WO2021171865A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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菱田　光起
甲斐　隆行
秀明 山口
昌浩 多田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02315—Support members, e.g. bases or carriers

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor laser device.
  • a semiconductor laser apparatus usually includes a first electrode, a second electrode, and a semiconductor laser diode sandwiched between the first electrode and the second electrode, and emits a laser beam in a predetermined direction. It emits toward. Since the laser beam emitted from the semiconductor laser diode generally has a large beam width, a collimating lens is provided close to the emission position of the laser beam (see, for example, Patent Document 1).
  • the collimating lens is attached to, for example, a fixed component, and the position of the collimating lens relative to the emission position of the laser beam is fixed by, for example, adhering and fixing the fixed component to the first electrode.
  • the semiconductor laser diode is usually fixed to the first electrode or the second electrode by soldering. Thereby, the semiconductor laser diode can be fixed so as to be sandwiched between the first electrode and the second electrode. At this time, the semiconductor laser diode may be fixed in a state of being slightly tilted with respect to the first electrode or the second electrode. As a result, the emission position of the laser beam may be displaced, or the emission direction may be tilted from a predetermined direction. Further, due to the warp of the chip of the semiconductor laser diode, the emission direction of the laser beam may be slightly tilted from a predetermined direction.
  • the mounting position of the collimating lens relative to the first electrode can be adjusted according to the emission direction of the laser beam. Based on the adjusted mounting position, the fixture is glued to the first electrode.
  • An ultraviolet curable resin is generally used for adhesion.
  • the mounting position is adjusted while emitting laser light.
  • the relative position of the fixed component with respect to the first electrode is roughly determined while emitting a laser beam.
  • the adhesive resin is adhered to the fixed component, and the relative position of the fixed component with respect to the first electrode is determined while similarly emitting a laser beam, and the adhesive is fixed at the determined position.
  • the adhesive resin before curing may be irradiated with laser light.
  • the adhesive resin may deteriorate and the adhesive strength may decrease.
  • the adhesive resin may react with the irradiation of the blue laser light to proceed with the curing, and the adhesive fixing may be performed. It can be difficult.
  • one aspect of the present disclosure is between a first block containing a first electrode, a second block containing a second electrode, and between the first electrode and the second electrode. It includes a sandwiched semiconductor laser diode, an optical component arranged on the emission direction side of the laser beam from the semiconductor laser diode, and a fixed component.
  • the optical component is fixed to the fixed component, and the first A semiconductor laser device having a convex portion or a concave portion on a side surface of the block from which the laser light is emitted, and the fixed component is adhered to the first block at the convex portion or the concave portion of the side surface.
  • a decrease in adhesive strength of optical components to a semiconductor laser device is suppressed, and a highly reliable semiconductor laser device can be obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a top view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a perspective view schematically showing an embodiment of a fixed component in which an optical component is fixed.
  • FIG. 3B is a perspective view schematically showing another embodiment of the fixed component to which the optical component is fixed.
  • FIG. 3C is a perspective view showing an example of a semiconductor laser device to which the fixing components of FIGS. 3A and 3B are attached.
  • FIG. 4A is a perspective view schematically showing another embodiment of the fixed component to which the optical component is fixed.
  • FIG. 4A is a perspective view schematically showing another embodiment of the fixed component to which the optical component is fixed.
  • FIG. 4B is a perspective view showing an example of a semiconductor laser device to which the fixed component of FIG. 4A is attached.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6A is a front view schematically showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6B is a front view of FIG. 6A with the optical component 16 attached.
  • the semiconductor laser diode device is sandwiched between a first block including a first electrode, a second block including a second electrode, and a first electrode and a second electrode. It includes a semiconductor laser diode (hereinafter, also simply referred to as “LD”), an optical component arranged on the emission direction side of the laser beam from the LD, and a fixed component. The optical component is fixed to the fixed component.
  • LD semiconductor laser diode
  • the fixed parts are fixed to the first block by the adhesive resin.
  • the fixing component may be adhesively fixed to the first electrode, or may be fixed to the first electrode and adhered to another member forming a part of the first block. Adhesion fixes the position of the optical component relative to the first electrode and LD.
  • a convex portion or a concave portion is provided on the side surface from which the laser beam of the first block is emitted, and the fixing component is adhered to the first block at the convex portion or the concave portion on the side surface of the first block. ..
  • the convex or concave portion can suppress the irradiation of the adhesive portion with the laser beam, and can suppress the deterioration of the adhesive resin during the adjustment of the attachment position of the fixed component. In addition, it is possible to prevent the adhesive resin from hardening during the adjustment of the mounting position of the fixed component.
  • the convex portion or the concave portion can be formed on the side surface by using, for example, a first electrode pre-processed into a shape having the convex portion or the concave portion.
  • a convex portion may be formed by attaching another member to the side surface of the first electrode.
  • the adhesive resin is provided on the surface of the member. Further, in this case, the whole of the member and the first electrode constitutes the first block.
  • the adhesive resin is arranged on the side surface of the convex or concave portion. As a result, the laser light emitted from the LD can be prevented from being irradiated to the adhesive resin.
  • the laser beam emitted from the LD propagates while diffusing as the distance from the light emitting point increases, and the beam width widens.
  • the boundary between the bright part and the dark part of the light trail of the laser beam propagating while diffusing (when having a plurality of light emitting points, the light trail in which the plurality of laser beams emitted from each light emitting point are superimposed) is set.
  • the adhesive resin may be provided at a position closer to the first block than the envelope surface. As a result, it is possible to prevent the adhesive resin from being illuminated by the laser beam.
  • the adhesive resin can be formed on the protruding surface protruding in the exit direction side of the convex portion.
  • the adhesive resin may be provided at a position on the first block side of the virtual surface represented by the following.
  • the side surface of the first block is the XY plane, and the emission direction of the laser beam is the Z direction.
  • a set of straight lines connecting an arbitrary point on the protruding surface and the light emitting point occupies a space having a certain volume (a cone having the protruding surface as the bottom surface and the light emitting point as the apex).
  • a cone having the protruding surface as the bottom surface and the light emitting point as the apex For any plane that includes the light emitting point and is parallel to the Z direction, consider the cross section of the cone in these planes.
  • L B, of the L C more sets of straight line L C at the emission point side, constituting the virtual plane.
  • the adhesive resin When the adhesive resin is on the first block side of this virtual surface, the laser light emitted from the LD passes above the adhesive resin or is blocked by the side wall of the convex portion, and the adhesive resin becomes the laser light. Illumination is suppressed. That is, the adhesive resin is suppressed from being illuminated by the laser beam regardless of the shape of the envelope surface.
  • the adhesive resin When having a plurality of light emitting points, the adhesive resin may be provided on the first block side of the virtual surface corresponding to each light emitting point.
  • the virtual surface can be arbitrarily set depending on the position, protrusion height, and shape of the convex portion on the side surface of the first block.
  • the fixed part has a main surface facing the side surface of the first block.
  • the main surface of the fixed part and the convex portion of the side surface of the first block can be adhered to fix the relative position of the fixed part (and the optical part) and the first block.
  • the separation distance between the optical component and the LD tends to be large depending on the protruding height of the convex portion. Therefore, in order to maintain the separation distance between the optical component and the LD below a certain value, a concave portion is provided on the main surface of the fixed component, and an adhesive resin is provided between the concave portion of the fixed component and the convex portion of the first block. It may be intervened.
  • the optical component may be attached to the fixed component so that the optical component projects from the main surface of the fixed component.
  • the adhesive surface between the fixed component and the first block may be perpendicular to the exit direction (that is, parallel to the side surface). In this case, it is easy to adjust the mounting position in the plane direction parallel to the emission direction. It should be noted that the fact that the adhesive surface is perpendicular to the emission direction is not necessarily limited to the case where the angle formed by the adhesive surface in the exit direction is 90 °, and the angle formed by the adhesive surface in the exit direction is 85 ° or more. It shall include the case where it is in the range of 95 °.
  • Optical components include, for example, collimating lenses.
  • the optical component may include a rotating element that rotates the laser beam transmitted through the collimating lens.
  • the collimating lens and the rotating element are treated as one component as a whole.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams schematically showing a schematic configuration of the semiconductor laser device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view in a state where the optical component is not attached
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of the upper surface after the optical component is attached.
  • the semiconductor laser device 100 includes a first block including a first electrode (upper electrode) 11, a second block including a second electrode (lower electrode) 12, fixed parts 13, LD15, and optical parts 16. Be prepared.
  • the optical component 16 is below the fixed component 13 and is fixed to the fixed component 13.
  • a protrusion (convex portion) 20 is provided on the side surface S1 of the first electrode 11 from which the laser beam from the LD 15 is emitted.
  • the protruding portion 20 has a protruding surface S2 that protrudes from the side surface S1 and protrudes toward the emission direction side with reference to the emission surface of the laser beam.
  • the fixed component 13 has a main surface S3 facing the side surface S1.
  • An adhesive layer 14 is interposed between the side surface S1 of the first electrode 11 and the main surface S3 of the fixed component 13. As a result, the fixing component 13 can be fixed to the first electrode 11.
  • the fixing component 13 is adhesively fixed to the first electrode 11 by arranging the adhesive resin on the protruding surface S2 and curing the resin to form the adhesive layer 14.
  • the protrusion 20 is a part of the first electrode 11 as in the present embodiment, and may be integrally formed with the first electrode 11, and is a separate component from the first electrode 11. It may be fixed to the first electrode 11. In the latter case, the first block can be formed by the protrusion 20 and the first electrode 11, which are separate parts.
  • the laser beam emitted from the LD15 from the light emitting point P propagates while the beam width is widened.
  • a part of the envelope surface of the light trail of the above-mentioned laser beam is a broken line, and the above-mentioned virtual surface is defined by a set of straight lines connecting the light emitting point P and the point on the protruding surface S2 of the protrusion 20. Some are shown by solid lines.
  • the adhesive layer 14 is on the first block side (that is, the side surface S1 side) with respect to the virtual surface.
  • the position on the protruding surface S2 and closest to the light emitting point P is defined as Q.
  • the straight line PQ and the extension line extending the straight line PQ toward the fixed component 13 form a part of the virtual surface.
  • the entire adhesive layer 14 adheresive resin
  • the entire adhesive layer 14 is on the first block side (that is, the side surface S1 side) of the extension line of the straight line PQ.
  • the adhesive layer 14 (adhesive resin) is on the first block side (that is, the side surface S1 side) with respect to the envelope surface.
  • the laser beam emitted from the LD 15 passes exclusively above the adhesive resin.
  • the adhesive layer 14 may have to be arranged on the fixed component side (that is, the main surface S3 side) with respect to the envelope surface.
  • the protrusion 20 so that the adhesive layer 14 (adhesive resin) is located on the first block side (that is, the side surface S1 side) with respect to the virtual surface, the degree of spread of the laser beam However, it is possible to prevent the adhesive resin from being illuminated by the laser beam.
  • the protruding height of the protruding portion 20 may be such that the laser beam is not illuminated by the adhesive resin arranged on the protruding surface S2 in the mounting process, up to LD15 of the protruding portion 20 provided in the side surface S1. It is determined according to the separation distance, the characteristics of the laser beam emitted from the LD15, and the like.
  • the protruding height of the protruding portion 20 is, for example, 3 mm to 10 mm.
  • the protruding surface S2 to which the adhesive resin is adhered may be substantially parallel to the side surface S1 of the first electrode 11 (first block). That is, the protruding surface S2 may be perpendicular to the emission direction of the laser beam. The smaller the angle formed by the protruding surface S2 and the side surface S1, the easier it is to adjust the mounting position in the directions (X direction and Y direction) perpendicular to the exit direction of the fixed component (optical component).
  • FIG. 3A and 3B show other examples of the fixed component 13 in this embodiment. Both the fixed component 13A shown in FIG. 3A and the fixed component 13B shown in FIG. 3B can be attached to the semiconductor laser device 101 shown in FIG. 3C.
  • the distance between the LD 15 and the optical component 16 becomes long.
  • a recess S4 corresponding to the protrusion 20 is provided on the main surface S3 of the fixed part 13, and a recess S4 of the fixed part 13 and a protrusion S2 of the first block are separated from each other. It may be adhesively fixed with an adhesive resin.
  • the protrusion 20 is formed over the entire width in the height direction (Y direction) of the semiconductor laser device 101, and the recess S4 of the fixed component 13A also extends over the entire width in the height direction. It is formed.
  • the optical component 16 when the optical component 16 is fixed to the fixed component 13B, the optical component 16 may be projected from the main surface S3 of the fixed component 13B.
  • the first electrode 11 may have a recess, and the adhesive layer 14 may be formed in the recess.
  • the adhesive layer 14 may be formed in the recess.
  • FIG. 4A shows another example of the fixed component 13 in this embodiment.
  • the fixed component 13C shown in FIG. 4A is in a state in which the optical component 16 is fixed, and can be attached to the semiconductor laser device 102 shown in FIG. 4B.
  • the recess S5 is provided in the first electrode 11.
  • the fixed component 13C shown in FIG. 4A may be provided with a protruding surface (convex portion) S6 projecting in a direction opposite to the exit direction.
  • the LD15 produces a laser beam.
  • the LD15 is, for example, a chip-shaped LD chip.
  • an end face emitting type (EEL: Edge Emitting Laser) LD chip is preferably used.
  • EEL Edge Emitting Laser
  • the end face light emitting type LD chip for example, a long bar-shaped optical resonator is formed in the chip in parallel with the substrate surface.
  • One end face in the longitudinal direction of the resonator is covered with a high reflectance film so that light is mostly reflected.
  • the other end face in the longitudinal direction of the resonator is also covered with a film having a high reflectance, but the reflectance is smaller than that of the reflective film provided on one end face. Therefore, the laser beam amplified by the reflection from both end faces and having the same phase is emitted from the other end face.
  • the laser beam can be emitted from a plurality of locations on the other end face.
  • the LD may have a plurality of light emitting points. The emission points can be aligned one-dimensionally along the end face of the chip, which is the other end face of the resonator.
  • FIG. 2 illustrates a case where the LD15 has three light emitting points, but the present disclosure is not limited to the number of light emitting points.
  • the fixing component 13 is also called a holder block and fixes the optical component 16.
  • the optical component 16 can be attached to the fixed component 13 by adhesion using an adhesive material such as UV curable resin.
  • the material of the fixing component 13 is, for example, quartz glass.
  • the adhesive layer 14 is a resin material such as a UV curable resin.
  • the thickness of the adhesive layer 14 may be, for example, 5 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the fixed component 13 to which the optical component 16 is fixed can be attached to the first electrode 11 with sufficient strength via the adhesive layer 14.
  • the fixing component 13 can be accurately positioned with respect to the first electrode 11.
  • the thickness of the adhesive layer 14 may be 70 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the thickness of the adhesive layer 14 means the average thickness.
  • the adhesive layer 14 may be provided one-dimensionally or two-dimensionally at a plurality of positions on the protruding surface S2 or the side surface S3.
  • the optical component 16 includes, for example, a collimating lens 16a.
  • the laser beam emitted from the LD15 diffuses as it propagates, and the beam width widens.
  • the collimating lens 16a collimates the laser beam emitted from the LD 15 in a predetermined first direction. That is, the collimating lens 16a suppresses the expansion of the beam width in the first direction of the laser light emitted from the LD15, and parallelizes the laser light so that the beam width in the first direction becomes substantially constant.
  • the first direction may be the direction in which the spread of the beam width is the largest.
  • the first direction is, for example, the direction perpendicular to the substrate surface of the LD chip.
  • the direction perpendicular to the substrate surface of the LD chip can generally be the direction of the speed axis of the laser beam emitted from the LD chip.
  • the direction parallel to the substrate surface of the LD chip and along the end surface from which the light is emitted can generally be the direction of the slow axis of the laser beam emitted from the LD chip.
  • the optical component 16 may include a rotating element 16b that rotates the laser beam transmitted through the collimating lens 16a.
  • rotating the light means rotating the cross-sectional shape on the plane perpendicular to the propagation direction of the light (beam).
  • the LD15 is an LD chip having a plurality of light emitting points
  • a plurality of laser beams corresponding to the light emitting points are generated and emitted, diffused with propagation, and the beam width is widened.
  • the collimating lens 16a parallelizes the laser light in the direction perpendicular to the substrate surface of the LD chip (first direction)
  • the laser light through the collimating lens 16a is in the direction perpendicular to the substrate surface.
  • the beam width is substantially constant, the beam width in the direction parallel to the substrate surface and along the end surface (that is, the alignment direction of the plurality of light emitting points) remains wide. That is, the beam shape of the laser beam after passing through the collimating lens 16a can be a flat shape (for example, an ellipse or a square) with the first direction as the minor axis.
  • the rotating element 16b has, for example, a light emitting point so that the angle formed by the long axis direction of the elliptical beam and the substrate surface approaches a right angle (the angle formed by the short axis direction and the substrate surface approaches 0 °).
  • An elliptical beam is rotated for each of the different laser beams.
  • the laser beam can be rotated by 90 ° by the rotating element 16b.
  • the cross-sectional shape of each laser beam is rotated so that the overlap between the beams of the laser beams having different emission points is reduced.
  • a high-power laser beam can be obtained.
  • another collimating lens that parallelizes the laser beam through the optical component 16 in the second direction may be arranged at a position close to the semiconductor laser device 100 and away from the optical component 16.
  • the laser beam can be parallelized so that the beam width in the second direction is substantially constant.
  • the second direction is different from the first direction and is, for example, a direction perpendicular to the first direction.
  • the optical component 16 includes the rotating element 16b
  • the second direction is different from the first direction after rotation due to the rotating element 16b, and is, for example, a direction perpendicular to the first direction after rotation.
  • the rotating element 16b rotates the laser beam by 90 °
  • the first direction and the second direction can be parallel.
  • the second direction can be the direction of the slow axis of the laser beam emitted from the LD chip.
  • the collimating lens 16a can be bonded and fixed to the rotating element 16b using, for example, an adhesive such as a UV curable resin, and an optical component 16 in which the collimating lens 16a and the rotating element 16b are integrated can be configured.
  • an adhesive such as a UV curable resin
  • an optical component 16 in which the collimating lens 16a and the rotating element 16b are integrated can be configured.
  • the entire optical component 16 can be fixed to the fixed component 13.
  • the material of the collimating lens 16a and the rotating element 16b can be, for example, quartz glass.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 have a role of supplying an electric current to the LD 15 and releasing heat generated by the operation of the LD 15 to the outside.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are, for example, copper plates.
  • the side surface S1 of the first electrode 11 corresponding to the upper electrode is used as the mounting surface of the fixing component 13.
  • the fixing component 13 may be fixed to the second electrode 12 corresponding to the lower electrode. In that case, in the above description, the first electrode 11 and the second electrode 12 are interchanged.
  • FIG. 5 shows a form in which the fixing component 13 is fixed to the second electrode 12 corresponding to the lower electrode. As shown in the figure, a protrusion 20 is formed on the second electrode 12, and the fixing component 13 is fixed to the protrusion 20.
  • the protrusion 20 is quadrangular when viewed from the direction facing the exit surface, but its vertical surface has a triangular shape. This is for the following reasons.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are formed by cutting out metal or the like. Therefore, the protrusion is made of the same material as the second electrode 12, and is made of, for example, copper, which has conductivity. However, this is to minimize the possibility that the first electrode 11 and the second electrode 12 are short-circuited via the protrusion 20 due to the presence of the protrusion 20 and variations during formation of the semiconductor laser device 100. ..
  • the shape is not limited to this, and the shape may change in the direction in which the protrusion 20 is separated from the first electrode 11 in the direction away from the second electrode 12.
  • FIG. 6A is a front view of the semiconductor laser device 100 as viewed from the direction toward the exit surface.
  • FIG. 6A shows a state in which the optical component 16 is not attached.
  • the direction from the second electrode 12 to the first electrode 11 is the height direction
  • the height of the light emitting point P from the surface U17 of the second electrode 12 and the adhesive layer 14 formed on the protrusion 20 It is desirable that the positions of are substantially the same. In FIG. 6A, these height positions are shown by broken lines. This facilitates position adjustment when the optical component 16 is attached to the semiconductor laser device 100.
  • FIG. 6B is a view showing a state in which the optical component 16 is attached to FIG. 6A.
  • the semiconductor laser device of the present disclosure can stably fix optical components to the semiconductor laser device regardless of heat, so that high output is easy and it is useful for laser processing.

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Abstract

半導体レーザ装置（１００）は、第１の電極（１１）を含む第１のブロックと、第２の電極（１２）を含む第２のブロックと、第１の電極と第２の電極との間に挟持される半導体レーザダイオード（１５）と、半導体レーザダイオードからのレーザ光の出射方向側に配置される光学部品（１６）と、固定部品（１３）と、を備える。光学部品（１６）は、固定部品（１３）に固定される。第１のブロックのレーザ光が出射する側面（Ｓ１）に、凸部（２０）または凹部を有し、固定部品（１３）は、側面の凸部(２０)または凹部で、第１のブロックと接着樹脂により固定されている。

Description

半導体レーザ装置
　本開示は、半導体レーザ装置に関する。
　半導体レーザ装置は、通常、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に挟持される半導体レーザダイオードと、を備え、レーザ光を所定の方向に向けて出射する。半導体レーザダイオードから出射されるレーザ光は、一般にビーム幅の広がりが大きいため、レーザ光の出射位置に近接してコリメートレンズが設けられる（例えば、特許文献１参照）。コリメートレンズは、例えば固定部品に取り付けられ、例えば固定部品を第１の電極に接着固定することによって、レーザ光の出射位置に対するコリメートレンズの相対的な位置が固定される。
国際公開第２０１６／０６３４３６号パンフレット
　半導体レーザダイオードは、通常、第１の電極または第２の電極とはんだにより固定される。これにより、半導体レーザダイオードが第１の電極と第２の電極との間に挟持されるように固定され得る。このとき、半導体レーザダイオードが第１の電極または第２の電極に対して僅かに傾いた状態で固定される場合がある。結果として、レーザ光の出射位置にずれが生じたり、出射方向が想定される所定の方向から傾いたりする場合がある。また、半導体レーザダイオードのチップの反りにより、レーザ光の出射方向が所定の方向から僅かに傾く場合もある。
　レーザ光の出射方向に応じて、コリメートレンズの第１の電極に対する相対的な取り付け位置が調整され得る。調整された取り付け位置に基づいて、固定部品が第１の電極と接着される。接着には、紫外線硬化樹脂が一般的に用いられている。
　取り付け位置の調整は、レーザ光を出射させながら行われる。通常、接着固定の前に、レーザ光を出射させながら第１の電極に対する固定部品の相対位置を大まかに決定する。その後、固定部品に接着樹脂を付着して、同様にレーザ光を出射させながら第１の電極に対する固定部品の相対位置を確定させ、確定位置に接着固定する。
　この場合、固定部品の相対位置を確定させるときに、硬化前の接着樹脂にレーザ光が照射される場合がある。硬化前の接着樹脂にレーザ光が照射されることで、接着樹脂が劣化し、接着強度が低下し得る。さらに、青色発光の半導体レーザダイオードを用いた半導体レーザ装置では、紫外線硬化樹脂を用いる場合であっても、青色レーザ光の照射により接着樹脂が反応して硬化が進行する場合があり、接着固定が困難になる場合がある。
　上記に鑑み、本開示の一側面は、第１の電極を含む第１のブロックと、第２の電極を含む第２のブロックと、前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟持される半導体レーザダイオードと、前記半導体レーザダイオードからのレーザ光の出射方向側に配置される光学部品と、固定部品と、を備え、前記光学部品は、前記固定部品に固定され、前記第１のブロックの前記レーザ光が出射する側面に、凸部または凹部を有し、前記固定部品は、前記側面の前記凸部または前記凹部で、前記第１のブロックと接着されている、半導体レーザ装置に関する。
　本開示によれば、半導体レーザ装置への光学部品の接着強度の低下が抑制され、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
図１は、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を模式的に示す上面図である。 図３Ａは、光学部品が固定された固定部品の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図３Ｂは、光学部品が固定された固定部品の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。 図３Ｃは、図３Ａおよび図３Ｂの固定部品が取り付けられる半導体レーザ装置の例を示す斜視図である。 図４Ａは、光学部品が固定された固定部品の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａの固定部品が取り付けられる半導体レーザ装置の例を示す斜視図である。 図５は、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図６Ａは、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を模式的に示す正面図である。 図６Ｂは、図６Ａに光学部品１６を取り付けた状態の正面図である。
　本実施形態に係る半導体レーザ装置は、第１の電極を含む第１のブロックと、第２の電極を含む第２のブロックと、第１の電極と第２の電極との間に挟持される半導体レーザダイオード（以下において、単に「ＬＤ」とも称する）と、ＬＤからのレーザ光の出射方向側に配置される光学部品と、固定部品と、を備える。光学部品は、固定部品に固定される。
　固定部品は、第１のブロックと接着樹脂により固定されている。固定部品は、第１の電極と接着固定されていてもよいし、第１の電極に固定され、第１のブロックの一部を構成する別の部材と接着されていてもよい。接着により、第１の電極およびＬＤに対する光学部品の相対位置が固定される。
　第１のブロックのレーザ光が出射する側面には、凸部または凹部が設けられており、固定部品は、第１のブロックの側面の凸部または凹部で、第１のブロックと接着されている。凸部または凹部により、接着部位へのレーザ光の照射を抑制でき、固定部品の取り付け位置の調整中に接着樹脂が劣化するのを抑制できる。また、固定部品の取り付け位置の調整中に接着樹脂が硬化してしまうのを抑制できる。
　凸部または凹部は、例えば、凸部または凹部を有する形状に予め加工された第１の電極を用いて、側面に形成され得る。あるいは、第１の電極の側面に別の部材を取り付けることで、凸部を形成してもよい。この場合、接着樹脂は上記部材の表面に設けられる。また、この場合、上記部材と第１の電極との全体が、第１のブロックを構成する。接着樹脂は、凸部または凹部における側面に配される。これにより、ＬＤから出射されたレーザ光が、接着樹脂に照射されないようにすることができる。
　ＬＤから出射されたレーザ光は、発光点から遠ざかるに従って拡散しながら伝搬し、ビーム幅が広がる。ここで、拡散しながら伝搬するレーザ光の光跡（複数の発光点を有する場合、各発光点から出射された複数のレーザ光が重ね合わされた光跡）の明部と暗部との境界を、レーザ光の光跡における包絡面とする。すなわち、包絡面は、発光点から出射されたレーザ光の照射範囲の境界であり、ＬＤから出射されるレーザ光の特性に依存する。接着樹脂は、上記包絡面よりも第１のブロックの側となる位置に設けてもよい。これにより、接着樹脂がレーザ光に照らされるのを抑制できる。
　第１のブロックの側面に凸部を設ける場合、接着樹脂は、凸部の出射方向側に突出する突出面に形成され得る。突出面上の任意の点と発光点を結ぶ直線の集合を考える。接着樹脂は、下記で表される仮想の面よりも第１のブロック側となる位置に設けられてもよい。
　第１のブロックの側面をＸＹ平面とし、レーザ光の出射方向をＺ方向とする。突出面上の任意の点と発光点を結ぶ直線の集合は、一定の体積を有する空間（突出面を底面とし、発光点を頂点とする錐体）を占有する。発光点を含み、且つＺ方向に平行な任意の平面について、これらの平面における錐体の断面を考える。断面形状は、突出面上の直線ＬＡ、および錐体の側面を構成する二本の直線ＬＢ、ＬＣからなる閉じた三角形となる。ＬＢ、ＬＣのうち、より発光点側にある直線ＬＣの集合は、仮想の面を構成する。接着樹脂がこの仮想面よりも第１のブロック側にある場合、ＬＤから出射されたレーザ光は、接着樹脂の上方を通過するか、あるいは凸部の側壁により遮られ、接着樹脂がレーザ光に照らされることが抑制される。すなわち、包絡面の形状に依らず、接着樹脂がレーザ光に照らされることが抑制される。なお、複数の発光点を有する場合、接着樹脂は、各発光点に対応する仮想面のそれぞれよりも第１のブロック側に設けられていてもよい。仮想面は、凸部の第１のブロックの側面における位置、突出高さ、形状により任意に設定できる。
　固定部品は、第１のブロックの側面と対向する主面を有する。固定部品の主面と第１のブロックの側面の凸部とが接着されて、固定部品（および、光学部品）と第１のブロックとの相対位置が固定され得る。凸部を設ける場合、凸部の突出高さによっては、光学部品とＬＤとの離間距離が大きくなりがちである。そこで、光学部品とＬＤとの離間距離を一定値以下に維持するために、固定部品の上記主面に凹部を設け、固定部品の凹部と第１のブロックの凸部との間に接着樹脂を介在させてもよい。あるいは、光学部品が固定部品の主面に対して突出するように、固定部品に光学部品を取り付けてもよい。
　固定部品と第１のブロックとの接着面は、出射方向に垂直（すなわち、側面に平行）であってもよい。この場合、出射方向に平行な面方向の取り付け位置の調整が容易である。なお、接着面が出射方向に垂直であるとは、必ずしも出射方向の接着面とのなす角が９０°である場合に限られるものではなく、出射方向の接着面とのなす角が８５°～９５°の範囲である場合をも含むものとする。
　光学部品は、例えば、コリメートレンズを含む。光学部品は、コリメートレンズに加えて、コリメートレンズを透過したレーザ光を回転させる回転素子を含んでもよい。コリメートレンズと回転素子は、全体で一部品として取り扱われる。
　図１および図２は、本実施形態に係る半導体レーザ装置１００の概略の構成を模式的に示す図である。図１は光学部品が取り付けられていない状態の斜視図であり、図２は光学部品を取り付けた後の上面の一部を拡大した図である。
　半導体レーザ装置１００は、第１の電極（上部電極）１１を含む第１のブロック、第２の電極（下部電極）１２を含む第２のブロック、固定部品１３、ＬＤ１５、および、光学部品１６を備える。光学部品１６は、固定部品１３の下方にあって、固定部品１３に固定されている。
　ＬＤ１５からのレーザ光が出射される第１の電極１１の側面Ｓ１には、突起部（凸部）２０が設けられている。突起部２０は、側面Ｓ１から突出し、レーザ光の出射面を基準として出射方向側に突出する突出面Ｓ２を有する。突出面は、固定部品１３は、側面Ｓ１に対向する主面Ｓ３を有する。第１の電極１１の側面Ｓ１と固定部品１３の主面Ｓ３との間には接着層１４が介在している。これにより、固定部品１３が第１の電極１１に固定され得る。
　本実施形態では、突出面Ｓ２に接着樹脂を配し、樹脂を硬化させて接着層１４を形成することにより固定部品１３が第１の電極１１に接着固定される。なお、突起部２０は、本実施形態のように第１の電極１１の一部であって、第１の電極１１と一体で形成されていてもよく、第１の電極１１と別部品であって、第１の電極１１に固定されていてもよい。後者の場合、別部品である突起部２０と第１の電極１１とにより、第１のブロックが構成され得る。
　発光点Ｐより、ＬＤ１５から出射されたレーザ光は、ビーム幅が広がりながら伝搬する。図２では、上述のレーザ光の光跡の包絡面の一部を破線で、発光点Ｐと突起部２０の突出面Ｓ２上の点とを結ぶ直線の集合により定義される上述の仮想面の一部を実線で示している。図２に示すように、接着層１４（接着樹脂）は、仮想面よりも第１のブロック側（すなわち、側面Ｓ１側）にある。
　図２において、突出面Ｓ２上にあって最も発光点Ｐ側の位置をＱとする。直線ＰＱおよび直線ＰＱを固定部品１３側に延長した延伸線は、仮想面の一部を構成する。接着層１４（接着樹脂）は、その全体が、直線ＰＱの延伸線よりも第１のブロック側（すなわち、側面Ｓ１側）にある。この場合、光学部品１６および固定部品１３の取り付けにおいてＬＤ１５からレーザ光が出射される場合においても、レーザ光は突起部２０の側壁により遮られるか、接着樹脂の上方を通過し、接着樹脂にレーザ光が照らされることが抑止される。よって、固定部品１３および光学部品１６の取り付け工程における接着樹脂の劣化を抑制でき、接着樹脂の硬化を抑制できる。
　図２の例では、接着層１４（接着樹脂）は、包絡面よりも第１のブロック側（すなわち、側面Ｓ１側）にある。この場合、ＬＤ１５から出射されるレーザ光は専ら接着樹脂の上方を通過する。しかしながら、レーザ光の広がりが大きい場合、接着層１４（接着樹脂）を包絡面よりも固定部品側（すなわち、主面Ｓ３側）に配置せざるを得ない場合がある。しかしながら、上述のように、接着層１４（接着樹脂）が仮想面よりも第１のブロック側（すなわち、側面Ｓ１側）に位置するように突起部２０を設けることで、レーザ光の広がりの程度に依らず、接着樹脂にレーザ光が照らされることを抑止できる。
　突起部２０の突出高さは、取り付け工程において、突出面Ｓ２に配される接着樹脂にレーザ光が照らされない程度の高さであればよく、側面Ｓ１内に設けられる突起部２０のＬＤ１５までの離間距離、および、ＬＤ１５から出射されるレーザ光の特性などに応じて決定される。突起部２０の突出高さは、例えば、３ｍｍ～１０ｍｍである。
　接着樹脂が接着される突出面Ｓ２は、第１の電極１１（第１のブロック）の側面Ｓ１に略平行であってもよい。すなわち、突出面Ｓ２は、レーザ光の出射方向に対し垂直であってもよい。突出面Ｓ２と側面Ｓ１とのなす角が小さいほど、固定部品（光学部品）の出射方向に垂直な方向（Ｘ方向およびＹ方向）の取り付け位置の調整が容易となる。
　図３Ａおよび図３Ｂに、本実施形態における固定部品１３の他の例を示す。図３Ａに示す固定部品１３Ａおよび図３Ｂに示す固定部品１３Ｂは、ともに、図３Ｃに示す半導体レーザ装置１０１に取り付けられ得る。
　突起部２０を設けることにより、ＬＤ１５と光学部品１６との距離が遠くなる。これを防ぐために、図３Ａに示すように、固定部品１３の主面Ｓ３に突起部２０に対応する凹部Ｓ４を設け、固定部品１３の凹部Ｓ４と第１のブロックの突出面Ｓ２との間を接着樹脂で接着固定してもよい。図３Ａの例では、突起部２０は半導体レーザ装置１０１の高さ方向（Ｙ方向）の全幅に渡って形成されており、対応して固定部品１３Ａの凹部Ｓ４も高さ方向の全幅に渡って形成されている。
　あるいは、図３Ｂに示すように、光学部品１６を固定部品１３Ｂに固定する際に、光学部品１６を固定部品１３Ｂの主面Ｓ３に対して突出させてもよい。
　第１の電極１１が凹部を有し、凹部内に接着層１４を形成してもよい。この場合、光学部品１６および固定部品１３の取り付けにおいてＬＤ１５からレーザ光が出射される場合においても、凹部内はレーザ光により照らされることがないため、接着樹脂に直接レーザ光が照らされることが抑止される。よって、接着樹脂の劣化を抑制でき、接着樹脂の硬化を抑制できる。
　図４Ａに、本実施形態における固定部品１３の他の例を示す。図４Ａに示す固定部品１３Ｃは、光学部品１６が固定された状態であり、図４Ｂに示す半導体レーザ装置１０２に取り付けられ得る。
　図４Ｂに示す半導体レーザ装置１０２では、第１の電極１１に凹部Ｓ５が設けられている。凹部Ｓ５に対応して、図４Ａに示す固定部品１３Ｃには出射方向と反対方向に突出する突出面（凸部）Ｓ６が設けられ得る。第１の電極１１の凹部Ｓ５と固定部品の突出面Ｓ６とを接着樹脂を介して接着することで、半導体レーザ装置における固定部品（光学部品）の位置が固定される。
　以下、本実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素について、詳細に説明する。しかしながら、本開示は下記の構成に限定されるものではない。
　（半導体レーザダイオード（ＬＤ））
　ＬＤ１５は、レーザ光を生成する。ＬＤ１５は、例えば、チップ形状をしたＬＤチップである。ＬＤチップとしては、端面発光型（ＥＥＬ：Edge Emitting Laser）のＬＤチップが好ましく用いられる。端面発光型のＬＤチップでは、例えば、長尺のバー形状の光共振器が、チップ内において基板面と平行に形成されている。共振器の長手方向の一方の端面は光が殆ど反射するように高反射率の膜で覆われている。一方、共振器の長手方向の他方の端面も高反射率の膜で覆われているが、反射率は一方の端面に設けられた反射膜よりも小さい。よって、両端面からの反射により増幅され位相の揃ったレーザビームが他方の端面から出射される。
　ＬＤチップ内に共振器が複数設けられる場合、レーザビームは、他方の端面の複数の箇所から出射され得る。この場合、ＬＤは複数の発光点を有し得る。発光点は、共振器の他方の端面であるチップの端面に沿って、一次元的に整列し得る。
　なお、図２では、ＬＤ１５が発光点を３つ有する場合を例示しているが、本開示は発光点の数に限定されるものではない。
　（固定部品）
　固定部品１３は、ホルダーブロックとも呼ばれ、光学部品１６を固定している。例えば、光学部品１６は、ＵＶ硬化樹脂などの接着材を用いて、固定部品１３に接着により取り付けられ得る。固定部品１３の材質は、例えば、石英ガラスである。
　（接着層）
　接着層１４は、例えばＵＶ硬化樹脂等の樹脂材料である。接着層１４の厚みは、例えば５μｍ～２００μｍであってもよい。接着層１４の厚みが５μｍ以上であれば、接着層１４を介して、光学部品１６が固定された固定部品１３を十分な強度で第１の電極１１に取り付けることができる。また、接着層１４の厚みを２００μｍ以下とすることで、固定部品１３の第１の電極１１に対する位置決めを精度よく行うことができる。接着層１４の厚みは、７０μｍ～１２０μｍであってもよい。
　なお、接着層１４の厚みは、平均の厚みを意味する。
　接着層１４は、突出面Ｓ２または側面Ｓ３において、複数箇所に、一次元的または二次元的に設けられていてもよい。
　（光学部品）
　光学部品１６は、例えば、コリメートレンズ１６ａを含む。
　ＬＤ１５から出射されるレーザ光は、伝播に伴い拡散し、ビーム幅が広がる。コリメートレンズ１６ａは、ＬＤ１５から出射されたレーザ光を所定の第１方向に平行光化する。すなわち、コリメートレンズ１６ａは、ＬＤ１５から出射されたレーザ光の第１方向におけるビーム幅の拡大を抑制し、第１方向におけるビーム幅が略一定になるようにレーザ光を平行光化する。第１方向は、ビーム幅の広がりが最も大きくなる方向であってもよい。
　第１方向は、例えば、ＬＤチップの基板面に垂直な方向である。ＬＤチップの基板面に垂直な方向は、一般に、ＬＤチップから発するレーザ光の速軸の方向であり得る。これに対し、ＬＤチップの基板面に平行で且つ光が出射される端面に沿う方向は、一般に、ＬＤチップから発するレーザ光の遅軸の方向であり得る。
　光学部品１６は、コリメートレンズ１６ａを透過したレーザ光を回転させる回転素子１６ｂを含んでいてもよい。なお、上記において、「光を回転させる」とは、光（ビーム）の伝播方向に垂直な面における断面形状を回転させることを意味する。
　ＬＤ１５が複数の発光点を有するＬＤチップである場合、発光点に対応する複数のレーザ光が生成および出射され、伝播に伴い拡散し、ビーム幅が広がる。コリメートレンズ１６ａが、例えばレーザ光をＬＤチップの基板面に垂直な方向（第１方向）において平行光化するものである場合、コリメートレンズ１６ａを介したレーザ光は、基板面に垂直な方向のビーム幅は略一定となっているが、基板面に平行で且つ端面に沿う方向（すなわち、複数の発光点の整列方向）のビーム幅は広がったままである。すなわち、コリメートレンズ１６ａを通過後のレーザ光のビーム形状は、第１方向を短軸とする扁平な形状（例えば、楕円または方形）であり得る。
　回転素子１６ｂは、例えば、楕円形状のビームの長軸方向と基板面とのなす角が直角に近づくように（短軸方向と基板面とのなす角が０°に近づくように）、発光点の異なるレーザ光のそれぞれについて、楕円形状のビームを回転させる。例えば、第１方向がＬＤチップの基板面に垂直な方向である場合、レーザ光は回転素子１６ｂによって９０°回転され得る。これにより、発光点の異なるレーザ光のビーム同士の重なりが低減されるように、それぞれのレーザビームの断面形状が回転する。これにより、高出力のレーザビームが得られる。
　さらに、半導体レーザ装置１００に近接して、光学部品１６から離間した位置に、光学部品１６を介したレーザ光を第２方向に平行光化する別のコリメートレンズを配してもよい。これにより、第２方向におけるビーム幅が略一定となるように、レーザ光が平行光化され得る。光学部品１６が回転素子１６ｂを設けない場合、第２方向は、第１方向と異なり、例えば第１方向に垂直な方向である。光学部品１６が回転素子１６ｂを含む場合、第２方向は、回転素子１６ｂにより回転後の第１方向と異なり、例えば回転後の第１方向に垂直な方向である。回転素子１６ｂがレーザ光を９０°回転させる場合、第１方向と第２方向とは平行であり得る。第２方向は、ＬＤチップから発するレーザ光の遅軸の方向であり得る。
　コリメートレンズ１６ａは、例えばＵＶ硬化樹脂などの接着剤を用いて、回転素子１６ｂに接着固定され、コリメートレンズ１６ａと回転素子１６ｂが一体化した光学部品１６が構成され得る。この場合、例えば、回転素子１６ｂが、固定部品１３に固定されることで、光学部品１６の全体が固定部品１３に固定され得る。コリメートレンズ１６ａおよび回転素子１６ｂの材質は、例えば、石英ガラスであり得る。
　（第１および第２の電極）
　第１の電極１１および第２の電極１２は、ＬＤ１５に電流を供給するとともに、ＬＤ１５の作動により生じる熱を外部に逃がす役割を有している。第１の電極１１および第２の電極１２は、例えば、銅板である。
　上記実施形態では、ＬＤ１５を挟持する第１の電極１１および第２の電極１２のうち、上部電極に相当する第１の電極１１の側面Ｓ１を固定部品１３の取り付け面としている。しかしながら、下部電極に相当する第２の電極１２に、固定部品１３を固定してもよい。その場合、上述の説明において、第１の電極１１と第２の電極１２とが入れ替わる。
　図５は下部電極に相当する第２の電極１２に、固定部品１３を固定した形態を示す。同図が示すように、第２の電極１２に突起部２０が形成されており、この突起部２０に固定部品１３が固定される。
　ここで突起部２０は出射面に相対する方向からみて四角形であるが、その垂直面は三角形状を有している。これは以下の理由からである。第１の電極１１および第２の電極１２は金属の切り出し加工等によって形成されている。このため、突起部は第２の電極１２と同素材で形成されており、導電性を有する例えば銅製である。しかしながら突起部２０の存在により、半導体レーザ装置１００形成時のばらつきなどによって、この突起部２０を介し、第１の電極１１と第２の電極１２とが短絡する虞を最小限にするためである。同図では三角形状であるが、これに限ることはなく、第２の電極１２から、離れる方向にそって、突起部２０が第１の電極１１から離れる方向に形状が変化すればよい。
　また、図６Ａは、半導体レーザ装置１００を出射面に向かった方向からみた正面図である。図６Ａは、光学部品１６は取り付けられていない状態である。第２の電極１２から、第１の電極１１に向かう方向を高さ方向とした場合、第２の電極１２の面Ｕ１７からの発光点Pの高さと、突起部２０に形成される接着層１４の位置は、略同一であることが望ましい。図６Ａにおいてこれら高さ位置を破線で示す。これにより光学部品１６を半導体レーザ装置１００に取り付ける際に位置調整が容易となる。図６Ｂは、図６Ａに光学部品１６を取り付けた状態の図である。
　上述した実施形態は本開示の一例に過ぎず、各部の具体的な構成は上述した具体例に限定されるものではなく、本開示の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
　本開示の半導体レーザ装置は、半導体レーザ装置への光学部品の固定を、熱によらず安定して行うことができることから、高出力が容易であり、レーザ加工に有用である。
　１００、１０１、１０２：半導体レーザ装置
　１１：第１の電極
　１２：第２の電極
　１３、１３Ａ～１３Ｃ：固定部品
　１４：接着層
　１５：半導体レーザダイオード（ＬＤ）
　１６：光学部品
　１６ａ：コリメートレンズ
　１６ｂ：回転素子
　１７：面Ｕ
　２０：突起部

Claims (8)

  1. 　第１の電極を含む第１のブロックと、
    　第２の電極を含む第２のブロックと、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟持される半導体レーザダイオードと、
    　前記半導体レーザダイオードからのレーザ光の出射方向側に配置される光学部品と、
    　固定部品と、を備え、
    　前記光学部品は、前記固定部品に固定され、
    　前記第１のブロックの前記レーザ光が出射する側面に、凸部または凹部を有し、
    　前記固定部品は、前記側面の前記凸部または前記凹部で、前記第１のブロックと接着樹脂により固定されている、半導体レーザ装置。
  2. 　前記接着樹脂は、前記レーザ光の光跡における包絡面よりも前記第１のブロックの側にある、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 　前記第１のブロックの前記側面は、前記凸部を有し、
    　前記接着樹脂は、前記半導体レーザダイオードの発光点から、前記凸部の突出面上の点を結ぶ直線のうち前記発光点側にある直線の集合により形成される仮想の面よりも前記第１のブロックの側にある、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記固定部品は、前記第１のブロックの前記側面に対向する主面を有し、
    　前記第１のブロックは前記凸部を有し、前記固定部品の前記主面は前記凸部に対応する凹部を有し、前記第１のブロックの前記凸部と前記固定部品の前記凹部との間に前記接着樹脂が介在している、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記固定部品は、前記第１のブロックの前記側面に対向する主面を有し、
    　前記第１のブロックは前記凸部を有し、前記光学部品が、前記固定部品の前記主面よりも前記第１のブロック側に突出している、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　前記第１のブロックは前記凹部を有し、前記固定部品の前記主面は前記凹部に対応する凸部を有し、前記第１のブロックの前記凹部と前記固定部品の前記凸部との間に前記接着樹脂が介在している、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  7. 　前記固定部品と前記第１のブロックとの接着面は、前記出射方向に垂直である、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  8. 　前記接着樹脂は、紫外線硬化樹脂である、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
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