CN115088146A - 半导体激光器装置 - Google Patents

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CN115088146A CN202180013546.9A CN202180013546A CN115088146A CN 115088146 A CN115088146 A CN 115088146A CN 202180013546 A CN202180013546 A CN 202180013546A CN 115088146 A CN115088146 A CN 115088146A
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甲斐隆行
山口秀明
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Abstract

半导体激光器装置(100)具备包括第1电极(11)的第1块、包括第2电极(12)的第2块、被夹持在第1电极与第2电极之间的半导体激光二极管(15)、配置在来自半导体激光二极管的激光的射出方向侧的光学部件(16)和固定部件(13)。光学部件(16)被固定在固定部件(13)。在第1块的激光射出的侧面(S1)具有凸部(20)或凹部，固定部件(13)在侧面的凸部(20)或凹部，通过粘接树脂与第1块固定。

Description

半导体激光器装置
技术领域
本公开涉及半导体激光器装置。
背景技术
半导体激光器装置通常具备第1电极、第2电极和被夹持在第1电极与第2电极之间的半导体激光二极管，将激光朝向给定的方向射出。一般，从半导体激光二极管射出的激光的光束宽度的扩展较大，因而与激光的射出位置接近地设置准直透镜(例如，参照专利文献1)。准直透镜例如被安装于固定部件，例如通过将固定部件粘接固定于第1电极来固定准直透镜相对于激光的射出位置的相对的位置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/063436号册子
发明内容
发明要解决的课题
半导体激光二极管通常通过焊料与第1电极或第2电极固定。由此，半导体激光二极管可以以被夹持在第1电极与第2电极之间的方式固定。此时，半导体激光二极管有时以相对于第1电极或第2电极稍微倾斜了的状态被固定。作为结果，有时在激光的射出位置中产生偏离、射出方向从设想的给定的方向偏斜。此外，有时还由于半导体激光二极管的芯片的翘起，从而激光的射出方向从给定的方向稍微偏斜。
可以根据激光的射出方向来调整准直透镜相对于第1电极的相对的安装位置。基于调整后的安装位置来将固定部件与第1电极粘接。在粘接中，一般使用紫外线固化树脂。
射出激光并进行安装位置的调整。通常，在粘接固定之前，射出激光并大概决定固定部件相对于第1电极的相对位置。之后，在固定部件附着粘接树脂，同样地射出激光并确定固定部件相对于第1电极的相对位置，并粘接固定在确定位置。
在该情况下，在确定固定部件的相对位置时，有时向固化前的粘接树脂照射激光。粘接树脂由于向固化前的粘接树脂照射激光而劣化，粘接强度可能下降。进一步地，在使用蓝色发光的半导体激光二极管的半导体激光器装置中，即便在使用紫外线固化树脂的情况下，有时粘接树脂也会由于蓝色激光的照射而反应，并且固化加剧，有时粘接固定变得困难。
用于解决课题的手段
鉴于上述，本公开的一侧面涉及半导体激光器装置，具备：包括第1电极的第1块；包括第2电极的第2块；半导体激光二极管，被夹持在所述第1电极与所述第2电极之间；光学部件，配置在来自所述半导体激光二极管的激光的射出方向侧；和固定部件，所述光学部件被固定在所述固定部件，在所述第1块的所述激光射出的侧面具有凸部或凹部，所述固定部件在所述侧面的所述凸部或所述凹部与所述第1块粘接。
发明效果
根据本公开，光学部件向半导体激光器装置的粘接强度的下降被抑制，能够获得可靠性高的半导体激光器装置。
附图说明
图1是示意性地示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光器装置的概略结构的立体图。
图2是示意性地示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光器装置的概略结构的俯视图。
图3A是示意性地示出固定有光学部件的固定部件的一实施方式的立体图。
图3B是示意性地示出固定有光学部件的固定部件的另一实施方式的立体图。
图3C是示出安装图3A以及图3B的固定部件的半导体激光器装置的例子的立体图。
图4A是示意性地示出固定有光学部件的固定部件的另一实施方式的立体图。
图4B是示出安装有图4A的固定部件的半导体激光器装置的例子的立体图。
图5是示意性地示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光器装置的概略结构的立体图。
图6A是示意性地示出本公开的一实施方式涉及的半导体激光器装置的概略结构的主视图。
图6B是在图6A安装有光学部件16的状态的主视图。
具体实施方式
本实施方式涉及的半导体激光器装置具备包括第1电极的第1块、包括第2电极的第2块、被夹持在第1电极与第2电极之间的半导体激光二极管(以下，还简称为“LD”)、配置在来自LD的激光的射出方向侧的光学部件和固定部件。光学部件被固定在固定部件。
固定部件通过粘接树脂与第1块固定。固定部件也可以与第1电极粘接固定，也可以与固定在第1电极而构成第1块的一部分的另外的构件粘接。通过粘接，光学部件相对于第1电极以及LD的相对位置被固定。
在第1块的激光射出的侧面设置有凸部或凹部，固定部件通过第1块的侧面的凸部或凹部与第1块粘接。通过凸部或凹部，能够抑制向粘接部位的激光的照射，能够抑制在固定部件的安装位置的调整期间粘接树脂劣化。此外，能够抑制在固定部件的安装位置的调整期间粘接树脂固化。
凸部或凹部例如可以使用预先加工成具有凸部或凹部的形状的第1电极来形成在侧面。或者，也可以通过在第1电极的侧面安装另外的构件来形成凸部。在该情况下，粘接树脂被设置在上述构件的表面。此外，在该情况下，上述构件和第1电极的整体构成第1块。粘接树脂配置在凸部或凹部的侧面。由此，能够使得从LD射出的激光不照射在粘接树脂。
从LD射出的激光随着远离发光点而扩散并进行传播，光束宽度扩展。在此，将扩散并传播的激光的光迹(在具有多个发光点的情况下，是从各发光点射出的多个激光重合的光迹)的明部与暗部的边界设为激光的光迹的包络面。即，包络面是从发光点射出的激光的照射范围的边界，依赖于从LD射出的激光的特性。粘接树脂也可以设置在相比于上述包络面成为第1块的侧的位置。由此，能够抑制粘接树脂被激光照射。
在第1块的侧面设置有凸部情况下，粘接树脂可以形成在向凸部的射出方向侧突出的突出面。考虑将突出面上的任意的点和发光点连结的直线的集合。粘接树脂也可以设置在相比于下述表示的假想的面成为第1块侧的位置。
将第1块的侧面设为XY平面，将激光的射出方向设为Z方向。将突出面上的任意的点和发光点连结的直线的集合占有具有一定的体积的空间(将突出面设为底面且将发光点设为顶点的锥体)。对于包括发光点且与Z方向平行的任意的平面，考虑这些平面中的锥体的剖面。剖面形状成为由突出面上的直线LA以及构成锥体的侧面的两根直线LB、LC构成的封闭的三角形。LB、LC之中更靠发光点侧的直线LC的集合构成假想的面。在粘接树脂相比于该假想面处于更靠第1块侧的情况下，从LD射出的激光在粘接树脂的上方通过或者被凸部的侧壁遮挡，能抑制粘接树脂被激光照射。即，能与包络面的形状无关地抑制粘接树脂被激光照射。另外，在具有多个发光点的情况下，粘接树脂也可以相比于与各发光点对应的假想面各自设置在更靠第1块侧。假想面能够根据凸部的第1块的侧面中的位置、突出高度、形状任意地设定。
固定部件具有与第1块的侧面对置的主面。可以将固定部件的主面和第1块的侧面的凸部粘接，对固定部件(以及，光学部件)与第1块的相对位置进行固定。在设置凸部的情况下，根据凸部的突出高度，光学部件与LD的隔开距离倾向于变大。因此，为了将光学部件与LD的隔开距离维持为一定值以下，也可以在固定部件的上述主面设置凹部，使粘接树脂介于固定部件的凹部与第1块的凸部之间。或者，也可以在固定部件安装光学部件，使得光学部件相对于固定部件的主面突出。
固定部件与第1块的粘接面也可以与射出方向垂直(即，与侧面平行)。在该情况下，与射出方向平行的面方向的安装位置的调整容易。另外，所谓粘接面与射出方向垂直，不一定限于射出方向与粘接面的夹角为90°的情况，设为还包括射出方向与粘接面的夹角为85°～95°的范围的情况。
光学部件例如包括准直透镜。光学部件除准直透镜以外，还可以包括使透过准直透镜后的激光旋转的旋转元件。准直透镜和旋转元件能以整体作为一个部件来对待。
图1以及图2是示意性地示出本实施方式涉及的半导体激光器装置100的概略的结构的图。图1是未安装光学部件的状态的立体图，图2是将安装光学部件之后的上表面的一部分放大了的图。
半导体激光器装置100具备包括第1电极(上部电极)11的第1块、包括第2电极(下部电极)12的第2块、固定部件13、LD15以及光学部件16。光学部件16处于固定部件13的下方，被固定在固定部件13。
在射出来自LD15的激光的第1电极11的侧面S1设置有突起部(凸部)20。突起部20具有从侧面S1突出且以激光的射出面为基准向射出方向侧突出的突出面S2。固定部件13具有与侧面S1对置的主面S3。粘接层14介于第1电极11的侧面S1与固定部件13的主面S3之间。由此，固定部件13可以被固定在第1电极11。
在本实施方式中，在突出面S2配置粘接树脂并使树脂固化而形成粘接层14，由此将固定部件13粘接固定在第1电极11。另外，突起部20既可以如本实施方式这样是第1电极11的一部分，与第1电极11一体地形成，也可以是与第1电极11不同的部件，并被固定在第1电极11。在后者的情况下，可以由作为另外的部件的突起部20和第1电极11构成第1块。
通过发光点P，从LD15射出的激光，其光束宽度扩展，并进行传播。在图2中，用虚线示出上述的激光的光迹的包络面的一部分，用实线示出由将发光点P与突起部20的突出面S2上的点连结的直线的集合定义的上述的假想面的一部分。如图2所示，粘接层14(粘接树脂)与假想面相比处于第1块侧(即，侧面S1侧)。
在图2中，将处于突出面S2上并且最靠发光点P侧的位置设为Q。直线PQ以及将直线PQ延长到固定部件13侧的延伸线构成假想面的一部分。关于粘接层14(粘接树脂)，其整体相比于直线PQ的延伸线处于第1块侧(即，侧面S1侧)。在该情况下，即便在光学部件16以及固定部件13的安装中从LD15射出激光的情况下，激光也会被突起部20的侧壁遮挡或在粘接树脂的上方通过，能抑制激光照射到粘接树脂。由此，能够抑制固定部件13以及光学部件16的安装工序中的粘接树脂的劣化，能够抑制粘接树脂的固化。
在图2的例子中，粘接层14(粘接树脂)相比于包络面处于更靠第1块侧(即，侧面S1侧)。在该情况下，从LD15射出的激光主要在粘接树脂的上方通过。然而，在激光的扩展较大的情况下，有时不得不将粘接层14(粘接树脂)相比于包络面配置在更靠固定部件侧(即，主面S3侧)。然而，如上述那样，通过以粘接层14(粘接树脂)相比于假想面位于第1块侧(即，侧面S1侧)的方式设置突起部20，从而能够与激光的扩展的程度无关地抑制激光照射到粘接树脂。
突起部20的突出高度只要是在安装工序中激光不照射到配置在突出面S2的粘接树脂的程度的高度即可，能根据到设置在侧面S1内的突起部20的LD15为止的隔开距离以及从LD15射出的激光的特性等决定。突起部20的突出高度例如是3mm～10mm。
粘接树脂被粘接的突出面S2也可以与第1电极11(第1块)的侧面S1大致平行。即，突出面S2也可以与激光的射出方向垂直。突出面S2与侧面S1的夹角越小则固定部件(光学部件)的与射出方向垂直的方向(X方向以及Y方向)的安装位置的调整变得越容易。
在图3A以及图3B中示出本实施方式中的固定部件13的另一例。图3A所示的固定部件13A以及图3B所示的固定部件13B可以均安装在图3C所示的半导体激光器装置101。
由于设置突起部20，从而LD15与光学部件16的距离变远。为了防止这点，如图3A所示，也可以在固定部件13的主面S3设置与突起部20对应的凹部S4，将固定部件13的凹部S4与第1块的突出面S2之间用粘接树脂粘接固定。在图3A的例子中，突起部20遍及半导体激光器装置101的高度方向(Y方向)的整个宽度而形成，对应地，固定部件13A的凹部S4也遍及高度方向的整个宽度而形成。
或者，如图3B所示，也可以在将光学部件16固定于固定部件13B时，使光学部件16相对于固定部件13B的主面S3突出。
也可以是，第1电极11具有凹部，在凹部内形成粘接层14。在该情况下，即便在光学部件16以及固定部件13的安装中从LD15射出激光的情况下，凹部内也不会被激光照射到，因而能抑制激光直接照射到粘接树脂。由此，能够抑制粘接树脂的劣化，能够抑制粘接树脂的固化。
在图4A中示出本实施方式中的固定部件13的另一例。图4A所示的固定部件13C是光学部件16被固定后的状态，可以安装于图4B所示的半导体激光器装置102。
在图4B所示的半导体激光器装置102中，在第1电极11设置有凹部S5。与凹部S5对应地，在图4A所示的固定部件13C可以设置向与射出方向相反的方向突出的突出面(凸部)S6。通过经由粘接树脂将第1电极11的凹部S5和固定部件的突出面S6粘接，来固定半导体激光器装置中的固定部件(光学部件)的位置。
以下，对本实施方式涉及的半导体激光器装置的构成要素详细地进行说明。然而，本公开不限定于下述的结构。
(半导体激光二极管(LD))
LD15生成激光。LD15例如是呈芯片形状的LD芯片。作为LD芯片，优选使用端面发光型(EEL：Edge Emitting Laser)的LD芯片。在端面发光型的LD芯片中，例如在芯片内与基板面平行地形成有长条的条形状的光谐振器。谐振器的长边方向上的一个端面被高反射率的膜覆盖以使得光几乎被反射。另一方面，谐振器的长边方向上的另一端面也被高反射率的膜覆盖，但反射率小于设置在一个端面的反射膜。由此，通过来自两端面的反射被放大，相位一致的激光光束从另一端面被射出。
在LD芯片内设置有多个谐振器的情况下，激光光束可以从另一端面的多个部位射出。在该情况下，LD可以具有多个发光点。发光点可以沿着作为谐振器的另一端面的芯片的端面一维地对齐。
另外，在图2中，例示了LD1 5具有3个发光点的情况，本公开不限定于发光点的数量。
(固定部件)
固定部件13也被称为支架块，对光学部件16进行固定。例如，光学部件16可以使用UV固化树脂等粘接材料来通过粘接而安装在固定部件13。固定部件13的材质例如是石英玻璃。
(粘接层)
粘接层14例如是UV固化树脂等树脂材料。粘接层14的厚度例如也可以是5μm～200μm。只要粘接层14的厚度是5μm以上，则能够经由粘接层14来将固定有光学部件16的固定部件13以充分的强度安装于第1电极11。此外，通过将粘接层14的厚度设为200μm以下，能够高精度地进行固定部件13相对于第1电极11的定位。粘接层14的厚度也可以是70μm～120μm。
另外，粘接层14的厚度是指平均的厚度。
粘接层14也可以在突出面S2或侧面S3中，一维地或二维地设置在多个部位。
(光学部件)
光学部件16例如包括准直透镜16a。
从LD15射出的激光随着传播而扩散，光束宽度扩展。准直透镜16a沿给定的第1方向将从LD15射出的激光平行光化。即，准直透镜16a对从LD15射出的激光的第1方向上的光束宽度的放大进行抑制，将激光平行光化，以使得第1方向上的光束宽度成为大致一定。第1方向也可以是光束宽度的扩展变得最大的方向。
第1方向例如是与LD芯片的基板面垂直的方向。与LD芯片的基板面垂直的方向一般可以是从LD芯片发出的激光的快轴的方向。相对于此，与LD芯片的基板面平行且沿着射出光的端面的方向一般可以是从LD芯片发出的激光的慢轴的方向。
光学部件16也可以包括使透过了准直透镜16a的激光旋转的旋转元件16b。另外，在上述中，所谓“使光旋转”，是指使与指光(光束)的传播方向垂直的面中的剖面形状旋转。
在LD15是具有多个发光点的LD芯片的情况下，生成以及射出与发光点对应的多个激光，随着传播而扩散，并且光束宽度扩展。在准直透镜16a例如在与LD芯片的基板面垂直的方向(第1方向)中将激光平行光化的情况下，经由准直透镜16a后的激光的与基板面垂直的方向的光束宽度成为大致一定，但与基板面平行且沿着端面的方向(即，多个发光点的对齐方向)的光束宽度处于扩展的状态不变。即，通过准直透镜16a后的激光的光束形状可以是以第1方向为短轴的扁平的形状(例如，椭圆或方形)。
旋转元件16b例如针对发光点不同的激光各自，使椭圆形状的光束旋转，以使得椭圆形状的光束的长轴方向与基板面的夹角接近于直角(短轴方向与基板面的夹角接近于0°)。例如，在第1方向是与LD芯片的基板面垂直的方向的情况下，激光可以由旋转元件16b旋转90°。由此，各个激光光束的剖面形状旋转，以使得降低发光点不同的激光的光束彼此的重叠。由此，获得高输出的激光光束。
进一步地，在接近于半导体激光器装置100且从光学部件16隔开的位置，也可以配置将经由光学部件16的激光沿第2方向平行光化的另外的准直透镜。由此，可以将激光平行光化，以使得第2方向上的光束宽度成为大致一定。在光学部件16不设置旋转元件16b的情况下，第2方向与第1方向不同，例如是与第1方向垂直的方向。在光学部件16包括旋转元件16b的情况下，第2方向与由旋转元件16b旋转后的第1方向不同，例如是与旋转后的第1方向垂直的方向。在旋转元件16b使激光旋转90°的情况下，第1方向和第2方向可以是平行的。第2方向可以是从LD芯片发出的激光的慢轴的方向。
准直透镜16a例如可以使用UV固化树脂等粘接剂来粘接固定在旋转元件16b，构成准直透镜16a和旋转元件16b进行了一体化的光学部件16。在该情况下，例如可以通过将旋转元件16b固定在固定部件13来将光学部件16的整体固定在固定部件13。准直透镜16a以及旋转元件16b的材质例如可以是石英玻璃。
(第1以及第2电极)
第1电极11以及第2电极12具有向LD15供给电流并且使由于LD15的动作产生的热释放到外部的作用。第1电极11以及第2电极12例如是铜板。
在上述实施方式中，将夹持LD15的第1电极11以及第2电极12之中的相当于上部电极的第1电极11的侧面S1设为固定部件13的安装面。然而，也可以将固定部件13固定在相当于下部电极的第2电极12。在该情况下，在上述的说明中，将第1电极11和第2电极12对调。
图5示出在相当于下部电极的第2电极12固定有固定部件13的方式。如该图所示，在第2电极12形成有突起部20，在该突起部20对固定部件13进行固定。
在此，突起部20从与射出面相对的方向观察为四边形，但该垂直面具有三角形状。这是因为以下的理由。第1电极11以及第2电极12通过金属的切出加工等形成。因此，突起部与第2电极12由相同坯料形成，例如是具有导电性的铜制。然而，这是为了使由于突起部20的存在，从而第1电极11和第2电极12因半导体激光器装置100形成时的偏离等而经由该突起部20短路的担忧为最小限度的缘故。虽然在该图中为三角形状，但不限于此，只要沿着从第2电极12远离的方向，突起部20的形状在从第1电极11远离的方向上变化即可。
此外，图6A是从朝向射出面的方向观察半导体激光器装置100的主视图。图6A是未安装光学部件16的状态。在将从第2电极12朝向第1电极11的方向设为高度方向的情况下，希望发光点P距第2电极12的面U17的高度和形成在突起部20的粘接层14的位置大致相同。在图6A中，用虚线示出这些高度位置。由此，在将光学部件16安装于半导体激光器装置100时，位置调整变得容易。图6B是在图6A中安装有光学部件16的状态的图。
上述的实施方式只是本公开的一个例子，各部的具体的结构不限定于上述的具体例，当然能够在能实现本公开的作用效果的范围适当进行变更设计。
产业上的可利用性
本公开的半导体激光器装置能够与热无关地稳定地进行光学部件向半导体激光器装置的固定，所以容易高输出，并且对激光加工有用。
符号说明
100、101、102：半导体激光器装置
11：第1电极
12：第2电极
13、13A～13C：固定部件
14：粘接层
15：半导体激光二极管(LD)
16：光学部件
16a：准直透镜
16b：旋转元件
17：面U
20：突起部。

Claims (8)

1.一种半导体激光器装置，具备：
包括第1电极的第1块；
包括第2电极的第2块；
半导体激光二极管，被夹持在所述第1电极与所述第2电极之间；
光学部件，配置在来自所述半导体激光二极管的激光的射出方向侧；和
固定部件，
所述光学部件被固定在所述固定部件，
在所述第1块的所述激光射出的侧面具有凸部或凹部，
所述固定部件在所述侧面的所述凸部或所述凹部，通过粘接树脂与所述第1块固定。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中，
所述粘接树脂相比于所述激光的光迹中的包络面处于更靠所述第1块的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器装置，其中，
所述第1块的所述侧面具有所述凸部，
所述粘接树脂相比于由从所述半导体激光二极管的发光点将所述凸部的突出面上的点连结的直线之中处于所述发光点侧的直线的集合形成的假想的面，处于更靠所述第1块的一侧。
4.根据权利要求1～3中的任1项所述的半导体激光器装置，其中，
所述固定部件具有与所述第1块的所述侧面对置的主面，
所述第1块具有所述凸部，所述固定部件的所述主面具有与所述凸部对应的凹部，所述粘接树脂介于所述第1块的所述凸部与所述固定部件的所述凹部之间。
5.根据权利要求1～3中的任1项所述的半导体激光器装置，其中，
所述固定部件具有与所述第1块的所述侧面对置的主面，
所述第1块具有所述凸部，所述光学部件相比于所述固定部件的所述主面更向所述第1块侧突出。
6.根据权利要求1～3中的任1项所述的半导体激光器装置，其中，
所述第1块具有所述凹部，所述固定部件的所述主面具有与所述凹部对应的凸部，所述粘接树脂介于所述第1块的所述凹部与所述固定部件的所述凸部之间。
7.根据权利要求1～6中的任1项所述的半导体激光器装置，其中，
所述固定部件和所述第1块的粘接面与所述射出方向垂直。
8.根据权利要求1～7中的任1项所述的半导体激光器装置，其中，
所述粘接树脂是紫外线固化树脂。
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