专利名称：激光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将半导体元件配置在密闭容器内而形成的激光模块。
背景技术：
以往，已知有将半导体激光元件、准直透镜、聚光透镜、以及光纤等配置在密闭容器内而形成的激光模块。这种激光模块中，在密闭容器内残存的污染物质附着在半导体的出射端面、透镜以及光纤等光学部件上，出现激光特性恶化的问题。作为上述污染物质，例如制造工序气氛中混入的烃化合物等，该烃化合物是通过激光作用聚合或分解而附着在上述光学部件上的。
因此，为了解决该问题，提出了种种方法。例如专利文献1中提出，为了防止波长400nm以下的激光的输出降低，在容器内烃量为0.1％或其以下可到达该效果，这样，可防止在所述烃的光分解作用下污染物向光学部件等处的沉积。另外，提议采用干空气作为密封气氛，通过气氛中的氧气和沉积的烃之间的光化学反应可达到预期除去沉积物的效果。
另外，专利文献2中记载，为防止烃等有机气体的光分解而在半导体激光元件端面上附着污染物质，将以分解该气体为目的的氧混入到100ppm或其以上的密封气体中。
另外，专利文献3中记载，将激光模块中的油份等污染物质脱脂并洗净以除掉，以此可确保长期可靠性。
另外，在专利文献4中提出，使用振荡波长为350～450nm的GaN基半导体激光元件的激光模块。这种激光模块中，短波长激光能量高，所以模块内存在的烃被聚合或分解，从而附着在半导体激光元件的端面或光学部件等上的概率高，这尤其成问题。
特开平11-167132号公报[专利文献2]美国专利第5392305号说明书 特开平11-87814号公报[专利文献4]特开2002-202442号公报通过激光和烃之间反应而生成的烃基沉积物，如上述专利文献2所示，在含一定量以上的氧气气体气氛中，分解成CO2和H2O而被消除。
然而，该种沉积物不仅有烃，还有硅化合物。气氛中仅含有的氧气不能使该硅化合物分解除去。烃及硅化合物的沉积物，由于发生光学吸收，存在所述连续振荡长期可靠性显著降低的问题。沉积的硅化合物为硅氧烷键(Si-O-Si)、硅烷醇基(-Si-OH)等含硅有机化合物气体(以下称为有机硅化合物)和激光发生光化学反应而产生的，而气氛中氧气的存在使反应速度变快。这里所述硅化合物表示含有机或无机硅的结构、也可为含无机SiOx、有机硅化合物的结构。
作为发生源，主要是从在激光模块制造工序的任意场合中使用的硅酮基材料中产生的气体。该发生源附着在激光模块内各部件表面，另外在密封模块情况下，在该密封气体中也会微量含有。在该制造过程中的气体成分的管理控制中，通常设置的净化室及密封气体精制机不能够实现全部将其除去，且这需要巨大的设备投资。另外，即使通过专利文献3中公开的通过将油份等脱脂或洗净工序，也不能够避免发生来自上述所用的制造过程气氛的上述化合物的混入。洗净中，由于使用液体有机物，该干燥工序中有必要进行杂质的控制。而且，有必要选定使得将半导体激光元件、光学部件等固定在容器内时用的粘接剂不溶解的洗净剂，这样，经常出现与保持部件表面附着的有机物质洗净能力相矛盾的情况。
通过在200℃或其以上优选地在300℃或其以上的温度时的加热处理分解蒸发可除去激光模块内的部件上附着的烃化合物及硅化合物等。然而，加热处理为几～几十小时处理时间是必要的，在模块内部部件通过有机基粘接剂固定的情况下，因粘接剂的热恶化导致机械特性恶化，因此不能使用该方法。
另外，如上述专利文献2所述，在将氧气混入到密封半导体激光元件的100ppm或其以上的气体中的方法中，对于由振荡波长为350～450nm范围的短波长半导体激光元件构成的激光模块，是不可行的。即，该短波长半导体激光元件中，对气氛中的氧气浓度的长期恶化速度的依存性与振荡波长在红外波段半导体激光元件的情况不同，随着氧气浓度增加，不能看到其改善。即，在红外波段半导体激光元件中，该元件的端面、光学部件、模块内光纤入射端面等的、激光光路上存在的光学部件表面上沉积的烃基有机化合物的分解反应是随着氧气浓度的增大而活跃，可见到经时可靠性提高，在上述短波长半导体激光元件中，情况相反，氧气浓度在100ppm时可靠性下降。这里，氧气浓度在100ppm或其以上的区域硅化合物的沉积变得明显化。通常，为了防止烃化合物沉积，密封一定量氧气是不可少的，在烃气体多的气氛中而产生激光的系统中，因硅化合物的沉积增加而引起的可靠性恶化是不可避免的。
发明内容
本发明为解决上述情况存在的问题，提供一种将振荡波长为350～450nm范围半导体激光元件配置在密闭容器内的激光模块，其中，可抑制密闭容器内的有机挥发气体的产生，达到长寿命目的。
根据本发明的激光模块，是一种将振荡波长为350～450nm范围，将具有5500小时或其以上的寿命的半导体激光元件配置在密闭容器内而形成的激光模块，其特征在于，其中，对于设置在上述密闭容器内的、含有上述半导体激光元件的全部光学部件，根据在150℃的GC-MASS(气相色谱-质谱联用仪分析法)评价，有机挥发气体产生量(挥发有机物总量[μg/g]与十六烷挥发气体量(g)之比)为10μg/g或其以下，作为将上述光学部件固定在上述密闭容器内的有机粘接剂，根据在150℃的GC-MASS评价，有机挥发气体产生量为300μg/g或其以下。
优选地，进一步包括适用于本发明激光模块的光纤及用于将从上述半导体激光元件射出的激光射入该光纤的入射光学系统，将上述光纤和光学系统作为上述光学部件。
另外，作为上述有机粘接剂，可以采用带环氧基脂环式环氧化合物、带氧杂环丁烷基化合物，及含催化剂量的鎓盐光反应引发剂的粘接性组合物。
另外，优选地，将上述粘接性组合物在上述光学部件和将其固定的固定构件之间以0.05μm～5μm粘接厚度插入后，通过活性能量射线固化形成后将该光学部件固定在上述固定构件处。
另外，优选地，上述粘接性组合物为含硅烷耦合剂的，或者含平均直径在0.1μm～1.0μm的球状二氧化硅颗粒的。
另外，优选地，上述固定构件由金属器件构成，而上述光学部件为由无机透明器件构成的。
具有上述氧杂环丁烷基的化合物，优选地，用下列通式(1)表示。
式(1)中R1为甲基或乙基，R2为碳原子数为6～12的烃基。
另外，关于本发明适用的上述粘接性组合物，在特开2001-177166中也有记载，以下对其详细说明。
该粘接性组合物也可以采用带环氧基脂环式环氧化合物、带氧杂环丁烷基化合物、及催化剂量的鎓盐光反应引发剂作为必要成分的粘接性组合物。该化合物以及引发剂可为任意一种，也可为2种或其以上的混合物。
另外，本发明中，尽管可使用1分子内具有2个或其以上的环氧基的环氧化合物，但是作为该环氧化合物，也可为1分子内具有2个或其以上环氧基而无脂环式结构的缩水甘油化合物，但优选地为1分子内具有2个或其以上环氧基的脂环式环氧化合物。所述1分子内具有2个或其以上的有环氧基的脂环式环氧化合物可为环戊烯基、环己烯基等环烯环二重聚合过氧化氢、过氧等适当酸化剂环氧化的所述部分结构。作为本发明的具有环氧基的脂环式环氧化合物，优选地为1分子内具有2个以上的环己烯环氧(シクロヘキセンォキシド)基或为环戊烯-环氧基(シクロパンテンォキシド)的化合物。作为该所用脂环式环氧化合物的具体例可例举为4-乙烯-环己烯-二氧化物(ピニルシクロヘキセンジォキサィド)、(3，4-环氧环己基)甲基3，4-环氧环己烯羧化物(ェポキシシクロヘキシルカルボキシレト)、双(3、4环氧环己烯)己二酸脂、双(3，4-环氧环己烯甲基)己二酸脂、二(2，3环氧环戊)醚、双(2，3-环氧-6-甲基环己烯甲基)己二酸脂、双环戊二烯二氧化物(ジシクロペンタジェンジォキサィド)。具有环氧基的脂环式环氧化合物可以使用一种，但最好为2种或其以上的混合物。各种脂环式环氧化合物可由日本ュニォンカ一バィド公司、ダィセル化学工业公司市售品得到。
另外，也可以将上述1分子内具有2个或其以上环氧基而无脂环式结构的缩水甘油化合物与上述脂环式环氧化合物合在一起且基本上等重量或其以下使用。作为所述缩水甘油化合物，例如是由缩水甘油醚化合物以及缩水甘油酯化合物生成，最好同时使用缩水甘油醚。作为所述缩水甘油醚化合物，例如是1，3-二(2，3环氧羧乙基)苯、双苯酚A型环氧树脂、双苯酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚·酚醛型环氧树脂、三苯酚甲烷型环氧树脂等芳香族缩水甘油醚化合物、1，4-丁二醇缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、丙烯乙二醇双缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三三缩水甘油醚等脂肪族缩水甘油醚化合物。作为缩水甘油酯化合物，例如为亚麻酸二聚物缩水甘油酯化合物。在脂环式环氧化合物中并用的缩水甘油化合物，可以是1种，也可以2种或其以上混合使用。缩水甘油醚类可由油化シェルェポキシ公司市售品得到。
另外，上述具有氧杂环丁烷基的化合物(以下称为“单氧杂环丁烷”)为1分子中具有1个以上氧杂环丁烷基化合物。对该含氧杂(噁丁)环基化合物，1分子中具有1个氧杂环丁烷基化合物和1分子中具有2个以上的氧杂环丁烷基化合物区别很大。
作为1分子中具有1个氧杂环丁烷基的单官能氧杂环丁烷化合物，优选用以下的通式(1)表示的化合物。
式中R1为甲基或乙基，R2为碳原子数为6至12的烃。R2烃基可以采用苯基和苯甲基，最好为碳原子数为6至8的烷基，2-乙基己基等支化烷基尤其好。R2为苯基氧杂环丁烷化合物的例子在如特开平11-140279号公报有记载。R2为被置换的苯甲基氧杂环丁烷化合物的例子如特开平6-16804号公报有记载。R1为乙基、R2为乙基己基的氧杂环丁烷化合物，作为优质稀释剂、固化促进剂、柔软性附加剂、以及表面张力降低剂，优选地使用在本发明中。
在本发明中，可以使用在1分子中具有2个以上的氧杂环丁烷基的多官能氧杂环丁烷化合物，优选的化合物组用下列通式(2)表示。
式(2)中，m为2、3或4的自然数，Z为氧原子、硫原子、或硒原子。R3为氢原子、氟原子、碳原子数为1～6的直链或支化状烷基，碳原子数为1～6的氟烷基、烯丙基、苯基或呋喃基。R4为m价连接基，最好为碳原子数为1～20的基，最好含1个以上的氧原子、硫原子。Z最好为氧原子数，R3最好为乙基，m最好为2，作为R4，最好为碳原子数为1～16的线形或支化亚烷基、线形或支化聚(亚氧环)基，R3、R4、Z、以及m最好为例子中的任意2个或其以上组合而成的化合物。
本发明中使用的鎓盐光反应引发剂，是指通过使活化能量射线对粘接性组合物照射，而被认为生成所述方案鎓盐的活性化学材料。作为鎓盐光反应引发剂，芳香族鎓碘盐、芳香族锍盐等因具有热学上比较稳定的属性而优选。此处，所为的活化能量射线为作用在鎓盐上的生成开始化学反应的化学活性材料(路易斯酸、布仑斯荡酸等阳离子材料)的能量射线，上述射线包括紫外线、电子线、咖嘛射线、X射线等，但是最好用紫外线。
芳香族锍盐以及芳香族鎓碘盐作为鎓盐光反应引发剂而使用的情况下，该成对阴离子可以例如为BF4-、AsF6-、SbF6-、PF6-、PF6-、B(C6F5)4-等。作为引发剂，芳香族锍盐的PF6盐或SbF6盐最好具有溶解性及适度的聚合活性。而且，为了改善溶解性，芳香族基鎓碘盐或芳香族锍盐的芳香族基通常为苯基，具有1～10个碳原子，最好导入1个以上烷基或烷氧基的化学结构。芳香族锍盐的PF6盐或SbF6盐由日本公司ュニォンカ一バィド等市售得到。也从旭电化工业公司市售ァデカォプトマ-SP系列商品名的芳香族锍盐得到。芳香族锍盐具有吸收至约360nm处，芳香族鎓碘盐具有吸收至320nm处，所以固化时，含此波段的光能量用紫外线照射较好。
在下示的化学结构式中，因为锍盐PI-3以及PI-4的光吸收效率较高，所以优选使用。
本发明中用的鎓盐光反应引发剂，被认为通过活化能量射线的作用，生成活性阳离子种(材料)，使得带脂环式环氧化合物以及具有氧杂环丁烷基的化合物被阳离子聚合，从而使得本发明的粘接性组合物被固化。
本发明中用的粘接性组合物中，脂环式环氧化合物以及氧杂环丁烷化合物的重量比为(95～65)重量份∶(5～35)重量份，优选地为(80～70)重量份∶(20～30)重量份。单官能氧杂环丁烷化合物过少及粘接性组合物的粘度、表面张力等的液体物理属性变差，反之，单官能氧杂环丁烷化合物的添加量过多时固化物过于柔软，粘接强度降低。另外，鎓盐光反应引发剂作为催化剂量使用较好，当脂环式环氧化合物以及氧杂环丁烷化合物的合计为100重量时，该添加量为0.3～10重量，优选为0.5～5重量。
上述粘接性组合物优选为光学部件及固定构件之间粘接厚度为0.05μm～5μm时插入形成。该粘接厚度或其以下时，粘接强度不足，该厚度或其以上时，容易造成粘接剂固化收缩坏影响。粘接厚度优选为0.05μm或其以上，2μm或其以下尤其优选的粘接厚度为0.2μm或其以上，1μm或其以下。
本发明中，最好向上述粘接性组合物中添加硅烷偶合剂。认为硅烷偶合剂具有将光学部件及作为该被粘附体的无机部件或金属制部件与粘接性组合物化学上相结合的性质。通过合用该硅烷偶合剂，粘接强度以及粘接耐久性得到改良。作为本发明中合用的硅烷偶合剂优选地用在1分子中具有环氧基以及三甲氧基甲硅烷基的环氧硅烷类。这种偶合剂可从信越化学工业公司KBM303、KBM403、KBE402等商品名中得到。硅烷偶合剂优选使用范围为脂环式环氧化合物以及氧杂环丁烷化合物合计100重量时为0.5～5重量，最优选为1～3重量。
另外在本发明中，粘接性组合物中最好含有球状二氧化硅粒子。二氧化硅粒子具有0.1μm～2μm直径，生成粒度分布应该尽量均匀。平均粒度为0.2μm～0.8μm的粒子是本发明优选使用的粒子，最优选使用形状近乎球状的离子性杂质少的二氧化硅粒子。通过添加该二氧化硅而提高固化的粘接性组合物耐热性。球状二氧化硅粒子添加量为对粘接性组合物100重量时其适宜选择1～20重量范围。合成石英球状二氧化硅可由龙森公司等买到。
本发明中上述粘接性组合物最好用于透镜、反射镜等无机透明部件和将其粘接固定的金属(铜、铜合金、铝等)制固定器等金属制固定构件之间的粘接。
本发明人精心研究的结果，将粘接性组合物在室温(25℃)下的粘度调节为10Pa·s或其以上，1000m Pa·s或其以下较好，更优选为80Pa·s或其以上，300mPa·s或其以下，，而且，该粘接性组合物和被粘接体的接触角40度或其以下比30度或其以下具有更好的黏附于其上的粘接固定属性。为了调节组合物粘度，单官能氧杂环丁烷化合物的添加是有效的。而且，必要时，可通过添加氟基表面活性剂进行接触角的调节。氟基表面活性剂具有作为疏水基的氟化碳的表面活性剂，有阳性、阴性以及中性离子3种，本发明中最好使用氟化烷酯基中性表面活性剂。该中性表面活性剂的添加量为对粘接性组合物100重量时其重量为0.1～1。该中性表面活性剂可由住友公司等购得的フロラ一ド(FC170C、同171、同430、同431等)商品名得到。
另外，本发明中所用粘接性组合物中，作为上述添加剂的其他成分可适宜添加染料、颜料等非活性成分。另外，为了提高光固化性，最好添加芘、苝、吖叮橙、噻吨酮、2-克罗科噻吨酮、苯吡喃等光增感剂。作为用于紫外线固化的紫外线照射光源可使用多种光源例如水银弧光灯、普通弧光灯、碳素弧光灯、青钨卤素复写灯。
GC-MASS为现有提供有机挥发气体分析方法中分析能力最高的一种。本发明者等利用GC-MASS在一般的激光模块使用环境下(温度20～35℃)从各种模块构成部件测定有机挥发气体发生量。结果，测定值显示为通常的测定范围，即10μg/g或其以下，有机挥发气体发生量极为微量并且也会使判断部件在其被用做制造该模块被驱动时，不能达到正常使用下所期望的寿命。
图5表示对于室温中GC-MASS测定值在测定范围中时实施脱气处理的有机粘接剂，在GC-MASS评价时的气体俘获温度与有机挥发气体发生量之间的关系例子。此处，定性示出了在温度上升时，有机挥发气体发生量增加，有机粘接剂等有机物在大约100℃或其以上时开始进行加热、分解、变质等，由此产生有机挥发气体。这样，本发明者推测所产生有机挥发气体会波及影响激光模块寿命，(其在100℃或其以上时明显具有有机挥发气体产生，且在达到该温度之前粘接剂等已经完全分解)时，对于在150℃时的有机挥发气体发生量和激光模块寿命之间的关系进行了研究。
结果，在150℃，有机挥发气体发生量和激光模块寿命显著相关。图6表示两者之间的关系示图。该关系为，作为一个例子，在内容积为67.5mm3的圆筒状所谓罐头型容器内，密封振荡波长405nm半导体激光元件作为所用激光模块。在150℃，用GC-MASS评价有机挥发气体发生量为分别用90μg/g、1200μg/g有机粘接剂来粘接容器内光学部件。此外，该图的纵轴表示推测的寿命(小时)，横轴表示为故障率[即该值从100％减小的故障率为对应纵轴小时继续发光的概率(％)]。另外，在这些激光模块中，因为罐头型容器内配置的所有光学部件，在150℃用GC-MASS评价有机挥发气体发生量在10μg/g或其以下，所以，配置光学部件后在罐头型容器内密封有纯度为99.99％的干空气。
而且，进行APC(自动功率控制)驱动，使上述半导体激光元件的光输出为30mW，此时的驱动电流由初期值成为1.5倍的时间定义为寿命，从200～600小时驱动后的驱动电流的平均上升率算出该时间值为推定寿命。如图6示出，激光模块的推定寿命，用GC-MASS评价时，对应有机挥发气体产生量明显表示出2组不同值，该两者间有明确的相关。而且，在罐头型容器内密封上述纯度99.99％的N2气体的情况下也基本得到上述同样的结果。
基于上述理由，对与上述激光模块相同的激光模块，研究了在150℃用GC-MASS评价有机挥发气体发生量和激光模块寿命之间的关系，得到图7示出的结果。另外，在此处，半导体激光元件为95％或其以上的概率时(即故障率未满5％)定义为该继续发光连续小时和激光模块的推定寿命。从图7看出，自身的寿命(即有机挥发气体发生量为0时的寿命，寿命未受到该有机挥发气体影响)为约5500小时时使用半导体激光元件，在150℃用GC-MASS评价有机挥发气体发生量为300μg/g时达到通常激光模块要求的最低限的4000小时寿命。另外，如果使用自身寿命超过5500小时的半导体激光元件，上述有机挥发气体发生量为300μg/g时，当然，得到超过4000小时的寿命。
这里，对所述关于上述4000小时寿命进行说明。通常劳动者1年实际劳动时间为240日，1日工作8小时，利用激光模块的频率70％，则激光模块的1年中实际使用时间为240日×8小时/日×0.7＝1344小时。而且与通常的光学器械类同样，激光模块的折旧损耗时间为3年，要求激光模块具有约4000小时寿命。因此在本发明中，在150℃用GC-MASS评价有机挥发气体发生量为300μg/g或其以下，通过使用有机粘接剂，在95％或其以上的概率下继续发光4000小时或其以上。
另外，本发明激光模块中，作为光学部件，使用在150℃时用GC-MASS评价有机挥发气体发生量为10μg/g或其以下，在该光学部件的使用环境下(温度20～35℃)有机挥发气体发生量也当然在10μg/g或其以下，通过来自该光学部件的有机挥发气体，该激光模块的寿命不会缩短。
另外，在GC-MASS测定界限为10μg/g当量值时，图7示出的150℃时300μg/g当量值处不被确认是任何相关，因此，基于上述10μg/g当量值，该300μg/g当量值不是易于想到的。
这里，在图8中表示，在150℃用GC-MASS评价有机挥发气体发生量，上述300μg/g当量值或其以下的范围中的90μg/g时在密闭容器内导入及没有导入有机粘接剂的情况下，比较了激光模块寿命的结果。该关系作为一例子，对将振荡波长405nm的半导体激光元件密封在内容积为67.5mm3圆筒状所谓罐头型容器内而形成的激光模块进行研究的。在密闭容器内导入和没有导入上述有机粘接剂的情况下，在罐头型容器内配置光学部件的在150℃用GC-MASS的评价有机挥发气体发生量在测定界限10μg/g或其以下。另外，该图的纵轴、横轴的定义与上述图6相同。而且该激光模块中，配置光学部件后的罐头型容器内密封有99.99％纯度的干空气。
另外，以上述半导体激光元件的光输出为30mW的方式进行APC(自动功率控制)驱动，此时将驱动电流从初始值变为1.5倍初始值所经历的时间定义为寿命，并将其时间从200～600小时驱动后的驱动电流平均上升率计算得到的值作为推定寿命。如该图8中所表示，证实了将光输出作为30mW而驱动的情况下，及50mW作为驱动情况下，在具有上述有机粘接剂与没有时相比其寿命都没有明显短于没有有机粘接剂的情况，而使用在150℃用GC-MASS评价的有机挥发气体发生量在300μg/g或其以下的有机粘接剂，与没有使用情况基本确保相同程度寿命。另外，30mW驱动的情况下，使用上述有机粘接剂的情况寿命短，与其相50mW驱动的情况下，上述使用的有机粘接剂的一方寿命长，该相反结果认为是由于测定误差而引起的。
另外，在具有作为配置在密闭容器内的光学部件即包括光纤、及用于将从半导体激光元件中射出的激光射入光纤的入射光学系统的激光模块中，容易在光纤的入射端沉积污染物质，对所述情况使用本发明特别有效果。
另外，在本发明中，对光学部件和固定构件的粘接而采用上述粘接性组合物形成的有机粘接剂的情况下，能够将粘接剂固化时的固化收缩率(线收缩率)抑制在2％程度。因此，在利用该粘接性组合物将构成激光模块的半导体激光元件、准直透镜、聚光透镜、或光纤等光学部件固定在固定构件上的情况下，如果将粘接性组合物的层厚调整为5μm或其以下，该粘接性组合物的未固化部分即使进行固化收缩，该收缩程度也为5×0.02＝0.1μm这一很小值。更进一步地，即使在光学部件和固定构件间形成1μm程度的上述粘接性组合物且粘接性组合物均匀地浸透，但是因为用紫外线等固化后生成了具有弹性和柔软性的固化物，所以从低温(-25℃)到高温(70℃)这一温度范围中将不会发生粘接。因而，因为能够确保上述的光学部件的相对位置精度较高，所以，基于这一点，使用上述粘接性组合物的激光模块的可靠性也高。
图1是表示本发明的一实施例中的激光模块的主要部分的概略构成图；图2是表示上述激光模块的平面图；图3是表示上述激光模块的侧面图；图4是表示上述激光模块的部分立面图；图5是表示激光模块的温度与产生的挥发有机物量的关系图表；图6是表示用GC-MASS评价从有机粘接剂产生的有机挥发气体产生量和激光模块寿命的关系，对不同情况下的有机挥发气体发生量进行比较的图表。
图7是表示用GC-MASS评价从有机粘接剂产生的有机挥发气体产生量和激光模块寿命的关系图表。
图8是表示使用和不使用有机粘接剂的情况下对该激光模块寿命进行比较的图表。
图中10-吸热块，11～17-准直透镜，20-聚光透镜，30-多模光纤，30a-芯，40-封装，41-封装盖，44-准直透镜支架，45-聚光透镜支架，LD1～LD7-GaN基半导体激光具体实施方式
以下参照图1～4对本发明的优选实施方式进行说明。
本实施方式的激光模块是将图1所示的复合波激光光源如图2及图3所示的方式配置在密闭容器内而构成的。该复合波激光光源包括固定设置在吸热块(heatblock)10上的多个(如7个)片状横多模的GaN基半导体激光LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6以及LD7；对应于每个GaN基半导体激光LD1～LD7设置的准直透镜11，12，13，14，15，16以及17；一个聚光透镜20；和1束多模光纤30。
GaN基半导体激光LD1～LD7的振荡波长全部相同(例如405nm)，最大输出也全部相同(例如100mW)。另外，作为GaN基半导体激光LD1～LD7，可使用在350～450nm波长范围中的除上述405nm振荡波长以外的其它波长的激光。
如图2的平面图及图3的侧面图所示，上述复合波激光光源和其他光学元件一起容纳在上方开口的箱状封装40内。该封装40的底面上固定有基板42，该基板42上面安装有保持上述吸热块10和聚光透镜20的聚光透镜支架45，保持多模光纤30的入射端部的光纤支架46。而且，吸热块10侧面安装有准直透镜支架44，准直透镜11～17被保持于其上。封装40的横壁面上形成开口，通过该开口向GaN基半导体激光LD1～LD7提供驱动电流的配线47被引出封装外。
另外，图2中，为了避免使图面复杂化，在多个GaN基半导体激光中，只对GaN基半导体激光LD7作了附图标号，多个准直透镜中只对准直透镜17作了附图标号。
图4示出了上述准直透镜11～17的安装部分的正面形状。每个准直透镜11～17将包括非球面的圆形透镜的光轴的区域在平行的平面中形成细长切口的形状。该细长形状的准直透镜采用例如树脂或者光学玻璃模制成型而形成的。准直透镜11～17是这样设置的，即其长度方向与GaN基半导体激光LD1～LD7的发光点的设置方向(图4的左右方向)相正交，准直透镜11～17被紧密地配置在上述发光点的设置方向上。
另一方面，作为GaN基半导体激光LD1～LD7，使用这样的激光，即该激光具有发光宽度为2μm的活性层，在与活性层平行的方向、垂直方向的扩散角分别例如为10°、30°状态下能够发出各束激光束B1～B7。该GaN基半导体激光LD1～LD7是以在与活性层平行的方向上发光点被并配设成排1列的方式而设置的。
因此，各发光点发出的激光束B1～B7，对着如上述细长形状的各准直透镜11～17，其以扩散角度增大方向与长度方向一致，扩散角度减小方向与宽度方向(与长度方向正交的方向)一致的状态入射。即，各准直透镜11～17的宽度为1.1mm、长度为4.6mm，此时入射的激光束B1～B7的水平方向、垂直方向的束径分别为0.9mm，2.6mm。另外，每个准直透镜11～17的焦点距离f1＝3mm，NA＝0.6、透镜配置节距＝1.25mm。
聚光透镜20形成为这样的形状，即，将具有非球面的圆形透镜的光轴的区域在平行的平面中形成细长切口，且在准直透镜11～17的设置方向即水平方向上长一些，与其正交的方向上短一些。该聚光透镜20也例如由树脂或光学玻璃模制成型而形成的。
多模光纤30为阶跃折射率光纤或渐变折射率光纤或复合型光纤。例如采用三菱电线工业株式会社制的渐变折射率光纤。该光纤芯线中心部为渐变折射率光纤，而外围部为阶跃折射率光纤，芯直径＝25μm，NA＝0.3，端面芯透过率99.5％或其以上。
封装(package)40具有可闭合所述开口的封装盖41，在后述的脱气处理后，导入密封气体，通过将封装40的开口利用封装盖41闭合，从而在通过封装40和封装盖41形成的闭合空间(密封空间)内，上述的复合波激光光源和其他光学元件一起被气密性密封。
接下来，就上述激光模块的工作进行说明。从构成复合波光源的每个GaN基半导体激光LD1～LD7以散射光状态发出的激光束B1，B2，B3，B4，B5，B6以及B7的每一束，通过对应的准直透镜11～17而成为平行光。成为平行光的激光束B1～B7被聚光透镜20聚光，汇聚到多模光纤30的芯30a的入射端面。
本例中，由准直透镜11～17及聚光透镜20构成聚光光学系统，该聚光光学系统和多模光纤30一起构成复合波光学系统。即，由聚光透镜20聚光的上述所述激光束B1～B7射入到该多模光纤30的芯30a并在光纤内传输，1束复合波激光束B从多模光线30射出。
在上述激光模块中，激光束B1～B7在多模光纤30中的合成效率为0.9。因此，GaN基半导体激光LD1～LD7的每一个的输出都为100mW的情况下，得到输出630mW(＝100mW×0.9×7)的复合波激光束B。
接下来，对由铜等金属形成的固定构件的准直透镜支架44与准直透镜11～17的粘接进行说明。准直透镜11～17的粘接面(图3中的下端面)在准直透镜支架44的粘接面处被密接，在其间隙插入以下详述的粘接性组合物后，通过紫外线照射进行了固化。作为脂环式环氧化合物，采用日本ュニォンカ一バィド公司生产的UVR6128(双(3，4环氧环己基)乙二酸酯)，作为单官能氧杂环丁烷化合物，采用东亚合成公司的阿龙氧杂环丁烷基OXT-2 12(EHOX)，另外作为光反应引发剂，采用日本ュニォンカ一バィド公司生产的UV1-6990(三烯丙基锍盐的PF5盐)，根据下表1设定成分的重量比，调整实施例1～3的以及比较例1的粘接性组合物。
粘接性组合物通过紫外线照射被固化后，通过光学显微镜目视观察粘接均匀性，同时使用氧杂环丁烷化合物EHOX的实施例1～3的粘接剂，比同时使用的比较例1的粘接剂，其粘接面的均匀性要好。
由上述粘接性组合物形成的粘接剂在150℃用GC-MASS评价的有机挥发气体发生量为90μg/g，是为上述的300μg/g或其以下。另外，除该粘接剂以外，配置在封装40内的GaN基半导体激光LD1～LD7，准直透镜11～17，聚光透镜20等光学部件的在150℃用GC-MASS评价的有机挥发气体发生量全部在10μg/g或其以下。另外，GaN基半导体激光LD1～LD7自身的寿命，即不受上述粘接性组合物发生的有机挥发气体的影响情况的寿命为5500小时或其以上。因此本实施方式的激光模块在概率为95％或其以上，可以实现4000小时的寿命。正如在前详细说明的。
接下来，对准直透镜支架44与准直透镜11～17的粘接，及采用其他的粘接性组合物的实施例进行说明。准直透镜11～17的粘接面(图3的下端面)在准直透镜支架44的粘接面处被密接，在该间隙中插入以下详述的粘接性组合物后，通过紫外线照射而进行固化。作为脂环式环氧化合物，采用日本ュニォンカ一バィド公司生产的UVR6128，进而作为双官能缩水甘油化合物，并用油化シェルェポキシ公司生产的双苯酚F型类环氧(epikote)806，作为单官能氧杂环丁烷化合物，有必要并用东亚合成公司的阿龙氧杂环丁烷基OXT-212(EHOX)，另外作为光反应引发剂，采用日本シェルェポキシ公司生产的UV1-6990(三烯丙基锍盐的PF5盐)，作为硅烷偶合剂有必要并用信越化学工业公司生产的KBM303以及龙森公司的合成石英球状二氧化硅1-FX(平均粒径0.38μm)，其根据表2设定成分的重量比，调整实施例4～1的粘接性组合物。
粘接性组合物通过紫外线被固化，进行-25℃～70℃保存实验后，测定粘接面的hagal(ハガレ)产生率，得到表2中的结果。采用增量的单官能氧杂环丁烷化合物EHOX的粘接性组合物的实施例5及实施例6与实施例4相比显示出更低的hagal产生率，而且采用与硅烷偶合剂合用的粘接剂的实施例7及8其hagal产生率更低，尤其实施例8中hagal产生率没有被看到。另外，实施例9为双苯酚F型缩水甘油化合物与脂环式环氧化合物任意合用的实施方式，实施例10为任意添加合成石英球状二氧化硅的实施方式，总之，由强制保存实验，该准直透镜支架44和粘接层之间并没有生成hagal。
另外，上述粘接性组合物被紫外线照射固化后，测定准直透镜支架44和准直透镜11～17之间的各粘接剂的层约0.3～0.6μm。而且该粘接剂的体积固化收缩为4～5％，进行-25℃～70℃保存实验后的各粘接剂层厚度变化被抑制在0.03μm或其以下。因此，由于上述粘接，使得被光轴调整后的GaN基半导体激光LD1～LD7和准直透镜11～17之间的相对位置关系不存在偏位情况，从而获得很好的复合波效果。
在本例中，由上述粘接性组合物形成的粘接剂其在150℃用GC-MASS评价的有机挥发气体发生量为90μg/g，低于上述的300μg/g发生量。另外，除了该粘接剂处之外，在封装40内配置被的GaN基半导体激光LD1～LD7、准直透镜11～17、聚光透镜20等光学部件的在150℃用GC-MASS评价的有机挥发气体发生量全部在10μg/g或其以下。另外，GaN基半导体激光LD1～LD7自身的寿命，即不受上述粘接性组合物产生的有机挥发气体影响的寿命为5500小时或其以上。因此，在本例中可实现当概率95％或其以上时具有4000小时的寿命。
另外，以上说明的对准直透镜11～17和准直透镜支架44的粘接使用的各粘接性组合物对于封装40内的其他的光学部件和固定构件的粘接例如聚光透镜20和聚光透镜支架45的粘接，多模光纤30和光纤支架46的粘接等也可适用，该场合中也基本达到与上述同样的效果。
另外，上述各粘接性组合物不限于在图1～4所示的激光模块中，对于在通常将光源、透镜、反射镜、半反射镜、凹面镜、凸面镜、衍射光栅等光学部件配置在密闭容器内而构成的激光模块中，也可利用上述的粘接性组合物来进行所述的光学部件和所述固定构件之间的粘接固定，该情况下也基本达到与上述同样的效果。
权利要求
1.一种激光模块，是将振荡波长范围为350～450nm且具有5500小时或其以上寿命的半导体激光元件配置在密闭容器内形成，其中，根据150℃的GC-MASS(气相色谱-质谱联用仪质量分析法)评价，所述配置在密闭容器内的、含有所述半导体激光元件的全部光学部件的有机挥发气体产生量(挥发有机物总量[μg/g]对十六烷的挥发气体量[g]，以下同)为10μg/g或其以下，其特征在于，采用在150℃的GC-MASS评价有机挥发气体产生量为300μg/g或其以下的物质作为将所述光学部件固定在所述密闭容器内的有机粘接剂。
2.根据权利要求1所述激光模块，其特征在于，所述光学部件具有光纤及用于将由所述半导体激光元件射出的激光射入到该光纤的入射光学系统。
3.根据权利要求1或2所述激光模块，其特征在于，所述有机粘接剂由带环氧基的脂环式环氧化合物、带有氧杂环丁烷基化合物以及含催化剂量的鎓盐光反应引发剂的粘接性组合物形成。
4.根据权利要求3所述的激光模块，其特征在于，在所述光学部件和将其固定的固定构件之间插入所述粘接性组合物并形成粘接厚度为0.05μm或其以上，5μm或其以下之后，利用活性能量射线使得所述粘接性组合物固化，以使所述光学部件固定在所述固定构件上。
5.根据权利要求3或4所述激光模块，其特征在于，所述粘接性组合物为含硅烷偶合剂的物质。
6.根据权利要求3～5的任一项所述的激光模块，其特征在于，所述粘接性组合物为具有0.1μm或其以上，1.0μm或其以下平均直径的球状二氧化硅颗粒的物质。
7.根据权利要求3～6的任一项所述的激光模块，其特征在于，所述固定构件为金属制构件，所述光学部件由无机透明构件形成。
8.根据权利要求3～7的任一项所述的激光模块，其特征在于，所述带氧杂环丁烷基化合物具有下列通式(1)所表达的结构 式(1)中R1为甲基或乙基，R2为碳原子数6～12的烃基。
全文摘要
将具有振荡波长为350～450nm范围的半导体激光元件配置在密闭容器内而形成的激光模块中，抑制了密闭容器内的有机挥发气体的产生，达到了高寿命化。将具有振荡波长为350～45nm范围、取得寿命为5500小时或其以上的半导体激光LD7配置在密闭容器(40、41)内而形成激光模块中，一方面采用在150℃用GC－MASS评价有机挥发气体产生量为10μg/g或其以下的部件作为配置在密闭容器(40、41)内的光学部件，一方面采用在150℃用GC－MASS评价有机挥发气体产生量为300μg/g或其以下的试剂作为固定光学部件(例如准直透镜17)的有机粘接剂。
文档编号H01S5/022GK1604413SQ20041009597
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月28日 优先权日2003年10月2日
发明者蔵町照彦, 山中英生, 永野和彦, 冈崎洋二 申请人:富士胶片株式会社