KR101143739B1 - 레이저 광원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 소자와, 상기 광학 소자가 서브 마운트를 거쳐서 또는 직접 접합된 복수의 히트 싱크를 갖고, 상기 광학 소자 끼리가 광학적으로 직접 접합되도록 상기 복수의 히트 싱크 끼리가 접합제에 의해 접합된 레이저 광원 장치로서, 상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트에 있어서 상기 히트 싱크와 접합하는 접합면, 또는 상기 히트 싱크에 있어서의 상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트와 접합하는 접합면 중 어느 일방의 접합면에, 상기 레이저 광원 장치에 있어서 광의 광축과 대략 직교하는 방향으로 연장되는 홈부를 갖는다.

Description

레이저 광원 장치{LASER LIGHT SOURCE DEVICE}
본 발명은 레이저 광원 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 레이저 장치에 있어서는 반도체 칩 등과 서브 마운트를 접착 접합시킬 때에, 접합제를 이용하고 있었다. 그리고 반도체 칩을 접착 접합시키는 경우에, 소정 방향으로의 접합제의 돌출을 제어하기 위해서, 반도체 칩 접착면의 크기를 반도체 칩보다 작게, 또한 경사를 갖도록 오목부를 마련한 서브 마운트를 이용하고 있었다. 이에 의해 반도체 칩 접합시에 돌출된 접합제는, 경사를 따라 흐르고, 또한 오목부에 고이기 때문에, 접착재의 반도체 칩 광학면에서의 돌출?기어오름(creeping up)이 방지되고 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2000-183439 호 공보
그러나, 광원용 레이저와 같이 복수의 광학 소자를 버트 조인트로 광학적으로 직접 결합시키기 위해서는, 광학 소자끼리를 수 10㎛까지 근접시킬 필요가 있다. 이 경우에는, 상기 종래의 서브 마운트와 같이 경사를 타고 돌출된 접합제가 흘러 고이도록 오목 형상을 부여시키는 것은 치수적, 형상적으로 곤란하다는 문제가 있었다. 또한, 미소량의 접합제가 히트 싱크 단부면에서 돌출되는 것에 의해, 광학 소자끼리를 근접시킬 때에 기계적인 간섭을 일으키게 해서, 충분한 광학 특성을 얻을 수 있는 광학 소자끼리의 접합이 불가능하다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기에 비추어 보아서 이루어진 것으로, 조립시의 여분의 접합제에 기인하는 광학 특성의 저하가 방지된, 고품질의 광학 특성을 구비한 레이저 광원 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 레이저 광원 장치는 광학 소자와, 상기 광학 소자가 서브 마운트를 거쳐서 또는 직접 접합된 복수의 히트 싱크를 갖고, 상기 광학 소자끼리가 광학적으로 직접 접합되도록 상기 복수의 히트 싱크 끼리가 접합제에 의해 접합된 레이저 광원 장치에 있어서, 상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트에 있어서 상기 히트 싱크와 접합되는 접합면, 또는 상기 히트 싱크에 있어서 상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트와 접합하는 접합면 중 어느 한 쪽의 접합면에, 상기 레이저 광원 장치에 있어서 레이저광의 광축과 대략 직교하는 방향으로 연장되는 홈부를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 광학 소자 또는 서브 마운트에 있어서의 히트 싱크와 접합하는 접합면, 또는 히트 싱크에 있어서 광학 소자 또는 서브 마운트와 접합되는 접합면 중 어느 한 쪽의 접합면에, 상기 레이저 광원 장치에 있어서 레이저광의 광축과 대략 직교하는 방향으로 연장되는 홈부를 갖는 것에 의해, 히트 싱크의 접합면에 있어서 접합제가 레이저광의 광축 방향으로 돌출되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 광학 소자끼리를 버트 조인트로 광학적으로 직접 결합시키기 위해서 광학 소자끼리를 근접시킬 때에, 돌출된 접합제에 기인해서 발생하는 기계적인 간섭을 억제할 수 있다. 따라서, 이 발명에 의하면, 조립시의 여분의 접합제의 돌출에 기인하는 광학 특성의 저하를 방지해서, 고품질의 광학 특성을 갖는 레이저 광원 장치를 실현할 수 있다는 효과를 가져온다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따르는 레이저 광원 장치인 광모듈의 개략 구성을 도시하는 단부면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따르는 광모듈을 구성하는 서브 마운트를 단일체로 도시하는 사시도,
도 3은 슬릿 형상의 오목부가 마련되어 있지 않은 서브 마운트를 접합제에 의해 히트 싱크에 접합한 상태를 설명하는 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따르는 서브 마운트를 접합제에 의해 히트 싱크에 접합한 상태를 설명하는 사시도.
이하에, 본 발명에 따르는 레이저 광원 장치의 실시형태를 도면에 근거해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 기술에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 대해 적절히 변경 가능하다.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따르는 레이저 광원 장치인 광모듈의 개략 구성을 도시하는 단부면도이다. 제 1 실시형태에 따르는 광모듈은, 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)를 여기원(勵起源)으로 하는 LD 여기 고체 레이저 광원이다.
제 1 실시형태에 따르는 광모듈은 도 1에 도시하는 바와 같이 광학 소자로서 반도체 레이저 칩(1)과 고체 레이저(3)와 파장 변환 소자(5)를 구비한다. 반도체 레이저 칩(1)은 해당 반도체 레이저 칩(1)에 있어서 열을 확산시키기 위해서, 도 1에 도시하는 바와 같이 서브 마운트(A8)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(A2)에 접착 고정되어 있다. 고체 레이저(3)는 해당 고체 레이저(3)에 있어서 열을 확산시키기 위해서, 도 1에 도시하는 바와 같이 서브 마운트(B9)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(B4)에 접착 고정되어 있다. 파장 변환 소자(5)는 해당 파장 변환 소자(5)에 있어서 열을 확산시키기 위해서, 도 1에 도시하는 바와 같이 서브 마운트(C10)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(C6)에 접착 고정되어 있다.
여기서, 각 광학 소자와 각 히트 싱크는, 히트 싱크의 단부면(측면)과, 그 히트 싱크에 탑재되어 있는 광학 소자의 단부면(측면)이, 거의 동일 면이 되도록 서브 마운트를 거쳐서 각 히트 싱크에 접착 고정되어 있다. 즉, 반도체 레이저 칩(1)의 고체 레이저(3)측의 단부면(측면)은 해당 반도체 레이저 칩(1)이 서브 마운트(A8)를 거쳐서 탑재되어 있는 히트 싱크(A2)의 고체 레이저(3)측의 단부면(측면)과 거의 동일 면이 되도록 구성되어 있다.
또한, 고체 레이저(3)의 반도체 레이저 칩(1)측의 단부면(측면)은, 해당 고체 레이저(3)가 서브 마운트(B9)를 거쳐서 탑재되어 있는 히트 싱크(B4)의 반도체 레이저 칩(1)측의 단부면(측면)과 거의 동일 면이 되도록 구성되어 있다. 그리고, 고체 레이저(3)의 파장 변환 소자(5)측의 단부면(측면)은, 해당 고체 레이저(3)가 서브 마운트(B9)를 거쳐서 탑재되어 있는 히트 싱크(B4)의 파장 변환 소자(5)측의 단부면(측면)과 거의 동일 면이 되도록 구성되어 있다.
또한, 파장 변환 소자(5)의 고체 레이저(3)측의 단부면(측면)은, 해당 파장 변환 소자(5)가 서브 마운트(C10)를 거쳐서 탑재되어 있는 히트 싱크(C6)의 고체 레이저(3)측의 단부면(측면)과 거의 동일 면이 되도록 구성되어 있다.
또한, 히트 싱크(A2)와 히트 싱크(B4)는 접합제(7)를 거쳐서 접합되어 있고, 히트 싱크(B4)와 히트 싱크(C6)는 접합제를 거쳐서 접합되어 있다. 각각의 광학 소자끼리[반도체 레이저 칩(1)과 고체 레이저(3), 고체 레이저(3)와 파장 변환 소자(5)]는, 버트 조인트(Butt joint)에 의해 광학적으로 직접 결합되어 있고, 광학 특성을 충분히 얻을 수 있기 때문에 각 광학 소자의 단부면간의 거리를 수십 ㎛까지 근접시킨 상태로 각 히트 싱크를 접합한 구성으로 되어 있다.
이 광모듈에서는, 반도체 레이저 칩(1)으로부터 고체 레이저(3)에 레이저광이 입사되고, 또한 증폭된 레이저광이 고체 레이저(3)로부터 파장 변환 소자(5)에 입사되어서, 파장 변환되어 파장 변환 소자(5)로부터 출사된다. 이때의 레이저광의 광축을 도 1에 있어서 L(Ⅹ방향)로 도시한다.
서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면의 폭(도 1의 Ⅹ방향)은, 히트 싱크(B4)의 폭보다 짧게 구성되어 있다. 또한, 서브 마운트(B9)의 이면[서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면]에는, 해당 접합면과 대략 수평 방향이고, 상기의 레이저광의 광축(L)의 방향에 대해서 대략 직교하는 방향으로 연장되는 홈부로서 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련되어 있다. 또한, 본 발명에 있어서 이 홈부는 서브 마운트(B9)에 있어서 히트 싱크(A2)측 및 히트 싱크(C6)측의 단부면(측면)에 개구를 갖지 않는 홈부이다.
도 2는 본 실시형태에 따르는 광모듈에 이용한 서브 마운트(B9)를 단일체로 도시하는 사시도이다. 이 슬릿 형상의 오목부(11)는 서브 마운트(B9)와 히트 싱크(B4)를 접합제에 의해 접합할 때에, 여분의 접합제가 히트 싱크(B4)의 접합면 상에 흘러넘치고, 또한 히트 싱크(B4)에 있어서 히트 싱크(A2)측 및 히트 싱크(C6)측의 단부면(측면)으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위해서 마련되어 있다. 즉, 본 실시형태에 따르는 광모듈에서는 서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)를 접합하기 위한 접합제 중 여분의 접합제가 이 슬릿 형상의 오목부(11)에 고이는 것으로, 여분의 접합제가 히트 싱크(B4)의 접합면으로 흘러넘치고, 또한 히트 싱크(B4)에 있어서 히트 싱크(A2)측 및 히트 싱크(C6)측의 단부면(측면)으로 흘러넘치는 것이 방지되어 있다.
도 3은 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련되어 있지 않은 종래의 서브 마운트(13)를 접합제에 의해 히트 싱크(B4)에 접합한 상태를 설명하는 사시도이다. 이 경우는 서브 마운트(13)에는 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련되어 있지 않기 때문에, 서브 마운트(13)와 히트 싱크(B4)를 접합하는 접합제 중, 여분의 접합제(12)가 히트 싱크(B4)의 접합면 상에 흘러넘치고, 또한, 히트 싱크(B4)의 단부면(측면)에 흘러넘친다. 그리고, 광학 소자끼리를 근접시켜 히트 싱크(B4)를 히트 싱크(A2)나 히트 싱크(C6)와 접합시킬 때에는, 이 히트 싱크(B4)의 단부면(측면)으로 흘러넘치는 여분의 접합제(12)에 의해 히트 싱크(A2)나 히트 싱크(C6)와의 기계적인 간섭이 발생해서, 광학 소자끼리의 소망한 광학 특성을 갖는 접합이 불가능하게 된다.
한편, 본 실시형태에 있어서는 서브 마운트(B9)에 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련되어 있기 때문에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 접합제 중 여분의 접합제(12)는 서브 마운트(B9) 내에 있어서 슬릿 형상의 오목부(11)를 따라서 광축(L)과 대략 직행하는 방향으로 흐르게 된다. 도 4는 본 실시형태에 따르는 서브 마운트(B9)를 접합제에 의해 히트 싱크(B4)에 접합한 상태를 설명하는 사시도이다.
이와 같이 접합제(12)를 서브 마운트(B9)에 있어서 광축(L) 방향 측의 단부면(측면)에서 돌출되지 않으므로, 각각의 광학 소자가 버트 조인트에 의해 광학적으로 효율 좋게 결합될 수 있다. 또한, 서브 마운트(B9)의 폭(Ⅹ방향)의 크기를 제한없이 고체 레이저(3)의 폭(Ⅹ방향)의 크기와 동일한 크기로 하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 고체 레이저(3)가 발하는 열을 효율적으로 히트 싱크(B4)로 전달해서 확산시킬 수 있다.
서브 마운트(B9)에 슬릿 형상의 오목부(11)를 형성하는 방법으로서는, 기계 가공, 홈부의 벽이 되는 부분을 도금이나 에칭을 이용해서 형성하는 방법 등이 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 서브 마운트(B9)에 슬릿 형상의 오목부(11)를 형성하고 있지만, 인접하는 서브 마운트[서브 마운트(A8)와 서브 마운트(B9), 서브 마운트(B9)와 서브 마운트(C10)] 중 어느 일방의 서브 마운트에 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련된다. 또한, 인접하는 서브 마운트[서브 마운트(A8)와 서브 마운트(B9), 서브 마운트(B9)와 서브 마운트(C10)] 중, 양방의 서브 마운트에 슬릿 형상의 오목부(11)를 마련하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태에 따르는 광모듈의 제작 방법에 대해 설명한다. 우선, 반도체 레이저 칩(1)을 서브 마운트(A8)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(A2)에 접착 고정한다. 또한, 고체 레이저(3)를 서브 마운트(B9)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(B4)에 접착 고정해, 파장 변환 소자(5)를 서브 마운트(C10)를 거쳐서 접합제에 의해 히트 싱크(C6)에 접착 고정한다.
다음에, 반도체 레이저 칩(1)이 접합되어 있는 히트 싱크(A2)에, 고체 레이저(3)가 접합되어 있는 히트 싱크(B4)를 접합제(7)를 거쳐서 접합한다. 그 후, 파장 변환 소자(5)가 접합되어 있는 히트 싱크(C6)를 히트 싱크(B4)에 접합제(7)를 거쳐서 접합한다. 이 때, 각각의 광학 소자끼리[반도체 레이저 칩(1)과 고체 레이저(3), 고체 레이저(3)와 파장 변환 소자(5)]는, 버트 조인트에 의해 광학적으로 직접 결합해서 광학 특성을 충분히 얻기 위해서 각 광학 소자의 단부면간의 거리를 수십 ㎛까지 근접시킨 상태로 각 히트 싱크를 접합시킨다
상술한 것처럼, 본 실시형태에 따르는 광모듈에 있어서는, 서브 마운트(B9) 의 히트 싱크(B4)와의 접합면에, 해당 접합면과 대략 수평 방향이고 자장치에 있어서 레이저광의 광축(L)의 방향에 대해서 대략 직교하는 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 오목부(11)가 마련되어 있다. 이 때문에, 서브 마운트(B9)와 히트 싱크(B4)를 접합하는 접합제 중 여분의 접합제(12)는 서브 마운트(B9) 내에 있어서 슬릿 형상의 오목부(11)를 따라서 광축(L)과 대략 직행하는 방향으로 흐른다. 이것에 의해, 서브 마운트(B9)에 있어서의 광축(L) 방향 측의 단부면(측면)에 여분의 접합제(12)가 돌출되는 일이 없고, 각각의 광학 소자를 버트 조인트에 의해 광학적으로 효율 좋게 결합할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르는 광모듈에 의하면, 조립시의 여분의 접합제에 기인하는 광학 특성의 저하가 방지된, 고품질의 광학 특성을 갖는 레이저 광원 장치를 실현할 수 있다.
또한, 서브 마운트(B9)의 폭(Ⅹ방향)의 크기를 제한없이 고체 레이저(3)의 폭(Ⅹ방향)의 크기와 동일한 크기로 하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 고체 레이저(3)가 발하는 열을 효율 좋게 히트 싱크(B4)로 전달해서 확산시킬 수 있다. 또한, 접합제(12)가 흐르는 방향을 제어하는 것에 의해, 광모듈의 소형화도 가능해진다.
(제 2 실시형태)
상술한 제 1 실시형태에 있어서는, 서브 마운트(B)의 이면[서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면]에 홈부로서 슬릿 형상의 오목부(11)를 마련했을 경우에 대해 설명했지만, 광학적 성능에 문제가 없으면, 광학 소자 자체의 이면에 상기와 마찬가지로 홈부를 마련하고, 서브 마운트를 거치지 않고 히트 싱크로 직접 접합해도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 광모듈의 부품 개수를 삭감할 수 있어서, 조립 작업을 간소화하는 동시에 비용을 삭감할 수 있다.
(제 3 실시형태)
상술한 제 1 실시형태에 있어서는, 서브 마운트(B)의 이면[서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면]에 홈부로서의 슬릿 형상의 오목부(11)를 마련했을 경우에 대해 설명했지만, 홈부의 형상은 서브 마운트(B9)와 히트 싱크(B4)를 접합할 때에 발생되는 여분의 접합제(12)가 흐르는 방향을 제어하고, 광축(L)과 대략 직교 방향으로 흐르는 것이 가능한 형상이면 어떠한 형상이어도 좋고, 예를 들어 삼각형 홈 등의 홈부를 마련해도 좋다. 이와 같은 삼각형 홈 등의 홈부를 서브 마운트(B9)에 형성하는 방법으로서는, 기계 가공, 홈부의 벽이 되는 부분을 도금이나 에칭을 이용해서 형성하는 방법 등이 있다.
(제 4 실시형태)
상술한 제 1 실시형태에 있어서는, 서브 마운트(B)의 이면[서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면]에 슬릿 형상의 오목부(11)를 마련했을 경우에 대해 설명했지만, 히트 싱크(B4)의 서브 마운트(B9)와의 접합면에, 홈부로서 광축(L)에 대해서 대략 직교하는 방향으로 슬릿 형상의 오목부를 형성해도 좋다. 이 경우도, 서브 마운트(B)의 이면[서브 마운트(B9)의 히트 싱크(B4)와의 접합면]에 홈부로서 슬릿 형상의 오목부(11)를 마련한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이 경우도, 홈부의 형상은 서브 마운트(B9)와 히트 싱크(B4)를 접합할 때에 발생하는 여분의 접합제(12)가 흐르는 방향을 제어하고, 광축(L)과 대략 직교 방향으로 흐를 수 있는 형상이면 어떠한 형상이어도 좋고, 예를 들어 삼각형 홈 등의 홈부를 마련해도 좋다.
이러한 삼각형 홈 등의 서브 마운트(B9)나 히트 싱크(B4)에 형성하는 방법으로서는, 기계 가공, 홈부의 벽이 되는 부분을 도금이나 에칭을 이용해서 형성하는 방법 등이 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르는 레이저 광원 장치는 복수의 광학 소자를 버트 조인트로 광학적으로 직접 결합시킨 레이저 광원 장치에 유용하다.
1 : 반도체 레이저 칩 A2 : 히트 싱크
3 : 고체 레이저 B4 : 히트 싱크
5 : 파장 변환 소자 C6 : 히트 싱크
7 : 접합제 A8 : 서브 마운트
B9 : 서브 마운트 C10 : 서브 마운트
11 : 오목부 12 : 접합제
13 : 종래의 서브 마운트.

Claims (2)

  1. 광학 소자와,
    상기 광학 소자가 서브 마운트를 거쳐서 또는 직접 접합된 복수의 히트 싱크를 갖고,
    상기 광학 소자끼리가 광학적으로 직접 접합되도록 상기 복수의 히트 싱크끼리가 접합제에 의해 접합된 레이저 광원 장치에 있어서,
    상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트에 있어서 상기 히트 싱크와 접합되는 접합면, 또는 상기 히트 싱크에 있어서 상기 광학 소자 또는 상기 서브 마운트와 접합되는 접합면 중 어느 한 쪽의 접합면에, 상기 레이저 광원 장치에 있어서 광의 광축과 직교하는 방향으로 연장되는 홈부를 갖는 것을 특징으로 하는
    레이저 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈부는 인접하는 서브 마운트 중 적어도 1개의 서브 마운트에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    레이저 광원 장치.
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