモジュール５が半田により固定され、このペルチェモジュール５の上部にはベース６が例えば半田や、熱伝導が良い銀ペースト等の接着材料により固定され、そのベース６上には上記同様に熱伝導が良い接着材料によって内部モジュール２０が固定されている。
【００３６】
この第１実施形態例では、上記内部モジュール２０は同軸型レーザーモジュールである。該内部モジュール２０はステム２５を有し、このステム２５には半導体レーザー素子２が支持部２６を介して固定されている。また、このステム２５には上記半導体レーザー素子２を間隔を介して覆うキャップ２７が取り付けられている。このキャップ２７には筒状のレンズホルダー２８の一端側が例えばＹＡＧ溶接等により固定されている。そのレンズホルダー２８の内部には集光レンズ３０が固定されている。
【００３７】
さらに、上記レンズホルダー２８の他端側にはスライドリング３１が取り付けられ、このスライドリング３１にはフェルール３２の先端側が嵌合挿入されている。該フェルール３２には光ファイバ３の先端側が挿通固定されている。その光ファイバ３の先端が前記集光レンズ３０を介して半導体レーザー素子２と光結合するように、半導体レーザー素子２と集光レンズ３０と光ファイバ３の先端との位置合わせが成された状態で、上記ステム２５とキャップ２７とレンズホルダー２８とスライドリング３１とフェルール３２が固定されて一体化されている。
【００３８】
なお、図中の符号３３は前記ステム２５とキャップ２７により封止された空間内部の回路に導通接続するリード線を表している。また、上記内部モジュール２０の内部は乾燥した不活性ガス等の雰囲気状態と成している。さらに、上記内部モジュール２０には半導体レーザー素子２の発光状態を監視するフォトダイオードが、また、ベース６には半導体レーザー素子２の温度を検出するサーミスタがそれぞれ設けられているが、図１では、それらの図示が省略されている。
【００３９】
上記のような内部モジュール２０が、前記したようにペルチェモジュール５の上部に固定されている。上記内部モジュール２０をペルチェモジュール５上に半田により固定する際に、その半田付けによる加熱によってパッケージ４の周壁４ｂ等の樹脂製の部位が変形する虞を回避するために、ペルチェモジュール５の上部側の板部材５ｃを加熱させる方向の電流を通電させて上記板部材５ｃを加熱しながら半田付けを行う。これにより、パッケージ４が高温に加熱されるのを防止することができ、樹脂製の周壁４ｂ等の熱変形を回避することができる。
【００４０】
上記内部モジュール２０から引き出された光ファイバ３は前記周壁４ｂに形成された開口部から外部に導出されており、接着剤３４等によって上記開口部が塞がれると共に、光ファイバ３が固定されている。
【００４１】
上記ペルチェモジュール５とベース６と内部モジュール２０が設置された状態で、周壁４ｂの上方に蓋板４ｃが例えば接着剤により固定されてパッケージ４の内部が封止されている。
【００４２】
この第１実施形態例によれば、パッケージ４の底板４ａ以外の部分を金属よりも安価な樹脂によって構成したことから、パッケージ４全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージ４の材料コストを大幅に削減することができる。
【００４３】
その上、ペルチェモジュール５が当接するパッケージ４の底板４ａは金属により構成したので、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発生した熱を上記金属製の底板４ａを介して熱伝導良く外部に放熱することができる。これにより、上記の如く、パッケージ４の材料コストの削減を図りつつ、放熱性の悪化を防止することができる。これにより、高温環境下での使用が可能な半導体レーザーモジュール１を安価で提供することができる。
【００４４】
また、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは光結合状態でモジュール化されて内部モジュール２０を構成し、この内部モジュール２０がペルチェモジュール５の上部に配置される構成であるので、次に示すような問題を防止することができる。
【００４５】
その問題とは、半導体レーザー素子２と、第１レンズ１６と、光ファイバ３の先端部とはマイクロメートルレベルの位置精度で調芯固定されるが、例えば、図５に示すように半導体レーザー素子２と第１レンズ１２はパッケージ４の内部の金属製のベース６の上部に配置され、また、第２レンズ１６や光ファイバ３の先端は金属製の第２レンズホルダー１５やスライドリング１７によってパッケージ４の周壁４ｂに装着されている構造である場合に、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂により構成すると、樹脂と金属は熱膨張率が大きく異なることから、半導体レーザーモジュール１の周囲の環境温度が上昇した際に、半導体レーザー素子２と第１レンズ１２と第２レンズ１６と光ファイバ３の先端との位置ずれが生じて、光結合状態が悪くなり、光出力が著しく低下してしまうという問題発生の虞がある。
【００４６】
これに対して、この第１実施形態例では、上記の如く、光ファイバ３の先端は集光レンズ３０を介して半導体レーザー素子２と光結合した状態でモジュール化されて内部モジュール２０を構成し、この内部モジュール２０がベース６の上部に配設されていることから、環境温度変動が生じても上記のような位置ずれの問題を回避することができ、これにより、環境温度上昇に起因した光結合状態の悪化問題を確実に防止することができて、より一層確実に高温環境下で使用が可能な半導体レーザーモジュール１を提供することができる。
【００４７】
また、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂で形成した場合、図５に示す構造では、周壁４ｂとスライドリング１７とのＹＡＧ溶接による固定は困難である。このため、例えば、接着等のその他の固定手段によってスライドリング１７を周壁４ｂに固定すると、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２との安定した光結合状態を維持できない可能性がある。
【００４８】
これに対して、この第１実施形態例では、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２を光結合状態でモジュール化したので、周壁４ｂを樹脂により形成しても、固定手段によらずに、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２の安定した光結合状態を維持することができることとなる。
【００４９】
さらに、パッケージ４に樹脂を用いた場合には、その樹脂から発生するガスが半導体レーザー素子２の端面に付着することがある。これにより、半導体レーザー素子２の光出力低下等の問題を引き起こすことがある。これに対して、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２を内部モジュール２０の内部に収納したので、そのような問題を克服することができる。
【００５０】
この第１実施形態例に示した構成は、特に、大きな熱を発する１４８０nm帯のエルビウムドープファイバ増幅器の励起用の半導体レーザー素子２を備える場合に、有効である。
【００５１】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、前記第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００５２】
この第２実施形態例において特徴的なことは、パッケージ４の全体が樹脂により構成されており、パッケージ４の底部（底板）には、図３に示すように、穴部３６が形成され、その穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させる構成としたことである。それ以外の構成は前記第１実施形態例とほぼ同様である。
【００５３】
上記したように、この第２実施形態例では、パッケージ４の全体が樹脂により構成されている。このパッケージ４を構成する樹脂材料は、前記第１実施形態例で述べたような例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００５４】
この樹脂製のパッケージ４の底部には前記の如く穴部３６が設けられており、ペルチェモジュール５はその底面を上記穴部３６の開口部から露出させて設けられている。この第２実施形態例では、上記開口部から露出しているペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面とほぼ同一面と成している。これにより、半導体レーザーモジュール１の底面側にヒートシンクを配置させた際に、上記ペルチェモジュール５の底面を直接的にヒートシンクに当接させることが可能となっている。
【００５５】
この第２実施形態例では、図３に示すように、上記ペルチェモジュール５の下部側（放熱側）の板部材５ｂは上部側（吸熱側）の板部材５ｃよりも大きく形成されている。上記パッケージ４の底部の穴部３６はパッケージ外側から内側に向かうに従って段階的に（図示の例では２段階で）狭くなっており、その段部３８に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが係止して位置決めされ、上記の如くペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とがほぼ同一面に配置されている。
【００５６】
上記のように、ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂを吸熱側の板部材５ｃよりも大きくし、かつ、穴部３６の内部に段部３８を形成して上記板部材５ｂの位置決めを容易にする構造とすることにより、ペルチェモジュール５をパッケージ４の底部に位置決め・接着固定する作業が簡単となり、かつ、上記板部材５ｂによって穴部３６の開口部を確実に塞いでパッケージ４の内部を気密封止することができる。
【００５７】
また、上記のように、ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂの大きさを大きくすることによって、放熱性をさらに向上させることができる。
【００５８】
この第２実施形態例によれば、パッケージ４の全体を樹脂により構成したので、パッケージ４の材料コストをより一層安価にすることができ、半導体レーザーモジュール１の低コスト化をさらに促進させることが容易となる。しかも、パッケージ４の底部に穴部３６を設け、この穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させるので、ペルチェモジュール５の熱を直接的に外部に放熱させることができ、半導体レーザーモジュール１の放熱性を向上させることができる。
【００５９】
特に、この第２実施形態例では、ペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とをほぼ同一面としたので、ペルチェモジュール５の底面をヒートシンクに直接的に当接させることができ、ペルチェモジュール５の底面からヒートシンクに直接的に熱をより効率的に放出することができることとなり、ペルチェモジュール５の放熱性を飛躍的に向上させることができる。
【００６０】
また、この第２実施形態例では、上記のように、パッケージ４の底部に設けた穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させ、該ペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とをほぼ同一面としたので、パッケージ４の底部に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが埋設されている態様と成し、パッケージ４の底板の上に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが固定される場合に比べて、半導体レーザーモジュールの薄型化を図ることができる。
【００６１】
さらに、この第２実施形態例においても、第１実施形態例と同様に、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４の内部に収容配置される。このため、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂により構成しても、環境温度上昇に起因した光結合状態悪化の事態発生を確実に防止することができる。また、ＹＡＧ溶接困難に起因して光結合状態の安定化が難しくなることも防止することができる。さらに、周壁４ｂの樹脂から発生した揮発性ガスによって半導体レーザー素子２の端面が付着して半導体レーザー素子２の光出力が低下することも防止することができる。
【００６２】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。
【００６３】
また、上記第１実施形態例で、パッケージ４の蓋板４ｃは周壁４ｂと同様な樹脂、あるいはセラミックスにより構成され得るが、その蓋板４ｃは金属により構成してもよい。さらに、上記第２実施形態例では、パッケージ４の全体が樹脂により構成されていたが、パッケージ４の蓋板４ｃは金属により構成してもよい。
【００６４】
さらに、上記第１実施形態例では、アンカーリブ２１には周壁４ｂの抜け対策用の小孔２２が設けられていたが、底板４ａと周壁４ｂとの接着性が非常に良い材料の組み合わせである場合や、例えば、アンカーリブ２１の先端側を折り曲げて周壁４ｂが抜けるのを防止する等の他の抜け対策用の手段が講じられている場合や、アンカーリブ２１と周壁４ｂとの固定強度が十分に得られている場合等には、アンカーリブ２１に上記小孔２２を設けなくともよい。
【００６５】
さらに、上記各実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４の内部に収容配置されていたが、参考例として、内部モジュール２０の形態としなくともよい例を次に示す。
【００６６】
例えば、図４に示すように、光結合状態の光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２とが両方共にベース６上に固定されている構成としてもよい。つまり、この図４に示す例では、光ファイバ３の先端部は光ファイバ支持部材４０に挿通固定されており、この光ファイバ支持部材４０は固定部材４１によりベース６上に固定されている。また、ベース６上にはレンズ固定部材４２およびレーザ素子固定部材（チップキャリア）４３が固定配設されており、レーザ素子固定部材４３によって半導体レーザ素子２がベース６上に固定され、また、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２との間には、レンズ４４がレンズホルダー４５とレンズ固定部材４２を介してベース６上に固定されている。
【００６７】
なお、上記光ファイバ３の先端とレーザ素子２はレンズ４４を介して光結合する適切な位置でそれぞれ位置決め固定されている。また、光ファイバ３が挿通しているパッケージ４の貫通孔４７には図示されていない封止部材が設けられており、パッケージ４の内部は気密封止されている構成と成している。さらに、図４中の符号４６はヒートシンクを示している。
【００６８】
この図４に示す構成では、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２は両方共に、光結合状態でベース６上に固定されているので、パッケージ４の周壁４ｂが熱膨張しても、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２の光結合状態は損なわれず、高温環境下での使用に耐え得るものとなる。
【００６９】
この図４に示す例では、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２はレンズ４４を用いて光結合する構成であったが、例えば、光ファイバ３の先端部がレンズに加工されているレンズドファイバを用いて半導体レーザ素子２と光結合する構成としてもよい。この場合には、図４に示すレンズ４４を省略することができる。また、この場合にも、光ファイバ（レンズドファイバ）３の先端部と半導体レーザ素子２は両方共にベース６上に固定される。このため、図４に示す構成と同様に、パッケージ４の周壁４ｂが熱膨張しても、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２の光結合状態は損なわれず、高温環境下での使用に耐え得るものとなる。
【００７０】
なお、図４の例では、第１実施形態例に示したように、パッケージ４の底板４ａ上にペルチェモジュール５が固定されている構成であったが、もちろん、第２実施形態例の如く、パッケージ４の底部の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させる構成としてもよいものである。
【００７１】
さらに、上記第２実施形態例では、パッケージ４の底部の開口部から露出しているペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面と略同一面と成していたが、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底部の開口部から露出されていればよく、例えば、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面よりも突出した形態としてもよい。また、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面よりも引っ込んだ形態としてもよいが、ペルチェモジュール５とヒートシンクとの密着性を考慮すると、上記の如く、ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面と略同一面、あるいは、パッケージ４の底面よりも突出した形態である方が好ましい。
【００７２】
【発明の効果】
半導体レーザーモジュールのパッケージの底板にペルチェモジュールが固定され、その底板は金属により構成され、パッケージの周壁は樹脂により構成されている発明にあっては、パッケージの底板は金属によって構成するが、パッケージの周壁は金属よりも安価な樹脂により形成されることから、パッケージ全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージの材料コストを削減することができる。これにより、半導体レーザーモジュールの低コスト化を図ることが容易となる。
【００７３】
また、上記の如く、ペルチェモジュールが固定される底板は金属により構成されることから、ペルチェモジュールから発せられた熱は上記金属製の底板を介して熱伝導良く外部に放出することができて、半導体レーザーモジュールの放熱性の悪化を回避することができる。これにより、高温環境下での使用が可能となる。
【００７４】
上記のように、高温環境下での使用にも十分に耐え得る半導体レーザーモジュールを安価で提供することが可能となる。
【００７５】
パッケージの底板にはアンカーリブが立設されており、パッケージの周壁には上記アンカーリブが埋設されてパッケージの底板が周壁に一体的に固定形成されているものにあっては、パッケージの底板と周壁とが分離してしまうという破損発生を大幅に低減することができ、半導体レーザーモジュールの機械的な信頼性を高めることができる。
【００７７】
パッケージの底板と周壁が樹脂により構成され、パッケージの底板には開口部が設けられ、ペルチェモジュールはその底面を上記パッケージの開口部から露出させて設けられている発明にあっては、パッケージの底板と周壁を樹脂により構成したので、パッケージの材料コストをより一層削減することができ、半導体レーザーモジュールの低コスト化をより促進させることができる。
【００７８】
また、ペルチェモジュールの底面はパッケージの底部の開口部から露出しているので、ペルチェモジュールの熱は直接的に外部に放出されることとなり、放熱性を格段に向上させることができる。これにより、上記同様に、高温環境下で使用することが可能な半導体レーザーモジュールを安価で提供することができる。
【００７９】
さらに、上記パッケージの底板の開口部から露出しているペルチェモジュールの底面がパッケージの底面と略同一面と成しているものにあっては、パッケージの下方側に配設されるヒートシンクにペルチェモジュールの底面を直接的に当接させることができて、ペルチェモジュールから効率良く熱をヒートシンクに放出することができる。これにより、より一層放熱性を向上させることができる。
【００８０】
光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成しており、この内部モジュールがペルチェモジュールの上部に配設されている発明にあっては、環境温度変化に起因して光ファイバの先端と半導体レーザー素子との光結合状態が崩れるという問題発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態例の半導体レーザーモジュールを断面により示すモデル図である。
【図２】図１に示す半導体レーザーモジュールのパッケージの底板を模式的に示す説明図である。
【図３】第２実施形態例の半導体レーザーモジュールを断面により示すモデル図である。
【図４】 参考例を示す説明図である。
【図５】従来の半導体レーザーモジュールの一構造例を示すモデル図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザーモジュール
２ 半導体レーザー素子
３ 光ファイバ
４ パッケージ
４ａ 底板
４ｂ 周壁
５ ペルチェモジュール
６ ベース
２０ 内部モジュール
２１ アンカーリブ
３６ 穴部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野で用いられる半導体レーザーモジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５には半導体レーザーモジュールの一構造例が断面により模式的に示されている。この図５に示す半導体レーザーモジュール１は、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とを光学的に結合させてモジュール化したものである。
【０００３】
つまり、図５に示すように、箱形状のパッケージ４の底板４ａ上にはペルチェモジュール５が設けられている。このペルチェモジュール５は複数のペルチェ素子５ａが板部材５ｂ，５ｃによって挟み込まれた形態と成し、例えば、放熱側の板部材５ｂが上記パッケージ４の底板４ａに半田により固定されている。上記板部材５ｂ，５ｃは、アルミナやアルミナイトライド（窒化アルミ）等のセラミックス材料により構成されている。
【０００４】
上記ペルチェモジュール５の吸熱側の板部材５ｃ上には金属製のベース６が設けられ、このベース６の上部には基台７，８と第１レンズホルダー９が固定されている。上記基台８には半導体レーザー素子２が設けられると共に、該半導体レーザー素子２の温度を検出するサーミスタ１０が設けられている。また、上記基台７には上記半導体レーザー素子２の発光状態を監視するモニター用フォトダイオード１１が設けられている。さらに、上記第１レンズホルダー９は第１レンズ１２を保持している。
【０００５】
上記パッケージ４の周壁４ｂには上記半導体レーザー素子２に上記第１レンズ１２を介して対向する領域に開口部が設けられており、この開口端縁からパッケージ４の外側と内側のそれぞれに向けて筒壁部１３が突出形成されている。この筒壁部１３のパッケージ内側開口部には透光窓１４が設けられており、また、上記筒壁部１３のパッケージ外側開口部には第２レンズホルダー１５が嵌合挿入されている。この第２レンズホルダー１５の内部には第２レンズ１６が固定されている。
【０００６】
上記第２レンズホルダー１５のパッケージ外側部位にはスライドリング１７が取り付けられており、このスライドリング１７の内部にはフェルール１８が挿入され、該フェルール１８には光ファイバ３の先端側が挿通固定されている。
【０００７】
上記半導体レーザー素子２と第１レンズ１２と第２レンズ１６と光ファイバ３の先端とは半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とが良好な光結合状態となるように位置合わせが成された状態で固定されている。
【０００８】
また、上記パッケージ４の内部は気密封止されており、その封止されたパッケージ４の内部は乾燥した不活性ガスの雰囲気状態と成し、パッケージ４の内部に設けられた半導体レーザー素子２や電気回路が結露により故障するのを防止している。
【０００９】
図５に示す半導体レーザーモジュール１は上記のように構成されている。このような半導体レーザーモジュール１では、上記半導体レーザー素子２からレーザー光が放射されると、この放射されたレーザー光は前記第１レンズ１２と第２レンズ１６から成る結合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、光ファイバ３内を伝搬して所望の用途に使用される。
【００１０】
上記半導体レーザー素子２から放射されるレーザー光の強度および波長は半導体レーザー素子２自体の温度に応じて変動する。このため、上記レーザー光の強度および波長を一定に制御すべく、サーミスタ１０から出力される出力値に基づいて、半導体レーザー素子２の温度が一定となるようにペルチェモジュール５への通電量を制御して、半導体レーザー素子２の温度制御を行っている。この温度制御により、半導体レーザー素子２はほぼ一定の温度に保たれて、半導体レーザー素子２から放射されるレーザー光の強度および波長を一定にすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような半導体レーザーモジュール１はその下方側にヒートシンク（図示せず）が配設され、上記パッケージ４の内部の半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発せられた熱はパッケージ４の底板４ａを介して上記ヒートシンクに放熱される。この放熱の流れをスムーズに行わせるために、上記パッケージ４の底板４ａを金属により構成している。特に、その底板４ａは、上記ペルチェモジュール５との半田結合部の損傷防止を考慮してペルチェモジュール５の板部材５ｂと熱膨張率が近く、かつ、熱伝導率が大きい金属（例えばＣｕＷ合金）により、構成されることが多い。
【００１２】
また、上記パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃは多数種の金属のうち、熱伝導率が低い金属（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）により構成されている。それというのは次に示すような理由による。つまり、上記パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃは、パッケージ４の内部を気密封止するために、シーム溶接（抵抗溶接）等の溶接により接合される。また、上記周壁４ｂの筒壁部１３内に嵌合挿入される第２レンズホルダー１５はステンレスにより構成されており、この第２レンズホルダー１５と上記筒壁部１３は例えばＹＡＧ溶接により固定される。このように、パッケージ４の周壁４ｂと蓋板４ｃにはそれぞれ溶接される部位を有するため、溶接性を確保する観点から、上記の如く多数種の金属のうちの熱伝導率が低い金属により構成されている。
【００１３】
しかしながら、上記のように、パッケージ４を構成する底板４ａ、周壁４ｂ、蓋板４ｃの全てが金属材料により構成されているために、パッケージ４の材料コストが高く、これにより、半導体レーザーモジュール１の低コスト化を妨げているという問題があった。
【００１４】
そこで、パッケージ４の全体を樹脂により構成して、該パッケージ４の材料コストを下げることが考えられるが、そのようにパッケージ４全体を樹脂により形成すると、樹脂は金属に比べて格段に熱伝導率が劣ることから、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発生した熱をうまくパッケージ４の底板４ａを介してヒートシンクに放熱することができなくなる。
【００１５】
このように、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５の放熱性が悪化することにより、ペルチェモジュール５に大きな負荷がかかることとなり、ペルチェモジュール５での消費電力が増大してしまう。そのような半導体レーザーモジュール１は、実質的に、例えば７０℃以上というような高温環境下での使用ができない。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高温環境下で使用可能で、しかも、低コストの半導体レーザーモジュールの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、半導体レーザー素子が光ファイバの先端と光結合状態でパッケージ内に収容配置されている形態と成し、上記パッケージ内には上記半導体レーザー素子の温度を調整するペルチェモジュールが設けられている半導体レーザーモジュールにおいて、
上記パッケージは、底板とこの底板上に立設する周壁とを有する箱形状と成し、このパッケージの底板には上記ペルチェモジュールが固定されており、そのパッケージの底板は金属により構成され、周壁は樹脂によって構成され、かつ
パッケージの底板にはアンカーリブが上方側に向けて立設されており、パッケージの周壁には上記アンカーリブが埋設固定されており、
上記光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成しており、この内部モジュールはペルチェモジュールの上部に直接的に又はベースを介して間接的に配設されていることを特徴とする半導体レーザーモジュール；の製造方法であって、
上記内部モジュールは、ペルチェモジュールの上部側の板部材を加熱させる方向の電流を通電させて加熱しながら上記ペルチェモジュールの上部に半田付けを行うことを特徴として構成されている。
【００１８】
第２の発明は、上記第１の発明の構成を備え、上記アンカーリブには小孔が形成されており、上記パッケージの周壁の材料が上記アンカーリブの小孔に入り込んで硬化されていることを特徴として構成されている。
【００１９】
第３の発明は、上記第１の発明の構成において、上記パッケージの底板は金属に代えて上記パッケージの周壁と同体の樹脂で上記パッケージの周壁と一体的に連結形成して成り、該パッケージの底板には開口部が形成され、上記ペルチェモジュールはその底面が上記パッケージの開口部に入り込んで、ペルチェモジュールの底板がパッケージの底板の一部を兼用していることを特徴として構成されている。
【００２０】
第４の発明は、上記第３の発明の構成を備え、パッケージの開口部から露出しているペルチェモジュールの底面はパッケージの底面と略同一面に配置されていることを特徴とすることを特徴として構成されている。
【００２１】
第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれかひとつの発明の構成を備え、上記内部モジュールが封止されていることを特徴として構成されている。
【００２４】
上記構成の発明において、例えば、ペルチェモジュールが固定されるパッケージの底板を金属により構成し、パッケージの周壁は樹脂により構成する。これにより、ペルチェモジュールから発せられた熱を、熱伝導率が良い金属製の底板を介して外部に放熱することができ、半導体レーザーモジュールの放熱性劣化を防止することができる。その上、上記の如く、パッケージの周壁は金属よりも安価な樹脂により構成されるので、パッケージ全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージの材料コストを安価に抑制することができる。
【００２５】
また、パッケージの少なくとも底板と周壁を樹脂により構成し、そのパッケージの底板に開口部を設け、ペルチェモジュールはその底面を上記パッケージの開口部から露出させて設けられているものにあっては、ペルチェモジュールの熱を直接的に外部に放熱させることができ、より一層、半導体レーザーモジュールの放熱性を向上させることができる。さらに、パッケージの全体を金属よりも安価な樹脂により構成することで、パッケージの材料コストをより一層削減することができる。
【００２６】
このように、半導体レーザーモジュールの放熱性および温度特性の劣化を抑制しつつ、パッケージの材料コストを下げることが可能となり、半導体レーザーモジュールの低コスト化を促進させることができる。
【００２７】
さらに、光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成し、この内部モジュールがペルチェモジュールの上部に直接的にあるいはベースを介して間接的に配設されているものにあっては、半導体レーザーモジュールが高温環境下に置かれてパッケージの例えば樹脂製の周壁が熱膨張しても、半導体レーザー素子と光ファイバは光結合状態でモジュール化されているために、パッケージの周壁の熱膨張が半導体レーザー素子と光ファイバの高精度な調芯状態に悪影響を及ぼさず、これにより、温度変化に対して安定した半導体レーザーモジュールを提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１には第１実施形態例の半導体レーザーモジュールが断面図により模式的に示されている。なお、この第１実施形態例の説明において、前記従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３０】
この第１実施形態例において最も特徴的なことは、パッケージ４の底板４ａを金属により構成し、それ以外の周壁４ｂ、蓋板４ｃを樹脂により構成したことである。また、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端は光結合状態でモジュール化された内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４内に収容配置したことも特徴的なことである。
【００３１】
すなわち、この第１実施形態例では、パッケージ４は箱形状と成し、図２に示すような底板４ａを有している。この底板４ａは熱伝導率が良い例えばＣｕＷ等の金属により構成されており、この底板４ａの周縁部にはアンカーリブ２１が上方側に向けて立設されている。このような形状の底板４ａは、例えば金属粉末をＭＩＭ（Metal Injection Molding）によって成型して形成する手法や、金属板のプレス加工等の手法を利用して製造される。
【００３２】
このような底板４ａ上に周壁４ｂが立設されている。この第１実施形態例では、上記パッケージ４の周壁４ｂは樹脂により構成されている。例えば、その周壁４ｂを構成する樹脂材料としては、エポキシ系の熱硬化性樹脂（例えばＩＣの封止に汎用されているもの）や、フェノール系の熱硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる他に、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリエーテルイミドや、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）や、ポリカーボネイト（ＰＣ）や、ポリアミド等の熱可塑性樹脂（所謂、エンジニアリングプラスチック）等が挙げられる。また、上記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、ガラスフィラー又はガラスビーズを混入させてもよい。その混入割合を適宜に選択することによって、上記周壁４ｂの線膨張率を調整することが可能である。なお、上記ガラスビーズを使用する際には、平均粒径を３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
この第１実施形態例では、上記周壁４ｂには図１に示すように前記底板４ａのアンカーリブ２１が埋設されている。このような樹脂製の周壁４ｂは成型技術（例えば射出成形）により底板４ａ上に形作られている。つまり、周壁４ｂは成形と同時に底板４ａ上に組み込み固定されている。具体的には、周壁４ｂを熱硬化性の樹脂により構成する場合にはトランスファ成形によって形成され、また、周壁４ｂを熱可塑性樹脂により構成する場合にはインジェクション成形によって形成される。なお、金属製の底板４ａと樹脂製の周壁４ｂとの密着性および耐湿性を考慮した場合には、熱硬化性のエポキシ樹脂をトランスファ成形して周壁４ｂを形作ることが望ましい。
【００３４】
図２に示すように、この第１実施形態例では、上記底板４ａのアンカーリブ２１には小孔２２が複数形成されている。このために、上記周壁４ｂの成型時に溶融した樹脂材料が上記小孔２２の内部に入り込み、この状態で硬化する結果、上記小孔２２の内部に周壁４ｂの一部が嵌まった状態となり、周壁４ｂが底板４ａから抜けてしまうのを防止することができる。
【００３５】
図１に示すように、上記底板４ａにはペルチェモジュール５が半田により固定され、このペルチェモジュール５の上部にはベース６が例えば半田や、熱伝導が良い銀ペースト等の接着材料により固定され、そのベース６上には上記同様に熱伝導が良い接着材料によって内部モジュール２０が固定されている。
【００３６】
この第１実施形態例では、上記内部モジュール２０は同軸型レーザーモジュールである。該内部モジュール２０はステム２５を有し、このステム２５には半導体レーザー素子２が支持部２６を介して固定されている。また、このステム２５には上記半導体レーザー素子２を間隔を介して覆うキャップ２７が取り付けられている。このキャップ２７には筒状のレンズホルダー２８の一端側が例えばＹＡＧ溶接等により固定されている。そのレンズホルダー２８の内部には集光レンズ３０が固定されている。
【００３７】
さらに、上記レンズホルダー２８の他端側にはスライドリング３１が取り付けられ、このスライドリング３１にはフェルール３２の先端側が嵌合挿入されている。該フェルール３２には光ファイバ３の先端側が挿通固定されている。その光ファイバ３の先端が前記集光レンズ３０を介して半導体レーザー素子２と光結合するように、半導体レーザー素子２と集光レンズ３０と光ファイバ３の先端との位置合わせが成された状態で、上記ステム２５とキャップ２７とレンズホルダー２８とスライドリング３１とフェルール３２が固定されて一体化されている。
【００３８】
なお、図中の符号３３は前記ステム２５とキャップ２７により封止された空間内部の回路に導通接続するリード線を表している。また、上記内部モジュール２０の内部は乾燥した不活性ガス等の雰囲気状態と成している。さらに、上記内部モジュール２０には半導体レーザー素子２の発光状態を監視するフォトダイオードが、また、ベース６には半導体レーザー素子２の温度を検出するサーミスタがそれぞれ設けられているが、図１では、それらの図示が省略されている。
【００３９】
上記のような内部モジュール２０が、前記したようにペルチェモジュール５の上部に固定されている。上記内部モジュール２０をペルチェモジュール５上に半田により固定する際に、その半田付けによる加熱によってパッケージ４の周壁４ｂ等の樹脂製の部位が変形する虞を回避するために、ペルチェモジュール５の上部側の板部材５ｃを加熱させる方向の電流を通電させて上記板部材５ｃを加熱しながら半田付けを行う。これにより、パッケージ４が高温に加熱されるのを防止することができ、樹脂製の周壁４ｂ等の熱変形を回避することができる。
【００４０】
上記内部モジュール２０から引き出された光ファイバ３は前記周壁４ｂに形成された開口部から外部に導出されており、接着剤３４等によって上記開口部が塞がれると共に、光ファイバ３が固定されている。
【００４１】
上記ペルチェモジュール５とベース６と内部モジュール２０が設置された状態で、周壁４ｂの上方に蓋板４ｃが例えば接着剤により固定されてパッケージ４の内部が封止されている。
【００４２】
この第１実施形態例によれば、パッケージ４の底板４ａ以外の部分を金属よりも安価な樹脂によって構成したことから、パッケージ４全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージ４の材料コストを大幅に削減することができる。
【００４３】
その上、ペルチェモジュール５が当接するパッケージ４の底板４ａは金属により構成したので、半導体レーザー素子２やペルチェモジュール５から発生した熱を上記金属製の底板４ａを介して熱伝導良く外部に放熱することができる。これにより、上記の如く、パッケージ４の材料コストの削減を図りつつ、放熱性の悪化を防止することができる。これにより、高温環境下での使用が可能な半導体レーザーモジュール１を安価で提供することができる。
【００４４】
また、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは光結合状態でモジュール化されて内部モジュール２０を構成し、この内部モジュール２０がペルチェモジュール５の上部に配置される構成であるので、次に示すような問題を防止することができる。
【００４５】
その問題とは、半導体レーザー素子２と、第１レンズ１６と、光ファイバ３の先端部とはマイクロメートルレベルの位置精度で調芯固定されるが、例えば、図５に示すように半導体レーザー素子２と第１レンズ１２はパッケージ４の内部の金属製のベース６の上部に配置され、また、第２レンズ１６や光ファイバ３の先端は金属製の第２レンズホルダー１５やスライドリング１７によってパッケージ４の周壁４ｂに装着されている構造である場合に、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂により構成すると、樹脂と金属は熱膨張率が大きく異なることから、半導体レーザーモジュール１の周囲の環境温度が上昇した際に、半導体レーザー素子２と第１レンズ１２と第２レンズ１６と光ファイバ３の先端との位置ずれが生じて、光結合状態が悪くなり、光出力が著しく低下してしまうという問題発生の虞がある。
【００４６】
これに対して、この第１実施形態例では、上記の如く、光ファイバ３の先端は集光レンズ３０を介して半導体レーザー素子２と光結合した状態でモジュール化されて内部モジュール２０を構成し、この内部モジュール２０がベース６の上部に配設されていることから、環境温度変動が生じても上記のような位置ずれの問題を回避することができ、これにより、環境温度上昇に起因した光結合状態の悪化問題を確実に防止することができて、より一層確実に高温環境下で使用が可能な半導体レーザーモジュール１を提供することができる。
【００４７】
また、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂で形成した場合、図５に示す構造では、周壁４ｂとスライドリング１７とのＹＡＧ溶接による固定は困難である。このため、例えば、接着等のその他の固定手段によってスライドリング１７を周壁４ｂに固定すると、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２との安定した光結合状態を維持できない可能性がある。
【００４８】
これに対して、この第１実施形態例では、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２を光結合状態でモジュール化したので、周壁４ｂを樹脂により形成しても、固定手段によらずに、光ファイバ３の先端と半導体レーザー素子２の安定した光結合状態を維持することができることとなる。
【００４９】
さらに、パッケージ４に樹脂を用いた場合には、その樹脂から発生するガスが半導体レーザー素子２の端面に付着することがある。これにより、半導体レーザー素子２の光出力低下等の問題を引き起こすことがある。これに対して、この第１実施形態例では、半導体レーザー素子２を内部モジュール２０の内部に収納したので、そのような問題を克服することができる。
【００５０】
この第１実施形態例に示した構成は、特に、大きな熱を発する１４８０nm帯のエルビウムドープファイバ増幅器の励起用の半導体レーザー素子２を備える場合に、有効である。
【００５１】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、前記第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００５２】
この第２実施形態例において特徴的なことは、パッケージ４の全体が樹脂により構成されており、パッケージ４の底部（底板）には、図３に示すように、穴部３６が形成され、その穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させる構成としたことである。それ以外の構成は前記第１実施形態例とほぼ同様である。
【００５３】
上記したように、この第２実施形態例では、パッケージ４の全体が樹脂により構成されている。このパッケージ４を構成する樹脂材料は、前記第１実施形態例で述べたような例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００５４】
この樹脂製のパッケージ４の底部には前記の如く穴部３６が設けられており、ペルチェモジュール５はその底面を上記穴部３６の開口部から露出させて設けられている。この第２実施形態例では、上記開口部から露出しているペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面とほぼ同一面と成している。これにより、半導体レーザーモジュール１の底面側にヒートシンクを配置させた際に、上記ペルチェモジュール５の底面を直接的にヒートシンクに当接させることが可能となっている。
【００５５】
この第２実施形態例では、図３に示すように、上記ペルチェモジュール５の下部側（放熱側）の板部材５ｂは上部側（吸熱側）の板部材５ｃよりも大きく形成されている。上記パッケージ４の底部の穴部３６はパッケージ外側から内側に向かうに従って段階的に（図示の例では２段階で）狭くなっており、その段部３８に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが係止して位置決めされ、上記の如くペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とがほぼ同一面に配置されている。
【００５６】
上記のように、ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂを吸熱側の板部材５ｃよりも大きくし、かつ、穴部３６の内部に段部３８を形成して上記板部材５ｂの位置決めを容易にする構造とすることにより、ペルチェモジュール５をパッケージ４の底部に位置決め・接着固定する作業が簡単となり、かつ、上記板部材５ｂによって穴部３６の開口部を確実に塞いでパッケージ４の内部を気密封止することができる。
【００５７】
また、上記のように、ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂの大きさを大きくすることによって、放熱性をさらに向上させることができる。
【００５８】
この第２実施形態例によれば、パッケージ４の全体を樹脂により構成したので、パッケージ４の材料コストをより一層安価にすることができ、半導体レーザーモジュール１の低コスト化をさらに促進させることが容易となる。しかも、パッケージ４の底部に穴部３６を設け、この穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させるので、ペルチェモジュール５の熱を直接的に外部に放熱させることができ、半導体レーザーモジュール１の放熱性を向上させることができる。
【００５９】
特に、この第２実施形態例では、ペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とをほぼ同一面としたので、ペルチェモジュール５の底面をヒートシンクに直接的に当接させることができ、ペルチェモジュール５の底面からヒートシンクに直接的に熱をより効率的に放出することができることとなり、ペルチェモジュール５の放熱性を飛躍的に向上させることができる。
【００６０】
また、この第２実施形態例では、上記のように、パッケージ４の底部に設けた穴部３６の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させ、該ペルチェモジュール５の底面とパッケージ４の底面とをほぼ同一面としたので、パッケージ４の底部に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが埋設されている態様と成し、パッケージ４の底板の上に上記ペルチェモジュール５の放熱側の板部材５ｂが固定される場合に比べて、半導体レーザーモジュールの薄型化を図ることができる。
【００６１】
さらに、この第２実施形態例においても、第１実施形態例と同様に、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４の内部に収容配置される。このため、パッケージ４の周壁４ｂを樹脂により構成しても、環境温度上昇に起因した光結合状態悪化の事態発生を確実に防止することができる。また、ＹＡＧ溶接困難に起因して光結合状態の安定化が難しくなることも防止することができる。さらに、周壁４ｂの樹脂から発生した揮発性ガスによって半導体レーザー素子２の端面が付着して半導体レーザー素子２の光出力が低下することも防止することができる。
【００６２】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。
【００６３】
また、上記第１実施形態例で、パッケージ４の蓋板４ｃは周壁４ｂと同様な樹脂、あるいはセラミックスにより構成され得るが、その蓋板４ｃは金属により構成してもよい。さらに、上記第２実施形態例では、パッケージ４の全体が樹脂により構成されていたが、パッケージ４の蓋板４ｃは金属により構成してもよい。
【００６４】
さらに、上記第１実施形態例では、アンカーリブ２１には周壁４ｂの抜け対策用の小孔２２が設けられていたが、底板４ａと周壁４ｂとの接着性が非常に良い材料の組み合わせである場合や、例えば、アンカーリブ２１の先端側を折り曲げて周壁４ｂが抜けるのを防止する等の他の抜け対策用の手段が講じられている場合や、アンカーリブ２１と周壁４ｂとの固定強度が十分に得られている場合等には、アンカーリブ２１に上記小孔２２を設けなくともよい。
【００６５】
さらに、上記各実施形態例では、半導体レーザー素子２と光ファイバ３の先端とは内部モジュール２０の形態でもってパッケージ４の内部に収容配置されていたが、参考例として、内部モジュール２０の形態としなくともよい例を次に示す。
【００６６】
例えば、図４に示すように、光結合状態の光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２とが両方共にベース６上に固定されている構成としてもよい。つまり、この図４に示す例では、光ファイバ３の先端部は光ファイバ支持部材４０に挿通固定されており、この光ファイバ支持部材４０は固定部材４１によりベース６上に固定されている。また、ベース６上にはレンズ固定部材４２およびレーザ素子固定部材（チップキャリア）４３が固定配設されており、レーザ素子固定部材４３によって半導体レーザ素子２がベース６上に固定され、また、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２との間には、レンズ４４がレンズホルダー４５とレンズ固定部材４２を介してベース６上に固定されている。
【００６７】
なお、上記光ファイバ３の先端とレーザ素子２はレンズ４４を介して光結合する適切な位置でそれぞれ位置決め固定されている。また、光ファイバ３が挿通しているパッケージ４の貫通孔４７には図示されていない封止部材が設けられており、パッケージ４の内部は気密封止されている構成と成している。さらに、図４中の符号４６はヒートシンクを示している。
【００６８】
この図４に示す構成では、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２は両方共に、光結合状態でベース６上に固定されているので、パッケージ４の周壁４ｂが熱膨張しても、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２の光結合状態は損なわれず、高温環境下での使用に耐え得るものとなる。
【００６９】
この図４に示す例では、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２はレンズ４４を用いて光結合する構成であったが、例えば、光ファイバ３の先端部がレンズに加工されているレンズドファイバを用いて半導体レーザ素子２と光結合する構成としてもよい。この場合には、図４に示すレンズ４４を省略することができる。また、この場合にも、光ファイバ（レンズドファイバ）３の先端部と半導体レーザ素子２は両方共にベース６上に固定される。このため、図４に示す構成と同様に、パッケージ４の周壁４ｂが熱膨張しても、光ファイバ３の先端部と半導体レーザ素子２の光結合状態は損なわれず、高温環境下での使用に耐え得るものとなる。
【００７０】
なお、図４の例では、第１実施形態例に示したように、パッケージ４の底板４ａ上にペルチェモジュール５が固定されている構成であったが、もちろん、第２実施形態例の如く、パッケージ４の底部の開口部からペルチェモジュール５の底面を露出させる構成としてもよいものである。
【００７１】
さらに、上記第２実施形態例では、パッケージ４の底部の開口部から露出しているペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面と略同一面と成していたが、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底部の開口部から露出されていればよく、例えば、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面よりも突出した形態としてもよい。また、上記ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面よりも引っ込んだ形態としてもよいが、ペルチェモジュール５とヒートシンクとの密着性を考慮すると、上記の如く、ペルチェモジュール５の底面はパッケージ４の底面と略同一面、あるいは、パッケージ４の底面よりも突出した形態である方が好ましい。
【００７２】
【発明の効果】
半導体レーザーモジュールのパッケージの底板にペルチェモジュールが固定され、その底板は金属により構成され、パッケージの周壁は樹脂により構成されている発明にあっては、パッケージの底板は金属によって構成するが、パッケージの周壁は金属よりも安価な樹脂により形成されることから、パッケージ全体を金属によって構成する場合に比べて、パッケージの材料コストを削減することができる。これにより、半導体レーザーモジュールの低コスト化を図ることが容易となる。
【００７３】
また、上記の如く、ペルチェモジュールが固定される底板は金属により構成されることから、ペルチェモジュールから発せられた熱は上記金属製の底板を介して熱伝導良く外部に放出することができて、半導体レーザーモジュールの放熱性の悪化を回避することができる。これにより、高温環境下での使用が可能となる。
【００７４】
上記のように、高温環境下での使用にも十分に耐え得る半導体レーザーモジュールを安価で提供することが可能となる。
【００７５】
パッケージの底板にはアンカーリブが立設されており、パッケージの周壁には上記アンカーリブが埋設されてパッケージの底板が周壁に一体的に固定形成されているものにあっては、パッケージの底板と周壁とが分離してしまうという破損発生を大幅に低減することができ、半導体レーザーモジュールの機械的な信頼性を高めることができる。
【００７７】
パッケージの底板と周壁が樹脂により構成され、パッケージの底板には開口部が設けられ、ペルチェモジュールはその底面を上記パッケージの開口部から露出させて設けられている発明にあっては、パッケージの底板と周壁を樹脂により構成したので、パッケージの材料コストをより一層削減することができ、半導体レーザーモジュールの低コスト化をより促進させることができる。
【００７８】
また、ペルチェモジュールの底面はパッケージの底部の開口部から露出しているので、ペルチェモジュールの熱は直接的に外部に放出されることとなり、放熱性を格段に向上させることができる。これにより、上記同様に、高温環境下で使用することが可能な半導体レーザーモジュールを安価で提供することができる。
【００７９】
さらに、上記パッケージの底板の開口部から露出しているペルチェモジュールの底面がパッケージの底面と略同一面と成しているものにあっては、パッケージの下方側に配設されるヒートシンクにペルチェモジュールの底面を直接的に当接させることができて、ペルチェモジュールから効率良く熱をヒートシンクに放出することができる。これにより、より一層放熱性を向上させることができる。
【００８０】
光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成しており、この内部モジュールがペルチェモジュールの上部に配設されている発明にあっては、環境温度変化に起因して光ファイバの先端と半導体レーザー素子との光結合状態が崩れるという問題発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態例の半導体レーザーモジュールを断面により示すモデル図である。
【図２】図１に示す半導体レーザーモジュールのパッケージの底板を模式的に示す説明図である。
【図３】第２実施形態例の半導体レーザーモジュールを断面により示すモデル図である。
【図４】 参考例を示す説明図である。
【図５】従来の半導体レーザーモジュールの一構造例を示すモデル図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザーモジュール
２ 半導体レーザー素子
３ 光ファイバ
４ パッケージ
４ａ 底板
４ｂ 周壁
５ ペルチェモジュール
６ ベース
２０ 内部モジュール
２１ アンカーリブ
３６ 穴部
Claims (5)
- 半導体レーザー素子が光ファイバの先端と光結合状態でパッケージ内に収容配置されている形態と成し、上記パッケージ内には上記半導体レーザー素子の温度を調整するペルチェモジュールが設けられている半導体レーザーモジュールにおいて、
上記パッケージは、底板とこの底板上に立設する周壁とを有する箱形状と成し、このパッケージの底板には上記ペルチェモジュールが固定されており、そのパッケージの底板は金属により構成され、周壁は樹脂によって構成され、かつ
パッケージの底板にはアンカーリブが上方側に向けて立設されており、パッケージの周壁には上記アンカーリブが埋設固定されており、
上記光ファイバの先端と半導体レーザー素子は光結合状態でモジュール化されて内部モジュールを構成しており、この内部モジュールはペルチェモジュールの上部に直接的に又はベースを介して間接的に配設されていることを特徴とする半導体レーザーモジュール；の製造方法であって、
上記内部モジュールは、ペルチェモジュールの上部側の板部材を加熱させる方向の電流を通電させて加熱しながら上記ペルチェモジュールの上部に半田付けを行うことを特徴とする製造方法。 - 上記アンカーリブには小孔が形成されており、上記パッケージの周壁の材料が上記アンカーリブの小孔に入り込んで硬化されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
- 上記パッケージの底板は金属に代えて上記パッケージの周壁と同体の樹脂で上記パッケージの周壁と一体的に連結形成して成り、該パッケージの底板には開口部が形成され、上記ペルチェモジュールはその底面が上記パッケージの開口部に入り込んで、ペルチェモジュールの底板がパッケージの底板の一部を兼用していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
- パッケージの開口部から露出しているペルチェモジュールの底面はパッケージの底面と略同一面に配置されていることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザーモジュールの製造方法。
- 上記内部モジュールが封止されていることを特徴とする請求項１−４のいずれかひとつに記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
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