(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を気密封止するパッケージと、
前記パッケージ内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前方側から出力されたレーザ光が入射され、前記パッケージの頭部側に取り付けられた光ファイバと、
前記半導体レーザ素子の後方側から出力されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子よりも後方側の前記パッケージの尾部に設けられたパイプ状の通気部とを有し、
前記通気部を介して前記パッケージ内に低熱伝導性ガスを導入した後に又は前記パッケージ内を排気した後に、前記通気部は、その先端部を圧潰し溶接することにより封止される、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
内部を気密封止するパッケージと、
前記パッケージ内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前方側から出力されたレーザ光が入射され、前記パッケージの頭部側に取り付けられた光ファイバと、
前記半導体レーザ素子の後方側から出力されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子よりも後方側の前記パッケージの尾部に設けられたパイプ状の通気部とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子、前記光ファイバ及び前記受光素子を前記パッケージに設置する工程と、
前記通気部を介して前記パッケージ内に低熱伝導性ガスを導入し又は前記パッケージ内を排気する工程と、
前記通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記通気部を封止する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記請求項１に記載の半導体レーザモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するシステムであって、
前記通気部に配管を介して接続される排気装置及び低熱伝導性ガス導入装置と、
前記排気装置及び前記低熱伝導性ガス導入装置と前記通気部との間の前記配管に設けられた切換バルブとを有し、
前記排気装置によって前記通気部を介して前記パッケージ内を排気した後、前記切換バルブを切り換えて、前記低熱伝導性ガス導入装置から低熱伝導性ガスを前記通気部を介して前記パッケージ内に導入する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
前記請求項１に記載の半導体レーザモジュール内を低圧にするためのシステムであって、
前記通気部に配管を介して接続される排気装置を有し、
前記排気装置によって前記通気部を介して前記パッケージ内を排気して低圧にする、
ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記請求項１に記載の半導体レーザモジュールのパッケージ内に低熱伝導性ガスを導入するシステムであって、
前記通気部は、排気用の第１の通気部とガス導入用の第２の通気部とを備えており、
前記第１の通気部に第１の配管を介して接続される排気装置と、
前記第２の通気部に第２の配管を介して接続される低熱伝導性ガス導入装置と、
前記第２の配管に設けられた開閉バルブとを有し、
前記開閉バルブを閉状態にして、前記排気装置によって前記第１の通気部を介して前記パッケージ内を排気し、その後、前記第１の通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記第１の通気部を封止し、
前記開閉バルブを開状態にして、前記低熱伝導性ガス導入装置から低熱伝導性ガスを前記第２の通気部を介して前記パッケージ内に導入し、その後、前記第２の通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記第２の通気部を封止する、
ことを特徴とするシステム
【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及びその製造方法に関し、特に、真空チャンバーや真空チャンバー内で使用する自動シーム溶接機等を用いる必要がなく、簡単な装置で製造することができ、かつコストを低減することができる半導体レーザモジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体レーザモジュールは、内部に高純度の不活性ガスを注入しシーム溶接などで気密封止を行っている。これは、半導体レーザ素子のふれるパッケージ内部の雰囲気に水分や有機物が含まれていると、長期にわたる使用において、結露等によるショート、有機物の付着による半導体レーザ素子端面の焼け等が発生し、信頼性を著しく損なうためである。そのため、パッケージ内部の雰囲気は低水分の不活性ガスであるのが望ましく、価格などの関係から窒素が選択されることが多い。また、一部の波長帯、例えば９８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子では、有機物の付着による焼けが酸素の封入により防止されることが知られているため、酸素を混入する場合もある。通常、上記のガスで満たした雰囲気中でパッケージの本体に蓋部をシーム溶接することにより、内部の雰囲気の管理を行っている。
【０００３】
このようなシーム溶接を行う装置として、グローブボックス内でシーム溶接を行う方法が広く行われている。グローブボックスは、一般に箱型の気密容器からなり、その気密容器の側面に樹脂製のグローブパネルが設けられている。そして、グローブパネルの各所には、ゴム製のグローブが取り付けられて、グローブに手を挿入することにより、内部の装置や機器の操作等を気密状態で行うことができる。
【０００４】
グローブボックス内には、常に窒素が流されていて、内部のガス成分、含有水分量が管理されている。窒素の導入を止めてしまうと、グローブボックス内の壁に付着した水分等により、内部の露点が上昇してしまう。これを防ぐため、窒素の流量は２０Ｌ／ｍｉｎ程度と大きく設定される。グローブボックスのグローブに手を挿入して、パッケージの本体及び蓋部をセットして、内部のシーム溶接機で封止を行う。また、ロード・アンロードを自動で行う装置も使用されることもある。
【０００５】
ところで、半導体レーザモジュールに求められる特性として、例えば７５℃程度までの高温環境下での動作保証がある。そのため、半導体レーザモジュールには、ペルチェ素子を用いた冷却装置を備えており、半導体レーザ素子（又はその付近）の温度をサーミスタで検知して、その検知した温度に応じて冷却装置を作動させ、一般には半導体レーザ素子付近の温度を２５℃程度に保つようにしている。
【０００６】
しかしながら、高温環境下では、パッケージ外部との温度差のために、パッケージ外部からの熱が半導体レーザ素子付近の低温部に流入する。この熱の流入は、パッケージ内部のガス、多くの場合は窒素による熱伝導によってもたらされている。本発明者の実験によれば、冷却すべき半導体レーザ素子の発熱量が１．０Ｗ〜６Ｗであるのに対し、流入熱は０．５Ｗ程度に達する。この流入した熱により冷却装置の負荷が増大し、半導体レーザモジュールの冷却特性を著しく劣化される。
【０００７】
そこで、半導体レーザモジュールの冷却特性を高温環境下でも保持するため、パッケージ外部の高温部側から半導体レーザ素子付近の低温部側への熱を遮断する必要があり、従来から種々の技術が開発されている。
【０００８】
例えば、特開平７−１３０９２２号公報には、半導体パッケージ内をキセノン等の低熱伝導性ガスで封止する冷却装置付半導体装置が提案されている（以下、この技術を従来例１という）。従来例１によれば、キセノン等は窒素に比べ熱伝導率が低いため、高温環境下でも外部の高温部から半導体レーザ素子付近の低温部への熱の導入を低減できるので、半導体レーザモジュールの冷却特性が改善され、より高出力高温環境下での動作が可能となる。
【０００９】
また、特開昭５８−４３５８９号公報には、半導体レーザ素子を密閉する容器内を真空にすることにより、熱伝導による外気温の変化の影響を低減することができる半導体レーザが提案されている（以下、この技術を従来例２という）。従来例２によれば、低圧にすることにより低熱伝導性の効果はさらに良好となり、ほぼ完全に低温部と高温部の遮断が可能となり、一層の冷却特性の改善と高出力高温動作が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例１では、キセノン等が非常に高価な気体であり、従来の方法のように大流量でグローブボックス内に流し込む場合、半導体レーザモジュールの製造コストが非常に高くなってしまうという課題がある。
【００１１】
また、従来例２では、グローブボックス内で低圧状態にすることも、構造上グローブがあるため困難である。そのため、真空チャンバー内部にシーム溶接機を取り付け、パッケージの本体と蓋部とをセットして真空引きした後、外部からのリモート操作でシーム溶接を行う方法があるが、その都度真空引きを行うことは、非常に手間がかかる。また、これを解決するために、多数個のセットが可能なように自動で部材のロード・アンロードを行う自動シーム溶接機もあるが、高価となってしまうという課題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、真空チャンバーや自動シーム溶接機等を用いる必要がなく、簡単な装置で製造することができ、かつコストを低減することができる半導体レーザモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザモジュールは、
内部を気密封止するパッケージと、
前記パッケージ内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前方側から出力されたレーザ光が入射され、前記パッケージの頭部側に取り付けられた光ファイバと、
前記半導体レーザ素子の後方側から出力されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子よりも後方側の前記パッケージの尾部に設けられたパイプ状の通気部とを有し、
前記通気部を介して前記パッケージ内に低熱伝導性ガスを導入した後に又は前記パッケージ内を排気した後に、前記通気部は、その先端部を圧潰し溶接することにより封止される、
ことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、
内部を気密封止するパッケージと、
前記パッケージ内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前方側から出力されたレーザ光が入射され、前記パッケージの頭部側に取り付けられた光ファイバと、
前記半導体レーザ素子の後方側から出力されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子よりも後方側の前記パッケージの尾部に設けられたパイプ状の通気部とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子、前記光ファイバ及び前記受光素子を前記パッケージに設置する工程と、
前記通気部を介して前記パッケージ内に低熱伝導性ガスを導入し又は前記パッケージ内を排気する工程と、
前記通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記通気部を封止する工程と、
を有することを特徴とするものである。
本発明の第１のシステムは、前記半導体レーザモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するシステムであって、
前記通気部に配管を介して接続される排気装置及び低熱伝導性ガス導入装置と、
前記排気装置及び前記低熱伝導性ガス導入装置と前記通気部との間の前記配管に設けられた切換バルブとを有し、
前記排気装置によって前記通気部を介して前記パッケージ内を排気した後、前記切換バルブを切り換えて、前記低熱伝導性ガス導入装置から低熱伝導性ガスを前記通気部を介して前記パッケージ内に導入する、
ことを特徴とするものである。
本発明の第２のシステムは、前記半導体レーザモジュール内を低圧にするためのシステムであって、
前記通気部に配管を介して接続される排気装置を有し、
前記排気装置によって前記通気部を介して前記パッケージ内を排気して低圧にする、
ことを特徴とするものである。
本発明の第３のシステムは、前記半導体レーザモジュールのパッケージ内に低熱伝導性ガスを導入するシステムであって、
前記通気部は、排気用の第１の通気部とガス導入用の第２の通気部とを備えており、
前記第１の通気部に第１の配管を介して接続される排気装置と、
前記第２の通気部に第２の配管を介して接続される低熱伝導性ガス導入装置と、
前記第２の配管に設けられた開閉バルブとを有し、
前記開閉バルブを閉状態にして、前記排気装置によって前記第１の通気部を介して前記パッケージ内を排気し、その後、前記第１の通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記第１の通気部を封止し、
前記開閉バルブを開状態にして、前記低熱伝導性ガス導入装置から低熱伝導性ガスを前記第２の通気部を介して前記パッケージ内に導入し、その後、前記第２の通気部の先端部を圧潰し溶接することにより前記第２の通気部を封止する、
ことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明によれば、低熱伝導性ガスの使用量は、パッケージ内部の容積程度に抑えることができる。また、パッケージ内を低圧にする場合でも、真空チャンバーや、自動シーム溶接機を用いることなく、簡易な装置で実施することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールを示す側面断面図であり、（Ａ）は通気部を封止する前の状態を示し、（Ｂ）は通気部を封止した後の状態を示す。
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールは、内部を気密封止するパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子２と、その半導体レーザ素子２から出力されたレーザ光が入射される光ファイバ３と、半導体レーザ素子２の後方側（図１では左側）から出力されるモニタ用のレーザ光を受光するフォトダイオード４と、半導体レーザ素子２を固定して取り付けたチップキャリア５と、フォトダイオード４を固定して取り付けたフォトダイオードキャリア６と、チップキャリア５及びフォトダイオードキャリア６を固定して取り付けた基台７とを有する。
【００２２】
パッケージ１は、本体１ａと、本体１ａの上部を覆う蓋部１ｂとを有し、例えば本体１ａの底部はＣｕＷ系の合金で作られ、その他の部分はコバールで作られている。パッケージ１の本体１ａの前方側（図１では右側）の頭部にはフランジ部８が設けられ、パッケージ１の本体１ａの後方側（図１では左側）の尾部にはキセノン等の低熱伝導性ガス導入用及び／又はパッケージ内ガス排気用の通気部９が設けられている。
【００２３】
通気部９は、例えばパッケージ１の尾部においてパッケージ１外部及び内部に突出したパイプ状に形成されている（図１（Ａ）参照）。例えば、このパイプ状の通気部９は、肉厚０．５ｍｍ、内径１ｍｍ、パッケージ１外部の長さ２０ｍｍ、パッケージ１内部の長さ０．５ｍｍとして設計されており、例えばコバール等の材質で作られている。通気部９はパッケージ１に銀ロウ付け等で取り付けられるか、パッケージ１と一体成形される。通気部９を介してパッケージ１内に低熱伝導性ガスを導入した後又はパッケージ１内のガスを排気後に、通気部９の先端部をかしめて潰すことにより仮封止して切断し、かしめ部又はその近傍を溶接することにより封止される（図１（Ｂ）参照）。溶接方法としては、超音波溶接法もしくはＴＩＧ（イナートガスタングステンアーク）溶接等が用いられる。
【００２４】
通気部９をパッケージ１の尾部に設けることにより、パッケージ１の外観がすっきりし、プリント基板やヒートシンク上での設置効率が高くなる。通気部９のパッケージ１外部の長さは、かしめ溶接の作業性の観点から、５ｍｍ以上が好ましく、パッケージ１の小型化の観点から、２５ｍｍ以下が好ましい。
【００２５】
基台７上の半導体レーザ素子２の前方側には半導体レーザ素子２から出力されたレーザ光を平行にする第１レンズ１０が設置されている。第１レンズ１０は、ステンレス等の金属で作られ基台７上に設けられた第１のレンズホルダ１１に保持されている。
【００２６】
パッケージ１の前方側の頭部に設けられたフランジ部８の内部には、第１レンズ１０を通過したレーザ光が入射する窓部１２と、レーザ光を集光する第２レンズ１３が設けられている。第２レンズ１３は、第２のレンズホルダ１４によって保持され、その第２のレンズホルダ１４は、パッケージ１のフランジ部８の第２レンズ固定面にＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００２７】
第２のレンズホルダ１４の端部には金属製のスライドリング１５がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００２８】
光ファイバ３の先端部は金属製のフェルール１６によって保持され、そのフェルール１６は、スライドリング１５の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００２９】
基台７はパッケージ１の底部に固定された冷却装置１７上に固定して取り付けられている。冷却装置１７は、半導体レーザ素子２から発生した熱を冷却するものであり、ペルチェ素子が用いられる。半導体レーザ素子２からの発熱による温度上昇はチップキャリア５上に設けられたサーミスタ（図示せず）によって検出され、サーミスタにより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置１７が制御される。これによって、半導体レーザ素子２のレーザ出力を安定化させることができる。
【００３０】
半導体レーザ素子２の前方側から出力されたレーザ光は、第１レンズ１０によって平行になり、窓部１２を介して第２レンズ１３によって集光され、フェルール１６によって保持された光ファイバ３に入射され外部に送出される。
【００３１】
一方、半導体レーザ素子２の後方側から出力されたモニタ用のレーザ光は、フォトダイオード４によって受光され、フォトダイオード４の受光量等を算出することにより半導体レーザ素子２の光出力強度や発光波長を調整する。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するためのシステムの構成を示す説明図であり、（Ａ）はモジュール内を排気している状態を示し、（Ｂ）はモジュール内に低熱伝導性ガスを導入している状態を示す。
【００３３】
図２に示すように、このシステムでは、ロータリポンプ等の排気装置１８及び低熱伝導性ガス導入装置１９が配管２０を介して通気部９に接続されている。また、排気装置１８及び低熱伝導性ガス導入装置１９と通気部９との間の配管２０には切換バルブ２１が設けられている。
【００３４】
まず、パッケージ１の本体１ａに蓋部１ｂをシーム溶接で取り付けた後、排気装置１８及び低熱伝導性ガス導入装置１９が接続された配管２０の先端部を通気部９に取り付ける。
【００３５】
次いで、切換バルブ２１を排気装置１８側の管路に接続するように切り換え、排気装置１８によって通気部９を介してパッケージ１内を排気する（図２（Ａ）参照）。
【００３６】
次いで、切換バルブ２１を低熱伝導性ガス導入装置１９側の管路に接続するように切り換え、低熱伝導性ガス導入装置１９からキセノン等の低熱伝導性ガスを通気部９を介してパッケージ１内に導入する（図２（Ｂ）参照）。
【００３７】
パッケージ１内が低熱伝導性ガスによって充填されると、通気部９の先端部をかしめて潰すことにより仮封止して切断し、かしめ部又はその近傍を溶接することにより通気部９を封止する。
【００３８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内を低圧にするためのシステムの構成を示す説明図である。
【００３９】
このシステムでは、排気装置１８が配管２０を介して通気部９に接続されている。
【００４０】
まず、パッケージ１の本体１ａに蓋部１ｂをシーム溶接で取り付けた後、排気装置１８が接続された配管２０の先端部を通気部９に取り付ける。
【００４１】
次いで、排気装置１８によって通気部９を介してパッケージ１内を排気して、例えば１０-3Torr程度に低圧にする。
【００４２】
パッケージ１内を所望の圧力まで低圧にすると、通気部９の先端部をかしめて潰すことにより仮封止して、かしめ部又はその近傍を溶接することにより通気部９を封止する。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態によれば、低熱伝導性ガスの使用量は、パッケージ１内部の容積程度に抑えることができる。その結果、半導体レーザモジュールの製造コストを低減することができる。
【００４４】
また、パッケージ１内を低圧にする場合でも、真空チャンバーや、自動シーム溶接機を用いることなく、簡易な装置で実施することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するためのシステムの構成を示す説明図であり、（Ａ）はモジュール内を排気している状態を示し、（Ｂ）はモジュール内に低熱伝導性ガスを導入している状態を示す。
【００４６】
図４に示すように、第２の実施の形態では、パッケージ１に取り付ける第１の通気部９ａ及び第２の通気部９ｂがそれぞれ平面から見て２列に平行に設けられ、第１の通気部９ａが排気用に用いられ、第２の通気部９ｂがガス導入用に用いられる。
【００４７】
排気装置１８は第１の配管２０ａを介して第１の通気部９ａに接続され、低熱伝導性ガス導入装置１９は第２の配管２０ｂを介して第２の通気部９ｂに接続されている。また、第２の配管２０ｂには、開閉バルブ２２が設けられている。
【００４８】
まず、パッケージ１の本体１ａに蓋部１ｂをシーム溶接で取り付けた後、排気装置１８が接続された第１の配管２０ａの先端部を第１の通気部９ａに取り付けるとともに、低熱伝導性ガス導入装置１９が接続された第２の配管２０ｂの先端部を第２の通気部９ｂに取り付ける。その際、開閉バルブ２２は閉状態になっている（図４（Ａ）参照）。
【００４９】
次いで、排気装置１８によって第１の通気部９ａを介してパッケージ１内を排気する。
【００５０】
次いで、第１の通気部９ａの先端部をかしめて潰すことにより仮封止して切断し、かしめ部又はその近傍を溶接することにより第１の通気部９ａを封止する。
【００５１】
次いで、開閉バルブ２２を開状態にして、低熱伝導性ガス導入装置１９からキセノン等の低熱伝導性ガスを第２の通気部９ｂを介してパッケージ１内に導入する（図４（Ｂ）参照）。
【００５２】
パッケージ１内が低熱伝導性ガスによって充填されると、第２の通気部９ｂの先端部をかしめて潰すことにより仮封止して切断し、かしめ部又はその近傍を溶接することにより第２の通気部９ｂを封止する。
【００５３】
第２の実施の形態によれば、排気用の第１の通気部９ａとガス導入用の第２の通気部９ｂの２つの通気部９に分かれており、排気用とガス導入用を兼ねていないので、切換バルブ２１を設ける必要がなくなるとともに、排気工程及びガス導入工程の確実性が向上する。
【００５４】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、低熱伝導性ガスの使用量は、パッケージ内部の容積程度に抑えることができる。その結果、半導体レーザモジュールの製造コストを低減することができる。
【００５６】
また、パッケージ内を低圧にする場合でも、真空チャンバーや、自動シーム溶接機を用いることなく、簡易な装置で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールを示す側面断面図であり、（Ａ）は通気部を封止する前の状態を示し、（Ｂ）は通気部を封止した後の状態を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するためのシステムの構成を示す説明図であり、（Ａ）はモジュール内を排気している状態を示し、（Ｂ）はモジュール内に低熱伝導性ガスを導入している状態を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内を低圧にするためのシステムの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュールのモジュール内に低熱伝導性ガスを導入するためのシステムの構成を示す説明図であり、（Ａ）はモジュール内を排気している状態を示し、（Ｂ）はモジュール内に低熱伝導性ガスを導入している状態を示す。
【符号の説明】
１：パッケージ
１ａ：本体
１ｂ：蓋部
２：半導体レーザ素子
３：光ファイバ
４：フォトダイオード
５：チップキャリア
６：フォトダイオードキャリア
７：基台
８：フランジ部
９：通気部
９ａ：第１の通気部
９ｂ：第２の通気部
１０：第１レンズ
１１：第１のレンズホルダ
１２：窓部
１３：第２レンズ
１４：第２のレンズホルダ
１５：スライドリング
１６：フェルール
１７：冷却装置
１８：排気装置
１９：低熱伝導性ガス導入装置
２０：配管
２０ａ：第１の配管
２０ｂ：第２の配管
２１：切換バルブ
２２：開閉バルブ
【図１】
0004629843.tif 000002
【図２】
0004629843.tif 000003
【図３】
0004629843.tif 000004
【図４】
0004629843.tif 000005