(57)【要約】【課題】部品を安価にでき、且つ、半導体レーザチップを容易に実装でき、且つ、放熱性を高くすることができる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置１０１は、半導体レーザチップ１１１と、この半導体レーザチップ１１１に熱的に接続されたステム１１２と、半導体レーザチップ１１１を覆うキャップ１１３とを備える。ステム１１２は、放熱部材１０２に取り付けられる裏面１２１と、裏面１２１の一部に対応する搭載面１１７と、裏面１２１および搭載面１１７に対して斜め方向に延びる取付面１１８とを有する。搭載面１１７は、サブストレート１１４を介して半導体レーザチップ１１１を搭載し、裏面１２１に対して略平行になっている。取付面１１８は、搭載面１１７の両側に位置する部分を有して、搭載面１１７の直上を開放している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザチップと、
上記半導体レーザチップに熱的に接続されたステムと、
上記半導体レーザチップを覆うキャップと
を備え、
上記ステムは、
放熱部材に取り付けられる裏面と、
上記裏面の一部に対応すると共に、上記半導体レーザチップを直接または間接に搭載する搭載面と、
上記裏面および上記搭載面に対して斜め方向に延びると共に、上記搭載面の両側に位置する部分を有して、上記搭載面の直上を開放している取付面と
を有し、
上記キャップは、上記取付面に取り付けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記キャップは、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面から出射されたレーザ光が通過する開口と、
上記開口を塞ぎ、且つ、上記レーザ光に対して透明な透明部材と
を有し、
上記透明部材の面は上記前端面からの上記レーザ光の光軸に対して略垂直であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面とは反対側の後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、上記後端面に対して傾斜していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザチップの上記後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、上記ステムに取り付けられた受光素子の表面であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザチップは、受光部を有するサブストレートを介して上記搭載面に搭載されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
上記キャップには光学素子が取り付けられ、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面から出射されたレーザ光が上記光学素子を通過することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
上記ステムの上記搭載面とこの搭載面の上方の上記取付面の一部との間の上記ステムの部分を貫通すると共に、上記キャップ内に位置する一端部が上記半導体レーザチップに電気接続されたリードを備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体レーザ装置において、
上記リードの他端部は屈曲して上記放熱部材上の配線パターンに電気接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ装置としては、特許文献１（特開平７−１７００２４号公報）に開示されているＣＡＮ（缶）パッケージを用いたものがある。図６に示すように、この半導体レーザ装置６０１は、半導体レーザチップ６１１と、この半導体レーザチップ６１１を搭載するステム６１２と、半導体レーザチップ６１１を覆うキャップ６１３とを備える。
【０００３】
上記ステム６１２は、縦部６１２ａと、この縦部６１２ａの中間から横方向に突出する横部６１２ｂとからなって略Ｔ字を倒したような断面形状をしている。この横部６１２ｂの上面が搭載面６１７であって、この搭載面６１７上にサブストレート６１４を介して半導体レーザチップ６１１を搭載している。より詳しくは、上記サブストレート６１４の上面に半導体レーザチップ６１１をダイボンド接合すると共に、ステム６１２の横部６１２ｂの搭載面６１７にサブストレート６１４をダイボンド接合している。また、上記半導体レーザチップ６１１には図示しない金属ワイヤがワイヤボンディングされている。
【０００４】
一方、上記ステム６１２の縦部６１２ａの側面である取付面６１８に、キャップ６１３を電気溶接して、レーザチップ６１１をキャップ６１３内に気密封止している。また、縦部６１２ａの下面つまりステム６１２の裏面は放熱部材６０２に接触している。
【０００５】
上記キャップ６１３は、半導体レーザチップ６１１から出射されたレーザ光が通過する開口６２５を有している。このキャップ６１３には内側から開口６２５を塞ぐように窓ガラス６２６が取り付けられている。
【０００６】
この従来の半導体レーザ装置６０１では、ステム６１２は略Ｔ字を倒したような断面形状であって比較的な単純な形状であるから、安価である。また、上記半導体レーザチップ６１１をサブストレート６１４を介して搭載する搭載面６１７の上方が開放しているため、組立性が良くて量産性に優れている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ装置６０１では、ステム６１２が略Ｔ字を倒したような断面形状になっているため、半導体レーザチップ６１１から放出された熱は、サブストレート６１４を介して、矢印６０３で示されるように、狭い横部６１２ｂおよび縦部６１２ａを通して放熱されて、放熱経路が細長いため、放熱性が悪いという問題がある。
【０００８】
放熱性を改善するための半導体レーザ装置としては、図７に示すようなバタフライパッケージの半導体レーザ装置７０１が考えられる。この半導体レーザ装置７０１は、本発明の理解を容易にするための参考例であって従来例ではない。
【０００９】
上記半導体レーザ装置７０１は、半導体レーザチップ７１１と、この半導体レーザチップ７１１が入るケース７１２と、このケース７１２の上端の開口を塞ぐ蓋７４０とを備える。
【００１０】
上記ケース７１２は、底部７１２ａと、この底部７１２ａの縁部に立設された側部７１２ｂ，７１２ｃと、底部７１２ａの中央部から上方に突出する突出部７１２ｄとを有して、断面が略Ｕ字形状となっている。その底部７１２ａの下面つまりケース７１２の裏面７２１は放熱部材７０２に接触している。また、上記突出部７１２ｄの上面が搭載面７１７であって、この搭載面７１７上にサブストレート７１４を介して半導体レーザチップ７１１を搭載している。より詳しくは、上記サブストレート７１４の上面に半導体レーザチップ７１１をダイボンド接合すると共に、ケース７１２の突出部７１２ｄの搭載面７１７にサブストレート７１４をダイボンド接合している。また、上記半導体レーザチップ７１１には図示しない金属ワイヤがワイヤボンディングされている。
【００１１】
一方、上記ケース７１２の側部７１２ｂ，７１２ｃの上端面である取付面７１４に、蓋７４０をシーム溶接して、レーザチップ７１１をキャップ７１３内に気密封止している。そして、上記ケース７１２の側部７１２ｂには、半導体レーザチップ７１１から出射されたレーザ光が通過する開口７２５を設けている。また、上記ケース７１２の側部７１２ｂには内側から開口７２５を塞ぐように窓ガラス７２６が取り付けられている。
【００１２】
この参考例の半導体レーザ装置７０１では、半導体レーザチップ７１１から放出された熱は、サブストレート７１４を介して、矢印７０３で示されるように、広い突出部７１２ｄを通して放熱されて、放熱経路が太く短いため、放熱性は比較的良い。また、上記半導体レーザチップ７１１をサブストレート７１４を介して搭載する搭載面７１７の上方が開放しているため、半導体レーザチップ７１１の搭載は容易である。
【００１３】
しかしながら、上記参考例の半導体レーザ装置７０１では、ケース７１２は、底部７１２ａと、この底部７１２の縁部に立設された側部７１２ｂ，７１２ｃと、底部７１２ａの中央部から上方に突出する突出部７１２ｄとを有して、断面が略Ｕ字形状となって、形状が複雑であるから、高価となる問題がある。
【００１４】
また、上記参考例の半導体レーザ装置７０１では、半導体レーザチップ７１１の搭載は容易であるが、蓋７４０のシーム溶接に時間がかかるため、量産性が悪いという問題もある。
【００１５】
また、放熱性を改善するための他の半導体レーザ装置としては、図８に示すようなパッケージの半導体レーザ装置８０１が考えられる。この半導体レーザ装置８０１は、本発明の理解を容易にするための参考例であって従来例ではない。
【００１６】
上記半導体レーザ装置８０１は、半導体レーザチップ８１１と、この半導体レーザチップ８１１が入る凹部８４３を有するステム８１２と、半導体レーザチップ８１１を覆うキャップ８１３とを備えて、ステム８１２の下面である裏面８２１が放熱部材８０２に接触している。
【００１７】
上記ステム８１２は略Ｕ字を倒したような断面形状をしている。また、上記凹部８４３はステム８１２の側面である取付面８１８に設けられている。この凹部８４３の底面が搭載面８１７であって、この搭載面８１７上にサブストレート８１４を介して半導体レーザチップ８１１を搭載している。
【００１８】
また、上記ステム８１２の取付面８１８にはキャップ８１３を電気溶接して、レーザチップ８１１を凹部８４３内に気密封止している。
【００１９】
上記キャップ８１３には、半導体レーザチップ８１１から出射されたレーザ光が通過する開口８２５が設けられている。このキャップ８１３には内側から開口８２５を塞ぐように窓ガラス８２６を取り付けている。
【００２０】
この参考例の半導体レーザ装置８０１では、ステム８１２は側面である取付面８１８に凹部８４３を設けて、略Ｕ字を倒したような断面形状であって、比較的な単純な形状であるから、安価である。また、半導体レーザチップ８１１から放出された熱は、サブストレート８１４を介して、矢印８０３で示されるように、ステム８１２の広い部分を通して放熱されて、放熱経路が太く短いため、放熱性は比較的良い。
【００２１】
しかしながら、上記参考例の半導体レーザ装置８０１では、半導体レーザチップ８１１をサブストレート８１４を介して搭載する搭載面８１７の上方が開放しておらず、凹部８４３の側方の開口から凹部８４３内に半導体レーザチップ８１１を入れるが、凹部８４３内に半導体レーザチップ８１１を入れる作業性は非常に悪く、量産性が非常に悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平７−１７００２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
そこで、本発明の課題は、部品を安価にでき、且つ、半導体レーザチップを容易に実装でき、且つ、放熱性を高くすることができる半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、
半導体レーザチップと、
上記半導体レーザチップに熱的に接続されたステムと、
上記半導体レーザチップを覆うキャップと
を備え、
上記ステムは、
放熱部材に取り付けられる裏面と、
上記裏面の一部に対応すると共に、上記半導体レーザチップを直接または間接に搭載する搭載面と、
上記裏面および上記搭載面に対して斜め方向に延びると共に、上記搭載面の両側に位置する部分を有して、上記搭載面の直上を開放している取付面と
を有し、
上記キャップは、上記取付面に取り付けられていることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、上記ステムの裏面は放熱部材に取り付けられる。また、上記ステムの搭載面は、ステムの裏面の一部に対応すると共に、半導体レーザチップを直接または間接に搭載する。また、上記ステムの取付面は、ステムの裏面および搭載面に対して斜め方向に延びると共に、ステムの搭載面の両側に位置する部分を有して、ステムの搭載面の直上を開放している。したがって、上記ステムは形状が単純であることによって、ステムを安価に製造することできる。その結果、本発明の半導体レーザ装置は安価に製造することができる。
【００２６】
また、上記取付面は、裏面および搭載面に対して斜め方向に延びると共に、搭載面の両側に位置する部分を有して、搭載面の直上を開放しているので、搭載面に半導体レーザチップを容易に実装することができる。
【００２７】
また、上記搭載面および取付面をステムが有することによって、半導体レーザチップの熱が搭載面から裏面に向かって放射状に広がるように伝わるので、ステムの放熱性を極めて高くすることができる。
【００２８】
したがって、本発明によれば、部品を安価にでき、且つ、半導体レーザチップを容易に実装でき、且つ、放熱性を極めて高くすることができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２９】
一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記キャップは、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面から出射されたレーザ光が通過する開口と、
上記開口を塞ぎ、且つ、上記レーザ光に対して透明な透明部材と
を有し、
上記透明部材の面は上記前端面からの上記レーザ光の光軸に対して略垂直である。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記透明部材の表面は半導体レーザチップのキャップに面する前端面からのレーザ光の光軸に略垂直であるので、その光軸に沿った一方向のレーザ光の光路長と、光軸に沿った他方向のレーザ光の光路長とを揃えることができる。
【００３１】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面とは反対側の後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、上記後端面に対して傾斜している。
【００３２】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザチップのキャップに面する前端面とは反対側の後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、その後端面に対して傾斜しているので、そのレーザ光が後端面に戻るのを防ぐことができる。
【００３３】
一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記半導体レーザチップの上記後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、上記ステムに取り付けられた受光素子の表面である。
【００３４】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザチップの後端面から出射されたレーザ光が当たる面は、ステムに取り付けられた受光素子の表面であるので、そのレーザ光の光量を受光素子で検出できる。したがって、上記受光素子が検出した光量に基づいて、半導体レーザチップの出力をモニターすることができる。
【００３５】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体レーザチップは、受光部を有するサブストレートを介して上記搭載面に搭載されている。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザチップは、受光部を有するサブストレートを介して実装面に実装されているので、部品点数の削減できる。また、上記部品点数の削減によるコスト削減効果もある。
【００３７】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記キャップには光学素子が取り付けられ、
上記半導体レーザチップの上記キャップに面する前端面から出射されたレーザ光が上記光学素子を通過する。
【００３８】
ここで、上記光学素子とは光学的な機能を有する素子を意味し、光学素子の一例としてはコリメートレンズやホログラム素子などが挙げられる。
【００３９】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザチップのキャップに面する前端面から出射されたレーザ光が、キャップに取り付けられた光学素子を通過するので、レーザ光を平行光にしたり、レーザ光を回折させたりすることができる。
【００４０】
一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記ステムの上記搭載面とこの搭載面の上方の上記取付面の一部との間の上記ステムの部分を貫通すると共に、上記キャップ内に位置する一端部が上記半導体レーザチップに電気接続されたリードを備える。
【００４１】
上記実施形態によれば、上記リードは、ステムの搭載面とこの搭載面の上方の取付面の一部との間にあるステムの部分を貫通すると共に、キャップ内に位置する一端部が半導体レーザチップに電気接続されるので、半導体レーザチップの外部への電気接続をリードで容易に行うことができる。
【００４２】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記リードの他端部は屈曲して上記放熱部材上の配線パターンに電気接続されている。
【００４３】
上記構成の半導体レーザ装置によれば、上記リードの他端部は屈曲して放熱部材上の配線パターンに電気接続されているので、リードの一端部と配線パターンとの間に高低差があっても、リードの他端部を配線パターンに直接電気接続できる。したがって、上記リードの他端部と配線パターンとの間に例えば配線を介在させなくてもよいので、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の半導体レーザ装置によれば、ステムは、放熱部材に取り付けられる裏面と、この裏面の一部に対応すると共に、上記半導体レーザチップを直接または間接に搭載する搭載面と、その裏面および搭載面に対して斜め方向に延びると共に、搭載面の両側に位置する部分を有して、搭載面の直上を開放している取付面とを有することによって、ステムの形状が単純になるので、安価に製造することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、上記搭載面の直上が開放されているので、搭載面に半導体レーザチップを容易に実装することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、上記半導体レーザチップの搭載面が、放熱部材に取り付けられる裏面の一部に対応し、且つ、その搭載面の両側に位置する部分を有する取付面が、搭載面の直上を開放するように、裏面および搭載面に対して斜め方向に延びることによって、半導体レーザチップの熱が搭載面から裏面に向かって放射状に広がるように伝わるので、ステムの放熱性を極めて高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置の概略断面図である。
【図２】図２は上記第１実施形態の半導体レーザ装置の変形例の概略断面図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の概略断面図である。
【図４】図４は上記第２実施形態の半導体レーザ装置の変形例の概略断面図である。
【図５】図５は上記第２実施形態の半導体レーザ装置の変形例の概略断面図である。
【図６】図６は従来の半導体レーザチップの概略断面図である。
【図７】図７は参考例の半導体レーザチップの概略断面図である。
【図８】図８は参考例の半導体レーザチップの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の半導体レーザ装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４９】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置１０１の概略断面図である。
【００５０】
上記半導体レーザ装置１０１は、半導体レーザチップ１１１と、この半導体レーザチップ１１１に熱的に接続されたステム１１２と、半導体レーザチップ１１１を覆うキャップ１１３とを備え、金属からなる放熱部材１０２上に配置される。
【００５１】
上記半導体レーザチップ１１１は、サブストレート１１４を介してステム１１２にダイボンド実装された後、ワイヤボンディングが行われる。この半導体レーザチップ１１１は、レーザ共振器を構成する前端面および後端面としての第１，第２共振器端面１１５，１１６を有している。この第１共振器端面１１５はキャップ１２３に面し、レーザ光Ｌ１を出射する。また、半導体レーザチップ１１１は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＮなどを用いて製造される。そして、半導体レーザチップ１１１は、上面側にｐ側電極を有する一方、下面側にｎ側電極を有している。このｎ側電極がサブストレート１１４側に位置するように、サブストレート１１４の上面に半導体レーザチップ１１１をＡｕＳｎ半田ペーストでダイボンドする。上記第１共振器端面１１５が、半導体レーザチップのキャップに面する前端面であり、第２共振器端面１１６が、半導体レーザチップのキャップに面する前端面とは反対側の後端面である。
【００５２】
上記ステム１１２は、放熱部材１０２に取り付けられる裏面１２１と、裏面１２１の一部に対応する搭載面１１７と、裏面１２１および搭載面１１７に対して斜め方向に延びる取付面１１８とを有する。この裏面１２１は、搭載面１１７の面積より大きい面積を有するように設けられている。また、上記搭載面１１７は、サブストレート１１４を介して半導体レーザチップ１１１を搭載し、裏面１２１に対して略平行になっている。また、上記取付面１１８は、搭載面１１７の両側に位置する部分を有する。より詳しくは、取付面１１８は、搭載面１１７を取り囲むように設けられて、搭載面１１７の直上を開放している。また、上記搭載面１１７が形成されている凹部には、半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６に対して傾斜する傾斜面１１９も形成されている。そして、この傾斜面１１９には受光素子１２０が取り付けられており、傾斜面１１９と同様に、受光素子１２０の受光面も半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６に対して傾斜している。また、受光素子１２０の受光面には、第２共振器端面１１６からのレーザ光Ｌ２が入射するようになっている。
【００５３】
上記キャップ１１３は、コバール、４５アロイまたは鉄などの金属材料からなる金属板をプレス加工することによって形成されて、取付面１１８に取り付けられている。そして、キャップ１１３は、円筒状の側壁部１２２と、この側壁部１２２の一端に連なる頂部１２３と、側壁部１２２の他端に連なるフランジ部１２４とを有している。このフランジ部１２４は、半導体レーザチップ１１１および受光素子１２０のワイヤボンディングを行った後、ステム１１２の取付面１１８に電気溶接される。また、キャップ１１３の表面には、ニッケルメッキなどのメッキ処理が施されている。また、キャップ１１３の頂部１２３には、半導体レーザチップ１１１の第１共振器端面１１５から出射されたレーザ光Ｌ１を外部に取り出すための開口１２５が設けられている。この開口１２５は、レーザ光Ｌ１の光軸方向から見た形状が円形状となるように形成されており、頂部１２３の略中央部に配置されている。また、開口１２５は、半導体レーザチップ１１１を気密封止するために、レーザ光Ｌ１を透過することが可能な窓ガラス１２６によって塞がれている。より詳しくは、キャップ１１３の頂部１２３に内側から窓ガラス１２６を低融点ガラスで封着することによって、頂部１２３の開口１２５が窓ガラス１２６で塞がれる。なお、窓ガラス１２６が透明部材の一例である。
【００５４】
上記サブストレート１１４は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、または、ダイヤモンドなどから構成される絶縁性の本体部と、この本体部の上面および下面のそれぞれに形成された金属膜とを含んでいる。この金属膜は、本体部側から順次積層されたＴｉ（チタン）層、Ｐｔ（白金）層およびＡｕ（金）層から構成されている。また、サブストレート１１４は、ステム１１２の搭載面１１７にＡｕＳｎ半田ペーストでダイボンドされている。このサブストレート１１４は、半導体レーザチップ１１１で発生した熱を放熱する機能を有する。
【００５５】
また、上記半導体レーザ装置１０１は、ステム１１２を貫通する３本の金属製のリード１２７（図１では１本のリード１２７のみが図示されている）を備えている。この３本のリード１２７は、それぞれ、搭載面１１７とこの搭載面１１７の上方の取付面１１８の一部との間のステム１１２の部分を貫通する。より詳しくは、３本のリード１２７は、それぞれ、ステム１１２の貫通孔（図示せず）に挿通され、各貫通孔の壁面と各リード１２７の外周面との間には低融点ガラスが充填されている。これにより、ステム１１２に対する各リード１２７の絶縁性が確保されると共に、キャップ１１３内の気密性が確保されている。
【００５６】
上記リード１２７、および、図示されていない２本のリードは、それぞれ、略一直線状に延びると共に、半導体レーザチップ１１１側の端部がキャップ１１３内に位置する。リード１２７の半導体レーザチップ１１１側の端部は、ワイヤ１２８によって、半導体レーザチップ１１１の上面側のｐ側電極に電気的に接続されている。また、図示されていない２本のリードの一方の半導体レーザチップ１１１側の端部は、図示しないワイヤと、サブストレート１１４の上面の金属膜とによって、半導体レーザチップ１１１の下面側のｎ側電極に電気的に接続されている。また、図示されていない２本のリードの他方の半導体レーザチップ１１１側の端部は、図示しないワイヤによって、受光素子１２０に電気的に接続されている。
【００５７】
上記構成の半導体レーザ装置１０１によれば、ステム１１２は、放熱部材１０２に取り付けられる裏面１２１と、この裏面１２１の一部に対応すると共に、半導体レーザチップ１１１をサブストレート１１４を介して搭載する搭載面１１７と、その裏面１２１および搭載面１１７に対して斜め方向に延びると共に、搭載面１１７の両側に位置する部分を有して、搭載面１１７の直上を開放している取付面１１８とを有することによって、ステム１１２の形状が単純になるので、ステム１１２を安価に製造することができる。
【００５８】
また、上記搭載面１１７の直上が開放されているので、搭載面１１７に半導体レーザチップ１１１を容易に実装することができる。
【００５９】
また、上記半導体レーザチップ１１１の搭載面１１７が、放熱部材１０２に取り付けられる裏面１２１の一部に対応し、且つ、その搭載面１１７の両側に位置する部分を有する取付面１１８が、搭載面１１７の直上を開放するように、裏面１２１および搭載面１１７に対して斜め方向に延びることによって、半導体レーザチップ１１１の熱が、矢印１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃで示すように、搭載面１１７から裏面１２１に向かって末広がりに放射状に広がるように伝わるので、ステム１１２の放熱性を極めて高くすることができる。
【００６０】
また、上記取付面１１８において半導体レーザチップ１１１よりも前側の部分は半導体レーザチップ１１１の下面よりも低いので、レーザ光Ｌ１は取付面１１８に邪魔されず、搭載面１１７と平行な方向へ進むことができる。
【００６１】
また、上記半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６から出射されたレーザ光Ｌ２が第２共振器端面１１６に戻ると、半導体レーザチップ１１１のノイズ特性などが悪化するが、半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６の後方（レーザ光Ｌ２が進む方向）に位置する傾斜面１１９は半導体レーザ装置１０１の第２共振器端面１１６に対して傾斜しているので、半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６にレーザ光Ｌ２が戻るのを防ぐことができ、ノイズ特性の悪化を防止できる。
【００６２】
また、上記傾斜面１１９に取り付けられた受光素子１２０の受光面も半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６に対して傾斜しているので、レーザ光Ｌ２が受光素子１２０の受光面で反射されて半導体レーザチップ１１１の第２共振器端面１１６に戻るのを防ぐことができ、ノイズ特性の悪化を防止できる。
【００６３】
また、上記レーザ光Ｌ２が受光素子１２０の受光面に入射するので、レーザ光Ｌ２の光量を受光素子１２０で検出できる。したがって、上記受光素子１２０が検出した光量に基づいて、半導体レーザチップ１１１の出力をモニターすることができる。このようなモニターを行う場合、例えば、受光素子１２０の受光量を示す信号を外部の制御装置に送ってもよい。
【００６４】
また、上記リード１２７は、ステム１１２を貫通すると共に、半導体レーザチップ１１１側の端部がキャップ１１３内に位置するので、半導体レーザチップ１１１の外部への電気接続をリード１２７で容易に行うことができる。
【００６５】
上記第１実施形態では、キャップ１１３の開口１２５は、ガラスからなる窓ガラス１２６で塞いでいたが、レーザ光Ｌ１を透過可能であれば、例えばプラスチックからなる窓プラスチックで塞いでもよい。なお、上記窓プラスチックは透明部材の一例である。
【００６６】
上記第１実施形態では、半導体レーザチップ１１１と搭載面１１７との間にサブストレート１１４を介在させていたが、半導体レーザチップ１１１と搭載面１１７との間にサブストレート１１４を介在させないようにしてもよい。つまり、搭載面１１７に半導体レーザチップ１１１を例えばＡｕＳｎ半田ペーストで直接ダイボンドしてもよい。
【００６７】
上記第１実施形態では、受光素子１２０を有さないサブストレート１１４を用いたが、図２に示すように、受光部１５５を有するサブストレート１５４を用いてもよい。この場合、図１の受光素子１２０は不要となるので、部品点数を少なくとも１つは減らせる。また、部品点数の削減によるコスト低減も可能である。受光部１５５は、受光素子１２０と同様に、第２共振器端面１１６からのレーザ光Ｌ２の光量を検出できるものであれば、どのような構造であってもよい。
【００６８】
なお、図２において、図１に示した構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して、説明を省略する。
【００６９】
〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置２０１の概略断面図である。
【００７０】
上記半導体レーザ装置２０１は、半導体レーザチップ２１１と、この半導体レーザチップ２１１に熱的に接続されたステム２１２と、半導体レーザチップ２１１を覆うキャップ２１３とを備え、例えば金属からなる放熱部材２０２上に配置される。
【００７１】
上記半導体レーザチップ２１１は、サブストレート２１４を介してステム２１２にダイボンド実装された後、ワイヤボンディングが行われる。この半導体レーザチップ２１１は、レーザ共振器を構成する前端面および後端面としての第１，第２共振器端面２１５，２１６を有している。この第１共振器端面２１５はキャップ２２３に面し、レーザ光Ｌ２１を出射する。また、半導体レーザチップ２１１は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＮなどを用いて製造される。そして、半導体レーザチップ２１１は、上面側にｐ側電極を有する一方、下面側にｎ側電極を有している。このｎ側電極がサブストレート２１４側に位置するように、サブストレート２１４の上面に半導体レーザチップ２１１をＡｕＳｎ半田ペーストでダイボンドする。また、上記第１共振器端面２１５が、半導体レーザチップのキャップに面する前端面であり、第２共振器端面２１６が、半導体レーザチップのキャップに面する前端面とは反対側の後端面である。
【００７２】
上記ステム２１２は、放熱部材２０２に取り付けられる裏面２２１と、裏面２２１の一部に対応する搭載面２１７と、裏面２２１および搭載面２１７に対して斜め方向に延びる取付面２１８とを有する。この裏面２２１は、搭載面２１７の面積より大きい面積を有するように設けられている。また、上記搭載面２１７は、サブストレート２１４を介して半導体レーザチップ１１１を搭載し、裏面２２１に対して略平行になっている。また、上記取付面２１８は、搭載面２１７の両側に位置する部分を有する。より詳しくは、取付面２１８は、搭載面２１７を取り囲むように設けられて、搭載面２１７の直上を開放している。
【００７３】
また、上記ステム２１２は、搭載面２１７に対して略垂直な第１，第２垂直面２５１，２５２も有している。この第１垂直面２５１は搭載面２１７の窓ガラス２２６側の端に連なる一方、第２垂直面２５２は搭載面２１７の窓ガラス２２６側とは反対側の端に連なる。より詳しくは、搭載面２１７は、第１垂直面２５１を介して、取付面２１８の図３中下側の部分に連なる一方、第２垂直面２５２を介して、取付面２１８の図３中上側の部分に連なる。
【００７４】
上記キャップ２１３は、コバール、４５アロイまたは鉄などの金属材料からなる金属板をプレス加工することによって形成されて、取付面２１８に取り付けられている。そして、キャップ２１３は、円筒状の側壁部２２２と、この側壁部２２２の一端に連なる頂部２２３と、側壁部２２２の他端に連なるフランジ部２２４とを有している。このフランジ部２２４は、半導体レーザチップ２１１のワイヤボンディングが行われた後、ステム２１２の取付面２１８に電気溶接される。また、キャップ２１３の表面には、ニッケルメッキなどのメッキ処理が施されている。また、キャップ２１３の頂部２２３には、半導体レーザチップ２１１の第１共振器端面２１５から出射されたレーザ光Ｌ２１を外部に取り出すための開口２２５が設けられている。この開口２２５は、レーザ光Ｌ２１の光軸方向から見た形状が円形状となるように形成されている。また、頂部２２３において開口２２５が形成されている部分は、側壁部２２２に対して傾斜している。また、開口２２５は、半導体レーザチップ２１１を気密封止するために、レーザ光Ｌ２１を透過することが可能な窓ガラス２２６によって塞がれている。より詳しくは、キャップ２１３の頂部２２３に内側から窓ガラス２２６を低融点ガラスで封着することによって、頂部２２３の開口２２５が窓ガラス２２６で塞がれる。なお、窓ガラス２２６は透明部材の一例である。
【００７５】
上記窓ガラス２２６は、キャップ２１３の開口２２５の周縁部の内面に取り付けられている。そして、窓ガラス２２６において、半導体レーザチップ２１１に面する面、および、コリメートレンズ２５３に面する面は、半導体レーザチップ２１１の第１共振器端面２１５から出射されたレーザ光Ｌ２１の光軸に対して略垂直になっている。すなわち、窓ガラス２２６の内面および外面はレーザ光Ｌ２１の光軸に対して略垂直になっている。
【００７６】
上記サブストレート２１４は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、または、ダイヤモンドなどから構成される絶縁性の本体部と、この本体部の上面および下面のそれぞれに形成された金属膜とを含んでいる。この金属膜は、本体部側から順次積層されたＴｉ（チタン）層、Ｐｔ（白金）層およびＡｕ（金）層から構成されている。また、サブストレート２１４は、ステム２１２の搭載面２１７にＡｕＳｎ半田ペーストでダイボンドされている。このサブストレート２１４は、半導体レーザチップ２１１で発生した熱を放熱する機能を有する。
【００７７】
また、上記半導体レーザ装置２０１は、ステム２１２を貫通する２本の金属製のリード２２７（図３では１本のリード２２７のみが図示されている）を備えている。この２本のリード２２７は、それぞれ、搭載面２１７とこの搭載面２１７の上方の取付面２１８の一部との間のステム２１２の部分を貫通する。より詳しくは、２本のリード２２７は、それぞれ、ステム２１２の貫通孔（図示せず）に挿通され、各貫通孔の壁面と各リード２２７の外周面との間には低融点ガラスが充填されている。これにより、ステム２１２に対する各リード２２７の絶縁性が確保されると共に、キャップ２１３内の気密性が確保されている。
【００７８】
また、図示されている１本のリード２２７、および、図示されていない１本のリードは、それぞれ、半導体レーザチップ２１１側の端部がキャップ２１３内に位置する。リード２２７の半導体レーザチップ２１１側の端部は、ワイヤ２２８によって、半導体レーザチップ２１１の上面側のｐ側電極に電気的に接続されている。また、図示されていない１本のリードの半導体レーザチップ２１１側の端部は、図示しないワイヤと、サブストレート２１４の上面の金属膜とによって、半導体レーザチップ２１１の下面側のｎ側電極に電気的に接続されている。
【００７９】
一方、図示されている１本のリード２２７、および、図示されていない１本のリード２２７は、それぞれ、半導体レーザチップ２１１側とは反対側の端部がリードフォーミングで屈曲しており、放熱部材２０２上の配線パターン２０４に直接接続されている。
【００８０】
また、上記半導体レーザ装置２０１は、キャップ２１３に開口２２５を塞ぐように取り付けられたコリメートレンズ２５３を備えている。このコリメートレンズ２５３は、キャップ２１３の開口２２５の周縁部の外面に取り付けられている。なお、コリメートレンズ２５３が光学素子の一例である。
【００８１】
上記構成の半導体レーザ装置２０１によれば、ステム２１２は、放熱部材２０２に取り付けられる裏面２２１と、この裏面２２１の一部に対応すると共に、半導体レーザチップ２１１をサブストレート２１４を介して搭載する搭載面２１７と、その裏面２２１および搭載面２１７に対して斜め方向に延びると共に、搭載面２１７の両側に位置する部分を有して、搭載面２１７の直上を開放している取付面２１８とを有することによって、ステム２１２の形状が単純になるので、ステム２１２を安価に製造することができる。
【００８２】
また、上記搭載面２１７の直上が開放されているので、搭載面２１７に半導体レーザチップ２１１を容易に実装することができる。
【００８３】
また、上記半導体レーザチップ２１１の搭載面２１７が、放熱部材２０２に取り付けられる裏面２２１の一部に対応し、且つ、その搭載面２１７の両側に位置する部分を有する取付面２１８が、搭載面２１７の直上を開放するように、裏面２２１および搭載面２１７に対して斜め方向に延びることによって、半導体レーザチップ２１１の熱が、矢印２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄで示すように、搭載面２１７から裏面２２１に向かって末広がりに放射状に広がるように伝わるので、ステム２１２の放熱性を極めて高くすることができる。
【００８４】
また、上記取付面２１８において半導体レーザチップ２１１よりも前側の部分は半導体レーザチップ２１１の下面よりも低いので、レーザ光Ｌ２１は取付面２１８に邪魔されず、搭載面２１７と平行な方向へ進むことができる。
【００８５】
また、上記搭載面２１７は、第１垂直面２５１を介して、取付面２１８の窓ガラス２２６側の部分に連なるので、取付面２１８の窓ガラス２２６側の部分よりも搭載面２１７を高くすることができる。したがって、上記搭載面２１７上の半導体レーザチップ２１１の位置を高くすることができるので、第１共振器端面２１５からのレーザ光Ｌ２１の一部がキャップ２１３の開口２２５の周縁部にかからないようにするのが容易である。
【００８６】
また、上記窓ガラス２２６の内面および外面はレーザ光Ｌ２１の光軸に対して略垂直になっているので、その光軸に沿った一方向のレーザ光Ｌ２１の光路長と、上記光軸に沿った他方向のレーザ光Ｌ２１の光路長とを略同じにすることができる。
【００８７】
また、上記キャップ２１３に開口２２５を塞ぐようにコリメートレンズ２５３を取り付けているので、第１共振器端面２１５からのレーザ光Ｌ２１を平行光にすることができる。
【００８８】
また、上記リード２２７は、ステム２１２を貫通すると共に、半導体レーザチップ２１１側の端部がキャップ２１３内に位置するので、半導体レーザチップ２１１の外部への電気接続をリード２２７で容易に行うことができる。
【００８９】
また、上記リード２２７の半導体レーザチップ２１１側とは反対側の端部は屈曲しているので、放熱部材２０２上に絶縁体（図示せず）を介して形成された配線パターン２０４に直接電気接続することができる。
【００９０】
仮に、上記リード２２７に換えて、図４に示すように、略一直線状に延びるリード２６７を用いたなら、リード２６７の半導体レーザチップ２１１側とは反対側の端部を配線２６８を介して放熱部材２０２上の配線パターン２０４に電気接続しなければならない。
【００９１】
したがって、上記配線パターン２０４を表面に有する放熱部材２０２を用いる場合は、リード２６７よりもリード２２７の方が製造コストを低減できるので好ましい。
【００９２】
なお、図４において、図３に示した構成部と同一構成部は、図３における構成部と同一参照番号を付して、説明を省略する。
【００９３】
上記第２実施形態では、キャップ２１３の開口２２５は、ガラスからなる窓ガラス１２６で塞いでいたが、レーザ光Ｌ２１を透過可能であれば、例えばプラスチックからなる窓プラスチックで塞いでもよい。そして、上記窓プラスチックにおいてもレーザ光Ｌ２１が入射する面は、そのレーザ光Ｌ２１の光軸に対して略垂直にしてもよい。なお、上記窓プラスチックは透明部材の一例である。
【００９４】
上記第２実施形態では、半導体レーザチップ２１１と搭載面２１７との間にサブストレート２１４を介在させていたが、半導体レーザチップ２１１と搭載面２１７との間にサブストレート２１４を介在させないようにしてもよい。つまり、搭載面２１７に半導体レーザチップ２１１を例えばＡｕＳｎ半田ペーストで直接ダイボンドしてもよい。
【００９５】
上記第２実施形態では、キャップ２１３に、開口２２５を塞ぐようにコリメートレンズ２５３を外側から取り付けていたが、図５に示すように、キャップ２１３に、開口２２５を塞ぐようにホログラム素子２６３を取り付けてもよい。なお、ホログラム素子２６３は光学素子の一例である。
【００９６】
なお、図５において、図３に示した構成部と同一構成部は、図３における構成部と同一参照番号を付して、説明を省略する。
【００９７】
上記第２実施形態において、第２共振器端面２１６からのレーザ光の光量を検出するたに、第２垂直面２５２に受光素子を取り付けてもよい。この第２垂直面２５２に受光素子を取り付けた場合、その受光素子の受光量に基づいて、半導体レーザチップ２１１の出力をモニターできる。この場合、例えば、受光素子の受光量を示す信号を外部の制御装置に送ってもよい。
【００９８】
上記第２実施形態において、第２垂直面２５２を、第１実施形態の傾斜面のような傾斜面に換えてもよい。また、上記傾斜面には、半導体レーザチップの出力をモニターするための受光素子を取り付けてもよいし、取り付けなくてもよい。
【００９９】
上記第１実施形態の記載と上記第２実施形態の記載とを適宜組み合わせて、本発明の一実施形態としてもよい。例えば、上記第２実施形態の第２垂直面を、上記第１実施形態の傾斜面１１９のような傾斜面に換えてもよい。また、上記第２実施形態において、図２のサブストレート１５４を用いてもよい。
【０１００】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１，２０１…半導体レーザ装置
１０２，２０２…放熱部材
１１１，２１１…半導体レーザチップ
１１２，２１２…ステム
１１３，２１３…キャップ
１１４，１５４，２１４…サブストレート
１１５，２１５…第１共振器端面
１１６，２１６…第２共振器端面
１１７，２１７…搭載面
１１８，２１８…取付面
１１９…傾斜面
１２０…受光素子
１２５，２２５…開口
１２６，２２６…窓ガラス
１２７，２２７，２６７…リード
１２１，２２１…裏面
２５３…コリメートレンズ
２６３…ホログラム素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ２１…レーザ光
【図１】
2011151080.tif 000003
【図２】
2011151080.tif 000004
【図３】
2011151080.tif 000005
【図４】
2011151080.tif 000006
【図５】
2011151080.tif 000007
【図６】
2011151080.tif 000008
【図７】
2011151080.tif 000009
【図８】
2011151080.tif 000010