JP2016029718A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高出力化と小型化とを図ることが可能な半導体レーザ装置を提供すること。【解決手段】 ｚ方向前方にレーザ光を出射する半導体レーザチップ２と、ｚ方向を厚さ方向とする板状のベース１１を有するステム１と、を備える半導体レーザ装置Ａ１であって、ベース１１は、ｚ方向に貫通するチップ用貫通孔１１２を有しており、半導体レーザチップ２の一部がチップ用貫通孔１１２に収容されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。

様々な電子機器に搭載される光源装置として、半導体レーザ装置が広く採用されている。特許文献１は、従来の半導体レーザ装置の一例を開示している。同文献に開示された半導体レーザ装置は、ステム、半導体レーザチップ、複数のリードおよびキャップを備えている。前記ステムは、金属製であり、板状のベースおよびこのベースから出射方向前方に突出するブロックを有する。前記半導体レーザチップは、前記ブロックに搭載されている。前記ブロックが突出する方向は、前記半導体レーザチップからの光が出射される出射方向前方である。前記複数のリードは、前記ステムに固定されており、各々が前記出射方向後方に延びている。前記キャップは、前記ブロックおよび前記半導体レーザチップを覆っており、前記半導体レーザチップからの光を通過させる開口を有する。このような構成により、前記複数のリードを介して電力が投入されると、前記半導体レーザチップからの光が前記出射方向前方に出射される。

しかしながら、前記半導体レーザ装置の高輝度化すなわち高出力化を図ろうとすると、それに応じて前記半導体レーザチップがより大型となる。特に、この大型化においては、前記半導体レーザチップの前記出射方向寸法が拡大することが一般的である。このため、前記半導体レーザチップおよび前記ブロックの前記ベースからの突出寸法が大となり、前記半導体レーザ装置の大型化を招来してしまう。

特開２００４−３１９００号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高出力化と小型化とを図ることが可能な半導体レーザ装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される半導体レーザ装置は、出射方向前方にレーザ光を出射する半導体レーザチップと、前記出射方向を厚さ方向とする板状のベースを有するステムと、を備える半導体レーザ装置であって、前記ベースは、厚さ方向に貫通するチップ用貫通孔を有しており、前記半導体レーザチップの一部が前記チップ用貫通孔に収容されていることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ステムは、前記ベースから前記出射方向に突出するブロックを有しており、前記半導体レーザチップは、前記ブロックに支持されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップの前記出射方向前方端は、前記ブロックの前記出射方向前方端よりも前記出射方向後方に位置する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップの前記出射方向後方端は、前記チップ用貫通孔の前記出射方向後方端よりも前記出射方向前方に位置する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースと前記ブロックとは、一体的に形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースおよび前記ブロックは、ＦｅまたはＦｅ合金からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースと前記ブロックとは、別体として形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースは、ＦｅまたはＦｅ合金からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ブロックは、ＣｕまたはＣｕ合金からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ブロックは、前記半導体レーザチップを支持する支持面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持面は、前記出射方向に対して平行である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記チップ用貫通孔は、前記出射方向視において矩形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記チップ用貫通孔の内面と前記支持面とが、面一である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップと前記ステムとは、接合材によって接合されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップと前記ブロックの前記支持面とが、前記接合材によって接合されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップと前記チップ用貫通孔の内面とが、前記接合材によって接合されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体レーザチップは、半導体からなる半導体素子およびこの半導体素子が搭載されたサブマウントからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記サブマウントは、ＳｉまたはＡｌＮからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ステムに支持され前記出射方向後方に突出し、且つ前記半導体レーザチップに導通する１以上のリードを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースは、前記リードが挿通されたリード用貫通孔を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記リード用貫通孔と前記リードとの間には、絶縁充填材が充填されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記絶縁充填材は、ガラスからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記リードは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記リードには、Ａｕめっきが施されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記リードと前記半導体レーザチップとを導通させるワイヤを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ワイヤは、Ａｕからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ベースに固定され前記半導体レーザチップを覆うとともに、前記半導体レーザチップからの光を通過させる開口を有するキャップを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記キャップは、前記半導体レーザチップを前記出射方向と直角である方向において囲む胴部と、前記胴部の前記出射方向前方に繋がる天部とを有している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記キャップは、前記胴部の前記出射方向後方に繋がり、前記ベースに固定された鍔部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記開口は、前記天部に形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記キャップは、前記開口を塞ぎ、且つ前記半導体レーザチップからの光を透過するカバーを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記カバーは、透明である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記カバーは、前記半導体レーザチップからの光を拡散させつつ透過する。

このような構成によれば、前記半導体レーザチップの一部が前記ステムの前記リード用貫通孔に収容されている。これにより、前記半導体レーザチップの高出力化によって前記出射方向寸法が拡大しても、前記半導体レーザチップが前記ステムの前記ベースから前記出射方向に突出する大きさを縮小することが可能である。したがって、前記半導体レーザ装置の高出力化と小型化とを図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図１の半導体レーザ装置を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図１の半導体レーザ装置を示す要部拡大断面図である。 図１の半導体レーザ装置の変形例を示す平面図である。 図１の半導体レーザ装置の他の変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 図８の半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 図１０の半導体レーザ装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１２の半導体レーザ装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の第５実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第７実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す斜視図である。 本発明の第８実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第９実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第１０実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第１１実施形態に基づく半導体レーザ装置を示す断面図である。 チップ用貫通孔の変形例を示す要部平面図である。 チップ用貫通孔の他の変形例を示す要部平面図である。 チップ用貫通孔の他の変形例を示す要部平面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明の第１実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１は、ステム１、半導体レーザチップ２、複数のリード３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよびワイヤ５を備えている。半導体レーザ装置Ａ１は、様々な電子機器の光源として用いられるが、たとえば携帯型電話機や携帯型ノートパソコンに搭載される小型の光源装置としての用途に適している。図中におけるｚ方向は、半導体レーザチップ２の出射方向に相当する。ｘ方向およびｙ方向は、それぞれｚ方向に対して直角である方向である。なお、図３〜図５においては、理解の便宜上、ワイヤ５を省略している。

図１は、半導体レーザ装置Ａ１を示す斜視図である。図２は、半導体レーザ装置Ａ１を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、図５は、要部拡大断面図である。

ステム１は、半導体レーザ装置Ａ１の土台となるものであり、ベース１１およびブロック１２を有している。本実施形態のステム１は、ベース１１およびブロック１２が一体的に形成されている。ステム１の材質は特に限定されないが、たとえば、ＦｅまたはＦｅ合金からなる。また、これらのＦｅまたはＦｅ合金上に、厚さが２〜４μｍ程度のＮｉめっき、Ｃｕめっき、Ａｕめっきなどが施されていてもよい。

ベース１１は、ｚ方向を厚さ方向とする板状の部位であり、本実施形態においては、ｚ方向視略円形状である。ベース１１は、ｚ方向前方を向く主面１１１を有する。ベース１１の寸法の一例を挙げると、直径が５．６ｍｍ程度、厚さが０．５ｍｍ程度である。

ベース１１には、チップ用貫通孔１１２および２つのリード用貫通孔１１４が形成されている。チップ用貫通孔１１２は、ベース１１をｚ方向に貫通している。本実施形態においては、チップ用貫通孔１１２は、ベース１１のｚ方向視中心と重なっており、ｚ方向視矩形状である。チップ用貫通孔１１２の平面視における四辺は、ｘ方向およびｙ方向のいずれかに沿っている。内面１１３は、チップ用貫通孔１１２の内面のうち法線方向がｙ方向である面である。チップ用貫通孔１１２の大きさの一例を挙げると、ｚ方向視においてｘ方向寸法が０．６ｍｍ程度、ｙ方向寸法が０．６５ｍｍ程度である。リード用貫通孔１１４の形状および大きさは特に限定されないが、本実施形態においては、直径が０．９５ｍｍ程度の円形貫通孔とされている。リード用貫通孔１１４の直径は、ベース１１およびリード３Ａ，３ｂのサイズや、リード３Ａとリード３Ｂとの間隔などに応じて適宜設定される。

２つのリード用貫通孔１１４は、リード３Ａおよびリード３Ｂをステム１のベース１１に固定するために形成されている。図２に示すように、２つのリード用貫通孔１１４は、チップ用貫通孔１１２を挟んでｘ方向両側に形成されている。各リード用貫通孔１１４は、ベース１１をｚ方向に貫通している。各リード用貫通孔１１４の形状は特に限定されないが、本実施形態においては、リード用貫通孔１１４は、ｚ方向視円形状とされている。

ブロック１２は、ベース１１の主面１１１からｚ方向前方（図中上方）に突出している。ブロック１２の形状は特に限定されないが、本実施形態においては、ブロック１２は、直方体形状とされている。ブロック１２は、支持面１２１を有している。支持面１２１は、半導体レーザチップ２が搭載される面であり、本実施形態においては、ｚ方向に対して平行である。また、図５に示すように、ブロック１２の支持面１２１とベース１１のチップ用貫通孔１１２の内面１１３とは、互いに面一とされている。ブロック１２の大きさの一例を挙げると、ｘ方向寸法が１．０ｍｍ程度、ｙ方向寸法が１．１ｍｍ程度、ｚ方向寸法が０．７ｍｍ程度である。

半導体レーザチップ２は、半導体レーザ装置Ａ１における発光要素である。本実施形態においては、半導体レーザチップ２は、半導体素子２１およびサブマウンド２２からなる。なお、半導体レーザチップ２の構成はこれに限定されず、たとえば、サブマウンド２２を有さず半導体素子２１のみからなる構成であってもよい。本発明においては、半導体レーザチップ２は、ステム１のたとえば支持面１２１に搭載される要素を指し、サブマウンド２２が採用される場合はサブマウンド２２を含むものと定義する。半導体レーザチップ２の寸法の一例を挙げると、ｚ方向寸法が１．１ｍｍ程度、ｘ方向寸法が０．４ｍｍ程度、ｙ方向寸法が０．１７〜０．２７ｍｍ程度である。より具体的には、サブマウンド２２のｚ方向寸法が１．０ｍｍ程度、ｘ方向寸法が０．４ｍｍ程度、ｙ方向寸法が０．１〜０．２ｍｍ程度である。半導体素子２１のｚ方向寸法が１．０ｍｍ程度、ｘ方向寸法が０．２２ｍｍ程度、ｙ方向寸法が０．０７ｍｍ程度である。なお、半導体素子２１のｚ方向前方端は、サブマウンド２２のｚ方向前方端よりもｚ方向前方に突出している。ただし、本実施形態においては、半導体素子２１のｚ方向前方端は、ブロック１２のｚ方向前方端よりもｚ方向後方に位置している。

半導体素子２１は、複数の半導体層が積層された構造を有する。半導体素子２１は、ｚ方向に延びた形状とされている。半導体素子２１からは、ｚ方向前方に光が出射される。サブマウンド２２は、半導体素子２１を支持しており、且つステム１のブロック１２の支持面１２１に接合されている。サブマウンド２２は、たとえばＳｉまたはＡｌＮからなる。また、本実施形態においては、サブマウンド２２には、半導体素子２１とブロック１２とを導通させるための配線パターンやスルーホール電極などの導通経路（図示略）が形成されている。

図５に示すように、半導体レーザチップ２は、そのｚ方向後方側の一部がチップ用貫通孔１１２に収容されている。さらに、半導体レーザチップ２のｚ方向前方端は、ステム１のブロック１２のｚ方向前方端よりもｚ方向後方に位置している。また、半導体レーザチップ２のｚ方向後方端は、ステム１のベース１１のチップ用貫通孔１１２のｚ方向後方端よりもｚ方向前方に位置している。

図５に示すように、半導体レーザチップ２のサブマウンド２２は、接合材２７によってステム１に接合されている。本実施形態においては、ブロック１２の支持面１２１とチップ用貫通孔１１２の内面１１３とが面一とされている。そして、半導体レーザチップ２のサブマウンド２２は、接合材２７によって支持面１２１と内面１１３との双方に接合されている。接合材２７は、半導体レーザチップ２を適切に接合しうるものであれば特に限定されないが、たとえば、Ａｇ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｓｎなどを含む金属ペーストまたははんだなどである。なお、本実施形態においては、接合材２７としては導電性を有するものが採用される。これにより、半導体素子２１に形成されたたとえば裏面電極（図示略）とブロック１２とが接合材２７を介して導通している。

複数のリード３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに固定するために用いられ、かつ半導体レーザチップ２への電力供給経路をなす。複数のリード３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、たとえば、Ｆｅ−Ｎｉ合金からなる直径が０．４５ｍｍ程度の棒状部材である。また、複数のリード３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、Ａｕめっきが施されていてもよい。

リード３Ａおよびリード３Ｂは、２つのリード用貫通孔１１４に各別に挿通されている。図３に示すように、リード３Ａのｚ方向前方側部分は、リード用貫通孔１１４からｚ方向前方に突出している。また、リード３Ａのｚ方向後方側に位置する大部分が、ベース１１からｚ方向後方に突出している。リード３Ｂのｚ方向前方側部分は、リード用貫通孔１１４からｚ方向前方に若干突出するものの、リード３Ａの突出長さよりも小である。また、リード３Ｂのｚ方向後方側に位置する大部分が、ベース１１からｚ方向後方に突出している。リード３Ａのｚ方向後方端付近の部位は、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに搭載する際に用いられる端子部３１Ａとされている。同様に、リード３Ｂのｚ方向後方端付近の部位は、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに搭載する際に用いられる端子部３１Ｂとされている。

リード３Ａの長さは、たとえば７．７ｍｍ程度である。リード３Ａのうちリード用貫通孔１１４に収容されている長さが０．５ｍｍ程度であり、ｚ方向前方に突出している長さが０．７ｍｍ程度であり、ｚ方向後方に突出している長さが６．５ｍｍ程度である。

リード３Ｂの長さは、たとえば７．０〜７．２ｍｍ程度である。リード３Ｂのうちリード用貫通孔１１４に収容されている長さが０．５ｍｍ程度であり、ｚ方向前方に突出している長さが０〜０．２ｍｍ程度であり、ｚ方向後方に突出している長さが６．５ｍｍ程度である。

リード３Ｃは、図４に示すように、ベース１１のｚ方向後方を向く面に接合されており、ステム１と導通している。また、図３および図４から理解されるように、本実施形態においては、リード３Ｃは、ｘ方向およびｙ方向においてステム１のブロック１２と重なっている。リード３Ｃの長さは、たとえば６．５ｍｍ程度である。リード３Ｃのｚ方向後方端付近の部位は、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに搭載する際に用いられる端子部３１Ｃとされている。

本実施形態においては、図２および図３に示すように、リード３Ａおよびリード３Ｂと２つのリード用貫通孔１１４との間に、絶縁充填材１７が充填されている。絶縁充填材１７は、リード３Ａおよびリード３Ｂをステム１のベース１１に対して固定するとともに、リード３Ａおよびリード３Ｂとステム１とを絶縁する機能を果たす。絶縁充填材１７の材質は特に限定されないが、本実施形態においては、絶縁充填材１７はガラスからなる。

図１および図２に示すように、リード３Ａと半導体レーザチップ２とは、ワイヤ５によって接続されている。より具体的には、半導体レーザチップ２の半導体素子２１に形成されたパッド電極（図示略）とリード３Ａとがワイヤ５によって接続されている。ワイヤ５は、たとえばＡｕからなる。半導体レーザチップ２においては、半導体素子２１に形成された前記パッド電極にワイヤ５がボンディングされてもよいし、サブマウンド２２に形成されたパッドにワイヤ５がボンディングされてもよい。リード３Ｃは、ステム１および接合材２７を介して半導体レーザチップ２のサブマウンド２２の前記裏面電極に導通している。このような構成により、半導体レーザ装置Ａ１においては、リード３Ａおよびリード３Ｃによって、半導体レーザチップ２への電力供給経路が形成されている。

半導体レーザチップ２を発光させることのみを目的として半導体レーザ装置Ａ１に電力供給する場合、リード３Ｂを電力経路として用いない構成が可能である。リード３Ｂは、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器に対して単に機械的に固定するために用いられてもよい。または、半導体レーザチップ２への電力供給経路として用いてもよいし、半導体レーザ装置Ａ１が図示しない受光素子を備える場合、この受光素子とリード３Ｂとを導通させてもよい。

次に、半導体レーザ装置Ａ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、半導体レーザチップ２の一部がステム１のリード用貫通孔１１４に収容されている。これにより、半導体レーザチップ２の高出力化によってｚ方向寸法が拡大しても、半導体レーザチップ２がステム１のベース１１からｚ方向に突出する大きさを縮小することが可能である。したがって、半導体レーザ装置Ａ１の高出力化と小型化とを図ることができる。

また、リード用貫通孔１１４がベース１１を貫通していることにより、半導体レーザチップ２が発光した際に発生する熱を、ベース１１のｚ方向両側に逃すことが可能である。これにより、半導体レーザチップ２の放熱を促進することが可能であり、半導体レーザチップ２の高出力化に有利である。

図３〜図５に示すように、半導体レーザチップ２のｚ方向前方端が、ステム１のブロック１２のｚ方向前方端よりもｚ方向後方に位置している。これにより、半導体レーザ装置Ａ１の製造時、搬送時および使用時において、ｚ方向前方から物体が接近した際にこの物体によって半導体レーザチップ２が損傷することを防止することができる。

また、半導体レーザチップ２のｚ方向後方端が、チップ用貫通孔１１２のｚ方向後方端よりもｚ方向前方に位置している。これにより、たとえば、半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに実装する際に、この電子機器の回路基板のいずれかの箇所と、半導体レーザチップ２のｚ方向後方端とが衝突することを回避することができる。

ブロック１２の支持面１２１とチップ用貫通孔１１２の内面１１３とが面一であることにより、半導体レーザチップ２をｚ方向においてより長い領域によって支持することができる。特に半導体レーザチップ２を接合材２７によって支持面１２１と内面１１３との双方に接合する構成は、半導体レーザチップ２をより確実に固定するのに適している。

図６〜図２４は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図６および図７は、半導体レーザ装置Ａ１の変形例を示す平面図である。図６に示す変形例においては、チップ用貫通孔１１２のｚ方向視形状が、矩形状以外の多角形状とされている。また、図７に示す変形例においては、チップ用貫通孔１１２のｚ方向視形状が、半円と矩形とを結合した形状とされている。これらの変形例から理解されるように、チップ用貫通孔１１２は、半導体レーザチップ２の一部を適切に収容可能な構成であれば、その形状は、特に限定されない。この点は、後述する実施形態においても同様である。

図８および図９は、本発明の第２実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ２は、リード３Ａおよびリード３Ｂを備え、リード３Ｃを備えない点が、上述した実施形態と異なっている。

本実施形態においても、リード３Ａおよびリード３Ｂは、２つのリード用貫通孔１１４に各別に挿通されている。また、リード３Ａおよびリード３Ｂと２つのリード用貫通孔１１４との隙間には、絶縁充填材１７が充填されている。リード３Ａおよびリード３Ｂは、上述した２つのワイヤ５によって半導体レーザチップ２に接続されている。

本実施形態においては、リード３Ａおよびリード３Ｂによって、半導体レーザ装置Ａ２の電子機器への搭載および半導体レーザチップ２への電力供給がなされる。上述した受光素子を備えない場合、２つのリード３Ａおよびリード３Ｂによって半導体レーザ装置Ａ２を機能させることが可能であり、本実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ２の高出力化と小型化とを図ることができる。この点は、後述する実施形態においても同様である。

図１０および図１１は、本発明の第３実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ３は、ステム１の構成が上述した実施形態と異なっている。

本実施形態においては、ベース１１とブロック１２とが互いに別体として形成されている。そして、図１１に示すようにベース１１とブロック１２とが接合材１８によって接合されている。ベース１１は、たとえば上述したＦｅまたはＦｅ合金からなる。ブロック１２は、ＦｅまたはＦｅ合金からなる構成であってもよいし、これに代えてＣｕまたはＣｕ合金からなる構成であってもよい。ベース１１とブロック１２とを接合する接合材１８は、金属を含有するペーストやろう付けに用いられる接合合金、あるいは溶接の結果形成される溶着部などが例示される。

本実施形態においても、ブロック１２の支持面１２１とチップ用貫通孔１１２の内面１１３とは面一とされている。また、半導体レーザチップ２は、接合材２７によって支持面１２１と内面１１３との双方に接合されている。このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ３の高出力化と小型化とを図ることができる。

図１２〜図１４は、本発明の第４実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ４は、ステム１の基本構成が半導体レーザ装置Ａ３のステム１に類似するものの、詳細構造が相違する。

本実施形態においても、ベース１１とブロック１２とは別体として形成されている。図１２に示すように、ブロック１２は、ベース１１のチップ用貫通孔１１２の一部と重なっている。具体的には、チップ用貫通孔１１２はｚ方向視において円形状とされている。そして、ブロック１２は、ｚ方向視においてチップ用貫通孔１１２の一部を円弧として切り取るように配置されている。

図１３および図１４に示すように、ブロック１２の支持面１２１とチップ用貫通孔１１２の内面１１３とは面一とされていない。図１４に示すように、本実施形態においては、ブロック１２の支持面１２１がチップ用貫通孔１１２の内面１１３よりもｙ方向においてチップ用貫通孔１１２の内方にせり出している。また、本実施形態においては、半導体レーザチップ２は、接合材２７によってブロック１２の支持面１２１のみに接合されており、チップ用貫通孔１１２の内面１１３には接合されていない。このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ４の高出力化と小型化とを図ることができる。

図１５は、本発明の第５実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ５は、充填材１９を備えており、これ以外の構成は上述した半導体レーザ装置Ａ１と共通している。

充填材１９は、チップ用貫通孔１１２と半導体レーザチップ２との隙間に充填されている。このような充填材１９としては、絶縁性の樹脂またはガラスなどが適宜採用可能である。本実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ５の高出力化と小型化とを図ることができる。また、充填材１９によって半導体レーザチップ２をより確実に保護することが可能である。また、半導体レーザチップ２からの放熱を促進する効果が期待できる。なお、充填材１９を有する構成は、上述した半導体レーザ装置Ａ２〜Ａ４にも適宜採用しうる。

図１６は、本発明の第６実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ６は、キャップ４を備えており、これ以外の構成は上述した半導体レーザ装置Ａ１と共通している。

キャップ４は、半導体レーザチップ２およびブロック１２を覆っており、ステム１のベース１１の主面１１１に固定されている。キャップ４は、胴部４１、天部４２、鍔部４４および透明カバー４５を有する。胴部４１は、ｚ方向と直角である方向において半導体レーザチップ２およびブロック１２を囲んでおり、たとえば円形状とされている。

天部４２は、胴部４１のｚ方向前方端に繋がっており、半導体レーザチップ２に対してｚ方向前方に位置している。本実施形態においては、天部４２は円形状である。天部４２には、開口４３が形成されている。開口４３は、半導体レーザチップ２からの光を通過させるためのものである。本実施形態においては、開口４３は、円形状とされている。

鍔部４４は、胴部４１のｚ方向後方に繋がっており、ｘｙ平面に沿って外方に延出している。鍔部４４は、たとえば円環形状であり、ベース１１の主面１１１に溶接または接合材等によって固定されている。

透明カバー４５は、開口４３を塞いでおり、半導体レーザチップ２からの光を透過する。透明カバー４５は、半導体レーザチップ２からの光に対して透明な材質からなる。このような透明カバー４５が設けられた場合、半導体レーザ装置Ａ６からの光を比較的狭い領域に選択的に出射することができる。本実施形態においては、透明カバー４５は、キャップ４の天部４２の図中下面に取り付けられている。

このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ６の高出力化と小型化とを図ることができる。また、キャップ４によって半導体レーザチップ２をより確実に保護することができる。また、透明カバー４５を設けることにより、半導体レーザ装置Ａ６から出射される光を比較的高い指向性の光とすることができる。

図１７は、本発明の第７実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ７は、半導体レーザチップ２への電力供給経路が上述した実施形態と異なっている。

本実施形態においては、リード３Ｂのｚ方向前方側部分が、ステム１のベース１１の主面１１１から大きく突出している。そして、１つのワイヤ５が半導体レーザチップ２とリード３Ａとに接続されており、さらにもう１つのワイヤ５が半導体レーザチップ２とリード３Ｂとに接続されている。より具体的には、半導体レーザチップ２の半導体素子２１に形成された前記パッド電極とリード３Ａとがワイヤ５によって接続されている。一方、半導体レーザチップ２のサブマウンド２２に形成されたパッド電極（図示略）とリード３Ｂとがワイヤ５によって接続されている。本実施形態においては、リード３Ｃは、半導体レーザチップ２とは導通しておらず、たとえば半導体レーザ装置Ａ７を機械的に固定するために用いられる。

このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ７の高出力化と小型化とを図ることができる。本実施形態の電力供給経路の形態が上述した半導体レーザ装置Ａ２〜Ａ６および半導体レーザ装置Ａ８〜Ａ１１に適宜適用可能であることはもちろんである。

図１８は、本発明の第８実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ８は、上述した半導体レーザ装置Ａ７と同様に、透明カバー４５を有している。本実施形態においては、透明カバー４５は、キャップ４の天部４２の図中上面に取り付けられている。また、透明カバー４５のｚ方向視寸法は、キャップ４の天部４２と略同じとされている。

このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ８の高出力化と小型化とを図ることができる。また、キャップ４によって半導体レーザチップ２をより確実に保護することができる。また、透明カバー４５を設けることにより、半導体レーザ装置Ａ６から出射される光を比較的高い指向性の光とすることができる。

図１９は、本発明の第９実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ９においては、キャップ４が、上述した透明カバー４５に代えて拡散カバー４６を有している。

拡散カバー４６は、半導体レーザチップ２からの光を拡散させつつ透過させる材質によって形成されている。また、本実施形態においては、拡散カバー４６は、キャップ４の天部４２の図中下面に取り付けられている。

このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ９の高出力化と小型化とを図ることができる。また、キャップ４によって半導体レーザチップ２をより確実に保護することができる。また、拡散カバー４６を設けることにより、半導体レーザ装置Ａ９から出射される光の広がり角度を制御することができる。

図２０は、本発明の第１０実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１０は、上述した半導体レーザ装置Ａ９と同様に、拡散カバー４６を有している。本実施形態においては、拡散カバー４６は、キャップ４の天部４２の図中上面に取り付けられている。また、拡散カバー４６のｚ方向視寸法は、キャップ４の天部４２と略同じとされている。

このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ１０の高出力化と小型化とを図ることができる。また、キャップ４によって半導体レーザチップ２をより確実に保護することができる。拡散カバー４６を設けることにより、半導体レーザ装置Ａ９から出射される光の広がり角度を制御することができる。

図２１は、本発明の第１１実施形態に基づく半導体レーザ装置を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１１は、キャップ４の構成が上述した半導体レーザ装置Ａ６，Ａ８〜Ａ１０と異なっている。

本実施形態においては、キャップ４の開口４３は、透明カバー４５や拡散カバー４６によって覆われていない。このため、キャップ４の内部空間と外部とが通じる構成となっている。このような実施形態によっても、半導体レーザ装置Ａ１０の高出力化と小型化とを図ることができる。また、キャップ４によって半導体レーザチップ２を保護することができる。

図２２は、ステム１のチップ用貫通孔１１２の変形例を示している。図２２に示す変形例においては、チップ用貫通孔１１２は、ｚ方向視円形状とされている。図２３に示す変形例においては、チップ用貫通孔１１２は、ｚ方向視台形状とされている。図２４に示す変形例においては、チップ用貫通孔１１２は、ｚ方向視三角形状とされている。これらの変形例のチップ用貫通孔１１２は、いずれも半導体レーザチップ２を適切に収容しうる大きさおよび形状とされている。これらの変形例から理解されるように、本発明におけるチップ用貫通孔１１２は、半導体レーザチップ２を適切に収容可能なものであれば、様々な形状とすることができる。

また、たとえば、図３において半導体レーザチップ２およびチップ用貫通孔１１２に対してｚ方向図中下方に、光検出手段を設けた構成としてもよい。この光検出手段は、半導体レーザチップ２からｚ方向図中下方に進行する光を受光することにより、この光の明るさに応じた電気信号を出力するものである。このような光検出手段としては、たとえばフォトダイオードが挙げられる。

このような構成によれば、前記光検出手段の出力によって、半導体レーザチップ２に供給する電力をいわゆるフィードバック制御することが可能である。また、半導体レーザチップ２から図中上方に進行する光の一部を、フィードバック制御のために用いる必要がない。このため、フィードバック制御を行いつつ、半導体レーザ装置から出射される光をより高輝度とすることができる。このような構成は、上述した半導体レーザ装置Ａ１〜Ａ１１のいずれであっても適用できることはもちろんである。

本発明に係る半導体レーザ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１〜Ａ１１ 半導体レーザ装置
１ ステム
１１ ベース
１１１ 主面
１１２ チップ用貫通孔
１１３ 内面
１１４ リード用貫通孔
１２ ブロック
１２１ 支持面
１７ 絶縁充填材
１８ 接合材
１９ 充填材
２ 半導体レーザチップ
２１ 半導体素子
２２ サブマウンド
２７ 接合材
３Ａ リード
３Ｂ リード
３Ｃ リード
３１Ａ 端子部
３１Ｂ 端子部
３１Ｃ 端子部
４ キャップ
４１ 胴部
４２ 天部
４３ 開口
４４ 鍔部
４５ 透明カバー
４６ 拡散カバー
５ ワイヤ
ｚ 方向
ｘ 方向
ｙ 方向

Claims (33)

1. 出射方向前方にレーザ光を出射する半導体レーザチップと、
   前記出射方向を厚さ方向とする板状のベースを有するステムと、
   を備える半導体レーザ装置であって、
   前記ベースは、厚さ方向に貫通するチップ用貫通孔を有しており、
   前記半導体レーザチップの一部が前記チップ用貫通孔に収容されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
2. 前記ステムは、前記ベースから前記出射方向に突出するブロックを有しており、
   前記半導体レーザチップは、前記ブロックに支持されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記半導体レーザチップの前記出射方向前方端は、前記ブロックの前記出射方向前方端よりも前記出射方向後方に位置する、請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記半導体レーザチップの前記出射方向後方端は、前記チップ用貫通孔の前記出射方向後方端よりも前記出射方向前方に位置する、請求項２または３に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記ベースと前記ブロックとは、一体的に形成されている、請求項２ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記ベースおよび前記ブロックは、ＦｅまたはＦｅ合金からなる、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記ベースと前記ブロックとは、別体として形成されている、請求項２ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
8. 前記ベースは、ＦｅまたはＦｅ合金からなる、請求項７に記載の半導体レーザ装置。
9. 前記ブロックは、ＣｕまたはＣｕ合金からなる、請求項７または８に記載の半導体レーザ装置。
10. 前記ブロックは、前記半導体レーザチップを支持する支持面を有する、請求項２ないし９のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
11. 前記支持面は、前記出射方向に対して平行である、請求項１０に記載の半導体レーザ装置。
12. 前記チップ用貫通孔は、前記出射方向視において矩形状である、請求項１０または１１に記載の半導体レーザ装置。
13. 前記チップ用貫通孔の内面と前記支持面とが、面一である、請求項１２に記載の半導体レーザ装置。
14. 前記半導体レーザチップと前記ステムとは、接合材によって接合されている、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
15. 前記半導体レーザチップと前記ブロックの前記支持面とが、前記接合材によって接合されている、請求項１４に記載の半導体レーザ装置。
16. 前記半導体レーザチップと前記チップ用貫通孔の内面とが、前記接合材によって接合されている、請求項１４または１５に記載の半導体レーザ装置。
17. 前記半導体レーザチップは、半導体からなる半導体素子およびこの半導体素子が搭載されたサブマウントからなる、請求項１０ないし１６のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
18. 前記サブマウントは、ＳｉまたはＡｌＮからなる、請求項１７に記載の半導体レーザ装置。
19. 前記ステムに支持され前記出射方向後方に突出し、且つ前記半導体レーザチップに導通する１以上のリードを備える、請求項１ないし１８のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
20. 前記ベースは、前記リードが挿通されたリード用貫通孔を有する、請求項１９に記載の半導体レーザ装置。
21. 前記リード用貫通孔と前記リードとの間には、絶縁充填材が充填されている、請求項２０に記載の半導体レーザ装置。
22. 前記絶縁充填材は、ガラスからなる、請求項２１に記載の半導体レーザ装置。
23. 前記リードは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる、請求項１９ないし２２のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
24. 前記リードには、Ａｕめっきが施されている、請求項２３に記載の半導体レーザ装置。
25. 前記リードと前記半導体レーザチップとを導通させるワイヤを備える、請求項１９ないし２４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
26. 前記ワイヤは、Ａｕからなる、請求項２５に記載の半導体レーザ装置。
27. 前記ベースに固定され前記半導体レーザチップを覆うとともに、前記半導体レーザチップからの光を通過させる開口を有するキャップを備える、請求項１ないし２６のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
28. 前記キャップは、前記半導体レーザチップを前記出射方向と直角である方向において囲む胴部と、前記胴部の前記出射方向前方に繋がる天部とを有している、請求項２７に記載の半導体レーザ装置。
29. 前記キャップは、前記胴部の前記出射方向後方に繋がり、前記ベースに固定された鍔部を有する、請求項２８に記載の半導体レーザ装置。
30. 前記開口は、前記天部に形成されている、請求項２８または２９に記載の半導体レーザ装置。
31. 前記キャップは、前記開口を塞ぎ、且つ前記半導体レーザチップからの光を透過するカバーを備える、請求項２７ないし３０のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
32. 前記カバーは、透明である、請求項３１に記載の半導体レーザ装置。
33. 前記カバーは、前記半導体レーザチップからの光を拡散させつつ透過する、請求項３１に記載の半導体レーザ装置。

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