半导体激光器模块

摘要

半导体激光器模块，其在玻璃密封时的冷却过程中不会破损，磁致伸缩变形为能够允许的范围，能够流过大电流。其具有：供给电流而发光的半导体激光器元件10，具有贯通孔1A的包封基底1，将贯通孔1A贯通而向半导体激光器元件10供给电流的引针2，将引针2通过的贯通孔1A密封的玻璃材料3，具有半导体激光器元件10发出的光出来的窗31、与包封基底1气密地接合的在内部具有半导体激光器元件10的帽30，引针2是如下的铁·镍系合金：线膨胀系数与玻璃材料3之差为规定比例以下，饱和磁致伸缩常数为规定值以下，体积电阻率为规定率以下。

权利要求

1.半导体激光器模块，其特征在于，具有：供给电流而发光的半导体激光器元件，具有贯通孔的包封基底，

贯通上述贯通孔而向上述半导体激光器元件供给电流的引针，将上述引针通过的上述贯通孔密封的玻璃材料，和具有窗的帽；

上述帽与上述包封基底气密地接合、且在内部具有上述半导体激光器元件，上述半导体激光器元件发出的光从上述窗出来，上述引针是镍含量为70质量%以上且85质量%以下的铁·镍系合金。

2.权利要求1所述的半导体激光器模块，其特征在于，上述引针是镍含量为72质量%以上且83质量%以下的铁·镍系合金。

3.权利要求1所述的半导体激光器模块，其特征在于，上述引针是镍含量为78.5质量%的铁·镍系合金。

说明书

半导体激光器模块

技术领域

[0001] 本发明涉及将供给电流而发光的半导体激光器元件气密密封的半导体激光器模块。

背景技术

[0002] 加工领域等中使用的半导体激光器中，高输出化的要求日益增强。对于高输出化，一般地通过在1个元件内将多个半导体激光器多个排列的阵列·堆叠化、或者使发光面积扩大的大面积化来实现的实例多。这样的构造的半导体激光器中，一般各激光器元件在电气上并列地配置，因此随着高输出化进行，在激光器元件中流过的电流也变大，近年来也有成为几十A程度的电流值的实例。

[0003] 半导体激光器模块，如果与外气接触，由于湿气等而促进元件端面的劣化、引线接合部的劣化，因此多收纳于气密密封的包封(package)内。这样的包封，由基底(base)部和引针(lead pin)组成的一般称为底座(stem)的部件、设置有将激光取出的窗的帽(cap)构成。通过玻璃等绝缘性的密封材料将引针接合固定于基底部，帽对于基底部，多通过电阻焊接来接合固定。

[0004] 帽和底座的基底部，考虑焊接性，一般由碳钢或铁·镍合金构成。此外，关于引针的材料，为了防止玻璃密封工序时从玻璃熔化的1000℃左右的温度直至到达常温的冷却过程、或使用时等发生了温度变化时线膨胀系数之差导致的玻璃部的破坏，基底部与引针有必要使用线膨胀系数尽可能与玻璃构件接近的材料。因此，作为引针的材料，使用铁·镍合金的情况下，使用了线膨胀系数与基底部接近的镍含量50质量％左右的铁·镍合金。 [0005] 此外，向半导体激光器模块供给大电流的情况下，如果引针为磁性材料，产生由流向引针的电流产生的磁场的影响导致的磁致伸缩变 形。特别是供给交流电流、脉冲电流的情况下，由于在引针中产生磁致伸缩导致的反复变形，因此有时由于疲劳，在引针与玻璃材料的界面或玻璃材料自身发生龟裂。进而，交流电流、脉冲电流的频率为人的可听范围的情况下，存在如下问题：因设置半导体激光器模块的壳体、设置方法，有时引针的反复变形成为声源，其被周围的壳体等放大，成为噪音。

[0006] 为了解决上述的问题，考虑使引针为非磁性材料。专利文献1中，作为引针材料，列举了铜、铝、钛、奥氏体系不锈钢以及它们的合金。专利文献2中，作为引针材料，列举了镍-钼合金(哈斯特洛伊耐蚀镍基合金)或镍-铬-钼合金。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：特开2003-216887号公报

[0010] 专利文献2：特开2005-353291号公报

发明内容

[0011] 发明要解决的课题

[0012] 但是，专利文献1中列举的铜、铝、奥氏体系不锈钢的材料的线膨胀系数分别为：-6 -6 -6 -6
铜是19×10 [/K]，铝为23×1 [/K]，钛为8.4×10 [/K]，奥氏体系不锈钢为16.4×10 [/K]，除了钛以外，相对于作为密封用玻璃使用的硼硅酸玻璃、钠系玻璃的线膨胀系数-6
9.5×10 [/K]，均是差异大，存在如下问题：在玻璃密封时的冷却过程中由于热收缩量之差，有时在引针与玻璃材料的边界部或玻璃材料产生龟裂，不能充分地保持气密。钛的精炼、加工难，价格高。

[0013] 专利文献1中列举的钛和奥氏体系不锈钢、专利文献2中列举的镍·钼系合金、镍·铬·钼系合金，对于体积电阻率，钛为53[μΩ·cm]，奥氏体系不锈钢为74[μΩ·cm]，镍·钼系合金以及镍·铬·钼系合金为110[μΩ·cm]，与一般作为大电流用配线使用的铜的1.7[μΩ·cm]相比，大10倍以上，存在如下问题：有时在流过大电流时，由于配线部分的由焦耳热引起的温度上升，在线材中产生伸缩，在引针和玻璃材料之间龟裂发生等，不能充分地保持气密。

[0014] 为了避免上述的引针的发热引起的问题，也考虑了使流过电流的引针的直径变大来降低引针的线电阻的方法，但如果使引针的直径增大到1mmφ程度以上，气密密封自身变得困难，因此必须使大电流流过最大1mmφ程度的直径的引针。

[0015] 本发明为了解决这样的问题而完成，其目的在于提供使用了气密端子的半导体激光器模块，其在玻璃密封时的冷却过程中不会破损，磁致伸缩变形为能够允许的范围，能够流过大电流。

[0016] 用于解决课题的手段

[0017] 本发明涉及的半导体激光器模块，其特征在于，具有：供给电流而发光的半导体激光器元件，具有贯通孔的包封基底（package base），贯通上述贯通孔而向上述半导体激光器元件供给电流的引针，将上述引针通过的上述贯通孔密封的玻璃材料，具有上述半导体激光器元件发出的光出来的窗、与上述包封基底气密地接合的在内部具有上述半导体激光器元件的帽；上述引针是镍含量为70质量%以上且85质量%以下的铁·镍系合金。 [0018] 发明的效果

[0019] 本发明涉及的半导体激光器模块，其特征在于，具有：供给电流而发光的半导体激光器元件，具有贯通孔的包封基底，贯通上述贯通孔而向上述半导体激光器元件供给电流的引针，将上述引针通过的上述贯通孔密封的玻璃材料，具有上述半导体激光器元件发出的光出来的窗、与上述包封基底气密地接合的在内部具有上述半导体激光器元件的帽；上述引针是镍含量为70质量%以上且85质量%以下的铁·镍系合金，因此在玻璃密封时的冷却过程中不会破损，磁致伸缩变形为能够允许的范围，能够流过大电流。 [0020] 附图说明

[0021] 图1是表示本发明的实施方式1中的半导体激光器模块的构成的截面图。 [0022] 图2是表示铁·镍合金的镍含量与饱和磁致伸缩常数的关系的坐标图。 [0023] 图3是表示铁·镍合金的镍含量与线膨胀系数的关系的坐标图。 [0024] 图4是表示铁·镍合金的镍含量与体积电阻率的关系的坐标图。 [0025] 图5是表示铁·镍合金的镍含量与导热率的关系的坐标图。

[0026] 图6是说明引针候补材料以及其他材料的材料特性的图。

具体实施方式

[0027] 对本发明的本实施方式的半导体激光器模块，参照附图以下进行说明。 [0028] 实施方式1.

[0029] 图1为表示本实施方式中的半导体激光器模块100的构成的截面图。图1中，半导体激光器模块100中，将设置有半导体激光器元件10发出的光出来的玻璃窗31的帽30气密地接合于固定有供给电流而发光的半导体激光器元件10的包封基底1。 [0030] 在包封基底1设置有规定个数的圆形的贯通孔1A，在各个贯通孔1A中1根引针2贯通，在引针2的周围的贯通孔1A中埋有玻璃材料3。引针2贯通而被固定的包封基底1是称为底座的气密端子20。

[0031] 作为包封基底1以及帽30的材料，使用碳钢或镍含量50质量％左右的铁·镍系合金，作为玻璃材料3，使用钠系玻璃。此外，引针2的材料为“JIS C 2531，1999：铁镍软质磁性材料”中规定的镍含量为70～85质量％的铁·镍系合金(PC坡莫合金)中，特别是饱和磁致伸缩常数接近零、初期透磁率最大的镍含量为78.5质量％的铁·镍系合金(78-坡莫合金或坡莫合金A)。

[0032] 作为玻璃材料3的材料的钠系玻璃的线膨胀系数为9.5×10-6[/K]，作为包封基底1的材料的碳钢、镍含量50质量％的铁·镍系合金的线膨胀系数也具有与其接近的值，为-6 -6
11.1×10 [/K]。此外，作为引针2的材料的坡莫合金A也具有12×10 [/K]左右的大致接近的值。

[0033] 在此，简单地对本实施方式中的半导体激光器模块100中使用的 气密端子20的制造方法进行说明。首先，在包封基底1的规定的位置形成贯通孔1A。接着，在贯通孔1A的中心配置引针2。在引针2的周围的贯通孔1A中浇铸熔化的玻璃材料3，将贯通孔1A密封。如果玻璃材料3固化而成为常温，则形成了气密端子20。

[0034] 在包封基底1的规定的位置，用粘合剂等将半导体激光器元件10固定，将引针2和半导体激光器元件10之间用配线连接。然后，戴上帽30，将干燥空气等封入，将包封基底1和帽30通过电阻焊接接合。这样形成半导体激光器模块100。

[0035] 这样，气密端子20的制造时的玻璃材料3的熔敷时，为了将玻璃材料3熔化，经过1000℃左右的高温，因此包封基底1和玻璃材料3和引针2的线膨胀系数越接近，常温时的应力越小。

[0036] 本实施方式的半导体激光器模块100，由线膨胀系数之差小的包封基底1和玻璃材3和引针2构成，因此在玻璃密封工序中发生的应力小，在玻璃材料3与引针2之间以及玻璃材料3与包封基底1之间不易发生龟裂。

[0037] 接下来，对向引针2外加交流电流或脉冲电流，驱动半导体激光器模块100的情形进行说明。

[0038] 如果使电流流入引针2，在引针2的内部，由于电流而产生磁场。在引针2中，由于磁场的影响，产生对应于材料具有的饱和磁致伸缩常数的变形。本实施方式中的引针2的材料是饱和磁致伸缩常数小的坡莫合金A，因此几乎不会发生磁致伸缩变形。其结果，不会发生变形导致的玻璃密封部的疲劳破坏和噪音的发生。

[0039] 此外，本实施方式的引针2是坡莫合金A，因此与以往一般使用的镍含量50质量％左右的铁·镍合金相比，能够使体积电阻率小约42％，为15[μΩ·cm]。因此，即使使大电流流入引针2的情况下，也能够使引针2的发热量小，使引针2的发热导致的伸缩量小。结果，能够得到激光器模块驱动时不会发生玻璃密封部的疲劳破坏、可靠性高的气密包封。 [0040] 根据本实施方式，在向例如1mmφ的引针2中使平均5A的大电流 持续流过的情况下，也能够得到几乎不会因龟裂发生而破坏气密、具有高可靠性的半导体激光器模块。 [0041] 对引针2的材料采用坡莫合金A的理由进行了说明。图2是表示铁·镍合金中的镍含量与饱和磁致伸缩常数的关系的坐标图。图3是表示铁·镍合金中的镍含量与线膨胀系数的关系的坐标图。图4是表示铁·镍合金中的镍含量与体积电阻率的关系的坐标图。图5是表示铁·镍合金中的镍含量与导热率的关系的坐标图。图6是说明引针候补材料以及其他材料的材料特性的图。

[0042] 坡莫合金A的线膨胀系数为12×10-6[/K]，相对于作为包封基底1的材料的铁的-6 -610.8×10 [/K]和钠玻璃的9.5×10 [/K]，其差分别增11.1％、26.3％，是能够允许的范围。因此，熔融的玻璃材料固化时，能够使因线膨胀系数之差而发生的玻璃材料的应力降低-6
到不发生龟裂等的水平。坡莫合金A的饱和磁致伸缩常数为5×10 左右，相对于镍含量为-6
50质量％(Fe-50wt％Ni合金)的情形的约20×10 ，为约1/4。坡莫合金A的体积电阻率为15[μΩ·cm]，相对于Fe-50wt％Ni合金的情形的约35[μΩ·cm]，为约42％。坡莫合金A的导热率为33.5[W/m·K]，相对于Fe-50wt％Ni合金的情形的14[W/m·K]，为约2.39倍。

[0043] 由图2-图6可知，饱和磁致伸缩常数接近零、线膨胀系数接近玻璃材料的值、体积电阻率尽可能小的铁镍合金是镍含量为约80质量％左右的情形。将镍含量为78.5质量％的坡莫合金A应用于引针2的材料的理由在于，坡莫合金A的压延、切断等机械加工性优异，材料获得、向针形状的加工容易，能够低价地制造。

[0044] 即使不是坡莫合金A，如果是JIS、IEC等标准中规定的铁镍合金，也比标准外的合金容易获得。如果是JIS，“JIS C 2531，1999：铁镍软质磁性材料”中规定的镍含量为70～85质量％的铁·镍系合金(PC坡莫合金)为宜。如果是IEC，“IEC60404-8-6，1999：软质金属磁性材料”中种类规定为E11的镍含量为72～83质量％的铁·镍系合金为宜。 [0045] 作为引针的材料，希望是线膨胀系数与密封的玻璃材料之差为规定比例以下、饱和磁致伸缩常数为规定值以下、体积电阻率为规定率以下的铁·镍系合金。为了将引针的焦耳热、与半导体激光器元件的发光相伴的发热转移到包封外，导热率越大越好。铁镍系合金中，为了具有附加功能，可使用对于上述铁·镍的材料添加了至多10质量％左右的钼、铬、铜、铌等元素的材料。

[0046] 此外，对于镍含量为30质量％附近的铁·镍合金，饱和磁致伸缩常数几乎为零，因此能够获得同样的效果，但由于体积电阻率为75[μΩ·cm]，因此外加大电流的情况下，在能够使引针直径大或者能够使引针长度短的情形以外是不适合的。

[0047] 附图标记的说明

[0048] 100 半导体激光器模块

[0049] 10 半导体激光器元件

[0050] 1 包封基底

[0051] 1A 贯通孔

[0052] 2 引针

[0053] 3 玻璃材料

[0054] 20 气密端子

[0055] 30 帽

[0056] 31 玻璃窗