JP2020150184A - レーザ装置及びそれに用いる蓋体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザ光の偏光比の分布を均一に近付けることが可能であるレーザ装置及びそれに用いる蓋体を提供する。【解決手段】レーザ装置に用いる蓋体である。蓋体は、支持部材と、１以上の開口が設けられた非透光性部材と、前記１以上の開口を一体的に塞ぐ透光性部材と、前記非透光性部材を前記支持部材に固定する第１接着部材と、前記透光性部材を前記非透光性部材に固定する第２接着部材と、を有する。前記透光性部材は、ホウ珪酸ガラスを主材料とする。前記非透光性部材は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明はレーザ装置及びそれに用いる蓋体に関する。

パッケージ本体と、蓋体と、パッケージ本体及び蓋体に囲まれた封止空間内に配置された複数の発光素子と、を備える発光装置が知られている（特許文献１〜３参照）。特許文献１には、すべての発光素子に対応する１つの開口部が設けられた支持フレームと、その開口部を塞ぐ１つの透光性部材とを有する光源装置が記載されている。特許文献２には、複数の発光素子に対応する開口部が複数設けられた支持部材と、各開口部を塞ぐ複数の透光性部材とを有する光源装置が記載されている。特許文献３には、各発光素子に対応する複数の開口部が設けられた蓋体と、すべての開口部を塞ぐ１つの透光体とを有する発光装置が記載されている。

特開２０１７−１３９４４４号公報 特開２０１７−１３８５６６号公報 特開２０１７−０３４２４２号公報

しかしながら、発光素子として複数のレーザ素子を搭載する場合、レーザ装置から取り出される複数のレーザ光の偏光比がばらつくことがある。

レーザ装置に用いる蓋体であって、
前記蓋体は、
支持部材と、
１以上の開口が設けられた非透光性部材と、
前記１以上の開口を一体的に塞ぐ透光性部材と、
前記非透光性部材を前記支持部材に固定する第１接着部材と、
前記透光性部材を前記非透光性部材に固定する第２接着部材と、を有し、
前記透光性部材は、ホウ珪酸ガラスを主材料とし、
前記非透光性部材は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とすることを特徴とする蓋体。

上述した蓋体と、
前記蓋体に接続され、前記蓋体と共に封止空間を形成するパッケージ本体と、
前記封止空間内に配置された複数の半導体レーザ素子と、を備えることを特徴とするレーザ装置。

外部に取り出される複数のレーザ光の偏光比の分布を均一に近付けることができるレーザ装置及びそれに用いる蓋体を提供することができる。

一実施形態に係るレーザ装置の模式的平面図である。 図１Ａ中のＩ-Ｂ−Ｉ-Ｂ線における模式的断面図である。 図１Ａ中のＩ-Ｃ−Ｉ-Ｃ線における模式的断面図である。 図１Ｃの部分拡大図である。 図１Ｄの部分拡大図である。 一実施形態に係る蓋体の模式的平面図である。 図２Ａ中のＩＩ-Ｂ−ＩＩ-Ｂ線における模式的な分解断面図である。 パッケージ本体とアノード側端子とカソード側端子との模式的な斜視図である。 パッケージ本体に半導体レーザ素子が配置された状態を示す模式的平面図である。 ホウ珪酸ガラス、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金及びビスマス系ガラスの温度と平均線膨張係数の関係を示すグラフである。 実施例１、比較例１及び比較例２について、透光性部材１つあたりの面積と偏光比比率の関係を示すグラフである。

図１Ａは本発明の一実施形態に係るレーザ装置１の模式的平面図である。図１Ｂは図１Ａ中のＩ-Ｂ−Ｉ-Ｂ線における断面図であり、図１Ｃは図１Ａ中のＩ-Ｃ−Ｉ-Ｃ線における断面図である。図１Ｄは図１Ｃの一部を拡大した部分拡大図である。図１Ｅは図１Ｄの破線円で囲んだ部分を拡大した部分拡大図である。図２Ａは蓋体８０の模式的平面図であり、図２Ｂは図２Ａ中のＩＩ-Ｂ−ＩＩ-Ｂ線における模式的な分解断面図である。図３はパッケージ本体１０とアノード側端子１５Ａとカソード側端子１５Ｂとの模式的な斜視図である。図４は、パッケージ本体１０に半導体レーザ素子３０が配置された状態を示す模式的平面図である。なお、図１Ｃ及び図１Ｄにおいて、ワイヤ６０は図示を省略した。また、図１Ｄにおいて半導体レーザ素子３０からの光の経路を破線で模式的に示す。

図１Ａから図４に示すように、レーザ装置１は、パッケージ本体１０と、蓋体８０と、複数の半導体レーザ素子３０と、を有する。蓋体８０は、パッケージ本体１０に接続され、パッケージ本体１０と共に封止空間を形成する。複数の半導体レーザ素子３０は封止空間内に配置されている。蓋体８０は、非透光性部材８２と、透光性部材８４と、第１接着部材８３Ａと、第２接着部材８３Ｂと、を有する。図２Ａに示すように、非透光性部材８２は、外枠部８２Ａと、外枠部８２Ａに接続された１以上の内枠部８２Ｂとを含む。透光性部材８４は、外枠部８２Ａ及び内枠部８２Ｂによって規定される複数の開口８２ｃを一体的に塞ぎ、複数の開口８２ｃにおいて複数の半導体レーザ素子３０からの光を透過する。第２接着部材８３Ｂは、透光性部材８４を非透光性部材８２に固定する。第２接着部材８３Ｂは、図２Ａに示すように、外枠部８２Ａに設けられており、内枠部８２Ｂには設けられていない。

このような構成を有することにより、気密性が低下し難い、すなわち高信頼性であり、且つ、半導体レーザ素子３０の配置密度を向上可能なレーザ装置１とすることができる。すなわち、内枠部８２Ｂを有することにより、内枠部８２Ｂが無い場合と比較して非透光性部材８２のねじれに対する強度を向上させることができる。また、内枠部８２Ｂには第２接着部材８３Ｂを設けないが、透光性部材８４が変形しにくいように支持することが可能である。これらにより、内枠部８２Ｂが無い場合と比較してレーザ装置１の気密性を破れにくくすることができるため、レーザ装置１の信頼性を向上させることができる。また、透光性部材８４が１つであり、且つ、第２接着部材８３Ｂを外枠部８２Ａに設けていることにより、複数の開口８２ｃのそれぞれに透光性部材や接着部材を設ける場合と異なり、内枠部８２Ｂにおいて透光性部材や接着部材が干渉する懸念がない。したがって、複数の開口８２ｃのそれぞれに透光性部材等を設ける場合より幅の狭い内枠部８２Ｂであってもレーザ装置１の気密性を確保することが可能である。このように内枠部８２Ｂの幅を狭くすることにより、半導体レーザ素子３０をより高密度に配置することが可能である。

以下、レーザ装置１に含まれる各部材について順に説明する。

（パッケージ本体１０）
図３に示すように、レーザ装置１に用いられるパッケージ本体１０は、基体１２と、枠体１４と、板体１６と、を有することができる。

（基体１２）
基体１２は、その上に半導体レーザ素子３０等を実装可能な部材である。典型的には、基体１２の下面１２Ｂは、ヒートシンク等と熱的に接続され、半導体レーザ素子３０の熱を放散するための放熱面として利用される。基体１２は、平板状の部材でもよいが、図１Ｃに示すように、上方に突出した凸部を有する部材とすることができる。凸部は、枠体１４に囲まれる位置に形成されており、上面１２Ａのうち凸部の頂面に相当する領域が半導体レーザ素子３０等が実装される実装面となる。実装面が平坦であるほど半導体レーザ素子３０等を固定する接合部材の接合強度を向上可能である場合があるため、半導体レーザ素子３０等を実装する前に実装面に平坦化処理を行うことが好ましい。平坦化処理としては、研磨、圧延処理などが挙げられる。なお、本明細書において基体１２の上面１２Ａとは半導体レーザ素子３０が実装される側の面を指し、下面１２Ｂとはその反対側の面を指す。また、本明細書において「上（上方向）」とは、基体１２の下面１２Ｂから上面１２Ａに向かう方向を指し、平面視は上面視と同じ意味で使用する。

基体１２には、セラミック材料や金属材料を用いることができるが、放熱性向上のためには金属材料を用いることが好ましい。金属材料としては、例えば、鉄、鉄合金、銅、銅合金等が挙げられる。

（枠体１４）
枠体１４は、基体１２の上面１２Ａに接合されている。枠体１４に囲まれた領域が、半導体レーザ素子３０等を実装する領域となる。枠体１４は、蓋体８０を接合することで半導体レーザ素子３０等を気密封止できるように、基体１２に接合されていればよい。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、基体１２の凸部の周囲の面に枠体１４を接合することができる。

図３に示すように、アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂを板体１６に固定してもよい。この場合、枠体１４にはアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂを固定する必要がないため、枠体１４の厚みを板体１６の厚みよりも薄くすることができる。枠体１４の厚みとしては、好ましくは０．１〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．８ｍｍの範囲とすることができる。枠体１４の材料としては、例えばＳＰＣ（ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｃｏｌｄ）等の軟鋼が挙げられる。ＳＰＣであれば、コバールよりも枠体１４の形状に容易に加工することができ、安価に製造することができる。

枠体１４は、例えば、上面視における外形が略矩形である。この場合、枠体１４は、図３に示すように、第１外側面と、第２外側面と、第３外側面と、第４外側面とを有する。第２外側面は第１外側面と反対の側にあり、第４外側面は第３外側面と反対の側にある。なお、略矩形とは、矩形のほか、矩形の１以上の角が面取りされた形状を含む。枠体１４の上面視における外形は、矩形の全ての角が面取りされた形状とすることができる。図３に示すパッケージ本体１０においては、第１外側面に設けられた貫通孔にアノード側端子１５Ａが挿入され、第２外側面に設けられた貫通孔にカソード側端子１５Ｂが挿入される。貫通孔は、例えば、１つのアノード側端子１５Ａまたはカソード側端子１５Ｂに対して１つずつ設けられる。板体１６を設けない場合は、枠体１４の貫通孔に、固定部材を介してアノード側端子１５Ａまたはカソード側端子１５Ｂがそれぞれ固定される。

（アノード側端子１５Ａ、カソード側端子１５Ｂ）
アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂは、半導体レーザ素子３０を外部の電源等に電気的に接続するための部材である。アノード側端子１５Ａ、カソード側端子１５Ｂは、固定部材を介して板体１６に固定することができる。固定部材の材料としては、例えばホウケイ酸ガラスが挙げられる。アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂが基体１２の下面１２Ｂに設けられていないことにより、基体１２の下面１２Ｂの略全面を放熱面として利用することができる。これにより、熱源となる半導体レーザ素子３０が１つのパッケージ本体１０に複数配置されることによる発熱を良好に放散させることができる。例えば、アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂは金属からなる。アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂの材料としては、コバール、鉄ニッケル合金等が挙げられる。

図４に示すように、複数の開口８２ｃはそれぞれ、第１方向Ｘにおける一端８２ｃａと他端８２ｃｂとを有することができる。この場合に、アノード側端子１５Ａは一端８２ｃａの側においてパッケージ本体１０を第１方向Ｘに貫通し、カソード側端子１５Ｂは他端８２ｃｂの側においてパッケージ本体１０を第１方向Ｘに貫通することができる。すなわち、アノード側端子１５Ａとカソード側端子１５Ｂとを、それぞれ枠体１４の異なる側面を貫通するように配置することができる。図４に示すように、１つのアノード側端子１５Ａの延長線上に１つのカソード側端子１５Ｂを配置することができる。この場合、１つのアノード側端子１５Ａの延長線上とは第１方向Ｘである。アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂをこのように配置することは、２以上の半導体レーザ素子３０を第１方向Ｘに並べ、これらの半導体レーザ素子３０を直列接続する形態に適している。

１つのアノード側端子１５Ａと１つのカソード側端子１５Ｂとを１つの組として、この組を複数設けることが好ましい。これにより、図４に示すように、複数の半導体レーザ素子３０が直列接続された組を複数設けることができる。また、図４に示すように、アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂの組を、少なくとも複数の開口８２ｃの数と同数組設けることが好ましい。この場合、複数の半導体レーザ素子３０のうち１つの開口８２ｃを光の経路とする半導体レーザ素子３０はすべて、１組のアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂに電気的に接続される。これにより、１つの開口８２ｃに１つ又はそれ以上のアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂの組を対応させることができるため、開口８２ｃを１つの単位として搭載する半導体レーザ素子３０の数を選択することができる。１組のアノード側端子１５Ａとカソード側端子１５Ｂとの間に配置された２以上の半導体レーザ素子３０は直列接続され、アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂに電気的に接続される。

また、図４に示すように半導体レーザ素子３０が平面視において行列状に配置される場合、１組のアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂを配置する基準は、開口８２ｃではなく、半導体レーザ素子３０の列であってもよい。すなわち、半導体レーザ素子３０の列の数と同数又はそれ以上のアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂの組を設けてもよい。なお、１つの開口８２ｃに半導体レーザ素子３０を複数列配置することもできる。ただし、開口８２ｃのサイズが大きくなるほど透光性部材８４を支持する内枠部８２Ｂの面積が相対的に減少するため、図４に示すように１つの開口８２ｃに半導体レーザ素子３０を１列のみ配置することが好ましい。

（板体１６）
板体１６は、枠体１４の外側面に接合することができる。板体１６には貫通孔が設けられており、アノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂはそれぞれ貫通孔に挿入されている。図１Ａから図１Ｃに示すパッケージ本体１０では、枠体１４の対向する２つの外側面にそれぞれ板体１６が接合されており、それぞれの板体１６には複数の貫通孔が設けられ、それぞれの貫通孔にアノード側端子１５Ａ及びカソード側端子１５Ｂが配置されている。

板体１６の厚みは、その厚みが枠体１４よりも大きいことが好ましい。板体１６の厚みの具体的な範囲としては、１．０〜３．０ｍｍ程度が挙げられる。板体１６の材料としては、コバール等の金属が挙げられる。板体１６の形状は、例えば略直方体である。すなわち、直方体のほか、直方体の１以上の角が面取り等された形状であってもよい。板体１６と枠体１４とは、例えば銀ロウ等の接合材を用いて接合される。

（半導体レーザ素子３０）
図４は基体１２上に半導体レーザ素子３０が配置された状態を示す模式的平面図である。図４に示すように、半導体レーザ素子３０は基体１２の上面１２Ａの側に載置される。なお、半導体レーザ素子３０が上面１２Ａの側に載置されるとは、半導体レーザ素子３０が上面１２Ａに直接接合されている場合に限らず、半導体レーザ素子３０が別部材を介して上面１２Ａに固定されている場合も含む。レーザ装置１では、図１Ｃに示すように、上面１２Ａにサブマウント４１が固定され、サブマウント４１に半導体レーザ素子３０が固定されている。サブマウント４１を介して半導体レーザ素子３０を配置する場合、サブマウント４１の材料として、基体１２と半導体レーザ素子３０との間の線膨張係数を有する材料を用いることができる。これにより、温度変化で生じる応力を低減することができる。

レーザ装置１は、複数の半導体レーザ素子３０を有する。レーザ装置１が有する半導体レーザ素子３０の数が多いほど、駆動時の発熱量は大きくなり、温度変化による応力も大きくなる。しかし、上述の構造であれば、このような発熱量の大きなレーザ装置１においても、気密性が低下する可能性を低減することができる。半導体レーザ素子３０の数は、例えば４個以上であり、４〜４０個とすることができる。１つのレーザ装置１に透光性部材８４を１つのみ設ける場合、搭載する半導体レーザ素子３０の数が多いほど透光性部材８４のサイズが大きくなり、偏光比のばらつきが大きくなりやすい。このため、本実施形態の構成は、半導体レーザ素子３０の数が２０個より多い場合に特に好ましいと考えられる。

複数の半導体レーザ素子３０は、第１方向（図４中のＸ方向）及び第２方向（図４中のＹ方向）にマトリクス状に配置することができる。図１Ａから図１Ｃに示すように、複数の半導体レーザ素子３０のうち１つの開口８２ｃを光の経路とする半導体レーザ素子３０はすべて、第１方向Ｘに沿って直線状に配置することができる。

青色や緑色等のレーザ光を出射するＩＩＩ族窒化物ベースの半導体レーザ素子は、赤色等のレーザ光を出射するＧａＡｓ等ベースの半導体レーザ素子と比較して、出射するレーザ光の偏光比が大きい傾向がある。このため、半導体レーザ素子３０をＩＩＩ族窒化物ベースの半導体レーザ素子とする方が、後述する偏光比比率の低減の効果を得やすい。例えば、レーザ装置１に搭載されるすべての半導体レーザ素子３０をＩＩＩ族窒化物ベースの半導体レーザ素子とすることができる。

ＩＩＩ族窒化物ベースの半導体レーザ素子３０としては、窒化物半導体からなる活性層を有するものが挙げられる。このような半導体レーザ素子３０を用いる場合は、出射するレーザ光によって集塵が発生しやすいため、気密封止することが好ましい。レーザ装置１であれば、気密性の低下を抑制することができるため、集塵を抑制することができる。ＩＩＩ族窒化物半導体としては、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）が挙げられる。半導体レーザ素子３０は、例えば、ｎ型半導体層と活性層とｐ型半導体層とがこの順に積層された半導体積層体と、ｎ型半導体層と電気的に接続されたｎ電極と、ｐ型半導体層と電気的に接続されたｐ電極と、を有する。複数の半導体レーザ素子３０はレーザ光をそれぞれ出射する。各レーザ光は、直接またはミラー５０などを介して、蓋体８０から外部に取り出される。半導体レーザ素子３０として、例えば、１Ｗ以上の高出力の半導体レーザ素子を用いる。

複数の半導体レーザ素子３０はワイヤ６０等により互いに電気的に接続することができる。ワイヤ６０としては、金、銅、アルミニウム等を用いることができる。例えば、図４に示すように、ワイヤ６０を用いて第１方向Ｘに設けられた複数の半導体レーザ素子３０を直列接続する。

図１Ｂ及び図４に示すように、アノード側端子１５Ａと半導体レーザ素子３０との間、及び／又は、カソード側端子１５Ｂと半導体レーザ素子３０との間に、中継部材７０を設けてもよい。半導体レーザ素子３０又はサブマウント４１からのワイヤ６０を中継部材７０に接続し、中継部材７０からのワイヤ６０をアノード側端子１５Ａ又はカソード側端子１５Ｂに接続することができる。なお、中継部材７０上に半導体レーザ素子３０は配置されない。

（ミラー５０）
図１Ｄに示すように、レーザ装置１は、ミラー５０を備えていてもよい。ミラー５０は半導体レーザ素子３０のレーザ光を出射する光出射面とミラー５０の傾斜面とが向かい合うように配置される。ミラー５０は半導体レーザ素子３０が出射するレーザ光を反射させる反射面を有する。ミラー５０は、例えば、実装面及び実装面に対して傾斜した傾斜面を含む母体と、母体の傾斜面に設けられた反射膜とを有する。ミラー５０の母体としては、ガラス、合成石英、シリコン、サファイア、アルミニウム等を用いることができる。ミラー５０の反射膜としては、金属膜、誘電体多層膜等を用いることができる。

（蓋体８０）
蓋体８０は、非透光性部材８２と、透光性部材８４と、第２接着部材８３Ｂと、を有する。蓋体８０は、パッケージ本体１０に接続される。これにより封止空間を形成することができ、半導体レーザ素子３０を気密封止することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、蓋体８０は、さらに支持部材８５を有することができる。複数の開口８２ｃは、複数の半導体レーザ素子３０からのレーザ光を外部へ取り出すことが可能な位置に設けられている。

蓋体８０の製造方法は、支持部材８５と非透光性部材８２とを第１接着部材８３Ａを介して接合する工程（工程Ａ）と、非透光性部材８２と透光性部材８４とを第２接着部材８３Ｂを介して接合する工程（工程Ｂ）と、を含むことができる。ここでは、工程Ａにおける接合温度を接合温度Ａとし、工程Ｂにおける接合温度を接合温度Ｂとして説明する。なお、接合温度とは、接合のために加える温度のうち最も高い温度を指す。例えば、接合温度Ａは、第１接着部材８３Ａが十分に溶ける温度とすることができ、第１接着部材８３Ａが溶ける温度よりもやや高い温度を選択することができる。接合温度Ｂについても同様である。接合後の再溶融等を避けるため、接合温度Ａ及び接合温度Ｂのうち高温の方の工程を先に行う。例えば、接合温度Ａが８００〜９００℃であり、接合温度Ｂが５００〜６００℃であれば、工程Ａを先に行い、その後で工程Ｂを行う。

（非透光性部材８２）
非透光性部材８２には、１以上の開口が設けられている。図２Ａに示す非透光性部材８２は、外枠部８２Ａと、外枠部８２Ａに接続された１以上の内枠部８２Ｂとを含み、非透光性部材８２には外枠部８２Ａ及び内枠部８２Ｂによって規定される複数の開口８２ｃが設けられている。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、非透光性部材８２を実線で示し、非透光性部材８２以外の部材を破線で示す。

非透光性部材８２は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とすることが好ましい。これと、ホウ珪酸ガラスを主材料とする透光性部材８４との組み合わせにより、透光性部材８４を透過してレーザ装置１から外部へ取り出される複数のレーザ光の偏光比の分布を均一に近付けることができる。これは、蓋体８０の製造時に、非透光性部材８２と透光性部材８４を接合するために第２接着部材８３Ｂが溶けるまで加熱を行い、その後降温するが、その際に透光性部材８４にかかる歪の面内分布を均一に近付けることができるためであると考えられる。

図５に、ホウ珪酸ガラス、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金及びビスマス系ガラスの温度と平均線膨張係数の関係を示す。線膨張係数の測定は、測定モードを圧縮モードとし、昇温速度を５℃／ｍｉｎとして行った。平均線膨張係数はいずれも基準温度を４０℃とした。すなわち、図５のグラフにおいて、例えば１００℃の平均線膨張係数とは４０〜１００℃における平均線膨張係数を示す。

図５に示すように、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金は、ほとんどの温度領域においてホウ珪酸ガラスと平均線膨張係数が近いが、４５０℃以上では高温になるほどホウ珪酸ガラスとの差が拡大する傾向がみられる。一方、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金は、４５０℃以下ではホウ珪酸ガラスとの平均線膨張係数差が大きいが、４５０℃超の領域では４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金よりもホウ珪酸ガラスとの平均線膨張係数差が小さい。第２接着部材８３Ｂとして例えばビスマス系ガラスを用いる場合、その軟化点は４００℃であり、５００〜６００℃程度に加熱して溶融させる。このように第２接着部材８３Ｂを４５０℃以上の高温で溶かす場合に、第２接着部材８３Ｂを溶融させる温度から軟化点までの温度において透光性部材８４との平均線膨張係数差は４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金よりも４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の方が比較的小さいと考えられる。このことが、透光性部材８４を通過した後の複数のレーザ光の偏光比比率が良好になる理由であると考えられる。

また、非透光性部材８２の主材料を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金とすることにより、温度変化に対する偏光比の変化の度合いを小さくすることができる。例えば、偏光比の平均値を、パッケージ本体１０の側面の温度が２５℃の場合と７５℃の場合で比較したときに、２５℃の場合を１００％とすると７５℃の場合を８０〜１２０％とすることができる。なお、偏光比とは、半導体レーザ素子３０の主偏光面以外の偏光面を有する光の強度に対する、半導体レーザ素子３０の主偏光面を有する光の強度の比である。例えば、半導体レーザ素子３０が出射するレーザ光がＴＥ（Transverse Electric）成分を主とする場合は、ＴＥ成分とＴＭ（Transverse Magnetic）成分の比（ＴＥ／ＴＭ）を偏光比とする。また、本明細書において、偏光比比率とは、１つのレーザ装置１における偏光比の最大値と最小値の比率を指す。

また、非透光性部材８２は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成するのみならず、非透光性部材８２を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の母材８２１とその表面に設けられたＮｉ等の金属膜８２２とを有する部材とすること、及び／又は、支持部材８５と非透光性部材８２を接合する第２接着部材８３Ｂとして第２接着部材８３Ｂよりも高温で溶ける材料を用いることが好ましいと考えられる。これは以下の理由による。すなわち、図５に示す各合金の平均線膨張係数は金属片を用いて測定した結果から求めたものであるが、図１Ａ等に示す非透光性部材８２は金属膜の存在や第１接着部材８３Ａを溶かすための加熱処理により、図５に示す平均線膨張係数とやや異なる数値となる可能性があり得る。したがって、非透光性部材８２は金属膜及び又は加熱処理を経たものであることがより好ましいと考えられる。

なお、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金は、典型的にはＦｅとＮｉとの質量の比率がＦｅ：Ｎｉ＝５８：４２の合金であるが、ＦｅとＮｉ以外の微量元素を含んでもよく、質量比率がＦｅ：Ｎｉ＝５８：４２と完全一致しなくてもよい。例えば、質量比率として、Ｎｉが４１〜４３％、Ｍｎ等の微量元素がそれぞれ１％未満、残部がＦｅである合金を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金と呼ぶことができる。

複数の開口８２ｃはそれぞれ、複数の半導体レーザ素子３０のうち２以上の半導体レーザ素子３０からの光の経路であることが好ましい。言い換えると、複数の開口８２ｃはそれぞれ、２以上の半導体レーザ素子３０からの光の経路とすることが可能な大きさであることが好ましい。これにより、それに収まる範囲で半導体レーザ素子３０の個数や配置を自由に選択することができるので、同じ設計の蓋体８０を使用しながら搭載する半導体レーザ素子３０の個数や配置が異なる複数種類のレーザ装置１を製造することが可能である。このように複数種類のレーザ装置１において共通の部材を使用できることでコストダウンが可能である。また、半導体レーザ素子３０の配置の自由度を向上させるためには、内枠部８２Ｂは一方向のみに延伸していることが好ましい。すなわち、開口８２ｃの一端８２ｃａ及び他端８２ｃｂはそれぞれ外枠部８２Ａの外縁であることが好ましい。例えば第１方向Ｘに延伸する内枠部と第２方向Ｙに延伸する内枠部とが混在している場合には、両方の内枠部を避けて半導体レーザ素子３０を配置する必要がある。しかし、非透光性部材８２が第１方向Ｘなどの一方向に延伸する内枠部８２Ｂのみを有することにより、半導体レーザ素子３０を一方向において自由に配置することができる。

図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、非透光性部材８２は、透光性部材８４の下側、すなわち半導体レーザ素子３０の側に配置されることが好ましい。レーザ装置１の気密性の検査は例えば加圧条件により行うが、この際に、透光性部材８４の下に非透光性部材８２があれば、非透光性部材８２によって、特に内枠部８２Ｂによって、透光性部材８４の変形の程度を小さくすることができるためである。これにより、透光性部材８４の損傷などによって気密性が破れる可能性を低減することができる。また、この場合、非透光性部材８２の内枠部８２Ｂの上面は透光性部材８４の下面と接触していることが好ましい。これにより、より確実に透光性部材８４の変形の程度を小さくすることができる。

図２Ｂに示すように、非透光性部材８２は、透光性部材８４を位置決めするために、開口８２ｃよりも外側に配置された第１内側面８２Ｄを有することができる。平面視において、第１内側面８２Ｄの成す形状は、透光性部材８４の外縁と略同じであることが好ましい。ただし、透光性部材８４が第１内側面８２Ｄよりも内側に収まるように、透光性部材８４よりも一回り大きくする。また、非透光性部材８２は、第１内側面８２Ｄよりも外側に配置された第２内側面８２Ｅを有することができる。第２内側面８２Ｅを設けることで第２接着部材８３Ｂをそれよりも内側に止めることができる。第１内側面８２Ｄ及び第２内側面８２Ｅのいずれか一方のみを設けてもよい。

内枠部８２Ｂは、外枠部８２Ａの一部から第１方向Ｘに沿って延伸して外枠部８２Ａの他の一部に達しており、透光性部材８４に照射される複数の半導体レーザ素子３０からの光のスポット形状は、第１方向Ｘを短手方向とする楕円形状であることが好ましい。これにより、１つの開口８２ｃに半導体レーザ素子３０を高密度に配置することが可能である。透光性部材８４から取り出された光は、例えばレンズ部を有するレンズ部材に入射させる。この場合、１つのレーザ光に１つのレンズ部を対応させることが好ましいため、スポット形状の長軸方向である第２方向Ｙよりも短軸方向である第１方向Ｘの方が半導体レーザ素子３０同士の距離を短くすることができる。したがって、第１方向Ｘの方が半導体レーザ素子３０を高密度に配置することができる。

図２Ａに示すように、内枠部８２Ｂの幅（第２方向Ｙにおける内枠部８２Ｂの一方の外縁から他方の外縁までの距離）は実質的に一定とすることができる。

図４において、非透光性部材８２の開口８２ｃの位置を破線で示す。図４に示すように、開口８２ｃは、平面視において、１組のアノード側端子１５Ａとカソード側端子１５Ｂとを結ぶ方向（第１方向Ｘ）に長い形状とすることができる。開口８２ｃの第２方向Ｙにおける幅の増大を抑制し、且つ、１組のアノード側端子１５Ａとカソード側端子１５Ｂとの間に配置できる半導体レーザ素子３０の上限数を増加させるためには、そのような形状であることが好ましい。開口８２ｃの平面視形状は例えば長辺と短辺とを有する略長方形状とする。略長方形状とは、長方形に限らず、長方形の角を丸めた形状や、長方形の角を落とした形状も含む。

（第１接着部材８３Ａ）
第１接着部材８３Ａは、非透光性部材８２を支持部材８５に固定する部材である。
上述のとおり、非透光性部材８２と透光性部材８４とを第２接着部材８３Ｂを介して接合する工程は、支持部材８５と非透光性部材８２とを第１接着部材８３Ａを介して接合する工程を経た後で行うことが好ましい可能性がある。言い換えると、第１接着部材８３Ａの溶ける温度は第２接着部材８３Ｂの溶ける温度よりも高いことが好ましいと考えられる。第１接着部材８３Ａが溶ける温度とは、第１接着部材８３Ａがガラスを主材料とする場合はそのガラスが軟化、変形または流動する温度を指し、第１接着部材８３Ａが金属を主材料とする場合はその金属の融点を指す。第１接着部材８３Ａが溶ける温度は、第１接着部材８３Ａを用いて各部材を接合する際の接合温度と言い換えてもよい。なお、接合温度と、接合後に第１接着部材８３Ａが再び溶ける温度とが異なる場合は、接合温度の方を基準として用いることが好ましい。第２接着部材８３Ｂが溶ける温度についても同様である。

第１接着部材８３Ａの主材料としては、ガラスまたは金属が挙げられる。接合温度を高くするためには、第１接着部材８３Ａの主材料は金属であることが好ましい。第１接着部材の材料としては、ロウ材を用いることができ、例えば銀ロウ等を用いることができる。第１接着部材８３Ａの厚みは、応力緩和の観点から、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上とすることができる。一方で、接合部の強度確保の観点から、第１接着部材８３Ａの厚みは、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下とすることができる。

（第２接着部材８３Ｂ）
第２接着部材８３Ｂは、図１Ｄに示すように、透光性部材８４の表面のうち側面に接続されていることが好ましい。これにより、第２接着部材８３Ｂが設けられていない内枠部８２Ｂの上面を透光性部材８４の下面に接触させやすいので、透光性部材８４を内枠部８２Ｂによって支持することが可能である。また、非透光性部材８２と透光性部材８４との間に第２接着部材８３Ｂを配置すると、接着時に第２接着部材８３Ｂが透光性部材８４の表面を広がり、半導体レーザ素子３０からの光の経路が第２接着部材８３Ｂで塞がれる懸念がある。透光性部材８４の側面に第２接着部材８３Ｂを接続することで、透光性部材８４の光が透過可能な領域を増大させることができる。これらの効果をより確実に得るために、第２接着部材８３Ｂは透光性部材８４の表面のうち実質的に側面のみに接続されていることが好ましい。このような第２接着部材８３Ｂは、例えば、まず透光性部材８４と接触しない位置に第２接着部材８３Ｂを形成し、その後に第２接着部材８３Ｂを溶かして透光性部材８４に接続させることで形成することができる。

第２接着部材８３Ｂの主材料としては、ガラスまたは金属が挙げられる。第２接着部材８３Ｂとして半田等の金属材料を用いる場合は、透光性部材８４との密着性を向上させるために透光性部材８４にメタライズ層を形成しておくことが好ましい。しかし、透光性部材８４の側面に均一なメタライズ層を形成することは困難であるので、第２接着部材８３Ｂはガラスを主材料とすることが好ましい。ガラスを主材料とする第２接着部材８３Ｂは、例えば、６００℃以下で軟化、変形または流動するものを選択する。第２接着部材８３Ｂは、例えば、酸化ビスマスを有するビスマス系ガラスを主材料とすることができる。第２接着部材８３Ｂが溶ける温度は、例えば５００〜６００℃の間から選択することができる。

（透光性部材８４）
透光性部材８４には、パッケージ本体１０及び蓋体８０に囲まれた封止空間内で発光する光の少なくとも一部を透過させる部材を用いる。例えば、半導体レーザ素子３０の発光を透過させる部材を用いる。また、半導体レーザ素子３０の発光で励起される蛍光体含有部材を封止空間内に配置する場合には、少なくともその蛍光を透過させる部材を透光性部材８４として用いる。透光性部材８４の主材料はホウ珪酸ガラスであることが好ましい。これにより、非透光性部材８２を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成したときに、透光性部材８４を透過する複数のレーザ光の偏光比のばらつきを小さくすることができる。

後述する実施例１、比較例１及び比較例２に示すように、透光性部材８４のサイズが大きくなるほど偏光比の分布の均一性が悪化する傾向がある。このため、本実施形態の構成は、１つの透光性部材８４の面積が１００ｍｍ^２以上である場合に特に好ましいと考えられる。透光性部材８４の面積は２００ｍｍ^２以上であることがより好ましい。透光性部材８４の面積の上限としては、例えば１０００ｍｍ^２以下が挙げられ、５００ｍｍ^２以下としてもよい。

また、透光性部材８４を透過して取り出される複数のレーザ光の偏光比比率は、１つのレーザ装置１において、１５以下であることが好ましい。レーザ装置１の偏光比比率の下限は、１以上であってよい。１つのレーザ装置１から出射されるレーザ光の特性を均一に近付ける目的のためには、偏光比比率が小さければよく、偏光比の最小値や平均値は高くてもよい。偏光比の最小値は、例えば１００以上であってもよい。この場合、偏光比の最小値は５００以下とすることができ、また、偏光比の平均値は例えば３００以上であってもよく、偏光比の平均値は９００以下とすることができる。これらの偏光比比率及び偏光比の数値は、例えば、パッケージ本体１０の側面の温度を２５℃としたときの数値として得ることができる。半導体レーザ素子３０の発光色や定格電流値等の特性が異なると偏光比が異なる場合があるため、これらの偏光比比率及び偏光比の数値は、レーザ装置１に搭載される半導体レーザ素子３０がすべて実質的に同じ特性である場合に特に好ましい。同じ型番として分類される程度のばらつきであれば「実質的に同じ特性」に含まれる。上述の偏光比比率及び偏光比が得られる半導体レーザ素子３０としては、例えばドミナント波長が４４０〜４７０ｎｍの範囲内の青色レーザ光を出射する半導体レーザ素子が挙げられる。

（支持部材８５）
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、蓋体８０は支持部材８５を有することができる。この場合、支持部材８５をパッケージ本体１０に溶接等により接続する。支持部材８５は、非透光性部材８２を支持する部材である。支持部材８５には開口８５ａが設けられている。開口８５ａを規定する支持部材８５の縁は、平面視において、非透光性部材８２の外縁よりも内側にあり、且つ、非透光性部材８２の開口８２ｃよりも外側にある。そして、開口８５ａを規定する支持部材８５の縁から非透光性部材８２の外縁までの間に第１接着部材８３Ａが配置されており、この第１接着部材８３Ａによって支持部材８５の上面と非透光性部材８２の下面とが接合されている。

支持部材８５は、金属を主材料として用いることにより、溶接等によりパッケージ本体１０の枠体１４と蓋体８０の支持部材８５とを固定することができるため、気密封止しやすくなる。支持部材８５と非透光性部材８２は、これらの間の剥離の可能性を低減するために、線膨張係数が近いことが好ましい。したがって、いずれもＮｉ−Ｆｅ合金を主材料とすることが好ましい。例えば、非透光性部材８２が４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とする場合に、支持部材８５は４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料としてよい。４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金は、典型的にはＦｅとＮｉとの質量の比率がＦｅ：Ｎｉ＝５５：４５の合金であるが、ＦｅとＮｉ以外の微量元素を含んでもよく、質量比率がＦｅ：Ｎｉ＝５５：４５と完全一致しなくてもよい。図１Ｅに示すように、支持部材８５は、母材８５１とその表面に設けられたＮｉ等の金属膜８５２とを有する部材とすることができる。

（その他の部材）
レーザ装置１は、さらに、蓋体８０の上に、レンズ部を有するレンズ部材を配置してもよい。また、レーザ装置１はツェナーダイオードなどの保護素子４２を備えてもよい。例えば１つの半導体レーザ素子３０に対して１つの保護素子４２を接続することができる。この場合、保護素子４２と半導体レーザ素子３０とは１つのサブマウント４１に固定することができる。

（実施例１）
実施例１として、図１A〜図１Ｅに示すレーザ装置１を作製した。基体１２は銅を主材料として形成し、枠体１４は軟鋼を主材料として形成し、板体１６は軟鋼を主材料として形成した。支持部材８５は４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成し、非透光性部材８２は４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成し、透光性部材８４はホウ珪酸ガラスを主材料として形成した。蓋体８０の形成は、まず、第１接着部材８３Ａとして銀ロウを用いて約９００℃の加熱によりこれを溶融させ、支持部材８５と非透光性部材８２を接合した。その後、第２接着部材８３Ｂとしてビスマス系ガラスを用いて約６００℃の加熱によりこれを溶融させ、非透光性部材８２と透光性部材８４を接合した。支持部材８５と枠体１４はシーム溶接により接合した。実施例１のレーザ装置１の基体１２のサイズは４７．５ｍｍ×２９ｍｍであり、支持部材８５の開口のサイズは２４．４ｍｍ×１８ｍｍであり、非透光性部材８２の各開口のサイズは１５．６ｍｍ×４ｍｍであった。レーザ装置１に搭載した半導体レーザ素子３０の数は１つの開口８２ｃあたり６個ずつ合計２４個であった。半導体レーザ素子３０はいずれも、出射するレーザ光のドミナント波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内であった。

図５は、実施例１で用いた、ホウ珪酸ガラス（透光性部材８４）と、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金（支持部材８５）と、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金（非透光性部材８２）と、ビスマス系ガラス（第２接着部材８３Ｂ）の温度と平均線膨張係数の関係を示すグラフである。線膨張係数の測定は、測定モードを圧縮モードとし、昇温速度を５℃／ｍｉｎとして行った。平均線膨張係数はいずれも基準温度を４０℃とした。すなわち、図５のグラフにおいて１００℃の平均線膨張係数とは４０〜１００℃における平均線膨張係数を示す。

（比較例１）
比較例１のレーザ装置は、非透光性部材８２を、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成したこと以外は実施例１と同様にして作製した。

（比較例２）
比較例２のレーザ装置は、非透光性部材８２を４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料として形成したこと、及び、透光性部材を１つの開口８２ｃにつき１つずつ合計４つ設けたこと以外は実施例１と同様にして作製した。すなわち、比較例１と比較例２とは、透光性部材のサイズ及び数が相違しているが、それ以外は同じとした。

（偏光比比率の比較）
実施例１と比較例１と比較例２のレーザ装置について、半導体レーザ素子を駆動させ、その偏光特性を測定した。測定条件として、パッケージ本体１０の側面の温度を２５℃とし、各半導体レーザ素子３０に流す電流を３Ａとした。各レーザ装置の半導体レーザ素子が出射するレーザ光はいずれもＴＥ成分を主とするｓ偏光の光であり、偏光比はＴＥ成分とＴＭ成分の比（ＴＥ／ＴＭ）とした。そして、偏光比比率として、１つのレーザ装置における偏光比の最大値と最小値の比率を求めた。偏光比比率が１に近いほど偏光比のばらつきが小さいといえる。偏光比比率は、実施例１が約４．０であり、比較例１が約３８．７であり、比較例２が約５．２であった。また、透光性部材１つあたりの面積は、実施例１及び比較例１が３７１．２５ｍｍ^２であり、比較例２が７４．２５ｍｍ^２であった。このような実施例１と比較例１と比較例２について、透光性部材１つあたりの面積と偏光比比率の関係を図６に示す。図６に示すように、透光性部材１つあたりの面積が小さいほど偏光比比率も小さくなるが、実施例１において非透光性部材８２の主材料を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金とすることで、透光性部材のサイズが４分の１である比較例２と同等程度の偏光比比率とすることができた。

以上、実施形態について説明したが、本発明は実施形態に何ら限定されるものではない。

１ レーザ装置
１０ パッケージ本体
１２ 基体
１２Ａ 上面
１２Ｂ 下面
１４ 枠体
１５Ａ アノード側端子
１５Ｂ カソード側端子
１６ 板体
３０ 半導体レーザ素子
４１ サブマウント
４２ 保護素子
５０ ミラー
６０ ワイヤ
７０ 中継部材
８０ 蓋体
８２ 非透光性部材
８２Ａ 外枠部
８２Ｂ 内枠部
８２ｃ 開口
８２ｃａ 一端
８２ｃｂ 他端
８２Ｄ 第１内側面
８２Ｅ 第２内側面
８２１ 母材
８２２ 金属膜
８３Ａ 第１接着部材
８３Ｂ 第２接着部材
８４ 透光性部材
８５ 支持部材
８５ａ 開口
８５１ 母材
８５２ 金属膜
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向

Claims (10)

1. レーザ装置に用いる蓋体であって、
   前記蓋体は、
   支持部材と、
   １以上の開口が設けられた非透光性部材と、
   前記１以上の開口を一体的に塞ぐ透光性部材と、
   前記非透光性部材を前記支持部材に固定する第１接着部材と、
   前記透光性部材を前記非透光性部材に固定する第２接着部材と、を有し、
   前記透光性部材は、ホウ珪酸ガラスを主材料とし、
   前記非透光性部材は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とすることを特徴とする蓋体。
2. 前記透光性部材の面積は１００ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１に記載の蓋体。
3. 前記第１接着部材の溶ける温度は、前記第２接着部材の溶ける温度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓋体。
4. 前記第２接着部材は、ガラスを主材料とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓋体。
5. 前記非透光性部材は、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる母材と、該母材の表面に設けられた１以上の金属膜と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓋体。
6. 前記支持部材は、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金を主材料とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓋体。
7. 前記非透光性部材は、外枠部と、前記外枠部に接続された１以上の内枠部とを含み、
   前記１以上の開口は、前記外枠部及び前記内枠部によって規定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓋体。
8. 前記第２接着部材は、前記外枠部に設けられており、前記内枠部には設けられていないことを特徴とする請求項７に記載の蓋体。
9. 前記第２接着部材は、前記透光性部材の表面のうち側面に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓋体。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の蓋体と、
    前記蓋体に接続され、前記蓋体と共に封止空間を形成するパッケージ本体と、
    前記封止空間内に配置された複数の半導体レーザ素子と、を備えることを特徴とするレーザ装置。
    
    

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