專利名稱：激光器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在密閉容器中配置半導(dǎo)體激光元件而成的激光器模塊。
背景技術(shù)：
以前，激光器模塊是由在密閉容器中配置半導(dǎo)體激光元件、準(zhǔn)直透鏡、聚光透鏡和光學(xué)纖維(光線)等而形成。問題是在這種激光器模塊中，殘留在密閉容器中的污染物質(zhì)附著在半導(dǎo)體激光元件的射出端面、透鏡以及光學(xué)纖維等光學(xué)零件上，而使激光特性劣化。作為上述的污染物質(zhì)，能舉出從制造工序的氣氛中混入的烴化合物，該烴化合物是被激光聚合或分解而附著的。
為了解決這一問題，提出如下所述的各種方法。如在專利文獻(xiàn)1中，公開了為防止波長400nm或其以下的激光的輸出降低，使容器內(nèi)的烴化合物量在0.1％或其以下是有效的，由此能防止烴化合物的光解作用造成的在光學(xué)零件等的沉積。另外，也提出將密封氣氛作為干燥空氣，希望能通過氣氛中的氧氣和沉積的烴化合物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而除去沉積物。
另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了為防止烴化合物等有機氣體的光解作用造成污染物質(zhì)在半導(dǎo)體激光元件端面的附著，在密封氣體中混合100ppm或其以上的氧氣以分解該氣體。
另外，在專利文獻(xiàn)3中，公開了對激光器模塊中的油分等污染物質(zhì)進(jìn)行脫脂和清洗以除去污染物質(zhì)，由此能長期確?？煽啃?。
另一方面，在專利文獻(xiàn)4中，提出使用激發(fā)波長為350～450nm的GaN類半導(dǎo)體激光元件的激光器模塊，但仍有一個問題，即在這種激光器模塊中，因短波長激光的能量較高，所以在模塊內(nèi)存在的烴化合物發(fā)生聚合或分解的產(chǎn)物附著在半導(dǎo)體激光元件端面或光學(xué)零件等上的概略率較高。
專利文獻(xiàn)1特開平11-167132號公報；專利文獻(xiàn)2美國專利第5392305號說明書；專利文獻(xiàn)3特開平11-87814號公報；專利文獻(xiàn)4特開202-202442號公報。
如上述專利文獻(xiàn)2所示，通過在含有一定量以上的氧氣的氣體氣氛中，對由激光和烴化合物反應(yīng)生成烴化合物類沉積物進(jìn)行分解，生成CO2和H2O，從而消除沉積物。
但是，這種沉積物不只是烴化合物，還確認(rèn)有硅化合物存在，所以可知，僅僅使氣氛中含有氧氣并不能分解除去硅化合物。問題是烴化合物和硅化合物的沉積物發(fā)生光學(xué)吸收，所以可明顯損壞連續(xù)激發(fā)時的經(jīng)時可靠性。沉積的硅化合物是由含有硅氧烷鍵(Si-O-Si)、硅烷醇鍵(-Si-OH)等的含硅有機化合物氣體(下面稱為有機硅化合物)和激光發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成，而且氣氛中有氧氣存在可增加其反應(yīng)速度。這里所說的硅化合物，是指具有含有機硅和無機硅的所有結(jié)構(gòu)，是包括無機SiOx、有機硅化合物的物質(zhì)。
作為產(chǎn)生源，主要是由在激光器制造工序的任意場所使用的硅酮類材料產(chǎn)生的氣體。有時會附著在激光器模塊的各零件表面，另外，當(dāng)密封模塊而使用時，在該密封氣體中含有微量該氣體。用通常的無塵車間或密封氣體精煉機的設(shè)置不能完全去除這些在制造過程中的氣體成分，管理這些氣體成分需要極大的設(shè)備投資。另外，即使通過專利文獻(xiàn)3中所公開的油分等脫脂或清洗工序，仍不能避免上述化合物從上述的制造過程氣氛中混入。關(guān)于在清洗中使用液體有機物，則需要對其干燥工序中的雜質(zhì)進(jìn)行管理。而且，選擇的洗滌劑應(yīng)該不溶解容器內(nèi)固定半導(dǎo)體激光元件、光學(xué)零件等時所使用的粘接劑，大多數(shù)情況下卻與對附著在零件表面的有機物質(zhì)的清洗能力的維持相矛盾。
通過200℃或其以上，優(yōu)選300℃或其以上溫度的加熱處理而造成的分解蒸發(fā)，有可能除去附著在激光器模塊內(nèi)零件上的烴化合物和硅化合物等。但是，加熱處理需要數(shù)小時～數(shù)十小時的處理時間，同時使用有機類粘接劑固定模塊內(nèi)零件時，粘接劑的因熱劣化造成的機械特性發(fā)生劣化，所以不能使用該方法。
另外，如上述專利文獻(xiàn)2所述，對于由激發(fā)波長在350nm～450nm的范圍內(nèi)的短波長半導(dǎo)體激光元件所構(gòu)成的激光器模塊，在密封半導(dǎo)體激光元件的氣體中混合100ppm或其以上的氧氣的方法并不有效。即，在這種短波長半導(dǎo)體激光元件中，相對于氣氛中氧氣濃度的經(jīng)時劣化速度依賴性，成為不同于激發(fā)波長在紅外區(qū)域的半導(dǎo)體激光元件時的元件，伴隨氧氣濃度的增加而未見改善。即，當(dāng)紅外區(qū)域的半導(dǎo)體激光元件時，沉積在該元件端面、光學(xué)零件、模塊內(nèi)纖維入射端面等，以及激光光程上存在的光學(xué)零件表面的烴化合物類有機化合物的分解反應(yīng)，會隨著氧氣濃度的增加而活躍起來，經(jīng)時可靠性得到改善，但是當(dāng)上述短波長半導(dǎo)體激光元件時，若氧氣濃度達(dá)到100ppm，可靠性反而降低。一般認(rèn)為這是因硅化合物的沉積在氧氣濃度為100ppm或其以上的區(qū)域內(nèi)變得顯著化而導(dǎo)致的。通常，為了防止烴化合物氣體的沉積，密封一定量的氧氣是必不可少的，但在烴化合物氣體大量存在的氣氛中，產(chǎn)生激光的系統(tǒng)不能避免硅化合物的沉積增加所造成的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的是對于在密閉容器中配置激發(fā)波長在350nm～450nm的范圍內(nèi)的半導(dǎo)體激光元件而形成的激光器模塊，抑制密閉容器內(nèi)的有機揮發(fā)氣體的產(chǎn)生，以達(dá)到高壽命化。
根據(jù)本發(fā)明的激光器模塊，在密閉容器中配置激發(fā)波長在350nm～450nm的范圍內(nèi)的半導(dǎo)體激光元件而形成的激光器模塊中，其特征在于，所有配置在上述密閉容器中的、并包括上述半導(dǎo)體激光元件的光學(xué)零件，是150℃下采用GC-MASS(氣相色譜質(zhì)量分析法)評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量在10μg/g(相對于十六烷的揮發(fā)氣體量[g]的揮發(fā)有機物總量[μg])或其以下的零件；作為在上述密閉容器中固定上述光學(xué)零件的有機粘接劑，使用150℃下采用GC-MASS(氣相色譜質(zhì)量分析法)評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量在10μg/g或其以下的物質(zhì)。
另外，在本發(fā)明中，作為上述光學(xué)零件，優(yōu)選將其應(yīng)用于具備光學(xué)纖維，和入射光學(xué)系統(tǒng)的激光器模塊中，所述入射光學(xué)系統(tǒng)以用于將從上述半導(dǎo)體激光元件射出的光輸入到該光學(xué)纖維中。
另一方面，作為上述有機粘接劑，可優(yōu)選使用由具有環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物、具有氧雜環(huán)丁基的化合物和含有催化劑量的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑的粘接性組合物而構(gòu)成的物質(zhì)。
另外，優(yōu)選將上述粘接性組合物插入到上述光學(xué)零件和固定該零件的固定構(gòu)件之間，以使粘接厚度為0.05μm或其以上、5μm或其以下，然后通過活性能量射線使其固化，將光學(xué)零件固定在上述固定構(gòu)件上。
另外，上述粘接性組合物優(yōu)選是含有有機硅烷偶合劑的物質(zhì)，或優(yōu)選是含有平均直徑為0.1μm或其以上、5μm或其以下的球狀二氧化硅微粒的物質(zhì)。
而且，具有所述氧雜環(huán)丁基的化合物優(yōu)選用下述通式(1)表示的化合物。
通式(1)中的R1表示甲基和乙基，R2表示碳原子數(shù)6～12的烴基。
其中，關(guān)于本發(fā)明中優(yōu)選使用的上述粘接性組合物，在特開平2001-17716號公報中有所記載，下面進(jìn)行詳細(xì)說明。
該粘接性組合物是將具有環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物、具有氧雜環(huán)丁基的化合物和催化劑量的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑作為必須成分。可以是這些化合物和引發(fā)劑當(dāng)中任意一種，也可以是2種或其以上的混合物。
另外，在本發(fā)明中能使用1個分子內(nèi)有2個或其以上環(huán)氧基的環(huán)氧化合物，但作為該環(huán)氧化合物，與1個分子內(nèi)有2個或其以上的環(huán)氧基但沒有脂環(huán)式結(jié)構(gòu)的環(huán)氧丙基化合物相比，優(yōu)選使用1個分子內(nèi)有2個或其以上環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物。所謂“有環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物”，是指1個分子內(nèi)含有2個或其以上的具有下述特點的部分結(jié)構(gòu)的化合物，該部分結(jié)構(gòu)是用過氧化氫、過酸等適當(dāng)?shù)难趸瘎Νh(huán)戊烯基、環(huán)己烯基等烯烴環(huán)的雙鍵進(jìn)行環(huán)氧化。作為本發(fā)明的具有環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物，優(yōu)選在1個分子內(nèi)含有2個或其以上環(huán)己烯化氧基或環(huán)戊烯化氧基的化合物。作為這種脂環(huán)式環(huán)氧化合物的具體例，能列舉出4-乙烯基環(huán)己烯的二氧化物、(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)甲基-3，4環(huán)氧環(huán)己基羧酸酯、二(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)己二酸酯、二(3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基)己二酸酯、雙(2，3-環(huán)氧環(huán)戊基)醚、二(2，3-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己基甲基)己二酸酯、二氧化雙環(huán)戊二烯?？梢允褂?種具有環(huán)氧基的脂環(huán)式環(huán)氧化合物，也可以使用2種或其以上的混合物。各種脂環(huán)式環(huán)氧化合物在市面上都有出售，從Union Carbide(ュニオンカ一バィド)日本(株)、ダイセル化學(xué)工業(yè)(株)等可以得到。
另外，1個分子內(nèi)有2個或其以上的環(huán)氧基但沒有脂環(huán)式結(jié)構(gòu)的環(huán)氧丙基化合物也能大致等重量或其以下和上述脂環(huán)式環(huán)氧化合物合用。作為這種環(huán)氧丙基化合物，能夠列舉環(huán)氧丙基醚化合物和環(huán)氧丙基酯化合物，但優(yōu)選合用環(huán)氧丙基醚化合物。如果列舉環(huán)氧丙基醚化合物的具體例，能列舉出1，3-雙(2，3-環(huán)氧丙氧基)苯、雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、苯酚-酚醛樹脂型環(huán)氧樹脂、甲苯酚-酚醛樹脂型環(huán)氧樹脂、甲基三苯酚型環(huán)氧樹脂等芳香族環(huán)氧丙基醚化合物，1，4-丁二醇環(huán)氧丙基醚、甘油三環(huán)氧丙基醚、丙二醇二環(huán)氧丙基醚、三羥甲基丙烷三環(huán)氧丙基醚等脂肪族環(huán)氧丙基醚化合物。作為環(huán)氧丙基醚，能舉出亞麻酸二聚酸的環(huán)氧丙基醚。和脂環(huán)式環(huán)氧化合物合用的環(huán)氧丙基化合物，可以使用一種，也可以混合使用兩種或其以上。對于環(huán)氧丙基醚類物質(zhì)，能從油化C.L.Epoxy(シェルエポキシ)(株)等的市售品得到。
另外，有上述氧雜環(huán)丁基的化合物(下面，也單純稱為氧雜環(huán)丁烷化合物)是1個分子中有1個或其以上氧雜環(huán)丁基的化合物。該含氧雜環(huán)丁基的化合物大大不同于1個分子中有1個氧雜環(huán)丁基的化合物及1個分子中有2個或其以上氧雜環(huán)丁基的化合物。
作為1個分子中有1個氧雜環(huán)丁基的單官能氧雜環(huán)丁烷化合物，優(yōu)選用下述通式(1)表達(dá)的化合物。
通式(1)中的R1表示甲基或乙基，R2表示碳原子數(shù)6～12的烴基。作為R2的烴基，也可采用苯基或芐基，但優(yōu)選碳原子數(shù)6～8的烴基，特別優(yōu)選2-乙基己基等支鏈烴基。作為R2為苯基的氧雜環(huán)丁烷化合物的例子，已公開在特開平11-140279號公報中。也可以取代R2，并作為芐基的氧雜環(huán)丁烷化合物的例子，已公開在特開平6-16804號公報中。本發(fā)明中優(yōu)選將R1為乙基、R2為2-乙基己基的氧雜環(huán)丁烷化合物作為良好的稀釋劑、固化促進(jìn)劑、撓性賦予劑以及表面張力降低劑而使用。
在本發(fā)明中，能夠使用1個分子中有2個或其以上氧雜環(huán)丁基的多官能氧雜環(huán)丁烷化合物，但優(yōu)選的化合物組由下述通式(2)表示。
通式(2)中的m表示自然數(shù)2、3和4，Z表示氧原子、硫原子和硒原子。R3是氫原子、氟原子、碳原子數(shù)1～6的直鏈或支鏈烴基、碳原子數(shù)1～6的氟烷基、烯丙基、苯基或糠偶?；?。R4是m價的結(jié)合基，優(yōu)選碳原子數(shù)1～20的基團，也可以含1個或其以上的氧原子、硫原子。Z優(yōu)選氧原子；R3優(yōu)選乙基；m優(yōu)選2；作為R4，優(yōu)選碳原子數(shù)1～16的直鏈或支鏈亞烷基、直鏈或支鏈聚(烯化氧)基；進(jìn)一步優(yōu)選從對于R3、R4、Z和m優(yōu)選的例子中任意組合2種或其以上的化合物。
關(guān)于本發(fā)明中所使用的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑，認(rèn)為是通過活性能量射線照射在粘接性組合物上而生成活性化學(xué)類的鎓鹽。作為鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑，芳香族碘鎓鹽、芳香族锍鹽等的熱穩(wěn)定性相對較好，所以優(yōu)選。這里，所謂活性能量射線，是指能生成可作用于鎓鹽并引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)活性類(路易斯酸、布朗斯臺德酸等陽離子類)的能量射線，包括紫外線、電子線、γ射線、X射線等，優(yōu)選紫外線。
當(dāng)將芳香族锍鹽和芳香族碘鎓鹽作為鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑使用時，作為該對陰離子，能列舉出BF4-、AsF6-、SbF6-、PF6-、PF6-、B(C6F5)4-等。作為引發(fā)劑，因芳香族锍的PF6鹽或SbF6鹽具有溶解性和適度的聚合活性，所以能優(yōu)選使用。
另外，為改進(jìn)溶解性，優(yōu)選在芳香族碘鎓鹽或芳香族锍鹽的芳香族基團通常是苯基上，導(dǎo)入1個或其以上有1～10個碳原子的烴基或烴氧基的化學(xué)結(jié)構(gòu)。芳香族锍鹽的PF6鹽或SbF6鹽是由Union Carbide日本(株)等在市面上出售的。旭電化工業(yè)(株)也銷售商品名為アデカオプトマ一SP系列的芳香族锍鹽的PF6鹽。芳香族锍鹽可吸收至約360nm，芳香族碘鎓鹽可吸收至約320nm，所以對于固化，照射含有該區(qū)域光譜能量的紫外線比較好。
在下面所示的化學(xué)結(jié)構(gòu)式中，锍鹽PI-3和PI-4的光吸收率較高，所以優(yōu)選使用。
混合物 混合物本發(fā)明中使用的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑通過活性能量射線的作用而生成活性陽離子種，通過陽離子聚合脂環(huán)式環(huán)氧化合物和具有氧雜環(huán)丁基的化合物而使本發(fā)明的粘接性組合物固化。
在本發(fā)明所使用的粘接性組合物中，脂環(huán)式環(huán)氧化合物和氧雜環(huán)丁烷化合物的重量比為(95～65)重量份對(5～35)重量份，優(yōu)選(80～70)重量份對(20～30)重量份。如果單官能氧雜環(huán)丁烷化合物過少，則粘接性組合物的粘度、表面張力等的液物性不好，相反，如果單官能氧雜環(huán)丁烷化合物的添加量過多，則固化物變得過于柔軟，粘接強度下降。另外，可以使用催化劑量的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑，相對于脂環(huán)式環(huán)氧化合物和氧雜環(huán)丁烷化合物的合計100重量份，其添加量為0.3～10重量份，0.5～5重量份是優(yōu)選的范圍。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在光學(xué)零件和固定構(gòu)件之間插入粘接性組合物，以使粘接厚度為0.05μm或其以上、5μm或其以下。如果在該粘接厚度或其以下，則粘接強度不足，如果在該粘接厚度或其以上，則容易對粘接劑的固化收縮造成不良影響。優(yōu)選0.05μm或其以上、2μm或其以下的粘接厚度，特別優(yōu)選0.2μm或其以上、1μm或其以下的粘接厚度。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在上述粘接性組合物中進(jìn)一步添加有機硅烷偶合劑。一般認(rèn)為有機硅烷偶合劑具有使作為光學(xué)零件和其被粘附體的無機構(gòu)件或金屬制構(gòu)件與粘接性組合物以化學(xué)鍵結(jié)合的性質(zhì)。通過合用該有機硅烷偶合劑，能夠改進(jìn)粘接強度和粘接耐久性。作為本發(fā)明合用的有機硅烷偶合劑，優(yōu)選使用1個分子中有環(huán)氧基和三甲氧基甲硅烷基的環(huán)氧硅烷類。這種偶合劑是以商品名KBM303、KBM403、KBE402等而可從信越化學(xué)工業(yè)(株)獲得。相對于脂環(huán)式環(huán)氧化合物和氧雜環(huán)丁烷化合物的合計100重量份，有機硅烷偶合劑的優(yōu)選使用范圍可以是0.5～5重量份，優(yōu)選1～3重量份。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選使粘接性組合物中含有球狀二氧化硅微粒。使二氧化硅微粒的直徑為0.1μm～2μm，且粒度分布盡可能均勻時為好。本發(fā)明優(yōu)選使用平均粒度為0.2μm或其以上、0.8μm或其以下的微粒，特別優(yōu)選使用形狀接近圓球狀且離子型雜質(zhì)少的二氧化硅微粒。通過添加該二氧化硅微粒能改進(jìn)固化了的粘接性組合物的熱耐久性。相對于粘接性組合物100重量份，能在1～20重量份的范圍內(nèi)適當(dāng)選擇球狀二氧化硅微粒的添加量。合成石英球狀二氧化硅由(株)龍森等銷售。
將本發(fā)明中的上述粘接性組合物，優(yōu)選用于粘接透鏡、反射鏡等無機透明構(gòu)件以及粘接固定該構(gòu)件的金屬(銅、銅合金、鋁等)制夾具等金屬制固定構(gòu)件中。
本發(fā)明者進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選將粘接性組合物在室溫(25℃)下的粘度調(diào)節(jié)為10mPa·s或其以上、1000Pa·s或其以下，進(jìn)一步優(yōu)選調(diào)節(jié)為80mPa·s或其以上、300Pa·s或其以下，另外，該粘接性組合物和被粘附體的接觸角為40度或其以下，更優(yōu)選30度或其以下，從而可以得到良好的粘接固定。為調(diào)節(jié)組合物粘度，添加單官能氧雜環(huán)丁烷化合物是有效的。另外，必要時可以通過添加氟類表面活性劑對接觸角進(jìn)行調(diào)節(jié)。氟類表面活性劑是有作為疏水基的氟碳的表面活性劑，有陰離子型、陽離子型和非離子型三種，但在本發(fā)明中優(yōu)選使用氟化烷基酯類的非離子型表面活性劑。相對于粘接性組合物的100重量份，該非離子型表面活性劑的添加量為0.1～1重量份。該非離子型表面活性劑以商品名フロラ一ド(FC170C、FC171、FC430、FC431等)由住友3M(スリ一ェム)(株)等銷售。
另外，在本發(fā)明中使用的粘接性組合物中，除了添加上述添加劑之外，還能適當(dāng)添加染料、顏料等惰性成分。另外，為了改善光固化性，也可以添加嵌二萘、紫蘇烯、吖啶橙、硫雜蒽酮、2-氯硫雜蒽酮、苯并吡喃等光敏化劑。因是通過紫外線進(jìn)行固化，所以作為紫外線照射光源能使用各種光源，能列舉出如水銀弧光燈、氙弧燈、碳弧燈、鎢鹵復(fù)制燈。
在目前提供的有機揮發(fā)氣體分析方法中，GC-MASS是能列舉的分析能力最高的方法之一。本發(fā)明者等利用該GC-MASS，在一般的激光器模塊使用環(huán)境下(溫度為20～35℃)，測定來自各種模塊構(gòu)成零件的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量。由此可知，即使是其測定值在一般測定范圍即10μm或其以下且可判斷其有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為極微量的零件，當(dāng)使用該零件制成激光器模塊并進(jìn)行驅(qū)動時，也不能達(dá)到通常使用所希望達(dá)到的壽命。
圖5表示關(guān)于實施了室溫下GC-MASS測定值為測定范圍的脫氣處理的有機粘接劑，GC-MASS評價時的氣體捕捉溫度和有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量的關(guān)系的例子。如同這里所示的內(nèi)容，可定性地知道有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量隨著溫度的升高而增加，但當(dāng)將有機粘接劑等有機物加熱至100℃或其以上時，開始分解、變性等，由此產(chǎn)生有機揮發(fā)氣體。因此，本發(fā)明者推測如此產(chǎn)生的有機揮發(fā)氣體會影響半導(dǎo)體激光器的壽命，并研究150℃下(一般認(rèn)為100℃或其以上時產(chǎn)生有機揮發(fā)氣體，其該溫度不至于使粘接劑等完全分解)有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量和半導(dǎo)體激光器的壽命劣化量的關(guān)系。
結(jié)果查明150℃下有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量和半導(dǎo)體激光器的壽命劣化量之間的關(guān)系是如圖6所示的關(guān)系。該關(guān)系是指使用激光器模塊，并用150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量各不相同的6種有機粘接劑而粘接容器內(nèi)光學(xué)零件時的關(guān)系，而所述的激光器模塊是指在作為例子的內(nèi)容積為67.5mm3的圓筒狀的所謂筒型容器內(nèi)密封激發(fā)波長為405nm的半導(dǎo)體激光元件而成的激光器模塊。另外，在這些激光器模塊中，關(guān)于配置在筒型容器內(nèi)的光學(xué)零件，其150℃下GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量均為10μm或其以下，在配置了光學(xué)零件之后，用純度為99.99％的干燥氣體對筒型容器內(nèi)進(jìn)行密封。
其中，圖6的縱坐標(biāo)表示壽命劣化量，這是從構(gòu)成供于測定的激光器模塊的半導(dǎo)體激光元件本身的推測壽命(小時)中減去該激光器模塊的實際壽命(時間)的值。即，根據(jù)容器內(nèi)產(chǎn)生的有機揮發(fā)氣體，認(rèn)為只是該值不會損害半導(dǎo)體激光器的壽命。而且在其中，將半導(dǎo)體激光元件以95％以上的概率持續(xù)發(fā)光的時間定義為其推算壽命。
另外，當(dāng)用純度為99.9999％的N2氣代替上述純度為99.99％的干燥氣體而密封筒型容器內(nèi)時，基本上能得到與上述相同的結(jié)果。
如同圖6所示，當(dāng)在150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為100μg或其以下時，有機揮發(fā)氣體造成的半導(dǎo)體激光器的壽命劣化量顯著降低。本發(fā)明根據(jù)這一新的觀點，作為在密閉容器內(nèi)固定光學(xué)零件的有機粘接劑，使用的是150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為100μg或其以下的物質(zhì)，由此，將半導(dǎo)體激光器的壽命劣化量控制在極少，從而實現(xiàn)激光器模塊的高壽命化。
另外，在本發(fā)明的激光器模塊中，作為光學(xué)零件，使用的是在150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為10μg或其以下的零件，因此，這些光學(xué)零件在使用環(huán)境下(溫度為20～35℃)的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量當(dāng)然也成為10μg或其以下，所以來自該光學(xué)零件的有機揮發(fā)氣體并不使激光器模塊的壽命劣化。
另外，作為配置在密閉容器內(nèi)的光學(xué)零件，在具有光學(xué)纖維和用于使從半導(dǎo)體激光元件射出的激光輸入到該光學(xué)纖維的入射光學(xué)系統(tǒng)的激光器模塊中，因為在光學(xué)纖維的輸入端上容易沉積污染物質(zhì)，可以說應(yīng)用本發(fā)明尤其有效。
另外，在本發(fā)明中，如果將由上述粘接性組合物構(gòu)成的有機粘接劑用于光學(xué)零件和固定構(gòu)件的粘接時，能將粘接劑在固化時的固化收縮率(線收縮率)控制在2％左右。因此，當(dāng)通過該粘接性組合物將構(gòu)成激光器模塊的半導(dǎo)體激光元件、準(zhǔn)直透鏡、聚光透鏡和光學(xué)纖維等光學(xué)零件固定在固定構(gòu)件上時，若將粘接性組合物的層厚調(diào)整到5μm或其以下，則即使該粘接性組合物的未固化部分的固化收縮仍有進(jìn)展，其收縮也能控制在極少，即5×0.01＝0.1μm左右。而且，上述的粘接性組合物能實現(xiàn)下述情況即使光學(xué)零件和固定構(gòu)件之間變窄至1μm左右，也均勻浸透并通過紫外線進(jìn)行固化之后，生成強力且有柔軟性的固化物，所以該粘接在低溫(-25℃)至高溫(70℃)的較寬溫度范圍內(nèi)都不會出現(xiàn)剝落的粘接。根據(jù)上述，因上述光學(xué)零件的相對位置精度能得到較高程度地保持，所以使用上述粘接性組合物的激光器模塊從這一點也可成為可靠性較高的模塊。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的激光器模塊的主要部分的概略構(gòu)成圖。
圖2是表示上述激光器模塊的平面圖。
圖3是表示上述激光器模塊的側(cè)視圖。
圖4是表示上述激光器模塊的部分立視圖。
圖5是表示激光器模塊的溫度和產(chǎn)生的揮發(fā)有機物的量之間關(guān)系的圖表。
圖6是表示通過GC-MASS評價的且由有機粘接劑產(chǎn)生的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量和半導(dǎo)體激光元件的壽命劣化量之間關(guān)系的圖表。
圖中10-加熱塊，11～17-準(zhǔn)直透鏡，20-聚光透鏡，30-多模光纖，30a-線芯，40-組件，41-組件蓋，44-準(zhǔn)直透鏡夾具，45-聚光透鏡夾具，LD1～LD7-GaN類半導(dǎo)體激光器具體實施方式
下面，參照圖1～4詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
根據(jù)本實施方式的激光器模塊是圖1所示的合波激光光源，如圖2和圖3所示地配置在密閉容器內(nèi)而成的模塊。該合波激光光源是由排列固定在加熱塊10上的多個(如7個)芯片狀橫向多模式的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6和LD7，分別對應(yīng)于GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7而設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡11、12、13、14、15、16和17，1個聚光透鏡20，1根多模光纖30而構(gòu)成。
GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的激發(fā)波長都是全部共同的(如405nm)，最大輸出也是全部共同的(如100mW)。其中，作為GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，能使用波長范圍在350nm～450nm內(nèi)的且具備上述405nm之外的激發(fā)波長的激光器。
如圖2的平面圖和圖3的側(cè)視圖所示，將上述合波激光光源和其他光學(xué)元件一起存放在上方開口的箱狀組件40內(nèi)?；?2固定在組件40的底面上，在該基板42的上面安裝著保持上述加熱塊10和聚光透鏡20的聚光透鏡夾具45、保持多模光纖30的入射端部的光學(xué)纖維夾具46。另外，在加熱塊10的側(cè)面安裝著準(zhǔn)直透鏡夾具44，保持著準(zhǔn)直透鏡11～17。在組件40的橫壁面上形成開口，通過該開口將供給GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7驅(qū)動電流的配線47引到組件外。
另外，在圖2中，為避免圖的復(fù)雜化，在多個GaN類半導(dǎo)體激光器當(dāng)中只給GaN類半導(dǎo)體激光器LD7附加編號，多個準(zhǔn)直透鏡當(dāng)中只給準(zhǔn)直透鏡17附加了編號。
圖4表示上述準(zhǔn)直透鏡11～17的安裝部分的正面形狀。各個準(zhǔn)直透鏡11～17分別形成為將包含具備非球面的圓形透鏡的光軸的區(qū)域，在平行的平面上切成細(xì)長的形狀。該細(xì)長形狀的準(zhǔn)直透鏡，可以通過如對樹脂或光學(xué)玻璃進(jìn)行鑄模成形而形成。以準(zhǔn)直透鏡11～17在長度方向上垂直于GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7發(fā)光點的排列方向(圖4的左右方向)的方式，將準(zhǔn)直透鏡11～17密接配置在上述發(fā)光點的排列方向上。
另一方面，作為GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，使用具備發(fā)光幅度為2μm的活性層，在和活性層平行的方向、垂直的方向上的擴展角分別為如10°、30°的狀態(tài)下發(fā)出各激光束B1～B7的激光器。以在和活性層平行的方向上排列1列發(fā)光點的方式排列設(shè)置著這些GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7。
因此，相對于如上所述的細(xì)長形狀的各準(zhǔn)直透鏡11～17，由各發(fā)光點發(fā)出的激光束B1～B7的入射狀態(tài)是擴展角較大的方向和縱向方向一致而擴展角較小的方向和橫向方向(和縱向方向垂直的方向)一致。即，各準(zhǔn)直透鏡11～17的寬為1.1mm、長為4.6mm，入射到上述準(zhǔn)直透鏡的激光束B1～B7在水平方向、垂直方向的光束直徑分別為0.9mm、2.6mm。另外，每個準(zhǔn)直透鏡11～17的焦距f1＝3mm、NA＝0.6、透鏡配置間距＝1.25mm。
關(guān)于聚光透鏡20形成為將含有具備非球面的圓形透鏡光軸的區(qū)域，在平行的平面上切成細(xì)長形狀，且在準(zhǔn)直透鏡11～17的排列方向即水平方向上較長而在與其垂直的方向上較短。該聚光透鏡20的焦距f2＝12.5mm、NA＝0.3。該聚光透鏡20也能通過如對樹脂或光學(xué)玻璃進(jìn)行鑄模成形而形成。
多模光纖30可以是階梯折射率型光學(xué)纖維、漸變折射率型光學(xué)纖維或復(fù)合型光學(xué)纖維，如可以優(yōu)選使用三菱電線工業(yè)株式會社制的漸變折射率型光學(xué)纖維。
該光學(xué)纖維的線芯中心部為漸變折射率型而外周部為階梯折射率型，線芯直徑＝25μm、NA＝0.3、端面涂層的透過率＝99.5％或其以上。
組件40備有為關(guān)閉其開口而制成的組件蓋41，在進(jìn)行后述的脫氣處理之后導(dǎo)入密封氣體，通過用組件蓋41蓋住組件40的開口，在由組件40和組件蓋41形成的密閉空間(密封空間)內(nèi)氣封上述的合波激光光源和其他光學(xué)元件。
接著，說明上述激光器模塊的工作。從構(gòu)成合波激光光源的各GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7中以發(fā)散光狀態(tài)射出的各激光束B1、B2、B3、B4、B5、B6和B7，被相對應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡11～17平行光化。成為平行光的激光束B1～B7被聚光透鏡20聚光，并會聚到多模光纖30的線芯30a的入射端面上。
在本例中，由準(zhǔn)直透鏡11～17和聚光透鏡20構(gòu)成聚光光學(xué)系統(tǒng)，由該聚光光學(xué)系統(tǒng)和多模光纖30構(gòu)成合波光學(xué)系統(tǒng)。即，通過聚光透鏡20而進(jìn)行上述聚光的激光束B1～B7入射到該多模光纖30的線芯30a上而在光學(xué)纖維內(nèi)傳播，合波成1根激光束B而從多模光纖30中射出。
在上述的激光器模塊中，激光束B1～B7與多模光纖30的耦合效率成為0.9。因此，當(dāng)GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的各輸出為100mW時，能得到輸出為630mW(＝100mW×0.9×7)的合波激光束B。
接著，對將準(zhǔn)直透鏡11～17粘接在作為由銅等金屬構(gòu)成的固定構(gòu)件的準(zhǔn)直透鏡夾具44上的情況進(jìn)行說明。使準(zhǔn)直透鏡11～17的粘接面(圖3中的下端面)密接在準(zhǔn)直透鏡夾具44的粘接面上，在其縫隙中插入如下詳述的粘接性組合物之后，通過紫外線照射使其固化。作為脂環(huán)式環(huán)氧化合物，使用Union Carbide日本(株)制的UVR6128(二(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)己二酸酯)，作為單官能氧雜環(huán)丁烷化合物，使用東亜合成(株)的アロンオキセタンOXT-212(EHOX)，另外，作為光反應(yīng)引發(fā)劑，使用Union Carbide日本(株)制的UVI-6990(三芳基锍的PF5鹽)，按照下表1所示對這些成分的重量比進(jìn)行設(shè)定，調(diào)制粘接性組合物實施例1～3和比較例1。
表1

通過紫外線照射使粘接性組合物固化之后，使用光學(xué)顯微鏡目視觀察粘接均勻性，合用氧雜環(huán)丁烷化合物EHOX的實施例1～3的粘接劑顯示的粘接面的均勻性比未合用的比較例1的粘接劑更優(yōu)良。
關(guān)于由上述粘接性組合物構(gòu)成的粘接劑，其150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為90μg/g，且為上述的100μg/g或其以下。另外，除了該粘接劑之外，配置在組件40中的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7、準(zhǔn)直透鏡11～17、聚光透鏡20等光學(xué)零件在150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量均為10μg/g或其以下。由此，本實施方式的激光器模塊能顯著控制上述粘接劑產(chǎn)生的有機揮發(fā)氣體所造成的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的壽命劣化，并能得到高壽命的模塊。其詳細(xì)理由如同先前的詳細(xì)說明。
接著，對使用其他粘接性組合物將準(zhǔn)直透鏡11～17粘接在準(zhǔn)直透鏡夾具44上的實施例進(jìn)行說明。使準(zhǔn)直透鏡11～17的粘接面(圖3中的下端面)密接在準(zhǔn)直透鏡夾具44的粘接面上，在其縫隙插入如下詳述的粘接性組合物之后，通過紫外線照射使其固化。作為脂環(huán)式環(huán)氧化合物，使用Union Carbide日本(株)制的UVR6128，繼而合用作為二官能環(huán)氧丙基化合物的由油化シェルエポキシ日本(株)制的雙酚F型類的エピコ一ト806，必要時合用作為單官能氧雜環(huán)丁烷化合物的由東亜合成(株)制的アロンオキセタンOXT-212(EHOX)，另外，作為光反應(yīng)引發(fā)劑，使用Union Carbide日本(株)制的UVI-6990(三芳基锍的PF5鹽)，必要時合用作為有機硅烷偶合劑的由信越化學(xué)工業(yè)(株)制的KBM303、以及(株)能森的合成石英球狀二氧化硅1-FX(平均粒徑0.38μm)，按照下表2所示的那樣對這些成分的重量比進(jìn)行設(shè)定，調(diào)制粘接性組合物實施例4～10。
表2


通過紫外線照射使粘接性組合物固化，進(jìn)行-25℃～70℃的保存實驗之后，測定粘接面的剝落發(fā)生率，得到了如表2所示的結(jié)果。使用增加了單官能氧雜環(huán)丁烷化合物EHOX使用量的粘接性組合物的實施例5和6，它們的剝落發(fā)生率低于實施例4，而且，使用合用了有機硅烷偶合劑的粘接劑的實施例7和8，其剝落發(fā)生率進(jìn)一步降低，特別是在實施例8中，幾乎沒有出現(xiàn)剝落。另外，實施例9是一種在脂環(huán)式環(huán)氧化合物中任意合用雙酚F型的二環(huán)氧甘油化合物的實施方式，而實施例10是任意地添加了合成石英球狀二氧化硅的實施方式，根據(jù)強制保存實驗，準(zhǔn)直透鏡夾具44和粘接層之間也都沒有產(chǎn)生剝落。
另外，照射紫外線使上述粘接性組合物固化之后，測定準(zhǔn)直透鏡夾具44和準(zhǔn)直透鏡11～17之間各粘接劑的層厚，約為0.3～0.6μm。然后，這些粘接劑的體積固化收縮為4～5％，進(jìn)行-25℃～70℃的保存實驗之后的各粘接劑層的厚度變化被控制在0.03μm或其以下。因此，光軸調(diào)整了的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7和準(zhǔn)直透鏡11～17的相對位置關(guān)系不會因上述粘接而變亂，能得到良好的合波效果。
在本實施例中，由上述粘接性組合物構(gòu)成的粘接劑，其150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為90μg/g，且為上述的100μg/g或其以下。另外，除了該粘接劑之外，配置在組件40中的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7、準(zhǔn)直透鏡11～17、聚光透鏡20等光學(xué)零件在150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量均為10μg/g或其以下。由此，在本實施例中，能顯著控制上述粘接劑產(chǎn)生的有機揮發(fā)氣體所造成的GaN類半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的壽命劣化，并能得到高壽命的激光器模塊。
另外，用于粘接如上說明的準(zhǔn)直透鏡11～17和準(zhǔn)直透鏡夾具44的各粘接性組合物，可應(yīng)用于組件40內(nèi)其他的光學(xué)零件與固定構(gòu)件的粘接，如聚光透鏡20和聚光透鏡夾具45的粘接、多模光纖30和纖維夾具46的粘接等，此時，基本上能得到與上述相同的效果。
而且，如上所述的粘接性組合物不只限于圖1～4所示的激光器模塊，通常在密閉容器中配置光源、透鏡、反射鏡、半透半反鏡、凹透鏡、凸透鏡、衍射光柵等光學(xué)零件而成的激光器模塊中，上述粘接性組合物能廣泛用于這些光學(xué)零件和這些固定構(gòu)件的粘接固定，此時，基本上能得到與上述相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種激光器模塊，其特征在于，在將激發(fā)波長范圍為350nm～450nm的半導(dǎo)體激光元件配置于密閉容器內(nèi)而成的激光器模塊中，所有配置在所述密閉容器中的且含有所述半導(dǎo)體激光元件的光學(xué)零件，是150℃下由GC-MASS(氣相色譜質(zhì)量分析法)評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為10μg/g(相對于十六烷的揮發(fā)氣體量[g]的揮發(fā)有機物重量(μg)，以下相同)或其以下；作為在所述密閉容器中固定所述光學(xué)零件的有機粘接劑，使用150℃下由GC-MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為100μg/g或其以下的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器模塊，其特征在于，作為所述光學(xué)零件具有光學(xué)纖維和用于使從所述半導(dǎo)體激光元件中射出的激光輸入到該光學(xué)纖維的入射光學(xué)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器模塊，其特征在于，所述粘接性組合物是由具有環(huán)氧基等脂環(huán)式環(huán)氧化合物、具有氧雜環(huán)丁基的化合物、以及含有催化劑量的鎓鹽光反應(yīng)引發(fā)劑構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器模塊，其特征在于，在所述光學(xué)零件和固定該零件的固定構(gòu)件之間插入所述粘接性組合物，以使粘接厚度為0.05μm或其以上、5μm或其以下之后，通過活性能量射線使其固化，由此將所述光學(xué)零件固定在所述固定構(gòu)件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激光器模塊，其特征在于，所述粘接性組合物中含有有機硅烷偶合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3～5中任意一項所述的激光器模塊，其特征在于，所述粘接性組合物中含有平均直徑為0.1μm或其以上、1.0μm或其以下的球狀二氧化硅微粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3～6中任意一項所述的激光器模塊，其特征在于，所述固定構(gòu)件是由金屬制構(gòu)件構(gòu)成，所述光學(xué)零件是由無機透明構(gòu)件構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3～7中任意一項所述的激光器模塊，其特征在于，所述具有氧雜環(huán)丁基的化合物是由下述通式(1)表示的化合物。 通式(1)中的R1表示甲基或乙基，R2表示碳原子數(shù)6～12的烴基。
全文摘要
本發(fā)明提供激光器模塊。在將激發(fā)波長范圍為350nm～450nm的半導(dǎo)體激光元件配置于密閉容器內(nèi)而成的激光器模塊中，能抑制密閉容器內(nèi)有機揮發(fā)氣體的產(chǎn)生，實現(xiàn)高壽命化。另外，在將激發(fā)波長范圍為350nm～450nm的半導(dǎo)體激光元件配置于密閉容器(40、41)內(nèi)而成的激光器模塊中，作為配置在密閉容器(40、41)內(nèi)的激光器模塊，使用150℃下由GC－MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為10μg/g或其以下的零件，另一方面，作為固定光學(xué)零件(如準(zhǔn)直透鏡17)的有機粘接劑，使用150℃下由GC－MASS評價的有機揮發(fā)氣體產(chǎn)生量為100μg/g或其以下的物質(zhì)。
文檔編號C09J11/06GK1619898SQ20041008496
公開日2005年5月25日 申請日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者蔵町照彥, 山中英生, 永野和彥 申請人:富士膠片株式會社