JP2015228401A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ素子と反射部材とを近接させた、放熱性の高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板１と、基板１上に互いに離間して設けられた第１金属層１A及び第２金属層１Bと、第１金属層１A上に金属材料からなる接着部材２Ａを介して配置されたサブマウント３と、サブマウント３上に設けられた半導体レーザ素子４と、第２金属層１B上に金属材料からなる接着部材２Ｂを介して配置され、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光を反射する反射部材５とを備える半導体レーザ装置１０であって、サブマウント３は、その一部が第１金属層１Aの端部１ｃよりも反射部材５側に配置されている半導体レーザ装置。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、半導体レーザ装置に関する。

従来の半導体レーザ装置として、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射された光を反射して特定方向に導く光分割部（本開示の反射部材に相当）と、を含む発光モジュール（本開示の半導体レーザ装置に相当）が提案されている。この発光モジュールでは、反射光は、パッケージに一体的に取り付けられたレンズにより、特定方向の備えられた光ファイバに導かれる（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２９５７７２号公報

近年、出力を維持するために放熱性の高い半導体レーザ装置が求められている。また、半導体レーザ装置と光学系との結合効率を高くするために、半導体レーザ装置の発光面の面積を小さくすることが求められている。
これらを両立させるには、半導体レーザ素子の放熱性を維持しつつ、半導体レーザ素子と反射部材とを近づければよいが、従来の半導体レーザ装置では限界があった。

本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、出力の低下を抑制し、かつ発光面の面積を小さくすることができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本開示の半導体レーザ装置は、
基板と、
該基板上に互いに離間して設けられた第１金属層及び第２金属層と、
前記第１金属層上に金属材料からなる接着部材を介して配置されたサブマウントと、
該サブマウント上に設けられた半導体レーザ素子と、
前記第２金属層上に金属材料からなる接着部材を介して配置され、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射する反射部材と、を備える半導体レーザ装置であって、
前記サブマウントは、その一部が前記第１金属層の端部よりも前記反射部材側に配置されていることを特徴とする。

本開示の半導体レーザ装置によれば、レーザ素子と反射部材とを近接させた状態で、レーザ素子の放熱性を確保した半導体レーザ装置を提供することができる。

本発明の半導体レーザ装置の一実施形態における斜視図である。 図１Ａにおけるキャップを除く構造を示す平面図である。 図１Ｂの一部拡大平面図である。 図１ＢにおけるＡ−Ａ’線概略断面図である。

以下に実施形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体レーザ装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
本願において、「略」とは、±１０％程度の変動が許容されることを意図する。

図１Ａに、本実施形態に係る発光装置１０の斜視図を示す。図１Ｂはキャップ８の内側における反射部材５の周辺図である。また、図１Ｃは図１Ｂの一部拡大平面図であり、図１Ｄは図１ＢのＡ−Ａ’線概略断面図である。
本実施形態に係る半導体レーザ装置１０は、基板１と、基板１上に互いに離間して設けられた第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂと、第１金属層１Ａ上に金属材料からなる接着部材２Ａを介して配置されたサブマウント３と、サブマウント３上に設けられた半導体レーザ素子４と、第２金属層１Ｂ上に金属材料からなる接着部材２Ｂを介して配置され、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光を反射する反射部材５と、を備える。特に、サブマウント３は、その一部が第１金属層１Ａの端部１ｃよりも反射部材側に配置されている。

半導体レーザ素子と反射部材とを近づけるには、例えば、第１金属層と第２金属層とを近づける構成が考えられる。しかし、第１金属層及び第２金属層は、近づけすぎると各金属層上に配置する接着部材が他の金属層側に広がるおそれがある。従って、第１金属層及び第２金属層を近づけるのには限界がある。
また、半導体レーザ素子を第１金属層上に載置する際に、半導体レーザ素子の一部を第１金属層から反射部材側に突出させて配置する構成が考えられる。しかし、半導体レーザ素子の出射面側を突出させて配置すると、放熱性が損なわれる。その結果、半導体レーザ素子の出力低下を招く。従って、半導体レーザ素子を突出させるのには限界がある。

そこで、半導体レーザ装置の一実施形態では、半導体レーザ素子がサブマウント上に配置され、第１金属層の端部からサブマウントが反射部材側に突出するように配置されている。つまり、第１金属層上に半導体レーザ素子を直接設ける際に、第１金属層の端部から半導体レーザ素子を突出させるのではなく、サブマウントを介して、第１金属層の端部からサブマウントを突出させている。これにより、半導体レーザ素子の放熱性の低下を抑制しつつ、半導体レーザ素子を反射部材に近づけることができる。その結果、半導体レーザ素子の出力を維持し、かつ発光面の小さい半導体レーザ装置を得ることができる。

図１Ａから図１Ｄを用いて、半導体レーザ装置１０の主な構成部材について説明する。

〔基板１〕
基板１は、半導体レーザ装置を構成するサブマウント３及び反射部材５等を載置するためのものである。基板１は、半導体レーザ素子４で発生する熱を効率的に外部に放出するためにも利用される。
基板１は、例えば、放熱性を考慮して下面に配置される第１部材１−１と、第１部材１−１上に設けられ、第１金属層と第２金属層を設けるために絶縁性を有する第２部材１−２と、を有する。ここでは、第２部材１−２におけるキャップを取り付ける領域に、キャップを接続するための金属が形成されている。第１部材１−１には、Ｃｕ、Ａｌ等を用いることができる。第２部材１−２には、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、アルミナ等を用いることができる。

基板１の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．２〜５ｍｍ程度が挙げられる。
基板１の形状、大きさは特に限定されるものではなく、意図する半導体レーザ装置の形状及び大きさ等によって適宜調整することができる。平面形状としては、矩形等の多角形、円形、楕円形又はこれらに近似する形状が挙げられる。基板１は、その表面に凹凸等を有するものであってもよいが、表面が平坦な平板状のものが好ましい。例えば、基板１として、一辺が２〜３０ｍｍ程度の平板状の矩形形状の基板１が挙げられる。

基板１は、その表面に、配線パターン６を有していてもよい。また、外部電源と接続するための端子が設けられていてもよい。基板１内部に配線パターン等が埋設されていてもよい。基板１の表面に外部電源と接続するための部材を設けることにより、基板１の裏面全面を放熱面とすることができる。

（第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂ）
第１金属層１Ａは、基板１上であって、半導体レーザ素子４の下方に対応する領域に配置されている。第２金属層１Ｂは、基板１上であって、反射部材５の下方に対応する領域に配置されている。

第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂは、全部が互いに離間していることが好ましい。半導体レーザ素子４からのレーザ光の進行方向において、互いに離間している第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂ間の距離（図１Ｃ中、Ｑ）は、２０〜４００μｍ程度であることが好ましく、４０〜１５０μｍ程度がより好ましい。両者の距離を一定以下とすることにより、第１金属層上に設けられる半導体レーザ素子４と、第２金属層１Ｂ上に設けられる反射部材５との距離を近づけることができる。なお、第１金属層１Ａと第２金属層１Ｂとの距離が大きい場合は、反射部材５の底面よりも第２金属層１Ｂを小さく形成し、第２金属層１Ｂの端部からサブマウント側に突出させて反射部材５を載置することで、半導体レーザ素子４と反射部材５との距離を近づけることができる。また、両者の距離を一定以上とすることにより、例えば、第２金属層１Ｂ上に反射部材５を載置したときに、第２金属層１Ｂ上に設けた接着部材２Ｂが第２金属層１Ｂからはみ出して第１金属層１Ａ上に達することを抑制することができる。第２金属層１Ｂ上に設けた接着部材２Ｂが第１金属層１Ａ上に達すると、第１金属層１Ａ上にサブマウント３を載置するときに、サブマウント３が第２金属層１Ｂ上からはみ出した接着部材２Ｂを介して第１金属層１Ａ上に配置されることになるため、サブマウント３が傾斜する。

第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂは、それぞれ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等による金属の単層又はそれらを含む積層体のいずれによっても形成することができる。具体的には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ等の積層体が挙げられる。なお、第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂの最表面をＡｕとすると、Ａｕの一部又は全部がＡｕ系の半田に拡散することがある。この場合は、拡散したＡｕは接着部材２Ａ又は接着部材２Ｂとして機能する。
第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂは、蒸着法、スパッタ法、めっき等、当該分野で公知の方法によって形成することができる。なかでも、スパッタによって形成されていることが好ましい。

〔半導体レーザ素子４〕
半導体レーザ素子４は、電圧が印加され、しきい値以上の電流が流れると、活性層及びその付近でレーザ発振が起こり、生成されたレーザ光が導波路領域を通って外部に放射される機能を有する。このような半導体レーザ素子４としては、半導体が複数層積層されて構成される公知のレーザ素子のいずれをも使用することができる。例えば、導電性の基板の上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が順に積層され、半導体層の表面に絶縁膜及び電極等が形成された構造の素子が挙げられる。半導体層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物が挙げられ、なかでも窒化物半導体が好ましい。

半導体レーザ素子４は、サブマウント３上に設けられている。これにより、半導体レーザ素子４から発生する熱を、サブマウント３等を介して基板１に効率的に逃がすことができる。半導体レーザ素子４は、基板側が実装面となるジャンクションアップ（フェイスアップ）実装されていてもよいが、ジャンクションダウン（フェイスダウン）実装されていることが好ましい。ジャンクションダウン実装とすることにより、半導体レーザ素子４におけるレーザ光の発振部位を下方の基板に近づけることができる。これにより、レーザ光が上方に反射されるように、反射部材が基板の表面に対して傾斜した反射面を有する場合、基板の表面に平行な方向における半導体レーザ素子と反射部材との距離を短くすることができる。つまり、半導体レーザ素子４を後述する反射部材５により近接させることができる。これにより、レーザ光を効率よく反射することができる。また、半導体レーザ装置１０における発光面の面積をより小さくすることができるため、半導体レーザ装置１０をレンズ又はリフレクタ等の光学部品と組み合わせて用いる際に、光学部品に効率的にレーザ光を取り込むことができる。また、一般的に、半導体レーザ素子４は、半導体層側（基板１から離れた部位）が発熱するため、発熱箇所を基板１に近づけることができるジャンクションダウン実装により放熱性をより向上させることができる。
半導体レーザ素子４は、１つのサブマウント３の上に１つのみ配置されていてもよいし、１つのサブマウント３の上に複数配置されていてもよい。複数の半導体レーザ素子４は、同じ波長帯、異なる波長帯のいずれでもよい。また、図１Ｂにおいては、反射部材５を挟んで両側に複数の半導体レーザ素子４を載置しているが、片側のみに配置してもよいし、反射部材５の全周を取り囲むように半導体レーザ素子４を載置してもよい。好ましくは、製造の容易性及び半導体レーザ装置１０全体の出力を考慮して、反射部材５を挟んで両側に複数の半導体レーザ素子４を載置する。なお、図１Ｂにおいては構成をわかりやすくするため、キャップ８は図示していない。

（サブマウント３）
サブマウント３は、半導体レーザ素子４の放熱のために熱伝導性の高い材料によって形成されている。具体的には、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、セラミックス等が挙げられる。サブマウント３の裏面（基板側の面）には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ等の金属層が形成されていてもよい。また、表面（半導体レーザ素子４が載置される側の面）にも同様の層を形成することができる。
サブマウント３の厚みは、特に限定されないが、例えば、１００〜５００μｍ程度が挙げられ、１２０〜４００μｍ程度が好ましく、１５０〜３００μｍ程度がより好ましい。サブマウント３を一定以上の厚みとすることにより、半導体レーザ素子からの光を効率的に反射部材で反射させて取り出すことができる。また、平面視において、サブマウント３が第１金属層１Ａ上から突き出るように構成した場合であっても、半導体レーザ素子４からの熱を一旦サブマウント３に逃がすことができる。従って、サブマウント３を介さずに半導体レーザ素子４を第１金属層１Ａから突出させた場合に比較して、半導体レーザ素子４の放熱性の低下を抑制することができる。一方、サブマウント３を一定以下の厚みとすることにより、放熱経路を短くすることができるため、より効率的な放熱が可能となる。さらなる放熱性を得るためには、サブマウント３は基板１よりも熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。

サブマウント３の平面形状は特に限定されず、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形又はこれらに近似する形状等が挙げられる。サブマウント３の大きさは、放熱性や最終的に得ようとする半導体レーザ装置の特性に合わせて適宜調整することができる。例えば、サブマウント３は、平面視において、半導体レーザ素子４の平面積よりも大きな平面積を有している。つまり、サブマウント３は、平面視において、半導体レーザ素子４の長さ及び幅よりも大きな長さ及び幅を有する。これにより、半導体レーザ素子４の全体又は略全体をサブマウント３上に配置することができ、放熱経路を確保することができる。

半導体レーザ素子４のレーザ光の出射面（後述する反射部材側の端面４ａ）が、サブマウント３の端面３ａと一致する（図１Ｃ中、距離Ｘ＝０）ように、半導体レーザ素子４をサブマウント３上に配置してもよいし、サブマウント３の端面３ａよりも反射部材側に半導体レーザ素子４を配置してもよい。特に、半導体レーザ素子４が反射部材５に近づくように、半導体レーザ素子４をサブマウント３から突出させて配置することが好ましい。例えば、距離Ｘは、０μｍより大きく３０μｍ以下、好ましくは５〜１５μｍ程度が挙げられる。ここでの一致とは、半導体レーザ素子４のレーザ光の出射面とサブマウント３の端面３ａが面一であることを意味する。

半導体レーザ素子４がサブマウント３の端部３ａよりも反射部材側に配置されることにより、反射部材５と半導体レーザ素子４とをより近づけることができる。その結果、半導体レーザ装置１０からレーザ光が取り出される際のレーザ光の径を小さく維持することができ、高輝度の光を得ることができる。加えて、半導体レーザ素子４の大部分をサブマウント３上に配置することにより、放熱性を確保することができる。

サブマウント３上への半導体レーザ素子４の配置は、後述する接着部材と同様の材料を用いて、後述する方法と同様の方法を利用して実行することができる。

サブマウント３は、その一部が、第１金属層１Ａの端部１ｃよりも反射部材側に配置されている。サブマウント３の反射部材側の端部３ａと第１金属層１Ａの端部１ｃとの距離（図１Ｃ中、Ｙ）は、例えば、５〜５０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましく、１５〜２５μｍがさらに好ましい。距離Ｙは、半導体レーザ素子４の端部４ａからサブマウント３の端部３ａまでの距離Ｘよりも長い、つまりＹ＞Ｘの関係を満たすことが好ましい。これにより、放熱性悪化による半導体レーザ素子４の劣化を抑制することができる。また、半導体レーザ素子４の光の出射面を反射部材５へと近づけることができる。さらに、発光装置としての発光面を小さくすることができ、半導体レーザ装置１０と組み合わせて設けるレンズ等を小型化することができる。ここでいうサブマウント３の反射部材側の端部３ａと第１金属層１Ａの端部１ｃとの距離とは、発光装置を上面視したときに、サブマウント３の反射部材側の端面３ａと、サブマウント３の反射部材側の端面３ａに最も近い第１金属層１Ａの１点とを結ぶ直線の距離を意味する。

（接着部材２）
サブマウント３の基板１への実装は、通常、半導体レーザ素子４が搭載されたサブマウント３と基板１（正確には、サブマウント３と第１金属層１Ａ）との接着面を、接着部材２Ａを介して合わせた後、所定の温度及び圧力下で保持することによって行うことができる。例えば、熱圧着法が利用される。
接着部材２Ａとしては、Ａｕ系半田材（ＡｕＳｎ系半田、ＡｕＧｅ系半田、ＡｕＳｉ系半田、ＡｕＮｉ系半田、ＡｕＰｄＮｉ系半田等）、Ａｇ系半田材（ＡｇＳｎ系半田）等の金属材料からなるものが挙げられる。
実装後の接着部材２Ａは、サブマウント３を実装後も圧力を加えることにより基板１と平行な方向へと広がって薄くなることがある。

放熱性の観点から、接着部材２Ａは、サブマウント３の裏面全面に配置されていることが好ましい。

第１金属層１Ａと、サブマウントの裏面側に設けられた金属層と、接着部材２Ａと、の合計の厚みは、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以上８μｍ以下とすることができる。一定以上の厚みとすることにより安定して生産することができ、一定以下の厚みとすることにより、良好な放熱性を得ることができる。

（ワイヤ９）
半導体レーザ素子４は、基板１に含まれる配線パターン６とワイヤ９とを介して電気的に接続される。半導体レーザ素子４を複数配置する場合、直列で接続されていてもよいし、並列で接続されていてもよい。図１Ｂにおいては、半導体レーザ素子４と、サブマウント３の表面に形成された金属層とがワイヤ９により接続されている。図１Ａの内部では、図示していないが、キャップの内側に延伸して配置された配線パターン６と図１Ｂの配線部６ａとがワイヤ９を介して電気的に接続されている。

〔反射部材５〕
反射部材５は、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光を、意図する出射方向に反射する部材である。
反射部材５は、半導体レーザ素子４に対向して配置される。この場合の対向配置とは、反射部材５の反射面が、半導体レーザ素子４から出射したレーザ光を反射させることができる位置に対面して、配置することを意味する。

例えば、反射部材５の反射面を、半導体レーザ素子４の反射部材側の端部４ａに対して傾斜（図１Ｄ中、α参照）するように配置することが好ましい。このような反射面によって、レーザ光が反射され、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光の光軸を方向転換することができる。例えば、半導体レーザ素子４からレーザ光が基板１の主面に対して平行に出射される場合は、基板１の主面と傾斜面５ｂとのなす角度を４５度±５度、好ましくは４５度±１度とすれば、半導体レーザ素子４からの光を基板１に対して垂直な方向に出射させることができる。

反射部材５は、レーザ光を反射することのできる材料によって形成されていればよい。例えば、ガラス（石英ガラス、合成石英ガラス等）、サファイア、セラミック又は金属からなる部材、これら部材に誘電体材料等に反射膜を形成したものにより構成することができる。また、基板１に接着するために、反射部材５の底面５ｃにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属層が形成されていてもよい。

反射部材５の形状は、上述した反射面を備える限り、特に限定されるものではなく、種々の形状が挙げられる。例えば、多角形柱、多角形錐台及びこれらが組み合わせられた形状等が挙げられる。具体的には、(i)傾斜面（反射面）５ｂを挟んで上面５ａ及び底面５ｃを有し、上面５ａ、底面５ｃ及び反射面５ｂは、各々が一定の角度で交差するもの、(ii)上面５ａ及び底面５ｃを有し、これら上面５ａ及び底面５ｃの間に、傾斜角度の異なる２つの反射面を有するもの、(iii)上面５ａ及び底面５ｃを有し、これら上面５ａ及び底面５ｃの間に、上面５ａに隣接する傾斜面５ｂ及び底面５ｃに隣接する非傾斜面５ｄを有するもの等が挙げられる。ここでの傾斜を有する面は、任意の範囲内で調整することができる。また、非傾斜面５ｄは、反射部材５の底面５ｃに対して、直交（９０度で交差）するように配置された面を意味する。

反射部材５は、その底面５ｃが基板１に固定される。この場合、上述したように、反射部材５は、基板１上に形成された第２金属層１Ｂとの間に接着部材２Ｂを介して固定される。接着部材２Ｂとしては、接着部材２Ａと同様の材料を用いることができる。

反射部材５は、第２金属層１Ｂの上面における端部１ｄ近傍に形成されていてもよいが、好ましくはその一部が第２金属層１Ｂの端部１ｄよりもサブマウント３及び半導体レーザ素子４側に配置されている。これにより、反射部材５と半導体レーザ素子４とをより近づけることができる。
反射部材５は、サブマウント３を実装する前に基板１に実装することが好ましい。これにより、反射部材５を基準として複数のサブマウント３を実装することができるため、サブマウント３の位置合わせが容易になる。
反射部材５の端部５ｄと、第２金属層１Ｂの端部との距離（図１Ｃ中、Ｓ）は、例えば、１００μｍ以内であることが好ましく、５０μｍ以内がより好ましい。
別の観点から、反射部材５の端部５ｄと、サブマウント３の反射部材側の端部３ａまでの距離（図１Ｃ中、Ｚ）は、例えば、１０〜１５０μｍ程度であることが好ましく、２０〜１００μｍ程度がより好ましい。

このように、反射部材５を半導体レーザ素子４に近接して配置することができるために、より発光面を小型化した半導体レーザ装置１０を実現できる。半導体レーザ素子４を反射部材５に近接させることにより、出射される光を漏らすことなく、略全てを反射部材５に当てることができ、光の取り出し効率を向上させることができる。

反射部材５の奥行幅は半導体レーザ素子の個数に合わせて適宜変更することができる。例えば、半導体レーザ素子４を１つ配置する場合は、反射部材の奥行幅は、０．５〜１.５ｍｍ程度とすることができる。

（キャップ８）
半導体レーザ装置１０は、半導体レーザ素子４及び反射部材５を被覆するようにキャップ８が基板１に取り付けられて、封止されていることが好ましい。特に、発振波長が３２０〜５３０ｎｍ程度の短波長の半導体材料（例えば、窒化物半導体）を用いた半導体レーザ素子４を用いる場合には、有機物及び水分等を集塵しやすいため、キャップ８を設けることによって、レーザ装置内の気密性を高め、防水性、防塵性を高めることができる。

キャップ８の形状は、有底の筒型（円柱又は多角形柱等）、錐台型（円錐台又は多角形錐台等）、ドーム型及びこれらの変形形状等が挙げられる。キャップ８は、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、コバール、真鍮等の材料を用いて形成することができる。
基板１に設けられたキャップ８は、その一面に開口部８ａが設けられていることが好ましい。開口部８ａには透光性部材７が設けられていることが好ましい。透光性部材７からレーザ光を取り出すことができる。
キャップ８は、抵抗溶接又は半田付け等の公知の方法により、基板１に固定することができる。

（透光性部材７）
透光性部材７は、レーザ光を透過することができる材料が用いられる限り特に限定されず、例えば、ガラス（ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等）、サファイア、透明セラミック等によって形成することができる。その表面に、レーザ光を透過させる光透過膜が設けられていてもよい。透光性部材７は、波長変換部材、光拡散材等を含有していてもよい。

透光性部材７を所定の形状とすることにより、レンズとして機能させることもできる。レンズは、レーザ光を屈折させて、レーザ光を平行にするか、集光又は拡散させる。
レンズは、反射部材５によって反射されたレーザ光の出射方向に配置される。レンズの形状は特に限定されず、円形又は楕円形であることが好ましい。レンズの大きさは、最終的に半導体レーザ装置１０から取り出したいレーザ光に応じて任意に決定することができる。

半導体レーザ素子４を複数用いる場合は、個々の素子にそれぞれ透光性部材７を配置してもよいし、一部又は全ての素子に１つの透光性部材７を配置してもよい。全ての素子に対して１つの透光性部材７を配置することが好ましい。

半導体レーザ素子４の出力をモニタするために、基板１上にフォトダイオードを配置してもよい。過大な電圧印加による素子破壊及び性能劣化から半導体レーザ素子４を保護するために、保護素子を配置してもよい。

以下、半導体レーザ装置１０を図面に基づいて具体的に説明する。
半導体レーザ装置１０は、図１Ａ〜１Ｄに示すように、主として、基板１と、複数の半導体レーザ素子４と、反射部材５と、キャップ８とを備える。

基板１は、Ｃｕからなる第１部材１−１と、その上面に形成された長方形のＡｌＮからなる第２部材１−２と、によって構成されている。
基板１の上面には金属層が配置されている。金属層は、後述する半導体レーザ素子４が載置される部位において、第１金属層１Ａとして配置され、後述する反射部材５が載置される部位において、第２金属層１Ｂとして配置されている。第１金属層１Ａ及び第２金属層１Ｂは、互いに離間して配置されている。上面の第１金属層１Ａは、基板１側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）が積層されており、その厚みは０．２６μｍである。また、第２金属層１Ｂは、基板１側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）／Ａｕ（１μｍ）／Ｐｔ（０．３μｍ）が積層されており、その厚みは１．５６μｍである。

基板１の第１金属層１Ａの上には、接着部材２ＡとしてＡｕ−Ｓｎ系共晶半田（３μｍ）を介して、サブマウント３が実装されている。
サブマウント３は、ＳｉＣから構成されており、裏面に、Ｔｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）と、接着部材２Ａと、が積層されている。
サブマウント３は、４５０μｍ×１９００μｍ×２００μｍ（厚み）の直方体形状を有する。
サブマウント３の端部３ａは、第１金属層１Ａの反射部材側の端部１ｃよりも、反射部材側に配置されており、端部間の距離Ｙは１５μｍである。

なお、サブマウント３の基板１上への実装時には、基板１側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）／Ａｕ（１μｍ）と、接着部材２Ａと、裏面にＡｌＮ側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）／Ａｕ（１μｍ）が積層されたＡｌＮとを積層し、加熱して実装する。これによって、基板１側のＡｕとＡｌＮ側のＡｕが接着部材２ＡであるＡｕ−Ｓｎ系共晶半田に拡散され、同時に、Ａｕが拡散したＡｕ−Ｓｎ系共晶半田（接着部材２Ａ）が基板１と平行な方向に広がる。このとき、基板１側に設けられたＴｉ／Ｐｔが第１金属層１Ａに相当し、拡散されたＡｕを含むＡｕ−Ｓｎ系共晶半田が接着部材２Ａに相当し、サブマウントの裏面に設けられたＴｉ／Ｐｔがサブマウントの裏面に設けられた金属層に相当することとなる。

半導体レーザ素子４は、サブマウント３上に接着層（図示せず）を介して配置されている。本実施形態では、６×２個配置されている。一列に並ぶ６個の半導体レーザ素子４の間隔は、例えば、６００μｍである。半導体レーザ素子４は、窒化物半導体から形成された発振波長４４５ｎｍの略矩形の素子（１５０×１２００μｍ）である。
接着層は、上述した接着部材２Ａと同様の材料から選択することができ、ここでは、Ａｕ−Ｓｎ共晶半田からなる。
半導体レーザ素子４の反射部材側の端面４ａは、サブマウント３の反射部材側の端面３ａよりも、反射部材側に配置されている。その端面間の距離Ｘは、１０μｍである。

反射部材５は、第２金属層１Ｂの層構造が異なる以外は、サブマウントを実装するときと同様の構成を用いて半導体レーザ素子４に対向するように、第２金属層１Ｂ上の接着部材２Ｂを介して、基板１上に実装されている。
第１金属層１Ａの反射部材５側の端部１ｃと、第２金属層１Ｂの半導体レーザ素子４側の端部１ｄとは離間されており、その距離Ｑは５０μｍである。

反射部材５は、直方体上に四角形錐台が載置された形状であり、互いに異なる大きさの略四角形状の上面５ａ及び底面５ｃを有し、上面５ａ及び底面５ｃの間に、上面５ａに隣接する傾斜面５ｂ及び底面５ｃに隣接する非傾斜面５ｄを一対有する。上面５ａ及び底面５ｃは、基板１の表面に平行である。非傾斜面５ｄは上面５ａ及び底面５ｃに直交する垂直面である。反射部材５の上面から底面までの高さは７００μｍであり、奥行き幅は３．６ｍｍである。また、傾斜面は、上面５ａ及び底面５ｃに対して、４５度（図１Ｄ中、α）で傾斜している。

サブマウント３の端面３ａと反射部材５の非傾斜面５ｄとの距離Ｚは、２５μｍである。
反射部材５の半導体レーザ素子４側の端面、非傾斜面５ｄは、第２金属層１Ｂの端面１ｄよりも、半導体レーザ素子４側に配置されており、その距離Ｓは１０μｍである。

キャップ８は、半導体レーザ素子４及び反射部材５を封止するように基板１上に固定されている。キャップ８は上面に開口部８ａを有しており、開口部８にはガラスからなる透光性部材７が設けられている。

このような半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ素子４の大部分をサブマウント３上に配置させることができるために、サブマウント３による放熱性を確保することができる。また、半導体レーザ素子４と反射部材とを近接させることができるため、レーザ光のビーム径を小さく維持することができ、高輝度の光を得ることができる。

本発明の半導体レーザ装置は、光ディスク、光通信システム、プロジェクタ、ディスプレイ、印刷機又は測定器等全てのデバイスに利用することができる。

１０ 半導体レーザ装置
１ 基板
１−１ 第１部材
１−２ 第２部材
１Ａ 第１金属層
１Ｂ 第２金属層
１ｃ 第１金属層の端部
１ｄ 第２金属層の端部
２Ａ、２Ｂ 接着部材
３ サブマウント
３ａ 端面
４ 半導体レーザ素子
４ａ 端面
５ 反射部材
５ａ 上面
５ｂ 傾斜面
５ｃ 底面
５ｄ 非傾斜面
６ 配線パターン
６ａ 配線部
７ 透光性部材
８ キャップ
８ａ 開口部
９ ワイヤ
Ｘ サブマウントの端面と半導体レーザ素子の端面との距離
Ｙ サブマウントの端面と第１金属層の端面との距離
Ｚ 半導体レーザ素子の端面と反射部材の端面との距離
Ｑ 第１金属層の端面と第２金属層の端面の距離
Ｓ 反射部材の端面と第２金属層の端面の距離

Claims (8)

1. 基板と、
   該基板上に互いに離間して設けられた第１金属層及び第２金属層と、
   前記第１金属層上に金属材料からなる接着部材を介して配置されたサブマウントと、
   該サブマウント上に設けられた半導体レーザ素子と、
   前記第２金属層上に金属材料からなる接着部材を介して配置され、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射する反射部材と、を備える半導体レーザ装置であって、
   前記サブマウントは、その一部が前記第１金属層の端部よりも前記反射部材側に配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記反射部材は、その一部が前記第２金属層の端部よりも前記サブマウント側に配置されている請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記半導体レーザ素子は、その一部が、前記サブマウントの端部よりも前記反射部材側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記反射部材側において、前記サブマウントの端部から前記第１金属層の端部までの距離は、前記半導体レーザ素子の端部から前記サブマウントの端部までの距離よりも長い請求項３に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離は、２０μｍ以上４００μｍ以下である請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記第１金属層上に設けられる接着部材及び前記第２金属層上に設けられる接着部材は、ＡｕＳｎ系半田、ＡｕＧｅ系半田、ＡｕＳｉ系半田及びＡｇＳｎ系半田からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
7. 前記半導体レーザ素子は、窒化物半導体からなり、
   前記基体上に、前記サブマウント、前記半導体レーザ素子及び前記反射部材を封止するキャップが設けられている請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
8. 前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントにジャンクションダウン実装されている請求項１から７のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。