(57)【要約】【課題】半導体レーザ発光素子の駆動時の発熱による温度上昇を、効率的に、しかも小型の冷却機構で排熱して、抑制できるようにする。【解決手段】ｐ型熱電素子２０ａとｎ型熱電素子２０ｂとこれらを電気的に直列に接続する金属電極２０ｃとを有する熱電素子層２１，２２が複数段積み重なって構成されたペルチェモジュール７において、前記複数段のうちの少なくとも一層の熱電素子層２１は、前記複数段の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子２０ａおよび前記ｎ型熱電素子２０ｂを前記金属電極２０ｃによって接続し、他の熱電素子層２１は、前記複数段の積重方向と平行な方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子２０ａおよび前記ｎ型熱電素子２０ｂを前記金属電極２０ｃによって接続する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とこれらを電気的に直列に接続する金属電極とを有する熱電素子層が複数段積み重なって構成されたペルチェモジュールであって、
前記複数段のうちの少なくとも一層の熱電素子層は、前記複数段の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されており、
他の熱電素子層は、前記複数段の積重方向と平行な方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されている
ことを特徴とするペルチェモジュール。
【請求項２】
ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とこれらを電気的に直列に接続する金属電極とを有する熱電素子層が複数段積み重なって構成されたペルチェモジュール上に、熱伝導性を有する支持部材を介して、レーザ光を出射する複数の半導体レーザ発光素子がアレイ状に配列されてなる半導体レーザ発光素子アレイが配されてなるとともに、前記半導体レーザ発光素子アレイが前記支持部材および前記ペルチェモジュールの端縁近傍に位置する半導体レーザ発光装置であって、
前記ペルチェモジュールは、
前記複数段のうちの少なくとも一層の熱電素子層が、前記複数段の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されており、
他の熱電素子層が、前記複数段の積重方向と平行な方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されている
ことを特徴とする半導体レーザ発光装置。
【請求項３】
前記複数段の熱電素子層のうち、前記支持部材と接する最上の熱電素子層が、前記複数段の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されている
ことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェ効果による冷却能力を持ったペルチェモジュールに関し、またペルチェモジュールを利用して冷却を行う半導体レーザ発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な技術分野で半導体レーザ発光素子が広く用いられつつあるが、例えば光増幅器のポンプ光源や加工機器の光源等として用いられているもの中には、発光点を複数形成して４Ｗを超える高出力化を図った半導体レーザ発光装置が提供されている。図７は、一般的な高出力の半導体レーザ発光装置の要部構成例を示す説明図である。図例のように、高出力の半導体レーザ発光装置では、レーザ光の出射方向が同一となるように一列に配置された複数の半導体レーザ素子を有する半導体レーザ発光素子アレイ３１を備えている。半導体レーザ発光素子アレイ３１は、ベース３２上に、サブマウント３３を介して配設されている。ただし、半導体レーザ発光素子アレイ３１は、ベース３２およびサブマウント３３の端縁近傍に位置するように配されている。各半導体レーザ素子のレーザ光出射面を、ベース３２およびサブマウント３３の外端縁と合わせることで、出射されたレーザ光がベース３２またはサブマウント３３と干渉してしまうのを避けるためである。
【０００３】
ところで、半導体レーザ発光素子アレイ３１は、一般に、発熱が大きい。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ赤外半導体レーザ発光素子からなるものであれば、エネルギー変換効率が４０％〜５０％であるため、投入電力の５０％〜６０％が熱に変換される。また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ赤色半導体レーザ発光素子からなるものであれば、エネルギー変換効率が１５％〜２０％であるため、投入電力の８０％〜８５％が熱に変換される。したがって、半導体レーザ発光素子アレイ３１については、冷却しながら使用することが必要となる。半導体レーザ発光素子の発熱を効率よく放散できないと、発光部の温度が上昇して、さらにエネルギー変換効率の低下を招き、ネガティブフィードバックされて信頼性の低下を引き起こすからである。
【０００４】
半導体レーザ発光素子アレイ３１の冷却は、冷却媒質による強制冷却機構等の大掛かりな冷却機構を要することもなく、また確実な冷却効果を期待できることから、ペルチェモジュールを用いて行うことが考えられる。
【０００５】
ペルチェモジュールとは、ペルチェ効果を利用した電子冷却を用いる熱電モジュールであり、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子との接合対である熱電冷却素子を電気的に直列に接続してユニットにしたものをいう。図８および図９は、ペルチェモジュールの基本的な構成例を示す説明図である。
【０００６】
図８に示すように、ペルチェモジュール３４では、二枚のセラミック等の絶縁電熱板３４ａの間に、不足電子ｐ型、過剰電子ｎ型の各熱電半導体素子３４ｂ，３４ｃが、Ｃｕ等の金属電極（ただし不図示）を介して、π字形あるいは逆π字形に交互に配置されており、全部の熱電半導体素子３４ｂ，３４ｃが電気的に直列に接続されている。このようなペルチェモジュール３４の電極に直流電源を接続して、ｎ型素子からｐ型素子の方向へ電流を流すと、ペルチェ効果によりπ字形の上部で吸熱が、下部では放熱が起こる。この際、電流の方向を逆転すると、吸熱、放熱の方向が変わる。この現象を利用して、各熱電半導体素子３４ｂ，３４ｃが冷却／加熱装置として使用されるのである。
【０００７】
また、ペルチェモジュール３４については、図９に示すように、ペルチェ効果を持つ熱電半導体素子を絶縁電熱板間に配置した熱電素子層３４ｄを、熱流が一方向になるように複数段積み重ねて構成されたもの、すなわち多段構成のものも提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。熱流が一方向になる多段構成とすれば、吸熱量が多いため、冷却時の温度差を大きくできるからである。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１９００７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ペルチェモジュール３４を用いて半導体レーザ発光素子アレイ３１の冷却を行う場合には、半導体レーザ発光素子アレイ３１がベース３２およびサブマウント３３の端縁近傍に位置していることから、冷却効率の点で難がある。すなわち、半導体レーザ発光素子アレイ３１がベース３２およびサブマウント３３の端縁近傍に位置していると、ペルチェモジュール３４がベース３２の全面に対して冷却を行い得るように構成されていても、そのペルチェモジュール３４の冷却能力の一部のみが半導体レーザ発光素子アレイ３１の冷却に寄与することになる。
この点については、半導体レーザ発光素子アレイ３１をベース３２の端縁近傍ではなく央部近傍に配することで、冷却効率の改善を図ることも考えられる。ところが、半導体レーザ発光素子アレイ３１をベース３２の央部近傍に配したのでは、半導体レーザ発光素子アレイ３１から出射されたレーザ光がペルチェモジュールと干渉し、出射レーザ光の品質が低下してしまう可能性があるので適当ではない。
また、半導体レーザ発光素子アレイ３１をベース３２の端縁近傍に配した場合であっても、ペルチェモジュール３４における多段構成の熱電素子層３４ｄの段数を多くして吸熱量を増大させることで、冷却効率の悪化を補うようにすることも考えられるが、その場合にはペルチェモジュール３４の全体の厚さが大きくなるので、装置全体の小型化が非常に困難となる。したがって、特に携帯用レーザ照射装置のような用途には適さないものとなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、半導体レーザ発光素子の駆動時の発熱による温度上昇を、効率的に、しかも小型の冷却機構で排熱して、抑制することのできるペルチェモジュールおよび半導体レーザ発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたペルチェモジュールで、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とこれらを電気的に直列に接続する金属電極とを有する熱電素子層が複数段積み重なって構成されたペルチェモジュールであって、前記複数段のうちの少なくとも一層の熱電素子層は、前記複数段の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されており、他の熱電素子層は、前記複数段の積重方向と平行な方向に熱を移動させるように前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が前記金属電極によって接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成のペルチェモジュールでは、少なくとも一層の熱電素子層が、複数段の熱電素子層の積重方向と直交する方向に熱を移動させる。したがって、例えば、熱電素子層を平面的に見たときの端縁近傍に熱源が配されている場合であっても、その熱源が発する熱は、複数段の熱電素子層の積重方向と直交方向への熱移動によって、熱電素子層の全域にわたって拡散されることになる。つまり、端縁近傍の熱源からの熱は、能動的にペルチェモジュール全域に均一化されるのである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のペルチェモジュールおよびそのペルチェモジュールを用いた半導体レーザ発光装置では、出射レーザ光の品質低下を回避すべく、半導体レーザ発光素子アレイがペルチェモジュールの端縁近傍に配されている場合であっても、その半導体レーザ発光素子アレイにおける半導体レーザ発光素子の駆動時の発熱が能動的にペルチェモジュール全域にわたって拡散され均一化される。したがって、そのペルチェモジュールの冷却能力を効率的に利用して排熱を行うことが可能となり、結果として効率的な冷却を実現し得るようになる。しかも、効率的な冷却を実現し得ることから、ペルチェモジュールにおける熱電素子層の多段構成の段数も必要最小限ですみ、ペルチェモジュールの全体の厚さが大きくなってしまうのを極力抑制することができる。
このように、本発明のペルチェモジュールおよび半導体レーザ発光装置によれば、半導体レーザ発光素子の駆動時の発熱による温度上昇を、効率的に、しかも小型の冷却機構で排熱して、抑制することのできるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明に係るペルチェモジュールおよび半導体レーザ発光装置について説明する。
【００１５】
先ず、半導体レーザ発光装置の概要について説明する。図１は、本発明に係る半導体レーザ発光装置の概略構成例を示す説明図である。図例のように、ここで説明する半導体レーザ発光装置は、半導体レーザ発光素子アレイ１を備えているとともに、その半導体レーザ発光素子アレイ１がベース２上にサブマウント３を介して配設されている。ベース２は、ヒートシンクとして用いるため、Ｃｕ等の熱伝導率の大きい金属材料から形成される。また、サブマウント３は、例えばＳｉＣ（炭化シリコン）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ダイヤモンド等の熱伝導率の大きい材料が選択される。
【００１６】
半導体レーザ発光素子アレイ１は、レーザ光の出射方向が同一となるように一列に配置された複数の半導体レーザ素子（ただし不図示）を有するものであり、いわゆる半導体レーザ発光素子バー（ＬＤバー）と呼ばれるものである。この半導体レーザ発光素子アレイ１のサブマウント３上への固着、および、サブマウント３のベース２上への固着には、はんだが用いられる。具体的には、例えば、ＡｕＳｎ（金スズ）はんだ等の金属融材をサブマウント３表面に約３μｍ〜６μｍ程度の厚みで蒸着しておき、半導体レーザ発光素子アレイ１を載せながら加熱してはんだを溶融させることで、半導体レーザ発光素子アレイ１とサブマウント３とを接合する。サブマウント３とベース２との間も同様である。
【００１７】
ここで、半導体レーザ発光素子アレイ１を構成する半導体レーザ素子について説明する。図２は、半導体レーザ素子のチップ構造の例を模式的に示す斜視図である。図例のように、半導体レーザ発光素子アレイ１を構成する各半導体レーザ素子は、基板となる厚さが例えば８０μｍ〜１００μｍのｎ型ＧａＡｓ板１１上に、ｎ型の第１バッファ層１２、ｎ型の第２バッファ層１３、ｎ型のクラッド層１４、活性層／ガイド層１５、ｐ型のクラッド層１６およびｐ型のキャップ層１７が、下層より順に積層されたダブルヘテロ（ＤＨ）接合積層構造を有している。第１バッファ層１２は、例えば、膜厚が０．５μｍのｎ型のＧａＡｓ層で形成される。第２バッファ層１３は、例えば、膜厚０．５μｍのｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層で形成される。ｎ型のクラッド層１４は、例えば、膜厚１．８μｍのｎ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ層で形成される。ｐ型のクラッド層１６は、例えば、膜厚１．８μｍのｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ層で形成される。キャップ層１７は、例えば、膜厚０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層で形成される。活性層／ガイド層１５は、膜厚が６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層と、屈折率がガイド層より大きく膜厚が１０ｎｍのＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層と、膜厚が６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層との３層積層膜として構成される。
また、このようなＤＨ接合積層構造の積層膜のうち、キャップ層１７およびｐ型のクラッド層１６の上部の電流注入領域となる両側には、電流非注入領域１８が形成されている。この電流非注入領域１８は、例えば、キャップ層１７およびｐ型のクラッド層１６上部を掘り込み、その掘り込んだ領域にｎ型のＧａＡｓ層を埋め込んで形成される。
さらに、キャップ層１７および電流非注入領域１８上には、ｐ側電極１９ａが形成されている。このｐ側電極１９ａは、例えばキャップ層１７側より、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層からなる金属積層膜からなる。
一方、ｎ型ＧａＡｓ板１１の側には、ｎ側電極１９ｂが形成されている。このｎ側電極１９ｂは、例えば、ｎ型ＧａＡｓ板１１側より、Ａｕ−Ｇｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順に形成されている。したがって、ｐ型のクラッド層１６の上部およびキャップ層１７は、幅が広い、例えばストライプ幅Ｗが１００μｍのワイドストライプのリッジ状体として形成され、リッジ状体の両側は電流非注入領域１８となっている。この電流非注入領域１８は、例えば幅がそれぞれ５０μｍに形成されている。
【００１８】
このような半導体レーザ素子が、レーザ光の出射方向が同一となるように一列に配置されて、半導体レーザ発光素子アレイ１を構成しているのである。
【００１９】
半導体レーザ発光素子アレイ１における各半導体レーザ素子には、図１に示すように、ベース２上に絶縁板４を介して固着されたＣｕ等からなる導電ブロック５との間に、ボンディングワイヤー６がボンディングされている。すなわち、各半導体レーザ素子に電流を供給するために、各半導体レーザ素子の負（−）電極と導電ブロック５とが接続されている。ボンディングワイヤー６は、例えばＡｕワイヤーもしくはＡｕの箔で形成される。また、導電ブロック５の負（−）電極をサブマウント３側のベース２の正（＋）電極と絶縁するために、ベース２と導電ブロック５との間には絶縁板４が配されているが、その絶縁板４は例えばガラスもしくはエポキシ等の絶縁樹脂からなる。
【００２０】
一方、ベース２における半導体レーザ発光素子アレイ１の搭載面との反対面側、すなわち下面側には、ペルチェモジュール７が配設されている。つまり、ペルチェモジュール７上に、熱伝導性を有するベース２およびサブマウント３を介して、半導体レーザ発光素子アレイ１が配されているのである。このとき、ベース２は、ペルチェモジュール７の、例えばアルミ製の板に、熱伝導率の高いグリス（ただし不図示）を用いて接触させ、ネジやばね押し付けで熱的に十分な接触を得ているものとする。
【００２１】
ただし、ペルチェモジュール７、ベース２またはサブマウント３が、半導体レーザ発光素子アレイ１から出射されたレーザ光と干渉してしまうのを回避すべく、半導体レーザ発光素子アレイ１は、ペルチェモジュール７、ベース２およびサブマウント３を平面的に見たときの端縁近傍に位置するように配されている。さらに詳しくは、当該端縁の近傍に、半導体レーザ発光素子アレイ１におけるレーザ光出射側の端面が位置するように、半導体レーザ発光素子アレイ１とペルチェモジュール７との位置関係が設定されている。
【００２２】
また、ペルチェモジュール７には、温度調整回路８が接続されている。温度調整回路８は、ベース２の温度を検出するサーミスタ等の温度検出手段９での検出結果に基づいて、ペルチェモジュール７の駆動制御（供給電流制御）を行うようになっている。この駆動制御によって、半導体レーザ発光素子アレイ１の温度が所定の目標値に保たれるのである。なお、温度調整回路８およびその駆動制御、並びに温度検出手段９での温度検出については、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
【００２３】
続いて、ペルチェモジュール７の構成について説明する。図３は本発明に係るペルチェモジュールの概略構成例を示す説明図であり、図４および図５は、その要部の構成例を示す平面図である。
【００２４】
図３に示すように、ペルチェモジュール７は、ｐ型熱電素子２０ａとｎ型熱電素子２０ｂとが電気的に直列に接続されてなる熱電素子層２１，２２が、複数段積み重なって構成されている。図例では、二段構成の熱電素子層２１，２２を例に挙げているが、三段以上が積み重なって構成されていてもよい。ただし、以下の説明では、二段構成の場合を例に挙げる。
【００２５】
二段構成の熱電素子層２１，２２のうち、ベース２と接する熱電素子層２１、すなわち最上段の熱電素子層（以下「最上熱電素子層」という）２１では、図４および図５に示すように、ｐ型熱電素子２０ａとｎ型熱電素子２０ｂとが交互に横置き（長手方向が水平に延びる状態）に配列されている。そして、横置きされたｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂは、その長手方向の端縁を構成する横面が、Ｃｕ等の導電性材料からなる金属電極２０ｃによって接続されている。ｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂと金属電極２０ｃとの間の接合は、はんだ２０ｄを介して行われている。また、これらｐ型熱電素子２０ａ、ｎ型熱電素子２０ｂおよび金属電極２０ｃにおける非接合箇所である横面には、他部と電気的に導通しないように、例えばフッ素樹脂のような有機系、あるいはＳｉＯ系塗料のような酸化物系の材料が塗布されている。このように、最上熱電素子層２１では、ｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが金属電極２０ｃによって交互に接続されて、最終的には全部が電気的に直列に接続されるのである。
【００２６】
横置きされたｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが金属電極２０ｃを介して電気的に直列に接続されると、最上熱電素子層２１の電極（ただし不図示）に直流電源を接続して、ｎ型熱電素子２０ｂからｐ型熱電素子２０ａの方向へ電流を流した場合に、ペルチェ効果により図４中の左側部分では吸熱が、また右側では放熱が起こる。これにより、最上熱電素子層２１では、面内で熱が水平方向に向けて強制的に移動することになる。
【００２７】
つまり、最上熱電素子層２１では、二段構成の熱電素子層２１，２２の積重方向と直交する方向に熱を移動させるように、ｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが横置きされて、これらを金属電極２０ｃが電気的に直列に接続しているのである。なお、三段以上が積み重なる構成の場合には、最上熱電素子層２１は、少なくとも一層があればよい。ただし、その一層は、ベース２と接する最上段に位置していることが望ましい。
【００２８】
一方、このような最上熱電素子層２１を除く他の熱電素子層２２、すなわち最上熱電素子層の下方側に位置する熱電素子層（以下「下段熱電素子層」という）２２では、図３に示すように、ｐ型熱電素子２０ａとｎ型熱電素子２０ｂとがいずれも縦置き（長手方向が垂直に延びる状態）に配列されている。そして、縦置きされたｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが、金属電極（ただし不図示）によって電気的に直列に接続されている。
【００２９】
縦置きされたｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが金属電極を介して電気的に直列に接続されると、下段熱電素子層２２の電極（ただし不図示）に直流電源を接続して、ｎ型熱電素子２０ｂからｐ型熱電素子２０ａの方向へ電流を流した場合に、ペルチェ効果により図４中の上側部分では吸熱が、また下側では放熱が起こる。これにより、下段熱電素子層２２では、熱が垂直方向に沿って上側部分から下側部分に向けて強制的に移動することになる。
【００３０】
つまり、下段熱電素子層２２では、二段構成の熱電素子層２１，２２の積重方向と平行な方向に熱を移動させるように、ｐ型熱電素子２０ａおよびｎ型熱電素子２０ｂが縦横置きされて、これらを金属電極が電気的に直列に接続しているのである。
【００３１】
最上熱電素子層２１と下段熱電素子層２２との間は、最上熱電素子層２１の熱を下段熱電素子層２２へ排熱できるようにすべく、例えばアルミ板のような熱伝導性を有する部材２３が配されている。
【００３２】
以上のような最上熱電素子層２１および下段熱電素子層２２に対しては、温度調整回路８がそれぞれの電極に対して電流供給を行うが、それぞれに供給する電流値は、予め設定されたプログラムに基づいて配分されるものとする。すなわち、温度調整回路８では、予め設定されたプログラムに従いつつ、最上熱電素子層２１および下段熱電素子層２２のそれぞれにどれだけの電流値を流すかを決定するようになっている。
【００３３】
次に、以上のように構成された半導体レーザ発光装置およびペルチェモジュール７における処理動作例について説明する。
【００３４】
半導体レーザ発光装置では、半導体レーザ発光素子アレイ１を駆動して、その半導体レーザ発光素子アレイ１における各半導体レーザ素子にレーザ光を出射させると、その半導体レーザ発光素子アレイ１からの発熱が生じるとともに、その生じた熱が熱伝導性を有するベース２およびサブマウント３を介してペルチェモジュール７の側へ伝わる。そして、その熱を温度検出手段９が検出すると、温度調整回路８が予め設定されたプログラムに従いつつ、ペルチェモジュール７への電流供給を開始して、そのペルチェモジュール７を駆動する。
【００３５】
このとき、ペルチェモジュール７では、半導体レーザ発光素子アレイ１からの熱が、先ず、ベース２と接する最上熱電素子層２１に伝わる。ただし、最上熱電素子層２１は、面内で熱を水平方向に向けて移動させるように構成されている。したがって、温度調整回路８がペルチェモジュール７への電流供給を開始すると、半導体レーザ発光素子アレイ１からそのペルチェモジュール７へ伝わった熱は、水平方向への移動によって熱電素子層２１，２２の全域にわたって拡散されることになる。つまり、半導体レーザ発光素子アレイ１からの熱は、能動的にペルチェモジュール７の全域に均一化されるのである。
【００３６】
また、最上熱電素子層２１の下方に位置する下段熱電素子層２２では、熱を垂直方向に沿って上側部分から下側部分に向けて移動させるように構成されている。したがって、温度調整回路８がペルチェモジュール７への電流供給を開始すると、最上熱電素子層２１で拡散された熱は、下段熱電素子層２２に伝わり、さらにその下段熱電素子層２２によって下側部分に向けて移動されることになる。つまり、半導体レーザ発光素子アレイ１からの熱は、最上熱電素子層２１での拡散を経た後に、下段熱電素子層２２での垂直方向に移動によって、その下段熱電素子層２２の下方側に放熱されるのである。
【００３７】
以上のように、本実施形態で説明したペルチェモジュール７およびそのペルチェモジュール７を用いた半導体レーザ発光装置では、二段構成の熱電素子層２１，２２のうち、最上熱電素子層２１が熱を水平方向に移動させて拡散するようになっている。したがって、ペルチェモジュール７、ベース２またはサブマウント３が、半導体レーザ発光素子アレイ１から出射されたレーザ光と干渉し、その出射レーザ光の品質が低下してしまうのを回避すべく、半導体レーザ発光素子アレイ１がペルチェモジュール７、ベース２およびサブマウント３の端縁近傍に配されている場合であっても、その半導体レーザ発光素子アレイ１における半導体レーザ発光素子の駆動時の発熱が、最上熱電素子層２１によって能動的にペルチェモジュール７全域にわたって拡散され均一化されるので、従来のように冷却能力の一部のみが冷却に寄与するといったことがなく、そのペルチェモジュール７の冷却能力を効率的に利用して排熱を行うことが可能となり、結果として効率的な冷却を実現し得るようになる。しかも、効率的な冷却を実現し得ることから、ペルチェモジュール７における熱電素子層２１，２２の多段構成の段数も例えば二段構成といったように必要最小限ですみ、ペルチェモジュール７の全体の厚さが大きくなってしまうのを極力抑制することができる。
【００３８】
つまり、本実施形態で説明したペルチェモジュール７および半導体レーザ発光装置によれば、半導体レーザ発光素子アレイ１の駆動時の発熱による温度上昇を、効率的に、しかも小型の冷却機構で排熱して、抑制することのできるのである。
【００３９】
特に、本実施形態で説明したように、最上熱電素子層２１が水平方向への熱移動を行うように構成されていれば、半導体レーザ発光素子アレイ１の駆動時における熱が、先ず拡散されて、その後に下方側に放熱されるようになるので、効率的な冷却を確実に実現する上で非常に好適なものとなる。
【００４０】
ここで、本実施形態で説明したペルチェモジュール７および半導体レーザ発光装置における冷却能力について、具体例を挙げて説明する。図６は、半導体レーザ発光装置の具体的な構成例を示す説明図である。
【００４１】
図例のように、ペルチェモジュール７上にベース２およびサブマウント３を介して半導体レーザ発光素子アレイ１が配されてなるとともに、その半導体レーザ発光素子アレイ１がペルチェモジュール７、ベース２およびサブマウント３の端縁近傍に位置している半導体レーザ発光装置では、一般に、ベース２が厚ければ厚いほど、そのベース２におけるレーザ光出射方向の前後での温度差が小さくなる。したがって、例えば、ペルチェモジュール７が従来のように構成されたものであれば、ベース２を厚くして、レーザ光出射方向前後での温度差を小さくすることにより、半導体レーザ発光素子アレイ１の温度も下げることが考えられる。例えば、半導体レーザ発光素子アレイ１の発熱量が約３４Ｗの場合であれば、図例のように、０．３ｍｍ厚のサブマウント３に対して、レーザ光出射方向の大きさが１４ｍｍのベース２の厚さを５ｍｍとすれば、そのベース２の上下面の間の温度差が１０℃程度、レーザ光出射方向の前後での温度差が５℃程度となる。
【００４２】
これに対して、ペルチェモジュール７が本実施形態で説明したような二段構成のものであり、そのうちの最上熱電素子層が熱を水平方向に移動させて拡散するものであれば、ベース２の厚さを２．５ｍｍとしても、その水平方向の熱移動によって、そのベース２のレーザ光出射方向の前後での温度差が２℃程度となる。そして、この前後差の低減に伴う効率的な冷却により、ベース２の上下面の間の温度差も４℃程度となる。したがって、本実施形態で説明した構成のペルチェモジュール７を用いれば、半導体レーザ発光素子アレイ１における温度を、従来のような厚ベースの場合と比べて、６℃程度下げることが可能となる。しかも、ベース２の厚さも薄くでき、さらにはペルチェモジュール７における熱電素子層の多段構成の段数も必要最小限ですむため、半導体レーザ発光装置の小型化を図る上で非常に好適なものとなる。
【００４３】
なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のみならず、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎＮ系の半導体レーザ発光装置についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る半導体レーザ発光装置の概略構成例を示す説明図である。
【図２】半導体レーザ素子のチップ構造の例を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明に係るペルチェモジュールの概略構成例を示す説明図である。
【図４】本発明に係るペルチェモジュールの要部の構成例を示す平面図（その１）である。
【図５】本発明に係るペルチェモジュールの要部の構成例を示す平面図（その２）である。
【図６】半導体レーザ発光装置の具体的な構成例を示す説明図である。
【図７】一般的な高出力の半導体レーザ発光装置の要部構成例を示す説明図である。
【図８】従来のペルチェモジュールの基本的な構成例を示す説明図（その１）である。
【図９】従来のペルチェモジュールの基本的な構成例を示す説明図（その２）である。
【符号の説明】
【００４５】
１…半導体レーザ発光素子アレイ、２…ベース、３…サブマウント、７…ペルチェモジュール、２０ａ…ｐ型熱電素子、２０ｂ…ｎ型熱電素子、２０ｃ…金属電極、２１…最上熱電素子層、２２…下段熱電素子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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