JP7230764B2

JP7230764B2 - Method for manufacturing light-emitting module

Info

Publication number: JP7230764B2
Application number: JP2019183909A
Authority: JP
Inventors: 真樹右田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2039-10-04
Also published as: JP2021061299A; JP2023041871A

Description

本発明は発光モジュールの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting module .

発光素子を筐体内に内蔵した発光モジュールが知られている（例えば特許文献１～３など）。発光素子を気密封止し、発光素子から出射される光をレンズによってコリメート光とし、外部に出射する。 2. Description of the Related Art A light-emitting module having a light-emitting element built in a housing is known (for example, Patent Documents 1 to 3, etc.). The light emitting element is hermetically sealed, and the light emitted from the light emitting element is collimated by a lens and emitted to the outside.

特開２０１６－１１１２３７号公報JP 2016-111237 A 米国特許出願公開第２００９／０２６２７６８号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2009/0262768 米国特許出願公開第２０１７／０２２２４０３号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2017/0222403

光をコリメート光とするためにレンズと発光素子との位置合わせを行う。しかし、気密封止したパッケージから光を取り出す出射窓とレンズとを別部品とすると、モジュールのコストが増加してしまう。また、レンズの位置を精度良く調整することは困難であった。そこで、低コストかつ位置合わせの信頼性を高めることが可能な発光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
In order to collimate the light, the lens and the light emitting element are aligned. However, if the exit window for extracting light from the hermetically sealed package and the lens are separate parts, the cost of the module increases. Moreover, it was difficult to adjust the position of the lens with high accuracy. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a light-emitting module that is low in cost and capable of improving the reliability of alignment.

本発明に係る発光モジュールの製造方法は、レーザ素子を基板の上面に実装する工程と、レンズを有するキャップを、前記基板の上面側において、前記レンズにより前記レーザ素子の出射光がコリメート光になるように位置合わせする工程と、前記位置合わせする工程の後、前記キャップと前記基板との間の距離に対応する厚さのスペーサを前記基板の上面と前記キャップとの間に挿入し、前記スペーサと前記基板とを接合し、前記スペーサと前記キャップとを接合する工程と、を有する。 A method for manufacturing a light-emitting module according to the present invention includes the steps of mounting a laser element on the upper surface of a substrate, and placing a cap having a lens on the upper surface side of the substrate so that the emitted light of the laser element is collimated by the lens. and after the aligning step, a spacer having a thickness corresponding to the distance between the cap and the substrate is inserted between the top surface of the substrate and the cap, and the spacer and bonding the substrate and bonding the spacer and the cap.

本発明に係る発光モジュールは、基板と、前記基板の上面に実装されるレーザ素子と、前記基板の上面に接合されるスペーサと、前記レーザ素子の出射光をコリメート光にするレンズを有し、前記レンズと前記レーザ素子とが対向するように前記スペーサの上面に接合され、前記レーザ素子を封止するキャップと、を具備する。 A light-emitting module according to the present invention includes a substrate, a laser element mounted on the upper surface of the substrate, a spacer bonded to the upper surface of the substrate, and a lens for collimating light emitted from the laser element, a cap that is bonded to the upper surface of the spacer so that the lens and the laser element face each other, and that seals the laser element.

上記発明によれば、低コストかつ位置合わせの信頼性を高めることが可能である。 According to the above invention, it is possible to increase the reliability of alignment at low cost.

図１（ａ）は実施例１に係る発光モジュールを例示する断面図であり、図１（ｂ）は発光モジュールを例示する斜視図である。FIG. 1(a) is a cross-sectional view illustrating a light-emitting module according to Example 1, and FIG. 1(b) is a perspective view illustrating the light-emitting module. 図２は発光モジュールを例示する斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a light emitting module. 図３は光強度を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating light intensity. 図４（ａ）および図４（ｂ）は発光モジュールの製造方法を例示する断面図である。4A and 4B are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the light emitting module. 図５（ａ）および図５（ｂ）は発光モジュールの製造方法を例示する断面図である。5(a) and 5(b) are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the light-emitting module. 図６（ａ）および図６（ｂ）は発光モジュールの製造方法を例示する断面図である。6A and 6B are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the light emitting module. 図７は発光モジュールの製造方法を例示する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the light-emitting module.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。 [Description of Embodiments of the Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and explained.

本願発明の一形態は、（１）レーザ素子を基板の上面に実装する工程と、レンズを有するキャップを、前記基板の上面側において、前記レンズにより前記レーザ素子の出射光がコリメート光になるように位置合わせする工程と、前記位置合わせする工程の後、前記キャップと前記基板との間の距離に対応する厚さのスペーサを前記基板の上面と前記キャップとの間に挿入し、前記スペーサと前記基板とを接合し、前記スペーサと前記キャップとを接合する工程と、を有する発光モジュールの製造方法である。キャップにレンズが設けられているため、発光モジュールの低コスト化が可能である。適切な厚さのスペーサをステムとキャップとに接合することで、レンズの位置合わせの信頼性を高めることができる。
（２）前記スペーサを接合する工程は、厚さの異なる複数のスペーサのうち前記キャップと前記基板との間の距離に対応する厚さのスペーサを選択して接合する工程でもよい。適切な厚さのスペーサをステムとキャップとに接合することで、レンズの位置合わせの信頼性を高めることができる。
（３）前記複数のスペーサの厚さの違いは５μｍ以下でもよい。複数のスペーサから適切な厚さのスペーサを選択することで、レンズの位置合わせの信頼性を高めることができる。
（４）前記スペーサの前記基板と対向する面および前記キャップと対向する面にはそれぞれ突起が設けられ、前記スペーサと前記基板、および前記スペーサと前記キャップとはプロジェクション溶接により接合されてもよい。プロジェクション溶接によりレーザ素子などの気密封止が可能である。
（５）前記レーザ素子は中赤外光を出射する量子カスケードレーザ素子でもよい。レンズによってレーザ素子の出射光をコリメート光とすることができる。
（６）前記基板の上面に冷却器を搭載する工程を有してもよい。封止された空間内にてレーザ素子を冷却することができる。
（７）前記基板、前記スペーサおよび前記キャップは鉄ニッケル合金、鉄ニッケルクロム合金、ステンレスおよび鉄の少なくとも１つを含んでもよい。基板、スペーサおよびキャップの放熱性が向上する。
（８）前記レンズはゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、シリコン、フッ化カルシウム、カルコゲナイドガラスの少なくとも１つを含んでもよい。出射光に対するレンズの吸収率が低いため、出射光の損失を抑制することができる。
（９）基板と、前記基板の上面に実装されるレーザ素子と、前記基板の上面に接合されるスペーサと、前記レーザ素子の出射光をコリメート光にするレンズを有し、前記レンズと前記レーザ素子とが対向するように前記スペーサの上面に接合され、前記レーザ素子を封止するキャップと、を具備する発光モジュールである。キャップにレンズが設けられているため、発光モジュールの低コスト化が可能である。適切な厚さのスペーサをステムとキャップとの間に挿入することで、レンズの位置合わせの信頼性を高めることができる。 According to one aspect of the present invention, (1) a step of mounting a laser element on the upper surface of a substrate; and after the aligning step, a spacer having a thickness corresponding to the distance between the cap and the substrate is inserted between the upper surface of the substrate and the cap, and the spacer and bonding the substrate, and bonding the spacer and the cap. Since the lens is provided on the cap, the cost of the light emitting module can be reduced. A spacer of appropriate thickness can be bonded to the stem and cap to increase the reliability of lens alignment.
(2) The step of bonding the spacers may be a step of selecting and bonding a spacer having a thickness corresponding to the distance between the cap and the substrate from among a plurality of spacers having different thicknesses. A spacer of appropriate thickness can be bonded to the stem and cap to increase the reliability of lens alignment.
(3) A difference in thickness between the plurality of spacers may be 5 μm or less. By selecting a spacer with an appropriate thickness from a plurality of spacers, the reliability of lens alignment can be improved.
(4) Projections may be provided on a surface of the spacer facing the substrate and a surface facing the cap, respectively, and the spacer and the substrate, and the spacer and the cap may be joined by projection welding. Projection welding can be used to hermetically seal a laser element or the like.
(5) The laser element may be a quantum cascade laser element that emits mid-infrared light. The light emitted from the laser element can be collimated by the lens.
(6) A step of mounting a cooler on the upper surface of the substrate may be provided. The laser element can be cooled within the sealed space.
(7) The substrate, the spacer and the cap may contain at least one of an iron-nickel alloy, an iron-nickel-chromium alloy, stainless steel and iron. The heat dissipation of the substrate, spacer and cap is improved.
(8) The lens may contain at least one of germanium, zinc selenide, zinc sulfide, silicon, calcium fluoride, and chalcogenide glass. Since the absorptance of the lens for emitted light is low, the loss of emitted light can be suppressed.
(9) A substrate, a laser element mounted on the upper surface of the substrate, a spacer bonded to the upper surface of the substrate, and a lens for collimating the light emitted from the laser element, wherein the lens and the laser a cap that is bonded to the upper surface of the spacer so as to face the laser element and seals the laser element. Since the lens is provided on the cap, the cost of the light emitting module can be reduced. A spacer of appropriate thickness can be inserted between the stem and cap to increase the reliability of lens alignment.

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る発光モジュールおよびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 [Details of the embodiment of the present invention]
A specific example of a light-emitting module and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these exemplifications, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

図１（ａ）は実施例１に係る発光モジュール１００を例示する断面図であり、図１（ｂ）は発光モジュール１００を例示する斜視図である。図２は発光モジュール１００を例示する斜視図であり、キャップ１２を取り外した状態を示している。 1A is a cross-sectional view illustrating the light emitting module 100 according to Example 1, and FIG. 1B is a perspective view illustrating the light emitting module 100. FIG. FIG. 2 is a perspective view illustrating the light emitting module 100, showing a state in which the cap 12 is removed.

図１（ａ）から図２に示すように、発光モジュール１００はキャン（ＣＡＮ）型のパッケージであり、ステム１０、キャップ１２、レーザ素子２６およびスペーサ３０を有する。ステム１０は例えば直径１５ｍｍの円形の基板である。ＸＹ平面はステム１０の面が広がる面である。Ｚ軸方向はステム１０、スペーサ３０およびキャップ１２が重なる方向である。 As shown in FIGS. 1A to 2, the light emitting module 100 is a CAN type package and has a stem 10, a cap 12, a laser element 26 and a spacer 30. FIG. The stem 10 is, for example, a circular substrate with a diameter of 15 mm. The XY plane is the plane on which the stem 10 extends. The Z-axis direction is the direction in which the stem 10, spacer 30 and cap 12 overlap.

図１（ｂ）および図２に示すように、ステム１０の上面に冷却器２０が搭載され、冷却器２０の上にはヒートシンク２２が搭載されている。ヒートシンク２２の表面にはサブマウント２４が取り付けられ、サブマウント２４の表面にはレーザ素子２６およびサーミスタ２８が取り付けられている。 As shown in FIGS. 1B and 2, a cooler 20 is mounted on the upper surface of the stem 10, and a heat sink 22 is mounted on the cooler 20. As shown in FIG. A submount 24 is attached to the surface of the heat sink 22 , and a laser element 26 and a thermistor 28 are attached to the surface of the submount 24 .

冷却器２０は例えばペルチェ素子を有し、レーザ素子２６を冷却する。ヒートシンク２２およびサブマウント２４は例えば銅（Ｃｕ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など熱伝導率の高い材料で形成され、レーザ素子２６の熱をステム１０に放熱する。サブマウント２４にはレーザ素子２６およびサーミスタ２８に接続される配線が形成されている。レーザ素子２６は例えば量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）である。 The cooler 20 has, for example, a Peltier element and cools the laser element 26 . The heat sink 22 and submount 24 are made of a material with high thermal conductivity, such as copper (Cu) or aluminum nitride (AlN), and radiate the heat of the laser element 26 to the stem 10 . Wirings connected to the laser element 26 and the thermistor 28 are formed on the submount 24 . The laser element 26 is, for example, a quantum cascade laser (QCL).

ステム１０の上面にスペーサ３０を接合し、スペーサ３０の上面にキャップ１２を接合することで、レーザ素子２６などが気密封止される。ステム１０の底面からは例えば８本のリードピン１４が延伸する。リードピン１４は冷却器２０、レーザ素子２６、およびサーミスタ２８などと電気的に接続され、レーザ素子２６への電流の入力、冷却器２０の駆動、サーミスタ２８による温度測定などに用いられる。 By joining the spacer 30 to the upper surface of the stem 10 and joining the cap 12 to the upper surface of the spacer 30, the laser element 26 and the like are hermetically sealed. For example, eight lead pins 14 extend from the bottom surface of the stem 10 . The lead pins 14 are electrically connected to the cooler 20, the laser element 26, the thermistor 28, and the like, and are used for inputting current to the laser element 26, driving the cooler 20, measuring temperature by the thermistor 28, and the like.

キャップ１２は一方の底面が開口した円筒型の部材であり、ステム１０と対向する面にレンズ１３を有する。レンズ１３は例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、シリコン（Ｓｉ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、カルコゲナイドガラスなどで形成されたコリメートレンズであり、レーザ素子２６の出射光をコリメート光とする。レンズ１３の直径Φは例えば１０ｍｍである。レンズ１３の最も厚い部分において、レンズ１３の厚さＴ１は６ｍｍであり、レンズ１３とレーザ素子２６との間の距離Ｄ１は例えば３．２ｍｍである。Ｚ軸方向におけるキャップ１２の厚さＴ３は例えば１２ｍｍであり、厚さの公差は±０．０５ｍｍである。 The cap 12 is a cylindrical member with one bottom surface open, and has a lens 13 on the surface facing the stem 10 . The lens 13 is a collimating lens made of germanium (Ge), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), silicon (Si), calcium fluoride (CaF ₂ ), chalcogenide glass, or the like. Let the emitted light of , be the collimated light. The diameter Φ of the lens 13 is, for example, 10 mm. At the thickest part of the lens 13, the thickness T1 of the lens 13 is 6 mm and the distance D1 between the lens 13 and the laser element 26 is 3.2 mm, for example. The thickness T3 of the cap 12 in the Z-axis direction is, for example, 12 mm, and the thickness tolerance is ±0.05 mm.

スペーサ３０はリング状の部材であり、ステム１０とキャップ１２との間に設けられる。図２に示すように、スペーサ３０の上面および下面には突起３２が設けられている。スペーサ３０をステム１０およびキャップ１２に接合すると、突起３２はつぶれる。厚さＴ２の異なる複数のスペーサ３０から１つを選び、接合することで発光モジュール１００を製造する。製造方法は後述する。 A spacer 30 is a ring-shaped member provided between the stem 10 and the cap 12 . As shown in FIG. 2, projections 32 are provided on the upper and lower surfaces of spacer 30 . When spacer 30 is joined to stem 10 and cap 12, protrusion 32 collapses. The light-emitting module 100 is manufactured by selecting one from a plurality of spacers 30 having different thicknesses T2 and joining them. A manufacturing method will be described later.

ステム１０、キャップ１２およびスペーサ３０は例えば鉄－ニッケル（Ｆｅ－Ｎｉ）合金、鉄－ニッケル－コバルト（Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ）合金、ステンレス、または鉄など金属の母材に、ニッケル（Ｎｉ）、またはＮｉ－金（Ａｕ）合金などのメッキを施したものである。ステム１０、キャップ１２およびスペーサ３０は例えば同一の材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。 The stem 10, the cap 12 and the spacer 30 are made of, for example, an iron-nickel (Fe-Ni) alloy, an iron-nickel-cobalt (Fe-Ni-Co) alloy, stainless steel, or a metal base material such as iron, nickel (Ni), Alternatively, it is plated with Ni-gold (Au) alloy or the like. Stem 10, cap 12 and spacer 30 may be made of the same material, or may be made of different materials, for example.

リードピン１４からレーザ素子２６に電圧を印加することで、レーザ素子２６は波長４～１１μｍ程度の中赤外領域のレーザ光を出射する。レーザ素子２６はＱＣＬであり、通信用のレーザ光源などに比べ、駆動には高電流を使用する。このため消費電力が大きくなり、例えば１～３Ｗ程度である。レーザ素子２６の消費電力に起因して熱が発生する。冷却のために、レーザ素子２６とともに冷却器２０を気密封止する。 By applying a voltage from the lead pin 14 to the laser element 26, the laser element 26 emits laser light in the mid-infrared region with a wavelength of about 4 to 11 μm. The laser element 26 is a QCL, and uses a higher current for driving than a laser light source for communication. As a result, the power consumption increases, and is about 1 to 3 W, for example. Heat is generated due to the power consumption of the laser element 26 . For cooling, the cooler 20 is hermetically sealed together with the laser element 26 .

図３は光強度を例示する図である。横軸はレーザ素子２６を基準とする光の出射角を表し、縦軸はレーザ素子２６からの光強度を表す。実線はＦＦＰＨを表し、縦軸はＦＦＰＶを表す（ＦＦＰ：Far Field Pattern）。レーザ素子２６と正対する方向である出射角０°において光強度は約１であり、出射角が広がると光強度は減衰する。レーザ素子２６はＱＣＬであり、他のレーザ素子に比べて放射角が大きい。出射角の絶対値が４０～５０程度で光強度が１／ｅ^２に減衰する。出射光のロスを抑制するため、レンズ１３の直径を１０ｍｍ程度に大きくし、レンズ１３が出射光を多く取り込むことが好ましい。 FIG. 3 is a diagram illustrating light intensity. The horizontal axis represents the light emission angle with the laser element 26 as a reference, and the vertical axis represents the light intensity from the laser element 26 . The solid line represents FFPH, and the vertical axis represents FFPV (FFP: Far Field Pattern). The light intensity is about 1 at an output angle of 0°, which is the direction facing the laser element 26, and the light intensity attenuates as the output angle increases. The laser element 26 is a QCL and has a larger radiation angle than other laser elements. The light intensity is attenuated to 1/e ² when the absolute value of the output angle is about 40 to 50. In order to suppress the loss of emitted light, it is preferable that the diameter of the lens 13 is increased to about 10 mm so that the lens 13 takes in a large amount of the emitted light.

発光モジュール１００は例えばガスの分析などに用いられる。レーザ素子２６が出射するレーザ光はレンズ１３を透過することでコリメート光になり、Ｚ軸方向を伝搬する。レーザ光を、ガスを封入したセルなどを通過させ、サーモパイルなどの受光装置で受光する。こうして得られるスペクトルからガス中の成分分析を行う。感度の向上のため、発光モジュール１００から例えば数十ｍの距離まで良質なコリメート光を出射することが好ましい。良質なコリメート光を得るためには、レーザ素子２６とレンズ１３との位置合わせが重要である。 The light emitting module 100 is used, for example, for gas analysis. The laser light emitted by the laser element 26 is collimated by passing through the lens 13 and propagates in the Z-axis direction. A laser beam is passed through a gas-filled cell or the like and received by a light receiving device such as a thermopile. The components in the gas are analyzed from the spectrum thus obtained. In order to improve the sensitivity, it is preferable to emit high-quality collimated light from the light emitting module 100 to a distance of, for example, several tens of meters. Alignment between the laser element 26 and the lens 13 is important to obtain collimated light of good quality.

位置合わせとは、ステム１０の広がる方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）における位置の調整と、高さ方向（Ｚ軸方向）におけるレーザ素子２６とレンズ１３との間の距離の調整を含む。実施例１では、複数のスペーサ３０のうち適切な厚さのスペーサ３０を接合することで高さ方向の位置合わせを正確に行う。 Alignment includes adjustment of the position in the expanding direction (X-axis direction and Y-axis direction) of the stem 10 and adjustment of the distance between the laser element 26 and the lens 13 in the height direction (Z-axis direction). In Example 1, alignment in the height direction is performed accurately by bonding spacers 30 having appropriate thickness among the plurality of spacers 30 .

（製造方法）
図４（ａ）から図７は発光モジュール１００の製造方法を例示する断面図である。図４（ａ）に示すように、ステム１０の上面に冷却器２０、ヒートシンク２２、サブマウント２４、レーザ素子２６およびサーミスタ２８を実装する。例えば、サブマウント２４、レーザ素子２６およびサーミスタ２８が搭載されたヒートシンク２２を冷却器２０に搭載し、冷却器２０を半田などでステム１０に固定する。冷却器２０、レーザ素子２６およびサーミスタ２８はワイヤボンディングによりリードピン１４と電気的に接続する。レンズ１３を有するキャップ１２を適切な位置に取り付けることで、レーザ素子２６とレンズ１３との調芯を行う。 (Production method)
4A to 7 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the light emitting module 100. FIG. As shown in FIG. 4(a), a cooler 20, a heat sink 22, a submount 24, a laser element 26 and a thermistor 28 are mounted on the upper surface of the stem 10. As shown in FIG. For example, a heat sink 22 having a submount 24, a laser element 26 and a thermistor 28 mounted thereon is mounted on the cooler 20, and the cooler 20 is fixed to the stem 10 by soldering or the like. Cooler 20, laser element 26 and thermistor 28 are electrically connected to lead pin 14 by wire bonding. Alignment between the laser element 26 and the lens 13 is performed by attaching the cap 12 having the lens 13 to an appropriate position.

図４（ｂ）に示すように、キャップ１２をツール４０で把持しステム１０に近づける。図５（ａ）に示すように、キャップ１２をステム１０の上面に接触させる。図５（ｂ）に示すように、レーザ素子２６から光を出射させ、レンズ１３を透過した光を受光装置５０で受光する。受光装置５０により光の形状をモニタしながら、光がコリメート光になるように、ツール４０によりキャップ１２のＸＹ平面内の位置およびＺ軸方向の位置（高さ）を調整する。記憶装置５２は、コリメート光が得られるキャップ１２の位置を記憶する。光がコリメート光になる際のステム１０の上面とキャップ１２の底面との距離をＤ２とする。 As shown in FIG. 4(b), the cap 12 is gripped with a tool 40 and brought close to the stem 10. Then, as shown in FIG. As shown in FIG. 5( a ), the cap 12 is brought into contact with the top surface of the stem 10 . As shown in FIG. 5B, light is emitted from the laser element 26 and the light transmitted through the lens 13 is received by the light receiving device 50 . While the light receiving device 50 monitors the shape of the light, the tool 40 adjusts the position of the cap 12 in the XY plane and the position (height) in the Z-axis direction so that the light becomes collimated light. A storage device 52 stores positions of the cap 12 where collimated light is obtained. Let D2 be the distance between the top surface of the stem 10 and the bottom surface of the cap 12 when the light is collimated.

図６（ａ）に示すように、複数のスペーサをあらかじめ準備しておく。３つのスペーサ３０ａ～３０ｃの厚さは互いに異なる。スペーサ３０ａの厚さＴ２ａはスペーサ３０ｂの厚さＴ２ｂより大きい。スペーサ３０ｃの厚さＴ２ｃはスペーサ３０ａの厚さＴ２ａより大きい。複数のスペーサから、図５（ｂ）の距離Ｄ２と同じ厚さを有するものを選択する。この例ではスペーサ３０ａの厚さＴ２ａが距離Ｄ２に等しいものとする。なお、図６（ａ）に示すスペーサは３つであるが、スペーサは３つ以下でもよいし３つ以上でもよい。厚さの異なるスペーサを多く準備することが好ましい。例えば、複数のスペーサ３０の厚さは５μｍ間隔で異なる。複数のスペーサ３０のうち最大の厚さは４００μｍであり、最小の厚さは１００μｍである。 As shown in FIG. 6A, a plurality of spacers are prepared in advance. The three spacers 30a-30c have different thicknesses. Thickness T2a of spacer 30a is greater than thickness T2b of spacer 30b. Thickness T2c of spacer 30c is greater than thickness T2a of spacer 30a. A spacer having the same thickness as the distance D2 in FIG. 5(b) is selected from the plurality of spacers. In this example, it is assumed that the thickness T2a of the spacer 30a is equal to the distance D2. Although the number of spacers shown in FIG. 6A is three, the number of spacers may be three or less or three or more. It is preferable to prepare many spacers with different thicknesses. For example, the thicknesses of the spacers 30 are different at intervals of 5 μm. Among the plurality of spacers 30, the maximum thickness is 400 μm and the minimum thickness is 100 μm.

図６（ｂ）に示すように、ツール４０によりキャップ１２をＺ軸方向において上昇させる。厚さＴ２ａを有するスペーサ３０ａをステム１０とキャップ１２との間に挿入する。記憶装置５２に記憶された位置にキャップ１２を配置する。図７に示すようにスペーサ３０ａの下面の突起３２はステム１０に接触し、上面の突起３２はキャップ１２に接触する。ステム１０に電極４２を接触させる。ツール４０からキャップ１２にステム１０側への圧力をかけ、かつツール４０と電極４２との間に電流を流す。これによりステム１０とスペーサ３０ａ、およびキャップ１２とスペーサ３０ａとのプロジェクション溶接を行う。ステム１０、スペーサ３０およびキャップ１２それぞれの表面のメッキ層が溶融して、接合される。これにより図１（ａ）に示すような発光モジュール１００が形成される。 As shown in FIG. 6B, the cap 12 is raised in the Z-axis direction by the tool 40. As shown in FIG. A spacer 30a having a thickness T2a is inserted between stem 10 and cap 12. As shown in FIG. Place the cap 12 at the location stored in the storage device 52 . As shown in FIG. 7, the projections 32 on the lower surface of the spacer 30a contact the stem 10, and the projections 32 on the upper surface contact the cap 12. As shown in FIG. An electrode 42 is brought into contact with the stem 10 . A tool 40 applies pressure to the stem 10 side of the cap 12 and a current is passed between the tool 40 and the electrode 42 . Thereby, projection welding is performed between the stem 10 and the spacer 30a, and between the cap 12 and the spacer 30a. The plated layers on the surfaces of the stem 10, spacer 30 and cap 12 are melted and joined. Thus, a light emitting module 100 as shown in FIG. 1(a) is formed.

実施例１によれば、レーザ素子２６はステム１０に実装され、キャップ１２およびスペーサ３０により気密封止される。キャップ１２とレンズ１３とが一体であるため、部品点数の増加およびコストを抑制することができる。 According to Example 1, the laser element 26 is mounted on the stem 10 and hermetically sealed by the cap 12 and the spacer 30 . Since the cap 12 and the lens 13 are integrated, an increase in the number of parts and cost can be suppressed.

図５（ｂ）に示すように光がコリメート光になるようにキャップ１２の位置合わせをし、複数のスペーサ３０のうち距離Ｄ２に対応する厚さを有するスペーサ３０ａを選択し、ステム１０およびキャップ１２に接合する。キャップ１２を最適な位置で固定することで、位置合わせの信頼性を高めることができる。レンズ１３を通してレーザ素子２６の光をコリメート光とし、発光モジュール１００の外部に出射することができる。 As shown in FIG. 5(b), the cap 12 is aligned so that the light becomes collimated light, a spacer 30a having a thickness corresponding to the distance D2 is selected from among the plurality of spacers 30, and the stem 10 and the cap are assembled. 12. By fixing the cap 12 at the optimum position, the reliability of alignment can be improved. The light from the laser element 26 can be collimated through the lens 13 and emitted to the outside of the light emitting module 100 .

例えば５μｍごとに厚さの異なる複数のスペーサ３０から１つを選択して接合する。適切な厚さのスペーサ３０を接合することができ、レンズ１３の位置を精度よく定めることができる。厚さの違いは５μｍ以上でもよいし、５μｍ以下でもよい。例えば厚さの違いを４μｍ以下、３μｍ以下などと小さくすることで、より精密な位置合わせが可能となる。 For example, one spacer 30 having a different thickness every 5 μm is selected and bonded. A spacer 30 having an appropriate thickness can be bonded, and the position of the lens 13 can be determined with high accuracy. The difference in thickness may be 5 μm or more or 5 μm or less. For example, by reducing the difference in thickness to 4 μm or less, 3 μm or less, or the like, more precise alignment becomes possible.

スペーサ３０の厚さおよび寸法の公差などに関わらず、レンズ１３とレーザ素子２６とを離間させる。具体的には、レンズ１３とレーザ素子２６との間の距離Ｄ１は０．５ｍｍ以上とする。 The lens 13 and the laser element 26 are separated from each other regardless of the thickness of the spacer 30 and dimensional tolerances. Specifically, the distance D1 between the lens 13 and the laser element 26 is set to 0.5 mm or more.

レーザ素子２６は例えば波長４～１１μｍの中赤外光を出射する量子カスケードレーザである。発光モジュール１００は分析用の素子であり、レンズ１３によってコリメートされた中赤外帯域の光を出射する。スペーサ３０を用いたキャップ１２の位置合わせによって、コリメート光を遠方まで出射することができ、分析の精度が向上する。スペーサ３０を用いてレンズ１３付きのキャップ１２の位置合わせを精度高く行うことで、発光モジュール１００から数十ｍ先にコリメート光を出射することができる。レーザ素子２６は中赤外光以外の光を出射してもよいし、量子カスケードレーザ以外の発光素子でもよい。発光モジュール１００は分析以外の用途に用いられてもよい。 The laser element 26 is, for example, a quantum cascade laser that emits mid-infrared light with a wavelength of 4 to 11 μm. The light emitting module 100 is a device for analysis, and emits light in the mid-infrared band collimated by the lens 13 . By aligning the cap 12 using the spacer 30, the collimated light can be emitted to a long distance, thereby improving the accuracy of analysis. By aligning the cap 12 with the lens 13 with high accuracy using the spacer 30 , collimated light can be emitted several tens of meters away from the light emitting module 100 . The laser element 26 may emit light other than mid-infrared light, or may be a light-emitting element other than a quantum cascade laser. The light emitting module 100 may be used for purposes other than analysis.

スペーサ３０は上面および下面に突起３２を有する。プロジェクション溶接によってスペーサ３０をステム１０およびキャップ１２に接合し、レーザ素子２６などを気密封止することができる。レーザ素子２６とともに冷却器２０を気密封止することで、封止された空間内を冷却し、温度の上昇を抑制することができる。レーザ素子２６としてＱＣＬを用いると消費電力が大きくなり発生する熱が増加する。冷却のために冷却器２０を設けることが有効である。 Spacer 30 has protrusions 32 on its upper and lower surfaces. Spacer 30 may be joined to stem 10 and cap 12 by projection welding to hermetically seal laser element 26 and the like. By hermetically sealing the cooler 20 together with the laser element 26, the inside of the sealed space can be cooled and the temperature rise can be suppressed. If a QCL is used as the laser element 26, the power consumption increases and the heat generated increases. It is effective to provide a cooler 20 for cooling.

ステム１０、スペーサ３０およびキャップ１２は、例えばＦｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、ステンレスおよび鉄など金属で形成された母材、並びにＮｉおよびＡｕなどのメッキ層で形成される。ステム１０、スペーサ３０およびキャップ１２が金属で形成されるため放熱性が向上する。レーザ素子２６および冷却器２０などが搭載されるステム１０は高い放熱性を有することが特に好ましい。ステム１０、スペーサ３０およびキャップ１２の材料は同じでもよいし、異なってもよい。これらが互いに同じ材料で形成されることで、これらの熱膨張係数が同程度になる。したがって温度変化による接合の劣化が抑制され、気密封止は維持される。 The stem 10, the spacer 30 and the cap 12 are made of base materials made of metals such as Fe--Ni alloy, Fe--Ni--Co alloy, stainless steel and iron, and plated layers of Ni and Au. Since the stem 10, the spacer 30 and the cap 12 are made of metal, heat dissipation is improved. It is particularly preferable that the stem 10 on which the laser element 26 and the cooler 20 are mounted has high heat dissipation. The materials of stem 10, spacer 30 and cap 12 may be the same or different. Since they are made of the same material, they have similar thermal expansion coefficients. Therefore, deterioration of the junction due to temperature change is suppressed, and hermetic sealing is maintained.

レンズ１３は例えば中赤外光などレーザ素子２６の出射光に対する吸収率が低い材料で形成され、例えばＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｓｉ、ＣａＦ_２、カルコゲナイドガラスなどで形成されたコリメートレンズである。レンズ１３付きのキャップ１２の位置合わせを正確に行うことで、良質なコリメート光が得られる。レンズ１３は他の材料で形成されてもよい。 The lens 13 is a collimating lens made of a material having a low absorptance for light emitted from the laser element 26, such as mid-infrared light, such as Ge, ZnSe, ZnS, Si, _CaF2 , or chalcogenide glass. Accurate alignment of the cap 12 with the lens 13 provides good collimated light. Lens 13 may be formed of other materials.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.

１０ステム
１２キャップ
１３レンズ
１４リードピン
２０冷却器
２２ヒートシンク
２４サブマウント
２６レーザ素子
２８サーミスタ
３０、３０ａ～３０ｃスペーサ
３２突起
４０ツール
４２電極
５０受光装置
５２記憶装置
１００発光モジュール REFERENCE SIGNS LIST 10 stem 12 cap 13 lens 14 lead pin 20 cooler 22 heat sink 24 submount 26 laser element 28 thermistor 30, 30a to 30c spacer 32 protrusion 40 tool 42 electrode 50 light receiving device 52 storage device 100 light emitting module

Claims

a step of mounting the laser element on the upper surface of the substrate;
a step of aligning a cap having a lens on the upper surface side of the substrate so that the emitted light of the laser element is collimated by the lens;
after the aligning step, inserting a spacer having a thickness corresponding to the distance between the cap and the substrate between the upper surface of the substrate and the cap, and bonding the spacer and the substrate; and bonding the spacer and the cap.

2. The light emission according to claim 1, wherein the step of bonding the spacer is a step of selecting and bonding a spacer having a thickness corresponding to the distance between the cap and the substrate from a plurality of spacers having different thicknesses. How the module is manufactured.

3. The method of manufacturing a light-emitting module according to claim 2, wherein the plurality of spacers have a difference in thickness of 5 [mu]m or less.

Projections are provided on a surface of the spacer facing the substrate and a surface facing the cap,
4. The method of manufacturing a light-emitting module according to claim 1, wherein the spacer and the substrate, and the spacer and the cap are joined by projection welding.

5. The method of manufacturing a light-emitting module according to claim 1, wherein the laser element is a quantum cascade laser element that emits mid-infrared light.

6. The method of manufacturing a light-emitting module according to claim 1, further comprising the step of mounting a cooler on the upper surface of the substrate.

7. The method of manufacturing a light-emitting module according to claim 1, wherein said substrate, said spacer and said cap contain at least one of an iron-nickel alloy, an iron-nickel-chromium alloy, stainless steel and iron.

8. The method of manufacturing a light emitting module according to claim 1, wherein the lens contains at least one of germanium, zinc selenide, zinc sulfide, silicon, calcium fluoride, and chalcogenide glass.