JP6042083B2 - 半導体レーザモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信用の信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として用いられる半導体レーザを有する半導体レーザモジュール及びその製造方法に関する。

半導体レーザは、光通信において信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として多く用いられている。このような用途で用いられる半導体レーザは、半導体レーザから出射されるレーザ光を光ファイバに光学的に結合させた半導体レーザモジュールとして使用される場合が多い。

従来の半導体レーザモジュールにおいては、鉄製のステムから延伸する保持ブロック上に、例えば窒化アルミ製のヒートシンクを介して半導体レーザが取り付け固定されている。このステムには円筒状のステンレス製のキャップが抵抗溶接により接合されている。これらステムとキャップにより形成される気密空間内に、上記半導体レーザ、ヒートシンク、及び保持ブロック等が収容されて、ＣＡＮパッケージが構成されている。

ＣＡＮパッケージのキャップには、半導体レーザから出射されるレーザ光を集光させるレンズが設けられている。このレンズを介して半導体レーザと光ファイバが光結合するように調整されている。

上記の半導体レーザモジュールに設置された半導体レーザの発振波長は、信号用光源用の１．３μｍ帯または１．５５μｍ帯、あるいは、励起用光源用の１．４８μｍ帯に含まれる。このような長波長レーザは、温度変化によって光出力や発振波長が変動しやすい。このため、従来の半導体レーザモジュールには、温度変化による光出力や発振波長の変動を抑えるために、半導体レーザを冷却する機能を備えたペルチェ素子が設けられていた。なお、ペルチェ素子は外部制御回路に接続されるようになっている。

しかしながら、近年は、低コストで製造可能な小型の半導体レーザモジュールの要求が高まっている。そこで、ペルチェ素子及びその外部制御回路を省略した半導体レーザモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された半導体レーザモジュールは、半導体レーザが収容されたＣＡＮパッケージと、ＣＡＮパッケージを取り付けるための貫通穴を有するベース部と、を備えている。ＣＡＮパッケージのステムは、ベース部の貫通穴と熱伝導可能に接触するようになっている。

上記の構成により、特許文献１に開示された半導体レーザモジュールは、ＣＡＮパッケージ内の半導体レーザから発生した熱を、ベース部を介して効率的に放熱することができるため、ペルチェ素子の省略を可能としている。

特開２００８−２９４２５９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された半導体レーザモジュールは、半導体レーザから発生した熱を効率的に放熱するものであるが、半導体レーザの周囲温度が変化した場合には、半導体発光素子の温度特性に従い光出力が変動してしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、ペルチェ素子などの温度調整素子を用いることなく、周囲温度の変化による光出力の変動を抑制することができる半導体レーザモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の半導体レーザモジュールは、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を支持固定するための固定部材と、前記半導体発光素子と前記固定部材との間に配置されるヒートシンクと、前記半導体発光素子から出射された光が入射する光ファイバと、を備える半導体レーザモジュールであって、前記固定部材の熱膨張係数は、前記ヒートシンクの熱膨張係数よりも大であり、前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって変形する所定の周囲温度において、前記半導体発光素子と前記光ファイバとが、当該半導体発光素子と当該光ファイバとの結合効率が所定値以上となる位置で固定されてなり、少なくとも前記所定の周囲温度以下で周囲温度の下降に応じて、前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって湾曲して変形することにより、前記半導体発光素子の光出射方向が変化して、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率が減少することで、前記半導体発光素子単体の温度特性に起因する前記半導体レーザモジュールからの光出力の変動を抑制することを特徴とする構成を有している。

この構成により、本発明の請求項１の半導体レーザモジュールは、固定部材とヒートシンクの間のバイメタル効果を利用することにより、周囲温度の下降に応じて半導体発光素子と光ファイバとの結合効率を低下させる。これにより、周囲温度の変化に応じて半導体発光素子単体の光出力が変動する状況において、ペルチェ素子などの温度調整素子を用いることなく、周囲温度の変化による光出力の変動を抑制することが可能となる。

また、本発明の請求項２の半導体レーザモジュールは、前記固定部材が銅または銅合金からなることを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項３の半導体レーザモジュールは、前記ヒートシンクが窒化アルミニウムまたはシリコンカーバイドからなることを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項４の半導体レーザモジュールの製造方法は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールの製造方法であって、前記固定部材を準備する段階と、前記固定部材上に、当該固定部材と熱膨張係数が異なる材質で構成された前記ヒートシンク及び前記半導体発光素子を載置する段階と、前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって変形する所定の周囲温度において、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率が所定値以上になるように、前記半導体発光素子に対して前記光ファイバを調芯する段階と、を含むことにより、前記固定部材と前記ヒートシンクの間のバイメタル効果によって湾曲して変形することにより、前記ヒートシンクを介して前記固定部材上に載置された前記半導体発光素子の光出射方向を変化させ、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率を少なくとも前記所定の周囲温度以下で周囲温度の下降に応じて減少させることで、前記半導体発光素子単体の温度特性に起因する前記半導体レーザモジュールからの光出力の変動を抑制することを特徴とする構成を有している。

また、本発明の請求項５の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記固定部材の延伸方向に沿った、前記ヒートシンクと前記固定部材の接合長さを調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項６の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記固定部材の幅及び厚さの少なくともいずれか一方を調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項７の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記ヒートシンクの幅及び厚さの少なくともいずれか一方を調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする構成を有していてもよい。

本発明は、固定部材とヒートシンクの間のバイメタル効果を利用することにより、ペルチェ素子などの温度調整素子を用いることなく、周囲温度の変化による光出力の変動を抑制することができる半導体レーザモジュール及びその製造方法を提供するものである。

第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を示す断面図及び背面図 第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの要部の構成を示す側断面図 第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの要部の構成を示す斜視図 半導体レーザ単体の光出力の駆動電流依存性を示すグラフ 半導体レーザと光ファイバの結合効率の周囲温度依存性を示すグラフ 半導体レーザモジュールの光出力の駆動電流依存性を示すグラフ 半導体レーザモジュールの光出力の周囲温度依存性を示すグラフ バイメタル効果によるヒートシンク及び保持ブロックの湾曲を示す説明図 半導体レーザと光ファイバの光結合部で発生する過剰損失を示すグラフ 接合長さが異なる半導体レーザモジュールの光出力と結合効率の周囲温度依存性を示すグラフ 第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側断面図

以下、本発明に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。

（第１の実施形態）
本発明に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、同軸型の半導体レーザモジュール１の構成を示す断面図及び背面図である。また、図２は半導体レーザモジュール１の要部の構成を示す側断面図である。また、図３は、半導体レーザモジュール１の要部の構成を示す斜視図である。

図１及び２に示すように、半導体レーザモジュール１は、底板２１に固定されて用いられるＣＡＮパッケージ９と、ＣＡＮパッケージ９から出射されたレーザ光が入射する光ファイバ１０と、を主に備える。

ＣＡＮパッケージ９は、３本のリード７が背面側に向けて突出している円盤状のステム８と、ステム８の正面側に固定された中空で円筒状のキャップ５と、によってその外形が形成される。図２に示すように、キャップ５の中には、半導体レーザ（半導体発光素子）３と、ステム８から延伸し、半導体レーザ３を支持固定するための保持ブロック（固定部材）１４と、半導体レーザ３と保持ブロック１４との間に配置されるヒートシンク１５と、半導体レーザ３から出射されるレーザ光を光ファイバ１０に結合させるレンズ６と、半導体レーザ３からのレーザ光を受光するフォトダイオード（不図示）と、が収められている。

保持ブロック１４とヒートシンク１５とは熱膨張係数が異なる材質で構成される。なお、図２はレンズ６が１枚のレンズからなる構成を示しているが、レンズ６は、２枚レンズ系の構成であってもよい。また、以降では、保持ブロック１４の延伸方向に沿った、ヒートシンク１５と保持ブロック１４の重なり部分の長さＬを接合長さと呼ぶ。

半導体レーザ３は、例えばＩｎＰ系の長波長帯の半導体レーザであり、その発振波長は、信号用光源用の１．３μｍ帯または１．５５μｍ帯、あるいは、励起用光源用の１．４８μｍ帯に含まれる。

ステム８は、放熱性の観点からは、熱伝導率が約１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料により構成されることが望ましく、具体的には、銅、銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、銅−タングステン−モリブデン合金等により構成される。なお、キャップ５とステム８の抵抗溶接の溶接性の観点から、ステム８は鉄により構成されるものであってもよい。

保持ブロック１４は、熱伝導性（放熱性）を考慮して、ステム８と同様に、銅、銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、銅−タングステン−モリブデン合金等の高熱伝導性材料により構成される。ここで、保持ブロック１４とステム８は、別個独立したものであってもよいが、製造工程の簡略化や放熱性の向上のために、例えば、成型等により一体部品として作製されることが望ましい。

ヒートシンク１５は、熱伝導率が大きく、熱膨張係数が半導体レーザ３を構成するＩｎＰの熱膨張係数に近い材質からなることが望ましく、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の材質からなる。また、ヒートシンク１５の熱膨張係数は保持ブロックの熱膨張係数よりも小である。

底板２１は、放熱性の高い材質であるアルミニウム合金または銅合金で構成されている。底板２１は、所定の厚みを有しており、その両側部には半導体レーザモジュール１を放熱板（不図示）に取り付けるための取り付け穴２２を有している。具体的には、半導体レーザモジュール１は放熱グリスを介して金属ブロック等の放熱板に取付けられる。そして、この放熱板が例えば測定装置の内部部品であるプリント基板に固定される（不図示）。このようにして、半導体レーザモジュール１は放熱部材に固定される。

また底板２１は、背面２１ａ側から正面２１ｂ側に向かって段階的に径が狭まる貫通穴２４を有している。貫通穴２４は、背面２１ａ側から大径部である第１の丸穴２４ａと第２の丸穴２４ｂ、小径部である第３の丸穴２４ｃでなり、第１の丸穴２４ａにはメスネジ２３が形成されている。第２の丸穴２４ｂと第３の丸穴２４ｃとの間では径が狭まっており、その断面形状（径）が変化する部分に境界部２４ｄが形成されている。

ＣＡＮパッケージ９は、貫通穴２４の内部に配置される。ＣＡＮパッケージ９のステム８の正面８ｃ（図２参照）は、第２の丸穴２４ｂと第３の丸穴２４ｃとの境界の境界部２４ｄに当接する。ステム８の側面８ｂと第２の丸穴２４ｂとは組立性を考慮し、所定の間隙２５を有して配置されている。そしてこの間隙２５には、放熱グリス（材質：シリコン）が充填されている。

第１の丸穴２４ａには、固定手段としてのストッパネジ２７が配置されている。ストッパネジ２７は底板２１と同様、放熱性の高い材質であるアルミニウム合金または銅合金で構成されている。ストッパネジ２７は中空の円筒形状でなり、その外周部にはオスネジ２８が形成されている。この中空部はＣＡＮパッケージ９のリード７を通すために設けられている。ストッパネジ２７の下面には、ストッパネジ２７を回転させて固定する際に用いる溝２９が形成されている。ストッパネジ２７の正面とステム８の背面８ａ（図２参照）とは当接している。

底板２１の正面２１ｂ側には、突出部３０が形成されている。突出部３０の外周とカバー１３の内周とは嵌合するようになっている。

半導体レーザモジュール１は、さらに、ＣＡＮパッケージ９のキャップ５と光ファイバ１０とを結ぶホルダ１１と、光ファイバ１０の先端部分に取り付けられた円筒状のフェルール１０ａをホルダ１１に固定するスリーブ１２と、ＣＡＮパッケージ９、光ファイバ１０、ホルダ１１、及びスリーブ１２を覆うカバー１３と、を備える。

ホルダ１１とスリーブ１２とは溶接により連結固定される。また、カバー１３は底板２１と溶接により連結固定される。また、フェルール１０ａは、接着剤によりスリーブ１２内に固定される。

底板２１、ＣＡＮパッケージ９のキャップ５、ホルダ１１、スリーブ１２、及びカバー１３は溶接で連結されるため、それぞれの材質は主にステンレスで構成されている。また、ステム８は鉄材料（ＳＰＣ：冷間圧延鋼板）で構成されている。なお、底板２１及びストッパネジ２７をアルミニウムで構成すると、放熱性が向上するため好ましい。

次に、上記のように構成された半導体レーザモジュール１における、半導体レーザ３と光ファイバ１０の結合効率について説明する。図４は、周囲温度が１０℃、２５℃、４０℃、５５℃、６５℃、及び７５℃の場合において、半導体レーザモジュール１に配置される前の半導体レーザ３単体が示す光出力の駆動電流依存性を表したグラフである。このグラフから、半導体レーザ３の駆動電流が一定の下では、周囲温度が上昇するほど、半導体レーザ３の光出力が減少することが分かる。これは、半導体レーザ３単体の光出力が周囲温度の変化により変動しやすいことを意味している。

本発明は、半導体レーザ３単体の温度特性に起因する光出力の変動を抑制するものであり、具体的には、所定の周囲温度以下で周囲温度が高くなるほど半導体レーザ３と光ファイバ１０の結合効率を上昇させる（言い換えれば、所定の周囲温度以下で周囲温度が低くなるほど結合効率を減少させる）ことにより、半導体レーザモジュール１の光出力を安定させるものである。

上記の目的を実現するための方法として、本発明では半導体レーザ３に対する光ファイバ１０の光軸調芯を、従来行われていた２５℃程度の温度よりも高温で行う。図５は、半導体レーザ３と光ファイバ１０の結合効率の周囲温度依存性を示すグラフである。黒丸及び白丸は、それぞれ周囲温度２５℃及び５５℃で、光ファイバ１０への半導体レーザ３からの入射光の強度が最大となる（即ち、結合効率が最大となる）ように光軸調芯が行われた場合の結合効率を示している。ここでは、例えば０℃〜８０℃を半導体レーザモジュール１の使用時の周囲温度の変動範囲として想定している。

周囲温度５５℃で光軸調芯が行われた場合には、周囲温度０℃〜５５℃の広い温度範囲で、周囲温度が低くなるほど結合効率が減少する。これに対し、従来の２５℃で光軸調芯が行われた場合には、周囲温度０℃〜２５℃の狭い温度範囲で、周囲温度が低くなるほど結合効率が減少するが、周囲温度２５℃〜８０℃の広い温度範囲で、周囲温度が高くなるほど結合効率が減少する。

このときの半導体レーザモジュールの光出力を図６及び７に示す。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ周囲温度２５℃及び５５℃で光軸調芯された半導体レーザモジュールの光出力の駆動電流依存性を示すグラフである。また、図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ周囲温度２５℃及び５５℃で光軸調芯された半導体レーザモジュールの光出力の周囲温度依存性を示すグラフである。

周囲温度２５℃で光軸調芯された半導体レーザモジュールの光出力は、半導体レーザ３単体の光出力の周囲温度依存性の特徴をほぼそのまま反映したものとなった。一方、周囲温度５５℃で光軸調芯された半導体レーザモジュールの光出力は、半導体レーザ３単体の光出力の周囲温度依存性を緩和したものとなった。

以上のことから、光出力の変動を抑制するという観点においては、想定される周囲温度の変動範囲（上記の例では０℃〜８０℃）の中心温度（上記の例では４０℃）よりも高い温度で光軸調芯を行うことが望ましい。

ここで、図５に示した結合効率の周囲温度依存性をもたらすバイメタル効果について説明する。バイメタル効果は、貼り合わせられた２枚の部材の熱膨張係数の違いにより、周囲温度が変化した場合に、熱膨張係数の小さい部材にもう一方の部材が引っ張られる現象である。この２枚の部材の湾曲の曲率半径Ｒは、それぞれの部材の熱膨張係数、ヤング率、及び断面二次モーメント（部材の幅及び厚さに依存）によって定まる。

本実施形態の半導体レーザモジュール１においては、ＩｎＰの熱膨張係数に近い材質からなるヒートシンク１５と、ヒートシンク１５よりも熱膨張係数の大きい保持ブロック１４との重なり部分に関して、図８に示すようにバイメタル効果による湾曲が生じる。図８（ａ）は保持ブロック１４とヒートシンク１５の接合長さＬ（図２参照）が比較的短い場合、図８（ｂ）は接合長さＬが比較的長い場合の湾曲の様子を示している。接合長さＬが異なっても湾曲の曲率半径Ｒは変わらないため、接合長さＬが長いほど、保持ブロック１４及びヒートシンク１５の光ファイバ１０側の端面におけるｚ方向への反り量δは大きくなる（δ１＜δ２）。

この反り量δに応じて、ヒートシンク１５を介して保持ブロック１４上に載置された半導体レーザ３の位置が変化する。これにより、半導体レーザ３の光出射方向が変化し、半導体レーザ３と光ファイバ１０との結合効率が変化する。

図９は、保持ブロック１４とヒートシンク１５の接合長さＬに応じて、半導体レーザ３と光ファイバ１０との光結合部で発生する過剰損失が変化する様子を示すグラフである。ここでは、保持ブロック１４の材質が銅、ヒートシンク１５の材質がＡｌＮの場合のデータを示している。縦軸は、半導体レーザモジュール１が周囲温度５５℃で光軸調芯された後、周囲温度が１０℃まで低下した場合の過剰損失を表している。図９より、光軸調芯時の周囲温度（５５℃）よりも低温（１０℃）では、接合長さＬを長くするほど過剰損失が増大し、半導体レーザモジュールの光出力が減少することが読み取れる。

図１０は、接合長さＬが異なる半導体レーザモジュールの光出力と結合効率の周囲温度依存性を示すグラフである。図１０（ａ）は接合長さＬが比較的短い場合、図１０（ｂ）は接合長さＬが比較的長い場合の光出力及び結合効率を示している。このグラフから、接合長さＬを長くするほど結合効率の周囲温度に対する変化量を大きく取れることが確認できる。つまり、使用する半導体レーザ３の温度依存性が強い場合には、接合長さＬを長めに調整し、半導体レーザ３の温度依存性が弱い場合には、接合長さＬを短めに調整すればよい。

なお、バイメタル効果による湾曲の曲率半径Ｒは、保持ブロック１４の幅ｗ１及び厚さｄ１（図３参照）の少なくともいずれか一方を調整することによって変化させることができる。同様に、ヒートシンク１５の幅ｗ２及び厚さｄ２の少なくともいずれか一方を調整することによっても曲率半径Ｒを変化させることができる。なお、ヒートシンク１５の厚さｄ２が極端に薄くなると、湾曲による歪の影響が半導体レーザ３へ及ぶため、この厚さｄ２は下限値が存在する。

次に、上記のように構成された半導体レーザモジュール１の製造方法について説明する。まず、銅または銅合金からなる保持ブロック１４を準備する。そして、この保持ブロック１４を例えば半田によってステム８と接合する。なお、保持ブロック１４は、成型等によりステム８と同時に一体的に作製されてもよい。

次に、保持ブロック１４上にヒートシンク１５を載置する。さらに、ヒートシンク１５上に半導体レーザ３を載置する。保持ブロック１４及びヒートシンク１５としては、既に述べたように、半導体レーザ３の温度依存性を緩和することが可能な熱膨張係数、ヤング率、長さ（接合長さ）、幅、及び厚さを有するものを用いる。

次に、保持ブロック１４、ヒートシンク１５、及び、半導体レーザ３を覆うように、抵抗溶接によりキャップ５をステム８に接合する。なお、キャップ５には、半導体レーザ３から出射されるレーザ光を集光させるレンズ６を形成する。

このようにして完成したＣＡＮパッケージ９に、ホルダ１１を溶接により固定する。そして、保持ブロック１４とヒートシンク１５とがバイメタル効果によって変形する所定の周囲温度において、半導体レーザ３と光ファイバ１０とを、半導体レーザ３と光ファイバ１０との結合効率が所定値以上となる位置で固定する。例えば、周囲温度を５５℃まで上げた後に、先端にフェルール１０ａが取り付けられた光ファイバ１０を半導体レーザ３に対して調芯し、半導体レーザ３と光ファイバ１０との結合効率が最大となるようにする。この状態で、ホルダ１１とスリーブ１２とフェルール１０ａとを溶接により固定する。

次に、ステム８の側面８ｂと第２の丸穴２４ｂとの間隙２５に放熱グリスを充填する。そして、ステム８の正面８ｃと底板２１の貫通穴２４内の境界部２４ｄとを当接する。そして、ストッパネジ２７を、底板２１の背面２１ａ側からステム８の背面８ａに接した状態で第１の丸穴２４ａに固定する。最後に、底板２１の突出部３０とカバー１３とを固定する。

このように、ＣＡＮパッケージ９は、ステム８の正面８ｃ及び背面８ａにて熱導電性の高い材質からなる底板２１及びストッパネジ２７に接しているので、ＣＡＮパッケージ９内の半導体レーザ３から発生した熱を、ヒートシンク１５及び保持ブロック１４を介して、ステム８の正面８ｃ及び背面８ａから効率的に放熱することができる。また、ステム８の側面８ｂと第２の丸穴２４ｂとの間隙２５には放熱グリスを充填させているので、間隙２５が存在することによる放熱性の悪化を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法は、保持ブロックとヒートシンクの間のバイメタル効果を利用することにより、周囲温度の下降に応じて半導体レーザと光ファイバとの結合効率を低下させる。これにより、周囲温度の変化に応じて半導体レーザ単体の光出力が変動する状況において、ペルチェ素子などの温度調整素子を用いることなく、周囲温度の変化による光出力の変動を抑制することが可能となる。

具体的には、保持ブロックとヒートシンクの接合長さ、保持ブロックの幅及び厚さの少なくともいずれか一方、あるいは、ヒートシンクの幅及び厚さの少なくともいずれか一方を調整することにより、半導体レーザと光ファイバとの結合効率を半導体レーザの温度依存性に合わせて調整することが可能である。

また、本実施形態に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法は、ペルチェ素子とその制御回路、あるいは、半導体レーザの駆動電流を制御して光出力を一定にするためのフィードバック回路を省略できるため、小型で低コストな半導体レーザモジュールを実現できる。

（第２の実施形態）
本発明に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。第１の実施形態では、半導体レーザモジュールとして同軸型を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば半導体レーザモジュールがバタフライ型であってもよい。

図１１は、半導体レーザ３を備えたバタフライ型の半導体レーザモジュール２の構成を示す側断面図である。半導体レーザモジュール２は、内部が中空の直方体状のパッケージ４０と、パッケージ４０から出射されたレーザ光が入射する光ファイバ４１と、を主に備える。

パッケージ４０の内部には、半導体レーザ３と、底板４２に固定されたステム４３と、ステム４３から延伸し、半導体レーザ３を支持固定するための保持ブロック（固定部材）４４と、半導体レーザ３と保持ブロック４４との間に配置されるヒートシンク４５と、半導体レーザ３から出射されるレーザ光を集光するレンズ４６と、半導体レーザ３からのレーザ光を受光するフォトダイオード（不図示）と、が格納されている。レンズ４６はレンズホルダ４７に保持されている。

保持ブロック４４は、底板４２との間に所定の間隙を有してなる。このため、第１の実施形態と同様に、バイメタル効果により保持ブロック４４及びヒートシンク４５が湾曲することとなる。

パッケージ４０の正面側の壁面には、半導体レーザ３から出射されるレーザ光を外部に導くための円形の出射口が形成されている。光ファイバ４１の先端部分に取り付けられた円筒状のフェルール４１ａが、スリーブ４８によってパッケージ４０の正面側の壁面に固定される。半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、レンズ４６を通ってパッケージ４０の正面側の壁面に達し、光ファイバ４１に入射する。

このように形成された本実施形態の半導体レーザモジュール２は、半導体レーザ３の温度依存性を緩和することが可能な熱膨張係数、ヤング率、長さ（接合長さ）、幅、及び厚さを有する保持ブロック１４及びヒートシンク１５を用いることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る半導体レーザモジュール及びその製造方法は、発振波長が１．３μｍ以上の長波長レーザ用の半導体レーザモジュール及びその製造方法として有用である。

１、２ 半導体レーザモジュール
３ 半導体レーザ（半導体発光素子）
５ キャップ
６、４６ レンズ
７ リード
８、４３ ステム
８ａ 背面
８ｂ 側面
８ｃ 正面
９ ＣＡＮパッケージ
１０、４１ 光ファイバ
１０ａ、４１ａ フェルール
１１ ホルダ
１２、４８ スリーブ
１３ カバー
１４、４４ 保持ブロック（固定部材）
１５、４５ ヒートシンク
２１ 底板
２１ａ 背面
２１ｂ 正面
２２ 取り付け穴
２３ メスネジ
２４ 貫通穴
２４ａ 第１の丸穴
２４ｂ 第２の丸穴
２４ｃ 第３の丸穴
２４ｄ 境界部
２５ 間隙
２７ ストッパネジ
２８ オスネジ
２９ 溝
３０ 突出部
４０ パッケージ
４２ 底板
４７ レンズホルダ

Claims (7)

1. 半導体発光素子（３）と、
   前記半導体発光素子を支持固定するための固定部材（１４、４４）と、
   前記半導体発光素子と前記固定部材との間に配置されるヒートシンク（１５、４５）と、
   前記半導体発光素子から出射された光が入射する光ファイバ（１０、４１）と、を備える半導体レーザモジュール（１、２）であって、
   前記固定部材の熱膨張係数は、前記ヒートシンクの熱膨張係数よりも大であり、
   前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって変形する所定の周囲温度において、前記半導体発光素子と前記光ファイバとが、当該半導体発光素子と当該光ファイバとの結合効率が所定値以上となる位置で固定されてなり、
   少なくとも前記所定の周囲温度以下で周囲温度の下降に応じて、前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって湾曲して変形することにより、前記半導体発光素子の光出射方向が変化して、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率が減少することで、前記半導体発光素子単体の温度特性に起因する前記半導体レーザモジュールからの光出力の変動を抑制することを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記固定部材が銅または銅合金からな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。
3. 前記ヒートシンクが窒化アルミニウムまたはシリコンカーバイドからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール（１、２）の製造方法であって、
   前記固定部材を準備する段階と、
   前記固定部材上に、当該固定部材と熱膨張係数が異なる材質で構成された前記ヒートシンク及び前記半導体発光素子を載置する段階と、
   前記固定部材と前記ヒートシンクとがバイメタル効果によって変形する所定の周囲温度において、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率が所定値以上になるように、前記半導体発光素子に対して前記光ファイバを調芯する段階と、を含むことにより、
   前記固定部材と前記ヒートシンクの間のバイメタル効果によって湾曲して変形することにより、前記ヒートシンクを介して前記固定部材上に載置された前記半導体発光素子の光出射方向を変化させ、前記半導体発光素子と前記光ファイバとの結合効率を少なくとも前記所定の周囲温度以下で周囲温度の下降に応じて減少させることで、前記半導体発光素子単体の温度特性に起因する前記半導体レーザモジュールからの光出力の変動を抑制することを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
5. 前記固定部材の延伸方向に沿った、前記ヒートシンクと前記固定部材の接合長さを調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
6. 前記固定部材の幅及び厚さの少なくともいずれか一方を調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
7. 前記ヒートシンクの幅及び厚さの少なくともいずれか一方を調整することにより、前記結合効率を調整することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。

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