JP2011151080A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device.
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。
Conventionally, as a semiconductor laser device, there is one using a CAN (can) package disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-170024). As shown in FIG. 6, the
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。
The
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。
On the other hand, the
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。
The
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。
In this conventional
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。
However, since the conventional
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。
As a semiconductor laser device for improving the heat dissipation, a
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。
The
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。
The
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。
On the other hand, the
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。
In the
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。
However, in the
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。
In the
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。
As another semiconductor laser device for improving heat dissipation, a
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。
The
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。
The
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。
A
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。
The
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。
In the
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。
However, in the
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device in which parts can be made inexpensive, a semiconductor laser chip can be easily mounted, and heat dissipation can be enhanced.
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。
In order to solve the above problems, a semiconductor laser device of the present invention is
A semiconductor laser chip;
A stem thermally connected to the semiconductor laser chip;
A cap that covers the semiconductor laser chip,
The stem is
A back surface attached to a heat dissipation member;
A mounting surface corresponding to a part of the back surface and mounting the semiconductor laser chip directly or indirectly;
An attachment surface that extends in an oblique direction with respect to the back surface and the mounting surface, has portions located on both sides of the mounting surface, and opens a position directly above the mounting surface;
The cap is attached to the attachment surface.
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。 According to the said structure, the back surface of the said stem is attached to a heat radiating member. The mounting surface of the stem corresponds to a part of the back surface of the stem, and the semiconductor laser chip is mounted directly or indirectly. Further, the mounting surface of the stem extends obliquely with respect to the back surface and the mounting surface of the stem and has portions located on both sides of the mounting surface of the stem so as to open directly above the mounting surface of the stem. . Therefore, the stem can be manufactured at low cost due to its simple shape. As a result, the semiconductor laser device of the present invention can be manufactured at low cost.
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。 In addition, the mounting surface extends obliquely with respect to the back surface and the mounting surface, and has portions located on both sides of the mounting surface and opens directly above the mounting surface, so the semiconductor laser chip on the mounting surface Can be easily implemented.
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。 Further, since the stem has the mounting surface and the mounting surface, the heat of the semiconductor laser chip is transmitted so as to spread radially from the mounting surface to the back surface, so that the heat dissipation of the stem can be made extremely high.
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。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device in which components can be made inexpensive, a semiconductor laser chip can be easily mounted, and heat dissipation can be made extremely high.
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。
The semiconductor laser device of one embodiment
The cap is
An opening through which laser light emitted from a front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip passes,
A transparent member that closes the opening and is transparent to the laser beam;
The surface of the transparent member is substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam from the front end surface.
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。 According to the embodiment, since the surface of the transparent member is substantially perpendicular to the optical axis of the laser light from the front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip, the optical path of the laser light in one direction along the optical axis The length and the optical path length of the laser beam in the other direction along the optical axis can be made uniform.
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。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The surface to which the laser beam emitted from the rear end surface opposite to the front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip is inclined with respect to the rear end surface.
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。 According to the above embodiment, the surface on which the laser beam emitted from the rear end surface opposite to the front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip is inclined with respect to the rear end surface. Can be prevented from returning to the rear end face.
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。
The semiconductor laser device of one embodiment
The surface on which the laser beam emitted from the rear end surface of the semiconductor laser chip hits is the surface of the light receiving element attached to the stem.
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。 According to the above embodiment, the surface on which the laser beam emitted from the rear end surface of the semiconductor laser chip hits is the surface of the light receiving element attached to the stem, so that the light amount of the laser light can be detected by the light receiving element. Therefore, the output of the semiconductor laser chip can be monitored based on the light amount detected by the light receiving element.
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。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The semiconductor laser chip is mounted on the mounting surface via a substrate having a light receiving portion.
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。 According to the embodiment, since the semiconductor laser chip is mounted on the mounting surface via the substrate having the light receiving portion, the number of components can be reduced. In addition, there is a cost reduction effect by reducing the number of parts.
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。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
An optical element is attached to the cap,
Laser light emitted from a front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip passes through the optical element.
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。 Here, the optical element means an element having an optical function, and examples of the optical element include a collimator lens and a hologram element.
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。 According to the embodiment, since the laser light emitted from the front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip passes through the optical element attached to the cap, the laser light is converted into parallel light or diffracted by the laser light. You can make it.
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。
The semiconductor laser device of one embodiment
The stem portion between the mounting surface of the stem and a part of the mounting surface above the mounting surface is penetrated, and one end located in the cap is electrically connected to the semiconductor laser chip. Provide leads.
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。 According to the embodiment, the lead penetrates a portion of the stem between the mounting surface of the stem and a part of the mounting surface above the mounting surface, and one end portion located in the cap is a semiconductor laser. Since it is electrically connected to the chip, electrical connection to the outside of the semiconductor laser chip can be easily performed with leads.
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。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The other end of the lead is bent and electrically connected to the wiring pattern on the heat dissipation member.
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。 According to the semiconductor laser device having the above configuration, since the other end portion of the lead is bent and electrically connected to the wiring pattern on the heat dissipation member, there is a difference in height between the one end portion of the lead and the wiring pattern. In addition, the other end of the lead can be directly electrically connected to the wiring pattern. Therefore, it is not necessary to interpose, for example, wiring between the other end portion of the lead and the wiring pattern, so that the manufacturing cost can be reduced.
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。 According to the semiconductor laser device of the present invention, the stem corresponds to a back surface attached to the heat dissipation member, a part of the back surface, a mounting surface on which the semiconductor laser chip is mounted directly or indirectly, and the back surface and mounting. Since the shape of the stem becomes simple by having a mounting surface that extends obliquely with respect to the surface and has portions located on both sides of the mounting surface and opens directly above the mounting surface, it is inexpensive. Can be manufactured.
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。 In addition, according to the present invention, since the portion directly above the mounting surface is open, the semiconductor laser chip can be easily mounted on the mounting surface.
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。 According to the present invention, the mounting surface of the semiconductor laser chip corresponds to a part of the back surface attached to the heat dissipation member, and the mounting surface having portions located on both sides of the mounting surface is the mounting surface. By extending in an oblique direction with respect to the back surface and the mounting surface so as to open directly above, the heat of the semiconductor laser chip is transmitted so as to spread radially from the mounting surface to the back surface, so that the heat dissipation of the stem is extremely increased. be able to.
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。 The semiconductor laser device of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.
〔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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
According to the
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。
Further, since the portion directly above the mounting
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。
In addition, the mounting
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。
Further, since the portion of the mounting
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。
Further, when the laser beam L2 emitted from the second
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。
Further, since the light receiving surface of the
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。
Further, since the laser beam L2 is incident on the light receiving surface of the
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。
In addition, since the
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。
In the first embodiment, the
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。
In the first embodiment, the
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。
In the first embodiment, the
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。 In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
〔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。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic sectional view of a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Further, the end of the
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。
On the other hand, the one
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。
The
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。
According to the
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。
Further, since the portion directly above the mounting
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。
The mounting
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。
Further, since the portion of the mounting
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。
Further, since the mounting
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。
Further, since the inner surface and the outer surface of the
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。
Further, since the
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。
Further, since the
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。
Further, since the end of the
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。
If a lead 267 extending substantially in a straight line is used instead of the
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。
Therefore, when using the
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。 4, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and the description thereof is omitted.
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。
In the second embodiment, the
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。
In the second embodiment, the
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。
In the second embodiment, the
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。 5, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and the description thereof is omitted.
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。
In the second embodiment, a light receiving element may be attached to the second
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。
In the second embodiment, the second
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。
The description of the first embodiment and the description of the second embodiment may be combined as appropriate to form an embodiment of the present invention. For example, the second vertical surface of the second embodiment may be replaced with an inclined surface such as the
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。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,201 ... Semiconductor laser apparatus 102,202 ... Heat dissipation member 111,211 ... Semiconductor laser chip 112,212 ... Stem 113,213 ... Cap 114,154,214 ... Substrate 115,215 ... First resonator end surface 116,216 ... second resonator end face 117,217 ... mounting face 118,218 ... mounting
Claims (8)
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。 A semiconductor laser chip;
A stem thermally connected to the semiconductor laser chip;
A cap that covers the semiconductor laser chip,
The stem is
A back surface attached to a heat dissipation member;
A mounting surface corresponding to a part of the back surface and mounting the semiconductor laser chip directly or indirectly;
An attachment surface that extends in an oblique direction with respect to the back surface and the mounting surface, has portions located on both sides of the mounting surface, and opens a position directly above the mounting surface;
The semiconductor laser device, wherein the cap is attached to the attachment surface.
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。 The semiconductor laser device according to claim 1,
The cap is
An opening through which laser light emitted from a front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip passes,
A transparent member that closes the opening and is transparent to the laser beam;
The surface of the transparent member is substantially perpendicular to the optical axis of the laser light from the front end surface.
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。 The semiconductor laser device according to claim 1 or 2,
A semiconductor laser device, wherein a surface to which a laser beam emitted from a rear end surface opposite to a front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip is inclined with respect to the rear end surface.
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。 The semiconductor laser device according to claim 3,
2. A semiconductor laser device according to claim 1, wherein a surface to which the laser light emitted from the rear end surface of the semiconductor laser chip hits is a surface of a light receiving element attached to the stem.
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。 In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor laser device is mounted on the mounting surface via a substrate having a light receiving portion.
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。 In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5,
An optical element is attached to the cap,
A semiconductor laser device, wherein a laser beam emitted from a front end surface facing the cap of the semiconductor laser chip passes through the optical element.
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。 In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6,
The stem portion between the mounting surface of the stem and a part of the mounting surface above the mounting surface is penetrated, and one end located in the cap is electrically connected to the semiconductor laser chip. A semiconductor laser device comprising a lead.
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。 The semiconductor laser device according to claim 7, wherein
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the other end of the lead is bent and electrically connected to the wiring pattern on the heat dissipation member.
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