JP2016167505A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高出力でのレーザ発振を繰り返しても、電気伝導性と排熱性の両方を極めて高い状態に維持し、長期間の安定使用が可能な半導体レーザモジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子１２の下面と上面に導電性部材を介して導通可能に接合された電極体１４，１８を備えた半導体レーザモジュール１０であり、導電性部材が導電板である。半導体レーザ素子の下面に位置する導電板１６および／または半導体レーザ素子の上面に位置する導電板２０は、半導体レーザ素子と接合される側の面に、複数の突起を有する。さらに下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子の隣には絶縁板４０が配設され、この半導体レーザ素子と絶縁板とが、電極体と電極体との間に設けられ、電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持することで電極体と電極体との間で半導体レーザ素子が挟持され、これにより導電板の複数の突起の先端部が半導体レーザ素子によって潰される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子よりレーザ光を出力する半導体レーザモジュールに関するものである。

小型で高効率な半導体レーザ素子を用いてレーザ光を出力する半導体レーザモジュールは、近年急速に普及が進み、価格も年々低下しており、利用範囲が拡大している。
このような半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子に電流を流してレーザ光を出力するものであるが、半導体レーザ素子は、レーザ光の出力と同時に、出力に伴う熱が生じるため、生じた熱を効率良く排熱できることが重要である。

また半導体レーザモジュールの出力は大型化しており、このような出力の大型化に伴って生ずる半導体レーザ素子からの発熱量の増大が問題となっており、排熱効率が良く、安価に組み立てや調整が可能な排熱手段を備えた半導体レーザモジュールが求められている。

一般的な半導体レーザモジュール１００の形態としては、図１０に示したように、まず半導体レーザ素子１０２を備え、この半導体レーザ素子１０２の下面１０２ａと、銅製などの電極板１０４とが、ハンダ材１０６介して付着されている。一方、半導体レーザ素子１０２の上面１０２ｂは、金線などのボンディングワイヤ１１０を用いて電極体１０８とボンディングされている。

そして電極板１０４と電極体１０８とに電流を供給することにより、半導体レーザ素子１０２の端面からレーザ光を発光させるようになっている。なお発光の際に、半導体レーザ素子１０２から発せられた熱は、半導体レーザ素子１０２の下面１０２ａに設けられた電極板１０４に伝わり、ここから排熱がなされる。

このような排熱方式、すなわち半導体レーザ素子１０２の下面１０２ａに設けられた電極板１０４からのみ排熱する方式は、半導体レーザ素子１０２の下面１０２ａからの排熱に限定されるため、排熱量に限界があり、レーザ光の出力の大型化に伴って増大する発熱量を効率的に排熱することが困難であった。

効率的な排熱は、半導体レーザ素子１０２の下面１０２ａのみだけではなく、上面１０２ｂからも行うことであり、これにより排熱効率は劇的に高まることとなる。
このような半導体レーザ素子の両面（下面と上面）から排熱する方式を採用した半導体レーザモジュール２００は、図１１に示したように、まず半導体レーザ素子２０２を備え、この半導体レーザ素子２０２の下面２０２ａと電極板２０４とが、ハンダ材２０６介して付着され、さらに半導体レーザ素子２０２の上面２０２ｂと電極板２０８とが、ハンダ材２１０介して付着されている（例えば特許文献１，特許文献２）。

半導体レーザモジュール２００においては、半導体レーザ素子と電極板との組みつけを行う際、機械的に締め付けを行うと、応力が印加されると特定の方向に割れ易い特性（劈開性）を有する半導体レーザ素子が破壊される可能性が高まってしまう。またその他に、レーザ発振に伴って半導体レーザ素子の温度が上昇すると、半導体レーザ素子および周囲の電極材の熱膨張が発生し、これにより半導体レーザ素子に機械的な応力が印加され、同様にダメージを受ける可能性が高まってしまう。

したがって、低融点の材質から成るハンダ材２０６，２１０を用いることで、半導体レーザ素子２０２への応力の印加を制限しダメージを少なくすることができ、半導体レーザ素子２０２と電極板２０４との間、および半導体レーザ素子２０２と電極板２０８との間、の良好な接合を可能にしている。

特開２００３−３７３２５号公報 特表２０１１−５２２４０７号公報

ところでこのような半導体レーザモジュール２００において、ハンダ材２０６，２１０を用いて半導体レーザ素子２０２と電極板２０４，２０８との接合を行う際には、半導体レーザ素子２０２の下面２０２ａおよび上面２０２ｂに配設されたハンダ材２０６，２１０の融液中に、半導体レーザ素子２０２が浮遊することとなる。

このため、予め所定の位置に半導体レーザ素子２０２を配設しても、ハンダ材２０６，２１０を溶融させて半導体レーザ素子２０２と電極板２０４との間および半導体レーザ素子２０２と電極板２０８との間を接合させた後では、半導体レーザ素子２０２が、当初に配設された所定の位置から僅かに位置ずれしてしまい、正確な位置構成が維持できず、レーザ光の進行方向が所望の方向とずれてしまう場合があった。

さらには半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合部分は、単にハンダ材２０６，２１０で接合されているのみであるため、高出力でのレーザ発振を繰り返すと、しだいに半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合力が弱まり、出力の低下や破損を生ずる場合があった。

特にパルスレーザ光を発振する場合には、瞬間的な発熱量が格段に増えるため、熱衝撃も大きくなり、使用に伴って半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合部分（界面）が急速に劣化し、破壊に繋がるおそれがある。

半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合部分（界面）が劣化する原因としては、半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０の熱膨張係数の違いが挙げられる。両者は、熱膨張係数が同一ではないため、レーザ発振に伴う半導体レーザ素子２０２の発熱によって、両者の間に歪が生ずる場合がある。これを避けるために半導体レーザ素子２０２の熱膨張係数に近い特性を有するハンダ材２０６，２１０を使用することにより、この歪の発生量を減らすことが可能となるが、それでも実際の使用に際し、熱勾配による歪の影響は避けられない。

すなわち半導体レーザ素子２０２の温度は、レーザ発振に伴って急激に温度が上昇し、その熱により接合面の温度は遅れて同様に急激に上昇し、その後方では熱伝導によりさらに遅れて温度が上がることになるので、大きな熱勾配が生じ歪が発生することになる。このような半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合面、およびハンダ材２０６，２１０に現れる熱勾配の発生はレーザ発振に伴うものなので避けることはできない。

このような問題を解決するため、ハンダ材２０６，２１０の材質を改良したり、ハンダ材２０６，２１０との接合性を向上させるため、半導体レーザ素子２０２の下面２０２ａと上面２０２ｂの表面改質などが模索されている。しかしながら特に高出力の半導体レーザモジュール２００の場合には、未だ耐久性において十分とは言えないのが実情である。

本発明はこのような実情に鑑みなされたものであって、高出力でのレーザ発振を繰り返しても、半導体レーザ素子と電極体との接合力が弱まることがなく、電気伝導性と排熱性の両方を極めて高い状態に維持し、レーザ光を高出力に維持したまま長期間の安定使用が可能な半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における問題点を解決するために発明されたものである。すなわち、半導体レーザ素子と導電板との接触は、完全であるほどに導電性及び伝熱性が高まるものであるが、両者の平面同士を高効率に接触させるためには両者が完全に高性能な平面であることが望ましい。

両者の平面同士を高効率に接触させるためには、かなりの強さの機械的応力が必要となる。しかしながら半導体レーザ素子は劈開性があるため、機械的応力の印加はできるだけ少ない方が、安定使用を実現するうえで好ましい。

そこで少ない機械的応力で半導体レーザ素子と導電板との接触抵抗を許容値以下に低減することができ、長期間の安定使用を実現可能とする本発明の半導体レーザモジュールを発明するに至った。

本発明の半導体レーザモジュールは、
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の下面と上面の両面に、導電性部材を介してそれぞれに導通可能に接合された電極体と、
を少なくとも備えてなる半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザモジュールは、
前記半導体レーザ素子と電極体との間に介在された導電性部材が導電板であり、
前記半導体レーザ素子の下面に位置する導電板および／または前記半導体レーザ素子の上面に位置する導電板は、
前記半導体レーザ素子と接合される側の面に、複数の突起が設けられており、
さらに下面と上面に前記導電板が設けられた前記半導体レーザ素子の隣には、絶縁板が配設され、
前記下面と上面に前記導電板が設けられた前記半導体レーザ素子と前記絶縁板とが、前記電極体と電極体との間に設けられ、
前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持することで、前記電極体と電極体との間で、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が挟持され、これにより前記導電板の複数の突起の先端部が前記半導体レーザ素子によって潰されるよう構成されており、
前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持する前において、
前記絶縁板の断面方向の厚さが、
前記半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の下面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
前記半導体レーザ素子の上面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
を合計した断面方向の厚さよりも薄く設定されていることを特徴とする。

このように構成されていれば、導電板に設けられた突起の先端部が半導体レーザ素子に接触すると僅かな力で変形して接触するので、半導体レーザ素子と電極体との間で生じる接触抵抗を小さくすることができる。

この場合、突起の先端部は変形するが、この部位では塑性変形が生じている。突起の変形した部位に近接した部分では、応力を受けて弾性変形を受け縮んだ領域が存在することになるが、この領域は応力が少なくなると元に戻るため、半導体レーザ素子のサイズが熱膨張などによって変動しても、導電板との接触抵抗は低いまま保たれることとなる。

したがって、高出力でのレーザ発振を繰り返しても、半導体レーザ素子と電極体との接合力が弱まることがなく、電気伝導性と排熱性の両方を極めて高い状態に維持し、レーザ光を高出力に維持したまま長期間安定使用をすることができる。

さらに、絶縁板が設けられていれば、電極体（正電極）と電極体（負電極）との間の絶縁性を高度に維持するとともに、両電極体を挟持手段で挟持した際に、絶縁板の厚みが両電極体の間隔を規定しているので、半導体レーザ素子とその下面と上面にそれぞれ配設されている２枚の導電板の組み合わせについても、突起が潰された後、全体としてこの間隔に留めることができる。
したがって、導電板が必要以上に変形してしまうことを抑止し、かつ半導体レーザ素子への無用な応力の印加を制限することができる。

また、このように挟持手段を介して挟持すれば、絶縁板の厚さで規定された厚みに達するまで導電板の突起は押されて潰れながら半導体レーザ素子および電極体に接することとなるので、それぞれの接合を確実に維持することができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記電極体の内部に冷媒送通穴が形成され、前記冷媒送通穴内に冷媒を供給する冷媒供給手段を備えることを特徴とする。

このように電極体の内部に形成された冷媒送通穴内に冷媒を供給すれば、半導体レーザ素子で生じた熱を効率的に排熱することができ、高出力でのレーザ発振を繰り返しても、高出力を維持したまま長期間安定使用をすることができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持する前において、
前記絶縁板の断面方向の厚さが、
前記半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の下面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
前記半導体レーザ素子の上面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
を合計した断面方向の厚さよりも１００〜１０００μｍの範囲内で薄く設定されていることを特徴とする。

絶縁板がこのような厚さであれば、導電板の表面に形成された突起の変形による応力の吸収により半導体レーザ素子に必要以上の応力を印加することがなく、電極体との導通を確実に維持することができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記半導体レーザ素子の下面に位置する導電板および／または前記半導体レーザ素子の上面に位置する導電板は、
前記電極体と接合される側の面に、複数の突起が設けられて、
前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持することで、前記電極体と電極体との間で、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が挟持され、これにより前記導電板の複数の突起の先端部が前記半導体レーザ素子および導電板によって潰されるよう構成されていることを特徴とする。
このように電極体と接合される側の面にも突起が設けられていれば、半導体レーザ素子と電極体との間で生じる接触抵抗をさらに小さくすることができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記突起の先端部が上下に隣接する部材によって潰された後であって、
前記導電板が前記突起を有しない平板であった場合の、前記半導体レーザ素子と接合される側の面の総面積の割合を１００％とすると、
前記複数の突起を有する導電板の、前記半導体レーザ素子と接合される側の前記複数の突起の先端部の総面積の割合は、３０〜８０％の範囲内であることを特徴とする。

この割合が小さすぎると導電性、排熱性ともに低くなってしまう。逆にこの割合が大きすぎると、突起の形成加工が難しくなりコストが高くなってしまう。
半導体レーザ素子の安定した発振に必要な電力を供給し、排熱を効果的に行うには、上記の範囲内とすることが好ましい。このような割合の範囲内であれば、半導体レーザ素子と電極体との間で生じ得る接触抵抗を許容範囲内に留めることができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記先端部が潰される前の突起が、断面略円形状もしくは多角形状であることを特徴とする。

このような形状であれば、容易に導電板の表面に突起を形成することができる。なお、加工方法としては特に限定されるものではないが、例えば突起を有する型を機械的に導電板に押し付けたり、研磨布を二方向もしくは三方向から押しつけながらなぞるなどの方法で突起を容易に形成することができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記先端部が潰される前の突起の高さが、５０〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする。

突起の高さは、低すぎると僅かな変形で突起の効果が無くなってしまう。突起の高さが２００μｍ程度であれば十分な効果が得られ、これ以上の高い突起は加工コストが増大するため不必要である。

このような高さの範囲内であれば、半導体レーザ素子と電極体との間で生じ得る接触抵抗を許容範囲内に留めることができ、確実に半導体レーザ素子に電流を流し、半導体レーザ素子で生ずる熱を排熱することができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記導電板の材質が、金であることを特徴とする。
このように金であれば、高い電気伝導性を有し、経年劣化が生じ難いため、導電板の材質に好適である。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記突起が潰される前における前記導電板の断面方向の厚さが、０．２〜０．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

このような厚さの範囲内であれば、表面に形成された突起の効果を有効に発現させることができ、導電性と排熱性を高く維持しながら劈開性の強い半導体レーザ素子に機械的歪を生じさせないように電極体を接合させることができる。

また、本発明の半導体レーザモジュールは、
前記絶縁板には断面方向に貫通する凹部が設けられ、
前記凹部内に、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が配設されていることを特徴とする。

このように凹部内に、下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が配設されるようにすれば、位置決めも容易に行うことができ、半導体レーザモジュールの製造を効率的に行うことができる。

本発明によれば、高出力でのレーザ発振を繰り返しても、半導体レーザ素子と電極体との接合力が弱まることがなく、電気伝導性と排熱性の両方を極めて高い状態に維持し、レーザ光を高出力に維持したまま長期間の安定使用が可能な半導体レーザモジュールを提供することができる。

図１は、本発明の半導体レーザモジュールの一実施形態における概略断面図である。 図２は、本発明の半導体レーザモジュールに用いられる導電板の部分拡大断面図である。 図３（ａ）は潰される前の突起の説明図、図３（ｂ）は潰された突起の説明図である。 図４は、半導体レーザ素子と２枚の導電板の厚さと、絶縁板の厚さとを比較して説明するための概略断面図である。 図５（ａ）は潰される前の突起の先端部の面積を説明するための説明図、図３（ｂ）は潰された突起の先端部の面積を説明するための説明図である。 図６は、一般的な金属材料の応力−歪曲線を示した説明図である。 図７は、本発明の半導体レーザモジュールの他の実施形態における概略断面図である。 図８は、本発明の半導体レーザモジュールにおいて、導電板の突起の設けられ方が異なる変形例を示した概略部分断面図である。 図９は、絶縁体の他の実施形態における概略斜視図である。 図１０は、従来の半導体レーザモジュールの概略図である。 図１１は、従来の半導体レーザモジュールの概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子に電流を流すことでレーザ光を外部に出力するものである。

図１に示したように、本発明の実施形態における半導体レーザモジュール１０は、半導体レーザ素子１２と、この半導体レーザ素子１２の下面１２ａに導電板１６を介して導通可能に接合された電極体１４と、半導体レーザ素子１２の上面１２ｂに同じく導電板２０を介して導通可能に接合された電極体１８と、を備え、さらに電極体１４と電極体１８との間には、絶縁板４０が挿入されている。

そして、電極体１４と電極体１８とを互いに挟持手段３２で挟持することで、導電板１６，２０の複数の突起２２の先端部２２ａが、半導体レーザ素子１２と電極体１４，１８とによって潰され、電極体１４と電極体１８との間で、下面１２ａと上面１２ｂに導電板１６，２０が設けられた半導体レーザ素子１２が挟持されている。
挟持手段３２としては、特に限定されるものではないが、例えばネジとナットの組合せから成る締結部材を用いることができる。

また、半導体レーザ素子１２は、一般的にはガリウム，ヒ素，リン，インジウムなどの素材を規定された割合に混合し、これをガリウムヒ素の基板上に気相合成法で製膜した単結晶からなることが好ましい。このような方法で得られた半導体レーザ素子１２は、機械的強度は高いものの、強い劈開性があり、割れ易い特性を有している。また劈開性を利用し、特定の方位に劈開することによって得られる面が光学面としてレーザ光の共振器の役割をなしている。

半導体レーザ素子１２の大きさとしては、例えば幅１０ｍｍ程度、厚さ０．２ｍｍ程度、奥行き２ｍｍ程度、出射されるレーザ光が幅１０ｍｍ，厚さ（高さ）０．２ｍｍ程度であり、光学面から発光し、直ちに３５〜４５°程度で広がるものを用いることができる。

半導体レーザ素子１２の下面１２ａに位置する導電板１６と半導体レーザ素子１２の上面１２ｂに位置する導電板２０とは、上述したように半導体レーザ素子１２と接合される側の面と電極体１４，１８と接合される側の面とに、それぞれ複数の突起２２が設けられている。

先端部２２ａが潰される前の突起２２の断面形状は、特に限定されるものではないが、断面略円形状もしくは多角形状であることが好ましく、本実施形態では、断面略三角形状としている。

このような複数の突起２２が設けられた導電板２０は、図２に示したように、先端部２２ａが潰される前の厚さＴ１が２００〜５００μｍの範囲内であり、先端部２２ａが潰される前の突起２２の高さＨ１が５０〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。

さらに突起２２の先端部２２ａが上下に隣接する部材によって潰された後の導電板１６，２０は、突起２２を有しない、半導体レーザ素子１２と全面で接合される平板であった場合の、半導体レーザ素子１２と接合される側の面の総面積の割合を１００％とすると、複数の突起２２を有する導電板１６，２０は、複数の突起２２の半導体レーザ素子１２と接合される接合面の総面積の割合が、３０〜８０％の範囲内であることが好ましい。

この割合が小さすぎると導電性、排熱性ともに低くなってしまい、逆にこの割合が大きすぎると、突起２２の形成加工が難しくなりコストが高くなってしまう。半導体レーザ素子１２の安定した発振に必要な電力を供給し、排熱を効果的に行うには、上記の範囲内とすることが好ましい。このような割合の範囲内であれば、半導体レーザ素子１２と電極体１４，１８との間で生じ得る接触抵抗を許容範囲内に留めることができる。

なお導電板１６，２０は、電極体１４，１８から供給される大電流を安定的に半導体レーザ素子１２に供給するとともに、半導体レーザ素子１２から発せられる熱を効率良く排熱するため、高い熱伝導性を有し、経年劣化の生じ難い材質からなることが望ましい。

具体的には金からなることが望ましい。金は高価であるが、半導体レーザ素子１２の下面１２ａと上面１２ｂの合計面積は、出力１００Ｗクラスのもので４０〜５０ｍｍ²程度であり、厚さも０．１〜０．５ｍｍ程度であるため、半導体レーザモジュール１０の大幅なコスト高を招くものではない。

また導電板１６，２０は、劈開性の強い半導体レーザ素子１２に機械的歪をできるだけ生じさせないため、軟性を有することが望ましい。
金からなる導電板１６，２０を軟化させる場合には、例えば約１０００℃以上の高温に加熱維持し、その後急冷することで、軟化した導電板１６，２０を得ることができる。

さらに、導電板１６，２０の表面に設けられた複数の突起２２は、例えば機械加工や突起用の凹凸が形成された型を導電板１６，２０用の板材に押し付けるプレス加工などによって設けることができ、特に限定されないものである。この突起２２により、導電板１６，２０と、半導体レーザ素子１２および電極体１４，１８との接触抵抗を小さくし、しかも半導体レーザ素子１２および電極体１４，１８との電気伝導性を確実なものとし、排熱性も良好とすることができる。

半導体レーザ素子１２と導電板１６，２０との接合の際、すなわち電極体１４と電極体１８とを互いに挟持手段３２で挟持した際には、図３（ａ），（ｂ）に示したように、導電板１６，２０の複数の突起２２の先端部２２ａが、半導体レーザ素子１２や電極体１４，１８に接触して少ない力で変形する。

この際、過度な機械的応力が掛かると突起２２が全て潰れ、半導体レーザ素子１２に過度な機械的応力が印加されて破損などが生じるおそれがある。
そこで、電極体１４と電極体１８との間に、絶縁板４０を挟むことで、絶縁板４０の厚さ以上に電極体１４と電極体１８との間隔が狭まらないようにし、これにより過度な機械的応力が半導体レーザ素子１２に加わらないようにしている。

この場合、図４に示したように、絶縁板４０の厚さＴ３は、半導体レーザ素子１２と突起２２が潰される前の２枚の導電板１６，２０とを合計した断面方向の厚さＴ２よりも５０〜２００μｍの範囲内で薄く設定しておくことが好ましい。これにより、導通不良を確実に防止することができるとともに、劈開性を有して割れ易い半導体レーザ素子１２に不要な機械的応力が印加されることを抑止することができる。

なお、図５（ａ）に示したように、断面略三角形状の突起２２とし、先端部２２ａが潰される前の突起２２の、先端部２２ａにおける面積Ａの割合を１００％とした場合には、図５（ｂ）に示したように先端部２２ａが潰された後の突起２２の、先端部２２ａの面積Ｂの割合は、１２０〜２００％の範囲内であることが好ましい。

潰された後の突起２２の面積Ｂが狭すぎれば、十分な通電や排熱ができず、逆に潰された後の面積Ｂが広すぎれば、半導体レーザ素子１２に機械的応力がかかり易くなり破損を生ずるおそれがあるため、このような割合となるように設定することが好ましい。

ここで、加工方法によっては、突起２２の先端部２２ａを非常に尖らせることができる場合があり、このような場合には、実質的に上記した面積Ａに対する面積Ｂの割合は、非常に大きな数値となり、例えば５００％を超えてしまう場合がある。したがって、上記の範囲は、あくまで断面略三角形状の突起２２とした一実施形態の場合について規定したものである。

また、潰される前の突起２２の高さであるＨ１の値を１００％とした場合に、潰された後の突起２２の高さが４０〜８０％の範囲内となるように、突起２２の潰され具合を調整するようにしても良い。

この場合にも、半導体レーザ素子１２と電極体１４，１８との間で生じ得る接触抵抗を許容範囲内に留めることができ、確実に半導体レーザ素子１２に電流を流し、半導体レーザ素子１２で生ずる熱を排熱することができる。

さらにこの際、突起２２は、図６に示したように、塑性変形して潰れながら半導体レーザ素子１２に接触している部分と、弾性変形を受けている部分と、が併存するので、温度変動などを受けて電極体１４（正極）と電極体１８（負極）との間隔が変動して、導電板１６，２０に掛かる応力が変動しても、上記の弾性変形を受けている部分（弾性変形領域）が自動的に修正されることとなる。したがって導電板１６，２０と半導体レーザ素子１２の接触は、良好に維持される。

導電板１６，２０と半導体レーザ素子１２の熱膨張係数は等しくなく、レーザ発振により電極体１４と電極体１８の間隔は変動するものではあるが、供給電流や排熱性への影響が生ずるほどのものではない。

また半導体レーザ素子１２としては、構成が特に限定されるものではなく、一般的に公知のものを用いれば良いが、供給電流を効率良くレーザ光に変換することができ、十分な機械的強度を有するものを採用することが望ましい。

一方、電極体１４，１８の材質としては、電極体１４，１８として通常用いられる材質であれば特に限定されるものではないが、数百アンペアに達する大電流を安定的に供給することができ、半導体レーザ素子１２から生じる熱を排熱する役割も求められるため、胴であることが好ましい。

なお、図１に示した半導体レーザモジュール１０では、半導体レーザ素子１２の大きさと導電板１６，２０の大きさが略一致した大きさであるが、これに限定されるものではないものであり、例えば電極体１４と電極体１８が、半導体レーザ素子１２よりも左右方向に広く、電極体１４と電極体１８に貫通穴３０を設け、この貫通穴３０を介して電極体１４と電極体１８との間を挟持手段３２で挟持するように構成しても良いものである。

さらに、図７に示した半導体レーザモジュール１０のように、半導体レーザ素子１２と導電板１６，２０とを、上下の電極体１４，１８の間に偏らせて配置し（図７では左側に偏らせて配置し）、半導体レーザ素子１２の隣に絶縁板４０を配置し、この絶縁板４０とともに半導体レーザ素子１２と導電板１６，２０とを上下の電極体１４，１８で挟むように構成しても良いものである。

なお絶縁板４０は、電極体１４（正極）と電極体１８（負極）との絶縁と、両者を挟持した際の間隔を規定するためのものであり、材質は例えば窒化アルミニウム，炭化ケイ素，酸化アルミニウムなどから成るものである。

また図１に示した本発明の半導体レーザモジュール１０では、上下の電極体１４，１８に冷媒送通穴２４を設け、この冷媒送通穴２４内に冷媒供給手段２６を介して冷媒を供給するようにし、積極的に半導体レーザ素子１２で生じた熱を排熱するようにしている。

なお冷媒としては、特に限定されるものではなく、水，油，ガスなど如何なるものでも良いものである。図１中、符号２８は、冷媒送通穴２４と冷媒供給手段２６とをつなぐ接続パイプ２８である。
以上、本発明の半導体レーザモジュール１０の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではないものである。

例えば図１に示した半導体レーザモジュール１０では、導電板１６の下面と上面、導電板２０の下面と上面の４面に突起２２が設けられているが、図８（ａ）に示したように、半導体レーザ素子１２と接する側のみに突起２２が設けられた導電板１６，２０としたり、図８（ｂ）に示したように、半導体レーザ素子１２の下面１２ａ側は突起２２の形成が片面のみの導電板１６、上面１２ｂ側は突起２２の形成が両面の導電板２０と、片面のものと両面のものとを併用するなどしても良いものである。

さらには、図１に示した半導体レーザモジュール１０では、絶縁板４０が半導体レーザ素子１２の左右にそれぞれ設けられているが、図９に示したように、絶縁板４０に、断面方向に貫通する凹部４２を設け、この凹部４２内に下面１２ａと上面１２ｂに導電板１６，２０が設けられた半導体レーザ素子１２が配設されるようにしても良いものである。

また、導電板１６，２０に設けられた突起２２について、本実施形態では断面略三角形状のものを用いて説明したが、他にも針状の突起２２で上記した断面略三角形状の突起２２と同様の効果を得るようにすれば、針状の突起２２も採用可能であるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。

［実施例１］
図７に示した本発明の半導体レーザモジュール１０のように、導電板１６，２０を介して半導体レーザ素子１２の下面１２ａおよび上面１２ｂに電極体が１４，１８設けられた半導体レーザモジュール１０を用いて、瞬間的に大きな出力を発するパルス振動を行い、１，０００回毎に半導体レーザモジュール１０の状態を確認し、レーザ光の出力が安定しているか否かを確認した。

なお、用いられた導電板１６，２０は、材質が金であり、断面方向の厚さが０．２ｍｍ、さらに下面と上面にそれぞれ高さが６０μｍの突起２２が設けられたものである。
本発明の半導体レーザモジュール１０はパルス振動を２０，０００回行っても、半導体レーザ素子１２と導電板１６，２０との接合面に劣化が確認されることはなく、さらにレーザ光の出力は安定していることが確認された。

［比較例１］
図１１に示した従来の半導体レーザモジュール２００のように、ハンダ材２０６，２１０を用いて半導体レーザ素子２０２の下面２０２ａおよび上面２０２ｂに電極板２０４，２０８が設けられた半導体レーザモジュール２００を用いて、実施例１と同様に瞬間的に大きな出力を発するパルス振動を行い、１，０００回毎に半導体レーザモジュール２００の状態を確認し、レーザ光の出力が安定しているか否かを確認した。

すると、パルス振動を３，０００回行ったところで半導体レーザ素子２０２とハンダ材２０６，２１０との接合面に劣化が確認され、さらにレーザ光の出力が不安定であることが確認された。

１０・・・半導体レーザモジュール
１２・・・半導体レーザ素子
１２ａ・・下面
１２ｂ・・上面
１４・・・電極体
１６・・・導電板
１８・・・電極体
２０・・・導電板
２２・・・突起
２２ａ・・先端部
２４・・・水穴
２６・・・冷却水供給手段
２８・・・接続パイプ
３０・・・貫通穴
３２・・・挟持手段
４０・・・絶縁板
４２・・・凹部
Ａ・・・潰される前の突起の先端部の面積
Ｂ・・・潰された後の突起の先端部の面積
Ｔ１・・突起が潰される前の導電板の厚さ
Ｔ２・・半導体レーザ素子と突起が潰される前の２枚の導電板とを合計した厚さ
Ｔ３・・絶縁板の厚さ
Ｈ１・・潰される前の突起の高さ
１００・・・半導体レーザモジュール
１０２・・・半導体レーザ素子
１０２ａ・・下面
１０２ｂ・・上面
１０４・・・電極板
１０６・・・ハンダ材
１０８・・・電極体
１１０・・・ボンディングワイヤ
２００・・・半導体レーザモジュール
２０２・・・半導体レーザ素子
２０２ａ・・下面
２０２ｂ・・上面
２０４・・・電極板
２０６・・・ハンダ材
２０８・・・電極板
２１０・・・ハンダ材

Claims (10)

1. 半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の下面と上面の両面に、導電性部材を介してそれぞれに導通可能に接合された電極体と、
   を少なくとも備えてなる半導体レーザモジュールであって、
   前記半導体レーザモジュールは、
   前記半導体レーザ素子と電極体との間に介在された導電性部材が導電板であり、
   前記半導体レーザ素子の下面に位置する導電板および／または前記半導体レーザ素子の上面に位置する導電板は、
   前記半導体レーザ素子と接合される側の面に、複数の突起が設けられており、
   さらに下面と上面に前記導電板が設けられた前記半導体レーザ素子の隣には、絶縁板が配設され、
   前記下面と上面に前記導電板が設けられた前記半導体レーザ素子と前記絶縁板とが、前記電極体と電極体との間に設けられ、
   前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持することで、前記電極体と電極体との間で、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が挟持され、これにより前記導電板の複数の突起の先端部が前記半導体レーザ素子によって潰されるよう構成されており、
   前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持する前において、
   前記絶縁板の断面方向の厚さが、
   前記半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の下面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
   前記半導体レーザ素子の上面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
   を合計した断面方向の厚さよりも薄く設定されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記電極体の内部に冷媒送通穴が形成され、前記冷媒送通穴内に冷媒を供給する冷媒供給手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持する前において、
   前記絶縁板の断面方向の厚さが、
   前記半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の下面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
   前記半導体レーザ素子の上面に設けられた、前記突起が潰される前の導電板と、
   を合計した断面方向の厚さよりも１００〜１０００μｍの範囲内で薄く設定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モジュール。
4. 前記半導体レーザ素子の下面に位置する導電板および／または前記半導体レーザ素子の上面に位置する導電板は、
   前記電極体と接合される側の面に、複数の突起が設けられて、
   前記電極体と電極体とを互いに挟持手段で挟持することで、前記電極体と電極体との間で、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が挟持され、これにより前記導電板の複数の突起の先端部が前記半導体レーザ素子および導電板によって潰されるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記突起の先端部が上下に隣接する部材によって潰された後であって、
   前記導電板が前記突起を有しない平板であった場合の、前記半導体レーザ素子と接合される側の面の総面積の割合を１００％とすると、
   前記複数の突起を有する導電板の、前記半導体レーザ素子と接合される側の前記複数の突起の先端部の総面積の割合は、３０〜８０％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記先端部が潰される前の突起が、断面略円形状もしくは多角形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記先端部が潰される前の突起の高さが、５０〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記導電板の材質が、金であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
9. 前記突起が潰される前における前記導電板の断面方向の厚さが、０．２〜０．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
10. 絶縁板には断面方向に貫通する凹部が設けられ、
    前記凹部内に、前記下面と上面に導電板が設けられた半導体レーザ素子が配設されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。

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