JP2011018800A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い放熱効果を有し、高出力でレーザ光を出射可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】この半導体レーザ装置は、ブロック部１１と、ブロック部１１が上面上に設けられたアイレット部１０とを含むステム１２と、ブロック部１１に搭載され、高出力で青紫色レーザ光を出射可能な半導体レーザ素子３０と、半導体レーザ素子３０を覆うようにアイレット部１０の上面上に固定されたキャップ４０と、アイレット部１０に保持されたリード５０と、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱するための放熱器６０とを備えている。そして、上記放熱器６０は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域全面を含む広い領域と熱接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザ素子が搭載された半導体レーザ装置に関する。

近年、半導体レーザの用途は著しく拡大しており、各産業分野において、半導体レーザ素子が搭載された半導体レーザ装置が用いられている。また、近年では、半導体レーザ素子の高出力化が強く要求されており、半導体レーザ装置に、光出力の高い高出力半導体レーザ素子が搭載されることが多くなってきている。

高出力半導体レーザ素子が搭載された半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の発熱量が大きくなるため、より高い放熱効果が求められる。このため、半導体レーザ素子で発生する熱を効率よく放熱させるために、放熱器を備えた構成とする場合がある。たとえば、特許文献１では、半導体レーザ素子からの熱を放熱させる放熱板（放熱器）を備え、この放熱板を、半導体レーザ装置のアイレット部の側面と接触させている。

特開２００６−２７８３６１号公報

上述のように、半導体レーザ装置のアイレット部を放熱器と接触させる方法は、半導体レーザ装置の放熱効果を高めるための方法として非常に有効である。

しかしながら、放熱器をアイレット部と接触させた場合でも、接触させる位置などの違いによっては、十分な放熱効果が得られない場合がある。特に、高出力半導体レーザ素子が搭載されている半導体レーザ装置の場合には、接触位置などによって、放熱効果が不十分になり易いという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高い放熱効果を有し、高出力でレーザ光を出射可能な半導体レーザ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ装置は、ブロック部と、ブロック部が上面上に設けられたアイレット部とを含むステムと、ブロック部に搭載された半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を覆うように、アイレット部の上面上に固定されたキャップと、アイレット部に保持されたリードと、半導体レーザ素子からの熱を放熱するための放熱器とを備えている。そして、上記放熱器は、少なくとも、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域全面と熱接触している。なお、本発明の「熱接触」とは、空気が介在しない熱接触であり、放熱器とアイレット部とが直接的に接触する場合の他、充填層などを介して間接的に接触する場合も含む。

この一の局面による半導体レーザ装置では、上記のように、半導体レーザ素子からの熱を放熱するための放熱器を、少なくとも、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域全面と熱接触させることによって、半導体レーザ素子からの熱を効率よく放熱器に伝達させることができる。すなわち、半導体レーザ素子からの熱は、ブロック部を介してアイレット部に伝達されるため、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域全面に放熱器を熱接触させることによって、半導体レーザ素子からの熱を効率よく放熱器に伝達させることができる。このため、十分な放熱効果を得ることができるので、高い光出力でレーザ光を出射した場合でも、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子の温度上昇に起因する信頼性および素子特性の低下を抑制することができる。また、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制することによって、素子の長寿命化を図ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、上記放熱器は、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域に加えて、アイレット部の下面における他の領域およびアイレット部の側面とも熱接触されているのが好ましい。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、リードは、アイレット部とは電気的に絶縁された状態で保持されている。このように構成すれば、アイレット部と電気的に接続されるリードを省略することができる。通常、アイレット部と電気的に接続されるリードは、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域に取り付けられる。このため、アイレット部と電気的に接続されるリードを省略することによって、放熱器を、アイレット部の下面におけるブロック部の真下に位置する領域全面と容易に熱接触させることが可能となる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、アイレット部には、リードが２本保持されており、これら２本のリードは、それぞれ、半導体レーザ素子と電気的に接続されている。このように構成すれば、アイレット部と電気的に接続されるリードが省略された状態となるので、リードが１本省略された分、放熱器を、アイレット部の下面のより広い領域と熱接触させることができる。これにより、より効率よく、半導体レーザ素子からの熱を放熱器に伝達させることができるので、十分な放熱効果を容易に得ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、アイレット部には、厚み方向に貫通する２つの第１貫通穴が形成されており、２つの第１貫通穴には、それぞれ、リードが１本ずつ挿通されるように構成することができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、アイレット部には、リードが１本保持されており、この１本のリードは、半導体レーザ素子と電気的に接続される第１リード部および第２リード部を含み、第１リード部および第２リード部は、絶縁層を介して一体化されている。このように構成すれば、アイレット部に保持されるリードの数を１本に減らすことができるので、放熱器を、アイレット部の下面のさらに広い領域と熱接触させることができる。これにより、さらに効率よく、半導体レーザ素子からの熱を放熱器に伝達させることができるので、十分な放熱効果をより容易に得ることができる。

この場合において、アイレット部には、厚み方向に貫通する１つの第２貫通穴が形成されており、第２貫通穴には、第１リード部および第２リード部を含むリードが挿通されるように構成することができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、リードは、アイレット部の側面に保持されており、放熱器は、アイレット部の下面全面と熱接触している。このように構成すれば、アイレット部の下面における放熱器と熱接触している領域を最大限に大きくすることができるので、より高い放熱効果を得ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、アイレット部は、平面的に見て、直径が５．６ｍｍの略円形状に形成されており、アイレット部の下面全体の面積に対する、アイレット部の下面における放熱器と熱接触している領域の面積の比率が、８５％〜１００％であるのが好ましい。このように構成すれば、従来の半導体レーザ装置に比べて、高い放熱効果を有する半導体レーザ装置を得ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、放熱器と接触しているアイレット部の表面の算術平均粗さＲａが、１μｍ以下である。このように構成すれば、接触面に凹凸が形成されていることに起因して、放熱器とアイレット部との実効的な接触面積が低下するという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、半導体レーザ素子からの熱を放熱器に伝達させることができるので、高い放熱効果を容易に得ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、放熱器は、アイレット部の下面と直接的に接触していてもよい。この場合、放熱器と接触しているアイレット部の表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下とすることによって、放熱器とアイレット部との実効的な接触面積が低下するのを容易に抑制することができる。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、放熱器は、フィラーを含む充填層を介して、アイレット部の少なくとも下面と間接的に接触するように構成されていてもよい。このように構成すれば、放熱器とアイレット部との隙間を、フィラーを含む充填層で埋めることができる。このため、これによっても、容易に、半導体レーザ素子からの熱を放熱器に伝達させることができる。

この場合において、少なくとも、アイレット部の下面上にはメッキ層が形成されており、メッキ層を構成するメッキの粒径は、フィラーの粒径によって調整されているのが好ましい。たとえば、メッキの粒径をフィラーの粒径と同程度とすることによって、メッキの粒の間に、フィラーを入り込み易くすることができる。これにより、フィラーによる熱伝達効果を向上させることができる。

なお、半導体レーザ素子からの熱を放熱器に伝達させるためには、アイレット部の表面を放熱器に半田付けすることにより、アイレット部（ステム）と放熱器とを金属接合させる方法が効果的であると考えられる一方、メッキ層の耐熱性により、このような方法を採用することが困難になる場合がある。

上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、半導体レーザ素子は、窒化物半導体からなり、上記キャップによって、半導体レーザ素子が気密封止されている。このように構成すれば、高出力で青紫色レーザ光を出射可能な半導体レーザ装置を容易に得ることができる。

以上のように、本発明によれば、高い放熱効果を有し、高出力でレーザ光を出射可能な半導体レーザ装置を容易に得ることができる。

放熱器を備えた本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の平面図（キャップを取り外した状態の図）である。 本発明の第１実施形態による放熱器の下部部材の平面図である。 従来の半導体レーザ装置の断面図である。 従来の半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。 第１実施形態の変形例による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のリードの斜視図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の平面図（キャップを取り外した状態の図）である。 本発明の第２実施形態による放熱器の下部部材の平面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のリード（他の例）の斜視図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。 図１６をＡ方向から見た側面図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の平面図（キャップを取り外した状態の図）である。 第３実施形態の変形例による半導体レーザ装置の側面図（図１７と同様の方向から見た図）である。

本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、パッケージサイズ（ステムの外径）が５．６ｍｍφのキャンパッケージ型半導体レーザ装置に本発明を適用した例について説明する。

（第１実施形態）
図１は、放熱器を備えた本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図２は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。図３は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の斜視図である。図４および図５は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置について説明する。

第１実施形態による半導体レーザ装置は、図１および図４に示すように、アイレット部１０と、アイレット部１０の上面上に固定されたブロック部１１と、サブマウント２０を介して上記ブロック部１１に搭載された半導体レーザ素子３０と、半導体レーザ素子３０が搭載されたブロック部１１を覆うように、アイレット部１０の上面上に固定されたキャップ４０と、アイレット部１０に保持されたリード５０とを備えている。なお、アイレット部１０とブロック部１１とによって、ステム１２が構成される。

また、第１実施形態による半導体レーザ装置は、図１および図３に示すように、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱させる放熱器６０をさらに備えている。

アイレット部１０は、図１、図２および図４に示すように、鉄または銅などの金属材料から構成されており、略円板状に形成されている。このアイレット部１０の表面には、金メッキなどの表面処理が施されており、その表面にメッキ層が形成されている。また、アイレット部１０は、直径が約５．６ｍｍ、厚みが約１．２ｍｍに形成されている。さらに、アイレット部１０の所定領域には、厚み方向に貫通するとともに、後述するリード５０を保持するための２つの貫通穴１３が形成されている。なお、貫通穴１３は、本発明の「第１貫通穴」の一例である。

ブロック部１１は、鉄または銅などの金属材料によって構成されており、アイレット部１０の上面の中央部近傍に固定されている。なお、ブロック部１１の表面には、アイレット部１０と同様に、金メッキなどの表面処理が施されている。また、ブロック部１１は、アイレット部１０に一体的に形成された構成となる場合もある。

半導体レーザ素子３０は、窒化物半導体から構成されており、たとえば、２５０ｍＷ以上の光出力で青紫色レーザ光を出射可能な高出力半導体レーザ素子からなる。この半導体レーザ素子３０は、サブマウント２０を介して、ブロック部１１の先端側一側面（アイレット部１０の中心側の面）の所定の領域に搭載されている。なお、半導体レーザ素子３０は、ジャンクションダウン方式またはジャンクションアップ方式のいずれかでサブマウント２０上に実装される。

キャップ４０は、銅や鉄の合金などの金属材料によって構成されており、略円筒状の側壁部４１と、この側壁部４１の一端に設けられた天面部４２と、側壁部４１の他端に設けられたフランジ部４３とを含んで構成されている。このキャップ４０の天面部４２には、半導体レーザ素子３０から出射されるレーザ光を取り出すための出射孔４２ａが設けられており、天面部４２の出射孔４２ａは、半導体レーザ素子３０を気密封止するために、ガラスからなる光透過窓４４によって覆われている。なお、光透過窓４４は、低融点ガラスによってキャップ４０に取り付けられている。

また、キャップ４０は、そのフランジ部４３がアイレット部１０に溶接されることによって、半導体レーザ素子３０などを覆うように、アイレット部１０の上面上に固定されている。なお、上記半導体レーザ素子３０は、アイレット部１０とキャップ４０とによって、気密封止されている。

ここで、第１実施形態では、上記リード５０は、半導体レーザ素子３０のアノードまたはカソードの一方と電気的に接続されるリード５１と、半導体レーザ素子３０のアノードまたはカソードの他方と電気的に接続されるリード５２とから構成されている。

すなわち、第１実施形態による半導体レーザ装置は、アイレット部１０に２本のリード５１および５２が固定された構成となっている。この２本のリード５１および５２は、それぞれ、アイレット部１０の貫通穴１３に挿通され、その一方端部がアイレット部１０の上面側に突出するように、絶縁体１４を介してアイレット部１０に絶縁固定されている。このため、第１実施形態では、アイレット部１０に直接取り付けられる（アイレット部１０に電気的に接続される）リードが省略された構成となっている。

そして、上記リード５１の一方端部が、ボンディングワイヤ１５を介して半導体レーザ素子３０と電気的に接続されており、上記リード５２の一方端部が、ボンディングワイヤ１６およびサブマウント２０を介して、半導体レーザ素子３０と電気的に接続されている。

なお、第１実施形態では、上記半導体レーザ素子３０の配線形式がフローティング接続となっている。ここで、フローティング接続とは、半導体レーザ素子の電極をコモンに接続しない配線形式である。

放熱器６０は、たとえば、アルミニウムや銅などの放熱性に優れた金属材料からなる。この放熱器６０は、図３に示すように、分割可能に構成された２つのブロック状部材（上部部材６１および下部部材６２）を含んで構成されている。

放熱器６０を構成する上部部材６１には、キャップ４０が挿通される貫通穴６１ａが形成されている。この貫通穴６１ａの内側面６１ｂは、図１に示すように、上面側の第１内側面６１ｃと、第１内側面６１ｃより後退した第２内側面６１ｄとを含んで構成されている。そして、上記第１内側面６１ｃと上記第２内側面６１ｄとは、段差面６１ｅを介して、接続されている。また、貫通穴６１ａの第２内側面６１ｄは、アイレット部１０の側面と熱接触するように形成されている。具体的には、貫通穴６１ａの第２内側面６１ｄは、アイレット部１０の側面と、全周にわたって直接接触するように形成されている。一方、上記貫通穴６１ａの段差面６１ｅは、アイレット部１０の上面の一部（外周部）と接触するように形成されている。

放熱器６０を構成する下部部材６２には、図３および図５に示すように、リード５０が挿通される貫通穴６２ａが形成されている。この貫通穴６２ａは、２本のリード５１および５２が挿通可能となるように長穴状に形成されている。具体的には、２本のリード５１および５２が挿通された際に、アイレット部１０の２つの貫通穴１３が、下部部材６２の貫通穴６２ａの両端に位置するように、上記貫通穴６２ａが形成されている。

上記のように構成された放熱器６０は、図１および図３に示すように、上部部材６１と下部部材６２とでアイレット部１０を挟持するとともに、上部部材６１の段差面６１ｅでアイレット部１０の上面の一部（外周部）を押圧することにより、アイレット部１０に装着されている。

ここで、第１実施形態では、図１および図２に示すように、上記放熱器６０（下部部材６２）は、アイレット部１０に装着された際に、アイレット部１０の下面における貫通穴６２ａ（図１および図５参照）と対応する領域以外の領域（図２の斜線領域）と直接接触した状態となっている。このため、放熱器６０は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａ（図２参照）の全面を含む、広い領域と接触した状態となっている。

また、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図２の斜線領域）の面積Ｓ１は、アイレット部１０の下面全体の面積から貫通穴６２ａに対応する領域の面積を引いた面積であるため、以下の式（１）より、約２１．８３３ｍｍ²と算出される。
Ｓ１≒（πＤ²／４）−｛（ｄ×Ｌ）＋（πｄ²／４）｝・・・・・（１）
＝（３．１４×５．６²／４）−｛（２×１）＋（３．１４×１．０²／４）｝
＝２１．８３３（ｍｍ²）

寸法条件として、ステム（アイレット部１０）の直径Ｄ（図２参照）：５．６ｍｍ、貫通穴１３の直径ｄ（図２参照）：１．０ｍｍ、貫通穴１３の中心間距離Ｌ（図２参照）：２．０ｍｍを用いた。

アイレット部１０の下面全体の面積は、２４．６１８ｍｍ²（＝３．１４×５．６²／４）であるため、アイレット部１０の下面全体の面積に対する、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図２の斜線領域）の面積Ｓ１の比率は、８８．７％となる。

なお、上記放熱器６０（上部部材６１）は、アイレット部１０の側面全面および上面の一部（外周部）とも直接接触した状態となっている。また、上述のように、放熱器６０とアイレット部１０とが直接接触する場合には、放熱器６０とアイレット部１０との実効的な接触面積を増加させるために、アイレット部１０の表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下とするのが好ましい。この場合、メッキの粒径が小さくされていれば、より好ましい。

第１実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱するための放熱器６０を、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａの全面を含む広い領域と接触させることによって、半導体レーザ素子３０からの熱を効率よく放熱器６０に伝達させることができる。すなわち、半導体レーザ素子３０からの熱は、ブロック部１１を介してアイレット部１０に伝達されるため、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａの全面に放熱器６０を接触させることによって、半導体レーザ素子３０からの熱を効率よく放熱器６０に伝達させることができる。このため、十分な放熱効果を得ることができるので、高い光出力でレーザ光を出射した場合でも、半導体レーザ素子３０の温度上昇を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子３０の温度上昇に起因する信頼性および素子特性の低下を抑制することができる。

また、第１実施形態では、アイレット部１０に２本のリード５１および５２を絶縁固定し、これらのリード５１および５２を半導体レーザ素子３０と電気的に接続することによって、アイレット部１０と電気的に接続されるリードが省略された状態にすることができるので、リードが１本省略された分、放熱器６０を、アイレット部１０の下面のより広い領域と接触させることができる。これにより、より効率よく、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱器６０に伝達させることができるので、十分な放熱効果を容易に得ることができる。

また、アイレット部１０と電気的に接続されるリードを省略することによって、放熱器６０を、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａの全面と容易に接触させることが可能となる。

なお、放熱器６０と接触するアイレット部１０の表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下にした場合には、接触面に凹凸が形成されていることに起因して、放熱器６０とアイレット部１０との実効的な接触面積が低下するという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱器６０に伝達させることができるので、高い放熱効果を容易に得ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように構成することによって、アイレット部１０の底面における放熱器６０との接触面積を、パッケージサイズが５．６ｍｍφの従来の半導体レーザ装置に比べて、約６．９％向上させることができる。

なお、従来の半導体レーザ装置として、アイレット部と電気的に接続されたリードを有するキャンパッケージ型の半導体レーザ装置を用いた。

図６は、従来の半導体レーザ装置の断面図であり、図７は、従来の半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。なお、図６は、第１実施形態と同様の放熱器を取り付けた状態を示している。

従来の半導体レーザ装置は、図６に示すように、上記した第１実施形態による半導体レーザ装置の構成に加えて、アイレット部１０と電気的に接続されたリード５３をさらに備えている。このリード５３は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域に直接取り付けられている。また、リード５３は、ケース端子としての役割を有しており、このリード５３を接地させることにより、パッケージを電磁シールドとして利用することが可能となる。

また、放熱器６０の下部部材６２には、３本のリードを挿通するための貫通穴６２ｂが形成されている。この貫通穴６２ｂは、平面的に見て、略三角形状に形成されている。このため、放熱器６０との接触領域は、アイレット部１０の下面における貫通穴６２ｂと対応する領域以外の領域（図７の斜線領域）となる。この場合、放熱器６０は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａ（図７参照）の極一部のみと接触した状態となる。

また、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図７の斜線領域）の面積Ｓ５は、アイレット部１０の下面全体の面積から貫通穴６２ｂに対応する領域の面積を引いた面積であるため、以下の式（２）より、約２０．４２３ｍｍ²と算出される。
Ｓ５≒（πＤ²／４）−｛（Ｌ²／４）＋（Ｌ×ｄ／２）＋（√Ｌ×ｄ／２）×２＋（πｄ²／４）｝・・・・・（２）
＝（３．１４×５．６²／４）−｛（２²／４）＋（２×１／２）＋（１．４１×１／２）×２＋（３．１４×１²／４）｝
＝２０．４２３（ｍｍ²）

寸法条件として、｛ステム（アイレット部１０）の直径Ｄ（図７参照）：５．６ｍｍ、貫通穴１３の直径ｄ（図７参照）：１．０ｍｍ、貫通穴１３の中心間距離Ｌ（図７参照）：２．０ｍｍ｝を用いた。

アイレット部１０の下面全体の面積は、第１実施形態と同様、２４．６１８ｍｍ²であるため、アイレット部１０の下面全体の面積に対する、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図７の斜線領域）の面積Ｓ５の比率は、８３．０％となる。

したがって、第１実施形態による半導体レーザ装置では、上述したように、従来の半導体レーザ装置に比べて、アイレット部の底面における放熱器との接触面積を、約６．９％（＝（８８．７−８３．０）／８３．０×１００）改善することができる。すなわち、第１実施形態では、アイレット部１０における放熱に寄与し得る部分の面積をより大きくすることができる。

なお、第１実施形態による半導体レーザ装置において、パッケージを電磁シールドとして利用する場合には、キャップ４０や放熱器６０などの一部を接地すればよい。

（第１実施形態の変形例）
図８は、第１実施形態の変形例による半導体レーザ装置の断面図である。次に、図８を参照して、第１実施形態の変形例による半導体レーザ装置について説明する。

この第１実施形態の変形例では、放熱器６０が、放熱媒体などを介して、アイレット部１０と間接的に熱接触している。具体的には、放熱器６０が、金属フィラーなどを含む銀ペーストや放熱グリスなどの充填層７０を介して、アイレット部１０と間接的に熱接触している。

また、アイレット部１０の表面に形成されるメッキ層のメッキの粒径は、充填層７０に含まれるフィラーの粒径によって調整されている。たとえば、メッキの粒径は、フィラーの粒径と同程度の大きさとなっている。このように、メッキの粒径を、充填層７０に含まれるフィラーの粒径によって調整することにより、メッキの粒の間に、フィラーを入り込み易くすることができるので、フィラーによる熱伝達効果を向上させることが可能となる。

なお、第１実施形態の変形例のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第１実施形態の変形例では、上記のように、放熱器６０を、フィラーを含む充填層７０を介して、アイレット部１０と間接的に接触させることによって、放熱器６０とアイレット部１０の表面との間に、アイレット部１０の表面の凹凸などによって隙間が形成されていた場合でも、その隙間を、フィラーを含む充填層７０で埋めることができるので、これによっても、容易に、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱器６０に伝達させることができる。

なお、放熱器６０を、充填層７０を介して間接的にアイレット部１０と接触させる場合には、接触面に凹凸が形成されていた場合でも、放熱器６０とアイレット部１０との実効的な接触面積の低下を抑制することができるので、放熱器６０と接触するアイレット部１０の表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下としなくてもよい。むろん、アイレット部１０の表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下としてもよい。

第１実施形態の変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図１０は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。図１１は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のリードの斜視図である。図１２〜図１４は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図である。次に、図９〜図１４を参照して、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置について説明する。

この第２実施形態による半導体レーザ装置は、図９に示すように、アイレット部１０に１本のリード１５０が固定されている。このリード１５０は、図１１に示すように、導電性の第１リード部１５１および第２リード部１５２が絶縁層１５３を介して１本にまとめられた構成となっている。このようなリード１５０は、たとえば、金属板を絶縁接着剤などで貼り合わせた後、プレス加工などで棒状（ピン状）に形成することによって得ることができる。

また、第２実施形態では、図９、図１０および図１１に示すように、アイレット部１０の略中央部に、第１実施形態と同様の貫通穴１３ａが１つ形成されている。そして、図９に示すように、上記リード１５０が、アイレット部１０の貫通穴１３ａに挿通され、その一方端部がアイレット部１０の上面側に突出するように、絶縁体１４を介してアイレット部１０に絶縁固定されている。このため、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、アイレット部１０に直接取り付けられる（アイレット部１０に電気的に接続される）リードが省略された構成となっている。なお、貫通穴１３ａは、本発明の「第２貫通穴」の一例である。

また、図９および図１２に示すように、上記リード１５０の第１リード部１５１は、ボンディングワイヤ１５を介して半導体レーザ素子３０と電気的に接続されており、上記リード１５０の第２リード部１５２は、ボンディングワイヤ１６およびサブマウント２０を介して、半導体レーザ素子３０と電気的に接続されている。

放熱器６０を構成する下部部材６２には、図９および図１３に示すように、貫通穴１６２ａが形成されている。この貫通穴１６２ａは、上記した１本のリード１５０が挿通可能に形成されている。具体的には、下部部材６２の貫通穴１６２ａは、アイレット部１０の貫通穴１３ａと対応する大きさ（略同じ大きさ）に形成されている。

ここで、第２実施形態では、図９および図１０に示すように、上記放熱器６０（下部部材６２）は、アイレット部１０に装着された際に、アイレット部１０の下面における貫通穴１６２ａ（図９および図１３参照）と対応する領域以外の領域（図１０の斜線領域；貫通穴１３ａ以外の領域）と直接接触した状態となっている。このため、放熱器６０は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａ（図１０参照）の全面を含む、より広い領域と接触した状態となっている。

また、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図１０の斜線領域）の面積Ｓ２は、アイレット部１０の下面全体の面積から貫通穴１６２ａに対応する領域の面積（貫通穴１３ａの平面積）を引いた面積であるため、以下の式（３）より、約２３．８３３ｍｍ²と算出される。
Ｓ２≒（πＤ²／４）−（πｄ²／４） ・・・・・（３）
＝（３．１４×５．６²／４）−（３．１４×１．０²／４）
＝２３．８３３（ｍｍ²）

寸法条件として、ステム（アイレット部１０）の直径Ｄ（図１０参照）：５．６ｍｍ、貫通穴１３ａの直径ｄ（図１０参照）を用いた。

アイレット部１０の下面全体の面積は、上記第１実施形態と同様、２４．６１８ｍｍ²であるため、アイレット部１０の下面全体の面積に対する、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図１０の斜線領域）の面積Ｓ２の比率は、９６．８％となる。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、第１リード部１５１と第２リード部１５２とが絶縁層１５３を介して１本にまとめられたリード１５０を１本、アイレット部１０に絶縁固定（保持）することによって、放熱器６０を、アイレット部１０の下面のさらに広い領域と接触させることができる。これにより、さらに効率よく、半導体レーザ素子３０からの熱を放熱器６０に伝達させることができるので、十分な放熱効果をより容易に得ることができる。

また、第２実施形態では、上記第１実施形態で示した従来の半導体レーザ装置に比べて、アイレット部の底面における放熱器との接触面積を、約１６．６％（＝（９６．８−８３．０）／８３．０×１００）向上させることができる。すなわち、第２実施形態では、アイレット部１０における放熱に寄与し得る部分の面積をさらに大きくすることができる。

また、第２実施形態においても、上記第１実施形態の変形例のように、フィラーなどを含む銀ペーストや放熱グリスなどの充填層を介して、放熱器とアイレット部とが間接的に熱接触された構成とすることもできる。

また、図１４に示すように、上記リード１５０に代えて、角柱状に形成されたリード１５５を用いることもできる。このような角柱状のリード１５５は、たとえば、樹脂からなる基板１５６の両面に銅箔１５７を被着した銅貼り基板（両面プリント基板）などを短冊状に切断加工することにより得ることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図１６は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のアイレット部を下面側から見た平面図である。図１７は、図１６をＡ方向から見た側面図である。図１８および図１９は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図である。次に、図１５〜図１９を参照して、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置について説明する。

この第３実施形態による半導体レーザ装置は、上記第１および第２実施形態と異なり、２本のリード５１および５２が、アイレット部１０の側面に固定（保持）されている。また、図１５および図１８に示すように、アイレット部１０の略中央部には、凹部１７が形成されており、アイレット部１０の側面（外側面）には、凹部１７の内側面に達する貫通穴１３ｂ（図１５参照）が形成されている。この貫通穴１３ｂは、図１７に示すように、２本のリード５１および５２が挿通可能となるように長穴状に形成されている。

また、図１７および図１８に示すように、２本のリード５１および５２は、それぞれ、アイレット部１０の貫通穴１３ｂに挿通され、その一方端部がアイレット部１０の凹部１７内に位置するように、低融点ガラスなどからなる絶縁体１４ａを介してアイレット部１０に絶縁固定されている。このため、第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と同様、アイレット部１０に直接取り付けられる（アイレット部１０に電気的に接続される）リードが省略された構成となっている。なお、上記絶縁体１４ａによって、貫通穴１３ｂが気密に封止されている。

また、図１５および図１８に示すように、上記リード５１は、ボンディングワイヤ１５を介して半導体レーザ素子３０と電気的に接続されており、上記リード５２は、ボンディングワイヤ１６およびサブマウント２０を介して、半導体レーザ素子３０と電気的に接続されている。

上記のように構成された第３実施形態による半導体レーザ装置では、リード５１および５２がアイレット部１０の側面に固定されていることから、図１６に示すように、アイレット部１０の底面からリードなどが突出した状態となっておらず、アイレット部１０の底面全面が放熱器６０（下部部材６２）（図１５参照）と接触可能な構成となっている。このため、第３実施形態では、放熱器６０の下部部材６２（図１５参照）に、上記第１および第２実施形態のような貫通穴が形成されていない。なお、図１５に示すように、放熱器６０の上部部材６１には、リード５０を取り出すための溝部６１ｆが形成されている。

したがって、図１５および図１６に示すように、上記放熱器６０（下部部材６２）は、アイレット部１０に装着された際に、アイレット部１０の下面全面（図１６の斜線領域）と直接接触した状態となる。このため、放熱器６０は、アイレット部１０の下面におけるブロック部１１の真下に位置する領域１１ａ（図１６参照）の全面を含む、最大限広い領域と接触した状態となる。

また、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図１０の斜線領域）の面積Ｓ３は、アイレット部１０の下面全面の面積であるため、約２４．６１８ｍｍ²となる。このため、アイレット部１０の下面全体の面積に対する、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触する領域（図１０の斜線領域）の面積Ｓ３の比率は、１００％となる。

第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、２本のリード５１および５２を、アイレット部１０の側面に固定（保持）することによって、アイレット部１０の底面全面を放熱器６０と接触させることができるので、アイレット部１０の下面における放熱器６０と接触している領域を最大限に大きくすることができる。これにより、より高い放熱効果を得ることができる。

また、第３実施形態では、上記第１実施形態で示した従来の半導体レーザ装置に比べて、アイレット部の底面における放熱器との接触面積を、約２０．５％（＝（１００−８３．０）／８３．０×１００）向上させることができる。すなわち、第３実施形態では、アイレット部１０における放熱に寄与し得る部分の面積を最大限に大きくすることができる。

また、第３実施形態においても、上記第１実施形態の変形例のように、フィラーなどを含む銀ペーストや放熱グリスなどの充填層を介して、放熱器とアイレット部とが間接的に熱接触された構成とすることもできる。

また、図１９に示すように、アイレット部１０の側面に形成された貫通穴を分離した２つの貫通穴１３ｃとすることにより、リード５１および５２を各々の貫通穴１３ｃに個別に挿通するように構成することもできる。

第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、パッケージサイズが５．６ｍｍφの半導体レーザ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、５．６ｍｍφ以外のパッケージサイズ（たとえば、９．０ｍｍφまたは３．３ｍｍφ）の半導体レーザ装置に本発明を適用することもできる。なお、３ｍｍφ〜１０ｍｍφのキャンパッケージ型半導体レーザ装置であれば、容易に、本発明を適用することができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、半導体レーザ装置に、青紫色レーザ光を出射する高出力半導体レーザ素子を実装した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の半導体レーザ素子が実装されていてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ブロック状部材からなる放熱器を備えた例について示したが、本発明はこれに限らず、放熱器は、ブロック状以外の形状であってもよい。たとえば、板状であってもよいし、放熱フィンが形成された形状であってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、放熱器を金属材料から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、金属材料以外の材料から放熱器を構成してもよい。たとえば、セラミックスなどの絶縁材料などから、上記放熱器を構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、放熱器の下部部材に、リードを挿通させる長穴状の貫通穴を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、放熱器の下部部材に、アイレット部の貫通穴に対応した円形状の貫通穴を２つ形成してもよい。

１０ アイレット部
１１ ブロック部
１２ ステム
１３ 貫通穴（第１貫通穴）
１３ａ 貫通穴（第２貫通穴）
１４、１４ａ 絶縁体
１５、１６ ボンディングワイヤ
１７ 凹部
２０ サブマウント
３０ 半導体レーザ素子
４０ キャップ
５０、５１、５２、１５０、１５５ リード
６０ 放熱器
６１ 上部部材
６１ａ 貫通穴
６２ 下部部材
６２ａ、１６２ａ 貫通穴
７０ 充填層
１５１ 第１リード部
１５２ 第２リード部
１５３ 絶縁層

Claims (13)

1. ブロック部と、前記ブロック部が上面上に設けられたアイレット部とを含むステムと、
   前記ブロック部に搭載された半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子を覆うように、前記アイレット部の上面上に固定されたキャップと、
   前記アイレット部に保持されたリードと、
   前記半導体レーザ素子からの熱を放熱するための放熱器とを備え、
   前記放熱器は、少なくとも、前記アイレット部の下面における前記ブロック部の真下に位置する領域全面と熱接触していることを特徴とする、半導体レーザ装置。
2. 前記リードは、前記アイレット部とは電気的に絶縁された状態で保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記アイレット部には、前記リードが２本保持されており、
   前記２本のリードは、それぞれ、前記半導体レーザ素子と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記アイレット部には、厚み方向に貫通する２つの第１貫通穴が形成されており、
   前記２つの第１貫通穴には、それぞれ、前記リードが１本ずつ挿通されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記アイレット部には、前記リードが１本保持されており、
   前記１本のリードは、前記半導体レーザ素子と電気的に接続される第１リード部および第２リード部を含み、
   前記第１リード部および前記第２リード部は、絶縁層を介して一体化されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記アイレット部には、厚み方向に貫通する１つの第２貫通穴が形成されており、
   前記第２貫通穴には、前記第１リード部および前記第２リード部を含む前記リードが挿通されていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記リードは、前記アイレット部の側面に保持されており、
   前記放熱器は、前記アイレット部の下面全面と熱接触していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
8. 前記アイレット部は、平面的に見て、直径が５．６ｍｍの略円形状に形成されており、
   前記アイレット部の下面全体の面積に対する、前記アイレット部の下面における前記放熱器と熱接触している領域の面積の比率が、８５％〜１００％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
9. 前記放熱器と接触している前記アイレット部の表面の算術平均粗さＲａが、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
10. 前記放熱器は、前記アイレット部の下面と直接的に接触していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
11. 前記放熱器は、フィラーを含む充填層を介して、前記アイレット部の少なくとも下面と間接的に接触していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
12. 少なくとも、前記アイレット部の下面上にはメッキ層が形成されており、
    前記メッキ層を構成するメッキの粒径は、前記フィラーの粒径によって調整されていることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
13. 前記半導体レーザ素子は、窒化物半導体からなり、
    前記キャップによって、前記半導体レーザ素子が気密封止されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

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