JP2018190864A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸調整の煩雑さが低減されるとともに、気密封止する光出射面の面積を最小限にすることが可能であり、複数配置する際に光源面積を小さく保つ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】 サブマウントと、サブマウント上に設けられた端面発光型の半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に設けられた光出射窓と、半導体レーザ素子の側面を少なくとも囲うようにサブマウント上に設けられた上側ケースと、光出射窓に設けられたプリズムとを有し、半導体レーザ素子は、サブマウントとプリズムと上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されており、プリズムは、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射する反射部と、半導体レーザ素子から射出される光の速軸方向及び遅軸方向のうちの少なくとも一方向をコリメートするコリメート部とを有する半導体レーザ装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。特に、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を効率的に取り出すことが可能な半導体レーザ装置に関する。詳しくは、高出力のレーザ光を小型の気密パッケージから効率的に取り出すための構造に特徴を持つ半導体レーザ装置に関する。

従来から半導体レーザ装置に関する技術は広く利用されている。近年では、青色や緑色の半導体レーザも開発され、画像表示装置としての応用が進められている。このような背景のもと、半導体レーザ装置から射出されるレーザ光の出力をより高出力化することが求められている。

一方、半導体レーザ素子を高出力化すると、素子自身からの発熱量が増大する。そのため、効率の良い冷却手段が必要となる。また、高出力化に伴い、半導体レーザ素子のレーザ光射出面を埃等から保護する必要性が高まっている。

これに対して、従来、半導体レーザ素子が載置されたサブマウントを排熱基板に接合し、同素子から射出されたレーザ光を気密パッケージ（キャップ）内に配置されたミラーで反射し、コリメートレンズを介して外部に射出する半導体レーザ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５６３６８７７号公報

しかしながら、特許文献１の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光を反射するミラーと、該ミラーで反射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズとの光軸を調整する必要があり、製造時の作業が煩雑であるといった問題がある。また、防塵性を確保するために半導体レーザ素子とミラーとをキャップで覆って気密封止すると、キャップで覆う面積が大きくなる。そのため、半導体レーザ装置を複数配置する場合には、全体として光源面積が大きくなってしまうといった問題もある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光軸調整の煩雑さが低減されるとともに、気密封止する光出射面の面積を最小限にすることが可能であり、複数配置する際に光源面積を小さく保つことが可能な半導体レーザ装置を提供することにある。

本願発明者等は、下記の構成を採用することにより、前記の課題を解決できることを見出して本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係る半導体レーザ装置は、
サブマウントと、
前記サブマウント上に設けられた端面発光型の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に設けられた光出射窓と、
前記半導体レーザ素子の側面を少なくとも囲うように前記サブマウント上に設けられた上側ケースと、
前記光出射窓に設けられたプリズムと
を有し、
前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントと前記プリズムと前記上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されており、
前記プリズムは、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射する反射部と、前記半導体レーザ素子から射出される光の速軸方向及び遅軸方向のうちの少なくとも一方向をコリメートするコリメート部とを有することを特徴とする。

前記構成によれば、半導体レーザ素子は、サブマウントとプリズムと上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されているため、防塵性が確保されている。
また、前記構成によれば、半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に光出射窓が設けられている。半導体レーザ素子からの光を、レンズ等を介することなく光出射窓から直接取り出すため、レンズ等を配置するための面積を必要としない。従って、光出射窓は、半導体レーザ素子からの光を取り出せる範囲内で小さく設定することができる。その結果、気密封止する面積を最小限にすることができる。また、気密封止する面積を最小限にすることができるため、当該半導体レーザ装置を複数配置する際には、全体として光源面積を小さく保つことが可能となる。
また、前記プリズムは、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射する反射部と、半導体レーザ素子から射出される光の速軸方向及び遅軸方向のうちの少なくとも一方向をコリメートするコリメート部とを有する。前記プリズムは、ミラーの機能とコリメートレンズとの機能を兼ね備えたものであり、プリズムの製造時において反射部とコリメート部との光軸が予め調整されている。従って、光出射窓にプリズムを取り付ける際は、光出射窓に対するプリズムの位置や角度さえ調整すればよく、光軸の調整が容易となる。

前記構成において、前記コリメート部は、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の速軸方向をコリメートする第１のコリメート部と、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の遅軸方向をコリメートする第２のコリメート部とを有することが好ましい。

前記第１のコリメート部と前記第２のコリメート部とを有すると、速軸方向及び遅軸方向について平行な光を射出することができる。

前記構成において、前記反射部は、曲面を有しており、前記第１のコリメート部の機能を兼ね備えることが好ましい。

前記反射部が曲面を有しており、前記第１のコリメート部の機能を兼ね備えていると、第１のコリメート部の機能のみを有する部分を形成しなくともよく、構成が簡略化できる点で優れる。

前記構成において、前記第２のコリメート部は、前記プリズムの光射出面に形成されており、曲面を有することが好ましい。

遅軸方向の光は、光の広がり方が速軸方向に比較して緩やかである。そこで、前記第２のコリメート部を、プリズム内を進行する光の後段部分、すなわち、光射出面に形成しても、遅軸方向の光を充分にコリメートすることが可能である。
なお、この構成とする場合、第２のコリメート部よりも前段部分に第１のコリメート部を設けることが好ましい。速軸方向の光は遅軸方向の光よりも光の広がり方が大きいため、なるべく前段側でコリメートすることが好ましいからである。

前記構成において、前記反射部は、前記プリズムを構成する部材の内部に形成された反射グレーティング部であってよい。

前記反射部を反射グレーティング部で形成すると、誘電体多層膜やＡｇ等の反射膜を形成することなく、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射することができる。
また、前記反射部を反射グレーティング部で形成し、且つ、前記反射部が前記第１のコリメート部の機能を兼ね備える構成とした場合には、プリズムに速軸方向コリメート用の曲面を形成することなく、且つ、誘電体多層膜やＡｇ等の反射膜を形成することなく、速軸方向のコリメートを行うことができる。

前記構成において、前記プリズムは、前記半導体レーザ素子との位置関係を決める位置決め部を有することが好ましい。

前記位置決め部を有すると、組み立て時に、プリズムと半導体レーザ素子との位置関係を容易に把握でき、光軸の調整が容易となる。

前記構成において、前記位置決め部は、前記光出射窓に嵌合していることが好ましい。

前記位置決め部が、前記光出射窓に嵌合していると、プリズムと半導体レーザ素子との位置関係がほぼ確定される。従って、光軸の調整がより容易となる。

前記構成において、前記半導体レーザ素子は、前記光出射面に垂直な面の１つが前記サブマウントと接合されており、前記サブマウントと接合された面に対向する面が半田と当接しており、
前記半田が前記上側ケースと当接していることが好ましい。

前記半導体レーザ素子が、前記光出射面に垂直な面の１つが前記サブマウントと接合されていると、前記サブマウントから半導体レーザ素子の熱を排熱することができる。また、前記サブマウントと接合された面に対向する面が半田と当接しており、前記半田が前記上側ケースと当接していると、前記上側ケースから半導体レーザ素子の熱を排熱することができる。すなわち、前記構成によれば、半導体レーザ素子の下側（サブマウント側）及び上側（上側ケース側）の両方から、半導体レーザ素子の熱を排熱することができる。

本発明によれば、光軸調整の煩雑さが低減されるとともに、気密封止する光出射面の面積を最小限にすることが可能であり、複数配置する際に光源面積を小さく保つことが可能な半導体レーザ装置を提供することができる。

第１実施形態に係る半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図である。 図１に示した半導体レーザ装置の平面図である。 図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ断面図である。 図２に示した半導体レーザ装置のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。 第３実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。 第４実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。 第５実施形態に係るプリズムの正面図である。

以下、本実施形態に係る照明装置について、図面を参酌しつつ、説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示した半導体レーザ装置の平面図であり、図３は、図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ断面図であり、図４は、図２に示した半導体レーザ装置のＢ−Ｂ断面図である。図１〜図４に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザ装置１０は、サブマウント２０と、半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース６０と、プリズム８０とを有する。

サブマウント２０は、熱伝導率の高い材料で構成される。サブマウント２０の材料としては、例えばＡｌＮが挙げられる。サブマウント２０には、図示しない接合材により半導体レーザ素子４０が接合されている。前記接合材としては、例えばＡｕ−Ｓｎハンダが挙げられる。

半導体レーザ素子４０は、レーザ光を射出するエミッタが端面（光出射面４２）に配置される端面発光型の半導体レーザ素子である。なお、半導体レーザ素子４０は、結晶成長面（光が出射する部分）がサブマウント２０側（図３では下側）となるように接合されている。半導体レーザ素子４０のうち、より発熱量の多い結晶成長面をサブマウント２０側となるように接合することにより、サブマウント２０からの排熱をより効率的に行うことができる。

半導体レーザ素子４０は、サブマウント２０と、上側ケース６０と、半田７０と、プリズム８０とに囲まれた空間内に気密封止されている。気密封止の態様としては、特に限定されず、真空であってもよく、空気や不活性ガス等のガスが充填されていてもよい。ガスが充填されている場合、大気圧程度であることが好ましい。なお、本発明において、半導体レーザ素子が、サブマウントとプリズムと上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されている、とは、少なくとも、サブマウントとプリズムと上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されていることを意味し、本実施形態のように、サブマウント、プリズム、上側ケース、及び、その他の部材（本実施形態では、半田７０）により囲まれた空間内に気密封止されていてもよい。

サブマウント２０の内部には、導電ペーストが充填されたビア２２が形成されている。また、サブマウント２０の端部上面には、電極としてのメタライズ層２４が形成されている。ビア２２は、一端が半導体レーザ素子４０と電気に接続され、他端がメタライズ層２４と電気的に接続されている。つまり、ビア２２は、半導体レーザ素子４０とメタライズ層２４とを電気的に接続している。また、半導体レーザ素子４０の上面側には、半田７０が当接するように設けられており、半田７０が電極としてのメタライズ層６２と当接している。これにより半導体レーザ素子４０に給電される。つまり、第１実施形態では、メタライズ層２４（一方の電極）−ビア２２−半導体レーザ素子４０−半田７０メタライズ層６２（他方の電極）が電気的に接続されて給電経路が形成されている。

サブマウント２０には、半導体レーザ素子４０の光出射面４２と面一となるように段差部２６が設けられている。前述のように、半導体レーザ素子４０は、結晶成長面がサブマウント２０側となるように接合されている。ここで、半導体レーザ素子４０から出射される光は、広がりながら進行することになる。そのため、半導体レーザ素子４０から出射される光の一部がサブマウント２０に遮られるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、段差部２６が設けられている。従って、半導体レーザ素子４０から出射される光がサブマウント２０に遮られることを防止することができる。

半導体レーザ素子４０の光出射面４２に対向する位置には、光出射窓５０が設けられている。光出射窓５０は、サブマウント２０や上側ケース６０等が存在しない部分であり、光出射面４２から出射した光を光出射窓５０より外側へと取り出し可能な窓である。
本実施形態に係る半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ素子４０からの光を、レンズ等を介することなく光出射窓５０から直接取り出すため、レンズ等を配置するための面積を必要としない。従って、光出射窓５０は、半導体レーザ素子４０からの光を取り出せる範囲内で小さく設定することができる。その結果、気密封止する面積を最小限にすることができる。また、気密封止する面積を最小限にすることができるため、当該半導体レーザ装置１０を複数配置する際には、全体として光源面積を小さく保つことが可能となる。

サブマウント２０の上側には、上側ケース６０が設けられている。具体的に、サブマウント２０と上側ケース６０とは、メタライズ層２８、半田等で構成される接合層３０、及び、メタライズ層６６を介して接合されている。サブマウント２０と上側ケース６０とは、材質的に、直接に接合層３０を介して接合することは困難である。そこで、本実施形態では、サブマウント２０にメタライズ層２８を形成するとともに、上側ケース６０にメタライズ層６６を形成しておき、メタライズ層２８とメタライズ層６６とを接合層３０を介して接合することにより、サブマウント２０と上側ケース６０とを接合している。メタライズ層の材料としては、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕが挙げられる。サブマウント２０へのメタライズ層２８の形成方法、及び、上側ケース６０へのメタライズ層６６の形成方法としては、スパッタや蒸着等が挙げられる。

上側ケース６０は、熱伝導率の高い材料で構成される。上側ケース６０の材料としては、例えばＡｌＮやＳｉＣが挙げられる。上側ケース６０の形状は、上面、及び、下面を有さない矩形の箱状であり、上側から下側にいくに従って、開口面積が小さくなるようにテーパ６４が形成されている。上側ケース６０の下側開口６５は、半導体レーザ素子４０の上面と同じか小さく設定されている。これにより、半田７０を上側ケース６０内に充填する際に、半田７０が半導体レーザ素子４０の上面よりも下側に回り込むことが抑制される。

上側ケース６０の上側には、半田７０と接触するようにメタライズ層６２が形成されている。メタライズ層６２は、半導体レーザ素子４０に給電するための電極として機能する。また、メタライズ層６２は、半田７０と上側ケース６０とで気密を取るために、半田７０の濡れ性を確保する層として機能する。

プリズム８０は、周囲と屈折率の異なる材料で構成される。プリズム８０の材料としては、例えばガラスが挙げられる。プリズム８０は、サブマウント２０の側面及び上側ケース６０の側面に接合されており、これにより、光出射窓５０にプリズム８０が設けられている。具体的に、サブマウント２０とプリズム８０とは、メタライズ層３２、半田で構成される接合層３４、及び、メタライズ層８２を介して接合されている。また、上側ケース６０とプリズム８０とは、メタライズ層６７、半田で構成される接合層６８、及び、メタライズ層８４を介して接合されている。サブマウント２０とプリズム８０とは、材質的に、直接に接合層３４を介して接合することは困難である。また、上側ケース６０とプリズム８０とは、材質的に、直接に接合層６８を介して接合することは困難である。そこで、本実施形態では、サブマウント２０にメタライズ層３２を形成するとともに、プリズム８０にメタライズ層８２を形成しておき、メタライズ層３２とメタライズ層８２とを接合層３４を介して接合することにより、サブマウント２０とプリズム８０とを接合している。また、上側ケース６０にメタライズ層６７を形成するとともに、プリズム８０にメタライズ層８４を形成しておき、メタライズ層６７とメタライズ層８４とを接合層６８を介して接合することにより、上側ケース６０とプリズム８０とを接合している。サブマウント２０へのメタライズ層３２の形成方法、上側ケース６０へのメタライズ層６７の形成方法、プリズム８０へのメタライズ層８２及びメタライズ層８４の形成方法としては、サブマウント２０へのメタライズ層２８の形成方法と同様とすることができる。

プリズム８０は、反射部８６と、第２の曲面９０とを有する。反射部８６は、第１の曲面８７と第１の曲面８７に設けられた反射膜８８とを有する。反射部８６は、光出射窓５０に対向する位置にあり、半導体レーザ素子４０から射出され、そのまま光出射窓５０を通り抜けた光を反射し、第２の曲面９０方向へと導く。この際、第１の曲面８７により、レーザ光の速軸方向の光がコリメートされる。第２の曲面９０は、プリズム８０の光射出面に形成されている。第１の曲面８７により速軸方向の光がコリメートされたレーザ光は、さらに、第２の曲面９０により、遅軸方向がコリメートされる。これにより、速軸方向及び遅軸方向の両方がコリメートされた光が、プリズム８０から外部へと射出されることになる。第１の曲面８７は、本発明の第１のコリメート部に相当する。第２の曲面９０は、本発明の第２のコリメート部に相当する。反射膜８８の材質としては、半導体レーザ素子４０から出射される光を反射できるものであれば特に限定されないが、例えば、誘電体多層膜や、Ａｇ等の金属膜が挙げられる。

次に、半導体レーザ装置１０の製造方法の一例について説明する。

本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、まず、半導体レーザ素子４０が接合されたサブマウント２０を準備する。

次に、サブマウント２０に上側ケース６０を接合する。この工程では、サブマウント２０に形成されたメタライズ層２８と上側ケース６０に形成されたメタライズ層６６とを介して、接合層３０（例えば、半田）により接合する。

次に、半導体レーザ素子４０の光出射面４２に対向する位置に設けられた光出射窓５０にプリズム８０を接合する。この工程では、サブマウント２０に形成されたメタライズ層３２とプリズム８０に形成されたメタライズ層８２とを介して、接合層３４（例えば、半田）により接合するとともに、上側ケース６０に形成されたメタライズ層６７とプリズム８０に形成されたメタライズ層８４とを介して、接合層６８（例えば、半田）により接合する。

次に、上側ケース６０の下側開口６５に半田を配置し、加熱する。これにより、半田７０が上側ケース６０内に充填される。

以上により、半導体レーザ装置１０を製造することができる。なお、上述した実施形態では、サブマウント２０に上側ケース６０を接合し、次に、光出射窓５０にプリズム８０を接合し、最後に半田７０を充填する場合について説明したが、各工程の順は任意に設定できる。ただし、工程の順に基づいて、各接合層に用いる接合材の融点を異ならせてもよい。例えば、接合層３０の接合材として、接合層３４、接合層６８の接合材よりも融点の高いものを用いてもよい。この態様によれば、光出射窓５０にプリズム８０を接合する際の熱により、すでに接合されているサブマウント２０と上側ケース６０とが剥離することを防止できる。

以上、半導体レーザ装置１０によれば、半導体レーザ素子４０は、サブマウント２０とプリズム８０と上側ケース６０とに囲まれた空間内に気密封止されているため、防塵性が確保されている。
また、半導体レーザ素子４０の光出射面４２に対向する位置に光出射窓５０が設けられており、半導体レーザ素子４０からの光を光出射窓５０から直接取り出すため、レンズ等を配置するための面積を必要としない。従って、光出射窓５０は、半導体レーザ素子４０からの光を取り出せる範囲内で小さく設定することができる。その結果、気密封止する面積を最小限にすることができる。また、気密封止する面積を最小限にすることができるため、当該半導体レーザ装置１０を複数配置する際には、全体として光源面積を小さく保つことが可能となる。
また、プリズム８０は、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射する反射部８６と、半導体レーザ素子から射出される光の速軸方向をコリメートする第１のコリメート部（第１の曲面８７）と、遅軸方向をコリメートする第２のコリメート部（第２の曲面９０）とを有する。プリズム８０は、ミラーの機能とコリメートレンズとの機能を兼ね備えたものであり、プリズムの製造時において反射部とコリメート部との光軸が予め調整されている。従って、光出射窓５０にプリズム８０を取り付ける際は、光出射窓５０に対するプリズム８０の位置や角度さえ調整すればよく、光軸の調整が容易となる。
また、プリズム８０が、第１のコリメート部と第２のコリメート部とを有するため、速軸方向及び遅軸方向に平行な光を射出することができる。
また、反射部８６が第１の曲面８７を有しており、第１のコリメート部の機能（速軸方向をコリメートする機能）を兼ね備えているため、第１のコリメート部の機能のみを有する部分を形成しなくともよく、構成が簡略化できる点で優れる。
また、半導体レーザ素子４０がサブマウント２０と接合されているため、サブマウント２０から半導体レーザ素子４０の熱を排熱することができる。また、サブマウント２０と接合された面に対向する面が半田７０と当接しており、半田７０が上側ケース６０と当接しているため、上側ケース６０から半導体レーザ素子４０の熱を排熱することができる。すなわち、第１実施形態に係る半導体レーザ装置１０によれば、半導体レーザ素子の下側（サブマウント側）及び上側（上側ケース側）の両方から、半導体レーザ素子の熱を排熱することができる。

以上、第１実施形態に係る半導体レーザ装置１０について説明した。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係る半導体レーザ装置について説明する。第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０は、ビア２２の代わりに、フィードスルーメタライズ層１２２が形成されている点、及び、上側ケースの形状が異なる点で相違し、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、省略又は簡単に説明することとする。なお、第１実施形態に係る半導体レーザ装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図５は、第２実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０は、サブマウント１２０と、半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース１６０と、プリズム８０とを有する。半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、プリズム８０とについては、第１実施形態と同様であるからここでの説明は省略する。

サブマウント１２０の上面には、半導体レーザ素子４０が接合される箇所から端部まで連続的にフィードスルーメタライズ層１２２が形成されている。フィードスルーメタライズ層１２２の材質としては、メタライズ層２４等と同様とすることができる。また、半導体レーザ素子４０の上面には、半田１７０が当接するように設けられており、半田１７０が上側ケース１６０内に設けられたビア１６２と当接している。さらに、ビア１６２は、電極としてのメタライズ層１６４と当接している。これにより半導体レーザ素子４０に給電される。

上側ケース１６０は、直方体状であり、中央下部に凹部１６６が形成された形状を有する。すなわち、第１実施形態に係る上側ケース６０は、半導体レーザ素子４０の側面を囲う形状であったが、第２実施形態に係る上側ケース１６０は、半導体レーザ素子４０の側面、及び、上側を囲う形状である。凹部１６６には、凹部１６６の底部（図５では上側）に接するようにメタライズ層１６５（本実施形態では、Ａｕ層）が形成されており、さらに半田１７０が充填されている。上側ケース１６０の内部には、上面から凹部１６６まで、導電ペーストが充填されたビア１６２が形成されている。つまり、第２実施形態では、フィードスルーメタライズ層１２２（一方の電極）−半導体レーザ素子４０−半田１７０−メタライズ層１６５−ビア１６２−メタライズ層１６４（他方の電極）が電気的に接続されて給電経路が形成されている。上側ケース１６０を半導体レーザ素子４０に接合する方法としては、フィードスルーメタライズ層１２２を介して半導体レーザ素子４０が接合されたサブマウント１２０と、メタライズ層１６５に半田１７０が仮付けされた上側ケース１６０を準備し、半田１７０を加熱によって溶融し、半導体レーザ素子４０と上側ケース１６０とを接合する方法が挙げられる。

第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０によっても、光軸調整の煩雑さが低減されるとともに、気密封止する光出射面の面積を最小限にすることが可能であり、複数配置する際に光源面積を小さく保つことが可能な半導体レーザ装置を提供することができる。

以上、第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０について説明した。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態に係る半導体レーザ装置について説明する。第３実施形態に係る半導体レーザ装置２１０は、第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０と比較して、プリズムの形状が異なり、他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、省略又は簡単に説明することとする。なお、第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図６は、第３実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。第３実施形態に係る半導体レーザ装置２１０は、サブマウント１２０と、半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース１６０と、プリズム２８０とを有する。サブマウント１２０と、半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース１６０とについては、第２実施形態と同様であるからここでの説明は省略する。

プリズム２８０は、突起２８２を有しており、光出射窓５０に嵌合している。突起２８２は、本発明の位置決め部に相当する。プリズム２８０のその他の構成は、プリズム８０と同様である。

第３実施形態に係る半導体レーザ装置２１０によれば、プリズム２８０が光出射窓５０に嵌合しているため、プリズム２８０と半導体レーザ素子４０との位置関係がほぼ確定される。従って、光軸の調整がより容易となる。

以上、第３実施形態に係る半導体レーザ装置２１０について説明した。

第３実施形態では、本発明の位置決め部が突起２８２である場合について説明した。しかしながら本発明の位置決め部は、半導体レーザ素子との位置関係を決めるものであれば、この例に限定されない。例えば、光出射窓が位置すべき箇所に施されたマーキングであってもよい。前記マーキングに光出射窓を合わせてプリズムを接合すれば、半導体レーザ素子との位置関係が決定される。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態に係る半導体レーザ装置について説明する。第４実施形態に係る半導体レーザ装置３１０は、第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０と比較して、サブマウントの形状、及び、プリズムの形状が異なり、他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、省略又は簡単に説明することとする。なお、第２実施形態に係る半導体レーザ装置１１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図７は、第４実施形態に係る半導体レーザ装置の横断面模式図である。第４実施形態に係る半導体レーザ装置３１０は、サブマウント３２０と、半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース１６０と、プリズム３８０とを有する。半導体レーザ素子４０と、光出射窓５０と、上側ケース１６０とについては、第２実施形態と同様であるからここでの説明は省略する。

サブマウント３２０は、板状部３２２と、板状部３２２から長手方向に連続的に形成された箱状部３２４とを有する。箱状部３２４は、凹部３２６を有しており、上面が開口している。板状部３２２上には、半導体レーザ素子４０及び上側ケース１６０が設けられている。箱状部３２４には、凹部３２６にプリズム３８０が嵌合されている。

サブマウント３２０とプリズム３８０とは、メタライズ層３３２、半田で構成される接合層３３４、及び、メタライズ層３８２を介して接合されている。また、上側ケース１６０とプリズム３８０とは、メタライズ層３６７、半田で構成される接合層３６８、及び、メタライズ層３８４を介して接合されている。

プリズム３８０は、反射部３８６と、第２の曲面９０とを有する。反射部３８６は、平面部３８７と平面部３８７に設けられた反射膜３８８とを有する。反射部３８６は、光出射窓５０に対向する位置にあり、半導体レーザ素子４０から射出され、そのまま光出射窓５０を通り抜けた光を反射し、第２の曲面９０方向へと導く。なお、第４実施形態では、反射部３８６による反射によって、レーザ光の速軸方向の光がコリメートされない。つまり、遅軸方向の光は、広がりながらプリズム３８０内を進行することになる。そこで、第４実施形態では、反射部３８６による反射後の光が、プリズム３８０の側面から外部に出射しないように、プリズム３８０の側面に傾斜部３９０を設けている。傾斜部３９０は、反射部３８６により反射された光が全反射するように傾斜が設定されている。これにより、光を効率的に利用することが可能となる。

以上、第４実施形態に係る半導体レーザ装置３１０について説明した。

［第５実施形態］
本発明において、プリズムが備える反射部は、反射膜ではなく、反射グレーティング部で構成されていてもよい。反射グレーティング部は、プリズムの内部に回折格子が形成された構成である。

図８は、第５実施形態に係るプリズムの正面図である。第５実施形態に係るプリズム４８０は、プリズム内部に反射グレーティング部で構成される反射部４８２を有する。

プリズム４８０は、第１実施形態に係る半導体レーザ装置１０において、プリズム８０の代わりに用いることができる。半導体レーザ装置１０において、プリズム８０の代わりにプリズム４８０を用いる場合、反射部４８２は、光出射窓５０に対向する位置にあり、半導体レーザ素子４０から射出され、そのまま光出射窓５０を通り抜けた光を反射し、上側（出射面）へと導く。なお、プリズム４８０は、メタライズ層４８４を介して上側ケース６０と接合でき、メタライズ層４８６を介してサブマウント２０と接合できる。なお、反射グレーティング部の形成方法としては、プリズム４８０を構成するガラスにレーザ光の干渉光を照射し、照射部分の屈折率を変化させることによって回折格子を形成する方法が挙げられる。プリズム４８０の反射部４８２が、反射グレーティング部で形成されているため、プリズムに速軸方向コリメート用の曲面を形成することなく、且つ、誘電体多層膜やＡｇ等の反射膜を形成することなく、速軸方向のコリメートを行うことができる。

上述した実施形態では、プリズムが、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の遅軸方向をコリメートする第２のコリメート部（例えば、第２の曲面９０）を有する場合について説明した。しかしながら、本発明においては、第２のコリメート部を有していなくてもよい。第２のコリメート部を有さない場合、遅軸方向をコリメートする機能は有さないが、速軸方向がコリメートされた光を取り出すことが可能である。

上述した実施形態では、プリズムが、曲面を有する反射部を有し、第１のコリメート部の機能を兼ね備える場合について説明した（第１実施形態等）。しかしながら、本発明におけるプリズムはこの例に限定されず、反射部と、第１のコリメート部とを別々の場所に形成することとしてもよい。

次に、第２の本発明について説明する。
第２の本発明に係る半導体レーザ装置は、
サブマウントと、
前記サブマウント上に設けられた端面発光型の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に設けられた光出射窓と、
前記半導体レーザ素子の側面を少なくとも囲うように前記サブマウント上に設けられた上側ケースと
を有し、
前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントと前記プリズムと前記上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されていることを特徴とする。

第２の本発明によれば、半導体レーザ素子が、サブマウントとプリズムと上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されているため、防塵性が確保されている。
また、第２の本発明によれば、半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に光出射窓が設けられている。半導体レーザ素子からの光を、レンズ等を介することなく光出射窓から直接取り出すため、レンズ等を配置するための面積を必要としない。従って、光出射窓は、半導体レーザ素子からの光を取り出せる範囲内で小さく設定することができる。その結果、気密封止する面積を最小限にすることができる。また、気密封止する面積を最小限にすることができるため、当該半導体レーザ装置を複数配置する際には、全体として光源面積を小さく保つことが可能となる。

第２の本発明に係る実施形態としては、上述した実施形態において、プリズムの代わりに、板状の透明部材（例えば、ガラス）を採用した構成が挙げられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

１０、１１０、２１０、３１０ 半導体レーザ装置
２０、１２０、３２０ サブマウント
４０ 半導体レーザ素子
４２ 光出射面
５０ 光出射窓
６０、１６０ 上側ケース
７０ 半田
８０、２８０、３８０、４８０ プリズム
８６ 反射部
８７ 第１の曲面
８８ 反射膜
９０ 第２の曲面
１２２ フィードスルーメタライズ層
２８２ 突起
３８６ 反射部
３８７ 平面部
３８８ 反射膜
３９０ 傾斜部
４８２ 反射部（反射グレーティング部）

Claims (8)

1. サブマウントと、
   前記サブマウント上に設けられた端面発光型の半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子の光出射面に対向する位置に設けられた光出射窓と、
   前記半導体レーザ素子の側面を少なくとも囲うように前記サブマウント上に設けられた上側ケースと、
   前記光出射窓に設けられたプリズムと
   を有し、
   前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントと前記プリズムと前記上側ケースとに囲まれた空間内に気密封止されており、
   前記プリズムは、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を反射する反射部と、前記半導体レーザ素子から射出される光の速軸方向及び遅軸方向のうちの少なくとも一方向をコリメートするコリメート部とを有することを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記コリメート部は、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の速軸方向をコリメートする第１のコリメート部と、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の遅軸方向をコリメートする第２のコリメート部とを有す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. 前記反射部は、曲面を有しており、前記第１のコリメート部の機能を兼ね備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第２のコリメート部は、前記プリズムの光射出面に形成されており、曲面を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記反射部は、前記プリズムを構成する部材の内部に形成された反射グレーティング部であ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。
6. 前記プリズムは、前記半導体レーザ素子との位置関係を決める位置決め部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記位置決め部は、前記光出射窓に嵌合していることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ装置。
8. 前記半導体レーザ素子は、前記光出射面に垂直な面の１つが前記サブマウントと接合されており、前記サブマウントと接合された面に対向する面が半田と当接しており、
   前記半田が前記上側ケースと当接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の半導体レーザ装置。

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