(57)【要約】【課題】複数の発光点を有する半導体レーザアレイを備えたレーザモジュールにおいて、半導体レーザの内部構造を変えることなく、発振波長の多重化（多波長化）を実現する。【解決手段】本発明のレーザモジュールは、複数の発光点３を有する半導体レーザアレイ１と、この半導体レーザアレイ１を実装するヒートシンク２とを備え、ヒートシンク２は、発光点３の並び方向でヒートシンク材料（例えば、ＣｕＷ）の組成が異なり、この組成の変化に伴う線膨張係数の違いにより、発光点３の並び方向で半導体レーザアレイ１に異なる応力を印加した構成となっている。【選択図】図１
2009111230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、
前記半導体レーザアレイを実装する実装体とを備え、
前記実装体は、前記発光点の並び方向で前記半導体レーザアレイに異なる応力を印加してなる
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記発光点の並び方向で前記実装体の線膨張係数が異なる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記発光点の並び方向で前記実装体の組成が異なる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記実装体は、互いに線膨張係数が異なる第１の実装体と第２の実装体を含み、
前記発光点の並び方向で前記第１の実装体と前記第２の実装体の肉厚比が異なる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いて構成されるレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションディスプレイは、比較的小さな装置で大きな画面が得られる特徴があり、最近の家庭用テレビの大型化の流れの中で、注目されている画像表示システムである。従来、プロジェクションディスプレイの光源には超高圧水銀ランプが用いられてきたが、その寿命の短さや演色性の悪さなどから、最近はＬＥＤ(Light Emitting Diode)やレーザを光源に用いるものも増えてきている。
【０００３】
ＬＥＤは、低価格で製造できるものの、発光面積が大きいため、小さなパネル（光空間変調素子）用には不向きである。その点、レーザは、発光点の小ささや、スペクトルの鋭さ（演色性のよさ）から、最近注目を集めている光源である。
【０００４】
ただし、レーザを光源として使用する場合に、どうしても避けられない問題が、スペックルノイズと呼ばれるスクリーンのギラギラ感である。レーザのようなコヒーレントな光がスクリーンに当たると、その干渉効果により、遠近感をもったギラギラ感となって認識される。
【０００５】
スペックルノイズの対策としては、光学素子やスクリーンを機械的に動かす手法が知られている。また、具体的な対策としては、主に光源や光学系に光路多重の機構を設けて、光源のコヒーレンシーを落とす提案がさまざまなされている。
【０００６】
例えば、特許文献１〜７には、レーザ光源自身に変調をかけるものが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８９５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０２２２６号公報
【特許文献３】特開２００４−９４１９９号公報
【特許文献４】特開２００４−９４２００号公報
【特許文献５】特開２００４−１５７５０４号公報
【特許文献６】特開２００４−７０２８６号公報
【特許文献７】特開２００４−１５７５０５号公報
【０００８】
また、特許文献８〜１３には、光源の光路をファイバーなどで分割するものが記載されている。
【０００９】
【特許文献８】特開平１１−１０１９２５号公報
【特許文献９】特開平１１−２２３７９５号公報
【特許文献１０】特開平１１−３２６６５３号公報
【特許文献１１】特開２０００−８９１６０号公報
【特許文献１２】特開２０００−１２１８３６号公報
【特許文献１３】特開２００３−１５６６９８号公報
【００１０】
また、特許文献１４〜１９には、拡散板（もしくは拡散効果があるもの）を入れて光路を乱すものが記載されている。
【００１１】
【特許文献１４】特開平１１−２１８７２６号公報
【特許文献１５】特開２００４−１３８６６９号公報
【特許文献１６】特開２００４−１４４９３６号公報
【特許文献１７】特開２００３−２７９８８９号公報
【特許文献１８】特表２００４−５３４２６５号公報
【特許文献１９】特開２００５−１０７７２号公報
【００１２】
また、特許文献２０，２１には、偏光方向を合成するものが記載されている。
【００１３】
【特許文献２０】特開２００３−１５６７１０号公報
【特許文献２１】特表２００３−５２１７４０号公報
【００１４】
また、特許文献２２〜２４には、拡散板を回転、振動させるものが記載されている。
【００１５】
【特許文献２２】特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献２３】特開２００２−９０８８１号公報
【特許文献２４】特開２００２−２９６５１４号公報
【００１６】
また、特許文献２５には、投影レンズを振動させるものが記載されている。
【００１７】
【特許文献２５】特開２００３−２１８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、光学素子やスクリーンを動かすといった対策では、それを実現するための部材が必要になる。このため、プロジェクションディスプレイの構成が大掛かりなものになってしまう。また、スペックルノイズ対策として光学素子やスクリーンを動かすと、スクリーン上で画像のボケが生じてしまう。さらに、光学素子やスクリーンを動かすには可動部が必須となるため、可動部の故障などによる信頼性の低下が懸念される。
【００１９】
本発明の目的は、複数の発光点を有する半導体レーザアレイを備えたレーザモジュールにおいて、半導体レーザの内部構造を変えることなく、発振波長の多重化（多波長化）を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係るレーザモジュールは、複数の発光点を有する半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイを実装する実装体とを備え、前記実装体は、前記発光点の並び方向で前記半導体レーザアレイに異なる応力を印加してなることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明に係るレーザモジュールにおいては、半導体レーザアレイが実装される実装体を用いて、発光点の並び方向で半導体レーザアレイに異なる応力を印加することにより、半導体レーザアレイ内の発振波長が、各々の発光点部分に作用する応力の大きさに応じて変化する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体レーザアレイが実装される実装体を用いて、発光点の並び方向で半導体レーザアレイに異なる応力を印加することにより、半導体レーザの内部構造を変えることなく、発振波長の多重化を実現することができる。
【００２３】
これにより、例えばプロジェクションディスプレイの光源としてレーザモジュールを用いる場合に、光学素子やスクリーンを機械的に動かさなくても、レーザ光源の多波長化に伴うコヒーレンシーの低下によってスペックルノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
まず、半導体レーザ素子の特性として、下記の参照文献で報告されているように、半導体材料のバンドギャップは格子歪によって変化し、圧縮歪を受けた際にはバンドギャップが拡大する方向に変化する。また、半導体レーザ素子内部の組成の違いによる応力だけではなく、半導体レーザ素子に外部から応力をかけることで、バンド構造が変化し、発振波長が変化することが知られている。
【００２６】
＜参照文献＞
「Effect of mismatch strain on band gap in III-V semiconductors」、Journal of Applied Physics、米国、1985、Vol.57 p.5428-5432
【００２７】
本発明では、上記の性質を利用して複数の半導体レーザ素子にそれぞれ異なる応力を加えることにより、当該複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイの発振波長を多重化する。
【００２８】
ここで、出願人による実験結果等においては、スペックルノイズと発振波長のスペクトル幅との間に相関があり、スペックルノイズを低減するには、スペクトル幅を拡大することが有効であることが分かっている。また、発振波長を多重化するにあたって、スペックルノイズの低減効果を得るには、スペクトルの半値幅が２ｎｍ以上必要であることが明らかになっている。
【００２９】
このため、半導体レーザアレイ全体で発振波長差が２ｎｍ以上であることが、スペックルノイズを低減するうえで必要な特性となる。ただし、半導体レーザアレイ全体の発振波長差を無制限に拡大すると、例えばプロジェクションディスプレイの光源として使用する場合に、発振波長差の影響で何らかの不具合（例えば、色再現領域の狭窄など）が生じることも懸念される。このため、発振波長差の下限値を２ｎｍ以上で規定する一方、発振波長差の上限値を例えば３０ｎｍ以下で規定することが望ましい。
【００３０】
活性層にGaInP（ガリウム・インジウム、リン）を用いたAlGaInP系６４０ｎｍ帯の半導体レーザアレイの場合を考える。仮に基準として発振波長を６４３ｎｍとすると、光のエネルギー［ｅＶ］＝１２４０／波長［ｎｍ］の関係式から、６４３ｎｍ＝１．９２８［ｅＶ］となる。これを２ｎｍ増やして６４１ｎｍとすると、上記の関係式から、６４１［ｎｍ］＝１．９３４［ｅＶ］となる。このため、発振波長差に対応する光エネルギーの差は、０．００６［ｅＶ］＝６［ｍｅＶ］となる。
【００３１】
活性層材料となるGaInPにおいて、６［ｍｅＶ］分のエネルギーを広げるための応力の大きさとしては、上記の参照文献の報告によれば、およそ１０００ｐｐｍの圧縮歪が必要となる。
【００３２】
ここで、複数の発光点を有する半導体レーザアレイに対して、当該半導体レーザアレイを構成する各々の半導体レーザ素子ごとに、端面領域に対して異なる値の外部応力が恒常的に印加される構成を簡便に実現するには、例えば、半導体レーザアレイのチップ（以下、「レーザアレイチップ」と記す）をヒートシンクにはんだ付けする工程で生じる次のような現象を利用することができる。
【００３３】
はんだ付けの際には、まずレーザアレイチップをはんだ材料を介してヒートシンクに重ねた状態で加熱し、はんだ材料の融点及び凝固点温度より高い温度Ｔにまで昇温する。ここでレーザアレイチップ及びヒートシンクはそれぞれの線膨張係数κL及びκHに応じて異なる膨張量となるκL(Ｔ−ＴR)及びκH(Ｔ−ＴR)で独立に膨張する。ここで、ＴRは室温（常温）である。
【００３４】
続いて、はんだ材料が溶融しレーザアレイチップ・ヒートシンクの双方に十分馴染み、熱平衡状態に達した後、室温ＴRまで降温する。この降温過程ではんだ材料は凝固点温度ＴSに達した時に凝固するが、凝固前(ＴS＜Ｔ)まではレーザアレイチップ・ヒートシンクは独立して収縮するのに対し、凝固後(Ｔ＜ＴS)にはレーザアレイチップがヒートシンクに接合され、以降両者は一体となって収縮する。
【００３５】
この結果、レーザアレイチップは自身よりも数十倍の厚みを持つヒートシンク材の収縮量であるκH(ＴS−ＴR)にならう形で収縮し、最終的には室温において以下の式で表される量の外部応力が恒常的に印加された状態となる。
【００３６】
｛κL(ＴS−ＴR)｝−｛κH(ＴS−ＴR)｝＝（κL−κH）(ＴS−ＴR)
【００３７】
ここで、レーザアレイチップとヒートシンクの線膨張係数差κL−κHの符号が負の場合には圧縮応力、正の場合には引っ張り応力、零の場合には無応力となる。
【００３８】
したがって、ヒートシンクの線膨張係数又ははんだ材料の凝固点を調整することで、レーザアレイチップの材料に与える歪の量を制御することができる。
【００３９】
本発明では、半導体レーザアレイを実装する実装体の線膨張係数をパラメータとして、半導体レーザアレイに異なる応力を印加することにより、半導体レーザアレイに生じる歪量を制御する。
【００４０】
具体的な実装形態として、半導体レーザアレイをダイレクトにヒートシンクに実装する場合は、ヒートシンクが実装体となり、半導体レーザアレイをサブマウントを介してヒートシンクに実装する場合は、サブマウント及び／又はヒートシンクが実装体となる。
【００４１】
本発明に係るレーザモジュールは、例えばプロジェクションディスプレイ用の光源として用いられるものである。ただし、レーザモジュールの用途は、これに限らず、例えばレーザ加工用の光源、医療用のレーザ光源などに用いてもよい。
【００４２】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの構成を示すもので、（Ａ）はレーザモジュールの上面図、（Ｂ）はレーザモジュールの正面図である。
【００４３】
図示したレーザモジュールは、半導体レーザアレイ１と、ヒートシンク２とを備えた構成となっている。図中のＸ方向は半導体レーザアレイ１の長手方向に相当し、図中のＹ方向は半導体レーザアレイ１の短手方向に相当する。また、図中のＺ方向は半導体レーザアレイ１及びヒートシンク２の厚み方向に相当する。これらＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交する方向となっている。
【００４４】
半導体レーザアレイ１は、一体構造をなす棒状のレーザアレイチップによって構成されている。半導体レーザアレイ１は、複数（図例では１０個）の発光点３を有している。１つの半導体レーザアレイ１に設けられる発光点３の個数は、必要に応じて増減される。
【００４５】
半導体レーザアレイ１は、例えばＧａＡｓ（ガリウム−ヒ素）からなるｎ型の伝導性基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム−ガリウム−インジウム−リン）系化合物半導体からなる、ＧａＩｎＰ活性層を含む半導体層を有する半導体レーザ素子を、１つのレーザアレイチップ内に複数並べて設けることにより、当該複数の半導体レーザ素子と１：１の対応関係をなす複数の発光点３を有するものである。
【００４６】
各々の発光点３は、半導体レーザアレイ１の短手方向（Ｙ方向）の前端面に設けられている。また、各々の発光点３は、半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ方向）に所定の間隔で並べて設けられている。
【００４７】
半導体レーザアレイ１は、例えば発振波長が６４０ｎｍ帯の赤色レーザや、赤外線レーザなどを構成するものである。半導体レーザアレイ１を構成する各半導体レーザ素子の発振波長は、当該半導体レーザアレイ１を製造する段階では等しく設定されている。このため、半導体レーザアレイ１単体（外部から応力が加えられていない状態）の発振特性は、基準となる発振波長に対して、レーザアレイ全体での発振波長のスペクトル幅が１ｎｍ程度に収まっている。
【００４８】
半導体レーザアレイ１の長手寸法（Ｘ方向のレーザアレイチップ寸法）は、例えば１０ｍｍ程度に設定され、半導体レーザアレイ１の短手方向（Ｙ方向）における各半導体レーザ素子の共振器長は、例えば７００μｍ程度に設定されている。また、半導体レーザアレイ１の厚み寸法（Ｚ方向のレーザアレイチップ寸法）は、例えば１００μｍ程度に設定されている。
【００４９】
半導体レーザアレイ１は、例えば、ＡｕＳｎ（金−スズ）系のはんだ材料を接合材料に用いて、ヒートシンク２の上面に実装（接合固定）されている。ヒートシンク２の上面では、複数の発光点３が並ぶ半導体レーザアレイ１の端面部分とこれに対応するヒートシンク２の端面部分が互いに同一面状に揃えて配置されている。
【００５０】
ヒートシンク２は、高い熱伝導性を有するヒートシンク材料として、例えば、ＣｕＷ（銅−タングステン）などの焼結体を用いて構成されている。ヒートシンク２の熱伝導性は、半導体レーザアレイ１で発生する熱を効率良く逃がして、半導体レーザアレイ１を適度な温度に維持するために必要な特性である。
【００５１】
ヒートシンク２を構成するＣｕＷの組成（成分比率）は、発光点３の並び方向となるＸ方向で異なっている。例えば、ヒートシンク２における半導体レーザアレイ１の実装領域では、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、ＣｕＷの組成が徐々に変化している。
【００５２】
このようにＣｕＷの組成を変化させることにより、半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ等で接合する際に、半導体レーザ材料とヒートシンク材料の線膨張係数の違いにより、半導体レーザアレイ１に応力が加わる。この場合、半導体レーザアレイ１に加わる応力の大きさは、ＣｕＷの組成に応じて変わる。すなわち、Ｃｕの線膨張係数はＷの線膨張係数よりも大きいため、半導体レーザアレイ１の長手方向でＣｕの組成（％）が高い部分ほど大きな応力が加わり、その分だけ歪量も多くなる。
【００５３】
その結果、半導体レーザアレイ１内では、当該半導体レーザアレイ１に加わる応力と、これに伴う各半導体レーザ素子のバンド構造の変化によって、発振波長が変化する。また、半導体レーザアレイ１全体の発振波長差は、当該半導体レーザアレイ１に加わる応力の最大値及び最小値の差分に対応したものとなる。
【００５４】
一例として、GaAs基板上に作成され、GaInP活性層を持つAlGaInP系の発振波長６４０ｎｍ帯の半導体レーザアレイ１を、ＣｕＷからなるヒートシンク２に、融点が２８０℃のＡｕＳｎはんだを用いて、室温の環境で実装した場合を考える。
【００５５】
図２はＣｕ組成とＣｕＷ線膨張係数の相関を示すもので、横軸にＣｕの組成（成分比率）［％］をとり、縦軸にＣｕＷの線膨張係数［ｐｐｍ／Ｋ］をとっている。この図２においては、Ｃｕが０％（Ｗが１００％）のときのＣｕＷの線膨張係数が、Ｗの線膨張係数（４．５ｐｐｍ／Ｋ）と同じ値になっており、Ｃｕが１００％（Ｗが０％）のときのＣｕＷの線膨張係数が、Ｃｕの線膨張係数（１６．８ｐｐｍ／Ｋ）と同じ値になっている。
【００５６】
ヒートシンク２のＣｕＷの組成として、例えば、半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ方向）の一端部１Ａに対応する部分で、Ｃｕを１６％、Ｗを８４％含んだものを用いるとすると、その部分のヒートシンク２の線膨張係数は、上記図２に示す相関を表す式から６．５ｐｐｍ／Ｋと求まる。
【００５７】
この場合、加熱によって半導体レーザアレイ１とヒートシンク２をはんだ接合すると、これを室温（２５℃）に戻したときに、ヒートシンク２から受ける応力によって半導体レーザアレイ１が変化する割合は、半導体レーザアレイ１の主材料となるGaAs基板の線膨張係数が５．９ｐｐｍ／Ｋであることから、下記の計算式によって“−１５３ｐｐｍ”と求まる。前述のように、符号が正の場合には引張り応力、負の場合は圧縮応力に対応する。
【００５８】
（５．９−６．５）×（２８０−２５）＝−１５３［ｐｐｍ］
【００５９】
先に述べたようにGaInPを活性層に用いた場合に、ピーク波長差を２ｎｍ以上つけるとすると、半導体レーザアレイ１の長手方向の他端側では、上記参照文献の報告から１０００ｐｐｍに対応する圧縮歪が必要となる。そこで、半導体レーザアレイ１の長手方向の他端部１Ｂに対応する部分で、１０００ｐｐｍの圧縮歪を生じさせるために必要なＣｕＷの線膨張係数（κH）を下記の計算式によって求める。
【００６０】
（５．９−κH）×（２８０−２５）≦−１５３−１０００［ｐｐｍ］
κH≧１０．４［ｐｐｍ／Ｋ］
【００６１】
この線膨張係数の条件を満たすＣｕＷの組成は、上記図２に示す相関を表す式からＣｕ４８％以上と求まる。したがって、ヒートシンク２を構成するＣｕＷの組成として、例えば、上述のように半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａに対応する部分で、Ｃｕを１６％、Ｗを８４％含んだものを用いた場合は、半導体レーザアレイ１の長手方向の他端部１Ｂに対応する部分で、Ｃｕを４８％、Ｗを５２％含んだもの用いることにより、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍの発振波長差をもたせることができる。また、半導体レーザアレイ１の長手方向の他端部１Ｂに対応する部分で、Ｃｕを４８％以上含んだものを用いることにより、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍ以上の発振波長差をもたせることができる。
【００６２】
したがって、半導体レーザアレイ１とヒートシンク２を有するレーザモジュールをプロジェクションディスプレイの光源に用いる場合に、半導体レーザアレイ１の多波長化に伴うコヒーレンシーの低下によってスペックルノイズを低減することができる。
【００６３】
具体例として、図３に示すように、半導体レーザアレイ１の実装領域において、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、ヒートシンク２の線膨張係数が徐々に小さくなるように、ＣｕＷの組成を連続的に変化させた場合は、はんだ接合によってヒートシンク２に半導体レーザアレイ１を実装した際に、各々の発光点３部分に作用する応力の大きさが異なるものとなる。また、各々の発光点３部分に作用する応力の大きさに応じて、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａには相対的に大きな圧縮歪が生じ、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂには相対的に小さな圧縮歪が生じる。
【００６４】
これに対して、半導体レーザアレイ１に含まれる各々の半導体レーザ素子の発振波長は、当該半導体レーザ素子の発光点３部分に生じる圧縮歪が大きくなると短くなる。このため、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に短くなり、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に長くなる。
【００６５】
したがって、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａに対応する部分のＣｕＷの組成を、Ｃｕ＝４８％、Ｗ＝５２％とし、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂに対応する部分のＣｕＷの組成を、Ｃｕ＝１６％、Ｗ＝８４％として、ヒートシンク材料の組成をＸ方向で徐々に変化させた構成を採用することにより、半導体レーザアレイ１に加わる応力の差を利用して発振波長を多重化させ、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍの発振波長差をもたせることができる。
【００６６】
なお、ヒートシンク２に適用するヒートシンク材料としては、ＣｕＷに限らず、互いに線膨張係数差があり、半導体レーザアレイ１にかかる応力を変化させ得るものであればよい。具体的には、ＣｕＷ以外のヒートシンク材料として、Ｃｕ−Ｍｏ、Ａｌ−ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが考えられる。またこれらの材料を複合したものでもよい。
【００６７】
また、上記第１実施形態においては、ヒートシンク２にダイレクトに半導体レーザアレイ１を実装する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば図４に示すように、ヒートシンク２にサブマウント（応力緩和部材）４を介して半導体レーザアレイ１を実装する場合は、ヒートシンク材料に代えて、又はヒートシンク材料と併せて、サブマウント材料の組成をＸ方向で徐々に変化させた構成を採用すればよい。
【００６８】
＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの構成を示すもので、（Ａ）はレーザモジュールの上面図、（Ｂ）はレーザモジュールの正面図である。なお、本第２実施形態においては、上記第１実施形態で挙げた構成要素と相対応する部分に同じ符号を付して説明する。
【００６９】
図示したレーザモジュールは、半導体レーザアレイ１と、サブマウント４と、ヒートシンク２とを備えた構成となっている。
【００７０】
サブマウント４は、応力緩和部材として半導体レーザアレイ１とヒートシンク２との間に介装されるものである。サブマウント４は、ヒートシンク材料よりも線膨張係数が小さいサブマウント材料、例えばＳｉＣなどのサブマウント材料によって構成されている。
【００７１】
ヒートシンク２は、熱伝導性の高いヒートシンク材料、例えばＣｕなどのヒートシンク材料によって構成されている。このヒートシンク２に対しては、サブマウント４を介して半導体レーザアレイ１が実装されている。
【００７２】
半導体レーザアレイ１の実装領域では、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、ヒートシンク２とサブマウント４の肉厚比（厚みの割合）が徐々に変化している。
【００７３】
具体的には、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚は階段状に厚くなっているのに対して、ヒートシンク２の肉厚は階段状に薄くなっている。ただし、サブマウント４とヒートシンク２を合わせたトータルの肉厚は、半導体レーザアレイ１の長手方向で一定になっている。
【００７４】
このように半導体レーザアレイ１の実装領域でサブマウント４とヒートシンク２の肉厚比を変えることにより、サブマウント４を間に挟んで半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ等で接合する際に、半導体レーザアレイ１に加わる応力の大きさが、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比に応じて変わる。すなわち、ヒートシンク２の線膨張係数はサブマウント４の線膨張係数よりも大きいため、半導体レーザアレイ１の長手方向でヒートシンク２の肉厚比が高い部分ほど大きな応力が加わり、その分だけ歪量も多くなる。
【００７５】
その結果、半導体レーザアレイ１内では、当該半導体レーザアレイ１に加わる応力と、これに伴う各半導体レーザ素子のバンド構造の変化によって、発振波長が変化する。また、半導体レーザアレイ１全体の発振波長差は、当該半導体レーザアレイ１に加わる応力の最大値及び最小値の差分に対応したものとなる。
【００７６】
一例として、GaAs基板上に作成され、GaInP活性層を持つAlGaInP系の発振波長６４０ｎｍ帯の半導体レーザアレイ１を、ＳｉＣからなるサブマウント４を介して、Ｃｕからなるヒートシンク２に、融点が２８０℃のＡｕＳｎはんだを用いて、室温の環境で実装した場合を考える。
【００７７】
また、長手寸法が１０ｍｍの半導体レーザアレイ１の実装領域の直下において、サブマウント４の肉厚寸法は、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、２．５ｍｍおきに、１．０ｍｍ→１．５ｍｍ→２．０ｍｍ→２．５ｍｍと、０．５ｍｍずつ厚くなっているのに対して、ヒートシンク２の肉厚寸法は、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、２．５ｍｍおきに、４．０ｍｍ→３．５ｍｍ→３．０ｍｍ→２．５ｍｍと、０．５ｍｍずつ薄くなっている。この場合、サブマウント４とヒートシンク２を合わせた厚みは５．０ｍｍで一定となる。
【００７８】
上記の例で、まず、サブマウント４の肉厚寸法が１．０ｍｍ、ヒートシンク２の肉厚寸法が４．０ｍｍの部分で、半導体レーザアレイ１に加わる応力を計算する。この部分をＳｉＣとＣｕの複合体と考えると、当該複合体の線膨張係数は、それぞれの材料の線膨張係数に肉厚比をかけて足したものと考えられる。このため、上記複合体の線膨張係数は、下記の計算式によって“１４．０４ｐｐｍ／Ｋ”となる。
【００７９】
3×1.0/(1.0+4.0) + 16.8×4.0/(1.0+4.0) = 14.04 [ppm/K]
【００８０】
したがって、サブマウント４＝１．０ｍｍ、ヒートシンク２＝４．０ｍｍの複合体に対応する部分で半導体レーザアレイ１に加わる応力は、下記の計算式から“−２０７６ｐｐｍ”となる。
【００８１】
（5.9−14.04）×(280−25) = -2076[ppm]
【００８２】
一方、上記同様の手法で、サブマウント４の肉厚寸法が２．５ｍｍ、ヒートシンク２の肉厚寸法が２．５ｍｍの部分で、半導体レーザアレイ１に加わる応力を計算すると、その複合体の線膨張係数は、下記の計算式によって“９．９ｐｐｍ／Ｋ”となる。
【００８３】
3×2.5/(2.5+2.5) + 16.8×2.5/(2.5+2.5) = 9.9 [ppm/K]
【００８４】
したがって、サブマウント４＝２．５ｍｍ、ヒートシンク２＝２．５ｍｍの複合体に対応する部分で半導体レーザアレイ１に加わる応力は、下記の計算式から“−１０２０ｐｐｍ”となる。
【００８５】
（5.9−9.9）×(280−25) = -1020[ppm]
【００８６】
これにより、GaInP活性層をもつ半導体レーザアレイ１については、その一端部１Ａと他端部１Ｂで相対的に１０００ｐｐｍ以上の応力（歪量）差を生じさせ、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍの発振波長差をもたせることができる。
【００８７】
この場合、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚寸法は段階的に厚く、ヒートシンク２の肉厚寸法が段階的に薄くなっているため、図６に示すように、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａには相対的に大きな圧縮歪が生じ、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂには相対的に小さな圧縮歪が生じることになる。このため、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に短くなり、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に長くなる。
【００８８】
ちなみに、サブマウント４を介して半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ材料などを用いて接合した場合の最終形態としては、上記図５（Ｂ）にも示すように、サブマウント４の上面（半導体レーザアレイ１が搭載される面）とヒートシンク２の底面とが互いに平行になるように、それぞれの厚みを調整したものが好ましい。
【００８９】
図７は本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第１変形例を示す正面図である。図示したレーザモジュールにおいては、半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ方向）でサブマウント４とヒートシンク２の肉厚比がスロープ状に変化している。
【００９０】
具体的には、半導体レーザアレイ１の長手方向の中心部から両端部１Ａ，１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚はスロープ状に厚くなっているのに対して、ヒートシンク２の肉厚はスロープ状に薄くなっている。ただし、サブマウント４とヒートシンク２を合わせたトータルの肉厚は、半導体レーザアレイ１の長手方向で一定になっている。
【００９１】
かかる構成を採用した場合は、半導体レーザアレイ１の実装領域において、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚寸法は連続的に厚く、ヒートシンク２の肉厚寸法が連続的に薄くなっているため、サブマウント４を間に挟んで半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ等で接合する際に、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａには相対的に大きな圧縮歪が生じ、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂには相対的に小さな圧縮歪が生じることになる。
【００９２】
このため、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に短くなり、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に長くなる。したがって、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａと他端部１Ｂで相対的に１０００ｐｐｍ以上の応力（歪量）差を生じるように、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比を変えることにより、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍ以上の発振波長差をもたせることができる。
【００９３】
図８は本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第２変形例を示す正面図である。図示したレーザモジュールにおいては、半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ方向）の中心部から両端部１Ａ，１Ｂに向かって、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比が、左右対称なかたちで徐々に変化している。
【００９４】
具体的には、半導体レーザアレイ１の長手方向の中心部から両端部１Ａ，１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚は階段状に厚くなっているのに対して、ヒートシンク２の肉厚は階段状に薄くなっている。ただし、サブマウント４とヒートシンク２を合わせたトータルの肉厚は、半導体レーザアレイ１の長手方向で一定になっている。
【００９５】
かかる構成を採用した場合は、半導体レーザアレイ１の長手方向の中心部から両端部１Ａ，１Ｂに向かって、ヒートシンク２の肉厚寸法が段階的に薄くなっているため、サブマウント４を間に挟んで半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ等で接合する際に、半導体レーザアレイ１の長手方向の中心部では相対的に大きな圧縮歪が生じ、半導体レーザアレイ１の長手方向の両端部１Ａ，１Ｂでは相対的に小さな圧縮歪が生じることになる。
【００９６】
このため、半導体レーザアレイ１の長手方向の中心部に配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に短くなり、半導体レーザアレイ１の両端部１Ａ，１Ｂに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に長くなる。したがって、半導体レーザアレイ１の中央部と両端部１Ａ，１Ｂで相対的に１０００ｐｐｍ以上の応力（歪量）差を生じるように、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比を変えることにより、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍ以上の発振波長差をもたせることができる。
【００９７】
図９は本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第３変形例を示す正面図である。図示したレーザモジュールにおいては、半導体レーザアレイ１の長手方向（Ｘ方向）の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比が徐々に変化している。
【００９８】
具体的には、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚は階段状に厚くなっているのに対して、ヒートシンク２の肉厚は階段状に薄くなっている。ただし、サブマウント４とヒートシンク２を合わせたトータルの肉厚は、半導体レーザアレイ１の長手方向で一定になっている。
【００９９】
また、サブマウント４は、第１のサブマウント材料からなる薄膜層４Ａと、第１のサブマウント材料と線膨張係数が異なる第２のサブマウント材料からなる薄膜層４Ｂを、交互に積層した積層体によって構成されている。
【０１００】
薄膜層４Ａは、例えばＳｉＣを第１のサブマウント材料に用いて形成されている。薄膜層４Ｂは、例えばＡｌＮを第２のサブマウント材料に用いて形成されている。各々の薄膜層４Ａ，４Ｂは、同じ厚みで積層されている。
【０１０１】
サブマウント４の層数は、最多で７層（薄膜層４Ａが４層＋薄膜層４Ｂが３層）となっている。また、長手寸法が１０ｍｍの半導体レーザアレイ１の実装領域の直下において、サブマウント４の層数は、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、１．２５ｍｍおきに、０層→１層→２層→３層→４層→５層→６層→７層と、１層ずつ順に増えている。
【０１０２】
こうしたサブマウント４の積層構造に対応して、サブマウント４の上面は、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって階段状に低く（サブマウント４の肉厚が薄く）なるように形成されている。また、半導体レーザアレイ１の長手方向において、各々の薄膜層４Ａ，４Ｂの一端部は、ヒートシンク２の一端部と揃えて配置されている。
【０１０３】
かかる構成を採用した場合は、半導体レーザアレイ１の実装領域において、半導体レーザアレイ１の長手方向の一端部１Ａから他端部１Ｂに向かって、サブマウント４の肉厚寸法は段階的に厚く、ヒートシンク２の肉厚寸法が段階的に薄くなっているため、サブマウント４を間に挟んで半導体レーザアレイ１をヒートシンク２にはんだ等で接合する際に、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａには相対的に大きな圧縮歪が生じ、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂには相対的に小さな圧縮歪が生じることになる。
【０１０４】
このため、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に短くなり、半導体レーザアレイ１の他端部１Ｂに配置された半導体レーザ素子の発振波長は相対的に長くなる。したがって、半導体レーザアレイ１の一端部１Ａと他端部１Ｂで相対的に１０００ｐｐｍ以上の応力（歪量）差を生じるように、サブマウント４とヒートシンク２の肉厚比を変えることにより、半導体レーザアレイ１全体で２ｎｍ以上の発振波長差をもたせることができる。
【０１０５】
なお、上記各実施形態においては、半導体レーザアレイ１の構成として、１つのレーザアレイチップ（レーザバー）内に複数の半導体レーザ素子を並設した一体型のものを例示したが、本発明はこれに限らず、互いに独立（分離）した複数の半導体レーザ素子をＸ方向に一次元状に並べてアレイ化したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの構成を示すもので、（Ａ）はレーザモジュールの上面図、（Ｂ）はレーザモジュールの正面図である。
【図２】Ｃｕ組成とＣｕＷ線膨張係数の相関を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの特性を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態にレーザモジュールの変形例を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの構成を示すもので、（Ａ）はレーザモジュールの上面図、（Ｂ）はレーザモジュールの正面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの特性を説明する図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第１変形例を示す正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第２変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの第３変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…半導体レーザアレイ、２…ヒートシンク、３…発光点、４…サブマウント
【図１】
2009111230.tif 000003
【図２】
2009111230.tif 000004
【図３】
2009111230.tif 000005
【図４】
2009111230.tif 000006
【図５】
2009111230.tif 000007
【図６】
2009111230.tif 000008
【図７】
2009111230.tif 000009
【図８】
2009111230.tif 000010
【図９】
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