JPWO2016063814A1 - レーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

半導体レーザアレイの温度上昇を低減するとともに、電食を防ぎ、長期的な信頼性の向上が可能なレーザ光源装置を提供する。複数の半導体レーザ素子をアレイ状に並べた半導体レーザアレイ１を有するレーザ光源装置において、ヒートシンク３と、ヒートシンクの一端縁に載置され半導体レーザアレイを実装する給電路を有するサブマウント基板２と、ヒートシンク上でサブマウント基板以外の範囲に載置され絶縁板６と、絶縁板に実装される第１電極板４と、第１電極板とは分離して絶縁板に実装される第２電極板５と、第１電極板とサブマウント基板との間を、及び、第２電極板と半導体レーザアレイとの間をそれぞれ電気的に接続する金属線７ａ，７ｂと、ヒートシンクが実装され、冷却水流路９を内部に有する冷却ブロック８とを備えた。

Description

本発明は、複数の半導体レーザ素子をアレイ状に並べた半導体レーザアレイが搭載されたレーザ光源装置に関する。

レーザ光源装置において、複数の半導体レーザ素子をアレイ状に並べた半導体レーザアレイに電流が供給されたとき、半導体レーザアレイは、レーザ光の発振源であると共に、大きな熱を発する発熱源となる。半導体レーザアレイは、温度に依存して発振波長が変化し、高温になるとレーザ出力が低下して信頼性も低下する。よって、半導体レーザアレイ内を適正な温度に保つように、冷却構造を設けることが望ましい。そのような冷却構造を有するレーザ光源装置の構成として、例えば特許文献１に示される構成がある。

この特許文献１では、冷却水を流すための流路を備えた冷却体と称するヒートシンク上に、半導体レーザアレイがはんだ等の導電性ペーストにより接合されている。ヒートシンクの材料としては、半導体レーザアレイの放熱を行う必要があるため、熱伝導性に優れている必要がある。また電食（冷却水流路の電気的腐食）による急速な腐食進行を防ぐため、絶縁性に優れている必要がある。これら両方の特性を有する材料として、ヒートシンクの材料にはセラミック材が用いられている。また、ヒートシンク上面の全てには、めっき処理により金属めっき層が形成され、給電路を構成している。このような構成によって給電路と冷却水流路とを分離しており、電食を防いでいる。

特開２００９−６４９３２号公報

しかしながら、特許文献１のようなレーザ光源装置にあっては、上述のようにヒートシンク（冷却体）の表面全体に施されたニッケル−金めっき層が給電路になる。ここで大電流、例えば数１０Ａを必要とする半導体レーザアレイの場合には、給電路である表面全体のめっき層の配線抵抗が大きいことから、めっき層自体も発熱する。よって半導体レーザアレイ温度が上昇することになり、結果的にレーザ出力が低下するという懸念がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、半導体レーザアレイの温度上昇を低減するとともに、電食を防ぎ、長期的な信頼性の向上が可能なレーザ光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるレーザ光源装置は、複数の半導体レーザ素子をアレイ状に並べた半導体レーザアレイを有するレーザ光源装置において、板状のヒートシンクと、電気絶縁性を有する材料で作製され、上記ヒートシンクの一端縁に載置され、給電路を有しこの給電路に上記半導体レーザアレイを実装するサブマウント基板と、上記ヒートシンク上で上記サブマウント基板以外の範囲に載置され、電気絶縁性を有する材料で作製される絶縁板と、上記絶縁板に実装される第１電極板と、上記第１電極板とは分離して上記絶縁板に実装され、上記第１電極板の上方を覆って配置される第２電極板と、上記第１電極板と上記サブマウント基板との間を、及び、上記第２電極板と上記半導体レーザアレイとの間をそれぞれ電気的に接続する金属線と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様におけるレーザ光源装置によれば、ヒートシンクの一端縁にサブマウント基板を載置し、このサブマウント基板に半導体レーザアレイを実装し、第１及び第２の各電極板が絶縁板を介してヒートシンク上に実装される。また、第１電極板とサブマウント基板、及び第２電極板と半導体レーザアレイは、それぞれ金属線を介して電気的に接続される。したがって、半導体レーザアレイと電気的に接続する給電路は従来に比べて小さく、配線抵抗に起因して半導体レーザアレイが過熱されることを防止あるいは低減することができる。さらにまた、半導体レーザアレイは、電気絶縁性を有するサブマウント基板に配置され、並びに第１及び第２の各電極板は、電気絶縁性を有する絶縁板を介在してヒートシンク上に接合されており、給電路は、ヒートシンクを介さずに構成されている。絶縁板、サブマウントを介することで、給電路と冷却水とを分離している。
したがって、半導体レーザアレイへの給電路と冷却水流路とを分離することができ、冷却水流路の電食（腐食）を防ぐことが可能となる。よって、レーザ光源装置の長期信頼性の向上を図ることが可能となると共に、長期使用が可能となる。

本発明の実施の形態１によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図１Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 図１Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 図１Ａに示すレーザ光源装置を構成するレーザ光源モジュールの概略を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図３Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 本発明の実施の形態３によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図４Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 図４Ａに示すレーザ光源装置を構成するレーザ光源モジュールの概略を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図６Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 本発明の実施の形態５によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図７Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。 本発明の実施の形態６によるレーザ光源装置の概略を示す斜視図である。 図８Ａに示すレーザ光源装置における概略の断面図である。

本発明の実施形態であるレーザ光源装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

実施の形態１．
図１（図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃ）に示す、本実施の形態１におけるレーザ光源装置１０１は、図２に示すレーザ光源モジュール１０と、このレーザ光源モジュール１０の冷却を行う冷却ブロック８とを備える。
本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１０は、複数の半導体レーザ素子をアレイ状で１列に並べた半導体レーザアレイ１を有すると共に、サブマウント基板２と、ヒートシンク３と、絶縁板６と、第１電極板４と、第２電極板５と、金属線７（７ａ，７ｂ）とを有する。

ヒートシンク３は、レーザ発振時に半導体レーザアレイ１から発生する熱を、効率よく放熱し冷却ブロック８へ伝導するため、熱伝導性に優れた材料、例えば、銅（以降、Ｃｕと記す）等の金属材料、によって作製された板状の部材である。また、ヒートシンク３の表面全体には、めっき処理により、金（以降、Ａｕと記す）を積層している。

サブマウント基板２は、ヒートシンク３の一端縁に載置され半導体レーザアレイ１を実装するための基板であり、熱伝導性に優れるとともに、電気絶縁性の優れた材料から作製される。例えば、窒化アルミニウム（以降、ＡＬＮと記す）、あるいはシリコンカーバイド（以降、ＳｉＣと記す）等のセラミック材が用いられる。サブマウント基板２の上面つまり半導体レーザアレイ用実装面には、給電路が形成される。この給電路は、サブマウント基板２に接触する下層よりチタン（以降、Ｔｉと記す）、Ｃｕ、ニッケル（以降、Ｎｉと記す）、Ａｕのめっきを積層して形成される。一方、半導体レーザアレイ１は、その上下面にＡｕ電極を有している。

このように積層されたＴｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕのめっき層の上面には、サブマウント基板２の長辺側の端面２ａに沿って、半導体レーザアレイ１用の実装領域が形成される。この実装領域は、Ａｕめっきに接する下層から白金（以降、Ｐｔと記す）、Ａｕ−Ｓｎ系はんだ材あるいはＳｎ系はんだ材が蒸着されて形成される。このように形成された実装領域において、半導体レーザアレイ１の下面Ａｕ電極が、蒸着されたはんだ材を用いてはんだ接合され実装される。これによりサブマウント基板２と半導体レーザアレイ１とが電気的及び機械的に接続される。
実装に際して半導体レーザアレイ１は、半導体レーザアレイ１の発光面側である長辺側の端面１ａが、サブマウント基板２の端面２ａに対してＺ軸の＋方向に０〜３０μｍ程度突出するように位置決めされる。これにより、半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ素子がレーザ発振したときに、レーザ光がサブマウント基板２にあたって遮光されるのを防ぐことができる。
尚、Ｚ軸方向とは、図１Ａに示すように、半導体レーザアレイ１から放射されるレーザ光の発光方向に相当し、半導体レーザアレイ１の発光面側の端面１ａに垂直な方向である。

また、サブマウント基板２の下面つまりヒートシンク３との接触面には、上面と同様に、サブマウント基板２に接する下層からＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕがめっきされ、そのめっき層上には、上面と同一の材料であるＡｕ−Ｓｎ系はんだ材あるいはＳｎ系はんだ材が蒸着されている。よって、この蒸着されたはんだ材を用いてヒートシンク３にサブマウント基板２がはんだ接合により実装される。この接合に際してサブマウント基板２は、サブマウント基板２の端面２ａとヒートシンク３における端面３ａとがＺ軸方向において一致するように、ヒートシンク３に対して位置決めされる。

絶縁板６は、ヒートシンク３上でサブマウント基板２が配置された以外の範囲に載置され、電気絶縁性を有する材料、例えばガラス材あるいはピーク材等、で作製される板材である。本実施の形態１では、絶縁板６は、ヒートシンク３に実装されたサブマウント基板２の後方つまりＺ軸における−方向側に、接着材あるいははんだ材を用いてヒートシンク３に固定される。
固定に際してはんだ材を使用する場合には、サブマウント基板２に蒸着されたはんだ材よりも低い融点のはんだ材を用いることで、既にサブマウント基板２がヒートシンク３に実装されているときに、サブマウント基板２のはんだ材が再溶融して、ヒートシンク３における位置に対して、半導体レーザアレイ１及びサブマウント基板２の少なくとも一方の実装位置がずれることを防ぐことができる。

第１電極板４及び第２電極板５は、絶縁板６に例えば接着材によって実装される電極部材であり、電気伝導性の高い材料、例えばＣｕで作製され、電気抵抗が非常に小さい構造で、表面全体には、めっき処理によりＡｕ層を積層している。また、第１電極板４及び第２電極板５の厚みは、上記Ａｕ層よりも十分に厚く数ｍｍ厚を有する。

第１電極板４は、例えば正極電極であり、本実施の形態１では、サブマウント基板２の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿った断面（ＸＹ面）においてＬ字形状、かつＹ軸方向に垂直な断面（ＸＺ面）においてＬ字形状、かつＸ軸方向に垂直な断面（ＹＺ面）においてもＬ字形状を成し、Ｌ字型の一辺に対応した段差部４ａがサブマウント基板２の長辺方向と平行に、かつサブマウント基板２と接触することなく一定の隙間を保持して配置される。また、図１Ｂ及び図１Ｃでは、第１電極板４のＬ字型の段差部４ａの高さは、サブマウント基板２の給電路よりも高く図示しているが、上記給電路と同じ高さとなることが望ましい。第１電極板４のＬ字型の段差部４ａとサブマウント基板２との間は、Ａｕなどの材料で作製された金属線７ａを用いて電気的に接続されている。また、金属線７ａは、半導体レーザ素子数に応じて、複数本設けられ、段差部４ａにおける各金属線７ａの接合部は、半導体レーザアレイ１における半導体レーザ素子の配列方向（Ｘ軸方向）と平行に位置する。
上述の配線構造とすることにより、半導体レーザ素子を複数並べても、各半導体レーザ素子に均等に電流を供給することができる。金属線７ａには、例えばＡｕワイヤあるいは線幅の広いＡｕリボンあるいはＣｕリボンを使用することができる。

第２電極板５は、例えば負極電極であり、第１電極板４及びサブマウント基板２とは接触することなく分離して半導体レーザアレイ１における半導体レーザ素子の配列方向（Ｘ軸方向）に平行に配置して、絶縁板６に実装される。第２電極板５は、半導体レーザアレイ１の方（Ｚ軸の＋方向）へ平坦面を突出させた突出部５ａ（図１Ｂ、図１Ｃ）を有する。第２電極板５の突出部５ａと半導体レーザアレイ１の上面電極との間は、金属線７ｂを用いて電気的に接続されている。また、金属線７ｂは、半導体レーザ素子数に応じて、複数本設けられ、突出部５ａにおける金属線７ｂの接合部は、半導体レーザアレイ１における半導体レーザ素子の配列方向（Ｘ軸方向）と平行に位置する。
上述の配線構造とすることにより、半導体レーザ素子を複数並べても、各半導体レーザ素子に均等に電流を供給することができる。金属線７ｂには、金属線７ａと同様にＡｕなどの材料から成るワイヤあるいは線幅の広いリボンを使用することができる。
また、第１電極板４のＬ字型の段差部４ａ及び金属線７ａの上方（Ｙ軸における＋方向）には、第２電極板５の突起部５ｂ及び金属線７ｂが覆うように配置される構造を成している。

冷却ブロック８は、ヒートシンク３の下面に取り付けられ、内部に冷却水流路９が形成されている。冷却水流路９は、レーザ発振時に半導体レーザアレイ１から発生する熱を効率よく放熱するため、半導体レーザアレイ１の接合領域の真下（Ｙ軸における−方向）を冷却水が通過するように形成されることが望ましい。
また、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、半導体レーザアレイ１側に位置する、冷却ブロック８の側面には、冷却水流路９の流路入口９ａが設けられ、流路入口９ａとは反対側に位置する冷却ブロック８の側面には、流路出口９ｂが設けられている。しかしながら、半導体レーザアレイ１の接合領域の真下を冷却水が通過するように冷却水流路９が形成されていれば、流路入口９ａ及び流路出口９ｂは、必ずしもこの配置に限定されるものではない。
尚、図１Ａ等では、流路入口９ａ及び流路出口９ｂの図示を省略しており、また、流路入口９ａ及び流路出口９ｂは、冷却水温度を一定に制御可能な別設の冷却水循環装置５１と接続されている。よって、冷却水が、冷却ブロック８の内部の冷却水流路９と冷却水循環装置５１との間を循環し、冷却ブロック８の冷却水流路９内の冷却水温度を一定に保つことができる。

次に、上述の構成を有するレーザ光源装置１０１を組み立てる一連の工程について説明する。
まず、ヒートシンク３上にサブマウント基板２を、ヒートシンク３の端面３ａを基準にしてサブマウント基板２の端面２ａがＺ軸方向において一致するように載置する。さらに、既に説明したように、サブマウント基板２の端面２ａを基準にして、半導体レーザアレイ１の端面１ａをＺ軸の＋方向に０〜３０μｍ程度突出させて、サブマウント基板２上に半導体レーザアレイ１を載置する。
この後、サブマウント基板２の上面及び下面に予め形成したＡｕ−Ｓｎ系はんだ材あるいはＳｎ系はんだ材を一度に溶融して、ヒートシンク３上にサブマウント基板２を接合し、及び、サブマウント基板２上に半導体レーザアレイ１を接合する。

次に、ヒートシンク３上に実装されたサブマウント基板２の後方に、絶縁板６をヒートシンク３上に接着材あるいははんだ材を用いて接合する。
続いて、絶縁板６上に第１電極板４を、Ｌ字型の一辺に対応する段差部４ａがサブマウント基板２の長辺方向と平行でかつサブマウント基板２と接触しない位置に接着材を用いて接合し、固定する。第１電極板４と絶縁板６との固定については、第１電極板４及び絶縁板６に設けた貫通穴、ヒートシンク３に設けたネジ穴（いずれも図示せず）を用いて電気絶縁ブッシュを介して、ヒートシンク３上に第１電極板４及び絶縁板６を一括でねじ止め固定してもよい。
この後、サブマウント基板２のめっき層上面と第１電極板４のＬ字型の段差部４ａとを金属線７ａを用いて接続する。

続いて、第２電極板５を、絶縁板６上において第１電極板４及びサブマウント基板２とは接触することなく、Ｘ軸方向に並列した位置に、接着材を用いて接合し固定する。第２電極板５の固定においても第１電極板４の場合と同様に、ヒートシンク３上に第２電極板５及び絶縁板６を一括でねじ止め固定してもよい。この後、第２電極板５の突出部５ａと半導体レーザアレイ１の上面電極との間を、金属線７ｂを用いて接続する。
以上により、図２に示すレーザ光源モジュール１０が構成される。

最後に、冷却水流路９の流路入口９ａ及び流路出口９ｂに例えば配管を予め接続した冷却ブロック８に、レーザ光源モジュール１０を、熱伝導シート、あるいはフェーズチェンジシート、あるいは熱伝導グリスを介在させてねじ止めにて固定する。これにより、レーザ光源装置１０１が形成される。

次に、レーザ光源モジュール１０におけるレーザ発振動作について説明する。
半導体レーザアレイ１が、ジャンクション（陽極）ダウンで実装されている場合を例に説明する。尚、ジャンクションアップで実装されている場合には、給電路が逆方向になるだけであり、構成及び効果に変更はない。
半導体レーザアレイ１がジャンクションダウンで実装されている場合、電源（図示せず）より供給された電流は、電源→第１電極板４→金属線７ａ→サブマウント基板２（上面に積層されためっき層（Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ））→半導体レーザアレイ１→金属線７ｂ→第２電極板５→電源の順に流れ、半導体レーザアレイ１をレーザ発振させる。

以上説明したように、本実施の形態１のレーザ光源装置１０１によれば、半導体レーザアレイ１が電気絶縁性及び高熱伝導率を有するサブマウント基板２上に実装され、第１電極板４及び第２電極板５が電気絶縁性を有する絶縁板６上に実装され、第１電極板４、金属線７ａ、サブマウント基板２、半導体レーザアレイ１、金属線７ｂ、第２電極板５の間で給電路を構成する。よって、給電路の一部となるサブマウント基板２の上面のめっき層が比較的電気抵抗の大きい部分となるが、本実施の形態１の上述の構成によって、めっき層を電流が通過する領域を従来に比べて短縮することができる。したがって配線抵抗での発熱が抑えられ、この発熱に起因する半導体レーザアレイ１の温度上昇を低減することができる。結果として、半導体レーザアレイ１のレーザ出力低下を防ぐことができるとともに、給電路と冷却水流路９とを分離することで、電食の影響をなくし、長期的な信頼性を向上させることができる。

また、第１電極板４のＬ字型の段差部４ａ及び金属線７ａの上方（Ｙ軸＋方向）に第２電極板５の突起部５ｂ及び金属線７ｂが覆うように配置した構造により、半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ素子へ給電するための金属線７ａ及び金属線７ｂの長さを均一に配線することができる。それにより、各半導体レーザ素子に供給される電流の偏りを抑制することができ、一部の半導体レーザ素子の発熱量が増加することを防ぐことができ、長期的な信頼性を向上させることができる。

また、レーザ光源装置１０１によれば、冷却ブロック８とレーザ光源モジュール１０とは着脱自在な構成であることから、冷却ブロック８からレーザ光源モジュール１０を着脱するときでも、冷却ブロック８に取り付けられている冷却水循環用の配管を取り外す必要はない。よって、レーザ光源装置１０１によれば、容易にレーザ光源モジュール１０の交換を行うことができ、取付け及び交換の作業性を向上させることも可能である。

実施の形態２．
図３（図３Ａ及び図３Ｂ）は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源装置１０２を示す。本実施の形態２のレーザ光源装置１０２は、実施の形態１のレーザ光源装置１０１と比較して、サブマウント基板２上に、間接基板１２を実装した後、この間接基板１２上に半導体レーザアレイ１を実装している点で異なる。その他の構成については、実施の形態１のレーザ光源装置１０１に同じである。よって以下では、この相違点のみについて説明を行い、同一部分についてのここでの説明は省略する。尚、本実施の形態２のレーザ光源装置１０２を構成するレーザ光源モジュールについて、レーザ光源モジュール１０Ａと符号する。

間接基板１２は、半導体レーザアレイ１の線膨張係数（５．９×１０^−６／Ｋ）に近い線膨張係数を有する部材、例えば銅−タングステン（以下、ＣｕＷと記す。線膨張係数：６．０〜８．３×１０^−６／Ｋ）を含む材料から形成される。このような間接基板１２は、サブマウント基板２の端面２ａと、間接基板１２の端面１２ａとがＺ軸方向において一致するようにして、サブマウント基板２に固定される。また、半導体レーザアレイ１の長辺側の端面１ａは、間接基板１２の端面１２ａを基準にしてＺ軸の＋方向において、０〜３０μｍ程度突出させた位置に載置される。また、金属線７ａは、間接基板１２と第１電極板４との間に配線され、両者間を電気的に接続する。
実施の形態２のレーザ光源装置１０２におけるその他の構成は、実施の形態１のレーザ光源装置１０１に同じである。

以上のように構成されるレーザ光源装置１０２によれば、実施の形態１のレーザ光源装置１０１が奏する効果を得ることができると共に、さらに以下の効果を奏することができる。
即ち、本実施の形態のレーザ光源装置１０２のように、サブマウント基板２と半導体レーザアレイ１との間に間接基板１２を介在させることで、半導体レーザアレイ１に対する、接合時における応力緩和、及び当該レーザ光源装置１０２の動作時における応力緩和を図ることができる。また、ＣｕＷの熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍＫと高いため、半導体レーザアレイ１で発生した熱を、十分に放熱することが可能である。また、間接基板１２表面には、Ａｕめっき層が積層されており、間接基板１２と第１電極板４とが金属線７ａによって接続されており、間接基板１２内、及びサブマウント基板２上のめっき層を電気が流れる。よって間接基板１２の板厚を厚くすることで、間接基板１２内の電気抵抗を下げることができ、配線抵抗での発熱をさらに低減することが可能である。

実施の形態３．
図４（図４Ａ及び図４Ｂ）は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源装置１０３を示す。また図５は、本実施の形態のレーザ光源装置１０３を構成するレーザ光源モジュール１５を示す斜視図である。
本実施の形態３のレーザ光源装置１０３は、実施の形態１のレーザ光源装置１０１と比較して、第１電極板４の形状が、Ｌ字形状ではなく長方形形状をしている点、及び、第２電極板５が電気絶縁性を有する材料で形成された絶縁板１３（以下、第２絶縁板１３と記す）を介して、第１電極板４とは接触することなく、第１電極板４上に実装されている点で相違する。その他の構成は、実施の形態１のレーザ光源装置１０１に同じである。よって以下では、この相違点のみについて説明を行い、同一部分についてのここでの説明は省略する。

実施の形態１では、第１電極板４は、Ｘ軸方向に沿った断面（ＸＹ面）においてＬ字形状、かつＹ軸方向に垂直な断面（ＸＺ面）さらに（ＹＺ面）においてもＬ字形状を有しているが、本実施の形態３では、Ｘ軸方向に沿った断面（ＸＹ面）及びＹ軸方向に垂直な断面（ＸＺ面）において上述のように長方形形状を有し、Ｘ軸方向に垂直な断面（ＹＺ面）においては、Ｚ軸の＋方向に沿ってサブマウント基板２側へ、平坦面を有する段差部４ａを延在させたＬ字形状を有する。尚、図４Ｂでは、第１電極板４のＬ字型の段差部４ａの高さは、サブマウント基板２の給電路よりも高く図示しているが、上記給電路と同じ高さとなることが望ましい。また本実施の形態３では、このような第１電極板４とヒートシンク３との間に設けられる絶縁板６は「第１絶縁板」に相当する。
また第２電極板５は、このような第１電極板４の段差部４ａに、上述したように第１電極板４とは接触することなく半導体レーザアレイ１における半導体レーザ素子の配列方向（Ｘ軸方向）に平行に配置して、第２絶縁板１３を介して載置され固定される。
本実施の形態３のレーザ光源装置１０３において、構成上の相違点は以上の通りである。

次に、本レーザ光源装置１０３の組立工程において、実施の形態１の場合と相違する工程のみについて以下に説明する。
サブマウント基板２と第１電極板４の段差部４ａとを金属線７ａを用いて電気的に接続した後、第２絶縁板１３を第１電極板４の段差部４ａ上に接着材を用いて接合する。続いて、第２電極板５を、第２絶縁板１３上に第１電極板４とは接触しない位置に配置し、接着材を用いて接合する。
ここで、第２電極板５と第２絶縁板１３との固定について、第２電極板５、第２絶縁板１３、第１電極板４、絶縁板６に設けた貫通穴、及びヒートシンク３に設けたネジ穴（いずれも不図示）を用いて、電気絶縁ブッシュを介して、ヒートシンク３上に第２電極板５、第２絶縁板１３、第１電極板４、及び絶縁板６を一括でねじ止め固定してもよい。
この後、第２電極板５の突出部５ａと半導体レーザアレイ１の上面電極との間を、金属線７ｂを用いて接続する。
以上の動作により、図５に示すレーザ光源モジュール１５が形成される。

そして、冷却水流路９の流路入口９ａ及び流路出口９ｂに例えば配管を予め接続した冷却ブロック８に、レーザ光源モジュール１５を、熱伝導シート、あるいはフェーズチェンジシート、あるいは熱伝導グリスを介在させてねじ止めにて固定する。これにより、レーザ光源装置１０３が形成される。
尚、当該レーザ光源装置１０３におけるレーザ発振動作については、実施の形態１の場合と同様の動作であり、ここでの説明は省略する。

上述したような本実施の形態３のレーザ光源装置１０３によれば、実施の形態１のレーザ光源装置１０１が奏する効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。即ち、第１電極板４上に第２電極板５を実装することで、レーザ光源装置の小型化を図ることができる。また、例えば図１Ａに示す実施の形態１の構成では、Ｘ軸方向において半導体レーザアレイ１と第１電極板４とはずれて配置している。一方、本実施の形態３では、図４Ａに示すようにＸ軸方向におけるずれはなく、半導体レーザアレイ１と第１電極板４とはＺ軸方向においてそろって配置している。さらに、Ｘ軸方向において半導体レーザアレイ１と第１電極板４とがほぼ同じ長さであることから、第１電極板４から金属線７ａを通り、半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ素子に供給される電流の給電路の長さが半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ軸方向）において同一となる。よって、半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ素子への電流の供給は、実施の形態１の場合よりも、より均一になり、一部の半導体レーザ素子の発熱量が増加することを防ぐことができ、長期的な信頼性を向上させることができる。

実施の形態４．
図６（図６Ａ及び図６Ｂ）は、本発明の実施の形態４によるレーザ光源装置１０４を示す。本実施の形態４のレーザ光源装置１０４は、実施の形態３のレーザ光源装置１０３と比較して、サブマウント基板２上に、間接基板１２を実装した後、この間接基板１２上に半導体レーザアレイ１を実装している点で異なる。その他の構成については、実施の形態３のレーザ光源装置１０３に同じである。よって以下では、この相違点のみについて説明を行い、同一部分についてのここでの説明は省略する。尚、本実施の形態４のレーザ光源装置１０４を構成するレーザ光源モジュールについて、レーザ光源モジュール１５Ａと符号する。

また間接基板１２は、実施の形態２において既に説明した間接基板１２と同じもので、半導体レーザアレイ１の線膨張係数に近い線膨張係数を有する部材であり、例えばＣｕＷを含む材料から形成される。また間接基板１２の設置位置についても実施の形態２において既に説明した構成に同じであり、間接基板１２は、サブマウント基板２の端面２ａと、間接基板１２の端面１２ａとがＺ軸方向において一致するようにして、サブマウント基板２に固定される。また、半導体レーザアレイ１の端面１ａは、間接基板１２の端面１２ａを基準にしてＺ軸の＋方向において、０〜３０μｍ程度突出させた位置に載置される。また、金属線７ａは、間接基板１２と第１電極板４との間に配線され、両者間を電気的に接続している。
実施の形態４のレーザ光源装置１０４におけるその他の構成は、実施の形態３のレーザ光源装置１０３に同じである。

以上のように構成されるレーザ光源装置１０４によれば、実施の形態３のレーザ光源装置１０３が奏する効果を得られると共に、さらに以下の効果を奏することができる。
即ち、本実施の形態のレーザ光源装置１０４のように、サブマウント基板２と半導体レーザアレイ１との間に間接基板１２を介在させることで、半導体レーザアレイ１に対する、接合時における応力緩和、及び当該レーザ光源装置１０２の動作時における応力緩和を図ることができる。また、ＣｕＷの熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍＫと高いため、半導体レーザアレイ１で発生した熱を、十分に放熱することが可能である。また、間接基板１２表面には、Ａｕめっき層が積層されており、間接基板１２と第１電極板４とが金属線７ａによって接続されており、間接基板１２内、及びサブマウント基板２上のめっき層を電気が流れる。間接基板１２の板厚を厚くすることで、間接基板１２内の電気抵抗を下げることができ、配線抵抗での発熱をさらに低減することが可能である。

実施の形態５．
図７（図７Ａ及び図７Ｂ）は、本発明の実施の形態５によるレーザ光源装置１０５を示す。本実施の形態５のレーザ光源装置１０５は、実施の形態１のレーザ光源装置１０１と比較して、ヒートシンク３に換えてヒートシンク３０を設けた点、及び、冷却ブロック８を削除した点で相違する。その他の構造については、実施の形態１のレーザ光源装置１０１に同じである。よって以下では、この相違点のみについて説明を行い、同一の部分についてのここでの説明は省略する。

ヒートシンク３０は、その内側に冷却水流路９を有し、実施の形態１における冷却ブロック８の機能を有する。したがって、上述のように本実施の形態５のレーザ光源装置１０５では冷却ブロック８を削除している。
冷却水流路９は、レーザ発振時に半導体レーザアレイ１から発生する熱を効率よく放熱するため、半導体レーザアレイ１の接合領域の真下（Ｙ軸の−方向）を冷却水が通過するように配置される。尚、図７Ｂでは、半導体レーザアレイ１側に位置する、ヒートシンク３０の側面に、冷却水流路９の流路入口９ａを設け、ヒートシンク３０の、Ｚ軸において対向する側面に流路出口９ｂを設けている。しかしながら、この構成に限定されず、半導体レーザアレイ１の接合領域の真下方向（Ｙ軸の−方向）を冷却水が通過するように冷却水流路９が配置されている構成であればよい。
また、流路入口９ａ及び流路出口９ｂには、冷却水温度を一定に制御可能な別設の冷却水循環装置５１が接続されている。よって、冷却水が、ヒートシンク３０内の冷却水流路９と冷却水循環装置５１との間を循環し、ヒートシンク３０の冷却水流路９内の冷却水温度を一定に保つことができる。
本実施の形態５のレーザ光源装置１０５において、実施の形態１のレーザ光源装置１０１との構成上の相違点は以上の通りである。

上述したような本実施の形態５のレーザ光源装置１０５によれば、レーザ光源装置１０１が奏する効果に加え、以下の効果が得られる。即ち、ヒートシンク３０が冷却水流路９を有することで、半導体レーザアレイ１からヒートシンク３０内の冷却水流路９壁面までの熱抵抗を低減でき、レーザ発振時の半導体レーザアレイ１の温度上昇をより抑えることができる。

実施の形態６．
図８（図８Ａ及び図８Ｂ）は、本発明の実施の形態５によるレーザ光源装置１０６を示す。
本実施の形態６のレーザ光源装置１０６は、実施の形態３のレーザ光源装置１０３と比較して、ヒートシンク３に換えてヒートシンク３０を設けた点、及び、冷却ブロック８を削除した点で相違する。その他の構造については、実施の形態３のレーザ光源装置１０３に同じである。よって以下では、この相違点のみについて説明を行い、同一の部分についてのここでの説明は省略する。

ヒートシンク３０は、実施の形態５で説明したものと同じであり、その内側に冷却水流路９を有する。よって、本実施の形態６のレーザ光源装置１０６においても、冷却ブロック８は削除されている。また、図８Ｂに示すように、冷却水流路９は、ヒートシンク３０の対向する側面に流路入口９ａ及び流路出口９ｂを有し、流路入口９ａ及び流路出口９ｂには、冷却水温度を一定に制御可能な別設の冷却水循環装置５１が接続されている。
尚、図８Ｂでは、半導体レーザアレイ１側に位置する、ヒートシンク３０の側面に、冷却水流路９の流路入口９ａを設け、ヒートシンク３０の、Ｚ軸において対向する側面に流路出口９ｂを設けている。しかしながら、この構成に限定されず、半導体レーザアレイ１の接合領域の真下方向（Ｙ軸の−方向）を冷却水が通過するように冷却水流路９が配置されている構成であればよい。
本実施の形態６のレーザ光源装置１０６において、構成上の相違点は以上の通りである。

上述したような本実施の形態６のレーザ光源装置１０６においても、実施の形態５のレーザ光源装置１０５の場合と同様に、半導体レーザアレイ１からヒートシンク３内の冷却水流路９壁面までの熱抵抗を低減でき、レーザ発振時の半導体レーザアレイ１の温度上昇をより抑えることができるという効果が得られる。

以上説明した各実施の形態を基に、これらを組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。

尚、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１４年１０月２２日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１４−２１５６６８号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。

１ 半導体レーザアレイ、２ サブマウント基板、３ ヒートシンク、
４ 第１電極板、５ 第２電極板、６ 絶縁板、７ａ、７ｂ 金属線、
８ 冷却ブロック、９ 冷却水流路、１２ 間接基板、１３ 第２絶縁板、 ３０ ヒートシンク、
１０１〜１０６ レーザ光源装置。

Claims (8)

1. 複数の半導体レーザ素子をアレイ状に並べた半導体レーザアレイを有するレーザ光源装置において、
   板状のヒートシンクと、
   電気絶縁性を有する材料で作製され、上記ヒートシンクの一端縁に載置され、給電路を有しこの給電路に上記半導体レーザアレイを実装するサブマウント基板と、
   上記ヒートシンク上で上記サブマウント基板以外の範囲に載置され、電気絶縁性を有する材料で作製される絶縁板と、
   上記絶縁板に実装される第１電極板と、
   上記第１電極板とは分離して上記絶縁板に実装され、上記第１電極板の上方を覆って配置される第２電極板と、
   上記第１電極板と上記サブマウント基板との間を、及び、上記第２電極板と上記半導体レーザアレイとの間をそれぞれ電気的に接続する金属線と、
   を備えたことを特徴とするレーザ光源装置。
2. 上記第２電極板と上記半導体レーザアレイとを接続する金属線、及び上記第２電極板は、上記第１電極板と上記サブマウント基板とを接続する金属線、及び上記第１電極板の上方を覆い配置される構造を有する、請求項１に記載のレーザ光源装置。
3. 上記第１電極板は、Ｌ字型の構造を有する、請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
4. 上記第１電極板に、電気絶縁性を有する第２絶縁板を介して上記第２電極板が実装された構造を有する、請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
5. 上記第２電極板は、上記半導体レーザアレイの方へ突出した突出部を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
6. 上記ヒートシンクは、内部に冷却水流路を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
7. 上記半導体レーザアレイと上記サブマウント基板との間に設けられ、上記半導体レーザアレイと同等の線膨張係数を有する間接基板をさらに有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
8. 上記サブマウント基板の材料は、シリコンカーバイド又は窒化アルミニウムである、請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。

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