JPH10223986A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザを温調するためのペルチェ素子
を搭載した構造を有する半導体レーザ装置において、ペ
ルチェ素子とケースとの接合構造を改善することにより
信頼性を向上させる。 【解決手段】 半導体レーザ装置のケース５とペルチェ
素子６を半田材等にて接着せず、フェライト１３ａ，１
３ｂの磁力にて固定する。ペルチェ素子６とケース５と
の熱膨張率差によって生じる熱応力を、ペルチェ素子６
とケース５との相対変位により吸収し、ペルチェ素子６
とケース５との接合面に加わる機械的ストレスを緩和す
ることにより、ペルチェ素子１を保護する。
を搭載した構造を有する半導体レーザ装置において、ペ
ルチェ素子とケースとの接合構造を改善することにより
信頼性を向上させる。 【解決手段】 半導体レーザ装置のケース５とペルチェ
素子６を半田材等にて接着せず、フェライト１３ａ，１
３ｂの磁力にて固定する。ペルチェ素子６とケース５と
の熱膨張率差によって生じる熱応力を、ペルチェ素子６
とケース５との相対変位により吸収し、ペルチェ素子６
とケース５との接合面に加わる機械的ストレスを緩和す
ることにより、ペルチェ素子１を保護する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装
置、特に光通信関連の装置に用いる発光素子モジュール
に関するものである。
置、特に光通信関連の装置に用いる発光素子モジュール
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の発光素子モジュールとし
て、図３に示す構造のものがあった。図３は、従来の半
導体レーザ装置の内部構造を示す断面図である。
て、図３に示す構造のものがあった。図３は、従来の半
導体レーザ装置の内部構造を示す断面図である。
【０００３】図３に示されるように、半導体レーザ１
は、ヒートシンク２を介してキャリア３上にマウントさ
れている。４はフォトダイオード，１７はキャップであ
る。半導体レーザ１からの出射光は、レンズホルダ１１
によって固定されたレンズ７およびアイソレータ８を介
して、スライドリング９にて固定されたピグテール１０
に入射される。ピグテール１０は、Ｉｎ半田１５によっ
てケース５に固定されている。
は、ヒートシンク２を介してキャリア３上にマウントさ
れている。４はフォトダイオード，１７はキャップであ
る。半導体レーザ１からの出射光は、レンズホルダ１１
によって固定されたレンズ７およびアイソレータ８を介
して、スライドリング９にて固定されたピグテール１０
に入射される。ピグテール１０は、Ｉｎ半田１５によっ
てケース５に固定されている。
【０００４】またキャリア３は、冷却能力を有するペル
チェ素子６上にＢｉＳｎやＩｎＰｂＡｇなどのソルダ１
２にて接合されており、さらにペルチェ素子６はケース
５に同様のソルダ１２にて接合されている。
チェ素子６上にＢｉＳｎやＩｎＰｂＡｇなどのソルダ１
２にて接合されており、さらにペルチェ素子６はケース
５に同様のソルダ１２にて接合されている。
【０００５】特に、ファイバアンプの励起光源として使
われる半導体レーザモジュールにおいては、安定した高
光出力動作が要求されている。高光出力を実現するため
には、半導体レーザ１に５００ｍＡ前後の駆動電流を通
電することが必要であるが、このとき半導体レーザ１
は、自己発熱により約３０℃前後温度が上昇する。その
ため、安定動作を維持するためには、特に冷却容量の大
きい大型のペルチェ素子６が必要となり、ペルチェ素子
６とケース５との接合面が通常の通信用半導体レーザモ
ジュールよりも広くなっている。
われる半導体レーザモジュールにおいては、安定した高
光出力動作が要求されている。高光出力を実現するため
には、半導体レーザ１に５００ｍＡ前後の駆動電流を通
電することが必要であるが、このとき半導体レーザ１
は、自己発熱により約３０℃前後温度が上昇する。その
ため、安定動作を維持するためには、特に冷却容量の大
きい大型のペルチェ素子６が必要となり、ペルチェ素子
６とケース５との接合面が通常の通信用半導体レーザモ
ジュールよりも広くなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示された従来の半導体レーザ装置において、接合面が広
くなっているため、ペルチェ素子６のＯＮ／ＯＦＦ試験
のように急峻な温度変化を伴う温度環境試験を実施した
場合、十分な信頼性が得られないという問題点があっ
た。
示された従来の半導体レーザ装置において、接合面が広
くなっているため、ペルチェ素子６のＯＮ／ＯＦＦ試験
のように急峻な温度変化を伴う温度環境試験を実施した
場合、十分な信頼性が得られないという問題点があっ
た。
【０００７】その理由は、ペルチェ素子６とケース５お
よびキャリア３との間の熱膨張率差による熱応力によっ
てペルチェ素子６が破壊され冷却特性を維持できず、安
定動作ができなくなるためである。
よびキャリア３との間の熱膨張率差による熱応力によっ
てペルチェ素子６が破壊され冷却特性を維持できず、安
定動作ができなくなるためである。
【０００８】これらの問題点の解決策として、ペルチェ
素子６を構成する上下のセラミック板とキャリア３とケ
ース５の熱膨張率をほぼ等しくする方法があった。この
構造は、特開昭６３−２７６８９２号公報，実開平４−
６３６６９号公報に開示されている。
素子６を構成する上下のセラミック板とキャリア３とケ
ース５の熱膨張率をほぼ等しくする方法があった。この
構造は、特開昭６３−２７６８９２号公報，実開平４−
６３６６９号公報に開示されている。
【０００９】しかし、ペルチェ素子６を構成する上下の
セラミック板は、通常窒化アルミ（ＡｌＮ）やアルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）が用いられ、キャリア３やケース５などの
金属部品の材質としては、コパールから２０％銅タング
ステン（ＣｕＷ−２０）を選定する必要があり、上述の
金属材質の熱伝導率（〜０．５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃）では、特に５００ｍＡ程度で駆動する半導体レーザ
１からの発熱量を伝導し冷却特性を確保することは、困
難であった。
セラミック板は、通常窒化アルミ（ＡｌＮ）やアルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）が用いられ、キャリア３やケース５などの
金属部品の材質としては、コパールから２０％銅タング
ステン（ＣｕＷ−２０）を選定する必要があり、上述の
金属材質の熱伝導率（〜０．５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃）では、特に５００ｍＡ程度で駆動する半導体レーザ
１からの発熱量を伝導し冷却特性を確保することは、困
難であった。
【００１０】本発明の目的は、冷却能力特性の信頼性を
向上させた半導体レーザ装置を提供することにある。
向上させた半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体レーザ装置は、ケースと、ペル
チェ素子と、熱応力吸収機構とを有する半導体レーザ装
置であって、ケースは、装置の機枠をなすものであり、
ペルチェ素子は、半導体レーザを調温するものであっ
て、前記ケースに取付けられるものであり、熱応力吸収
機構は、ペルチェ素子とケースを相対変位可能に接合
し、熱応力によりペルチェ素子に作用する機械的ストレ
スを緩和するものである。
め、本発明に係る半導体レーザ装置は、ケースと、ペル
チェ素子と、熱応力吸収機構とを有する半導体レーザ装
置であって、ケースは、装置の機枠をなすものであり、
ペルチェ素子は、半導体レーザを調温するものであっ
て、前記ケースに取付けられるものであり、熱応力吸収
機構は、ペルチェ素子とケースを相対変位可能に接合
し、熱応力によりペルチェ素子に作用する機械的ストレ
スを緩和するものである。
【００１２】また前記熱応力吸収機構は、磁気吸引力に
よりペルチェ素子とケースとの間を接合したものであ
る。
よりペルチェ素子とケースとの間を接合したものであ
る。
【００１３】また前記熱応力吸収機構は、バネ力により
ペルチェ素子とケースとの間を圧着して接合したもので
ある。
ペルチェ素子とケースとの間を圧着して接合したもので
ある。
【００１４】
【作用】ケースとペルチェを半田材等にて接着せず、磁
力やバネの弾力等の物理的力によって固定する。このた
め、熱伝導率の高い３０％銅タングステン（ＣｕＷ−３
０）等の金属材質を使用した場合でも、ケースとペルチ
ェの接合部分にかかる熱応力を緩和することとなり、冷
却能力特性を向上できる。
力やバネの弾力等の物理的力によって固定する。このた
め、熱伝導率の高い３０％銅タングステン（ＣｕＷ−３
０）等の金属材質を使用した場合でも、ケースとペルチ
ェの接合部分にかかる熱応力を緩和することとなり、冷
却能力特性を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図により説明する。
て図により説明する。
【００１６】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
１に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【００１７】図１において、ケース５にキャップ１７が
取付けられ、キャップ１７内に半導体レーザ装置の構成
部品が内装されている。すなわち、ケース５上には、冷
却能力を有するペルチェ素子６が搭載されている。
取付けられ、キャップ１７内に半導体レーザ装置の構成
部品が内装されている。すなわち、ケース５上には、冷
却能力を有するペルチェ素子６が搭載されている。
【００１８】ペルチェ素子６上には、キャリア３とレン
ズホルダ１１とがＢｉＳｕやＩｎＰｂＡｇなどのソルダ
１２により接合されている。
ズホルダ１１とがＢｉＳｕやＩｎＰｂＡｇなどのソルダ
１２により接合されている。
【００１９】半導体レーザ１は、キャリア３上にヒート
シンク２を介してマウントされ、フォトダイオード４
は、半導体レーザ１からの後方出力光をモニタするため
にキャリア３上にマウントされている。キャリア３に
は、熱伝導率の高い３０％銅タングステンを用いてい
る。さらに半導体レーザ１からの出射光の光軸上には、
集光用のレンズ７，アイソレータ８，ピグテール１０が
配設されている。レンズ７，アイソレータ８はレンズホ
ルダ１１に保持され定位置に設置され、ピグテール１０
は、レンズホルダ１１に取付けられたスライドリング９
に保持され定位置に設置されている。したがって、半導
体レーザ１からの出射光は、レンズ７，アイソレータ８
を介してピグテール１０に入射する。
シンク２を介してマウントされ、フォトダイオード４
は、半導体レーザ１からの後方出力光をモニタするため
にキャリア３上にマウントされている。キャリア３に
は、熱伝導率の高い３０％銅タングステンを用いてい
る。さらに半導体レーザ１からの出射光の光軸上には、
集光用のレンズ７，アイソレータ８，ピグテール１０が
配設されている。レンズ７，アイソレータ８はレンズホ
ルダ１１に保持され定位置に設置され、ピグテール１０
は、レンズホルダ１１に取付けられたスライドリング９
に保持され定位置に設置されている。したがって、半導
体レーザ１からの出射光は、レンズ７，アイソレータ８
を介してピグテール１０に入射する。
【００２０】さらに本発明の実施形態１においては、ペ
ルチェ素子６をケース５上に搭載するにあたって、これ
らを一体に接合するのではなく、熱応力吸収機構を介し
てペルチェ素子６をケース５上に搭載したことを特徴と
している。
ルチェ素子６をケース５上に搭載するにあたって、これ
らを一体に接合するのではなく、熱応力吸収機構を介し
てペルチェ素子６をケース５上に搭載したことを特徴と
している。
【００２１】図１に示す実施形態１では、熱応力吸収機
構として、磁力による吸引作用を利用した構造のものを
用いている。具体的に説明すると、ペルチェ素子６の下
面には、フェライト（ＣｏＦｅ2Ｏ4またはＮｉＦｅ
2Ｏ4）１３ａを厚さ２μｍに塗布し、一方、ケース５の
上面には、フェライト（ＣｏＦｅ2Ｏ4またはＮｉＦｅ2
Ｏ4）１３ｂを厚さ２μｍに塗布し、層状のフェライト
１３ａと１３ｂとの間にＩｎ薄膜１４を介してケース５
上にペルチェ素子６を搭載している。
構として、磁力による吸引作用を利用した構造のものを
用いている。具体的に説明すると、ペルチェ素子６の下
面には、フェライト（ＣｏＦｅ2Ｏ4またはＮｉＦｅ
2Ｏ4）１３ａを厚さ２μｍに塗布し、一方、ケース５の
上面には、フェライト（ＣｏＦｅ2Ｏ4またはＮｉＦｅ2
Ｏ4）１３ｂを厚さ２μｍに塗布し、層状のフェライト
１３ａと１３ｂとの間にＩｎ薄膜１４を介してケース５
上にペルチェ素子６を搭載している。
【００２２】フェライト１３ａと１３ｂは、予め外部磁
場を印加することにより、お互いに吸引するように磁化
されているため、互いに吸引するフェライト１３ａと１
３ｂとの磁力により、ペルチェ素子６はケース５の定位
置に保持される。またペルチェ素子６とケース５との間
には、非常に柔らかい厚さ１μｍのＩｎ薄膜１４が介装
されており、Ｉｎ薄膜１４が緩衝材として作用する。
場を印加することにより、お互いに吸引するように磁化
されているため、互いに吸引するフェライト１３ａと１
３ｂとの磁力により、ペルチェ素子６はケース５の定位
置に保持される。またペルチェ素子６とケース５との間
には、非常に柔らかい厚さ１μｍのＩｎ薄膜１４が介装
されており、Ｉｎ薄膜１４が緩衝材として作用する。
【００２３】実施形態１において、ペルチェ素子６は、
フェライト１３ａと１３ｂとの磁力によりケース５に保
持されているため、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分における水平方向の自由度は、半田材で固定した場
合よりも高いこととなる。
フェライト１３ａと１３ｂとの磁力によりケース５に保
持されているため、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分における水平方向の自由度は、半田材で固定した場
合よりも高いこととなる。
【００２４】したがって、ペルチェ素子６とケース５と
の熱膨張差により、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分に熱応力が加わったとしても、その熱応力は、磁気
吸引し合った２つのフェライト１３ａ，１３ｂが水平方
向にずれることにより吸収され、ペルチェ素子６とケー
ス５との間の機械的ストレスが緩和される。このため、
ペルチェ素子６を熱応力による破壊から保護することが
でき、半導体レーザ１の動作を安定に保つことができ
る。
の熱膨張差により、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分に熱応力が加わったとしても、その熱応力は、磁気
吸引し合った２つのフェライト１３ａ，１３ｂが水平方
向にずれることにより吸収され、ペルチェ素子６とケー
ス５との間の機械的ストレスが緩和される。このため、
ペルチェ素子６を熱応力による破壊から保護することが
でき、半導体レーザ１の動作を安定に保つことができ
る。
【００２５】（実施形態２）図２は、本発明の実施形態
２に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
２に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【００２６】実施形態１では、熱応力吸収機構としてフ
ェライト１３ａ，１３ｂを用いたが、実施形態２では、
バネ１６を用いている。
ェライト１３ａ，１３ｂを用いたが、実施形態２では、
バネ１６を用いている。
【００２７】図２において、半導体レーザ１，ヒートシ
ンク２，キャリア３，フォトダイオード４，レンズ７，
アイソレータ８，レンズホルダ１１等がペルチェ素子６
に保持された構成は、実施形態１と共通しているが、実
施形態２は、ペルチェ素子６をケース５上に水平方向に
移動可能に配設し、キャップ１７に一端が固定されたバ
ネ１６のバネ力をペルチェ素子６に作用させ、そのバネ
力をもってペルチェ素子６をケース５上に圧着させてい
る。
ンク２，キャリア３，フォトダイオード４，レンズ７，
アイソレータ８，レンズホルダ１１等がペルチェ素子６
に保持された構成は、実施形態１と共通しているが、実
施形態２は、ペルチェ素子６をケース５上に水平方向に
移動可能に配設し、キャップ１７に一端が固定されたバ
ネ１６のバネ力をペルチェ素子６に作用させ、そのバネ
力をもってペルチェ素子６をケース５上に圧着させてい
る。
【００２８】実施形態２において、ペルチェ素子６は、
バネ１６のバネ力をもってケース５上に圧着されている
ため、ペルチェ素子６とケース５との接合部分における
水平方向の自由度は、半田材で固定した場合よりも高い
こととなる。
バネ１６のバネ力をもってケース５上に圧着されている
ため、ペルチェ素子６とケース５との接合部分における
水平方向の自由度は、半田材で固定した場合よりも高い
こととなる。
【００２９】したがって、ペルチェ素子６とケース５と
の熱膨張差により、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分に熱応力が加わったとしても、その熱応力は、バネ
１６のバネ力が作用したままペルチェ素子６がケース５
上で水平方向にずれることによって吸収され、ペルチェ
素子６とケース５との間の機械的ストレスが緩和され、
ペルチェ素子６が熱応力による破壊から保護され、半導
体レーザ１の動作を安定に保つことができる。
の熱膨張差により、ペルチェ素子６とケース５との接合
部分に熱応力が加わったとしても、その熱応力は、バネ
１６のバネ力が作用したままペルチェ素子６がケース５
上で水平方向にずれることによって吸収され、ペルチェ
素子６とケース５との間の機械的ストレスが緩和され、
ペルチェ素子６が熱応力による破壊から保護され、半導
体レーザ１の動作を安定に保つことができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ペ
ルチェ素子とケースとの接合を、半田材に代えて、熱応
力吸収機構を用いて実施したため、熱応力をペルチェ素
子とケースとの相対変位により吸収することができ、ペ
ルチェ素子とケースとの間に加わる機械的ストレスを緩
和して、ペルチェ素子を熱応力による破壊から保護し、
半導体レーザの動作を安定に保つことができる。
ルチェ素子とケースとの接合を、半田材に代えて、熱応
力吸収機構を用いて実施したため、熱応力をペルチェ素
子とケースとの相対変位により吸収することができ、ペ
ルチェ素子とケースとの間に加わる機械的ストレスを緩
和して、ペルチェ素子を熱応力による破壊から保護し、
半導体レーザの動作を安定に保つことができる。
【００３１】さらに、ペルチェ素子とケースとは分離さ
れた構造であるため、ペルチェ素子，ケース，キャリア
の材質を熱膨張率がほぼ等しくする必要がなく、キャリ
アに熱伝導率の高い金属材料を用いて、半導体レーザの
発熱を効率よく放熱することができる。
れた構造であるため、ペルチェ素子，ケース，キャリア
の材質を熱膨張率がほぼ等しくする必要がなく、キャリ
アに熱伝導率の高い金属材料を用いて、半導体レーザの
発熱を効率よく放熱することができる。
【図１】本発明の実施形態１を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態２を示す断面図である。
【図３】従来例を示す断面図である。
１ 半導体レーザ ２ ヒートシンク ３ キャリア ４ フォトダイオード ５ ケース ６ ペルチェ素子 ７ レンズ ８ アイソレータ ９ スライドリング １０ ピグテール １１ レンズホルダ １２ ソルダ １３ａ，１３ｂフェライト １５ Ｉｎソルダ １６ バネ １７ キャップ
Claims (3)
- 【請求項１】 ケースと、ペルチェ素子と、熱応力吸収
機構とを有する半導体レーザ装置であって、 ケースは、装置の機枠をなすものであり、 ペルチェ素子は、半導体レーザを調温するものであっ
て、前記ケースに取付けられるものであり、 熱応力吸収機構は、ペルチェ素子とケースを相対変位可
能に接合し、熱応力によりペルチェ素子に作用する機械
的ストレスを緩和するものであることを特徴とする半導
体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記熱応力吸収機構は、磁気吸引力によ
りペルチェ素子とケースとの間を接合したものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記熱応力吸収機構は、バネ力によりペ
ルチェ素子とケースとの間を圧着して接合したものであ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装
置。
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|---|---|---|---|
| JP02498897A JP3180701B2 (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 半導体レーザ装置 |
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- 1998-02-09 CN CN98100402A patent/CN1107365C/zh not_active Expired - Fee Related
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