(57)【要約】【課題】乾燥剤の交換を容易に行うことができる半導体レーザモジュールおよびこれに用いられる筐体を提供する。【解決手段】筐体２０は、開口２１Ａを有する本体２１と、開口２１Ａを覆う上蓋２２とを有している。本体２１と上蓋２２との間にはＯリング２３が設けられている。上蓋２２は、乾燥剤収容部２２Ａとして内側に凹部を有しており、この乾燥剤収容部２２Ａに乾燥剤３０が収容されている。モジュール内部の湿度が上昇した場合、乾燥剤３０は上蓋２２と共に本体２１から取り外され、容易に交換可能となる。【選択図】図２
2008282965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体、前記開口を覆うと共に乾燥剤収容部が設けられた上蓋、および、弾性材料により構成されると共に内部に空洞を有し、前記本体と前記上蓋との間に設けられた弾性環型封止部材を有する筐体と、
前記上蓋の乾燥剤収容部に収容された乾燥剤と
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記乾燥剤収容部は、前記上蓋の内面に設けられた凹部である
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】
温度８５℃、湿度８５％の条件で測定した前記筐体の透湿速度が１．０×１０-4（ｇ／ｈｏｕｒ）以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザへの電源供給用のコネクタ部を有し、前記コネクタ部は前記本体と一体に形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記コネクタ部はエポキシ接着剤により封止されている
ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記本体は、側面に前記半導体レーザで発生した光を外部に出射させる窓を有し、前記本体と前記窓との間はエポキシ接着剤により封止されている
ことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記本体の開口は矩形であり、前記弾性環型封止部材は前記開口の四隅に対応して湾曲部を有し、前記湾曲部の曲率半径はＲ１０以上である
ことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記本体および前記上蓋の間に絶縁板および前記弾性環型封止部材が設けられることにより、前記本体および前記上蓋が電気的に絶縁されており、前記本体および前記上蓋は各々前記半導体レーザの一対の電極に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記筐体内の湿度を感知する湿度感知部材を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体と、
前記開口を覆うと共に乾燥剤収容部が設けられた上蓋と、
弾性材料により構成されると共に内部に空洞を有し、前記本体と前記上蓋との間に設けられた弾性環型封止部材と
を備えたことを特徴とする筐体。
【請求項１１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体、および、前記開口を覆う上蓋を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた乾燥剤と
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを筐体に収容した半導体レーザモジュールおよびこれに用いられる筐体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disk）用途では、筐体に入れない裸の状態で機器に取り付けられる場合が多く、必要に応じて外部環境の温度・湿度などを制御して使用される。しかし、用途によっては、筐体に収容した半導体レーザモジュールの形で使用される場合もあり、その場合には、例えば、半導体レーザを湿度を極めて低くした環境で筐体に収容し、溶接などにより密閉するようにしている。しかし、溶接などで筐体を完全に密閉してしまうと、メンテナンスのため開封することもできなくなるので、通常はＯリングなどの密閉性の比較的低い封止方法も併用している。そのため、外部から筐体内への水分進入経路を完全に遮断することは難しい。
【０００３】
特許文献１では、筐体内に乾燥剤を封入することが提案されている。この乾燥剤は、半導体レーザを冷却するペルチェ素子などの冷却器の結露を防止するために設けられたものである。
【特許文献１】特開２００６−４９６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構造では、乾燥剤を半導体レーザなどと共に筐体底面に配置していたので、モジュール内部の湿度が上昇した場合には、筐体を開封して乾燥剤を取り外し、新しい乾燥剤と交換しなければならなかった。また、乾燥剤としてはシリカゲルを用いていたので、０℃以下の低温では吸湿能力が著しく低下することに加えて、室温における平衡湿度が約２０％と高いために有効に機能しないという問題もあった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、乾燥剤の交換を容易に行うことができる半導体レーザモジュールおよびこれに用いられる筐体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による第１の半導体レーザモジュールは、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）半導体レーザ
（Ｂ）半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体、開口を覆うと共に乾燥剤収容部が設けられた上蓋、および、弾性材料により構成されると共に内部に空洞を有し、本体と上蓋との間に設けられた弾性環型封止部材を有する筐体
（Ｃ）上蓋の乾燥剤収容部に収容された乾燥剤
【０００７】
本発明による筐体は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体
（Ｂ）開口を覆うと共に乾燥剤収容部が設けられた上蓋
（Ｃ）弾性材料により構成されると共に内部に空洞を有し、本体と上蓋との間に設けられた弾性環型封止部材
【０００８】
本発明の第２の半導体レーザモジュールは、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）半導体レーザ
（Ｂ）半導体レーザを収容すると共に上面に開口を有する本体、および、開口を覆う上蓋を有する筐体
（Ｃ）筐体内に設けられた乾燥剤
【０００９】
本発明の第１の半導体レーザモジュール、または本発明の筐体では、乾燥剤収容部が設けられた上蓋と本体とが弾性環型封止部材を間にして密閉されており、上蓋の乾燥剤収容部に乾燥剤が収容されているので、モジュール内部の湿度が上昇した場合、乾燥剤は上蓋と共に本体から取り外され、容易に交換可能となる。
【００１０】
本発明の第２の半導体レーザモジュールでは、筐体内に乾燥剤が設けられているので、筐体内の湿度の上昇が抑えられ、結露が防止される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の半導体レーザモジュール、または本発明の筐体によれば、乾燥剤収容部を設けた上蓋と本体とを弾性環型封止部材を間にして密閉し、上蓋の乾燥剤収容部に乾燥剤を収容するようにしたので、乾燥剤を上蓋と共に本体から取り外し、容易に交換することができる。
【００１２】
本発明の第２の半導体レーザモジュールによれば、筐体内に乾燥剤を設けるようにしたので、筐体内の湿度の上昇を抑え、結露を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
以下の実施の形態は、半導体レーザに対する結露の影響に着目し、これを抑制するため半導体レーザを乾燥剤と共に筐体に収容し、更に筐体の透湿性を改善することにより乾燥剤の効果を高めるようにしたものである。よって、具体的な実施の形態の説明に入る前に、本発明の基礎をなす前提事項として、半導体レーザに対する結露の影響および半導体レーザを筐体に収容する必要性について、実験結果に基づいて説明する。
【００１５】
（実験）
図１に示したような赤色半導体レーザを作製した。この赤色半導体レーザは、銅（Ｃｕ）のヒートシンク１１に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のサブマウント１２を間にして、ＧａＡｓ基板に形成した半導体レーザアレイ１３を、インジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）よりなるはんだ層１４および金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）よりなるはんだ層１５により接合したものであり、各層の厚みおよび構成材料は一般的なものとした。得られた赤色半導体レーザについて、筐体に入れない裸の状態で、一般的な居住空間（常温常湿雰囲気）においてペルチェ素子を用いて約−４０℃まで冷却し、その変化を光学顕微鏡で観察した。なお、−４０℃という環境は、約１００００ｍ上空での航空機の貨物室などで現実に発生する状況である。
【００１６】
（結果と分析）
５０℃から急冷を開始し、−１０℃で結露が始まった。これは、氷点下になり空気中に含まれる水分が結露し始めたものである。−２７℃で凍結が始まり、−３９℃で霜が成長し、−４５℃では針状の結晶が成長した。−４５℃で２分後には、針状の結晶は更に成長し、−４５℃で４分後には、赤色半導体レーザは完全に霜で覆われた。その後、再び室温に戻したところ、５℃で氷の融解が始まり、７℃で大きな水滴が生じ、半導体レーザアレイ１３の主出射側端面は水滴に覆われた。５１℃で氷は完全に融解し、６８℃で水分は蒸発した。
【００１７】
結露した半導体レーザアレイ１３の端面を顕微鏡で確認したところ、端面は均一な青色を呈しているのが正常であるが、ところどころで黄褐色に変色している部分が見られた。これが半導体レーザアレイ１３の結露による不良の例である。変色した部分をＳＥＭで観察したところ、インジウム（Ｉｎ）の付着物が認められ、ＥＤＸでも特異元素としてインジウム（Ｉｎ）が検出された。よって、変色の原因は、はんだ層１４，１５に含まれる成分のマイグレーションであり、特にヒートシンク１１とサブマウント１２との間のはんだ層１４にインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合に顕著であることが分かった。この不良は不可逆的なものであり、駆動電流の大幅な上昇をもたらすなどの致命的なダメージとなってしまった。
【００１８】
これに対して、結露しない条件で温度サイクルにかけたところ、上記のような不良は発生せず、端面は清浄であった。なお、結露しない条件としては、上述した赤色半導体レーザの出射端面にドライエアーを吹きつけながら温度サイクルにかけた。このように、端面変色は結露の有無と完全に対応しており、半導体レーザを筐体に収容し、結露しない条件とすることが必要であることが分かった。
【００１９】
以下、この実験結果に基づいて、具体的な実施の形態について説明する。
【００２０】
図２および図３は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザモジュールの構成を表したものである。この半導体レーザモジュールは、例えば、プロジェクタディスプレイに用いられるものであり、半導体レーザ１０を筐体２０に収容した構成を有している。
【００２１】
図４は、半導体レーザ１０の構成の一例を表したものである。半導体レーザ１０は、レーザプロジェクタの赤色光源などとして用いられるものであり、６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色半導体レーザである。この半導体レーザ１０は、ヒートシンク１１にサブマウント１２を間にして半導体レーザアレイ１３をはんだ層１４，１５（図４には図示せず、図１参照。）により接合したものである。
【００２２】
ヒートシンク１１は、例えば、銅（Ｃｕ）により構成され、表面には金（Ａｕ）などよりなる薄膜が被着されている。サブマウント１２は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されている。半導体レーザアレイ１３はＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層よりなる赤色半導体レーザバーであり、その構成は一般的なものである。
【００２３】
ヒートシンク１１上には、例えばこれと同一材料よりなる電極部材１６が、例えばネジ１６Ａ，１６Ｂにより固定されている。ヒートシンク１１と電極部材１６との間には例えばガラスまたはエポキシ等の絶縁樹脂よりなる絶縁板１７が設けられており、ヒートシンク１１と電極部材１６とは電気的に絶縁されている。電極部材１６には、半導体レーザアレイ１３側の一方の角に段部１６Ｃが設けられており、この段部１６Ｃには、例えば太さが５０μｍの金（Ａｕ）ワイヤまたは金（Ａｕ）箔よりなるワイヤ１８の一端部が接合されている。ワイヤ１８の他端部は半導体レーザアレイ１３に接合され、ワイヤ１８を介して電極部材１６と半導体レーザアレイ１３とが電気的に接続されている。すなわち、ヒートシンク１１と電極部材１６とは、半導体レーザアレイ１３の一対の電極としての機能も有している。なお、電極部材１６の段部１６Ｃには、ワイヤ１８および半導体レーザアレイ１３等を保護するため、ヒートシンク１１と同一材料よりなる保護部材１９がネジ１９Ａにより固定されている。
【００２４】
図２および図３に示した筐体２０は、本体２１および上蓋２２を有している。本体２１は例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる直方体の箱であり、上面に矩形の開口２１Ａを有している。本体２１は、一つの側面（例えば前面）に、半導体レーザ１０で発生した光を外部に出射させる窓２１Ｂを有している。本体２１と窓２１Ｂとの間は封止剤（図示せず）により封止されている。また、本体２１は、他の側面（例えば背面）に、半導体レーザ１０などへの電源供給用のコネクタ部２５を有している。
【００２５】
図５は、上蓋２２の構成を表したものである。上蓋２２は、本体２１の開口２１Ａを覆うものであり、本体２１と同じくアルミニウム（Ａｌ）により構成されている。上蓋２２は、乾燥剤収容部２２Ａとして内側に凹部を有しており、この乾燥剤収容部２２Ａに乾燥剤３０が収容されている。これにより、この半導体レーザモジュールでは、乾燥剤３０の交換を容易に行うことができるようになっている。
【００２６】
本体２１と上蓋２２との間には、密閉および封止のためのＯリング２３が設けられている。Ｏリング２３は、ゴムなどの弾性材料により構成され、内部に空洞を有する断面円形の環型の部材である。このＯリング２３が本発明にいう「弾性環型封止部材」の一具体例に相当する。
【００２７】
乾燥剤３０は、例えば、固定のための金具（図示せず）を有し、この金具は上蓋２２にネジ止めされている。なお、粘着テープ（図示せず）等で固定されていてもよい。乾燥剤収容部２２Ａの具体的な態様は、凹部に限らず、例えば上蓋の内側に金属などの網よりなるポケットを設けてもよい。また、半透湿膜などで隔離して二重あるいは三重の乾燥室を設けた入れ子構造としてもよい。
【００２８】
乾燥剤３０は、以下の（１）〜（３）の条件を満たすものであることが好ましい。
（１）最低環境温度における相対湿度の平衡値が１００％未満である
（２）最大吸湿量が筐体２０の透湿速度と耐用年数との積よりも大きい
（３）吸湿速度が筐体２０の透湿速度よりも大きい
以下、これらの条件（１）〜（３）について順に詳細に説明する。
【００２９】
（１）の条件は、最低環境温度で結露しない（すなわち湿度が１００％未満）であることを意味する。この（１）の条件における最低環境温度は、航空機の貨物室などを想定して−４０℃とする。この−４０℃という最低環境温度で結露しないためには、２５℃における平衡湿度は０．６％以下であると計算される。この条件を満たすのはゼオライトなどの限られた乾燥剤だけである。
【００３０】
図６は、アルミニウムよりなる四角い箱状の筐体を実際に作製し、この筐体に湿度センサーおよび乾燥剤としてゼオライトを内蔵し、接着剤およびＯリングを用いて密閉し、−４０℃〜８５℃の温度サイクルにかけた実験結果を表している。なお、接着剤としてはトールシールという名称の真空封止性能に優れたエポキシ接着剤を用いた。トールシールは有機成分を減らした２液性のエポキシ接着剤である。また、図６には、筐体に乾燥剤を入れず、湿度センサーのみを内蔵し、同様にして温度サイクルにかけた結果を併せて示す。
【００３１】
図６から分かるように、乾燥剤を内蔵した場合は、湿度はほとんど０％で変化せず、当然結露も発生していなかった。これに対して、乾燥剤を入れない場合は温度に反比例して筐体内部の相対湿度が変化し、−４０℃における相対湿度は約８５％に達していた。これはセンサーの性能の限界から表示が頭打ちになっているものであり、計算によれば１００％を超えて結露が発生していると考えられる。すなわち、（１）の条件を満たす乾燥剤としてゼオライトを内蔵すれば、−４０℃の低温環境下でも結露を抑えることができることが分かった。
【００３２】
また、この半導体レーザモジュールは、筐体２０内の湿度を感知する湿度感知部材として例えば湿度センサ４０を内蔵していることが好ましい。乾燥剤３０としてのゼオライトが有効に機能していれば（１）の条件は満たされるはずであるが、湿度感知部材を備えることにより、モジュール内の湿度の上昇など、何らかの問題が発生した場合にそれを検知し、必要に応じて警告などを発することができ、乾燥剤３０を上蓋２２と共に本体２１から取り外して新しい乾燥剤３０と交換するなどの適切な措置が可能となるからである。湿度感知部材としては、例えば、湿度センサ４０のほか、窓２１Ｂに色変化などにより湿度を表示する部分を付加したり、湿度により色が変わる錠剤を本体２１内に配置し、この錠剤の色を窓２１Ｂから観察できるようにしてもよい。
【００３３】
（２）の条件は、半導体レーザモジュールの想定寿命（耐用年数）まで乾燥剤３０が有効に機能し続けるためのものである。例えばゼオライトは、質量の約２０％の水分を吸収すると機能しなくなる。したがって、（ゼオライトの質量×０．２）＞（筐体２０の透湿速度×耐用年数）という関係式が成り立つ必要がある。乾燥剤３０の質量および耐用年数は商品設計や顧客の要求で制限されるものであるから、この関係式を成立させるためには、筐体２０の透湿速度（筐体２０内部への水分の侵入速度）をできるだけ小さくするように筐体２０の透湿対策を行う必要がある。
【００３４】
具体的には、筐体２０には以下のような透湿対策が施されていることが好ましい。
【００３５】
まず、コネクタ部２５は、本体２１と一体に形成されていることが好ましい。コネクタ部２５は筐体２０の透湿速度を左右する大きなポイントであり、コネクタ部２５を本体２１と一体に形成して継ぎ目をなくすことにより、筐体２０への水分の侵入経路を最小限に限定することができるからである。コネクタ部２５は、例えば、本体２１の側面（例えば、背面）に設けられた開口２１Ｄの周囲に、本体２１と一体に筒状に形成されている。開口２１Ｄには、複数のピン２６が貫通されると共に封止剤２７が充填されている。なお、ピン２６は、少なくとも二本設けられており、それぞれ半導体レーザ１０の一対の電極であるヒートシンク１１および電極部材１６に電気的に接続されている。なお、筐体２０内に湿度センサーや半導体レーザ１０の光出力センサなどを設ける場合には、それらの電源供給用のピンを追加してもよい。
【００３６】
開口２１Ｄを封止する封止剤２７、および本体２１と窓２１Ｂとの間の封止剤（図示せず）は、エポキシ接着剤などのエポキシを主成分とする気密性の高い材料よりなることが好ましい。水分の侵入を抑えることができるからである。
【００３７】
このようにコネクタ部２５が本体２１と一体に形成されている場合、筐体２０への水分侵入経路は、（ｉ）上蓋２２のＯリング２３、（ｉｉ）本体２１と窓２１Ｂとの間、および（ｉｉｉ）コネクタ部２５の開口２１Ｄの三箇所だけとなる。よって、（ｉｉ）本体２１と窓２１Ｂとの間、および（ｉｉｉ）コネクタ部２５の開口２１Ｄがエポキシを主成分とする気密性の高い材料により封止されていれば、（ｉ）Ｏリング２３の透湿速度が筐体２０の透湿速度を律する要因となり、Ｏリング２３の性能そのものが筐体２０の透湿速度として表れることになる。
【００３８】
具体的には、温度８５℃、湿度８５％の条件で測定した筐体２０の透湿速度は１．０×１０-4（ｇ／ｈｏｕｒ）以下であることが好ましい。この範囲内であれば、Ｏリング２３の透湿速度が筐体２０への水分侵入を律速していると考えることができ、そのほかに大きな水分侵入経路がないということが言えるからである。なお、実験によりＯリング２３の平均的な透湿速度を調べたところ、５．５×１０-5（ｇ／ｈｏｕｒ）であったので、（２）の条件における筐体２０の透湿速度は、これと同様に、例えば５．５×１０-5（ｇ／ｈｏｕｒ）とすることができる。
【００３９】
更に、Ｏリング２３は、開口２１Ａの四隅に対応して湾曲部２３Ａを有し、この湾曲部２３Ａの曲率半径はＲ１０以上であることが好ましい。Ｏリング２３の四隅の湾曲部２３Ａからの水分侵入を少なくすることができるからである。
【００４０】
表１は、コネクタ部２５を本体２１に一体化し、開口２１Ｄを充填剤２７で封止した筐体２０を実際に作製し、高温高湿環境下（温度８５℃、湿度８５％の恒温槽）で筐体２０内の湿度上昇を測定し、筐体２０の透湿速度を算出した結果を表したものである。
【００４１】
【表１】
2008282965.tif 000003
【００４２】
また、比較のため、アルミニウムよりなる本体に、これとは別体のコネクタを接続し、両者の隙間をＯリングで封止した従来構造の筐体を作製し、上述した本実施の形態の筐体２０と同様にして透湿速度を算出した。その結果を併せて表１に示す。
【００４３】
表２は、Ｏリング２３の透湿速度を、上述した本実施の形態の筐体２０と同様にして算出した結果を表したものである。Ｏリング２３の仕様はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、硬度７０とし、湾曲部２３Ａの曲率半径がＲ３．７５およびＲ１０の二つの場合について算出した。
【００４４】
【表２】
2008282965.tif 000004
【００４５】
表１および表２から分かるように、本実施の形態の筐体２０の透湿速度は、従来構造の筐体に比べて約３分の１であり、Ｏリング２３単体の透湿速度の最小値（Ｒ１０の場合）と同等であった。
【００４６】
また、Ｏリング２３の透湿速度は、湾曲部２３Ａの曲率半径をＲ１０とした場合のほうが、Ｒ３．７５とした場合に比べて約４０％改善されていた。
【００４７】
表１で得られた筐体２０の透湿速度（３．６８×１０-5（ｇ／ｈｏｕｒ））を用い、乾燥剤３０としてゼオライトの質量を１ｇとして、この半導体レーザモジュールの寿命を計算すると、８５℃８５％の環境下で約１年となる。２５℃５０％の環境下に換算すると、空気中に含まれる水分量の比較から約２６倍加速に相当すると考えられるので、マージンを見込んでも１０年以上の寿命が得られることになる。すなわち、１０年間は−４０℃でも結露しない状態を保持することができるということになる。ここで、１０年間という使用時間は商品としても許容できるレベルであると考えられるから、（２）の条件における耐用年数は１０年とすることが妥当である。
【００４８】
図７は、上述した（３）の条件を説明するものである。（３）の条件は、乾燥剤３０の吸湿速度と筐体２０の透湿速度との関係に関するものであり、両者の間には、（乾燥剤３０の吸湿速度（Ｖｄ１）＞（筐体２０の透湿速度（Ｖｍ））という関係が成立している。図７に示したように（乾燥剤３０の吸湿速度（Ｖｄ２））＜（筐体２０の透湿速度（Ｖｍ））となっている場合には、筐体２０内部の湿度は徐々に上昇することになり、結果として低温で結露が発生しうる状況になってしまう。乾燥剤３０の吸湿速度は乾燥剤３０の表面積に比例すると考えられ、初期状態から漸減したのちに平衡状態に達する。同じ形状ならば表面積は質量と相関があるから、乾燥剤３０はある程度の質量が必要であり、その吸湿速度は筐体２０の透湿速度を上回っていなければならない。
【００４９】
図８は、乾燥剤３０としてゼオライトの質量を１．１１ｇおよび０．１４ｇとして筐体２０の透湿試験（８５℃８５％環境）を行った結果を表したものである。図８から分かるように、ゼオライトの質量を１．１１ｇとした場合には湿度はほとんど上昇しなかったのに対して、ゼオライトの質量を０．１４ｇとした場合には、ゼオライト０．１４ｇの最大吸湿量から計算される寿命よりも極めて短時間（約１２時間後）で湿度上昇が発生した。これは、ゼオライトの質量は充足しているが、表面積が小さいために吸湿速度が筐体２０の透湿速度よりも小さくなってしまったためであると考えられる。すなわち、乾燥剤の吸湿速度が筐体２０の透湿速度を上回るという（３）の条件を満たすようにすれば、筐体２０内の湿度上昇を抑えることができることが分かった。
【００５０】
以上より、乾燥剤３０は、次のような条件を満たすことが好ましい。
（１）吸湿力（平衡湿度）＠乾燥剤３０の種類＜１００％＠−４０℃＝０．６％＠２５℃∝最低環境温度
（２）最大吸湿量∝乾燥剤３０の質量（Ｗ）＞（筐体２０の透湿速度×耐用年数）  
（３）吸湿速度（Ｖｄ）∝乾燥剤３０の表面積×空気中の水分量＞筐体２０の透湿速度（Ｖｍ）
【００５１】
また、（２）の乾燥剤３０の必要量Ｗは、下記の式により求めることができる。
Ｗ＝｛Ｒ・Ａ・ｔ・（Ｈｅｎｖ−Ｈｍ）｝／｛（Ｃ２−Ｃ１）×１０-2｝≒（Ｒ・Ａ・ｔ・Ｈｅｎｖ）／０．２
（式中、Ｗは乾燥剤３０の必要量（ｇ）、Ｒは筐体２０の透湿速度（ｇ／ｍ2 ・ｈ）、Ａは水分侵入経路の断面積（ｍ2 ）、ｔは保存期間（ｈ）、Ｈｅｎｖは外気の平均湿度（％）、Ｈｍは筐体２０内部の平均湿度（％）、Ｃ１は使用開始時の乾燥剤３０の吸湿率（％）、Ｃ２は筐体２０内部の最高限度の相対湿度における乾燥剤の平衡吸湿率（％）をそれぞれ表す。なお、Ｒ∝Ｔｅｎｖ，Ｈｅｎｖ、Ｈｍ≒０％、Ｃ１＝０％、Ｃ２＝２０％である。）
【００５２】
この半導体レーザモジュールは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００５３】
まず、上述した材料よりなると共にコネクタ部２５が一体に形成された本体２１と、乾燥剤収容部２２Ａを有する上蓋２２とを形成する。次いで、本体２１に半導体レーザ１０を収容し、ピン２６等の電気的な接続を行う。また、上蓋２２の乾燥剤収容部２２Ａには、乾燥剤３０を収容する。続いて、本体２１と上蓋２２との間にＯリング２３を配置し、本体２１の開口２１Ａを上蓋２２で覆うと共にＯリング２３により密閉する。以上により、図２および図３に示した半導体レーザモジュールが完成する。
【００５４】
この半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ１０において光が発生し、この光は本体２１の前面の窓２１Ｂから外部に出射される。ここでは、乾燥剤収容部２２Ａが設けられた上蓋２２と本体２１とがＯリング２３を間にして密閉されており、上蓋２２の乾燥剤収容部２２Ａに乾燥剤３０が収容されているので、モジュール内部の湿度が上昇した場合、乾燥剤３０は上蓋２２と共に本体から取り外され、容易に交換可能となる。
【００５５】
このように本実施の形態では、乾燥剤収容部２２Ａを設けた上蓋２２と本体２１とをＯリング２３を間にして密閉し、上蓋２２の乾燥剤収容部２２Ａに乾燥剤３０を収容するようにしたので、乾燥剤３０を上蓋２２と共に本体２１から取り外し、容易に交換することができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態では、コネクタ部２５が本体２１と一体に形成されている場合について説明したが、筐体２０そのものを半導体レーザ１０の電極として構成し、コネクタ部をなくすことも可能である。すなわち、図９に示したように、本体２１および上蓋２２との間に絶縁板２８およびＯリング２３が設けられることにより、本体２１および上蓋２２が電気的に絶縁されており、本体２１がヒートシンク１１に、上蓋２２が導線１６Ｄを介して電極部材１６にそれぞれ電気的に接続されているようにしてもよい。
【００５７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００５８】
また、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザモジュールの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、Ｏリング２３を設けず、本体２１と上蓋２２とをエポキシ樹脂で接着して封止するようにしてもよい。このようにすることにより、筐体２０内への水分侵入経路を少なくして密閉性を高め、筐体２０の透湿速度を更に小さくすることができる。
【００５９】
更に、上述した結露による端面変色などの不可逆的不良を防止するためには、図１０に示したように、乾燥剤３０は、本体２１の底面など、筐体２０内に設けられていればよく、必ずしも上蓋２２の乾燥剤収容部２２Ａに設けられている必要はない。ただし、上蓋２２に乾燥剤収容部２２Ａを設け、ここに乾燥剤３０を収容するようにすることにより、上蓋２２と乾燥剤３０とを交換可能なモジュールとし、メンテナンスの容易さと結露防止とを両立させることができる。
【００６０】
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザを例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、スーパールミネッセントダイオードなどの他の半導体発光素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】半導体レーザに対する結露の影響を調べた実験において用いた半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザモジュールの構成を表す断面図である。
【図３】図２に示した半導体レーザモジュールの上蓋を外した状態を表す平面図である。
【図４】図２に示した半導体レーザの構成を表す斜視図である。
【図５】図２に示した上蓋の構成を表す平面図および断面図である。
【図６】乾燥剤の有無による筐体内の湿度変化の違いを調べた結果を表す図である。
【図７】乾燥剤の吸湿速度と筐体の透湿速度との関係を説明するための図である。
【図８】乾燥剤の質量を変えて筐体内の湿度変化の違いを調べた結果を表す図である。
【図９】図２に示した半導体レーザモジュールの変形例を表す断面図である。
【図１０】図２に示した半導体レーザモジュールの他の変形例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…半導体レーザ、１１…ヒートシンク、１２…サブマウント、１３…半導体レーザアレイ、１４，１５…はんだ層、１６…電極部材、１７…絶縁板、１８…ワイヤ、１９…保護部材、２０…筐体、２１…本体、２１Ａ…開口、２１Ｂ…窓、２２…上蓋、２２Ａ…乾燥剤収容部、２３…Ｏリング、２４…ネジ、２５…コネクタ部、２６…ピン、２７…封止剤、２８…絶縁板、３０…乾燥剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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