JP2008060301A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振器長が大きい半導体レーザ素子を有し、かつ、パッケージの外形形状および外形寸法が従来と略同一である半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向において、第１リード２における半導体レーザ素子１の搭載部１０が、第２リード３と重なっている部分を有すると共に、第１リード２と第２リード３とが電気接続しないように、第１リード２と第２リード３とを樹脂部材５で一体に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、光ディスクに光を照射する光源として使用されれば好適な半導体レーザ装置に関する。

従来、半導体レーザ装置としては、特開２００５−３１１１４７号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

図１２は、この半導体レーザ装置の平面図である。

この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１０１と、第１リード１０２と、信号出力用の３つの第２リード１０３と、樹脂部１０７とを備える。上記第１リード１０２は、搭載部１０２ａと、リード部１０２ｂとを有し、半導体レーザ素子１０１は、搭載部１０２ｂにサブマウント部材１０８を介して搭載されている。また、上記樹脂部１０７は、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料からなり、上記３つの第２リード１０３を一体に保持している。

この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１０１におけるサブマウント部材１０８側とは反対側の上面と、サブマウント部材１０８との間に電圧を印加することにより、半導体レーザ素子１０１に電力を供給するようになっている。このように半導体レーザ素子１０１に電力を供給することによって、半導体レーザ素子１０１から図１２の紙面における上方にレーザ光を出射するようになっている。

図１２に示すように、上記従来の半導体レーザ装置では、レーザ光の光軸方向において、上記第１リード１０２の上記搭載部１０２ａにおけるリード部１０２ｂ側の縁は、第２リード１０３の半導体レーザ素子１０１側の端よりも半導体レーザ素子１０１側に位置している。

ここで、最近では、半導体レーザ素子のハイパワー化に伴ってレーザチップ共振器長が長くなってきている。しかしながら、上記従来の半導体レーザ装置では、上記レーザ光の光軸方向において、上記搭載部１０２ａにおけるリード部１０２ｂ側の縁が、第２リード１０３の半導体レーザ素子１０１側の端よりも半導体レーザ素子１０１側に位置しているから、レーザチップ共振器長が１５００μｍまでの半導体レーザ素子１０１しか、半導体レーザ装置に搭載できないという問題がある。
特開２００５−３１１１４７号公報（第１図） 特開２００３−３１８８５号公報 特開平６−４５６９２号公報

そこで、本発明の課題は、共振器長が大きい半導体レーザ素子を有し、かつ、パッケージの外形形状および外形寸法が従来と略同一にすることが可能である半導体レーザ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子をサブマウント部材を介して搭載する搭載部と、この搭載部に連なって延びるリード部とを有する第１リードと、
少なくとも１つの第２リードと、
上記第１リードと上記第２リードとを、上記第１リードと上記第２リードとが電気接続していない状態で一体に保持すると共に、絶縁性材料からなる保持部材と
を備え、
平面図において、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向から見て、上記搭載部は、上記第２リードと重なっている部分を有している。

尚、上記搭載部は、第１リードにおける半導体レーザ素子を搭載可能である部分のことを言う。

本発明によれば、平面図において、半導体レーザ素子が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向から見て、上記搭載部は、上記第２リードと重なっている部分を有しているから、従来の構成、すなわち、レーザ光の光軸方向において、搭載部における第２リード側の縁が、第２リードの半導体レーザ素子側の端よりも半導体レーザ素子側に位置している構成と比較して、半導体レーザ素子の上記光軸方向の寸法を格段に大きくすることができる。そして、半導体レーザ素子の共振器長を１５００μｍより大きくすることができて、レーザ発振の負荷を小さくすることができ、レーザ光の出力を高くすることができる。

また、一実施形態では、上記搭載部における上記半導体レーザ素子の搭載面は、
略矩形状の第１部分と、
上記第１部分に上記光軸方向に連なると共に、上記光軸方向に垂直な方向の最大の寸法が上記第１部分の幅方向の寸法よりも小さい第２部分と
を有し、
平面図において、上記第２部分は、上記光軸方向と直交する方向から見て、上記第２リードと重なっている部分を有すると共に、上記サブマウント部材と接触している部分を有している。

また、一実施形態では、上記第１リードの上記リード部は、第１部分と、この第１部分に略平行に延在する第２部分とを有している。

また、一実施形態では、上記第１リードおよび上記第２リードの夫々は、上記保持部材を貫通しており、
上記第１リードおよび上記第２リードのうちの少なくとも一つにおける上記保持部材を貫通している部分は、屈曲している部分を有している。

また、一実施形態では、上記第１リードの上記リード部は、上記搭載部における上記半導体レーザ素子を搭載する搭載面に連なると共に、上記搭載面の法線に平行でない法線を有する第１表面部を有している。

また、一実施形態では、上記第１リードの上記リード部における上記半導体レーザ素子側の面は、上記第２リードにおける上記半導体レーザ素子側の面と同一平面上に位置する第２表面部を有している。

また、一実施形態では、上記第１表面部は、上記保持部材によって被覆されている。

また、一実施形態では、上記第２部分の上記光軸方向に垂直な方向の最大の寸法が、８００μｍ以上である。

また、一実施形態では、上記搭載部における上記半導体レーザ素子の搭載面の法線方向に上記搭載部に対して間隔をおいて対向するように配置されると共に、絶縁性材料からなる蓋部を有している。

また、一実施形態では、上記搭載部の上記半導体レーザ素子側とは反対側の表面におけるその表面の法線方向に対する上記半導体レーザ素子の射影部分が、露出しており、上記射影部分には、所定の熱伝導率以上の熱伝導率を有する放熱部材が接触している。
また、別のアスペクトによれば、この発明の半導体レーザ装置は、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子をサブマウント部材を介して搭載する搭載部と、この搭載部に連なって延びるリード部とを有する第１リードと、
少なくとも１つの第２リードと、
上記第１リードと上記第２リードとを絶縁した状態で一体に保持すると共に、絶縁性材料からなる保持部材と
を備え、
上記第１リードの上記リード部に連なる上記搭載部の一部に関して、上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向の少なくとも片側に、上記第２リードの一部が位置している。
また、一実施形態では、
上記搭載部は、
略矩形状の第１部分と、
上記第１部分に上記光軸方向に連なると共に、上記光軸方向に垂直な方向の最大の寸法が上記第１部分の幅方向の寸法よりも小さい第２部分と
を有し、
上記第２部分の少なくとも片側に、上記第２リードの一部が位置しており、かつ、
上記第２部分は、上記サブマウント部材と接触している部分を有している。

本発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向において、搭載部が、上記第２リードと重なっている部分を有しているから、半導体レーザ素子の上記光軸方向の寸法を格段に大きくすることができて、半導体レーザ素子の共振器長を１５００μｍより大きくすることができる。したがって、レーザ発振の負荷を小さくすることができて、レーザ光の出力を高くすることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。

図１に示すように、この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、第１リード２と、第２リード３と、サブマウント部材４と、保持部材としての樹脂部材５とを備える。

半導体レーザ素子１の共振器長は、パッケージの形状および寸法が同程度である従来の半導体レーザ装置が有する半導体レーザ素子の共振器長よりも大きく、具体的には、１５００μｍよりも大きな値になっている。第１リード２および第２リード３は、金属材料からなり導電性を有している。具体的には、第１実施形態では、第１リード２および第２リード３は、銅合金に銀メッキを施して形成されている。尚、メッキとして、他の金属、例えば、金メッキを用いてもよいことは言うまでもない。

上記第１リード２は、搭載部１０と、リード部１１とを有する。上記半導体レーザ素子１は、サブマウント部材４を介して搭載部１０に搭載されている。上記樹脂部材５は、絶縁性材料の一例としての非導電性樹脂からなっている。ここで、非電導性樹脂としては、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、または、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）等がある。上記樹脂部材５は、第１リード２と２つの第２リード３とを、第１リード２と各第２リード３とが電気接続していない状態（電気的に導通しない状態）で一体に保持していると共に、２つの第２リード３を、２つの第２リード３が互いに電気的に導通しない状態で、一体に保持している。この実施形態では、上記第１リード１のみで、樹脂部材５と、半導体レーザ素子１を搭載する板状の搭載部１０の接合強度を確保できるようになっている。

図１において、上記搭載部１０の半導体レーザ素子１の搭載面２５は、半導体レーザ素子１のレーザ光の出射方向の一方の側を除いて、樹脂部材５に囲まれている。上記搭載部１０の半導体レーザ素子１の搭載面２５は、略矩形状の第１部分１５と、第２部分１６とを有する。上記第１部分１５の縦方向は、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向（図１に矢印Ａで示す）に略一致している。上記第２部分１６は、第１部分１５の長手方向の一端の幅方向の略中央部に上記光軸方向に連なっている。上記第１部分１５の幅は、第２部分１６における光軸方向Ａに垂直な方向の最大の幅（第１実施形態では、８００μｍ以上に設定）よりも大きくなっている。

上記半導体レーザ素子１は、上記搭載面２５の第１部分１５および第２部分１６に亘って搭載されている。すなわち、上記第１部分１５および第２部分１６の夫々は、サブマウント部材４を介して半導体レーザ素子１の一部が搭載されている部分を有している。

図１及び２に示す平面図において、第２部分１６は、上記光軸方向Ａと直交する方向において、第２リード３の一端部３ａと重なっている部分を有している。すなわち、上記搭載部１０の搭載面２５の第２部分１６を有する部分に関して、上記半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向の両側に、上記第２リード３の一端部３ａが位置している。図１に示すように、第２部分１６と第２リード３の一端部３ａとは、図１の平面図においてＬ字状の形状を有する樹脂部材５の一部分によって離間されている。第１リード２および第２リード３の夫々は、樹脂部材５を貫通している。

尚、図１において、参照番号８および９は、金属ワイヤを示している。金属ワイヤ８は、半導体レーザ素子１の上面と、一方の第２リード３とを電気接続しており、金属ワイヤ９は、サブマウント部材４と第１リード２とを電気接続している。第１リード２と、上記一方の第２リード３との間に電圧を印加することによって、半導体レーザ素子１を駆動するようになっている。

図２は、半導体レーザ装置のフレーム部である第１および第２リード２,３のみの平面図である。

上記第１リード２の上記リード部１１は、搭載部１０に光軸方向に連なる屈曲部２０と、この屈曲部２０に光軸方向に連なる二股部２７とを有する。上記二股部２７は、屈曲部２０に光軸方向に連なる基部２８と、この基部２８から突出する第１部分２１と、上記基部２８から突出すると共に、上記第１部分２１に略平行に延在する第２部分２２とを有している。上記第１リード２の上記リード部１１の屈曲部２０の表面２４は、搭載部１０における半導体レーザ素子１側の搭載面２５に対して、図２の紙面に関して手前側に鋭角の角度（＞０°）をなして屈曲している。また、上記第１リード２の上記リード部１１の二股部２７の表面２９は、搭載面２５と略平行である。また、上記二股部２７の表面２９は、第２リード３の表面３０と同一平面上に位置している。また、２つの第２リード３の夫々は、上記搭載面２５の第１部分１５の縦方向に延在しており、また、搭載面２５の第１部分１５の幅方向に屈曲している屈曲部５０を有している。上記第１リード２および第２リード３の夫々は、図２および４に示すように、屈曲部２０,５０を有し、鍵状の形状をしている。

図３は、図１において半導体レーザ素子１およびサブマウント部材４以外の部分を示している図である。図２および図３に示すように、第１リード２の屈曲部２０および各第２リード３の屈曲部５０は、樹脂部材５によって覆われている。

図４は、図３のＢＢ線断面図である。また、図５は、図３のＣＣ線断面図である。

図４に示すように、上記第１リード２は、樹脂部材５を貫通しており、第１リード２における樹脂部材５を貫通している部分は、上記屈曲部２０を有している。すなわち、屈曲部２０における半導体レーザ素子側の面４０は、樹脂部材５によって被覆されている。屈曲部２０における半導体レーザ素子側の面４０は、第１表面部を構成している。

また、図５に示すように、上記搭載部１０と第２リード３とは、樹脂部材５の一部によって離間されている。搭載面２５と、第２リード３における樹脂部材５から露出している側の露出面４１とは、略平行になっている。また、上記露出面４１は、搭載面２５よりも搭載面２５の法線方向（矢印Ｆで示す）の半導体レーザ素子側に位置している。

図６は、図３の状態を図３に矢印Ｄで示す方向からみたときの側面図であり、図７は、図３の状態を図３に矢印Ｅで示す方向からみたときの正面図である。

図６に示す側面図において、上記第１リード２の上記リード部１１は、第２リード３によって隠れた状態になっている。また、図７に示すように、上記第２リード部３おける半導体レーザ素子側の表面３０は、第１および第２部分２１，２２の半導体レーザ素子１側の表面５０と同一平面上にあり、第２リード３おける半導体レーザ素子１側とは反対側の表面４２は、第１および第２部分２１，２２の半導体レーザ素子１側とは反対側の表面と同一平面上にある。このようにして、第１実施形態の発明のパッケージが、従来パッケージと略同一の外形形状および外形寸法となるようにしている。具体的には、例えば、半導体レーザ装置の幅方向の寸法は、１２００μｍになっている。

上記第１リード２の上記リード部１１の二股部２７は、第２リード３における半導体レーザ素子１側の面と同一平面上に位置している。上記リード部１１の二股部２７の半導体レーザ素子１側の面は、第２表面部を構成している。

上記第１実施形態の半導体レーザ装置によれば、図１および２の平面図において、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向に直交する方向において、搭載部１０は、第２リード３と重なっている部分を有しているから、従来の構成、すなわち、レーザ光の光軸方向において、搭載部における第２リード側の縁が、第２リードの半導体レーザ素子側の端よりも半導体レーザ素子側に位置している構成と比較して、搭載部１０の上記光軸方向の寸法を格段に大きくすることができて、半導体レーザ素子１の上記光軸方向の寸法を格段に大きくすることができる。したがって、半導体レーザ素子の共振器長を１５００μｍより大きくすることができて、レーザ発振の負荷を小さくすることができ、レーザ光の出力を高くすることができる。

また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置によれば、図１２に示す従来例の半導体レーザ装置と比較して、パッケージの外形形状および外形寸法を変更せずに共振器長の長い半導体レーザ素子を搭載することができる。すなわち、パッケージの外形形状、および、パッケージの外形寸法を変更する必要がないから、量産する際に新規設備を必要とせず、かつ、従来と同じ方法で、半導体レーザ装置をピックアップに搭載することができる。

また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置によれば、第１リード２における樹脂部材５によって覆われている部分は、屈曲部２０を有していて、第１リード２の全てが同一平面上にないから、第１リード２が、樹脂部材５（樹脂モールド部）より容易に抜け落ちにくくなる。また、同様に、各第２リード３における樹脂部材５によって覆われている部分も、屈曲部５０を有していて、一直線でないから、各第２リード３が、樹脂部材５（樹脂モールド部）より容易に抜け落ちにくくなる。別の言葉でいうと、第１リード３および第２リード３は、鍵状の形状を有しているから、絶縁性材料からなる樹脂部材５から容易に脱落することがないのである。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。

第２実施形態の半導体レーザ装置は、蓋部としての樹脂キャップ部６０を有している点が、第１実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。

第２実施形態の半導体レーザ装置では、第１実施形態の半導体レーザ装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付してそれらの説明を省略する。また、第２実施形態の半導体レーザ装置では、第１実施形態の半導体レーザ装置と共通の作用効果については説明を省略し、第１実施形態の半導体レーザ装置と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行う。

図８に示すように、第２実施形態では、搭載部における半導体レーザ素子の搭載面の法線方向に搭載部に対して間隔をおいて対向するように、樹脂キャップ部６０を配置している。この樹脂キャップ部６０は、絶縁性材料を有する樹脂からなっている。

第２実施形態の半導体レーザ装置によれば、フレームパッケージに、保護板の役目をする樹脂キャップ部６０が取り付けられているから、半導体レーザ素子を保護することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。また、図１０は、図９の半導体レーザ装置を図９に矢印Ｇで示す方向からみたときの側面図であり、図１１は、図９を図９に矢印Ｈで示す方向からみたときの正面図である。

第３実施形態の半導体レーザ装置は、放熱部材７０を有する点のみが、第２実施形態の半導体レーザ装置と異なる。

第３実施形態の半導体レーザ装置では、第１、第２実施形態の半導体レーザ装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。また、第３実施形態の半導体レーザ装置では、第１、第２実施形態の半導体レーザ装置と共通の作用効果については説明を省略することにし、第１、第２実施形態の半導体レーザ装置と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行うことにする。

図１０および図１１に示すように、第３実施形態の半導体レーザ装置が有するフレームパッケージは、搭載部１０の裏面が露出している。上記搭載部１０の裏面には、放熱部材（放熱ブロック）７０が接着されて取り付けられている。放熱部材７０の熱伝導率は、搭載部１０の熱伝導率よりも大きくなっている。すなわち、搭載部１０の半導体レーザ素子側とは反対側の裏面におけるその裏面の法線方向に対する半導体レーザ素子の射影部分は、露出しており、上記射影部分には、所定の熱伝導率である搭載部の熱伝導率以上の熱伝導率を有する放熱部材７０が接触している。第３実施形態のように、上記射影部分に、所定の熱伝導率である搭載部の熱伝導率以上の熱伝導率を有する放熱部材７０を接着させると、半導体レーザ素子で発生した熱を効率よく放熱することができる。尚、第３実施形態では、樹脂キャップ６０を有する半導体レーザ装置に放熱部材７０を設置したが、第１実施形態に示す樹脂キャップを有さない半導体レーザ装置に放熱部材を設置しても良いことは、言うまでもないことである。
上記実施形態では、上記第１リード２の上記リード部１１に連なる上記搭載部１０の一部に関して、上記半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向の両側に上記第２リード３，３の一部３ａ，３ａが位置していたが、上記搭載部１０の一部に関して、第２リードが上記半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸方向と直交する方向の片側のみに位置していてもよい。

本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。 第１実施形態の半導体レーザ装置のフレーム部である第１および第２リードのみの平面図である。 図１において半導体レーザ素子およびサブマウント部材以外の部分を示している図である。 図３のＢＢ線断面図である。 図３のＣＣ線断面図である。 図３の状態を図３に矢印Ｄで示す方向からみたときの側面図である。 図３の状態を図３に矢印Ｅで示す方向からみたときの正面図である。 本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。 本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の平面図である。 図９の状態を図９に矢印Ｇで示す方向からみたときの側面図である。 図９の状態を図９に矢印Ｈで示す方向からみたときの正面図である。 従来の半導体レーザ装置の平面図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ素子
２ 第１リード
３ 第２リード
４ サブマウント部材
５ 樹脂部材
１０ 搭載部
１１ リード部
１５ 第１部分
１６ 第２部分
２０,５０ 屈曲部
２１ 第１リード部
２２ 第２リード部
２５ 搭載面
６０ 樹脂キャップ部
７０ 放熱部材

Claims (10)

1. 半導体レーザ素子と、
   上記半導体レーザ素子をサブマウント部材を介して搭載する搭載部と、この搭載部に連なって延びるリード部とを有する第１リードと、
   第２リードと、
   上記第１リードと上記第２リードとを、上記第１リードと上記第２リードとが電気接続していない状態で一体に保持すると共に、絶縁性材料からなる保持部材と
   を備え、
   上記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の光軸方向において、上記搭載部は、上記第２リードと重なっている部分を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記搭載部における上記半導体レーザ素子の搭載面は、
   長手方向が上記光軸方向に略一致している矩形状の第１部分と、
   上記第１部分に上記光軸方向に連なると共に、上記光軸方向に垂直な方向の最大の寸法が上記第１部分の幅方向の寸法よりも小さい第２部分と
   を有し、
   上記第２部分は、上記光軸方向において上記第２リードと重なっている部分を有すると共に、上記サブマウント部材と接触している部分を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記リード部は、第１リード部と、この第１リード部に略平行に延在する第２リード部とを有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記第１リードおよび上記第２リードの夫々は、上記保持部材を貫通しており、
   上記第１リードおよび上記第２リードのうちの少なくとも一つにおける上記保持部材を貫通している部分は、屈曲している部分を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
   上記リード部は、上記搭載部における上記半導体レーザ素子を搭載する搭載面に連なると共に、上記搭載面の法線に平行でない法線を有する第１表面部を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
   上記リード部における上記半導体レーザ素子側の面は、上記第２リードにおける上記半導体レーザ素子側の面と同一平面上に位置する第２表面部を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項５に記載の半導体レーザ装置において
   上記第１表面部は、上記保持部材によって被覆されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
8. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
   上記第２部分の上記光軸方向に垂直な方向の最大の寸法は、８００μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
9. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記搭載部における上記半導体レーザ素子の搭載面の法線方向に上記搭載部に対して間隔をおいて対向するように配置されると共に、絶縁性材料からなる蓋部を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
10. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記搭載部の上記半導体レーザ素子側とは反対側の表面におけるその表面の法線方向に対する上記半導体レーザ素子の射影部分は、露出しており、
    上記射影部分には、所定の熱伝導率以上の熱伝導率を有する放熱部材が接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。

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