JPH0224392B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0224392B2 JPH0224392B2 JP58201565A JP20156583A JPH0224392B2 JP H0224392 B2 JPH0224392 B2 JP H0224392B2 JP 58201565 A JP58201565 A JP 58201565A JP 20156583 A JP20156583 A JP 20156583A JP H0224392 B2 JPH0224392 B2 JP H0224392B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- submount
- thermal expansion
- thermal conductivity
- laser device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
- H01S5/02492—CuW heat spreaders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
- H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
(イ) 産業上の利用分野
この発明は半導体レーザー装置、特にその放熱
特性の改良に関するものである。 (ロ) 従来技術 半導体レーザー装置は電流駆動による大電力素
子であるため、動作中の発熱量が大きい。そのた
め、適切な放熱設計が行なわれていない場合に
は、通電使用中の発熱により性能の劣化、素子寿
命の低下、あるいは半導体レーザー素子の破壊を
まねく危険がある。具体的には半導体レーザー素
子は一般に第２図に示すような温度特性をもつ。
図から明らかなように、発光出力は、素子温度に
大きく依存する。温度20℃で光出力２ｍＷを得る
には約30ｍＡの電流が必要であるが、温度50℃で
使用する場合には30ｍＡではレーザ発振にさえ達
することが出来ず、光出力２ｍＷを得るには60ｍ
Ａ以上の駆動電流が必要となる。しかも、温度上
昇による光出力の低下を補なうために駆動電流を
増加してやれば、電流増加にともなう素子の発熱
量の増加がひきおこされ、さらに素子温度が上昇
するという悪循環を生じることになり、素子の急
速な劣化や、はなはだしい場合は素子の破壊にい
たる。 したがつて、半導体レーザー素子を支持するス
テムは、熱伝導率の高い材料を用いて熱放散を良
好にする必要がある。 また、上記ステムと半導体レーザー素子の熱膨
脹係数に差があると、発熱に伴つてひずみが発生
し、半導体レーザー素子に不必要なストレスが加
わる。このようなストレスは、半導体レーザー素
子の性能の劣化を加速し、更にはその破壊の原因
となるものである。 したがつて、ステムの材料としては、熱伝導率
が高く、しかも熱膨脹係数が半導体レーザー素子
のそれとできるだけ近いものであることが要求さ
れる。 そこで、従来は、第１図に示すように、半導体
レーザー素子１をサブマウント２を介してパツケ
ージのマウント用ブロツク３に取付け、そのサブ
マウント２の材料として、コバール（商品名）の
如き低熱膨脹特性を示す材料を使用することが行
なわれていた。 (ハ) 発明によつて解決しようとする問題点 サブマウント２の材料は、前述のとおり熱伝導
率が良好で、かつ熱膨脹係数が半導体レーザー素
子１のそれに近いことが要求される。 しかしながら、従来使用されているコバール
は、第１表に示すように、熱膨脹係数は半導体レ
ーザー素子１に非常に近いが、熱伝導率が低い問
題があり、このことが半導体レーザーの性能改良
の上で大きな障害となつていた。 (ニ) 問題点を解決するための手段 この発明はInAs、InP又はInSbを基板とする半
導体レーザー素子を用いた半導体レーザーを対象
とし、その場合のサブマウントの材料として、熱
膨脹係数が4.5〜7.5×10-6cm／cm・℃の範囲にあ
る次の金属、すなわち (1) ＷにCuを均一に含有させた合金 (2) MoにCuを均一に含有させた合金 (3) Ｗ・Mo合金にCuを均一に含有させた合金 のいずれか一つを使用することとしたものであ
る。 上記の合金は溶浸法によつて製造することがで
きる。 サブマウントの材料が上記の熱膨脹係数の範囲
を越えると、半導体レーザー素子との熱膨脹係数
の不整合が大きくなり、素子に生じるストレスに
より、素子の破損又は発光効率の低下などが起こ
る。特に4.5cm／cm℃未満の場合には熱伝導度が
極端に小さくなり、放熱効果を発揮させることが
できない。 また、上記範囲の熱膨脹係数を満足する上記金
属材料のCu含有量を重量％で示せば次のとおり
である。 Ｗ＋Cu：0.5〜25％（前記(1)の金属材料） Mo＋Cu：0.5〜20％（前記(2)の金属材料） Ｗ・Mo＋Cu：0.5〜25％（前記(3)の金属材料） なお、上記金属材料の熱伝導率は、0.35〜
0.65cal／cm・sec・℃である。 この発明の金属材料と従来例（コバール）との
対比、及び素子基板の熱膨脹係数を参考までに示
せば、次の第１素に示すとおりである。
特性の改良に関するものである。 (ロ) 従来技術 半導体レーザー装置は電流駆動による大電力素
子であるため、動作中の発熱量が大きい。そのた
め、適切な放熱設計が行なわれていない場合に
は、通電使用中の発熱により性能の劣化、素子寿
命の低下、あるいは半導体レーザー素子の破壊を
まねく危険がある。具体的には半導体レーザー素
子は一般に第２図に示すような温度特性をもつ。
図から明らかなように、発光出力は、素子温度に
大きく依存する。温度20℃で光出力２ｍＷを得る
には約30ｍＡの電流が必要であるが、温度50℃で
使用する場合には30ｍＡではレーザ発振にさえ達
することが出来ず、光出力２ｍＷを得るには60ｍ
Ａ以上の駆動電流が必要となる。しかも、温度上
昇による光出力の低下を補なうために駆動電流を
増加してやれば、電流増加にともなう素子の発熱
量の増加がひきおこされ、さらに素子温度が上昇
するという悪循環を生じることになり、素子の急
速な劣化や、はなはだしい場合は素子の破壊にい
たる。 したがつて、半導体レーザー素子を支持するス
テムは、熱伝導率の高い材料を用いて熱放散を良
好にする必要がある。 また、上記ステムと半導体レーザー素子の熱膨
脹係数に差があると、発熱に伴つてひずみが発生
し、半導体レーザー素子に不必要なストレスが加
わる。このようなストレスは、半導体レーザー素
子の性能の劣化を加速し、更にはその破壊の原因
となるものである。 したがつて、ステムの材料としては、熱伝導率
が高く、しかも熱膨脹係数が半導体レーザー素子
のそれとできるだけ近いものであることが要求さ
れる。 そこで、従来は、第１図に示すように、半導体
レーザー素子１をサブマウント２を介してパツケ
ージのマウント用ブロツク３に取付け、そのサブ
マウント２の材料として、コバール（商品名）の
如き低熱膨脹特性を示す材料を使用することが行
なわれていた。 (ハ) 発明によつて解決しようとする問題点 サブマウント２の材料は、前述のとおり熱伝導
率が良好で、かつ熱膨脹係数が半導体レーザー素
子１のそれに近いことが要求される。 しかしながら、従来使用されているコバール
は、第１表に示すように、熱膨脹係数は半導体レ
ーザー素子１に非常に近いが、熱伝導率が低い問
題があり、このことが半導体レーザーの性能改良
の上で大きな障害となつていた。 (ニ) 問題点を解決するための手段 この発明はInAs、InP又はInSbを基板とする半
導体レーザー素子を用いた半導体レーザーを対象
とし、その場合のサブマウントの材料として、熱
膨脹係数が4.5〜7.5×10-6cm／cm・℃の範囲にあ
る次の金属、すなわち (1) ＷにCuを均一に含有させた合金 (2) MoにCuを均一に含有させた合金 (3) Ｗ・Mo合金にCuを均一に含有させた合金 のいずれか一つを使用することとしたものであ
る。 上記の合金は溶浸法によつて製造することがで
きる。 サブマウントの材料が上記の熱膨脹係数の範囲
を越えると、半導体レーザー素子との熱膨脹係数
の不整合が大きくなり、素子に生じるストレスに
より、素子の破損又は発光効率の低下などが起こ
る。特に4.5cm／cm℃未満の場合には熱伝導度が
極端に小さくなり、放熱効果を発揮させることが
できない。 また、上記範囲の熱膨脹係数を満足する上記金
属材料のCu含有量を重量％で示せば次のとおり
である。 Ｗ＋Cu：0.5〜25％（前記(1)の金属材料） Mo＋Cu：0.5〜20％（前記(2)の金属材料） Ｗ・Mo＋Cu：0.5〜25％（前記(3)の金属材料） なお、上記金属材料の熱伝導率は、0.35〜
0.65cal／cm・sec・℃である。 この発明の金属材料と従来例（コバール）との
対比、及び素子基板の熱膨脹係数を参考までに示
せば、次の第１素に示すとおりである。
【表】
上記第１表からわかるように、この発明の場合
は、熱膨脹係数が半導体レーザー装置の素子基板
のそれにきわめて近く、また熱伝導率は従来のコ
バールより約10倍程度、タングステン、モリブデ
ンに比べ約40〜70％改良されている。 (ホ) 実施例 InP基板上にInGaAsPをエピタキシヤル成長さ
せたダブルヘテロ構造を持つ半導体レーザー素子
を第２表に示す各種のサブマウント、ステムに固
着した半導体レーザー装置を製作し、その性能の
比較を行つた。
は、熱膨脹係数が半導体レーザー装置の素子基板
のそれにきわめて近く、また熱伝導率は従来のコ
バールより約10倍程度、タングステン、モリブデ
ンに比べ約40〜70％改良されている。 (ホ) 実施例 InP基板上にInGaAsPをエピタキシヤル成長さ
せたダブルヘテロ構造を持つ半導体レーザー素子
を第２表に示す各種のサブマウント、ステムに固
着した半導体レーザー装置を製作し、その性能の
比較を行つた。
【表】
【表】
つまり本半導体レーザー装置の素子の温度上昇
は、従来のFe−Ni（コバール）を使用したものに
比べ約25〜35％低減し、また発光効率は60〜70
％、寿命は約100倍に伸びた。なおCuの含有量が
多い程放熱特性が良好になることが確認出来た。 (ヘ) 効果 以上のとおりであるから、この発明によれば、
放熱が良好でかつ発熱に伴うストレスの少ない半
導体レーザー装置を得ることができる。又、第３
図に示した如く、サブマウントとマウント用ブロ
ツク及びステムを一体にしたパツケージ構造も容
易にとりうることができた。
は、従来のFe−Ni（コバール）を使用したものに
比べ約25〜35％低減し、また発光効率は60〜70
％、寿命は約100倍に伸びた。なおCuの含有量が
多い程放熱特性が良好になることが確認出来た。 (ヘ) 効果 以上のとおりであるから、この発明によれば、
放熱が良好でかつ発熱に伴うストレスの少ない半
導体レーザー装置を得ることができる。又、第３
図に示した如く、サブマウントとマウント用ブロ
ツク及びステムを一体にしたパツケージ構造も容
易にとりうることができた。
第１図ａは、従来の半導体レーザ装置を示す上
面図、第１図ｂはAA′における断面図である。第
２図は半導体レーザの発光特性の一例を示す図面
である。第３図ａは本発明の半導体レーザ装置の
一例を示す上面図、第３図ｂはBB′における断面
図である。図において各番号の意味するところは
次のとおりである。同一番号は、各図面における
相当部分を示す。 １：半導体レーザ素子、２：サブマウント、
３：マウント用ブロツク材、４：光取出窓、５：
キヤツプ、６：パツケージ本体すなわちステム、
７：第１のリード線、８：第２のリード線、９：
絶縁物、10：リードワイヤー。
面図、第１図ｂはAA′における断面図である。第
２図は半導体レーザの発光特性の一例を示す図面
である。第３図ａは本発明の半導体レーザ装置の
一例を示す上面図、第３図ｂはBB′における断面
図である。図において各番号の意味するところは
次のとおりである。同一番号は、各図面における
相当部分を示す。 １：半導体レーザ素子、２：サブマウント、
３：マウント用ブロツク材、４：光取出窓、５：
キヤツプ、６：パツケージ本体すなわちステム、
７：第１のリード線、８：第２のリード線、９：
絶縁物、10：リードワイヤー。
Claims (1)
- １ 基板がInAs、InP又はInSbの半導体レーザー
素子から成る半導体レーザー装置において、サブ
マウント及びステムの材料として、Ｗ、Mo若し
くはＷ−Mo合金のいずれかに溶浸法によりCuを
均一に含有させ、熱膨張係数を4.5〜7.5×10-6
cm／cm・℃の範囲に調整するとともに熱伝導性を
改良した合金を用い、かつサブマウントとステム
とを一体成形したことを特徴とする半導体レーザ
ー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201565A JPS6092686A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 半導体レ−ザ−装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201565A JPS6092686A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 半導体レ−ザ−装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6092686A JPS6092686A (ja) | 1985-05-24 |
| JPH0224392B2 true JPH0224392B2 (ja) | 1990-05-29 |
Family
ID=16443159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58201565A Granted JPS6092686A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 半導体レ−ザ−装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6092686A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4906086A (en) * | 1987-06-19 | 1990-03-06 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Rearview mirror device for motorcycles |
| JP2009224454A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Disco Abrasive Syst Ltd | 光デバイスの製造方法 |
| JP5443151B2 (ja) | 2009-12-24 | 2014-03-19 | 株式会社ディスコ | 複合基板の製造方法 |
| JP2013236010A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5891692A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-05-31 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
-
1983
- 1983-10-26 JP JP58201565A patent/JPS6092686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6092686A (ja) | 1985-05-24 |
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