JPH07131106A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストを安く抑えることができ、しかも
冷却能力や熱応答特性が優れた半導体レーザモジュール
を実現する。 【構成】 コンパクトディスク等に共用できる半導体レ
ーザパッケージ１４のステム１２には金属部材３４が接
合され、これに電子冷却素子２２の冷却面２６が接合し
ている。電子冷却素子２２の放熱面２４は、半導体レー
ザモジュールパッケージ２１の内面に固定されている。
半導体レーザ１１の熱は、固定具３６からステム１２を
介して電子冷却素子２２に流れる。半導体レーザパッケ
ージ１４のキャップ１３の円板状の面に、光学系を収容
したホルダが固定されており、半導体レーザ１１から射
出された光が光ファイバ１９に光学的に結合するように
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信用の光源として用
いる半導体レーザモジュールに係わり、特に電子冷却素
子を使用して半導体レーザの冷却を行うようにした半導
体レーザモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ペルチエ効果素子等の電子冷却素子を用
いて半導体レーザの温度を一定に保つようにした半導体
レーザモジュールは、環境温度の変化に対して例えば光
出力や波長の変動が少ない安定した特性を得ることがで
きる。そこで、このような半導体レーザモジュールは、
中速から高速および中距離から長距離の光通信装置用の
光源として広く用いられている。特に、６００Ｍｂ／ｓ
（メガバイト／秒）程度以下の中速、中距離光伝送装置
で使用される半導体レーザモジュールには、低コストで
あると共に厳しい使用環境条件を考慮した優れた冷却特
性が求められている。

【０００３】従来では、例えば特開昭６０−１７２００
７号公報、特開平２−２９９２８１号公報、特開平２−
２４７０９３号公報に開示された技術に見られるよう
に、電子冷却素子を使用して半導体レーザの冷却を行っ
ているものの、半導体レーザモジュール内にこれらをそ
れぞれ独自の設計態様で組み込んで製造を行っていた。
このため、半導体レーザモジュールとしては構成部品と
して共通するものが少なく、製品の価格が比較的高価に
なるという問題があった。そこで、例えばコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）に使用される半導体レーザを半導体レー
ザモジュールに使用することで、部品の共通化を図り、
コストダウンを行うようにした装置が提案されている。

【０００４】図３は従来提案されたこのような冷却型の
半導体レーザモジュールの縦断面構造を原理的に示した
ものである。半導体レーザ１１はステム１２に実装され
ている。このステム１２には窓ガラス付きのキャップ１
３が半導体レーザ１１を覆うように固着されていて、気
密封止され、これら全体が半導体レーザパッケージ１４
を構成している。この半導体レーザパッケージ１４は例
えばコンパクトディスクに使用されるものと同一のもの
である。半導体レーザパッケージ１４のステム１２の部
分は、ネジ１５によって円筒状のホルダ１６に固定され
ている。円筒状のホルダ１６の内部には、図示しない光
学結合用レンズ１７やこれを固定するための固定具１８
等が内蔵されている。ステム１２の部分の固定に際して
は、半導体レーザ１１の出射光が光ファイバ１９に光学
的に結合するように位置調整を行う。このようにして半
導体レーザモジュールユニット２０が構成される。

【０００５】この半導体レーザモジュールユニット２０
は、図示しない配線用リード端子を備えた半導体レーザ
モジュールパッケージ２１内に収容されている。半導体
レーザモジュールパッケージ２１には、電子冷却素子２
２も収容されている。電子冷却素子２２の放熱面２４
は、半導体レーザモジュールパッケージ２１の内面に半
田２５によって固定されており、もう一方の冷却面２６
は半導体レーザモジュールユニット２０のホルダ部分が
半田２７によって固定されている。このように半導体レ
ーザモジュールパッケージ２１に半導体レーザモジュー
ルユニット２０および電子冷却素子２２の取り付けを行
った後に、カバー２９をシーム溶接によって固着して、
冷却型の半導体レーザモジュールが製造されるようにな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように図３に示し
た半導体レーザモジュールでは、比較的大きな円筒状の
ホルダに半導体レーザパッケージ１４および光ファイバ
１９を含めた光学系ユニットを収容している。したがっ
て、半導体レーザ１１の温度を電子冷却素子２２によっ
て制御しようとすると、熱容量の大きなホルダ全体を冷
却しなければならなくなる。このため、冷却能力や熱応
答特性が劣り、また装置の消費電力が大きくなるといっ
た問題もあった。

【０００７】そこで本発明の目的は、製造コストを安く
抑えることができ、しかも冷却能力や熱応答特性が優れ
た半導体レーザモジュールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）半導体レーザを実装したステムとこのステム
に固着された円筒状のキャップからなる半導体レーザパ
ッケージと、（ロ）ステムに接合された金属部材と、
（ハ）この金属部材にその冷却面を接合した電子冷却素
子と、（ニ）筒状のパッケージから構成され、その一端
に光ファイバ端末を配置しパッケージ内部に前記半導体
レーザから射出された光をこの光ファイバ端末に光学的
に結合させる光学系を配置すると共に、このパッケージ
の他端を前記キャップの円板状の上面に接合した光学系
パッケージと、（ホ）これら半導体レーザパッケージ、
金属部材、電子冷却素子および光学系パッケージを収容
しその内面の所定箇所に電子冷却素子の放熱面を接合し
た半導体レーザモジュールパッケージとを半導体レーザ
モジュールに具備させる。

【０００９】すなわち請求項１記載の発明では、半導体
レーザを実装したステムとこのステムに固着された円筒
状のキャップからなる半導体レーザパッケージを他の製
品でも共用できる部品として大量生産を行うことによっ
て、製造コストのダウンを図っている。そして、この半
導体レーザパッケージのステムに金属部材を接合し、こ
の金属部材を電子冷却素子の冷却面に接合することで、
ステムを介して半導体レーザの冷却が効率的に行われる
ようにして、冷却能力や熱応答特性が優れた半導体レー
ザモジュールを提供するようにしている。

【００１０】請求項２記載の発明では、半導体レーザパ
ッケージは、ステムと半導体レーザとを金属製の固定具
で固定すると共にキャップにより気密封止されているこ
とを特徴としている。前者の場合には、電子冷却素子に
よる冷却がステムと金属製の固定具を介して効果的に行
われることになる。後者の場合には、半導体レーザパッ
ケージが気密封止されているので、その信頼性が高くな
る。

【００１１】請求項３記載の発明では、光学系パッケー
ジは、キャップの円板状の上面をすり合わせ面とし、光
学系の調整を行ってからキャップに溶接固定されること
を特徴としているので、光学系の調整が容易である。

【００１２】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例における半導体レ
ーザモジュールの縦断面構造を原理的に示したものであ
る。図３と同一部分には同一の符号を付しており、これ
らの説明を適宜省略する。本実施例の半導体レーザ１１
もステム１２に実装されている。ステム１２には窓ガラ
ス付きのキャップ１３が固着されていて気密封止されて
おり、これら全体が半導体レーザパッケージ１４を構成
している。この半導体レーザパッケージ１４は例えばコ
ンパクトディスクに使用されるものと同一部品を共用し
ている。キャップ１３の上面（図で右側に向いた面）に
は円筒状のホルダ３１の端部がこれに密着して固定され
ている。この円筒状のホルダ３１には、この図には示し
ていないレンズが収容されている。ホルダ３１における
半導体レーザパッケージ１４が固着された面とは反対側
の面には光ファイバ１９が接続されており、半導体レー
ザ１１から射出したレーザ光は前記したレンズを通して
光ファイバに光学的に結合するようにキャップ１３とホ
ルダ３１の位置関係が調整されている。

【００１４】以上のような構成部品からなる半導体レー
ザモジュールユニット３２は、そのステム１２の外周に
金属部材３４が接合されている。この金属部材３４は、
図示しない配線用リード端子を備えた半導体レーザモジ
ュールパッケージ２１内に電子冷却素子２２と共に収容
されている。電子冷却素子２２の放熱面２４は、半導体
レーザモジュールパッケージ２１の内面に半田２５によ
って固定されており、もう一方の冷却面２６は金属部材
３４に半田３５によって固定されている。半導体レーザ
１１はステム１２に一端を接合した金属製の固定具３６
上に固定されている。半導体レーザモジュールパッケー
ジ２１に半導体レーザモジュールユニット３２および電
子冷却素子２２の取り付けを行った後に、カバー２９を
シーム溶接によって固着して、冷却型の半導体レーザモ
ジュールが製造されるようになっている。

【００１５】このように本実施例の半導体レーザモジュ
ールでは、キャップ１３の上面に、レンズを配置した円
筒状のホルダ３１を密着させて固定することで小型の同
軸型の半導体レーザモジュールユニット３２を構成し、
ステム１２に接合した金属部材３４を介して電子冷却素
子２２に半田付け接合することにより、冷却特性に優れ
た冷却型の半導体レーザモジュールを構成している。こ
のような半導体レーザモジュールは、小型の同軸型半導
体レーザモジュールの製造技術が確立したことと併せて
実現が可能となったものである。これに関しては、例え
ば平成４年１１月に発行されたＮＥＣ技報第４５巻第１
０号の第３ページから第１１ページにかけて記載があ
る。

【００１６】図２は、本実施例の半導体レーザモジュー
ルの構成を具体的に表わしたものである。図１と同一部
分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省
略する。ステム１２には半導体レーザ１１（図１参照）
が実装されている。このステム１２には円筒状のキャッ
プ１３が固着されており、半導体レーザパッケージ１４
が構成されている。キャップ１３の上面には、円筒状の
ホルダ３７がこれに密着して固定されている。円筒状の
ホルダ３７には、光ファイバ端末３８と光学的に結合さ
せるためのレンズ３９が収容されている。また、円筒状
のホルダ３７における半導体レーザパッケージ１４が固
着された面とは反対側の面（図で左側の面）には、光フ
ァイバ端末３８がフランジ付きサポート４０を介して接
続されている。半導体レーザ１１（図１）から出射され
る光は、レンズ３９を介して光ファイバ端末３８に光学
的に結合するようにキャップ１３の上面におけるホルダ
３７の固定位置が調整され、レーザによる溶接・固定が
行われて、半導体レーザモジュールユニット４１が構成
される。

【００１７】配線用リード端子４２は、半導体レーザモ
ジュールパッケージ２１の底板部２１Ａに植設されてい
る。この底板部２１Ａの内側の面には、電子冷却素子２
２の放熱面２４が、半田２５によって固定されている。
電子冷却素子２２の他方の面である冷却面２６には、金
属部材３４が半田３５によって固定されている。この固
定に際しては、半導体レーザパッケージ１４のステム１
２に予め金属部材３４をＹＡＧ溶接等の手法で固定して
おく。そして、半導体レーザならびに図示しないモニタ
用フォトダイオード用のリード端子４４を配線用リード
端子４２のそれぞれに対応させて配線する。この後、半
導体レーザモジュールパッケージ２１の上部にカバー２
９をシーム溶接によって固着すると、冷却型の半導体レ
ーザモジュールの製造が完了する。

【００１８】このように本実施例では、小型の同軸型の
半導体レーザモジュールを、半導体レーザパッケージ１
４のステム１２に接合した金属部材３４を介して、電子
冷却素子２２に半田付けで接合している。したがって、
図３で示した従来の半導体レーザモジュールが半導体レ
ーザモジュールユニット２０に電子冷却素子２２の取り
付けを行ったのと異なり、ホルダ部分の熱容量が小さく
なり、また半導体レーザパッケージ１４内の半導体レー
ザ１１から発生する熱が半導体レーザ１１を固定する金
属製の固定具３６からステム１２および金属部材３４を
介して電子冷却素子２２にダイレクトに伝わるので、冷
却特性に優れた半導体レーザモジュールを構成すること
ができる。

【００１９】また、本実施例では、光学系ユニットの製
造を行うときに、一般の同軸型半導体レーザモジュール
と共通の製造装置を使用することができる。このため、
量産性に優れた低コストの冷却型半導体レーザモジュー
ルを実現することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、コンパクトディスク等の他の用途に使用でき
る半導体レーザパッケージを用いて半導体レーザモジュ
ールを構成するようにしたので、複数の製品の間で製造
工程が共通化され、製造コストを低下させることができ
る。また、半導体レーザパッケージは量産できるので、
安価に製造でき、半導体レーザモジュール自体のコスト
ダウンを図ることができる。更に、この発明では金属部
材およびステムを介して半導体レーザパッケージを冷却
するので、冷却能力や熱応答特性が優れた半導体レーザ
モジュールを容易に得ることができる。

【００２１】また、請求項２記載の発明によれば、半導
体レーザパッケージは、ステムと半導体レーザとを金属
製の固定具で固定すると共にキャップにより気密封止さ
れているので、前者の場合には、電子冷却素子による冷
却がステムと金属製の固定具を介して効果的に行われ
る。また後者の場合には、半導体レーザパッケージが気
密封止されているので、長期間にわたって信頼性の良い
半導体レーザモジュールを実現することができる。

【００２２】更に請求項３記載の発明では、光学系パッ
ケージは、キャップの円板状の上面をすり合わせ面と
し、光学系の調整を行ってからキャップに溶接固定され
るので光学系の調整を容易に行うことができるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における半導体レーザモジュ
ールの要部を示す縦断面図である。

【図２】本実施例の半導体レーザモジュールの一部を切
り欠いて示した斜視図である。

【図３】従来提案された冷却型の半導体レーザモジュー
ルの縦断面図である。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ １２ ステム １３ キャップ １４ 半導体レーザパッケージ １９ 光ファイバ ２０ 半導体レーザモジュールユニット ２１ 半導体レーザモジュールパッケージ ２２ 電子冷却素子 ２４ （電子冷却素子の）放熱面 ２５、２７、３５ 半田 ２６ （電子冷却素子の）冷却面 ２９ カバー ３１ ホルダ ３２ 半導体レーザモジュールユニット ３４ 金属部材 ３６ 固定具 ３９ レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザを実装したステムとこのス
   テムに固着された円筒状のキャップからなる半導体レー
   ザパッケージと、 前記ステムに接合された金属部材と、 この金属部材にその冷却面を接合した電子冷却素子と、 筒状のパッケージから構成され、その一端に光ファイバ
   端末を配置しパッケージ内部に前記半導体レーザから射
   出された光をこの光ファイバ端末に光学的に結合させる
   光学系を配置すると共に、このパッケージの他端を前記
   キャップの円板状の上面に接合した光学系パッケージ
   と、 これら半導体レーザパッケージ、金属部材、電子冷却素
   子および光学系パッケージを収容しその内面の所定箇所
   に電子冷却素子の放熱面を接合した半導体レーザモジュ
   ールパッケージとを具備することを特徴とする半導体レ
   ーザモジュール。
2. 【請求項２】 前記半導体レーザパッケージは、前記ス
   テムと半導体レーザとを金属製の固定具で固定すると共
   に前記キャップにより気密封止されていることを特徴と
   する請求項１記載の半導体レーザモジュール。
3. 【請求項３】 光学系パッケージは、前記円板状の上面
   をすり合わせ面とし、光学系の調整を行って前記キャッ
   プに溶接固定されてい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。