(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の金属材料からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と第三の金属材料からなる接合部材とを接合し、さらに前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持する第二の金属材料からなるレンズホルダを、第三の金属材料からなる接合部材と接合して形成する半導体レーザモジュールであって、
前記第一の金属材料が、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で、
前記第二の金属材料が、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金で、
前記第三の金属材料が、Ｎｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金、
であることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にある-フェライト系ステンレス合金からなる前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持するレンズホルダとの合金の溶融を伴う接合方法であって、
その接合面に、Ｎｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなる接合部材を設け、前記ベース或いは封止部材と接合部材間および前記レンズホルダと接合部材間を溶融して接合することを特徴とする半導体レーザモジュールの接合方法。
【請求項３】
半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持し、第一の金属材料であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材とレーザ溶接で接合される第二の金属材料であるＰｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなるレンズホルダを有する半導体レーザモジュールであって、前記レンズホルダの前記ベース或いは封止部材との接合面に、第三の金属材料からなるＮｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素を不可避不純物濃度含むフェライト系ステンレス合金が接合部材として設けられている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、光通信分野で主に使用される光半導体素子や半導体レーザ素子などをマウントする半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の使用される光半導体素子や半導体レーザ素子は、図２（イ）に示されるような同軸型の半導体レーザモジュールや、（ロ）に示されるバタフライタイプ（表面実装型）の半導体レーザモジュールの形で供与されている（特許文献１参照）。
図２（イ）の半導体レーザモジュール２０では、光半導体素子４ａが載置されたステム５と直結しているキャップ１ａと、光半導体素子４から発せられる光を集光するレンズ７を保持するレンズホルダ２が接合されている。
図２（ロ）の半導体レーザモジュール２０では、半導体レーザ素子４ｂを載置したベース１ｂと、半導体レーザ素子４ｂからの発せられる光を集光するレンズ７を保持するレンズホルダ２が、その底面で接合されている、
【０００３】
このような半導体レーザモジュール２０において、半導体レーザ素子を載置するベース１ｂ、および半導体レーザ素子４ｂや光半導体素子４ａを封止するキャップ１ａなどの材料としては、封止性や素子に対する熱膨張特性を考慮してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金（以後、第一の金属材料と称す）が主に利用されている。
【０００４】
一方、レンズホルダ２に使われる材料は、レンズ７を正しい位置にマウントし、その使用中、マウントした位置を常時保持しなくてはならず、その為には、レンズ形状に合わせた精密なレンズホルダ２を作製できる快削性に優れる金属材料が用いられる。従来、Ｓ元素、Ｐｂ元素及びＴｅ元素を添加することで快削性を大きく向上させた耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼であるＦｅ−Ｃｒ−Ｓ−Ｐｂ−Ｔｅ系合金（以後、第二の金属材料と称す）が使われてきている。
【０００５】
上記レンズホルダ２と、ベース１ｂ或いはキャップ１ａは、両者を正確な位置で組み合わせて、ＹＡＧレーザなどによるスポット溶接を用いて、互いの金属材料を溶融して接合される。
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２０６５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来、レンズホルダに用いられている第二の金属材料と、ベース或いはキャップに用いられている第一の金属材料の組合せによる接合では、接合の際にＹＡＧレーザの熱により溶け合い接合界面に合金部を形成するが、第一の金属材料中のＮｉ元素と第二の金属材料中のＳ元素、Ｐｂ元素およびＴｅ元素が、レーザ溶接による溶融後の凝固過程において結晶粒界に偏析して低融点部となり凝固割れを生じさせてしまうことがあり、この割れが信頼性評価試験として印加される温度サイクルによって進行してレンズホルダの位置を変化させ、結果として光軸ズレを引き起こし、信頼性を大きく損なわせる場合がある。
【０００８】
そこで、前記問題に鑑み本発明の目的は、レーザ溶接による接合において、低融点部を生じさせること無く接合が行われ、その接合の信頼性をより向上させた半導体レーザモジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく請求項１記載の発明は、第一の金属材料からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と第三の金属材料からなる接合部材とを接合し、さらに前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持する第二の金属材料からなるレンズホルダを、第三の金属材料からなる接合部材と接合して形成する半導体レーザモジュールであって、前記第一の金属材料が、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で、前記第二の金属材料が、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金で、前記第三の金属材料が、Ｎｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金、であることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材と、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にある快削性に優れるフェライト系ステンレス合金からなる前記半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持するレンズホルダとの合金の溶融を伴う接合方法であって、  その接合面に、Ｎｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなる接合部材を設け、前記ベース或いは封止部材と接合部材間および前記レンズホルダと接合部材間を溶融して接合することを特徴とする半導体レーザモジュールの接合方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、半導体レーザ素子から発せられる光を導くレンズを保持し、第一の金属材料であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる半導体レーザ素子を載置するベース或いは半導体レーザ素子を納める封止部材とレーザ溶接で接合される第二の金属材料であるＰｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素が添加され、且つＮｉ元素が不可避不純物濃度にあるフェライト系ステンレス合金からなるレンズホルダを有する半導体レーザモジュールであって、前記レンズホルダの前記ベース或いは封止部材との接合面に、第三の金属材料からなるＮｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素を不可避不純物濃度含むフェライト系ステンレス合金が接合部材として設けられていることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、従来レーザ溶接のような金属の溶融を伴う接合方法において、生じてしまう低融点部を生じることなく接合ができ、結果として信頼性に優れた半導体レーザモジュールを提供するもので、工業上顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図を参照して本発明を詳細に説明する。
図１（イ）、（ロ）は異なる形態の本発明に係る半導体レーザモジュール２０を示す断面図である。
図１（イ）では、第一の金属材料からなるキャップ１ａと、第二の金属材料からなるレンズホルダ２の接合面に第三の金属材料からなるリング状の接合部材３ａを設け、第一の金属材料と第二の金属材料が直接接合せずに、第一の金属材料と第三の金属材料の接合、第二の金属材料と第三の金属材料の接合というように、第三の金属材料からなる接合部材を介して、第一の金属材料からなるキャップ１ａと第二の金属材料からなるレンズホルダ２を接合する。
【００１４】
図１（ロ）に示される半導体レーザモジュール２０においても同様に、半導体レーザ素子４ｂが載置される第一の金属材料からなるベース１ｂとレンズホルダ２を、第三の金属材料からなる接合部材３ｂを介して接合するものである。  なお、第二の金属材料からなるレンズホルダ２と第三の金属材料からなる接合部材３ａ、３ｂとをあらかじめ接合してなるレンズホルダなど、第一の金属材料からなるキャップ１ａやベース１ｂとの接合面に第三の金属材料を設けたレンズホルダを用意し、これを第三の金属材料の箇所において第一の金属材料からなるキャップ１ａ又はベース１ｂに接合してもよい。
図１（イ）、（ロ）において、６はリード、８は金属スリーブ、９は金属フェルール、１０は光ファイバ、１２はパッケージ、１３はペルチェ素子を表している。
【００１５】
本発明の骨子は、半導体レーザモジュール２０のレンズホルダ２と、素子と繋がっているベース１ｂ或いはキャップ１ａとの接合において、ベース１ｂ或いはキャップ１ａに用いられるＮｉ元素を含む第一の金属材料とレンズホルダ２に使用するＳ元素、Ｐｂ元素やＴｅ元素を含んで、快削性に優れる第二の金属材料とを、レーザ溶接のような材料の溶融を伴う方法により接合を行う際に、その接合界面にＮｉ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＳ元素を含む低融点の脆弱層を形成することなく接合を行うことにあり、第三の金属材料を介して、第一の金属材料と第二の金属材料の両者を直接には接合することなく接合することで、前記低融点の脆弱層の生成を抑制し、半導体レーザモジュール２０の信頼性の低下を防ぐものである。
【００１６】
ここで、用いる第三の金属材料は、ＳＵＳ４３０に代表されるフェライト系ステンレス鋼（Ｆｅ−Ｃｒ系合金）が望ましく、ＪＩＳ  Ｇ４３０５−２００５及びＧ４３０４−２００５に規定されるようにＳ元素、Ｐｂ元素、Ｔｅ元素およびＮｉ元素が添加されていないＦｅ−Ｃｒ系合金である。
この第三の金属材料を第一の金属材料と第二の金属材料間に配置してレーザ溶接すると、第一の金属材料と第三の金属材料間では、第三の金属材料にはＰｂ元素、Ｔｅ元素が添加されておらず、Ｓ元素も不可避不純物濃度であることから、第一の金属材料を構成するＮｉ元素と相まって、低融点の脆弱層を形成することはないために、この接合箇所では凝固割れの発生が防止され、信頼性が向上する。
【００１７】
更に、第三の金属材料と第二の金属材料間では、両者共に、Ｎｉ元素を含有しておらず、低融点の脆弱層を形成することはなく、従って、接合箇所での凝固割れによる信頼性の低下は引き起こされない。
【実施例】
【００１８】
表１に示す成分組成の金属材料を用い、図１（イ）に示す半導体レーザモジュールを作製し、作製直後の接合箇所の走査電子顕微鏡による目視観察と、−４０℃〜８５℃の温度範囲での温度サイクル試験（１００サイクル）を行った後の接合箇所の走査電子顕微鏡による目視観察を行い、接合箇所の形態を観察した。その結果を表２に記す。
【００１９】
【表１】
0004630209.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004630209.tif 000003
「不良数／試験数で評価」
【００２１】
表１、表２から明らかなように、本発明に係る半導体レーザモジュールでは、どちらの場合も、接合箇所に割れやクラックはみられず、健全な接合面をしていた。対して、従来のものでは、溶接直後においても割れが発生している試料が見られ、温度サイクル試験後には、その割合が大きくなっているのがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの断面図で、（イ）は同軸型の半導体レーザモジュール、（ロ）バタフライタイプ（表面実装型）の半導体レーザモジュールである。
【図２】従来の半導体レーザモジュールを示す断面図で、（イ）は同軸型の半導体レーザモジュール、（ロ）はバタフライタイプの半導体レーザモジュールである。
【符号の説明】
【００２３】
１ａ  キャップ（第一の金属材料）
１ｂ  ベース（第一の金属材料）
２    レンズホルダ（第二の金属材料）
３ａ  接合部材（第三の金属材料）
３ｂ  接合部材（第三の金属材料）
４ａ  光半導体素子
４ｂ  半導体レーザ素子
５    ステム
６    リード
７    レンズ
８    金属スリーブ
９    金属フェルール
１０  光ファイバ
１２  パッケージ
１３  ペルチェ素子
２０  半導体レーザモジュール
【図１】
0004630209.tif 000004
【図２】
0004630209.tif 000005