JP2003156774A - 短波長レーザー光源 - Google Patents
短波長レーザー光源Info
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- JP2003156774A JP2003156774A JP2001354433A JP2001354433A JP2003156774A JP 2003156774 A JP2003156774 A JP 2003156774A JP 2001354433 A JP2001354433 A JP 2001354433A JP 2001354433 A JP2001354433 A JP 2001354433A JP 2003156774 A JP2003156774 A JP 2003156774A
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- light source
- laser light
- fixing material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザー素子から発生する熱を光導波
路型波長変換素子に極力伝わらないようにし、高出力か
つ安定な動作をする短波長レーザー光源を提供する。 【解決手段】 サブマウント３上に半導体レーザー素子
６と光導波路型波長変換素子７とを備える。半導体レー
ザー素子６から放射された基本波Ｐ１が光導波路型波長
変換素子７に入射するようにする。サブマウント３は固
着材２ｃを介してヒートシンク１に、光導波路型波長変
換素子７は固着材２ｂを介してサブマウント３に、半導
体レーザー素子６は固着材２ａを介してサブマウント３
にそれぞれ固着されている。固着材２ｃの熱伝導率をΑ
1、固着材２ｂの熱伝導率をΑ2、固着材２ａの熱伝導率
をΑ3としたとき、Α2＜Α1≦Α3［単位：Ｗ／ｍ・Ｋ］
の関係を満たす。
路型波長変換素子に極力伝わらないようにし、高出力か
つ安定な動作をする短波長レーザー光源を提供する。 【解決手段】 サブマウント３上に半導体レーザー素子
６と光導波路型波長変換素子７とを備える。半導体レー
ザー素子６から放射された基本波Ｐ１が光導波路型波長
変換素子７に入射するようにする。サブマウント３は固
着材２ｃを介してヒートシンク１に、光導波路型波長変
換素子７は固着材２ｂを介してサブマウント３に、半導
体レーザー素子６は固着材２ａを介してサブマウント３
にそれぞれ固着されている。固着材２ｃの熱伝導率をΑ
1、固着材２ｂの熱伝導率をΑ2、固着材２ａの熱伝導率
をΑ3としたとき、Α2＜Α1≦Α3［単位：Ｗ／ｍ・Ｋ］
の関係を満たす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、短波長レーザー光
源に関するものであり、詳しくは、ヒートシンク上に半
導体レーザー素子と光導波路型波長変換素子とを備え、
前記半導体レーザー素子から放射された基本波が前記光
導波路型波長変換素子に入射するようにした短波長レー
ザー光源に関する。
源に関するものであり、詳しくは、ヒートシンク上に半
導体レーザー素子と光導波路型波長変換素子とを備え、
前記半導体レーザー素子から放射された基本波が前記光
導波路型波長変換素子に入射するようにした短波長レー
ザー光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザー素子には、いわゆるファ
ブリーペロー型レーザー素子とＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂ
ｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザー
素子がある。このような半導体レーザー素子と光導波路
型波長変換素子とから構成される短波長レーザー光源
は、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉ
ｓｋ）のレーザーピックアップ部等に用いられている。
この光導波路型波長変換素子は、内部に基本波等の光を
通す光導波路と、分極反転の原理より基本波の波長を変
換する分極反転層とから構成される。
ブリーペロー型レーザー素子とＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂ
ｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザー
素子がある。このような半導体レーザー素子と光導波路
型波長変換素子とから構成される短波長レーザー光源
は、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉ
ｓｋ）のレーザーピックアップ部等に用いられている。
この光導波路型波長変換素子は、内部に基本波等の光を
通す光導波路と、分極反転の原理より基本波の波長を変
換する分極反転層とから構成される。
【０００３】こうした短波長レーザー光源では、半導体
レーザー素子から光導波路型波長変換素子に入射する基
本波がいわゆる擬似位相整合をすることが必要となる
が、半導体レーザー素子から発生する熱によって光導波
路型波長変換素子の一部において、機械的変形が生じた
り、光学的な屈折率に変化をきたすと、該当部分で擬似
位相整合がとれなくなり、レーザーの出力低下の原因と
なる。したがって、光源の動作時に光導波路型波長変換
素子の温度上昇をおさえ、なおかつその温度分布を均一
にすることが重要となる。具体的には、高調波レーザー
の出力を安定、かつ、最大限に得るため、光導波路型波
長変換素子における局部的な温度上昇を３℃以下に抑え
ることが必要となる。
レーザー素子から光導波路型波長変換素子に入射する基
本波がいわゆる擬似位相整合をすることが必要となる
が、半導体レーザー素子から発生する熱によって光導波
路型波長変換素子の一部において、機械的変形が生じた
り、光学的な屈折率に変化をきたすと、該当部分で擬似
位相整合がとれなくなり、レーザーの出力低下の原因と
なる。したがって、光源の動作時に光導波路型波長変換
素子の温度上昇をおさえ、なおかつその温度分布を均一
にすることが重要となる。具体的には、高調波レーザー
の出力を安定、かつ、最大限に得るため、光導波路型波
長変換素子における局部的な温度上昇を３℃以下に抑え
ることが必要となる。
【０００４】これに対して、特開平６−３３８６５０号
公報には、サブマウントを短くして光導波路型波長変換
素子を浮かせ、分極反転層の直下領域には実質的にサブ
マウントが存在しない状態とすることにより、また、特
開２００１−４２３７３号公報には、半導体レーザー素
子と分極反転層との離間距離をサブマウントの厚さ以上
とすることにより、それぞれ半導体レーザー素子から光
導波路型波長変換素子、特に分極反転層に伝わる熱を低
減する方法が開示されている。
公報には、サブマウントを短くして光導波路型波長変換
素子を浮かせ、分極反転層の直下領域には実質的にサブ
マウントが存在しない状態とすることにより、また、特
開２００１−４２３７３号公報には、半導体レーザー素
子と分極反転層との離間距離をサブマウントの厚さ以上
とすることにより、それぞれ半導体レーザー素子から光
導波路型波長変換素子、特に分極反転層に伝わる熱を低
減する方法が開示されている。
【０００５】また、半導体レーザー素子の放熱を促すた
めに、半導体レーザー素子をサブマウントに固着する固
着材に、熱伝導性の大きいアルミニウムやアルミナをフ
ィラー用いた、いわゆる熱伝導性接着剤が一般に用いら
れている（「接着技術のはなし」［柳原栄一著、日本実
業出版社１９９７］、３８頁）。
めに、半導体レーザー素子をサブマウントに固着する固
着材に、熱伝導性の大きいアルミニウムやアルミナをフ
ィラー用いた、いわゆる熱伝導性接着剤が一般に用いら
れている（「接着技術のはなし」［柳原栄一著、日本実
業出版社１９９７］、３８頁）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら技術に
よっては、半導体レーザー素子から発生する熱を十分に
遮断できておらず、光導波路型波長変換素子の分極反転
層が熱膨張により変形したり、素子の屈折率が部分的に
変化して、前述した擬似位相整合がとれない部分が発生
し、基本波の位相整合波長にズレが生じて高調波への変
換効率が低下していた。
よっては、半導体レーザー素子から発生する熱を十分に
遮断できておらず、光導波路型波長変換素子の分極反転
層が熱膨張により変形したり、素子の屈折率が部分的に
変化して、前述した擬似位相整合がとれない部分が発生
し、基本波の位相整合波長にズレが生じて高調波への変
換効率が低下していた。
【０００７】本発明は、半導体レーザー素子から発生す
る熱が光導波路型波長変換素子に極力伝わらないように
することによって、上述した問題を解決し、高出力かつ
安定な動作をする短波長レーザー光源を提供することを
目的とする。
る熱が光導波路型波長変換素子に極力伝わらないように
することによって、上述した問題を解決し、高出力かつ
安定な動作をする短波長レーザー光源を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の短波長レーザー光源においては、サブマウ
ント上に半導体レーザー素子と光導波路型波長変換素子
とを備える。また、半導体レーザー素子から放射された
基本波が光導波路型波長変換素子に入射するようにす
る。ここで、サブマウントは第一の固着材を介してヒー
トシンクに、光導波路型波長変換素子は第二の固着材を
介してサブマウントに、半導体レーザー素子は第三の固
着材を介してサブマウントにそれぞれ固着されている。
第一の固着材の熱伝導率をΑ1、第二の固着材の熱伝導
率をΑ2、第三の固着材の熱伝導率をΑ3としたとき、Α
2＜Α1≦Α3［単位：Ｗ／ｍ・Ｋ］の関係を満たす。
に、本発明の短波長レーザー光源においては、サブマウ
ント上に半導体レーザー素子と光導波路型波長変換素子
とを備える。また、半導体レーザー素子から放射された
基本波が光導波路型波長変換素子に入射するようにす
る。ここで、サブマウントは第一の固着材を介してヒー
トシンクに、光導波路型波長変換素子は第二の固着材を
介してサブマウントに、半導体レーザー素子は第三の固
着材を介してサブマウントにそれぞれ固着されている。
第一の固着材の熱伝導率をΑ1、第二の固着材の熱伝導
率をΑ2、第三の固着材の熱伝導率をΑ3としたとき、Α
2＜Α1≦Α3［単位：Ｗ／ｍ・Ｋ］の関係を満たす。
【０００９】これにより、短波長レーザー光源を容易に
組み立てることができる上、半導体レーザー素子から光
導波路型波長変換素子に伝わる熱を減らすことができ、
光導波路型波長変換素子の変形や素子の屈折率の変化が
防止され、高出力かつ安定な動作をする短波長レーザー
光源が得られる。
組み立てることができる上、半導体レーザー素子から光
導波路型波長変換素子に伝わる熱を減らすことができ、
光導波路型波長変換素子の変形や素子の屈折率の変化が
防止され、高出力かつ安定な動作をする短波長レーザー
光源が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照しながら説明する。図１に、本実施の形態
による短波長レーザー光源を示す。
て、図を参照しながら説明する。図１に、本実施の形態
による短波長レーザー光源を示す。
【００１１】図１に示す短波長レーザー光源は、主とし
て、半導体レーザー素子６（幅０．６ｍｍ、長さ１．７
ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）と光導波路型波長変換素子７
（幅０．８ｍｍ、長さ１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）とか
ら構成されている。
て、半導体レーザー素子６（幅０．６ｍｍ、長さ１．７
ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）と光導波路型波長変換素子７
（幅０．８ｍｍ、長さ１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）とか
ら構成されている。
【００１２】半導体レーザー素子６は、ＤＢＲレーザー
素子であり、ＧａＡｓ（熱伝導率：約３３Ｗ／ｍ・Ｋ）
を主要な構成材料とし、レーザー光の基本波Ｐ１を発生
する活性層５と、非活性層１１を含むものである。半導
体レーザー素子６は、固着材２ａ（厚さ３μｍ）を介し
て、平坦な形状のサブマウント３（幅２ｍｍ、長さ１４
ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）に固着されている。
素子であり、ＧａＡｓ（熱伝導率：約３３Ｗ／ｍ・Ｋ）
を主要な構成材料とし、レーザー光の基本波Ｐ１を発生
する活性層５と、非活性層１１を含むものである。半導
体レーザー素子６は、固着材２ａ（厚さ３μｍ）を介し
て、平坦な形状のサブマウント３（幅２ｍｍ、長さ１４
ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）に固着されている。
【００１３】固着材２ａは、ソルダー（ＰｂＳｎ合金）
（熱伝導率：約５１Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、サブマウン
ト３上に真空蒸着（メッキでも良い）によって形成され
ている。固着材２ａは、半導体レーザー素子６から発生
する熱を速やかに放熱する観点から、熱伝導率の大きい
各種のソルダーを使用するのが好ましい。固着材２ａに
は、ＰｂＳｎ合金の他、ＡｕＳｎ合金（熱伝導率：約１
００Ｗ／ｍ・Ｋ）やＩｎ（熱伝導率：約８７Ｗ／ｍ・
Ｋ）を使用することができる。また、固着材２ａの厚さ
は、放熱性を高めるため、０．５〜１０μｍの範囲が好
ましく、放熱性と接着性の両立を図るため、０．８〜５
μｍの範囲がより好ましい。
（熱伝導率：約５１Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、サブマウン
ト３上に真空蒸着（メッキでも良い）によって形成され
ている。固着材２ａは、半導体レーザー素子６から発生
する熱を速やかに放熱する観点から、熱伝導率の大きい
各種のソルダーを使用するのが好ましい。固着材２ａに
は、ＰｂＳｎ合金の他、ＡｕＳｎ合金（熱伝導率：約１
００Ｗ／ｍ・Ｋ）やＩｎ（熱伝導率：約８７Ｗ／ｍ・
Ｋ）を使用することができる。また、固着材２ａの厚さ
は、放熱性を高めるため、０．５〜１０μｍの範囲が好
ましく、放熱性と接着性の両立を図るため、０．８〜５
μｍの範囲がより好ましい。
【００１４】サブマウント３は、固着材２ｃ（厚さ１０
０μｍ）を介してヒートシンク１に固着されている。サ
ブマウント３は、シリコン（熱伝導率：約１７０Ｗ／ｍ
・Ｋ）からなるが、熱伝導率の大きなダイヤモンド系、
ＳｉＣ系の各種材料を用いても良い。
０μｍ）を介してヒートシンク１に固着されている。サ
ブマウント３は、シリコン（熱伝導率：約１７０Ｗ／ｍ
・Ｋ）からなるが、熱伝導率の大きなダイヤモンド系、
ＳｉＣ系の各種材料を用いても良い。
【００１５】固着材２ｃは、銀ペースト（熱伝導率：約
１０Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、ヒートシンク１上に塗布に
より形成されている。固着材２ｃには、固着材２ａと同
様、半導体レーザー素子６から発生する熱を速やかに放
熱する観点から、熱伝導率の大きい銀フィラーを高充填
した銀ペーストを使用するのが好ましい。固着材２ｃに
は、その他、熱伝導性フィラーとマトリックス材料から
なる接着剤や各種ペースト類を使用することもできる。
熱伝導性フィラーとしては、銀の他、アルミニウム、酸
化アルミニウム、銅、酸化ベリリウム等を単体、または
複数種類混合したものが使用できる。また、熱伝導性フ
ィラーの形状は、粒状が好ましいが、その他フレーク
状、棒状等でも良い。一方、マトリックス材料として
は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アク
リルウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂等の各種有機樹脂が
使用できる。中でも、耐熱性、高接着性、およびアウト
ガス量が少なく、例えば加熱減量試験値（１５０℃／２
時間）が１％以下となるエポキシ樹脂、例えば、エポテ
ック社製、商品名：Ｔシリーズ、Ｅシリーズ、Ｈシリー
ズが好ましい。また、固着材２ｃの厚さは、放熱性を高
めるため、１０〜１０００μｍの範囲が良く、硬化前の
固着材（液状）の粘度を考慮に入れれば、実用的には５
０〜２００μｍの範囲が好ましい。１０μｍ未満では十
分な接着性が確保できず、一方、１０００μｍを超える
と、厚さが過大となって、放熱性が小さくなったり、接
着性が低下したりすることがある。
１０Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、ヒートシンク１上に塗布に
より形成されている。固着材２ｃには、固着材２ａと同
様、半導体レーザー素子６から発生する熱を速やかに放
熱する観点から、熱伝導率の大きい銀フィラーを高充填
した銀ペーストを使用するのが好ましい。固着材２ｃに
は、その他、熱伝導性フィラーとマトリックス材料から
なる接着剤や各種ペースト類を使用することもできる。
熱伝導性フィラーとしては、銀の他、アルミニウム、酸
化アルミニウム、銅、酸化ベリリウム等を単体、または
複数種類混合したものが使用できる。また、熱伝導性フ
ィラーの形状は、粒状が好ましいが、その他フレーク
状、棒状等でも良い。一方、マトリックス材料として
は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アク
リルウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂等の各種有機樹脂が
使用できる。中でも、耐熱性、高接着性、およびアウト
ガス量が少なく、例えば加熱減量試験値（１５０℃／２
時間）が１％以下となるエポキシ樹脂、例えば、エポテ
ック社製、商品名：Ｔシリーズ、Ｅシリーズ、Ｈシリー
ズが好ましい。また、固着材２ｃの厚さは、放熱性を高
めるため、１０〜１０００μｍの範囲が良く、硬化前の
固着材（液状）の粘度を考慮に入れれば、実用的には５
０〜２００μｍの範囲が好ましい。１０μｍ未満では十
分な接着性が確保できず、一方、１０００μｍを超える
と、厚さが過大となって、放熱性が小さくなったり、接
着性が低下したりすることがある。
【００１６】なお、固着材２ｃ、２ａの熱伝導率をそれ
ぞれΑ1、Α3（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、Α1≦Α3である
ことが必要であり、好ましくはΑ1≦Α3―３８の関係を
満たすのが良い。Α1＞Α3であると、光導波路型波長変
換素子７に熱が伝わり易くなりレーザーの出力低下の原
因となることがある他、実用的な材料を選択する幅が狭
められ、好ましくない。
ぞれΑ1、Α3（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、Α1≦Α3である
ことが必要であり、好ましくはΑ1≦Α3―３８の関係を
満たすのが良い。Α1＞Α3であると、光導波路型波長変
換素子７に熱が伝わり易くなりレーザーの出力低下の原
因となることがある他、実用的な材料を選択する幅が狭
められ、好ましくない。
【００１７】ヒートシンク１は、銅（熱伝導率：約４０
１Ｗ／ｍ・Ｋ）からなるが、その他ＦｅＮｉ合金系のい
わゆる４２アロイ等を用いることもできる。また、ヒー
トシンク１の厚さは、放熱性を高めるために０．１〜２
ｍｍの範囲が良いが、さらに堅牢性をもたせるために１
〜２ｍｍの範囲としても良い。また、ヒートシンク１の
底面はペルチェ素子を付加することによって恒温状態と
しており、ここでは２５℃の一定温度に保持している。
１Ｗ／ｍ・Ｋ）からなるが、その他ＦｅＮｉ合金系のい
わゆる４２アロイ等を用いることもできる。また、ヒー
トシンク１の厚さは、放熱性を高めるために０．１〜２
ｍｍの範囲が良いが、さらに堅牢性をもたせるために１
〜２ｍｍの範囲としても良い。また、ヒートシンク１の
底面はペルチェ素子を付加することによって恒温状態と
しており、ここでは２５℃の一定温度に保持している。
【００１８】光導波路型波長変換素子７は、ＬｉＮｂＯ
3にＭｇＯがドープされた結晶からなる基板１８、基板
１８内で結晶の自発分極の向きが反転した分極反転層
８、複数の分極反転層８の内部を通過するように配設さ
れた、基本波Ｐ１と高調波Ｐ２を伝導する光導波路９と
からなる。波長変換部１７では、半導体レーザー素子６
から放射された基本波Ｐ１を、光導波路９を通過させる
過程で分極反転層８によって高調波Ｐ２に変換して出力
されるレーザーとする。光導波路型波長変換素子７は、
固着材２ｂ（厚さ４μｍ）を介してサブマウント３に固
着されている。
3にＭｇＯがドープされた結晶からなる基板１８、基板
１８内で結晶の自発分極の向きが反転した分極反転層
８、複数の分極反転層８の内部を通過するように配設さ
れた、基本波Ｐ１と高調波Ｐ２を伝導する光導波路９と
からなる。波長変換部１７では、半導体レーザー素子６
から放射された基本波Ｐ１を、光導波路９を通過させる
過程で分極反転層８によって高調波Ｐ２に変換して出力
されるレーザーとする。光導波路型波長変換素子７は、
固着材２ｂ（厚さ４μｍ）を介してサブマウント３に固
着されている。
【００１９】固着材２ｂは、ＵＶ硬化型のエポキシ樹脂
接着剤（熱伝導率：約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、サ
ブマウント３上に塗布により形成されている。固着材２
ｂには、その熱伝導率Α2（Ｗ／ｍ・Ｋ）が、固着材２
ｃの熱伝導率Ａ1よりも小さく、Α2＜Α1の関係を持た
すものを使用することが必要となり、 好ましくはΑ2＜
Α1―１．８の関係を満たすものを使用するのが良い。
Α2≧Α1であると、光導波路型波長変換素子７が加熱さ
れてレーザーの出力低下の原因となることがある。固着
材２ｃには、エポキシ樹脂接着剤の他、例えばアクリル
樹脂接着剤を使用することができる。このエポキシ樹脂
接着剤は、ガラス転移点が高く耐熱性に優れ、アウトガ
スが少ない利点も有する。
接着剤（熱伝導率：約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）からなり、サ
ブマウント３上に塗布により形成されている。固着材２
ｂには、その熱伝導率Α2（Ｗ／ｍ・Ｋ）が、固着材２
ｃの熱伝導率Ａ1よりも小さく、Α2＜Α1の関係を持た
すものを使用することが必要となり、 好ましくはΑ2＜
Α1―１．８の関係を満たすものを使用するのが良い。
Α2≧Α1であると、光導波路型波長変換素子７が加熱さ
れてレーザーの出力低下の原因となることがある。固着
材２ｃには、エポキシ樹脂接着剤の他、例えばアクリル
樹脂接着剤を使用することができる。このエポキシ樹脂
接着剤は、ガラス転移点が高く耐熱性に優れ、アウトガ
スが少ない利点も有する。
【００２０】以上より、本実施の形態では、固着材２
ｃ、２ｂ、２ａの熱伝導率をそれぞれΑ1、Ａ2、Α
3（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、Α2＜Α1≦Α3の関係を満た
すことが必要となる。
ｃ、２ｂ、２ａの熱伝導率をそれぞれΑ1、Ａ2、Α
3（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、Α2＜Α1≦Α3の関係を満た
すことが必要となる。
【００２１】なお、本実施の形態では、半導体レーザー
素子６から放射された基本波Ｐ１が光導波路型波長変換
素子７に直接入射するように構成されているが、入射さ
れる基本波Ｐ１のロスを防ぐため、両素子間の離間距離
は０μｍ以上、３μｍ以下とするのが好ましい。
素子６から放射された基本波Ｐ１が光導波路型波長変換
素子７に直接入射するように構成されているが、入射さ
れる基本波Ｐ１のロスを防ぐため、両素子間の離間距離
は０μｍ以上、３μｍ以下とするのが好ましい。
【００２２】分極反転層８は、基板１８に直接電場を印
加して形成されている。さらに、光導波路９は、基板１
８にフォトリソグラフィーとリフトオフによって金属マ
スクパターンを形成し、次にピロ燐酸中に浸漬してプロ
トン交換を行い、マスクを除去した後、さらに熱処理を
行うことによって形成されている。なお、光導波路９
は、空中導波路（リッジ型）と呼ばれる基板を削り込ん
で凸状に形成したものであっても良い。
加して形成されている。さらに、光導波路９は、基板１
８にフォトリソグラフィーとリフトオフによって金属マ
スクパターンを形成し、次にピロ燐酸中に浸漬してプロ
トン交換を行い、マスクを除去した後、さらに熱処理を
行うことによって形成されている。なお、光導波路９
は、空中導波路（リッジ型）と呼ばれる基板を削り込ん
で凸状に形成したものであっても良い。
【００２３】基板１８、光導波路９、および分極反転層
８は、前述したようにＬｉＮｂＯ3にＭｇＯがドープさ
れた結晶からなるが、その他にも熱伝導率が小さく断熱
性が大きい強誘電体が好適に用いられる。具体的には、
熱伝導率が４．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度のＬｉＮｂXＴａ1-XＯ
3（０≦Ｘ≦１）を構成材料とするものが好ましい。
８は、前述したようにＬｉＮｂＯ3にＭｇＯがドープさ
れた結晶からなるが、その他にも熱伝導率が小さく断熱
性が大きい強誘電体が好適に用いられる。具体的には、
熱伝導率が４．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度のＬｉＮｂXＴａ1-XＯ
3（０≦Ｘ≦１）を構成材料とするものが好ましい。
【００２４】保護膜１０（厚さ０．５μｍ）は、光を効
率的に通過させるようにするため、高屈折率誘電体であ
る酸化ニオブからなるが、その他の高屈折率誘電体、例
えば酸化チタン、酸化ケイ素等を用いることもできる。
また、保護膜１０の厚さは０．１〜１０μｍの範囲が好
ましい。
率的に通過させるようにするため、高屈折率誘電体であ
る酸化ニオブからなるが、その他の高屈折率誘電体、例
えば酸化チタン、酸化ケイ素等を用いることもできる。
また、保護膜１０の厚さは０．１〜１０μｍの範囲が好
ましい。
【００２５】図１の短波長レーザー光源において、半導
体レーザー素子６を入力電力０．５Ｗで動作させると、
活性層５が発熱し、基本波Ｐ１（波長８４０ｎｍ）が発
生する。基本波Ｐ１は、光導波路型波長変換素子７に入
射し、光導波路９を通過する過程でその波長が０．５倍
になり、高調波Ｐ２（波長４２０ｎｍ）となる。
体レーザー素子６を入力電力０．５Ｗで動作させると、
活性層５が発熱し、基本波Ｐ１（波長８４０ｎｍ）が発
生する。基本波Ｐ１は、光導波路型波長変換素子７に入
射し、光導波路９を通過する過程でその波長が０．５倍
になり、高調波Ｐ２（波長４２０ｎｍ）となる。
【００２６】この条件で半導体レーザー素子６を動作さ
せ、銀ペーストに添加する銀フィラーの含有率（体積
％）を適宜変更して固着材２ｃの熱伝導率Α1（Ｗ／ｍ
・Ｋ）を変化させた。
せ、銀ペーストに添加する銀フィラーの含有率（体積
％）を適宜変更して固着材２ｃの熱伝導率Α1（Ｗ／ｍ
・Ｋ）を変化させた。
【００２７】図２に、短波長レーザー光源のＡ〜Ｈ点
（図１参照）における温度上昇をグラフ化して示す。こ
こでは、横軸にＡ〜Ｈ点をとり、縦軸にＡ〜Ｈ点におけ
る上昇温度（℃）を固着材２ｃの熱伝導率Α1別（◆：
１Ｗ／ｍ・Ｋ、△：２Ｗ／ｍ・Ｋ、□：５Ｗ／ｍ・Ｋ、
■：１０Ｗ／ｍ・Ｋ、○：４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）にとっ
た。図２より、熱伝導率Α1が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のと
き、光導波路型波長変換素子７のＤ点、Ｅ点、Ｆ点にお
ける温度上昇が３℃以下となり、適正な範囲に抑えられ
ている。このように、熱伝導率Α1が、短波長レーザー
光源の各部分の温度上昇に大きく関与していることが確
認できる。
（図１参照）における温度上昇をグラフ化して示す。こ
こでは、横軸にＡ〜Ｈ点をとり、縦軸にＡ〜Ｈ点におけ
る上昇温度（℃）を固着材２ｃの熱伝導率Α1別（◆：
１Ｗ／ｍ・Ｋ、△：２Ｗ／ｍ・Ｋ、□：５Ｗ／ｍ・Ｋ、
■：１０Ｗ／ｍ・Ｋ、○：４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）にとっ
た。図２より、熱伝導率Α1が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のと
き、光導波路型波長変換素子７のＤ点、Ｅ点、Ｆ点にお
ける温度上昇が３℃以下となり、適正な範囲に抑えられ
ている。このように、熱伝導率Α1が、短波長レーザー
光源の各部分の温度上昇に大きく関与していることが確
認できる。
【００２８】図３に、横軸に固着材２ｃの熱伝導率Α1
（Ｗ／ｍ・Ｋ）をとり、縦軸に高調波Ｐ２（波長４２０
ｎｍ）の出力をとったグラフを示す。このように、熱伝
導率Α1が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のとき、高調波Ｐ２の出力
の相対値（熱伝導率Α1が１０Ｗ／ｍ・Ｋのときの出力
値を１とする）が０．８以上となり、十分な値を示すよ
うになるが、２Ｗ／ｍ・Ｋ未満のときは、高調波Ｐ２の
出力の低下が顕著となっている。これは、熱伝導率Α1
が２Ｗ／ｍ・Ｋ未満のとき、光導波路型波長変換素子７
の温度上昇が大きくなって熱膨張した上、その屈折率が
変化して基本波Ｐ１の位相整合波長にズレが生じたため
と考えられる。
（Ｗ／ｍ・Ｋ）をとり、縦軸に高調波Ｐ２（波長４２０
ｎｍ）の出力をとったグラフを示す。このように、熱伝
導率Α1が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のとき、高調波Ｐ２の出力
の相対値（熱伝導率Α1が１０Ｗ／ｍ・Ｋのときの出力
値を１とする）が０．８以上となり、十分な値を示すよ
うになるが、２Ｗ／ｍ・Ｋ未満のときは、高調波Ｐ２の
出力の低下が顕著となっている。これは、熱伝導率Α1
が２Ｗ／ｍ・Ｋ未満のとき、光導波路型波長変換素子７
の温度上昇が大きくなって熱膨張した上、その屈折率が
変化して基本波Ｐ１の位相整合波長にズレが生じたため
と考えられる。
【００２９】図４に、横軸に固着材２ｃに用いる銀ペー
ストに添加する銀フィラーの含有率（体積％）をとり、
縦軸に固着材２ｃの熱伝導率Α1（Ｗ／ｍ・Ｋ）をとっ
たグラフを示す。このように、銀フィラーの含有率が３
０体積％を超えたあたりから熱伝導率が急激に高まり、
４５体積％以上になるとさらに大きな熱伝導率が得られ
ている。ところが、銀フィラーの含有率が７０体積％以
上になると、熱伝導率が飽和傾向となっている。また、
この領域では、銀ペースト自体がもろくなっており、接
着性も小さくなっている。したがって、固着材２ｃの銀
フィラー含有率は、４５体積％以上、７０体積％未満の
範囲とするのが好ましい。これにより、固着材２ｃが放
熱性に優れたものとなり、また安定した接着性を示すよ
うになる。また、このとき、固着材２ｃの熱伝導率Ａ1
は２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１３Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲となっ
て実用的となり、かつ、放熱性と接着性の面でも優れる
ようになり、特に好ましい。
ストに添加する銀フィラーの含有率（体積％）をとり、
縦軸に固着材２ｃの熱伝導率Α1（Ｗ／ｍ・Ｋ）をとっ
たグラフを示す。このように、銀フィラーの含有率が３
０体積％を超えたあたりから熱伝導率が急激に高まり、
４５体積％以上になるとさらに大きな熱伝導率が得られ
ている。ところが、銀フィラーの含有率が７０体積％以
上になると、熱伝導率が飽和傾向となっている。また、
この領域では、銀ペースト自体がもろくなっており、接
着性も小さくなっている。したがって、固着材２ｃの銀
フィラー含有率は、４５体積％以上、７０体積％未満の
範囲とするのが好ましい。これにより、固着材２ｃが放
熱性に優れたものとなり、また安定した接着性を示すよ
うになる。また、このとき、固着材２ｃの熱伝導率Ａ1
は２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１３Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲となっ
て実用的となり、かつ、放熱性と接着性の面でも優れる
ようになり、特に好ましい。
【００３０】本実施の形態において、固着材に用いる銀
ペーストや各種接着剤の熱伝導率の測定には、レーザー
フラッシュ法やホットディスク法等が適用できるが、簡
便、かつ精度よく測定できることから、ＡＣカロリメー
タの原理を用いた薄膜用光交流法等が好ましい。また、
サンプリングは、デバイスを直接分解して取り出す方
法、固着材と同様な成分のものを調整し、所定の硬化条
件で硬化して得る方法のいずれでも行える。
ペーストや各種接着剤の熱伝導率の測定には、レーザー
フラッシュ法やホットディスク法等が適用できるが、簡
便、かつ精度よく測定できることから、ＡＣカロリメー
タの原理を用いた薄膜用光交流法等が好ましい。また、
サンプリングは、デバイスを直接分解して取り出す方
法、固着材と同様な成分のものを調整し、所定の硬化条
件で硬化して得る方法のいずれでも行える。
【００３１】図５に、短波長レーザー光源の温度分布を
模式的に示す。ここで、図５（ａ）は、固着材１５ａに
銀ペースト（熱伝導率：約１０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた本
実施の形態による短波長レーザー光源の温度分布を、図
５（ｂ）は、固着材１５ｂに樹脂接着剤（熱伝導率：約
０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた従来例による温度分布（樹
脂接着剤を用いた以外は本実施の形態と同条件で短波長
レーザー光源を動作させた）をそれぞれ示す。図５
（ｂ）に示すように、固着材１５ｂに樹脂接着剤を用い
た場合、半導体レーザー素子６から発生した熱は光導波
路型波長変換素子７の方に伝導し、光導波路型波長変換
素子７の温度上昇が顕著となっている。しかし、図５
（ａ）に示すように、固着材１５ａに熱伝導率の大きな
銀ペーストを用いた場合、半導体レーザー素子６から発
生した熱はヒートシンク１６の方に伝導し、光導波路型
波長変換素子７の温度上昇は小さくなっている。
模式的に示す。ここで、図５（ａ）は、固着材１５ａに
銀ペースト（熱伝導率：約１０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた本
実施の形態による短波長レーザー光源の温度分布を、図
５（ｂ）は、固着材１５ｂに樹脂接着剤（熱伝導率：約
０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた従来例による温度分布（樹
脂接着剤を用いた以外は本実施の形態と同条件で短波長
レーザー光源を動作させた）をそれぞれ示す。図５
（ｂ）に示すように、固着材１５ｂに樹脂接着剤を用い
た場合、半導体レーザー素子６から発生した熱は光導波
路型波長変換素子７の方に伝導し、光導波路型波長変換
素子７の温度上昇が顕著となっている。しかし、図５
（ａ）に示すように、固着材１５ａに熱伝導率の大きな
銀ペーストを用いた場合、半導体レーザー素子６から発
生した熱はヒートシンク１６の方に伝導し、光導波路型
波長変換素子７の温度上昇は小さくなっている。
【００３２】以上の実施の形態では、各種固着材を部材
を固着させる面の全面に渡り塗布したが、このように全
面でなくとも、接着部分の機械的強度が確保され、その
熱伝導率が実質的に同等である限り、一部の面のみに塗
布することにより部材相互を接着しても良い。特にサブ
マウントとヒートシンクとの接着に関しては、発熱体と
なる半導体レーザー素子の下部に相当する面を中心に接
着すれば、接着部分の機械強度と熱伝導率が、全面に塗
布した場合と実質的に同等となり好ましい。
を固着させる面の全面に渡り塗布したが、このように全
面でなくとも、接着部分の機械的強度が確保され、その
熱伝導率が実質的に同等である限り、一部の面のみに塗
布することにより部材相互を接着しても良い。特にサブ
マウントとヒートシンクとの接着に関しては、発熱体と
なる半導体レーザー素子の下部に相当する面を中心に接
着すれば、接着部分の機械強度と熱伝導率が、全面に塗
布した場合と実質的に同等となり好ましい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザー素子から光導波路型波長変換素子に伝わ
る熱を減らすことができ、光導波路型波長変換素子の変
形等が防止され、高出力かつ安定な動作をする短波長レ
ーザー光源が得られる。
半導体レーザー素子から光導波路型波長変換素子に伝わ
る熱を減らすことができ、光導波路型波長変換素子の変
形等が防止され、高出力かつ安定な動作をする短波長レ
ーザー光源が得られる。
【図１】 本発明の短波長レーザー光源の断面図
【図２】 短波長レーザー光源における上昇温度の分布
を示すグラフ
を示すグラフ
【図３】 固着材の熱伝導率とレーザー（高周波）出力
との関係を示すグラフ
との関係を示すグラフ
【図４】 銀ペーストのフィラー含有率と熱伝導率との
関係を示すグラフ
関係を示すグラフ
【図５】 短波長レーザー光源の温度分布を示す断面図
［（ａ）：本発明、（ｂ）：従来例]
［（ａ）：本発明、（ｂ）：従来例]
１、１６ ヒートシンク
２ａ 固着材（ソルダー）
２ｂ 固着材（有機樹脂）
２ｃ 固着材（銀ペースト）
３ サブマウント
５ 活性層
６ 半導体レーザー素子
７ 光導波路型波長変換素子
８ 分極反転層
９ 光導波路
１０ 保護膜
１１ 非活性層
１５ａ 固着材（銀ペースト）
１５ｂ 固着材（樹脂接着剤）
１７ 波長変換部
１８ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 清水 裕一
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 2K002 AB12 BA03 CA03 DA03 EA07
EA22 EA25 EA30 FA27 HA20
5F073 AA65 AB23 CA04 FA13 FA14
FA15 FA22 FA24
Claims (12)
- 【請求項１】 サブマウント上に半導体レーザー素子と
光導波路型波長変換素子とを備え、前記半導体レーザー
素子から放射された基本波が前記光導波路型波長変換素
子に入射するようにした短波長レーザー光源において、
前記サブマウントは第一の固着材を介してヒートシンク
に、前記光導波路型波長変換素子は第二の固着材を介し
て前記サブマウントに、前記半導体レーザー素子は第三
の固着材を介して前記サブマウントにそれぞれ固着され
ており、前記第一の固着材の熱伝導率をΑ1、前記第二
の固着材の熱伝導率をΑ2、前記第三の固着材の熱伝導
率をΑ3としたとき、Α2＜Α1≦Α3［単位：Ｗ／ｍ・
Ｋ］の関係を満たすことを特徴とする短波長レーザー光
源。 - 【請求項２】 前記第一の固着材の熱伝導率Α1が２≦
Α1＜１３［単位：Ｗ／ｍ・Ｋ］の関係を満たすことを
特徴とする請求項１に記載の短波長レーザー光源。 - 【請求項３】 前記第一の固着材の厚さが１０〜１００
０μｍの範囲内であること特徴とする請求項１または２
に記載の短波長レーザー光源。 - 【請求項４】 前記第一の固着材が銀ペーストからなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の短波
長レーザー光源。 - 【請求項５】 前記銀ぺーストが、銀フィラーがエポキ
シ樹脂に混合されたものであり、銀フィラーを４５体積
％以上、７０体積％未満の範囲内で含むことを特徴とす
る請求項４に記載の短波長レーザー光源。 - 【請求項６】 前記第三の固着材がソルダーからなるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の短波長
レーザー光源。 - 【請求項７】 前記光導波路型波長変換素子が、ＬｉＮ
ｂXＴａ1-XＯ3（０≦Ｘ≦１）を構成材料とすることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の短波長レー
ザー光源。 - 【請求項８】 前記半導体レーザー素子がＤＢＲレーザ
ー素子であって、かつＧａＡｓを主要な構成材料とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の短波
長レーザー光源。 - 【請求項９】 前記サブマウントがシリコンからなるこ
とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の短波長
レーザー光源。 - 【請求項１０】 前記ヒートシンクが銅からなることを
特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の短波長レー
ザー光源。 - 【請求項１１】 前記第二の固着材が有機樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の短
波長レーザー光源。 - 【請求項１２】 前記有機樹脂がエポキシ樹脂であるこ
とを特徴とする請求項１１に記載の短波長レーザー光
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001354433A JP2003156774A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 短波長レーザー光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001354433A JP2003156774A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 短波長レーザー光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003156774A true JP2003156774A (ja) | 2003-05-30 |
Family
ID=19166293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001354433A Withdrawn JP2003156774A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 短波長レーザー光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003156774A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004214441A (ja) * | 2003-01-06 | 2004-07-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP2006196885A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体モジュールにおける熱放散のための方法および装置 |
| JP2006284009A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Mitsubishi Electric Corp | 捩り管形熱交換器の製造方法 |
| JP2009047394A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Mitsubishi Electric Corp | 捩り管形熱交換器の製造方法 |
| WO2009116132A1 (ja) * | 2008-03-18 | 2009-09-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体モジュール |
| WO2017130596A1 (ja) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | ソニー株式会社 | 半導体発光装置 |
-
2001
- 2001-11-20 JP JP2001354433A patent/JP2003156774A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2009116132A1 (ja) * | 2008-03-18 | 2009-09-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体モジュール |
| JP5208200B2 (ja) * | 2008-03-18 | 2013-06-12 | 三菱電機株式会社 | 半導体モジュール |
| WO2017130596A1 (ja) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | ソニー株式会社 | 半導体発光装置 |
| JPWO2017130596A1 (ja) * | 2016-01-28 | 2018-11-22 | ソニー株式会社 | 半導体発光装置 |
| US10541509B2 (en) | 2016-01-28 | 2020-01-21 | Sony Corporation | Semiconductor light emitting device |
| JP7024410B2 (ja) | 2016-01-28 | 2022-02-24 | ソニーグループ株式会社 | 半導体発光装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050201 |