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JP2004014820A - Laser module - Google Patents

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Publication number
JP2004014820A
JP2004014820A JP2002166481A JP2002166481A JP2004014820A JP 2004014820 A JP2004014820 A JP 2004014820A JP 2002166481 A JP2002166481 A JP 2002166481A JP 2002166481 A JP2002166481 A JP 2002166481A JP 2004014820 A JP2004014820 A JP 2004014820A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser module
semiconductor laser
laser
laser element
container
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.)
Pending
Application number
JP2002166481A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Yamanaka
山中 英生
Teruhiko Kuramachi
蔵町 照彦
Kazuhiko Nagano
永野 和彦
Yoji Okazaki
岡崎 洋二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2002166481A priority Critical patent/JP2004014820A/en
Priority to US10/405,931 priority patent/US7110425B2/en
Publication of JP2004014820A publication Critical patent/JP2004014820A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain superior characteristics and reliability by eliminating contaminants in a vessel, in a laser module wherein a semiconductor laser element is installed in the hermetically closed vessel. <P>SOLUTION: In the vessel 2, a heat sink 4 wherein the semiconductor laser element 6 is stuck on a submount 5, an electrode terminal 8 which is connected with the semiconductor laser element 6 by using a wire 9, a photodiode 10 for monitoring which is connected with an electrode terminal 12 by using a wire 13, and columnar zeolite sorbent 11 whose diameter is 1.5 mm and height is 1.5 mm are fixed on a stem 1, and a glass window 3 which is subjected to reflection free coating is installed. Ring-weld sealing is performed by using the vessel 2 in a dried air (N<SB>2</SB>=80%, O<SB>2</SB>=20%) atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザ素子と、コリメータレンズ、集光レンズ、および光ファイバ等が密閉容器に封止されてなるレーザモジュールが知られているが、このレーザモジュールにおいて、密閉容器内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、レンズおよび光ファイバ等の光学部品に付着して、レーザ特性を劣化させるという問題がある。汚染物質としては、製造工程の雰囲気中から混入する炭化水素化合物が挙げられ、この炭化水素化合物が、レーザ光により重合あるいは分解されて付着することが知られている。
【0003】
この問題を解決するために、以下に示すように種々の方法が提案されている。例えば、特開平11−167132号公報において、400nm以下のレーザ光の出力低下を防止するためには容器内の炭化水素化合物量を0.1%以下にすることが効果的であり、これにより炭化水素化合物の光分解による光学部品等への堆積を防止できることが記載されている。また、封止雰囲気をドライエアとすることも提案されており、雰囲気中の酸素と堆積した炭化水素化合物との光化学反応によって、堆積物の除去効果が期待されている。
【0004】
また、米国特許第5392305号においては、炭化水素系ガスの光分解による半導体レーザ素子端面への炭化水素系化合物の付着を防止するため、このガスを分解することを目的とした酸素を100ppm以上封止ガスに混入させることが記載されている。
【0005】
また、特開平11−87814号公報においては、油分等の汚染物質を脱脂および洗浄して除去することにより、長期信頼性の確保が可能であることが記載されている。
【0006】
一方、特願2000−336850号公報において、本出願人により、発振波長が350〜450nmであるGaN系半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールが提案されているが、短波長のレーザ光はエネルギーが高いため、モジュール内に存在する炭化水素系ガスが重合あるいは分解したものが、半導体レーザ素子の端面あるいは光学部品等に付着する確率が高く、特に問題となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光と炭化水素化合物の反応により生成される炭化水素系堆積物は、上記米国特許第5392305号に示すように、一定量以上の酸素を含んだガス雰囲気だとCOとHOとに分解されることにより解消される。
【0008】
しかしながら、この種の堆積物は炭化水素化合物だけでなく、ケイ素化合物の存在が確認されており、酸素を雰囲気中に含有させるだけではこの種の堆積物を分解除去することが出来ないことが解っている。堆積するケイ素化合物は、シロキサン結合(Si−O−Si)、シラノール基(−Si−OH)等のSiを含有した有機化合物ガス(以下有機ケイ素化合物と記す)とレーザ光との光化学反応により発生し、しかも雰囲気中の酸素の存在がその反応速度を大きくする効果がある。炭化水素化合物およびケイ素化合物の堆積物は、光学的な吸収を発生させるため、連続発振における経時信頼性を著しく損なうという問題がある。
【0009】
ここで言うケイ素化合物とは、有機、無機を問わずケイ素を含むあらゆる構造を有しているものを示し、無機SiOxおよび有機ケイ素化合物を含むものである。
【0010】
発生源としては、主としてレーザモジュール製造工程の任意の場所に使用されているシリコーン系材料から発せられるガスである。これがレーザモジュール内の各部品表面に付着している場合があり、また、モジュールを封止して使用する場合は、その封止ガス中に微量含まれる。これらの工程中のガス成分の除去方法として、通常のクリーンルームでの作業や封止ガス精製機の設置等が挙げられるが、これらの方法であっても完全に除去することが出来ず、多大な設備投資が必要となる。特開平11−87814号公報に開示されているような油分等の脱脂工程を通しても上記のような製造過程雰囲気からの上記化合物の混入は避けることが出来ない。
【0011】
レーザモジュール内の部品に付着する炭化水素化合物およびケイ素化合物系のガスは、200℃以上望ましくは300℃以上の温度での加熱処理による分解蒸発により除去が可能である。しかし、加熱処理は数〜数十時間にわたる処理時間が必要であるとともに、モジュール内部品を有機系接着剤により固定する場合、接着剤の熱劣化による機械特性が劣化するため、この方法を用いることが出来ない。
【0012】
本発明は上記事情に鑑みて、半導体レーザ素子が密閉容器内に配置されてなるレーザモジュールにおいて、汚染物質が良好に除去された信頼性の高いレーザモジュールを提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザモジュールは、半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールにおいて、密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置されていることを特徴とするものである。
【0014】
容器内に配置されているガス吸着機能を有する物質は、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも1つであることが望ましい。
【0015】
さらに、密閉容器内に、光ファイバと、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を該ファイバに入力するための光学系とを備えたものであってもよい。
【0016】
半導体レーザ素子の発振波長は450nm以下であることが望ましい。
【0017】
【発明の効果】
本発明のレーザモジュールによれば、半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールであって、密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置されていることにより、炭化水素系化合物およびケイ素化合物等が良好に吸着されるので、半導体レーザ素子の出射端面等にこれらの化合物が堆積することが無く、レーザ特性および信頼性を良好なものとすることができる。また、加熱処理を行う必要が無いので高信頼性の半導体レーザ素子を効率良く作製することが可能である。
【0018】
また、従来技術のように、封止空間の雰囲気の調整あるいは脱脂および洗浄処理を行う必要が無く、モジュールの製造過程を簡略化することができる。
【0019】
ガス吸着機能を有する物質として、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも1つを用いることによって、炭化水素系化合物等を良好に吸着することができるので、レーザ特性および信頼性を良好なものとすることができる。
【0020】
また、さらに光ファイバを備えたレーザモジュールにおいて、本発明を適用することは、光学系部材の表面および光ファイバの入力端に汚染物質が堆積することを良好に防止することができるので効果的である。
【0021】
特に、発振波長が450nm以下の半導体レーザ素子の場合、これらの短波長レーザ光による炭化水素系化合物の堆積速度および堆積量は長波長のレーザ光の場合に比べて大きいため、本発明を適用することは効果的である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【0023】
本発明の第1の実施の形態によるキャン型封止レーザモジュールについて説明する。図1にそのレーザモジュールの概略構成図を示し、図2(a)に概略平面図を示し、図2(b)に概略側面図を示す。
【0024】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図1に示すように、サブマウント5上に半導体レーザ素子6が接着されたヒートシンク4と、半導体レーザ素子6からワイヤ9によって接続された電極端子8と、電極端子12にワイヤ13により接続されたモニタ用フォトダイオード10とが、ステム1上に固設されており、さらに、ゼオライト吸着剤11が1個、無機接着剤により固定されており、これらが、無反射コーティングが施されたガラス窓3を備えた容器2によって、ドライエア(N=80%、O=20%)雰囲気でリングウェルド封止されてなるものである。なお、容器2の内容積は、67.5mmである。
【0025】
ゼオライト吸着材11は、図2(a)、図2(b)に示すように、容器2の壁面とヒートブロック4との間のステム1上に設置されている。また、ゼオライト吸着剤11は、図2(c)に示すように、直径(x)1.5mm、高さ(y)1.5mmの円柱状に成型したものを用いた。ゼオライト吸着剤の設置場所は、上記場所に限らずレーザ発振を妨害しない箇所であれば容器内のいずれの箇所であってもよい。
【0026】
上記ゼオライト吸着剤11としては、東ソー(株)製の「ゼオラムF9HA」が好ましく、この「ゼオラムF9HA」は、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の結晶性含水アルミノケイ酸塩(Me/x・Al・mSiO・nHO:Meはx価の金属イオン)からなるものである。ゼオライト吸着剤11の量は、容器の内容積、推定される汚染物質量および吸着剤11の吸着能力等を考慮して決定されることが望ましい。
【0027】
なお、本実施の形態ではゼオライト吸着剤11を接着する接着剤として、無機接着剤を用いたが、有機接着剤および無機接着剤のいずれであってもよい。
【0028】
また、図1は、容器内の部品構成を解りやすくするため、円筒形の容器2の手前半分については記載していない。
【0029】
本実施の形態によるキャン型封止レーザモジュールは、半導体レーザ素子6の前方出射光であるレーザ光7が無反射コーティングされた窓ガラス3から出射するものであり、半導体レーザ素子6の後方出射光はモニタフォトダイオード10によってその発光量が感知されて、レーザ光7の出力が一定となるように電流が自動的に制御されるものである。
【0030】
次に、本発明によるレーザモジュールと従来例のレーザモジュールの経時信頼性について評価を行った。図3に従来例のレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化のグラフを示し、図4に本発明のレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化のグラフを示す。なお、グラフの縦軸は駆動電流を初期駆動電流で規格化した値である。
【0031】
本発明のレーザモジュールには、上記第1の実施の形態によるレーザモジュールであって、半導体レーザ素子6の発振波長を405nmとしたものを用いた。従来例のレーザモジュールには、ゼオライト吸着剤11を備えないこと以外は上記第1の実施の形態と同一のレーザモジュールを用いた。従来例および本発明のレーザモジュール内の封止雰囲気は、共にドライエア(N=80%、O=20%)である。環境温度25℃で、光出力を30mWとなるように駆動電流を調整して評価を行った。
【0032】
従来例のレーザモジュールでは、図3に示すように、経時で駆動電流の変化が見られるが、本発明のレーザモジュールでは、図4に示すように、駆動電流の増加は見られず経時で安定している。このことから、吸着剤をモジュール内に内蔵したことにより、炭化水素化合物等の汚染物質が半導体レーザ素子の端面あるいは光学部品等へ付着することを良好に防止でき、安定したレーザ特性を得ることができることが分かった。
【0033】
次に、本発明の第2の実施の形態によるレーザモジュールについて説明する。そのレーザモジュールの概略側面図および上面図を図5に示す。
【0034】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図5に示すように、容器40の底面にベース板42が固定されており、このベース板42上に、7個のGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27が接着されたヒートブロック20と、該ヒートブロック20に取付けられたコリメータレンズホルダ44に保持されたコリメータレンズ31〜37と、集光レンズホルダ45に保持された集光レンズ43と、ファイバーホルダ46に保持されたマルチモード光ファイバ30とが固設されている。容器40の壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27に駆動電流を供給する配線47が容器外に引き出されている。
【0035】
また、容器40はその開口を閉じるように作製された蓋41を備えており、蓋41の裏面の領域51には、直径1.5mm高さ1.5mmの円柱状のゼオライト吸着剤50が120個、10個×12個の配列で、無機接着剤により固定されている。容器内に半導体レーザ素子および光学部材等を配置した後、ドライエア(N=80%、O=20%)雰囲気で、容器40は蓋41を接着されて封止される。容器40の内容積は、8160mmであり、ゼオライト吸着剤50は上記第1の実施の形態と同様、東ソー(株)製の「ゼオラムF9HA」を用いた。
【0036】
また、コリメータレンズ31〜37の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ31〜37は、長さ方向がGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27の発光点の配列方向と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【0037】
なお、図5(a)においては、図の複雑化を避けるために。複数のGaN系半導体レーザ素子のうち、半導体レーザ素子LD21およびLD27にのみ符号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ31および37にのみ符号を付している。
【0038】
一方、GaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々のレーザビームB21〜B27を発するレーザが用いられている。これらの半導体レーザ素子LD21〜LD27は活性層と平行な方向に発光点が一列に並ぶように配設されている。
【0039】
従って、各発光点から発せられたレーザビームB21〜B27は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ31〜37に対して拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ31〜37の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザビームB21〜B27の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。コリメータレンズ31〜37の各々は、焦点距離f=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
【0040】
集光レンズ43は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ31〜37の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ43は、焦点距離f=12.5mm、NA=0.3である。この集光レンズ43も、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【0041】
マルチモード光ファイバ30は、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバのいずれでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のグレーテッドインデックス型光ファイバを用いることができる。この光ファイバは、コア中心部がグレーテッドインデックスで外周部がステップインデックスであり、コア径=25μm、NA=0.3、端面コートの透過率=99.5%以上である。
【0042】
第2の実施の形態においても、上記第1の実施の形態と同様、経時で駆動電流の増加は見られず安定していることが確認されている。
【0043】
吸着剤の接着に有機接着剤を用いた場合、該接着剤から発生する有機ガス成分がモジュール内に存在することとなるが、第2の実施の形態によるレーザモジュールにおいては、特願2002−101714号公報に、脱気処理により有機系ガス等を除去することが提案されているが、前記直径1.5mm高さ1.5mmの円柱状のゼオライト吸着剤11を150個内蔵させれば、脱気処理を行わなず封止しても、有機ガス等は良好に吸着剤により吸着される。このため、製造工程および製造コストを増やすことなく、良好なレーザ特性および経時信頼性を得ることができる。
【0044】
上記第1および第2の実施の形態においては、吸着剤として、ゼオライト吸着剤を用いたが、活性炭、あるいはゼオライト吸着剤と活性炭との両方を用いてもよく、ゼオライト吸着剤の場合と同様の効果を得ることができる。活性炭を用いる場合も、無機系あるいは有機系の接着剤を用いて容器内に固着すればよい。ガス吸着機能を有する物質として他の化合物からなる吸着剤を用いてもよい。
【0045】
本発明により、半導体レーザ素子が封止されている容器内に存在する炭化水素化合物等の汚染物質を良好に除去することができるので、信頼性の高いレーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるレーザモジュールを示す概略構成図
【図2】本発明の第1の実施の形態によるレーザモジュールを示す平面図および側面図
【図3】従来例によるレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化を示すグラフ
【図4】本発明の第1の実施の形態によるレーザモジュールにおける、駆動電流の経時変化を示すグラフ
【図5】本発明の第2の実施の形態によるレーザモジュールを示す概略構成図
【符号の説明】
1  ステム
2  蓋
3  窓ガラス
4  ヒートシンク
5  サブマウント
6  半導体レーザ素子
7  レーザ光
8  電極端子
9  ワイヤ
10  モニタフォトダイオード
11  ゼオライト吸着剤
12  電極端子
13  ワイヤ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser module in which a semiconductor laser element is installed in a sealed container.
[0002]
[Prior art]
A laser module in which a semiconductor laser element, a collimator lens, a condensing lens, an optical fiber, and the like are sealed in a sealed container is known. In this laser module, contaminants remaining in the sealed container are semiconductor lasers. There is a problem in that it adheres to optical components such as the emission end face of the element, lens and optical fiber, and deteriorates laser characteristics. Examples of the pollutant include hydrocarbon compounds mixed in from the atmosphere of the manufacturing process, and it is known that the hydrocarbon compounds are polymerized or decomposed by laser light and adhered.
[0003]
In order to solve this problem, various methods have been proposed as described below. For example, in JP-A-11-167132, it is effective to reduce the amount of hydrocarbon compound in the container to 0.1% or less in order to prevent a decrease in the output of laser light of 400 nm or less. It is described that deposition on an optical component or the like due to photodecomposition of a hydrogen compound can be prevented. It has also been proposed that the sealed atmosphere be dry air, and a deposit removal effect is expected by a photochemical reaction between oxygen in the atmosphere and the deposited hydrocarbon compound.
[0004]
Further, in US Pat. No. 5,392,305, in order to prevent the hydrocarbon compound from adhering to the end face of the semiconductor laser element due to the photolysis of the hydrocarbon gas, 100 ppm or more of oxygen intended to decompose this gas is sealed. It is described that it is mixed into the stop gas.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-87814 describes that long-term reliability can be ensured by degreasing and washing away contaminants such as oil.
[0006]
On the other hand, in Japanese Patent Application No. 2000-336850, the present applicant has proposed a laser module using a GaN-based semiconductor laser element having an oscillation wavelength of 350 to 450 nm, but short-wavelength laser light has high energy. Therefore, there is a high probability that the hydrocarbon gas present in the module is polymerized or decomposed and adheres to the end face of the semiconductor laser element or the optical component, which is a particular problem.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in the above-mentioned US Pat. No. 5,392,305, the hydrocarbon-based deposit produced by the reaction between the laser beam and the hydrocarbon compound is converted into CO 2 and H 2 O in a gas atmosphere containing a certain amount or more of oxygen. It is solved by disassembling.
[0008]
However, in this type of deposit, not only hydrocarbon compounds but also silicon compounds have been confirmed, and it is understood that this type of deposit cannot be decomposed and removed only by containing oxygen in the atmosphere. ing. The deposited silicon compound is generated by a photochemical reaction between an organic compound gas containing Si such as a siloxane bond (Si—O—Si) and a silanol group (—Si—OH) (hereinafter referred to as an organosilicon compound) and laser light. Moreover, the presence of oxygen in the atmosphere has the effect of increasing the reaction rate. Since the deposits of hydrocarbon compounds and silicon compounds generate optical absorption, there is a problem that the reliability over time in continuous oscillation is significantly impaired.
[0009]
The silicon compound here refers to a compound having any structure including silicon regardless of organic or inorganic, and includes inorganic SiOx and an organic silicon compound.
[0010]
The generation source is a gas emitted mainly from a silicone-based material used in an arbitrary place in the laser module manufacturing process. This may be adhered to the surface of each component in the laser module, and when the module is used in a sealed state, it is contained in a small amount in the sealing gas. Examples of the method for removing gas components in these steps include normal clean room operation and installation of a sealing gas purifier, but even these methods cannot be completely removed, Capital investment is required. Even through a degreasing process of oil or the like as disclosed in JP-A-11-87814, it is unavoidable that the compound is mixed from the manufacturing process atmosphere.
[0011]
The hydrocarbon compound and silicon compound gas adhering to the components in the laser module can be removed by decomposition and evaporation by heat treatment at a temperature of 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher. However, heat treatment requires several to several tens of hours of processing time, and when fixing the components in the module with an organic adhesive, the mechanical properties due to the thermal deterioration of the adhesive deteriorate, so this method should be used. I can't.
[0012]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a highly reliable laser module in which contaminants are well removed in a laser module in which a semiconductor laser element is disposed in a sealed container. .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The laser module of the present invention is a laser module in which a semiconductor laser element is installed in a sealed container, wherein a substance having a gas adsorption function is arranged in the sealed container.
[0014]
The substance having a gas adsorption function arranged in the container is desirably at least one of a zeolite adsorbent and activated carbon.
[0015]
Further, the sealed container may include an optical fiber and an optical system for inputting laser light from the semiconductor laser element into the fiber.
[0016]
The oscillation wavelength of the semiconductor laser element is desirably 450 nm or less.
[0017]
【The invention's effect】
According to the laser module of the present invention, a laser module in which a semiconductor laser element is installed in an airtight container, and a substance having a gas adsorption function is disposed in the airtight container. Since silicon compounds and the like are favorably adsorbed, these compounds are not deposited on the emission end face of the semiconductor laser element, and laser characteristics and reliability can be improved. In addition, since it is not necessary to perform heat treatment, a highly reliable semiconductor laser element can be efficiently manufactured.
[0018]
Further, unlike the prior art, there is no need to adjust the atmosphere of the sealed space or to perform degreasing and cleaning treatment, and the module manufacturing process can be simplified.
[0019]
By using at least one of a zeolite adsorbent and activated carbon as a substance having a gas adsorption function, it is possible to favorably adsorb hydrocarbon compounds and the like, so that laser characteristics and reliability are improved. it can.
[0020]
Further, in a laser module having an optical fiber, it is effective to apply the present invention because it is possible to satisfactorily prevent contamination from being deposited on the surface of the optical system member and the input end of the optical fiber. is there.
[0021]
In particular, in the case of a semiconductor laser element having an oscillation wavelength of 450 nm or less, the deposition rate and the deposition amount of hydrocarbon compounds by these short wavelength laser beams are larger than those in the case of long wavelength laser beams, so the present invention is applied. That is effective.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
A can-type sealed laser module according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the laser module, FIG. 2 (a) shows a schematic plan view, and FIG. 2 (b) shows a schematic side view.
[0024]
As shown in FIG. 1, the laser module according to the present embodiment includes a heat sink 4 in which a semiconductor laser element 6 is bonded on a submount 5, an electrode terminal 8 connected from the semiconductor laser element 6 by a wire 9, and an electrode. A monitoring photodiode 10 connected to the terminal 12 by a wire 13 is fixed on the stem 1, and further, one zeolite adsorbent 11 is fixed by an inorganic adhesive, Ring-weld sealing is performed in a dry air (N 2 = 80%, O 2 = 20%) atmosphere by a container 2 having a glass window 3 with a reflective coating. The internal volume of the container 2 is 67.5 mm 3 .
[0025]
The zeolite adsorbent 11 is installed on the stem 1 between the wall surface of the container 2 and the heat block 4 as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Moreover, as shown in FIG.2 (c), the zeolite adsorbent 11 used what was shape | molded in the column shape of diameter (x) 1.5mm and height (y) 1.5mm. The installation location of the zeolite adsorbent is not limited to the above location, and may be any location in the container as long as it does not interfere with laser oscillation.
[0026]
As the zeolite adsorbent 11, “Zeoram F9HA” manufactured by Tosoh Corporation is preferable. This “Zeolam F9HA” is an alkali metal or alkaline earth metal crystalline hydrous aluminosilicate (Me / x · Al 2 O). 3 · mSiO 2 · nH 2 O: Me is an x-valent metal ion). The amount of the zeolite adsorbent 11 is desirably determined in consideration of the internal volume of the container, the estimated amount of contaminants, the adsorption capacity of the adsorbent 11, and the like.
[0027]
In the present embodiment, an inorganic adhesive is used as an adhesive for adhering the zeolite adsorbent 11, but either an organic adhesive or an inorganic adhesive may be used.
[0028]
Further, FIG. 1 does not describe the front half of the cylindrical container 2 in order to facilitate understanding of the component configuration in the container.
[0029]
The can-type sealed laser module according to the present embodiment emits the laser light 7 that is the front emission light of the semiconductor laser element 6 from the window glass 3 that is coated without reflection, and the rear emission light of the semiconductor laser element 6. The monitor photodiode 10 senses the amount of light emission, and the current is automatically controlled so that the output of the laser beam 7 is constant.
[0030]
Next, the temporal reliability of the laser module according to the present invention and the conventional laser module was evaluated. FIG. 3 shows a graph of change over time in the drive current in the conventional laser module, and FIG. 4 shows a graph of change in drive current over time in the laser module of the present invention. The vertical axis of the graph is a value obtained by normalizing the drive current with the initial drive current.
[0031]
As the laser module according to the present invention, the laser module according to the first embodiment, in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 6 is 405 nm, is used. As the conventional laser module, the same laser module as in the first embodiment was used except that the zeolite adsorbent 11 was not provided. Both the conventional example and the sealing atmosphere in the laser module of the present invention are dry air (N 2 = 80%, O 2 = 20%). Evaluation was performed by adjusting the drive current so that the optical output was 30 mW at an environmental temperature of 25 ° C.
[0032]
In the laser module of the conventional example, as shown in FIG. 3, a change in driving current is seen over time, but in the laser module of the present invention, as shown in FIG. 4, no increase in driving current is seen and stable over time. doing. Therefore, by incorporating the adsorbent in the module, it is possible to satisfactorily prevent contaminants such as hydrocarbon compounds from adhering to the end face of the semiconductor laser element or optical components, and to obtain stable laser characteristics. I understood that I could do it.
[0033]
Next, a laser module according to the second embodiment of the present invention will be described. A schematic side view and top view of the laser module are shown in FIG.
[0034]
In the laser module according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, a base plate 42 is fixed to the bottom surface of the container 40, and seven GaN-based semiconductor laser elements LD 21 to LD 27 are bonded onto the base plate 42. The heat block 20, the collimator lenses 31 to 37 held by the collimator lens holder 44 attached to the heat block 20, the condenser lens 43 held by the condenser lens holder 45, and the fiber holder 46. The multimode optical fiber 30 is fixed. An opening is formed in the wall surface of the container 40, and a wiring 47 for supplying a driving current to the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27 is drawn out of the container through the opening.
[0035]
In addition, the container 40 includes a lid 41 prepared so as to close the opening thereof, and a columnar zeolite adsorbent 50 having a diameter of 1.5 mm and a height of 1.5 mm is 120 in a region 51 on the back surface of the lid 41. It is fixed with an inorganic adhesive in an array of 10 pieces × 10 pieces. After the semiconductor laser element and the optical member are arranged in the container, the container 40 is sealed with a lid 41 adhered in a dry air (N 2 = 80%, O 2 = 20%) atmosphere. The internal volume of the container 40 was 8160 mm 3 , and “Zeolam F9HA” manufactured by Tosoh Corporation was used as the zeolite adsorbent 50 as in the first embodiment.
[0036]
In addition, each of the collimator lenses 31 to 37 is formed in a shape in which a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface is cut out in a parallel plane. This elongated collimator lens can be formed, for example, by molding resin or optical glass. The collimator lenses 31 to 37 are closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so that the length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27.
[0037]
In FIG. 5A, in order to avoid complication of the figure. Of the plurality of GaN-based semiconductor laser elements, only the semiconductor laser elements LD21 and LD27 are denoted by reference numerals, and only the collimator lenses 31 and 37 among the plurality of collimator lenses are denoted by numerals.
[0038]
On the other hand, each of the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each laser has a divergence angle in a direction parallel to and perpendicular to the active layer, for example, 10 ° and 30 °, respectively. A laser that emits beams B21 to B27 is used. These semiconductor laser elements LD21 to LD27 are arranged so that the light emitting points are aligned in a direction parallel to the active layer.
[0039]
Therefore, in the laser beams B21 to B27 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large with respect to the elongated collimator lenses 31 to 37 coincides with the length direction as described above, and the direction in which the divergence angle is small. Is incident in a state that coincides with the width direction (direction orthogonal to the length direction). That is, the collimator lenses 31 to 37 have a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the laser beams B21 to B27 incident on the collimator lenses 31 to 37 have a horizontal and vertical beam diameters of 0.9 mm and 2, respectively. 6 mm. Each of the collimator lenses 31 to 37 has a focal length f 1 = 3 mm, NA = 0.6, and a lens arrangement pitch = 1.25 mm.
[0040]
The condensing lens 43 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into a long and narrow shape in parallel planes, and is long in the arrangement direction of the collimator lenses 31 to 37, that is, in the horizontal direction and short in the direction perpendicular thereto. Is formed. The condenser lens 43 has a focal length f 2 = 12.5 mm and NA = 0.3. This condensing lens 43 is also formed by molding resin or optical glass, for example.
[0041]
The multimode optical fiber 30 may be any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber. For example, a graded index optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. This optical fiber has a graded index at the center of the core and a step index at the outer periphery, the core diameter = 25 μm, NA = 0.3, and the transmittance of the end coat = 99.5% or more.
[0042]
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, it is confirmed that the drive current does not increase with time and is stable.
[0043]
When an organic adhesive is used for adhering the adsorbent, an organic gas component generated from the adhesive is present in the module. In the laser module according to the second embodiment, Japanese Patent Application No. 2002-101714 It is proposed to remove organic gases and the like by deaeration treatment, but if 150 cylindrical zeolite adsorbents 11 having a diameter of 1.5 mm and a height of 1.5 mm are incorporated, the degassing is performed. Even if sealing is performed without performing gas treatment, the organic gas and the like are favorably adsorbed by the adsorbent. Therefore, good laser characteristics and reliability over time can be obtained without increasing the manufacturing process and manufacturing cost.
[0044]
In the first and second embodiments, the zeolite adsorbent is used as the adsorbent. However, activated carbon or both zeolite adsorbent and activated carbon may be used, and the same as in the case of the zeolite adsorbent. An effect can be obtained. Even when activated carbon is used, it may be fixed in the container using an inorganic or organic adhesive. You may use the adsorption agent which consists of another compound as a substance which has a gas adsorption function.
[0045]
According to the present invention, contaminants such as a hydrocarbon compound existing in a container in which a semiconductor laser element is sealed can be satisfactorily removed, so that a highly reliable laser module can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a laser module according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a side view showing the laser module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the change over time of the drive current in the laser module according to FIG. 4 is a graph showing the change over time in the drive current in the laser module according to the first embodiment of the invention. Schematic configuration diagram showing a laser module according to configuration
1 Stem 2 Lid 3 Window Glass 4 Heat Sink 5 Submount 6 Semiconductor Laser Element 7 Laser Light 8 Electrode Terminal 9 Wire 10 Monitor Photodiode 11 Zeolite Adsorbent 12 Electrode Terminal 13 Wire

Claims (4)

半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールにおいて、
前記密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置されていることを特徴とするレーザモジュール。
In a laser module in which a semiconductor laser element is installed in a sealed container,
A laser module, wherein a substance having a gas adsorption function is disposed in the sealed container.
前記ガス吸着機能を有する物質が、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも一つであることを特徴とする請求項1記載のレーザモジュール。2. The laser module according to claim 1, wherein the substance having a gas adsorption function is at least one of a zeolite adsorbent and activated carbon. 前記密閉容器内に、光ファイバと、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を該ファイバに入力するための光学系とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載のレーザモジュール。3. The laser module according to claim 1, further comprising: an optical fiber and an optical system for inputting laser light from the semiconductor laser element into the sealed container. 前記半導体レーザ素子の発振波長が450nm以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載のレーザモジュール。4. The laser module according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of the semiconductor laser element is 450 nm or less.
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