JP2019125726A - 半導体レーザモジュール及び半導体レーザモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバに対するレーザ光の結合効率が低下しにくい半導体レーザモジュールを提供する。【解決手段】半導体レーザモジュール１は、光ファイバ４４と、それぞれがレーザ出射面からレーザ光を出射する出射部と該出射部を実装するマウント３４とを有する半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅと、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅに固定されるＦＡＣ４０とを備える。ＦＡＣ４０の入射面４７はマウント３４に固定される。また、半導体レーザモジュール１は、ＦＡＣ４０の入射面４７をマウント３４に固定する固定樹脂６０と、ブロック部材５１を有する移動規制部５０と、レーザ光を光ファイバ４４に結合させる光学系とを備える。ここで、ブロック部材５１は、ＦＡＣ４０の出射面４８に当接する当接部５３を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザモジュール及び半導体レーザモジュール製造方法に係り、特にコリメートレンズなどのレンズを備えた半導体レーザモジュールに関するものである。

従来、このような半導体レーザモジュールにおいては、例えばコリメートレンズなどのレンズを半導体レーザ素子に固定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような半導体レーザモジュールでは、コリメートレンズと半導体レーザ素子とを固定するために樹脂が用いられるため、この樹脂が吸水等して膨張すると、膨張した樹脂によってコリメートレンズが押され、コリメートレンズの位置が半導体レーザ素子から離れてしまう。この場合、レーザ光の広がり角が増大して光ファイバ端面における結合効率が低下する問題が生じる。なお、このような問題は、コリメートレンズに限られるものではなく、他の種類のレンズが半導体レーザ素子に樹脂で固定された場合にも生じ得るものである。

国際公開第２０１４／１９２９３９号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバに対するレーザ光の結合効率が低下しにくい半導体レーザモジュールを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、光ファイバに対するレーザ光の結合効率が低下しにくい半導体レーザモジュールを容易に製造することができる半導体レーザモジュールの製造方法を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、光ファイバに対するレーザ光の結合効率が低下しにくい半導体レーザモジュールが提供される。この半導体レーザモジュールは、レーザ光を外部に出力する光ファイバと、レーザ出射面から上記レーザ光を出射する出射部と該出射部を実装するマウントとを有する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子の上記マウントに固定されるレンズ体とを備える。上記レンズ体は、上記レーザ出射面に対向する第１の面と、該第１の面の反対側に位置する第２の面とを有しており、上記第１の面が上記マウントに固定される。また、この半導体レーザモジュールは、上記レンズ体に上記レーザ光が入射できるように上記第１の面を上記マウントに固定する固定樹脂と、上記レーザ光が通過する通過領域と上記レーザ光の出射方向に上記レンズ体が移動することを規制する少なくとも１つのブロック部材とを有する移動規制部と、上記レーザ光を上記光ファイバに結合させる光学系とを備える。ここで、上記ブロック部材は、上記レンズ体の上記第２の面に当接する第１の当接部を有する。

このような半導体レーザモジュールによれば、レンズ体の第２の面がブロック部材に当接しているため、固定樹脂が環境温度の変化や吸湿によって膨張した場合でも、レンズ体がレーザ光の出射方向に移動してしまうことが上記ブロック部材によって抑制される。すなわち、固定樹脂の膨張によってレンズ体が半導体レーザ素子から離れてしまうことが抑制されるため、光ファイバ端面におけるレーザ光の結合効率が低下しにくくなる。

ここで、上記ブロック部材は、そのヤング率が上記固定樹脂の硬化後におけるヤング率よりも大きな材料から形成されることが好ましい。このような構成によれば、固定樹脂の膨張に伴ってブロック部材がレンズ体から押された場合でもブロック部材が変形しにくいため、固定樹脂の膨張によってレンズ体が半導体レーザ素子から離れてしまうことがより効果的に抑制される。

ところで、上記少なくとも１つのブロック部材は、上記通過領域を挟んで両側に位置する１対のブロック部材を含むことが好ましい。このような構成により、樹脂の膨張による力がレンズ体の両側で均等に作用するため、レンズ体の位置ずれがより効果的に抑制される。

ところで、上記レンズ体は、上記レーザ光のファースト軸方向に対して上記レーザ光をコリメートするファースト軸コリメートレンズであることが好ましい。このような構成により、レーザ光の結合効率の低下を抑制する効果が顕著になる。この場合において、上記少なくとも１つのブロック部材は、上記レンズ体と上記ファースト軸方向に当接する第２の当接部を有してもよい。このような構成により、固定樹脂が膨張した際にファースト軸コリメートレンズがファースト軸方向に移動してしまうことが効果的に抑制されるため、固定樹脂が膨張した場合でも半導体レーザモジュールの光学特性が良好に保たれる。

ここで、この半導体レーザモジュールは、上記少なくとも１つのブロック部材が立設される底板をさらに備えてもよい。そして、この場合において、上記少なくとも１つのブロック部材は上記底板と同一の材料から構成されることが好ましい。このような構成により、レンズ体の位置ずれがより効果的に抑制される。また、ブロック部材を底板と同じ材料から形成する場合には、上記少なくとも１つのブロック部材を上記底板と一体に形成してもよい。これにより、ブロック部材と底板との境界部の強度が強化される。

ところで、上記レンズ体の上記第２の面は、上記ブロック部材に向かって凸となる湾曲面であってもよい。この場合において、側面視において、上記固定樹脂が、上記出射方向に平行な直線であって上記第１の当接部を通る直線の上方まで形成されていることが好ましい。このような構成により、固定樹脂が膨張した際のレンズ体の位置ずれがより効果的に抑制される。

本発明の第２の態様によれば、光ファイバに対するレーザ光の結合効率が低下しにくい半導体レーザモジュールを容易に製造することができる。この半導体レーザモジュールの製造方法では、まず、レーザ光を出射するレーザ出射面を有する出射部と該出射部を実装するマウントとを有する少なくとも１つの半導体レーザ素子を用意する。そして、上記マウントの上記レーザ出射面側の面に、上記出射部から出射されたレーザ光が通過できるように固定樹脂を設ける。また、第１の面と該第１の面の反対側に位置する第２の面とを有するレンズ体を用意する。そして、上記レンズ体と上記少なくとも１つの半導体レーザ素子とを位置決めしつつ、上記固定樹脂を介して上記レンズ体の上記第１の面を上記マウントに固定することにより、少なくとも１つのレンズ付き素子を形成する。また、ブロック部材が立設された底板を用意する。その後、上記底板に上記少なくとも１つのレンズ付き素子を載置する。さらにその後、上記少なくとも１つのレンズ付き素子の上記レンズ体の上記第２の面を上記ブロック部材に突き当てつつ、上記少なくとも１つのレンズ付き素子を上記底板に固定する。

このような製造方法によれば、レンズ付き素子をブロック部材に突き当てることで、半導体レーザ素子の位置決めを容易に行うことができるため、半導体レーザモジュールの製造が容易になってスループットが向上する。

特に、上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が複数の半導体レーザ素子からなり、上記底板が上記複数の半導体レーザ素子を段差状に実装する実装部を有する場合には、ブロック部材に半導体レーザ素子を突き当てて位置決めできるので、製造の際に半導体レーザ素子と実装部の段差面との間の距離が近づいてしまうことが抑制される。したがって、絶縁破壊が生じにくい半導体レーザモジュールを容易に製造することができる。

ここで、上記底板を傾けることによって上記レンズ体の上記第２の面を上記ブロック部材に突き当ててもよい。これにより、半導体レーザ素子の位置決めをさらに容易に行うことができる。特に、上記少なくとも１つの半導体レーザ素子が複数の半導体レーザ素子からなる場合に、この製造方法を適用してもよい。この場合、底板を傾けることで複数のレンズ付き素子を一括してブロック部材に突き当てることができる。すなわち、複数の半導体レーザ素子を一括して位置決めすることができ、かつ、複数の半導体レーザ素子を一括して底板に固定することができる。したがって、複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザモジュールの製造が容易になり、スループットが向上する。

本発明によれば、レンズ体の第２の面がブロック部材に当接していることにより、固定樹脂の膨張した際にレンズ体が半導体レーザ素子から離れてしまうことが抑制されるため、光ファイバ端面におけるレーザ光の結合効率の低下が効果的に抑制される。

図１は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザモジュールを示す部分断面平面図である。 図２は、図１に示される半導体レーザモジュールの実装部近傍のみを示す図１の部分Ａ−Ａ線断面図である。 図３は、図１に示される複数の半導体レーザ素子等の１つを拡大して示す平面図である。 図４は、図３の側面図である。 図５は、従来の半導体レーザモジュールを示す図４に対応する側面図である。 図６Ａは、図１に示される半導体レーザモジュールの変形例を示す図４に対応する側面図である。 図６Ｂは、図１に示される半導体レーザモジュールの変形例を示す図４に対応する側面図である。 図７は、図１に示される半導体レーザモジュールの変形例を示す図４に対応する側面図である。 図８は、本発明の第２の実施形態における半導体レーザモジュールを示す図４に対応する側面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態における半導体レーザモジュールを示す図４に対応する側面図である。 図１０は、図１に示される半導体レーザモジュールの製造方法を示す図である。 図１１は、図１に示される半導体レーザモジュールの製造方法を示す図である。

以下、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態について図１から図１１を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１１において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１１においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は本発明の第１の実施形態における半導体レーザモジュール１を示す部分断面平面図、図２は半導体レーザモジュール１の実装部２０の近傍のみを示す図１の部分Ａ−Ａ線断面図である。

図１及び図２に示すように、半導体レーザモジュール１は、複数の（本実施形態の例では５つの）半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅと、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅのそれぞれに対応して設けられるファースト軸コリメートレンズ（ＦＡＣ）４０及びスロー軸コリメートレンズ４１と、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅからのレーザ光を反射する反射ミラー４２と、反射ミラー４２で反射した複数のレーザ光を集光する集光レンズ４３と、集光レンズ４３で集光されたレーザ光を半導体レーザモジュール１の外部に出力する光ファイバ４４と、上記半導体レーザ素子、レンズ、及びミラーなどを内部に収容する筐体１０とを備えている。

図１及び図２に示すように、筐体１０は、Ｘ方向を長手方向とする略矩形の底板１２と、該底板１２の外縁部に固定される枠体１１と、枠体１１の＋Ｚ方向側の面に固定される蓋体１６とを含んでいる。本実施形態の例では、底板１２は熱伝導性に優れた金属（例えば、銅）から構成されており、枠体１１と蓋体１６とは一体的に形成されて蓋部材１５を構成している。

なお、以下、＋Ｚ方向側、すなわち、底板１２から相対的に遠い側（相対的に高い側）を「上」、「上方」、又は「上側」と言うことがあり、−Ｚ方向側、すなわち、底板１２に相対的に近い側（相対的に低い側）を「下」、「下方」、又は「下側」と言うことがある。

図１に示すように、光ファイバ４４は、底板１２の−Ｘ方向側かつ＋Ｙ方向側の端部近傍に設けられている。この光ファイバ４４は、底板１２に実装されたファイバマウント４５に例えば半田４６によって固定されており、筐体１０の枠体１１のうち−Ｘ方向側の壁部１１Ａを貫通して半導体レーザモジュール１の外部に導出される。

図１及び図２に示すように、底板１２の略右半分（＋Ｘ方向側）には、＋Ｘ方向に行くに従って階段状に高くなる実装部２０が形成されている。この実装部２０は、ＸＹ平面をなす５段の実装面２１Ａ〜２１Ｅを含んでいる。より具体的には、図２に示すように、底板１２からのＺ方向の高さが最も低い実装面２１Ａと、実装面２１Ａの１段上方に位置する実装面２１Ｂと、実装面２１Ｂの１段上方に位置する実装面２１Ｃと、実装面２１Ｃの１段上方に位置する実装面２１Ｄと、実装面２１Ｄの１段上方に位置する実装面２１Ｅとを含んでいる。

図１に示すように、これらの実装面２１Ａ〜２１Ｅのそれぞれに対して、−Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に向かって、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅのうちの１つ（例えば、実装面２１Ａには半導体レーザ素子３０Ａ、実装面２１Ｂには半導体レーザ素子３０Ｂ）と、ＦＡＣ４０と、スロー軸コリメートレンズ４１と、反射ミラー４２とが固定される。

図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅのそれぞれは、レーザ光を＋Ｙ方向（出射方向）に出射する半導体チップ３１（出射部）と、半導体チップ３１を挟んでＸ方向の両側に配置され、半導体チップ３１に電力を供給する１対の電極パッド３２と、半導体チップ３１及び電極パッド３２が実装されるマウント３４とを含んでいる。本実施形態の例では、このマウント３４は絶縁性に優れた材料（例えば、窒化アルミニウム）から構成される。

なお、図２に示すように、各半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅと、隣接する実装部２０の段差面との間、例えば、半導体レーザ素子３０Ａと段差面２２Ｂとの間には、半導体レーザ素子とこれに隣接する段差面との間に絶縁破壊が生じないように所定の間隔Ｇが形成されている。

ここで、半導体レーザ素子のｐｎ接合に垂直な方向はファースト軸と呼ばれ、ｐｎ接合に平行な方向はスロー軸と呼ばれるが、半導体レーザ素子のファースト軸方向の光の広がり度合いはスロー軸方向の広がり度合いに比べてはるかに大きい。このため、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅから出射されるレーザ光は、ファースト軸方向に大きな広がりを有することとなる。本実施形態においては、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅから出射されるレーザ光のファースト軸方向は図２のＺ方向であり、スロー軸方向はＸ方向である。したがって、図１に示すように、ＦＡＣ４０は、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅに隣接して設けられており、隣接する半導体レーザ素子から出射されファースト軸方向（Ｚ方向）に広がるレーザ光をコリメートする。

図１に示すように、ＦＡＣ４０を通過してファースト軸方向にコリメートされたレーザ光は、ＦＡＣ４０の前方（＋Ｙ方向側）に配置されたスロー軸コリメートレンズ４１に入射する。そして、レーザ光は、スロー軸コリメートレンズ４１によってさらにスロー軸方向（Ｘ方向）にコリメートされ、反射ミラー４２に向かって伝搬する。

図１に示すように、５つの反射ミラー４２は、スロー軸コリメートレンズ４１の前方に、Ｘ方向に沿って一直線上に配置されている。また、これらの反射ミラー４２は、＋Ｙ方向に伝搬するレーザ光を９０°方向転換させるように配置されている。したがって、半導体チップ３１から出射され、コリメートレンズ４０，４１でコリメートされたレーザ光のそれぞれは、前方に位置する反射ミラー４２で反射して−Ｘ方向に方向転換し、Ｚ方向の位置が異なる複数のレーザ光として集光レンズ４３に入射する。

集光レンズ４３は、レーザ光をＹ方向及びＺ方向に集光するものであり、Ｘ方向に沿った光軸を有している。また、この集光レンズ４３は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に関して調心され、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に対して高精度に位置決めされている。したがって、集光レンズ４３を通過した複数のレーザ光は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に高精度に位置決めされることにより、光ファイバ４４の＋Ｘ方向側の端面４４Ａ（以下、「光ファイバ端面４４Ａ」と記す。）に向かって集光される。その結果、光ファイバ端面４４Ａに向かって集光された複数のレーザ光が光ファイバ端面４４Ａと光学的に結合し、光ファイバ４４を伝搬して半導体レーザモジュール１の外部に出力される。

以上のように、この半導体レーザモジュール１によれば、ＦＡＣ４０でファースト軸方向にコリメートされた複数のレーザ光が、スロー軸コリメートレンズ４１、反射ミラー４２、及び集光レンズ４３を含む光学系を介して光ファイバ端面４４Ａに集光されることで、高出力化が実現される。

ところで、固定樹脂を用いてＦＡＣを半導体レーザ素子に固定する半導体レーザモジュールにおいては、例えば、固定樹脂が吸水膨張等することよってＦＡＣが半導体チップから離れてしまうことがある。この場合、半導体チップのレーザ出射面からＦＡＣまでの距離が長くなるため、レーザ光がＦＡＣに入射するまでにレーザ光のファースト軸方向の広がりが大きくなってしまう。すなわち、ＦＡＣに入射する際にレーザ光がファースト軸に大きく広がっていることにより、レーザ光がＦＡＣを通過しても十分にコリメートされず、光ファイバ端面におけるレーザ光の結合効率が低下する問題が生じる。しかしながら、本実施形態における半導体レーザモジュール１によれば、以下のような構成を備えることにより、上記結合効率が低下する問題が効果的に抑制される。

ここで、図３は実装面２１Ａに実装された半導体レーザ素子３０Ａの近傍を拡大して示す平面図であり、図４は図３の側面図である。図３及び図４に示すように、上記ＦＡＣ４０は、半導体レーザ素子３０Ａのマウント３４に設けられた固定樹脂６０を介して半導体レーザ素子３０Ａのマウント３４に固定されている。さらに言えば、ＦＡＣ４０は、実装面２１ＡからＺ方向に離間して半導体レーザ素子３０Ａに固定されている。本実施形態において、この固定樹脂６０は、硬化後のヤング率が約２０ＧＰａ以下の樹脂から形成される。さらに、ＦＡＣ４０を挟んで固定樹脂６０の反対側には、後に再び説明するが、１対のブロック部材５１，５１と通過領域５２とからなる移動規制部５０が位置している。

なお、図１に示すように、他の半導体レーザ素子３０Ｂ〜３０Ｅの近傍も半導体レーザ素子３０Ａの近傍と同様の構成を有する。そのため、以下、半導体レーザ素子３０Ａの近傍の構成についてのみ詳細に説明し、他の半導体レーザ素子３０Ｂ〜３０Ｅ近傍の詳細な説明は省略する。

図３に示すように、固定樹脂６０は、半導体チップ３１から出射されたレーザ光Ｌの光路を妨げない領域、より具体的には、マウント３４のＸ方向における両端部近傍に設けられている。したがって、半導体チップ３１のレーザ出射面３１Ａから出射されたレーザ光Ｌは、固定樹脂６０に妨げられることなく、レーザ出射面３１Ａに対向するＦＡＣ４０の入射面４７（第１の面）に入射する。そして、図３及び図４に示すように、レーザ光Ｌは、ファースト軸方向にコリメートされつつＦＡＣ４０内を＋Ｙ方向に伝搬し、入射面４７の反対側に位置する出射面４８（第２の面）から出射してファースト軸方向にコリメートされたレーザ光となる。

ＦＡＣ４０は、図４の側面視においてＺ方向に略対称となるように形成されている。そして、ＦＡＣ４０の出射面４８は、Ｚ方向に略対称な湾曲面、換言すれば、Ｘ方向に延びる稜線をなす頂部４８Ａに対して略対称な湾曲面として形成されている。

図３に示すように、このようなＦＡＣ４０に対して固定樹脂６０の反対側には空間５２が位置しており、この空間５２を挟んでＸ方向の両側に１対のブロック部材５１，５１が配置されている。図１に示すように、ＦＡＣ４０の出射面４８から出射したレーザ光は、空間５２を通過してスロー軸コリメートレンズ４１に向かって伝搬する。すなわち、この空間５２は、レーザ光の通過を許容する通過領域として作用する。

図３及び図４に示すように、ブロック部材５１は、略直方体の外形を有しており、実装部２０の実装面２１Ａに立設されてＦＡＣ４０の上記頂部４８Ａに当接している。すなわち、ブロック部材５１は、ＦＡＣ４０の出射面４８の頂部４８Ａに当接する当接部５３（第１の当接部）を有している。なお、ブロック部材５１の外形は略直方体に限られるものではない。

このようなブロック部材５１は、硬化後の固定樹脂６０のヤング率よりも大きなヤング率を有する材料から形成される。本実施形態において、ブロック部材５１は、実装部２０（底板１２）と同一の材料（例えば、銅）から形成される。なお、ブロック部材５１を底板１２と同一の材料から形成する場合には、ブロック部材５１と実装部２０との境界の強度を高めるために、ブロック部材５１と実装部２０とを一体に形成してもよい。

このような構成において、固定樹脂６０が膨張すると、図４に示すように、ＦＡＣ４０は＋Ｙ方向（出射方向）に押されるが、ＦＡＣ４０の出射面４８がブロック部材５１に当接しているため、ＦＡＣ４０の位置が＋Ｙ方向にずれてしまうことが抑制される。なお、以下、固定樹脂が膨張してＦＡＣを出射方向（＋Ｙ方向）に押す力を「膨張力」ということがある。

ところで、上述のように、ブロック部材５１は底板１２と同様の材料（例えば、銅）から形成されるものである。ここで、銅のヤング率はおよそ１３０ＧＰａであるが、硬化後の固定樹脂６０のヤング率は、上述のように最大で２０ＧＰａ程であり、ブロック部材５１のヤング率に比べて十分に小さい。したがって、ブロック部材５１がＦＡＣ４０を介して上記膨張力を受けた場合でも、ブロック部材５１が凹んでしまう（歪んでしまう）ことが殆どない。換言すれば、ブロック部材５１の歪みによってＦＡＣ４０の位置がずれてしまうことが殆どない。

以上のように、本実施形態によれば、レーザ光の通過を許容する通過領域５２と、ＦＡＣ４０に当接してＦＡＣ４０の位置ずれを抑制するブロック部材５１とからなる移動規制部５０がＦＡＣ４０の出射面４８側に存在するため、固定樹脂６０が膨張してもＦＡＣ４０がレーザ出射面３１Ａから離れてしまうこと（すなわち、ＦＡＣ４０が出射方向にずれてしまうこと）が抑制される。したがって、固定樹脂６０が膨張した場合において、光ファイバ端面４４Ａにおけるレーザ光の結合効率が低下してしまう問題が効果的に防止される。

特に、本実施形態によれば、図３に示すように、ブロック部材５１が移動規制部５０の通過領域５２を挟んでＸ方向の両側に配置されているため、上記膨張力がＸ方向においてほぼ均等に作用する。したがって、ＦＡＣ４０の位置がＸ方向にずれてしまうことが効果的に抑制される。

ところで、ＦＡＣ４０を固定する他の方法として、例えば、図５に示すように、レンズ固定部材９５０を樹脂９５２によって実装面２１Ａに実装し、このレンズ固定部材９５０にＦＡＣ９４０を固定する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、樹脂９５２が膨張すると、樹脂９５２の膨張に伴ってレンズ固定部材９５０がＺ方向（ファースト軸方向）に移動し、これに伴いＦＡＣ９４０の位置がファースト軸方向にずれてしまう問題が生じる。この点に関し、本実施形態における半導体レーザモジュール１は、図４に示すように、ＦＡＣ４０と半導体レーザ素子とを固定樹脂６０を用いてＹ方向に固定するものであり、ＦＡＣ４０を固定するためにレンズ固定部材を使用するものではない。すなわち、ＦＡＣ４０を固定樹脂を介してＺ方向に固定するものではない。したがって、図５の場合と比較して、樹脂が膨張した場合においてＦＡＣの位置がファースト軸方向にずれてしまうことが抑制される。

ところで、上述の実施形態では、ＦＡＣの出射面が湾曲面として形成された例を説明したが、ＦＡＣの出射面は必ずしも湾曲面である必要はなく、例えば図６Ａに示すように、ＦＡＣ４０’の出射面４８’を平面としてもよい。この場合、出射面４８’がブロック部材５１と面接触するようにＦＡＣ４０’をマウント３４に固定することで、上記膨張力のベクトルＦ（以下、「膨張力ベクトルＦ」ということがある。）が、出射面４８’とブロック部材５１との面接触部分に略垂直に作用することとなる。したがって、上記膨張力ベクトルＦが作用した際にＦＡＣ４０’が出射方向（Ｙ方向）及びファースト軸方向（Ｚ方向）に移動してしまうことが抑制される。

ところで、出射面４８’を平面にしても、ＦＡＣをマウント３４に固定する際の固定樹脂６０の硬化などに起因する組立公差によって、図６Ｂに示すように、ＦＡＣ４０’の出射面４８’がブロック部材５１に対して傾いてしまう場合がある。すなわち、出射面４８’を平面にしても、出射面４８’とブロック部材５１とを面接触させることは困難であり、出射面４８’はその上端部又は下端部においてブロック部材５１と局所的に接触する場合がある。このような場合、図６Ｂに示すように、出射面４８’とブロック部材５１とが接触する位置（すなわち、ブロック部材５１の当接部５３’の位置）が、上記膨張力ベクトルＦの位置からＺ方向にずれてしまうため、膨張力ベクトルＦが作用することによりＦＡＣ４０’が上記接触部分を中心として回転し、その結果、ＦＡＣ４０’の位置が出射方向及びファースト軸方向にずれてしまう。

この点に関し、本実施形態における半導体レーザモジュール１によれば、図４に示すように、ＦＡＣ４０の出射面４８は、その頂部４８Ａを対称中心とする湾曲面、換言すれば、ブロック部材５１に向かって凸となる湾曲面として形成されているため、図６Ｂの場合（すなわち、出射面が平面である場合）と異なり、ＦＡＣ４０は頂部４８Ａ（又はその近傍）においてブロック部材５１に当接する。すなわち、本実施形態によれば、出射面４８がその上端部や下端部においてブロック部材５１と接触してしまうことが防止されるため、図６Ｂの場合と比較して、ＦＡＣ４０の位置が出射方向及びファースト軸方向にずれてしまうことが抑制される。

加えて、本実施形態の例では、図４の側面視において、固定樹脂６０は、Ｙ方向（出射方向）に平行な直線であって当接部５３を通る直線の上方まで延出するフィレット部分６０Ａを有している。すなわち、固定樹脂６０はＦＡＣ４０のＺ方向における中央部のさらに上方まで延在しているため、膨張力ベクトルＦはブロック部材５１の当接部５３とほぼ同じ高さの位置で作用する。このように、本実施形態によれば、膨張力ベクトルＦの作用するＺ方向の位置が当接部５３のＺ方向の位置から殆どずれていないため、ＦＡＣ４０の位置が出射方向及びファースト軸方向にずれてしまうことがより効果的に抑制される。

なお、上述の実施形態では、固定樹脂６０のフィレット部分６０ＡがＦＡＣ４０の入射面４７のＺ方向中央よりも上方まで延びている例を説明したが、例えば図７に示すように、フィレット部分６０Ａが入射面４７のＺ方向中央よりも上方に達しない場合も有り得る。このような場合、図７に示すように、ブロック部材５１の当接部５３の位置と膨張力ベクトルＦの位置とがＺ方向（ファースト軸方向）において離れた状態になってしまうため、膨張力ベクトルＦが作用するとＦＡＣ４０が回転して出射方向及びファースト軸方向にずれてしまうおそれがある。

したがって、このような場合には、以下のような半導体レーザモジュール２００（第２の実施形態）を構成してもよい。ここで、図８は、半導体レーザモジュール２００を示す図４に対応する側面図である。図８に示すように、半導体レーザモジュール２００の構成は、半導体レーザモジュール１の構成と概して同一であるが、ブロック部材２５１の−Ｙ方向側の面が右斜め上方に傾く傾斜面２５９として形成されている点において、半導体レーザモジュール１の構成と相違する。このような構成によれば、ブロック部材２５１が上記傾斜面２５９を有しているため、ブロック部材２５１の当接部２５３（第１の当接部）が、半導体レーザモジュール１（図４参照）と比べて下方に位置することとなる。すなわち、半導体レーザモジュール２００によれば、図８に示すように、Ｚ方向（ファースト軸方向）におけるブロック部材２５１の当接部２５３の位置と膨張力ベクトルＦの位置とが略同一になる。したがって、本実施形態によれば、フィレット部分６０ＡがＦＡＣ４０の入射面４７のＺ方向中央よりも上方まで延びていない場合でも、ＦＡＣ４０の位置が出射方向及びファースト軸方向にずれてしまうことが効果的に抑制される。

なお、ＦＡＣ４０の位置がファースト軸方向にずれてしまうことをより効果的に抑制するために、以下のような半導体レーザモジュール１００（第３の実施形態）を構成してもよい。

ここで、図９は、半導体レーザモジュール１００を示す図４に対応する側面図である。図９に示すように、半導体レーザモジュール１００は、ブロック部材１５１の形状が上述のブロック部材５１の形状と異なる点を除いて、半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。

図９に示すように、このブロック部材１５１は、ＦＡＣ４０の略右半分が嵌合できるように形成された嵌合部１５３を有している。そして、この嵌合部１５３は、ＦＡＣ４０の出射面４８に対応して湾曲する湾曲部１５４と、湾曲部１５４の上縁部から−Ｙ方向に延びる上側凸部１５５と、湾曲部１５４の下縁部から−Ｙ方向に延びる下側凸部１５６とを含んでいる。上側凸部１５５は、ＦＡＣ４０の上側縁部４０Ａの略右半分に当接している。一方、下側凸部１５６は、ＦＡＣ４０の下側縁部４０Ｂの略右半分に当接している。すなわち、ブロック部材１５１は、ＦＡＣ４０とＹ方向に当接する湾曲部１５４（第１の当接部）と、ＦＡＣ４０とＺ方向に当接する凸部１５５，１５６（第２の当接部）とを含んでいる。

このような構成によれば、ブロック部材１５１がＦＡＣ４０とＹ方向及びＺ方向に当接しているため、固定樹脂６０が膨張した際に、ＦＡＣ４０の位置がＹ方向にずれることが効果的に抑制されるだけでなく、Ｚ方向にずれることも効果的に抑制される。

なお、上述の第１ないし第３の実施形態では、半導体レーザ素子にファースト軸コリメートレンズを固定する場合を例として説明したが、本発明は、半導体レーザ素子に他のレンズ体を固定する場合にも適用できることは言うまでもない。

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、複数の半導体レーザ素子が底板１２の実装部２０に階段状に実装される例を説明したが、本発明は、複数の半導体レーザ素子を同一平面上に実装する半導体レーザモジュールにも適用できるものであり、さらに言えば、半導体レーザ素子を少なくとも１つ備える半導体レーザモジュールに適用できるものである。

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、移動規制部が１対のブロック部材と１対のブロック部材の間に形成された空間とから形成される例を説明したが、他の実施形態では、例えば、レーザ光が通過可能な開口（通過領域）が形成された単一のブロック部材によって移動規制部を構成してもよい。また、別の実施形態では、例えば、この単一のブロック部材の両側に１対のブロック部材を配置し、合計３つのブロック部材を有する移動規制部を構成してもよい。

次に、上述した半導体レーザモジュール１の製造方法について説明する。なお、この製造方法は、半導体レーザモジュール１だけでなく、半導体レーザモジュール１００，２００やその他半導体レーザモジュールにも適用できるものであることは言うまでもない。

半導体レーザモジュール１を製造するために、まず、図１０に示すように、複数の半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅを用意する。次に、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅのそれぞれのマウント３４に、固定樹脂６０を形成する。より具体的には、マウント３４のうちレーザ出射面３１Ａ側の面に固定樹脂６０を形成する。さらに言えば、レーザ出射面３１Ａから出射されたレーザ光の光路を妨げない位置に固定樹脂６０を形成する。この固定樹脂６０として、上述のように、硬化後のヤング率が２０ＧＰａ以下となる材料を選択することが好ましい。また、樹脂を形成する際に樹脂が流動してしまうことを抑制するために、硬化前の粘度が高い材料を選択することがさらに好ましい。

次に、図１０に示すように、複数の（図示の例では５つの）ＦＡＣ４０を用意し、半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｅに形成された固定樹脂６０に対してＦＡＣ４０の第１の面４７（平坦面）を押し当てつつ固定樹脂６０を硬化させ、ＦＡＣ４０を半導体レーザ素子に固定する。これにより、複数のレンズ付き素子７０を形成する（レンズ付き素子形成工程）。

図１０に示すように、このレンズ付き素子形成工程は、調心機構９０を用いて行われる。より具体的には、半導体レーザ素子のマウント３４を調心機構９０のマウント載置部９１に載置するとともに、ＦＡＣ４０を調心機構９０のレンズ載置部９２に載置する。そして、レンズ載置部９２をマウント載置部９１に対して相対移動させることにより、ＦＡＣ４０と半導体レーザ素子とを位置決めしつつ、ＦＡＣ４０を半導体レーザ素子に固定する。

また、５段の実装面２１Ａ〜２１Ｅのそれぞれに、１対のブロック部材５１，５１が所定の間隔を空けて立設された実装部２０（底板１２）を用意する（図１参照）。本製造方法において、このブロック部材５１は、実装部２０と一体的に形成される。そして、レンズ付き素子７０のＦＡＣ４０の出射面４８がブロック部材５１，５１と対向するように、レンズ付き素子７０を実装部２０の実装面２１Ａ〜２１Ｅに載置する（図１参照）。

その後、図１１に示すように、底板１２（実装部２０）を傾けることによって、ＦＡＣ４０の出射面４８がブロック部材５１に当接した（突き当たった）状態にし、この状態を維持しつつ半導体レーザ素子のマウント３４を実装部２０の実装面に固定する。

そして、このようにしてレンズ付き素子７０を実装部２０に固定した後、底板１２に蓋部材１５を固定することにより、半導体レーザモジュール１が完成する（図１及び図２参照）。

このような製造方法によれば、底板１２を傾けることでレンズ付き素子７０をブロック部材５１に突き当てることができ、そしてこれにより、レンズ付き素子７０を位置決めしつつ実装部２０に固定することができるため、製造のスループットが向上する。

特に、複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザモジュールを製造する場合には、底板１２を傾けることで複数のレンズ付き素子７０を一括してブロック部材５１に突き当てることができ、そしてこれにより、複数のレンズ付き素子７０を一括して位置決めしつつ、実装部２０に一括して固定することができるため、製造のスループットがより向上する。

また、図２に示すように、上述した半導体レーザモジュール１，１００，２００は、複数の半導体レーザ素子を階段状に載置する実装部２０を備えているが、製造の際に、半導体レーザ素子と実装部２０の段差面とのＸ方向の距離Ｇ（例えば、半導体レーザ素子３０Ａと段差面２２Ｂとの距離Ｇ）が近くなってしまうと、完成した半導体レーザモジュールの使用時において、半導体レーザ素子と実装部２０の段差面との間に絶縁破壊が発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態によれば、製造の際にレンズ付き素子７０をブロック部材５１に突き当てることができるため、半導体レーザ素子がＸ方向にずれて段差面に近づいてしまうことが抑制される。したがって、絶縁破壊が生じにくい半導体レーザモジュールを効率的に製造することができる。

なお、本実施形態では、底板１２を傾けてレンズ付き素子７０を位置決めする例を説明したが、必ずしもレンズ付き素子７０を位置決めするために底板１２を傾ける必要はない。底板１２を傾けない場合でも、ブロック部材５１にレンズ付き素子７０を突き当てて位置決めできるため、スループットが向上する。ただし、複数の半導体レーザ素子を実装する場合には、上述のように一括して位置決め及び固定を行うことができるため、底板１２を傾けて位置決めすることが好ましい。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

なお、本明細書において使用した用語「下」、「上」、「上方」、「下方」、「上側」、「下側」、「底」、「頂」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、装置の相対的な位置関係によって変化するものである。

１，１００，２００ 半導体レーザモジュール
１０ 筐体
１１ 枠体
１２ 底板
１５ 蓋部材
１６ 蓋体
２０ 実装部
２１Ａ〜２１Ｅ 実装面
３０Ａ〜３０Ｅ 半導体レーザ素子
３１ 半導体チップ（出射部）
３１Ａ レーザ出射面
３２ 電極パッド
３４ マウント
４０ ファースト軸コリメートレンズ（ＦＡＣ）
４１ スロー軸コリメートレンズ
４２ 反射ミラー
４３ 集光レンズ
４４ 光ファイバ
４４Ａ 光ファイバ端面
４５ ファイバマウント
４６ 半田
４７ 入射面（第１の面）
４８ 出射面（第２の面）
４８Ａ 頂部
５０ 移動規制部
５１ ブロック部材
５２ 通過領域
５３ 第１の当接部
６０ 固定樹脂
７０ レンズ付き素子
９０ 調心機構
９１ マウント載置部
９２ レンズ載置部
１５１ ブロック部材
１５３ 嵌合部
１５４ 湾曲部（第１の当接部）
１５５ 上側凸部（第２の当接部）
１５６ 下側凸部（第２の当接部）
２５１ ブロック部材
２５３ 第１の当接部
２５９ 傾斜面
９５０ レンズ固定部材

Claims (13)

1. レーザ光を外部に出力する光ファイバと、
   レーザ出射面から前記レーザ光を出射する出射部と、該出射部を実装するマウントとを有する少なくとも１つの半導体レーザ素子と、
   前記レーザ出射面に対向する第１の面と、該第１の面の反対側に位置する第２の面とを有し、前記第１の面が前記半導体レーザ素子の前記マウントに固定されるレンズ体と、
   前記レンズ体に前記レーザ光が入射できるように前記第１の面を前記マウントに固定する固定樹脂と、
   前記レーザ光が通過する通過領域と、前記レーザ光の出射方向に前記レンズ体が移動することを規制する少なくとも１つのブロック部材とを有する移動規制部と、
   前記レーザ光を前記光ファイバに結合させる光学系と
   を備え、
   前記ブロック部材は、前記レンズ体の前記第２の面に当接する第１の当接部を有する、半導体レーザモジュール。
2. 前記ブロック部材は、そのヤング率が前記固定樹脂の硬化後におけるヤング率よりも大きな材料から形成される、請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記少なくとも１つのブロック部材は、前記通過領域を挟んで両側に位置する１対のブロック部材を含む、請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記レンズ体は、前記レーザ光のファースト軸方向に対して前記レーザ光をコリメートするファースト軸コリメートレンズである、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記少なくとも１つのブロック部材は、前記レンズ体と前記ファースト軸方向に当接する第２の当接部を有する、請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記少なくとも１つのブロック部材が立設される底板をさらに備え、
   前記少なくとも１つのブロック部材は前記底板と同一の材料から構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記少なくとも１つのブロック部材は前記底板と一体に形成される、請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記レンズ体の前記第２の面は、前記ブロック部材に向かって凸となる湾曲面からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
9. 側面視において、前記固定樹脂が、前記出射方向に平行な直線であって前記第１の当接部を通る直線の上方まで形成されている、請求項８に記載の半導体レーザモジュール。
10. レーザ光を出射するレーザ出射面を有する出射部と、該出射部を実装するマウントとを有する少なくとも１つの半導体レーザ素子を用意し、
    前記マウントの前記レーザ出射面側の面に、前記出射部から出射されたレーザ光が通過できるように固定樹脂を設け、
    第１の面と該第１の面の反対側に位置する第２の面とを有するレンズ体を用意し、
    前記レンズ体と前記少なくとも１つの半導体レーザ素子とを位置決めしつつ、前記固定樹脂を介して前記レンズ体の前記第１の面を前記マウントに固定することにより、少なくとも１つのレンズ付き素子を形成し、
    ブロック部材が立設された底板を用意し、
    前記底板に前記少なくとも１つのレンズ付き素子を載置し、
    前記少なくとも１つのレンズ付き素子の前記レンズ体の前記第２の面を前記ブロック部材に突き当てつつ、前記少なくとも１つのレンズ付き素子を前記底板に固定する、半導体レーザモジュールの製造方法。
11. 前記底板を傾けることによって前記レンズ体の前記第２の面を前記ブロック部材に突き当てる、請求項１０に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
12. 前記少なくとも１つの半導体レーザ素子は複数の半導体レーザ素子からなる、請求項１０又は１１に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。
13. 前記底板は前記複数の半導体レーザ素子を段差状に実装する実装部を含む、請求項１２に記載の半導体レーザモジュールの製造方法。

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