JP3909853B2 - 半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置を収納して安定した放熱が可能な半導体レーザ組立体に関する。

半導体レーザ素子をパッケージ化した半導体レーザ装置は、動作時の発熱による温度上昇を抑えるために、放熱経路を十分確保できる構造となっている。この半導体レーザ装置を光ピックアップ等の装置に組み立てるときも、半導体レーザ装置からの熱を外部に放散できるように、放熱経路が確保される構造とする必要がある。

半導体レーザ装置は、従来、金属ステムの上にサブマウントを介して半導体レーザ素子を載置して、金属性キャップで封止した所謂キャンタイプパッケージが使われてきたが、近年、電子機器の小型化、薄型化に合わせるように、リードフレーム上にサブマウントを介して半導体レーザ素子を載置して、樹脂で取り囲んだ所謂リードフレームタイプのパッケージが普及し始めている。

このリードフレームタイプの半導体レーザ装置は、例えば、図１４の斜視図に模式的に示すように、サブマウント１１６に搭載されたチップ状のレーザ光を出射する半導体レーザ素子１１５と、半導体レーザ素子１１５から出射されるレーザ光をモニタする受光素子（図示略）と、半導体レーザ素子１１５と受光素子が載置されるリードフレーム１１１と、半導体レーザ素子１１５と受光素子の周囲を取り囲む下部及び上部外囲器１１８、１１９と、出射されるレーザ光に対して反対側に下部外囲器１１８から外側に伸びるリード端子１１２とを主要構成要素としている（例えば、特許文献１参照。）。この半導体レーザ装置１０６は、モノリシックに形成された所謂２波長発振タイプの半導体レーザ素子１１５を搭載しているために、４本のリード端子１１２を有している。

この半導体レーザ装置１０６は、例えば、光ピックアップ用の部品として使用される場合、より熱容量の大きな、例えば金属製の外部放熱器である放熱部品に取り付けられた構造体（以下、半導体レーザ組立体という）を構成することが多い。この半導体レーザ組立体を、リードフレーム１１１伸張方向に対して垂直且つリードフレーム１１１面に平行な側方から見た一部に切欠を入れた模式的な正面図を図１５に示す。

図１５に示すように、半導体レーザ組立体１０１は、放熱部品１２４の空隙１２５の所定の位置に、半導体レーザ装置１０６を収納して、上部外囲器１１９と空隙１２５の内壁の一面である上面１２７との間に、例えば弾性を有する板バネ１２１を挿入して固定し、板バネ１２１の反発力を利用して、半導体レーザ装置１０６の底部のリードフレーム１１１を空隙１２５の内壁の他面である底面１２６に接触させる構造をとっている。半導体レーザ組立体１０１を構成することにより、主に金属壁を介して伝導で伝わる放熱経路が確保される。同時に、放熱部品１２４で囲まれた部分は強度が増すために、半導体レーザ装置１０６は、この後の組立工程において扱い易くなる。

しかしながら、半導体レーザ装置１０６あるいは放熱部品１２４とは別の部品である板バネ１２１を、例えばピンセットで掴んで、上部外囲器１１９と放熱部品１２４の内壁の上面１２７との間に挿入して、所定の位置に設置することは、時間を要する作業となっていた。その上、時間をかけて作業を行ったにもかかわらず、所定の位置からずれて設置されていると、半導体レーザ装置１０６のリードフレーム１１１と放熱部品１２４の内壁の底面１２６との接触が不十分となり、半導体レーザ素子１１５が規定の温度より高くなってしまい、光ピックアップの性能が発揮できなかったり、寿命が短くなったりする不良が発生しやすい。
特開２００３−３１８８５号公報（第３頁、図１）

本発明は、放熱特性の安定が図られ、部品点数の削減が可能な半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体レーザ組立体は、内壁面の一部を構成する平面を有する一面と、前記一面に対向する他面とが貫通している貫通孔状の空隙が形成された放熱部品と、一主面に半導体レーザ素子を載置し、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、前記リードフレームに連接され、前記外囲器の外部に形成され、且つ前記放熱部品の内壁に接触する弾性体とを有して、前記外囲器、前記リードフレーム及び前記弾性体は前記放熱部品の空隙に収納され、前記リードフレームの他主面が前記放熱部品の一面に接触した半導体レーザ装置とを有することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が一主面に載置され、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、前記リードフレームに連接され、前記外囲器の外部に形成された弾性体と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に、前記外囲器の外側に形成されたリード端子とを有することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体レーザ組立体は、内壁面の一部を構成する一平面と、前記一平面に対向した位置にあり、前記一平面に対して傾斜を有する他面とが貫通している貫通孔状の空隙が形成された放熱部品と、一主面に半導体レーザ素子を載置し、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記内壁面の傾斜を有する他面に接触する前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む傾斜を有する外囲器とを有して、前記外囲器及び前記リードフレームは前記放熱部品の空隙に収納され、前記リードフレームの他主面が前記放熱部品の一平面に接触した半導体レーザ装置とを有することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が一主面に載置され、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記レーザ光出射方向の開口側では小さく、反対側では大きい外形寸法からなる傾斜を有する前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に、前記外囲器の外側に形成されたリード端子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、放熱特性の安定が図られ、部品点数の削減が可能な半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。

本発明の実施例１に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体について、図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は半導体レーザ組立体の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は一部に切欠を入れて内部を示す正面図、図１（ｂ）は側面図、図２は半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図３は半導体レーザ組立体の主要構成要素である半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。

まず、図１に示すように、半導体レーザ組立体１は、弾性体である板バネ２１が形成された半導体レーザ装置６と、半導体レーザ装置６が収まる貫通孔状の空隙２５を形成された直方体外形の放熱部品２４とを備えて、空隙２５の中に、半導体レーザ装置６のリード端子１２以外の部分を載置した構造である。そして、半導体レーザ装置６の上部外囲器１９の外部且つ図面上方に形成されたウィング状の板バネ２１の反発力を利用して、半導体レーザ装置６の底部のリードフレーム１１を放熱部品２４の空隙２５内壁の一面である底面２６に接触させてある。レーザ光出射方向は、リード端子１２とは反対方向、すなわち図１（ａ）の図面左方向となる。

図２に示すように、放熱部品２４は、半導体レーザ装置６に比較して熱容量の大きな、例えば金属製の外部放熱器であり、外形がほぼ直方体である。この直方体には向かい合う２面方向に貫通した空隙２５が形成されて、この空隙２５は、その内壁面と開口部とでほぼ直方体形状をなしている。半導体レーザ装置６のリードフレーム１１と接触する空隙２５の内壁の底面２６及び板バネ２１が接触する空隙２５の内壁の他面である上面２７は、平面になっている。放熱部品２４の肉厚、すなわち、金属部分の外壁面と空隙２５の内壁面との距離は、例えば、１〜２ｍｍ程度あるが、半導体レーザ組立体１が使用される収納環境等によって変化させることができる。

空隙２５の両開口部間の寸法は、空隙２５の内壁の底面２６にリードフレーム１１を接触させて、半導体レーザ装置６のリード端子１２の大部分を放熱部品２４の外部に出した状態に置いて、リードフレーム１１、下部外囲器１８、及び上部外囲器１９の部分を収納して、少しの余裕が残る程度である。空隙２５の開口部の長方形の寸法は、一辺がリード端子１２に垂直な方向のリードフレーム１１の最大寸法部が収納できる大きさ、他の一辺がリードフレーム１１から板バネ２１の先端部までの寸法より例えば０．５ｍｍ程小さい大きさである。

図３に示すように、半導体レーザ装置６は、例えば熱伝導率の高い窒化アルミニウム等からなるサブマウント１６に搭載されたチップ状のレーザ光を出射する半導体レーザ素子１５と、半導体レーザ素子１５から出射されるレーザ光をモニタする受光素子（図示略）と、半導体レーザ素子１５と受光素子が載置される銅系あるいは鉄系の材料からなるリードフレーム１１と、半導体レーザ素子１５と受光素子の周囲を取り囲むように２段構成された外囲器、すなわち、樹脂形成された下部外囲器１８と、樹脂成型されたキャップ状の上部外囲器１９と、出射されるレーザ光に対して反対側に下部外囲器１８から外側に伸びるリード端子１２と、リードフレーム１１に連接され、上部外囲器１９の外側上部に対をなして形成された板バネ２１とを主な構成要素としている。

半導体レーザ素子１５が載置される一主面とは反対側のリードフレーム１１の他主面である底面は、露出されて、下部外囲器１８の底面と同一平面ないしは下部外囲器１８の底面よりわずかに外側に出ている。半導体レーザ素子１５は、リード端子１２とは反対側に当たるリードフレーム１１の端部、すなわち、図３（ａ）に示す平面図の左側面に近く、リードフレーム１１の図面上下方向の中心部に載置されている。リードフレーム１１の一主面に接する下部外囲器１８の上に、半導体レーザ素子１５及び受光素子等の周囲を取り囲むように上部外囲器１９が形成されて、図３（ａ）に示す平面図の左側に半導体レーザ素子１５のレーザ光出射のための開口がなされている。

半導体レーザ素子１５及び受光素子は、リード端子１２と電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子１５は、モノリシックに形成された所謂２波長発振タイプのために、４本のリード端子１２が配設されている。

図３（ｂ）に示すように、板バネ２１は、リード端子１２とは反対側の半導体レーザ素子１５載置側の端部にあり、板バネ２１の面はリード端子１２の伸長方向に平行になるように形成されている。すなわち、板バネ２１の折り曲げ形状は、リードフレーム１１を延長した短冊状の板バネ２１になるべき部分を、リード端子１２の伸長方向に平行を保ちつつ、最初に下部外囲器１８及び上部外囲器１９の外側面に沿うように、図面上部方向にほぼ直角になるまで折り曲げ、次に上部外囲器１９外側面（図の上面）に沿うようにほぼ直角になるまで折り曲げ、上部外囲器１９の図面左右側面間の約２／５程内側に入った部分で、Ｕ字状に折り曲げ、上部外囲器１９上の板バネ２１の端部は上部外囲器１９の左または右側面上部方向に向かって開いている。

また、図３（ｂ）に示すように、板バネ２１は、Ｕ字状に折り曲げられる付近までは、下部外囲器１８及び上部外囲器１９の外側面からほぼ一定距離だけ離れて形成され、対をなす板バネ２１の先端部の距離はリードフレーム１１の図面左右端の最大距離より小さく形成されている。板バネ２１の先端部は面取りがなされて、例えば丸みを帯びている。リードフレーム１１の外側底面から板バネ２１の先端部までの高さは、放熱部品２４に組み込んだ時、板バネ２１の圧縮距離が、例えば約０．５ｍｍになるように形成されている。

次に、半導体レーザ組立体１を組み立てる方法を説明する。半導体レーザ装置６と、放熱部品２４を用意して、半導体レーザ装置６の両板バネ２１とリードフレーム１１を、例えば、先端の幅が広いピンセット（図示略）で掴んで、板バネを圧縮する状態に保ち、放熱部品２４の空隙２５に挿入する。板バネ２１とリードフレーム１１の一部が空隙２５の先端部にかかった状態で、ピンセットを取り外して、半導体レーザ装置６を目標方向に移動させて、所定の位置に設置することができる。板バネ２１の先端部は面取りされているので、板バネ２１の先端部及びリードフレーム１１の底部等を放熱部品２４の空隙２５の内壁に接触させながら移動が可能である。

半導体レーザ装置６を放熱部品２４の空隙２５の所定の位置に固定するために、例えば、樹脂接着剤（図示略）で止めても差し支えない。また、板バネ２１を掴むピンセットの力が安定しない場合は、板バネ２１を圧縮し過ぎないように、一定の距離以下に間隔を狭めることができないストッパを設けたピンセット（図示略）を使うことが可能である。

以上のようにして作製した半導体レーザ組立体１は、図１に示すように、板バネ２１の先端部が放熱部品２４の空隙２５の内壁の上面２７に接触して、圧縮された状態になっている。板バネ２１の一部は半導体レーザ装置６の上部外囲器１９の上面を押している。すなわち、板バネ２１の反発力が働いて、その結果、半導体レーザ装置６のリードフレーム１１の底部は、放熱部品２４の空隙２５の底面２６に接触させられる。

この半導体レーザ組立体１の通電評価を、従来品との比較も含めて行った。比較対象は、板バネを持たないことだけが異なる従来の半導体レーザ装置を、別部品の板バネを使用して、放熱部品２４に押圧、固定した半導体レーザ組立体である。雰囲気温度を変化させた半導体レーザ組立体１の電流−光出力特性等は、比較対象半導体レーザ組立体の特性に対して全く遜色のない結果を示した。また、同時に作製、評価した１００個以上の半導体レーザ組立体１においても同様な結果を安定して得ることができた。

上述したように、半導体レーザ組立体１は、リードフレーム１１に連接され、上部外囲器１９の外側上部に対をなして形成された板バネ２１の上面２７を押す反発力を利用して、半導体レーザ装置６を放熱部品２４に押圧することにより、リードフレーム１１を介して放熱部品２４への放熱経路を確保できるので、放熱特性の安定が図られる。板バネ２１は、リードフレーム１１に一体化しているので、別部品の板バネ２１を必要とせず、板バネ２１を掴んで、別に挿入する工程が省略できる。その上に、組立工程中に、板バネ２１を紛失することはなく、板バネ２１の位置がずれることもないので、組立工程の簡略化が可能である。

本発明の実施例２に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図、図５は半導体レーザ組立体の主要構成要素である半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は側面図である。実施例１の半導体レーザ装置との違いは、板バネの位置、折り曲げる方向、及び数量等である。放熱部品は実施例１と同様であるので、半導体レーザ組立体としての違いも半導体レーザ装置の板バネに関する部分である。なお、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

まず、図４に示すように、半導体レーザ組立体２は、弾性体である板バネ３１が形成された半導体レーザ装置７と、半導体レーザ装置７が収まる貫通孔状の空隙２５を形成された直方体外形の放熱部品２４とを備えて、空隙２５の中に、半導体レーザ装置７のリード端子１２以外の部分を載置した構造である。そして、半導体レーザ装置７の上部外囲器１９の外部且つ図面上方に形成されたウィング状の板バネ３１の反発力を利用して、半導体レーザ装置７の底部のリードフレーム１１を放熱部品２４の空隙２５内壁の一面である底面２６に接触させてある。レーザ光出射方向は、リード端子１２と反対方向の図面左方向となる。

図５に示すように、半導体レーザ装置７の板バネ３１は、リード端子１２側の近く、上部外囲器１９のリードフレーム１１とは反対側外部に３個並列してあり、板バネ３１の面はリード端子１２の伸長方向に垂直且つリードフレーム１１面に平行な方向に平行になるように形成されている。すなわち、図５（ａ）に示すように、板バネ３１の折り曲げ形状は、リードフレーム１１を延長したリード端子１２方向に伸びた短冊状の板バネ３１になるべき部分を、リード端子１２の伸長方向に垂直且つリードフレーム１１面に平行な方向に平行を保ちつつ、最初に下部外囲器１８及び上部外囲器１９の外側面に沿うように、図面上部方向にほぼ直角になるまで折り曲げ、次に上部外囲器１９外側面（図の上面）に沿うように、ほぼ直角になるまで折り曲げ、上部外囲器１９の図面左右側面間のほぼ中央部で、Ｕ字状に折り曲げ、上部外囲器１９上の板バネ３１の先端部は上部外囲器１９の側面上部方向に向かって開いている。板バネ３１がリード端子１２に接触することはない。

また、図５（ａ）に示すように、板バネ３１は、Ｕ字状に折り曲げられる付近までは、下部外囲器１８及び上部外囲器１９の外側面からほぼ一定距離だけ離れて形成され、板バネ３１の先端部は、下部外囲器１８あるいは上部外囲器１９のリードフレーム１１側外側面の延長よりリードフレーム１１側に出てはいない。板バネ３１の先端部は面取りがされて、例えば丸みを帯びている。リードフレーム１１の外側底面から板バネ３１の先端部までの高さは、放熱部品２４に組み込んだ時、板バネ３１の圧縮距離が、例えば約０．５ｍｍになるように形成されている。

次に、半導体レーザ組立体１の作製は、例えば、半導体レーザ装置７の板バネ３１とリードフレーム１１を、先端の幅が広いピンセット（図示略）で掴んで、実施例１と同様に行うことができる。あるいは、レーザ光出射側を先に、放熱部品２４の空隙２５に挿入する場合は、ピンセット等の治具を使わなくても差し支えない。

以上のようにして作製した半導体レーザ組立体２は、図４に示すように、板バネ３１の先端部が放熱部品２４の空隙２５の内壁の上面２７に接触して、圧縮された状態になっている。板バネ３１の一部は半導体レーザ装置６の上部外囲器１９の上面を押している。すなわち、板バネ３１の反発力が働いて、その結果、半導体レーザ装置７のリードフレーム１１の底部は、放熱部品２４の空隙２５の底面２６に接触させられる。

上述したように、実施例１の効果が同様に得られる他に、更に、半導体レーザ装置６の板バネ３１は、リード端子１２に並列した、従来切り捨てていたリードフレームを利用して形成することができるので、材料の有効利用が図られる。

本発明の実施例３に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体について、図６乃至図８を参照しながら説明する。図６は半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図、図７は半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は平面図、図８半導体レーザ組立体の主要構成要素である半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は平面図である。実施例１または実施例２の半導体レーザ装置との違いは、板バネの位置、折り曲げる方向、あるいは数量等であり、実施例１または実施例２の放熱部品との違いは、空隙の形状すなわち内壁面の形状及び大きさであり、従って、半導体レーザ組立体も少し大きくなっている。なお、実施例１または実施例２と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

まず、図６に示すように、半導体レーザ組立体３は、弾性体である板バネ４１が形成された半導体レーザ装置８と、半導体レーザ装置８が収まる貫通孔状の空隙５５を形成された直方体外形の放熱部品５４とを備えて、空隙５５の中に、半導体レーザ装置８のリード端子１２以外の部分を載置した構造である。そして、半導体レーザ装置８の上部外囲器３９の外部且つリード端子１２側に形成された逆Ｕ字状の板バネ４１の反発力を利用して、半導体レーザ装置８の傾斜した上部外囲器３９を放熱部品５４の空隙５５の他面の一つである緩斜面（図の上面左側）５７ａに押し付けて、その反作用で半導体レーザ装置８の底部のリードフレーム１１を放熱部品５４の空隙５５の一面である底面５６に接触させてある。レーザ光出射方向は、リード端子１２と反対方向の図面左方向となる。

図７に示すように、放熱部品５４は、半導体レーザ装置８に比較して熱容量の大きな、例えば金属製の外部放熱器であり、外形がほぼ直方体で、直方体の向かい合う２面方向に貫通された空隙５５が形成されている。図７（ａ）に示すように、この空隙５５の一方の長方形の開口（図面左側）の対向する上下方向に伸びた２辺は、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１、下部外囲器１８及び上部外囲器３９からなるレーザ光出射方向端部の高さと同程度の長さであり、他方の長方形の開口（図面右側）の対向する上下方向に伸びた２辺は、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１あるいは下部外囲器１８と上部外囲器３９とからなるリード端子１２側の高さより、例えば、１〜２ｍｍ程大きいが、半導体レーザ装置８の大きさにより変更可能である。

放熱部品５４の空隙５５の内壁の他面である上面は、図面左側に緩斜面５７ａ、右側に急斜面５７ｂで構成されている。緩斜面５７ａの傾斜は、半導体レーザ装置８の上部外囲器３９の外側面の傾斜と同じであり、急斜面５７ｂの傾斜は緩斜面５７ａの傾斜より急である。緩斜面５７ａと急斜面５７ｂとの境界は、緩斜面５７ａ側開口部から上部外囲器３９のリード端子１２伸長方向の寸法の１／３〜１／２程度内側（右側）に入った位置にある。空隙５５の内壁の底面５６は、急斜面５７ｂ側開口部、すなわち、図面右端部に近接して、半導体レーザ組立体３を組み立てた時板バネ４１に対応する位置に、突起５９を有しており、突起５９以外の底面５６は平面である。

放熱部品５４の肉厚、すなわち、金属部分の外壁面と空隙２５の内壁面との距離は、例えば、１〜３ｍｍ程度あるが、半導体レーザ組立体３が使用される収納環境等によって変化させることができる。

放熱部品５４の空隙５５の両開口部間の寸法は、空隙５５の内壁の底面５６にリードフレーム１１を接触させて、半導体レーザ装置８のリード端子１２の多くを放熱部品５４の外部に出した状態に置いて、リードフレーム１１、下部外囲器１８、上部外囲器３９、及び板バネ４１を収納できる長さを有している。

図８に示すように、半導体レーザ装置８は、主な要素として、実施例１の上部外囲器１９を、半導体レーザ素子１５を挟んでリードフレーム１１とは反対側の外側面に、半導体レーザ素子１５のレーザ出射方向側が低く、反対側が高くなる傾斜を付けて樹脂成型されたキャップ状の上部外囲器３９と置き換え、実施例１の板バネ２１を、リードフレーム１１に連接され、下部外囲器１８及び上部外囲器３９の外部且つリード端子１２側に形成された逆Ｕ字状の板バネ４１と置き換えて、読み替えた構成である。

図８に示すように、半導体レーザ装置８の板バネ４１は、下部外囲器１８及び上部外囲器３９の外部のリード端子１２側に張り出し、３個並列して、板バネ４１の面はリード端子１２の伸長方向に垂直且つリードフレーム１１面に平行な方向に平行になるように形成されている。すなわち、図８（ａ）に示すように、板バネ４１の折り曲げ形状は、リードフレーム１１を延長したリード端子１２方向に伸びた短冊状の板バネ４１になるべき部分を、リード端子１２の伸長方向に垂直且つリードフレーム１１面に平行な方向に平行を保ちつつ、最初に下部外囲器１８及び上部外囲器３９の外側面に沿うように、図面上部方向にほぼ直角になるまで折り曲げ、次に上部外囲器３９外側面（図の上面）の高さと同じ位の位置で、Ｕ字状に折り曲げ、板バネ４１と上部外囲器３９との距離より板バネ４１と下部外囲器１８との距離が大きくなるように下側に向かって開いている。板バネ４１がリード端子１２に接触することはない。

また、図８（ａ）に示すように、板バネ４１は、Ｕ字状に折り曲げられる付近までは、下部外囲器１８及び上部外囲器１９の外側面からほぼ一定距離だけ離れて形成され、板バネ４１の先端部はリードフレーム１１の底面のなす平面より図面上側にとどめてある。板バネ４１の先端部のリード端子１２方向の位置は、放熱部品５４に組み込んだ時、板バネ４１の圧縮距離が、例えば約０．５ｍｍになるように形成されている。

次に、半導体レーザ組立体３を組み立てる方法を説明する。半導体レーザ装置８と、放熱部品５４を用意して、半導体レーザ装置８を急斜面５７ｂ側開口部から挿入して、放熱部品５４の空隙５５の内壁に接触させながら押して行き、所定の位置に収納した後、板バネ４１の先端部を突起５９の空隙５５側に掛けて固定する。３個の板バネ４１を同時に突起５９に掛けることができるように、先端部を薄くした、３連のフォーク状治具を使用するのが好適である。放熱部品５４の緩斜面５７ａで規定される空隙５５に半導体レーザ装置８のレーザ光出射側端部を嵌め込む構造であるために、半導体レーザ装置８は所定の位置に容易に設置され、固定される。

以上のようにして作製した半導体レーザ組立体３は、図６に示すように、上部外囲器３９が緩斜面５７ａに接触し、板バネ４１の先端部が放熱部品５４の空隙６６の突起５９に接触固定されて、圧縮された状態になっている。この結果、上部外囲器３９が板バネ４１の反発力により緩斜面５７ａに押圧され、緩斜面５７ａからの反作用の図面下向きの成分が半導体レーザ装置８のリードフレーム１１の底部を、放熱部品５４の空隙５５の底面５６に接触させることになる。

上述したように、実施例１あるいは実施例２の効果が同様に得られる他に、更に、放熱部品５４に対する半導体レーザ装置８は、より精度よく所定の位置に設置されることになり、放熱特性はより一層安定化される。

本発明の実施例４に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図、図１０は半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は平面図である。実施例３の放熱部品との違いは、空隙の形状すなわち内壁面の形状にあり、上面は傾斜面ではなく段差面とした点である。なお、実施例１乃至実施例３と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

まず、図９に示すように、半導体レーザ組立体４は、弾性体である板バネ４１が形成された半導体レーザ装置８と、半導体レーザ装置８が収まる貫通孔状の空隙６５を形成された直方体外形の放熱部品６４とを備えて、空隙６５の中に、半導体レーザ装置８のリード端子１２以外の部分を載置した構造である。そして、半導体レーザ装置８の上部外囲器３９の外部且つリード端子１２側に形成された逆Ｕ字状の板バネ４１の反発力を利用して、半導体レーザ装置８の傾斜した上部外囲器３９の外側面を放熱部品６４の空隙６５の他面の一つである面取りされた第２面６７ｂに押し付けて、その反作用で半導体レーザ装置８の底面のリードフレーム１１を放熱部品６４の空隙６５の一面である底面５６に接触させてある。レーザ光出射方向は、リード端子１２と反対方向の図面左方向となる。

図１０に示すように、放熱部品６４は、半導体レーザ装置８に比較して熱容量の大きな、例えば金属製の外部放熱器であり、外形がほぼ直方体で、直方体の向かい合う２面方向に貫通された空隙６５が形成されている。図１０（ａ）に示すように、この空隙６６の一方の長方形の開口（図面左側）の対向する上下方向に伸びた２辺は、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１、下部外囲器１８及び上部外囲器３９からなるレーザ光出射方向端部の高さより大きく、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１あるいは下部外囲器１８と上部外囲器３９とからなるリード端子側の高さより小さく、他方の長方形の開口（図面右側）の対向する上下方向に伸びた２辺は、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１あるいは下部外囲器１８と上部外囲器３９とからなるリード端子側の高さより、例えば、１〜２ｍｍ程大きいが、半導体レーザ装置８の大きさにより変更可能である。

図１０（ａ）に示すように、放熱部品６４の空隙６５の内壁の他面である上面は、図面左側から、底面５６からの距離がＡである第１面６７ａ、第２面６７ｂ、第３面６７ｃ、底面５６からの距離がＢである第４面６７ｄで構成されている。第１面６７ａ及び第４面６７ｄは、空隙６６の内壁の突起５９を除く底面５６に平行な平面、第３面６７ｃは第４面６７ｄに連接し、第４面６７ｄにほぼ垂直な平面、第２面６７ｂは第１面６７ａ及び第３面６７ｃに連接し、面取りされて、その断面はほぼ円弧状をなすように形成されている。

第３面６７ｃの位置は、図面左側開口部から、上部外囲器３９のリード端子１２伸長方向の寸法の１／３〜１／２程度内側（右側）にある。空隙６５の内壁の底面５６と上面の第１面６７ａとの距離は、半導体レーザ装置８をこの空隙６６に挿入して板バネ４１側から押圧した時に、上部外囲器１９外側上面と第２面６７ｂとが接触して、半導体レーザ装置８のレーザ光出射側端面が左側開口とほぼ同一面になるように、固定できる位置としてある。空隙６５の内壁の底面５６は、図面右側開口部に近接して、半導体レーザ組立体３を組み立てた時板バネ４１に対応する位置に、突起５９を有しており、突起５９以外の底面５６は平面である。

放熱部品６４の肉厚、すなわち、金属部分の外壁面と空隙６５の内壁面との距離は、例えば、１〜３ｍｍ程度あるが、半導体レーザ組立体４が使用される収納環境等によって変化させることができる。

次に、半導体レーザ組立体４を組み立てる方法を説明する。半導体レーザ装置８と、放熱部品６４を用意して、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１からの高さがＣである半導体レーザ装置８のレーザ光出射側端部を第４面６７ｄ側開口部から挿入して、放熱部品６４の空隙６５の底面５６に接触させながら押して行き、半導体レーザ装置８のリードフレーム１１からの高さがＤである半導体レーザ装置８のレーザ光出射側とは反対側の端部を挿入して、所定の位置に収納した後、最後に板バネ４１の先端部を突起５９の空隙６５側に掛けて固定する。

以上のようにして作製した半導体レーザ組立体４は、図９に示すように、上部外囲器３９が第２面６７ｂに接触し、板バネ４１の先端部が放熱部品６４の空隙６５の突起５９に接触固定されて、圧縮された状態になっている。この結果、上部外囲器３９が板バネ４１の反発力により第２面６７ｂに押圧され、第２面６７ｂからの反作用の図面下向きの成分が半導体レーザ装置８のリードフレーム１１の底部を、放熱部品６４の空隙６５の底面５６に接触させることになる。

上述したように、実施例１乃至実施例３の効果が同様に得られる他に、更に、放熱部品６４の空隙６５に半導体レーザ装置８を挿入し、固定位置に持って行く時に、空隙６５に余裕があるために、よりスムーズに所定の位置に設置することが可能である。

本発明の実施例５に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザ組立体について、図１１乃至図１３を参照しながら説明する。図１１は半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図、図１２は半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図１２（ａ）は正面図、図１２（ｂ）は平面図、図１３は半導体レーザ組立体の主要構成要素である半導体レーザ装置を模式的に示す平面図である。実施例１乃至実施例４の半導体レーザ装置との違いは、板バネを使用せずに、半導体レーザ装置のリードフレームの底部を放熱部品に接触させている。なお、実施例１乃至実施例４と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

まず、図１１に示すように、半導体レーザ組立体５は、傾斜を付けた上部外囲器３９を有する半導体レーザ装置９と、半導体レーザ装置９が収まる貫通孔状の空隙７５を形成された直方体外形の放熱部品７４とを備えて、空隙７５の中に、半導体レーザ装置９のリード端子１２以外の部分を載置した構造である。そして、半導体レーザ装置９の傾斜した上部外囲器３９を放熱部品７４の空隙５５の他面である斜面（図の上面）７７に押し付けて、その反作用で半導体レーザ装置８の底部のリードフレーム１１を放熱部品７４の空隙７５の一平面である底面７６に接触するように、リードフレーム１１を接着剤７９で固定させてある。レーザ光出射方向は、リード端子１２と反対方向の図面左方向となる。リード端子１２の大部分は放熱部品７４の空隙７５の外部に出ている。

図１２に示すように、放熱部品７４は、半導体レーザ装置８に比較して熱容量の大きな、例えば金属製の外部放熱器であり、外形がほぼ直方体で、直方体の向かい合う２面方向に貫通された空隙７５が形成されている。

放熱部品７４の空隙７５の内壁の斜面７７は、平面である底面７６に対して、寸法において、レーザ光出射方向側で小さく、反対方向側で大きくなる一定の傾斜を有している。この傾斜は、半導体レーザ装置９の上部外囲器３９の外側面の傾斜と一致している。放熱部品７４の空隙７５の図面左側及び右側の開口部間の寸法は、空隙７５の底面７６にリードフレーム１１を接触させて、リードフレーム１１、下部外囲器１８、上部外囲器３９を収納できる長さを有している。

図１３に示すように、半導体レーザ装置９は、実施例３に示した半導体レーザ装置８から板バネ４１の部分を除去した構成とほとんど同じである。

次に、半導体レーザ組立体５を組み立てる方法を説明する。半導体レーザ装置９と、放熱部品７４を用意して、半導体レーザ装置９を放熱部品７４の広い開口部側から、レーザ光出射方向を先に挿入して、空隙７５の内壁の底面７６と斜面７７に接触するまで押して行き、所定の位置に収納した後、半導体レーザ装置９が動かないように、例えば、バネ等を利用して一定の力がかかるように設定された押さえ治具（図示略）で仮止めする。その後、例えば、エポキシ樹脂等からなる接着剤７９を、半導体レーザ装置９のリードフレーム１１部を底面７６に固定する位置に注入器等で注入する。接着剤７９が硬化した後、仮止めした治具を取り外す。なお、半導体レーザ装置９の固定方法として、接着剤７９以外に、放熱部品７４の外壁側から斜面７７に連続する部分に切欠あるいは穴等を形成して、例えば、リードフレーム１１部をネジ止めあるいはピン止めしても良い。

以上のようにして作製した半導体レーザ組立体５は、図１１に示すように、上部外囲器３９が斜面７７に接触し、リードフレーム１１が底面７６に接触した状態になっている。これは、上部外囲器３９が斜面７７に押圧され、斜面７７からの反作用の図面下向きの成分が半導体レーザ装置９のリードフレーム１１の底部を、放熱部品７４の空隙７５の底面７６に接触させている状態を、接着剤７９で固定していることになる。

上述したように、実施例１乃至実施例４の効果と同様に放熱特性の安定及び部品点数の削減が図られる。更に、放熱部品７４に対する半導体レーザ装置９は、より精度よく所定の位置に設置されることになり、放熱特性はより一層安定化される。

以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、半導体レーザ素子は、モノリシックに形成された所謂２波長発振タイプを使用した例を示したが、１波長発振タイプであってもよく、その時、リード端子数を削減することが可能である。

また、放熱部品は貫通孔状の空隙を形成されているが、例えば、一体物の金属がくり貫かれて形成されてもよいし、金属部品が組み合わされて形成されても差し支えない。

また、実施例５を除いて、板バネの数が２個あるいは３個の例を示したが、半導体レーザ装置のリードフレームの外側底部を放熱部品の内壁面の底面に均一に接触させることができれば、板バネの数は、１個でもよいし、３個以上あっても差し支えない。また、板バネの断面形状は、Ｕ字状を有する例を示したが、反発力を利用できる形状であれば、例えば、Ｌ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、Ｚ字状、円弧状、円形状、楕円形状等、あるいは、Ｕ字状も含めてこれらを組み合わせた形状であっても差し支えない。

また、上面は、実施例３では、傾斜の異なる２種類の面から構成される例、また、実施例５では、1つの傾斜を有する斜面から構成される例を示したが、傾斜の異なる２種類以上の面から構成されても差し支えない。また、上面は、傾斜のある面と底面に平行な面とを組み合わせることも可能である。

また、実施例３あるいは実施例４で、板バネの先端部は放熱部品の底面側を向いていたが、折り曲げ方により、板バネの先端部は放熱部品の上面側を向けることが可能である。その場合、板バネを固定する突起は放熱部品の上面側に、設けられる構成とすることが可能である。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１）半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が一主面に載置され、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、前記リードフレームに連接され、前記外囲器の外部に形成された弾性体と、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に、前記外囲器の外側に形成されたリード端子とを有する半導体レーザ装置。

（付記２）前記弾性体は、前記リード端子の伸長方向に平行を保ちながら、折り曲げて形成された面から構成される付記１に記載の半導体レーザ装置。

（付記３）前記弾性体は、前記リード端子の伸長方向に垂直且つ前記リードフレームに平行な方向に平行を保ちながら、折り曲げて形成された面から構成される付記２に記載の半導体レーザ装置。

本発明の実施例１に係る半導体レーザ組立体の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は一部に切欠を入れて内部を示す正面図、図１（ｂ）は側面図。 本発明の実施例１に係る半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図。 本発明の実施例１に係る半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図。 本発明の実施例２に係る半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図。 本発明の実施例２に係る半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は側面図。 本発明の実施例３に係る半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図。 本発明の実施例３に係る半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は平面図。 本発明の実施例３に係る半導体レーザ装置を模式的に示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は平面図。 本発明の実施例４に係る半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図。 本発明の実施例４に係る半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図１０（ａ）はその正面図、図１０（ｂ）は平面図。 本発明の実施例５に係る半導体レーザ組立体の構造を一部に切欠を入れて模式的に示す正面図。 本発明の実施例５に係る半導体レーザ組立体の放熱部品を模式的に示すもので、図１２（ａ）は正面図、図１２（ｂ）は平面図。 本発明の実施例５に係る半導体レーザ装置を模式的に示す平面図。 従来の半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図。 従来の半導体レーザ組立体の一部に切欠を入れて模式的に示す正面図。

符号の説明

１、２、３、４、５、１０１ 半導体レーザ組立体
６、７、８、９、１０６ 半導体レーザ装置
１１、１１１ リードフレーム
１２、１１２ リード端子
１５、１１５ 半導体レーザ素子
１６、１１６ サブマウント
１８、１１８ 下部外囲器
１９、３９、１１９ 上部外囲器
２１、３１、４１、１２１ 板バネ
２４、５４、６４、７４、１２４ 放熱部品
２５、５５、６５、７５、１２５ 空隙
２６、５６、７６、１２６ 底面
２７、１２７ 上面
５７ａ 緩斜面
５７ｂ 急斜面
５９ 突起
６７ａ 第１面
６７ｂ 第２面
６７ｃ 第３面
６７ｄ 第４面
７７ 斜面
７９ 接着剤

Claims (7)

1. 内壁面の一部を構成する平面を有する一面と、前記一面に対向する他面とが貫通している貫通孔状の空隙が形成された放熱部品と、
   一主面に半導体レーザ素子を載置し、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、前記リードフレームに連接され、前記外囲器の外部に形成され、且つ前記放熱部品の内壁に接触する弾性体とを有して、前記外囲器、前記リードフレーム及び前記弾性体は前記放熱部品の空隙に収納され、前記リードフレームの他主面が前記放熱部品の一面に接触した半導体レーザ装置と、
   を有することを特徴とする半導体レーザ組立体。
2. 前記放熱部品の一面は平面で、前記放熱部品の他面は前記一面と平行な平面であり、前記半導体レーザ装置の弾性体は、前記外囲器の外部且つ前記半導体レーザ素子を挟んで前記リードフレームとは反対側に形成され、前記弾性体の先端部が前記放熱部品の他面を押すことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ組立体。
3. 前記放熱部品の一面は前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側端部に突起を有する平面で、前記放熱部品の他面は、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向側での前記一面との距離が、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側での前記一面との距離より小さくなるような傾斜を有する平面であり、前記半導体レーザ素子を挟んで前記リードフレームとは反対側の前記外囲器の外側面は傾斜を有する平面であり、前記リードフレームの他主面から前記外囲器の外側面までの高さ方向の距離は、前記外囲器の外側面の一部または全部において、相対する前記放熱部品の一面から他面までの距離に等しく形成され、前記半導体レーザ装置の弾性体は、前記外囲器の外部且つ前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に形成され、前記弾性体の先端部が前記放熱部品の突起を押すことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ組立体。
4. 前記放熱部品の一面は前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側端部に突起を有する平面で、前記放熱部品の他面は、前記一面と平行な平面で、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向側端部での前記一面との距離をＡとする面、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側端部での前記一面との距離をＢとする面、及び前記距離をＡとする面とＢとする面とを接続する面からなり、前記半導体レーザ素子を挟んで前記リードフレームとは反対側の前記外囲器の傾斜した外側面の前記リードフレーム外側面からの高さを、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向側端部でＣとして、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側端部でＤとして、Ｃ＜Ａ＜Ｄ＜Ｂの関係が成り立ち、前記半導体レーザ装置の弾性体は、前記外囲器の外部且つ前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に形成され、前記弾性体の先端部が前記放熱部品の突起を押すことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ組立体。
5. 半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子が一主面に載置され、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、
   前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、
   前記リードフレームに連接され、前記外囲器の外部に形成された弾性体と、
   前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に、前記外囲器の外側に形成されたリード端子と、
   を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 内壁面の一部を構成する一平面と、前記一平面に対向した位置にあり、前記一平面に対して傾斜を有する他面とが貫通している貫通孔状の空隙が形成された放熱部品と、
   一主面に半導体レーザ素子を載置し、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記内壁面の傾斜を有する他面に接触する前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む傾斜を有する外囲器とを有して、前記外囲器及び前記リードフレームの少なくとも一部は前記放熱部品の空隙に収納され、前記リードフレームの他主面が前記放熱部品の一平面に接触した半導体レーザ装置と、
   を有することを特徴とする半導体レーザ組立体。
7. 半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子が一主面に載置され、前記一主面に対向する他主面を外側に露出するリードフレームと、
   前記リードフレームの一主面に接し、前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に開口を有し、前記レーザ光出射方向の開口側では小さく、反対側では大きい外形寸法からなる傾斜を有する前記半導体レーザ素子の周囲を取り囲む外囲器と、
   前記半導体レーザ素子のレーザ光出射方向とは反対側に、前記外囲器の外側に形成されたリード端子と、
   を有することを特徴とする半導体レーザ装置。

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