JP2002305346A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着剤を利用して焦点レンズを固定させる場
合に、レーザ光の焦点ズレを適切に防止して、レーザ光
の長期的な安定を確保するようにした半導体レーザ装置
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ装置１は、ハウジング２の
前面２ａからレンズホルダ１０の先端部分を突出させ、
レンズホルダ１０の先端部分を略球面形状に形成してい
るので、半導体レーザアレイ３に対する集光レンズ９の
位置合せを行う際、集光レンズ９の背面９ａをレンズホ
ルダ１０の球面に押当てながら、その調整作業を行うこ
とができ、その結果として、集光レンズ９の位置合せ調
整が容易になる。さらに、集光レンズ９の背面９ａとレ
ンズホルダ１０の頂部とを当接させた状態において、レ
ンズホルダ１０の球面状先端部分と集光レンズ９の背面
９ａとの間に形成した隙間内に接着剤Ｓが充填されるこ
とになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定レーザの励起
や微細加工処理等の光源として利用される半導体レーザ
装置及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から一般的に利用されているこの種
の半導体レーザ装置１００は、図７及び図８に示すよう
に、直方体形状の金属製ハウジング１０５を有し、この
ハウジング１０５内には縦方向に複数段（３段）積層し
た半導体レーザアレイ１０１が収容され、各半導体レー
ザアレイ１０１の出射面１０１ａ上には複数のレーザ出
射点が設けられている。また、１個の半導体レーザアレ
イ１０１は、その上面及び下面をカバープレート１０２
及びサブマウントベース１０３で挟み込み、この状態で
半導体レーザアレイ１０１はヒートシンク１０４に配置
されている。そして、このようなサンドイッチ構造の半
導体レーザアレイ１０１を一ユニットとして構成させ、
これをハウジング１０５内で積層させることによって、
多段の半導体レーザ装置１００が構成される。また、半
導体レーザアレイ１０１からのレーザ光を集光させる目
的で、半導体レーザアレイ１０１の前方に集光レンズ１
０６を配置させる必要がある。そこで、所定の調整治具
によって、出射面１０１ａの前方で集光レンズ１０６の
位置合せを行いながら、集光レンズ１０６の両端をハウ
ジング１０５の前面１０５ａに接着剤Ｐを介して固定さ
せる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の半導体レーザ装置及びその製造方法には、次の
ような課題が存在している。すなわち、接着剤Ｐをハウ
ジング１０５の前面１０５ａの所定箇所に塗布した状態
で、集光レンズ１０６の裏面をその接着剤Ｐに押し付け
て、集光レンズ１０６をハウジング１０５に貼付け固定
させると、集光レンズ１０６の背面とハウジング１０５
の前面との間に介在させた接着剤Ｐが硬化収縮するにつ
れて、集光レンズ１０６が位置ズレを起こす。すなわ
ち、レーザ光の焦点位置は時間の経過につれて徐々に変
化することになる。このような焦点ズレは、半導体レー
ザ装置１００内でミクロンオーダの精度をもって集光レ
ンズ１０６が位置合せれる場合に問題となる。

【０００４】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、特に、接着剤を利用して焦点レンズを固
定させる場合に、レーザ光の焦点ズレを適切に防止し
て、レーザ光の長期的な安定を確保するようにした半導
体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ装置は、複数のレーザ出射点を出射面上で長手方向に
配列させた半導体レーザアレイと、半導体レーザアレイ
を収容するハウジングと、半導体レーザアレイの出射面
に対峙して配置させると共に、半導体レーザアレイの長
手方向に沿って延在する集光レンズと、ハウジングの前
面から先端部分を前方に向けて突出させて、集光レンズ
の両端部を支持する一対のレンズホルダとを備え、各レ
ンズホルダの先端部分を略球面に形成し、集光レンズの
背面にレンズホルダの頂部を当接させた状態で、レンズ
ホルダの球面状先端部分と集光レンズの背面との間に接
着剤を充填したことを特徴とする。

【０００６】この半導体レーザ装置では、ハウジングの
前面からレンズホルダの先端部分を突出させ、レンズホ
ルダの先端部分を略球面形状に形成しているので、半導
体レーザアレイに対する集光レンズの位置合せを行う
際、集光レンズの背面をレンズホルダの球面に押当てな
がら、その調整作業を行うことができ、その結果とし
て、集光レンズの位置合せ調整が容易になる。さらに、
集光レンズの背面とレンズホルダの頂部とを当接させた
状態において、レンズホルダの球面状先端部分と集光レ
ンズの背面との間に形成した隙間内に接着剤が充填され
ることになるので、接着剤は集光レンズの背面がレンズ
ホルダの頂部に当接させた状態で収縮硬化することにな
り、硬化前に位置合せが行われた集光レンズが硬化後で
も位置ズレを起こし難い。よって、半導体レーザアレイ
に対し集光レンズがミクロンオーダの精度をもって位置
合せされている場合でも、接着剤の収縮硬化の影響を極
めて少なくすることができる。したがって、長期に亙っ
て少しずつ収縮硬化を続けるような接着剤を利用する場
合でも、レーザ光の焦点位置を長期に亙って安定して確
保することができる。

【０００７】また、ハウジングには、レンズホルダを差
し込む挿入孔が形成され、挿入孔を形成する壁面とレン
ズホルダの外面との間に接着剤を充填すると好適であ
る。この場合、レンズホルダは、ハウジングに形成した
挿入孔内に差し込まれるものであるため、別部品として
設計変更が容易であり、このレンズホルダは、集光レン
ズの位置調整後において、接着剤を介して挿入孔内で固
定されることになる。

【０００８】また、挿入孔は、レンズホルダの後端を付
勢させるための圧縮バネを配置させるバネ収容孔である
と好適である。このような構成を採用した場合、集光レ
ンズの前後方向の位置合せ時において、バネ収容孔内に
挿入した圧縮バネが利用され、集光レンズの前後方向の
位置合せが容易になる。なお、圧縮バネは、集光レンズ
の位置合せ調整時に利用されるものであり、装置製造後
は不要となるため、製品出荷時に取り除かれる場合もあ
る。

【０００９】また、接着剤は、紫外線硬化樹脂であると
好適である。紫外線硬化樹脂は、長期に亙って少しずつ
収縮硬化を続けるような接着剤であり、本発明の構成を
利用するのに適した接着剤といえる。

【００１０】また、レンズホルダを紫外線透過材料で形
成させると好適である。これによって、紫外線がレンズ
ホルダを透過することができる。従って、レンズホルダ
の先端部分に塗布した紫外線硬化樹脂は勿論のこと，挿
入孔内の紫外線硬化樹脂にも紫外線をムラなく照射させ
ることができる。よって、接着剤硬化が促進され、組立
て作業効率の向上が図られると同時に、短時間で確実に
接着剤を硬化させることができる。

【００１１】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法
は、半導体レーザアレイを収容したハウジングの前面か
らレンズホルダの先端部分を突出させる工程と、レンズ
ホルダの後端を圧縮バネで付勢させる工程と、半導体レ
ーザアレイの出射面に対峙して集光レンズを配置させる
にあたって、圧縮バネのバネ力に抗して、レンズホルダ
の頂部に集光レンズの背面を押し当てる工程と、レンズ
ホルダの先端部分と集光レンズの背面との間に接着剤を
充填させる工程とを備えたことを特徴とする。

【００１２】この方法では、レンズホルダの後端を圧縮
バネで付勢させた状態をもって、ハウジングの前面から
レンズホルダの先端部分を突出させ、その先端部分に集
光レンズの背面を押し付けながら、集光レンズの位置合
せ調整が行われる。このとき、圧縮バネのバネ力を利用
しながら集光レンズの前後方向の位置合せができるの
で、その調整作業が容易になる。そして、その調整後、
レンズホルダの先端部分と集光レンズの背面との間に接
着剤を充填させることによって、半導体レーザアレイの
前方の所定の位置で、集光レンズはレンズホルダを介し
てハウジングに固定されることになる。この製造方法に
よって製造させた製品は、レーザ光の焦点ズレが適切に
防止され、レーザ光の長期的な安定が確保されることに
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明に
係る半導体レーザ装置の好適な実施形態について詳細に
説明する。

【００１４】図１及び図２に示すように、半導体レーザ
装置１は、直方体形状の金属（例えば、真鍮、銅又はア
ルミ）からなるハウジング２を有し、このハウジング２
内には、縦方向に複数段積層させた半導体レーザアレイ
３を有し、各半導体レーザアレイ３の出射面４上には、
長手方向に沿って多数のレーザ出射点３ａを一直線上に
配列させている。各半導体レーザアレイ３は、ＧａＡｓ
等からなる化合物半導体から構成されており、発光領域
の大きさが１００μｍ×２μｍ程度のレーザ出射点３ａ
を有している。

【００１５】また、１個の半導体レーザアレイ３の上面
及び下面には、カバープレート６及びサブマウントベー
ス７がハンダ付けによって上下から挟み込むようにそれ
ぞれ接合され、この状態で半導体レーザアレイ３をヒー
トシンク８上に搭載させる。このカバープレート６及び
サブマウントベース７は、熱伝導性に優れた材質で形成
され、ヒートシンク８の内部には水路（図示せず）が形
成され、この水路内で冷却水を循環させることによっ
て、半導体レーザアレイ３の冷却効率を高めている。更
に、このようなサンドイッチ構造の半導体レーザアレイ
３を一ユニットとして構成させ、これをハウジング２内
で積層させることによって、多段（図１及び図２では３
段）の半導体レーザ装置１を構成させる。

【００１６】さらに、半導体レーザアレイ３の出射点３
ａからの光は拡散光であるから、このレーザ光を集光さ
せる目的で、集光レンズの一例であるマイクロレンズ９
を半導体レーザアレイ３の出射面４に対峙して配置させ
る。このマイクロレンズ９は、半導体レーザアレイ３の
長手方向に沿って延在すると共に、半導体レーザアレイ
３の出射面４に一対一の対応関係をもって配置させてい
る。このとき、マイクロレンズ９と半導体レーザアレイ
３の出射面３ａとの位置合せが必要である。そこで、マ
イクロレンズ９から放出させたレーザ光をモニターしな
がら、マイクロレンズ９は、微動台と呼ばれる所定の調
整治具によって位置調整がなされる。

【００１７】更に、図１〜図４に示すように、半導体レ
ーザ装置１は、マイクロレンズ９を保持させる透明ガラ
ス製のロッド状レンズホルダ１０を有し、このレンズホ
ルダ１０の先端部分は、ハウジング２の前面２ａから前
方に向けて突出させている。レンズホルダ１０は、直径
１ｍｍ程度で長さ５ｍｍ程度のものであり、各半導体レ
ーザアレイ３の両側方に配置させ、半導体レーザアレイ
３を挟むようにして２本で一対をなす。

【００１８】各半導体レーザアレイ３の両側方におい
て、ハウジング２には、ロッド状のレンズホルダ１０を
差し込むために水平方向に貫通する挿入孔１１が形成さ
れている。そして、各挿入孔１１内には、レンズホルダ
１０の後側が挿入され、挿入孔１１を形成する壁面とレ
ンズホルダ１０の外面との間に接着剤（例えば紫外線硬
化樹脂）Ｒが充填されることで、ハウジング２に対して
レンズホルダ１０を固定させることができる。更に、ハ
ウジング２の前面２ａから突出させ得る各レンズホルダ
１０の先端部分は、略球面に形成され、この先端部分の
頂部を、マイクロレンズ９の両端側の背面９ａに当接さ
せる。

【００１９】更に、ハウジング２を貫通する各挿入孔１
１は、レンズホルダ１０の後端を付勢させるための圧縮
バネ１２の配置にも利用されるバネ収容孔１３である。
また、各バネ収容孔１３の後端には着脱自在なネジ蓋１
４が装着され、各圧縮バネ１２は、バネ収容孔１３内で
レンズホルダ１０とネジ蓋１４との間に配置され、レン
ズホルダ１０の前後方向の位置合せを可能にするもので
ある。そして、各ネジ蓋１４の採用によって、半導体レ
ーザ装置１の組立て完了後に、圧縮バネ１２を抜き取り
易くしている。

【００２０】このように、レンズホルダ１０の先端部分
は、略球面形状をもって、ハウジング２の前面２ａから
突出させる。よって、半導体レーザアレイ３に対するマ
イクロレンズ９の位置合せを行う際、圧縮バネ１２によ
って、マイクロレンズ９の前後方向の位置合せが可能に
なり、マイクロレンズ９の背面９ａをレンズホルダ１０
の球面に押当てながらのミクロンオーダの調整作業が極
めて容易になる。

【００２１】さらに、マイクロレンズ９の位置調整完了
後において、マイクロレンズ９の背面９ａとレンズホル
ダ１０の頂部とを当接させた状態を維持しながら、レン
ズホルダ１０の球面状先端部分とマイクロレンズ９の背
面９ａとの間に形成した隙間内に接着剤（例えば、紫外
線硬化樹脂）Ｓを充填する（図６参照）。これにより、
少量の接着剤Ｓでも、マイクロレンズ９をレンズホルダ
１０に接着固定させることができる。そして、接着剤Ｓ
は、マイクロレンズ９の背面９ａがレンズホルダ１０の
頂部に当接させた状態で収縮硬化することになるので、
硬化前に位置合せが行われたマイクロレンズ９は硬化後
でも位置ズレが起き難くなっている。

【００２２】よって、ミクロンオーダの精度をもってマ
イクロレンズ９の位置合せがなされる場合でも、接着剤
Ｓの収縮硬化の影響を極めて少なくすることが可能とな
る。したがって、紫外線硬化樹脂など長期に亙って少し
ずつ収縮硬化を続けるような接着剤Ｓを利用してマイク
ロレンズ９を固定させる場合でも、レンズホルダ１０の
採用によって、レーザ光の焦点位置が長期に亙って安定
して確保されることになる。

【００２３】なお、接着剤Ｓ，Ｒに紫外線硬化樹脂が利
用される場合、レンズホルダ１０を紫外線透過材料（例
えば、ガラスやプラスチックス）で形成させると、レン
ズホルダ１０を透過した紫外線によって、外部に露出し
た接着剤Ｓは勿論のこと，挿入孔１１内の接着剤Ｒにも
ムラなく紫外線を照射させることができる。従って、接
着剤Ｓ，Ｒの硬化を促進させ、装置１の組立て作業効率
の向上が図られると同時に、短時間で確実に接着剤を硬
化させることができる。

【００２４】次に、半導体レーザ装置１の製造の手順に
ついて説明する。

【００２５】先ず、１個の半導体レーザアレイ３の上面
及び下面には、カバープレート６及びサブマウントベー
ス７がハンダ付けによって上下から挟み込むようにして
接合され、この状態で半導体レーザアレイ３をヒートシ
ンク８に搭載させている。そして、このようなサンドイ
ッチ構造の半導体レーザアレイ３を一ユニットとして構
成させ、三ユニットの半導体レーザアレイ３をハウジン
グ２内に一体に組み込む。

【００２６】その後、図１，図３及び図５に示すよう
に、ハウジング２の後面２ｂ側から６個の各バネ収容孔
１３内に圧縮バネ１２を挿入して、各バネ収容孔１３の
後端にネジ蓋１４を装着する。その後、６本全てのレン
ズホルダ１０の胴の部分の表面に紫外線硬化樹脂Ｒを塗
布し、その状態で、ハウジング２の前面２ａ側から６個
の各挿入孔１１内にレンズホルダ１０を挿入させ、各レ
ンズホルダ１０の後端を各圧縮バネ１２に当接させ、レ
ンズホルダ１０の略球面状の先端部分を外部に露出させ
る。

【００２７】その後、微動台と呼ばれる所定の調整治具
によってマイクロレンズ９を挟んで、レンズホルダ１０
の頂部にマイクロレンズ９の背面９ａを前方から押し当
てる。この状態で、マイクロレンズ９から放出させたレ
ーザ光をモニターしながら、マイクロレンズ９は調整治
具によって位置調整がなされる。このとき、図６に示す
ように、マイクロレンズ９は、レンズホルダ１０の球面
状の先端部分に沿うように移動させることができる。そ
して、レンズホルダ１０の後端は圧縮バネ１２で付勢さ
せた状態になっているので、レンズホルダ１０の先端部
分にマイクロレンズ９の背面９ａを押し付けながら、マ
イクロレンズ９の前後方向の位置合せを行うことができ
る。

【００２８】この位置調整が完了した後、レンズホルダ
１０の先端部分とマイクロレンズ９の背面９ａとの間に
紫外線硬化樹脂Ｓを充填させる。その後、紫外線を照射
しながら接着剤Ｓ，Ｒを硬化させる。このとき、レンズ
ホルダ１０は、ガラス等の紫外線透過材料で形成されて
いるので、レンズホルダ１０を透過した紫外線によっ
て、外部に露出した接着剤Ｓは勿論のこと，挿入孔１１
内の接着剤Ｒにもムラなく紫外線を照射させることがで
きる。

【００２９】そして、紫外線硬化樹脂Ｓ，Ｒがある程度
硬化した時点で、ネジ蓋１４を外して圧縮バネ１２をハ
ウジング２から取り出し、バネ収容孔１３の後方からも
紫外線を照射させ、挿入孔１１内の紫外線硬化樹脂Ｒを
更に硬化させる。このようにして、マイクロレンズ９
は、半導体レーザアレイ３の前方の所定の位置でレンズ
ホルダ１０を介して確実に固定されることになる。この
製造方法によって製造された装置１は、レーザ光の焦点
ズレが適切に防止され、レーザ光の長期的な安定が確保
される。なお、製品において、圧縮バネ１２は抜き取ら
れて出荷される場合もある。

【００３０】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではなく、例えば、集光レンズ９としては、マイク
ロレンズに限られずロッドレンズであってもよい。接着
剤としては、紫外線硬化樹脂に限られず、例えば、エポ
キシ樹脂とポリチオール樹脂とを混合して利用する二液
性の接着剤であってもよい。また、バネ収容孔１３は貫
通孔でなくてもよい。なお、半導体レーザアレイ３は、
３段に限定されず１段であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明による半導体レーザ装置は、以上
のように構成されているため、次のような効果を得る。
すなわち、複数のレーザ出射点を出射面上で長手方向に
配列させた半導体レーザアレイと、半導体レーザアレイ
を収容するハウジングと、半導体レーザアレイの出射面
に対峙して配置させると共に、半導体レーザアレイの長
手方向に沿って延在する集光レンズと、ハウジングの前
面から先端部分を前方に向けて突出させて、集光レンズ
の両端部を支持する一対のレンズホルダとを備え、各レ
ンズホルダの先端部分を略球面に形成し、集光レンズの
背面にレンズホルダの頂部を当接させた状態で、レンズ
ホルダの球面状先端部分と集光レンズの背面との間に接
着剤を充填したことにより、接着剤を利用して焦点レン
ズを固定させる場合に、レーザ光の焦点ズレを適切に防
止して、レーザ光の長期的な安定を確保することができ
る。

【００３２】また、本発明による半導体レーザ装置の製
造方法は、半導体レーザアレイを収容したハウジングの
前面からレンズホルダの先端部分を突出させる工程と、
レンズホルダの後端を圧縮バネで付勢させる工程と、半
導体レーザアレイの出射面に対峙して集光レンズを配置
させるにあたって、圧縮バネのバネ力に抗して、レンズ
ホルダの頂部に集光レンズの背面を押し当てる工程と、
レンズホルダの先端部分と集光レンズの背面との間に接
着剤を充填させる工程とを備えたことにより、接着剤を
利用して焦点レンズを固定させる場合に、レーザ光の焦
点ズレを適切に防止して、レーザ光の長期的な安定を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の一実施形態を
示す分解斜視図である。

【図２】図１に示した半導体レーザ装置の側面図であ
る。

【図３】図２に示した半導体レーザ装置の断面図であ
る。

【図４】図３の要部拡大断面図である。

【図５】レンズホルダの先端にマイクロレンズを当接さ
せる前の状態を示す断面図である。

【図６】レンズホルダの先端にマイクロレンズを当接さ
せた状態を示す断面図である。

【図７】従来の半導体レーザ装置を示す分解斜視図であ
る。

【図８】図７に示した半導体レーザ装置の側面図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体レーザ装置、２…ハウジング、２ａ…ハウジ
ングの前面、３…半導体レーザアレイ、３ａ…レーザ出
射点、４…出射面、９…マイクロレンズ（集光レン
ズ）、９ａ…集光レンズの背面、１０…レンズホルダ、
１１…挿入孔、１２…圧縮バネ、１３…バネ収容孔、
Ｓ，Ｒ…接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AB29 EA15 FA08 FA23

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレーザ出射点を出射面上で長手方
   向に配列させた半導体レーザアレイと、 前記半導体レーザアレイを収容するハウジングと、 前記半導体レーザアレイの前記出射面に対峙して配置さ
   せると共に、前記半導体レーザアレイの長手方向に沿っ
   て延在する集光レンズと、 前記ハウジングの前面から先端部分を前方に向けて突出
   させて、前記集光レンズの両端部を支持する一対のレン
   ズホルダとを備え、 前記各レンズホルダの前記先端部分を略球面に形成し、
   前記集光レンズの背面に前記レンズホルダの頂部を当接
   させた状態で、前記レンズホルダの前記球面状先端部分
   と前記集光レンズの前記背面との間に接着剤を充填した
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記ハウジングには、前記レンズホルダ
   を差し込む挿入孔が形成され、前記挿入孔を形成する壁
   面と前記レンズホルダの外面との間に接着剤を充填した
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記挿入孔は、前記レンズホルダの後端
   を付勢させるための圧縮バネを配置させるバネ収容孔で
   あることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装
   置。
4. 【請求項４】 前記接着剤は、紫外線硬化樹脂であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導
   体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記レンズホルダを紫外線透過材料で形
   成させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項
   記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 半導体レーザアレイを収容したハウジン
   グの前面からレンズホルダの先端部分を突出させる工程
   と、 前記レンズホルダの後端を圧縮バネで付勢させる工程
   と、 前記半導体レーザアレイの出射面に対峙して集光レンズ
   を配置させるにあたって、前記圧縮バネのバネ力に抗し
   て、前記レンズホルダの頂部に前記集光レンズの背面を
   押し当てる工程と、 前記レンズホルダの前記先端部分と前記集光レンズの前
   記背面との間に接着剤を充填させる工程とを備えたこと
   を特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。