WO2018207518A1 - 半導体レーザー装置 - Google Patents

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潤 国友
大久保　伸洋
章義 菅原
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device provided with a metal stem.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor laser device that suppresses the temperature rise of a semiconductor laser element.
  • This semiconductor laser device is formed in a CAN package type, and a heat dissipation element is attached to a metal stem that holds the semiconductor laser element.
  • the heat dissipating element includes a Peltier element sandwiched between a heat absorbing plate and a heat dissipating plate, and a metal stem is disposed on the heat absorbing plate. Further, a thermistor for detecting the temperature is attached to the endothermic plate, and the thermistor is connected to a temperature detection circuit.
  • the Peltier element When the Peltier element is driven according to the temperature change detected by the thermistor, the heat generated by the semiconductor laser device is absorbed by the heat sink and released from the heat sink. Thereby, the temperature rise of the semiconductor laser element is suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can improve heat dissipation with a simple configuration.
  • the present invention provides a semiconductor laser device comprising a semiconductor laser element that emits light from an emitting portion and a metal stem that holds the semiconductor laser element, wherein the metal stem has a reference surface on an upper surface. And a projecting portion projecting upward from the reference surface, the projecting portion being the same surface as a part of the outer peripheral surface of the base portion, the installation surface on which the semiconductor laser element is installed And a side surface arranged on the top.
  • the present invention is characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the upper side of the semiconductor laser element is opened.
  • the present invention is characterized in that the base portion is formed in a columnar shape in the semiconductor laser device configured as described above.
  • the present invention is also characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the side surface of the protruding portion and a part of the outer peripheral surface of the base portion are formed of a plane parallel to the installation surface.
  • an exclusive area of the protruding portion on the reference surface is 50% or more.
  • the metal stem has a pair of leads that pass through the base portion and are connected to the semiconductor laser element, and the base portion is the installation in a top view.
  • the projecting portion is formed on a first area and a second area that are divided by the center line, and the installation surface and the lead are formed in the first area.
  • the side surface of the projecting portion is disposed on the periphery of the second region.
  • the present invention is characterized in that, in the semiconductor laser device having the above configuration, the center of each lead and the emitting portion are arranged in a straight line when viewed from above.
  • the present invention is characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, a plurality of notches are provided on the outer peripheral surface of the base portion, and the upper portions of the notches are covered with the protrusions.
  • the present invention is characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the base part and the protruding part are made of a copper-based metal.
  • the present invention is also characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the semiconductor laser element is disposed on the installation surface via a submount, and the material of the submount is made of AlN or SiC.
  • the present invention is also characterized in that, in the semiconductor laser device configured as described above, the semiconductor laser element has a GaAs substrate and emits red light.
  • the present invention is characterized in that, in the semiconductor laser device having the above-described configuration, the semiconductor laser element has a GaN-based substrate and emits green light.
  • the protruding portion protruding upward from the reference surface of the base portion has an installation surface of the semiconductor laser element and a side surface disposed on the same surface as a part of the outer peripheral surface of the base portion. For this reason, the heat transmitted from the semiconductor laser element to the protruding portion is radiated from the base portion and radiated from the side surface of the protruding portion.
  • the volume and surface area of the protruding portion on the base portion can be increased, and the bonding area between the protruding portion and the base portion can be increased. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device can be improved with a simple configuration, and the temperature rise of the semiconductor laser element can be suppressed.
  • the perspective view which looked at the semiconductor laser apparatus of 1st Embodiment of this invention from the front The perspective view which looked at the semiconductor laser apparatus of 1st Embodiment of this invention from back
  • the front view which shows the semiconductor laser apparatus of 1st Embodiment of this invention The side view which shows the semiconductor laser apparatus of 1st Embodiment of this invention
  • 1 is an exploded perspective view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
  • the perspective view which looked at the semiconductor laser apparatus of 2nd Embodiment of this invention from the front The perspective view which looked at the semiconductor laser apparatus of 2nd Embodiment of this invention from back
  • FIG. 1 and 2 show a perspective view of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the front and a perspective view as viewed from the rear.
  • 3 and 5 show a front view, a side view and a top view of the semiconductor laser device.
  • the semiconductor laser device 1 includes a semiconductor laser element 5, a submount 4 and a metal stem 8.
  • the semiconductor laser device 1 is not provided with a cap that covers the semiconductor laser element 5 but is formed in a capless package type in which the upper side of the semiconductor laser element 5 is opened.
  • the semiconductor laser element 5 is formed by laminating a predetermined semiconductor thin film on a GaAs substrate, and emits red light from the emitting portion 5a on the upper surface.
  • the semiconductor laser element 5 may be formed by laminating a semiconductor thin film on a GaN-based substrate, and green light may be emitted from the emission part 5a.
  • the submount 4 has a semiconductor laser element 5 bonded to one surface facing the submount 4 and the other surface bonded to an installation surface 3a of a metal stem 8 described later.
  • the submount 4 is made of AlN or SiC having excellent hardness, heat resistance and chemical stability and high thermal conductivity. Thereby, the heat of the semiconductor laser element 5 can be efficiently transmitted to the metal stem 8 without the submount 4 being deformed by the heat of the semiconductor laser element 5. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 is improved.
  • the metal stem 8 has an eyelet 2, a protrusion 3, and a lead 6.
  • the eyelet 2, the protruding portion 3, and the lead 6 are made of metal, and it is more desirable to form the copper based metal having high thermal conductivity because heat dissipation can be improved.
  • the eyelet 2 (base part) is formed in a columnar shape that is substantially line symmetric with respect to the center line C in a top view, and has a cylindrical outer peripheral surface 2e.
  • a flat reference surface 2a on which the protruding portion 3 is installed is formed on the upper surface of the eyelet 2.
  • the eyelet 2 is provided with a pair of through holes 2b penetrating in the vertical direction.
  • the lead 6 is inserted into each through-hole 2b, protrudes from the reference surface 2a and the bottom surface 2g, and is hermetically sealed through an insulator 7 such as glass.
  • the lead 6 is connected to the semiconductor laser element 5 via a wire (not shown).
  • a notch portion 2c and a notch portion 2d for positioning are recessed.
  • a pair of notches 2c are provided to face each other by 180 °, and the notches 2d are provided between both notches 2c.
  • the semiconductor laser device 1 can be easily positioned at the time of mounting by the cutout portion 2c and the cutout portion 2d, and the emission portion 5a can be arranged at a predetermined position. Thereby, characteristics evaluation, such as a polarization angle of the semiconductor laser apparatus 1, FFP (Far Field Pattern), can be performed correctly.
  • FIG. 6 shows an exploded perspective view of the metal stem 8.
  • the protrusion 3 is bonded onto the reference surface 2a of the eyelet 2 and protrudes upward from the reference surface 2a.
  • the upper part of the notch 2c and the notch 2d of the eyelet 2 is covered with the protrusion 3.
  • the upper surface 3d and the lower surface of the protruding portion 3 are formed in parallel planes.
  • the protrusion part 3 has the thermal radiation surface 3e formed by the side surface, and the installation surface 3a which connects the both ends of the circumferential direction of the thermal radiation surface 3e.
  • the installation surface 3 a is suspended from the reference surface 2 a and is formed in a plane parallel to a straight line D connecting the centers of the leads 6.
  • a semiconductor laser element 5 is installed on the installation surface 3 a via a submount 4.
  • the heat radiating surface 3e is formed of a cylindrical surface having the same diameter as the outer peripheral surface 2e of the eyelet 2, and is disposed on the same surface as a part of the outer peripheral surface 2e.
  • the protrusion part 3 is extended to the periphery of the eyelet 2, the volume and surface area of the protrusion part 3 can be enlarged, and the junction area of the protrusion part 3 and the eyelet 2 can be enlarged.
  • the heat dissipation capability of the protrusion 3 and the thermal conductivity between the protrusion 3 and the eyelet 2 are increased, and the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 is improved.
  • the installation surface 3a is arranged so as to be shifted from the center of the eyelet 2 in a top view, and the protruding portion 3 is installed over the regions A1 and A2 divided by the center line C parallel to the installation surface 3a.
  • the installation surface 3a and the lead 6 are disposed only in the region A1, and the heat radiation surface 3e is disposed on the periphery of the region A1 and the region A2.
  • the exclusive area of the protrusion part 3 on the reference plane 2a is 50% or more. For this reason, the volume and surface area of the protrusion part 3 can be enlarged, and the joining area of the protrusion part 3 and the eyelet 2 can be enlarged more.
  • the emission part 5a and the lead 6 of the semiconductor laser element 5 are arranged on the straight line D in a top view.
  • a lead and a semiconductor laser element are generally arranged on the center line of a cylindrical eyelet. For this reason, the semiconductor laser device 1 can be mounted on the same mounting substrate as before without changing the relative position of the emitting portion 5a.
  • the semiconductor laser device 1 configured as described above, electric power is supplied to the semiconductor laser element 5 through the lead 6, and laser light is emitted upward from the emission part 5 a of the semiconductor laser element 5.
  • Heat generated by the semiconductor laser element 5 is transmitted to the protrusion 3 through the submount 4 and then to the eyelet 2.
  • heat is radiated from the upper surface 3d, the installation surface 3a, and the heat radiating surface 3e of the protrusion 3, and is radiated from the outer peripheral surface 2e, the reference surface 2a, and the bottom surface 2g of the eyelet 2.
  • the volume and the surface area of the protrusion 3 are large, the heat dissipation capability by the protrusion 3 can be increased. Moreover, since the junction area of the protrusion part 3 and the eyelet 2 is large, the thermal conductivity between both can be made high. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be improved.
  • the protruding portion 3 protruding upward from the reference surface 2a of the eyelet 2 (base portion) is flush with the installation surface 3a of the semiconductor laser element 5 and a part of the outer peripheral surface 2e of the eyelet 2. And a heat radiating surface 3e composed of side surfaces. For this reason, the heat transmitted from the semiconductor laser element 5 to the protrusion 3 via the submount 4 is radiated from the eyelet 2 and radiated from the heat radiation surface 3e. Moreover, since the volume and surface area of the protrusion part 3 can be enlarged, the heat dissipation capability of the protrusion part 3 can be increased.
  • the joint area between the protrusion 3 and the eyelet 2 can be increased, the heat radiation from the eyelet 2 can be increased. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be improved with a simple configuration, and the temperature rise of the semiconductor laser element 5 can be suppressed.
  • the semiconductor laser device 1 is formed in a capless package type in which the upper side of the semiconductor laser element 5 is opened, it is possible to prevent heat from being trapped in the cap and to further improve the heat dissipation of the semiconductor laser device 1. be able to. Since the semiconductor laser element 5 has high reliability, the semiconductor laser device 1 does not have a great trouble even if it is not hermetically sealed with a cap.
  • the eyelet 2 is formed in a columnar shape and the heat radiating surface 3e is a cylindrical surface, the semiconductor laser device 1 in which the heat radiating surface 3e is arranged on the same surface as the outer peripheral surface 2e can be easily realized.
  • the exclusive area of the protrusion 3 on the reference surface 2a is 50% or more, the volume and surface area of the protrusion 3 can be increased, and the joint area between the protrusion 3 and the eyelet 2 can be increased. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be further improved.
  • the eyelet 2 is formed substantially symmetrical with a center line C parallel to the installation surface 3a in a top view.
  • the protrusion 3 is installed on a region A1 (first region) and a region A2 (second region) divided by the center line C.
  • the installation surface 3a and the lead 6 are disposed only in the region A1, and the heat radiation surface 3e is disposed on the periphery of the region A2.
  • the volume and surface area of the protrusion part 3 can be enlarged, and the junction area of the protrusion part 3 and the eyelet 2 can be enlarged more. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be further improved.
  • a plurality of notches 2c and notches 2d are provided on the outer peripheral surface 2e of the eyelet 2, and the upper portions of the notches 2c and 2d are covered with the protrusions 3.
  • the semiconductor laser device 1 can be easily positioned and mounted at a desired position. Further, the surface area of the eyelet 2 is increased, and the protrusion 3 protrudes outward from the upper edges of the notch 2c and the notch 2d, so that the volume of the protrusion 3 can be increased. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be further improved.
  • the material of the eyelet 2 and the protrusion 3 is made of a copper-based metal having a high thermal conductivity, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be further improved.
  • the material of the submount 4 is made of AlN or SiC, the heat dissipation of the semiconductor laser device 1 can be further improved.
  • FIGS. 7 and 8 show a perspective view of the semiconductor laser device 1 according to the second embodiment as viewed from the front and a perspective view as viewed from the rear.
  • the present embodiment differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6 in the shape of the eyelet 2 and the protrusion 3. Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the eyelet 2 has an outer peripheral surface 2e formed of a cylindrical surface and an outer peripheral surface 2f formed of a flat surface.
  • the protrusion 3 has a heat radiating surface 3e composed of a cylindrical side surface and a heat radiating surface 3f composed of a flat side surface parallel to the installation surface 3a.
  • the heat radiating surface 3e of the protrusion 3 is arranged on the same plane as a part of the outer peripheral surface 2e of the eyelet 2.
  • the heat radiating surface 3 f of the protrusion 3 is arranged on the same surface as the outer peripheral surface 2 f of the eyelet 2.
  • the planar outer peripheral surface 2f and the heat radiating surface 3f can be used as contact surfaces for positioning, and the emitting portion 5a can be placed at a predetermined position with high accuracy.
  • the heat sink when a heat sink connected to the metal stem 8 is provided, the heat sink can be easily disposed on the flat outer peripheral surface 2f and the heat radiating surface 3f. At this time, since the distance between the installation surface 3a and the heat radiating surface 3f can be shortened, the thermal conductivity between the heat sink and the semiconductor laser element 5 can be increased.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the outer peripheral surface 2f and the heat radiating surface 3f of the eyelet 2 are formed of a plane parallel to the installation surface 3a, the semiconductor laser device 1 can be easily positioned and mounted at a predetermined position. Further, when a separate heat sink is provided, the heat sink can be easily connected to the metal stem 8.
  • FIG. 9 shows a perspective view of the semiconductor laser device 1 of the third embodiment as viewed from the front.
  • This embodiment is different from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6 in the shape of the protrusion 3.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • heat radiating surfaces 3g that connect both side ends of the flat installation surface 3a and both side ends of the cylindrical heat radiating surface 3e.
  • the heat radiating surface 3e of the protrusion 3 is arranged on the same plane as a part of the outer peripheral surface 2e of the eyelet 2. Since the heat radiating surface 3g is arranged away from the outer peripheral surface 2e formed of the cylindrical surface of the eyelet 2, the volume of the protruding portion 3 is reduced as compared with the first embodiment, but the heat transmitted from the semiconductor laser element 5 is radiated.
  • the planar shape of the eyelet 2 is formed in a circular shape or a partial circular shape, but may be other shapes such as a polygonal shape (rectangular shape, hexagonal shape, etc.) or an elliptical shape. .
  • the present invention can be used for a semiconductor laser device having a metal stem.

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Abstract

出射部５ａから光を出射する半導体レーザー素子５と、半導体レーザー素子５を保持する金属ステム８とを備えた半導体レーザー装置１において、金属ステム８が、上面に基準面２ａを有する基台部２と、基準面２ａから上方に突出する突出部３とを有し、突出部３が半導体レーザー素子５を設置する設置面３ａと、基台部２の外周面２ｅの一部と同一面上に配される側面３ｅとを設けた。

Description

半導体レーザー装置
　本発明は金属ステムを備えた半導体レーザー装置に関する。
　近年、レーザー光を出射する半導体レーザー素子を搭載した半導体レーザー装置の用途は著しく拡大しており、各産業分野において用いられている。このため、市場要求が多角化され、半導体レーザー素子の高出力化及び保証動作温度の高温化の要求が厳しくなっている。
　半導体レーザー素子は高温で高出力動作を行うと発熱により素子温度が上昇し、素子の特性の低下や信頼性の低下を生じる。このため、半導体レーザー素子の放熱性の向上が求められる。
　特許文献１には半導体レーザー素子の温度上昇を抑制する半導体レーザー装置が開示されている。この半導体レーザー装置はＣＡＮパッケージ型に形成され、半導体レーザー素子を保持する金属ステムに放熱素子が取り付けられる。放熱素子はペルチェ素子を吸熱板及び放熱板により挟み、吸熱板上に金属ステムが接して配される。また、吸熱板には温度を検出するためのサーミスタが取り付けられ、サーミスタは温度検出回路に接続されている。
　サーミスタで検出された温度変化に応じてペルチェ素子が駆動されると、半導体レーザー装置の発熱が吸熱板に吸収され、放熱板から放出される。これにより、半導体レーザー素子の温度上昇が抑制される。
特開２００３－１８８４５６号公報（第３頁～第４頁、第３図）
　しかしながら、上記従来の半導体レーザー装置によると、ペルチェ素子やサーミスタが設けられるとともにペルチェ素子を駆動する電源部が別途必要になる。このため、半導体レーザー装置の構成が複雑で大型になる問題があった。
　本発明は、簡単な構成で放熱性を向上できる半導体レーザー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に本発明は、出射部から光を出射する半導体レーザー素子と、前記半導体レーザー素子を保持する金属ステムとを備えた半導体レーザー装置において、前記金属ステムが、上面に基準面を有する基台部と、前記基準面から上方に突出する突出部とを有し、前記突出部が前記半導体レーザー素子を設置する設置面と、前記基台部の外周面の一部と同一面上に配される側面とを有することを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子の上方を開放されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記基台部が円柱状に形成されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記突出部の前記側面及び前記基台部の前記外周面の一部が前記設置面に平行な平面から成ることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記基準面上の前記突出部の専有面積が５０％以上であることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記金属ステムが前記基台部を貫通して前記半導体レーザー素子に接続される一対のリードを有し、上面視において前記基台部が前記設置面に平行な中心線で略線対称に形成されるとともに、前記突出部が前記中心線により分割される第１領域及び第２領域上に設置され、前記設置面及び前記リードが前記第１領域内のみに配されるとともに前記突出部の前記側面が前記第２領域の周縁上に配されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、上面視において各前記リードの中心と前記出射部とが一直線上に配されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記基台部の外周面上に複数の切欠き部を設け、前記切欠き部の上方が前記突出部により覆われることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記基台部及び前記突出部の材質が銅系金属から成ることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子がサブマウントを介して前記設置面上に配され、前記サブマウントの材質がＡｌＮまたはＳｉＣから成ることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子がＧａＡｓ系の基板を有し、赤色光を出射することを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子がＧａＮ系の基板を有し、緑色光を出射することを特徴としている。
　本発明によると、基台部の基準面から上方に突出する突出部が、半導体レーザー素子の設置面と、基台部の外周面の一部と同一面上に配される側面とを有する。このため、半導体レーザー素子から突出部に伝えられた熱が基台部から放熱されるとともに突出部の側面上から放熱される。また、基台部上の突出部の体積及び表面積を大きくできるとともに突出部と基台部との接合面積を大きくできる。従って、簡単な構成で半導体レーザー装置の放熱性を向上して半導体レーザー素子の温度上昇を抑制することができる。
本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を前方から見た斜視図 本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を後方から見た斜視図 本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を示す正面図 本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を示す側面図 本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を示す上面図 本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置の分解斜視図 本発明の第２実施形態の半導体レーザー装置を前方から見た斜視図 本発明の第２実施形態の半導体レーザー装置を後方から見た斜視図 本発明の第３実施形態の半導体レーザー装置を前方から見た斜視図
　＜第１実施形態＞
　以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１、図２は本発明の第１実施形態の半導体レーザー装置を前方から見た斜視図及び後方から見た斜視図を示している。また、図３、図４、図５は半導体レーザー装置の正面図、側面図及び上面図を示している。
　半導体レーザー装置１は半導体レーザー素子５、サブマウント４及び金属ステム８を備えている。半導体レーザー装置１は半導体レーザー素子５を覆うキャップが設けられず、半導体レーザー素子５の上方を開放したキャップレスパッケージ型に形成される。
　半導体レーザー素子５はＧａＡｓ系の基板上に所定の半導体薄膜を積層して形成され、上面の出射部５ａから赤色光を出射する。ＧａＮ系の基板上に半導体薄膜を積層して半導体レーザー素子５を形成し、出射部５ａから緑色光を出射してもよい。
　サブマウント４は対向する一面に半導体レーザー素子５を接着され、他面を後述する金属ステム８の設置面３ａ上に接着される。サブマウント４は硬度、耐熱性、化学安定性に優れ、熱伝導率の高いＡｌＮまたはＳｉＣにより形成される。これにより、サブマウント４が半導体レーザー素子５の熱により変形することなく、半導体レーザー素子５の熱を金属ステム８に効率的に伝えることができる。従って、半導体レーザー装置１の放熱性が向上する。
　金属ステム８はアイレット２、突出部３及びリード６を有している。アイレット２、突出部３及びリード６は金属により形成され、熱伝導率の高い銅系金属により形成すると放熱性を向上できるためより望ましい。
　アイレット２（基台部）は上面視において中心線Ｃで略線対称な円柱状に形成され、円筒面の外周面２ｅを有している。アイレット２の上面には突出部３を設置する平面の基準面２ａが形成される。
　また、アイレット２には上下方向に貫通する一対の貫通孔２ｂが設けられる。リード６は各貫通孔２ｂに挿通されて基準面２ａ及び底面２ｇから突出し、ガラス等の絶縁体７を介してハーメチックシールされる。リード６はワイヤー（不図示）を介して半導体レーザー素子５に接続される。
　アイレット２の外周面２ｅ上には位置決め用の切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄが凹設される。切欠き部２ｃは１８０゜対向して１対設けられ、切欠き部２ｄは両方の切欠き部２ｃの間に設けられる。切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄにより半導体レーザー装置１を実装時に容易に位置決めすることができ、出射部５ａを所定位置に配置することができる。これにより、半導体レーザー装置１の偏光角、ＦＦＰ（Far　Field　Pattern）等の特性評価を正確に行うことができる。
　図６は金属ステム８の分解斜視図を示している。突出部３はアイレット２の基準面２ａ上に接着され、基準面２ａから上方に突出する。アイレット２の切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄの上方は突出部３により覆われる。
　突出部３の上面３ｄ及び下面は互いに平行な平面に形成される。また、突出部３は側面により形成される放熱面３ｅと、放熱面３ｅの周方向の両端を連結する設置面３ａとを有している。設置面３ａは基準面２ａに対して垂設され、各リード６の中心を結ぶ直線Ｄに平行な平面に形成される。設置面３ａ上にはサブマウント４を介して半導体レーザー素子５が設置される。
　放熱面３ｅはアイレット２の外周面２ｅと同径の円筒面により形成され、外周面２ｅの一部と同一面上に配される。このため、突出部３がアイレット２の周縁上まで延設され、突出部３の体積及び表面積を大きくできるとともに突出部３とアイレット２との接合面積を大きくできる。これにより、突出部３の放熱能力及び突出部３とアイレット２との熱伝導性が高くなり、半導体レーザー装置１の放熱性が向上される。
　この時、上面視において設置面３ａはアイレット２の中心からずれて配置され、突出部３が設置面３ａに平行な中心線Ｃにより分割される領域Ａ１及び領域Ａ２上に跨って設置される。設置面３ａ及びリード６は領域Ａ１内のみに配され、放熱面３ｅは領域Ａ１及び領域Ａ２の周縁上に配される。これにより、基準面２ａ上の突出部３の専有面積が５０％以上になっている。このため、突出部３の体積及び表面積をより大きくでき、突出部３とアイレット２との接合面積をより大きくできる。
　また、上面視において半導体レーザー素子５の出射部５ａ及びリード６が直線Ｄ上に配される。従来の半導体レーザ装置は一般的に、円柱状のアイレットの中心線上にリード及び半導体レーザー素子が配される。このため、従来と同じ実装基板上に出射部５ａの相対位置を変えずに半導体レーザー装置１を実装することができる。
　上記構成の半導体レーザー装置１において、リード６を介して半導体レーザー素子５に電力が供給され、半導体レーザー素子５の出射部５ａから上方にレーザー光が出射される。半導体レーザー素子５の発熱はサブマウント４を介して突出部３に伝えられた後にアイレット２に伝えられる。これにより、突出部３の上面３ｄ、設置面３ａ及び放熱面３ｅから放熱され、アイレット２の外周面２ｅ、基準面２ａ及び底面２ｇから放熱される。
　この時、突出部３の体積及び表面積が大きいため突出部３による放熱能力を高くできる。また、突出部３とアイレット２との接合面積が大きいため両者間の熱伝導性を高くできる。従って、半導体レーザー装置１の放熱性を向上することができる。
　本実施形態によると、アイレット２（基台部）の基準面２ａから上方に突出する突出部３が、半導体レーザー素子５の設置面３ａと、アイレット２の外周面２ｅの一部と同一面上に配した側面から成る放熱面３ｅとを有する。このため、半導体レーザー素子５からサブマウント４を介して突出部３に伝えられた熱がアイレット２から放熱されるとともに放熱面３ｅ上から放熱される。また、突出部３の体積及び表面積を大きくできるため、突出部３の放熱能力を高くできる。加えて、突出部３とアイレット２との接合面積を大きくできるため、アイレット２からの放熱量を大きくできる。従って、簡単な構成で半導体レーザー装置１の放熱性を向上して半導体レーザー素子５の温度上昇を抑制することができる。
　また、半導体レーザー装置１が半導体レーザー素子５の上方を開放したキャップレスパッケージ型に形成されるので、キャップ内に熱が籠もることを防止して半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。尚、半導体レーザー素子５は信頼性が高いためキャップによる気密封止を行わなくても半導体レーザー装置１に大きな支障はない。
　また、アイレット２が円柱状に形成され、放熱面３ｅが円筒面から成るので、外周面２ｅと同一面上に放熱面３ｅを配した半導体レーザー装置１を容易に実現することができる。
　また、基準面２ａ上の突出部３の専有面積が５０％以上であるので、突出部３の体積及び表面積をより大きくでき、突出部３とアイレット２との接合面積をより大きくできる。従って、半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。
　また、上面視においてアイレット２が設置面３ａに平行な中心線Ｃで略線対称に形成される。突出部３は中心線Ｃにより分割される領域Ａ１（第１領域）及び領域Ａ２（第２領域）上に設置される。設置面３ａ及びリード６は領域Ａ１内のみに配され、放熱面３ｅは領域Ａ２の周縁上に配される。これにより、突出部３の体積及び表面積をより大きくでき、突出部３とアイレット２との接合面積をより大きくできる。従って、半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。
　また、アイレット２の外周面２ｅ上に複数の切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄを設け、切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄの上方が突出部３により覆われる。これにより、半導体レーザー装置１を所望位置に容易に位置決めして実装することができる。また、アイレット２の表面積が増加するとともに、突出部３が切欠き部２ｃ及び切欠き部２ｄの上縁から外側に突出するため突出部３の体積を大きくできる。従って、半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。
　また、アイレット２及び突出部３の材質が熱伝導率の高い銅系金属から成るので、半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。
　また、サブマウント４の材質がＡｌＮまたはＳｉＣから成るので、半導体レーザー装置１の放熱性をより向上することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、図７、図８は第２実施形態の半導体レーザー装置１を前方から見た斜視図及び後方から見た斜視図を示している。本実施形態は前述の図１～図６に示す第１実施形態に対してアイレット２及び突出部３の形状が異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　アイレット２は円筒面から成る外周面２ｅと平面から成る外周面２ｆとを有している。突出部３は円筒面の側面から成る放熱面３ｅと、設置面３ａに平行な平面の側面から成る放熱面３ｆとを有している。突出部３の放熱面３ｅはアイレット２の外周面２ｅの一部と同一面上に配される。突出部３の放熱面３ｆはアイレット２の外周面２ｆと同一面上に配される。
　これにより、半導体レーザー装置１の実装時に平面の外周面２ｆ及び放熱面３ｆを位置決めのための当接面として使用し、出射部５ａを所定位置に高精度に配置することができる。
　また、金属ステム８に接続されるヒートシンクを設けた場合に、平面の外周面２ｆ及び放熱面３ｆ上にヒートシンクを容易に接して配置することができる。この時、設置面３ａと放熱面３ｆとの距離を短く形成できるため、ヒートシンクと半導体レーザー素子５との間の熱伝導性を高くできる。
　本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アイレット２の外周面２ｆ及び放熱面３ｆが設置面３ａに平行な平面から成るので、半導体レーザー装置１を所定位置に容易に位置決めして実装することができる。また、別途ヒートシンクを設けた場合に、金属ステム８にヒートシンクを容易に接続することができる。
　＜第３実施形態＞
　次に、図９は第３実施形態の半導体レーザー装置１を前方から見た斜視図を示している。本実施形態は前述の図１～図６に示す第１実施形態に対して突出部３の形状が異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　突出部３の側面上には平面の設置面３ａの両側端と円筒面の放熱面３ｅの両側端とを連結する放熱面３ｇが設けられる。突出部３の放熱面３ｅはアイレット２の外周面２ｅの一部と同一面上に配される。放熱面３ｇはアイレット２の円筒面から成る外周面２ｅから離れて配置されるため第１実施形態よりも突出部３の体積が減少するが、半導体レーザー素子５から伝えられた熱を放熱する。
　本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　第１～第３実施形態において、アイレット２の平面形状が円形状または部分円形状に形成されるが、多角形状（矩形状、六角形状等）や楕円形状等の他の形状であってもよい。
　本発明によると、金属ステムを備えた半導体レーザー装置に利用することができる。
　　　１　　　半導体レーザー装置
　　　２　　　アイレット（基台部）
　　　２ａ　　基準面
　　　２ｂ　　貫通孔
　　　２ｃ、２ｄ　切欠き部
　　　２ｅ、２ｆ　外周面
　　　３　　　突出部
　　　３ａ　　設置面
　　　３ｅ、３ｆ、３ｇ　放熱面
　　　４　　　サブマウント
　　　５　　　半導体レーザー素子
　　　５ａ　　出射部
　　　６　　　リード
　　　７　　　絶縁体
　　　８　　　金属ステム
　　　Ａ１、Ａ２　領域
　　　Ｃ　　　中心線
　　　Ｄ　　　直線

Claims (12)

  1. 　出射部から光を出射する半導体レーザー素子と、前記半導体レーザー素子を保持する金属ステムとを備えた半導体レーザー装置において、前記金属ステムが、上面に基準面を有する基台部と、前記基準面から上方に突出する突出部とを有し、前記突出部が前記半導体レーザー素子を設置する設置面と、前記基台部の外周面の一部と同一面上に配される側面とを有することを特徴とする半導体レーザー装置。
  2. 　前記半導体レーザー素子の上方を開放されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。
  3. 　前記基台部が円柱状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザー装置。
  4. 　前記突出部の前記側面及び前記基台部の前記外周面の一部が前記設置面に平行な平面から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザー装置。
  5. 　前記基準面上の前記突出部の専有面積が５０％以上であることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  6. 　前記金属ステムが前記基台部を貫通して前記半導体レーザー素子に接続される一対のリードを有し、上面視において前記基台部が前記設置面に平行な中心線で略線対称に形成されるとともに、前記突出部が前記中心線により分割される第１領域及び第２領域上に設置され、前記設置面及び前記リードが前記第１領域内のみに配されるとともに前記突出部の前記側面が前記第２領域の周縁上に配されることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  7. 　上面視において各前記リードの中心と前記出射部とが一直線上に配されることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザー装置。
  8. 　前記基台部の外周面上に複数の切欠き部を設け、前記切欠き部の上方が前記突出部により覆われることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  9. 　前記基台部及び前記突出部の材質が銅系金属から成ることを特徴とする請求項１～請求項８のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  10. 　前記半導体レーザー素子がサブマウントを介して前記設置面上に配され、前記サブマウントの材質がＡｌＮまたはＳｉＣから成ることを特徴とする請求項１～請求項９のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  11. 　前記半導体レーザー素子がＧａＡｓ系の基板を有し、赤色光を出射することを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
  12. 　前記半導体レーザー素子がＧａＮ系の基板を有し、緑色光を出射することを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
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