半導体レーザ装置およびその製造方法
【課題】半導体レーザ素子を覆うようにして設けられるキャップがステムに対して圧入によって接合される構成を有する半導体レーザ装置において、圧入に伴う不都合を解消することが可能な半導体レーザ装置、およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】板状のベース１１を有するステムと、ステム１に支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、筒状の胴部５１、この胴部５１の一端側に形成され、開口５２ａを有する天板５２、および胴部５１の他端側に形成された開口端部５３を有し、半導体レーザ素子２を覆うように開口端部５３がベース１１に圧入によって接合されるキャップ５と、開口５２ａを塞ぐように取り付けられ、半導体レーザ素子２からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させるガラス板８と、を備えた半導体レーザ装置Ａ１であって、ガラス板８は、天板５２に対して、上記レーザ光の出射方向側に取り付けられている。
【解決手段】板状のベース１１を有するステムと、ステム１に支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、筒状の胴部５１、この胴部５１の一端側に形成され、開口５２ａを有する天板５２、および胴部５１の他端側に形成された開口端部５３を有し、半導体レーザ素子２を覆うように開口端部５３がベース１１に圧入によって接合されるキャップ５と、開口５２ａを塞ぐように取り付けられ、半導体レーザ素子２からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させるガラス板８と、を備えた半導体レーザ装置Ａ１であって、ガラス板８は、天板５２に対して、上記レーザ光の出射方向側に取り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの読み取り用光源、あるいは、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ（Compact Disc Recordable / Rewritable）やＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ（Digital Versatile Disc Recordable / Rewritable）などの書き込み光源に用いられる半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置の一例としては、図１１に示すものがある（たとえば特許文献１参照）。同図に示された半導体レーザ装置Ｘは、ベース９１Ａおよびブロック９１Ｂからなるステム９１と、ブロック９１Ｂ上に搭載された半導体レーザ素子９２および受光素子９３を備えており、図中上方に向けてレーザ光を出射するものである。ベース９１Ａは、大略円形板状とされている。ベース９１Ａには、２つの孔９１Ａａが形成されており、これらの孔９１Ａａを貫通するようにリード９４Ａ，９４Ｂが設けられている。リード９４Ａは、ワイヤを介して半導体レーザ素子９２に導通しており、リード９４Ｂは、受光素子９３に導通している。リード９４Ｃは、ベース９１Ａの図中下面に接合されており、いわゆるコモン端子となっている。ブロック９１Ｂおよびリード９４Ａ，９４Ｂの図中上部を覆うように、筒状のキャップ９５が設けられている。キャップ９５の上部には開口９５ａが形成されており、この開口９５ａを塞ぐガラス板９６（光透過部材）がたとえば接着剤９８を介して取り付けられている。ガラス板９６は、半導体レーザ素子９２から出射されるレーザ光に対して透光性を有する。また、キャップ９５の図中下端には外向フランジ９５ｂが設けられており、この外向フランジ９５ｂの全周においてベース９１Ａと抵抗溶接により接合されている。さらに、ベース９１Ａの孔９１Ａａは、リード９４Ａ，９４Ｂ以外の部分に低融点ガラス９７が充填されている。これらにより、半導体レーザ素子９２からのレーザ光を図中上方に向けて出射可能であるとともに、ベース９１Ａとキャップ９５とにより区画された空間は、この半導体レーザ装置Ｘ外の空間に対して気密されている。このような構成によれば、この半導体レーザ装置Ｘが湿度の高い環境において使用されても、半導体レーザ素子９２の周囲における湿度が高くなることを防止することが可能であり、半導体レーザ素子９２を保護するのに適している。
【０００３】
上記構成の半導体レーザ装置Ｘは、ピックアップ装置に装備される際には、一般に、ベース９１Ａ上面のうち外向フランジ９５ｂよりも外側に位置する部分９１Ａｂが基準面とされ、当該部分９１Ａｂをピックアップ装置の所定箇所に当て付けた状態で固定される。そして、ノート型パソコンなどにおいては、半導体レーザ装置Ｘは、ピックアップ装置内でレーザ光の出射方向が横向きとなるように配置される。
【０００４】
図１２は、半導体レーザ装置Ｘがピックアップ装置に装備された状態の一例を示す概略構成図である。ピックアップ装置Ｙは、たとえば、ケース１０１の適所に、半導体レーザ装置Ｘ、ビームスプリッタ１０２、コリメータレンズ１０３、反射ミラー１０４、対物レンズ１０５、さらには、図示しない回折格子等の光学部品が配置された構成とされている。半導体レーザ装置Ｘは、ベース９１Ａにおける基準面（部分９１Ａｂ）が図中縦方向に沿う姿勢でケース１０１に当て付けられている。ケース１０１に固定された半導体レーザ装置Ｘからレーザ光が横方向に出射されると、当該レーザ光は、ビームスプリッタ１０２、コリメータレンズ１０３、反射ミラー１０４、対物レンズ１０５等を介して、ＤＶＤやＣＤなどの光ディスク１０６の表面に焦点を結ぶように照射される。光ディスク１０６からの反射光は、対物レンズ１０５、反射ミラー１０４、コリメータレンズ１０３、ビームスプリッタ１０２、図示しない集光レンズ等を介して集光され、図示しない光検出器によって検出される。
【０００５】
近年、ノート型パソコンなどの電子機器の小型・薄型化にともない、ピックアップ装置Ｙについても薄型化の要請が強い。ピックアップ装置Ｙに装備される半導体レーザ装置Ｘは、横向きに配置されることから、ピックアップ装置Ｙの薄型化を図るためには、その外径（ベース９１Ａの外径）の小さいものが要求される。上記構成の半導体レーザ装置Ｘでは、キャップ９５が外向フランジ９５ｂを有しており、また、基準面（部分９１Ａｂ）を確保するためベース９１Ａの外径は外向フランジ９５ｂの外径よりも大とされていることから、ベース９１Ａの外径を小さくするのは困難である。
【０００６】
これに対し、特許文献１においては、キャップの下端（開口端部）をステムに対して圧入する構成についても開示されている（同文献の図９参照）。キャップをステムに圧入する構成によれば、図１１を参照して上述した半導体レーザ装置Ｘと比べて、キャップを溶接するスペースとしての外向フランジ９５ｂを必要としないので、その分ステムの外径を小さくすることができ、半導体レーザ装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、キャップをステムに圧入する構成の場合には、あらかじめガラス板が取り付けられたキャップに対し、ステム側に向けて所定の荷重を掛ける必要がある。そうすると、この圧入の際に、キャップないしガラス板の接着部に応力が作用し、当該応力に起因してガラス板がキャップから脱落する虞があった。また、半導体レーザ装置の小型化を図るべく、たとえばキャップの外径や厚さなどの各所の寸法を小さくすると、上記したキャップないしガラス板の接着部への応力が増加する傾向にある。その結果、ガラス板が脱落しやすくなり、却って半導体レーザ装置の小型化に対する阻害要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体レーザ素子を覆うようにして設けられるキャップがステムに対して圧入によって接合される構成を有する半導体レーザ装置において、圧入に伴う不都合を解消することが可能な半導体レーザ装置、およびその製造方法を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置は、板状のベースを有するステムと、このステムに支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有し、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部が上記ベースに圧入によって接合されるキャップと、上記開口を塞ぐように取り付けられ、上記半導体レーザ素子からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させる光透過部材と、を備えた半導体レーザ装置であって、上記光透過部材は、上記板部に対して、上記レーザ光の出射方向側に取り付けられている。
【００１２】
このような構成によれば、光透過部材は、板部に対するレーザ光の出射方向側、すなわちキャップの外側に設けられている。このため、光透過部材は、キャップをステムに圧入した後において当該キャップに取り付けることができる。したがって、キャップの圧入時に光透過部材が脱落するといった不都合を回避することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベースにおける上記レーザ光の出射方向側の面には、第１基準面と、この第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向側に位置する第２基準面と、上記第１基準面および第２基準面の間に形成された段差部とが設けられており、上記開口端部が上記段差部に圧入されている。この場合において、好ましくは、上記第１面基準面と上記第２基準面との間には、上記第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向反対側に窪む環状の凹溝部が形成されており、上記開口端部が上記凹溝部に嵌まっている。このような構成によれば、キャップは、ベースの段差部および凹溝部にわたって圧入されることになる。このため、ベース（ステム）とキャップとの接触面積を大きく確保することができ、シール性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材は、支持リングを介して上記板部に取り付けられている。このような構成によれば、キャップに対して支持リングを機械的に強固に結合することができる。したがって、光透過部材を、支持リングを介してキャップに適切に固定することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記支持リングは、上記板部に溶接接合されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記板部における上記レーザ光の出射方向側の面には、凹部が形成されており、上記支持リングは、上記凹部に圧入されている。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、板状のベースを有するステムを形成する工程と、上記ステムに半導体レーザ素子を搭載する工程と、筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有するキャップを、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部を上記ベースに圧入する工程と、上記キャップの外側から上記開口を塞ぐように上記板部に対して光透過部材を取り付ける工程と、を有する。このような製造方法によれば、キャップの圧入後に光透過部材を取り付けるため、キャップの圧入時に光透過部材が脱落するといった不都合が生じることはない。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを上記板部に被せ、上記板部と上記支持リングとを溶接することにより行う。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを、上記板部に形成された凹部に圧入することにより行う。
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の一例の全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図４】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図６】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図７】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の図２と同様の断面図である。
【図９】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の図２と同様の断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の製造方法における一部の工程を説明する断面図である。
【図１１】従来の半導体レーザ装置の一例の断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体レーザ装置がピックアップ装置に装備された状態の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、説明の便宜上、図１を基準として上下の方向を特定することにする。
【００２３】
図１および図２は、本発明に係る半導体レーザ装置の一例を示している。図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１は、ステム１、半導体レーザ素子２、受光素子３、リード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、キャップ５、およびガラス板８を備えており、上方に向けてレーザ光を出射可能である。
【００２４】
ステム１は、ベース１１とブロック１２とを有している。本実施形態においては、ステム１は、ベース１１とブロック１２とが一体的に成形された構造とされており、たとえばＦｅまたはＦｅ合金からなる。図１に表れているように、ベース１１は、大略円形板状である。ブロック１２は、直方体形状であり、ベース１１の上方において、ベース１１の中心からその半径方向外方にシフトした位置に配置されている。
【００２５】
図２によく表れているように、ベース１１の上面（レーザ光の出射方向側の面）には、第１基準面１１ａと、この第１基準面１１ａよりも上位に位置する第２基準面１１ｂと、これら基準面１１ａ，１１ｂの間に形成された段差部１１ｃとが設けられている。また、第１基準面１１ａと第２基準面１１ｂとの間には、第１基準面１１ａよりもベース１１下面側（レーザ光の出射方向反対側）に窪む環状の凹溝部１１ｄが形成されている。図２から理解されるように、凹溝部１１ｄは段差部１１ｃにつながるように設けられている。凹溝部１１ｄには、後述するキャップ５の開口端部５３が嵌まっている。ベース１１の寸法の一例を挙げると、最大外径部分の直径が３．３ｍｍ程度、段差部１１ｃの外径が２．３ｍｍ程度、とされている。
【００２６】
ブロック１２の側面には、サブマウント１３を介して半導体レーザ素子２が搭載されている。半導体レーザ素子２は、レーザ光を出射するものであり、たとえば２５０μｍ角から２５０μｍ×８００μｍ角程度とされる。サブマウント１３は、たとえばシリコン基板またはＡＩＮ（アルミナイトライド）からなり、通常０．８ｍｍ×１．０ｍｍ角程度とされる。本実施形態においては、半導体レーザ素子２として、たとえば青色や青紫色などのレーザ光を出射するものが用いられ、かかる半導体レーザ素子２は、光化学反応を起こし易いので、外部環境と区画された気密雰囲気に配置する必要がある。
【００２７】
ベース１１の上面（第２基準面１１ｂ）には、ピンフォトダイオードなどの受光素子３が設けられている。受光素子３は、受けた光の光度に応じた大きさの信号を出力するものである。半導体レーザ素子２から出射される光のうち、下方へと向かう光が受光素子３により受光されると、この光の大きさをあらわす信号が出力される。この信号の大きさから、半導体レーザ素子２への指令値としての光度と実際の光度とを比較することにより、半導体レーザ素子２をいわゆるフィードバック制御することが可能である。
【００２８】
リード４Ａ，４Ｂは、それぞれ半導体レーザ素子２および受光素子３に電源供給するために用いられる。図２に示すように、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１に形成された孔１１ｅを貫通しており、ベース１１から上下方向に突出している。リード４Ａ，４Ｂは、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金からなりＡｕメッキが施されている。このＡｕメッキは、後述するワイヤボンディングを施した後に、ワイヤを適切に接合させておくためのものである。リード４Ａ，４Ｂは、たとえば低融点ガラスなどの接着剤６を介してベース１１に固着されている。この接着剤６により、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１と機械的に接合されているとともに、電気的に絶縁されている。また、接着剤６により、ベース１１の孔１１ｅは封止されている。
【００２９】
一方、ベース１１の下面には、リード４Ｃが設けられている。リード４Ｃは、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金からなり、上端部４Ｃａにおいてベース１１に対してたとえばろう付けにより接合されている。これにより、リード４Ｃは、ベース１１と電気的に導通している。
【００３０】
図１に示すように、半導体レーザ素子２は、その表面がワイヤ７によりサブマウント１３上の図示しない配線パターンを介してリード４Ａの上端部４Ａａと導通している。また、半導体レーザ素子２の裏面は、サブマウント１３を介してブロック１２に導通しており、ブロック１２は、ベース１１を介してリード４Ｃと導通している。これらにより、半導体レーザ素子２は、リード４Ａとリード４Ｃとに導通しており、これらを利用して発光駆動される。一方、受光素子３は、図２に示すように、その上面がワイヤ７によりリード４Ｂの上端部４Ｂａと接続されているとともに、その下面がベース１１を介してリード４Ｃに導通している。これらにより、受光素子３からの信号が検出可能となっている。このように、リード４Ｃは、いわゆるコモンリードとして用いられる。リード４Ａ，４Ｂ，４Ｃの下端部は、それぞれ端子部４Ａｂ，４Ｂｂ，４Ｃｂとされており、この半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに電気的および機械的に接続するために用いられる部分となっている。
【００３１】
図１および図２に示すように、キャップ５は、円筒状の胴部５１と、この胴部５１の上端につながる天板５２と、胴部５１の下端に形成された開口端部５３とを備え、たとえばコバール（登録商標）などのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる。キャップ５は、ブロック１２およびこれに支持された半導体レーザ素子２を覆うようにベース１１に圧入されている。
【００３２】
天板５２には、開口５２ａが形成されており、この開口５２ａを塞ぐようにして天板５２の上面側（レーザ光の出射方向側）にガラス板８が取り付けられている。ガラス板８は、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光に対して透光性を有しており、半導体レーザ素子２から上方へと出射されたレーザ光を透過させて半導体レーザ装置Ａ１の外部に出射させるものである。ガラス板８は、本発明でいう光透過部材に相当するものである。
【００３３】
本実施形態では、ガラス板８は、支持リング８１を介して天板５２に取り付けられている。具体的には、支持リング８１は、その外径がガラス板８の直径より大とされた薄板材であり、たとえばコバール（登録商標）などのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる。ガラス板８は、その外周寄りの部分が支持リング８１に重なっており、低融点ガラスなどの接着剤９によって支持リング８１に固定されている。支持リング８１は、たとえば抵抗溶接によって全周にわたって天板５２上面に固着されている。これにより、天板５２の開口５２ａは、ガラス板８、接着剤９、および支持リング８１によって封止されている。
【００３４】
図２によく表れているように、キャップ５の開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃに圧入されることによって、凹溝部１１ｄに嵌まっており、先端が凹溝部１１ｄの底面に当接している。これにより、ベース１１とキャップ５の間は封止されている。本実施形態においては、たとえばキャップ５の胴部５１および開口端部５３の内周面にはたとえばＡｇＳｎ合金メッキなどのＳｎ系のメッキ（図示せず）が施されており、このメッキが圧入によって摺り潰された状態となっている。
【００３５】
キャップ５の寸法の一例を挙げると、高さ（ベース１１の第１基準面１１ａから天板５２上面までの距離）が２〜２．５ｍｍ程度である。胴部５１ないし開口端部５３の内径は、ベース１１の段差部１１ｃの外径よりも僅かに小さい寸法とされ、たとえば２．２９ｍｍ程度である。胴部５１ないし開口端部５３の厚さは０．１５ｍｍ程度である。
【００３６】
上記構成により、半導体レーザ装置Ａ１においては、半導体レーザ素子２からのレーザ光をガラス板８を通じて上方に向けて出射可能であるとともに、ベース１１とキャップ５とにより区画された空間は、この半導体レーザ装置Ａ１の外部空間に対して気密されている。このような構成によれば、半導体レーザ装置Ａ１が湿度の高い環境において使用されても、半導体レーザ素子２の周囲における湿度が高くなることを防止することが可能であり、半導体レーザ素子２を保護するのに適している。なお、半導体レーザ素子２の劣化を防止するために、ベース１１とキャップ５とにより区画された気密空間には、必要に応じて、たとえば窒素ガスなどの不活性ガスやドライエアが封入される。
【００３７】
次に、半導体レーザ装置Ａ１の製造方法の一例について、図３〜図７を参照しつつ、以下に説明する。
【００３８】
まず、図３に示すように、ステム１を形成する。ステム１の形成は、Ｆｅ材料またはＦｅ合金材料を準備し、これらの材料に冷間鍛造を施すことにより行う。この冷間鍛造により、ベース１１とブロック１２とが一体的に成形される。また、ベース１１には、段差部１１ｃ、凹溝部１１ｄ、および２つの孔１１ｅが同時に形成される。なお、ステム１の形成は、冷間鍛造によることが寸法精度や製造効率といった点において好ましいが、これに限定されず、冷間鍛造と同程度の寸法精度で形成可能な方法を採用してもよい。
【００３９】
次に、図４に示すように、ベース１１の下面にリード４Ｃを接合する。リード４Ｃの接合は、たとえばろう付けにより行う。これにより、リード４Ｃとベース１１とを導通させることができる。なお、リード４Ｃの接合は、ベース１１と導通させることが可能な方法であれば、ろう付け以外の方法であってもよい。次いで、リード４Ａ，４Ｂを孔１１ｅにそれぞれ挿入する。リード４Ａ，４Ｂを孔１１ｅに挿入させた状態でこれらを保持するために、孔１１ｅ内に低融点ガラスペーストを充填する。上記低融点ガラスペーストは、たとえば低融点ガラス粉末に樹脂や溶剤を混合したものである。上記低融点ガラスペーストの充填は、リード４Ａ，４Ｂの挿入前に行ってもよいし、これらを孔１１ｅに挿入した後に行ってもよい。リード４Ａ，４Ｂを挿入した後は、上記低融点ガラスペーストを焼成して、これが固化して接着剤６となる。これにより、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１に対して固着されるとともに、接着剤６によって電気的に絶縁される。
【００４０】
リード４Ａ，４Ｂをステム１に固着した後は、サブマウント１３、半導体レーザ素子２および受光素子３の搭載、ワイヤボンディングによるワイヤ７の接続などの工程を経て、図５に示すように、キャップ５を取り付ける前の状態となる。
【００４１】
次に、図６に示すように、キャップ５をステム１に圧入する。ここで、キャップ５の圧入に先立ち、胴部５１および開口端部５３の内周面の所定箇所には、たとえば無電解メッキ法により図示しないメッキが施されている。キャップ５の圧入は、たとえば、支持台１０Ａ上にステム１を載置し、ガイド体１０Ｂによりキャップ５の横方向の移動を規制してキャップ５とステム１との芯合わせをしながら、平板状の加圧体１０Ｃをキャップ５の天板５２の上面全体に当接させてステム１側に荷重を掛けることによって行う。そうすると、キャップ５の開口端部５３がベース１１の段差部１１ｃに圧入されながら下降していく。そして、開口端部５３の先端が凹溝部１１ｄの底面に当接した時点で加圧体１０Ｃによる荷重押圧を止める。なお、キャップ５を圧入する際には、キャップ５の天板５２には、ガラス板８および支持リング８１が取り付けられていない。
【００４２】
次に、図７に示すように、キャップ５の外側から開口５２ａを塞ぐようにして、天板５２にガラス板８を取り付ける。この取り付け作業は、ガラス板８が固定された支持リング８１を天板５２に被せ、天板５２と支持リング８１とを抵抗溶接することによって行う。ここで、支持リング８１の下面外周寄りには、環状の突起８１ａがあらかじめ形成されている。溶接作業に際し、たとえば、下電極１０Ｄと上電極１０Ｅとの間にステム１ないしキャップ５、および支持リング８１を配置し、下電極１０Ｄおよび上電極１０Ｅによってステム１および支持リング８１を挟んで押圧する。このとき、下電極１０Ｄは、ベース１１の下面に当接しており、上電極１０Ｅは、支持リング８１の外周部に当接している。
【００４３】
溶接作業においては、たとえば電極１０Ｄ，１０Ｅへ通電しながら支持リング８１を押圧する。そうすると、支持リング８１の突起８１ａに電流が集中して溶融し、支持リング８１が天板５２に接合される。なお、支持リング８１の突起８１ａに代えて、天板５２の上面に環状の突起を設けてもよい。上記した一連の作業工程により、図１および図２に示す半導体レーザ装置Ａ１を製造することができる。
【００４４】
次に、半導体レーザ装置Ａ１の作用について説明する。
【００４５】
本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１においては、キャップ５がステム１に対して圧入によって接合される構成とされている。すなわち、キャップを溶接接合する場合において設けられていた外向フランジを必要としないので、その分ステム１（ベース１１）の外径を小さくすることができ、半導体レーザ装置Ａ１の小型化を図ることができる。
【００４６】
その一方、半導体レーザ装置Ａ１の小型化を図るべく、キャップ５の外径や厚さなどの各所の寸法を小さくすると、キャップ５に作用する応力が増加する傾向にある。これに対し、本実施形態では、ガラス板８は、キャップ５の外側に設けられており、キャップ５をステム１に圧入した後に取り付けられる。このため、キャップ５の圧入時にガラス板８が脱落するといった不都合を回避することができる。なお、ガラス板８の取り付けについては、キャップ５の外側に取り付けるほうがキャップ５の内側に取り付けるよりも容易であり、キャップ５へのガラス板８の取り付け作業そのものを簡素化することも期待できる。
【００４７】
また、ガラス板８は、支持リング８１を介してキャップ５の天板５２に取り付けられており、支持リング８１は、天板５２に溶接接合されている。これにより、キャップ５に対して支持リング８１を機械的に強固に結合することができる。したがって、ガラス板８を、支持リング８１を介してキャップ５に適切に固定することができる。
【００４８】
キャップ５の開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃに圧入されることにより、段差部１１ｃにつながる凹溝部１１ｄに嵌まっている。したがって、キャップ５の胴部５１ないし開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃおよび凹溝部１１ｄの長い寸法にわたって圧入されることになる。このため、ベース１１（ステム１）とキャップ５との接触面積を大きく確保することができ、圧入によるシール性を向上させることができる。さらに、ベース１１とキャップ５との間には、圧入によって摺り潰されたメッキが介在している。このことは、ベース１１とキャップ５の間のシール性を向上させるうえで好適である。
【００４９】
図８および図９は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の例を示している。なお、これらの図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００５０】
図８に示された半導体レーザ装置Ａ２においては、ステム１におけるベース１１に凹溝部１１ｄが設けられていない点、およびガラス板８が支持リング８１を介さずにキャップ５の天板５２に取り付けられている点において、上記実施形態の半導体レーザ装置Ａ１と異なる。ガラス板８は、たとえばＡｕＳｎ合金を含むメタライジング層９’によって天板５２に固着されている。半導体レーザ装置Ａ２は、上記した半導体レーザ装置Ａ１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。ただし、ガラス板８をキャップ５に取り付ける工程は、たとえばＡｕＳｎ合金ペーストを天板５２上面に塗布し、その上にガラス板８を載せて焼成することにより行う。
【００５１】
図９に示された半導体レーザ装置Ａ３は、ガラス板８の取り付け構造が上記実施形態の半導体レーザ装置Ａ１と異なっている。具体的には、半導体レーザ装置Ａ３において、ガラス板８は支持リング８１を介してキャップ５の天板５２に取り付けられているが、支持リング８１は圧入によって天板５２に固着されている。天板５２の上面（レーザ光の出射方向側の面）には、外周部に鍔が設けられることによって凹部５２ｂが形成されており、この凹部５２ｂに支持リング８１が圧入されている。半導体レーザ装置Ａ３は、上記した半導体レーザ装置Ａ１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。ただし、支持リング８１を天板５２の凹部５２ｂに取り付ける際には、図１０に示すように、天板５２の凹部５２ｂに対する支持リング８１の圧入は、たとえば、支持台１０Ａ上にステム１を載置し、加圧体１０Ｆを支持リング８１の外周部に当接させてステム１側に荷重を掛けることによって行う。このような製造方法によれば、ステム１に対するキャップ５の取り付け、およびキャップ５に対するガラス板８の取り付けのいずれもが圧入によって行われるので、これら取り付け作業の簡素化が期待できる。
【００５２】
本発明に係る半導体レーザ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００５３】
ステム１は、上記実施形態のようなＦｅまたはＦｅ合金からなる構成に代えて、たとえばＣｕまたはＣｕ合金を含む構成としてもよい。半導体レーザ素子２での発熱による温度上昇を抑制するべく、放熱性について考慮すると、ステム1の構成材料としてＣｕまたはＣｕ合金を用いるのが好ましい。同様に、ステム１は、放熱性を考慮すると、ベース１１とブロック１２とを一体的に形成した構造とすることが好ましいが、これに限定されず、一体的に形成された構造でなくてもよい。ベース１１とブロック１２とを別々に形成する場合、たとえばベース１１をＦｅ系とするとともにブロック１２をＣｕまたはＣｕ合金とし、ブロック１２をベース１１に対してろう付けにより接合する。
【００５４】
受光素子３を有する構成は、たとえばフィードバック制御による半導体レーザ素子２の安定的な発光に有利であるが、本発明はこれに限定されず、別の手法により半導体レーザ素子２の出力制御を実現することなどにより、受光素子３を備えない構成としてもよい。
【００５５】
本発明に係る半導体レーザ装置は、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの読み取り用光源、あるいは、ＣＤ−Ｒ／ＲＷやＤＶＤ−Ｒ／ＲＷなどの書き込み用光源などに用いられるのに適しているが、これに限定されず広く電子機器などに搭載されるレーザ光の発光源として用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 半導体レーザ装置
１ ステム
２ 半導体レーザ素子
３ 受光素子
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ リード
５ キャップ
６ 樹脂
７ ワイヤ
８ ガラス板（光透過部材）
９ 接着剤
１０Ａ 下電極（第１の電極）
１０Ｂ 上電極（第２の電極）
１１ ベース
１１ａ 第１基準面
１１ｂ 第２基準面
１１ｃ 段差部
１１ｄ 凹溝部
１１ｅ 孔
１２ ブロック
１３ サブマウント
５１ 胴部
５２ 天板（板部）
５２ａ 開口
５２ｂ 凹部
５３ 開口端部
８１ 支持リング
８１ａ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの読み取り用光源、あるいは、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ（Compact Disc Recordable / Rewritable）やＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ（Digital Versatile Disc Recordable / Rewritable）などの書き込み光源に用いられる半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置の一例としては、図１１に示すものがある（たとえば特許文献１参照）。同図に示された半導体レーザ装置Ｘは、ベース９１Ａおよびブロック９１Ｂからなるステム９１と、ブロック９１Ｂ上に搭載された半導体レーザ素子９２および受光素子９３を備えており、図中上方に向けてレーザ光を出射するものである。ベース９１Ａは、大略円形板状とされている。ベース９１Ａには、２つの孔９１Ａａが形成されており、これらの孔９１Ａａを貫通するようにリード９４Ａ，９４Ｂが設けられている。リード９４Ａは、ワイヤを介して半導体レーザ素子９２に導通しており、リード９４Ｂは、受光素子９３に導通している。リード９４Ｃは、ベース９１Ａの図中下面に接合されており、いわゆるコモン端子となっている。ブロック９１Ｂおよびリード９４Ａ，９４Ｂの図中上部を覆うように、筒状のキャップ９５が設けられている。キャップ９５の上部には開口９５ａが形成されており、この開口９５ａを塞ぐガラス板９６（光透過部材）がたとえば接着剤９８を介して取り付けられている。ガラス板９６は、半導体レーザ素子９２から出射されるレーザ光に対して透光性を有する。また、キャップ９５の図中下端には外向フランジ９５ｂが設けられており、この外向フランジ９５ｂの全周においてベース９１Ａと抵抗溶接により接合されている。さらに、ベース９１Ａの孔９１Ａａは、リード９４Ａ，９４Ｂ以外の部分に低融点ガラス９７が充填されている。これらにより、半導体レーザ素子９２からのレーザ光を図中上方に向けて出射可能であるとともに、ベース９１Ａとキャップ９５とにより区画された空間は、この半導体レーザ装置Ｘ外の空間に対して気密されている。このような構成によれば、この半導体レーザ装置Ｘが湿度の高い環境において使用されても、半導体レーザ素子９２の周囲における湿度が高くなることを防止することが可能であり、半導体レーザ素子９２を保護するのに適している。
【０００３】
上記構成の半導体レーザ装置Ｘは、ピックアップ装置に装備される際には、一般に、ベース９１Ａ上面のうち外向フランジ９５ｂよりも外側に位置する部分９１Ａｂが基準面とされ、当該部分９１Ａｂをピックアップ装置の所定箇所に当て付けた状態で固定される。そして、ノート型パソコンなどにおいては、半導体レーザ装置Ｘは、ピックアップ装置内でレーザ光の出射方向が横向きとなるように配置される。
【０００４】
図１２は、半導体レーザ装置Ｘがピックアップ装置に装備された状態の一例を示す概略構成図である。ピックアップ装置Ｙは、たとえば、ケース１０１の適所に、半導体レーザ装置Ｘ、ビームスプリッタ１０２、コリメータレンズ１０３、反射ミラー１０４、対物レンズ１０５、さらには、図示しない回折格子等の光学部品が配置された構成とされている。半導体レーザ装置Ｘは、ベース９１Ａにおける基準面（部分９１Ａｂ）が図中縦方向に沿う姿勢でケース１０１に当て付けられている。ケース１０１に固定された半導体レーザ装置Ｘからレーザ光が横方向に出射されると、当該レーザ光は、ビームスプリッタ１０２、コリメータレンズ１０３、反射ミラー１０４、対物レンズ１０５等を介して、ＤＶＤやＣＤなどの光ディスク１０６の表面に焦点を結ぶように照射される。光ディスク１０６からの反射光は、対物レンズ１０５、反射ミラー１０４、コリメータレンズ１０３、ビームスプリッタ１０２、図示しない集光レンズ等を介して集光され、図示しない光検出器によって検出される。
【０００５】
近年、ノート型パソコンなどの電子機器の小型・薄型化にともない、ピックアップ装置Ｙについても薄型化の要請が強い。ピックアップ装置Ｙに装備される半導体レーザ装置Ｘは、横向きに配置されることから、ピックアップ装置Ｙの薄型化を図るためには、その外径（ベース９１Ａの外径）の小さいものが要求される。上記構成の半導体レーザ装置Ｘでは、キャップ９５が外向フランジ９５ｂを有しており、また、基準面（部分９１Ａｂ）を確保するためベース９１Ａの外径は外向フランジ９５ｂの外径よりも大とされていることから、ベース９１Ａの外径を小さくするのは困難である。
【０００６】
これに対し、特許文献１においては、キャップの下端（開口端部）をステムに対して圧入する構成についても開示されている（同文献の図９参照）。キャップをステムに圧入する構成によれば、図１１を参照して上述した半導体レーザ装置Ｘと比べて、キャップを溶接するスペースとしての外向フランジ９５ｂを必要としないので、その分ステムの外径を小さくすることができ、半導体レーザ装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、キャップをステムに圧入する構成の場合には、あらかじめガラス板が取り付けられたキャップに対し、ステム側に向けて所定の荷重を掛ける必要がある。そうすると、この圧入の際に、キャップないしガラス板の接着部に応力が作用し、当該応力に起因してガラス板がキャップから脱落する虞があった。また、半導体レーザ装置の小型化を図るべく、たとえばキャップの外径や厚さなどの各所の寸法を小さくすると、上記したキャップないしガラス板の接着部への応力が増加する傾向にある。その結果、ガラス板が脱落しやすくなり、却って半導体レーザ装置の小型化に対する阻害要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体レーザ素子を覆うようにして設けられるキャップがステムに対して圧入によって接合される構成を有する半導体レーザ装置において、圧入に伴う不都合を解消することが可能な半導体レーザ装置、およびその製造方法を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置は、板状のベースを有するステムと、このステムに支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有し、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部が上記ベースに圧入によって接合されるキャップと、上記開口を塞ぐように取り付けられ、上記半導体レーザ素子からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させる光透過部材と、を備えた半導体レーザ装置であって、上記光透過部材は、上記板部に対して、上記レーザ光の出射方向側に取り付けられている。
【００１２】
このような構成によれば、光透過部材は、板部に対するレーザ光の出射方向側、すなわちキャップの外側に設けられている。このため、光透過部材は、キャップをステムに圧入した後において当該キャップに取り付けることができる。したがって、キャップの圧入時に光透過部材が脱落するといった不都合を回避することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベースにおける上記レーザ光の出射方向側の面には、第１基準面と、この第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向側に位置する第２基準面と、上記第１基準面および第２基準面の間に形成された段差部とが設けられており、上記開口端部が上記段差部に圧入されている。この場合において、好ましくは、上記第１面基準面と上記第２基準面との間には、上記第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向反対側に窪む環状の凹溝部が形成されており、上記開口端部が上記凹溝部に嵌まっている。このような構成によれば、キャップは、ベースの段差部および凹溝部にわたって圧入されることになる。このため、ベース（ステム）とキャップとの接触面積を大きく確保することができ、シール性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材は、支持リングを介して上記板部に取り付けられている。このような構成によれば、キャップに対して支持リングを機械的に強固に結合することができる。したがって、光透過部材を、支持リングを介してキャップに適切に固定することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記支持リングは、上記板部に溶接接合されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記板部における上記レーザ光の出射方向側の面には、凹部が形成されており、上記支持リングは、上記凹部に圧入されている。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、板状のベースを有するステムを形成する工程と、上記ステムに半導体レーザ素子を搭載する工程と、筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有するキャップを、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部を上記ベースに圧入する工程と、上記キャップの外側から上記開口を塞ぐように上記板部に対して光透過部材を取り付ける工程と、を有する。このような製造方法によれば、キャップの圧入後に光透過部材を取り付けるため、キャップの圧入時に光透過部材が脱落するといった不都合が生じることはない。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを上記板部に被せ、上記板部と上記支持リングとを溶接することにより行う。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを、上記板部に形成された凹部に圧入することにより行う。
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の一例の全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図４】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図６】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図７】本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例における一部の工程を説明する断面図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の図２と同様の断面図である。
【図９】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の図２と同様の断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体レーザ装置の他の例の製造方法における一部の工程を説明する断面図である。
【図１１】従来の半導体レーザ装置の一例の断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体レーザ装置がピックアップ装置に装備された状態の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、説明の便宜上、図１を基準として上下の方向を特定することにする。
【００２３】
図１および図２は、本発明に係る半導体レーザ装置の一例を示している。図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１は、ステム１、半導体レーザ素子２、受光素子３、リード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、キャップ５、およびガラス板８を備えており、上方に向けてレーザ光を出射可能である。
【００２４】
ステム１は、ベース１１とブロック１２とを有している。本実施形態においては、ステム１は、ベース１１とブロック１２とが一体的に成形された構造とされており、たとえばＦｅまたはＦｅ合金からなる。図１に表れているように、ベース１１は、大略円形板状である。ブロック１２は、直方体形状であり、ベース１１の上方において、ベース１１の中心からその半径方向外方にシフトした位置に配置されている。
【００２５】
図２によく表れているように、ベース１１の上面（レーザ光の出射方向側の面）には、第１基準面１１ａと、この第１基準面１１ａよりも上位に位置する第２基準面１１ｂと、これら基準面１１ａ，１１ｂの間に形成された段差部１１ｃとが設けられている。また、第１基準面１１ａと第２基準面１１ｂとの間には、第１基準面１１ａよりもベース１１下面側（レーザ光の出射方向反対側）に窪む環状の凹溝部１１ｄが形成されている。図２から理解されるように、凹溝部１１ｄは段差部１１ｃにつながるように設けられている。凹溝部１１ｄには、後述するキャップ５の開口端部５３が嵌まっている。ベース１１の寸法の一例を挙げると、最大外径部分の直径が３．３ｍｍ程度、段差部１１ｃの外径が２．３ｍｍ程度、とされている。
【００２６】
ブロック１２の側面には、サブマウント１３を介して半導体レーザ素子２が搭載されている。半導体レーザ素子２は、レーザ光を出射するものであり、たとえば２５０μｍ角から２５０μｍ×８００μｍ角程度とされる。サブマウント１３は、たとえばシリコン基板またはＡＩＮ（アルミナイトライド）からなり、通常０．８ｍｍ×１．０ｍｍ角程度とされる。本実施形態においては、半導体レーザ素子２として、たとえば青色や青紫色などのレーザ光を出射するものが用いられ、かかる半導体レーザ素子２は、光化学反応を起こし易いので、外部環境と区画された気密雰囲気に配置する必要がある。
【００２７】
ベース１１の上面（第２基準面１１ｂ）には、ピンフォトダイオードなどの受光素子３が設けられている。受光素子３は、受けた光の光度に応じた大きさの信号を出力するものである。半導体レーザ素子２から出射される光のうち、下方へと向かう光が受光素子３により受光されると、この光の大きさをあらわす信号が出力される。この信号の大きさから、半導体レーザ素子２への指令値としての光度と実際の光度とを比較することにより、半導体レーザ素子２をいわゆるフィードバック制御することが可能である。
【００２８】
リード４Ａ，４Ｂは、それぞれ半導体レーザ素子２および受光素子３に電源供給するために用いられる。図２に示すように、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１に形成された孔１１ｅを貫通しており、ベース１１から上下方向に突出している。リード４Ａ，４Ｂは、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金からなりＡｕメッキが施されている。このＡｕメッキは、後述するワイヤボンディングを施した後に、ワイヤを適切に接合させておくためのものである。リード４Ａ，４Ｂは、たとえば低融点ガラスなどの接着剤６を介してベース１１に固着されている。この接着剤６により、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１と機械的に接合されているとともに、電気的に絶縁されている。また、接着剤６により、ベース１１の孔１１ｅは封止されている。
【００２９】
一方、ベース１１の下面には、リード４Ｃが設けられている。リード４Ｃは、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金からなり、上端部４Ｃａにおいてベース１１に対してたとえばろう付けにより接合されている。これにより、リード４Ｃは、ベース１１と電気的に導通している。
【００３０】
図１に示すように、半導体レーザ素子２は、その表面がワイヤ７によりサブマウント１３上の図示しない配線パターンを介してリード４Ａの上端部４Ａａと導通している。また、半導体レーザ素子２の裏面は、サブマウント１３を介してブロック１２に導通しており、ブロック１２は、ベース１１を介してリード４Ｃと導通している。これらにより、半導体レーザ素子２は、リード４Ａとリード４Ｃとに導通しており、これらを利用して発光駆動される。一方、受光素子３は、図２に示すように、その上面がワイヤ７によりリード４Ｂの上端部４Ｂａと接続されているとともに、その下面がベース１１を介してリード４Ｃに導通している。これらにより、受光素子３からの信号が検出可能となっている。このように、リード４Ｃは、いわゆるコモンリードとして用いられる。リード４Ａ，４Ｂ，４Ｃの下端部は、それぞれ端子部４Ａｂ，４Ｂｂ，４Ｃｂとされており、この半導体レーザ装置Ａ１を電子機器などに電気的および機械的に接続するために用いられる部分となっている。
【００３１】
図１および図２に示すように、キャップ５は、円筒状の胴部５１と、この胴部５１の上端につながる天板５２と、胴部５１の下端に形成された開口端部５３とを備え、たとえばコバール（登録商標）などのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる。キャップ５は、ブロック１２およびこれに支持された半導体レーザ素子２を覆うようにベース１１に圧入されている。
【００３２】
天板５２には、開口５２ａが形成されており、この開口５２ａを塞ぐようにして天板５２の上面側（レーザ光の出射方向側）にガラス板８が取り付けられている。ガラス板８は、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光に対して透光性を有しており、半導体レーザ素子２から上方へと出射されたレーザ光を透過させて半導体レーザ装置Ａ１の外部に出射させるものである。ガラス板８は、本発明でいう光透過部材に相当するものである。
【００３３】
本実施形態では、ガラス板８は、支持リング８１を介して天板５２に取り付けられている。具体的には、支持リング８１は、その外径がガラス板８の直径より大とされた薄板材であり、たとえばコバール（登録商標）などのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる。ガラス板８は、その外周寄りの部分が支持リング８１に重なっており、低融点ガラスなどの接着剤９によって支持リング８１に固定されている。支持リング８１は、たとえば抵抗溶接によって全周にわたって天板５２上面に固着されている。これにより、天板５２の開口５２ａは、ガラス板８、接着剤９、および支持リング８１によって封止されている。
【００３４】
図２によく表れているように、キャップ５の開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃに圧入されることによって、凹溝部１１ｄに嵌まっており、先端が凹溝部１１ｄの底面に当接している。これにより、ベース１１とキャップ５の間は封止されている。本実施形態においては、たとえばキャップ５の胴部５１および開口端部５３の内周面にはたとえばＡｇＳｎ合金メッキなどのＳｎ系のメッキ（図示せず）が施されており、このメッキが圧入によって摺り潰された状態となっている。
【００３５】
キャップ５の寸法の一例を挙げると、高さ（ベース１１の第１基準面１１ａから天板５２上面までの距離）が２〜２．５ｍｍ程度である。胴部５１ないし開口端部５３の内径は、ベース１１の段差部１１ｃの外径よりも僅かに小さい寸法とされ、たとえば２．２９ｍｍ程度である。胴部５１ないし開口端部５３の厚さは０．１５ｍｍ程度である。
【００３６】
上記構成により、半導体レーザ装置Ａ１においては、半導体レーザ素子２からのレーザ光をガラス板８を通じて上方に向けて出射可能であるとともに、ベース１１とキャップ５とにより区画された空間は、この半導体レーザ装置Ａ１の外部空間に対して気密されている。このような構成によれば、半導体レーザ装置Ａ１が湿度の高い環境において使用されても、半導体レーザ素子２の周囲における湿度が高くなることを防止することが可能であり、半導体レーザ素子２を保護するのに適している。なお、半導体レーザ素子２の劣化を防止するために、ベース１１とキャップ５とにより区画された気密空間には、必要に応じて、たとえば窒素ガスなどの不活性ガスやドライエアが封入される。
【００３７】
次に、半導体レーザ装置Ａ１の製造方法の一例について、図３〜図７を参照しつつ、以下に説明する。
【００３８】
まず、図３に示すように、ステム１を形成する。ステム１の形成は、Ｆｅ材料またはＦｅ合金材料を準備し、これらの材料に冷間鍛造を施すことにより行う。この冷間鍛造により、ベース１１とブロック１２とが一体的に成形される。また、ベース１１には、段差部１１ｃ、凹溝部１１ｄ、および２つの孔１１ｅが同時に形成される。なお、ステム１の形成は、冷間鍛造によることが寸法精度や製造効率といった点において好ましいが、これに限定されず、冷間鍛造と同程度の寸法精度で形成可能な方法を採用してもよい。
【００３９】
次に、図４に示すように、ベース１１の下面にリード４Ｃを接合する。リード４Ｃの接合は、たとえばろう付けにより行う。これにより、リード４Ｃとベース１１とを導通させることができる。なお、リード４Ｃの接合は、ベース１１と導通させることが可能な方法であれば、ろう付け以外の方法であってもよい。次いで、リード４Ａ，４Ｂを孔１１ｅにそれぞれ挿入する。リード４Ａ，４Ｂを孔１１ｅに挿入させた状態でこれらを保持するために、孔１１ｅ内に低融点ガラスペーストを充填する。上記低融点ガラスペーストは、たとえば低融点ガラス粉末に樹脂や溶剤を混合したものである。上記低融点ガラスペーストの充填は、リード４Ａ，４Ｂの挿入前に行ってもよいし、これらを孔１１ｅに挿入した後に行ってもよい。リード４Ａ，４Ｂを挿入した後は、上記低融点ガラスペーストを焼成して、これが固化して接着剤６となる。これにより、リード４Ａ，４Ｂは、ベース１１に対して固着されるとともに、接着剤６によって電気的に絶縁される。
【００４０】
リード４Ａ，４Ｂをステム１に固着した後は、サブマウント１３、半導体レーザ素子２および受光素子３の搭載、ワイヤボンディングによるワイヤ７の接続などの工程を経て、図５に示すように、キャップ５を取り付ける前の状態となる。
【００４１】
次に、図６に示すように、キャップ５をステム１に圧入する。ここで、キャップ５の圧入に先立ち、胴部５１および開口端部５３の内周面の所定箇所には、たとえば無電解メッキ法により図示しないメッキが施されている。キャップ５の圧入は、たとえば、支持台１０Ａ上にステム１を載置し、ガイド体１０Ｂによりキャップ５の横方向の移動を規制してキャップ５とステム１との芯合わせをしながら、平板状の加圧体１０Ｃをキャップ５の天板５２の上面全体に当接させてステム１側に荷重を掛けることによって行う。そうすると、キャップ５の開口端部５３がベース１１の段差部１１ｃに圧入されながら下降していく。そして、開口端部５３の先端が凹溝部１１ｄの底面に当接した時点で加圧体１０Ｃによる荷重押圧を止める。なお、キャップ５を圧入する際には、キャップ５の天板５２には、ガラス板８および支持リング８１が取り付けられていない。
【００４２】
次に、図７に示すように、キャップ５の外側から開口５２ａを塞ぐようにして、天板５２にガラス板８を取り付ける。この取り付け作業は、ガラス板８が固定された支持リング８１を天板５２に被せ、天板５２と支持リング８１とを抵抗溶接することによって行う。ここで、支持リング８１の下面外周寄りには、環状の突起８１ａがあらかじめ形成されている。溶接作業に際し、たとえば、下電極１０Ｄと上電極１０Ｅとの間にステム１ないしキャップ５、および支持リング８１を配置し、下電極１０Ｄおよび上電極１０Ｅによってステム１および支持リング８１を挟んで押圧する。このとき、下電極１０Ｄは、ベース１１の下面に当接しており、上電極１０Ｅは、支持リング８１の外周部に当接している。
【００４３】
溶接作業においては、たとえば電極１０Ｄ，１０Ｅへ通電しながら支持リング８１を押圧する。そうすると、支持リング８１の突起８１ａに電流が集中して溶融し、支持リング８１が天板５２に接合される。なお、支持リング８１の突起８１ａに代えて、天板５２の上面に環状の突起を設けてもよい。上記した一連の作業工程により、図１および図２に示す半導体レーザ装置Ａ１を製造することができる。
【００４４】
次に、半導体レーザ装置Ａ１の作用について説明する。
【００４５】
本実施形態の半導体レーザ装置Ａ１においては、キャップ５がステム１に対して圧入によって接合される構成とされている。すなわち、キャップを溶接接合する場合において設けられていた外向フランジを必要としないので、その分ステム１（ベース１１）の外径を小さくすることができ、半導体レーザ装置Ａ１の小型化を図ることができる。
【００４６】
その一方、半導体レーザ装置Ａ１の小型化を図るべく、キャップ５の外径や厚さなどの各所の寸法を小さくすると、キャップ５に作用する応力が増加する傾向にある。これに対し、本実施形態では、ガラス板８は、キャップ５の外側に設けられており、キャップ５をステム１に圧入した後に取り付けられる。このため、キャップ５の圧入時にガラス板８が脱落するといった不都合を回避することができる。なお、ガラス板８の取り付けについては、キャップ５の外側に取り付けるほうがキャップ５の内側に取り付けるよりも容易であり、キャップ５へのガラス板８の取り付け作業そのものを簡素化することも期待できる。
【００４７】
また、ガラス板８は、支持リング８１を介してキャップ５の天板５２に取り付けられており、支持リング８１は、天板５２に溶接接合されている。これにより、キャップ５に対して支持リング８１を機械的に強固に結合することができる。したがって、ガラス板８を、支持リング８１を介してキャップ５に適切に固定することができる。
【００４８】
キャップ５の開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃに圧入されることにより、段差部１１ｃにつながる凹溝部１１ｄに嵌まっている。したがって、キャップ５の胴部５１ないし開口端部５３は、ベース１１の段差部１１ｃおよび凹溝部１１ｄの長い寸法にわたって圧入されることになる。このため、ベース１１（ステム１）とキャップ５との接触面積を大きく確保することができ、圧入によるシール性を向上させることができる。さらに、ベース１１とキャップ５との間には、圧入によって摺り潰されたメッキが介在している。このことは、ベース１１とキャップ５の間のシール性を向上させるうえで好適である。
【００４９】
図８および図９は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の例を示している。なお、これらの図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００５０】
図８に示された半導体レーザ装置Ａ２においては、ステム１におけるベース１１に凹溝部１１ｄが設けられていない点、およびガラス板８が支持リング８１を介さずにキャップ５の天板５２に取り付けられている点において、上記実施形態の半導体レーザ装置Ａ１と異なる。ガラス板８は、たとえばＡｕＳｎ合金を含むメタライジング層９’によって天板５２に固着されている。半導体レーザ装置Ａ２は、上記した半導体レーザ装置Ａ１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。ただし、ガラス板８をキャップ５に取り付ける工程は、たとえばＡｕＳｎ合金ペーストを天板５２上面に塗布し、その上にガラス板８を載せて焼成することにより行う。
【００５１】
図９に示された半導体レーザ装置Ａ３は、ガラス板８の取り付け構造が上記実施形態の半導体レーザ装置Ａ１と異なっている。具体的には、半導体レーザ装置Ａ３において、ガラス板８は支持リング８１を介してキャップ５の天板５２に取り付けられているが、支持リング８１は圧入によって天板５２に固着されている。天板５２の上面（レーザ光の出射方向側の面）には、外周部に鍔が設けられることによって凹部５２ｂが形成されており、この凹部５２ｂに支持リング８１が圧入されている。半導体レーザ装置Ａ３は、上記した半導体レーザ装置Ａ１の製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。ただし、支持リング８１を天板５２の凹部５２ｂに取り付ける際には、図１０に示すように、天板５２の凹部５２ｂに対する支持リング８１の圧入は、たとえば、支持台１０Ａ上にステム１を載置し、加圧体１０Ｆを支持リング８１の外周部に当接させてステム１側に荷重を掛けることによって行う。このような製造方法によれば、ステム１に対するキャップ５の取り付け、およびキャップ５に対するガラス板８の取り付けのいずれもが圧入によって行われるので、これら取り付け作業の簡素化が期待できる。
【００５２】
本発明に係る半導体レーザ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００５３】
ステム１は、上記実施形態のようなＦｅまたはＦｅ合金からなる構成に代えて、たとえばＣｕまたはＣｕ合金を含む構成としてもよい。半導体レーザ素子２での発熱による温度上昇を抑制するべく、放熱性について考慮すると、ステム1の構成材料としてＣｕまたはＣｕ合金を用いるのが好ましい。同様に、ステム１は、放熱性を考慮すると、ベース１１とブロック１２とを一体的に形成した構造とすることが好ましいが、これに限定されず、一体的に形成された構造でなくてもよい。ベース１１とブロック１２とを別々に形成する場合、たとえばベース１１をＦｅ系とするとともにブロック１２をＣｕまたはＣｕ合金とし、ブロック１２をベース１１に対してろう付けにより接合する。
【００５４】
受光素子３を有する構成は、たとえばフィードバック制御による半導体レーザ素子２の安定的な発光に有利であるが、本発明はこれに限定されず、別の手法により半導体レーザ素子２の出力制御を実現することなどにより、受光素子３を備えない構成としてもよい。
【００５５】
本発明に係る半導体レーザ装置は、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの読み取り用光源、あるいは、ＣＤ−Ｒ／ＲＷやＤＶＤ−Ｒ／ＲＷなどの書き込み用光源などに用いられるのに適しているが、これに限定されず広く電子機器などに搭載されるレーザ光の発光源として用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 半導体レーザ装置
１ ステム
２ 半導体レーザ素子
３ 受光素子
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ リード
５ キャップ
６ 樹脂
７ ワイヤ
８ ガラス板（光透過部材）
９ 接着剤
１０Ａ 下電極（第１の電極）
１０Ｂ 上電極（第２の電極）
１１ ベース
１１ａ 第１基準面
１１ｂ 第２基準面
１１ｃ 段差部
１１ｄ 凹溝部
１１ｅ 孔
１２ ブロック
１３ サブマウント
５１ 胴部
５２ 天板（板部）
５２ａ 開口
５２ｂ 凹部
５３ 開口端部
８１ 支持リング
８１ａ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のベースを有するステムと、
このステムに支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有し、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部が上記ベースに圧入によって接合されるキャップと、
上記開口を塞ぐように取り付けられ、上記半導体レーザ素子からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させる光透過部材と、を備えた半導体レーザ装置であって、
上記光透過部材は、上記板部に対して、上記レーザ光の出射方向側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。
【請求項２】
上記ベースにおける上記レーザ光の出射方向側の面には、第１基準面と、この第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向側に位置する第２基準面と、上記第１基準面および第２基準面の間に形成された段差部とが設けられており、
上記開口端部が上記段差部に圧入されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
上記第１面基準面と上記第２基準面との間には、上記第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向反対側に窪む環状の凹溝部が形成されており、
上記開口端部が上記凹溝部に嵌まっている、請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
上記光透過部材は、支持リングを介して上記板部に取り付けられている、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
上記支持リングは、上記板部に溶接接合されている、請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
上記板部における上記レーザ光の出射方向側の面には、凹部が形成されており、
上記支持リングは、上記凹部に圧入されている、請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
板状のベースを有するステムを形成する工程と、
上記ステムに半導体レーザ素子を搭載する工程と、
筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有するキャップを、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部を上記ベースに圧入する工程と、
上記キャップの外側から上記開口を塞ぐように上記板部に対して光透過部材を取り付ける工程と、を有することを特徴とする、半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを上記板部に被せ、上記板部と上記支持リングとを溶接することにより行う、請求項７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを、上記板部に形成された凹部に圧入することにより行う、請求項７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１】
板状のベースを有するステムと、
このステムに支持され、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有し、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部が上記ベースに圧入によって接合されるキャップと、
上記開口を塞ぐように取り付けられ、上記半導体レーザ素子からの上記レーザ光を透過させて外部に出射させる光透過部材と、を備えた半導体レーザ装置であって、
上記光透過部材は、上記板部に対して、上記レーザ光の出射方向側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。
【請求項２】
上記ベースにおける上記レーザ光の出射方向側の面には、第１基準面と、この第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向側に位置する第２基準面と、上記第１基準面および第２基準面の間に形成された段差部とが設けられており、
上記開口端部が上記段差部に圧入されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
上記第１面基準面と上記第２基準面との間には、上記第１基準面よりも上記レーザ光の出射方向反対側に窪む環状の凹溝部が形成されており、
上記開口端部が上記凹溝部に嵌まっている、請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
上記光透過部材は、支持リングを介して上記板部に取り付けられている、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
上記支持リングは、上記板部に溶接接合されている、請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
上記板部における上記レーザ光の出射方向側の面には、凹部が形成されており、
上記支持リングは、上記凹部に圧入されている、請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
板状のベースを有するステムを形成する工程と、
上記ステムに半導体レーザ素子を搭載する工程と、
筒状の胴部、この胴部の一端側に形成され、開口を有する板部、および上記胴部の他端側に形成された開口端部を有するキャップを、上記半導体レーザ素子を覆うように上記開口端部を上記ベースに圧入する工程と、
上記キャップの外側から上記開口を塞ぐように上記板部に対して光透過部材を取り付ける工程と、を有することを特徴とする、半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを上記板部に被せ、上記板部と上記支持リングとを溶接することにより行う、請求項７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
上記光透過部材を取り付ける工程は、上記光透過部材が固定された支持リングを、上記板部に形成された凹部に圧入することにより行う、請求項７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８３００２（Ｐ２０１０−１８３００２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３４９（Ｐ２００９−２７３４９）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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