(57)【要約】【課題】十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は、ベース部材６０と、第１半導体積層体を含む第１半導体レーザ素子５１と、第２半導体積層体を含む第２半導体レーザ素子５２と、第１半導体レーザ素子５１からの光と第２半導体レーザ素子５２からの光とを合波する偏波合成フィルタ８７と、を備える。第１半導体レーザ素子５１からの光の波長と第２半導体レーザ素子５２からの光の波長との差は３０ｎｍ以下である。第１半導体積層体の積層方向と第２半導体積層体の積層方向とのなす角は１０°以下である。偏波合成フィルタ８７に入射する第１半導体レーザ素子５１からの光の偏波方向と第２半導体レーザ素子５２からの光の偏波方向とのなす角は８０°以上１００°以下である。【選択図】図２
2018085450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
前記ベース部材上に配置され、第１半導体積層体を含む第１半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、第２半導体積層体を含む第２半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記第１半導体レーザ素子からの光と前記第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備え、
前記第１半導体レーザ素子からの光の波長と前記第２半導体レーザ素子からの光の波長との差は３０ｎｍ以下であり、
前記第１半導体積層体の積層方向と前記第２半導体積層体の積層方向とのなす角は１０°以下であり、
前記偏波合成フィルタに入射する前記第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向と前記第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は８０°以上１００°以下である、光モジュール。
【請求項２】
前記第１半導体レーザ素子からの光および前記第２半導体レーザ素子からの光を透過する出射窓を有し、前記ベース部材、前記第１半導体レーザ素子、前記第２半導体レーザ素子および前記偏波合成フィルタを取り囲む保護部材をさらに備える、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第１半導体レーザ素子および前記第２半導体レーザ素子は、赤色の光を出射する赤色半導体レーザ素子である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記ベース部材上に配置され、緑色の光を出射する第３半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、青色の光を出射する第４半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記第１半導体レーザ素子および前記第２半導体レーザ素子からの光と、前記第３半導体レーザ素子からの光および前記第４半導体レーザ素子からの光とを合波する合波フィルタをさらに備える、請求項３に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パッケージ内に半導体レーザ素子を配置した光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９３１０１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２８８９５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７９２５号公報
【特許文献４】特開２００７−６５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記光モジュールにおいては、特定の色について光の強度の上昇が求められる場合がある。しかし、単に特定の色の光を出射する半導体レーザ素子への投入電力を増加させることによる光の強度の上昇には限界がある。そのため、たとえば同色の（具体的には出射する光の波長の差が３０ｎｍ以下である）複数の半導体レーザ素子からの光を合波することにより光の強度を上昇させる対応が有効である。
【０００５】
具体的には、たとえば同色の２つの半導体レーザ素子を、互いに垂直な（または垂直に近い）壁面に設置して偏波方向が互いに垂直な（または垂直に近い）状態とし、当該２つの半導体レーザ素子からの光を偏波合成フィルタに入射させて合波することができる。しかしながら、２つの半導体レーザ素子を、互いに垂直な（または垂直に近い）壁面に設置する配置を採用した場合、２つの半導体レーザ素子のうち、一方の半導体レーザ素子の放熱性が低下し、当該一方の半導体レーザ素子の出力が低下するという問題が生じる。
【０００６】
そこで、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った光モジュールは、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第１半導体積層体を含む第１半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第２半導体積層体を含む第２半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備える。第１半導体レーザ素子からの光の波長と第２半導体レーザ素子からの光の波長との差は３０ｎｍ以下である。第１半導体積層体の積層方向と第２半導体積層体の積層方向とのなす角は１０°以下である。偏波合成フィルタに入射する第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は８０°以上１００°以下である。
【発明の効果】
【０００８】
上記光モジュールによれば、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光モジュールの構造を示す概略斜視図である。
【図２】光モジュールの構造を示す概略斜視図である。
【図３】光モジュールの構造を示す概略平面図である。
【図４】赤色レーザダイオードの構造の一例を示す概略断面図である。
【図５】図３の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第１半導体積層体を含む第１半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第２半導体積層体を含む第２半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備える。第１半導体レーザ素子からの光の波長と第２半導体レーザ素子からの光の波長との差は３０ｎｍ以下である。第１半導体積層体の積層方向と第２半導体積層体の積層方向とのなす角は１０°以下である。偏波合成フィルタに入射する第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は８０°以上１００°以下である。
【００１１】
本願の光モジュールは、同色の（出射する光の波長の差が３０ｎｍ以下である）第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とを偏波合成フィルタにおいて合波する構造を有する。ここで、第１半導体積層体の積層方向と第２半導体積層体の積層方向とのなす角は１０°以下である。すなわち、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とは、互いに垂直に設置されるのではなく、平行または平行に近い状態に設置される。そのため、第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子の十分な放熱性を確保することが容易となっている。
【００１２】
そして、偏波合成フィルタに入射する第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は８０°以上１００°以下である。つまり、偏波合成フィルタに入射する第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向とは垂直または垂直に近い状態となっている。これにより、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とは偏波合成フィルタにおいて合波される。すなわち、本願の光モジュールにおいては、半導体積層体の積層方向を基準とした偏波方向が互いに垂直または垂直に近い出射光を出射する第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子が採用される。そのため、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とを互いに平行または平行に近い状態に設置した状態で、偏波合成フィルタによる合波が可能となっている。
【００１３】
このように、本願の光モジュールによれば、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することができる。
【００１４】
上記光モジュールは、第１半導体レーザ素子からの光および第２半導体レーザ素子からの光を透過する出射窓を有し、ベース部材、第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子および偏波合成フィルタを取り囲む保護部材をさらに備えていてもよい。このように、１つのパッケージ内に上記ベース部材、第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子および偏波合成フィルタを配置した構造とすることにより、光モジュールの取り扱いを容易にすることができる。
【００１５】
上記光モジュールにおいて、第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子は、赤色の光を出射する赤色半導体レーザ素子であってもよい。赤色半導体レーザ素子は、半導体積層体の積層方向に対する出射光の偏波方向を制御することが容易である。そのため、赤色半導体レーザ素子は、本願の光モジュールの第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子として好適である。
【００１６】
上記光モジュールは、ベース部材上に配置され、緑色の光を出射する第３半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、青色の光を出射する第４半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、赤色半導体レーザ素子である第１半導体レーザ素子および第２半導体レーザ素子からの光と、第３半導体レーザ素子からの光および第４半導体レーザ素子からの光とを合波する合波フィルタをさらに備えていてもよい。このようにすることにより、所望の色の光を形成することが容易となる。
【００１７】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図５を参照しつつ説明する。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１８】
図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン４５とを備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。
【００１９】
図２および図３を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、長方形状の平面形状を有する。ベース板６０の一方側の表面である搭載面６０Ａの一の長辺に対応する領域に沿って４つの半導体レーザ素子が配置される。
【００２０】
具体的には、上記搭載面６０Ａにおいて一の長辺の一方の端部に対応する領域に、第１チップ搭載領域６１が配置される。第１チップ搭載領域６１は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第１チップ搭載領域６１の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第１チップ搭載領域６１上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１半導体レーザ素子である第１赤色レーザダイオード５１が配置されている。
【００２１】
ベース板６０の第１チップ搭載領域６１から見て第１赤色レーザダイオード５１の出射方向に隣接する領域には、第１受光素子としての第１フォトダイオード９１が配置されている。第１フォトダイオード９１は、受光面９１Ａを有する。
【００２２】
ベース板６０の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第１チップ搭載領域６１に隣接する搭載面６０Ａ上には、第２チップ搭載領域６２が配置される。第２チップ搭載領域６２は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第２チップ搭載領域６２の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第２チップ搭載領域６２上には、平板状の第２サブマウント７２が配置されている。そして、第２サブマウント７２上に、第２半導体レーザ素子である第２赤色レーザダイオード５２が配置されている。
【００２３】
第１赤色レーザダイオード５１と第２赤色レーザダイオード５２との発振波長の差は３０ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下であってもよい。第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２は、いずれも赤色の光（レーザ光）を出射する。
【００２４】
ベース板６０の第２チップ搭載領域６２から見て第２赤色レーザダイオード５２の出射方向に隣接する領域には、第２受光素子としての第２フォトダイオード９２が配置されている。第２フォトダイオード９２は、受光面９２Ａを有する。
【００２５】
ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第２チップ搭載領域６２から見て第１チップ搭載領域６１とは反対側に、第３チップ搭載領域６３が配置される。第３チップ搭載領域６３は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第３チップ搭載領域６３の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第３チップ搭載領域６３上には、平板状の第３サブマウント７３が配置されている。そして、第３サブマウント７３上に、第３半導体レーザ素子である緑色レーザダイオード５３が配置されている。
【００２６】
ベース板６０の第３チップ搭載領域６３から見て緑色レーザダイオード５３の出射方向に隣接する領域には、第３受光素子としての第３フォトダイオード９３が配置されている。第３フォトダイオード９３は、受光面９３Ａを有する。
【００２７】
ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第３チップ搭載領域６３から見て第２チップ搭載領域６２とは反対側に、第４チップ搭載領域６４が配置される。第４チップ搭載領域６４は、上記一の長辺の他方の端部に対応する領域に配置される。第４チップ搭載領域６４は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第４チップ搭載領域６４の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第４チップ搭載領域６４上には、平板状の第４サブマウント７４が配置されている。そして、第４サブマウント７４上に、第４半導体レーザ素子である青色レーザダイオード５４が配置されている。
【００２８】
ベース板６０の第４チップ搭載領域６４から見て青色レーザダイオード５４の出射方向に隣接する領域には、第４受光素子としての第４フォトダイオード９４が配置されている。第４フォトダイオード９４は、受光面９４Ａを有する。
【００２９】
第１フォトダイオード９１、第２フォトダイオード９２、第３フォトダイオード９３および第４フォトダイオード９４は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４からの光を直接受光する位置に設置される。本実施の形態においては、全てのレーザ素子のそれぞれに対応して受光素子が配置される。第１フォトダイオード９１および第２フォトダイオード９２は、赤色の光を受光可能なフォトダイオードである。第３フォトダイオード９３は、緑色の光を受光可能なフォトダイオードである。第４フォトダイオード９４は、青色の光を受光可能なフォトダイオードである。
【００３０】
第１フォトダイオード９１は、第１赤色レーザダイオード５１の出射方向において、第１赤色レーザダイオード５１と第１レンズ８１との間に配置される。第２フォトダイオード９２は、第２赤色レーザダイオード５２の出射方向において、第２赤色レーザダイオード５２と第２レンズ８２との間に配置される。第３フォトダイオード９３は、緑色レーザダイオード５３の出射方向において、緑色レーザダイオード５３と第３レンズ８３との間に配置される。第４フォトダイオード９４は、青色レーザダイオード５４の出射方向において、青色レーザダイオード５４と第４レンズ８４との間に配置される。
【００３１】
第１フォトダイオード９１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１レンズ支持部８１Ｂが配置される。そして、第１レンズ支持部８１Ｂ上には、第１レンズ８１が配置される。第２フォトダイオード９２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２レンズ支持部８２Ｂが配置される。そして、第２レンズ支持部８２Ｂ上には、第２レンズ８２が配置される。第３フォトダイオード９３から見て緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３レンズ支持部８３Ｂが配置される。そして、第３レンズ支持部８３Ｂ上には、第３レンズ８３が配置される。第４フォトダイオード９４から見て青色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４レンズ支持部８４Ｂが配置される。そして、第４レンズ支持部８４Ｂ上には、第４レンズ８４が配置される。
【００３２】
第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３および第４レンズ８４は、それぞれ表面がレンズ面となっている部分であるレンズ部８１Ａ、レンズ部８２Ａ、レンズ部８３Ａおよびレンズ部８４Ａを有している。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３および第４レンズ８４は、レンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａとレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ支持部８１Ｂ、第２レンズ支持部８２Ｂ、第３レンズ支持部８３Ｂおよび第４レンズ支持部８４Ｂにより、第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３および第４レンズ８４のレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａの中心軸、すなわちレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａの光軸は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３および第４レンズ８４は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３および第４レンズ８４により、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。
【００３３】
第１レンズ８１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１フィルタ支持部８６Ｂが配置される。そして、第１フィルタ支持部８６Ｂ上には、第１フィルタ８６が配置される。第１フィルタ８６は、波長選択性フィルタである。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する。
【００３４】
第２レンズ８２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２フィルタ支持部８７Ｂが配置される。そして、第２フィルタ支持部８７Ｂ上には、第２フィルタ８７が配置される。第２フィルタ８７は、赤色偏波合成フィルタである。
【００３５】
第３レンズ８３から見て緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３フィルタ支持部８８Ｂが配置される。そして、第３フィルタ支持部８８Ｂ上には、第３フィルタ８８が配置される。第３フィルタ８８は、波長選択性フィルタである。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。
【００３６】
第４レンズ８４から見て青色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４フィルタ支持部８９Ｂが配置される。そして、第４フィルタ支持部８９Ｂ上には、第４フィルタ８９が配置される。第４フィルタ８９は、波長選択性フィルタである。第４フィルタ８９は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。
【００３７】
第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。
【００３８】
図３を参照して、第１赤色レーザダイオード５１、第１フォトダイオード９１、第１レンズ８１および第１フィルタ８６は、第１赤色レーザダイオード５１の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第２赤色レーザダイオード５２、第２フォトダイオード９２、第２レンズ８２および第２フィルタ８７は、第２赤色レーザダイオード５２の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。緑色レーザダイオード５３、第３フォトダイオード９３、第３レンズ８３および第３フィルタ８８は、緑色レーザダイオード５３の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。青色レーザダイオード５４、第４フォトダイオード９４、第４レンズ８４および第４フィルタ８９は、青色レーザダイオード５４の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。
【００３９】
第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９は、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４からの光の出射方向に交差する方向、より具体的には直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って並んで配置されている。第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４からの光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４からの光の出射方向（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。
【００４０】
図２を参照して、本実施の形態の光モジュール１は、ステム１０と光形成部２０との間に、電子冷却モジュール３０をさらに含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板（図示しない）と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、緑色レーザダイオード５３および青色レーザダイオード５４の温度上昇が抑制される。このように、レーザダイオードの温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。
【００４１】
また、図２および図３を参照して、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８４の間およびフィルタ８６〜８９の間には、アイランド１０５〜１０７が配置される。より具体的には、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８４の間からフィルタ８６〜８９の間にまで延びるように、それぞれ凹部が形成されており、当該凹部内に位置するように、アイランド１０５〜１０７が配置されている。アイランド１０５〜１０７は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。
【００４２】
次に、本実施の形態の第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２（赤色レーザダイオード２００）の構造について説明する。
【００４３】
図４は、赤色レーザダイオード２００の構造の一例を示す概略断面図である。図４は、活性層１２３内において光が端面での反射を繰り返す方向（以下、「端面反射方向」という）に垂直な断面に対応する。図４を参照して、本実施の形態における赤色レーザダイオード２００は、基板１１０と、半導体層１２０と、ｐ側電極１４１と、ｎ側電極１４２と、を備えている。基板１１０および半導体層１２０は、半導体積層体を構成する。基板１１０は、たとえばＧａＡｓ（ガリウム砒素）からなっている。基板１１０の導電型はｎ型である。基板１１０は、第１の主面１１０Ａと、第１の主面１１０Ａとは反対側の主面である第２の主面１１０Ｂを有している。
【００４４】
半導体層１２０は、基板１１０の第１の主面１１０Ａ上に接触するように配置されている。半導体層１２０は、基板１１０の第１の主面１１０Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。半導体層１２０は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなっている。半導体層１２０は、バッファ層１２１と、ｎ側クラッド層１２２と、活性層１２３と、ｐ側クラッド層１２４と、電流ブロック層１２５と、ｐ型層１２６と、キャップ層１２７と、を含んでいる。
【００４５】
バッファ層１２１は、基板１１０の第１の主面１１０Ａ上に接触するように配置されている。バッファ層１２１は、たとえば導電型がｎ型であるＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（ガリウムインジウムリン）からなっている。バッファ層１２１は、基板１１０の第１の主面１１０Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。
【００４６】
ｎ側クラッド層１２２は、バッファ層１２１の基板１１０とは反対側の主面１２１Ａ上に接触するように配置されている。ｎ側クラッド層１２２は、たとえば導電型がｎ型である（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）からなっている。ｎ側クラッド層１２２は、バッファ層１２１の主面１２１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。
【００４７】
活性層１２３は、ｎ側クラッド層１２２のバッファ層１２１とは反対側の主面１２２Ａ上に接触するように配置されている。活性層１２３は、たとえばＧａＩｎＰからなる井戸層と（ＧａｘＡｌ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるバリア層とが交互に積層された構造を有するＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層である。活性層１２３は、ｎ側クラッド層１２２の主面１２２Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。活性層１２３は、その内部において電子と正孔とが再結合して光を発生する。活性層１２３は、赤色の光を発生する。
【００４８】
ｐ側クラッド層１２４は、活性層１２３のｎ側クラッド層１２２とは反対側の主面１２３Ａ上に接触するように配置されている。ｐ側クラッド層１２４は、たとえば導電型がｐ型である（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。ｐ側クラッド層１２４は、活性層１２３の主面１２３Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。ｐ側クラッド層１２４は、活性層１２３とは反対側に突出し、端面反射方向（紙面に垂直な方向）に延在するリッジ部１２４Ｂを有している。
【００４９】
ｐ型層１２６は、ｐ側クラッド層１２４の活性層１２３とは反対側の主面１２４Ａのうちリッジ部１２４Ｂ上に接触するように配置されている。ｐ型層１２６は、たとえば導電型がｐ型であるＧａＡｓからなっている。ｐ型層１２６は、ｐ側クラッド層１２４の主面１２４Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。
【００５０】
電流ブロック層１２５は、ｐ側クラッド層１２４の活性層１２３とは反対側の主面１２４Ａ上に接触するように配置されている。電流ブロック層１２５は、たとえば導電型がｎ型であるＧａＡｓからなっている。電流ブロック層１２５は、ｐ側クラッド層１２４の主面１２４Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。電流ブロック層１２５は、リッジ部１２４Ｂの頂面上においてリッジ部１２４Ｂに沿って延在する開口部１２５Ｂを有している。開口部１２５Ｂから、ｐ型層１２６が露出する。
【００５１】
キャップ層１２７は、電流ブロック層１２５およびｐ型層１２６のｐ側クラッド層１２４とは反対側の主面１２５Ａおよび主面１２６Ａ上を覆うように配置されている。キャップ層１２７は、たとえば導電型がｐ型であるＧａＡｓからなっている。キャップ層１２７は、電流ブロック層１２５およびｐ型層１２６の主面１２５Ａおよび主面１２６Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。
【００５２】
ｐ側電極１４１は、キャップ層１２７の電流ブロック層１２５およびｐ型層１２６とは反対側の主面１２７Ａ上に接触するように配置されている。ｐ側電極１４１は、たとえばＡｕ（金）など、キャップ層１２７とオーミックコンタクトを形成可能な金属などの導電体からなっている。
【００５３】
一方、基板１１０の第２の主面１１０Ｂ上に接触するように、ｎ側電極１４２が配置されている。ｎ側電極１４２は、たとえばＡｕなど、基板１１０とオーミックコンタクト可能な金属などの導電体からなっている。ｎ側電極１４２と基板１１０とは、オーミックコンタクトを形成している。
【００５４】
ｐ側電極１４１とｎ側電極１４２との間に電圧が印加されると、ｐ側電極１４１とｎ側電極１４２との間に電流が流れる。このとき、ＭＱＷを構成する活性層１２３には、ｐ側電極１４１側から正孔が、ｎ側電極１４２側から電子が注入される。そして、活性層１２３内において、正孔と電子とが再結合し、光が発生する。発生した光は、ｎ側クラッド層１２２とｐ側クラッド層１２４とに挟まれた活性層１２３内に、活性層１２３の厚み方向において閉じ込められる。閉じ込められた光は、端面反射方向（紙面に垂直な方向）において反射を繰り返す。その結果、位相の揃った光が増幅され、レーザ発振が達成される。そして、一方の端面から、赤色レーザ光が出射される。
【００５５】
ここで、たとえば上記活性層１２３において、ｙの値を０．４９とすると、レーザ光はＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードで発振する。一方、たとえば上記活性層１２３において、ｙの値を０．５１とすると、レーザ光はＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードで発振する。本実施の形態においては、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２のうち、一方にＴＥモードにてレーザ光を出射するものが採用され、他方にＴＭモードにてレーザ光を出射するものが採用される。
【００５６】
次に、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２の配置について説明する。図５は、図３の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。図４および図５を参照して、第１赤色レーザダイオード５１に含まれる第１半導体積層体の積層方向α１と、第２赤色レーザダイオード５２に含まれる第２半導体積層体の積層方向α２とのなす角が１０°以下、好ましくはα１とα２とが平行になるように第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２は配置される。一方、上述のように、本実施の形態では、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２の一方はＴＥモード、他方はＴＭモードにて光を出射する。たとえば、第１赤色レーザダイオード５１は、偏波方向がα１に垂直な方向である光を出射する。第２赤色レーザダイオード５２は、偏波方向がα２に平行な方向である光を出射する。
【００５７】
次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光は、光路Ｌ１に沿って進行する。このとき、第１フォトダイオード９１の受光面９１Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第１赤色レーザダイオード５１に供給される電力が調整される。第１フォトダイオード９１上を通過した赤色の光は、第１レンズ８１のレンズ部８１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ８１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ１に沿って進行し、第１フィルタ８６に入射する。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は第１フィルタ８６において反射されて光路Ｌ２に沿って進行する。そして、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９を透過して光路Ｌ３、光路Ｌ４および光路Ｌ５に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００５８】
第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光は、光路Ｌ６に沿って進行する。このとき、第２フォトダイオード９２の受光面９２Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第２赤色レーザダイオード５２に供給される電力が調整される。第２フォトダイオード９２上を通過した赤色の光は、第２レンズ８２のレンズ部８２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ８２においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ６に沿って進行し、第２フィルタ８７に入射する。第２フィルタ８７は、赤色の光のうち振動方向が横方向（Ｘ−Ｙ平面内の方向）である光を透過し、振動方向が縦方向（Ｚ軸方向）である光を反射する偏波合成フィルタである。
【００５９】
ここで、図４に基づいて説明したように、第１赤色レーザダイオード５１は、偏波方向がα１に垂直な方向である光を出射する。一方、第２赤色レーザダイオード５２は、偏波方向がα２に平行な方向である光を出射する。そのため、第２フィルタ８７に入射する第１赤色レーザダイオード５１からの光の偏波方向と第２赤色レーザダイオード５２からの光の偏波方向とのなす角は、８０°以上１００°以下、好ましくは９０°である。
【００６０】
つまり、第１赤色レーザダイオード５１からの光の振動方向はＸ−Ｙ平面内の方向であり、第２赤色レーザダイオード５２からの光の振動方向はＺ軸方向である。そのため、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は第２フィルタ８７において反射されて光路Ｌ３に合流する。その結果、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光は第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光と合波され、光路Ｌ３に沿って進行する。そして、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は、第３フィルタ８８および第４フィルタ８９を透過して光路Ｌ４および光路Ｌ５に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００６１】
緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光は、光路Ｌ７に沿って進行する。このとき、第３フォトダイオード９３の受光面９３Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて緑色レーザダイオード５３に供給される電力が調整される。第３フォトダイオード９３上を通過した緑色の光は、第３レンズ８３のレンズ部８３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ８３においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ７に沿って進行し、第３フィルタ８８に入射する。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する波長選択性フィルタ（合波フィルタ）である。そのため、緑色レーザダイオード５３から出射された光は第３フィルタ８８において反射されて光路Ｌ４に合流する。その結果、緑色レーザダイオード５３からの緑色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光および第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光と合波され、光路Ｌ４に沿って進行する。そして、緑色レーザダイオード５３から出射された光は、第４フィルタ８９を透過して光路Ｌ５に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００６２】
青色レーザダイオード５４から出射された青色の光は、光路Ｌ８に沿って進行する。このとき、第４フォトダイオード９４の受光面９４Ａに青色の光の一部が直接入射する。これにより青色レーザダイオード５４から出射された青色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて青色レーザダイオード５４に供給される電力が調整される。第４フォトダイオード９４上を通過した青色の光は、第４レンズ８４のレンズ部８４Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード５４から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第４レンズ８４においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ８に沿って進行し、第４フィルタ８９に入射する。第４フィルタ８９は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する波長選択性フィルタ（合波フィルタ）である。そのため、青色レーザダイオード５４から出射された光は第４フィルタ８９において反射されて光路Ｌ５に合流する。その結果、青色レーザダイオード５４からの青色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光および緑色レーザダイオード５３からの緑色の光と合波され、光路Ｌ５に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００６３】
このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。ここで、本実施の形態では、第１赤色レーザダイオード５１に含まれる第１半導体積層体の積層方向α１と、第２赤色レーザダイオード５２に含まれる第２半導体積層体の積層方向α２とのなす角が１０°以下となるように、第１赤色レーザダイオード５１と第２赤色レーザダイオード５２とは配置される。そのため、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２の十分な放熱性を確保することが容易となっている。すなわち、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２の一方を、たとえばベース板６０上に配置したブロックの側面に搭載することにより、当該一方の放熱性を悪化させることを回避することができる。
【００６４】
そして、偏波合成フィルタである第２フィルタ８７に入射する第１赤色レーザダイオード５１からの光の偏波方向と第２赤色レーザダイオード５２からの光の偏波方向とのなす角が８０°以上１００°以下となるように、第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２のうち一方にＴＥモードにてレーザ光を出射するものが採用され、他方にＴＭモードにてレーザ光を出射するものが採用される。そのため、第１赤色レーザダイオード５１と第２赤色レーザダイオード５２とを互いに平行または平行に近い状態に設置した状態で、第２フィルタ８７による合波が可能となっている。
【００６５】
このように、本実施の形態の光モジュール１は、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールとなっている。
【００６６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本願の光モジュールは、特定の色について光の強度の上昇が求められる光モジュールに、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６８】
１  光モジュール
１０  ステム
１０Ａ，１０Ｂ  主面
２０  光形成部
３０  電子冷却モジュール
３２  放熱板
３３  半導体柱
４０  キャップ
４１  出射窓
４５  リードピン
５１  第１赤色レーザダイオード
５２  第２赤色レーザダイオード
５３  緑色レーザダイオード
５４  青色レーザダイオード
６０  ベース板
６０Ａ  搭載面
６０Ｂ  主面
６１  第１チップ搭載領域
６２  第２チップ搭載領域
６３  第３チップ搭載領域
６４  第４チップ搭載領域
７１  第１サブマウント
７２  第２サブマウント
７３  第３サブマウント
７４  第４サブマウント
８１  第１レンズ
８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ  レンズ部
８１Ｂ  第１レンズ支持部
８２  第２レンズ
８２Ｂ  第２レンズ支持部
８３  第３レンズ
８３Ｂ  第３レンズ支持部
８４  第４レンズ
８４Ｂ  第４レンズ支持部
８６  第１フィルタ
８６Ｂ  第１フィルタ支持部
８７  第２フィルタ
８７Ｂ  第２フィルタ支持部
８８  第３フィルタ
８８Ｂ  第３フィルタ支持部
８９  第４フィルタ
８９Ｂ  第４フィルタ支持部
９１  第１フォトダイオード
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ，９４Ａ  受光面
９２  第２フォトダイオード
９３  第３フォトダイオード
９４  第４フォトダイオード
１０５，１０６，１０７  アイランド
１１０  基板
１１０Ａ，１１０Ｂ  主面
１２０  半導体層
１２１  バッファ層
１２１Ａ  主面
１２２  ｎ側クラッド層
１２２Ａ  主面
１２３  活性層
１２３Ａ  主面
１２４  ｐ側クラッド層
１２４Ａ  主面
１２４Ｂ  リッジ部
１２５  電流ブロック層
１２５Ａ  主面
１２５Ｂ  開口部
１２６  ｐ型層
１２６Ａ  主面
１２７  キャップ層
１２７Ａ  主面
１４１  ｐ側電極
１４２  ｎ側電極
２００  赤色レーザダイオード
【図１】
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【図２】
2018085450.tif 000004
【図３】
2018085450.tif 000005
【図４】
2018085450.tif 000006
【図５】
2018085450.tif 000007