JP7518404B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本開示は、発光装置に関する。

近年、半導体レーザ素子の高出力化に伴い、半導体レーザ素子を励起光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザ光の光源として用いる技術が開発されつつある。そのような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）技術と称されている。

ＤＤＬ技術には、複数の半導体レーザ素子を備える発光モジュールが用いられる。発光モジュールは、複数の半導体レーザ素子の各々からレーザ光が出射されて得られる複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を出射する。複数のレーザ光の進行方向が設計通りに同じ方向に揃う場合、複数のレーザ光を効果的に結合することができる。特許文献１は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な光部品の例を開示している。

国際公開第２０１６／０５１８３６号

半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置を提供する。

本開示の発光装置は、ある実施形態において、実装面を有する基板と、前記実装面によって支持される半導体レーザ素子と、前記実装面によって支持される第１ミラー部材であって、前記実装面に対して傾斜し、斜め上方を向く第１反射面を有する第１ミラー部材と、前記基板の前記実装面に対向する対向面、および前記対向面の反対側に位置する上面を有し、前記半導体レーザ素子および前記第１ミラー部材の上方に位置するカバーと、前記カバーの前記上面によって支持される第２ミラー部材であって、第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、第２ミラー部材と、を備え、前記半導体レーザ素子は、前記第１反射面に向けてレーザ光を出射するように配置されており、前記第１反射面は、前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を前記基板の前記実装面から離れる方向に変化させ、前記カバーは、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を透過させ、前記第２反射面は、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向をさらに変化させる。

本開示の実施形態によれば、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置を実現できる。

図１Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図である。 図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す側面図である。 図１Ｃは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す他の側面図である。 図１Ｄは、本開示の実施形態による発光モジュールの変形例の構成を模式的に示す上面図である。 図２Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置の分解斜視図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す発光装置の他の分解斜視図である。 図２Ｄは、図２Ｃに示す発光装置に含まれる枠体を下方から見た斜視図である。 図２Ｅは、図２Ａに示す発光装置から第２ミラー部材およびカバーを省略した構成の上面図である。 図２Ｆは、図２Ａに示す発光装置の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。 図３は、本開示の例示的な実施形態によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。 図４Ａは、レーザ光源の分解斜視図である。 図４Ｂは、レーザ光源の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による発光装置、および複数の発光装置を備える発光モジュールを説明する。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、以下に説明する実施形態は、本発明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、本発明を以下に限定しない。また、構成要素のサイズ、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本発明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および位置関係は、理解を容易にするために誇張している場合がある。

本明細書または特許請求の範囲において、三角形または四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取りなどの加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶ。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶ。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書および特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれる。

（実施形態）
［発光モジュール］
まず、図１Ａから図１Ｃを参照して、本開示の実施形態による発光モジュールの構成例を説明する。図１Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す上面図である。図１Ｂは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す側面図である。図１Ｃは、本開示の例示的な実施形態による発光モジュールの構成を模式的に示す他の側面図である。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。Ｘ軸の矢印の方向を＋Ｘ方向と称し、その反対方向を－Ｘ方向と称する。±Ｘ方向を区別しない場合、単にＸ方向と称する。Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。本明細書では、説明のわかりやすさのために、＋Ｙ方向を「上方」と称し、－Ｙ方向を「下方」と称する。このことは、発光モジュールの使用時における向きを制限するわけではなく、発光モジュールの向きは任意である。

図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００は、支持基体６０と、集光レンズ７０と、光ファイバ８０と、光ファイバ８０を支持する支持部材８２と、複数の遅軸コリメートレンズ９２と、複数のミラー部材９４と、複数の発光装置１００と、を備える。各ミラー部材９４は、反射面９４ｓを有する。

支持基体６０は、図１Ｂに示すように、ＸＺ平面に対して平行な基準平面Ｒｅｆ上に配置されている。基準平面Ｒｅｆは、発光モジュール２００における高さの基準平面である。支持基体６０は、図１Ａに示すように、複数の発光装置１００を支持する第１部分６０－１を備える。支持基体６０は、さらに、第１部分６０－１によって支持される複数の第２部分６０－２を備える。各第２部分６０－２は、対応する遅軸コリメートレンズ９２およびミラー部材９４を支持する。支持基体６０は、さらに、第１部分６０－１に接続される第３部分６０－３を備える。第３部分６０－３は、集光レンズ７０および光ファイバ８０を支持する。

第１部分６０－１は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面６０ｓ１を有する。各第１載置面６０ｓ１には、対応する第２部分６０－２が配置されている。各第２部分６０－２は、第２載置面６０ｓ２を有する。第３部分６０－３は、第３載置面６０ｓ３を有する。

複数の第１載置面６０ｓ１の高さは、図１Ｂに示すように、＋Ｘ方向に沿って段階的に減少する。複数の第２載置面６０ｓ２の高さについても同様である。各第１載置面６０ｓ１には、図１Ａに示すように、対応する発光装置１００が配置されている。各第２載置面６０ｓ２には、対応する遅軸コリメートレンズ９２およびミラー部材９４が配置されている。遅軸コリメートレンズ９２および／またはミラー部材９４がＹ方向において十分に大きい寸法を有する場合、第２部分６０－２を介さずに、遅軸コリメートレンズ９２および／またはミラー部材９４を第１載置面６０ｓ１に配置してもよい。第３載置面６０ｓ３には、集光レンズ７０が配置されており、かつ光ファイバ８０が支持部材８２を介して配置されている。

図１Ｂに示す例において、第３載置面６０ｓ３の高さは、複数の第１載置面６０ｓ１の最小の高さよりも大きく、最大の高さよりも小さい。第３載置面６０ｓ３の高さは、さらに、複数の第２載置面６０ｓ２の最小の高さよりも小さい。集光レンズ７０のＹ方向における寸法によっては、第３載置面６０ｓ３の高さは、複数の第１載置面６０ｓ１の最小の高さに等しい、またはそれよりも小さくてもよい。あるいは、第３載置面６０ｓ３の高さは、複数の第１載置面６０ｓ１の最大の高さに等しい、またはそれよりも大きくてもよい。

図１Ａから図１Ｃに示す例において、発光装置１００の数は４個であり、第１載置面６０ｓ１の数は４個であるが、これらの数に限定されない。発光装置１００の数は２個、３個、または５個以上であってもよい。発光装置１００の数が増加するほど、高い出力のレーザ光を得ることが可能になる。第１載置面６０ｓ１の数は２個、３個、または５個以上であってもよいし、発光装置１００の数に等しい、またはそれよりも多くてもよい。

支持基体６０は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択されるセラミックスから形成され得る。あるいは、支持基体６０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料から形成され得る。支持基体６０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料中にダイヤモンド粒子が分散した金属マトリクス複合材料から形成され得る。支持基体６０は一体的に形成されていてもよいし、複数のパーツの組立体であってもよい。当該複数のパーツは互いに同じ材料から形成されていてもよいし、互いに異なる材料から形成されていてもよい。例えば、第１部分６０－１、複数の第２部分６０－２、および第３部分６０－３は一体的に形成されていてもよいし、互いに独立して形成されていてもよい。あるいは、第１部分６０－１および第３部分６０－３は一体的に形成されており、複数の第２部分６０－２は、第１部分６０－１および第３部分６０－３とは独立して形成されていてもよい。

支持基体６０は、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群から選択される金属材料から形成され、かつ、単一の部材からなることが好ましい。金属材料はセラミックスよりも放熱性に優れており、また柔らかいので加工しやすい。

支持基体６０は、複数の発光装置１００が配置される支持台として機能する。支持基体６０は、さらに、複数の発光装置１００から発せられる熱を外部に伝えて発光装置１００の過度な温度上昇を低減するヒートシンクとしても機能し得る。その場合、支持基体６０の内部に液冷のための１または複数の流路を設けてもよい。液冷に用いる液体としては、例えば水を用いることができる。また、支持基体６０の表面に空冷のためのフィン構造を設けてもよい。あるいは、別途用意したヒートシンク上に支持基体６０を配置する場合、支持基体６０は、複数の発光装置１００から発せられる熱を当該ヒートシンクに伝えるヒートスプレッダとしても機能し得る。

各発光装置１００は、図１Ａおよび図１Ｃに示すように、レーザ光Ｌを＋Ｚ方向に出射する。各遅軸コリメートレンズ９２は、図１Ａに示すように、対応する発光装置１００から出射され、＋Ｚ方向に進行するレーザ光をＸＺ平面においてコリメートする。各ミラー部材９４の反射面９４ｓは、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、対応する発光装置１００から出射され、コリメートされたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を集光レンズ７０に向けて＋Ｘ方向に変化させる。各発光装置１００から出射されたレーザ光Ｌは、図１Ａに示す例において３本の矢印付きの太線によって表されており、図１Ｂおよび図１Ｃに示す例において１本の矢印付きの太線によって表されている。図１Ａに示す例においてレーザ光Ｌが３本の矢印付きの太線によって表されているのは、レーザ光Ｌが広がりを有することを強調するためである。

集光レンズ７０は、速軸集光レンズ７０ａおよび遅軸集光レンズ７０ｂを有する。速軸集光レンズ７０ａは、例えば、Ｚ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり、遅軸集光レンズ７０ｂは、例えば、Ｙ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸集光レンズ７０ａおよび遅軸集光レンズ７０ｂの各々の光軸はＸ方向に対して平行である。集光レンズ７０は、例えば、ガラス、シリコン、石英、合成石英、サファイア、透明セラミックス、シリコーン樹脂、およびプラスチックからなる群から選択される少なくとも１つの透光性材料から形成され得る。

速軸集光レンズ７０ａはその焦点が光ファイバ８０の光入射端８０ａにほぼ一致するように配置されている。同様に、遅軸集光レンズ７０ｂはその焦点が光ファイバ８０の光入射端８０ａにほぼ一致するように配置されている。速軸集光レンズ７０ａの焦点距離は、遅軸集光レンズ７０ｂの焦点距離よりも長い。速軸集光レンズ７０ａは、図１Ｂに示すように、ＸＹ平面において、複数の発光装置１００の各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを、光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束させる。遅軸集光レンズ７０ｂは、図１Ａに示すように、ＸＺ平面において、複数の発光装置１００の各々から出射された広がりを有するレーザ光Ｌを光入射端８０ａに収束させる。

上記のように、複数の発光装置１００の各々から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光Ｌは、対応する反射面９４ｓで＋Ｘ方向に反射される。集光レンズ７０により、そのようにして得られる複数のレーザ光Ｌを結合して光ファイバ８０に入射させることができる。

その結果、発光モジュール２００は、光ファイバ８０の光出射端８０ｂから、複数のレーザ光Ｌが結合された結合光を出射する。結合光の出力は、概略的に、各発光装置１００から出射されたレーザ光Ｌの出力に発光装置１００の数を乗算した値に等しい。したがって、発光装置１００の数を増加させれば、結合光の出力を高めることができる。

次に、図１Ｄを参照して、本開示の実施形態による発光モジュール２００の変形例を説明する。図１Ｄは、本開示の実施形態による発光モジュールの変形例の構成を模式的に示す上面図である。図１Ｄに示す発光モジュール２１０は、以下の３点において、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００とは異なる。

第１の点は、発光モジュール２１０が、支持基体６０の代わりに支持基体６２を備えることである。支持基体６２の形状は、支持基体６０の形状とは異なる。第２の点は、発光モジュール２１０が、複数の発光装置１００－１、複数の遅軸コリメートレンズ９２ａ、および複数のミラー部材９４ａに加えて、複数の発光装置１００－２、複数の遅軸コリメートレンズ９２ｂ、および複数のミラー部材９４ｂをさらに備えることである。各ミラー部材９４ａは反射面９４ａｓを有し、各ミラー部材９４ｂは反射面９４ｂｓを有する。第３の点は、発光モジュール２１０が、ミラー部材９４ｃと、１／２波長板９６と、偏光ビームスプリッタ９８とをさらに備えることである。ミラー部材９４ｃは反射面９４ｃｓを有する。

支持基体６２は、複数の発光装置１００－１および複数の発光装置１００－２を支持する第１部分６２－１を備える。支持基体６２は、さらに、第１部分６２－１によって支持される複数の第２部分６２－２を備える。各第２部分６２－２は、対応する遅軸コリメートレンズ９２ａ、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、ミラー部材９４ａ、およびミラー部材９４ｂを支持する。支持基体６２は、さらに、第１部分６２－１に接続される第３部分６２－３を備える。第３部分６２－３は、集光レンズ７０、光ファイバ８０、ミラー部材９４ｃ、１／２波長板９６、および偏光ビームスプリッタ９８を支持する。

第１部分６２－１は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１載置面６０ｓ１を有する。各第１載置面６０ｓ１には、対応する第２部分６２－２が配置されている。各第２部分６２－２は、第２載置面６０ｓ２を有する。第３部分６２－３は、第３載置面６０ｓ３を有する。

発光装置１００－２、遅軸コリメートレンズ９２ａ、およびミラー部材９４ａは、それぞれ、図１Ａに示す発光装置１００、遅軸コリメートレンズ９２、およびミラー部材９４と同じ構造を有する。発光装置１００－２、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、およびミラー部材９４ｂについても同様である。発光装置１００－１、遅軸コリメートレンズ９２ａ、およびミラー部材９４ａは、＋Ｚ方向に沿ってこの順に配置されており、発光装置１００－２、遅軸コリメートレンズ９２ｂ、およびミラー部材９４ｂは、－Ｚ方向に沿ってこの順に配置されている。発光装置１００－１および発光装置１００－２の配置は、Ｚ方向において互いに反転した関係にある。遅軸コリメートレンズ９２ａおよび遅軸コリメートレンズ９２ｂの配置、ならびにミラー部材９４ａおよびミラー部材９４ｂの配置についても同様である。

各発光装置１００－１および各発光装置１００－２は、対応する第１載置面６０ｓ１に配置されている。各発光装置１００－１はレーザ光Ｌａを＋Ｚ方向に出射し、各発光装置１００－２はレーザ光Ｌｂを－Ｚ方向に出射する。レーザ光Ｌａ、Ｌｂの偏光方向はＸ方向に対して平行である。各遅軸コリメートレンズ９２ａ、各遅軸コリメートレンズ９２ｂ、各ミラー部材９４ａ、および各ミラー部材９４ｂは、対応する第２載置面６０ｓ２に配置されている。各遅軸コリメートレンズ９２ａは、対応する発光装置１００－１から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光ＬａをＸＺ平面においてコリメートする。各遅軸コリメートレンズ９２ｂは、対応する発光装置１００－２から－Ｚ方向に出射されたレーザ光ＬｂをＸＺ平面においてコリメートする。各ミラー部材９４ａの反射面９４ａｓは、コリメートされたレーザ光Ｌａを反射してレーザ光Ｌａの進行方向を＋Ｘ方向に変化させる。各ミラー部材９４ｂの反射面９４ｂｓは、コリメートされたレーザ光Ｌｂを反射してレーザ光Ｌｂの進行方向を＋Ｘ方向に変化させる。

ミラー部材９４ｃ、１／２波長板９６、および偏光ビームスプリッタ９８は、第３載置面６０ｓ３に配置されている。ミラー部材９４ｃの反射面９４ｃｓは＋Ｘ方向に進行するレーザ光Ｌｂを反射してレーザ光Ｌｂの進行方向を－Ｚ方向に変化させる。１／２波長板９６は、－Ｚ方向に進行するレーザ光Ｌｂの偏光方向を、Ｘ方向からＹ方向に変化させる。偏光ビームスプリッタ９８は、＋Ｘ方向に進行し、偏光方向がＺ方向であるレーザ光Ｌａを透過させ、－Ｚ方向に進行し、偏光方向がＹ方向であるレーザ光Ｌｂを反射する。偏光ビームスプリッタ９８を透過したレーザ光Ｌａは、集光レンズ７０によって光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束される。同様に、偏光ビームスプリッタ９８で反射されたレーザ光Ｌｂは、集光レンズ７０によって光ファイバ８０の光入射端８０ａに収束される。

その結果、発光モジュール２１０は、光ファイバ８０の光出射端８０ｂから、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂが結合された結合光を出射する。図１Ｄに例示する発光モジュール２１０では、図１Ａに例示する発光モジュール２００と比較して、発光装置１００－１の数および発光装置１００－２の数の合計が、発光装置１００の数の２倍である。したがって、結合光の出力をさらに高めることができる。

発光モジュール２００において、複数のレーザ光Ｌの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合、集光レンズ７０によって複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ８０に入射することができる。発光モジュール２１０において、複数のレーザ光Ｌａおよび複数のレーザ光Ｌｂの進行方向が設計通りに＋Ｘ方向に揃っている場合についても同様である。

なお、本実施形態による発光モジュール２００では、互いに高さが異なる複数の第１載置面６０ｓ１の各々に、対応する発光装置１００が配置されているが、そのような構成に限定されない。その他にも、複数の発光装置１００をより一般的な空間結合型の発光モジュールに採用してもよい。

［発光装置］
以下に、図２Ａから図２Ｆを参照して、本開示の実施形態による発光装置の構成例を説明する。本開示の実施形態による発光装置によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能になる。本明細書において、「レーザ光の進行方向」のように単に「進行方向」と記載する場合、当該「進行方向」は実際の進行方向を意味する。

図２Ａは、本開示の例示的な実施形態による発光装置の構成を模式的に示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置の分解斜視図である。図２Ｂに示す発光装置１００は、基板１０と、レーザ光源２０と、第１ミラー部材３０ａと、第２ミラー部材３０ｂと、枠体４０と、複数のワイヤ４０ｗと、カバー５０とを備える。基板１０は実装面１０ｕｓを有する。第１ミラー部材３０ａは第１反射面３０ａｓを有し、第２ミラー部材３０ｂは第２反射面３０ｂｓを有する。レーザ光源２０は、半導体レーザ素子２２を有するチップオンサブマウント(Chip on Submount)型の半導体レーザ光源である。発光装置１００は、ツェナーダイオードのような保護素子および／またはサーミスタのような内部温度を測定するための温度測定素子をさらに備えてもよい。図２Ｃは、図２Ａに示す発光装置１００の他の分解斜視図である。図２Ｃにおいて、図２Ｂに示す複数のワイヤ４０ｗは省略されている。図２Ｄは、図２Ｃに示す発光装置１００に含まれる枠体４０を下方から見た斜視図である。図２Ｅは、図２Ａに示す発光装置１００から第２ミラー部材３０ｂおよびカバー５０を省略した構成の上面図である。図２Ｆは、図２Ａに示す発光装置１００の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。

後で詳しく説明するが、本実施形態による発光装置１００では、図２Ｆに示すように、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌが、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射される。そのような構成により、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の進行方向である＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。第１反射面３０ａｓは、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を、基板１０の実装面１０ｕｓから離れる方向に変化させる。第２反射面３０ｂｓは、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向にさらに変化させる。

第２ミラー部材３０ｂの位置および向きは、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌが＋Ｚ方向に進行するように調整可能である。第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌを、図１Ａに示すように反射面９４ｓで反射することにより、レーザ光Ｌの進行方向を設計上の進行方向である＋Ｘ方向に変化させることができる。その結果、＋Ｘ方向に進行する複数のレーザ光Ｌを効果的に結合させて発光モジュール２００から高出力の結合光を出力することができる。

反射面９４ｓに入射するレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｚ方向に対して平行ではない構成では、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向が設計上の＋Ｘ方向からずれる。そのような進行方向のずれが生じた複数のレーザ光Ｌは、たとえずれの角度が数度程度であっても効果的に結合せず、結合光の出力が低下する可能性がある。

これに対して、本実施形態では、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｚ方向とのずれを低減することができる。その結果、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向である＋Ｘ方向とのずれを低減することができる。レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とがなす角度は、例えば１°以下であることが好ましく、０．１°以下であることがより好ましい。本明細書において、２つの方向のなす角度は正の値を有し、負の値を有しない。

本実施形態において、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｚ方向に対して平行であり、反射面９４ｓで反射されたレーザ光Ｌの設計上の進行方向は＋Ｘ方向に対して平行である。ただし、設計上の進行方向はこれらの方向に限定されない。

本明細書において、複数の第１載置面６０ｓ１が並ぶ方向を「第１方向」と称し、第１反射面３０ａｓおよび第２反射面３０ｂｓでこの順に反射されたレーザ光Ｌの進行方向を「第２方向」と称する。基準平面Ｒｅｆは第１方向に対して平行である。本実施形態において、第１方向は＋Ｘ方向であり、第２方向は＋Ｚ方向であるが、これらの方向に限定されない。第２方向は第１方向に交差していれば、第１方向に直交する必要はない。

なお、発光装置１００を図１Ａおよび図１Ｂに示す発光モジュール２００に採用せずに他の用途に用いてもよい。

以下に、発光装置１００の各構成要素を説明する。

＜基板１０＞
基板１０は、図２Ｃに示すように、実装面１０ｕｓおよび下面１０Ｌｓを有する。実装面１０ｕｓの法線方向は＋Ｙ方向である。本明細書において、面の法線方向とは、面の垂直方向であって、当該面を有する物体から離れる方向を意味する。図２Ｃに示す例において、基板１０は矩形の平板形状を有するが、この形状に限定されない。基板１０は、例えば、多角形、円形または楕円形の平板形状を有してもよい。基板１０の下面１０Ｌｓは、支持基体６０の第１載置面６０ｓ１に、例えば、はんだ材のような無機接合部材を介して接合される。

基板１０は、例えば、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である材料から形成され得る。そのような高い熱伝導率を有する基板１０により、駆動時にレーザ光源２０から発せられる熱を、基板１０を介して図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０に効果的に伝えることができる。基板１０は、例えば、支持基体６０と同じ材料から形成され得る。基板１０のＸ方向における寸法は、例えば１０００μｍ以上１００００μｍ以下であり、Ｙ方向における寸法は、例えば１００μｍ以上５０００μｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば１０００μｍ以上２００００μｍ以下であり得る。

＜レーザ光源２０＞
レーザ光源２０は、図２Ｃに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。レーザ光源２０は、サブマウント２１と、サブマウント２１によって支持される端面出射型の半導体レーザ素子２２と、レンズ支持部材２３と、速軸コリメートレンズ２４とを備える。半導体レーザ素子２２は、サブマウント２１を介して、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子２２は、第１反射面３０ａｓに向けてレーザ光Ｌを出射するように配置されている。レンズ支持部材２３は、半導体レーザ素子２２を跨ぐ形状を有する。レンズ支持部材２３は、端面によって速軸コリメートレンズ２４を支持する。レーザ光源２０の構成要素を発光装置１００の構成要素として扱ってもよい。

半導体レーザ素子２２は、矩形形状の端面からレーザ光Ｌを出射する。当該端面がＸ方向に延び、ＸＹ平面に対して平行な平面である場合、半導体レーザ素子２２から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光Ｌは、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光Ｌの速軸方向はＹ方向に対して平行であり、遅軸方向はＸ方向に対して平行である。

レーザ光源２０は、半導体レーザ素子２２から出射され、速軸コリメートレンズ２４を透過したレーザ光を出射する。レーザ光源２０から出射されたレーザ光ＬはＹＺ平面においてコリメートされているが、ＸＺ平面においてコリメートされていない。本明細書において、「コリメートする」とは、レーザ光Ｌを平行光にすることだけではなく、レーザ光Ｌの広がり角を低減することも意味する。レーザ光源２０の具体的な構成について後述する。

レーザ光源２０に含まれる半導体レーザ素子２２は、図２Ｆに示すように、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって封止されている。この封止は気密封止であることが好ましい。気密封止による効果は、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光の波長が短くなるほど高くなる。気密封止されず、半導体レーザ素子２２の出射面が外気に接している構成では、レーザ光の波長が短くなるほど、集塵によって動作中に出射面の劣化が進行していく可能性が高くなるからである。

なお、端面出射型の半導体レーザ素子２２の代わりに、ＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）素子のような面発光型の半導体レーザ素子を用いてもよい。面発光型の半導体レーザ素子は、当該半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が＋Ｚ方向に進行するように配置される。

＜第１ミラー部材３０ａおよび第２ミラー部材３０ｂ＞
第１ミラー部材３０ａは、図２Ｃに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持されている。第１ミラー部材３０ａは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は概略的に三角形である。第１ミラー部材３０ａは、下面と、背面と、下面および背面を繋ぐ斜面とを有する。下面はＸＺ平面に対して平行であり、背面はＸＹ平面に対して平行である。当該斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向と鋭角をなし、かつ－Ｚ方向と鋭角をなす方向である。第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。

第１ミラー部材３０ａは、上記の斜面に第１反射面３０ａｓを有する。第１反射面３０ａｓは、基板１０の実装面１０ｕｓに対して傾斜し、斜め上方を向く。本明細書において、斜め上方とは、＋Ｙ方向と３０°以上６０°以下の角度をなす方向を意味する。第１反射面３０ａｓがレーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを受けることができ、かつ、第１反射面３０ａｓの法線方向が＋Ｙ方向と３０°以上６０°以下の角度をなす方向であれば、第１反射面３０ａｓの法線方向は、ＹＺ平面に対して平行であってもよいし、平行でなくてもよい。

第１反射面３０ａｓは、図２Ｆに示すように、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を、基板１０の実装面１０ｕｓから離れる方向に変化させる。レーザ光Ｌが基板１０の実装面１０ｕｓから離れる方向と、実装面１０ｕｓの法線方向とがなす角度は、例えば、０°以上５°以下であり得る。当該角度には５°の許容範囲があるので、第１ミラー部材３０ａの位置および向きを、第２ミラー部材３０ｂの位置および向きほど厳密に調整する必要はない。

第２ミラー部材３０ｂは、図２Ｃに示すように、カバー５０の上面５０ｕｓによって支持されている。第２ミラー部材３０ｂは、Ｘ方向に一様な断面形状を有する。当該断面形状は概略的に台形である。第２ミラー部材３０ｂは、上面と、下面と、上面および下面を繋ぐ斜面とを有する。上面および下面の各々は、ＸＺ平面に対して平行である。下面のＸ方向における寸法は、上面のＸ方向における寸法に等しい。一方で、下面のＺ方向における寸法は、上面のＺ方向における寸法よりも小さい。斜面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなす方向である。第２ミラー部材３０ｂの上面と斜面とがなす角度は４５°であるが、この角度に限定されず例えば３０°以上６０°以下であってもよい。第２ミラー部材３０ｂの上面と斜面とがなす角度は、第１ミラー部材３０ａの下面と斜面とがなす角度に等しくてもよいし、異なっていてもよい。

第２ミラー部材３０ｂは、上記の斜面に第２反射面３０ｂｓを有する。第２反射面３０ｂｓの少なくとも一部は、第１反射面３０ａｓの少なくとも一部の上方に位置する。第２反射面３０ｂｓは、図２Ｆに示すように、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを反射してレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させる。

第２ミラー部材３０ｂの下面と、カバー５０の上面５０ｕｓとの間には、図２Ｆに示すように、樹脂層３２が存在している。第２ミラー部材３０ｂの下面をカバー５０の上面５０ｕｓに硬化前の樹脂を介して接触させた状態で、樹脂を硬化して樹脂層３２が形成される。樹脂は、例えば、加熱することによって硬化される熱硬化性樹脂、または紫外線もしくは可視光の照射によって硬化される光硬化性樹脂であり得る。樹脂を硬化する前には以下のアクティブアライメントが行われる。すなわち、レーザ光源２０にレーザ光Ｌを出射させた状態で、第２反射面３０ｂｓがレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に変化させるように、第２ミラー部材３０ｂの位置および向きが適切に調整される。そのような調整は、発光装置１００を、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０の第１載置面６０ｓ１に配置した後、第２ミラー部材３０ｂを保持装置によって保持しながら行われ得る。

Ｘ軸またはＹ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させてその向きを変化させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を調整することができる。Ｘ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を上下に変化させることができる。Ｙ軸を回転軸として第２ミラー部材３０ｂを回転させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を正面方向として、レーザ光Ｌの進行方向を左右に変化させることができる。

さらに、第２ミラー部材３０ｂのＺ方向における位置を変化させることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを調整することができる。第２ミラー部材３０ｂを＋Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを小さくし、第２ミラー部材３０ｂを－Ｚ方向に沿ってシフトさせることにより、レーザ光Ｌの光軸の高さを大きくすることができる。本明細書において、「レーザ光の光軸」は、レーザ光のファーフィールドパターンの中心を通過する軸を意味する。光軸上を進むレーザ光は、ファーフィールドパターンの光強度分布においてピーク強度を示す。

ここで、本実施形態とは異なり、第２ミラー部材３０ｂの位置および向きを調整せずにカバー５０の上面５０ｕｓに固定した構成を例に挙げる。そのような構成であっても、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００において、第２ミラー部材３０ｂと遅軸コリメートレンズ９２との間にウェッジを配置することにより、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。当該ウェッジは、互いに反対側に位置する光入射面および光反射面を有する。当該光入射面の法線方向は－Ｚ方向に対して平行であり、当該光出射面の法線方向は、ＹＺ平面に対して平行な方向であって、＋Ｙ方向または－Ｙ方向と鋭角をなし、かつ＋Ｚ方向と鋭角をなす方向である。互いに平行ではない光入射面および光入射面での屈折に起因して、ウェッジは、自身を透過するレーザ光Ｌの進行方向を変化させることができる。しかしながら、ウェッジを用いる場合、レーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けるために、光出射面の法線方向が互いに異なる複数のウェッジを用意し、当該複数のウェッジから、光出射面の法線方向が適切な方向であるウェッジを選択する必要がある。

これに対して、本実施形態では、第２ミラー部材３０ｂを適切な位置および向きに配置することにより、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向が＋Ｚ方向からずれているか否かに関係なく、第２反射面３０ｂｓで反射されたレーザ光Ｌの進行方向を＋Ｚ方向に向けることができる。本実施形態では、上面と斜面とがなす角度が互いに異なる複数の第２ミラー部材３０ｂを用意し、当該複数の第２ミラー部材３０ｂから適切な角度の第２ミラー部材３０ｂを選択する必要はない。

図２Ｂおよび図２Ｃに示すミラー部材３０ａ、３０ｂ、図１Ａから図１Ｃに示すミラー部材９４、および図１Ｄに示すミラー部材９４ａ～９４ｃは、例えば、斜面を有する台と、当該斜面上に別途形成される反射面とを備え得る。台は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、セラミックス、プラスチック、シリコン、金属、シリコーン樹脂、および誘電体材料からなる群から選択される少なくとも１つから形成され得る。反射面は、例えば、誘電体多層膜および金属材料などの反射性材料から形成され得る。この反射面が、図２Ｂに示す第１反射面３０ａｓ、第２反射面３０ｂｓ、図１Ａに示す反射面９４ｓ、ならびに図１Ｄに示す反射面９４ａｓ～９４ｃｓに相当する。

あるいは、第１ミラー部材３０ａ、第２ミラー部材３０ｂ、ミラー部材９４、９４ａ～９４ｃは、例えば、斜面を有する台を備え、当該台は上記の反射性材料から形成されていてもよい。この場合、当該台の斜面が、第１反射面３０ａｓ、第２反射面３０ｂｓ、反射面９４ｓ、９４ａｓ～９４ｃｓに相当する。

＜枠体４０＞
枠体４０は、図２Ｂに示すように基板１０の実装面１０ｕｓの周囲に位置し、図２Ａに示すようにカバー５０を支持する。枠体４０は、図２Ｂに示すように、＋Ｙ方向から見て、すなわち上面視でレーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを囲む。枠体４０は、図２Ｃに示すように、内側面から内側に突出した突出部４０ｐを有する。図２Ｅに示す例において、突出部４０ｐは、サブマウント２１の両側面および背面に向けて突出している。突出部４０ｐは、さらに、サブマウント２１の正面に向けて突出していてもよい。また、突出部４０ｐは、両側面にのみ突出していてもよい。サブマウント２１の正面は、半導体レーザ素子２２の出射面と同じ側に位置し、サブマウント２１の背面は、半導体レーザ素子２２の出射面とは反対側に位置する。サブマウント２１の両側面は、サブマウント２１の正面および背面を繋ぐ。

枠体４０は、図２Ｃに示すように、第１上面４０ｕｓ１と、第２上面４０ｕｓ２とを有する。第２上面４０ｕｓ２は突出部４０ｐの上面であり、第１上面４０ｕｓ１よりも下方に位置し、上面視で第１上面４０ｕｓ１によって囲まれる。図２Ｅに示すように、第２上面４０ｕｓ２は概略的にＵ字形状を有する。

第１上面４０ｕｓ１には、第１接合領域４４ａ、および第１接合領域４４ａを囲む外側領域４６が設けられている。第１接合領域４４ａおよび外側領域４６の各々は概略的に矩形環状の形状を有する。第１接合領域４４ａは、カバー５０および枠体４０を、はんだ材のような無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。外側領域４６は、カバー５０を接合する無機接合部材が外側領域４６を越えて流れ出ることを抑制する。第１接合領域４４ａおよび外側領域４６は、図２Ｅに示すように、上面視で、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを囲む。第１上面４０ｕｓ１には、さらに、第１接合領域４４ａおよび外側領域４６よりも－Ｚ方向において、互いに電気的に絶縁された第１導電領域４２ａおよび第２導電領域４２ｂが設けられている。

第２上面４０ｕｓ２には、互いに電気的に絶縁された第３導電領域４２ｃおよび第４導電領域４２ｄが設けられている。第３導電領域４２ｃは、内部配線を介して第１導電領域４２ａに電気的に接続されており、第４導電領域４２ｄは、内部配線を介して第２導電領域４２ｂに電気的に接続されている。図２Ｅに示すように、上面視で、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａは、第３導電領域４２ｃのＺ方向に延びる部分と、第４導電領域４２ｄのＺ方向に延びる部分との間に位置する。第３導電領域４２ｃは、サブマウント２１の上面および図２Ｂに示す一部のワイヤ４０ｗを介して、半導体レーザ素子２２に電気的に接続されている。第４導電領域４２ｄは、図２Ｂに示す残りのワイヤ４０ｗを介して、半導体レーザ素子２２に電気的に接続されている。したがって、第１導電領域４２ａと第２導電領域４２ｂとの間に電圧を印加することにより、レーザ光源２０に給電することができる。

枠体４０は、さらに、図２Ｄに示すように、第１下面４０Ｌｓ１と、第２下面４０Ｌｓ２とを有する。第２下面４０Ｌｓ２は突出部４０ｐの下面を部分的に有し、第１下面４０Ｌｓ１よりも上方に位置し、－Ｙ方向から見て、すなわち下面視で第１下面４０Ｌｓ１によって囲まれる。第２下面４０Ｌｓ２は、概略的に矩形環状の形状を有する。図２Ｃに示す基板１０の一部または全部は、第１下面４０Ｌｓ１と第２下面４０Ｌｓ２との段差によって囲まれた空間に収容される。枠体４０を透過して見たとき、第２下面４０Ｌｓ２の外周は、上面視で、基板１０の実装面１０ｕｓの外周を囲み、第２下面４０Ｌｓ２の内周は、上面視で、基板１０の実装面１０ｕｓの外周によって囲まれる。

第１下面４０Ｌｓ１の全体には、第２接合領域４４ｂが設けられている。第２接合領域４４ｂは、図１Ａから図１Ｃに示す支持基体６０および枠体４０を、はんだ材のような無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。第２下面４０Ｌｓ２の全体には、第３接合領域４４ｃが設けられている。第３接合領域４４ｃは、基板１０の実装面１０ｕｓの周縁領域に、ろう材のような無機接合部材を介し接合される。第３接合領域４４ｃは、基板１０および枠体４０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。ろう材の融点は、はんだ材の融点よりも高い。したがって、ろう材を加熱して基板１０および枠体４０を接合し、次に、はんだ材を加熱して基板１０およびレーザ光源２０を接合する場合、はんだ材に加えられる熱が原因で基板１０および枠体４０の接合が外れる可能性を低減できる。

図２Ｄに示す例において、第１下面４０Ｌｓ１の全体に第２接合領域４４ｂが設けられているが、第１下面４０Ｌｓ１の一部に第２接合領域４４ｂが設けられていてもよい。同様に、図２Ｄに示す例において、第２下面４０Ｌｓ２の全体に第３接合領域４４ｃが設けられているが、第２下面４０Ｌｓ２の一部に第３接合領域４４ｃが設けられていてもよい。あるいは、第１下面４０Ｌｓ１に第２接合領域４４ｂが設けられていなくてもよいし、第２下面４０Ｌｓ２に第３接合領域４４ｃが設けられていなくてもよい。第１下面４０Ｌｓ１に第２接合領域４４ｂが設けられていない場合、枠体４０および支持基体６０は接合されず、基板１０の下面１０Ｌｓのみで、基板１０および支持基体６０が接合される。

図２Ｆに示す例において、枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓと同一平面上に位置する。枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓよりも上方に位置していてもよい。あるいは、基板１０および支持基体６０を、無機接合部材を介して接合する際に妨げにならないのであれば、枠体４０の第１下面４０Ｌｓ１は、基板１０の下面１０Ｌｓよりも下方に位置していてもよい。

枠体４０は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体６０と同様に、前述のセラミックスから形成され得る。枠体４０のＸ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、Ｙ方向における最大の寸法は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり得る。

導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ～４４ｃ、および外側領域４６は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群から選択される少なくとも１つの金属材料から形成され得る。導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ、および外側領域４６は、例えば、上面４０ｕｓ１、４０ｕｓ２の全体に金属膜を設け、当該金属膜をエッチングによってパターニングすることにより、形成され得る。

＜カバー５０＞
カバー５０は、図２Ｂに示すように、上面５０ｕｓおよび下面５０Ｌｓを有する。カバー５０の下面５０Ｌｓは基板１０の実装面１０ｕｓに対向し、カバー５０の上面５０ｕｓはカバー５０の下面５０Ｌｓの反対側に位置する。本明細書において、カバー５０の下面５０Ｌｓを「対向面」とも称する。カバー５０は、半導体レーザ素子２２および第１ミラー部材３０ａの上方に位置する。カバー５０は、第１反射面３０ａｓで反射されたレーザ光Ｌを透過させる。

カバー５０は、下面５０Ｌｓのうち、レーザ光Ｌを透過させる透光領域５０ｔの少なくとも周囲に遮光膜５２を有する。図２Ｃに示す例において、透光領域５０ｔは、矩形形状を有するが、この形状に限定されない。透光領域５０ｔの形状は、例えば、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。

あるいは、カバー５０は、下面５０Ｌｓのうち、透光領域５０ｔの少なくとも周囲の一部に遮光膜５２を有していてもよい。例えば、透光領域５０ｔの端の一部が下面５０Ｌｓの端の一部に一致する場合、遮光膜５２は、下面５０Ｌｓのうち、以下の領域の少なくとも一部に設けられ得る。当該領域は、下面５０Ｌｓにおいて、透光領域５０ｔの端のうち、上記の一部以外の残りの部分に隣接する領域である。

遮光膜５２は、発光装置１００の内部で生じるレーザ光Ｌ以外の迷光が発光装置１００の外部に漏れる可能性を低減する。遮光膜５２は、さらに、図２Ｆに示す樹脂層３２を紫外線または可視光の照射によって形成する際に、紫外線または可視光がレーザ光源２０に到達する可能性を低減する。遮光膜５２は、さらに、発光装置１００の外部に出射されたレーザ光Ｌの戻り光がレーザ光源２０に到達する可能性を低減する。紫外線もしくは可視光または戻り光による照射を低減できれば、レーザ光源２０は損傷しにくくなる。

図２Ｃに示す例において、遮光膜５２は、下面５０Ｌｓのうち、透光領域５０ｔ以外の領域の全体に設けられている。そのように設けられた遮光膜５２は、上記の迷光が発光装置１００の外部に漏れる可能性、および上記の紫外線もしくは可視光または上記の戻り光がレーザ光源２０に到達する可能性をさらに低減する。

カバー５０のうち、透光領域５０ｔだけでなく、上面視で透光領域５０ｔに重なる部分も、レーザ光Ｌを透過させる。カバー５０のうち、レーザ光Ｌを透過させる部分は、レーザ光Ｌに対して、例えば６０％以上の透過率を有し、好ましくは８０％以上の透過率を有し得る。カバー５０のうち、残りの部分はそのような透光性を有してもよいし、有していなくてもよい。

カバー５０は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。カバー５０のＸ方向における寸法は、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、Ｙ方向における寸法は、例えば０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における寸法は、例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり得る。

遮光膜５２は、例えば、導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ～４４ｃ、外側領域４６と同様に、前述の金属材料から形成され得る。遮光膜５２は、例えば、導電領域４２ａ～４２ｄ、接合領域４４ａ、および外側領域４６と同様に、カバー５０の下面５０Ｌｓの全体に金属膜を設け、当該金属膜をエッチングによってパターニングすることにより、形成され得る。

遮光膜５２の周縁領域は、枠体４０の第１上面４０ｕｓ１に設けられた第１接合領域４４ａに、はんだ材のような無機接合部材を介して接合される。遮光膜５２が上記の金属材料から形成される場合、遮光膜５２は、カバー５０および枠体４０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。

なお、図２Ａから図２Ｃに示す例において、カバー５０は平板形状を有するが、この形状に限定されない。基板１０が枠体４０を設けない平板形状を有する構成において、カバー５０は、平板形状ではなく、下部が開放された箱形状を有していてもよい。そのような形状を有するカバー５０は、基板１０の実装面１０ｕｓによって支持され、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａを収容する。また、下部が開放された箱形状を有するカバー５０と枠体４０を接合する構成とし、カバー５０および枠体４０によって、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａが囲まれていてもよい。

以上のことから、本実施形態によれば、レーザ光Ｌの進行方向と、設計上の進行方向とのずれを低減することが可能な発光装置１００を実現できる。そのような発光装置１００を図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００に採用することにより、複数の発光装置１００の各々からレーザ光Ｌが出射されて得られる複数のレーザ光Ｌを効果的に結合して光ファイバ８０に入射させることができる。

発光装置１００は、例えば、以下のようにして製造され得る。最初の工程において、基板１０、レーザ光源２０、第１ミラー部材３０ａ、第２ミラー部材３０ｂ、枠体４０、複数のワイヤ４０ｗ、およびカバー５０が用意される。次の工程において、枠体４０が基板１０に接合される。次の工程において、レーザ光源２０および第１ミラー部材３０ａが、基板１０の実装面１０ｕｓに設けられる。次の工程において、レーザ光源２０に給電するための複数のワイヤ４０ｗが設けられる。次の工程において、カバー５０が枠体４０に接合される。次の工程において、第２ミラー部材３０ｂの下面をカバー５０の上面５０ｕｓに硬化前の樹脂を介して接触させた状態で、アクティブアライメントが行われる。次の工程において、樹脂を硬化して第２ミラー部材３０ｂとカバー５０との間に樹脂層３２が形成される。

［ＤＤＬ装置］
次に、図３を参照して、本開示の実施形態によるＤＤＬ装置の構成例を説明する。図３は、本開示の例示的な実施形態によるＤＤＬ装置の構成を模式的に示す図である。図３に示すＤＤＬ装置１０００は、本実施形態による複数の発光モジュール２００と、加工ヘッド３００と、発光モジュール２００を加工ヘッド３００に接続する光伝送ファイバ２５０とを備える。図３に示す例において、発光モジュール２００の数は４個であるが、この数に限定されない。発光モジュール２００の数は１個であってもよいし、２個もしくは３個、または５個以上の複数個であってもよい。

各発光モジュール２００に含まれる発光装置１００の数は、必要な光出力または放射照度に応じて決定される。発光装置１００から出射されたレーザ光の波長も、加工対象の材料に応じて選択され得る。例えば、銅、真鍮、アルミニウムなどの金属を加工する場合、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲に属する半導体レーザ素子が好適に採用され得る。各発光装置１００から出射されたレーザ光の波長は同一である必要はなく、中心波長が異なるレーザ光が重畳されてもよい。また、中心波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲外にあるレーザ光を用いる場合にも、本発明による効果を得ることは可能である。

図３に示す例において、複数の発光モジュール２００の各々から光ファイバ８０が延びている。そのようにして得られる複数の光ファイバ８０が光合波器２３０によって光伝送ファイバ２５０に結合されている。光合波器２３０は、例えば、ＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）であり得る。加工ヘッド３００は、光ファイバ８０の光出射端から出射されたレーザ光を対象物４００に収束して照射する。１台のＤＤＬ装置１０００がＭ個の発光モジュール２００を備え、各発光モジュール２００がＮ個の発光装置１００を備える場合において、１個の発光装置１００の光出力がＰワットであれば、最大でＰ×Ｎ×Ｍワットの光出力を持ったレーザビームを対象物４００上に収束させることができる。ここで、Ｎは２以上の整数、Ｍは正の整数である。例えばＰ＝２０ワット、Ｎ＝２２、Ｍ＝１２であれば、５キロワットを超える光出力を実現できる。

［レーザ光源２０の構成］
次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、図２Ｃに示すレーザ光源２０の構成の例を説明する。図４Ａは、レーザ光源２０の分解斜視図である。図４Ｂは、レーザ光源２０の、ＹＺ平面に対して平行な断面図である。以下に、レーザ光源２０の各構成要素を説明する。

サブマウント２１は、図４Ａに示すように、ＸＺ平面に対して平行である上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓを有する。上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓの各々には金属膜が設けられている。上面２１ｕｓに設けられた金属膜は、半導体レーザ素子２２およびレンズ支持部材２３をサブマウント２１に無機接合部材で接合する際に、接合強度を向上させる。上面２１ｕｓに設けられた金属膜は、さらに、半導体レーザ素子２２に電力を供給することに用いてもよい。下面２１Ｌｓに設けられた金属膜は、図２Ｃに示す基板１０およびレーザ光源２０を、無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させる。上面２１ｕｓおよび下面２１Ｌｓの各々に設けられた金属膜は、駆動時に半導体レーザ素子２２で発せられる熱を、サブマウント２１を介して基板１０に伝えることにも役立つ。サブマウント２１は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体６０と同様に、前述のセラミックス、金属材料、または金属マトリクス複合材料から形成され得る。

半導体レーザ素子２２は、図４Ａに示すように、サブマウント２１の上面２１ｕｓによって支持されている。半導体レーザ素子２２はＺ方向に交差する２つの端面の一方に出射面２２ｅを有し、出射面２２ｅからレーザ光を＋Ｚ方向に出射する。レーザ光は、＋Ｚ方向に進行するにつれてＹＺ平面およびＸＺ平面において異なる速さで広がる。レーザ光は、ＹＺ平面において相対的に速く広がり、ＸＺ平面において相対的に遅く広がる。レーザ光のスポットは、コリメートしない場合、ファーフィールドで、ＸＹ平面においてＹ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有する。

半導体レーザ素子２２は、可視領域における紫色、青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または不可視領域における赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。紫色光の発光ピーク波長は、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍより大きく４９５ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍより大きく５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。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好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。

紫色、青色および緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２としては、窒化物半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２２としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系、およびＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。

レンズ支持部材２３は、図４Ａに示すように、サブマウント２１の上面２１ｕｓによって支持されている。レンズ支持部材２３は、２つの柱状部分２３ａと、２つの柱状部分２３ａの間に位置し、２つの柱状部分２３ａを連結する連結部分２３ｂとを有する。２つの柱状部分２３ａは半導体レーザ素子２２の両側に位置し、連結部分２３ｂは半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅ側の上方に位置する。レンズ支持部材２３は、２つの柱状部分２３ａの端面２３ａｓによって速軸コリメートレンズ２４を支持する。レンズ支持部材２３は、半導体レーザ素子２２を跨ぐように位置し、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光が速軸コリメートレンズ２４に入射することを妨げない。

レンズ支持部材２３は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す支持基体６０と同様に、前述のセラミックスから形成され得る。レンズ支持部材２３は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。レンズ支持部材２３は、例えば、コバールおよびＣｕＷからなる群から選択される少なくとも１つの合金から形成され得る。レンズ支持部材２３は、例えばＳｉから形成され得る。

速軸コリメートレンズ２４は、図４Ａに示すように、例えば、Ｘ方向に一様な断面形状を有するシリンドリカルレンズであり得る。速軸コリメートレンズ２４は、光入射側に平面を有し、光出射側に凸曲面を有する。当該凸曲面は、ＹＺ平面において曲率を有する。速軸コリメートレンズ２４の焦点は、半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅの発光点の中心にほぼ一致する。図４Ｂに示すように、速軸コリメートレンズ２４は、半導体レーザ素子２２の出射面２２ｅから＋Ｚ方向に出射されたレーザ光をＹＺ平面においてコリメートする。図４Ｂに示す破線によって囲まれた領域は、レーザ光の強度がそのピーク強度の１／ｅ^２倍以上である領域を表す。ｅは自然対数の底である。速軸コリメートレンズ２４は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す集光レンズ７０と同様に、前述の透光性材料から形成され得る。

速軸コリメートレンズ２４は、図２Ｆに示すように、基板１０の実装面１０ｕｓとカバー５０の下面５０Ｌｓとの間に位置し、かつレーザ光Ｌの光路上に位置する。速軸コリメートレンズ２４は、基板１０、枠体４０、およびカバー５０によって形成される封止空間の内部に配置されているので、レーザ光Ｌが大きく広がる前にレーザ光Ｌをコリメートすることができる。したがって、速軸コリメートレンズ２４を小型にすることが可能になる。

速軸コリメートレンズ２４の代わりに、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光Ｌを、ＹＺ平面だけでなくＸＺ平面においてもコリメートするコリメートレンズを用いてもよい。その場合、図１Ａから図１Ｃに示す発光モジュール２００および図１Ｄに示す発光モジュール２１０において、遅軸コリメートレンズ９２、９２ａ、９２ｂを設ける必要はない。

本開示は、以下の項目に記載の発光装置を含む。
［項目１］
実装面を有する基板と、
前記実装面によって支持される半導体レーザ素子と、
前記実装面によって支持される第１ミラー部材であって、前記実装面に対して傾斜し、斜め上方を向く第１反射面を有する第１ミラー部材と、
前記基板の前記実装面に対向する対向面、および前記対向面の反対側に位置する上面を有し、前記半導体レーザ素子および前記第１ミラー部材の上方に位置するカバーと、
前記カバーの前記上面によって支持される第２ミラー部材であって、第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、第２ミラー部材と、
を備え、
前記半導体レーザ素子は、前記第１反射面に向けてレーザ光を出射するように配置されており、
前記第１反射面は、前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を前記基板の前記実装面から離れる方向に変化させ、
前記カバーは、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を透過させ、
前記第２反射面は、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向をさらに変化させる、発光装置。
［項目２］
前記第２ミラー部材の下面と前記カバーの前記上面との間には、樹脂層が存在している、項目１に記載の発光装置。
［項目３］
前記カバーは、前記カバーの前記対向面のうち、前記レーザ光が透過する領域の少なくとも周囲に遮光膜を有する、項目１または２に記載の発光装置。
［項目４］
前記基板の前記実装面と前記カバーの前記対向面との間に位置し、かつ前記レーザ光の光路上に位置する速軸コリメートレンズを備える、項目１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目５］
前記基板は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である材料から形成されている、項目１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
［項目６］
前記基板の前記実装面の周囲に位置し、前記カバーを支持する枠体を備え、
前記半導体レーザ素子は、前記基板、前記枠体、および前記カバーによって気密封止されている、項目１から５のいずれか１項に記載の発光装置。

本開示の発光装置は、特に複数のレーザ光を結合して高出力のレーザ光を実現するために用いられ得る。また、本開示の発光装置は、例えば、高出力のレーザ光源が必要とされる産業用分野、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングに利用され得る。

１０：基板 １０ｕｓ：実装面 １０Ｌｓ：下面 ２０：レーザ光源 ２１：サブマウント ２１Ｌｓ：下面 ２１ｕｓ：上面 ２２：半導体レーザ素子 ２２ｅ：出射面 ２３：レンズ支持部材 ２３ａ：柱状部分 ２３ａｓ：端面 ２３ｂ：連結部分 ２４：速軸コリメートレンズ ３０ａ：第１ミラー部材 ３０ａｓ：第１反射面 ３０ｂ：第２ミラー部材 ３０ｂｓ：第２反射面 ３２：樹脂層 ４０：枠体 ４０ｕｓ１：第１上面 ４０ｕｓ２：第２上面 ４０Ｌｓ１：第１下面 ４０Ｌｓ２：第２下面 ４０ｐ：突出部 ４０ｗ：ワイヤ ４２ａ：第１導電領域 ４２ｂ：第２導電領域 ４２ｃ：第３導電領域 ４２ｄ：第４導電領域 ４４ａ：第１接合領域 ４４ｂ：第２接合領域 ４４ｃ：第３接合領域 ４６：外側領域 ５０：カバー ５０ｕｓ：上面 ５０Ｌｓ：下面 ５０ｔ：透光領域 ５２：遮光膜 ６０、６２：支持基体 ６０－１、６２－１：第１部分 ６０－２、６２－２：第２部分 ６０－３、６２－３：第３部分 ６０ｓ１：第１載置面 ６０ｓ２：第２載置面 ６０ｓ３：第３載置面 ７０：集光レンズ ７０ａ：速軸集光レンズ ７０ｂ：遅軸集光レンズ ８０：光ファイバ ８０ａ：光入射端 ８０ｂ：光出射端 ８２：支持部材 ９２：遅軸コリメートレンズ ９２ａ：遅軸コリメートレンズ ９２ｂ：遅軸コリメートレンズ ９４、９４ａ、９４ｂ、９４ｃ：ミラー部材 ９４ｓ、９４ａｓ、９４ｂｓ、９４ｃｓ：反射面 ９６：１／２波長板 ９８：偏光ビームスプリッタ １００、１００－１、１００－２：発光装置 ２００、２１０：発光モジュール ２３０：光合波器 ２５０：光伝送ファイバ ３００：加工ヘッド ４００：対象物 １０００：ＤＤＬ装置

Claims (8)

1. 実装面を有する基板と、
   前記実装面によって支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
   前記実装面によって支持される第１ミラー部材であって、前記実装面に対して傾斜し、斜め上方を向く第１反射面を有する第１ミラー部材と、
   前記基板の前記実装面に対向する対向面、および前記対向面の反対側に位置する上面を有し、前記半導体レーザ素子および前記第１ミラー部材の上方に位置するカバーと、
   前記カバーの前記上面によって支持される第２ミラー部材であって、第２反射面を有し、前記第２反射面の少なくとも一部は前記第１反射面の少なくとも一部の上方に位置する、第２ミラー部材と、
   前記基板の前記実装面と前記カバーの前記対向面との間に位置し、かつ前記レーザ光の光路上に位置する速軸コリメートレンズと、
   を備え、
   前記半導体レーザ素子は、前記第１反射面に向けて前記レーザ光を出射するように配置されており、
   前記第１反射面は、前記半導体レーザ素子から出射され、前記速軸コリメートレンズを透過した前記レーザ光を反射して前記レーザ光の進行方向を前記基板の前記実装面から離れる方向に変化させ、
   前記カバーは、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を透過させ、
   前記第２反射面は、前記第１反射面で反射された前記レーザ光を反射して前記レーザ光の前記進行方向をさらに変化させる、発光装置。
2. 前記第２ミラー部材の下面と前記カバーの前記上面との間には、樹脂層が存在している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記カバーは、前記カバーの前記対向面のうち、前記レーザ光が透過する領域の少なくとも周囲に遮光膜を有する、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記基板は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である材料から形成されている、請求項１または２に記載の発光装置。
5. 前記基板の前記実装面の周囲に位置し、前記カバーを支持する枠体を備え、
   前記半導体レーザ素子は、前記基板、前記枠体、および前記カバーによって気密封止されている、請求項１または２に記載の発光装置。
6. 前記半導体レーザ素子は、サブマウントを介して前記実装面によって支持される、請求項１または２に記載の発光装置。
7. 前記枠体は、第１上面と、前記第１上面よりも下方に位置する第２上面を有し、
   前記第１上面には、互いに電気的に絶縁された第１導電領域および第２導電領域が設けられており、
   前記第２上面には、互いに電気的に絶縁された第３導電領域および第４導電領域が設けられており、
   前記第３導電領域および前記第４導電領域にはワイヤが接続されている、請求項５に記載の発光装置。
8. 前記速軸コリメートレンズは、レンズ支持部材を介して前記サブマウントに支持される、請求項６に記載の発光装置。