(57)【要約】【課題】高い放熱性と高い汎用性とを有する半導体レーザ装置用ステムを提供する。【解決手段】金属ベース１１は少なくとも第１主面と、第２主面とを有する。絶縁リード１２，１３は第１主面と第２主面とを貫通するように設けられる。ヒートシンク１６は半導体レーザ素子１９を固着させる設置面１６ａを有し、かつ半導体レーザ素子１９から発生する熱の放射を促進させる。ここで、金属ベース１１における第１主面及び第２主面以外の外周面の一部１１ｅと、ヒートシンク１６における外表面の一部１６ｄとが接合されている。これにより、ヒートシンク１６の体積や形状を金属ベース１１の設計を変更せずに適宜変更することが容易であり、高い放熱性が要求されるような場合でも容易に対応できる。【選択図】図１
2010177518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子が搭載される半導体レーザ装置用ステムであって、
少なくとも第１主面と、第２主面とを有する金属ベースと、
前記第１主面と、前記第２主面とを貫通するように設けられた少なくとも１つの絶縁リードと、
前記半導体レーザ素子を固着させる設置面を有し、かつ、当該半導体レーザ素子から発生する熱の放射を促進させるヒートシンクとを備え、
前記金属ベースと前記ヒートシンクとが、当該金属ベースにおける前記第１主面、及び前記第２主面以外の外周面の一部と、当該ヒートシンクにおける外表面の一部とにおいて接合されていることを特徴とする、半導体レーザ装置用ステム。
【請求項２】
前記金属ベースにおける前記外周面の一部、及び、前記ヒートシンクにおける前記外表面の一部に、接合材を介さずに、互いに直接接触して位置決めに供する部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ装置用ステム。
【請求項３】
前記金属ベースにおける前記外周面の一部、及び、前記ヒートシンクにおける前記外表面の一部に、互いに契合する形状の段差が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ装置用ステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置用ステムに関し、より特定的には、光ディスクプレーヤや光ディスクレコーダに用いられる半導体レーザ装置における、半導体レーザ素子を搭載するステムの構造的な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ、ＤＶＤ、及びブルーレイディスク等の光ディスクの読み取りや書き込みを行う、光ディスクプレーヤや、光ディスクレコーダの普及が目覚しい。
光ディスクプレーヤや光ディスクレコーダは、光ディスクに記録された情報を読み取るため、あるいは光ディスクに情報を記録するために、レーザ光を放射する装置として半導体レーザ装置を利用しているものが多い。
半導体レーザ装置は、レーザ光の発生源である半導体レーザ素子を備え、この半導体レーザ素子の発熱が大きい為に、半導体レーザ素子が搭載される半導体レーザ装置用ステムには高い放熱性能が求められる。
【０００３】
従来の半導体レーザ装置用ステムとしては、金属製シェル上面の略中央に当該シェルよりも高い熱伝導率を有する金属からなり、当該シェル内に埋め込まれて立設されたレーザダイオード設置台と、当該シェル底面側に備えられたアースリード線とを有するレーザダイオード用ハーメチック端子（半導体レーザ装置用ステムに相当）が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
図９は、従来の半導体レーザ装置用ステム１００の一例を示す斜視図である。図１０は、半導体レーザ装置用ステム１００を図９中のＸ１−Ｘ２線に沿って切断し矢印Ｙの方向から見た断面図である。
図９、図１０において、半導体レーザ装置用ステム１００は、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金からなる円板状の金属ベース１０１（特許文献１の金属製シェルに相当）に、同じく鉄又は鉄合金からなる第１絶縁リード１０２と第２絶縁リード１０３とが貫通し、それぞれ第１絶縁ガラス１０４と第２絶縁ガラス１０５とによって金属ベース１０１との隙間が充填されて両者間を絶縁しつつ封着されている。また金属ベース１０１には、銅又は銅を主成分とする銅合金からなるヒートシンク１０６（特許文献１のレーザダイオード設置台に相当）が埋め込まれ、鉄又は鉄合金からなるアースリード１０７とともに、ろう材１０８を介して固着されている。また、ヒートシンク１０６には、半導体レーザ素子１０９が固着されている。
【０００５】
上記従来の半導体レーザ装置用ステム１００によれば、熱導伝導率が高いヒートシンク１０６の下部を金属ベース１０１に埋め込んでいるので、ヒートシンク１０６の上部（金属ベース１０１から突出した部分）を大きくすることなく、ヒートシンク１０６の体積を増やして全体の熱容量を増大させることができる。したがって半導体レーザ装置用ステム１００の外形を大きくすることなく全体の熱容量を増大させることが可能である。
【特許文献１】特開平６−８４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
搭載する半導体レーザ素子の高出力化等による発熱量の増加に伴い、放熱性能を向上させる必要が生じたような場合には、ヒートシンクの形状を変更したり体積を増加させて熱容量を増やす等の放熱性を向上させるための対策が必要である。しかしながら、上記従来の技術の構成では、ヒートシンクを金属ベースに埋め込んでいるので、ヒートシンクの体積を増やすには、基本的に埋め込んでいる部分の体積を増やす必要があり、ヒートシンクの設計を変更するだけでなく、金属ベースの設計も同時に変更しなければならない。
【０００７】
このように、上記金属ベースには汎用性がほとんどないため、例えばヒートシンクの熱容量が異なる複数の製品のラインナップを揃えるような場合に、金属ベースを共通部品とすることができず、総部品点数を抑えることができない。
なお、金属ベースの設計を変更せずに、ヒートシンクの設計を変更するだけでヒートシンクの体積を増やすことも不可能ではないと思われるが、実際のところヒートシンクの形状及び体積は、この金属ベースに埋め込まれている部分によって大きく制約され、また形状が複雑になる等の問題も生じ得るため、甚だ現実的ではない。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、高い放熱性と高い汎用性とを有する半導体レーザ装置用ステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体レーザ素子が搭載される半導体レーザ装置用ステムに向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置用ステムは、金属ベース、絶縁リード、及びヒートシンクで構成される。
金属ベースは少なくとも第１主面と第２主面とを有する。絶縁リードは、第１主面と第２主面とを貫通するように設けられる。ヒートシンクは、半導体レーザ素子を固着させる設置面を有し、かつ、当該半導体レーザ素子から発生する熱の放射を促進させる。
ここで、金属ベースとヒートシンクとが、金属ベースにおける第１主面及び第２主面以外の外周面の一部と、ヒートシンクにおける外表面の一部とにおいて接合されている。
【００１０】
好ましくは、金属ベースにおける上記外周面の一部、及び、ヒートシンクにおける上記外表面の一部に、接合材を介さずに、互いに直接接触して位置決めに供する部分を含むとよい。
好ましくは、金属ベースにおける上記外周面の一部、及び、ヒートシンクにおける上記外表面の一部に、互いに契合する形状の段差が形成されているとよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明においては、ヒートシンクの体積や形状が、従来のように金属ベースに埋め込まれている部分において制約されることがないので、ヒートシンクの体積や形状を、金属ベースの設計を変更せずに、半導体レーザ素子の出力や使用条件等に応じて適宜変更することが容易であり、また高い放熱性が要求されるような場合でも容易に対応できる。よって、高い放熱性と高い汎用性とを有する半導体レーザ装置用ステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステム１０の斜視図である。図２は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｘの方向から見た正面図である。図３は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｙの方向から見た右側面図である。図４は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｚの方向から見た上面図である。図５は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｚ‘の方向から見た下面図である。図６は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中のＸ１−Ｘ２線に沿って切断し矢印Ｙの方向から見た断面図である。図７は、半導体レーザ装置用ステム１０を図１中のＹ１−Ｙ２線に沿って切断し矢印Ｘの方向から見た断面図である。
【００１３】
半導体レーザ装置用ステム１０は、半導体レーザ素子を搭載して半導体レーザ装置を構成するためのステムであって、図１〜図７において、金属ベース１１、第１絶縁リード１２、第２絶縁リード１３、第１絶縁ガラス１４、第２絶縁ガラス１５、ヒートシンク１６、アースリード１７、及びろう材１８を備える。なお、各図には、半導体レーザ素子を固着する位置を明確にするために、半導体レーザ素子１９を記載している。また、半導体レーザ素子１９は、ヒートシンク１６に固着された後で、第１絶縁リード１２、及び第２絶縁リード１３と結線され（図示せず）、その上方がレーザ放射用の窓を有する蓋等で覆われ、レーザ光の経路や焦点を調整する機能を有する光ピックアップ装置に組み込まれる。
【００１４】
図８は、図６に準ずる断面において、金属ベース１１と、ヒートシンク１６とを分離させた状態を示す断面図である。
金属ベース１１は、板状の鉄又は鉄を主成分とする合金製であり、図１中上側の第１主面から図１中下側の第２主面にかけて直径が１．０〜３．０ｍｍ程度の２つの貫通孔１１ａ、１１ｂが形成され、また第１主面と第２主面との間に位置する、第１主面及び第２主面以外の外周面の一部、及びその周辺に、接合部１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが設けられている。金属ベースの形状は一般的に円盤形状が多いが、ここでは、ヒートシンク１６と接合した際に扱いやすい形状となるように、直径８〜１２ｍｍ、板厚１．０〜２．０ｍｍ程度の半円形より少し大きめの弓形の平板形状にしている。また、この弓形の弦にあたる部分に段差を付けて、この段差の部分を、第１主面に近い側から順に接合部１１ｃ、１１ｄ、１１ｅとしている。
【００１５】
第１絶縁リード１２、及び第２絶縁リード１３は、直径が０．５〜１．０ｍｍ程度の棒状の鉄又は鉄を主成分とする合金であり、貫通孔１１ａ、１１ｂのそれぞれを貫通する。
第１絶縁ガラス１４、及び第２絶縁ガラス１５は、二酸化珪素や酸化アルミからなるソーダバリウムや硼珪酸ガラスからなり、それぞれ第１絶縁リード１２と金属ベース１１との隙間、及び第２絶縁リード１３と金属ベース１１との隙間を充填して封着し、両者間を絶縁する。
【００１６】
ヒートシンク１６は、一般的に熱伝導率が高いとされる金属である銅、銀、タングステン、モリブデン、及びアルミニウムや、これらを主成分とする合金製であり、半導体レーザ素子１９を設置するための平滑な設置面１６ａを有し、当該設置面１６ａの下側に隣接して順に接合部１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが設けられており、半導体レーザ素子１９を固着し、かつ、半導体レーザ素子１９から発生する熱の放射を促進させる。ヒートシンク１６の形状は、少なくとも半導体レーザ素子を設置するための平滑な面と、金属ベースと契合する形状の接合部分とを有していれば如何なる形状でもよい。ここでは、高い放熱性を備えつつ、かつ最終的な製品になったときに出来るだけ嵩張らずコンパクトになるようにするために、例えば、ヒートシンク１６を直径７．５〜１１．５ｍｍ、高さ３．０〜６．０ｍｍ程度の、底面が半円形より少し小さめの弓形の柱形状にしている。また、この弓形の弦にあたる外表面の部分の上部を設置面１６ａとし、下部に段差を付けて、この段差の部分を、設置面１６ａに近い側から順に接合部１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとしている。そして上記した弓形の平板形状の金属ベース１１と、底面が弓形の柱形状のヒートシンク１６とを、お互いの弓形における弦にあたる部分同士を接合させることにより、最終的な製品になったときの形状が略円柱形状となるようにしている。またヒートシンク１６におけるアースリード１７側の底部１６ｅの面積を広くとって、外部に直接露出する面積を大きくし、放熱性を高めている。また例えば、ヒートシンク１６の表面に凹凸を形成して表面積を増やすことにより、さらに放熱性を高めることもできる。
【００１７】
なお、ここでは金属ベース１１よりもヒートシンク１６の方が熱伝導率が高い材料を用いている。金属ベース１１とヒートシンク１６の材料の熱伝導率が異なる場合には、ヒートシンク１６の熱伝導率を高くした方が放熱性能に関しては有利であるが、まったく同じ材料や、熱伝導率が同程度の材料を用いても構わないし、熱伝導率以外の理由により結果的に金属ベース１１の熱伝導率の方が高くなるようなことがあるかもしれない。
【００１８】
例えばヒートシンク１６に銅を用いた場合には、金属ベース１１に銅を用いると絶縁リードの封着に強度不足等の難があるので、金属ベース１１の材料をヒートシンク１６と同じ材料にすることはできず、扱い易さやコスト面から考えると、今のところ、金属ベース１１は鉄又は鉄を主成分とする合金製とするのが望ましい。したがって、ヒートシンク１６に一般的に熱伝導率が高いとされる銅などの金属を用いると、必然的に金属ベース１１よりもヒートシンク１６の方が熱伝導率が高い材料を用いることになる。
【００１９】
アースリード１７は、第１絶縁リード１２及び第２絶縁リード１３と同様に、直径が０．５〜１．０ｍｍ程度の棒状の鉄又は鉄を主成分とする合金であり、ヒートシンク１６の底部１６ｅにろう付け等により固着されている。
ろう材１８は、金属ベース１１における接合部１１ｅと、ヒートシンク１６における接合部１６ｄとをろう付けにより固着することによって、金属ベース１１とヒートシンク１６とを接合する接合材である。
【００２０】
ここで、金属ベース１１とヒートシンク１６とを接合するろう材１８や、ヒートシンク１６とアースリード１７とを固着する際に用いるろう材（図示せず）には、ニッケル・リン（共晶点：約９００〜９５０℃）や、共晶ろう（銅・銀、共晶点：約８００℃）等が適している。
【００２１】
また、金属ベース１１における接合部１１ｃ、１１ｄ，１１ｅと、ヒートシンク１６における接合部１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとは、図８等に示すように、互いに契合する形状の段差を形成しており、より詳細には、接合部１１ｃ、１１ｄがなす形状と、接合部１６ｂ、１６ｃがなす形状とを隙間なく合わせたときに、接合部１１ｅと接合部１６ｄとの間に、ろう材１８を溜めるための隙間が空くようにしている。
なお、金属ベース１１とヒートシンク１６とを、ろう付けではなく、例えばカシメ付け等の他の方法により接合してもよい。
【００２２】
以上のような構造にすることで、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステムは、接合部１１ｃ、１１ｄがなす形状と、接合部１６ｂ、１６ｃがなす形状とを、ろう材１８等の接合材を介さずに隙間なく合わせ、互いに直接接触させて位置決めに供させるとともに、接合部１１ｅと接合部１６ｄとを、ろう材１８を介して固着することによって、ろう材１８の厚さのばらつきによる誤差を実質的に無くしている。
【００２３】
また、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステムは、ヒートシンク１６の底部１６ｅの面積を広くとることができるので、外部に直接露出する面積が増え、ヒートシンク１６の放熱性を高めることができる。さらに、光ピックアップに組み込む際に、この底面１６ｅを熱導電性のよい部材に接触させることによって、さらにヒートシンク１６の放熱性を高めることができ、また、この底面１６ｅを基準に光ピックアップに組み込めば、金属ベース１１とヒートシンク１６との位置ずれによる誤差を実質的に無くすことができる。
【００２４】
また、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステムは、ヒートシンク１６の体積や形状が、従来のように金属ベースに埋め込まれている部分において制約されることがないので、ヒートシンク１６の体積や形状を、金属ベースの設計を変更せずに、半導体レーザ素子の出力や使用条件等に応じて適宜変更することが比較的容易であり、高い放熱性が要求されるような場合にも容易に対応できる。また例えば、光ディスクプレーヤや光ディスクレコーダ等の装置側における半導体レーザ装置が組み込まれるスペースの形状に合致するように、ヒートシンク１６の形状を適宜設計することもでき、このようにすれば、限られたスペースを有効に利用して、ヒートシンク１６の体積を増やすことが容易にできる。
【００２５】
また、従来のようにヒートシンクを金属ベースに埋め込む場合に比べて、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステムは、金属ベースとヒートシンクとの接合部分の加工が容易なので精度が出し易いと考えられ、よって組み立て精度においても優れていると思われる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置用ステムは、ヒートシンクの形状等の設計変更が容易で高い汎用性を有することから、あらゆるタイプの半導体レーザ装置等に利用可能であり、また高い放熱性を有することから、特に高出力の半導体レーザ装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置用ステム１０の斜視図
【図２】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｘの方向から見た正面図
【図３】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｙの方向から見た右側面図
【図４】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｚの方向から見た上面図
【図５】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中の矢印Ｚ‘の方向から見た下面図
【図６】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中のＸ１−Ｘ２線に沿って切断し矢印Ｙの方向から見た断面図
【図７】半導体レーザ装置用ステム１０を図１中のＹ１−Ｙ２線に沿って切断し矢印Ｘの方向から見た断面図
【図８】図６に準ずる断面において、金属ベース１１と、ヒートシンク１６とを分離させた状態を示す断面図
【図９】従来の半導体レーザ装置用ステム１００の一例を示す斜視図
【図１０】半導体レーザ装置用ステム１００を図９中のＸ１−Ｘ２線に沿って切断し矢印Ｙの方向から見た断面図
【符号の説明】
【００２８】
１０    半導体レーザ装置用ステム
１１    金属ベース
１１ａ、１１ｂ    貫通孔
１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ    接合部
１２    第１絶縁リード
１３    第２絶縁リード
１４    第１絶縁ガラス
１５    第２絶縁ガラス
１６    ヒートシンク
１６ａ  設置面
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ    接合部
１６ｅ  底面
１７    アースリード
１８    ろう材
１９    半導体レーザ素子
【図１】
2010177518.tif 000003
【図２】
2010177518.tif 000004
【図３】
2010177518.tif 000005
【図４】
2010177518.tif 000006
【図５】
2010177518.tif 000007
【図６】
2010177518.tif 000008
【図７】
2010177518.tif 000009
【図８】
2010177518.tif 000010
【図９】
2010177518.tif 000011
【図１０】
2010177518.tif 000012