JPH0267782A - Package for semiconductor laser - Google Patents
Package for semiconductor laserInfo
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は半導体レーザチップを液体で直接冷却するた
めのパッケージに関し、特に出力数１００ｍｗ以上の高
出力レーザの冷却に適したパッケージに関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a package for directly cooling a semiconductor laser chip with liquid, and particularly to a package suitable for cooling a high-power laser with an output number of 100 mW or more. .
第２図は、例えば特許公報昭６３−２２４７７号公報に
示された、従来のフルオロカーボン系化合物などの液体
で冷却する半導体レーザ用パッケージの構成を模式的に
示す断面図、第３図及び第４図は第２図に示す半導体レ
ーザ用パッケージを回転させて設置角度を変えた場合を
示す模式断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional semiconductor laser package cooled with a liquid such as a fluorocarbon compound, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 63-22477, and FIGS. This figure is a schematic sectional view showing the case where the semiconductor laser package shown in FIG. 2 is rotated to change the installation angle.
図において、（１）は半導体レーザチップ（２）は透光
性ガラス、（３）は冷却用液体、（４）はパッケージ壁
、（９）は冷却用液体（３）の蒸気で満たされた空洞部
である。半導体レーザチップ（１）は、冷却用液体（３
）の中に浸漬されている。なお、図において半導体レー
ザ駆動用リード線などは省略されている。In the figure, (1) is the semiconductor laser chip (2) is transparent glass, (3) is the cooling liquid, (4) is the package wall, and (9) is filled with the vapor of the cooling liquid (3). It is a hollow part. The semiconductor laser chip (1) is cooled by a cooling liquid (3).
) is immersed in. Note that lead wires for driving the semiconductor laser and the like are omitted in the figure.
次に動作について説明する。半導体レーザチップ（１）
を高出力で動作させる場合、半導体レーザチップ（１）
の順方向接合電圧■と駆動電流Ｉｏｐの積で決まるジュ
ール熱が発生し、半導体レーザチップ（１）の温度上昇
をきたす。この温度上昇による光出力の低下を防ぐため
、一般に現在、量産化されている半導体レーザのチップ
は、放熱の良いヒートシンクに取り付けられ、このヒー
トシンクを介シた自然放熱により、冷却されていた。こ
れに対し、第２図に示す半導体レーザチップ（１）の冷
却方法においては、半導体レーザチップ（１）は、熱伝
導率の良いフロロカーボン系の冷却用液体（３）の中に
直接、浸漬されているため、半導体レーザチップ（１）
のヒートシンク（７）に接触していない部分からも放熱
可能となり、過大な温度上昇を抑えることができる。Next, the operation will be explained. Semiconductor laser chip (1)
When operating at high output, semiconductor laser chip (1)
Joule heat determined by the product of the forward junction voltage (2) and the drive current Iop is generated, causing a temperature rise in the semiconductor laser chip (1). In order to prevent a decrease in optical output due to this temperature rise, semiconductor laser chips currently in mass production are generally attached to a heat sink with good heat dissipation, and are cooled by natural heat dissipation via the heat sink. On the other hand, in the method for cooling the semiconductor laser chip (1) shown in FIG. 2, the semiconductor laser chip (1) is directly immersed in a fluorocarbon-based cooling liquid (3) with good thermal conductivity. Because of this, the semiconductor laser chip (1)
Heat can be radiated even from the portions that are not in contact with the heat sink (7), and excessive temperature rise can be suppressed.
したかって光出力の熱的飽和が抑えられ、高出力動作が
可能となると共に、長寿命が実現できるという利点があ
る。また、この冷却方式においては、沸点の低い例えは
３０°〜５０°Ｃのフルオロカーボン系液体を冷却用液
体（３）として用いることにより、半導体レーザチップ
（１）から、直接沸騰気化させることかでき、その気化
熱により一層効率の良い冷却が可能となる。このとき、
気化した冷却用液体（３）は、空洞部（９）にたまり、
ここで、再び液化する。Therefore, there are advantages in that thermal saturation of optical output is suppressed, high output operation is possible, and long life can be realized. In addition, in this cooling method, by using a fluorocarbon liquid with a low boiling point, for example, 30° to 50°C, as the cooling liquid (3), it is possible to boil and vaporize it directly from the semiconductor laser chip (1). The heat of vaporization enables more efficient cooling. At this time,
The vaporized cooling liquid (3) accumulates in the cavity (9),
Here, it liquefies again.
従来の半導体レーザチップを直接冷却用液体で冷却スる
ためのパッケージは以上のように構成すれているため、
第３図及び第４図に示すように、パッケージの水平面か
らの傾きによっては、レーザビームの出射方向に、冷却
用液体の液面が介在することがある。この場合レーザビ
ームは液面での屈折や、沸騰による気色の生成などによ
り、出射方向や強度等が大きく影響を受けるため、第２
図のような配置でしか、使用できないという制限があり
、実用上問題であった。また、これを避けるために、空
洞部を設けない方法が考えられるがフルオロカーボン系
化合物などの冷却用液体は、比較的、膨張係数が大きい
ため、温度上昇による冷却用液体の膨張により透光性ガ
ラスが割れるという問題があった。A conventional package for directly cooling a semiconductor laser chip with a cooling liquid is constructed as described above.
As shown in FIGS. 3 and 4, depending on the inclination of the package from the horizontal plane, there may be a surface of the cooling liquid in the laser beam emission direction. In this case, the laser beam's emission direction and intensity are greatly affected by refraction at the liquid surface and the generation of a faint color due to boiling, so the laser beam is
There was a restriction that it could only be used in the arrangement shown in the figure, which was a practical problem. In addition, to avoid this, it is possible to consider a method that does not provide a cavity, but since cooling liquids such as fluorocarbon compounds have a relatively large coefficient of expansion, the expansion of the cooling liquid due to temperature rise may cause the transparent glass to There was a problem with it breaking.
この発明は、上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、設置角度に制限がなく、冷却用液体により効
率良く冷却できる半導体レーザ用パッケージを得ること
を目的とする。The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor laser package that has no restrictions on the installation angle and can be efficiently cooled with a cooling liquid.
この発明に係る半導体レーザ用パッケージは、パッケー
ジ内に、空洞を設けないように冷却用液体を充満すると
ともに、パッケージの側面を蛇腹状としたものである。In the semiconductor laser package according to the present invention, the package is filled with a cooling liquid so as not to form a cavity, and the side surface of the package is shaped like a bellows.
この発明における、冷却用液体を充満したパッケージで
は、空洞部がないため、水平線に対しどのような角度で
パッケージを設置しても、レーザ光が液面でしょう乱さ
れることがなく、良質のレーザビームを取り出すことが
できる。また、パッケージの側面が蛇腹状キャップとな
っているので、蛇腹状キャップが伸縮可能となり、半導
体レーザチップの発熱により、冷却用液体が膨張しても
透光性ガラスが破壊することがない。The package filled with cooling liquid in this invention does not have a cavity, so no matter what angle the package is placed with respect to the horizontal line, the laser light will not be disturbed by the liquid surface and will produce high-quality laser light. A laser beam can be extracted. Furthermore, since the side surface of the package is a bellows-shaped cap, the bellows-like cap can be expanded and contracted, and even if the cooling liquid expands due to the heat generated by the semiconductor laser chip, the transparent glass will not be destroyed.
以下この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は半導体レーザ用パッケージの構成を模式的に示
す断面図である。図において、＜１）〜（３） 、 （
９）。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a semiconductor laser package. In the figure, <1) to (3), (
9).
（１０は第２図の従来例に示したものと同等であるので
説明を省略する。（５）はハーメチックシール型のステ
ム、（６）はサブマウント材、（７）は銀又は銅等のヒ
ートシンク、（８ａ） 、 （８ｂ） 、 （８ｃ）は
リード線、（６）はＡｕ線、（６）はコバール合金など
から成る蛇腹状キャップである。(10 is the same as that shown in the conventional example in Fig. 2, so the explanation will be omitted. (5) is a hermetically sealed stem, (6) is a submount material, and (7) is made of silver or copper, etc. The heat sink, (8a), (8b), and (8c) are lead wires, (6) is an Au wire, and (6) is a bellows-shaped cap made of Kovar alloy or the like.
冷却用液体（３）としてＣ６Ｆ１４ ＝ ｃ、 Ｆｉｇ
などのフロロカーボン系の化合物や、市販の他のフッ素
糸不活性液体ゞフロリナート／／ （商品名、住人ス
リー二ム社製）などを使用することができる。C6F14 = c as cooling liquid (3), Fig
It is possible to use fluorocarbon-based compounds such as fluorocarbon-based compounds, and other commercially available fluorinated inert liquids, such as Fluorinert// (trade name, manufactured by Susumu 3-nim Co., Ltd.).
冷却用液体（３）は、蛇腹状キャップ（２）内に、第２
図に示すような空洞部（９ンができないように完全に満
たされている。The cooling liquid (3) is contained in the second bellows-shaped cap (2).
The cavity is completely filled so that no cavities are formed as shown in the figure.
この実施例のように冷却用液体（３）を沸騰させずに用
いる場合には、冷却用液体（３）の沸点として例えば１
５０’Ｃ以上のものが適当である。When the cooling liquid (3) is used without being boiled as in this embodiment, the boiling point of the cooling liquid (3) is, for example, 1
A temperature of 50'C or higher is suitable.
次に動作について説明する。半導体レーザチップ（１）
を高出力動作させた場合、多量の熱が発生する。この熱
の一部は一般の半導体レーザ用パッケージと同様、サブ
マウント材（６）、ヒートシンク（７）及びステム（５
）を介し、空気中に放熱されるが、半導体レーザチップ
（１）及びヒートシンク（７）は、冷却用液体（３）に
接しているため、発生した熱の大部分は冷却用液体（３
）及び、蛇腹状キャップ（２）を介し、効率良く放熱さ
れる。このとき温度上昇により冷却用液体（３）は、熱
膨張するためパッケージ内の圧力は上昇する。しかし、
蛇腹状キャップ（６）が使用されているため、圧力に応
じ、レーザビームの出射方向αＱに蛇腹状キャップ（２
）の長さが伸縮し、内部の圧力は透光性ガラス（２ンが
割れる程、上昇することはない。すなわち、蛇腹状のキ
ャップ＠は、内部の圧力上昇を吸収する緩衝材的働きを
有しているため、第２図で示したような、空洞部（９）
をパッケージ内に設ける必要がない。したがって、この
発明による半導体レーザ用パッケージは、上記のように
出射方向α０を水平で使用するという設置角度の制限が
なくなる。また、蛇腹状キャップ□□□は表面積が大き
くなっているため、蛇腹状キャップ四を通した放熱が効
率良く行えるという別の効果もある。Next, the operation will be explained. Semiconductor laser chip (1)
When operated at high output, a large amount of heat is generated. A part of this heat is absorbed by the submount material (6), heat sink (7) and stem (5), as in a general semiconductor laser package.
), but since the semiconductor laser chip (1) and the heat sink (7) are in contact with the cooling liquid (3), most of the generated heat is radiated into the air through the cooling liquid (3).
) and the bellows-shaped cap (2), heat is efficiently radiated. At this time, the cooling liquid (3) thermally expands due to the temperature rise, and therefore the pressure inside the package increases. but,
Since the bellows-shaped cap (6) is used, depending on the pressure, the bellows-shaped cap (2)
) expands and contracts, and the internal pressure does not rise to the extent that the translucent glass (2) breaks.In other words, the bellows-shaped cap acts as a buffer to absorb the rise in internal pressure. Because it has a hollow part (9) as shown in Fig.
There is no need to provide it in the package. Therefore, the semiconductor laser package according to the present invention does not have the limitation on the installation angle that the emission direction α0 is horizontal as described above. Further, since the bellows-shaped cap □□□ has a large surface area, another effect is that heat can be efficiently radiated through the bellows-shaped cap 4.
なお、上記実施例では、ステム（５）に、ハーメチック
シール型ステムを用い、レーザ光の出射方向θＱに伸縮
可能な蛇腹状キャップ（２）を有し、先端に透光性ガラ
ス（２）を設けた場合について説明したが、ハーメチッ
クシール型以外のどのようなステムにも適用でき、また
、パッケージ壁全体を蛇腹状にする必要はなく、パッケ
ージ壁の一部分に蛇腹状の部分を形成しても良い。In the above embodiment, the stem (5) is a hermetically sealed stem, has a bellows-shaped cap (2) that can be expanded and contracted in the laser beam emission direction θQ, and has a translucent glass (2) at the tip. Although we have explained the case where the stem is provided with a bellows, it can be applied to any type of stem other than the hermetic seal type, and it is not necessary to make the entire package wall bellows-like. good.
以上のように、この発明によれば、半導体レーザ用パッ
ケージにおいて伸縮可能な蛇腹状キャップを用い、内部
に冷却用液体を充満したので、放熱が良く、また水平面
に対する設置角度の制限のない高出力半導体レーザ用の
パッケージが実現できるという効果がある。As described above, according to the present invention, an expandable bellows-shaped cap is used in a semiconductor laser package, and the inside is filled with cooling liquid, so that heat dissipation is good and the installation angle with respect to the horizontal surface is not limited. This has the effect that a package for a semiconductor laser can be realized.
第１図は、この発明の一実施例による半導体レーザ用パ
ッケージを示す断面図、第２図は、従来の半導体レーザ
用パッケージの構成を示す断面図、第３図及び第４図は
第２図に示す半導体レーザ用パッケージを回転させて設
置角度を変えた場合を示す断面図である。
図中、（１）は半導体レーザチップ、（２）は透光性ガ
ラス、（３）は冷却用液体、（５）はステム、（６）は
サブマウント材、（７）はヒートシンク、（ａａ） 、
（ｓｂ） 、 （８ｃ）はリード、Ｑ（１は出射方向
、ＣＩ刀はＡｕ線、（ロ）は蛇腹状キャップである。
なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
第１図
第２図
第３図
１、事件の表示
手
続
補
特願昭
正
書（自発）
号
２、発明の名称
半導体レーザ用パッケージ
５、 補正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄。
６、 補正の内容
（１）明細書の第５頁第１３行から第１４行に「（５）
はハーメチックシール型のステム、」とあるのｌ ｌ’
−（５）はハーメチックシール型のステム、」に訂正す
る。
以上
３、補正をする者
代表者
士
Ｉじ１
岐
守
哉
４、代
理
人FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser package according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser package, and FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a case where the semiconductor laser package shown in FIG. 1 is rotated to change the installation angle. In the figure, (1) is a semiconductor laser chip, (2) is transparent glass, (3) is a cooling liquid, (5) is a stem, (6) is a submount material, (7) is a heat sink, (aa ),
(sb) and (8c) are leads, Q (1 is the emission direction, CI sword is an Au wire, and (b) is a bellows-shaped cap. In the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 1, Patent Application for Supplementary Indication Procedures (Spontaneous) No. 2, Name of Invention Package for Semiconductor Laser 5, Detailed Description of the Invention in the Specification Subject to Amendment. 6. Contents of the amendment (1) From page 5, line 13 to line 14 of the specification, “(5)
is a hermetically sealed stem.''
- (5) is corrected to read, ``Hermetic seal type stem.'' Above 3, the person making the amendment is Representative Iji1, Kimoriya 4, Agent.
Claims (1)
用の透光性ガラスを少くとも含み、内部に冷却用液体を
充満したことを特徴とする半導体レーザ用パッケージ。A package for a semiconductor laser, characterized in that the package includes at least an expandable bellows-shaped metal cap and a transparent glass for extracting laser light, and the inside is filled with a cooling liquid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63221113A JPH0267782A (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Package for semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63221113A JPH0267782A (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Package for semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0267782A true JPH0267782A (en) | 1990-03-07 |
Family
ID=16761683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63221113A Pending JPH0267782A (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Package for semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0267782A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004526307A (en) * | 2001-01-31 | 2004-08-26 | ジェンテクス・コーポレーション | High power radiation emitter device and heat dissipation package for electronic components |
| JP2009176970A (en) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Yokogawa Electric Corp | Surface emitting laser |
| JP2016521918A (en) * | 2013-05-30 | 2016-07-25 | ソーラス テクノロジーズ リミテッドＳｏｌｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Method and apparatus for mounting a semiconductor disk laser (SDL) |
-
1988
- 1988-09-01 JP JP63221113A patent/JPH0267782A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004526307A (en) * | 2001-01-31 | 2004-08-26 | ジェンテクス・コーポレーション | High power radiation emitter device and heat dissipation package for electronic components |
| JP2009176970A (en) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Yokogawa Electric Corp | Surface emitting laser |
| JP2016521918A (en) * | 2013-05-30 | 2016-07-25 | ソーラス テクノロジーズ リミテッドＳｏｌｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Method and apparatus for mounting a semiconductor disk laser (SDL) |
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