JP2000277843A

JP2000277843A - 半導体レーザモジュールとその製造方法

Info

Publication number: JP2000277843A
Application number: JP11077091A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshino; 隆吉野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＤ素子を搭載するベースに対してレンズ光
学系のレンズホルダの溶接による取り付けを実現すると
ともに、温度サイクルに対する信頼性を高めた半導体レ
ーザモジュールとその製造方法を提供する。【解決手段】ＬＤ素子１１０を搭載するベース１３０
を熱伝導率の高い材料で構成するとともに、その一部に
は溶接性の良い溶接下地金属１３２を一体に設けてお
き、ＬＤ素子１１０に光結合されるレンズ光学系１２０
は前記溶接下地金属１３２と熱膨張係数がほぼ等しい材
料からなるレンズホルダ１２１（レンズ鏡筒１２２，レ
ンズ固定金具１２３）により溶接下地金属１３２に溶接
する。ＬＤ素子１１０での発熱をベース１３０を通して
速やかに放熱することが可能であり、またＬＤ素子１１
０の発熱によるベース１３０及びレンズホルダ１２１の
熱膨張変化に伴うＬＤ素子１１０とレンズ光学系１２０
との光軸ずれを解消し、温度サイクルに対する信頼性を
改善することが可能となる。

Description

【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素子
（以下、ＬＤ素子と称する）とレンズ光学系とを一体化
した半導体レーザモジュールに関し、特に高出力のＬＤ
素子を搭載した半導体レーザモジュールとその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザモジュールは光ファイバ通
信システムで利用されており、ＬＤ素子で発光したレー
ザ光をレンズ光学系により光ファイバに光結合し、光フ
ァイバを伝送する構成となっている。そのため、この種
の半導体レーザモジュールは、ＬＤ素子の発光光軸とレ
ンズ光学系の光軸とを一致させた状態で、金属製のベー
ス上にＬＤ素子とレンズ光学系を搭載した構成がとられ
ている。図８は従来の半導体レーザモジュールの断面構
成図であり、ＬＤ素子１１０は窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）で構成されたヒートシンク１１１に搭載され、かつ
このヒートシンク１１１を介してコバー（ＫＯＶＡＲ）
で構成されたベース１３０’上に固着されている。ま
た、前記ＬＤ素子１１０に対向する位置の前記ベース１
３０’上には、鋼材で構成されたレンズ鏡筒１２２とレ
ンズ固定金具１２３からなるレンズホルダ１２１に組み
立てられたレンズ光学系１２０が溶接により一体に取り
付けられている。そして、前記構成のモジュール１０
０’は、光ファイバ２３０に光学結合している第２のレ
ンズ光学系２２０を備えるモジュールケース２００内に
内装され、このモジュールケース２００内においてペル
チェ素子等のクーラ（冷却装置）２１０上に搭載されて
組み立てられる。なお、この組み立て状態では、前記レ
ンズ光学系１２０は第２のレンズ光学系２２０に光結合
され、前記ＬＤ素子１１０の発光光を前記レンズ光学系
１２０、第２のレンズ光学系２２０を介して光ファイバ
２３０に導入させている。

【０００３】このような半導体レーザモジュールの組み
立てにおいて、ＬＤ素子１１０とレンズ光学系１２０の
光軸を一致させる技術として、先ずＬＤ素子１１０をベ
ース１３０’上に搭載した上で、ＬＤ素子１１０を発光
動作させ、このＬＤ素子１１０から出射されるレーザ光
を基準にしてレンズ光学系１２０の光軸が一致するよう
に位置決めを行い、しかる上でレンズ光学系１２０のレ
ンズホルダ１２１をベース１３０’に溶接する手法がと
られている。ここで、前記半導体レーザモジュールで
は、前記ベース１３０’の材料として前記したようにコ
バーが用いられている。これは、前記したようにＬＤ素
子１１０に対してレンズ光学系１２０の光軸位置合わせ
を行いながらレンズホルダ１２１をベース１３０’に固
定しているために、作業性の良い溶接ＹＡＧレーザを用
いた溶接が行われているためであり、このＹＡＧ溶接が
可能な金属材としてコバーが選択されている。因みに、
レンズホルダ１２１をベース１３０’に対してろう付け
する技術では、レンズホルダ１２１を高精度に固定する
ことが困難である。

【０００４】ところで、近年における光ファイバ通信シ
ステムでは、光伝送路を構成するための光ファイバ内を
伝送する光信号を光ファイバ増幅器によって増幅する技
術が提案されている。この光増幅器は、希土類元素であ
るエルビウムを添加した光ファイバ増幅器（以下、ＥＤ
ＦＡと称する）として構成され、このＥＤＦＡに信号光
を励起するための高出力の励起光を供給する。この励起
光を供給する励起用半導体レーザモジュールとして前記
した構成の半導体レーザモジュールが利用されている
が、所要の高光出力を得るために、ＬＤ素子に大電流を
供給する必要があり、そのためＬＤ素子での発熱量も顕
著なものとなる。従来では、ＬＤ素子で発生した熱の放
熱効果を高めるために、図８に示したように、ＬＤ素子
１１０を搭載したベース１３０’をクーラ２１０を介し
てモジュールケース２００に内装しており、ＬＤ素子１
１０で発生した熱は、ヒートシンク１１１を介してベー
ス１３０’に伝達され、さらにベース１３０’の下側に
配置されているクーラ２１０によって冷却することが可
能とされている。

【０００５】しかしながら、前記したように、ベース１
３０’の材料としてコバーを用いている従来の半導体レ
ーザモジュールでは、コバーの熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫ
と極めて低いために、ＥＤＦＡ用の励起用半導体レーザ
モジュールとして、例えば、０．５Ａ×２Ｖ＝１Ｗで駆
動したときに、要求される冷却特性（Ｔｃ＝６５℃にて
ΔＴ＝４０Ｋ）を満足することができない。そこで、半
導体モジュールのベース１３０’の金属材として、熱伝
導率が（〜２００Ｗ／ｍＫ）とコバーに比較して格段に
高い銅タングステン（ＣｕＷ）を用いることが行われて
いる。例えば、特開平７−１４０３６２号公報にはベー
スとして銅タングステンやシリコンカーバイトを用いる
ことで、ＬＤ素子の放熱特性を改善し、高出力動作が得
られることが記載されている。

【０００６】また、ベースに銅タングステンを用いる
と、銅タングステンはＹＡＧ溶接によるレンズ固定金具
の取り付けが不可能であるため、前記従来の半導体レー
ザモジュールのように、ベースに先にＬＤ素子を固着し
ておき、ＬＤ素子の光軸に対してレンズ光学系を光軸合
わせしながらレンズ光学系のレンズホルダをベースに取
り付ける構造の半導体モジュールへの適用は困難であ
る。このような問題に対しては、レンズホルダを取り付
けるベース１３０’の表面に、図８に鎖線で示すよう
に、予めＹＡＧ溶接が可能な金属、例えばコバーを溶接
下地金属１３２’としてろう付け等によって一体化して
おき、レンズホルダ１２１をこの溶接下地金属１３２’
にＹＡＧ溶接することが考えられる。このようにＹＡＧ
溶接を可能とするために、構成部品の一部にコバーを使
用する技術としては、例えば、特開平９−１３８３２９
号公報に記載の技術がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
ホルダ１２１をベース１３０’に溶接するための溶接下
地金属１３２’としてコバーを用いた場合には、レンズ
ホルダ１２１を構成しているレンズ鏡筒１２２の鋼材
（ＳＦ２０Ｔ）の熱膨張係数（１１×１０^-6／℃）や、
レンズ固定金具１２３のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
の熱膨張係数（１８×１０^-6／℃）に対して溶接下地金
属１３２’としてのコバーの熱膨張係数（５．３×１０
^-6／℃）に比較的大きな差があるため、ＬＤ素子１１０
で発生した熱によってレンズ固定金具１２３及びレンズ
鏡筒１２２と溶接下地金属１３２’との間に熱ストレス
が生じ、この熱ストレスによってベース１３０’に対す
るレンズホルダ１２１の取り付け位置が変動され、ＬＤ
素子１１０とレンズ光学系１２０との光軸にずれが生じ
るおそれがある。また、ベース１３０’の銅タングステ
ンの熱膨張係数（８．５×１０^-6／℃）と、溶接下地金
属１３２’のコバーとの熱膨張係数の差によって溶接下
値金属１３２が変形され、その結果レンズホルダ１２１
の取り付け位置が変動されることもある。このような、
熱膨張係数の差に伴う光軸ずれは、前記したＥＤＦＡの
励起用半導体レーザモジュールとして構成したときに
は、光学結合設計の余裕度を越えて無視できないものと
なり、結果として半導体レーザモジュールにおける温度
サイクルの信頼性の低下が生じることになる。

【０００８】本発明の目的は、ベースに搭載するレンズ
光学系のレンズホルダの溶接による取り付けを実現する
とともに、温度サイクル等の熱的環境試験に対する信頼
性を高めた半導体レーザモジュールとその製造方法を提
供するものである。

【０００９】

【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、ＬＤ素子を搭載するベースは熱伝導率の高
い材料で構成されるとともに、その一部には溶接性の良
い溶接下地金属が一体に設けられ、前記ベースに搭載さ
れるレンズ光学系は前記溶接下地金属と熱膨張係数がほ
ぼ等しい材料からなるレンズホルダにより前記溶接下地
金属に溶接されていることを特徴とする。ここで、前記
ベースは銅タングステン（ＣｕＷ）で構成される。ま
た、前記溶接下地金属は、前記ベースの熱膨張係数に近
い熱膨張係数の材料で構成される。さらに、前記レンズ
ホルダは、レンズを保持したレンズ鏡筒と、前記レンズ
鏡筒を保持するレンズ固定金具とで構成され、少なくと
も前記レンズ固定金具は前記溶接下地金属と同一の材料
で構成されることが好ましい。この場合、前記溶接下地
金属及びレンズ固定金具はステンレス鋼（ＳＵＳ４３
０）で構成することが好ましい。また、本発明の半導体
レーザモジュールは、光ファイバに対して光結合される
第２のレンズ光学系を備えたモジュールケース内に内蔵
され、半導体レーザモジュールのレンズ光学系と前記モ
ジュールケースに設けられた第２のレンズ光学系とが光
結合される構成であることが好ましい。

【００１０】本発明の半導体レーザモジュールの製造方
法は、熱伝導率の高い材料で構成されるベースの一部に
レーザ溶接が可能な溶接下地金属を一体に設ける工程
と、前記ベースの他の部分に半導体レーザ素子を搭載す
る工程と、前記半導体レーザを発光させて前記半導体レ
ーザ素子から出射されるレーザ光に対してレンズ光学系
を光軸合わせしながら前記レンズ光学系のレンズホルダ
を前記溶接下地金属上にレーザ溶接する工程を含み、前
記レンズホルダと前記溶接下地金属にそれぞれの熱膨張
率がほぼ等しい材料を用いることを特徴とする。前記レ
ンズ光学系は、レンズを保持するレンズ鏡筒と、前記レ
ンズ鏡筒を保持するレンズ固定金具とで構成され、前記
レンズ固定金具をレーザ溶接した後に、前記レンズ固定
金具に対して前記レンズ鏡筒をレーザ溶接することが好
ましい。

【００１１】本発明の半導体レーザモジュールでは、ベ
ースに溶接下地金属を設けることにより、ベースとして
熱伝導率の高い材料を選択したときに、ベースに対する
レンズホルダの溶接が困難な場合においても、レンズホ
ルダを溶接下地金属に対して溶接することで、ベースへ
のレンズホルダの取り付けが可能となる。また、レンズ
ホルダとして、溶接下地金属と熱膨張係数がほぼ等しい
材料を用いることで、ＬＤ素子の発熱によってもＬＤ素
子とレンズ光学系との光軸ずれを抑制することが可能と
なる。さらに、溶接下地金属をベースの熱膨張係数に近
い熱膨張係数の材料を用いることで、光軸ずれをさらに
抑制することが可能となる。

【００１２】なお、本発明に近い技術として、特開平８
−２５４７２３号公報には、銅タングステンで構成した
光学ベースの穴に、ステンレス鋼やコバー等の溶接性の
良い材料で形成した円筒状部材を取り付けておき、そこ
にレンズ固定金具を溶接する技術が記載されている。こ
のため、ベース側に取り付ける材料としてステンレス鋼
を用いる点で本発明と共通するが、この公報の技術は、
ステンレス鋼は円筒状部材として構成されて光学ベース
の穴内に挿入する構成である。そのため、円筒状部材が
温度サイクルによって熱膨張した場合でも中心軸に対し
て対称に変形されるため、円筒状部材で保持している光
ファイバの光軸ずれに与える影響はない。しかしなが
ら、本発明のような円筒状部材をしていない溶接下地金
属に単にステンレス鋼を用いる場合には、円筒状部材の
ような中心軸に対する対称性が得られないため、レンズ
光学系の光軸ずれを防止することは不可能である。ま
た、前記公報ではレンズホルダをレンズ固定金具と熱膨
張係数がほぼ等しい材料で構成することについても記載
はない。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の半導体レーザモジュ
ールの一部を分解した斜視図、図２及び図３はその組立
状態の平面図と断面図である。半導体レーザモジュール
１は、ＬＤ素子１１０とレンズ光学系１２０を一体的に
構成した狭義の半導体レーザモジュール１００と、前記
半導体レーザモジュール１００を内装するモジュールケ
ース２００とで構成される。ここで、狭義の半導体レー
ザモジュール１００のことをここではＬＤ・レンズモジ
ュールと称する。前記ＬＤ・レンズモジュール１００は
銅タングステン（ＣｕＷ）からなるベース１３０に前記
ＬＤ素子１１０とレンズ光学系１２０を取り付けてお
り、前記ＬＤ素子１１０は、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）からなるヒートシンク１１１上に金属ろう材１１２
によってろう付けされ、さらに、前記ヒートシンク１１
１は前記ベース１３０の上面に突出形成された台部１３
１の上面に金属ろう材１１３によってろう付けされてい
る。また、前記ベース１３０の前記台部１３１の上面の
他の箇所には回路基板１４０が搭載されており、前記Ｌ
Ｄ素子１１０は前記回路基板１４０に金属細線１４１に
よりワイヤボンディングされ、前記回路基板１４０を介
して給電が行われるようになっている。

【００１４】一方、前記ＬＤ素子１１０に対向する位置
の前記ベース１３０の上面には、ステンレス鋼鉄（ＳＵ
Ｓ４３０）からなる平板状の溶接下地金属１３２がＡｇ
−Ｃｕろう材１３３等によるろう付けにより一体化され
ている。そして、この溶接下地金属１３２上に前記レン
ズ光学系１２０のレンズホルダ１２１が固定されてい
る。前記レンズホルダ１２１はレンズ鏡筒１２２とレン
ズ固定金具１２３とで構成されており、前記レンズ光学
系１２０を構成する１枚以上のレンズは外形状が矩形に
近い形をした鋼材（ＳＦ２０Ｔ）からなる前記レンズ鏡
筒１２２内に構成されており、このレンズ鏡筒１２２は
上向きコ字状をしたステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）から
なる前記レンズ固定金具１２３に、ＹＡＧ溶接により固
定されている。また、前記レンズ固定金具１２３は前記
溶接下地金属１３２の上面にＹＡＧ溶接により固定され
ている。図２の黒丸で示す箇所がＹＡＧ溶接の箇所であ
る。なお、前記レンズ光学系１２０は、前記ＬＤ素子１
１０の光軸と一致する光軸位置で、かつレンズ光学系１
２０の焦点位置に前記ＬＤ素子１１０の発光面が位置す
るように位置決めされることは言うまでもない。

【００１５】このような構成のＬＤ・レンズモジュール
１００は、前記モジュールケース２００内に内装され
る。前記モジュールケース２００は金属材によって箱型
に形成されており、その内底面にはペルチェ素子で構成
されるクーラ２１０が配設されており、前記ＬＤ・レン
ズモジュール１００のベース１３０は前記クーラ２１０
上に搭載される。また、前記モジュールケース２００の
一側面には、円形の開口２０１が開けられており、この
開口２０１内には第２のレンズ光学系２２０が固定され
ている。前記第２のレンズ光学系２２０は、前記ＬＤ・
レンズモジュール１００のレンズ固定金具１２３と同様
なステンレス鋼からなるレンズ鏡筒２２１により前記開
口２０１内に挿入され、かつ半田材等により固定されて
いる。また、前記レンズ鏡筒２２１には光ファイバ２３
０の一端部に設けられたピグテール２３１を固定するた
めの円筒状のホルダ２２２が一体に設けられており、前
記光ファイバ２３０のピグテール２３１は前記第２のレ
ンズ光学系２２０に対して光軸合わせした状態で前記ホ
ルダ２２２にＹＡＧ溶接により固定されている。なお、
前記光ファイバ２３０はその一端部の端面が前記第２の
レンズ光学系２２０の焦点位置に位置決めされているこ
とは言うまでもない。また、この実施形態では前記モジ
ュールケース２００には、図外の電源系の回路に接続さ
れるリード端子２４０が配設されており、このリード端
子２４０が前記モジュールケース２００の内側に延長さ
れる部位には前記ＬＤ・レンズモジュール１００の回路
基板１４０に金属細線２４１でワイヤボンディングされ
ている。

【００１６】以上のように構成された半導体レーザモジ
ュールのうち、前記ＬＤ・レンズモジュール１００の組
み立て方法を図４〜図６を参照して説明する。先ず、図
４において、予備工程として、銅タングステンで構成さ
れるベース１３０の上面の一部に、ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ４３０）からなる溶接下地金属１３２をＡｇ−Ｃｕろ
う材１３３を用いた貼り合わせにより一体化しておく。
また、搭載するＬＤ素子１１０をヒートシンク１１１に
Ａｕ−Ｓｎソルダ（１１２）によりソルダ止めしてお
く。しかる上で、前記ベース１３０を作業用のステージ
（図示せず）に固定し、かつ前記ＬＤ素子１１０を搭載
した前記ヒートシンク１１１をアクチュエータＡ１で把
持してベース１３０の台部１３１の上面にＡｕ−Ｓｎソ
ルダ１１３によりソルダ止めする。このときには、例え
ば、前記台部１３１の上面に形成した位置決め線等を利
用して、あるいはヒートシンク１１１を把持するアクチ
ュエータＡ１の機械的な位置決めによりＬＤ素子１１０
及びヒートシンク１１１の平面ＸＹ方向の位置を設定す
ることで、ステージ上に載置されているベース１３０に
対しての位置決めが行われる。なお、ここでＸ方向とは
前記ＬＤ素子１１０の光軸方向であり、Ｙ方向とはＸ方
向に平面上で直交する方向である。

【００１７】次いで、図５のように、前記台部１３１に
搭載したＬＤ素子１１０を、前記台部１３１の上面に予
め搭載されている回路基板１４０の導電部に対して金属
細線１４１によりワイヤボンディングし、電気的に接続
する。しかる上で、前記ベース１３０に一体化されてい
る前記溶接下地金属１３２上に上向きコ字状のレンズ固
定金具１２３を載置し、さらにレンズ固定金具１２３の
両側壁間にレンズ鏡筒１２２を配置する。そして、前記
レンズ鏡筒１２２の上面の突部１２４をアクチュエータ
Ａ２で保持して前記レンズ鏡筒１２２及びレンズ固定金
具１２３を一体的に前記溶接下地金属１３２の上面上で
平面Ｙ方向に移動可能とする状態に設定する。また、前
記ベース１３０及び回路基板１４０に対して図外の給電
部に接続されているプローブＰを接触し、前記ＬＤ素子
１１０に給電を行ってＬＤ素子１１０を発光させる。そ
して、前記レンズ光学系１２０の前記ＬＤ素子１１０と
は反対側の光軸位置においてレンズ光学系１２０及び第
２のレンズ光学系２２０を透過して集光された光を測定
用光ファイバＦを通して検出し、かつ光検出器ＰＤで測
光を行い、その測光値が最大となるように前記レンズ光
学系１２０の光軸合わせを行う。ここでは、アクチュエ
ータＡ２により平面Ｙ方向にレンズ鏡筒１２２とレンズ
固定金具１２３を一体的に移動してＬＤ素子１１０に対
するレンズ光学系１２０の光軸合わせを行なう。そし
て、その光軸合わせされた位置において、同図に黒丸Ｘ
１で示すように、レンズ固定金具と溶接下地金属との境
界の複数箇所にＹＡＧレーザ装置ＹＬからＹＡＧレーザ
を照射し、レンズ固定金具１２３を溶接下地金属１３２
にＹＡＧ溶接する。このとき、レンズ固定金具１２３と
溶接下地金属１３２は同じステンレス鋼であるため、Ｙ
ＡＧ溶接は可能である。

【００１８】しかる後、図６のように、溶接下地金属１
３２上に固定されたレンズ固定金具１２３内において、
レンズ鏡筒１２２のみがアクチュエータＡ２によって平
面Ｘ方向とＺ方向（上下方向）に移動可能な状態とし
て、レンズ鏡筒１２２をＬＤ素子１１０に対して微細な
光軸合わせを行なう。この場合においても、プローブＰ
からの給電によりＬＤ素子１１０を発光させ、前記光フ
ァイバＦ及び光検出器ＰＤを利用してレンズ光学系１２
０及び第２のレンズ光学系２２０を透過して集光させた
測光値が最大となる位置を設定する。そして、この光軸
合わせした位置において、同図に黒丸Ｘ２で示すよう
に、レンズ鏡筒１２２とレンズ固定金具１２３との境界
の複数箇所にＹＡＧレーザ装置ＹＬからＹＡＧレーザを
照射し、レンズ鏡筒１２２をレンズ固定金具１２３にＹ
ＡＧ溶接する。このとき、レンズ鏡筒１２２は鋼材であ
るため、レンズ固定金具１２３とのＹＡＧ溶接は可能で
ある。これにより、ＬＤ素子１１０に対して光軸合わせ
したレンズ光学系１２０をベース１３０に取り付けるこ
とが完了される。

【００１９】なお、以上のように組み立てられたＬＤ・
レンズモジュール１００は、前記モジュールケース２０
０内に予め配設してあるクーラ２１０上に搭載し、固定
する。その際には、前記ＬＤ・レンズモジュール１００
のＬＤ素子１１０及びレンズ光学系１２０を前記モジュ
ールケース２００に設けられている第２のレンズ光学系
２２０に対して光軸合わせを行う。この際の光軸合わせ
では、第２のレンズ光学系２２０に接続される光ファイ
バ２３０を通して測光を行なうことにより、前記と同様
に適正な光軸合わせが可能になる。

【００２０】以上の製造工程によれば、熱伝導率が〜２
００Ｗ／ｍＫと、コバーよりも大きい一方で、ＹＡＧ溶
接による固定が困難な銅タングステンでＬＤ・レンズモ
ジュール１００のベース１３０を形成しても、レンズホ
ルダ１２１、すなわちレンズ固定金具１２３をベース１
３０に固定する箇所はＹＡＧ溶接が可能なステンレス鋼
からなる溶接下地金属１３２が存在しているため、両者
のＹＡＧ溶接が可能となる。もちろん、レンズ鏡筒１２
２をレンズ固定金具１２３に固定する際にもＹＡＧ溶接
が可能となる。そのため、前記した組み立て時に、ＬＤ
素子１１０を発光させ、その発光光を利用してレンズ光
学系１２０に対する光軸合わせを行いながらのレンズ鏡
筒１２２及びレンズ固定金具１２３の位置決め、さらに
レンズ固定金具１２３及びレンズ鏡筒１２２のＹＡＧ溶
接による固定が可能となり、高精度に光軸合わせされた
ＬＤ・レンズモジュール１００の組み立てが可能とな
る。因みに、レンズ固定金具１２３やレンズ鏡筒１２２
をろう材や接着剤等によりベース１３０に固定したとき
には、位置合わせ後のろう材や接着剤の固化時に位置ず
れが生じ易く、高精度の位置決め固定は困難である。

【００２１】したがって、このようにして組み立てられ
た半導体レーザモジュール１では、ＬＤ素子１１０が発
光したときに生じる熱を、熱伝導率の大きい銅タングス
テンからなるベース１３０によって速やかに伝熱し、下
面に設けたクーラ２１０により冷却することが可能とな
り、ＥＤＦＡ用の励起用半導体レーザモジュールとして
構成した場合に、ＬＤ素子１１０の光出力が増大された
場合でも所要の冷却特性を満たすことが可能となる。

【００２２】また、一方で、図７（ａ）に前記ＬＤ・レ
ンズモジュール１００を構成する各部の材料とその熱膨
張係数を示すように、ベース１３０の銅タングステンの
熱膨張係数（８．５×１０^-6／℃）に対し、溶接下地金
属１３２及びレンズ固定金具１２３のステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ４３０）の熱膨張係数は（１１×１０^-6／℃）であ
り、またレンズ鏡筒１２２の鋼材（ＳＦ２０Ｔ）の熱膨
張係数は（１１×１０^-6／℃）である。このため、ベー
ス１３０、溶接下地金属１３２、レンズ固定金具１２
３、レンズ鏡筒１２２の相互間におけるそれぞれの熱膨
張係数の差は（２．５×１０^-6／℃，０，０）であり、
ＬＤ素子１１０の発熱等による熱サイクルを受けた場合
でも、レンズ固定金具１２３及びレンズ鏡筒１２２に加
えられる熱ストレスは低減でき、熱ストレスによるレン
ズ固定金具１２３及びレンズ鏡筒１２２の変形は抑制さ
れる。これにより、熱サイクルによるＬＤ素子１１０と
レンズ光学系１２０との間の光軸のずれが実害のない程
度に抑制でき、半導体レーザモジュールの信頼性が改善
される。

【００２３】因みに、図８に鎖線で示したコバーの溶接
下地金属１３２’を設けた従来の半導体レーザモジュー
ルの場合を比較例として図７（ｂ）に示すと、溶接下地
金属１３２’としてのコバーの熱膨張係数は（５．３×
１０^-6／℃）であり、レンズ固定金具１２３としてのス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の熱膨張係数は（１８×１
０^-6／℃）であるため、ベース１３０’、溶接下地金属
１３２’、レンズ固定金具１２３、レンズ鏡筒１２２の
相互間におけるそれぞれの熱膨張係数の差は（３．２×
１０^-6／℃，１２．７×１０^-6／℃，７×１０^-6／℃）
であり、ＬＤ素子１１０の発熱等による熱サイクルを受
けた場合における、レンズ固定金具１２３及びレンズ鏡
筒１２２に加えられる熱ストレスは大きく、熱ストレス
によるレンズ固定金具１２３及びレンズ鏡筒１２２の光
軸ずれは顕著なものとなる。なお、この場合、レンズ固
定金具１２３に本発明と同様なステンレス鋼（ＳＵＳ４
３０）を用いた場合でも、コバーとの熱膨張係数の差は
（５．７×１０^-6／℃）であり、レンズ固定金具１２３
及びレンズ鏡筒１２２における熱ストレスによる光軸ず
れを抑制することは困難である。

【００２４】なお、前記実施形態の半導体レーザモジュ
ール１においても、ＬＤ素子１１０の光出力をＥＤＦＡ
用に高めた場合には、ＬＤ素子１１０による発熱の影響
が大きく、ＬＤ・レンズモジュール１００のレンズ光学
系１２０と、モジュールケース２００の第２のレンズ光
学系２２０との間に多少の光軸ずれが生じることが考え
られる。しかしながら、この半導体レーザモジュールで
は、これらレンズ光学系１２０と第２のレンズ光学系２
２０とは、図３に示すように、平行光束によって光結合
しているため、レンズ光学系１２０と第２のレンズ光学
系２２０との間に光軸と垂直な方向の光軸ずれが生じた
場合でも、その光軸ずれによるＬＤ素子１１０と光ファ
イバ２３０との間の光結合効率の低下は殆ど生じること
はなく、高い光結合効率を維持することが可能である。

【００２５】ここで、前記実施形態では、溶接下地金属
として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いている
が、溶接、特にＹＡＧ溶接のようなレーザ溶接が可能な
材料で、かつベースを構成する銅タングステンと熱膨張
係数が近い材料であれば、同様に適用することが可能で
ある。また、レンズ固定金具及びレンズ鏡筒は、前記溶
接下地金属と熱膨張係数が同一でなくとも、ほぼ同一で
あればよく、したがってこれらの部材は必ずしも同一材
料で構成される必要はない。さらに、前記実施形態で
は、レンズ光学系の光軸合わせを容易に行うために、レ
ンズホルダをレンズ鏡筒とレンズ固定金具とで別体に構
成しているが、光軸合わせに支障がなければ、レンズホ
ルダを１つのブロックとして構成することも可能であ
る。この場合には、レンズホルダ全体が１つの材料で構
成されるため、前記実施形態よりも熱膨張係数による光
軸ずれの影響をさらに小さくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＬＤ素子
を搭載するベースを熱伝導率の高い材料で構成するとと
もに、その一部には溶接性の良い溶接下地金属を一体に
設けておき、ＬＤ素子に光結合されるレンズ光学系は前
記溶接下地金属と熱膨張係数がほぼ等しい材料からなる
レンズホルダにより溶接下地金属に溶接した構成とする
ことで、ＬＤ素子での発熱をベースを通して速やかに放
熱することが可能であり、またその一方でＬＤ素子の発
熱によるベース及びレンズホルダ等の熱膨張変化に伴う
ＬＤ素子とレンズ光学系との光軸ずれを解消し、温度サ
イクルに対する信頼性を改善することが可能となる。こ
れにより、本発明の半導体レーザモジュールを高光出力
が要求されるＥＤＦＡ用の励起用半導体レーザモジュー
ルとして構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザモジュールの実施形態の
一部を分解した斜視図である。

【図２】図１の半導体レーザモジュールの組み立て状態
の平面図である。

【図３】図２のＡＡ線に沿う断面図である。

【図４】本発明の半導体レーザモジュールの製造方法を
示す組立工程のその１の斜視図である。

【図５】本発明の半導体レーザモジュールの製造方法を
示す組立工程のその２の斜視図である。

【図６】本発明の半導体レーザモジュールの製造方法を
示す組立工程のその３の斜視図である。

【図７】本発明と従来のＬＤ・レンズモジュールの各部
の熱膨張係数を比較して示す図である。

【図８】従来の半導体レーザモジュールの断面構成図で
ある。

【符号の説明】

１半導体レーザモジュール１００ＬＤ・レンズモジュール１１０ＬＤ素子１１１ヒートシンク１２０レンズ光学系１２１レンズホルダ１２２レンズ鏡筒１２３レンズ固定金具１３０ベース１３２溶接下地金属１４０回路基板２００モジュールケース２１０クーラ（ペルチェ素子）２２０第２のレンズ光学系２３０光ファイバ２４０コネクタ端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース上に半導体レーザ素子とレンズ光
学系とを搭載した半導体レーザモジュールにおいて、前
記ベースは熱伝導率の高い材料で構成されるとともに、
その一部には溶接性の良い溶接下地金属が一体に設けら
れ、前記レンズ光学系は前記溶接下地金属と熱膨張係数
がほぼ等しい材料からなるレンズホルダにより前記溶接
下地金属に溶接されていることを特徴とする半導体レー
ザモジュール。
【請求項２】前記ベースは銅タングステン（ＣｕＷ）
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ
モジュール。
【請求項３】前記溶接下地金属は、前記ベースの熱膨
張係数に近い熱膨張係数の材料で構成されることを特徴
とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュー
ル。
【請求項４】前記レンズホルダは、レンズを保持した
レンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を保持するレンズ固定金
具とで構成され、少なくとも前記レンズ固定金具は前記
溶接下地金属と同一の材料で構成される請求項１ないし
３のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】前記溶接下地金属及びレンズ固定金具は
ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）である請求項４に記載の
半導体レーザモジュール。
【請求項６】前記溶接はレーザ溶接であることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レー
ザモジュール。
【請求項７】請求項１ないし６に記載の半導体レーザ
モジュールが、光ファイバに対して光結合される第２の
レンズ光学系を備えたモジュールケース内に内蔵され、
前記半導体レーザモジュールのレンズ光学系と前記モジ
ュールケースに設けられた第２のレンズ光学系とが光結
合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８】熱伝導率の高い材料で構成されるベース
の一部にレーザ溶接が可能な溶接下地金属を一体に設け
る工程と、前記ベースの他の部分に半導体レーザ素子を
搭載する工程と、前記半導体レーザを発光させて前記半
導体レーザ素子から出射されるレーザ光に対してレンズ
光学系を光軸合わせしながら前記レンズ光学系のレンズ
ホルダを前記溶接下地金属上にレーザ溶接する工程を含
み、前記レンズホルダと前記溶接下地金属にそれぞれの
熱膨張率がほぼ等しい材料を用い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９】前記レンズ光学系は、レンズを保持する
レンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を保持するレンズ固定金
具とで構成され、前記レンズ固定金具をレーザ溶接した
後に、前記レンズ固定金具に対して前記レンズ鏡筒をレ
ーザ溶接する工程を含む請求項８に記載の半導体レーザ
モジュールの製造方法。
【請求項１０】前記レーザ溶接はＹＡＧ溶接であるこ
とを特徴とする請求項８または９に記載の半導体レーザ
モジュールの製造方法。