JPH01226189A - 半導体レーザー素子パッケージ用キャップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体レーザー装置のレーザー出射部を構成
する半導体レーザー素子が組み込まれたパッケージを構
成するためのキャップに関し、半導体レーザー素子から
出射されたレーザー光（出射光）をパッケージ外へ取り
出すためのキャップに設けられた窓がその本体と一体成
形されているキャップに関する。

［従来の技術］ 半導体レーザー装置のパッケージは、レーザー光を出射
する半導体レーザー素子を気密に封止する役割を有し、
例えば、第１１図に示すような構成を有する。

このパッケージは、半導体レーザー素子３か取り付けら
れているステム４と、金属製の円筒状本体を有するキャ
ップ７とからなり、これらがスポット溶接されて、気密
封止が行なわれていた。

従来のキャップ本体は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属から形成され、出射光取り出し部である窓は、通
常ガラス板１３がキャップ本体に設けられた窓枠に低融
点ガラス６を用いた溶接により固着されていた。

一方、半導体レーザー素子からの出射光は、光の回折に
より発散光となるので、効率良いレーザービームの形成
のためには、光源（半導体レーザー素子）にてきる限り
近い位置で、出射光を集光する必要がある。

この集光は、キャップの窓部に集光機能を有する光学素
子を取り付けることによって可能となる。

なお、半導体レーザー素子の構造から出射光は、半導体
レーザー素子の活性層に垂直な方向と水平な方向とで広
がり角度が異なる楕円ビームとなるため、集光スポット
をしぼり込みにくいので、キャップ窓部用の光学素子と
してシリンドリカルレンズ（特開昭６０−１９３３９２
号公報）や第１２図に示すような球レンズ５（特開昭５
８−９７８８４号公報）などが利用されてきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来例においては、なお
以下のような解決すべき問題を有する場合が多かった。

ａ）低融点ガラス等を用いた溶接により光学素子等をキ
ャップ本体の窓枠に取り付る際に、光学素子の位置精度
を常に安定して得ることが困難であり、製造歩留まりの
悪化が避けられない。

ｂ）部品点数が多く、また光学素子の種類を増加させた
場合、光学素子のキャップ本体への固着を同一工程で一
括して行なうことができないので、大量に製造しないと
コストダウンがはかれない。

Ｃ）キャップ本体に各種光学素子を溶接するのに必要な
構造を新たに付加しなければならず、キャップ本体の構
造が複雑化し、その加工に高度な技術が要求され、また
製造コストの上昇を招く。

ｄ）複数のビームを出射できる半導体素子を組み込んだ
パッケージを形成する際に、複数のビームの個々に対応
する光学素子をキャップ本体に固着する場合、部品点数
は更に増加し、また各光学素子間での取り付は位置精度
を正確なものとするには非常に高度な技術が要求され、
しかも複数のビーム用光学素子が組み込まれるキャップ
本体の精度良い作製においては歩留りの悪化、コストの
上昇が避けられない。

更に、通常、第１３図に示すように円筒状に形成された
キャップ本体が用いられているが、円筒状キャップにお
いては、例えば次のような場合における問題点を有して
いる。

例えば、その内部に半導体レーザー素子を機密に固定し
たパッケージを用いて半導体レーザー装置を組み立てる
工程は以下のようにして行なわれる。

まず、キャップを治具で基準位置に固定する。

次に、半導体レーザー素子がレーザー光を出射可能なよ
うに取り付けられたステムに設けられたキャップ本体基
部の縁部との嵌合部位に、例えば光硬化性樹脂を塗布し
、これをキャップ本体基部の開口に嵌入する。

この状態で、レーザー光を半導体レーザー素子から出射
させながら、ステムとキャップの位置関係を調節し、キ
ャップの出射光取り出し窓から所望のし７ザー光の出射
状態が得られる位置でこれらの位置関係を固定し、その
状態で塗布した光硬化性樹脂に光照射してこれを硬化さ
せて、ステムとキャップとを固着する。

更に、このようにして組み立てたパッケージが半導体レ
ーザー装置に組み込まれる。

ところが、キャップが円筒状であると、上述のステムと
キャップとの位置調節の際に、治具にキャップをしかつ
りと保持させておいても、操作中に治具とキャップとの
間に位置ずれが生じ、キャップが最初に設定した基準位
置からずれる場合がある。

特に、出射光取り出し窓に設置した光学素子が非球面レ
ンズやシリンドリカルレンズの場合には、ステムとキャ
ップとをキャップの軸方向で相対的に回転させて位置調
節する必要があるが、このような回転調節の際に治具と
キャップとのずれが発生する場合がある。

また、円筒状のキャップを用いて組み立てたパッケージ
を各種半導体レーザー装置に取り付ける際に、パッケー
ジの装置内での位置精度をより確実に得るためには、パ
ッケージ内のレーザー素子から再度レーザー光を出射さ
せながらその設置位置を調節するという操作が必要とな
る。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであり
、その目的は出射光取り出し窓に光学素子を高精度に配
置でき、かつその製造コストも低く、また大量生産に適
した構成の半導体レーザー装置のパッケージを構成する
ためのキャップを提供することにある。

本発明の他の目的は、出射光取り出し用窓に用いる光学
素子の機能や形状の自由度が大幅に広げられた構成の半
導体レーザー素子パッケージ用のキャップを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、ステムとの位置調節を容易とし、
かつ組み立て完了後のパッケージの半導体レーザー装置
への精度良い取り付けが極めて容易となる構造を有する
半導体レーザー素子パッケージ用キャップを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は以下の本発明により達成することができる。

本発明の半導体レーザ素子パッケージ用キャップ（以後
、単にキャップという）は、キャップのレーザー出射光
取り出し窓がキャップ本体と一体成形されていることを
特徴とする。

また、本発明のキャップには、必要に応じて前記窓に対
して所定の位置関係を有する基準面が更に設けられる。

［作用］ 本発明のキャップは、従来のようなキャップ本体と出射
光取り出し窓に設けられる光学素子等とを別々に作製し
、それらを融着させるという煩雑な方法を用いずに、キ
ャップ本体と窓とを型により一体成形することにより得
られる。従って、その製造工程数が大幅に低減化され、
製造コストも低く、また大量生産にも適し、かつ型に応
じた出射光取り出し窓の高精度な配置が常に安定して容
易に得られる。

特に、本発明においては、窓に光学素子を配置する場合
、従来の溶融ガラスにより別途作製した光学素子をキャ
ップ本体に融着する場合と比較して、その形状への制限
が大幅に緩和され、特殊なあるいは複雑な構造の光学素
子でもキャップに容易に配置することが可能となった。

更に、キャップ本体に必要に応じて出射光取り出し窓と
所定の位置関係にある基準面を設けることにより、該キ
ャップを用いてパッケージを組み立てる際の、あるいは
組み立てられたパッケージを半導体レーザー装置に組み
込む際の位置調節が極めて容易となる。しかも、この基
準面はキャップ本体と出射光取り出し窓とを一体成形す
る際に、容易に精度良く形成することができる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のキャップを用いたパッケージの構成を
示す模式的断面図である。

このキャップは、キャップ本体２と、半導体レーザー素
子のレーザー出射部に対応した位置に配置された球レン
ズ１からなる窓とが一体成形された構成を有し、半導体
レーザー素子３を気密に仕切るためにステム４上に装着
されている。

この、キャップは球レンズ１に所望の光学特性を得るた
めに必要な材料を型で成形して得ることができる。

本発明のキャップ形成用材料としては、例えばガラス、
樹脂などの型により光学素子の成形か可能な材料が利用
できる。

また、キャップ外表面には耐水および遮光コートが設け
られていても良い。ただし、この耐水および遮光コート
はキャップの光学素子部分には設けない。また、ステム
とキャップとを光硬化性樹脂で接着する場合には、これ
らの液管部及びその近傍には設けない。

なお、ステム４へのキャップ本体２の装着は、キャップ
をステム４に載置し、半導体レーザー素子３と球レンズ
ｌとの位置調整を行なった後、例えば接着剤等を利用し
てステム４とキャップ本体２とを気密に固着することに
より行なうことができる。

本発明のキャップに配置する光学素子の形状は、従来の
キャップのようにキャップ本体に窓を取付ける際に必要
な技術的な制約を受けず、非球面レンズ等の一般に加工
が困難であるものでも良く、その還択の幅が大きく拡大
された。

例えば、第２図（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなアスペクト
比補正及び平行光化用の非球面レンズ８や、第２図（Ｄ
）〜（Ｆ）に示すレーザー光を曲げるための非球面レン
ズ８を容易に精度良く出射光取り出し窓に設けることが
できる。

更に、例えば第３図（Ａ）〜（Ｆ）に示すような構造の
光学素子９をキャップの窓に設けることにより、２ビー
ムレーザーアレイからの出射光を所定の相対角度を持た
せて出射させて、短光路でこれらを効率良く集光させる
ことができ、従来のようにリレーレンズを用いる必要が
ない。

なお、このような構成を従来のキャップで得ようとする
場合、精度良いキャップ本体への取付けのための構造を
複数のプリズムが複合した光学素子に付与するための加
工や、そのような光学素子のキャップ本体への取付は自
体に高度な技術が要求されるが、本発明においてはこの
ような加工や技術は必要とされない。

更に、窓部の光学素子を第４図（Ａ）、（Ｃ）および（
Ｅ）に示すようなシリンドリカルレンズ１０とすること
によって、２ビームを所定の相対角度を持って出射させ
ることができる。

一方、窓部の光学素子を第４図（Ｂ）、（Ｄ）および（
Ｆ）に示すような凸型シリンドリカルレンズｌＯとする
ことによって、半導体レーザー素子から楕円状に出射さ
れるレーザービームな補正することができる。

また、第５図（Ａ）〜（Ｄ）に示す例は、マルチ化した
半導体レーザー素子、すなわち複数のビームを出射可能
とした素子に対応した光学素子を窓に設けた場合を示す
ものであり、第５図（Ａ）および（Ｂ）に示された光学
素子！＋を有するキャップは２ビーム用、第５図（Ｃ）
および（Ｄ）に示された光学素子１２を有するキャップ
は３ビーム用である。

更に、本発明のキャップは、第６図に示すような窓を構
成する光学素子１と所定の位置関係にある基準面１４を
有することができる。

この基準面は、キャップ成形用の型に基準面を成形する
面を、光学素子を成形する面に対して所定の位置関係に
設けることによって、キャップに形成できる。

この基準面と光学素子との所定の位置関係は、基準面に
対して光学素子がある所定の方向性をもって配置される
ことにより決定されるものであり、該基準面によりキャ
ップに対する光学素子の位置関係が明確化できる。

なお、光学素子の方向性とは、光学素子の光軸等のレー
ザービームの出射方向や出射状態等の出射特性を規定す
る方向性をいう。

この基準面が設けられたキャップを用いて半導体レーザ
ー素子パッケージを作製する場合、半導体レーザー素子
とキャップの光学素子との積度良い位置調節が容易とな
る。

しかも、得られたパッケージにおいては、該基準面と光
学素子とが所定の位置関係にあることから、該基準面対
して一定の出射方向性等の出射特性を常に有することに
なる。

従って、パッケージを半導体レーザー装置に取り付ける
ときの出射光の出射方向等の調節は、該基準面の方向性
を調整するだけで容易に行なうことができる。しかも、
この調節は実際にパッケージ内のレーザー素子からレー
ザー光を出射させなくても可能である。

なお、この基準面の形状及び大きさは、上述したような
操作がしやすいように設定すれば良い。

また、基準面は、上記のように窓を構成する光学素子と
キャップ本体との一体成形時に同時成形されるので、こ
れらの良好な位置精度が常に安定して得られる。

具体的には、本発明のキャップの有する基準面は例えば
以下のように利用することができる。

まず、第７図に示すように基準面１４を固定する治具１
５でキャップを固定し、その状態でキャップ外周径に合
せたキャップ固定治具１６によってキャップをしかつり
と挟み込む。

これとは別に、半導体レーザー素子３をステム４のヒー
トシンク上に固着させ、半導体レーザー素子３とステム
４のリートビンとを配線する。

次に、このようにして半導体レーザー素子３を固着した
ステム４を治具１９で保持させ、そのキャップとの接続
部に光硬化性樹脂１７を塗り、治具中に固定されたキャ
ップに差し込む（第８図）。

この状態で半導体レーザー素子３を発振させて出射させ
たレーザー光をキャップの光学素子１を通過させて、受
光素子２０に入射させる。

この時に、受光素子２０に入射するレーザー光が光学素
子１の影響を最も効率良く受ける、すなわち半導体レー
ザー素子３と光学素子１との位置関係が所定の位置関係
となるように、ステム４またはキャップ本体２を動かし
て調整する。

次に、ステム４とキャップ本体２の位置関係が正しく調
整されたところで、ステム４に塗った光硬化性樹脂１７
を硬化させることのできる光を、キャップ本体２とステ
ム４の接続部に照射し、これらを固着する。

以上のようにして得られたパッケージにおけるレーザー
光は基準面１４に対して常に同一の出射特性を有するの
で、該パッケージを半導体レーザー装置に装着する際の
レーザー光の出射方向の調節は、基準面１４の方向性を
調節することで容易に行なえる。

第９図（Ａ）及び（Ｂ）に示した本発明のキャップは、
所定の角度θ（≠９０°）をなす２面が基準面１４とし
て設けられているものである。

このような所定の角度θをなす基準面１４を設けること
により、第１０図に示すように固定治具２１てキャップ
を固定する際に、固定治具２２とキャップ本体２とを容
易に適合させることができる。

すなわち、固定治具２２内にキャップを固定する際に、
これらに多少のズレがあっても、治具２１によりキャッ
プが固定治具２２方向に押される′・ス固定治具２２の
基準面１４に対応した２面によりキャップ本体２がガイ
ドされ、キャップは固定治具２２と自動的に適合する。

従って、より短時間でのキャップの治具２２内への固定
が可能となる。

［発明の効果］ 本発明のキャップは、出射光取り出し窓がキャップ本体
と型により一体成形された構造を有するので、出射光取
り出し窓に用いる光学素子の機能や形状の自由度が大き
く拡大されており、また従来のキャップと比べてその製
造工程が大幅に単純化され、かつ低コストで安定した品
質が常に得られる。

更に、本発明のキャップに出射光取り出し用窓に用いる
光学素子と所定の位置関係にある基準面を設けることに
より、キャップの窓部の光学素子とキャップ内に配置し
た半導体レーザー素子との位置調節がより容易となり、
かつ組み立て完了後の半導体レーザー素子パッケージを
半導体レーザー装置に組み込む際の該パッケージからの
レーザー光の出射方向を基準面の位置を調節することに
より極めて容易に調節でき、その出射方向の調節が大幅
に簡易化された。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の断面図で表されたキャップを用いたパ
ッケージの構成を示す図である。 第２図（Ａ１−（Ｆ）、第３図（Ａ）〜（Ｆ）、第４図
（Ａ）〜（Ｆ）および第５図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ
本発明のキャップの各種態様例の断面図である。 第６図（Ａ）及び（Ｂ）並びに第９図（Ａ）及びＦＢ）
は基準面を設けた本発明のキャップを示した図であり、
第６図（Ａ）及び第９図（Ａ）はその平面図、第６図（
Ｂ）及び第９図（Ｂ）はその正面図である。 第７図及び第１０図はそれぞれ治具により本発明のキャ
ップを固定した状態を示す平面図である。 第８図はキャップを断面図として表わしたパッケージの
組み立て工程を説明するための図である。 第１Ｉ図及び第１２図は従来のキャップを用いたパッケ
ージの構造を示す図であり、キャップは断面図として表
わされている。 第１３図は基準面が設けられていないキャップの斜視図
である。 ■、５．８．９、ｌＯ１＋１１２．１３：光学素子２．
７：キャップ本体 ３　半導体レーザー素子　４：ステム ６：溶融ガラス　　　　　１４　　基準面１５．１６．
１９．２１．２２　　治具１７・光硬化性樹脂 １８　　耐水および遮光コート ２０、受光素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）レーザー光取り出し窓を有する半導体レーザー素子
   を組み込んだパッケージを構成するためのキャップにお
   いて、該窓が該キャップ本体に一体成形されていること
   を特徴とする半導体レーザー素子パッケージ用キャップ
   。 ２）前記窓をレンズ機能を有する光学素子とした請求項
   １に記載のキャップ。 ３）前記窓をプリズム機能を有する光学素子とした請求
   項１に記載のキャップ。 ４）前記窓と所定の位置関係にある基準面を有する請求
   項１〜３のいずれかに記載のキャップ。