JP2006086229A - 半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートシンクと、ヒートシンク間の連通水路との間の流体漏れが防止可能な、半導体レーザ素子を効率的に冷却するヒートシンクを備えた半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ装置１は、流体の出入口３２ａ，３１ｂを当該ヒートシンク２１の外壁面２２ａに含む流体流路３０を内部に有するヒートシンク２１と、出入口３２ａ，３１ｂのそれぞれと連通する連通孔７１ａ，７１ｂを有するスペーサ７０と、連通孔７１ａ，７１ｂのそれぞれの内部に収容される封止部材４０，４１と、外壁面２２ａ上に配置された半導体レーザ素子８０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置に関する。

大出力の半導体レーザ素子等の発熱体を冷却するのに必要不可欠なヒートシンクとして、流体流路を有し、該流体流路内に発熱体を冷却するための流体を還流させる構造のヒートシンクが知られている。半導体レーザ素子を冷却するには、図４に示すように、ヒートシンクにより半導体レーザ素子を挟むようにマウントし、これを積層する構成を採用する。

この場合、ヒートシンクと、ヒートシンク間の流体の連通水路との間の流体の漏れを防止するために、封止部材を用いる試みがなされている。例えば、下記特許文献１では、流体漏れを防止する封止部材としてＯリングを採用し、ヒートシンクとなる各水冷フィンの外表面にＯリングを保持できる座グリを備えている。また、下記特許文献２では、封止部材としてＯリングを採用し、キャリアシートの外表面にＯリングを保持できる溝を備えている。

このように、Oリング等の封止部材の位置を保持するために、水冷フィンやキャリアシートの外表面には、上記の座グリや溝のような保持溝が必要となる。特に、水圧・油圧機械で用いられる流体の圧力である１０〜８０気圧と同程度の圧力の流体を還流させる場合はより必要となる。
特開平５−２３５２２１号公報 米国特許第５，０７９，６１９号明細書

しかしながら、封止部材の位置を保持するための保持溝を、水冷フィンやキャリアシートの外表面に備えた場合、保持溝に収容された封止部材の位置のズレが生じる可能性があり、保持溝の近傍からの流体漏れを防止できないという恐れがある。

また、発明者らが通常用いるヒートシンクの厚さは１．１ｍｍであり、このヒートシンクを構成する複数の金属部材の厚さはそれぞれ最大０．２ｍｍ程度と薄いため、ヒートシンクに保持溝を設けることは不可能で封止部材を備えることができず、ヒートシンクと連通水路との間の流体漏れを防止できないという問題がある。さらに発明者らは、封止部材を使用せず、ヒートシンク間の連通水路用弾性体シートを加圧して流体漏れを防止しようと試みたが、弾性値が極度に小さく流体漏れを防止できなかったという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ヒートシンクと、ヒートシンク間の連通水路との間の流体漏れが防止可能な、半導体レーザ素子を効率的に冷却するヒートシンクを備えた半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、流体の出入口を当該ヒートシンクの外壁面に含む流体流路を内部に有するヒートシンクと、出入口と連通する連通孔を有するスペーサと、連通孔の内部に収容される環状封止部材と、外壁面上に配置された半導体レーザ素子と、を備えることを特徴とする。

ここで、スペーサは、連通孔の内部に環状封止部材を収容している。これにより、流体の給排水口をスペーサに接続した場合、環状封止部材の位置ズレが防止され、スペーサが有する連通孔とヒートシンクが有する出入口や給排水口との間の気密性が高まる。この結果、ヒートシンクに保持溝を備えることなく、ヒートシンクや給排水口と、連通水路を有するスペーサとの間の流体漏れが防止できる。

さらに、ヒートシンクの外壁面上に半導体レーザ素子を配置している。これにより、流体流路に流体を還流することにより、半導体レーザ素子を効率的に冷却できる。

また、ヒートシンクは、複数の金属部材を結合してなり、金属部材は、流体流路の一部である、貫通孔と貫通孔とつながる溝部とを有することも好ましい。このような構成を採用した場合、金属部材同士を接合することで、内部に流体が還流される流体流路が形成されたヒートシンクが容易に構成できる。

また、ヒートシンクとスペーサとの間には、接着剤が介在することも好ましい。このような構成を採用した場合、ヒートシンクとスペーサとがこれらを接合するのが困難な材料からなる場合でも、接合が可能となる。

また、スペーサは、セラミック製又はガラスエポキシ製であることが好ましい。このような構成を採用した場合、流体漏れを防止するために、半導体レーザ装置を複数積層させて積層方向に圧縮するように加圧しても、スペーサの弾性値が大きく、複数積層させた半導体レーザ装置の形状が安定して流体漏れがより防止できる。また、優れた気密性を持たせるために要する加圧のための圧力を、低くすることができる。さらに、ヒートシンクに挟まれる半導体レーザ素子に加わるストレスを防止することができる。

また、環状封止部材は、Ｏ字形状であることも好ましい。このような構成を採用した場合、連通孔の内壁面を被覆するようにＯ字形状の環状封止部材が収容されることとなり、スペーサとヒートシンクとの間の流体漏れがより防止できる。

また、半導体レーザ素子は、電気的接触を保つ状態で外壁面上に配置されることも好ましい。このような構成を採用した場合、ヒートシンクを、複数の半導体レーザ素子に挟んで配置した場合に、該ヒートシンクを半導体レーザ素子間の電気的導通路とすることが可能となる。

本発明の半導体レーザスタック装置は、流体の第１出入口を当該第１ヒートシンクの第１外壁面に含む第１流体流路を内部に有する第１ヒートシンクと、第１出入口と連通する第１連通孔を有する第１スペーサと、第１連通孔の内部に収容される第１環状封止部材と、第１連通孔と連通する第２出入口を当該第２ヒートシンクの第２外壁面に含むとともに第３出入口を当該第２ヒートシンクの第３外壁面に含む第２流体流路を内部に有する第２ヒートシンクと、第３出入口と連通する第２連通孔を有する第２スペーサと、第２連通孔の内部に収容される第２環状封止部材と、第２連通孔と連通する第４出入口を当該第３ヒートシンクの第４外壁面に含む第３流体流路を内部に有する第３ヒートシンクと、第１及び第２外壁面に接触して配置された第１半導体レーザ素子と、第３及び第４外壁面に接触して配置された第２半導体レーザ素子と、を備えることを特徴とする。

ここで、スペーサは、連通孔の内部に環状封止部材を収容している。これにより、ヒートシンクの出入口や流体の給排水口をスペーサに接続した場合、環状封止部材の位置ズレが防止され、スペーサが有する連通孔とヒートシンクの出入口や給排水口との間の気密性が高まる。この結果、ヒートシンクに保持溝を備えることなく、ヒートシンクや給排水口と、連通水路を有するスペーサとの間の流体漏れが防止できる。

さらに、ヒートシンクの外壁面上に半導体レーザ素子を配置している。これにより、流体流路に流体を還流することにより、半導体レーザ素子を効率的に冷却できる。この結果、一定間隔でヒートシンクにより挟まれた全ての半導体レーザ素子を効率的に冷却しながら、集光性が向上したレーザ光を出射できる半導体レーザスタック装置を構成できる。

本発明によれば、ヒートシンクと、ヒートシンク間の連通水路との間の流体漏れが防止可能な、半導体レーザ素子を効率的に冷却するヒートシンクを備えた半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。さらに、本発明はこれに限定されるものではない。

［第１実施形態］
半導体レーザ装置１の第１実施形態の構成について説明する。

図１は、半導体レーザ装置１の構造を示す分解斜視図である。

半導体レーザ装置１は、ヒートシンク２１、スペーサ７０、環状封止部材（以下、「封止部材」と称す。）４０，４１、及び半導体レーザ素子８０を備えている。ヒートシンク２１は、内部に流体流路３０を有し、流体流路３０は、流体の出入口３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂをヒートシンク２１の外壁面２２ａ，２２ｂに含む。スペーサ７０は、流体の出入口３２ａ，３１ｂとそれぞれ連通する連通孔７１ａ，７１ｂを有し、外壁面２２ａ上に配置されている封止部材４０，４１は、それぞれ連通孔７１ａ，７１ｂの内部に収容されている。半導体レーザ素子８０は、外壁面２２ａ上に配置されている。

なお、連通孔の内部に封止部材が収容されている状態とは、単一の連通孔の内部に単一の封止部材が入れられている状態であることを示す。また、ヒートシンクは、封止部材の一部又は全部を有することはなく、このため、封止部材の一部又は全部を有するための溝や座グリ等の空間を有することもない。

ヒートシンク２１は、伝熱性が高いものが好ましい。また、ヒートシンク２１は、第１金属部材２１ａ，第２金属部材２１ｂ，第３金属部材２１ｃを接着してなり、内部に流体流路３０を有する。なお、これらの金属部材２１ａ〜２１ｃは、伝熱性を有すれば特に限定されず、例えば銅製部材など伝熱性が高いものが好ましい。また、ヒートシンク２１の外壁面２２ａ及び外壁面２２ｂとは、対向している。

図２は、半導体レーザ装置１の別の構造を示す分解斜視図である。

ヒートシンク２１は、図２に示すように、５つの金属部材２１ｄ〜２１ｈから構成されてもよい。

さらに金属部材２１ａ〜２１ｃは、図１に示すように、流体流路３０の一部であり結合時に流体流路３０を形成する、貫通孔３０ｂと、貫通孔３０ｂにつながる溝部３０ａ，３０ｃとを有してもよい。この場合、金属部材同士を接着することで、内部に流体流路３０が形成されたヒートシンク２１が容易に構成できる。

また、流体流路３０は、貫通孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃから構成される流入口３１（図３参照）、及び貫通孔２４ａ，２４ｂ，２４ｃから構成される流出口３２（図３参照）を有する。さらに、流入口３１は、流体の出入口３１ａ，３１ｂそれぞれをヒートシンク２１の外壁面２２ｂ，２２ａに含み、流出口３２は、流体の出入口３２ａ，３２ｂそれぞれをヒートシンク２１の外壁面２２ａ，２２ｂに含む。

第１金属部材２１ａは、２つの貫通孔２４ａ，２５ａ及び溝部３０ａを有する。溝部３０ａは、深さが金属部材２１ａの厚さの約半分程度であり、一部が貫通孔２５ａとつながっている。

第３金属部材２１ｃは、第１金属部材２１ａの貫通孔２４ａ，２５ａそれぞれに重なる位置に２つの貫通孔２４ｃ，２５ｃを有する。また、第３金属部材２１ｃは、第３金属部材２１ｃの厚さの約半分程度の深さである溝部３０ｃを有し、一部が貫通孔２４ｃとつながっている。ここで、溝部３０ｃの一部は、第１金属部材２１ａの溝部３０ａと重なっている。

第２金属部材２１ｂは、第１金属部材２１ａの貫通孔２４ａ，２５ａそれぞれに重なる位置に２つの貫通孔２４ｂ，２５ｂを有する。また、第１金属部材２１ａの溝部３０ａと、第３金属部材２１ｃの溝部３０ｃとが重なる部分には、複数の貫通孔３０ｂが形成されている。なお、複数の貫通孔３０ｂは、ヒートシンク２１の外壁面２２ａ上に配置される半導体レーザ素子の配置領域に重なる位置に形成されている。これにより、流体流路３０に流体を還流することにより、半導体レーザ素子８０を効率的に冷却できる。

スペーサ７０は、流体の出入口３２ａ，３１ｂそれぞれと連通する連通孔７１ａ，７１ｂを有する。これにより、流体の出入口３２ａ，３１ｂは、それぞれ連通孔７１ａ，７１ｂと重なっている。なお、連通孔７１ａ，７１ｂは、出入口３２ａ，３１ｂよりも大きい孔であり、連通孔７１ａ，７１ｂの径は一定である。また、スペーサ７０は、連通孔７１ａ，７１ｂの内部にそれぞれ封止部材４０，４１を収容している。

また、スペーサ７０は、セラミック製またはガラスエポキシ製であることが好ましい。セラミック製とは、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）製、窒化アルミニウム製、ジルコニア製等を指す。このような構成を採用した場合、流体漏れを防止するために、半導体レーザ装置１を複数積層させて積層方向に圧縮するように加圧しても、スペーサ７０の弾性値が大きいため、複数積層させた半導体レーザ装置１の形状が安定して流体漏れがより防止できる。

また、優れた気密性を持たせるために要する加圧のための圧力を、低くすることができる。さらに、ヒートシンク２１に挟まれる半導体レーザ素子８０に加わるストレスを防止できる。

なお、スペーサ７０とヒートシンク２１との間には、接着剤５４が介在することも好ましい。これにより、スペーサ７０とヒートシンク２１とがお互いを接合するのが困難な材料からなる場合でも、接着することができる。なお、接着剤５４は、スペーサ７０とヒートシンク２１とが接触する部分にのみ存在する。また、スペーサ７０は、絶縁性を有することが好ましい。これにより、金属部材２１ａから流した電流は全て半導体レーザ素子８０へ流すことができる。

封止部材４０，４１は、連通孔７１ａ，７１ｂそれぞれと出入口３２ａ，３１ｂ等との間を気密性を有するように封止し、絶縁性を有すれば特に限定されず、例えばゴム製であるのも好ましい。流体の給排水口をスペーサ７０に接続した場合、封止部材４０，４１が、給排水口とヒートシンク２１とにより挟まれて潰されながら接触する。この挟まれて潰されながら接触する部分の摩擦力のために、封止部材４０，４１の位置ズレが防止される。

この結果、スペーサ７０が有する連通孔７１ａ，７１ｂのそれぞれと、ヒートシンク２１が有する出入口３２ａ，３１ｂとの気密性、又は連通孔７１ａ，７１ｂと給排水口との間の気密性が高まり、ヒートシンク２１に保持溝を備えることなく、ヒートシンク２１や給排水口と、スペーサ７０との間の流体漏れが防止できる。

また、封止部材４０，４１は、Ｏ字形状であることも好ましく、Ｏリングでもよい。このような構成を採用した場合、スペーサ７０の連通孔７１ａ，７１ｂそれぞれの内壁面を被覆するようにＯ字形状の封止部材４０，４１が収容されることとなり、ヒートシンク２１や給排水口とスペーサ７０との間の流体漏れがより防止できる。

半導体レーザ素子８０は、ヒートシンク２１の外壁面２２ａ上に配置されている。半導体レーザ素子８０は、電圧を印加することによりレーザ光を出射する素子である。半導体レーザ素子８０を外壁面２２ａと熱的接触を保つ状態で外壁面２２ａ上に配置し、流体流路３０に流体を還流することにより、半導体レーザ素子８０を効率的に冷却できる。

また、半導体レーザ素子８０は、電気的接触を保つ状態でヒートシンク２１の外壁面２２ａ上に配置されることも好ましく、例えば、半導体レーザ素子８０とヒートシンク２１との間には、半田材５２が介在してもよい。このような構成を採用した場合、ヒートシンク２１を、複数の半導体レーザ素子８０に挟んで配置した場合に、該ヒートシンク２１を半導体レーザ素子８０間の電気的導通路とすることが可能となる。

次に、流体の流れについて、説明を行う。

連通孔７１ｂまたは貫通孔２５ａから流入した流体は、白矢印の方向に沿って、連通孔７１ａまたは貫通孔２４ａから流出する。すなわち、流入口に流入した流体は、第１金属部材２１ａの溝部３０ａと第２金属部材２１ｂの下面とによって形成された流路を経由して貫通孔３０ｂへ流入する。次に、この流体は、第２金属部材２１ｂの上面と第３金属部材２１ｃの溝部３０ｃとによって形成された流路を経由して流出口へ流入する。

ここで、この流体は、貫通孔２４ｃ近傍において図における上方又は下方へ分岐して流出する。次に、この流体は、連通孔７１ａまたは貫通孔２４ａから流出することとなる。なお、連通孔７１ａから流出する流体は、Ｏ字形状の封止部材４０，４１の輪の中をくぐって流出する。

以下、半導体レーザ装置１の断面構造について説明する。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した半導体レーザ装置１の断面図である。

第１金属部材２１ａの貫通孔２５ａ、第２金属部材２１ｂの貫通孔２５ｂ、及び第３金属部材２１ｃの貫通孔２５ｃは連結されて、溝部３０ａに流体を供給するための流入口３１を形成する。また、第１金属部材２１ａの貫通孔２４ａ、第２金属部材２１ｂの貫通孔２４ｂ、及び第３金属部材２１ｃの貫通孔２４ｃは連結されて、溝部３０ｃから流体を流出させるための流出口３２を形成する。

上述のように、流体流路３０は、溝部３０ａ、貫通孔３０ｂ及び溝部３０ｃにより構成され、流入口３１及び流出口３２を有する。また、流入口３１と連通孔７１ｂとが出入口３１ｂにおいて連通され、流出口３２と連通孔７１ａとが出入口３２ａにおいて連通されている。

なお、封止部材４０，４１それぞれの最外周とスペーサ７０との距離Ｔ１，Ｔ２は、略ゼロになるのが好ましい。これにより、連通孔７１ａ，７１ｂそれぞれにおける封止部材４０，４１の位置ズレがより防止される。この結果、封止部材４０，４１それぞれの軸と連通孔７１ａ，７１ｂの軸とを合わせる際は、例えばスペーサ７０と金属部材２１ｃとの位置合わせを行うだけでも可能となり、軸同士の位置合わせが容易になる。

また、封止部材４０，４１それぞれを、ヒートシンク２１の外壁面２２ａ上に配置したスペーサ７０の連通孔７１ａ，７１ｂに収容した場合に、突出する部分の長さＴ３が、流体が高い圧力で還流して封止部材４０，４１それぞれが径方向に膨張した結果、短くなることによる流体漏れが防止できる。

次に、本発明に係る半導体レーザ装置１を複数積層させた半導体レーザスタック装置１０について説明する。

図４は、半導体レーザスタック装置１０の構成図である。

半導体レーザスタック装置１０は、２つの半導体レーザ素子８０Ｙ，８０Ｚが、３つのヒートシンク２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚにより挟まれてマウントされている。また、図４における最上層のヒートシンク２１Ｘが電源９０のマイナス電極に、最下層のヒートシンク２１Ｚが電源９０のプラス電極に接続されている。これにより、ヒートシンク２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚは、半導体レーザ素子８０Ｙ，８０Ｚの冷却と、半導体レーザ素子８０Ｙ，８０Ｚ間の電気的導通路の役割を果たす。

半導体レーザスタック装置１０は、より詳しくは、第１ヒートシンク２１Ｚと、第１スペーサ７０Ｚと、第１環状封止部材（以下、「第１封止部材」と称す。）４０Ｚ，４１Ｚと、第２ヒートシンク２１Ｙと、第２スペーサ７０Ｙと、第２環状封止部材（以下、「第２封止部材」と称す。）４０Ｙ，４１Ｙと、第３ヒートシンク２１Ｘと、第１半導体レーザ素子８０Ｚと、第２半導体レーザ素子８０Ｙと、を備えている。

第１ヒートシンク２１Ｚは、流体の第１出入口３２ａｚ，３１ｂｚを当該第１ヒートシンク２１Ｚの第１外壁面２２ａｚに含む第１流体流路３０Ｚを内部に有する。第１スペーサ７０Ｚは、第１出入口３２ａｚ，３１ｂｚとそれぞれ連通する第１連通孔７１ａｚ，７１ｂｚを有する。第１封止部材４０Ｚ，４１Ｚはそれぞれ、第１連通孔７１ａｚ，７１ｂｚの内部に収容される。

また、第２ヒートシンク２１Ｙは、第１連通孔７１ａｚ，７１ｂｚとそれぞれ連通する第２出入口３２ｂｙ，３１ａｙを当該第２ヒートシンク２１Ｙの第２外壁面２２ｂｙに含むとともに第３出入口３２ａｙ，３１ｂｙを当該第２ヒートシンク２１Ｙの第３外壁面２２ａｙに含む第２流体流路３０Ｙを内部に有する。第２スペーサ７０Ｙは、第３出入口３２ａｙ，３１ｂｙとそれぞれ連通する第２連通孔７１ａｙ，７１ｂｙを有する。第２封止部材４０Ｙ，４１Ｙはそれぞれ、第２連通孔７１ａｙ，７１ｂｙの内部に収容される。

また、第３ヒートシンク２１Ｘは、第２連通孔７１ａｙ，７１ｂｙとそれぞれ連通する第４出入口３２ｂｘ，３１ａｘを当該第３ヒートシンク２１Ｘの第４外壁面２２ｂｘに含む第３流体流路３０Ｘを内部に有する。

第１半導体レーザ素子８０Ｚは、第１外壁面２２ａｚ及び第２外壁面２２ｂｙに接触して配置される。また、第２半導体レーザ素子８０Ｙは、第３外壁面２２ａｙ及び第４外壁面２２ｂｘに接触して配置される。

最上層のヒートシンク２１Ｘと流体の給排水口３８とはスペーサ７０Ｘを挟み、又、最下層のヒートシンク２１Ｚと流体の給排水口３９とはスペーサ７０Ｗを挟んで、連通されている。スペーサ７０のそれぞれの連通孔７１ａ，７１ｂの内部に、封止部材が潰されたような形状で収容されている。これにより、白矢印の方向に流体を流入させると、ヒートシンクや給排水口と、スペーサ７０との間の流体漏れが防止されながら、半導体レーザ装置１Ｘ〜１Ｚの内部に流体が還流した後に、黒矢印の方向に流体が流出される。

なお、潰されたような形状で連通孔７１ａ，７１ｂの内部に収容されている封止部材の内径は、出入口３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの内径よりも大きいのも好ましい。これにより、封止部材による流体の還流の停滞が、防止できる。また、ヒートシンク２１間の封止部材４０Ｙ，４０Ｚ，４１Ｙ，４１Ｚはそれぞれ、２つのヒートシンク２１の両方ともに接触し、ヒートシンク２１及び給排水口３８，３９間の封止部材４０Ｗ，４０Ｘ，４１Ｗ，４１Ｘは、ヒートシンク２１及び給排水口３８，３９の両方ともに接触している。

これにより、一定間隔でヒートシンク２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚにより挟まれた複数の半導体レーザ素子８０Ｙ，８０Ｚを効率的に冷却しながら、複数の半導体レーザ素子８０Ｙ，８０Ｚによって集光性が向上したレーザ光を出射できる。

なお、半導体レーザスタック装置１０内で還流させる流体の最大圧力は６気圧程度であるため、本実施形態の構造により流体漏れは充分に防止できる。また、発明者らが、封止部材を使用せず、ヒートシンク間の連通水路用弾性体シートを加圧して流体漏れの防止を試みたときの圧力よりも低い圧力で加圧して、半導体レーザスタック装置１０を構成したのにも関わらず、優れた気密性を有していた。加圧の方向は、白矢印の方向と同じ方向である。よって、ヒートシンク間の半導体レーザ素子に加わるストレスを防止できる。

また、スペーサ７０Ｙとヒートシンク２１Ｘとの間、及びスペーサ７０Ｚとヒートシンク２１Ｙとの間には、接着剤は介在しておらず、上述のように加圧のみで、半導体レーザスタック装置１０が構成されている。これにより、半導体レーザスタック装置１０が備えるヒートシンク等の構成部材の補修等が必要になって取り出す場合には、加圧する圧力を弱めるだけで取り出しが容易になる。

次に、封止部材による封止が確実に行われない場合について説明する。

図５は、封止が確実に行われない場合の条件についての説明図である。

流体漏れを防止するために、図５のａ状態で示すように、封止部材４０，４１それぞれを連通孔７１ａ，７１ｂに収容した場合に突出する部分の長さＴ３を長くし過ぎると、図５のｂ状態で示すように、半導体レーザ装置１を複数積層させて流体を還流させた場合に、ヒートシンク及びスペーサ間における封止部材４０，４１の噛み込みが発生し、流体漏れが防止できない。よって、以下に示すように、半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０の第２〜４実施形態における封止部材を、様々な形状とすることも好ましい。

［第２実施形態］
次に、半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０の第２実施形態について説明する。

図６は、第２実施形態の封止部材についての説明図である。

図６のａ状態で示すように、封止部材４０，４１の最外周に、封止部材４０，４１それぞれの最外径を長くする環状突起物であるリブ４０ａ，４１ａをそれぞれに接合してもよい。これにより、図６のｂ状態で示すように、半導体レーザ装置１を複数積層させて流体を還流させた場合でも、リブ４０ａ，４１ａがあることにより、封止部材４０，４１が径方向に膨張してスペーサ７０に接触するのが抑えられ、封止部材４０，４１がヒートシンク及びスペーサ間に挟まれたことによる噛み込みが防止され、流体漏れが防止できる。

［第３実施形態］
次に、半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０の第３実施形態について説明する。

図７は、第３実施形態の封止部材についての説明図である。

図７のａ状態で示すように、連通孔７１ａ，７１ｂの内壁面のそれぞれに、Ｃ面（面取り）加工を施したリング４０ｂ，４１ｂを接合してもよい。Ｃ面加工を施したことにより、図７のｂ状態で示すように、半導体レーザ装置１を複数積層させて流体を還流させた場合、封止部材４０，４１の外側に向かって膨張した部分が、Ｃ面加工を施したことにより作られた空間に入り込み、封止部材４０，４１がヒートシンク及びスペーサ間に挟まれたことによる噛み込みの発生が防止されるため、流体漏れが防止できる。

［第４実施形態］
次に、半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０の第４実施形態について説明する。

図８は、第４実施形態の封止部材についての説明図である。

図８のａ状態で示すように、封止部材４０，４１の断面形状を例えば略五角形の形状にし、略五角形のうち一の一辺を金属部材２１ｃに、該一の一辺に隣接しないの他の辺をスペーサ７０に接合してもよい。これにより、図８のｂ状態で示すように、半導体レーザ装置１を複数積層させて流体を還流させた場合、封止部材４０，４１の膨張した部分が、略五角形の形状の断面により作られた空間に入り込み、封止部材４０，４１がヒートシンク及びスペーサ間に挟まれたことによる噛み込みが防止され、流体漏れが防止できる。

［第５実施形態］
次に、半導体レーザ装置１の第５実施形態について説明する。

図９は、第５実施形態の半導体レーザ装置の斜視図である。

半導体レーザ装置１は、ヒートシンク２１と、ヒートシンク２１上のスペーサ７０と、スペーサ７０上の絶縁性気密ラバーシート６０と、ヒートシンク２１上の下側サブマウントベース７２と、下側サブマウントベース７２上の半導体レーザ素子８０と、半導体レーザ素子８０上の上側サブマウントベース７６と、上側サブマウントベース７６及び下側サブマウントベース７２間を埋めるダミースペーサ７４と、を備える。

このように、半導体レーザ装置１が備える半導体レーザ素子８０は、上側サブマウントベース７６及び下側サブマウントベース７２間に挟み込むことにより、固定してもよい。

次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係る半導体レーザ装置１及び半導体レーザスタック装置１０はそれぞれ、図１及び図４に示すように、スペーサ７０は、連通孔７１ａ，７１ｂの内部に封止部材４０，４１を収容している。

この結果、スペーサ７０が有する連通孔７１ａ，７１ｂのそれぞれと、ヒートシンク２１が有する出入口３２ａ，３１ｂとの気密性、又は連通孔７１ａ，７１ｂと給排水口３８，３９（図４参照）との間の気密性が高まり、ヒートシンク２１に保持溝を備えることなく、ヒートシンク２１や給排水口３８，３９と、スペーサ７０との間の流体漏れが防止できる。

さらに、ヒートシンク２１の外壁面２２ａ上に半導体レーザ素子８０を配置している。これにより、流体流路３０に流体を還流することにより、半導体レーザ素子８０を効率的に冷却できる。

本発明は、半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置として利用可能である。

半導体レーザ装置の構造を示す分解斜視図である。 半導体レーザ装置の別の構造を示す分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した半導体レーザ装置の断面図である。 半導体レーザスタック装置の構成図である。 封止が確実に行われない場合の条件についての説明図である。 第２実施形態の封止部材についての説明図である。 第３実施形態の封止部材についての説明図である。 第４実施形態の封止部材についての説明図である。 第５実施形態の半導体レーザ装置の斜視図である。

符号の説明

１，１Ｘ，１Ｙ，１Ｚ…半導体レーザ装置、１０…半導体レーザスタック装置、２１，２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚ…ヒートシンク、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ…金属部材、２２ａ，２２ｂ，２２ａｘ，２２ａｙ，２２ａｚ，２２ｂｘ，２２ｂｙ，２２ｂｚ…外壁面、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…貫通孔、３０，３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚ…流体流路、３０ａ，３０ｃ…溝部、３０ｂ…貫通孔、３１…流入口、３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３１ａｘ，３１ａｙ，３１ａｚ，３１ｂｘ，３１ｂｙ，３１ｂｚ，３２ａｘ，３２ａｙ，３２ａｚ，３２ｂｘ，３２ｂｙ，３２ｂｚ…出入口、３２…流出口、３８，３９…給排水口、４０ａ，４１ａ…リブ、４０ｂ，４１ｂ…リング、４０，４１，４０Ｗ，４０Ｘ，４０Ｙ，４０Ｚ，４１Ｗ，４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ…封止部材、５２…半田材、５４…接着剤、６０…絶縁性気密ラバーシート、７０，７０Ｗ，７０Ｘ，７０Ｙ，７０Ｚ…スペーサ、７１ａ，７１ｂ，７１ａｗ，７１ａｘ，７１ａｙ，７１ａｚ，７１ｂｗ，７１ｂｘ，７１ｂｙ，７１ｂｚ…連通孔、７２…下側サブマウントベース、７４…ダミースペーサ、７６…上側サブマウントベース、８０，８０Ｙ，８０Ｚ…半導体レーザ素子、９０…電源。

Claims (7)

1. 流体の出入口を当該ヒートシンクの外壁面に含む流体流路を内部に有するヒートシンクと、
   前記出入口と連通する連通孔を有するスペーサと、
   前記連通孔の内部に収容される環状封止部材と、
   前記外壁面上に配置された半導体レーザ素子と、
   を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記ヒートシンクは、複数の金属部材を結合してなり、
   前記金属部材は、前記流体流路の一部である、貫通孔と前記貫通孔とつながる溝部とを有す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。
3. 前記ヒートシンクと前記スペーサとの間には、接着剤が介在することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記スペーサは、セラミック製又はガラスエポキシ製であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体レーザ装置。
5. 前記環状封止部材は、Ｏ字形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記半導体レーザ素子は、電気的接触を保つ状態で前記外壁面上に配置されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の半導体レーザ装置。
7. 流体の第１出入口を当該第１ヒートシンクの第１外壁面に含む第１流体流路を内部に有する第１ヒートシンクと、
   前記第１出入口と連通する第１連通孔を有する第１スペーサと、
   前記第１連通孔の内部に収容される第１環状封止部材と、
   前記第１連通孔と連通する第２出入口を当該第２ヒートシンクの第２外壁面に含むとともに第３出入口を当該第２ヒートシンクの第３外壁面に含む第２流体流路を内部に有する第２ヒートシンクと、
   前記第３出入口と連通する第２連通孔を有する第２スペーサと、
   前記第２連通孔の内部に収容される第２環状封止部材と、
   前記第２連通孔と連通する第４出入口を当該第３ヒートシンクの第４外壁面に含む第３流体流路を内部に有する第３ヒートシンクと、
   前記第１及び第２外壁面に接触して配置された第１半導体レーザ素子と、
   前記第３及び第４外壁面に接触して配置された第２半導体レーザ素子と、
   を備えることを特徴とする半導体レーザスタック装置。

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