JP4514367B2

JP4514367B2 - 半導体レーザモジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4514367B2
Application number: JP2001181601A
Authority: JP
Inventors: 智久石丸
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002372649A

Description

【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する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザモジュールは、図５に示すように、半導体レーザ素子２１ａが設けられたＬＤキャリア２１、レンズホルダ２２を固定した固定部材２３、フォトダイオード２４ａが設けられたＰＤキャリア２４及び光アイソレータ２５を固定した固定部材２６等、多くの部品がベース２０上に配置されている。このような半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ素子２１ａからの出力光を、レンズホルダ２２に挿着したレンズ２２ａで集光して平行光とした後、光アイソレータ２５を介して光ファイバに導き、光ファイバ内を導波して所望の用途に供している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の半導体レーザモジュールでは、レンズ２２ａが低融点ガラス２７（図６参照）でレンズホルダ２２に固定され、レンズホルダ２２は固定部材２３に溶接点ＰでＹＡＧレーザによって溶接固定されたり、直接ベース２０にＹＡＧレーザによって溶接固定されている。
【０００４】
このとき、従来の半導体レーザモジュールでは、レンズ２２ａが低融点ガラスでレンズホルダ２２に固定される位置と、レンズホルダ２２を固定部材２３に溶接固定する溶接点Ｐとが近接している。具体的には、図５に示すように、光軸方向において一致している。このため、図６に示すように、レンズホルダ２２をＹＡＧレーザによって固定部材２３に溶接するときの衝撃が、低融点ガラス２７迄伝わってひびが入り、レンズ２２ａがレンズホルダ２２から剥落してしまうことがあった。
【０００５】
このため、このような不具合を生じない溶接条件にすると、レンズホルダ２２と固定部材２３との溶接強度が不十分となり、製造される半導体レーザモジュールの信頼性が満たされなくなるという問題があった。
また、レーザ溶接の熱がレンズ２２ａとレンズホルダ２２との固定状態に悪影響を及ぼすことも考えられる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、レンズのレンズホルダに対する固定状態への影響を低減しつつ、レンズホルダをベース或いは固定部材に固定することができ、信頼性に優れた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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子から出射される光をレンズを用いて光ファイバに光結合させる半導体レーザモジュールにおいて、前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対し、該レンズホルダを固定部材にレーザ溶接する溶接位置が光軸方向で異なっている構成としたのである。
【０００８】
また、前記レンズホルダが、前記固定部材に第１の溶接点で仮固定され、前記固定位置に対して前記第１の溶接点よりも離れた第２の溶接点で前記固定部材に固定されている構成とする。また、上記目的を達成するため本発明の半導体レーザモジュールの製造方法においては、半導体レーザ素子から出射される光をレンズを用いて光ファイバに光結合させる半導体レーザモジュールの製造方法において、前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対し、該レンズホルダを固定部材に位置を離してレーザ溶接する構成としたのである。
【０００９】
また、前記レンズホルダを前記固定部材に第１の溶接点で仮固定し、前記固定位置に対して前記第１の溶接点よりも離れた第２の溶接点で前記レンズホルダを前記固定部材に固定する構成とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザモジュール及びその製造方法に係る一実施形態を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。
半導体レーザモジュール１は、図１に示すように、パッケージ２、温度制御素子３、ベース４、ＬＤキャリア５、ＰＤキャリア６、レンズホルダ１１及び光アイソレータ１６等を備えている。
【００１１】
パッケージ２は、図１に示したように、温度制御素子３、ベース４、ＬＤキャリア５、ＰＤキャリア６、レンズホルダ１１及び光アイソレータ１６等を収納する。パッケージ２は、底板２ａ、周壁２ｂ及び周壁２ｂの上部に被着されるカバー２ｃを有している。また、パッケージ２は、周壁２ｂにフランジ２ｄが突設され、フランジ２ｄ端面に第２レンズホルダ７がＹＡＧレーザによって溶接固定されている。
【００１２】
温度制御素子３は、図１に示すように、パッケージ2内の底板２ａに設置され、後述する半導体レーザ素子５ａの作動に伴う発熱を冷却して所定温度に制御するぺルチェ素子で、この上にベース４が設けられている。温度制御素子３は、半導体レーザ素子５ａ（図２参照）の近傍に配置されたサーミスタ５ｂ（図３参照）によって測定された温度に基づき、電流値を調整することで半導体レーザ素子５ａの温度を制御している。
【００１３】
ベース４は、例えば図１乃至図３に示すように、光軸方向（図１の左右方向）の一方が高い第１搭載部４ａと、他方が低い第２搭載部４ｂとを有する板状の部材である。ベース４は、第１搭載部４ａにＬＤキャリア５とＰＤキャリア６が、第２搭載部４ｂに第１固定部材１０と第２固定部材１５が、それぞれ設けられている。
【００１４】
ここで、第１固定部材１０と第２固定部材１５は、それぞれ後述するレンズホルダ１１と光アイソレータ１６を固定する固定部材である。
ＬＤキャリア５は、図２に示すように、第１固定部材１０側に半導体レーザ素子５ａが設けられている。半導体レーザ素子５ａは、所定波長のレーザ光を前端面から第１レンズ１２に向けて出射すると共に、後端面からフォトダイオード６ａにモニタ光を出射する。このとき、半導体レーザ素子５ａは、例えば、活性層と第１レンズ１２の光軸との高さ方向の差が数μｍ以内となるように位置決めされる。
【００１５】
ＰＤキャリア６は、ＬＤキャリア５側の半導体レーザ素子５ａと対向する斜面にフォトダイオード６ａが設けられている。フォトダイオード６ａは、半導体レーザ素子５ａの後端面から出射されるモニタ光をモニタする。
第２レンズホルダ７は、内部に第２レンズ７ａが挿着された筒体で、端部にはファイバ固定部材８が設けられている。ファイバ固定部材８には、フェルール８ａがＹＡＧレーザによって溶接固定され、フェルール８ａからは光ファイバ８ｂ延出している。
【００１６】
第１固定部材１０は、図２及び図３に示すように、略Ｕ字状に成形され、レンズホルダ１１が２つの溶接点Ｐ1，Ｐ2で溶接固定されている。
レンズホルダ１１は、ステンレス等の金属から成形され、第１レンズ１２を取り付け、光を通過させるように円形の筒状体に形成されている。レンズホルダ１１の半導体レーザ素子５ａ側には、第１レンズ１２が挿着され、第１レンズ１２の外周が低融点ガラスで内周に固定されている。
【００１７】
一方、第１レンズ１２は、半導体レーザ素子５ａから出射される光を平行光とするコリメーションレンズである。
このとき、レンズホルダ１１は、図２に示すように、第１レンズ１２をレンズホルダ１１に固定した固定位置に対し、右方向に離れた第１溶接点Ｐ1で第１固定部材１０にＹＡＧレーザによる溶接によって仮固定され、前記固定位置に対して第１溶接点Ｐ1よりも更に右方へ離れた第２溶接点Ｐ2で第１固定部材１０に同様に固定されている。第１溶接点Ｐ1は、第１固定部材１０とレンズホルダ１１との位置決めのため、第１固定部材１０の光軸方向中央位置に設定されている。
【００１８】
第２固定部材１５は、図２及び図３に示すように、第１固定部材１０と同様に略Ｕ字状に成形され、光アイソレータ１６を固定支持する。
光アイソレータ１６は、図２及び図３に示すように、第１固定部材１０に隣接して配置され、外観が円柱状に形成されている。
半導体レーザモジュール１は以上のように構成され、以下に説明する製造方法に従って製造される。
【００１９】
先ず、第１搭載部４ａに半導体レーザ素子５ａを設けたＬＤキャリア５と、フォトダイオード６ａを設けたＰＤキャリア６を、それぞれ半田で固定する。ＬＤキャリア５及びＰＤキャリア６は、予めワイヤボンディングにより半導体レーザ素子５ａ及びフォトダイオード６ａとそれぞれ電気的に接続されている。
次に、第２搭載部４ｂに第１固定部材１０をＰＤキャリア６に隣接させて配置し、レンズホルダ１１を第１固定部材１０に嵌め合わせる。そして、半導体レーザ素子５ａを駆動しながら、半導体レーザ素子５ａから出射され、第１レンズ１２を通過した光が平行光となるように、第１固定部材１０及びレンズホルダ１１を光軸に沿って動かし、光軸方向の位置を調節する。
【００２０】
このようにして、第１レンズ１２を通過した光が平行光となったら、先ず、第１固定部材１０をベース４に、次に、レンズホルダ１１を第１固定部材１０に、それぞれＹＡＧレーザにより溶接固定する。
このとき、レンズホルダ１１は、図２に示したように、第１レンズ１２をレンズホルダ１１に固定した固定位置に対し、右方向に離れた第１溶接点Ｐ1で通常よりもパワーを小さくしてＹＡＧレーザにより第１固定部材１０に仮固定する。次いで、前記固定位置に対して第１溶接点Ｐ1よりも更に右方へ離れた第２溶接点Ｐ2で通常のパワーあるいはそれ以上のパワーのＹＡＧレーザによりレンズホルダ１１を第１固定部材１０に固定する。
【００２１】
このようにすると、レンズホルダ１１は、ＹＡＧレーザによる溶接の際の衝撃が、第１レンズ１２を固定している低融点ガラスに伝わり難くなる。このため、レンズホルダ１１は、低融点ガラスにひびが入ることが抑えられ、第１レンズ１２の剥落が抑制される。従って、このようなレンズホルダ１１を用いた半導体レーザモジュール１は、第１レンズ１２がレンズホルダ１１から剥落することがないので、信頼性に優れたものとなる。
【００２２】
次いで、第１固定部材１０に隣接させて第２搭載部４ｂに予め搭載された第２固定部材１５に、光アイソレータ１６を第２固定部材１５に嵌め合わせる。この状態で半導体レーザ素子５ａから出射され、第１レンズ１２を通過した光を光アイソレータ１６に入射させながら光アイソレータ１６を光軸周りに回転させる。
そして、光アイソレータ１６の出射面から出射される光強度が最大となる回転位置で、光アイソレータ１６を第２固定部材１５にＹＡＧレーザで溶接固定する。
【００２３】
しかる後、パッケージ２の底板２ａに温度制御素子３を取り付け、リード（図示せず）をパッケージ２に半田で接続する。
次に、上記のようにして半導体レーザ素子５ａが設けられたＬＤキャリア５，フォトダイオード６ａが設けられたＰＤキャリア６，レンズホルダ１１を固定した第１固定部材１０及び光アイソレータ１６を固定した第２固定部材１５を備えたベース４を温度制御素子３の上に半田固定する。
【００２４】
この後、金ワイヤ（図示せず）でＬＤキャリア５及びＰＤキャリア６の電極とパッケージ２のリード（図示せず）とを接続する（ワイヤボンド）。
そして、周壁２ｂの上部にカバー２ａを被着し、フランジ２ｄ端面に第２レンズホルダ７をＹＡＧレーザによって溶接固定する。
最後に、第２レンズホルダ７の端部にファイバ固定部材８をＹＡＧレーザによって溶接固定し、半導体レーザモジュール１の組み立てが完了する。
【００２５】
ここで、本発明の半導体レーザモジュール及びその製造方法は、第１レンズ１２をレンズホルダ１１に固定した固定位置に対し、レンズホルダ１１を第１固定部材１０にＹＡＧレーザによって溶接する溶接位置が離れている（光軸方向で異なっている）ことを特徴とする。
尚、レンズホルダ１１は、図４に示すように、第１レンズ１２をレンズホルダ１１に固定した固定位置に対し、右方向に離れた第１溶接点Ｐ1で第１固定部材１０に仮固定し、次いで、第１溶接点Ｐ1より下方の第２溶接点Ｐ2で第１固定部材１０に固定すると、部品の配置精度が良く、かつ、部品の固定強度が高くなり好ましい。
【００２６】
また、上記実施形態の半導体レーザモジュール１とその製造方法は、レンズホルダ１１を第１固定部材１０に溶接する場合について説明した。しかし、本発明の半導体レーザモジュール及びその製造方法は、レンズホルダ１１をベース４にＹＡＧレーザによって直接溶接固定する場合にも適用可能なことは言うまでもない。
【００２７】
更に、本発明においては、光アイソレータ１６は必ずしも必要ではない。
また、本発明の半導体レーザモジュールは、低融点ガラスでレンズをレンズホルダに固定するものに限定されるものではなく、例えば、レンズホルダ内にレンズが圧入されている構成であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１乃至４の発明によれば、レンズのレンズホルダに対する固定状態への影響を低減しつつ、レンズホルダをベース或いは固定部材に固定することができ、信頼性に優れた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ができる。
【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及びその製造方法に係る一実施形態を示すもので、本発明方法によって製造された半導体レーザモジュールの断面正面図である。
【図２】図１の半導体レーザモジュールの基板を、基板上に配置される主要部品及び固定部材に対するレンズホルダの溶接点と共に示した正面図である。
【図３】図２の基板の斜視図である。
【図４】本発明の半導体レーザモジュール及びその製造方法に係る他の実施形態を示す図２に対応する正面図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールの基板を、基板上に配置される主要部品及び固定部材に対するレンズホルダの溶接点と共に示した正面図である。
【図６】図５の固定部材及びレンズホルダの側面図である。
【符号の説明】
１半導体レーザモジュール
２パッケージ
３温度制御素子
４ベース
５ＬＤキャリア
５ａ半導体レーザ素子
６ＰＤキャリア
６ａフォトダイオード
７第２レンズホルダ
７ａ第２レンズ
８ファイバ固定部材
１０第１固定部材
１１レンズホルダ
１２第１レンズ
１５第２固定部材
１６光アイソレータ
Ｐ1 第１溶接点
Ｐ2 第２溶接点

Claims

半導体レーザ素子から出射される光をレンズを用いて光ファイバに光結合させる半導体レーザモジュールにおいて、
前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対し、該レンズホルダを固定部材にレーザ溶接する溶接位置が光軸方向で異なっており、
前記レンズホルダが、前記固定部材に第１の溶接点で仮固定され、前記第１の溶接点よりも、前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対して更に離れた第２の溶接点で前記固定部材に固定されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
半導体レーザ素子から出射される光をレンズを用いて光ファイバに光結合させる半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対し、該レンズホルダを固定部材に位置を離してレーザ溶接により、前記レンズホルダを前記固定部材に第１の溶接点で仮固定し、前記第１の溶接点よりも前記レンズをレンズホルダに固定した固定位置に対して更に離れた第２の溶接点で前記レンズホルダを前記固定部材に固定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。