JPH07140362A - 半導体レーザモジュール - Google Patents
半導体レーザモジュールInfo
- Publication number
- JPH07140362A JPH07140362A JP31130893A JP31130893A JPH07140362A JP H07140362 A JPH07140362 A JP H07140362A JP 31130893 A JP31130893 A JP 31130893A JP 31130893 A JP31130893 A JP 31130893A JP H07140362 A JPH07140362 A JP H07140362A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fused
- semiconductor laser
- substrate
- heat sink
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
度に制御したまま、50°C以上の高い環境温度の下
で、半導体レーザモジュールを高出力動作させるため
に、ペルチェ素子上部に搭載される部材の材質及び構造
を熱設計的に最適化する半導体レーザモジュールを提供
する。 【構成】 レーザダイオードチップ1を融着したヒート
シンク2が約270W/mK以上の熱伝導率を有する金
属またはセラミック材質てできた部分に取付けられ、か
つヒートシンク2を取付けた部分が、ペルチェ素子8上
部に取付けられた金属製基板6より突出させる。
Description
に関し、特にパッケージ内にペルチェ素子を有し半導体
レーザ素子の温度制御を行う半導体レーザモジュールに
関するものである。
信号を増幅させる度に電気/光変換を行っていたが、近
年光信号を直接増幅する光増幅器,特に希土類であるエ
ルビウムを添加させた光ファイバを用いた光ファイバ増
幅器(Eribium−Doped Faiber A
mplifier:EDFAと称す)が、幹線系,海底
ケーブル,光CATV等に採り入れられてきている。
めの光源として、大出力の半導体レーザモジュールが必
要であり、現在高温環境下でも動作する高出力半導体レ
ーザモジュールの開発・商品化が行われている。
0mW以上の高光出力を得るために、レーザダイオード
チップに0.5A程度の電流を注入するため、チップの
発熱が著しく、チップの温度を下げて制御するためのペ
ルチェ素子を内蔵している。
°Cに制御されるため、高い環境温度下で半導体レーザ
モジュールを動作せさるためには、大型で高性能のペル
チェ素子を用いてモジュール内部を冷却する必要があ
る。
ため、ペルチェ素子も限られた大きさのものしか使用で
きず、また、ペルチェ素子単体の冷却能力向上にも限界
があるため、高温環境下での高出力動作は困難なもので
あった。
内部構造概略図である。図5を参照すると、レーザダイ
オードチップ1は、熱伝導率の高い窒素化ボロン(B
N)や窒化アルミ(AlN)等のヒートシンク2に融着
され、ヒートシンク2は鉄等の金属製チップキャリア1
0に融着され、さらに、チップキャリア10は、レンズ
4のホルダも兼ねた鉄製あるいは50%鉄ニッケル製,
あるいはステンレス製の金属製基板6の上にAnSnソ
ルダを用いて融着される。
ップキャリア5が融着されており、更にファイバ7が光
学結合する位置にYAG溶接固定されてあり、この金属
製基板6が、パッケージ内放熱板上に融着されたペルチ
ェ素子8上に融着された構造となっている。
た熱は、ヒートシンク2,金属製チップキャリア10,
金属製基板6を経てペルチェ素子8にて吸熱され、パッ
ケージの放熱板(図示せず)から半導体レーザモジュー
ル外部へ放出される。
ほぼ同一の構造の半導体レーザモジュールが開示されて
おり、ヒートシンクをチップキャリアを介さずに直接ペ
ルチェ素子に固定された基板に取付けた構造が示されて
いる。
介した場合に、レーザダイオードチップとヒートシン
ク,ヒートシンクとチップキャリア,チップキャリアと
基板の順に夫々融着されるため、融着させるためのソル
ダの融点を順次低くしていかなくてはならないために、
信頼性の低いソルダを使わざるおえない状況が生じ、あ
る使用条件下で半田クリープによる光学結合劣化が生
じ、所要信頼度を確保できないため、開示された構造に
より、使用するソルダの種類を減らし、クリープを起こ
しにくいソルダのみの使用を実現するものである。
ザモジュールでは、図5に示す通り金属製チップキャリ
ア10と金属製基板6が、材質として熱伝導率が低く、
部材同士の接着部による熱抵抗の増加も相まって、レー
ザダイオードチップ1の温度が上昇するために、レーザ
ダイオードチップ1近傍を25°Cの温度に保ったま
ま、高い環境温度の下で半導体レーザモジュールを動作
させるためには、ペネチェ素子8に大電力が必要とな
り、ベルチェ素子8単体の冷却能力の限界から環境温度
50°C以上で動作させるのは困難であるという欠点が
ある。
ずに直接基板に取付けクリープを起こしにくいソルダを
使用しても、上述した欠点の解決には直接結びつかな
い。
目し、ペルチェ素子上部に搭載される部材の材質及び構
造を、熱設計的に最適化する半導体レーザモジュールを
提供することである。
ジュールは、半導体レーザ素子と、ペルチェ素子と、前
記ペルチェ素子上に設けられて前記半導体レーザ素子を
搭載するための基板とを有する半導体レーザモジュール
であって、前記半導体レーザ素子を融着したヒートシン
クと、前記基板上に設けられかつ前記ヒートシンクが取
付けられ略270W/mK以上の熱伝導率を有する部材
とを有することを特徴とする。
する。
レーザモジュールの内部構造概略図である。なお、図5
と同等部分は同一符号にて示している。
(AlN)のヒートシンク2に融着され、ヒートシンク
2はペルチェ素子8の上部に融着されたレンズ4のホル
ダも兼ねた金属製基板6から突出した同材質の基板突出
部3の上部に融着してある。
ップキャリア5が融着されており、更にファイバ7が光
学結合する位置にYAG溶接固定してある。
ているため、融着面は無くなり、熱抵抗は小さくなる。
ここで金属製基板6の材質には、30%銅タングステン
(熱伝導率約270W/mK)を選ぶ。
り、レーザダイオードチップ1の温度がどのように変化
するか、熱伝導解析プログラムを用いてシミュレーショ
ンを行ったところ、図3に示す結果が得られた。
ーションのグラフである。図3を参照すると、熱伝導率
が約300W/mK以上あれば、レーザダイオードチッ
プ1の温度上昇にほとんど差異のないことがわかる。
我300W/mKに比較的近いのは、30%銅タングス
テンであり、セラミック材料ではシリコンカーバイト
(SiC:270W/mK)である。
レーザモジュールの内部構造概略図である。図1と同等
部分は同一符号により示す。図2を参照すると、金属製
基板6と図1の突出部3のように一体化せず、レーザダ
イオードチップ1を融着したヒートシンク2を、熱伝導
率約270W/mK以上の金属またはセラミック製ブロ
ック9上に融着し、そのブロック9を熱伝導率の低い鉄
等の金属製基板6上に融着しており、その他の部分は図
1と同様の構造となっている。
が、金属またはセラミック製ブロック9,金属製基板6
の各場所でどのような温度勾配になるか、シミュレーシ
ョン解析したところ、金属またはセラミック製ブロック
9の熱伝導率の大小によって温度勾配はほぼ支配され、
金属製基板6の熱伝導率の影響は小さいことがわかっ
た。
6の材質は鉄でもよく、部材コストを低く抑えられる特
徴がある。
ーション結果を示す各部材の温度分布を表わす図であ
る。図4を参照すると、図2で示す構成の半導体レーザ
モジュールにおいて、金属またはセラミック製ブロック
9と金属製基板6の材質を、図5で示す従来例と同じ鉄
材と鉄材にした場合を示す曲線11に比較して、上記材
質を鉄と銅タングステンにした場合を示す曲線12と、
銅タングステンと鉄にした場合13について、レーザダ
イオードチップ1からペルチェ素子8に向かって温度勾
配がどうなるかをシミュレーションしている。
ら銅タングステンに変更した温度分布を示す曲線12
は、ヒートシンク2からブロック9の間の熱伝導効率を
約2°C改善しているものの、金属またはセラミック製
ブロック9のみを銅タングステンに変更した温度分布を
示す曲線13は約17°C改善していることから、金属
またはセラミック製ブロック9の熱伝導率の大小によっ
て熱伝導率の温度勾配がほぼ支配されることが証明され
た。
板6より大きくすることが、効果的であることがわか
る。そのために、基板6の材質は鉄でも良いために、部
材コストを低く抑えることができるのことになる。
プで融着したヒートシンクが約270W/mK以上の熱
伝導率を有する金属またはセラミック材質でできた部分
に取付けられることにより、より高温環境下で高出力動
作を得ることが可能であるという効果がある。
ュールの内部構造概略図である。
ュールの内部構造概略図である。
ラフである。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体レーザ素子と、ペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子上に設けられて前記半導体レーザ素子
を搭載するための基板とを有する半導体レーザモジュー
ルであって、前記半導体レーザ素子を融着したヒートシ
ンクと、前記基板上に設けられかつ前記ヒートシンクが
取付けられ略270W/mK以上の熱伝導率を有する部
材とを有することを特徴とする半導体レーザモジュー
ル。 - 【請求項2】 前記部材は前記基板上に突出して取付け
られていることを特徴とする請求項1記載の半導体レー
ザモジュール。 - 【請求項3】 前記部材は前記基板を一体形成されてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の半導体レー
ザモジュール。 - 【請求項4】 前記部材の熱伝導率が、前記基板より大
であることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザモ
ジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5311308A JP2880890B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5311308A JP2880890B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体レーザモジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07140362A true JPH07140362A (ja) | 1995-06-02 |
JP2880890B2 JP2880890B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=18015577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5311308A Expired - Fee Related JP2880890B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体レーザモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2880890B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08250796A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Nec Corp | ペルチエクーラおよび半導体レーザモジュール |
US6137815A (en) * | 1996-12-27 | 2000-10-24 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser |
US6647039B2 (en) | 2002-02-27 | 2003-11-11 | Jds Uniphase Corporation | Reconfigurable laser header |
US6773532B2 (en) | 2002-02-27 | 2004-08-10 | Jds Uniphase Corporation | Method for improving heat dissipation in optical transmitter |
US6859470B2 (en) | 2002-02-27 | 2005-02-22 | Jds Uniphase Corporation | Air trench that limits thermal coupling between laser and laser driver |
JP2013243206A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザモジュール |
US9337614B1 (en) | 2014-10-22 | 2016-05-10 | Trumpf Laser Gmbh | Cooling disk lasers |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6410686A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-13 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser module with electronic cooling element |
JPH03120884A (ja) * | 1989-10-04 | 1991-05-23 | Hitachi Ltd | 半導体レーザモジュール |
-
1993
- 1993-11-17 JP JP5311308A patent/JP2880890B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6410686A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-13 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser module with electronic cooling element |
JPH03120884A (ja) * | 1989-10-04 | 1991-05-23 | Hitachi Ltd | 半導体レーザモジュール |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08250796A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Nec Corp | ペルチエクーラおよび半導体レーザモジュール |
US6137815A (en) * | 1996-12-27 | 2000-10-24 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser |
US6647039B2 (en) | 2002-02-27 | 2003-11-11 | Jds Uniphase Corporation | Reconfigurable laser header |
US6773532B2 (en) | 2002-02-27 | 2004-08-10 | Jds Uniphase Corporation | Method for improving heat dissipation in optical transmitter |
US6859470B2 (en) | 2002-02-27 | 2005-02-22 | Jds Uniphase Corporation | Air trench that limits thermal coupling between laser and laser driver |
JP2013243206A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザモジュール |
US9337614B1 (en) | 2014-10-22 | 2016-05-10 | Trumpf Laser Gmbh | Cooling disk lasers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2880890B2 (ja) | 1999-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0858106B1 (en) | Optoelectronic element module with peltier device | |
US5845031A (en) | Optical module having an improved heat dissipation and reduced mechanical distortion | |
US6219364B1 (en) | Semiconductor laser module having improved metal substrate on peltier element | |
US6404042B1 (en) | Subcarrier and semiconductor device | |
US5706302A (en) | Temperature control type semiconductor laser device | |
KR100790072B1 (ko) | 녹색 광 모듈 | |
JP2880890B2 (ja) | 半導体レーザモジュール | |
JP2001358398A (ja) | 半導体レーザー素子ユニットおよび半導体レーザーモジュール | |
JP2000277843A (ja) | 半導体レーザモジュールとその製造方法 | |
CN111712975B (zh) | 光模块 | |
JP3149965B2 (ja) | 光半導体モジュ−ル | |
US20030231674A1 (en) | Laser diode | |
JP4064218B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2006269995A (ja) | 熱電変換モジュール及び電子デバイス | |
JP2000183438A (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 | |
JP2814987B2 (ja) | 半導体レーザモジュール | |
JP3246519B2 (ja) | 光半導体モジュール | |
JP2868353B2 (ja) | 光半導体モジュールの製造方法 | |
JP2008211025A (ja) | 電子モジュール | |
JP2002329920A (ja) | 光モジュール | |
JP2000349386A (ja) | 半導体レーザモジュール | |
JP2003188456A (ja) | 光電子装置 | |
JPH10190131A (ja) | 半導体レーザー | |
JPH0617260U (ja) | 気密封止ケース一体型ペルチェクーラー | |
JP2003309318A (ja) | 半導体レーザ装置の起動方法及び半導体レーザ装置を用いた光通信機器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080129 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090129 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100129 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110129 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110129 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110129 Year of fee payment: 12 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110129 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120129 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |