JP2021106247A - パッケージ、発光装置、およびレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザダイオードの高出力化に適したパッケージを提供する。【解決手段】パッケージは、レーザダイオードを収容するパッケージであって、前記レーザダイオードと電気的に接続されるリードと、前記レーザダイオードが実装される実装面、および前記実装面の周囲に位置し、かつ、前記レーザダイオードを囲む側壁を有し、前記側壁は前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過させる透光部と、第１貫通孔とを有する基部と、前記基部の前記側壁に接合され、第２貫通孔を有するリード保持部材と、を備え、前記リードは、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を通り、前記リードの少なくとも中心部分が銅から形成されている。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、パッケージ、発光装置、およびレーザ装置に関する。

高出力のレーザビームを用いて多様な種類の材料に切断、穴あけ、マーキングなどの加工を行ったり、金属材料を溶接したりすることが行われている。近年、半導体レーザ素子（レーザダイオード）の高出力化に伴い、レーザダイオードを備える発光装置を材料加工用の高出力レーザ装置に用いることが検討されている。このような発光装置は、レーザダイオードを収容するパッケージを備え、加工用途以外にも、プロジェクタまたは照明光源などの様々な用途に利用され得る。

特許文献１には、レーザダイオードなどの発光素子を収容するパッケージの構成例が開示されている。

特開２０１９−０１６７８４号公報

レーザダイオードの高出力化に適したパッケージが求められている。

本開示のパッケージは、一実施形態において、レーザダイオードが収容されるパッケージであって、前記レーザダイオードと電気的に接続されるリードと、前記レーザダイオードが実装される実装面、および前記実装面の周囲に位置し、かつ、前記レーザダイオードを囲む側壁を有し、前記側壁は前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過させる透光部と、第１貫通孔とを有する基部と、前記基部の前記側壁に接合され、第２貫通孔を有するリード保持部材と、を備え、前記リードは、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を通り、前記リードの少なくとも中心部分が銅から形成されている。

本開示によれば、レーザダイオードの高出力化に適したパッケージを実現することができる。

図１Ａは、本開示の例示的な実施形態における発光装置の構成例を模式的に示す正面側の斜視図である。 図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態における発光装置の構成例を模式的に示す背面側の斜視図である。 図２Ａは、図１Ａの構成のＹＺ平面に平行な平面に沿って切断した断面図である。 図２Ｂは、図１Ｂに示す構成を分離した状態で示す背面側の斜視図である。 図２Ｃは、図１Ｂの構成からカバーを省略した背面側の斜視図である。 図２Ｄは、図２Ｃの構成をＹＺ平面に平行な平面に沿って切断し、切断面より手前の部分を除去した構成の背面側の斜視図である。 図３は、本実施形態の応用例におけるレーザ装置の構成例を模式的に示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。

さらに以下は、本開示の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本開示を以下に限定しない。また、構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、理解を容易にするなどのために誇張している場合がある。

（実施形態）
図１Ａから図２Ｄを参照して、本開示の実施形態の基本的な構成例を説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、本開示の例示的な実施形態における発光装置１００の構成例を模式的に示す正面側の斜視図および背面側の斜視図である。これらの図では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。本明細書では、説明のわかりやすさのため、Ｙ軸の矢印の方向を「上方」と称する。このことは、発光装置１００の使用時における向きを制限するわけではなく、発光装置１００の向きは任意である。

本実施形態における発光装置１００は、レーザダイオードと、レーザダイオードを収容するパッケージとを備える。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、レーザダイオードは外観に表れないが、パッケージの内部に収容されている。パッケージは、基部２０と、レーザダイオードに電力を供給する一対のリード３０と、一対のリード３０を保持するリード保持部材４０と、基部２０に固定されたカバー５０と、を備える。本実施形態における基部２０は、レーザダイオードを支持する底部２０ｂと、レーザダイオードを囲む側壁２０ｗとを有する。側壁２０ｗは、レーザダイオードから出射されたレーザ光を透過させる透光部２０ｔを有する。発光装置１００は、透光部２０ｔからレーザ光をＺ方向に向けて出射する。レーザダイオードは、信頼性の観点から発光装置１００の内部に気密に封止されている。このような気密封止の必要性は、レーザダイオードが出射するレーザ光の波長が短くなるほど高くなる。

カバー５０は、本実施形態において板状の形状を有している。図に示す例において、カバー５０の厚さ方向は、Ｙ方向に一致する。

本実施形態における各リード３０の少なくとも中心部分は、電気伝導率が高い銅から形成されている。したがって、発熱を抑制しつつ、一対のリード３０に大きな電流を流すことが可能になる。例えば出力が１０Ｗ以上のレーザダイオードを用いる場合に好適である。

本実施形態におけるパッケージのうち、一対のリード３０およびリード保持部材４０を除いた部分は、概略的に直方体の形状を有する。このような形状のパッケージは、概略的な形状が円柱状のパッケージとは異なり、パッケージの下面を不図示のヒートシンクに接触させる場合に接触面積を大きくして放熱効果を高めることが可能になる。パッケージのＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各最大サイズは、例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり得る。

以下に、図２Ａから図２Ｄを参照して、本実施形態における発光装置１００の構成要素を詳しく説明する。図２Ａは、図１Ａの構成のＹＺ平面に平行な断面図である。図２Ｂは、図１Ｂに示す構成を分離した状態で示す背面側の斜視図である。図２Ｃは、図１Ｂの構成からカバー５０を省略した背面側の斜視図である。図２Ｄは、図２Ｃの構成をＹＺ平面に平行な平面に沿って切断し、切断面より手前の部分を除去した構成の背面側の斜視図である。

［レーザダイオード１０］
レーザダイオード１０は、図２Ａに示すように、透光部２０ｔに向けて、可視領域における青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または赤外もしくは紫外のレーザ光１０Ｌを出射し得る。レーザ光１０Ｌは拡がりを有し、レーザ光１０ＬのＹ方向における拡がり角は、Ｘ方向における拡がり角よりも大きい。レーザ光１０Ｌの出力は、例えば１０Ｗ以上であり得るが、用途によっては１０Ｗ以下であってもよい。レーザダイオード１０が紫外、青色または緑色などの短波長のレーザ光１０Ｌを出射する場合、レーザダイオード１０が実装された空間を気密封止することにより、レーザダイオード１０の出射端面１０ｅに生じる集塵を抑制することができる。レーザダイオード１０が赤色または赤外などの長波長のレーザ光を出射する場合でも、信頼性および耐久性の観点から、レーザダイオード１０が実装された空間を気密封止してもよい。レーザダイオード１０は、サブマウント１２を介して間接的に底部２０ｂに支持されているが、基部２０における底部２０ｂに直接支持されてもよい。レーザダイオード１０の個数は１つであるが、用途によっては、２以上であってもよい。２以上のレーザダイオード１０は、Ｘ方向に沿って並び得る。レーザダイオード１０およびサブマウント１２の詳細については後述する。

［基部２０］
基部２０における底部２０ｂは、図２Ｂに示すように、上面２０ｂｕと、上面２０ｂｕから突出した凸部２０ｐとを有する。凸部２０ｐは、レーザダイオード１０が実装される実装面２０ｓを含む。実装面２０ｓは、ＸＺ平面に対して平行な平坦面である。凸部２０ｐを有する底部２０ｂは、例えばプレス加工によって形成され得る。凸部２０ｐにおける実装面２０ｓは、例えば研磨または圧延処理によって平坦にされ得る。凸部２０ｐの高さを調整することにより、図２Ａに示すように、レーザダイオード１０の出射端面１０ｅと、透光部２０ｔにレーザ光１０Ｌが入射する面２０ｔｓとを対向させることができる。底部２０ｂが、例えば熱伝導率が高い金属材料から形成されることにより、レーザダイオード１０から発せられた熱を効率的に発光装置１００の外部に伝えることができる。当該金属材料は、例えば、銅、鉄、銅合金、または鉄合金であり得る。

基部２０における側壁２０ｗは、図２Ｃに示すように、実装面２０ｓの周囲に位置し、レーザダイオード１０を囲む。側壁２０ｗは、正面壁部分２０ｗｆ、背面壁部分２０ｗｂ、および２つの側面壁部分２０ｗｓを有する。正面壁部分２０ｗｆおよび背面壁部分２０ｗｂは互いに対向する。２つの側面壁部分２０ｗｓは互いに対向し、かつ正面壁部分２０ｗｆおよび背面壁部分２０ｗｂを繋ぐ。このように、側壁２０ｗは、概略的に角筒形状を有するが、円筒形状または楕円筒形状を有していてもよい。側壁２０ｗは、底部２０ｂの上面２０ｂｕの縁部に銀ろうなどの接合材料で接合され得る。

基部２０における側壁２０ｗは、図２Ｂに示すように、一対の貫通孔２０ｈと、キャップ２０ｃと、開口部２０оとを有する。貫通孔２０ｈはリード３０を通す。キャップ２０ｃは、開口部２０ｇоを有する接合部材２０ｇを介して透光部２０ｔを保持する。キャップ２０ｃは開口部２０ｃоを有する。接合部材２０ｇで接合されたキャップ２０ｃおよび透光部２０ｔは、側壁２０ｗの正面壁部分２０ｗｆに設けられた開口部２０оを閉じる。透光部２０ｔは、板状の形状を有する。キャップ２０ｃを介して透光部２０ｔを側壁２０ｗに設けることにより、側壁２０ｗにおいて発生した熱応力が透光部２０ｔに伝わりにくくなり、透光部２０ｔが破損または破壊されることを抑制することができる。本明細書において、キャップ２０ｃを「透光部保持部材」とも称する。一対の貫通孔２０ｈは、側壁２０ｗの背面壁部分２０ｗｂに設けられているが、それぞれ、互いに対向する２つの側面壁部分２０ｗｓに設けられていてもよい。貫通孔２０ｈの直径は、リード３０の直径よりも大きい。貫通孔２０ｈの直径は、例えば1ｍｍ以上２ｍｍ以下であり得る。キャップ２０ｃの縁部と、側壁２０ｗにおける開口部２０оの縁部とは、例えば金すずなどの接合部材で接合され得る。

レーザダイオード１０から出射されたレーザ光１０Ｌは、図２Ａに示すように、キャップ２０ｃの開口部２０ｃо、接合部材２０ｇの開口部２０ｇо、および透光部２０ｔをこの順に通過する。レーザダイオード１０の出射端面１０ｅと透光部２０ｔのレーザ光１０Ｌが入射する面２０ｔｓとのＺ方向における距離は、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。透光部２０ｔの厚さは、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり得る。側壁２０ｗの厚さは、例えば０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり得る。キャップ２０ｃの開口部２０ｃоの直径は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり得る。接合部材２０ｇの開口部２０ｇоの直径は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり得る。レーザダイオード１０から透光部２０ｔまでの距離が近く、かつ、側壁２０ｗおよび透光部２０ｔが薄い。したがって、本実施形態におけるパッケージによれば、レーザダイオード１０から出射された拡がりを有するレーザ光１０Ｌの主要部分は、透光部２０ｔの周辺部によって妨げられることなく、効率的にパッケージの外部に取り出すことができる。このように、本実施形態におけるパッケージによれば、側壁２０ｗを薄くすることにより、レーザ光１０Ｌが側壁２０ｗの厚さによって遮られることを抑制することができる。

本実施形態におけるパッケージにおいて、側壁２０ｗは、コバールから形成されている。コバール（ｋｏｖａｒ）は、主成分である鉄にニッケルおよびコバルトを加えた合金である。コバールの常温付近での熱膨張率は金属のなかでは相対的に低く、硬質ガラスの熱膨張係数に近い。また、本実施形態におけるキャップ２０ｃは、Ｆｅ−Ｎｉ合金から形成され、接合部材２０ｇは、低融点ガラスから形成されている。透光部２０ｔは、ホウケイ酸ガラスから形成されている。

［一対のリード３０］
一対のリード３０は、不図示のワイヤを介して、レーザダイオード１０に電力を供給する。一方のリード３０、レーザダイオード１０、および他方のリード３０がこの順に電気的に接続されている。一対のリード３０の各々は、電気伝導率が高い銅または銅芯を有するＦｅ−Ｎｉ合金から形成されている。銅芯は、リードの円柱の中心軸に沿って配置されている。言い換えれば、円柱形状の銅の周りに、円筒形状のＦｅ−Ｎｉ合金が形成されている。リード３０が電気抵抗の低い材料である銅を中心部に有することにより、各リード３０に大きな電流を流すことが可能になる。しかし、銅のリードを採用した場合、その熱膨張係数がパッケージ側壁の熱膨張係数よりも大きいため、側壁を十分に厚くしない限り、リードを保持する部分での封止性が低下するおそれがある。本実施形態では、後述するリード保持部材を用いることにより、パッケージ側壁を薄くしつつ、銅を有するリードを採用することが可能になる。各リード３０の直径は、望ましくは０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。図に示す例において、一対のリード３０は、側壁２０ｗの背面壁部分２０ｗｂに設けられた一対の貫通孔２０ｈを通り、互いに隣り合っている。側壁２０ｗの２つの側面壁部分２０ｗｓの各々に貫通孔２０ｈが設けられた場合、一対のリード３０は、それぞれ一対の貫通孔２０ｈを通り、互いに対向していてもよい。一対のリード３０の配置に制限はない。

［リード保持部材４０］
リード保持部材４０は、図２Ｂに示すように、一対の貫通孔４０ｈと、一対の接合部材４２とを有する。貫通孔４０ｈはリード３０を通す。接合部材４２は、貫通孔４０ｈの側壁４０ｈｗとリード３０とを固定する。リード保持部材４０は、リード保持部材４０における一対の貫通孔４０ｈが、それぞれ側壁２０ｗにおける一対の貫通孔２０ｈに重なるように、銀ろうなどの接合部材で側壁２０ｗに接合されている。接合部材４２は、貫通孔４０ｈの側壁４０ｈｗとリード３０との間に隙間なく設けられている。リード保持部材４０は、炭素含有率が０．０５％以上０．３％以下の鉄である軟鋼から形成されている。接合部材４２は、軟質ガラスから形成されている。軟鉄は導電性材料であり、軟質ガラスは電気絶縁性材料である。接合部材４２により、一対のリード３０の短絡を防ぐことができるとともに、パッケージの封止性を向上させることができる。本明細書において、側壁２０ｗにおける貫通孔２０ｈを「第１貫通孔２０ｈ」とも称し、リード保持部材４０における貫通孔４０ｈを「第２貫通孔４０ｈ」とも称する。

図２Ｄに示すように、貫通孔２０ｈの側壁２０ｈｗとリード３０との間には隙間２０ｈｇが存在する。つまり、側壁２０ｗとリード３０とは接していない。このため、導電性の側壁２０ｗを通じて一対のリード３０が短絡することもない。

隙間２０ｈｇは、側壁２０ｗに接合されたリード保持部材４０によって外側から封止される。リード保持部材４０は、一対のリード３０を安定的に保持することができる。各リード３０が直径２ｍｍ程度の太さを有していても、安定的な保持が可能である。リード保持部材４０は、Ｚ方向において、側壁２０ｗよりも厚い、または側壁２０ｗと同程度の厚さを有する。言い換えれば、側壁２０ｗとリード保持部材４０とが接合される面に垂直な方向において、リード保持部材４０のサイズは、側壁２０ｗのサイズ以上である。側壁２０ｗよりも厚い、または側壁２０ｗと同程度の厚さのリード保持部材４０は、一対のリード３０を保持する効果を向上させる。

本実施形態におけるパッケージでは、側壁２０ｗではなく、リード保持部材４０が一対のリード３０を保持するので、前述したように、側壁２０ｗを薄くすることができる。図に示す例では、一対のリード３０が隣り合っているので、リード保持部材４０も隣り合う一対の貫通孔４０ｈを有する。前述したように一対のリード３０が対向する場合、各々が１つの貫通孔４０ｈを有する２つのリード保持部材４０が、側壁２０ｗの２つの側面壁部分２０ｗｓにそれぞれ接合される。

本実施形態におけるパッケージにおいて、側壁２０ｗ、リード保持部材４０、接合部材４２、およびリード３０の中心部分を形成する材料の熱膨張係数は以下の通りである。コバールの熱膨張係数は約５×１０^−６Ｋ^−１であり、軟鋼の熱膨張係数は約１１×１０^−６Ｋ^−１であり、軟質ガラスの熱膨張係数は約９×１０^−６Ｋ^−１であり、銅の熱膨張係数は約１８×１０^−６Ｋ^−１である。リード３０の中心部分以外の部分は、銅以外の材料から形成され得るので、リード３０全体の熱膨張係数は、銅の熱膨張係数とは異なり得る。それでも、本実施形態では、リード保持部材４０の熱膨張係数が、側壁２０ｗの熱膨張係数と、リード３０の熱膨張係数との中間程度である。このため、リード保持部材４０が緩衝材として機能する。したがって、本実施形態におけるパッケージの使用において側壁２０ｗに熱応力が発生しても、リード保持部材４０により、貫通孔２０ｈの側壁２０ｈｗとリード３０との隙間２０ｈｇを外側から封止し続けることができる。

本実施形態におけるパッケージにおいて、リード保持部材４０の熱膨張係数が、側壁２０ｗの熱膨張係数以上であり、かつ、リード３０の熱膨張係数以下であることにより、リード保持部材４０は、側壁２０ｗとのリード３０の中心部分との熱膨張係数の差を緩和する。その結果、本実施形態におけるパッケージの熱応力に対する耐久性が向上する。

本実施形態におけるパッケージとは異なり、リード保持部材４０が存在せず、貫通孔２０ｈの側壁２０ｈｗとリード３０とが軟質ガラスなどの接合部材で固定された構成では、本実施形態のように側壁２０ｗを薄くすると、レーザダイオードの高出力に伴って増大する熱応力に対して高い耐久性は期待できない。

［カバー５０］
カバー５０は、図２Ｂに示すように、側壁２０ｗの上面２０ｗｕに補強部材２２を介して接合される。カバー５０は、基部２０およびリード保持部材４０と共に、レーザダイオード１０が実装された空間を封止する。補強部材２２は、発光装置１００の封止性を向上させる。補強部材２２が存在しない構成では、側壁２０ｗの上面２０ｗｕとカバー５０との間に隙間が生じ得る。カバー５０は、コバールから形成されている。補強部材２２は、コバールから形成されている。カバー５０および補強部材２２が、側壁２０ｗと同じ材料から形成されることにより、本実施形態におけるパッケージの熱応力に対する耐久性が向上する。カバー５０は、レーザダイオード１０が実装された空間を封止する必要がない場合には省略してもよい。

なお、側壁２０ｗ、キャップ２０ｃ、接合部材２０ｇ、および透光部２０ｔ、リード保持部材４０、接合部材４２、およびカバー５０は、前述した材料以外の材料から形成されていてもよい。例えば、側壁２０ｗは、コバール以外に、ＳＰＣ（ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｃｏｌｄ）から形成され得る。リード保持部４０は、軟鋼以外に、コバールから形成され得る。

次に、レーザダイオード１０およびサブマウント１２の詳細を説明する。

［レーザダイオード１０およびサブマウント１２の詳細］
レーザダイオード１０は、上面視で長方形の外形を有する。また、長方形の２つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、レーザダイオード１０から出射される光の出射端面１０ｅになる。また、レーザダイオード１０の上面および下面のそれぞれの面積は、出射端面１０ｅの面積よりも大きい。

レーザダイオード１０は、可視領域における青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍ以上４９４ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。青色のレーザ光を出射するレーザダイオード１０としては、窒化物半導体を含むレーザダイオード１０が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。緑色のレーザ光を出射するレーザダイオード１０としては、窒化物半導体を含むレーザダイオード１０が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。赤色のレーザ光を出射するレーザダイオード１０としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むレーザダイオード１０が挙げられる。赤色光のレーザダイオード１０として、２以上の導波路領域を備えるレーザダイオード１０が用いられ得る。これらの半導体を含むレーザダイオード１０は、窒化物半導体を含むレーザダイオード１０と比べて、熱により出力が低下しやすい。導波路領域を増やすことによって熱を分散させてレーザダイオード１０の出力低下を低減することができる。

レーザダイオード１０は、その下面がサブマウント１２に接するように設けられている。レーザダイオード１０とサブマウント１２との接触面積が拡大することから、動作時にレーザダイオード１０から出射された熱を、サブマウント１２に速やかに放出することができる。

レーザダイオード１０のＺ方向における長さは例えば５０μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｘ方向における幅は例えば５０μｍ以上５００μｍ以下であり、Ｙ方向における高さは例えば２０μｍ以上１５０μｍ以下であり得る。

レーザダイオード１０は、例えば、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を含む積層構造を備える。レーザダイオード１０が高出力のレーザ光を出射する場合、レーザダイオード１０は、活性層とサブマウント１２との距離が活性層とレーザダイオードの上面との距離よりも短いフェイスダウンの状態で配置され得る。フェイスダウンの状態では、活性層で発生した熱をサブマウント１２に効率的に伝えることができる。図２Ｂに示す例では、サブマウント１２上に不図示の電極が設けられており、この電極は、レーザダイオード１０のｐ型半導体層に電気的に接続されている。この電極を「ｐ側の電極」と称する。一方、レーザダイオード１０の上面にも、不図示の電極が設けられており、この電極は、レーザダイオード１０のｎ型半導体層に電気的に接続されている。この電極を「ｎ側の電極」と称する。ｐ側の電極およびｎ側の電極は、それぞれ、不図示のワイヤを介して、一対のリード３０に電気的に接続されている。なお、レーザダイオード１０が、活性層とサブマウント１２との距離が活性層とレーザダイオードの上面との距離よりも長いフェイスアップの状態で配置される場合、前述のｐ側の電極とｎ側の電極との関係が逆になる。

ｐ側の電極とｎ側の電極とに電圧を印加して閾値以上の電流を流すことにより、レーザダイオード１０は、活性層の出射端面１０ｅからレーザ光を出射する。レーザ光１０Ｌは拡がりを有し、出射端面１０ｅと平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰとは、出射端面１０ｅから離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。この光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ^２以上の強度を有する光を、主要部分の光とする。

レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１０ＬのＦＦＰの形状は、活性層の出射端面１０ｅが延びる方向よりも、活性層を含む複数の半導体層の積層方向の方が長い楕円形状である。活性層の出射端面が延びる方向をＦＦＰの水平方向、積層方向をＦＦＰの垂直方向とする。

また、ＦＦＰの光強度分布に基づいて、光強度分布の半値全幅に相当する角度を、そのレーザダイオード１０の光の拡がり角とする。ＦＦＰの垂直方向における光の拡がり角を垂直方向の拡がり角、ＦＦＰの水平方向における光の拡がり角を水平方向の拡がり角とする。

サブマウント１２は上面と、下面と、側面とを有し、その形状は直方体である。サブマウント１２は上下方向（Ｙ方向）におけるサイズが最も小さい。サブマウント１２の形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント１２は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、および炭化ケイ素の少なくとも１つから形成され得る。

サブマウント１２は、レーザダイオード１０から発生した熱を外部に伝える役割を果たすことができる。この場合、サブマウント１２の熱伝導率は、底部２０ｂにおける実装面２０ｓの熱伝導率よりも高いことが望ましい。また、サブマウント１２は、レーザダイオード１０の光の出射位置を調整する役割を果たすことができる。

サブマウント１２のＺ方向における長さは例えば２００μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｘ方向における幅は例えば３００μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｙ方向における高さは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であり得る。

（レーザ装置）
次に、図３を参照して、本実施形態における発光装置１００を用いたレーザ装置について説明する。図３は、本実施形態の応用例におけるレーザ装置２００の構成例を模式的に示す平面図である。図３に示す例において、レーザ装置２００は、複数の発光装置１００と、複数の発光装置１００を支持する放熱プレート１２０と、複数のコリメートレンズ１４０と、集光レンズ１６０とを備える。複数の発光装置１００は、放熱プレート１２０に直接固定されているか、グリスまたはハンダを介して固定されている。放熱プレート１２０は、複数の発光装置１００から発せられた熱を効率的に外部に伝えることができる。複数の発光装置１００はＸ方向に沿って並び、Ｚ方向に向けてレーザ光１０Ｌを出射する。複数の発光装置１００は直列接続されている。すなわち、隣り合う２つの発光装置１００の最近接の２つのリード３０を配線することによって電気的に接続されている。コリメートレンズ１４０は、発光装置１００の透光部２０ｔの前に配置されている。コリメートレンズ１４０は、発光装置１００から出射されたレーザ光１０Ｌをコリメートするコリメートレンズである。集光レンズ１６０は、複数の発光装置１００および複数のコリメートレンズ１４０の前に配置されている。集光レンズ１６０は、例えば、コリメートされた複数のレーザ光１０Ｌを集光する。集光レンズ１６０の代わりに、反射鏡またはグレーティングなどの光学系により、コリメートされた複数のレーザ光１０Ｌを集光してもよい。集光されたレーザ光１０Ｌによって、例えば、金属板１８０が加工され得る。複数のレーザ光１０Ｌの波長はすべて同じであり得る。用途によっては、複数のレーザ光１０Ｌのうち、少なくとも１つの波長が、他の波長と異なっていてもよい。あるいは、複数のレーザ光１０Ｌの波長がすべて異なっていてもよい。銅などの金属を加工する場合、金属による吸収率を高める観点から、レーザ光１０Ｌの波長は、青または青紫の範囲にあることが望ましい。

集光された複数のレーザ光１０Ｌの出力は、おおよそ、各レーザ光１０Ｌの出力の、複数の発光装置１００の個数倍に等しい。複数の発光装置１００の個数を増加させることにより、レーザ装置２００の出力を高くすることができる。複数の発光装置１００をＸ方向だけでなくＹ方向にも沿って並べることにより、複数の発光装置１００の個数を増加させてもよい。

本実施形態の応用例におけるレーザ装置２００は、金属加工の他に、プロジェクタの光源に利用されてもよい。

本開示におけるパッケージ、発光装置、およびレーザ装置は、例えば、金属加工、およびプロジェクタなどに利用され得る。

１０ レーザダイオード
１０ｅ 出射端面
１０Ｌ レーザ光
１２ サブマウント
２０ 基部
２０ｂ 底部
２０ｃ キャップ
２０ｃо キャップの開口部
２０ｇ 接合部材
２０ｇо 接合部材の開口部
２０о 側壁の開口部
２０ｐ 凸部
２０ｓ 実装面
２０ｔ 透光部
２０ｔｓ 透光部にレーザ光が入射する面
２０ｈ 側壁における貫通孔
２０ｈｗ 貫通孔の側壁
２０ｗ 側壁
２０ｗｂ 背面壁部分
２０ｗｆ 正面壁部分
２０ｗｓ 側面壁部分
２２ 補強部材
３０ 一対のリード
４０ リード保持部材
４０ｈ 貫通孔
４０ｈｗ 貫通孔の側壁
４２ 接合部材
５０ カバー
１００ 発光装置
１２０ 放熱プレート
１４０ コリメートレンズ
１６０ 集光レンズ
１８０ 金属板
２００ レーザ装置

Claims (15)

1. レーザダイオードを収容するパッケージであって、
   前記レーザダイオードと電気的に接続されるリードと、
   前記レーザダイオードが実装される実装面、および前記実装面の周囲に位置し、かつ、前記レーザダイオードを囲む側壁を有し、前記側壁は前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過させる透光部と、第１貫通孔とを有する基部と、
   前記基部の前記側壁に接合され、第２貫通孔を有するリード保持部材と、を備え、
   前記リードは、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔を通り、前記リードの少なくとも中心部分が銅から形成されている、パッケージ。
2. 前記リード保持部材は、前記第２貫通孔の側壁と前記リードとを固定する接合部材をさらに備える、請求項１に記載のパッケージ。
3. 一対のリード３０の各々の直径は、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のパッケージ。
4. 前記側壁に固定され、前記レーザダイオードが実装される空間を封止するカバーをさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載のパッケージ。
5. 前記リード保持部材の熱膨張係数は、前記側壁の熱膨張係数以上であり、かつ、前記リードの熱膨張係数以下である、請求項１から４のいずれかに記載のパッケージ。
6. 前記側壁の厚さは、１００μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１から５のいずれかに記載のパッケージ。
7. 前記側壁は、コバールまたはＳＰＣ（ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｃｏｌｄ）から形成されている、請求項１から６のいずれかに記載のパッケージ。
8. 前記側壁と前記リード保持部材とが接合される面に垂直な方向において、前記リード保持部材のサイズは、前記側壁のサイズ以上である、請求項１から７のいずれかに記載のパッケージ。
9. 前記リード保持部材は、軟鋼またはコバールから形成されている、請求項１から８のいずれかに記載のパッケージ。
10. 前記基部は、前記実装面を含む底部を有し、
    前記底部は、銅から形成されている、請求項１から９のいずれかに記載のパッケージ。
11. 前記側壁は、前記透光部を保持する透光部保持部材を有し、
    前記透光部は、ホウケイ酸ガラスから形成されている、請求項１から１０のいずれかに記載のパッケージ。
12. 前記レーザダイオードの出力が１０Ｗ以上である、請求項１から１１のいずれかに記載のパッケージ。
13. 前記側壁に固定され、前記レーザダイオードが実装される空間を封止するカバーをさらに備え、
    前記側壁の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であり、
    前記側壁は、コバールから形成され、
    前記側壁と前記リード保持部材とが接合される面に垂直な方向において、前記リード保持部材のサイズは、前記側壁のサイズよりも大きく、
    前記リード保持部材は、軟鋼から形成され、
    前記側壁は、前記実装面を含む底部、および前記透光部を保持する透光部保持部材を有し、
    前記底部は、銅から形成されており、
    前記透光部は、ホウケイ酸ガラスから形成されている、請求項１に記載のパッケージ。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載のパッケージと、
    前記実装面に実装された前記レーザダイオードと、
    を備える、発光装置。
15. 複数の発光装置と、
    前記複数の発光装置から出射されたレーザ光を集光する光学系と、
    を備え、
    前記複数の発光装置のそれぞれは、請求項１４に記載の発光装置である、レーザ装置。
    

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