JP7481642B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
SiCサブマウント及びダイヤモンドサブマウントが順次積層され、ダイヤモンドサブマト上に半導体レーザ素子が実装された光源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
更に、半導体レーザ素子が矩形の断面形状のダイヤモンドサブマウントの略中央に配置されているので、半導体レーザ素子からの出射光の広がり角によっては、出射光がダイヤモンドサブマウントの上面と干渉して、発光効率が低下する可能性がある。
基体と、
前記基体上に接合された第2サブマウントと、
前記第2サブマウント上に接合されたCVDダイヤモンドからなる第1サブマウントと、
前記第1サブマウント上に接合された半導体レーザ素子と、
を備え、
前記第1サブマウントの少なくとも1つの側面に下方に広がる傾斜面が設けられ、前記傾斜面の上辺と前記半導体レーザ素子の出射面とが略同一面上に位置するように前記半導体レーザ素子が配置されている。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
はじめに、図1及び図2を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の説明を行う。図1は、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の模式的な斜視図である。図2は、図1のA-A断面を示す側面断面図である。なお、図2の半導体レーザ素子及びサブマウントの部分については、断面ではなく側面で示してある。
本実施形態に係る光源装置2は、基体4及び端子保持部材(外周壁)6で構成されたパッケージを有する。このパッケージの中の端子保持部材(外周壁)6で囲まれた基体4上に、半導体レーザ素子10を有する発光部40が実装されている。
端子保持部材(外周壁)6を形成する材料としては、端子封止材16A、16Bと線膨張係数が近い材料であり、かつ窓8と線膨張係数が近い材料であることが好ましい。具体的には、SPC材料や、コバール材料を例示することができ、それらの複数の材料を組合せるとよりより信頼性の高いものとすることができる。ただし、端子保持部材(外周壁)6の材料は、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他の任意の材料を採用することができる。
次に、図3Aを参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る発光部の説明を行う。図3Aは、図2に示す光源装置2の発光部40を拡大して示した図であって、本発明に係る発光部40の1つの側面形状を模式的に示す側面図である。
一方、本実施形態では、第1サブマウント20の傾斜面20Bの上辺と半導体レーザ素子10の出射面10Aが略同一面上に位置するように、半導体レーザ素子10が配置されている(半導体レーザ素子10の出射面10Aが、第1サブマウント20の上面20Aの概略端部(または端部近傍)に位置する)ので、半導体レーザ素子10から所定の広がり角で光が出射された場合であっても、出射光が第1サブマウント20と干渉する不具合を回避することができる。
一方、本実施形態では、図3Aの点線の矢印で示す熱の流れから明らかなように、第1サブマウント20の側面が上面側から下面側にかけて広がるような傾斜面20Bを有しているので、半導体レーザ素子10からの熱が外側に広がるようにして第2サブマウント30側に流れる。よって、半導体レーザ素子10からの熱をより効率的に第2サブマウント30側に逃がすことができ、光源装置2の信頼性を高めることができる。
次に、図3Aから図3C及び図4Aから図4Cを参照しながら、第1サブマウント及び第2サブマウントの配置について、更に詳細に説明する。図3Aは上述のとおり、本発明に係る発光部の1つの側面形状を示す側面図である。図3Bは、図3Aに示す発光部40の平面形状の1つの例を示す平面図である。図3Cは、図3Aに示す発光部40の平面形状のその他の例を示す平面図である。図4Aは、本発明に係る発光部のその他の側面形状を示す側面図である。図4Bは、図4Aに示す発光部の平面形状の1つの例を示す平面図である。図4Cは、図4Aに示す発光部の平面形状のその他の例を示す平面図である。
一方、図3Aに対応するその他の平面形状を示す図3Cでは、半導体レーザ素子10の出射面10A側以外の全領域において、第1サブマウント20の下面20Cの外形よりも、第2サブマウント30の上面30Aの外形が大きく形成されている。
一方、図4Aに対応するその他の平面形状を示す図4Cでは、発光部40の左右両側において、第1サブマウント20の下面20Cの外形よりも、第2サブマウント30の上面30Aの外形が大きく形成されている。
また、溶融した第2ろう材22が外に押し出されないように調整することにより、図4Bに示すような形状も採用可能であり、この場合にはスペース的に最も有効であり、光源装置をより小型化できる。
次に、半導体レーザ素子10、第1サブマウント20及び第2サブマウント30を接合するろう材の組み合わせについて、更に詳細に説明する。
第2サブマウント30の下面30B側に第3ろう材32を備え、第1サブマウント20の下面20C側に第2ろう材22を備え、第1サブマウント20の上面20A側に第1ろう材12を備えている。
次に、図5を参照しながら、光源装置の熱抵抗のシミュレーションに基づく、適切な第1サブマウントの厚みについて説明する。図5は、第1サブマウントの厚みを変動させたときの、光源装置の熱抵抗をシミュレーションした結果を示すグラフである。
このときの熱抵抗は、発光部40に搭載された半導体レーザ素子10のジャンクション温度(Tj)と、光源装置2の基体4の底面温度(Tb)から求めたものである。シミュレーションにおける第2サブマウント30の材料は、SiC及び、AlN材料であり、第2サブマウント30の厚みは200μmに固定して計算した。
よって、今回のシミュレーションにより、第1サブマウント20の厚さが50μm以上とすることにより、より放熱特性の高い光源装置を得ることが判明した。
上記の実施形態の光源装置2では、端子保持部材(外周壁)6の上側が解放されているが、これに限られるものではない。例えば、端子保持部材(外周壁)6の上側をリッドで覆って、発光部40を外気から遮蔽することもできる。この場合には、光源装置2の長寿命化が期待できる。
また、上記の実施形態の光源装置2では、半導体レーザ素子10から出射された光が、そのまま窓8を透過して、光源装置2の外へ出射されるが、これに限られるものではない。例えば、反射面を設けて、半導体レーザ素子10から出射された光を、反射面により、基体4の上面4Aと略直交する方向(上方)に反射させることも考えられる。このとき、仮にリッドが取り付けられている場合には、窓をリッドに配置することも考えられる。
4 基体
6 端子保持部材(外周壁)
8 窓
10 半導体レーザ素子
10A 出射面
12 第1ろう材
14A、14B リード端子
16A、16B 端子封止材
20 第1サブマウント
20A 上面
20B 傾斜面
20C 下面
22 第2ろう材
30 第2サブマウント
30A 上面
32 第3ろう材
40 発光部
Claims (4)
- 基体上に発光部が実装され、
前記発光部は、CVDダイヤモンドからなるサブマウント上に接合された半導体レーザ素子を有し、
前記サブマウントの全ての側面に上面の外形と下面の外形とを繋ぐ上面側から下面側にかけて広がる傾斜面が設けられていることを特徴とする光源装置。 - 前記サブマウントの厚みは、50~300μmであることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記基体は金属材料から形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記半導体レーザ素子から出射された光を上方に反射させる反射面を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光源装置。
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