JPH10190131A - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JPH10190131A JPH10190131A JP8350891A JP35089196A JPH10190131A JP H10190131 A JPH10190131 A JP H10190131A JP 8350891 A JP8350891 A JP 8350891A JP 35089196 A JP35089196 A JP 35089196A JP H10190131 A JPH10190131 A JP H10190131A
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- Japan
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- semiconductor laser
- heat radiating
- peltier element
- metal
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
- H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
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- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/024—Arrangements for thermal management
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-
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ペルチェ素子によりＬＤチップを温度調節す
るタイプの半導体レーザーにおいて、冷却能力を向上さ
せる。 【解決手段】 ＬＤチップ15と、このＬＤチップ15が取
り付けられた放熱板13と、この放熱板13と一体化された
ペルチェ素子12とを備えてなる半導体レーザーにおい
て、放熱板13を、熱伝導率が230 Ｗ／ｍＫ以上であるＣ
ｕ−Ｗ等の金属から形成する。
るタイプの半導体レーザーにおいて、冷却能力を向上さ
せる。 【解決手段】 ＬＤチップ15と、このＬＤチップ15が取
り付けられた放熱板13と、この放熱板13と一体化された
ペルチェ素子12とを備えてなる半導体レーザーにおい
て、放熱板13を、熱伝導率が230 Ｗ／ｍＫ以上であるＣ
ｕ−Ｗ等の金属から形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザーに関
し、特に詳細には、レーザーダイオードチップが放熱板
を介してペルチェ素子により温度調節される半導体レー
ザーに関するものである。
し、特に詳細には、レーザーダイオードチップが放熱板
を介してペルチェ素子により温度調節される半導体レー
ザーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、様々な種類の半導体レーザー
が提供されている。それらの多くは、レーザーダイオー
ドチップ（以下、ＬＤチップと称する）をパッケージの
中に収納し、ＬＤチップから発せられたレーザービーム
をガラス窓を通してパッケージ外に出射させるように構
成されている。
が提供されている。それらの多くは、レーザーダイオー
ドチップ（以下、ＬＤチップと称する）をパッケージの
中に収納し、ＬＤチップから発せられたレーザービーム
をガラス窓を通してパッケージ外に出射させるように構
成されている。
【０００３】このような半導体レーザーのうち、特に高
出力タイプのもの等にあっては、ＬＤチップを放熱板に
取り付け、この放熱板をペルチェ素子に取り付け、該ペ
ルチェ素子とサーミスタ等の温度検出手段および温調回
路によって、ＬＤチップの温度を一定に制御することが
行なわれている。
出力タイプのもの等にあっては、ＬＤチップを放熱板に
取り付け、この放熱板をペルチェ素子に取り付け、該ペ
ルチェ素子とサーミスタ等の温度検出手段および温調回
路によって、ＬＤチップの温度を一定に制御することが
行なわれている。
【０００４】なおペルチェ素子の冷却面は、通常アルミ
ナから形成される。そこで一般に上記放熱板もアルミナ
から形成され、温度変化によってペルチェ素子あるいは
放熱板に歪が発生することが防止される。
ナから形成される。そこで一般に上記放熱板もアルミナ
から形成され、温度変化によってペルチェ素子あるいは
放熱板に歪が発生することが防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにしてＬＤ
チップの温度を一定に制御する従来の半導体レーザーに
おいては、ペルチェ素子による冷却能力が低いという問
題が認められる。例えば出力２Ｗの半導体レーザーにお
いて、環境温度45℃の下での冷却限界温度は25〜30℃と
かなり高くなっている。このように冷却能力が低いと、
半導体レーザーの使用波長範囲が制限されたり、その寿
命が低下する等の不具合が生じる。
チップの温度を一定に制御する従来の半導体レーザーに
おいては、ペルチェ素子による冷却能力が低いという問
題が認められる。例えば出力２Ｗの半導体レーザーにお
いて、環境温度45℃の下での冷却限界温度は25〜30℃と
かなり高くなっている。このように冷却能力が低いと、
半導体レーザーの使用波長範囲が制限されたり、その寿
命が低下する等の不具合が生じる。
【０００６】そこで本発明は、ペルチェ素子によりＬＤ
チップを温度調節するタイプの半導体レーザーにおい
て、冷却能力を十分に高めることを目的とする。
チップを温度調節するタイプの半導体レーザーにおい
て、冷却能力を十分に高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザーは、前述したようにＬＤチップと、このＬＤチップ
が取り付けられた放熱板と、該放熱板と一体化されたペ
ルチェ素子とを備えてなる半導体レーザーにおいて、上
記放熱板が、熱伝導率が230 Ｗ／ｍＫ以上の金属から形
成されたことを特徴とするものである。
ザーは、前述したようにＬＤチップと、このＬＤチップ
が取り付けられた放熱板と、該放熱板と一体化されたペ
ルチェ素子とを備えてなる半導体レーザーにおいて、上
記放熱板が、熱伝導率が230 Ｗ／ｍＫ以上の金属から形
成されたことを特徴とするものである。
【０００８】なお上記放熱板は、ペルチェ素子の該放熱
板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属か
ら形成されるのが望ましい。より具体的に、ペルチェ素
子の放熱板に接する部分が前述したようにアルミナから
なる場合、放熱板は線膨張係数が６×10-6〜８×10-6／
℃の範囲にある金属から形成されるのが望ましい。
板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属か
ら形成されるのが望ましい。より具体的に、ペルチェ素
子の放熱板に接する部分が前述したようにアルミナから
なる場合、放熱板は線膨張係数が６×10-6〜８×10-6／
℃の範囲にある金属から形成されるのが望ましい。
【０００９】熱伝導率および線膨張係数について上記の
条件を満足する金属としては、例えばＣｕとＷの合金で
あるＣｕ−Ｗが挙げられる。
条件を満足する金属としては、例えばＣｕとＷの合金で
あるＣｕ−Ｗが挙げられる。
【００１０】また本発明の半導体レーザーにおいて、よ
り好ましくは、上記放熱板の表面の一部に固設された絶
縁板と、この絶縁板の上に形成された金属からなるボン
ディング台と、このボンディング台とレーザーダイオー
ドチップとを電気的に接続するボンディングワイヤとが
設けられる。
り好ましくは、上記放熱板の表面の一部に固設された絶
縁板と、この絶縁板の上に形成された金属からなるボン
ディング台と、このボンディング台とレーザーダイオー
ドチップとを電気的に接続するボンディングワイヤとが
設けられる。
【００１１】また上記の絶縁板を設ける場合、放熱板は
ペルチェ素子の該放熱板に接する部分とほぼ等しい線膨
張係数を有する金属から形成された上で、絶縁板は上記
部分と同じ材料から形成されるのが望ましい。
ペルチェ素子の該放熱板に接する部分とほぼ等しい線膨
張係数を有する金属から形成された上で、絶縁板は上記
部分と同じ材料から形成されるのが望ましい。
【００１２】
【発明の効果】本発明者の研究によると、従来の半導体
レーザーにおいて冷却能力が低いのは、アルミナ製放熱
板の熱伝導率が17Ｗ／ｍＫと小さくて、その放熱性が良
くないことに起因していることが判明した。
レーザーにおいて冷却能力が低いのは、アルミナ製放熱
板の熱伝導率が17Ｗ／ｍＫと小さくて、その放熱性が良
くないことに起因していることが判明した。
【００１３】そこで本発明において、熱伝導率が230 Ｗ
／ｍＫ以上のＣｕ−Ｗ等の金属から放熱板を形成する
と、その放熱性が従来と比べて各段に向上するので、ペ
ルチェ素子による冷却能力が著しく改善される。
／ｍＫ以上のＣｕ−Ｗ等の金属から放熱板を形成する
と、その放熱性が従来と比べて各段に向上するので、ペ
ルチェ素子による冷却能力が著しく改善される。
【００１４】また上記放熱板が、ペルチェ素子の該放熱
板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属か
ら形成された場合は、温度変化によってこの放熱板ある
いはペルチェ素子に歪が発生することも防止される。
板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属か
ら形成された場合は、温度変化によってこの放熱板ある
いはペルチェ素子に歪が発生することも防止される。
【００１５】なお本発明の半導体レーザーにおいては、
放熱板が金属から形成されるので、絶縁性のアルミナか
ら放熱板を形成する場合のように、放熱板上に直接ボン
ディング台を形成することはできない。そこでボンディ
ング台は、放熱板とは別体に形成してもよい。
放熱板が金属から形成されるので、絶縁性のアルミナか
ら放熱板を形成する場合のように、放熱板上に直接ボン
ディング台を形成することはできない。そこでボンディ
ング台は、放熱板とは別体に形成してもよい。
【００１６】しかし、前述したように放熱板の表面の一
部に絶縁板を固設すれば、その上にボンディング台を形
成可能となり、従来装置と同様に放熱板上をボンディン
グ台設置のために有効利用できるようになる。
部に絶縁板を固設すれば、その上にボンディング台を形
成可能となり、従来装置と同様に放熱板上をボンディン
グ台設置のために有効利用できるようになる。
【００１７】また上記の絶縁板を設ける場合、放熱板は
ペルチェ素子の該放熱板に接する部分とほぼ等しい線膨
張係数を有する金属から形成した上で、絶縁板を上記部
分と同じ材料から形成しておけば、放熱板と絶縁板の線
膨張係数がほぼ等しくなるので、温度変化によってそれ
らに歪が発生することも防止される。
ペルチェ素子の該放熱板に接する部分とほぼ等しい線膨
張係数を有する金属から形成した上で、絶縁板を上記部
分と同じ材料から形成しておけば、放熱板と絶縁板の線
膨張係数がほぼ等しくなるので、温度変化によってそれ
らに歪が発生することも防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実
施形態による半導体レーザーを示すものである。図示さ
れるようにこの半導体レーザーは、ステム11Ａおよびキ
ャップ11Ｂからなるパッケージと、このパッケージの内
部に固定されたペルチェ素子12と、その上に一体的に取
り付けられた放熱板13と、この放熱板13の上に固定され
たＬＤブロック14と、このＬＤブロック14に取り付けら
れたＬＤチップ15とを有している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実
施形態による半導体レーザーを示すものである。図示さ
れるようにこの半導体レーザーは、ステム11Ａおよびキ
ャップ11Ｂからなるパッケージと、このパッケージの内
部に固定されたペルチェ素子12と、その上に一体的に取
り付けられた放熱板13と、この放熱板13の上に固定され
たＬＤブロック14と、このＬＤブロック14に取り付けら
れたＬＤチップ15とを有している。
【００１９】また放熱板13の表面の一部にはアルミナか
らなる絶縁板16が固設され、その上にはＣｕ等の金属か
らなるボンディング台17が形成されている。このボンデ
ィング台17は、ボンディングワイヤ18および電極19を介
して、ＬＤチップ15と電気的に接続されている。なお絶
縁板16およびボンディング台17は、公知の成膜技術等に
よって形成することができる。例えばボンディング台17
は、絶縁板16の表面を金メタライズして形成することも
できる。
らなる絶縁板16が固設され、その上にはＣｕ等の金属か
らなるボンディング台17が形成されている。このボンデ
ィング台17は、ボンディングワイヤ18および電極19を介
して、ＬＤチップ15と電気的に接続されている。なお絶
縁板16およびボンディング台17は、公知の成膜技術等に
よって形成することができる。例えばボンディング台17
は、絶縁板16の表面を金メタライズして形成することも
できる。
【００２０】一方ＬＤブロック14には、その温度つまり
ＬＤチップ15の温度を検出するサーミスタ20が取り付け
られている。またパッケージキャップ11Ｂには、ＬＤチ
ップ15から発せられるレーザービームを通過させるガラ
ス窓10が形成されている。
ＬＤチップ15の温度を検出するサーミスタ20が取り付け
られている。またパッケージキャップ11Ｂには、ＬＤチ
ップ15から発せられるレーザービームを通過させるガラ
ス窓10が形成されている。
【００２１】上記ＬＤチップ15が発する熱は、放熱板13
を介して放熱される。また、ＬＤチップ15はこの放熱板
13を介してペルチェ素子12により冷却され、所定温度に
保たれる。なおペルチェ素子12の冷却面12ａはアルミナ
から形成されている。またこのペルチェ素子12の駆動
は、図示しない温調回路により、サーミスタ20の検出温
度に基づいて制御される。
を介して放熱される。また、ＬＤチップ15はこの放熱板
13を介してペルチェ素子12により冷却され、所定温度に
保たれる。なおペルチェ素子12の冷却面12ａはアルミナ
から形成されている。またこのペルチェ素子12の駆動
は、図示しない温調回路により、サーミスタ20の検出温
度に基づいて制御される。
【００２２】本例において放熱板13は、前述したＣｕ−
Ｗから形成されている。このＣｕ−Ｗの熱伝導率は250
Ｗ／ｍＫである。このように放熱板13は、熱伝導率が十
分に高い材料から形成されているので、その放熱性は良
好なものとなっている。それにより、ペルチェ素子12に
よる冷却能力が著しく改善される。
Ｗから形成されている。このＣｕ−Ｗの熱伝導率は250
Ｗ／ｍＫである。このように放熱板13は、熱伝導率が十
分に高い材料から形成されているので、その放熱性は良
好なものとなっている。それにより、ペルチェ素子12に
よる冷却能力が著しく改善される。
【００２３】具体的には、例えば出力２Ｗの場合、環境
温度45℃の下での冷却限界温度は10〜15℃と、前述した
従来の値25〜30℃と比べて著しく向上する。そこで、半
導体レーザーの使用波長範囲が拡大し、またその寿命も
長くなる。
温度45℃の下での冷却限界温度は10〜15℃と、前述した
従来の値25〜30℃と比べて著しく向上する。そこで、半
導体レーザーの使用波長範囲が拡大し、またその寿命も
長くなる。
【００２４】また、ペルチェ素子12の冷却面12ａを構成
するアルミナの線膨張係数は前述した通り７×10-6／℃
であり、放熱板13を構成するＣｕ−Ｗの線膨張係数はそ
れに極めて近い6.9 ×10-6／℃である。したがって、温
度変化によって該放熱板13あるいはペルチェ素子12に歪
が発生することも防止される。
するアルミナの線膨張係数は前述した通り７×10-6／℃
であり、放熱板13を構成するＣｕ−Ｗの線膨張係数はそ
れに極めて近い6.9 ×10-6／℃である。したがって、温
度変化によって該放熱板13あるいはペルチェ素子12に歪
が発生することも防止される。
【００２５】またこの実施形態においては、絶縁板16を
介設したことにより、電気の良導体である放熱板13の上
にボンディング台17を形成可能となっている。こうして
本装置でも、従来装置と同様に、放熱板13上がボンディ
ング台設置のために有効利用されている。
介設したことにより、電気の良導体である放熱板13の上
にボンディング台17を形成可能となっている。こうして
本装置でも、従来装置と同様に、放熱板13上がボンディ
ング台設置のために有効利用されている。
【００２６】また前述したように、放熱板13はペルチェ
素子12の冷却面12ａとほぼ等しい線膨張係数を有するＣ
ｕ−Ｗから形成される一方、絶縁板16は上記冷却面12ａ
と同じアルミナから形成されているので、この絶縁板16
と放熱板13も線膨張係数がほぼ等しいものとなる。そこ
で、温度変化によってこの絶縁板16あるいは放熱板13に
歪が生じることも効果的に防止される。
素子12の冷却面12ａとほぼ等しい線膨張係数を有するＣ
ｕ−Ｗから形成される一方、絶縁板16は上記冷却面12ａ
と同じアルミナから形成されているので、この絶縁板16
と放熱板13も線膨張係数がほぼ等しいものとなる。そこ
で、温度変化によってこの絶縁板16あるいは放熱板13に
歪が生じることも効果的に防止される。
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザーの一
部破断側面図
部破断側面図
10 ガラス窓 11Ａ ステム 11Ｂ キャップ 12 ペルチェ素子 13 放熱板 14 ＬＤブロック 15 ＬＤチップ 16 絶縁板 17 ボンディング台 18 ボンディングワイヤ 19 電極 20 サーミスタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】具体的には、例えば出力２Ｗの場合、環境
温度45℃の下での冷却限界温度は10〜15℃と、前述した
従来の値25〜30℃と比べて著しく向上する。そこで、半
導体レーザーの使用波長範囲が拡大し、またその寿命も
長くなる。さらに、半導体レーザーＯＮ、ＯＦＦ時のそ
の温度の過渡特性の振幅も、放熱板がアルミナの場合に
比べて約１／４に抑えられる。
温度45℃の下での冷却限界温度は10〜15℃と、前述した
従来の値25〜30℃と比べて著しく向上する。そこで、半
導体レーザーの使用波長範囲が拡大し、またその寿命も
長くなる。さらに、半導体レーザーＯＮ、ＯＦＦ時のそ
の温度の過渡特性の振幅も、放熱板がアルミナの場合に
比べて約１／４に抑えられる。
Claims (7)
- 【請求項１】 レーザーダイオードチップと、 このレーザーダイオードチップが取り付けられた放熱板
と、 この放熱板と一体化されたペルチェ素子とを備えてなる
半導体レーザーにおいて、 前記放熱板が、熱伝導率が230 Ｗ／ｍＫ以上の金属から
形成されていることを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項２】 前記放熱板が、前記ペルチェ素子の該放
熱板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属
から形成されていることを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザー。 - 【請求項３】 前記ペルチェ素子の前記放熱板に接する
部分がアルミナからなり、 前記放熱板が、線膨張係数が６×10-6〜８×10-6／℃の
範囲にある金属から形成されていることを特徴とする請
求項２記載の半導体レーザー。 - 【請求項４】 前記金属がＣｕ−Ｗであることを特徴と
する請求項１から３いずれか１項記載の半導体レーザ
ー。 - 【請求項５】 前記放熱板の表面の一部に固設された絶
縁板と、 この絶縁板の上に形成された金属からなるボンディング
台と、 このボンディング台と前記レーザーダイオードチップと
を電気的に接続するボンディングワイヤとを有すること
を特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の半導体
レーザー。 - 【請求項６】 前記ボンディング台が、前記絶縁板の表
面を金メタライズして形成されたものであることを特徴
とする請求項５記載の半導体レーザー。 - 【請求項７】 前記放熱板が、前記ペルチェ素子の該放
熱板に接する部分とほぼ等しい線膨張係数を有する金属
から形成され、 前記絶縁板が、前記ペルチェ素子の放熱板に接する部分
と同じ材料から形成されていることを特徴とする請求項
５または６記載の半導体レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8350891A JPH10190131A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 半導体レーザー |
| US08/993,178 US6137815A (en) | 1996-12-27 | 1997-12-18 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8350891A JPH10190131A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 半導体レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190131A true JPH10190131A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18413604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8350891A Pending JPH10190131A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 半導体レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6137815A (ja) |
| JP (1) | JPH10190131A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10901161B2 (en) * | 2018-09-14 | 2021-01-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Optical power transfer devices with an embedded active cooling chip |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| EP1094355A1 (en) | 1999-10-19 | 2001-04-25 | Corning Incorporated | Electrical interconnection of planar lightwave circuits |
| US20100002235A1 (en) * | 2008-07-07 | 2010-01-07 | IRMicrosystems SA | Laser diode arrangements and method for gas detection |
| CN104485573B (zh) * | 2014-11-21 | 2017-09-22 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 一种激光二极管阵列侧面泵浦模块 |
| US10297976B2 (en) | 2015-05-19 | 2019-05-21 | Ii-Vi Laser Enterprise Gmbh | Low thermal resistance, stress-controlled diode laser assemblies |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3431738A1 (de) * | 1984-08-29 | 1986-03-13 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur kuehlung eines traegers fuer wenigstens ein bauelement |
| US4803361A (en) * | 1986-05-26 | 1989-02-07 | Hitachi, Ltd. | Photoelectric device with optical fiber and laser emitting chip |
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Also Published As
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