JP2013243206A - Semiconductor laser module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser module widely used in TDLS application, comprising a semiconductor DFB laser with excellent controllability and reliability, and having a large current coefficient δλof an oscillation wavelength.SOLUTION: A semiconductor laser module comprises a semiconductor laser carrier. The semiconductor laser carrier is composed of a sub-mount 11, a thermally-conductive adjustment plate 10 on the sub-mount 11, a heat sink 9 on the thermally-conductive adjustment plate 10, and a semiconductor laser chip 8 on the heat sink 9. The semiconductor laser chip 8 is mounted on the sub-mount 11 via the heat sink 9 and the thermally-conductive adjustment plate 10. The thermally-conductive adjustment plate 10 has smaller thermal conductivity than a material of the heat sink 9.

Description

本発明は、半導体レーザモジュールに関し、具体的には、光通信や分光・計測等の分野で用いられる半導体レーザモジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser module, and more specifically to a semiconductor laser module used in the fields of optical communication, spectroscopy / measurement, and the like.

図１に、従来の半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す。図１に示すように、半導体レーザチップ１は、ヒートシンク２を介してサブマウント３上に搭載されている。このような半導体レーザチップ１と、ヒートシンク２と、サブマウント３とから成る半導体レーザキャリアは、多くの場合、電子冷却素子の上に搭載され、半導体レーザモジュールパッケージ内に実装される。   FIG. 1 shows the structure of a semiconductor laser carrier used in a conventional semiconductor laser module. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser chip 1 is mounted on a submount 3 via a heat sink 2. A semiconductor laser carrier comprising such a semiconductor laser chip 1, a heat sink 2, and a submount 3 is often mounted on an electronic cooling element and mounted in a semiconductor laser module package.

半導体レーザチップ１は、発熱による温度上昇により光出力、発振閾値などの特性が劣化する傾向がある。従って、従来の半導体レーザチップ１の光通信システム等への応用においては、実装時に、いかに放熱を良くするかが設計上重要なポイントであった。そのため、ヒートシンク２及びサブマウント３の材料として、熱伝導性に優れた材料が用いられる。   The semiconductor laser chip 1 tends to deteriorate characteristics such as light output and oscillation threshold due to temperature rise due to heat generation. Therefore, in the application of the conventional semiconductor laser chip 1 to an optical communication system or the like, how to improve heat dissipation at the time of mounting was an important design point. Therefore, a material having excellent thermal conductivity is used as the material for the heat sink 2 and the submount 3.

ヒートシンク２は、熱伝導性に優れるだけでなく、熱歪みに弱い半導体レーザチップ１を保護するための歪緩和材としても機能する必要がある。そのため、ヒートシンク２の材料として、熱伝導率が大きくかつ熱膨張係数が半導体レーザチップ１に近い材料を選ぶ必要がある。窒化アルミ、シリコン等が代表的な材料である。   The heat sink 2 not only has excellent thermal conductivity, but also needs to function as a strain relaxation material for protecting the semiconductor laser chip 1 that is vulnerable to thermal strain. Therefore, it is necessary to select a material having a large thermal conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor laser chip 1 as the material of the heat sink 2. Aluminum nitride, silicon, etc. are typical materials.

サブマウント３には、銅タングステン等の熱伝導性の良い材料が用いられる。   For the submount 3, a material having good thermal conductivity such as copper tungsten is used.

一方、半導体レーザを分光用光源として用い、ガス分析計等に応用する波長可変レーザ吸光分光法（Tunable Diode Laser Spectroscopy（以下、TDLSと記す））（非特許文献1を参照）と呼ばれる技術が近年注目されている。   On the other hand, a technology called Tunable Diode Laser Spectroscopy (hereinafter referred to as TDLS) (see Non-Patent Document 1), which uses a semiconductor laser as a spectral light source and is applied to a gas analyzer or the like, has recently been developed. Attention has been paid.

図２は、TDLSの大まかな動作原理を説明するための説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the general operating principle of TDLS.

図２（ａ）に示すように、TDLSの装置は、レーザ光源４と、光検出器７とから構成される。レーザ光源４で発生したレーザ光５は、披検査物６が存在する領域を通過して光検出器７に到達する。   As shown in FIG. 2A, the TDLS apparatus includes a laser light source 4 and a photodetector 7. The laser light 5 generated by the laser light source 4 passes through the region where the inspection object 6 exists and reaches the photodetector 7.

図２（ｂ）に示すように、TDLSでは、レーザ光源４の発振波長を繰り返し掃引する。掃引した波長範囲内に被検査物６の吸収線がある場合、光検出器７が受光するレーザ光の受光強度には、図２（ｃ）に示すように、被検査物６の吸収線に対応したディップが現れる。このディップの位置と深さにより、被検査物６のガス種と、濃度とを測定・分析するというのがTDLSの基本的な動作原理である。   As shown in FIG. 2B, in TDLS, the oscillation wavelength of the laser light source 4 is repeatedly swept. When there is an absorption line of the inspection object 6 within the swept wavelength range, the received light intensity of the laser light received by the photodetector 7 is the absorption line of the inspection object 6 as shown in FIG. A corresponding dip appears. The basic operating principle of TDLS is to measure and analyze the gas type and concentration of the inspection object 6 based on the position and depth of the dip.

実際の応用では、図２（ｂ）のような鋸波の上に、より繰り返し周波数の高い正弦波を重畳させレーザを駆動し、受光した信号をロックイン検波する波長変調分光法（Wavelength Modulation Spectroscopy（以下、WMSと記す））又は周波数変調分光法（Frequency Modulation Spectroscopy）（非特許文献２を参照）と呼ばれる高感度化手法が多く用いられている。   In an actual application, a wavelength modulation spectroscopy (Wavelength Modulation Spectroscopy) in which a laser is driven by superimposing a sine wave having a higher repetition frequency on a sawtooth wave as shown in FIG. (Hereinafter referred to as WMS)) or a frequency modulation spectroscopy (see Non-Patent Document 2) is often used.

図２（ｂ）の鋸波の繰り返し周波数は、データ収集時間に直結するので速い方が望ましい場合が多いが、典型的には1Hz程度である。WMSで重畳する正弦波の繰り返し周波数は前述の鋸波の繰り返し周波数と比べ十分速い必要があるが、典型的には10kHz程度の速度が多く使われている。   The repetition frequency of the sawtooth wave in FIG. 2 (b) is directly related to the data collection time and is often desirable to be fast, but is typically about 1 Hz. The repetition frequency of the sine wave superimposed by WMS needs to be sufficiently faster than the above-mentioned sawtooth repetition frequency, but typically a speed of about 10 kHz is often used.

波長を掃引する方法としては、半導体レーザチップの動作温度を掃引する方法と、半導体レーザチップに注入する電流を掃引する方法とがある。InP系のDFBレーザの場合、発振波長の温度係数δλT=dλ/dTは0.1nm/℃程度であるのに対し、発振波長の電流係数δλc=dλ/dIは、半導体レーザの構造等によっても異なるが、典型的には0.01nm/mA程度である。従って、温度で波長を掃引する場合は比較的大きな波長掃引幅を得ることが容易であるが、電流による掃引の場合、大きな波長掃引幅を得ることは一般的には難しい。 As a method of sweeping the wavelength, there are a method of sweeping the operating temperature of the semiconductor laser chip and a method of sweeping the current injected into the semiconductor laser chip. In the case of an InP-based DFB laser, the temperature coefficient δλ T = dλ / dT of the oscillation wavelength is about 0.1 nm / ° C, whereas the current coefficient δλ c = dλ / dI of the oscillation wavelength depends on the structure of the semiconductor laser, etc. However, it is typically about 0.01 nm / mA. Therefore, when sweeping a wavelength with temperature, it is easy to obtain a relatively large wavelength sweep width, but when sweeping with a current, it is generally difficult to obtain a large wavelength sweep width.

しかしながら、温度による波長掃引は速度が遅く、典型的には一掃引あたり分単位の時間を要するという問題があるため、特殊な場合を除いてあまり利用されておらず、実際の応用においては、電流による波長掃引が使われることが多い。   However, wavelength sweeping with temperature is slow and typically requires minutes per sweep, so it is not used much except in special cases. Wavelength sweep by is often used.

半導体DFBレーザの発振波長の電流係数δλcは、変調速度の関数である。MHz付近を境に低速領域では熱による効果が主体的となり、高速領域ではプラズマ効果が主体的となることが知られている（非特許文献３を参照）。本発明は、前述したTDLSへの応用を主たる目的としているので、変調速度としては数十kHz程度以下の低速領域が重要である。従って、以下、本明細書中で記す発振波長の電流係数δλcは、熱による効果が主体的な低速領域における電流係数を示すものとする。 The current coefficient Δλ c of the oscillation wavelength of the semiconductor DFB laser is a function of the modulation speed. It is known that the effect of heat is dominant in the low speed region around the vicinity of MHz, and the plasma effect is dominant in the high speed region (see Non-Patent Document 3). Since the present invention is mainly intended for application to the above-described TDLS, a low speed region of about several tens of kHz or less is important as a modulation speed. Accordingly, hereinafter, the current coefficient δλ c of the oscillation wavelength described in the present specification indicates a current coefficient in a low speed region where the effect of heat is mainly used.

M. G. Allen, "Diode laser absorption sensors for gas-dynamic and combustion flows", Measurement Science and Technology, 9(4), pp. 545-562 (1998).M. G. Allen, "Diode laser absorption sensors for gas-dynamic and combustion flows", Measurement Science and Technology, 9 (4), pp. 545-562 (1998). G. C. Bjorklund, "Frequency-modulation spectroscopy: a new method for measuring weak absorption and dispersion," Opt. Lett. 5(1), pp. 15-17 (1980).G. C. Bjorklund, "Frequency-modulation spectroscopy: a new method for measuring weak absorption and dispersion," Opt. Lett. 5 (1), pp. 15-17 (1980). M. Fukuda, T. Mishima, N. Nakayama, and T. Masuda, "Temperature and current coefficients of lasing wavelength in tunable diode laser spectroscopy," Appl. Phys. B, 100, pp. 377-382 (2010).M. Fukuda, T. Mishima, N. Nakayama, and T. Masuda, "Temperature and current coefficients of lasing wavelength in tunable diode laser spectroscopy," Appl. Phys. B, 100, pp. 377-382 (2010).

半導体レーザモジュールのTDLSへの応用においては、例えば、複数の吸収線を一度の掃引で測定したい場合など、波長掃引幅を広く取りたい、すなわちδλcの大きな半導体レーザ光源が欲しいというケースが多々生じる。δλcの大きな半導体レーザ光源を作ることについては、共振器長を短くする、結晶構造を変えるなどの半導体レーザチップの構造を見直すことにより、ある程度対応することは可能である。しかし、δλcを大きくするためのチップ構造の見直しは、光出力の低下など他の電気光学的特性の著しい劣化を伴うことが多いため、一つの構造にラインナップを絞り込むことが難しい。光出力を優先したい場合、出力を犠牲にしてでも掃引波長幅を優先したい場合など、ニーズごとに最適化した複数の種類の半導体レーザチップを用意することが必要になり、製造コストや在庫管理コストが著しく増大するという問題がある。 In application to TDLS semiconductor laser module, for example, when you want to measure a plurality of absorption lines in a single sweep, I want to take a wide wavelength sweep width, i.e. caused many cases that want large semiconductor laser source of [delta] [lambda] c . about making large semiconductor laser source of [delta] [lambda] c is to shorten the resonator length, by reviewing the structure of the semiconductor laser chip, such as changing the crystal structure, it is possible to some extent corresponding. However, review of the chip structure for increasing the [delta] [lambda] c, since it is often accompanied by significant deterioration of other electro-optical properties such as a decrease in light output, it is difficult to narrow the line-up into one structure. If you want to prioritize the optical output or prioritize the sweep wavelength width at the expense of output, you will need to prepare multiple types of semiconductor laser chips optimized for your needs. There is a problem that remarkably increases.

高速にかつ広い波長掃引幅を得る方法として、DBRレーザなどを用いる方法も考えられる。しかしながら、DBRレーザはモードホップしやすい等の問題があり、制御が難しい上に、TDLS応用で必要とされる波長などの電気光学的特徴を満足することが現時点では困難であるため、現実的な解決策ではない。TDLS応用で広く使われており、制御性、信頼性に優れた半導体DFBレーザを用いながら、かつ、δλcを大きくする方法が望まれている。 A method using a DBR laser or the like is also conceivable as a method for obtaining a wide wavelength sweep width at high speed. However, DBR lasers have problems such as mode hopping and are difficult to control, and it is difficult to satisfy electro-optical characteristics such as wavelengths required for TDLS applications at this time. It is not a solution. TDLS is used are widely in applications, controllability, while using the excellent semiconductor DFB laser reliability, and a method of increasing the [delta] [lambda] c is desired.

本発明は、サブマウント又はステムと、サブマウント又はステム上のヒートシンクと、ヒートシンク上の半導体レーザチップとを備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、半導体レーザキャリアは、サブマウント又はステムと、ヒートシンクとの間に、熱伝導調整板を更に備え、熱伝導調整板は、ヒートシンクの材料の熱伝導率より小さい熱伝導率を有する材料から成ることを特徴とする。   The present invention relates to a semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a submount or stem, a heat sink on the submount or stem, and a semiconductor laser chip on the heat sink. A heat conduction adjusting plate is further provided between the stem and the heat sink, and the heat conduction adjusting plate is made of a material having a thermal conductivity smaller than that of the heat sink material.

本発明の一実施形態において、半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、熱伝導調整板は、アルミナ又はコバールを主原料とする材料から成ることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip, and the heat conduction adjusting plate is made of a material mainly made of alumina or Kovar.

本発明は、サブマウント又はステムと、サブマウント又はステム上の半導体レーザチップとを備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、半導体レーザキャリアは、サブマウント又はステムと、半導体レーザチップとの間に、熱伝導調整板を更に備えたことを特徴とする。   The present invention relates to a semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a submount or stem and a semiconductor laser chip on the submount or stem, the semiconductor laser carrier comprising: a submount or stem; and a semiconductor laser chip. And a heat conduction adjusting plate.

本発明の一実施形態において、半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、熱伝導調整板は、InP系の材料又はコバールを主原料とする材料から成ることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip, and the heat conduction adjusting plate is made of an InP-based material or a material mainly made of Kovar.

本発明は、サブマウント又はステムと、サブマウント又はステム上の半導体レーザチップとを備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、半導体レーザキャリアは、サブマウント又はステムと、半導体レーザチップとの間に、熱歪緩衝板と、該熱歪緩衝板上の熱伝導調整板とを更に備えたことを特徴とする。   The present invention relates to a semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a submount or stem and a semiconductor laser chip on the submount or stem, the semiconductor laser carrier comprising: a submount or stem; and a semiconductor laser chip. And a thermal strain buffer plate and a heat conduction adjusting plate on the thermal strain buffer plate.

本発明の一実施形態において、半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、熱伝導調整板は、InP系の材料から成り、熱歪緩衝板は、窒化アルミを主原料とする材料から成ることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip, the heat conduction adjusting plate is made of an InP-based material, and the thermal strain buffer plate is made of a material mainly made of aluminum nitride. It is characterized by comprising.

本発明により、半導体レーザチップからの放熱を抑制することが可能となるため、同一構造の半導体レーザチップを従来の方法で実装した場合よりも、発振波長の電流係数δλcが大きな半導体レーザモジュールを作製することが可能となる。 Since the present invention makes it possible to suppress heat dissipation from the semiconductor laser chip, a semiconductor laser module having a larger current coefficient δλ c of the oscillation wavelength than when a semiconductor laser chip having the same structure is mounted by a conventional method is provided. It can be produced.

また、熱伝導調整板の大きさや厚みを変えることにより、熱伝導を細かく制御することができるため、光出力などの他の電気光学的特性に著しい劣化を及ぼさない範囲で、所望のδλcが得られるような設計が可能となり、複数の種類の半導体レーザチップを用意する必要がなくなる。 In addition, since the heat conduction can be finely controlled by changing the size and thickness of the heat conduction adjusting plate, the desired δλ c can be set within a range that does not significantly deteriorate other electro-optical characteristics such as light output. The resulting design is possible, and there is no need to prepare a plurality of types of semiconductor laser chips.

光出力などの基本的な電気光学的特性に優れた構造の一種類の半導体レーザチップを使って、δλcの異なる半導体レーザモジュールを作製することができるので、製造コスト、在庫管理コストを著しく増大させることなく、多彩なニーズに適合した複数種類の半導体レーザモジュールを提供することができる。 Semiconductor laser modules with different δλ c can be manufactured using one type of semiconductor laser chip with excellent basic electro-optical characteristics such as optical output, which significantly increases manufacturing costs and inventory management costs. Therefore, it is possible to provide a plurality of types of semiconductor laser modules that meet various needs.

従来の半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser carrier used for the conventional semiconductor laser module. TDLSの動作原理を説明するための説明図であり、（ａ）はTDLSの構成の模式図であり、（ｂ）は光源の駆動方法（時間と、波長との関係）を説明する図であり、（ｃ）は光検出器が受光する受光強度を説明する図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation principle of TDLS, (a) is a schematic diagram of the structure of TDLS, (b) is a figure explaining the drive method (relationship between time and a wavelength) of a light source. (C) is a figure explaining the light reception intensity | strength which a photodetector receives. 本発明の一実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser carrier used for the semiconductor laser module based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser carrier used for the semiconductor laser module based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser carrier used for the semiconductor laser module based on one Embodiment of this invention. Can形半導体レーザモジュールの実装形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mounting form of a Can type semiconductor laser module.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図３は、本実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。 (First embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser carrier used in the semiconductor laser module according to the present embodiment.

図３に示すように、本実施形態に係る半導体レーザキャリアは、サブマウント１１と、サブマウント１１上の熱伝導調整板１０と、熱伝導調整板１０上のヒートシンク９と、ヒートシンク９上の半導体レーザチップ８とから構成される。半導体レーザチップ８は、ヒートシンク９、熱伝導調整板１０を介してサブマウント１１に搭載されている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor laser carrier according to this embodiment includes a submount 11, a heat conduction adjusting plate 10 on the submount 11, a heat sink 9 on the heat conduction adjusting plate 10, and a semiconductor on the heat sink 9. And a laser chip 8. The semiconductor laser chip 8 is mounted on the submount 11 via a heat sink 9 and a heat conduction adjusting plate 10.

半導体レーザチップ８にはInP系のDFBレーザチップを用いた。ヒートシンク９の材料にはInPと熱膨張係数が近く、熱伝導に優れた窒化アルミを用いた。熱伝導調整板１０の材料には熱伝導率が窒化アルミと比べ１桁小さいアルミナを主原料とする材料を用いた。サブマウント１１は熱伝導性に優れた銅タングステンから成る。なお、導電性をとるため、また半田など工程上の都合によりヒートシンク９、及び熱伝導調整板１０に用いた窒化アルミ、アルミナの表面にはメタライズ処理が施されている。   The semiconductor laser chip 8 is an InP DFB laser chip. The material of the heat sink 9 is aluminum nitride, which has a thermal expansion coefficient close to that of InP and excellent in heat conduction. As the material of the heat conduction adjusting plate 10, a material whose main raw material is alumina whose thermal conductivity is one digit smaller than that of aluminum nitride is used. The submount 11 is made of copper tungsten having excellent thermal conductivity. Note that the surfaces of the aluminum nitride and alumina used for the heat sink 9 and the heat conduction adjusting plate 10 are subjected to metallization treatment in order to obtain conductivity and for convenience of processes such as soldering.

図３に示す半導体レーザキャリアを用いて作製した半導体レーザモジュールは、熱伝導率が低い熱伝導調整板の効果により、図１に示した従来の構造の半導体レーザキャリアを用いて作製した半導体レーザモジュールと比べ、半導体レーザチップで発生した熱の放熱が抑制されるため、発振波長の電流係数δλcが大きくなる。また、熱伝導調整板の厚さを厚くする、若しくは面積を小さくすると放熱の抑制効果がより高くなるため、δλcはより大きくなる。 The semiconductor laser module manufactured using the semiconductor laser carrier shown in FIG. 3 is manufactured using the semiconductor laser carrier having the conventional structure shown in FIG. 1 due to the effect of the heat conduction adjusting plate having a low thermal conductivity. As compared with the above, since the heat radiation generated in the semiconductor laser chip is suppressed, the current coefficient Δλ c of the oscillation wavelength is increased. Further, if the thickness of the heat conduction adjusting plate is increased or the area is reduced, the effect of suppressing heat dissipation is further increased, so that δλ c is increased.

放熱の抑制は一方で、光出力の低下などの電気光学的特性の劣化の要因にもなる。しかしながら、本発明による半導体レーザキャリアを利用すると、熱伝導調整板の厚さや面積を適切に設定することにより、放熱の抑制効果を細かく調整することができる。よって、トレードオフの関係にある大きなδλcと光出力等の電気光学的特性を、個別のニーズ毎に適切に設計することが可能となる。 On the other hand, suppression of heat dissipation also causes degradation of electro-optical characteristics such as a decrease in light output. However, when the semiconductor laser carrier according to the present invention is used, the effect of suppressing heat dissipation can be finely adjusted by appropriately setting the thickness and area of the heat conduction adjusting plate. Therefore, it is possible to appropriately design a large δλ c having a trade-off relationship and electro-optical characteristics such as light output for each individual need.

熱伝導調整板の材料は、前述したアルミナに限られずヒートシンク材料よりも熱伝導率が低い様々な材料を用いることができるが、熱伝導調整板材料の熱伝導率と、ヒートシンク材料の熱伝導率との差が大きいほど放熱抑制の効果は高くなる。アルミナ以外の材料では、例えばコバールは、アルミナと同程度の熱伝導率を有し、熱膨張係数も典型的なヒートシンク材料である窒化アルミに近くかつ典型的なサブマウント材料である銅タングステンにも近いため、アルミナと同等の効果が得られる有用な材料である。   The material of the heat conduction adjusting plate is not limited to the above-mentioned alumina, and various materials having a lower thermal conductivity than the heat sink material can be used. However, the heat conductivity of the heat conduction adjusting plate material and the heat conductivity of the heat sink material can be used. The greater the difference, the greater the effect of suppressing heat dissipation. For materials other than alumina, Kovar, for example, has a thermal conductivity comparable to that of alumina, and its thermal expansion coefficient is close to that of aluminum nitride, which is a typical heat sink material, and also to copper tungsten, which is a typical submount material. Because it is close, it is a useful material that can achieve the same effect as alumina.

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser carrier used in the semiconductor laser module according to the present embodiment.

図４に示すように、本実施形態に係る半導体レーザキャリアは、サブマウント１４と、サブマウント１４上の熱伝導調整板１３と、熱伝導調整板１３上の半導体レーザチップ１２とから構成される。本実施形態では、図１に示した従来構造の半導体レーザキャリアのヒートシンク２の代わりにヒートシンク材料よりも熱伝導率の小さいInP系やコバールを主原料とする材料から成る熱伝導調整板１３を用いる。また、半導体レーザチップ１２にはInP系のDFBレーザチップを用いる。   As shown in FIG. 4, the semiconductor laser carrier according to this embodiment includes a submount 14, a heat conduction adjusting plate 13 on the submount 14, and a semiconductor laser chip 12 on the heat conduction adjusting plate 13. . In this embodiment, instead of the heat sink 2 of the semiconductor laser carrier having the conventional structure shown in FIG. 1, a heat conduction adjusting plate 13 made of an InP-based material having a lower thermal conductivity than the heat sink material or a material mainly made of Kovar is used. . The semiconductor laser chip 12 is an InP-based DFB laser chip.

半導体レーザチップ１２の直下に熱伝導調整板１３があるため、図３に示した第１の実施形態よりも半導体レーザチップで発生する熱の放熱抑制効果が高く、部品数・工数をより少なくすることができるという利点がある。   Since there is the heat conduction adjusting plate 13 directly under the semiconductor laser chip 12, the heat radiation suppressing effect of the heat generated in the semiconductor laser chip is higher than in the first embodiment shown in FIG. 3, and the number of parts and man-hours are reduced. There is an advantage that you can.

熱伝導調整板１３の厚さや面積を適切に設定することにより、放熱の抑制効果を細かく調整し、δλcに関して個別のニーズ毎に合った適切な設計をすることが可能であることは第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態に係る構造は、熱伝導調整板１３にInPを用いた場合は、熱伝導調整板１３と、サブマウント１４との間に若干の熱膨張係数の差が生じ、熱伝導調整板１３にコバールを用いた場合は、半導体レーザチップ１２と、熱伝導調整板１３との間に若干の熱膨張係数の差が生じるため、窒化アルミのヒートシンクを用いる場合と比べ、InPに大きな熱歪がかかることが場合によっては問題になる。 By appropriately setting the thickness and area of the heat conduction adjusting plate 13, the effect of suppressing the heat radiation finely adjusted, it is possible to make an appropriate design to suit each individual needs with respect to [delta] [lambda] c is the first This is the same as the embodiment. However, in the structure according to the present embodiment, when InP is used for the heat conduction adjusting plate 13, a slight difference in thermal expansion coefficient is generated between the heat conduction adjusting plate 13 and the submount 14, and the heat conduction adjusting is performed. When Kovar is used for the plate 13, there is a slight difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser chip 12 and the heat conduction adjusting plate 13, so that a larger heat is generated in InP than when an aluminum nitride heat sink is used. In some cases, distortion is a problem.

（第３の実施形態）
図５は、本実施形態に係る、半導体レーザモジュールに用いられる半導体レーザキャリアの構造を示す斜視図である。 (Third embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser carrier used in the semiconductor laser module according to the present embodiment.

図５に示すように、本実施形態に係る半導体レーザキャリアは、サブマウント１８と、サブマウント１８上の熱歪緩衝板１７と、熱歪緩衝板１７上の熱伝導調整板１６と、熱伝導調整板１６上の半導体レーザチップ１５とから構成される。本実施形態においては、InP系の半導体レーザチップ１５は、InP系の材料から成る熱伝導調整板１６に接合され、熱伝導調整板１６と、サブマウント１８との間に窒化アルミなどの材料から成る熱歪緩衝板１７が配置される。また、半導体レーザチップ１５にはInP系のDFBレーザチップを用いる。   As shown in FIG. 5, the semiconductor laser carrier according to the present embodiment includes a submount 18, a thermal strain buffer plate 17 on the submount 18, a thermal conduction adjusting plate 16 on the thermal strain buffer plate 17, and thermal conduction. And a semiconductor laser chip 15 on the adjustment plate 16. In this embodiment, the InP semiconductor laser chip 15 is bonded to a heat conduction adjusting plate 16 made of an InP material, and is made of a material such as aluminum nitride between the heat conduction adjusting plate 16 and the submount 18. A thermal strain buffer plate 17 is disposed. The semiconductor laser chip 15 is an InP DFB laser chip.

本実施形態に係る半導体レーザキャリアは、半導体レーザチップ１５の直下に熱伝導調整板１６が配置されているため、高い放熱抑制効果を有する。   The semiconductor laser carrier according to the present embodiment has a high heat radiation suppressing effect because the heat conduction adjusting plate 16 is disposed immediately below the semiconductor laser chip 15.

また、本実施形態に係る半導体レーザキャリアでは、熱伝導調整板１６の材料InPとほぼ同じ熱膨張係数を持つ窒化アルミを主原料とする材料から成る熱歪緩衝板１７を用いることにより熱歪の問題を解決する。熱伝導調整板１６の厚さや面積を適切に設定することにより、放熱の抑制効果を細かく調整し、δλcに関して個別のニーズ毎に合った適切な設計をすることが可能であることは前述の実施形態と同様である。 Further, in the semiconductor laser carrier according to the present embodiment, the thermal strain buffer plate 17 made of a material whose main raw material is aluminum nitride having substantially the same thermal expansion coefficient as the material InP of the heat conduction adjusting plate 16 is used to reduce thermal strain. Solve a problem. By appropriately setting the thickness and area of the heat conductive adjustment plate 16, finely adjusts the inhibitory effect of heat dissipation, it is possible to make an appropriate design to suit each individual needs with respect to [delta] [lambda] c is the above-mentioned This is the same as the embodiment.

（第４の実施形態）
上述の第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態に係る半導体レーザキャリアを具備するような半導体レーザモジュールは、基本的には電子冷却素子を内蔵した形態の半導体レーザモジュールである。しかし、図６に示すような、電子冷却素子を内蔵しないCan形パッケージも半導体レーザモジュールの実装形態として広く使われている。 (Fourth embodiment)
The semiconductor laser module including the semiconductor laser carrier according to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment described above is basically a semiconductor laser module having a built-in electronic cooling element. is there. However, a Can package without a built-in electronic cooling element as shown in FIG. 6 is also widely used as a mounting form of the semiconductor laser module.

図６に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザチップ１９と、ヒートシンク２０と、ステム２１と、窓２３を有するキャップ２２と、ピン２４とから構成されている。このタイプの半導体レーザモジュールは、通常、外付けの電子冷却素子上に搭載して使われる。半導体レーザチップ１９で発生する熱は、ヒートシンク２０、ステム２１を介して外付けの電子冷却素子に放熱される。すなわち、図６のステム２１は、図１におけるサブマウント３と放熱という意味では全く同じ役割を担っている。よって、第１乃至第３の実施形態のサブマウントをステムと読み替えれば、全く同等の効果が得られる。   The semiconductor laser module shown in FIG. 6 includes a semiconductor laser chip 19, a heat sink 20, a stem 21, a cap 22 having a window 23, and pins 24. This type of semiconductor laser module is usually mounted on an external electronic cooling element. The heat generated in the semiconductor laser chip 19 is radiated to the external electronic cooling element through the heat sink 20 and the stem 21. That is, the stem 21 in FIG. 6 plays the same role as the submount 3 in FIG. 1 in terms of heat dissipation. Therefore, if the submount of the first to third embodiments is replaced with a stem, the same effect can be obtained.

１ 半導体レーザチップ
２ ヒートシンク
３ サブマウント
４ レーザ光源
５ レーザ光
６ 被検査物
７ 光検出器
８ 半導体レーザチップ
９ ヒートシンク
１０ 熱伝導調整板
１１ サブマウント
１２ 半導体レーザチップ
１３ 熱伝導調整板
１４ サブマウント
１５ 半導体レーザチップ
１６ 熱伝導調整板
１７ 熱歪緩衝板
１８ サブマウント
１９ 半導体レーザチップ
２０ ヒートシンク
２１ ステム
２２ キャップ
２３ 窓
２４ ピン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser chip 2 Heat sink 3 Submount 4 Laser light source 5 Laser light 6 Inspected object 7 Photo detector 8 Semiconductor laser chip 9 Heat sink 10 Heat conduction adjusting plate 11 Submount 12 Semiconductor laser chip 13 Heat conduction adjusting plate 14 Submount 15 Semiconductor laser chip 16 Thermal conduction adjusting plate 17 Thermal strain buffer plate 18 Submount 19 Semiconductor laser chip 20 Heat sink 21 Stem 22 Cap 23 Window 24 Pin

Claims (6)

サブマウント又はステムと、
前記サブマウント又はステム上のヒートシンクと、
前記ヒートシンク上の半導体レーザチップと
を備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザキャリアは、前記サブマウント又はステムと、前記ヒートシンクとの間に、熱伝導調整板を更に備え、
前記熱伝導調整板は、前記ヒートシンクの材料の熱伝導率より小さい熱伝導率を有する材料から成ることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A submount or stem;
A heat sink on the submount or stem;
A semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a semiconductor laser chip on the heat sink,
The semiconductor laser carrier further includes a heat conduction adjusting plate between the submount or stem and the heat sink,
2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the heat conduction adjusting plate is made of a material having a thermal conductivity smaller than that of the heat sink material. 前記半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、
前記熱伝導調整板は、アルミナ又はコバールを主原料とする材料から成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。 The semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip,
2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the heat conduction adjusting plate is made of a material mainly made of alumina or Kovar. サブマウント又はステムと、
前記サブマウント又はステム上の半導体レーザチップと
を備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザキャリアは、前記サブマウント又はステムと、前記半導体レーザチップとの間に、熱伝導調整板を更に備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。 A submount or stem;
A semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a semiconductor laser chip on the submount or stem;
The semiconductor laser module further comprises a heat conduction adjusting plate between the submount or stem and the semiconductor laser chip. 前記半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、
前記熱伝導調整板は、InP系の材料又はコバールを主原料とする材料から成ることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザモジュール。 The semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip,
4. The semiconductor laser module according to claim 3, wherein the heat conduction adjusting plate is made of an InP-based material or a material mainly made of Kovar. サブマウント又はステムと、
前記サブマウント又はステム上の半導体レーザチップと
を備えた半導体レーザキャリアを具備する半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザキャリアは、前記サブマウント又はステムと、前記半導体レーザチップとの間に、熱歪緩衝板と、該熱歪緩衝板上の熱伝導調整板とを更に備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。 A submount or stem;
A semiconductor laser module comprising a semiconductor laser carrier comprising a semiconductor laser chip on the submount or stem;
The semiconductor laser carrier further comprises a thermal strain buffer plate and a heat conduction adjusting plate on the thermal strain buffer plate between the submount or stem and the semiconductor laser chip. Laser module. 前記半導体レーザチップは、InP系のDFBレーザチップであり、
前記熱伝導調整板は、InP系の材料から成り、
前記熱歪緩衝板は、窒化アルミを主原料とする材料から成ることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。 The semiconductor laser chip is an InP-based DFB laser chip,
The heat conduction adjusting plate is made of an InP-based material,
6. The semiconductor laser module according to claim 5, wherein the thermal strain buffer plate is made of a material mainly made of aluminum nitride.
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