(57)【要約】【課題】半導体レーザー素子を冷却手段に半田付けによって実装したときに発生する反り現象を低減できるようにする。【解決手段】アレイ状とされた半導体レーザー素子１０を狭持部材１６に半田層１５を介して実装し、狭持部材１６に実装された半導体レーザー素子１０を、狭持部材１６と線膨張係数が略等しい冷却手段１２に、半田層１３を介して実装する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状とされた半導体レーザー素子を狭持部材に半田層を介して実装し、該狭持部材に実装された前記半導体レーザー素子を、前記狭持部材と線膨張係数が略等しい冷却手段に、半田層を介して実装することを特徴とする半導体レーザー素子の実装方法。
【請求項２】
アレイ状とされた半導体レーザー素子と線膨張係数が略等しい狭持部材に、半田層を介して、該半導体レーザー素子を実装し、該狭持部材に実装された前記半導体レーザー素子を、該半導体レーザー素子と線膨張係数が略等しい冷却手段に、半田層を介して実装することを特徴とする半導体レーザー素子の実装方法。
【請求項３】
前記狭持部材に前記半導体レーザー素子を実装する際、第１位置決め治具を用いて位置決めしながら実装し、前記冷却手段に前記狭持部材に実装された半導体レーザー素子を実装する際、第２位置決め治具を用いて位置決めしながら実装す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ー素子の実装方法。
【請求項４】
前記狭持部材と前記冷却手段が同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体レーザー素子の実装方法。
【請求項５】
前記狭持部材と前記冷却手段が銅製であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザー素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ状とされた半導体レーザー素子を冷却手段に半田付けによって実装する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図９（Ａ）で示すように、アレイ状の半導体レーザー素子５０は、アノード側が冷却手段５２に面して、半田層５３によって半田付けされている。そして、カソード側は、金ワイヤー５４や金リボン等を超音波ボンディングするなどして組み立てられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方式では、半田付け終了後、常温に戻るまでの間に、半導体レーザー素子５０と冷却手段５２の線膨張係数の差に応じた応力が発生し、最終的にスマイルが生じる。スマイルとは、半導体レーザー素子５０を冷却手段５２に半田付けにより実装したときに発生する反り（歪み）現象のことである。スマイルは、図９（Ｂ）で示すように、半導体レーザー素子５０を正面から見たときに、円弧状に反っていることが確認できる場合もあるし、実際に電流を流して、半導体レーザー素子５０を駆動したときに、その発光状態から確認できることもある。
【０００３】
このようなスマイルが生じたまま、金ワイヤー５４や金リボン等を超音波ボンディングしても、スマイル量は低減されない。また、アレイ状半導体レーザー素子５０と、アレイ状光導波路４６（図６参照）を光学的に接続するときに、アレイ状半導体レーザー素子５０にスマイルがあると、効率よく接続できない。また、半導体レーザー素子５０の励起による固体等の光学系において、アレイ状半導体レーザー素子５０からの出射光を平行光化して利用することがある。このときに、スマイルがあると、全出射光に対して、シリンドリカルレンズ４８（図７参照）を正確な位置に実装することができず、有効な平行光を作れない。
【特許文献１】特開２００４−２３５５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、半導体レーザー素子を冷却手段に半田付けによって実装したときに発生する反り（歪み）現象（スマイル）を低減できる半導体レーザー素子の実装方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の半導体レーザー素子の実装方法は、アレイ状とされた半導体レーザー素子を狭持部材に半田層を介して実装し、該狭持部材に実装された前記半導体レーザー素子を、前記狭持部材と線膨張係数が略等しい冷却手段に、半田層を介して実装することを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、線膨張係数が略等しい冷却手段及び狭持部材で、その半導体レーザー素子を挟み込んで実装するので、半導体レーザー素子の反り（歪み）現象（スマイル）を低減することができる。したがって、アレイ状光導波路との結合効率を高めることができ、シリンドリカルレンズとの相対的な位置決め精度を高めることができる。つまり、スマイルがあるときに比べ、より平行な光を作り出すことができる。なお、アレイ状半導体レーザー素子からの出射光を平行光化する場合に限らず、その出射光を結像する場合も同様に特性の向上が期待できる。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２に記載の半導体レーザー素子の実装方法は、アレイ状とされた半導体レーザー素子と線膨張係数が略等しい狭持部材に、半田層を介して、該半導体レーザー素子を実装し、該狭持部材に実装された前記半導体レーザー素子を、該半導体レーザー素子と線膨張係数が略等しい冷却手段に、半田層を介して実装することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、線膨張係数が半導体レーザー素子の線膨張係数と略等しい冷却手段及び狭持部材で、その半導体レーザー素子を挟み込んで実装するので、半導体レーザー素子の反り（歪み）現象（スマイル）をより一層低減することができる。したがって、アレイ状光導波路との結合効率を高めることができ、シリンドリカルレンズとの相対的な位置決め精度を高めることができる。つまり、スマイルがあるときに比べ、より平行な光を作り出すことができる。なお、アレイ状半導体レーザー素子からの出射光を平行光化する場合に限らず、その出射光を結像する場合も同様に特性の向上が期待できる。
【０００９】
また、請求項３に記載の半導体レーザー素子の実装方法は、請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザー素子の実装方法において、前記狭持部材に前記半導体レーザー素子を実装する際、第１位置決め治具を用いて位置決めしながら実装し、前記冷却手段に前記狭持部材に実装された半導体レーザー素子を実装する際、第２位置決め治具を用いて位置決めしながら実装することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、半導体レーザー素子を狭持部材に位置精度よく実装することができる。そして、狭持部材を冷却手段に位置精度よく実装することができる。したがって、冷却手段に対して半導体レーザー素子を位置精度よく実装することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の半導体レーザー素子の実装方法は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体レーザー素子の実装方法において、前記狭持部材と前記冷却手段が同一材料で形成されていることを特徴としている。そして、請求項５に記載の半導体レーザー素子の実装方法は、請求項４に記載の半導体レーザー素子の実装方法において、前記狭持部材と前記冷却手段が銅製であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、半導体レーザー素子を冷却手段に半田付けによって実装したときに発生する反り（歪み）現象（スマイル）を低減できる半導体レーザー素子の実装方法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】
【００１３】
以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１で示すように、メタライゼーション処理された半導体レーザー素子１０は、下面部がマイクロチャネル等の矩形箱状の冷却手段１２に半田付けされ（半田層１３を介して実装され）、上面部が狭持部材としてのサブマウント１６に半田付けされている（半田層１５を介して実装されている）。そして、メタライゼーション処理された絶縁体、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）板１４は、下面部が冷却手段１２に半田付けされ（半田層１３を介して実装され）、上面部がサブマウント１６に半田付けされている（半田層１７を介して実装されている）。
【００１４】
つまり、半導体レーザー素子１０とＡｌＮ板１４は、所定間隔を隔てて、冷却手段１２とサブマウント１６とで、上下方向から狭持されるように実装されている。なお、サブマウント１６は、その線膨張係数が冷却手段１２の線膨張係数と略等しくなるように、好ましくは同一になるように構成されている。すなわち、冷却手段１２及びサブマウント１６は、共に同一の材料で形成されることが望ましく、特に電気抵抗の小さい銅で形成される（銅製とされる）ことが望ましい。
【００１５】
また、半導体レーザー素子１０も、その線膨張係数が冷却手段１２及びサブマウント１６の線膨張係数と略等しくなるように、好ましくは同一になるように構成されることが望ましい。また、カソード電極用部品２０の一端が、サブマウント１６とサブマウント１８とで狭持され、カソード電極用部品２０の他端が、サブマウント２２とサブマウント２４とで狭持されている。そして、サブマウント２４は、冷却手段１２上に設置されたアノード電極用部品２６に絶縁体であるＡｌＮ板２８を介して取り付けられている。
【００１６】
ここで、半導体レーザー素子１０とＡｌＮ板１４を、それぞれ冷却手段１２に位置精度よく半田付け実装できる工程について説明する。まず最初に、図２（Ａ）で示すように、サブマウント１６の下面部とされる面に、半田材料を蒸着するか、又はシート状半田材料を装荷して半田層１５、１７を形成する。そして、図２（Ｂ）で示すように、サブマウント１６の下面部とされる面に、半導体レーザー素子１０とＡｌＮ板１４を、それぞれ位置決めして実装する。このとき、図３、図４で示すように、半導体レーザー素子１０は、第１位置決め治具３２を用いてサブマウント１６に位置決め実装される。
【００１７】
すなわち、図４（Ａ）で詳細に示すように、作業台３０上に載置された第１位置決め治具３２の被当接部３４の内側には、平面視で被当接部３４よりも所定高さ凹んだ段差部３６が形成されており、サブマウント１６の先端を被当接部３４に突き当てるとともに、半導体レーザー素子１０の先端を段差部３６に突き当てることで、半導体レーザー素子１０をサブマウント１６に精度よく位置決めして実装することができる。これにより、半導体レーザー素子１０は、平面視でその先端がサブマウント１６の先端よりも若干外側へ突き出るように実装される。
【００１８】
また、このとき、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）で示すように、第１位置決め治具３２の上面３２Ａは、半導体レーザー素子１０の上部（図４（Ｂ）、図４（Ｃ）において上部）に等間隔に設けられたエミッター１１の下面よりも、所定高さＧだけ低い位置にあるようになっており、第１位置決め治具３２がエミッター１１に触れない構成とされている。したがって、第１位置決め治具３２がエミッター１１に接触して、そのエミッター１１を破損するような不具合は発生しない。
【００１９】
次いで、図２（Ｃ）で示すように、半導体レーザー素子１０及びＡｌＮ板１４を実装したサブマウント１６を引っ繰り返し、そのサブマウント１６の上面部にカソード電極用部品２０を取り付ける。つまり、サブマウント１６とサブマウント１８とで、カソード電極用部品２０の一端を狭持する。そして、図２（Ｄ）で示すように、半導体レーザー素子１０とカソード電極用部品２０が実装されたサブマウント１６を、冷却手段１２に半田層１３を介して位置決め実装する。
【００２０】
このときは、図５で示すように、第２位置決め治具４２を用いて実装する。すなわち、作業台４０上に載置された第２位置決め治具４２の被当接部４４に、サブマウント１６の先端と冷却手段１２の先端を突き当てる。これにより、サブマウント１６を冷却手段１２に精度よく位置決めして実装することができる。その後、図２（Ｅ）で示すように、アノード電極用部品２６を組み立てる。つまり、カソード電極用部品２０の他端をサブマウント２２、２４で狭持し、サブマウント２４を、ＡｌＮ板２８を介してアノード電極用部品２６に取り付ける。
【００２１】
こうして、半導体レーザー素子１０が冷却手段１２に実装されるが、サブマウント１６と冷却手段１２、サブマウント１６と半導体レーザー素子１０が、それぞれ相対的に位置決めされることにより、半導体レーザー素子１０が冷却手段１２に対して位置精度よく実装される。そして、線膨張係数が略等しい、好ましくは同一とされた冷却手段１２とサブマウント１６との間に、その半導体レーザー素子１０が挟み込まれて実装されるので、半導体レーザー素子１０の反り（歪み）現象（スマイル）を低減することができる。なお、半導体レーザー素子１０の線膨張係数を、冷却手段１２及びサブマウント１６の線膨張係数と略等しく、好ましくは同一にすると、より一層半導体レーザー素子１０の反り（歪み）現象（スマイル）を低減することができる。
【００２２】
したがって、図６で示すように、アレイ状半導体レーザー素子１０とアレイ状光導波路４６とを光学的に接続するときに、効率よく接続することができる（結合効率を高めることができる）。また、図７で示すように、アレイ状半導体レーザー素子１０からの出射光を平行光化して利用するときにも、シリンドリカルレンズ４８を正確な位置に実装することができるので（相対的な位置決め精度を高めることができるので）、有効な平行光を作ることができる。なお、アレイ状半導体レーザー素子１０からの出射光を平行光化する場合に限らず、その出射光を結像する場合も同様に特性の向上が期待できる。
【００２３】
また、半導体レーザー素子１０は、冷却手段１２とサブマウント１６とで狭持される構成であるので、そのサブマウント１６によっても半導体レーザー素子１０を冷却することができる。つまり、このような構成にしたことにより、半導体レーザー素子１０の冷却効果を促進させることができる。また、図８で示すように、半導体レーザー素子１０のアノード面とカソード面、即ち半導体レーザー素子１０の下面部と半田層１３との間、及び半導体レーザー素子１０の上面部と半田層１５との間に、銅製とされた冷却手段１２及びサブマウント１６に対して線膨張係数が略同一となるＣｕ−Ｗなどの中間部材３８をそれぞれ介在させてもよい。
【００２４】
このような構成にすれば、半導体レーザー素子１０ヘの応力を更に低減することができるので、スマイルの発生を更に防止することができる。なお、中間部材３８を厚く形成すればするほど、スマイルを低減させることができるが、中間部材３８を厚くしすぎると、半導体レーザー素子１０に対する冷却手段１２及びサブマウント１６の冷却性能が低下する。したがって、中間部材３８は、半導体レーザー素子１０に対する冷却手段１２及びサブマウント１６の冷却性能を低下させない程度の厚さに形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）本発明に係る半導体レーザー素子の冷却手段に対する実装状態を示す概略側面図、（Ｂ）同じく概略正面図、（Ｃ）同じく概略平面図
【図２】本発明に係る半導体レーザー素子の冷却手段に対する実装工程を示す概略工程図
【図３】（Ａ）第１位置決め治具の使用状態を示す概略平面図、（Ｂ）同じく概略側面図
【図４】（Ａ）第１位置決め治具の被当接部を示す一部拡大概略平面図、（Ｂ）同じく概略側面図、（Ｃ）同じく概略正面図
【図５】（Ａ）第２位置決め治具の使用状態を示す概略平面図、（Ｂ）同じく概略側面図
【図６】半導体レーザー素子とアレイ状光導波路との結合状態を示す概略斜視図
【図７】半導体レーザー素子とシリンドリカルレンズによる光学系との結合状態を示す概略斜視図
【図８】中間部材を備えた半導体レーザー素子の冷却手段に対する実装状態を示す概略側面図
【図９】（Ａ）従来の半導体レーザー素子の冷却手段に対する実装状態を示す概略側面図、（Ｂ）同じく概略正面図
【符号の説明】
【００２６】
１０  半導体レーザー素子
１１  エミッター
１２  冷却手段
１３  半田層
１４  ＡｌＮ板（絶縁体）
１５  半田層
１６  サブマウント（狭持部材）
１７  半田層
１８  サブマウント
２０  カソード電極用部品
２２  サブマウント
２４  サブマウント
２６  アノード電極用部品
２８  ＡｌＮ板（絶縁体）
３２  第１位置決め治具
３４  被当接部
３６  段差部
３８  中間部材
４２  第２位置決め治具
４４  被当接部
４６  光導波路
４８  シリンドリカルレンズ
【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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