CN114938693A - 激光光源 - Google Patents

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出岛范宏
竹田英明
松尾英典
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Abstract

本发明提供一种难以产生激光二极管芯片与透镜的位置偏移的激光光源。激光光源具备：具有发光层、支承上述发光层的基板、以及射出由上述发光层产生的激光的出射端面的激光二极管芯片；具有固定有上述激光二极管芯片的主平面、和位于上述激光二极管芯片的上述出射端面的两侧的一对透镜支承部的辅助支架；与上述一对透镜支承部的端面接合的透镜；以及收纳它们的半导体激光器封装，在与上述基板相比，上述发光层与上述辅助支架接近的状态下，将上述激光二极管芯片固定于上述辅助支架，上述激光二极管芯片的上述出射端面比上述主平面的边缘更突出，上述一对透镜支承部的上述端面比上述激光二极管芯片的上述第一端面更突出。

Description

激光光源
技术领域
本发明涉及激光光源。
背景技术
激光光源被用于加工、投影仪以及照明器具等各种用途。这样的激光光源的典型例具备激光二极管芯片、支承激光二极管芯片的辅助支架、减少从激光二极管芯片射出的激光的发散角的准直透镜(例如，专利文献1)。在激光二极管芯片、辅助支架以及准直透镜等透镜被收纳于半导体激光器封装的情况下，在激光大幅发散之前，能够通过小的透镜对激光进行准直等。另一方面，由于激光二极管芯片与透镜的稍微的位置偏移，从激光光源向外部射出的激光的光轴的朝向有可能较大偏移。
专利文献1：日本特开2000-98190号公报
要求难以产生激光二极管芯片与透镜的位置偏移的激光光源。
发明内容
在一实施方式中，本发明的激光光源具备：端面射出型激光二极管芯片，其具有：包含发光层的半导体层叠构造体、支承上述半导体层叠构造体的基板、射出由上述发光层产生的激光的第一端面、以及与上述第一端面相反的一侧的第二端面，由从上述第一端面到上述第二端面的距离规定共振器长度；辅助支架，其具有：固定有上述激光二极管芯片的主平面、位于上述激光二极管芯片的上述第一端面的两侧的一对透镜支承部、以及位于上述主平面的相反侧的背面；透镜，其与上述一对透镜支承部的端面接合；以及半导体激光器封装，其收纳上述激光二极管芯片、上述透镜以及上述辅助支架，在与上述激光二极管芯片的上述基板相比，上述发光层与上述辅助支架接近的状态下，将上述激光二极管芯片固定于上述辅助支架，上述激光二极管芯片的上述第一端面比上述主平面的边缘更向上述共振器长度的方向突出，上述一对透镜支承部的上述端面比上述激光二极管芯片的上述第一端面更向上述共振器长度的方向突出。
根据本发明，能够实现难以产生激光二极管芯片与透镜的位置偏移的激光光源。
附图说明
图1A是示意性表示本发明的实施方式1的激光光源100的结构例的立体图。
图1B是示意性表示图1A的激光光源100的平面结构的图。
图2A是表示从图1A的激光光源100省略了半导体激光器封装40以及一对导线端子50的结构的更详细的立体图。
图2B是示意性表示图2A的激光光源100的俯视图。
图2C是与图2B的结构的YZ平面平行的IIC-IIC线剖视图。
图3A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例1的激光光源110的结构例的立体图。
图3B是示意性表示图3A的激光光源110的俯视图。
图3C是与图3B的结构的YZ平面平行的IIIC-IIIC线剖视图。
图4A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例2的激光光源120的结构例的立体图。
图4B是示意性表示图4A的激光光源120的俯视图。
图4C是与图4B的结构的YZ平面平行的IVC-IVC线剖视图。
图5A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例3的激光光源130的结构例的立体图。
图5B是示意性表示图5A的激光光源130的俯视图。
图5C是与图5B的结构的YZ平面平行的VC-VC线剖视图。
图6A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例4的激光光源140的结构例的立体图。
图6B是示意性表示图6A的激光光源140的俯视图。
图6C是与图6B的结构的YZ平面平行的VIC-VIC线剖视图。
图7A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例5的激光光源150的结构例的立体图。
图7B是示意性表示图7A的激光光源150的俯视图。
图7C是与图7B的结构的YZ平面平行的VIIC-VIIC线剖视图。
图7D是示意性表示使用开口夹60将图7A的激光光源150中的准直透镜30与辅助支架20接合的情形的立体图。
图8A是示意性表示本发明的实施方式2的激光光源200的结构例的立体图。
图8B是示意性表示图8A的激光光源200的俯视图。
图8C是与图8B的结构的YZ平面平行的VIIIC-VIIIC线剖视图。
图8D是示意性表示图8A的激光光源200的后视图。
图9A是示意性表示本发明的实施方式2的变形例1的激光光源210的结构例的立体图。
图9B是示意性表示图9A的激光光源210的俯视图。
图9C是与图9B的结构的YZ平面平行的IXC-IXC线剖视图。
图9D是示意性表示图9A的激光光源210的后视图。
图10A是示意性表示本发明的实施方式2的变形例2的激光光源220的结构例的立体图。
图10B是示意性表示图10A的激光光源220的俯视图。
图10C是与图10B的结构的YZ平面平行的XC-XC线剖视图。
图10D是示意性表示图10A的第四辅助支架部分20p4以及准直透镜30的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的激光光源。对在多个附图中所示的相同的附图标记的部分表示相同或者同等的部分。
此外，以下为了将本发明的技术思想具体化而进行了例示，并不将本发明限定为以下内容。另外，结构要素的尺寸、材质、形状、其相对的配置等的记载不旨在将本发明的范围限定于此，而旨在进行例示。为了容易理解等，各附图表示的部件的大小、位置关系等有时进行了夸张。
(实施方式1)
首先，参照图1A以及图1B以及图2A～图2C对本发明的实施方式1的激光光源的基本结构例进行说明。
图1A是示意性表示本发明的实施方式1的激光光源100的结构例的立体图。图1B是示意性表示图1A的激光光源100的平面结构的图。本实施方式的激光光源100具备：激光二极管芯片10、支承激光二极管芯片10的辅助支架20、被辅助支架20支承的准直透镜30以及收纳上述元件或者部件的半导体激光器封装40。另外，本实施方式的激光光源100具备贯通半导体激光器封装40，对激光二极管芯片10供给电力的一对导线端子50。半导体激光器封装40包含盖体40L、基体40b以及透光窗40w。在本实施方式的激光光源100中，从激光二极管芯片10射出、并通过准直透镜30进行了准直的激光被从透光窗40w取出到外部。
在图1A中，为了便于理解说明，虽以分离的状态对半导体激光器封装40的盖体40L、基体40b以及透光窗40w进行了记载，但实际上它们是接合的。在图1B中，省略了半导体激光器封装40的盖体40L的记载。
在附图中，为了参考，示意性地示出了相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。为了便于理解说明，在本发明中，有时将基体40b内的激光二极管芯片10、辅助支架20以及准直透镜30所处的一侧表现为“上”。这并不是限制激光光源100的使用时的朝向，激光光源100的朝向是任意的。
图2A是表示从图1A的激光光源100省略了半导体激光器封装40以及一对导线端子50的结构的更详细的立体图。在图2A中由虚线围起的区域示出了配置在辅助支架20的激光二极管芯片10的详细构造的例子。在图2A中，虽以分离的状态记载了辅助支架20以及准直透镜30，但实际上，它们是接合的。图2B是示意性表示图2A的激光光源100的俯视图。图2C是与图2B的结构的YZ平面平行的IIC-IIC线剖视图。在本发明中，往往以辅助支架20为基准，将准直透镜30所处的一侧表现为“前方”。
如图2A所示，激光二极管芯片10是端面射出型激光二极管芯片，具有：包含第一包层10C1、第二包层10C2以及发光层10L的半导体层叠构造体10a；支承半导体层叠构造体10a的基板10b；将由发光层10L产生的高输出的激光射出的出射端面10e1；以及与出射端面10e1相反的一侧的后方端面10e2。发光层10L位于第一包层10C1与第二包层10C2之间。激光二极管芯片10可包含缓冲层以及接触层等其它层。在本发明中，有时将“出射端面10e1”称为“第一端面10e1”，将“后方端面10e2”称为“第二端面10e2”。
激光二极管芯片10以与基板10b相比发光层10L接近辅助支架20的倒置的状态，固定于辅助支架20。激光二极管芯片10的半导体层叠构造体10a以及基板10b的Y方向的合计的尺寸是80μm左右。基板10b以及第一包层10C1的Y方向的合计的尺寸大于第二包层10C2的Y方向的尺寸。在倒置的状态下，与发光层10L比基板10b更远离辅助支架20的正置的状态相比，发光层10L与辅助支架20的距离为约十分之一。因此，在倒置的状态下，即使从发光层10L射出高输出的激光，也能够将由发光层10L产生的热高效地向辅助支架20传递。本实施方式的激光的输出例如是3W以上50W以下。
半导体层叠构造体10a例如可以具有形成量子阱的能级的双异质构造。发光层10L的带隙小于第一包层10C1以及第二包层10C2的带隙。在本实施方式中，基板10b以及基板10b上的第一包层10C1分别能够由n型半导体形成。发光层10L能够由本征半导体、n型半导体或者p型半导体形成，发光层10L上的第二包层10C2能够由p型半导体形成。n型以及p型也可以相反。通过从p型包层向n型包层的电流注入而在发光层10L产生载流子的反转分布，从发光层10L受激发射出光。发光层10L的折射率设计得比第一包层10C1以及第二包层10C2的折射率高，由发光层10L产生的光通过全反射被封闭在发光层10L内。发光层10L作为共振器发挥功能，从发光层10L的出射端面10e1射出激光。发光层10L的共振器长度由从出射端面10e1到后方端面10e2的距离规定。共振器长度的方向与Z方向平行。共振器长度例如是500μm以上且5000μm以下。在共振器长度长的情况下，能够扩大激光二极管芯片10与辅助支架20的接触面积，所以能够将由发光层10L产生的热高效地向辅助支架20传递。
从激光二极管芯片10的出射端面10e1射出的激光随着其传播而在YZ平面迅速发散，在XZ平面缓慢发散。激光的光点在没有进行准直的情况下，在远场具有在XY平面中以Y方向为长轴并以X方向为短轴的椭圆形状。
激光二极管芯片10能够射出可视区域的紫色、蓝色、绿色或者红色的激光，或者红外或者紫外的激光。紫色的发光峰值波长优选在350nm以上且419nm以下的范围内，更优选在400nm以上且415nm以下的范围内。蓝色光的发光峰值波长优选在420nm以上且494nm以下的范围内，更优选在440nm以上且475nm以下的范围内。作为射出紫色或者蓝色的激光的半导体激光元件可举出包含氮化物半导体的半导体激光元件。作为氮化物半导体例如能够使用GaN、InGaN以及AlGaN。绿色光的发光峰值波长优选在495nm以上且570nm以下的范围内，更优选在510nm以上且550nm以下的范围内。作为射出绿色的激光的半导体激光元件可举出包含氮化物半导体的半导体激光元件。作为氮化物半导体例如能够使用GaN、InGaN以及AlGaN。红色光的发光峰值波长优选在605nm以上且750nm以下的范围内，更优选在610nm以上且700nm以下的范围内。作为射出红色的激光的半导体激光元件例如可举出包含InAlGaP系、GaInP系、GaAs系以及AlGaAs系的半导体的半导体激光元件。作为红色光的半导体激光元件能够使用具备两个以上的波导区域的半导体激光元件。包含上述半导体的半导体激光元件与包含氮化物半导体的半导体激光元件相比，输出容易因热而降低。增加波导区域，由此能够使热分散而减少半导体激光元件的输出降低。
辅助支架20具有：固定有激光二极管芯片10的主平面20s1、位于激光二极管芯片10的出射端面10e1的两侧的一对透镜支承部20LS、位于主平面20s1的相反侧的背面20s2、以及将主平面20s1与背面20s2连结的前方端面20fe。主平面20s1以及前方端面20fe规定主平面20s1的边缘20ed。在图2A所示的例子中，一对透镜支承部20LS是位于激光二极管芯片10的两侧且向Z方向延伸的一对凸部。辅助支架20在比前方端面20fe靠后的位置，具有沿Z方向延伸的以下的U字型形状。该U字型形状相对于与YZ平面平行的平面是镜面对称，且通过与XZ平面平行的平面分割沿Z方向延伸的方筒体而形成。一对透镜支承部20LS的端面20se比激光二极管芯片10的出射端面10e1更向共振器长度方向突出。主平面20s1的法线方向与Y方向平行。
一对透镜支承部20LS的端面20se与激光二极管芯片10的出射端面10e1的Z方向的距离可以设计为与准直透镜30的焦距大致相等。一对透镜支承部20LS的端面20se与激光二极管芯片10的出射端面10e1的Z方向的距离例如是50μm以上且100μm以下。一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸可以是与准直透镜30的Y方向的尺寸相同的程度。一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸可以比准直透镜30的Y方向的尺寸大，也可以与其相等，也可以比其小。一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸例如是100μm以上且500μm以下。
辅助支架20的X方向的尺寸例如是1mm以上且3mm以下，辅助支架20中的、一对透镜支承部20LS以外的部分的Y方向的尺寸例如是100μm以上且500μm以下，一对透镜支承部20LS以外的部分的Z方向的尺寸例如是1mm以上且6mm以下。在本发明中，尺寸的上限可以从激光光源100的小型化的观点出发来决定。
在辅助支架20中，激光二极管芯片10的出射端面10e1比主平面20s1的边缘20ed更向共振器长度方向突出。激光二极管芯片10的出射端面10e1与主平面20s1的边缘20ed的Z方向的距离例如是2μm以上且50μm以下。通过该配置，在倒置的状态下，激光二极管芯片10与辅助支架20的主平面20s1例如即使通过金锡等无机材料的接合材料而固定，也能够抑制接合材料向发光层10L的出射端面10e1拱起的情况。在专利文献1所公开的激光光源中，在以倒置的状态配置激光二极管芯片的情况下，将激光二极管芯片与辅助支架接合的接合材料有可能向激光二极管芯片的发光层的出射端面拱起。其结果是，从激光二极管芯片射出的激光的输出可能会降低。在本实施方式的激光光源100中，能够抑制这样的激光的输出的降低。
辅助支架20的一部分或者整体例如能够由包含选自由AlN、SiC以及氧化铝构成的组的至少一个的陶瓷以及CuW等合金形成。辅助支架20例如能够通过烧结陶瓷的粉末来制作。陶瓷的热传导率例如是10[W/m·K]以上且500[W/m·K]以下。另外，为了抑制由激光二极管芯片10的固定时所施加的热导致的变形，陶瓷可以具有低的热膨胀率。热膨胀率可以是2×10-6[1/K]以上且1×10-5[1/K]以下。也可以在辅助支架20的主平面20s1以及背面20s2形成有厚度例如为0.5μm以上且10μm以下的镀金等金属膜。通过形成于主平面20s1的金属膜，能够例如利用金锡将激光二极管芯片10接合于主平面20s1。通过形成于背面20s2的金属膜，能够例如利用金锡将辅助支架20与底部40b1接合。
准直透镜30是对从激光二极管芯片10射出的激光中的、在YZ平面大幅发散的成分进行准直的、所谓的FAC(Fast Axis Collimator：快轴准直器)透镜。根据需要也可以在激光光源100的外部配置对激光中的、在XZ平面小幅发散的成分进行准直的、未图示的所谓的SAC(Slow AxisCollimator：慢轴准直器)透镜。在本发明中，“准直”不仅包含使激光成为平行光，也包含减少激光的发散角。此外，也可以根据用途，代替准直透镜30而使用聚光透镜等其它透镜。
准直透镜30是基于沿X方向延伸的构造的柱面透镜，在X轴方向上部不具有曲率，在Y方向上具有曲率。准直透镜30延伸的方向是与辅助支架20的主平面20s1的法线方向以及共振器长度方向双方垂直的方向。准直透镜30以及一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸是相同的程度，所以从共振器长度方向观察时，容易将准直透镜30的重心设置成位于一对透镜支承部20LS之间。通过准直透镜30的重心的该配置关系，能够将准直透镜30稳定且高精度地设置于辅助支架20。
在本实施方式中，在以辅助支架20的背面20s2为基准的情况下，一对透镜支承部20LS的上表面的Y方向的高度与准直透镜30的上表面的Y方向的高度大致相等。准直透镜30相对于一对透镜支承部20LS的位置粗调成上述两个高度大致相等。然后，以一边从激光二极管芯片10射出激光一边适当地对该激光进行准直的方式，微调准直透镜30相对于一对透镜支承部20LS的位置。此外，未必需要使上述两个高度大致相等，也可以使其不同。
本实施方式的准直透镜30沿着X方向是相同的，所以不需要考虑激光二极管芯片10的出射端面10e1、与准直透镜30的X方向的对位。只要准直透镜30中的、仅与激光二极管芯片10的出射端面10e1对置的对置部分以及其周边部分沿着X方向是相同的即可。因此，这以外的两侧部分未必需要沿着X方向相同，也不需要是透明的。准直透镜30的两侧部分的Y方向的尺寸可以比对置部分以及其周边部分的Y方向的尺寸大，也可以与其相等，也可以比其小。准直透镜30例如能够由玻璃、石英、合成石英、蓝宝石、透明陶瓷以及塑料中的至少一个形成。
准直透镜30在Z方向上与一对透镜支承部20LS的端面20se接合。即使将准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合的接合材料的厚度具有一些偏差，该偏差几乎不会对准直透镜30的Y方向的位置造成影响。与本实施方式的结构不同，也可以将具有与主平面20s1平行的平面的台座配置在辅助支架20之前，将准直透镜30设置在该台座的平面上。然而，在那样的结构中，若准直透镜30与台座的平面之间的接合材料的厚度产生偏差，则产生激光二极管芯片10与准直透镜30的Y方向的位置偏移，从激光光源100向外部射出的激光的光轴的朝向有可能较大偏移。与此相对，在本实施方式中，难以产生激光二极管芯片10与准直透镜30的Y方向的位置偏移，能够使从激光光源100向外部射出的激光的光轴朝向按照设计的方向。即使接合材料的厚度产生一些偏差，准直透镜30的位置也仅沿着激光的光轴稍微变化，所以该偏差几乎不会对激光的光轴的朝向造成影响。
准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se例如可以通过金锡等无机材料的接合材料而接合。也可以提前在准直透镜30的接合面以及一对透镜支承部20LS的端面20se形成有金属膜。通过上述金属膜，例如利用金锡的接合成为可能。金锡的接合温度是约280℃。若形成辅助支架20的陶瓷的热传导率低，则能够减少准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合时的热对激光二极管芯片10造成的影响。
作为其它例子，可以通过包含热固化树脂的接合材料将准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合。热固化树脂的接合温度是约100℃，比无机材料的接合温度低。因此，能够进一步减少准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合时的热对激光二极管芯片10造成的影响。在准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se的接合中，热固化树脂例如能够利用激光照射图2A所示的点P的位置由此进行加热。点P的位置与一对透镜支承部20LS的端面20se的Z方的距离例如是50μm以上且500μm以下。在本实施方式中，在俯视时，从激光二极管芯片10射出的激光的光轴与接合材料不重叠，所以即使从包含热固化树脂的接合材料产生逸气，也能够抑制逸气与激光二极管芯片10接近的情况。其结果是，能够抑制在激光二极管芯片10的出射端面10e1产生后述的集尘。
一部分的无机材料的接合材料可以作为粘合剂而包含有机物。即使对准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se的接合使用该接合材料，也能够抑制因加热而产生的逸气与激光二极管芯片10接近的情况。
也可以不使用接合材料而通过直接接合(direct bonding)将准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合。直接接合的例子包含扩散接合、常温接合以及阳极接合。
根据使用接合材料的实施方式的说明可知，即使基于直接接合的接合，与使用了接合材料的接合相同，也能够抑制准直透镜30的Y方向的位置偏移。
在本实施方式的激光光源100中，辅助支架20支承激光二极管芯片10以及准直透镜30。激光二极管芯片10的出射端面10e1与准直透镜30的距离短，所以在从激光二极管芯片10射出的激光大幅发散之前，能够通过小的准直透镜30减少该发散。因此，能够实现小型的激光光源100。另外，能够减少通过准直透镜30的准直光束的直径。
半导体激光器封装40也可以气密地密封激光二极管芯片10、辅助支架20以及准直透镜30。在激光二极管芯片10例如射出350nm以上且570nm以下的短波长的激光的情况下，环境气所含的有机气体成分等被激光分解，分解物往往附着于激光二极管芯片10的出射端面10e1。另外，若激光二极管芯片10的出射端面10e1与外部空气接触，则由于集尘等，在动作中也有可能发生端面劣化。这样的端面劣化可能导致激光二极管芯片10的光输出的降低。为了提高激光二极管芯片10的可靠性并延长寿命，优选半导体激光器封装40气密地密封激光二极管芯片10。由半导体激光器封装40进行的气密密封也可以与从激光二极管芯片10射出的激光的波长的长短无关地进行。
半导体激光器封装40的基体40b与辅助支架20的背面20s2热接触。基体40b可以由热传导率高的材料形成。该材料例如是包含选自由Cu、Al、Ag、Fe、Ni、Mo、Cu、W以及CuMo构成的组的至少一个的金属。为了使激光二极管芯片10的出射端面10e1与透光窗40w的高度一致，也可以在基体40b的底面40bt与辅助支架20之间，如图1B所示，设置有热传导率高的部件40m。部件40m可以由与包含基体40b的底面40bt的部分相同的材料形成。或者基体40b的底面40bt的至少一部分也可以凸起，在该凸起的底面40bt上配置辅助支架20。基体40b中的包含底面40bt的部分例如可以由铜形成。基体40b中的包围激光二极管10、辅助支架20以及准直透镜30的部分例如可以由科伐铁镍钴合金形成。科伐铁镍钴合金(kovar)是在作为主要成分的铁中加入了镍以及钴而形成的合金。半导体激光器封装40的盖体40L可以由与基体40b相同的材料形成，也可以由不同的材料形成。半导体激光器封装40的透光窗40w安装于基体40b，使从激光二极管芯片10射出的激光透过。半导体激光器封装40的透光窗40w与准直透镜30相同，例如可以由玻璃、石英、合成石英、蓝宝石、透明陶瓷以及塑料中的至少一个形成。
一对导线端子50分别通过金属线如下那样地与激光二极管芯片10电连接。在图2A所示的例子中，在激光二极管芯片10的上表面形成镀金等金属膜。该金属膜与一对导线端子50的一个通过金属线而电连接。同样，在辅助支架20的主平面20s1也形成镀金等金属膜。该金属膜与一对导线端子50的另一个通过金属线而电连接。通过一对导线端子50从激光二极管芯片10的第二包层10C2向第一包层10C1注入电流。一对导线端子50与调整从激光二极管芯片10射出的激光的射出时刻以及输出的未图示的外部电路电连接。一对导线端子50由导通性好的材料形成。作为该材料，例如可举出Fe-Ni合金或者Cu合金等金属。
在本实施方式的激光光源100中，辅助支架20通过一对透镜支承部20LS之间的主平面20s1支承激光二极管芯片10，通过一对透镜支承部20LS的端面20se支承准直透镜30。由此，如上所述，激光二极管芯片10与准直透镜30的对位变得容易，能够实现小型的激光光源100。并且，在本实施方式的激光光源100中，即使激光二极管芯片10以倒置的状态配置在辅助支架20，也能够抑制接合材料向激光二极管芯片10的出射端面10e1拱起的情况。
(实施方式1的变形例)
接下来，对本发明的实施方式1的激光光源100的变形例1～变形例5进行说明。在以下的变形例中，省略了半导体激光器封装40以及一对导线端子50的记载。有时省略了与上述重复的说明。
参照图3A～图3C对本发明的实施方式1的变形例1的激光光源110的结构例进行说明。图3A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例1的激光光源110的结构例的立体图。图3B是示意性表示图3A的激光光源110的俯视图。图3C是与图3B的结构的YZ平面平行的IIIC-IIIC线剖视图。实施方式1的变形例1的激光光源110与实施方式1的激光光源100不同的点是辅助支架20的形状。辅助支架20的前方端面20fe具有中央端面20fe1以及位于中央端面20fe1的两侧的两侧端面20fe2。中央端面20fe1比两侧端面20fe2更向共振器长度方向凹陷。实施方式1的变形例1的主平面20s1的边缘20ed由主平面20s1与中央端面20fe1规定。中央端面20fe1凹陷的Z方向的尺寸例如是5μm以上且100μm以下，X方向的尺寸例如是50μm以上且200μm以下，Y向的距主平面20s1的尺寸例如是100μm以上且500μm以下。凹陷未必需要沿Y方向贯通。
激光二极管芯片10的出射端面10e1比由主平面20s1与中央端面20fe1规定的主平面20s1的边缘20ed更向共振器长度方向突出。辅助支架20的两侧端面20fe2与一对透镜支承部20LS的端面20se相同，比激光二极管芯片10的出射端面10e1更向共振器长度方向突出。通过由主平面20s1与中央端面20fe1规定的主平面20s1的边缘20ed，能够抑制接合材料向激光二极管芯片10的出射端面10e1拱起的情况。实施方式1的变形例1的辅助支架20只要在沿Z方向延伸的上述U字型形状中仅除去前方端面20fe的一部分即可，所以制作能够变得容易。另外，准直透镜30与包含一对透镜支承部20LS的端面20se以及两侧端面20fe2的L字型的端面接合，所以准直透镜30与辅助支架20的接触面积变大，接合能够变得容易。
接下来，参照图4A～图4C对本发明的实施方式1的变形例2的激光光源120的结构例进行说明。图4A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例2的激光光源120的结构例的立体图。图4B是示意性表示图4A的激光光源120的俯视图。图4C是与图4B的结构的YZ平面平行的IVC-IVC线剖视图。实施方式1的变形例2的激光光源120与实施方式1的激光光源100不同的点是辅助支架20的形状。实施方式1的变形例2的辅助支架20在一对透镜支承部20LS的各个与激光二极管芯片10之间，具有沿着共振器长度方向延伸的槽20d。在图4B所示的例子中，槽20d虽与一对透镜支承部20LS邻接，但未必一定要邻接。槽20d的X方向的尺寸例如是100μm以上且500μm以下，Y方向的尺寸例如是50μm以上且300μm以下，Z方向的距主平面20s1的边缘20ed的尺寸例如是1mm以上且6mm以下。槽20d未必需要沿Z方向贯通。通过槽20d，能够减少准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合时的热对激光二极管芯片10造成的影响。
接下来，参照图5A～图5C对本发明的实施方式1的变形例3的激光光源130的结构例进行说明。图5A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例3的激光光源130的结构例的立体图。图5B是示意性表示图5A的激光光源130的俯视图。图5C是与图5B的结构的YZ平面平行的VC-VC线剖视图。实施方式1的变形例3的激光光源130与实施方式1的激光光源100不同的点是辅助支架20的结构。实施方式1的变形例3的辅助支架20包含第一辅助支架部分20p1和第二辅助支架部分20p2。第一辅助支架部分20p1在上表面20us具有一对透镜支承部20LS。第一辅助支架部分20p1具有沿Z方向延伸的上述U字型形状。第一辅助支架部分20p1例如能够由包含选自由AlN、SiC以及氧化铝构成的组的至少一个的陶瓷以及CuW等合金形成。第二辅助支架部分20p2固定于第一辅助支架部分20p1的上表面20us，并位于一对透镜支承部20LS之间。第二辅助支架部分20p2具有搭载激光二极管芯片10的主平面20s1、和与准直透镜30对置的前方端面20fe。主平面20s1是第一辅助支架部分20p1中的、与固定于上表面20us的面相反的一侧的面。在本发明中，前方端面20fe与背面20s2不需要直接连结。在本发明中，前方端面20fe的一边与主平面20s1的一边接触，前方端面20fe与主平面20s1接触的一边规定主平面20s1的边缘20ed。若第二辅助支架部分20p2的热传导率比第一辅助支架部分20p1的热传导率高，就能够将从激光二极管芯片10发出的热高效地向外部传递。第二辅助支架部分20p2例如能够由选自由Cu、Al、Ag、Fe、Ni、Mo、Cu、W、CuW、CuMo、AlN、SiC以及氧化铝构成的组的至少一个形成。第二辅助支架部分20p2的X方向的尺寸例如是0.5mm以上且1.5mm以下，Y方向的尺寸例如是0.1mm以上且0.5mm以下，Z方向的尺寸例如是1mm以上且6mm以下。
在该辅助支架20中，通过作为分体的第一辅助支架部分20p1以及第二辅助支架部分20p2，能够在第一辅助支架部分20p1上调整第二辅助支架部分20p2的位置。如该辅助支架20那样，具有主平面20s1的部分和具有一对透镜支承部20LS的部分也可以是分体的。在该辅助支架20中，在一对透镜支承部20LS的各个与第二辅助支架部分20p2之间存在空隙20g。空隙20g的X方向的尺寸例如是50μm以上且300μm以下。空隙20g的Y方向以及Z方向的尺寸分别由第二辅助支架部分20p2的Y方向以及Z方向的尺寸决定。通过空隙20g，与实施方式1的变形例2的激光光源120相同，能够抑制准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合时的热对激光二极管芯片10造成的影响。
接下来，参照图6A～图6C对本发明的实施方式1的变形例4的激光光源140的结构例进行说明。图6A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例4的激光光源140的结构例的立体图。在图6A中，虽以分离的状态记载了激光二极管芯片10、辅助支架20以及准直透镜30，但实际上将它们接合。图6B是示意性表示图6A的激光光源140的俯视图。图6C是与图6B的结构的YZ平面平行的VIC-VIC线剖视图。实施方式1的变形例4的激光光源140与实施方式1的激光光源100不同的点是辅助支架20的结构。实施方式1的变形例4的辅助支架20具有从主平面20s1到达背面20s2的贯通孔20h、和填埋贯通孔20h的金属20m。该辅助支架20的贯通孔20h以外的部分例如能够由陶瓷形成。金属20m具有高的热传导率，例如能够包含选自由Cu、Al、Ag、Fe、Ni、Mo、Cu、W以及CuMo构成的组的至少一个。金属20m的X方向的最大尺寸例如是0.5mm以上且1.5mm以下，Z方向的最大尺寸例如是1mm以上且6mm以下。金属20m在俯视时，可以全部与激光二极管芯片10重叠，也可以一部分与激光二极管芯片10重叠。通过使激光二极管芯片10与辅助支架20的金属20m接触地配置，能够将从激光二极管芯片10发出的热经由金属20m向半导体激光器封装40高效地传递。
接下来，参照图7A～图7C对本发明的实施方式1的变形例5的激光光源150的结构例进行说明。图7A是示意性表示本发明的实施方式1的变形例5的激光光源150的结构例的立体图。图7B是示意性表示图7A的激光光源150的俯视图。图7C是与图7B的结构的YZ平面平行的VIIC-VIIC线剖视图。实施方式1的变形例5的激光光源150与实施方式1的激光光源100不同的点是准直透镜30的形状。实施方式1的变形例5的准直透镜30具有一对平坦部30f、以及由一对平坦部30f夹持的透镜曲面部30c。实施方式1的变形例5的透镜曲面部30c与实施方式1的准直透镜30相同，作为FAC透镜发挥功能。
接下来，参照图7D对准直透镜30的一对平坦部30f的优点进行说明。图7D是示意性表示使用开口夹60将图7A的激光光源150的准直透镜30与辅助支架20接合的情形的立体图。开口夹60具有叉形部分60a、以及与叉形部分60a连接的支承部分60b。开口夹60具有中空构造，能够吸附并支承准直透镜30。具体而言，开口夹60的叉形部分60a的前端部吸附准直透镜30的一对平坦部30f。通过安装装置保持支承部分60b，通过叉形部分60a支承准直透镜30并且使该准直透镜30与辅助支架20接合，由此能够在与一对透镜支承部20LS的端面20se垂直的方向上稳定地施加负载。在施加了负载的状态下，加热准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se之间的接合材料。
也可以在开口夹60的叉形部分60a之间设置未图示的反射镜。一边从激光二极管芯片10向Z方向射出激光一边使准直透镜30与辅助支架20接合，被未图示的反射镜向Y方向反射的激光由受光装置接受，由此能够高精度地进行准直透镜30与激光二极管芯片10的出射端面10e1的对位。受光装置例如可以是功率表、平行度测定器或者光束轮廓仪。
(实施方式2)
接下来，参照图8A～图8D对本发明的实施方式2的激光光源的基本结构例进行说明。
图8A示意性表示本发明的实施方式2的激光光源200的结构例的立体图。图8B是示意性表示图8A的激光光源200的俯视图。图8C是与图8B的结构的YZ平面平行的VIIIC-VIIIC线剖视图。图8D是示意性表示图8A的激光光源200的后视图。实施方式2的激光光源200与实施方式1的激光光源100不同的点是辅助支架20的结构。实施方式2的辅助支架20包含第三辅助支架部分20p3和第四辅助支架部分20p4。第三辅助支架部分20p3具有主平面20s1、背面20s2以及前方端面20fe。第四辅助支架部分20p4具有固定于第三辅助支架部分20p3的主平面20s1的一对透镜支承部20LS、以及将一对透镜支承部20LS连结的连结部20L。连结部20L以不妨碍从激光二极管芯片10的出射端面10e1射出的激光的传播的方式将一对透镜支承部20LS连结。在该辅助支架20中，第三辅助支架部分20p3以及第四辅助支架部分20p4是分体的。如该辅助支架20那样，具有主平面20s1的部分、与具有一对透镜支承部20LS的部分也可以是分体的。在图8A中，虽以分离的状态记载了第三辅助支架部分20p3、第四辅助支架部分20p4以及准直透镜30，但实际上将它们接合。第四辅助支架部分20p4的一对透镜支承部20LS以及连结部20L被一体成型。
如图8B以及图8C所示，连结部20L在俯视时，与激光二极管芯片10的出射端面10e1重叠。如图8D所示，第四辅助支架部分20p4以跨越激光二极管芯片10的方式配置在第三辅助支架部分20p3的主平面20s1。第四辅助支架部分20p4的X方向的尺寸比第三辅助支架部分20p3的X方向的尺寸大，所以能够增大一对透镜支承部20LS的端面20se的面积。其结果是，容易将准直透镜30与一对透镜支承部20LS的端面20se接合。第四辅助支架部分20p4的一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸可以是与准直透镜30的Y方向的尺寸相同的程度。第四辅助支架部分20p4的一对透镜支承部20LS的Y方向的尺寸可以比准直透镜30的Y方向的尺寸大，也可以与其相等，也可以比其小。第四辅助支架部分20p4的X方向的尺寸例如是0.5mm以上且4mm以下，Y方向的最大的尺寸例如是0.5mm以上且2mm以下，Z方向的尺寸例如是0.5mm以上且1mm以下。
在实施方式2的激光光源200的制作中，也可以将使激光二极管芯片10与第三辅助支架部分20p3的主平面20s1接合的工序、以跨越激光二极管芯片10的方式使第四辅助支架部分20p4与第三辅助支架部分20p3的主平面20s1接合的工序、使准直透镜30与第四辅助支架部分20p4的一对透镜支承部20LS的端面20se接合的工序，按照该顺序执行。或者也可以使接合了准直透镜30的第四辅助支架部分20p4与将激光二极管芯片10与主平面20s1接合了的第三辅助支架部分20p3接合。
在实施方式2的激光光源200中，与实施方式1的激光光源100相同，辅助支架20通过一对透镜支承部20LS之间的主平面20s1支承激光二极管芯片10，通过一对透镜支承部20LS的端面20se支承准直透镜30。由此，激光二极管芯片10与准直透镜30的对位变得容易，能够实现小型的激光光源200。并且，在实施方式2的激光光源200中，与实施方式1的激光光源100相同，即使以倒置的状态将激光二极管芯片10配置在辅助支架20，也能够抑制接合材料向激光二极管芯片10的出射端面10e1拱起的情况。
(实施方式2的变形例)
接下来，对本发明的实施方式2的激光光源200的变形例1以及变形例2进行说明。往往省略了与上述重复的说明。
参照图9A～图9D对本发明的实施方式2的变形例1的激光光源210的结构例进行说明。图9A是示意性表示本发明的实施方式2的变形例1的激光光源210的结构例的立体图。图9B是示意性表示图9A的激光光源210的俯视图。图9C是与图9B的结构的YZ平面平行的IXC-IXC线剖视图。图9D是示意性表示图9A的激光光源210的后视图。实施方式2的变形例1的激光光源210与实施方式2的激光光源200不同的点是辅助支架20的第四辅助支架部分20p4的形状。实施方式2的变形例1的第四辅助支架部分20p4在实施方式2的第四辅助支架部分20p4中，在一对透镜支承部20LS之间具有切口20co。如图9B以及图9C所示，连结部20L在俯视时，因切口20co而与激光二极管芯片10的出射端面10e1不重叠。切口20co的X方向的尺寸例如是0.2mm以上且3mm以下，Z方向的尺寸例如是0.5mm以上且1mm以下。切口20co的Z方向的尺寸比一对透镜支承部20LS的端面20se与第三辅助支架部分20p3的主平面20s1的边缘20ed的Z方向的尺寸大。在实施方式2的变形例1的激光光源210的制作中，通过切口20co，激光二极管芯片10的出射端面10e1与第四辅助支架部分20p4的对位以及激光二极管芯片10的出射端面10e1与准直透镜30的对位变得容易。
接下来，参照图10A～图10D对本发明的实施方式2的变形例2的激光光源220的结构例进行说明。图10A是示意性表示本发明的实施方式2的变形例2的激光光源220的结构例的立体图。图10B是示意性表示图10A的激光光源220的俯视图。图10C是与图10B的结构的YZ平面平行的XC-XC线剖视图。图10D是示意性表示图10A所示的第四辅助支架部分20p4以及准直透镜30的立体图。实施方式2的变形例2的激光光源220与实施方式2的激光光源200不同的点是辅助支架20的第四辅助支架部分20p4以及准直透镜30。如图10D所示，实施方式2的变形例2的第四辅助支架部分20p4以及准直透镜30被一体成型。不需要接合第四辅助支架部分20p4和准直透镜30，所以实施方式2的变形例2的第四辅助支架部分20p4的X方向的尺寸也可以不像实施方式2的第四辅助支架部分20p4的X方向的尺寸那样大。实施方式2的变形例2的第四辅助支架部分20p4的X方向的尺寸例如是0.2mm以上且3mm以下，Y方向的最大的尺寸例如是0.3mm以上且1mm以下，Z方向的尺寸例如是0.5mm以上且1mm以下。
被一体成型的第四辅助支架部分20p4和准直透镜30例如能够由玻璃、石英、合成石英、蓝宝石、透明陶瓷以及塑料中的至少一个形成。在被一体成型的第四辅助支架部分20p4和准直透镜30是透明的情况下，激光二极管芯片10的出射端面10e1与准直透镜30的对位变得容易。
上述实施方式以及该变形例的结构要素也可以任意组合。
(应用例)
本发明的激光光源例如可以用作将多个激光束耦合来提高输出的直接二极管激光器的光源。光束耦合通过正确地耦合从多个激光光源射出的激光束来进行。基于波长是570nm以下的高强度的激光束，也容易加工例如铜等金属。在本发明的激光光源中，由于难以产生激光二极管芯片与透镜的位置偏移，所以从激光光源向外部射出的激光的光轴的朝向不会较大偏移。能够使从多个激光光源射出的激光束正确地耦合，能够提高光束品质。
工业上利用的可能性
本发明的激光光源例如也能够用于投影仪以及照明器具。
附图标记的说明
10…激光二极管芯片
10a…半导体层叠构造体
10b…基板
10C1…第一包层
10C2…第二包层
10e1…出射端面
10e2…后方端面
10L…发光层
20…辅助支架
20co…切口
20d…槽
20ed…边缘
20fe…前方端面
20fe1…中央端面
20fe2…两侧端面
20L…连结部
20LS…透镜支承部
20p1…第一辅助支架部分
20p2…第二辅助支架部分
20p3…第三辅助支架部分
20p4…第四辅助支架部分
20s1…主平面
20s2…背面
20se…一对透镜支承部的端面
20us…第一辅助支架部分的上表面
30…准直透镜
30c…透镜曲面部
30f…平坦部
40…半导体激光器封装
40b…基体
40L…盖体
40w…透光窗
50…导线端子
60…开口夹
60a…叉形部分
60b…支承部分
100、110、120、130、140、150…激光光源
200、210、220…激光光源。

Claims (20)

1.一种激光光源，其具备：
端面射出型激光二极管芯片，其具有：包含发光层的半导体层叠构造体、支承上述半导体层叠构造体的基板、射出由上述发光层产生的激光的第一端面、以及与上述第一端面相反的一侧的第二端面，由从上述第一端面到上述第二端面的距离规定共振器长度；
辅助支架，其具有：固定有上述激光二极管芯片的主平面、位于上述激光二极管芯片的上述第一端面的两侧的一对透镜支承部、以及位于上述主平面的相反侧的背面；
透镜，其与上述一对透镜支承部的端面接合；以及
半导体激光器封装，其收纳上述激光二极管芯片、上述透镜以及上述辅助支架，
在与上述激光二极管芯片的上述基板相比，上述发光层与上述辅助支架接近的状态下，将上述激光二极管芯片固定于上述辅助支架，
上述激光二极管芯片的上述第一端面比上述主平面的边缘更向上述共振器长度的方向突出，
上述一对透镜支承部的上述端面比上述激光二极管芯片的上述第一端面更向上述共振器长度的方向突出。
2.根据权利要求1所述的激光光源，其中，
上述半导体激光器封装具有与上述辅助支架的上述背面热接触的基体，并气密地密封上述激光二极管芯片、上述辅助支架以及上述透镜。
3.根据权利要求1或2所述的激光光源，其中，
上述辅助支架具有将上述主平面和上述背面连结的前方端面，
上述前方端面具有中央端面以及位于上述中央端面的两侧的两侧端面，
上述中央端面比上述两侧端面更向上述共振器长度的方向凹陷，
上述主平面的上述边缘由上述辅助支架的上述主平面和上述中央端面规定。
4.根据权利要求1或2所述的激光光源，其中，
上述辅助支架包含：
第一辅助支架部分，其在上表面具有上述一对透镜支承部；以及
第二辅助支架部分，其固定于上述第一辅助支架部分的上述上表面，并具有上述主平面。
5.根据权利要求4所述的激光光源，其中，
在上述一对透镜支承部的各个与上述第二辅助支架部分之间存在空隙。
6.根据权利要求1或2所述的激光光源，其中，
上述辅助支架在上述一对透镜支承部的各个与上述激光二极管芯片之间具有沿着上述共振器长度的方向延伸的槽。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的激光光源，其中，
上述透镜通过无机材料而与上述一对透镜支承部的上述端面接合。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的激光光源，其中，
上述辅助支架的一部分或者整体由陶瓷形成。
9.根据权利要求8所述的激光光源，其中，
上述辅助支架具有从上述主平面到达上述背面的贯通孔、以及填埋上述贯通孔的金属。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的激光光源，其中，
在从上述共振器长度的方向观察时，上述透镜的重心位于上述一对透镜支承部之间。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的激光光源，其中，
上述激光的波长是350nm以上且570nm以下。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的激光光源，其中，
上述透镜具有沿着与上述主平面的法线方向以及上述共振器长度的方向双方垂直的方向延伸的构造，
上述透镜减少包含上述主平面的法线方向以及上述共振器长度的方向双方的平面内的上述激光的发散角。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的激光光源，其中，
上述透镜具有一对平坦部、以及由上述一对平坦部夹持的透镜曲面部。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的激光光源，其中，
上述一对透镜支承部在上述激光二极管芯片的两侧沿上述共振器长度的方向延伸。
15.根据权利要求1～13中任一项所述的激光光源，其中，
上述辅助支架还具有以不妨碍从上述激光二极管芯片的上述第一端面射出的上述激光的传播的方式，将上述一对透镜支承部连结的连结部。
16.根据权利要求15所述的激光光源，其中，
在俯视时，上述连结部与上述激光二极管芯片的上述第一端面重叠。
17.根据权利要求15或者16所述的激光光源，其中，
上述一对透镜支承部以及上述连结部被一体成型。
18.根据权利要求15或者16所述的激光光源，其中，
上述一对透镜支承部、上述连结部以及上述透镜被一体成型。
19.根据权利要求1或2所述的激光光源，其中，
上述辅助支架具有：具备上述主平面的第三辅助支架部分、以及具备上述一对透镜支承部的第四辅助支架部分，
上述第三辅助支架部分与上述第四辅助支架部分是分体的。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的激光光源，其中，
上述透镜与上述一对透镜支承部的端面经由接合材料而接合。
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