JP2012178434A

JP2012178434A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2012178434A
Application number: JP2011040238A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oyu; 孝寛大湯
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面における光集塵を抑制する半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面に、それぞれ接着材を介して透光性部材が接合される。
【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外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置に関する。

従来、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置が提案された（特許文献１、２参照）。この従来の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ装置の小型化及び低コスト化が可能とされる。また、近年紫外〜青色領域の波長の半導体レーザ装置が実用化されているが、そのような短波長のレーザ光は、光集塵し易いという問題がある。そのため、発明者らは、特許文献３に開示されているような構造のオープンパッケージ構造を提案している。

特開２００１−１１１１５２号公報特開２００５−１１６７００号公報特開２０１１−３８８９号公報

しかしながら、今後、紫外〜青色領域の半導体レーザ装置の用途が拡がるにつれて、一層高品質なレーザ光が得られる半導体レーザ装置が要求されることが考えられる。

そこで、本発明は、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面における光集塵を抑制する半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

本発明は、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面に、それぞれ接着材を介して透光性部材が接合される、ことを特徴とする半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記半導体レーザ素子は、リア側端面に反射率が７０％以上９０％未満の反射膜が設けられる、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザ素子のフロント側端面に、接着材を介して透光性部材が接合され、前記半導体レーザ素子のリア側端面に反射率が９０％以上の反射膜が設けられる、ことを特徴とする半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記接着材は、ほぼ透明の無機材料である上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記接着材は、シリコーンオイルが変性したシリコーンオイル変性部材である、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記シリコーンオイル変性部材は、ジメチルシリコーンオイル、メチルシリコーンオイル、及びそれらフッ素変性シリコーンオイルの少なくとも一つを含むシリコーンオイルが変性した部材である、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記接着材は、熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物である、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物は、ポリシロキサン、ポリシラザンのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

また、本発明は、前記半導体レーザ素子は、紫外〜青色領域のレーザ光を出射する、ことを特徴とする上記の半導体レーザ装置である。

本発明によれば、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面における光集塵を抑制する半導体レーザ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

［本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置］
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子１３が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、ステム１０と、ステム１０に取り付けられた基体１１と、基体１１に取り付けられた支持体１２と、支持体１２に取り付けられた半導体レーザ素子１３と、半導体レーザ素子１３のフロント側端面及びリア側端面に、それぞれ接着材１４を介して接合された透光性部材１５と、開口Ａを有するキャップ１６と、を備えている。なお、フロント側端面とは、フロント側側面１３ａのうち発光層（図示せず）の側面となる領域をいい、リア側端面とは、リア側側面１３ｂのうち発光層（図示せず）の側面となる領域をいう。

本発明の第１実施形態によれば、半導体レーザ素子１３のフロント側端面とリア側端面が、それぞれ透光性部材１５により保護されるため、半導体レーザ素子１３が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置１において、半導体レーザ素子１３のフロント側端面とリア側端面における光集塵を抑制することができる。

このようなリア側端面に透光性部材を接合する形態は、半導体レーザ素子のリア側端面に反射率が７０％以上９０％未満の反射膜（図示せず）を設ける場合に特に有効である。例えば、リア側端面から出射されるレーザ光をモニターするためのフォトダイオード（ＰＤ）を用いる場合、リア側端面の反射率が９０％以上であると光を検知しにくくなるため、ある程度の強度のレーザ光をリア側端面から出射させる必要がある。そのような場合、フロント側端面と同様にリア側端面も光集塵し易くなるため、本実施の形態のように透光性部材１５をリア側端面にも設けるのが好ましい。

［本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置］
図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。

本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置２は、半導体レーザ素子１３のリア側端面に反射率が９０％以上の反射膜１７が設けられる点で、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置１と相違する。

本発明の第２実施形態によれば、半導体レーザ素子１３のフロント側端面が透光性部材１５により保護される一方、半導体レーザ素子１３のリア側端面から出射するレーザ光の出力が低下するため、半導体レーザ素子１３が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置２において、半導体レーザ素子１３のフロント側端面とリア側端面における光集塵を抑制することができる。

なお、透光性部材１５については、例えば、オープンパッケージに実装した後に各半導体レーザ素子へ個別に接合するが、反射膜１７については、例えば、オープンパッケージに実装する前、すなわち、各半導体レーザ素子がまだ個片化されていない段階で、ウエハ状やバー状などの半導体レーザ素子の集合体へまとめて形成することができる。

なお、本発明には、半導体レーザ素子のリア側端面（及び／又はフロント側端面）に接着材を介して透光性部材が接合される形態が含まれるが、第１実施形態及び第２実施形態のように、リア側端面を含むリア側側面１３ｂ（及び／又はフロント側端面を含むフロント側側面１３ａ）に接着材１４を介して透光性部材１５が接合される形態も含まれる。

第１実施形態及び第２実施形態のように、リア側端面を含むリア側側面１３ｂ（及び／又はフロント側端面を含むフロント側側面１３ａ）に接着材１４を介して透光性部材１５が接合すれば、半導体レーザ素子１３に透光性部材１５をより強く接合することができる。

［半導体レーザ装置が備える各部材］
次に、本発明の第１、２実施形態に係る半導体レーザ装置１、２が備える各部材について詳細に説明する。

（ステム）
ステム１０としては、例えば、金属製のものを用いる。

（基体）
基体１１としては、半導体レーザ素子１３と線膨張係数（熱膨張係数）が近似しているものを用いるのが好ましい。したがって、例えば、半導体レーザ素子１３としてＧａＮ系半導体を用いる場合は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁部材や、Ｓｉ、ダイヤモンドなどの半導体部材や、Ｃｕなどの金属部材（導電部材）を基体１１として用いることが好ましい。

（支持体）
支持体１２としては、基体１１と同様の部材を用いることが好ましい。

（半導体レーザ素子）
半導体レーザ素子１３は、フロント側端面とリア側端面の双方からレーザ光を出射する。但し、半導体レーザ素子１３のリア側端面に反射膜１７が設けられる場合は、半導体レーザ素子１３のリア側端面から出射するレーザ光は反射膜１７により反射される。

なお、紫外〜青色領域のような短波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子の場合、従来の赤色発光半導体レーザ素子に比して光集塵しやすいという性質がある。

したがって、本発明の第１、２実施形態に係る半導体レーザ装置１、２は、紫外〜青色領域のような短波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子に特に好ましく用いることができる。また、半導体レーザの光出力が大きい場合は光集塵しやすいため、本発明の第１、２実施形態に係る半導体レーザ装置１、２は、紫外〜緑色領域のレーザ光を出射する半導体レーザ素子にも好ましく用いることができる。

（接着材）
接着材１４としては、シリコーンオイル変性部材又は熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物を用いることが特に好ましい。これらを用いることで、硬化（変性）後の組成をほぼ透明な無機材料とすることができ、この無機材料を介して透光性部材を接合させることによって光集塵を抑制して、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。

（透光性部材）
透光性部材１５としては、半導体レーザ素子１３から出射するレーザ光を透過する部材を用いる。具体的には、例えば、無機ガラス、有機ガラス、透明樹脂などを用いることができる。

（キャップ）
キャップ１６としては、例えば、金属製のものを用いる。

（反射膜）
反射膜１７としては、例えば、導体材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等、更にはこれらの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物から選ばれたいずれかから選ばれたものを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせた化合物或いは多層膜として用いてもよい。好ましい材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｇａ等を用いた材料である。また、半導体材料としてはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮなどを用いることができる。絶縁体材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。

［シリコーン変性部材、熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物］
次に、シリコーン変性部材と熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物について詳細に説明する。

（シリコーンオイル変性部材）
シリコーンオイル変性部材とは、シリコーンオイルが変性（硬化や石英化など）した部材をいう。シリコーンオイル変性部材は、シリコーンオイルの変性途中で生成された中間生成物（半硬化物など）や未変性のシリコーンオイルが混在しているものを含んでいてもよい。

＜シリコーンオイル＞
シリコーンオイルとしては、［ＳｉＯ（ＣＨ_３）_２］_ｎを含むシリコーンオイルが好ましく、特にｎが２０００以下程度で常温において流動性を有するものが好ましい。

このようなシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルシリコーンオイル、これらフッ素変性シリコーンオイル、又はこれらの少なくとも２つを含むものを一例として挙げることができる。

＜変性＞
変性は、例えば、流動性のある液状又はゾル状のシリコーンオイルに光を照射し、シリコーンオイルを活性酸素と反応させることにより行う。

具体的には、例えば、半導体レーザ素子１３のリア側端面と透光性部材１５との間にシリコーンオイルを設けた後、主として真空紫外〜紫外領域の波長の光を照射することで変性（硬化、石英化）させる。

なお、光だけでなく熱を併用して変性させてもよい。

シリコーンオイル変性部材を接着材１４として用いれば、硬化（変性）後はほぼ透明無機材料であるため、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。

（熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物）
熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物としては、ポリシロキサン、ポリシラザンのうちの少なくとも１つを含むものを用いることができる。

熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物を接着材として用いれば、硬化（変性）後はほぼ透明無機材料であるため、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

１半導体レーザ装置
２半導体レーザ装置
１０ステム
１１基体
１２支持体
１３半導体レーザ素子
１３ａフロント側側面
１３ｂリア側側面
１４接着材
１５透光性部材
１６キャップ
１７反射膜
Ａ開口

Claims

半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子のフロント側端面及びリア側端面に、それぞれ接着材を介して透光性部材が接合される、
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
前記半導体レーザ素子は、リア側端面に反射率が７０％以上９０％未満の反射膜が設けられる、ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子のフロント側端面に、接着材を介して透光性部材が接合され、前記半導体レーザ素子のリア側端面に反射率が９０％以上の反射膜が設けられる、
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
前記接着材は、ほぼ透明の無機材料である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記接着材は、シリコーンオイルが変性したシリコーンオイル変性部材である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記シリコーンオイル変性部材は、ジメチルシリコーンオイル、メチルシリコーンオイル、及びそれらフッ素変性シリコーンオイルの少なくとも一つを含むシリコーンオイルが変性した部材である、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。
前記接着材は、熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物は、ポリシロキサン、ポリシラザンのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
前記半導体レーザ素子は、紫外〜青色領域のレーザ光を出射する、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。