JP6140670B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。

半導体レーザ装置は、気体レーザや固体レーザに比べて、小型であって消費電力が小さい（エネルギー変換効率が高い）等の特徴を有することから、民生用途（例えば、光ピックアップの光源）及び工業用途（例えば、ファイバレーザの励起光源）において広く用いられている。このような半導体レーザ装置は、レーザ光を射出する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光をコリメートするためのコリメートレンズとを備える。

ここで、半導体レーザ素子から射出されるレーザ光は、半導体レーザ素子のｐｎ接合面に平行な方向（スロー軸）よりも垂直な方向（ファスト軸）に大きく広がる。このため、上記のコリメートレンズとしては、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光のファスト軸の成分をコリメートするコリメートレンズ（ＦＡＣレンズ：ファスト軸コリメートレンズ）が用いられる。

以下の特許文献１には、半導体レーザ素子が搭載された基台上にレンズ固定台を設け、このレンズ固定台上にコリメートレンズを樹脂固定して、半導体レーザ素子のレーザ光射出部にコリメートレンズが対面配置されるようにした半導体レーザ装置が開示されている。また、以下の特許文献１には、上部が凹型とされたレンズ固定台を基台上に設け、このレンズ固定台の凹部内にコリメートレンズの一部を非接触状態で配置して樹脂固定することで、樹脂の収縮（例えば、硬化収縮）や膨張（例えば、吸湿膨張）によるコリメートレンズの位置ずれを低減するようにした半導体レーザ装置も開示されている。

また、以下の特許文献２には、半導体レーザ素子が搭載された基台上にレンズ固定台を設け、このレンズ固定台によってコリメートレンズを軸方向に挟み込むようにしてコリメートレンズの両端を樹脂固定した半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置では、樹脂の収縮や膨張によって生ずるコリメートレンズの位置ずれが、コリメートレンズの長さ方向（スロー軸に沿う方向）に制限されるため、ファスト軸に沿う方向及びレーザ光の射出方向に沿う方向のコリメートレンズの位置ずれが低減される。

特開２０１１−１８７５２５号公報 特開２００４−２７３５４５号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された１つ目の半導体レーザ装置は、コリメートレンズがレンズ固定台上に樹脂固定された構造であるため、樹脂の収縮や膨張が生ずるとコリメートレンズがファスト軸に沿う方向に位置ずれして性能低下が生ずるという問題がある。これに対し、上述した特許文献１に開示された２つ目の半導体レーザ装置は、上部が凹型とされたレンズ固定台に樹脂固定された構造であるため、コリメートレンズの位置ずれは低減されるものの、上部が凹型のレンズ固定台を用いる必要があることからコストが上昇してしまうという問題がある。

また、上述した特許文献２に開示された半導体レーザ装置は、コリメートレンズの両端がレンズ固定台に樹脂固定された構造である。このような構造において、固定強度を高めるには、コリメートレンズの両端においてフィレットが形成されるように樹脂固定する必要がある。ここで、フィレットとは、固着されるべき面の間からはみ出した樹脂をいい、ここではコリメートレンズの端面とレンズ固定台との間からはみ出してコリメートレンズの側面に広がった樹脂をいう。

しかしながら、コリメートレンズの側面にフィレットが形成されると、ファスト軸に沿う方向及びレーザ光の射出方向に沿う方向における樹脂の重心とレンズの重心との距離が大きくなる。樹脂の収縮や膨張は、樹脂の重心を基準として行われる（樹脂の重心に向かって収縮し、樹脂の重心を中心として膨張する）ことから、上記の通り重心間の距離が大きくなると、ファスト軸に沿う方向及びレーザ光の射出方向に沿う方向におけるコリメートレンズの位置ずれが生ずるという問題がある。

また、上述した特許文献１，２に開示された半導体レーザ装置においては、長さの短いコリメートレンズを用いることにより、小型化及びコストの低減を図ることができると考えられる。このような、長さの短いコリメートレンズを用いる場合には、レンズ固定台をコリメートレンズとともに、半導体レーザ素子のレーザ光射出部に近接配置させる必要がある。

しかしながら、上述した特許文献１に開示された２つ目の半導体レーザ装置では、レンズ固定台の凹部内にコリメートレンズの一部が配置される構造であるため、コリメートレンズを半導体レーザ素子のレーザ光射出部に近接配置するには、凹部の側壁の厚みを薄くする必要があり、コストが大幅に上昇してしまうと考えられる。また、上述した特許文献２に開示された半導体レーザ装置では、レンズ固定台に塗布される樹脂（コリメートレンズを固定するための樹脂）が半導体レーザ素子のレーザ光射出部に付着してしまい、歩留まりが悪くなってしまうと考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの位置ずれを効果的に低減することができるとともに、コストの大幅な上昇を伴うことなく高い歩留まりで製造可能な半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置は、第１方向（Ｚ方向）に向けてレーザ光（Ｌ）を射出する半導体レーザ素子（１３）と、該半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の成分のうち前記第１方向に垂直な第２方向（Ｙ方向）の成分をコリメートするコリメートレンズ（１４）と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向（Ｘ方向）に対して垂直なレンズ取付面（Ｐ１１）を有するレンズ固定ブロック（１５）とを備える半導体レーザ装置（１）において、前記コリメートレンズの前記第３方向における端部の一方（Ｅ）は、前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面に固定用樹脂（Ｊ）により固定されており、前記固定用樹脂により固定された前記コリメートレンズの端部における交差する２面（Ｐ２、Ｐ３）にはフィレット（Ｆ１、Ｆ２）が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記コリメートレンズが、前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した状態で前記レンズ取付面に固定されており、前記フィレットが、前記コリメートレンズの側面であって前記半導体レーザ素子と対面する側とは反対側の側面（Ｐ２）と、前記コリメートレンズの端面であって前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した部分の端面（Ｐ３）とに形成されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記コリメートレンズの側面に形成されるフィレットが、前記レンズ取付面において前記コリメートレンズに近づくにつれて盛り上がる形状であり、前記コリメートレンズの端面に形成されるフィレットが、前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面に交差する面であって前記半導体レーザ素子の側を向く面（Ｐ１２）において前記コリメートレンズに近づくにつれて盛り上がる形状であることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記コリメートレンズの側面に形成されるフィレットと、前記コリメートレンズの端面に形成されるフィレットとは、体積がほぼ等しいことを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記コリメートレンズが、重心線（ＣＬ１）が前記レンズ取付面と交わるように前記レンズ取付面に固定されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記レンズ固定ブロックが、前記レンズ取付面に交差する面であって前記半導体レーザ素子の側を向く面（Ｐ１２）が、前記コリメートレンズの作動距離に前記コリメートレンズの前記レンズ固定ブロックからのはみ出し量を加えた距離だけ前記半導体レーザ素子から離間する位置に配置されることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記固定用樹脂が、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴としえちる。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記第２方向が、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光のファスト軸に沿う方向であることを特徴としている。
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１方向（Ｚ方向）に向けてレーザ光（Ｌ）を射出する半導体レーザ素子（１３）と、該半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の成分のうち前記第１方向に垂直な第２方向（Ｙ方向）の成分をコリメートするコリメートレンズ（１４）と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向（Ｘ方向）に対して垂直なレンズ取付面（Ｐ１１）を有するレンズ固定ブロック（１５）とを備える半導体レーザ装置（１）の製造方法であって、前記レンズ取付面が鉛直上方向を向くように、前記半導体レーザ素子及び前記レンズ固定ブロックが搭載された基板（１１）を回転させる第１工程と、前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面上に固定用樹脂（Ｊ）を塗布する第２工程と、鉛直上下方向に沿うようにされた前記コリメートレンズを、前記レンズ取付面の上方から前記固定用樹脂が塗布された位置に配置する第３工程と、前記コリメートレンズ、或いは前記基板を水平移動させ、前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する第４工程と、前記固定用樹脂を硬化させる第５工程とを有することを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、前記２工程が、前記レンズ取付面上の前記コリメートレンズの作動距離よりも離れた位置に前記固定用樹脂を塗布する工程であることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、前記第４工程が、前記コリメートレンズが前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した状態となるように、前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する工程であることを特徴としている。
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、前記第４工程が、前記コリメートレンズが前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出し、且つ前記コリメートレンズの重心線（ＣＬ１）が前記レンズ取付面と交わるように前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する工程であることを特徴としている。

本発明によれば、固定用樹脂により固定されるコリメートレンズの端部における交差する２面にフィレットが形成されており、コリメートレンズの重心線と固定用樹脂の重心線との距離を小さくすることができるため、固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの位置ずれを効果的に低減することができるという効果がある。
また、本発明によれば、レンズ固定ブロックのレンズ取付面が鉛直上方向を向くように基板を回転させ、レンズ取付面上に固定用樹脂を塗布し、鉛直上下方向に沿うようにされたコリメートレンズを固定用樹脂が塗布された位置に配置し、コリメートレンズを水平移動させてコリメートレンズと半導体レーザ素子との相対位置を調整した後に、固定用樹脂を硬化させるようにしている。このため、固定用樹脂の収縮や膨張によるコリメートレンズの位置ずれを効果的に低減することができる半導体レーザ装置を、コストの大幅な上昇を伴うことなく高い歩留まりで製造することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の平面図である。 本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の正面図である。 本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の右側面図である。 本発明の一実施形態による半導体レーザ装置が備えるコリメートレンズを示す斜視図である。 本発明の一実施形態においてコリメートレンズのはみ出し量を説明するための図である。 コリメートレンズの固定強度を説明するための図である。 本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態において、レンズ固定ブロックに塗布される固定用樹脂を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第１変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第２変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第３変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるコリメートレンズの変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による半導体レーザ装置及びその製造方法について詳細に説明する。尚、以下では理解を容易にするために、図中に設定したＸＹＺ直交座標系（原点の位置は適宜変更する）を必要に応じて参照しつつ各部材の位置関係について説明する。また、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。

〔半導体レーザ装置〕
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の平面図であり、図２は、同半導体レーザ装置の正面図であり、図３は、同半導体レーザ装置の右側面図である。これら図１〜図３に示す通り、本実施形態の半導体レーザ装置１は、基板１１、サブマウント１２、半導体レーザ素子１３、コリメートレンズ１４、及びレンズ固定ブロック１５を備えており、半導体レーザ素子１３から射出されるレーザ光Ｌをコリメート（平行光に変換）して外部に射出する。

尚、図１〜図３中に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｚ軸の＋Ｚ方向（第１方向）がレーザ光Ｌの射出方向に設定されている。また、このＸＹＺ直交座標系のＸ軸（第３方向）は、半導体レーザ素子１３のｐｎ接合面に平行な方向（スロー軸）と平行になるよう設定され、Ｙ軸（第２方向）は、半導体レーザ素子１３のｐｎ接合面に垂直な方向（ファスト軸）と平行になるよう設定されている。

基板１１は、上述したサブマウント１２、半導体レーザ素子１３、コリメートレンズ１４、及びレンズ固定ブロック１５が搭載される平面視形状が矩形形状の板状部材である。サブマウント１２は、その上面に半導体レーザ素子１３が搭載される部材であり、平面視でのＺ方向の長さが基板１１よりも短くされた矩形形状の板状部材である。これら基板１１及びサブマウント１２は、半導体レーザ素子１３の放熱効率を高めるために熱伝導率が高く、且つ温度変化によって生ずる応力を極力低減するために熱膨張率が小さい材料を用いて形成される。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス、或いはモリブデン（Ｍｏ）等の金属が適している。尚、図１〜図３に示す通り、サブマウント１２は、基板１１の一端部（−Ｚ方向における端部）に取り付けられる。

半導体レーザ素子１３は、レーザ光射出部を＋Ｚ側に向けてサブマウント１２上の中央部（Ｘ方向における中央部）に取り付けられており、不図示の駆動回路から駆動電流が供給された場合に、レーザ光Ｌを＋Ｚ方向に向けて射出する。この半導体レーザ素子１３から射出されるレーザ光Ｌの波長は、例えば０．９μｍ帯である。尚、半導体レーザ素子１３は、ｐｎ接合面がＺＸ平面に平行となるようにサブマウント１２上に搭載されている。

コリメートレンズ１４は、半導体レーザ素子１３の＋Ｚ側に配置され、半導体レーザ素子１３から射出されるレーザ光Ｌのファスト軸の成分をコリメートするＦＡＣレンズ（ファスト軸コリメートレンズ）である。尚、コリメートレンズ１４は、半導体レーザ素子１３から射出されるレーザ光Ｌのスロー軸の成分をコリメートしない。図４は、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置が備えるコリメートレンズを示す斜視図である。

図４に示す通り、コリメートレンズ１４は、側面が複数の平面及び円柱面とされた棒状部材である。具体的に、コリメートレンズ１４は、半導体レーザ素子１３からのレーザ光Ｌが入射される平面である入射面Ｐ１と、レーザ光Ｌが射出される円柱面である射出面Ｐ２とが側面に形成されたＸ方向に延びる透明な棒状部材である。尚、コリメートレンズ１４の側面における入射面Ｐ１及び射出面Ｐ２以外の部分は、入射面Ｐ１と９０°の角度をなす平面とされている。このコリメートレンズ１４のＸ方向の長さは２ｍｍ程度である。

レンズ固定ブロック１５は、例えばガラス等によって形成される略直方体状の部材であり、ＹＺ平面に平行なレンズ取付面Ｐ１１を有する。このレンズ固定ブロック１５は、図１〜図３に示す通り、サブマウント１２の＋Ｚ側であって、基板１１の中央部から−Ｘ方向にずれた端部に取り付けられる。尚、このレンズ固定ブロック１５は、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いて基板１１の上面に固定されている。

コリメートレンズ１４の端部Ｅ（図４参照）は、レンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１に固定用樹脂Ｊにより固定されており、コリメートレンズ１４は、図１〜図３に示す通り、長手方向がＸ方向に沿うように半導体レーザ素子１３の＋Ｚ側に配置されている。尚、上記の固定用樹脂Ｊとしては、例えば紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができる。

具体的に、コリメートレンズ１４は、レンズ固定ブロック１５から半導体レーザ素子１３側（−Ｚ側）にはみ出した状態でレンズ取付面Ｐ１１に片持ち梁状に固定されており、コリメートレンズ１４の端部Ｅにおける交差する２面（射出面Ｐ２及び端面Ｐ３）にはフィレットＦ１，Ｆ２が形成されている。ここで、フィレットＦ１，Ｆ２は、固着されるべき面（コリメートレンズ１４の端面Ｐ３とレンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１）の間からはみ出した固定用樹脂Ｊである。

フィレットＦ１は、コリメートレンズ１４の射出面Ｐ２とレンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１とが交差する隅部に形成されており、上記のフィレットＦ２は、コリメートレンズ１４の端面Ｐ３とレンズ固定ブロック１５の側面Ｐ１２（レンズ取付面Ｐ１１に交差する面であって半導体レーザ素子１３側を向く面）とが交差する隅部に形成されている。具体的に、フィレットＦ１は、レンズ取付面Ｐ１１において、コリメートレンズ１４に近づくにつれて盛り上がる形状であり、フィレットＦ２は、側面Ｐ１２においてコリメートレンズ１４に近づくにつれて盛り上がる形状である。

ここで、レンズ固定ブロック１５から半導体レーザ素子１３側にはみ出した状態でコリメートレンズ１４をレンズ取付面Ｐ１１に固定するのは、半導体レーザ素子１３とレンズ固定ブロック１５の距離を極力大きくするとともに、コリメートレンズ１４の端面Ｐ３にフィレットＦ２を形成可能とするためである。半導体レーザ素子１３とレンズ固定ブロック１５の距離が大きくなることで、コリメートレンズ１４を固定するためにレンズ固定ブロック１５に塗布される固定用樹脂Ｊが、半導体レーザ素子１３のレーザ光射出部に付着するのを防止することができる。

また、コリメートレンズ１４の端部Ｅにおける交差する２面（射出面Ｐ２及び端面Ｐ３）にフィレットＦ１，Ｆ２を形成するのは、レンズ固定ブロック１５に対するコリメートレンズ１４の固定強度を高めるとともに、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によって生ずるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれを低減するためである。一般的に、２つの部材を樹脂固定する場合に、固定強度は、フィレットが形成されていないものよりもフィレットが形成されているもののほうが高くなる。このため、上記のフィレットＦ１，Ｆ２を形成してレンズ固定ブロック１５に対するコリメートレンズ１４の固定強度を高めるようにしている。

また、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張は、固定用樹脂Ｊの重心を基準として行われる（固定用樹脂Ｊの重心に向かって収縮し、固定用樹脂Ｊの重心を中心として膨張する）ため、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張した際にコリメートレンズ１４に作用する力は、固定用樹脂Ｊの重心とコリメートレンズ１４の重心との距離が大きい程大きくなる。フィレットＦ１，Ｆ２を形成してＺ方向における固定用樹脂Ｊの重心の位置とＺ方向におけるコリメートレンズ１４の重心の位置との距離を小さくすることで、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によって生ずるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれを低減するようにしている。

ここで、コリメートレンズ１４のはみ出し量（レンズ固定ブロック１５から半導体レーザ素子１３側へのはみ出し量）について説明する。図５は、本発明の一実施形態においてコリメートレンズのはみ出し量を説明するための図である。半導体レーザ素子１３に対する固定用樹脂Ｊの付着を防止する観点からは、図５（ｂ）に示す通り、コリメートレンズ１４のはみ出し量を極力大きくすることが望ましい。

尚、図５（ｂ）に示す例において、コリメートレンズ１４のはみ出し量は、コリメートレンズ１４の重心線（重心を通るＸ軸に平行な線）ＣＬ１がレンズ取付面Ｐ１１と交わらない程度にまで大きく設定されている。これに対し、固定用樹脂Ｊの重心線ＣＬ２は、レンズ取付面Ｐ１１と交わっている。これは、固定用樹脂Ｊが塗布されるレンズ取付面Ｐ１１上にフィレットＦ１が位置しており、フィレットＦ１の体積はフィレットＦ２の体積よりも大きくなる傾向があるからである。

しかしながら、コリメートレンズ１４のはみ出し量が大きくなるにつれて、重心線ＣＬ１，ＣＬ２間の距離（Ｚ方向における固定用樹脂Ｊの重心の位置とＺ方向におけるコリメートレンズ１４の重心の位置との距離）ΔＺが大きくなる。この距離ΔＺを大きくしすぎると、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれが生じてしまう。このため、図５（ａ）に示す通り、コリメートレンズ１４のはみ出し量は、コリメートレンズ１４の重心線ＣＬ１がレンズ取付面Ｐ１１と交わる範囲に留めるのが望ましい。

尚、レンズ固定ブロック１５は、基板１１上において、コリメートレンズ１４の作動距離（ワーキング・ディスタンス）と、コリメートレンズ１４のレンズ固定ブロック１５からのはみ出し量とを考慮した位置に取り付けられる。具体的には、レンズ固定ブロック１５の側面Ｐ１２が、コリメートレンズ１４の作動距離にコリメートレンズ１４のレンズ固定ブロック１５からのはみ出し量を加えた距離だけ半導体レーザ素子１３から＋Ｚ方向に離間する位置に取り付けられる。

また、図５（ａ）に示す例では、図５（ｂ）に示す例よりも、重心線ＣＬ１，ＣＬ２間の距離ΔＺを小さくすることができるものの、重心線ＣＬ１，ＣＬ２間の距離ΔＺが零ではない。これは、主に、フィレットＦ１，Ｆ２の体積差（フィレットＦ１の体積がフィレットＦ２の体積よりも大である）によるものであると考えられる。そこで、フィレットＦ１，Ｆ２の体積をほぼ等しくすれば、重心線ＣＬ１，ＣＬ２間の距離ΔＺをほぼ零にすることができ、これにより固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれをほぼ生じなくすることができると考えられる。

図６は、コリメートレンズの固定強度を説明するための図である。ここでは、図６（ａ）に示す通り、コリメートレンズ１４の固定部分にフィレットが形成されていないもの、図６（ｂ）に示す通り、コリメートレンズ１４の固定部分にフィレットＦ１のみが形成されているもの、及び図６（ｃ）に示す通り、コリメートレンズ１４の固定部分にフィレットＦ１，Ｆ２が形成されているものの固定強度について説明する。

図６（ａ）に示すものは、図６（ｂ），（ｃ）に示すものに比べて固定強度が著しく小さく、例えば１０分の１程度の固定強度しか得られない。これは、図６（ａ）に示すものにフィレットが全く形成されていないことが原因であると考えられる。図６（ｂ），（ｃ）に示すものは、固定強度がほぼ同じである。これは、図６（ｃ）に示す通り、コリメートレンズ１４をレンズ固定ブロック１５からはみ出させることによって、コリメートレンズ１４とレンズ固定ブロック１５の接着面積は小さくなるものの、フィレットＦ１に加えてフィレットＦ２が形成されることで、接着面積の減少が補われるためであると考えられる。

このように、図６（ｃ）に示すものは、コリメートレンズ１４がレンズ固定ブロック１５からはみ出した状態でレンズ取付面Ｐ１１に取り付けられているものの、図６（ｂ）に示すものと同程度の固定強度が得られる。尚、図６（ｃ）に示す通り、コリメートレンズ１４をレンズ固定ブロック１５からはみ出した状態にすることで、図６（ａ），（ｂ）に示すものよりも、コリメートレンズ１４を半導体レーザ素子１３に近づけることが可能となる。

以上の通り、本実施形態の半導体レーザ装置１は、固定用樹脂Ｊにより固定されるコリメートレンズ１４の端部Ｅにおける交差する２面（射出面Ｐ２及び端面Ｐ３）にフィレットＦ１，Ｆ２が形成されており、コリメートレンズ１４の重心線ＣＬ１と固定用樹脂Ｊの重心線ＣＬ２との距離ΔＺを小さくすることができる。このため、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４の位置ずれを効果的に低減することができる。

〔半導体レーザ装置の製造方法〕
図７は、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための斜視図であり、図８は、同製造方法を示す工程図である。尚、図７においては、半導体レーザ素子１３から射出されるレーザ光Ｌのスロー軸の成分をコリメートするコリメートレンズ１６（ＳＡＣレンズ）を図示している。図示の通り、コリメートレンズ１６は、基板１１の他端部（サブマウント１２が取り付けられている端部とは反対側の端部）に取り付けられている。

尚、半導体レーザ装置１は、サブマウント１２、半導体レーザ素子１３、及びレンズ固定ブロック１５等を基板１１上に搭載する工程、コリメートレンズ１４をレンズ固定ブロック１５に取り付ける工程、その他の工程（例えば、調整工程）が行われることによって製造されるが、ここではコリメートレンズ１４をレンズ固定ブロック１５に取り付ける工程について説明する。このため、初期状態では、図７に示す通り、サブマウント１２、半導体レーザ素子１３、及びレンズ固定ブロック１５等が基板１１上に搭載されているものとする。

半導体レーザ装置１は、回転ステージ（図示省略）、塗布装置ＡＰ（図８（ｂ）参照）、及び吸着コレットＣＴ（図７及び図８（ｃ），（ｄ）参照）を用いて製造される。上記の回転ステージは、図７中の符号Ｄ１が付された回転方向（図１〜図３におけるＺ軸周りの回転方向）に、基板１１を９０°回転させるステージである。上記の塗布装置ＡＰは、レンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１に固定用樹脂Ｊを塗布する装置である。上記の吸着コレットＣＴは、コリメートレンズ１４を吸着した状態で、図７に示す状態のレンズ取付面Ｐ１１に直交する方向、図７中の符号Ｄ２が付された方向（図１〜図３におけるＺ軸に沿う方向）、及び図７中の符号Ｄ４が付された方向に移動可能であり、また図７中の符号Ｄ３が付された回転方向に微小回転可能である。

まず、図８（ａ）に示す通り、不図示の回転ステージによって基板１１を回転方向Ｄ１に９０°だけ回転させ、レンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１が鉛直上方向を向くように配置する工程が行われる（第１工程）。次に、図８（ｂ）に示す通り、レンズ固定ブロック１５の上方に塗布装置ＡＰを配置し、レンズ取付面Ｐ１１上に固定用樹脂Ｊを塗布する工程が行われる（第２工程）。

図９は、本発明の一実施形態において、レンズ固定ブロックに塗布される固定用樹脂を模式的に示す図である。図９に示す通り、固定用樹脂Ｊは、レンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１の略中央部に塗布される。具体的に、固定用樹脂Ｊは、半導体レーザ素子１３のレーザ光射出部の前方であって、コリメートレンズ１４の作動距離よりも離れた位置に塗布される。尚、レンズ取付面Ｐ１１上に塗布される固定用樹脂Ｊの体積は、図１〜図３等に示すフィレットＦ１，Ｆ２の体積を考慮して設定される。

次いで、コリメートレンズ１４（図４に示す端部Ｅとは反対側の端部が吸着コレットＣＴに吸着された状態のコリメートレンズ１４）を、吸着コレットＣＴによってレンズ固定ブロック１５の上方に搬送し、レンズ取付面Ｐ１１に塗布された固定用樹脂Ｊの上方に位置決めさせる。続いて、図８（ｃ）に示す通り、吸着コレットＣＴを鉛直下方向に移動させ、コリメートレンズ１４の端面Ｐ３（図４参照）がレンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１に接触するよう（或いは、コリメートレンズ１４の端面Ｐ３とレンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１との間隔が、予め規定された微小間隔となるよう）に配置する工程が行われる（第３工程）。

そして、図８（ｄ）に示す通り、吸着コレットＣＴを図中の方向Ｄ２に移動させて、コリメートレンズ１４を半導体レーザ素子１３に近づけるように調心する工程が行われる（第４工程）。具体的には、コリメートレンズ１４が、レンズ固定ブロック１５から半導体レーザ素子１３側にはみ出した状態になるように、コリメートレンズ１４と半導体レーザ素子１３との相対位置が調整される。このとき、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれを防止するために、コリメートレンズ１４のはみ出し量は、コリメートレンズ１４の重心線ＣＬ１がレンズ取付面Ｐ１１と交わる範囲にされる（図５（ａ）参照）。

以上の工程が行われると、図８（ｄ）に示す通り、コリメートレンズ１４の端部Ｅにおける交差する２面（射出面Ｐ２及び端面Ｐ３）にフィレットＦ１，Ｆ２が形成される。尚、必要であれば、図７中の方向Ｄ４に吸着コレットＣＴを移動させ、レーザ光Ｌの射出角度の調整（コリメートレンズ１４から射出されるレーザ光Ｌの角度を基板１１に平行に調整）が行われ、或いは、図７中の回転方向Ｄ３に吸着コレットＣＴを微小回転させ、コリメートレンズ１４の入射面Ｐ１の調整（半導体レーザ素子１３のレーザ光射出部に対する入射面Ｐ１の角度の調整）が行われる。

以上の工程が終了すると、フィレットＦ１，Ｆ２が形成された状態の固定用樹脂Ｊを硬化させ、コリメートレンズ１４をレンズ固定ブロック１５に固定させる工程が行われる（第５工程）。具体的に、固定用樹脂Ｊが紫外線硬化樹脂である場合には、図８（ｄ）に示す状態の固定用樹脂Ｊに紫外線を照射して硬化させ、固定用樹脂Ｊが熱硬化樹脂である場合には、図８（ｄ）に示す状態の固定用樹脂Ｊを加熱して硬化させる工程が行われる。

以上の通り、本実施形態の半導体レーザ装置１の製造方法では、レンズ固定ブロック１５のレンズ取付面Ｐ１１が鉛直上方向を向くように基板１１を回転させ、レンズ取付面Ｐ１１上に固定用樹脂Ｊを塗布している。そして、鉛直上下方向に沿うようにされたコリメートレンズ１４を固定用樹脂Ｊが塗布された位置に配置し、コリメートレンズ１４を水平移動させてコリメートレンズ１４と半導体レーザ素子１３との相対位置を調整した後に、固定用樹脂Ｊを硬化させるようにしている。

これにより、コリメートレンズ１４の端部Ｅにおける交差する２面（射出面Ｐ２及び端面Ｐ３）にフィレットＦ１，Ｆ２が形成されて、コリメートレンズ１４の重心線ＣＬ１と固定用樹脂Ｊの重心線ＣＬ２との距離ΔＺを小さくされた半導体レーザ装置が得られる。このように、本実施形態の半導体レーザ装置１の製造方法では、固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４の位置ずれを効果的に低減することができる半導体レーザ装置を製造することができる。

また、本実施形態の半導体レーザ装置１の製造方法では、レンズ取付面Ｐ１１の固定用樹脂Ｊが塗布された位置に配置されたコリメートレンズ１４を水平移動させて、コリメートレンズ１４がレンズ固定ブロック１５から半導体レーザ素子１３側にはみ出した状態になるようにしている。これにより、レンズ取付面Ｐ１１上に塗布された固定用樹脂Ｊが半導体レーザ素子１３に付着することがないため、コストの大幅な上昇を伴うことなく高い歩留まりで半導体レーザ装置１を製造することが可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、主に固定用樹脂Ｊの収縮や膨張によるコリメートレンズ１４のＺ方向の位置ずれを防止する方法を説明したが、レンズ固定ブロック１５の形状を僅かに変えることでＹ方向の位置ずれも防止することができる。

図１０は、本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第１変形例を示す斜視図である。図１０に示すレンズ固定ブロック１５は、レンズ取付面Ｐ１１の中央部にＺ方向に沿う溝Ｇ１が形成されている。この溝Ｇ１が形成されることによって、レンズ取付面Ｐ１１に塗布された固定用樹脂Ｊは、その表面張力によりＹ方向に広がるのが規制される一方で、溝Ｇ１の長手方向（図８（ｄ）において、コリメートレンズ１４が移動する方向Ｄ２）に沿って広がりやすくなる。このため、図８（ｄ）に示す工程で、固定用樹脂Ｊの重心がＹ方向にずれるのを防止することができる。

図１１は、本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第２変形例を示す斜視図である。図１１に示す通り、本変形例に係るレンズ固定ブロック１５は、レンズ固定ブロック１５の側面Ｐ１２の形状を異ならせたものである。具体的に、図１１（ａ）に示すレンズ固定ブロック１５は、レンズ固定ブロック１５の側面Ｐ１２が凹部ＣＶ１とされたものであり、図１１（ｂ）に示すレンズ固定ブロック１５は、レンズ固定ブロック１５の側面Ｐ１２が凸部ＣＶ２とされたものである。尚、図１１（ａ），（ｂ）では、理解を容易にするために、凹部ＣＶ１及び凸部ＣＶ２をそれぞれ誇張して図示している。

図１１（ａ），（ｂ）に示すレンズ固定ブロック１５を用いた場合の何れの場合でも、コリメートレンズ１４は、側面Ｐ１２から−Ｚ側にはみ出すように固定される。尚、図１１（ｂ）に示すレンズ固定ブロック１５では、コリメートレンズ１４が側面Ｐ１２から−Ｚ側にはみ出すようにされ、且つ、コリメートレンズ１４が凸部ＣＶ２からも−Ｚ側にはみ出すようにされるのが望ましい。

ここで、図１１（ａ）に示すレンズ固定ブロック１５では、凹部ＣＶ１にフィレットＦ２が形成され、図１１（ｂ）に示すレンズ固定ブロック１５では、凸部ＣＶ２と側面Ｐ１２とによって形成される２つの隅部ＣＮにフィレットＦ２が形成される。図１１（ａ）に示す凹部ＣＶ１は側面Ｐ１２の中央部に形成されており、フィレットＦ２は側面Ｐ１２の中央部に形成されることになるため、固定用樹脂Ｊの重心がＹ方向にずれるのを防止することができる。また、図１１（ｂ）に示す２つの隅部ＣＮは、側面Ｐ１２の中央部に形成された凸部ＣＶ２の両側に位置しているため、これら２つの隅部ＣＮに形成されるフィレットＦ２の体積を等しくすることで、固定用樹脂Ｊの重心がＹ方向にずれるのを防止することができる。

図１２は、本発明の一実施形態におけるレンズ固定ブロックの第３変形例を示す平面図である。図１２に示す通り、本変形例に係るレンズ固定ブロック１５は、レンズ取付面Ｐ１１の−Ｚ側（側面Ｐ１２側）に段部ＤＮを形成したものである。このようなレンズ固定ブロック１５に対し、コリメートレンズ１４は、レンズ取付面Ｐ１１の段部ＤＮに取り付けられる。図１２に示すレンズ固定ブロック１５を用いた場合には、コリメートレンズ１４を段部ＤＮに配置すれば良いため、レンズ固定ブロック１５に対するコリメートレンズ１４の取り付け精度を高めることができる。

図１３は、本発明の一実施形態におけるコリメートレンズの変形例を示す平面図である。図１３に示す通り、本変形例に係るコリメートレンズ１４は、端部Ｅの射出面Ｐ２側（図４参照）に段部ＤＮを形成したものである。このようなコリメートレンズ１４は、段部ＤＮが固定ブロック１５の角部（レンズ取付面Ｐ１１と側面Ｐ１２側とが交差する角部）に係合するように取り付けられる。図１３に示すコリメートレンズ１４を用いた場合には、コリメートレンズ１４の段部ＤＮを、固定ブロック１５の角部に係合させれば良いため、図１２に示す例と同様に、レンズ固定ブロック１５に対するコリメートレンズ１４の取り付け精度を高めることができる。

尚、上述した実施形態では、図８（ｄ）に示す通り、吸着コレットＣＴを図中の方向Ｄ２に移動させて、コリメートレンズ１４を半導体レーザ素子１３に近づけるように調心していた。しかしながら、基板１１を図７中の方向Ｄ２に移動させる移動ステージ（図示省略）を用い、吸着コレットＣＴを固定したまま、図８（ｄ）中に示す方向Ｄ２とは反対方向に基板１１を移動させるようにしても良い。

１…半導体レーザ装置、１１…基板、１３…半導体レーザ素子、１４…コリメートレンズ、１５…固定ブロック、ＣＬ１…重心線、Ｅ…端部、Ｆ１，Ｆ２…フィレット、Ｊ…固定用樹脂、Ｌ…レーザ光、Ｐ２…射出面、Ｐ３…端面、Ｐ１１…レンズ取付面、Ｐ１２…側面

Claims (12)

1. 第１方向に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の成分のうち前記第１方向に垂直な第２方向の成分をコリメートするコリメートレンズと、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に対して垂直なレンズ取付面を有するレンズ固定ブロックとを備える半導体レーザ装置において、
   前記コリメートレンズの前記第３方向における端部の一方は、前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面に固定用樹脂により固定されており、
   前記固定用樹脂により固定された前記コリメートレンズの射出面と前記レンズ取付面とによって第１隅部が形成されるとともに、前記コリメートレンズの端面と前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面に交差する面であって前記半導体レーザ素子の側を向く面とによって第２隅部が形成され、
   前記第１隅部及び前記第２隅部を形成する面の各々にフィレットが形成されている
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記コリメートレンズは、前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した状態で前記レンズ取付面に固定されており、
   前記フィレットは、前記コリメートレンズの側面であって前記半導体レーザ素子と対面する側とは反対側の側面と、前記コリメートレンズの端面であって前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した部分の端面とに形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記コリメートレンズの側面に形成される前記フィレットは、前記レンズ取付面において前記コリメートレンズに近づくにつれて盛り上がる形状であり、
   前記コリメートレンズの端面に形成される前記フィレットは、前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面に交差する面であって前記半導体レーザ素子の側を向く面において前記コリメートレンズに近づくにつれて盛り上がる形状である
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
4. 前記コリメートレンズの側面に形成される前記フィレットと、前記コリメートレンズの端面に形成される前記フィレットとは、体積がほぼ等しいことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の半導体レーザ装置。
5. 前記コリメートレンズは、重心線が前記レンズ取付面と交わるように前記レンズ取付面に固定されていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記レンズ固定ブロックは、前記レンズ取付面に交差する面であって前記半導体レーザ素子の側を向く面が、前記コリメートレンズの作動距離に前記コリメートレンズの前記レンズ固定ブロックからのはみ出し量を加えた距離だけ前記半導体レーザ素子から離間する位置に配置されることを特徴とする請求項２から請求項５の何れか一項に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記固定用樹脂は、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の半導体レーザ装置。
8. 前記第２方向は、前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光のファスト軸に沿う方向であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の半導体レーザ装置。
9. 第１方向に向けてレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の成分のうち前記第１方向に垂直な第２方向の成分をコリメートするコリメートレンズと、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に対して垂直なレンズ取付面を有するレンズ固定ブロックとを備える半導体レーザ装置の製造方法であって、
   前記レンズ取付面が鉛直上方向を向くように、前記半導体レーザ素子及び前記レンズ固定ブロックが搭載された基板を回転させる第１工程と、
   前記レンズ固定ブロックの前記レンズ取付面上に固定用樹脂を塗布する第２工程と、
   鉛直上下方向に沿うようにされた前記コリメートレンズを、前記レンズ取付面の上方から前記固定用樹脂が塗布された位置に配置する第３工程と、
   前記コリメートレンズ、或いは前記基板を水平移動させ、前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する第４工程と、
   前記固定用樹脂を硬化させる第５工程と
   を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
10. 前記第２工程は、前記レンズ取付面上の前記コリメートレンズの作動距離よりも離れた位置に前記固定用樹脂を塗布する工程であることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置の製造方法。
11. 前記第４工程は、前記コリメートレンズが、前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出した状態となるように、前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する工程であることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の半導体レーザ装置の製造方法。
12. 前記第４工程は、前記コリメートレンズが前記レンズ固定ブロックから前記半導体レーザ素子の側にはみ出し、且つ前記コリメートレンズの重心線が前記レンズ取付面と交わるように前記コリメートレンズと前記半導体レーザ素子との相対位置を調整する工程であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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