(57)【要約】【課題】半導体レーザ装置に関し、特に、長い共振器長を有する半導体レーザ素子及び放熱効果を有する変形されたヒートシンクを互換して装着可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】キャップ１１０は円筒状の側面部１１４と、側面部１１４の上部から内方に延在する上面部１１１と、を有し、開口部１１２の寸法が、ヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４とを含む外形寸法より大きく形成されている。【選択図】図１
2011071276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステムと、前記ステムの上面に設けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクにサブマウントを介して搭載される半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を包囲するキャップと、を備える半導体レーザ装置であって、
前記キャップは上部に開口部を有する筒状体であり、
前記開口部の寸法が、
前記ヒートシンクと前記サブマウントと前記半導体レーザ素子とを含む外形寸法より大きく形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記開口部の寸法と前記筒状体の側面部の内周寸法とが略同一であ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。
【請求項３】
前記ヒートシンクの頂部が前記開口部より上方に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の一例による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図７は、図６に示した半導体レーザ装置の断面図である。図８は、図６に示した半導体レーザ装置の上面図である。図６〜図８に示すように、従来の半導体レーザ装置２０１は、ステム２０２と、ステム２０２に絶縁固定されるリード２０５と、ステム２０２の上面に設けられるヒートシンク２０３と、ヒートシンク２０３に固定されるサブマウント２０６と、サブマウント２０６上にボンディングされる半導体レーザ素子２０４と、半導体レーザ素子２０４を包囲しながらステム２０２上に固定されるキャップ２１０と、を備える。そして、半導体レーザ素子２０４で発生したレーザ光はキャップ上面２１１に設けられた開口部２１２から半導体レーザ装置２０１外部に出射される。また、リード２０５とサブマウント２０６とはワイヤ２４１を介して電気的に接続しており、半導体レーザ素子２０４とヒートシンク２０３とはワイヤ２４０を介して電気的に接続している。
【０００３】
この構成によると、長い共振器長を有する半導体レーザ素子２０４や変形させたヒートシンク２０３を、ステム２０２上に搭載する場合、キャップ上面２１１が障害となり、ヒートシンク２０３の形状をキャップ上面２１１方向へ拡大することができなかった。また、キャップ上面２１１は半導体レーザ素子２０４、ヒートシンク２０３及びステム２０２から輻射された熱をキャップ２１０内部に留め、キャップ２１０外部への熱放出を遮るため、キャップ２１０内部の熱放散性が低下し、半導体レーザ素子２０４の発光特性が低下する原因となっていた。
【０００４】
なお、特許文献１において、放熱性を高めるためにキャップを設けず、ヒートシンクを通常の六面体から変形させて半導体レーザ素子を囲んで保護する半導体レーザ装置が提案されているが、特許文献１に記載の半導体レーザ装置は、ヒートシンクの形状が半導体レーザ素子を完全に包囲する形状ではないため、半導体レーザ素子が常に外部に露出した状態となり、半導体レーザ素子にボンディングされるワイヤなどの微細加工部分を十分に保護することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４７６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、このような課題を解決すべく、長い共振器長を有する半導体レーザ素子及び変形されたヒートシンクを装着可能あり、半導体素子の保護及び熱放散性に優れた半導体レーザ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成による半導体レーザ装置は、ステムと、ステムの上面に設けられるヒートシンクと、ヒートシンクにサブマウントを介して搭載される半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を包囲するキャップと、を備え、キャップは上部に開口部を有する筒状体であり、開口部の寸法が、ヒートシンクとサブマウントと半導体レーザ素子とを含む外形寸法より大きく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この第１の構成による半導体レーザ装置では、開口部の寸法が、ヒートシンクとサブマウントと半導体レーザ素子とを含む外形寸法より大きくに形成されているため、半導体レーザ素子及びヒートシンクの上方がキャップの開口部により開放され、キャップによる構造的制限を受けない。これにより、キャップ装着時、ヒートシンク及び半導体レーザ素子の上方部分がキャップ開口部内周縁と接触することを防ぐことができる。また、キャップの高さを越える形状のヒートシンク及び半導体レーザ素子をステム上に設けることができ、ヒートシンクの形状をキャップの上方に拡大することによりヒートシンクの放熱性を高めることができる。
【０００９】
また、半導体レーザ素子が発生する熱は、半導体レーザ素子から輻射により熱放射されるとともに、ヒートシンクを経てステムに伝導し、ヒートシンク及びステムから輻射により熱放散されるが、半導体レーザ素子及びヒートシンクの上方がキャップの開口部により開放されており、半導体レーザ素子、ヒートシンク及びステムから輻射された熱をキャップ開口部から外部に効率よく放出することができる。これにより、半導体レーザ素子の発光特性低下を防止することができる。
【００１０】
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、開口部の寸法と筒状体の側面部の内周寸法とが略同一であることを特徴とする。
【００１１】
この構成により、開口部の寸法と筒状体の側面部の内周寸法とが略同一であり、筒状体内部に包囲されるヒートシンク及び半導体レーザ素子の上方はキャップ上面により制限されることなく全て開口される。これにより、ヒートシンク及び半導体レーザ素子の上方における形状はキャップによる構造的制限を受けず、ヒートシンクの形状をキャップ上方に拡大することによりヒートシンクの放熱性を高めることができる。また、キャップの材料を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
【００１２】
また、このキャップの形状により、半導体レーザ素子、ヒートシンク及びステムから輻射された熱をキャップの開口部から外部に効率よく放出することができる。
【００１３】
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、ヒートシンクの頂部がキャップの開口部より上方に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、ヒートシンクの頂部がキャップ開口部より上方に形成されているので、半導体レーザ素子からヒートシンクに伝導した熱をキャップ外部へ直接輻射して放熱することができる。これにより、半導体レーザ素子で発生した熱をさらに効率よく放出し、半導体レーザ素子の発光特性低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、長い共振器長を有する半導体レーザ素子及び変形されたヒートシンクを互換させて装着可能であり、半導体素子の保護及び熱放散性に優れた半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図
【図２】図１に示した本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図
【図３】図１に示した本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の上面図
【図４】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の変形例の断面図
【図５】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の変形例の断面図
【図６】従来の半導体レーザ装置の全体斜視図
【図７】図６で示した従来の半導体レーザ装置の断面図
【図８】図６で示した従来の半導体レーザ装置の上面図の全体斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る半導体レーザ装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図２は、図１に示した本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図であり、図３は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の上面図である。図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置１０１の構造について説明する。
【００１９】
図１〜図３に示すように、第１実施形態による半導体レーザ装置１０１は、ステム１０２と、ステム１０２に絶縁して固定されるリード１０５と、ステム１０２の上面に設けられるヒートシンク１０３と、ヒートシンク１０３に固定されるサブマウント１０６と、サブマウント１０６上にダイボンディングして固着される半導体レーザ素子１０４と、半導体レーザ素子１０４を包囲するようにステム１０２上に固定されるキャップ１１０と、を備える。また、ステム１０２の下面には、半導体レーザ素子１０４と電気的に接続されるリードピン１２１と接続ピン１２３とが設けられ、リードピン１２１とリード１０５とは一体成形されており、電気的に接続している。また、接続ピン１２３とヒートシンク１０３とはステム１０２を介して電気的に接続している。このとき、リード１０５はステム１０２に設けられた貫通孔１０７を介してリードピン１２１へ繋がっており、貫通孔１０７において、リード１０５とステム１０２とは絶縁体１０８を介して絶縁している。
【００２０】
また、半導体レーザ素子１０４は主面両側にそれぞれ上面電極及び下面電極が形成され、上面電極及び下面電極の一方はｎ側電極となり、他方はｐ側電極となる。この半導体レーザ素子１０４の上面電極にはワイヤ１４０がボンディングされ、上面電極とヒートシンク１０３とが電気的に接続している。一方、下面電極はサブマウント１０６上面上に形成された電極パッド上にダイボンディングされ、この電極パッド上にボンディングされたワイヤ１４１によりリード１０５と下面電極とが電気的に接続している。
【００２１】
半導体レーザ装置１０１は、ステム１０２の下面に形成された接続ピン１２３とリードピン１２１との間に電圧を印加すると、半導体レーザ素子１０４に電圧が印加され、半導体レーザ素子１０４に電流が供給されて、レーザ光出射面１０４ａからレーザ光が出射する。
【００２２】
ここで、キャップ１１０は筒状体であり、円筒状の側面部１１４と、中央に円形の開口部１１２を有する上面部１１１と、フランジ部１１３と、で構成されている。上面部１１１は側面部１１４上部から内方に延在して形成され、フランジ部１１３は側面部１１４の下部において外方に延在して形成されている。そして、フランジ部１１３はステム１０２と固着され、筒状の側面部１１４が、ステム１０２上に設けられたリード１０５とヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４とを包囲し保護している。
【００２３】
このとき、図３に示すように、キャップ１１０の開口部１１２の寸法は、ヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４とを含む外形寸法より大きく形成されている。この開口部１１２の形状により、ヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４の上方が開口部１１２により開放され、ヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４はキャップ１１０の上面部１１１による構造的制限を受けない。これにより、キャップ１１０の開口部１１２から頂部１０３ａが外部に突出したヒートシンク１０３をステム１０２上に設け、ヒートシンク１０３の放熱性を高めることができる。
【００２４】
また、この開口部１１２の形状により、キャップ１１０内部に配置された半導体レーザ素子１０４を保護しながら、熱放散を効率よく行うことができる。すなわち、キャップ１１０で囲まれた半導体レーザ素子１０４が発生する熱は、半導体レーザ素子１０４から直接輻射により熱放散されるともに、ヒートシンク１０３を経てステム１０２に伝達し、ステム１０２からも輻射により熱放散される。このとき、側面部１１４の上部から内方に延在する上面部１１１に形成される開口部１１２の寸法が、ヒートシンク１０３とサブマウント１０６と半導体レーザ素子１０４とを含む外形寸法より大きく形成され、半導体レーザ素子１０４、ヒートシンク１０３及びステム１０２から輻射された熱は開口部１１２からキャップ１１０外部に効率よく放出される。そして、半導体レーザ素子１０４の放熱を促し、半導体レーザ素子１０４の発光特性低下を防止することができる。
【００２５】
また、キャップ１１０を有する半導体レーザ装置１０１をパッケージとして用いる場合、キャップ１１０の形状に制限されることなくヒートシンク１０３及び半導体レーザ素子１０４をステム１０２上に装着することができる。これにより、本実施形態に示すように、体積を拡大させて放熱性を向上させたヒートシンク１０３や共振器長の長い高出力の半導体レーザ素子１０４を装着することができる。
【００２６】
なお、キャップ１１０は半導体レーザ素子１０４のダイボンディングおよびワイヤボンディングがなされた後に、半導体レーザ素子１０４の周囲にキャップ１１０を被せ、ステム１０２上に固着して半導体レーザ装置１０１に装着する。キャップ１１０は、熱伝導性に優れる銅又は鉄などの金属材料により形成される。なお、半導体レーザ素子１０４の上面電極に接続されるワイヤ１４０のボンディング位置及び、サブマウント１０６上面上に形成された電極パッド上に接続されるワイヤ１４１のボンディング位置は開口部１１２より下方に設けられ、ワイヤ１４０、１４１はともにキャップ１１０内部で保護されている。
【００２７】
ここで、ヒートシンク１０３は熱伝導性に優れる銅などの金属ブロックであり、半導体レーザ素子１０４が固着されたサブマウント１０６を平面状のマウント面に固着する。本実施形態の半導体レーザ装置１０１では共振器長の長い半導体レーザ素子１０４をマウントするために、マウント面の大きさは、φ５．６と称される外形寸法が５．６ｍｍのキャンパッケージ型半導体装置においては、約２．３ｍｍ（共振器方向）×２．５ｍｍに形成され、φ３．３と称される外形寸法が３．３ｍｍのキャンパッケージ型半導体装置においては、約２．３ｍｍ（共振器方向）×１．７ｍｍに形成され、φ３．８と称される外形寸法が３．８ｍｍのキャンパッケージ型半導体装置においては、約２．１ｍｍ（共振器方向）×２．０ｍｍに形成される。
【００２８】
なお、本実施形態では、ヒートシンク１０３の形状は放熱性を高めるために、ヒートシンク１０３のマウント面と対向する面をキャップ１１０の円筒状の側面部１１４の形状に合わせて曲面状に形成されている。また、ヒートシンク１０３の表面積を大きく形成するために平面板を折り曲げた構造とすることもできる。
【００２９】
また、半導体レーザ素子１０４は光出力を上げるために、共振器長の長い半導体レーザ素子を装着することが可能であり、このときの半導体レーザ素子１０４の共振器長は約２０００μｍ以上である。また、図４に示すように、レーザ光出射面１０４ａが開口部１１２よりキャップ１１０外部に突出するように、半導体レーザ素子１０４を設けることも可能である。このとき、レーザ光出射面１０４ａで発生した熱をキャップ１１０外部に効率よく放出することができる。ただし、レーザ光出射面１０４ａが開口部１１２より上方に突出するよう半導体レーザ素子１０４を搭載する場合、キャップ１１０の側面部１１４の高さをピンセット等で掴むのに十分な高さに設ける必要がある。
【００３０】
なお、本実施形態では、半導体レーザ素子１０４に外気に対して劣化し難く、キャップ１１０内部を密封封止する必要がない赤外レーザ用半導体レーザ素子１０４を用いる。また、赤外レーザ用半導体レーザ素子１０４の代わりに赤色レーザ用半導体レーザ素子を用いることもできる。また、赤外レーザ及び赤色レーザを発振させる半導体レーザ素子以外にもキャップ１１０内部に密封封止する必要がない半導体レーザ素子を用いてもよい。
【００３１】
また、キャップ１１０は円筒状である必要はなく、円型の他に、Ｄ型、Ｉ型、または断面が四角形状、台形状、またはヒートシンク１０３の形状に合わせて一部だけ曲面状としてもよい。
【００３２】
また、図５は本実施形態の変形例を示す半導体レーザ装置の断面図であり、図５に示すように、開口部１１２の寸法と側面部１１４の内周寸法とが略同一となるようにキャップ１１０を形成してもよい。このとき、キャップ１１０は側面部１１４上部から内方に延在する上面部１１１が形成されておらず、側面図１１４のみで半導体レーザ素子１０４とヒートシンク１０３とを包囲している。これにより、半導体レーザ素子１０４及びヒートシンク１０３の上方はキャップ１１０による構造的制限を受けない。また、キャップ１１０の材料を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１、２０１                        半導体レーザ装置
１０２、２０２                        ステム
１０３、２０３                        ヒートシンク
１０３ａ                              頂部
１０４、２０４                        半導体レーザ素子
１０４ａ                              レーザ光出射面
１０５、２０５                        リード
１０７                                貫通孔
１０８                                絶縁体
１１０、２１０                        キャップ
１１１                                上面部
２１１                        キャップ上面
１１２、２１２                        開口部
１１３                                フランジ部
１１４                                側面部
１２１                                リードピン
１２３                                接続ピン
１４０、１４１、２４０、２４１        ワイヤ
【図１】
2011071276.tif 000003
【図２】
2011071276.tif 000004
【図３】
2011071276.tif 000005
【図４】
2011071276.tif 000006
【図５】
2011071276.tif 000007
【図６】
2011071276.tif 000008
【図７】
2011071276.tif 000009
【図８】
2011071276.tif 000010