JPH05275795A - 温度制御装置を具えた半導体レーザ装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は、温度制御装置を具えた半導体レー
ザ装置に関し、半導体レーザ素子の搭載された金属基板
がペルチエ効果素子による温度制御装置のセラミック基
板と面接合された状態で、温度変化によって湾曲変形す
ることによる該セラミック基板とペルチエ効果素子との
接合部が剥離することを防止する。 【構成】 半導体レーザ素子の搭載された金属基板と、
一対のセラミック基板２１，２２間に複数個のペルチエ
効果素子２０の両端が接合されてなる温度制御装置の該
セラミック基板２１とが面接合された半導体レーザ装置
において、上記セラミック基板２１，２２と上記ペルチ
エ効果素子２０とを接合している接合部の剥離防止手段
を具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度制御装置を具えた
半導体レーザ装置とその製造方法に関する。光通信分野
では、その信号源として半導体レーザ装置が用いられる
が、この半導体レーザ装置は使用状態でかなりの熱を発
生し、この熱のために周囲の温度にもよるが温度変化に
応じて温度が上昇し半導体レーザ装置自体を劣化するこ
とになるとともに発振波長が不安定となる。逆に周囲温
度が低温となる場合には、半導体レーザ装置が過冷却状
態となり同様に発振波長が不安定となることから加温し
てやることが必要となる。以上のような事態をおこさせ
ないために温度を所定の範囲、たとえば常温に維持する
ことが必要である。

【０００２】上記温度を一定とするために、ペルチエ効
果を利用した素子（ＴＥＣ／熱電素子）を用いた温度制
御装置に半導体レーザ素子を搭載し、これによって温度
制御を行う。このような温度制御装置はＰ形とＮ形の半
導体を並列させてこれらを直列に接続して電流を流すこ
とにより電流量に応じて一端の温度が低下し他端の温度
が上昇する。電流の方向を逆とすることにより、熱現象
は逆転する。

【０００３】このような温度制御装置を具えた半導体レ
ーザ装置の要部のみの側断面図を図７に示す。図７にお
いて、１は金属筐体であり、２は蓋である。蓋２の周囲
を金属筐体１とともにレーザビームを照射するなどの手
段により溶接し、内部を真空或いは窒素などの不活性ガ
スの充填状態にして密封させてある。

【０００４】内部にはペルチエ効果素子でなる温度制御
装置３が金属筐体１の内面に半田付けにより固定されて
いる。その上には金属基板４を介して半導体レーザ素子
（ＬＤ）５、レンズ組み立て体６、半導体レーザ素子５
の制御のためのＰＤ（フオトダイオード）７などが搭載
固定されている。符号８は透明窓であって、その外側の
レンズなどの光部品を内蔵させた光学部品によってＬＤ
の出射信号光を光フアイバ９に光結合させている。

【０００５】上記温度制御装置３は上下に一対のセラミ
ック基板を有し、その間に複数個のペルチエ効果素子が
接合固着されている。このセラミック基板の対向面には
ペルチエ効果素子に対応する部分がメタライズによる電
極面が形成されており、この面とペルチエ効果素子の端
面の同様にメタライズにより形成された電極面とが半田
付けによって接合固着されている。上記一対のセラミッ
ク基板の外面は全面メタライズ処理されていることによ
り、下面が金属筐体１の内面と半田付けされて固定さ
れ、かつ熱的にも金属筐体１と接続されている。

【０００６】上記金属基板４はその上に搭載される半導
体レーザ素子５のヒートシンクキャリア、レンズ組み立
て体６のベース、ＰＤ７のベースなどを位置決めしてこ
れらをレーザスポット溶接により正確な位置に固定させ
ることと、熱的な結合を温度制御装置３と行わせるため
に必要なものである。この金属基板４は温度制御装置３
のセラミック基板の上面のメタライズ面上に全面半田付
けにより接合固定される。

【０００７】

【従来の技術】上記の温度制御手段を具えた半導体レー
ザ装置の要部のみを図８の側面図に示す（ａ）図により
説明する。図８には理解を容易とするために便宜上図７
と同一の符号を付して示してある。

【０００８】まず各符号を参照して構成について述べる
と、１は金属筐体、３は温度制御装置、４は金属基板、
１０Ａ〜Ｆはペルチエ効果素子、１１は上側のセラミッ
ク基板、１２は下側のセラミック基板、１３はペルチエ
効果素子１０と上側のセラミック基板１１とを接合して
いる半田層、１４はペルチエ効果素子１０と下側のセラ
ミック基板１２とを接合している半田層、１５は上側の
セラミック基板１１と金属基板４とを接合している半田
層、１６は下側のセラミック基板１２と金属筐体１とを
接合している半田層、である。

【０００９】以上のような構成で各構成要素はすべて半
田によって接合固着されている。ペルチエ効果素子Ａ−
Ｂ，Ｃ−Ｄ，Ｅ−Ｆの上側はそれぞれ上側の電極同士が
電気的に接続されている。また、Ｂ−Ｃ，Ｄ−Ｆの下側
はそれぞれ下側の電極同士が接続されることにより、す
べて直列に接続されるからＡとＦの下端部に電源が接続
される。上記は１列であるが、勿論紙面と直交方向にも
並列に構成される。

【００１０】このように構成された温度制御装置３は、
この半導体レーザ装置が設けられる光通信装置の設置場
所が屋内の場合、周囲の環境温度が０°Ｃ〜６０°Ｃの
温度試験条件であったが、最近では通信装置の信頼度の
向上にともない、屋外に防水形の筐体を設置しこれに収
納して使用される要求がでてきた。そこでこのような要
求には新しく温度範囲が−４０°Ｃ〜１００°Ｃ程度と
いった広範囲な試験温度の条件に耐えることが求められ
るようになってきた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】温度制御装置３のセラ
ミック基板１１，１２は通常アルミナ系であり、金属基
板４の材料はステンレス鋼材かコバール（商品名）材が
使用される。この場合の金属基板としては、熱膨張係数
がコバール材よりも大きなステンレス鋼材を使用するよ
りも、セラミック基板と同様な熱膨張係数のコバール
（商品名）材の使用が好ましい。

【００１２】この理由はこの間の半田付け１５によって
半田の高温からの冷却固化にともなって一体化される。
さらに常温にまで冷却されるとセラミック基板よりも僅
かではあるが、コバール材の方が熱膨張係数が大きいの
で、その差分コバール材でなる金属基板４に熱歪みとし
ての内部応力が残留する。

【００１３】従来の０°〜６０°Ｃ程度の温度サイクル
試験では問題のなかったことが、新しい要求の−４０°
〜１００°Ｃ程度の温度サイクルの繰り返し試験の結
果、熱膨張係数の差によるバイメタル効果によって内部
残留応力によるセラミック基板１１と金属基板４との反
りが促進されて周辺側のペルチエ効果素子１０Ａとセラ
ミック基板１１との半田１３に接合力と追従性が失わ
れ、この部分の電気抵抗が増加し、（ｂ）図に示すよう
に遂には剥離されて破断するといった障害の発生するこ
とが判明した。（ｂ）図のＫ部分を拡大した（ｃ）図に
よく示される。

【００１４】電気的抵抗の増大は温度を所定の設定温度
に維持制御することが困難となることとなり、剥離破断
されると電流が流れなくなってもはや使用に耐えず、半
導体レーザ素子の破壊につながる。金属筐体は密封され
ていることから修理もままならない。

【００１５】金属基板の厚さを厚くして強度を大きくす
ればこのような障害の発生は抑えられると考えられる
が、温度制御の応答速度が損なわれるほか装置の小形化
が達成できなくなる問題があり、厚くすることはできな
い。

【００１６】本発明は、上記のこのような問題点を解決
することを発明の課題とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、半導体レーザ素子の搭載された
金属基板と、一対のセラミック基板に複数個のペルチエ
効果素子の両端が接合されてなる温度制御装置の該セラ
ミック基板とが面接合された半導体レーザ装置におい
て、上記セラミック基板と上記ペルチエ効果素子とを接
合している接合部の剥離防止手段を具えたことを特徴と
する温度制御手段を具えた半導体レーザ装置。

【００１８】前記接合部の剥離防止の第１の手段は、接
合部の半田厚さを０．２〜０．５ｍｍとしたことにあ
る。前記第１の手段の製造方法は、半導体レーザ素子の
搭載された金属基板と、一対のセラミック基板に複数個
のペルチエ効果素子の両端が接合されてなる温度制御装
置の該セラミック基板とが面接合された半導体レーザ装
置の製造方法において、上記一対のセラミック基板間に
上記ペルチエ効果素子の長さと両端面に接合用の半田厚
さを所定量確保するための厚さとを加えた幅を有する間
隔スペーサを介在させて該セラミック基板を圧接保持さ
せた状態で接合部を半田付け接合するようにしたことに
ある。

【００１９】前記接合部の剥離防止の第２の手段は、セ
ラミック基板に凹穴を設け、該凹穴内にペルチエ効果素
子の端部を挿入し凹穴の底面と周囲ならびにペルチエ効
果素子の端面と周囲とを半田接合するようにしたことに
ある。

【００２０】前記接合部の剥離防止の第３の手段は、複
数個のペルチエ素子の配置密度を中央部を疎とし、周辺
部を密としたことにある。前記接合部の剥離防止の第４
の手段は、一対のセラミック基板の周辺に該一対のセラ
ミック基板を連結する結合用の支柱である。

【００２１】前記第４の手段の製造方法は、 上記一対
のセラミック基板の周辺の対向間に該セラミック基板を
連結する支柱を介在させて連結固定するに際し、少なく
とも上記半導体レーザ装置の使用温度範囲の上限または
試験温度範囲の上限の温度以上で上記支柱の長さとペル
チエ効果素子の長さとが一致しかつ該支柱の熱膨張係数
がペルチエ効果素子の熱膨張係数よりも大なる材料に設
定たことにもとづき、半導体レーザ装置の使用温度範囲
または試験温度範囲内において一対のセラミック基板間
に連結方向の力が作用するようにしたことにある。

【００２２】前記接合部の剥離防止の第５の手段は、半
導体レーザ素子の搭載された金属基板の面接合されたセ
ラミック基板の裏面に接合された金属層である。前記接
合部の剥離防止の第６の手段は、セラミック基板の周辺
の厚さを中央部の厚さよりも厚くしたことにある。

【００２３】

【作用】接合部の剥離防止手段を具えたことにより、広
範囲な温度変動の条件に対しても半導体レーザ装置を十
分に異常なく所定の動作を長期にわたって信頼性よく動
作させることができる。

【００２４】接合部の剥離防止の第１の手段によれば、
接合部の半田量を厚くしたことにより、半田の塑性変形
を利用して変動に対応して応動することにある。上記第
１の手段の製造方法によれば、間隔スペーサによって所
定の必要量の半田厚さを正確に確保して製造することが
でき、品質、信頼性が向上する。

【００２５】接合部の剥離防止の第２の手段によれば、
ペルチエ効果素子の端面のみならず、これと連続した周
囲の半田付け面が確保されるから、半田付け部分の強度
が大幅に向上し変形を抑えることができる。

【００２６】接合部の剥離防止の第３の手段によれば、
ペルチエ効果素子の配置密度を周辺部に密としたことに
より、周辺部の半田付け強度が実質的に高くなり半田付
け強度が大幅に向上して変形を抑える。

【００２７】接合部の剥離防止の第４の手段によれば、
周辺の支柱によって一対のセラミック基板同士を強固に
結合連結したことにより、変形を積極的に抑える。上記
第４の手段の製造方法によれば、少なくとも半導体レー
ザ装置の使用温度範囲の上限または試験温度範囲の上限
の温度以上で支柱の長さとペルチエ効果素子の長さとが
一致し、かつ支柱の熱膨張係数の方が大なることにより
環境温度範囲では支柱の長さがより大きく収縮すること
から、一対のセラミック基板間を引き寄せることとな
り、剥離をなくすることができる。

【００２８】接合部の剥離防止の第５の手段によれば、
裏面に追加された金属層によって上面の金属基板による
変形を逆方向に抑えることになり変形を補償するように
して積極的に抑える。

【００２９】接合部の剥離防止の第６の手段によれば、
セラミック基板の厚さを周辺側で厚くしたことにより、
周辺部の剛性が大きくなりセラミック基板自体で変形を
抑えることができる。

【００３０】上記各接合部の剥離防止の手段は、独立し
て実施して十分な作用、効果が得られるものであるが、
これらを任意にあるいは意図的に複合して組み合わせ実
施することにより、さらに顕著な作用、効果を示す。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を上記構成手段
にもとずき、具体的かつ詳細に順次説明することとす
る。なお以下の全図を通じて金属筐体１、金属基板４に
ついては図８および図９と同様であって、これらを省略
して図示ならびに説明するがこれらは付加されており、
これらに関しての従来技術の問題点は含まれているもの
として理解されたい。

【００３２】図１の（ａ）図は本発明の第１の発明の実
施例の側面図である。図において符号２０Ａ〜Ｄはペル
チエ効果素子であり、２１は上側のセラミック基板、２
２は下側のセラミック基板、２３，２４はそれぞれ接合
用の半田、２５〜２９はセラミック基板に形成された電
極パターン、である。

【００３３】本実施例においては、ペルチエ効果素子２
０の長さＬに対して電極パターン２４〜２９間の対向間
隔（実際には電極パターンの厚さが実質的にきわめて薄
い場合セラミック基板２１と２２の対向間隔）Ｐとして
両半田層２３，２４を加えた間隔に維持して半田付けし
たものである。

【００３４】この半田層２１，２２の厚さは０．２〜
０．５ｍｍの範囲に設定される。この理由は、半田付け
層の厚さは一般には０．１ｍｍ程度が最も強度があると
されており、本発明ではあえてこの範囲を大幅に厚くし
たことにある。半田付けの強度は低下するものの、半田
の厚さにより基板の反りに対して半田層が塑性変形して
応動し破断、剥離に至ることを防止するからである。

【００３５】また、０．６ｍｍ以上にするとペルチエ効
果素子２０の位置が半田の溶融状態時に安定しないこと
から、上記範囲に設定するのが好ましいことである。塑
性変形に対応し易い半田としては、鉛に対して錫の量が
多い、いわゆる低温半田たとえば融点が１８３°Ｃなど
が適している。このようなことから、より低温のインジ
ューム系のものでもよい。

【００３６】上記第１の実施例に好適な製造方法を図１
の（ｂ）図で説明する。図は図１の間隔Ｐに相当する間
隔に電極パターン２５〜２９の厚さを両側に加えた間隔
Ｑの段部を設けた間隔スペーサＳを上下のセラミック基
板２１，２２の対向面の端部両側に挿入した状態でセラ
ミック基板２１，２２を上下から押圧して位置決めす
る。

【００３７】これに先立って、ペルチエ効果素子２０の
上下の端面と上下の電極パターン２５〜２９間に粉末状
半田とフラックスの混合されたクリーム状半田を十分な
量をそれぞれに介在させておき、全体を加熱し半田を溶
融させて冷却固化させ接合する。その後間隔スペーサＳ
を取り除く。

【００３８】上記間隔スペーサＳはセラミック基板２
１，２２の電極パターン２５〜２９の厚さがきわめて薄
い場合には間隔Ｑ＝Ｐとすることができる。ペルチエ効
果素子は比較的に軽量であるから、半田の溶融時の表面
張力で下側の溶融半田が押し潰されることなく浮きあげ
られた状態になり、半田層の厚さが０．２〜０．５ｍｍ
の範囲に得られる。

【００３９】図２は本発明の第２の発明の実施例の側断
面図である。図において符号３０Ａ〜Ｆはペルチエ効果
素子であり、３１は上側のセラミック基板、３２は下側
のセラミック基板３３，３４はそれぞれ接合用の半田、
３５，３６はセラミック基板に形成された電極層、３
７，３８は凹穴、３９はペルチエ効果素子３０の上下部
の端面ならびに側面周囲に形成された電極層、である。

【００４０】セラミック基板３１，３２に、ペルチエ効
果素子３０の配置される位置に対応させて凹穴３７，３
８をそれぞれに形成する。この凹穴３７，３８の直径は
ペルチエ効果素子３０に半田層３３，３４が確保される
に必要な大きさである。

【００４１】次いでこの凹穴３７，３８の底面と側面周
囲と２個一組として隣接されるものを接続する電極層３
５，３６を形成する。下側の両端の電極層は隣接するも
のがなく、リード線接続用のパターンが引き出されてい
る。

【００４２】一方、ペルチエ効果素子３０の両端面とこ
の端面に続けて端部周囲に電極層３９を形成させる。電
極層３５，３６の形成されたセラミック基板３１，３２
の凹穴３７，３８内に粉末状半田とフラックスの混合さ
れたクリーム状半田を充填するとともに、これを対向さ
せてクリーム状半田の充填された凹穴内にペルチエ効果
素子３０Ａ〜Ｆを所定の順序に配列挿入する。

【００４３】これを図示省略の適当な治具に保持させて
高温とし、半田を溶融させて冷却固化し治具から取り外
して図示状態を得る。本実施例によれば、ペルチエ効果
素子３０の両端の半田付け面積が端面のみならず、周囲
での接合がなされるので接合強度が大幅に増大し、反り
や変形および剥離の発生を抑圧することができる。

【００４４】図３は本発明の第３の発明の実施例の平面
視断面図である。図において符号４０は多数のペルチエ
効果素子。４１，４２は上側および下側のセラミック基
板であり、そのいずれかである。図３においては、セラ
ミック基板に形成される電極パターンは図示省略されて
いる。

【００４５】多数のペルチエ効果素子４０は最外周部の
四角の環状の素子群Ａと、中間部の四角の環状の素子群
Ｂと、中心部の一個の素子Ｃとの群に分類されている。
この素子群Ａについてみれば、環状方向の素子間隔は密
であり間隔が狭い。素子群Ｂについてみれば、同じく環
状方向の素子間隔は疎であり間隔は広い。素子群ＡとＢ
についてのＸ座標方向とＹ座標方向についてみても同様
である。この座標方向は素子Ｃについても広くなってい
る。

【００４６】以上のことを全体としてみればペルチエ効
果素子４０の配置密度は中央部方向が疎であり、周辺部
が密となっている。したがって、周辺部の上下のセラミ
ック基板４１，４２のペルチエ効果素子４０による接合
強度がきわめて大きく基板の反りや変形および剥離の発
生を抑圧することができる。上記間隔密度の変化は発生
する歪み量に比例させることであってもよい。

【００４７】図４は本発明の第４の発明の実施例であっ
て、（ａ）図は（ｂ）図のＷ−Ｗ断面の平面図であり、
（ｂ）図は側面図である。図において、符号５０Ａ〜Ｆ
はペルチエ効果素子であり、５１は上側のセラミック基
板、５２は下側のセラミック基板、５３はペルチエ効果
素子の接続用の電極パターン、５４はリード線、５５，
５６は支柱、５７は支柱接続のための半田付け用のパタ
ーン、である。

【００４８】上下のセラミック基板５１，５２の対向間
に複数のペルチエ効果素子５０が並列に配置され、セラ
ミック基板に形成された電極パターン５３に半田付け接
合されるとともに、一方のリード線５４と他方のリード
線５４に対してすべてのペルチエ効果素子４０が直列に
接続される。

【００４９】セラミック基板５１，５２の四隅に４本の
結合用の支柱５５が配置され、中央部に１本の結合用の
支柱が配置されて、上下のセラミック基板５１，５２に
形成された半田付け用パターン５７により、支柱の端面
が半田付け結合され基板５１，５２が連結固定されてい
る。

【００５０】支柱５５，５６の端面の半田付けされる面
はペルチエ効果素子５０の接合面と比較して、極めて広
い。したがって、この面による結合連結力は基板の反り
や変形および剥離の発生を十分に抑制することができ
る。

【００５１】本実施例に関しては、さらに以下のような
構成を採ることができる。すなわち使用される環境温度
の上限または試験環境温度の上限以上の温度の状態にお
いて、ペルチエ効果素子５０と支柱５５，５６の長さが
一致するように設定する。ただし、支柱５５，５６の熱
膨張係数をペルチエ効果素子５０の熱膨張係数よりも大
きな材料に選定することが望ましい。このようにしてこ
れら両者を半田付け固定することにより、半田が溶融状
態から固化して常温にまで降温するとペルチエ効果素子
５０よりも支柱５５，５６の長さの収縮が大きいため
に、セラミック基板５１，５２間を圧縮引き合うような
力が発生する。

【００５２】この結果、ペルチエ効果素子５５，５６を
圧縮することとなり、しかも使用温度範囲または試験温
度範囲内において、基板の反りや変形および基板とペル
チエ効果素子との半田接合間の剥離の発生を効果よく十
分に抑制することができる。

【００５３】さらには、支柱５５，５６の材料を熱伝導
率の低い材料、たとえばステンレス鋼材のようなものと
することにより、両基板５５，５６の低温度側と高温度
側との温度差にもとずく支柱を介しての熱の循環伝導を
防止することができる。支柱５５，５６の中間を図示の
ように細径としておくと、より熱の伝導を少なくするこ
とができる。

【００５４】図５は本発明の第５の発明の実施例であっ
て、（ａ）図は（ｂ）図のＸ−Ｘ断面の平面図であり、
（ｂ）図は側面図である。図において、符号６０Ａ〜Ｆ
はペルチエ効果素子であり、６１は上側のセラミック基
板、６２は下側のセラミック基板、６３はペルチエ効果
素子の接続用の電極パターン、６４，６５はリード線、
６６，６７は金属層、６８は金属層に形成された孔部
分、である。

【００５５】上下のセラミック基板６１，６２の対向間
に複数のペルチエ効果素子６０が並列に配置され、セラ
ミック基板に形成された電極パターン６３に半田付け接
合されるとともに、一方のリード線６４と他方のリード
線６５に対してすべてのペルチエ効果素子６０が直列に
接続される。

【００５６】セラミック基板６１，６２の裏面すなわち
対向する面に表面側の筐体または、および金属基板（図
７、図８）の材料の熱膨張係数と同等かそれよりも大な
る熱膨張係数を有する金属層を接合してなる。ここで金
属層の接合とは焼成によって形成されたものを含み、金
属板を半田付けなどにより形成することをいう。

【００５７】上記金属層６６，６７の孔部分６８は、ペ
ルチエ効果素子６０とセラミック基板６１，６２に形成
された電極パターン６３に金属層６６，６７が接触し、
電気的短絡を生じさせないために必要なものである。

【００５８】上記金属層６６，６７の接合は好ましくは
表面の筐体、金属基板の接合と同時に行うが、別工程で
あってもよい。この金属層６６，６７の接合により従来
の問題を補償するように逆方向のバイメタル効果を生じ
ることとなり、従来の問題が解消される。したがってセ
ラミック基板６１，６２の反りをなくすることができる
か、大幅に減少させることができ、ペルチエ効果素子６
０とセラミック基板６１，６２の電極との剥離などの障
害を抑制する。

【００５９】金属層６６，６７の材料としては、表面側
がたとえばコバール材であるとすると、これよりも熱膨
張係数の大きなステンレス鋼材とすることにより、相対
的に大きな熱歪みを生じさせるから厚さを薄いものとす
ることができる。このようなことから、それ以外の材料
と厚さを適宜選定することにより、所望の作用、効果を
設定することができる。

【００６０】図６は本発明の第６の発明の実施例であっ
て、（ａ）図は（ｂ）図のＹ−Ｙ断面の平面図であり、
（ｂ）図は（ａ）図のＺ−Ｚ断面の側面図である。図に
おいて、符号７０Ａ〜Ｆはペルチエ効果素子であり、７
１は上側のセラミック基板、７２は下側のセラミック基
板、７３，７４，７５はそれぞれセラミック基板の段部
分、である。

【００６１】上下のセラミック基板７１，７２の対向間
に複数のペルチエ効果素子７０が並列に配置され、セラ
ミック基板に形成された電極パターンに半田付け接合さ
れるとともに一方のリード線と他方のリード線（いずれ
も図示省略）に対してすべてのペルチエ効果素子７０が
直列に接続される。

【００６２】本実施例では（ｂ）図に示されるように、
中央部のペルチエ効果素子７０Ｃ，７０Ｄの接合される
部分のセラミック基板７１，７２の厚さを基準または薄
いものの段部分７３とすると、その外側のペルチエ効果
素子７０Ｂ，７０Ｅの接合される部分を７３部分よりも
厚い段部分７４とする。一番外側のペルチエ効果素子７
０Ａ，７０Ｆの接合される部分を最も厚い段部分７５と
している。

【００６３】これを（ａ）図で説明すると、７３部分は
方形をしており４個のペルチエ効果素子７０が接合され
ており、この外側の段部分７４は枠状であって四角の角
形内に１２個のペルチエ効果素子７０が接合されてい
る。一番外側の段部分７５は同様な枠状の大きな四角の
角形内に２０個のペルチエ効果素子７０が接合されてい
る。

【００６４】上記段部分によって形成されるセラミック
基板７１，７２は外側の段部分７４，７５が逐次厚い枠
状を形成していることから、これによる剛性が逐次高く
なり熱応力による歪みを少ないものとしている。したが
って従来の問題点を抑圧して歪みをなくするか、きわめ
て少ないものとすることができる。

【００６５】上記本発明はそれぞれに各実施例について
述べたが、本発明にあってはこれらの各態様について単
に単独に適用することに止まらず、任意の各態様を組み
合わせて実施できることを含んでいる。この場合には当
然に単独に適用することに対して相乗的なまたは、それ
以上の作用、効果が得られることはいうまでもないこと
である。

【００６６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、半導体レーザ素子の搭載された金属基板と、一対の
セラミック基板間に複数個のペルチエ効果素子の両端が
接合されてなる温度制御装置の該セラミック基板とが面
接合された半導体レーザ装置において、上記セラミック
基板と上記ペルチエ効果素子間を接合している接合部の
剥離防止手段を具えたことにより、セラミック基板とペ
ルチエ効果素子とを接合している部分での熱歪みによる
電極間の剥離障害などをなくすか、問題の無い状態とす
ることができる。

【００６７】第１の態様によれば、接合用の半田の厚さ
を厚くするのみでよいこから、格別複雑な構造とするこ
となく従来の製造となんらかわることなく製造すること
ができる。

【００６８】第１の態様の製造方法は、間隔スペーサを
適用することにより、所望の半田の厚さを規定すること
ができ信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができ
る。第２の態様によれば、凹部による半田付け面積が増
大し半田付け強度がきわめて大きく得られるので問題解
決に適している。

【００６９】第３の態様によれば、周辺部にペルチエ効
果素子を密に配置接合したことによりセラミック基板の
周辺部の接合強度が大きく、これによる熱歪みを抑える
ことができる。

【００７０】第４の態様によれば、セラミック基板の周
辺に接合力の大きな結合用の支柱を配置連結しているか
ら、セラミック基板の熱歪みを少ないものとする。第４
の態様の製造方法は、所定の温度範囲の上限以上で結合
用の支柱とペルチエ効果素子との長さが一致するように
設定して、接合冷却することにより支柱の収縮によって
セラミック基板がペルチエ効果素子を押し付けるように
作用し、このために剥離障害を積極的に抑圧する。

【００７１】第５の態様によれば、金属層によって従来
の熱歪みを中和するように補償することから、好適であ
る。第６の態様によれば、セラミック基板の剛性を高め
ることから、熱歪みの発生をなくするか、極めてすくな
いものとすることができる。

【００７２】上記各態様を意図的任意に組み合わせるこ
とにより、さらに相乗的な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の実施例の側面図。

【図２】本発明の第２の発明の実施例の側断面図。

【図３】本発明の第３の発明の実施例の平面視断面図。

【図４】本発明の第４の発明の実施例の（ｂ）図のＷ−
Ｗ断面の平面図（ａ）と、側面図（ｂ）。

【図５】本発明の第５の発明の実施例の（ｂ）図のＸ−
Ｘ断面の平面図（ａ）と、側面図（ｂ）。

【図６】本発明の第６の発明の実施例の部分断面の側面
図。

【図７】温度制御装置を具えた半導体レーザ装置の側断
面図。

【図８】従来の温度制御装置とその問題点を示す側面図
の、側面図（ａ）、問題点の生じた状態の側面図
（ｂ）、（ｂ）図のＫ部分の拡大図（ｃ）。

【符号の説明】

１ 金属筐体 ２ 蓋 ３ 温度制御装置 ４ 金属基板 ５ 半導体レーザ素子 ６ レンズ組み立て体 ７ ＰＤ ８ 透明窓 ９ 光フアイバ ２０，３０，４０，５０，６０，７０ ペルチエ効果
素子 ２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６
１，６２，７１，７２セラミック基板 ２３，２４ 半田層 ３７，３８ 凹穴 ３９ 側面の電極層 ５５，５６ 支柱 ６６，６７ 金属層 ７３，７４，７５ 枠状の段部分 Ｓ 間隔スペーサ

フロントページの続き (72)発明者 横井 小恵子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大矢 利夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子（５）の搭載された金
   属基板（４）と、一対のセラミック基板（２１）（２
   ２）間に複数個のペルチエ効果素子（２０）の両端が接
   合されてなる温度制御装置（３）の該セラミック基板
   （２１）とが面接合された半導体レーザ装置において、 上記セラミック基板（２１）（２２）と上記ペルチエ効
   果素子（２０）とを接合している接合部の剥離防止手段
   を具えたことを特徴とする温度制御手段を具えた半導体
   レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記接合部の剥離防止手段は接合部の半
   田（２３）（２４）厚さを０．２〜０．５ｍｍとしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の温度制御手段を具えた
   半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 半導体レーザ素子（５）の搭載された金
   属基板（４）と、一対のセラミック基板（２１）（２
   ２）間に複数個のペルチエ効果素子（２０）の両端が接
   合されてなる温度制御装置の該セラミック基板（２１）
   とが面接合された半導体レーザ装置の製造方法におい
   て、 上記一対のセラミック基板（２１）（２２）間に上記ペ
   ルチエ効果素子（２０）の長さと両端面に接合用の半田
   （２３）（２４）厚さを所定量確保するための厚さとを
   加えた幅を有する間隔スペーサ（Ｓ）を介在させて該セ
   ラミック基板（２１）（２２）を圧接保持させた状態で
   接合部を半田付け接合するようにしたことを特徴とする
   温度制御装置を具えた半導体レーザ装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記接合部の剥離防止手段はセラミック
   基板に凹穴（３７）（３８）を設け、該凹穴内にペルチ
   エ効果素子（３０）の端部を挿入し凹穴の底面と周囲な
   らびにペルチエ効果素子（３０）の端面と周囲（３９）
   とを接合するようにしたことを特徴とする請求項１に記
   載の温度制御手段を具えた半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記接合部の剥離防止手段は複数個のペ
   ルチエ素子（４０）の配置密度を中央部を疎とし、周辺
   部を密としたことを特徴とする請求項１に記載の温度制
   御手段を具えた半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記接合部の剥離防止手段は一対のセラ
   ミック基板（５１）（５２）の周辺に該一対のセラミッ
   ク基板を連結する結合用の支柱（５５）であることを特
   徴とする請求項１に記載の温度制御手段を具えた半導体
   レーザ装置。
7. 【請求項７】 半導体レーザ素子（５）の搭載された金
   属基板（４）と、一対のセラミック基板（５１）（５
   ２）間に複数個のペルチエ効果素子（５０）の両端が接
   合されてなる温度制御装置（３）の該セラミック基板
   （５１）とが面接合された半導体レーザ装置の製造方法
   において、 上記一対のセラミック基板（５１）（５２）の周辺の対
   向間に該セラミック基板（５１）（５２）を連結する支
   柱（５５）を介在させて連結固定するに際し、少なくと
   も上記半導体レーザ装置の使用温度範囲の上限または試
   験温度範囲の上限の温度以上で上記支柱（５５）の長さ
   とペルチエ効果素子（５０）の長さとが一致しかつ該支
   柱（５５）の熱膨張係数がペルチエ効果素子（５０）の
   熱膨張係数よりも大なる材料に設定したことにもとづ
   き、半導体レーザ装置の使用温度範囲または試験温度範
   囲内において一対のセラミック基板（５１）（５２）間
   に連結方向の力が作用するようにしたことを特徴とする
   温度制御装置を具えた半導体レーザ装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記接合部の剥離防止手段は半導体レー
   ザ素子（５）の搭載された金属基板（４）の面接合され
   たセラミック基板（６１）の裏面に接合された金属層
   （６６）（６７）であることを特徴とする請求項１に記
   載の温度制御手段を具えた半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 前記接合部の剥離防止手段はセラミック
   基板（７１）（７２）の周辺の厚さ（７４）（７５）を
   中央部の厚さ（７３）よりも厚くしたことを特徴とする
   請求項１に記載の温度制御手段を具えた半導体レーザ装
   置。