JP2019175997A - Semiconductor laser device - Google Patents

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亘 紺谷
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辰則 新森
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Shoji Watanabe
将司 渡邉
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Abstract

To provide a small semiconductor laser device which can secure a high heat discharge property while including a high-output semiconductor laser chip.SOLUTION: The semiconductor laser device includes: a metal hollow housing covered with an outer surface including a first surface with a first opening and a second surface with a second opening; a semiconductor laser chip contained in the housing; a lid body made of an insulating material, located on an upper surface of the first surface to close the first opening; a window part containing a translucent member, in which at least a part of the translucent member is mounted on an upper surface of the second surface to face the second opening; an electrode part made of an electric material for communication between a part of a surface of the lid body on the housing side and a part of a surface opposite to the housing of the lid body; and a power supply terminal for electrically connecting the electrode part exposed on the surface of the lid body on the housing side and the semiconductor laser chip.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device.

近年、小型の半導体レーザ装置の開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。以下、図9〜図11を参照して、この従来の半導体レーザ装置の構造について説明する。   In recent years, development of small semiconductor laser devices has been promoted (see, for example, Patent Document 1). The structure of this conventional semiconductor laser device will be described below with reference to FIGS.

図9は、従来の半導体レーザ装置100の模式的な斜視図である。図9に示すように、この半導体レーザ装置100は、絶縁性セラミックスからなる筐体110と、筐体110の上面に固定的に載置された蓋体120と、光取り出し用の窓部を構成する透光板130とを含む。   FIG. 9 is a schematic perspective view of a conventional semiconductor laser device 100. As shown in FIG. 9, the semiconductor laser device 100 includes a casing 110 made of insulating ceramics, a lid 120 fixedly placed on the upper surface of the casing 110, and a window for extracting light. And a translucent plate 130.

図10は、図9から蓋体120及び透光板130を取り外した構造を模式的に示す斜視図である。また、図11は、図9におけるA1−A1線で半導体レーザ装置100を切断したときの模式的な断面図である。   FIG. 10 is a perspective view schematically showing a structure in which the lid 120 and the translucent plate 130 are removed from FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device 100 taken along line A1-A1 in FIG.

蓋体120は、筐体110の面111に接触するように設置される。また、透光板130は、筐体110の面112と、蓋体120の面121とに接触するように設置される。透光板130は、筐体110の面112及び蓋体120の面121に対して、それぞれ接着層(151,152)を介して固定的に接着されている。   The lid 120 is installed so as to contact the surface 111 of the housing 110. The translucent plate 130 is installed so as to come into contact with the surface 112 of the housing 110 and the surface 121 of the lid 120. The translucent plate 130 is fixedly adhered to the surface 112 of the housing 110 and the surface 121 of the lid 120 via adhesive layers (151 and 152), respectively.

半導体レーザチップ140は、筐体110の面114上に設置されると共に、ワイヤ141を介して、筐体110の裏面に設けられた電極(160,160)から電力が供給される。   The semiconductor laser chip 140 is installed on the surface 114 of the housing 110, and power is supplied from electrodes (160, 160) provided on the back surface of the housing 110 via the wire 141.

特開2017−112138号公報JP 2017-112138 A

近年、半導体レーザ装置の高出力化の要請が高まっている。本発明者らは、図9〜図11を参照して上述した従来の半導体レーザ装置100において、半導体レーザチップ140を、高輝度の光を射出可能なレーザチップとした場合、以下の課題が生じることを見出した。   In recent years, there has been an increasing demand for higher output of semiconductor laser devices. In the conventional semiconductor laser device 100 described above with reference to FIGS. 9 to 11, the present inventors have the following problems when the semiconductor laser chip 140 is a laser chip capable of emitting high-luminance light. I found out.

半導体レーザチップ140が、高輝度の光を射出可能なレーザチップである場合、発光時に生じる熱量が増大する。しかし、上述したように、半導体レーザチップ140が載置されている筐体110は、絶縁性セラミックスからなる。絶縁性セラミックスの中には、高い熱伝導率を示す材料が存在するが、それでも金属材料に比較するとその熱伝導率は低い。このため、十分な排熱機能が実現されない可能性がある。   When the semiconductor laser chip 140 is a laser chip capable of emitting high-luminance light, the amount of heat generated during light emission increases. However, as described above, the housing 110 on which the semiconductor laser chip 140 is placed is made of insulating ceramics. Among insulating ceramics, there are materials exhibiting high thermal conductivity, but their thermal conductivity is still lower than that of metal materials. For this reason, a sufficient exhaust heat function may not be realized.

そして、図11に図示されるように、半導体レーザチップ140に対して給電するための電極160が、筐体110の裏面側(蓋体120とは反対側)に形成されているため、筐体110自体を導電性材料で構成することができない。仮に、図9〜図11を参照して上述した従来の半導体レーザ装置100において、筐体110を金属材料で構成すると、一対の電極160同士が短絡してしまい、半導体レーザ装置100に対して電流を供給することができないことは明らかである。   As shown in FIG. 11, the electrode 160 for supplying power to the semiconductor laser chip 140 is formed on the back side of the housing 110 (the side opposite to the lid 120). 110 itself cannot be made of a conductive material. If the housing 110 is made of a metal material in the conventional semiconductor laser device 100 described above with reference to FIGS. 9 to 11, the pair of electrodes 160 are short-circuited, and a current is supplied to the semiconductor laser device 100. It is clear that cannot be supplied.

本発明は、上記の課題に鑑み、高出力の半導体レーザチップを搭載しながらも、高い排熱性を確保することのできる、小型の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a small-sized semiconductor laser device that can ensure high heat exhaustion while mounting a high-power semiconductor laser chip.

本発明に係る半導体レーザ装置は、
第一開口部を有する第一面と、前記第一面に隣接した面であって第二開口部を有する第二面とを含む外側面によって覆われてなる、中空形状の金属製の筐体と、
前記筐体の内側に収容された半導体レーザチップと、
前記第一開口部を閉塞するように前記第一面の上面に載置された、絶縁性材料からなる蓋体と、
透光部材を含み、少なくとも前記透光部材の一部分が前記第二開口部に対向するように、前記第二面の上面に載置された窓部と、
前記蓋体の前記筐体側の面の一部分と、前記蓋体の前記筐体とは反対側の面の一部分との間を、前記蓋体を貫通して連絡するように形成された、導電性材料からなる電極部と、
前記蓋体の前記筐体側の面上に露出した前記電極部と前記半導体レーザチップとを電気的に接続するための給電端子と、を備えたことを特徴とする。
A semiconductor laser device according to the present invention includes:
A hollow metal housing which is covered with an outer surface including a first surface having a first opening and a second surface adjacent to the first surface and having a second opening. When,
A semiconductor laser chip housed inside the housing;
A lid made of an insulating material placed on the upper surface of the first surface so as to close the first opening;
A window part placed on the upper surface of the second surface so that at least a part of the light transmissive member is opposed to the second opening part.
A conductive material formed so as to pass through the lid and communicate between a portion of the surface of the lid on the housing side and a portion of the surface of the lid opposite to the housing. An electrode part made of a material;
The power supply terminal for electrically connecting the electrode part exposed on the case side surface of the lid and the semiconductor laser chip is provided.

上記構成によれば、半導体レーザチップに対して、蓋体側から給電が行われる。このため、半導体レーザチップが載置される筐体を、熱伝導性の高い金属材料(例えばCuなど)で構成することが可能となる。この結果、半導体レーザチップが高出力のチップである場合においても、筐体を通じて高い排熱性能が確保される。   According to the above configuration, power is supplied from the lid side to the semiconductor laser chip. For this reason, it becomes possible to comprise the housing | casing in which a semiconductor laser chip is mounted with metal materials (for example, Cu etc.) with high heat conductivity. As a result, even when the semiconductor laser chip is a high-power chip, high heat exhaust performance is ensured through the housing.

ところで、図9〜図11を参照して上述した従来の半導体レーザ装置100では、透光板130は、蓋体120と筐体110の両者に接触するように設置されている(特に図11参照)。この構成を実現するためには、蓋体120を筐体110の面111上に設置する際に、位置合わせの精度を高める必要がある。もし、蓋体120の位置がずれてしまうと、透光板130を正しく設置することができず、この場合、筐体110の内部の気密性が十分に確保できない可能性がある。仮に、筐体110の内部の気密性が十分に確保できない場合、半導体レーザチップ140の端面に埃や水分が付着し、光強度が低下する可能性がある。   By the way, in the conventional semiconductor laser device 100 described above with reference to FIGS. 9 to 11, the translucent plate 130 is disposed so as to be in contact with both the lid 120 and the housing 110 (see particularly FIG. 11). ). In order to realize this configuration, when the lid 120 is installed on the surface 111 of the housing 110, it is necessary to improve the alignment accuracy. If the position of the lid 120 is shifted, the translucent plate 130 cannot be correctly installed, and in this case, there is a possibility that the airtightness inside the housing 110 cannot be sufficiently secured. If sufficient airtightness inside the housing 110 cannot be ensured, dust and moisture may adhere to the end face of the semiconductor laser chip 140 and the light intensity may be reduced.

更に、上述した従来の半導体レーザ装置100では、特に図10に図示されるように、セラミックスからなる筐体110を微細に加工して成型する必要がある。セラミックスの成型時には、焼成工程(例えば1000℃以上)が必要になるが、この焼成工程と、その後、室温下での冷却工程を経ることで、形状に歪みが生じ、各面(111,112)の平坦性が確保できない可能性がある。このような理由によっても、筐体110の内部の気密性が十分に確保できない可能性がある。   Further, in the above-described conventional semiconductor laser device 100, it is necessary to finely process and mold the case 110 made of ceramics as shown in FIG. At the time of molding the ceramic, a firing step (for example, 1000 ° C. or more) is required. However, through this firing step and then a cooling step at room temperature, the shape is distorted, and each surface (111, 112) The flatness may not be ensured. For this reason as well, there is a possibility that sufficient airtightness inside the housing 110 cannot be ensured.

これに対し、本発明に係る半導体レーザ装置によれば、蓋体は筐体の一つの面(第一面)に載置され、透光部材を含む窓部は筐体の別の面(第二面)に載置される構成である。このため、従来の半導体レーザ装置100のように、高い精度での位置合わせを行うことなく、筐体内部の気密性を確保することができるという別の効果を奏する。また、筐体を金属材料で形成できるため、セラミックスとは異なり容易に成型が可能である。   On the other hand, according to the semiconductor laser device of the present invention, the lid is placed on one surface (first surface) of the housing, and the window including the translucent member is another surface (first surface) of the housing. 2). Therefore, unlike the conventional semiconductor laser device 100, there is another effect that the airtightness inside the housing can be secured without performing alignment with high accuracy. Further, since the casing can be formed of a metal material, it can be easily molded unlike ceramics.

前記半導体レーザ装置は、前記半導体レーザチップを面上に載置するサブマウントを備え、前記サブマウントは、前記筐体の内壁面上に載置されているものとしても構わない。   The semiconductor laser device may include a submount for mounting the semiconductor laser chip on a surface, and the submount may be mounted on an inner wall surface of the casing.

かかる構成によれば、サブマウントを薄く構成することで、実質的に、半導体レーザチップの面を金属製の筐体の面上に載置することが可能となる。これにより、高い排熱性が確保される。   According to such a configuration, the surface of the semiconductor laser chip can be substantially placed on the surface of the metal casing by configuring the submount to be thin. Thereby, high exhaust heat property is ensured.

前記半導体レーザ装置は、支持基板を備え、
前記支持基板の面と、前記筐体の面のうちの前記第一面及び前記第二面を除くいずれか1つの面とが接合されているものとすることができる。
The semiconductor laser device includes a support substrate,
The surface of the support substrate may be bonded to any one of the surfaces of the housing except the first surface and the second surface.

上記構成によれば、金属製の筐体の一面と支持基板の一面とを接合することができるため、支持基板も筐体と同様に熱伝導率の高い材料で構成することで、半導体レーザチップで生じる熱を筐体を通じて支持基板側に効率的に排熱することができる。この場合、支持基板は、筐体を支持する機能と、半導体レーザチップで生じた熱を排熱する機能を併せ持つ。   According to the above configuration, since one surface of the metal housing and one surface of the support substrate can be bonded, the support substrate is also made of a material having a high thermal conductivity like the housing, so that the semiconductor laser chip Can be efficiently exhausted to the support substrate side through the housing. In this case, the support substrate has both a function of supporting the housing and a function of exhausting heat generated by the semiconductor laser chip.

前記半導体レーザ装置は、前記半導体レーザチップを内側に収容した前記筐体が、平面上に複数個配列されているものとしても構わない。このとき、前記筐体は、前記支持基板の面上に複数個が配列されているものとしても構わない。   The semiconductor laser device may be configured such that a plurality of the housings housing the semiconductor laser chips are arranged on a plane. At this time, a plurality of the casings may be arranged on the surface of the support substrate.

かかる構成によれば、各筐体が金属製の材料からなるため、各筐体に収容されている半導体レーザチップから生じる熱を効率的に排熱することができる。これにより、高い放射照度を有する光を射出することのできる、小型の半導体レーザ装置が実現される。   According to such a configuration, since each casing is made of a metal material, heat generated from the semiconductor laser chip accommodated in each casing can be efficiently exhausted. Thereby, a small semiconductor laser device capable of emitting light having high irradiance is realized.

前記半導体レーザ装置は、前記筐体の内側には、単一の前記半導体レーザチップが収容されているものとしても構わない。   The semiconductor laser device may be configured such that a single semiconductor laser chip is accommodated inside the housing.

前記半導体レーザチップは、前記第二面に直交する方向に光を射出する光射出領域を備えるものとしても構わない。   The semiconductor laser chip may include a light emission region that emits light in a direction orthogonal to the second surface.

本発明によれば、高出力の半導体レーザチップを搭載しながらも、高い排熱性を確保することのできる、小型の半導体レーザ装置が実現される。   According to the present invention, a small-sized semiconductor laser device that can ensure high heat exhaustion while mounting a high-power semiconductor laser chip is realized.

本発明の半導体レーザ装置の一実施形態の全体構造を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an overall structure of an embodiment of a semiconductor laser device of the present invention. 図1から、第一透光板を取り外した状態の半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the semiconductor laser apparatus of the state which removed the 1st translucent board from FIG. 本発明の半導体レーザ装置に含まれる半導体レーザユニットを抽出して図示した模式的な斜視図である。It is the typical perspective view which extracted and illustrated the semiconductor laser unit contained in the semiconductor laser apparatus of this invention. 図3に示す半導体レーザユニットを、−Z方向に見たときの模式的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view when the semiconductor laser unit shown in FIG. 3 is viewed in the −Z direction. 図3に示す半導体レーザユニットを、X方向に見たときの模式的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view when the semiconductor laser unit shown in FIG. 3 is viewed in the X direction. 半導体レーザユニットを図4内のX1−X1線で切断したときの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing when a semiconductor laser unit is cut | disconnected by the X1-X1 line | wire in FIG. 半導体レーザユニットの構成部品を分解して模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which decomposed | disassembled and showed typically the component of a semiconductor laser unit. 半導体レーザユニットの構成部品の一つである筐体を模式的に示す斜視図であるIt is a perspective view which shows typically the housing | casing which is one of the components of a semiconductor laser unit. 従来の半導体レーザ装置の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the conventional semiconductor laser apparatus. 図9に図示された半導体レーザ装置から、蓋体及び透光板を取り外した状態の構造を模式的に示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a structure in a state where a lid and a light transmitting plate are removed from the semiconductor laser device shown in FIG. 9. 図9におけるA1−A1線で半導体レーザ装置を切断したときの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing when a semiconductor laser apparatus is cut | disconnected by the A1-A1 line | wire in FIG.

本発明に係る半導体レーザ装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の図面は、あくまで模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致していない。   An embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following drawings are only schematically shown, and the dimensional ratio on the drawing does not necessarily match the actual dimensional ratio.

図1は、半導体レーザ装置の一実施形態の全体構造を模式的に示す斜視図である。半導体レーザ装置1は、支持基板2と、光取り出し用の第一透光板3と、側方から全体を覆うように形成された枠体4とを含む。枠体4の内側には、後述する複数の半導体レーザチップ40(図7参照)が搭載されており、各半導体レーザチップ40から射出されたレーザ光L1が、第一透光板3を介して装置外部に取り出される。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall structure of an embodiment of a semiconductor laser device. The semiconductor laser device 1 includes a support substrate 2, a first light transmission plate 3 for extracting light, and a frame 4 formed so as to cover the whole from the side. A plurality of semiconductor laser chips 40 (see FIG. 7), which will be described later, are mounted inside the frame body 4, and laser light L 1 emitted from each semiconductor laser chip 40 passes through the first light transmitting plate 3. It is taken out of the device.

以下では、必要に応じて、図1に図示されたXYZ座標系を用いて説明される。支持基板2及び第一透光板3は、いずれも主面がXY平面に対して平行になるように配置されており、レーザ光L1が、XY平面に対して直交する方向(Z方向)に取り出されるものとして説明する。   Below, it demonstrates using the XYZ coordinate system illustrated in FIG. 1 as needed. The support substrate 2 and the first light transmission plate 3 are both arranged such that the main surface is parallel to the XY plane, and the laser beam L1 is in a direction (Z direction) orthogonal to the XY plane. It is assumed that it is taken out.

支持基板2は、複数の半導体レーザチップ40(図7参照)を支持する機能に加えて、半導体レーザチップ40から生じる熱を排熱する機能を兼ねており、高い熱伝導率を示す材料であるのが望ましい。一例として、支持基板2は、Cu、Cu合金、Alなどの金属材料で構成され、厚みは、例えば0.3mm以上、2mm以下であり、好ましくは、0.5mm以上、1mm以下である。   The support substrate 2 has a function of exhausting heat generated from the semiconductor laser chip 40 in addition to a function of supporting the plurality of semiconductor laser chips 40 (see FIG. 7), and is a material exhibiting high thermal conductivity. Is desirable. As an example, the support substrate 2 is made of a metal material such as Cu, Cu alloy, or Al, and has a thickness of, for example, 0.3 mm or more and 2 mm or less, and preferably 0.5 mm or more and 1 mm or less.

第一透光板3は、レーザ光L1に対する透過性の高い材料であればよく、例えば、ホウケイ酸ガラスなどで構成される。また、枠体4は、任意の材料で構成することができるが、加工時の取扱容易性に鑑み、例えばセラミックス材料やガラスエポキシ樹脂などで構成される。   The first light transmissive plate 3 may be made of a material having high transparency with respect to the laser light L1, and is made of, for example, borosilicate glass. The frame 4 can be made of any material, but is made of, for example, a ceramic material or a glass epoxy resin in view of ease of handling during processing.

図2は、図1から第一透光板3を取り外した状態の半導体レーザ装置1を模式的に示す斜視図である。図2に示すように、半導体レーザ装置1は、複数の半導体レーザユニット10が、XY平面上に配列されて構成されている。各半導体レーザユニット10は、後述する半導体レーザチップ40(図7参照)を含む。なお、図2では、各半導体レーザユニット10から射出されたレーザ光が、レンズ部材11を介して第一透光板3(図1参照)に導かれる例が図示されている。また、図2では、説明の都合上、一部のレンズ部材11の図示を省略している。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the semiconductor laser device 1 with the first light transmitting plate 3 removed from FIG. As shown in FIG. 2, the semiconductor laser device 1 includes a plurality of semiconductor laser units 10 arranged on an XY plane. Each semiconductor laser unit 10 includes a semiconductor laser chip 40 (see FIG. 7) described later. 2 shows an example in which the laser light emitted from each semiconductor laser unit 10 is guided to the first light transmitting plate 3 (see FIG. 1) via the lens member 11. In FIG. 2, illustration of some lens members 11 is omitted for convenience of explanation.

以下、図3〜図8を参照して、半導体レーザ装置1に含まれる半導体レーザユニット10の構成につき説明する。   Hereinafter, the configuration of the semiconductor laser unit 10 included in the semiconductor laser device 1 will be described with reference to FIGS.

図3は、本実施形態に係る半導体レーザユニット10を抽出して図示した模式的な斜視図である。図4は、図3に示す半導体レーザユニット10を、−Z方向に見たときの模式的な平面図である。図5は、図3に示す半導体レーザユニット10を、X方向に見たときの模式的な平面図である。   FIG. 3 is a schematic perspective view showing the semiconductor laser unit 10 according to the present embodiment extracted. 4 is a schematic plan view when the semiconductor laser unit 10 shown in FIG. 3 is viewed in the −Z direction. FIG. 5 is a schematic plan view of the semiconductor laser unit 10 shown in FIG. 3 when viewed in the X direction.

図6は、半導体レーザユニット10を図4内のX1−X1線で切断したときの模式的な断面図である。図7は、半導体レーザユニット10の構成部品を分解して模式的に示した斜視図である。図8は、半導体レーザユニット10の一構成部品である、筐体20のみを抽出して示す模式的な斜視図である。   6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser unit 10 taken along line X1-X1 in FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing components of the semiconductor laser unit 10. FIG. 8 is a schematic perspective view showing only the housing 20 that is one component of the semiconductor laser unit 10.

半導体レーザユニット10は、筐体20、蓋体30、窓部50を含んでなり、筐体20の内側には半導体レーザチップ40が収容されている。半導体レーザチップ40は、例えば0.5W以上の出力でレーザ光L1を射出することのできる素子である。本実施形態において、半導体レーザチップ40から射出されるレーザ光L1の波長は限定されないが、例えば、可視光である。   The semiconductor laser unit 10 includes a housing 20, a lid 30, and a window portion 50, and a semiconductor laser chip 40 is accommodated inside the housing 20. The semiconductor laser chip 40 is an element that can emit the laser light L1 with an output of, for example, 0.5 W or more. In the present embodiment, the wavelength of the laser light L1 emitted from the semiconductor laser chip 40 is not limited, but is visible light, for example.

図7及び図8に示すように、筐体20は、第一開口部21aを有する第一面21と、この第一面21に隣接した面であって、第二開口部22aを有する第二面22とを含む外側面によって覆われた、中空形状の部材である。ここでは、第一面21がYZ平面に平行な面であり、第二面22がXY平面に平行な面であるとして説明する。   As shown in FIGS. 7 and 8, the housing 20 is a first surface 21 having a first opening 21 a and a surface adjacent to the first surface 21 and having a second opening 22 a. It is a hollow member covered with an outer surface including the surface 22. Here, the first surface 21 will be described as a surface parallel to the YZ plane, and the second surface 22 will be described as a surface parallel to the XY plane.

筐体20は、高い熱伝導率を示す金属材料からなる。このような金属材料の例としては、Cu、Cu合金、Alが挙げられ、Cuが特に好ましい。筐体20の寸法は、例えば、X方向が2mm以上、5mm以下であり、Y方向が2mm以上、5mm以下であり、Z方向が1.5mm以上、5mm以下である。   The housing | casing 20 consists of a metal material which shows high heat conductivity. Examples of such a metal material include Cu, Cu alloy, and Al, and Cu is particularly preferable. The dimensions of the housing 20 are, for example, 2 mm or more and 5 mm or less in the X direction, 2 mm or more and 5 mm or less in the Y direction, and 1.5 mm or more and 5 mm or less in the Z direction.

図3〜図7に示すように、蓋体30は、第一開口部21aを閉塞するように、筐体20の第一面21上に設置される。蓋体30は、絶縁性材料からなり、例えば、Al23、AlNなどのセラミックス材料が利用される。より詳細には、筐体20の第一面21上に形成されたハンダ材(不図示)を介して、蓋体30と筐体20とが固定的に接着される。蓋体30の厚み(X方向)は、例えば、0.3mm以上、1mm以下である。 As shown in FIGS. 3-7, the cover body 30 is installed on the 1st surface 21 of the housing | casing 20 so that the 1st opening part 21a may be obstruct | occluded. The lid 30 is made of an insulating material, and for example, a ceramic material such as Al 2 O 3 or AlN is used. More specifically, the lid 30 and the housing 20 are fixedly bonded to each other through a solder material (not shown) formed on the first surface 21 of the housing 20. The thickness (X direction) of the lid body 30 is, for example, 0.3 mm or more and 1 mm or less.

蓋体30の一部上面には、導電性材料からなる電極部(31,31)が形成されている。この電極部(31,31)は、蓋体30を厚み方向(X方向)に貫通するように形成されており、反対側の面(筐体20側の面)に露出している。筐体20側の面に露出した電極部(31,31)は、給電端子(32,32)と接続されている。電極部(31,31)は、例えばAuメッキからなる。   Electrode portions (31, 31) made of a conductive material are formed on a partial upper surface of the lid 30. The electrode portions (31, 31) are formed so as to penetrate the lid body 30 in the thickness direction (X direction), and are exposed on the opposite surface (surface on the housing 20 side). The electrode parts (31, 31) exposed on the surface on the housing 20 side are connected to the power supply terminals (32, 32). The electrode portions (31, 31) are made of, for example, Au plating.

半導体レーザチップ40は、サブマウント45上に、例えばAu−Snからなるハンダ層46を介して固定的に接着されている。サブマウント45の面には、電気的に相互に離間して形成された導電層(47,47)が形成されている。これらの導電層(47,47)と、給電端子(32,32)とが接触している。また、一方の導電層47には、半導体レーザチップ40に連絡されているワイヤ41が接続されている。これにより、電極部(31,31)に電圧が印加されると、半導体レーザチップ40に対して電流が供給される。なお、図6〜図8に示すように、サブマウント45は、筐体20の内壁面23上に載置されている。   The semiconductor laser chip 40 is fixedly bonded onto the submount 45 via a solder layer 46 made of, for example, Au—Sn. Conductive layers (47, 47) are formed on the surface of the submount 45 so as to be electrically separated from each other. These conductive layers (47, 47) are in contact with the power supply terminals (32, 32). One conductive layer 47 is connected to a wire 41 connected to the semiconductor laser chip 40. Thus, when a voltage is applied to the electrode portions (31, 31), a current is supplied to the semiconductor laser chip 40. As shown in FIGS. 6 to 8, the submount 45 is placed on the inner wall surface 23 of the housing 20.

本実施形態では、筐体20の内壁面23は、YZ平面に平行な面で構成されている。半導体レーザチップ40は、例えば、Y方向(短手方向)に関して、50μm以上、500μm以下であり、Z方向(長手方向)に関して、1mm以上、2mm以下であり、X方向(厚み方向)に関して、50μm以上、200μm以下である。また、サブマウント45は、Y方向に関して、0.2mm以上、3mm以下であり、Z方向に関して、1mm以上、3mm以下であり、X方向(厚み方向)に関して、100μm以上、500μm以下である。   In this embodiment, the inner wall surface 23 of the housing | casing 20 is comprised by the surface parallel to a YZ plane. The semiconductor laser chip 40 is, for example, 50 μm or more and 500 μm or less in the Y direction (short direction), 1 mm or more and 2 mm or less in the Z direction (longitudinal direction), and 50 μm in the X direction (thickness direction). As mentioned above, it is 200 micrometers or less. The submount 45 is 0.2 mm or more and 3 mm or less in the Y direction, 1 mm or more and 3 mm or less in the Z direction, and 100 μm or more and 500 μm or less in the X direction (thickness direction).

図7に示すように、本実施形態の半導体レーザユニット10において、窓部50は透光部材51のみで構成されている。透光部材51は、例えば、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸塩ガラス、石英ガラスなどのガラス材料が好適に利用される。そして、窓部50を構成する透光部材51の一部分が第二開口部22aに対向するように設置されている。   As shown in FIG. 7, in the semiconductor laser unit 10 of the present embodiment, the window portion 50 is configured by only a light transmissive member 51. For the translucent member 51, for example, a glass material such as borosilicate glass, silicate glass, or quartz glass is preferably used. And the translucent member 51 which comprises the window part 50 is installed so that a part may oppose the 2nd opening part 22a.

なお、図7に示す例とは別に、窓部50が、透光部材51以外の構成部材(例えばスペーサなど)を備えていても構わない。この場合、例えば、筐体20の第二面22とは、スペーサと接触し、このスペーサの面上に透光部材51が設置されるものとすることができる。   In addition, the window part 50 may be provided with structural members (for example, spacer etc.) other than the translucent member 51 separately from the example shown in FIG. In this case, for example, the second surface 22 of the housing 20 is in contact with a spacer, and the light-transmissive member 51 can be installed on the surface of the spacer.

かかる構成において、電極部(31,31)に電圧が印加されると、半導体レーザチップ40に対して電流が供給され、閾値電流を超える電流量が供給されると、半導体レーザチップ40の端面(光射出領域:エミッタ)からZ方向にレーザ光L1が射出される。このレーザ光L1は、第二開口部22a及び透光部材51を介して半導体レーザユニット10の外部に取り出される。そして、図1及び図2を参照して上述したように、各半導体レーザユニット10から射出されたレーザ光L1は、レンズ部材11、第一透光板3を介して、半導体レーザ装置1の外部に取り出される。   In such a configuration, when a voltage is applied to the electrode portions (31, 31), a current is supplied to the semiconductor laser chip 40, and when a current amount exceeding the threshold current is supplied, the end face of the semiconductor laser chip 40 ( Laser light L1 is emitted in the Z direction from the light emission region (emitter). The laser light L1 is extracted to the outside of the semiconductor laser unit 10 through the second opening 22a and the translucent member 51. As described above with reference to FIGS. 1 and 2, the laser light L <b> 1 emitted from each semiconductor laser unit 10 passes through the lens member 11 and the first light-transmitting plate 3 to the outside of the semiconductor laser device 1. To be taken out.

上述した半導体レーザ装置1によれば、各半導体レーザユニット10に対して、蓋体30側から給電が行われる。このため、半導体レーザユニット10(及びサブマウント45)を、導電性材料からなる面23上に載置することができる。つまり、図7及び図8を参照して上述したように、この面23を、金属製の筐体20の内壁とすることで、半導体レーザチップ40から生じる熱を、筐体20を通じて支持基板2側へと効率的に排熱することができる。特に、図6に示されるように、筐体20の一つの面を支持基板2の面と接合させることで、半導体レーザチップ40から生じる熱を更に効率的に外部へと排熱することができる。   According to the semiconductor laser device 1 described above, power is supplied to each semiconductor laser unit 10 from the lid 30 side. Therefore, the semiconductor laser unit 10 (and the submount 45) can be placed on the surface 23 made of a conductive material. That is, as described above with reference to FIGS. 7 and 8, the surface 23 is used as the inner wall of the metal housing 20, so that heat generated from the semiconductor laser chip 40 can be transferred through the housing 20 to the support substrate 2. Heat can be efficiently exhausted to the side. In particular, as shown in FIG. 6, by joining one surface of the housing 20 to the surface of the support substrate 2, the heat generated from the semiconductor laser chip 40 can be more efficiently exhausted to the outside. .

更に、筐体20を金属材料で構成することができるため、例えば図8に示したような形状に容易に成型できる。そして、蓋体30が載置される筐体20の面(第一面21)と、窓部50が載置される筐体20の面(第二面22)とが異なるため、筐体20の内部の気密性を確保するためには、単にそれぞれの面で独立した位置合わせを行うのみでよく、従来よりも位置合わせの精度が要求されない。   Furthermore, since the housing | casing 20 can be comprised with a metal material, it can be easily shape | molded, for example in the shape as shown in FIG. Since the surface (first surface 21) of the housing 20 on which the lid 30 is placed and the surface (second surface 22) of the housing 20 on which the window portion 50 is placed are different, the housing 20 In order to ensure the airtightness of the interior of the slab, it is only necessary to perform independent positioning on each surface, and the positioning accuracy is not required as compared with the prior art.

[別実施形態]
以下、本発明に係る半導体レーザ装置の別実施形態について説明する。
[Another embodiment]
Hereinafter, another embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention will be described.

〈1〉上記実施形態では、各筐体20内に一つの半導体レーザチップ40が搭載される場合を例示して説明した。しかし、各筐体20内に、複数(例えば2個以上5個以下)の半導体レーザチップ40が搭載されているものとしても構わない。   <1> In the above embodiment, the case where one semiconductor laser chip 40 is mounted in each housing 20 has been described as an example. However, a plurality (for example, 2 to 5) of semiconductor laser chips 40 may be mounted in each housing 20.

また、上記実施形態では、図2を参照して、複数の半導体レーザユニット10が平面的に配列されている場合について説明した。しかし、本発明は、半導体レーザ装置1が、単一の半導体レーザユニット10のみを備える場合を排除しない。   In the above embodiment, the case where a plurality of semiconductor laser units 10 are arranged in a plane has been described with reference to FIG. However, the present invention does not exclude the case where the semiconductor laser device 1 includes only a single semiconductor laser unit 10.

〈2〉各図面を参照して上述した半導体レーザ装置1の構造は、あくまで一例であり、本発明は、図示された構造に限定されない。例えば、以下のような変形が可能である。   <2> The structure of the semiconductor laser device 1 described above with reference to the drawings is merely an example, and the present invention is not limited to the illustrated structure. For example, the following modifications are possible.

半導体レーザ装置1は、第一透光板3を備えない構成としても構わないし、レンズ部材11を備えない構成としても構わない。また、半導体レーザ装置1は、適宜ミラーなどの反射部材を備えることで、光取り出し方向をZ方向以外の方向としても構わない。   The semiconductor laser device 1 may be configured without the first light transmitting plate 3 or may be configured without the lens member 11. In addition, the semiconductor laser device 1 may include a reflecting member such as a mirror as appropriate so that the light extraction direction may be a direction other than the Z direction.

〈3〉上記実施形態では、筐体20の外形がほぼ直方体形状である場合について説明したが、4面以上の平面を有する多面体であれば直方体には限定されない。   <3> In the above embodiment, the case where the outer shape of the housing 20 has a substantially rectangular parallelepiped shape has been described. However, the shape is not limited to a rectangular parallelepiped as long as it is a polyhedron having four or more planes.

1 : 本発明の半導体レーザ装置
2 : 支持基板
3 : 第一透光板
4 : 枠体
10 : 半導体レーザユニット
11 : レンズ部材
20 : 筐体
21 : 筐体の第一面
21a : 第一開口部
22 : 筐体の第二面
22a : 第二開口部
23 : 筐体の内壁面
30 : 蓋体
31 : 電極部
32 : 給電端子
40 : 半導体レーザチップ
41 : ワイヤ
45 : サブマウント
46 : ハンダ層
47 : 導電層
50 : 窓部
51 : 透光部材
100 : 従来の半導体レーザ装置
110 : 筐体
111,112,114 : 筐体の面
120 : 蓋体
121 : 蓋体の面
130 : 透光板
140 : 半導体レーザチップ
141 : ワイヤ
151,152 : 接着層
160 : 電極
L1 : レーザ光
1: Semiconductor laser device of the present invention 2: Support substrate 3: First light-transmitting plate 4: Frame 10: Semiconductor laser unit 11: Lens member 20: Housing 21: First surface 21a of housing: First opening 22: Second surface of the housing 22a: Second opening 23: Inner wall surface of the housing 30: Lid 31: Electrode portion 32: Feed terminal 40: Semiconductor laser chip 41: Wire 45: Submount 46: Solder layer 47 : Conductive layer 50: Window 51: Translucent member 100: Conventional semiconductor laser device 110: Housing 111, 112, 114: Housing surface 120: Lid 121: Lid surface 130: Translucent plate 140: Semiconductor laser chip 141: Wire 151, 152: Adhesive layer 160: Electrode L1: Laser light

Claims (6)

第一開口部を有する第一面と、前記第一面に隣接した面であって第二開口部を有する第二面とを含む外側面によって覆われてなる、中空形状の金属製の筐体と、
前記筐体の内側に収容された半導体レーザチップと、
前記第一開口部を閉塞するように前記第一面の上面に載置された、絶縁性材料からなる蓋体と、
透光部材を含み、少なくとも前記透光部材の一部分が前記第二開口部に対向するように、前記第二面の上面に載置された窓部と、
前記蓋体の前記筐体側の面の一部分と、前記蓋体の前記筐体とは反対側の面の一部分との間を、前記蓋体を貫通して連絡するように形成された、導電性材料からなる電極部と、
前記蓋体の前記筐体側の面上に露出した前記電極部と前記半導体レーザチップとを電気的に接続するための給電端子と、を備えたことを特徴とする、半導体レーザ装置。
A hollow metal housing which is covered with an outer surface including a first surface having a first opening and a second surface adjacent to the first surface and having a second opening. When,
A semiconductor laser chip housed inside the housing;
A lid made of an insulating material placed on the upper surface of the first surface so as to close the first opening;
A window part placed on the upper surface of the second surface so that at least a part of the light transmissive member is opposed to the second opening part.
A conductive material formed so as to pass through the lid and communicate between a portion of the surface of the lid on the housing side and a portion of the surface of the lid opposite to the housing. An electrode part made of a material;
A semiconductor laser device comprising: a power supply terminal for electrically connecting the electrode portion exposed on the housing side surface of the lid and the semiconductor laser chip.
前記半導体レーザチップを面上に載置するサブマウントを備え、
前記サブマウントは、前記筐体の内壁面上に載置されてい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。
A submount for mounting the semiconductor laser chip on a surface;
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the submount is placed on an inner wall surface of the housing.
支持基板を備え、
前記支持基板の面と、前記筐体の面のうちの前記第一面及び前記第二面を除くいずれか1つの面とが接合されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体レーザ装置。
With a support substrate,
The surface of the said support substrate and any one surface except the said 1st surface and the said 2nd surface of the surfaces of the said housing | casing are joined, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Semiconductor laser device.
前記支持基板の面上に、前記半導体レーザチップを内側に収容した前記筐体が、平面上に複数個配列されていることを特徴とする、請求項3に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 3, wherein a plurality of the housings housing the semiconductor laser chips are arranged on a plane on the surface of the support substrate. 前記筐体の内側には、単一の前記半導体レーザチップが収容されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。   5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a single semiconductor laser chip is accommodated inside the housing. 6. 前記半導体レーザチップは、前記第二面に直交する方向に光を射出する光射出領域を備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser chip includes a light emission region that emits light in a direction orthogonal to the second surface.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021109598A (en) * 2020-01-14 2021-08-02 トヨタ自動車株式会社 Driving support device
CN114060747A (en) * 2020-08-05 2022-02-18 夏普福山激光株式会社 Light emitting device and light emitting device group

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104836619B (en) * 2015-03-30 2017-08-29 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 A kind of optical device
JP2017098549A (en) * 2015-11-18 2017-06-01 日亜化学工業株式会社 Light-emitting device
JP6485518B2 (en) * 2017-10-10 2019-03-20 日亜化学工業株式会社 Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021109598A (en) * 2020-01-14 2021-08-02 トヨタ自動車株式会社 Driving support device
CN114060747A (en) * 2020-08-05 2022-02-18 夏普福山激光株式会社 Light emitting device and light emitting device group
JP7469985B2 (en) 2020-08-05 2024-04-17 シャープ福山レーザー株式会社 Light-emitting device and light-emitting device set

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