WO2005048421A1

WO2005048421A1 - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: WO2005048421A1
Application number: PCT/JP2004/016768
Authority: WO
Inventors: Shoji Honda
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd; Tottori Sanyo Electric Co., Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-05-26
Also published as: JP4549298B2; US20070086494A1; US7508854B2; JPWO2005048421A1

Abstract

　本発明の半導体レーザ装置は、水平方向の上面（Ｓ）を備えるベース部（２）と、垂直方向の素子配置面（７）を有するとともにベース部（２）の上面（Ｓ）よりも上方に位置するヒートシンク部（３）と、素子配置面（７）に固定される半導体レーザ素子（４）とを備え、半導体レーザ素子（４）の直下に位置するベース部（２）に窪み（９）を設け、この窪み（９）に半導体レーザ素子（４）の一部を配置した。素子配置面（７）は、窪み（９）の内側面よりも内方向に位置している。

Description

明細書

半導体レーザ装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体レーザ装置に関する。

背景技術

[0002] DVD-R, CD-R, Blu— Ray Disk用途等の半導体レーザ素子は、高出力化が要求されている。半導体レーザ装置は、その半導体レーザ素子から発生する熱を放熱するために、半導体レーザ素子を放熱性の良、ヒートシンクに直接あるいはサブマゥントを介して取り付けている。前記ヒートシンクは、素子配置面が垂直になるように、円盤状のベースの上面に固定されている。ベースの上面には、半導体レーザ素子の直下に位置するように窪みが形成されている。この窪みは、特許文献 1に記載されているように、モニター用の受光素子を配置するため、あるいは、サブマウントを兼ねる受光素子の信号取り出し用のリードピンを配置するために専ら用いられて、る。

[0003] 半導体レーザ素子の高出力化には、半導体レーザ素子の共振器長を長くすることが有効である。半導体レーザ素子の長さが長くなるのに対応してヒートシンクの高さを高くするように変更したが、半導体レーザ素子の発光点位置に変化がでるので、標準的な規格に適合しな、と、う問題や装置の形状が大型化すると、う問題があった。また、ベースの厚さを薄くすることも検討した力ベースを薄くすることによって熱容量が減少し、放熱特性が悪ィ匕するという問題が生じる。

[0004] そこで、特許文献 2には、半導体レーザ素子の一部がベースの上面に設けられた窪みに入り込むように配置することにより、半導体レーザ素子の発光点位置を変えずに、より長い半導体レーザ素子を搭載可能とした半導体レーザ装置が開示されている。

[0005] し力しながら、ヒートシンクがベースと別体に構成されている場合、ヒートシンクの取り付け時の誤差によって、素子配置面と窪みの内側面が面一にならず、素子配置面が窪みの外方向に位置すると、半導体レーザ素子あるいはサブマウントの後端部が窪みの内側面に優先的に接してヒートシンクとの間に隙間が生じ、この隙間によって放熱経路が狭まり放熱特性が悪ィ匕するおそれがあった。また、ヒートシンク部とベース部がー体形成されている場合でも、プレス加工、研磨等の素子配置面の後加工により、素子配置面のうちベースの上側部分が下側部分よりもくぼんでしまい、段差が形成されることがある。この場合、別体に構成されている場合と同様に半導体レーザ素子あるいはサブマウントがヒートシンクと密着せず、放熱特性が悪化してしまう。特許文献 1：特開 2001— 267674号公報

特許文献 2：特開 2004-179494号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は力かる点に鑑みなされたもので、共振器長が長い半導体レーザ素子を発光点位置に変更を加えることなぐ且つ放熱特性を低下させることなく搭載可能な高出力化に適した半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために本発明の半導体レーザ装置は、水平方向の上面を備えるベース部と、垂直方向の素子配置面を有するとともにベース部の上面よりも上方に位置するヒートシンク部と、素子配置面に固定される半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の直下に位置するベース部の上面に設けられ、半導体レーザ素子の一部を配置する窪みとを備える半導体レーザ装置において、ヒートシンク部は、素子配置面が窪みの内側面よりも内方向に位置するようにベース部に取り付けられることを特徴とする。

[0008] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記窪みは、前記半導体レーザ素子に電圧を供給する複数のリードピンを円周上に含む円によって囲まれる範囲内に設けられていることとした。

[0009] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子は、サブマウントを介して前記ヒートシンク部に固定され、前記窪みに前記サブマウントの一部が配置されて、ることとした。

[0010] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子の長さは、前記ヒートシンク部の高さ寸法よりも長いこととした。 [0011] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記ベース部と前記ヒートシンク部は 1つの部材で構成されていることとした。

[0012] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記窪みの底面は粗面であることとした。

[0013] また本発明は、上記構成の半導体レーザ装置において、前記窪みの底面は傾斜面であることとした。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の第一実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。

[図 2]本発明の第一実施形態の半導体レーザ装置を示す平面図である。

[図 3]本発明の第二実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。

[図 4]本発明の第三実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。

[図 5]本発明の第四実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。

[図 6]本発明の第五実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。

符号の説明

[0015] 1 半導体レーザ装置

2 ベース部

3 ヒートシンク部

4 半導体レーザ素子

8 サブマウント

9 窪み

12、 13 リードピン

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施形態をキャンタイプの半導体レーザ装置を例に取り、図面を参照して説明する。図 1は本発明の第一実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図（図 2の I Iに沿った断面）、図 2は第一実施形態の半導体レーザ装置の一部を切り欠いた状態の平面図である。

[0017] 半導体レーザ装置 1は、ベース部 2とヒートシンク部 3と半導体レーザ素子 4を備えている。ベース部 2とヒートシンク部 3は、キャップ 5とともに半導体レーザ素子 4を装着するパッケージ 6を構成する。

[0018] ベース部 2は、放熱性に優れる部材、例えば鉄、銅などの金属製で、一定な厚さを有している。ベース部 2の上面は水平方向に延び、上面外周部分が光ピックアップなどの光学装置に取り付ける際の取り付け基準面 Sとして用いられる。ベース部 2の平面形状は、半導体レーザ素子 4の光軸 Xを中心とする円形としているが、四角形など、他の平面形状に変更することもできる。

[0019] ヒートシンク部 3は、放熱性に優れる部材、例えば鉄、銅などの金属製で、熱容量を高めるために一定の体積を有している。ヒートシンク部 3の高さは、ベース部 2の上面にある基準面 Sを基準として 1. 27mm程度に設定されている。ヒートシンク部 3の垂直方向を向いた側面の 1つが、半導体レーザ素子 4を配置するための素子配置面 7 として利用される。この素子配置面 7とベース部 2の上面は直交状態 (垂直）に保持される。ヒートシンク部 3は前記ベース部 2の上面に半田などの導電性接合剤を用いて固定されるので、ベース部 2の基準面 Sよりも上方に位置する。

[0020] 素子配置面 7には、半導体レーザ素子 4が固定されている。半導体レーザ素子 4は、その光軸 Xが素子配置面 7と平行になるように固定される。ヒートシンク部 3に半導体レーザ素子 4を直接固定することもできる力この例では、半導体レーザ素子 4の長さと同等の長さ（同じ長さ、あるいは若干短いか若干長い長さ)のサブマウント 8を介して固定している。サブマウント 8は、半導体レーザ素子 4とヒートシンク部 3の間の応力緩和、放熱効果などを目的にして用いられ、半導体レーザ素子 4と同様の特性を持った半導体、例えば、シリコンゃ窒化アルミなどの半導体で構成することができる。サブマウント 8の半導体レーザ素子 4が配置される側の面には、必要に応じて半導体レーザ素子 4への通電用の各種の電極（素子配置用やワイヤボンド用の電極）を形成することができる。サブマウント 8に受光素子を一体形成することもできる力副レ一ザ光のモニターを行わな、この例では、サブマウント 8に受光素子を備えてヽなヽ

[0021] 半導体レーザ素子 4の直下に位置するベース部 2の上面領域には、半導体レーザ素子 4の一部（下部）を挿入して配置するための窪み 9が形成されて、る。窪み 9の面積は、半導体レーザ素子 4の下面が入るに十分な広さに設定されている。この例では、半導体レーザ素子 4とそれを載置するためのサブマウント 8を一体に備えるので、このサブマウント 8の下面も入るに十分な広さに設定されている。

[0022] 半導体レーザ素子 4の長さは、ヒートシンク部 3の高さ寸法よりも長くしている。通常、半導体レーザ素子 4の長さは lmm以下の 0. 3-0. 7mmであるが、この例では、高出力化に対応してヒートシンク部 3の高さ寸法（1. 27mm)よりも長い 1. 5mm前後の長さのものを用いて、る。

[0023] 本実施形態では、半導体レーザ素子 4の高出力化に対応して半導体レーザ素子 4 の長さをヒートシンク部 3の高さ寸法よりも長くしている力ベース部 2に窪み 9を設けてその中に半導体レーザ素子 4の一部を配置して、るので、半導体レーザ素子 4の長さの増加分を窪み 9で吸収することができ、半導体レーザ素子 4の発光点位置を従前と同じ高さ（1. 27mm)に保つことができる。よって従来の半導体レーザ装置との互換性を保つことができる。

[0024] ベース部 2の窪み 9の深さは、半導体レーザ素子 4の長さと、ヒートシンク部 3の高さ寸法との相違分を吸収するに十分な深さに設定される。この例では、窪み 9の深さをベース部 2を貫通しない範囲の深さ（例えば 0. 3— lmmの範囲）に設定しているが、ベース部 2を貫通するように窪み 9を設けることもできる。

[0025] ベース部 2には、半導体レーザ素子 4を覆うように筒状のキャップ 5が取り付けられている。キャップ 5は、ベース部 2に溶接が可能な金属製で、レーザ光を取り出すための窓 10が形成されている。窓 10は、ガラスなどの光透過性の蓋 11によって覆われている。ベース部 2とキャップ 5によって囲まれた領域は密閉されるので、半導体レーザ素子 4の特性が外気との接触によって変化することを防止することができる。半導体レーザ素子 4の特性が変化しない場合など、必要に応じてキャップ 5の装着を省略することちでさる。

[0026] ベース部 2には、半導体レーザ素子 4へ通電するための複数のリードピン 12、 13が取り付けられている。リードピンの 1つ（12)は、ベース部 2に溶接などによって固定されている。他のリードピン（13)は、ベース部 2に絶縁材料 14を介在して固定されている。リードピン 12、 13と半導体レーザ素子 4との間は、金線などのワイヤボンド配線などを介在して電気的に接続される。 [0027] ベース部 2に予めヒートシンク部 3、リードピン 12、 13が取り付けられたパッケージ 6 が用意され、そのヒートシンク部 3に、サブマウント 8と一体ィ匕された半導体レーザ素子 4が取り付けられた後、半導体レーザ素子 4に対するワイヤボンド配線が施され、最後にキャップ 5が取り付けられて半導体レーザ装置 1が完成する。

[0028] このような構成の半導体レーザ装置 1は、リードピン 12、 13を介して所定の電圧を加えると、半導体レーザ素子 4が発光動作し、半導体レーザ素子 4の上面から矢印 X で示す方向にレーザ光が発生する。半導体レーザ素子 4から発生した熱は、サブマゥント 8、ヒートシンク部 3を介してベース部 2、キャップ 5、リードピン 12、 13に伝えられ、外部に放熱される。

[0029] この実施形態の半導体レーザ装置 1は、半導体レーザ素子 4が発する光をモニタ一する受光素子を備えていないので、必要であれば、半導体レーザ装置 1をみ込む光学装置にモニター用の受光素子が組み込まれる。

[0030] 本実施形態では、ヒートシンク部 3の素子配置面 7が、窪み 9の内側面よりも若干内方向に位置するように、ベース部 2に取り付けられている。半導体レーザ素子 4から発生する熱を効率良く放熱するためには、放熱経路を広く確保して放熱特性を改善する必要がある。そのため、サブマウント 8 (サブマウント 8がない場合は半導体レーザ素子 4)をヒートシンク部 3 (素子配置面 7)とベース部 2 (窪み 9の内側面）に同時に接することができるように、ヒートシンク部 3の素子配置面 7と窪み 9の内側面を面一に配置することが望ましい。

[0031] しかし、ベース部 2あるいはヒートシンク部 3の寸法誤差や、取り付け時の誤差によつて、ヒートシンク部 3の素子配置面 7が窪み 9の内側面よりも外方向に位置すると、サブマウント 8 (若しくは半導体レーザ素子 4)の下端が窪み 9の内側面に優先的に接することとなり、サブマウント 8 (若しくは半導体レーザ素子 4)の裏面と素子配置面 7の間に空隙が生じる。この空隙によって放熱経路が狭まり、放熱特性が悪化するおそれがある。

[0032] 本実施形態の構成とすることにより、ベース部 2あるいはヒートシンク部 3の寸法誤差や、取り付け誤差の発生が懸念される場合であっても、常にヒートシンク部 3の素子配置面 7とサブマウント 8 (若しくは半導体レーザ素子 4)を密着させた状態で取り付けることが可能となり、半導体レーザ素子 4から発生する熱の放熱経路を安定して確保することができる。素子配置面 7から窪み 9の内側面までの距離は、前述したような誤差が積算されて最大となった時にでも、なお素子配置面 7が窪み 9の内方向に位置するように設定しておくことが好ま、。

[0033] 尚、窪み 9の面積が広くなりすぎると、窪み 9の容積が増加する分だけベース部 2の体積が減少し、熱容量も減少して放熱効果が低下してしまう。そのため、本実施形態においては、窪み 9の面積を、円周上に複数のリードピン 12、 13を含む円 Cによって囲まれる範囲内に収まるように設定して、る。

[0034] 次に、本発明の第二実施形態を図面を参照して説明する。図 3は、第二実施形態の半導体レーザ装置 (キャップを外した状態)の断面図である。第一実施形態では、窪み 9の底面 15をベース部 2の上面と平行な面としている力本実施形態では、窪み 9の底面 15をベース部 2の上面に対して傾斜した面としている。ベース部 2、ヒートシンク部 3及び半導体レーザ素子 4など他の部分の構成は第一実施形態と共通であり、説明を省略する。

[0035] 半導体レーザ素子 4は、その下面からもレーザ光（副レーザ光）が出射するため、副レーザ光が窪み 9の底面で反射して元の位置に戻る、いわゆる戻り光によるノイズが発生する。底面 15を傾斜面とし、副レーザ光を斜め方向に反射する構成とすることにより、副レーザ光が元の位置に戻ることを防止することができる。

[0036] 次に、本発明の第三実施形態を図面を参照して説明する。図 4は、第三実施形態の半導体レーザ装置 (キャップを外した状態)の断面図である。本実施形態では、窪み 9の底面 15をベース部 2の上面に比べて粗面としている。ベース部 2、ヒートシンク部 3及び半導体レーザ素子 4など他の部分の構成は第一実施形態と共通であり、説明を省略する。底面 15を粗面とし、副レーザ光を乱反射する構成とすることにより、第二実施形態と同様に戻り光による影響を効果的に抑制することができる。

[0037] 次に、本発明の第四実施形態を図面を参照して説明する。図 5は、第四実施形態の半導体レーザ装置 (キャップを外した状態)の断面図である。先の実施形態は、ベース部 2とヒートシンク部 3を別々の部材とし、後で接合して一体ィ匕している力本実施形態では、ベース部 2とヒートシンク部 3を当初から一体のものとして構成している。他の部分の構成は第一実施形態と共通であり、説明は省略する。

[0038] 本実施形態では、予めベース部 2とヒートシンク部 3を同じ部材で一体構成しておき、ヒートシンク部 3の背面側（図 5の左方向）からプレスカ卩ェなどにより加圧することにより、素子配置面 7を窪み 9の内側面よりも内方向（図 5の右方向）に移動させている。当初から一体のものを用いるので、先の実施形態に比べて接合部分の位置ずれや接合不良を防止することができ、放熱特性が良好になるとともに、組み立て工程の削減も図ることができる。なお、本実施形態においても、第二、第三実施形態と同様に、窪み 9の底面 15を傾斜面あるいは粗面として戻り光による影響を抑制する構成としても良い。

[0039] 次に、本発明の第五実施形態を図面を参照して説明する。図 6は、第五実施形態の半導体レーザ装置 (キャップを外した状態)の断面図である。先の第四実施形態では、半導体レーザ素子 4及びサブマウント 8の下端が窪み 9内に挿入されているが、本実施形態では、サブマウント 8の下端のみが窪み 9内に配置され、半導体レーザ素子 4の下面はベース部 2の基準面 Sと面一に構成している。他の部分の構成は第四実施形態と共通であり、説明は省略する。

[0040] 本実施形態の構成とすることにより、ヒートシンク 3とサブマウント 8との接触面積を広くして放熱経路を確保するとともに、半導体レーザ装置 1の組み立て時に、ベース部 2の基準面 Sに平行な 1方向にスライドさせるだけで半導体レーザ素子 4をサブマウント 8に取り付けることができ、半導体レーザ素子 4を基準面 Sに対し平行方向と垂直方向の 2方向に移動させる必要のある第四実施形態の構成に比べて組み立て作業性が向上する。

[0041] その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、ヒートシンク部 3の高さや半導体レーザ素子 4の長さ、窪み 9の深さなどの寸法は例示であり、半導体レーザ装置の仕様により上記以外の数値に適宜変更することができる。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明は、半導体レーザ素子の直下に位置するベース部に窪みを設け、ヒートシンク部の素子配置面が、窪みの内側面よりも若干内方向に位置するように、ベース部に取り付けたので、常に素子配置面とサブマウント (若しくは半導体レーザ素子)を密着させた状態で取り付けることが可能となり、高出力化の目的などで寸法が長くなつた半導体レーザ素子であっても、発光点位置に変更を加える必要がな、ため従来の標準的な規格に適合させることができ、且つ半導体レーザ素子から発生する熱の放熱経路を安定して確保することができる。

[0043] また、ベース部に設けられる窪みの面積が広くなると、ベース部の熱容量が減少して放熱効果が低下してしまうが、半導体レーザ素子に電圧を供給する複数のリードピンを円周上に含む円によって囲まれる範囲内に窪みを設けることにより、ベース部の体積を確保して熱容量の低下を抑制することができる。

[0044] また、半導体レーザ素子を固定するサブマウントの一部も窪みに配置することにより

、半導体レーザ装置の高さ寸法の増加を抑制することができる。

[0045] また、半導体レーザ素子の長さを、ヒートシンク部の高さ寸法よりも長くすることにより、高出力化に有効な構造とすることができる。

[0046] また、ベース部とヒートシンク部を 1つの部材で構成することにより、放熱特性を良好にするとともに組み立て工程数の削減を図ることができる。

[0047] また、窪みの底面を粗面あるいは傾斜面とすることにより、半導体レーザ素子の後方から出射する副レーザ光の戻り光による影響を効果的に抑制することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 水平方向の上面を備えるベース部と、垂直方向の素子配置面を有するとともに前記ベース部の上面よりも上方に位置するヒートシンク部と、前記素子配置面に固定される半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の直下に位置する前記ベース部の上面に設けられ、前記半導体レーザ素子の一部を配置する窪みとを備える半導体レーザ装置において、

前記ヒートシンク部は、前記素子配置面が前記窪みの内側面よりも内方向に位置するように前記ベース部に取り付けられて、る。

[2] 請求項 1に記載の半導体レーザ装置にお!、て、

前記窪みは、前記半導体レーザ素子に電圧を供給する複数のリードピンを円周上に含む円によって囲まれる範囲内に設けられている。

[3] 請求項 1に記載の半導体レーザ装置にお!、て、

前記半導体レーザ素子は、サブマウントを介して前記ヒートシンク部に固定され、前記窪みに前記サブマウントの一部が配置されている。

[4] 請求項 1に記載の半導体レーザ装置にお!、て、

前記半導体レーザ素子の長さは、前記ヒートシンク部の高さ寸法よりも長い。

[5] 請求項 1に記載の半導体レーザ装置にお!、て、

前記ベース部と前記ヒートシンク部は 1つの部材で構成されて、る。

[6] 請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、

前記窪みの底面は粗面である。

[7] 請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、

前記窪みの底面は傾斜面である。