(57)【要約】【課題】平板基板のペルチェクーラでは、キャンタイプや同軸タイプの半導体レーザモジュールに対応できず、それらの半導体レーザモジュールには温度制御がなされていなかった。【解決手段】Ｐ型のペルチェ素子１１とＮ型のペルチェ素子１２を電極１３で交互に直列に接続し、それらを円筒曲面に形成した２枚の基板１４，１５で挟み込んでペルチェクーラを構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型のペルチェ素子とＮ型のペルチェ素子を電極で交互に直列に接続し、それらを円筒曲面に形成した２枚の基板で挟み込んだことを特徴とするペルチェクーラ。
【請求項２】
前記基板に、前記ペルチェ素子を支える支持部を形成したことを特徴とする請求項１記載のペルチェクーラ。
【請求項３】
前記電極の下部に水平部を形成し、前記水平部を前記支持部に接着したことを特徴とする請求項２記載のペルチェクーラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のペルチェクーラ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５】
前記ペルチェクーラを金属パッケージの外周面に複数個接着した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】
前記半導体レーザモジュールがキャンタイプ又は同軸タイプであることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザモジュール等の温度制御に使用するペルチェクーラ及びペルチェクーラを備えた半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−１９０１４１号公報
特許文献１に記載されているように、半導体レーザモジュールには温度制御のためにペルチェクーラが使用されている。
一般に半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と受光素子と光学系とを金属パッケージに実装して構成される。半導体レーザ素子は電流を流すことによって所定の波長を有するレーザ光を発生するが、波長には温度依存性があり、自己発熱、周囲温度変化によって波長が変化する。また半導体レーザ素子は駆動電源の変動や自己発熱などによる温度の変動によって光出力が変化する。
【０００３】
このように半導体レーザ素子は、光出力、波長ともに温度依存性が高いので、一般的に半導体レーザモジュールはサーミスタ素子及びペルチェクーラを具備して温度制御するようにしている。
半導体レーザ素子に電流を流し、発光した時に生じる発熱により半導体レーザ素子の温度が上昇した場合、温度上昇分をサーミスタ素子で感知し、抵抗値を変化させて、基準温度になるようにペルチェクーラを駆動して冷却させることにより温度を制御する。
【０００４】
図９は従来のペルチェクーラを示す斜視図である。ペルチェクーラは特許文献１にも記載されているが、その詳細な構造は明確には記載されてない。そこで図９により構造を説明する。
一般的に半導体レーザモジュールの温度制御に利用されるベルチェクーラは、Ｐ型のペルチェ素子１とＮ型のペルチェ素子２を交互に配置し、前記２種類のペルチェ素子１，２を接続するために設けられた複数の電極３を有し、２枚の平板基板４によりサンドイッチ状に挟み込んだ構造をしている。
２枚の平板基板４に設けられている電極３は、２種類のペルチェ素子１，２を交互に直列に接続できるように形成される。交互に直列に接続されたペルチェ素子１，２の両端の電極３には、外部へ接続するためのリード５が接続されている。
【０００５】
上記した構造を有するペルチェクーラは、ペルチェ効果を利用し、電流を流すことで、平板基板４の一方の面を冷却面に、他方の面を発熱面にすることができ、逆方向に電流を流すことで、冷却面と発熱面を逆転することが可能である。
半導体レーザモジュールでは、サーミスタ素子の抵抗などを用いて基準温度を抵抗値に換算させ、ペルチェクーラの冷却発熱機能を温度制御に利用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平板基板のペルチェクーラを使用すると、平板基板の形状の制御から、キャンタイプや同軸タイプの半導体レーザモジュールは円筒形状のため対応できず、それらの半導体レーザモジュールには温度制御がなされていなかった。そのため、製品仕様に対して動作温度保証の面でマージンが大きくなってしまうという問題があった。
また、円筒型のキャンパッケージの場合、実際にはパッケージにペルチェクーラを取り付けるほどの底面の面積も存在していなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明はＰ型のペルチェ素子とＮ型のペルチェ素子を電極で交互に直列に接続し、それらを円筒曲面に形成した２枚の基板で挟み込んでペルチェクーラを構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態を示す斜視図、図２は第１の実施形態の部分拡大図で、外側の基板及び電極を取り除いた状態を示している。
複数のＰ型のペルチェ素子１１と、複数のＮ型のペルチェ素子１２を交互に上下２段に配置し、複数の電極１３によってそれらの複数のＰ型のペルチェ素子１１と、複数のＮ型のペルチェ素子１２を交互に直列に接続し、２枚の円筒曲面に形成した外側の基板１４と内側の基板１５とでそれらをサンドイッチ状に挟み込んでペルチェクーラを構成している。
交互に直列に接続したペルチェ素子１，２の両端の電極１３には、外部へ接続するためのリード１６が接続されている。
【０００９】
第１の実施形態は、従来の平板の基板に対して、円筒曲面を有する基板１４，１５に特徴がある。
基板１４，１５は従来と同様に例えばアルミナ・窒化アルミニウム等の材料を焼結する等の手段で製造される。円筒曲面に形成するには、焼結用の型を円筒曲面になるように構成することにより容易に実現できる。
この際、電極１３を形成する基板１４，１５の領域は、対向する電極１３が平行になるように平坦部に形成しておくと、電極１３を形成する時に都合が良い。
【００１０】
電極１３は、外側基板１４のペルチェ素子１１，１２に接続する側の面及び内側電極１５のペルチェ素子１１，１２に接続する側の面の上記した平坦部に、金属メッキによりパターン形成される。
金属製の平板電極を上記した平坦部に半田等の接着手段により貼り付けて電極１３を構成しても良い。
平坦部を形成しない時は、電極１３の形状を、外側基板１４に接する面を凸型の円筒曲面にし、ペルチェ素子１１，１２に接する面を平面に構成する。また、内側基板１５に接する面を凹型の円筒曲面にし、ペルチェ素子１１，１２に接する面を平面に構成する。そして、基板１４，１５と電極１３を接着すれば良い。
【００１１】
ペルチェ素子１１，１２と電極１３は半田等により接着される。半田の組成は、Ｓｎ−Ｓｂ、Ａｕ−Ｓｎ等が適当である。
なお、電極１３は、両端のものを除いて、ペルチェ素子１１，１２を直列に接続するために、例えば図２に示すように接続部１３ａで接続されている。
【００１２】
図３は本発明の第２の実施形態を示す斜視図、図４は第２の実施形態の部分拡大図で、外側の基板及び電極を取り除いた状態を示している。
第１の実施形態とは、基本構造は同じで、基板２４，２５にペルチェ素子１１，１２を支える支持部２７を形成し、電極２３の下部に水平部２３ｂを形成したことが異なっている。
【００１３】
支持部２７は外側基板２４及び内側基板２５の内側（ペルチェ素子側）にそれぞれ形成される。支持部２７は基板２４，２５を焼結する際に一体に形成しても、また、同じ材料で別体に作成して接着剤で固着しても良い。
【００１４】
電極２３は、第１の実施形態と同様に図４に示す接続部２３ａを有し、更に下部に水平部２３ｂを構成している。
この水平部２３ｂは基板２４，２５の支持部２７上に接着剤等で固定され、その上にペルチェ素子１１，１２が半田等により接着される。
このように構成すると、電極２３とペルチェ素子１１，１２との接続面積が増えるため、接合強度が増大する。
【００１５】
図５は本発明の第３の実施形態を示す斜視図である。
第３の実施形態は、第２の実施形態から電極２３の水平部２３ｂを除いた構成、即ち第１の実施形態に支持部２７を形成した構成になっている。
従って、ペルチェ素子１１，１２は基板２４，２５の支持部２７上に直接載せられ、接着剤等で固定される。
第２の実施形態のように、電極２３に水平部２３ｂを形成しなくても、支持部２７を形成するだけでペルチェ素子１１，１２を支えることは十分である。
【００１６】
図６は本発明のペルチェクーラをキャンタイプの半導体レーザモジュールに適用した例を示す図である。
キャンタイプの半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子、受光素子、光学系等を円筒型の金属パッケージ３１に気密封止して構成される。３２はレーザ光射出口、３３はリードである。
このような半導体レーザモジュールの円筒型の金属パッケージ３１の外周面に複数個例えば４個の本発明に係るペルチェクーラ３０を半田等の接着手段により取り付ける。外周面に取り付けるのはスペースの問題と冷却効率と作業の容易性からである。
ペルチェクーラ３０は互いの極性が直列になるように接続され、十極及び一極となる両端のリードは外部接続用のリード端子として使用される。
【００１７】
図７は本発明のペルチェクーラを同軸タイプの半導体レーザモジュールに適用した例を示す図である。
同軸タイプの半導体レーザモジュールはキャンタイプの半導体レーザモジュールに光ファイバを接続した構造で、図６のキャンタイプの半導体レーザモジュールにゴムフード３４と光ファイバ３５を具備させたものである。従って、金属パッケージ３１の外周面にペルチェクーラを取り付けることは全く同じである。
【００１８】
図８は本発明のペルチェクーラを半導体レーザモジュールに装着した状態を示す図である。
図６及び図７では省略したが、温度制御用のサーミスタ素子が、発熱源であり、温度制御の対象となる半導体レーザ素子の近傍に設置される。図８は設置場所として金属パッケージ３１内にした例であり、リード３６がその外部接続用のリード端子となる。サーミスタ素子を金属パッケージ３１の外部に設置しても良いことは言うまでもない。
４個のペルチェクーラ３０はリード３７により互いの極性が直列に接続され、両端のリード３８が外部接続用のリード端子として使用される。ペルチェクーラ３０の数は任意であり、金属パッケージ３１のが外周面にリング状になるように金属パッケージ３１に密着して取り付けることにより冷却効果を発揮する。
【００１９】
以上のように本発明の第１〜第３の実施形態は円筒曲面を有しているので、円筒型の半導体レーザモジュールに適用することができる。
第２及び第３の実施形態によれば、基板に支持部を形成したので、ペルチェ素子を支えるだけでなく、ペルチェクーラ自体の強度を向上させることができる。
特に第２の実施形態によれば、更に電極の下部に水平部を設け、水平部を支持部に固定するので、ペルチェ素子との接続面積が増え、接合強度を増大させることができる。
【００２０】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば円筒曲面を有するペルチェクーラを実現できるので、円筒型の半導体レーザモジュールに適用して温度制御をすることができ、平面基板のペルチェクーラを使用した半導体レーザモジュールと同等の性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す斜視図
【図２】第１の実施形態の部分拡大図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す斜視図
【図４】第２の実施形態の部分拡大図
【図５】本発明の第３の実施形態を示す斜視図
【図６】半導体レーザモジュールに適用した例を示す図
【図７】半導体レーザモジュールに適用した例を示す図
【図８】ペルチェクーラを装着した状態を示す図
【図９】従来のペルチェクーラを示す斜視図
【符号の説明】
１１            Ｐ型のペルチェ素子
１２            Ｎ型のペルチェ素子
１３，２３      電極
１３ａ          接続部
１３ｂ          水平部
１４，２４      外側の基板
１５，２５      内側の基板
１６            リード
２７              支持部
３０              ペルチェクーラ
３１              金属パッケージ
３３，３６〜３８  リード
３４              ゴムフード
３５              光ファイバ
【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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