JP2010073776A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑えつつ、高出力化を図ることが可能な半導体レーザ装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、上記複数の半導体レーザ素子が設けられたブロック１Ｂ、およびこのブロック１Ｂに対して上記レーザ光の出射方向反対側に位置するベース１Ａを含むステム１と、ブロック１Ｂと導通するコモン用リード３４と、上記複数の半導体レーザ素子と導通する複数のリード３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂと、を備えた半導体レーザ装置Ａであって、ベース１Ａは、複数のリード３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂを挿通させる貫通孔１１，１２を有しており、複数のリード同士３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂが互いに絶縁されるように、貫通孔１１，１２には絶縁材料６が充填されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、たとえばレーザプリンタなどのレーザ光を走査する必要がある各種装置に好適に用いることができる半導体レーザ装置に関する。

従来の半導体レーザ装置の一例としては、図５に示すものがある（たとえば特許文献１参照）。本図に示された半導体レーザ装置Ｘは、ベース９１Ａおよびブロック９１Ｂからなるステム９１と、ブロック９１Ｂ上に搭載された半導体レーザ素子９２および受光素子９３を備えており、図中上方に向けてレーザ光を出射するものである。ベース９１Ａには、２つの貫通孔９１Ａａが形成されており、これらの貫通孔９１Ａａを貫通するようにリード９４Ａ，９４Ｂが設けられている。リード９４Ａは、ワイヤを介して半導体レーザ素子９２に導通しており、リード９４Ｂは、受光素子９３に導通している。リード９４Ｃは、ベース９１Ａの図中下面に接合されており、いわゆるコモン端子となっている。ブロック９１Ｂおよびリード９４Ａ，９４Ｂの図中上部を覆うように、キャップ９５が設けられている。キャップ９５の上部には開口９５ａが形成されており、この開口９５ａを遮蔽するガラス板９６が取り付けられている。ガラス板９６は、半導体レーザ素子９２から出射されるレーザ光に対して透光性を有する。また、キャップ９５の図中下端は、その全周においてベース９１Ａと抵抗溶接により接合されている。さらに、ベース９１Ａの貫通孔９１Ａａは、リード９４Ａ，９４Ｂ以外の部分に低融点ガラス９７が充填されている。これらにより、半導体レーザ素子９２からのレーザ光を図中上方に向けて出射可能であるとともに、ベース９１Ａとキャップ９５とにより区画された空間は、この半導体レーザ装置Ｘ外の空間に対して気密されている。このような構成によれば、この半導体レーザ装置Ｘが湿度の高い環境において使用されても、半導体レーザ素子９２の周囲における湿度が高くなることを防止することが可能であり、半導体レーザ素子９２を保護するのに適している。

近年、レーザプリンタの印刷速度の高速化の要請に伴い、半導体レーザ装置Ｘとしても高出力化が必要とされている。このような要請に応えるために、たとえば、半導体レーザ素子９２の数を増やすことが提案されている。半導体レーザ素子９２の数を増やすと、リードの数を増やす必要があり、さらに、増やしたリードの数に応じて貫通孔を増やす必要がある。またさらに、気密を保つために、増やした貫通孔にも低融点ガラス９７を充填する必要があり、ベース９１Ａの大型化を避けることが困難であった。しかしながら、一方で、レーザプリンタなどの印刷機器の小型化の要請もあり、半導体レーザ装置Ｘの大型化を避ける必要があった。従って、ベース９１Ａが大きくなるのは好ましくなかった。

特開２００４−３１９００号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、装置の大型化を抑えつつ、高出力化を図ることが可能な半導体レーザ装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供される半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、上記複数の半導体レーザ素子が設けられたブロック、およびこのブロックに対して上記レーザ光の出射方向反対側に位置するベースを含むステムと、上記ブロックと導通するコモン用リードと、上記複数の半導体レーザ素子と導通する複数のリードと、を備えた半導体レーザ装置であって、上記ベースは、上記複数のリードを挿通させる貫通孔を有しており、上記複数のリード同士が互いに絶縁されるように、上記貫通孔には絶縁材料が充填されていることを特徴とする。

このような構成によれば、上記複数の半導体レーザ素子と導通する上記複数のリードを１つの貫通孔に通すことにより、上記複数のリードごとに複数の貫通孔を形成する場合に比べて上記ベースの大きさを抑えることができる。このため、上記半導体レーザ装置は、上記複数の半導体レーザ素子を有することにより高出力のレーザを提供可能であり、なおかつ、比較的小型化を図りやすくなっている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記貫通孔は、上記レーザ光の出射方向視において細長状に形成されている。このような構成によれば、上記貫通孔は、上記複数のリードを好ましく挿通させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のリードの断面積は、上記コモン用リードの断面積よりも小さい。このような構成によれば、上記複数のリードを挿通させる上記貫通孔をより小さくすることが可能となる。このため、上記ベースをより小さくすることが可能であり、上記半導体レーザ装置の小型化をより図りやすくなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数のリードは、上記半導体レーザ素子に近いものほど、上記レーザ光の出射方向側の端部と上記貫通孔との距離が大きくなっている。このような構成によれば、製造時に上記複数のリードと上記半導体レーザ素子とをワイヤを用いて導通させる際に上記ワイヤが交差しにくくなるため、不良が生じにくくなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体レーザ素子は４個以上であり、上記ベースには、上記貫通孔が２個以上形成されており、上記複数の貫通孔は、それぞれ２本以上の上記リードを挿通させるように構成されている。このような構成によれば、上記半導体レーザ装置の出力をより向上させつつ、大型化を抑えることが可能となっている。

さらに好ましい実施の形態においては、上記複数の貫通孔のうち２つの貫通孔をそれぞれ挿通する上記複数のリードのうち、上記半導体レーザ素子により近いもの同士の間隔が、上記半導体レーザ素子からより遠いもの同士の間隔よりも大きくなるように構成されている。このような構成によれば、上記レーザの進行方向視において上記２つの貫通孔が上記半導体レーザ素子に寄るような配置になっているため、上記ベースの小型化を図りやすくなっている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図４は、本発明に係る半導体レーザ装置の一例を示している。図１〜図４に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置Ａは、ステム１、レーザ発振部２、リード３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ、受光素子用リード３３、コモン用リード３４、受光素子４、およびキャップ５を備えており、方向Ｌに向けてレーザ光を出射可能である。なお、図２〜図４では、半導体レーザ装置Ａの内部を示すためにキャップ５を省略している。

ステム１は、ベース１Ａとブロック１Ｂとを有している。本実施形態においては、ステム１は、ベース１Ａとブロック１Ｂとが一体的に成形された構造とされている。ステム１は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる。図３に示すように、ベース１Ａは、円形板状である。ブロック１Ｂは、六角柱形状であり、ベース１Ａの方向Ｌ上方において、ベース１Ａの中心からその半径方向外方にシフトした位置に配置されている。ベース１Ａは、たとえば厚さが１．２ｍｍ程度、直径が５．６ｍｍ程度とされる。

ベース１Ａには、３個の貫通孔１１，１２，１３が設けられている。図３に示すように貫通孔１１，１２は、方向Ｌ視において細長状に形成されており、貫通孔１３は円形に形成されている。また、貫通孔１１，１２は、ブロック１Ｂおよび貫通孔１３を挟むように配置されており、貫通孔１１，１２のブロック１Ｂにより近い端部同士の間隔は、ブロック１Ｂからより遠い端部同士の間隔よりも大きくなるように構成されている。

ブロック１Ｂの一側面には、たとえばシリコン基板またはＡＩＮ（アルミナイトライド）からなるサブマウント１ｂが設けられている。図２に示すように、サブマウント１ｂには、レーザ発振部２および互いに離間する４枚のパッド１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが搭載されている。

レーザ発振部２は、互いに独立してレーザ光を出射可能な４個の半導体レーザ素子によって構成されている。これらの４個の半導体レーザ素子は、それぞれ４枚のパッド１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのいずれかと導通している。

リード３１Ａは、図４に示すように、方向Ｌに沿って長く延びるように形成されており、貫通孔１１のブロック１Ｂにより近い端部付近を挿通するように配置されている。リード３１Ａの、方向Ｌにおける上端には、平板状のパッド３１ａが形成されている。パッド３１ａは、パッド１４ａにワイヤを介して導通接続されている。

リード３１Ｂは、図４に示すように、貫通孔１１のブロック１Ｂからより遠い端部付近を挿通するように配置されている。リード３１Ｂの、方向Ｌにおける上端には、平板状のパッド３１ｂが形成されている。パッド３１ｂは、パッド１４ｂにワイヤを介して導通接続されている。なお、パッド３１ｂは、方向Ｌにおいてパッド３１ａよりも下方に配置されている。

リード３２Ａは、貫通孔１２のブロック１Ｂにより近い端部付近を挿通するように配置されている。リード３２Ａの、方向Ｌにおける上端には、平板状のパッド３２ａが形成されている。パッド３２ａは、パッド１５ａにワイヤを介して導通接続されている。

リード３２Ｂは、貫通孔１２のブロック１Ｂからより遠い端部付近を挿通するように配置されている。リード３２Ｂの、方向Ｌにおける上端には、平板状のパッド３２ｂが形成されている。パッド３２ｂは、パッド１５ｂにワイヤを介して導通接続されている。なお、パッド３２ｂは、方向Ｌにおいてパッド３２ａよりも下方に配置されている。

これらのリード３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ａの直径は、たとえば０．３ｍｍである。

受光素子用リード３３は、貫通孔１３を挿通するように配置されている。この受光素子用リード３３の直径は、たとえば０．４５ｍｍである。

コモン用リード３４は、たとえば直径０．４５ｍｍであり、この直径よりも太く形成された接着部３４ａを介して、方向Ｌにおけるベース１Ａの下側に導通接続されている。

受光素子４は、たとえばピンフォトダイオードであり、ベース１Ａ上の貫通孔１１，１２に挟まれる位置に設置されている。この受光素子４は受けた光の光度に応じた大きさの信号を出力するものである。レーザ発振部２から出射される光のうち、図中下方へと向かう光が受光素子４により受光されると、この光の大きさをあらわす信号が出力される。この信号の大きさから、レーザ発振部２への指令値としての光度と実際の光度とを比較することにより、レーザ発振部２をいわゆるフィードバック制御することが可能である。

キャップ５は、方向Ｌにおける上面に図示しない開口部と、この開口部を遮蔽する図示しないガラス板とを備えており、たとえば内部の直径が３．３ｍｍとなるように形成されている。

絶縁材料６は、たとえば低融点ガラスからなり、貫通孔１１，１２，１３のそれぞれに充填されており、貫通孔１１，１２，１３を気密封止している。貫通孔１１に充填された絶縁材料６、はリード３１Ａ，３１Ｂを固定しており、貫通孔１２に充填された絶縁材料６は、リード３２Ａ，３２Ｂを固定している。

次に、半導体レーザ装置Ａの作用について説明する。

本実施形態によれば、レーザ発振部２が４個の半導体レーザ素子によって構成されており、半導体レーザ装置Ａはより高い出力のレーザ光を提供可能である。したがって、たとえばレーザプリンタにおいて、このような半導体レーザ装置Ａを用いて走査を行えば、印刷速度の高速化を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、比較的細い２本のリード３１Ａ，３１Ｂを貫通孔１１にまとめて挿通させることにより、２本のリード３１Ａ，３１Ｂを保持するのに必要な方向Ｌ視における面積を比較的小さくすることができる。同様に、比較的細い２本のリード３２Ａ，３２Ｂを貫通孔１２にまとめて挿通させることにより、２本のリード３２Ａ，３２Ｂを保持するのに必要な方向Ｌ視における面積は比較的小さくなっている。このため、リード３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂを保持するためにベース１Ａの方向Ｌ視における面積が大きくなるのを抑えることが可能となっている。従って、半導体レーザ装置Ａは、装置の大型化を抑えることが可能となっている。

さらに、本実施形態によれば、貫通孔１１，１２は、全体としてブロック１Ｂに寄るように配置されており、ベース１Ａの小型化を図りやすくなっている。従って、半導体レーザ装置Ａは、より小型化を図りやすくなっている。

さらに、本実施形態によれば、パッド３１ａ，３１ｂの高さが異なっており、製造時に、パッド３１ａ，３１ｂとパッド１４ａ，１４ｂとを繋ぐワイヤが交錯するのを避けることができる。同様に、パッド３２ａ，３２ｂの高さが異なっており、製造時に、パッド３３２，３２ｂとパッド１５ａ，１５ｂとを繋ぐワイヤが交錯するのを避けることができる。このため、半導体レーザ装置Ａは不良が生じにくくなっている。

本発明に係る半導体レーザ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上記実施形態ではレーザ発振部２を構成する半導体レーザ素子の数は４個であるが、レーザ発振部２を構成する半導体レーザ素子の数は、必要なレーザ光の出力に応じて変更可能である。また、半導体レーザ素子の数に応じてリードの数および貫通孔の数も変更可能である。

受光素子４を有する構成は、たとえばフィードバック制御によるレーザ発振部２の安定的な発光に有利であるが、やはり本発明はこれに限定されず、別の手法によりレーザ発振部２の出力制御を実現することなどにより、受光素子４を備えない構成としても良い。

本発明に係る半導体レーザ装置Ａは、レーザプリンタに用いられるのに適しているが、これに限定されず広く電子機器などに搭載されるレーザ光の発光源として用いることができる。

本発明に係る半導体レーザ装置の一例の正面図である。 図１に示す半導体レーザ装置の内部を示す要部正面図である。 図１の示す半導体レーザ装置の内部を示す平面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 従来の半導体レーザ装置の一例の断面図である。

符号の説明

Ｌ （レーザ光出射）方向
Ａ 半導体レーザ装置
１ ステム
１Ａ ベース
１Ｂ ブロック
１ｂ サブマウント
１１，１２，１３ 貫通孔
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ パッド
２ レーザ発振部
３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ リード
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ パッド
３３ 受光素子用リード
３４ コモン用リード
３４ａ 接着部
４ 受光素子
５ キャップ
６ 絶縁材料

Claims (6)

1. レーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子と、
   上記複数の半導体レーザ素子が設けられたブロック、およびこのブロックに対して上記レーザ光の出射方向反対側に位置するベースを含むステムと、
   上記ブロックと導通するコモン用リードと、
   上記複数の半導体レーザ素子と導通する複数のリードと、
   を備えた半導体レーザ装置であって、
   上記ベースは、上記複数のリードを挿通させる貫通孔を有しており、
   上記複数のリード同士が互いに絶縁されるように、上記貫通孔には絶縁材料が充填されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
2. 上記貫通孔は、上記レーザ光の出射方向視において細長状に形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 上記複数のリードの断面積は、上記コモン用リードの断面積よりも小さい、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 上記複数のリードは、上記ブロックに近いものほど、上記レーザ光の出射方向側の端部と上記貫通孔との距離が大きくなっている、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
5. 上記複数の半導体レーザ素子は４個以上であり、上記ベースには、上記貫通孔が２個以上形成されており、上記複数の貫通孔は、それぞれ２本以上の上記リードを挿通させるように構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
6. 上記複数の貫通孔のうち２つの貫通孔をそれぞれ挿通する上記複数のリードのうち、上記半導体レーザ素子により近いもの同士の間隔が、上記ブロックからより遠いもの同士の間隔よりも大きくなるように構成されている、請求項５に記載の半導体レーザ装置。

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