半導体レーザ装置
【課題】部品を共通化することが可能であるとともに、構成が複雑化するのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】この半導体レーザ装置２０は、半導体レーザ素子４と、半導体レーザ素子４を固定する円板状のステム１と、ステム１に取り付けられるとともに、ステム１の直径Ｄ１より大きい直径Ｄ２を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される円板状の保持部材１０とを備えている。これにより、半導体レーザ素子４で発生する熱を、保持部材１０でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置２０の放熱性を向上させることができ、小型化が要求される用途に用いる半導体レーザ装置を、放熱性を重視する用途にも用いることができる。その結果、ステム１などの部品を共通化することができる。また、ペルチェ素子などの放熱素子をステム１に取り付ける場合に比べて、構成が複雑化するのを抑制することができる。
【解決手段】この半導体レーザ装置２０は、半導体レーザ素子４と、半導体レーザ素子４を固定する円板状のステム１と、ステム１に取り付けられるとともに、ステム１の直径Ｄ１より大きい直径Ｄ２を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される円板状の保持部材１０とを備えている。これにより、半導体レーザ素子４で発生する熱を、保持部材１０でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置２０の放熱性を向上させることができ、小型化が要求される用途に用いる半導体レーザ装置を、放熱性を重視する用途にも用いることができる。その結果、ステム１などの部品を共通化することができる。また、ペルチェ素子などの放熱素子をステム１に取り付ける場合に比べて、構成が複雑化するのを抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子のレーザ発光に伴う発熱により素子温度が上昇する。この素子温度の上昇は、素子の信頼性に影響を及ぼすとともに特性の変化を生じさせる。このため、半導体レーザ装置の放熱性が重要となる。
【０００３】
一方、従来知られている半導体レーザ装置は、主として、キャンパッケージタイプとフレームパッケージタイプとに分類され、キャンパッケージタイプの半導体レーザ装置では、パッケージサイズ（ステムの外径）がφ５．６ｍｍおよびφ９．０ｍｍのタイプが規格サイズとなっている。半導体レーザ装置の放熱性には、ステムやキャップなどのパッケージ部材が大きく関与するため、放熱性の観点からはφ９．０ｍｍタイプのパッケージ（ステム、キャップなど）を用いて半導体レーザ装置を組み立てるのが有効である。このため、放熱性を重視する用途に用いる場合には、一般的に、φ９．０ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。一方、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いる場合には、一般的に、φ５．６ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。
【０００４】
このように、従来のキャンパッケージタイプの半導体レーザ装置では、同じタイプの半導体レーザ素子を用いる場合でも、使用用途によって異なる大きさのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。このため、半導体レーザ装置の組み立て時に、使用用途によって異なる大きさのパッケージを使い分ける必要があるという不都合があった。その結果、ステムなどのパッケージ部材を共通化することが困難であるという問題点があった。
【０００５】
また、従来、半導体レーザ素子の温度上昇を防止するために、放熱素子が取り付けられた半導体レーザ装置（光電子装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１には、ステムに放熱素子が取り付けられたキャンパッケージタイプの半導体レーザ装置が記載されている。この放熱素子は、ペルチェ素子の両面をそれぞれ吸熱板と放熱板とで覆い、吸熱板および放熱板のそれぞれに、各２本のリード線が取り付けられた構成となっている。また、放熱素子の中央部には、半導体レーザ装置のステムリードを挿入する貫通孔が設けられており、半導体レーザ装置のステムは、吸熱板に接着されて、放熱素子に熱的に接続されている。また、吸熱板の端部には、温度を検出するためのサーミスタが取り付けられているとともに、このサーミスタは、温度検出回路に接続されており、これにより、半導体レーザ装置の周囲環境温度および半導体レーザ素子の動作時の温度変化を検出することが可能に構成されている。そして、サーミスタで検出された温度変化に応じて、リード線を介してペルチェ素子が電流駆動され、半導体レーザ装置の発熱が吸熱板に吸収されるとともに放熱板から放出されて、半導体レーザ装置の温度制御が行われる。これにより、半導体レーザ素子の温度上昇を防止することが可能となる。このため、放熱性を重視する用途に用いる場合でも、φ５．６ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置を組み立てることが可能となるので、半導体レーザ装置の組み立て時に、使用用途によって、異なる大きさのパッケージの使い分けが不要となる。
【特許文献１】特開２００３−１８８４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された半導体レーザ装置（光電子装置）は、ペルチェ素子を電流駆動させるために別途電源部が必要になるという不都合があるとともに、半導体レーザ装置の周囲環境温度および半導体レーザ素子の動作時の温度変化を検出するためのサーミスタおよび温度検出回路などを設ける必要があるという不都合がある。このため、半導体レーザ装置（光電子装置）の構成が複雑化するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、部品を共通化することが可能であるとともに、構成が複雑化するのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を固定するステムと、ステムに取り付けられるとともに、ステムより大きい外形を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される保持部材とを備える。
【００１０】
この第１の局面による半導体レーザ装置は、上記のように、ステムより大きい外形を有するとともに機器のホルダ部に装着される保持部材をステムに取り付けることによって、半導体レーザ素子で発生する熱を、ステムを介して、保持部材でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置の放熱性を向上させることができる。このため、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いるために小さいステムを用いて組み立てられた半導体レーザ装置を、保持部材を取り付けることによって、大きいステムが必要とされる放熱性を重視する用途にも用いることができるので、ステムなどの部品を共通化することができるとともに、使用用途によるパッケージ部材の選別作業を省略することができる。たとえば、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いて半導体レーザ装置を組み立てるとともに、保持部材をφ９．０ｍｍタイプのステムと同じ外径を有するように構成した場合には、保持部材をステムに取り付けることによって、φ９．０ｍｍタイプのステムを用いて半導体レーザ装置を組み立てた場合とほぼ同等の放熱性を得ることができるので、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置を、放熱性を重視する用途にも用いることができる。これにより、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置のみを製造すれば、製造された半導体レーザ装置を、放熱性が重視される用途と小型化などが重視される用途との両方の用途に用いることができるので、ステムなどの部品を共通化することができる。また、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置のみを製造すれば足りるので、使用用途によりφ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置とφ９．０ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置とをそれぞれ製造する場合に比べて、在庫管理および製造時の工程管理などを簡略化することができる。
【００１１】
また、第１の局面では、機器のホルダ部に装着される保持部材をステムに取り付けることによって、放熱性が重視される用途にも用いることができるので、両面が放熱板および吸熱板で覆われたペルチェ素子およびサーミスタなどから構成された放熱素子などをステムに取り付けた場合と異なり、ペルチェ素子を電流駆動させる電源部やサーミスタが接続される温度検出回路などを設ける必要がないので、半導体レーザ装置の構成が複雑化するのを抑制することができる。また、上記のような放熱素子などをステムに取り付けた場合と異なり、半導体レーザ装置の製造コストが大幅に上昇するのを抑制することができる。
【００１２】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材は、金属材料から構成されている。このように構成すれば、金属材料は放熱性に優れているので、半導体レーザ素子で発生する熱を、ステムを介して、保持部材で容易に放熱させることができる。これにより、半導体レーザ装置の放熱性を容易に向上させることができる。
【００１３】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材は、ステムに着脱可能に取り付けられている。このように構成すれば、ステムから保持部材を取り外すことによって、再度、保持部材が取り外された半導体レーザ装置を、小型化が要求される用途に用いることができる。
【００１４】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、ステムおよび保持部材は、それぞれ、円板状に形成されており、ステムと保持部材とは、同心円状に配置されている。このように構成すれば、保持部材とステムとは同心円状に配置されているので、半導体レーザ素子の発光点がステムの中心点に位置するように半導体レーザ素子をステムに取り付けた場合には、半導体レーザ素子の発光点を保持部材の中心点に位置するように構成することができる。これにより、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の偏波特性などのバラツキを調整するために、保持部材を周方向に回転（光軸に対して回転）させた場合でも、半導体レーザ素子の発光点の位置がずれるのを抑制することができる。
【００１５】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材の中央部には、ステムが嵌合される開口部が設けられており、保持部材は、開口部にステムを嵌合させることによって、ステムに取り付けられている。このように構成すれば、保持部材を、ステムに容易に取り付けることができる。
【００１６】
この場合において、好ましくは、ステムの外側面には、第１係合部が設けられており、保持部材の開口部の内側面には、保持部材の開口部にステムが嵌合された際に、ステムの第１係合部と係合する第２係合部が設けられている。このように構成すれば、ステムを保持部材の開口部に嵌合させる際に、ステムの第１係合部と保持部材の第２係合部とを係合させることによって、ステムに対する保持部材の取り付け位置がずれるのを容易に抑制することができるので、保持部材を、ステムの所定の位置に、回転方向（周方向）に位置ずれすることなく、容易に取り付けることができる。
【００１７】
上記ステムに第２係合部が設けられた構成において、好ましくは、保持部材の中心点と第２係合部とを結ぶ直線の延長線上に位置する保持部材の外側面には、切欠部が設けられており、切欠部は、保持部材が機器のホルダ部に装着される際に、保持部材の位置決めを行う機能を有している。このように構成すれば、保持部材が装着される機器のホルダ部に突出部などが設けられている場合には、保持部材の切欠部とホルダ部の突出部とを係合させることによって、半導体レーザ素子が所定の位置状態となるように、機器のホルダ部の所定の位置に、回転方向（周方向）に位置ずれすることなく、容易に装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の側面図である。図３は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の上面図である。図４〜図７は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の構造について説明する。
【００２０】
一実施形態による半導体レーザ装置２０は、図１〜図３に示すように、円板状のステム１と、ステム１の上面上に固定されたヒートシンク２と、ヒートシンク２に取り付けられたサブマウント３と、サブマウント３に実装された半導体レーザ素子４と、ステム１の上面上に設けられたフォトダイオード５と、ステム１の上面上に半導体レーザ素子４などを覆うように取り付けられたキャップ６と、３本のリードピン７、８および９と、ステム１に取り付けられた保持部材１０とを備えている。
【００２１】
ステム１は、鉄または銅などの金属材料から構成されており、円板状に形成されている。なお、ステム１の表面には、金メッキなどの表面処理が施される場合もある。このステム１は、図２および図３に示すように、直径Ｄ１が約５．６ｍｍ、厚みｔ１が約１．０ｍｍに形成されている。また、図１および図３に示すように、ステム１の外側面には、平断面がＶ字形状を有する切欠部１ａおよび１ｂと、平断面がコの字形状を有する切欠部１ｃとが、ステム１の厚み方向に延びるように設けられている。また、切欠部１ａおよび１ｂは、図３に示すように、中心線Ｌ１に対して、互いに対称となる位置に設けられており、切欠部１ｃは、中心線Ｌ１上の位置に設けられている。また、図１および図３に示すように、ステム１の所定の領域には、リードピン８および９がそれぞれ接続される貫通孔１ｄおよび１ｅが設けられている。なお、切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃは、それぞれ、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００２２】
また、ヒートシンク２は、鉄または銅などの金属材料によって構成されており、ステム１の上面（主面）の中央部近傍に固定されている。なお、ヒートシンク２の表面には、ステム１と同様に、金メッキなどの表面処理が施される場合もある。また、ヒートシンク２は、ステム１に一体に形成された構成となる場合もある。
【００２３】
また、サブマウント３は、シリコンなどで構成されており、図１および図４に示すように、ヒートシンク２の先端側一側面（ステム１の中心側の面）の所定の領域に固定されている。
【００２４】
また、図１、図３および図４に示すように、半導体レーザ素子４は、たとえば、赤色光を発光するＡｌＧａＩｎＰ系化合物などが用いられた可視光半導体レーザ素子などからなり、ジャンクションダウン方式でサブマウント３に実装されている。すなわち、半導体レーザ素子４の発熱部がヒートシンク２などの放熱部材に近づくように、上下逆方向に配置されて実装されている。具体的には、図４に示すように、半導体レーザ素子４の上部電極４ａがサブマウント３に電気的に接続されている。また、図３に示すように、半導体レーザ素子４は、その発光点が、円板状のステム１の中心点Ｏ１に位置するように配置されている。
【００２５】
また、図１および図４に示すように、フォトダイオード５は、半導体レーザ素子４の後方出射面４ｃ（図４参照）と対向するステム１の上面（主面）上の領域に固定されている。また、フォトダイオード５は、半導体レーザ素子４の後方出射面４ｃから出射されるレーザ光を受光して、半導体レーザ素子４の前方出射面４ｄから出射されるレーザ光の光強度をモニタする機能を有している。
【００２６】
また、図１および図３に示すように、キャップ６は、鉄などの金属材料によって構成されるとともに、一面を開放した円筒形状を有している。このキャップ６の開放端には、フランジ部６ａが設けられており、キャップ６の閉鎖端には、半導体レーザ素子４から出射されるレーザ光を取り出すための出射孔６ｂが設けられている。また、その出射孔６ｂは、ガラス６ｃによって覆われている。また、キャップ６は、そのフランジ部６ａがステム１に溶接されることによって、半導体レーザ素子４などを覆うように、ステム１の上面上に固定されている。このキャップ６は、外部からのゴミおよび外部応力や光学的干渉から半導体レーザ素子４を保護する機能を有している。なお、半導体レーザ素子４は、ステム１とキャップ６とによって、気密封止されている。
【００２７】
また、３本のリードピン７、８および９の内、リードピン７は、ヒートシンク２の直下に位置するステム１の裏面側の領域に直接取り付けられている。このリードピン７は、ヒートシンク２およびサブマウント３を介して、半導体レーザ素子４の上部電極４ａと電気的に接続された状態となっているとともに、フォトダイオード５の下部電極部（図示せず）とも電気的に接続された状態となっている。一方、３本のリードピン７、８および９の内、リードピン８および９は、図１に示すように、その一方端部がステム１の上面側に突出するように、それぞれ、絶縁体１１および１２を介して、ステム１に絶縁固定されている。また、リードピン８の一方端部は、ボンディングワイヤ１３を介して、半導体レーザ素子４の下部電極４ｂ（図４参照）と電気的に接続されており、リードピン９の一方端部は、ボンディングワイヤ１４を介して、フォトダイオード５の上部電極部５ａと電気的に接続されている。
【００２８】
また、保持部材１０は、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、機器などのホルダ部などに装着されて、半導体レーザ装置２０を保持する機能を有している。
【００２９】
ここで、本実施形態では、保持部材１０は、銅などの金属材料から構成されており、図２および図３に示すように、ステム１の直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２を有する円板状に形成されている。具体的には、保持部材１０の直径Ｄ２は、ステム１の直径Ｄ１（＝約５．６ｍｍ）よりも大きい約９．０ｍｍに形成されている。また、保持部材１０の厚みｔ２は、約１．５ｍｍに形成されている。また、図５〜図７に示すように、保持部材１０の中央部には、円形の開口部１０ａが設けられている。この開口部１０ａは、第１開口部１０１ａと第１開口部１０１ａよりも大きい直径Ｄ３を有する第２開口部１０２ａとから構成されており、第１開口部１０１ａと第２開口部１０２ａとが厚み方向（図５の矢印Ａ方向）に同心円状に配置されることによって、段差部１０ｂを有するステップ状に形成されている。また、第２開口部１０２ａの直径Ｄ３は、図６に示すように、ステム１の直径Ｄ１と対応する大きさである約５．６ｍｍに形成されており、ステム１が嵌合することが可能に構成されている。また、保持部材１０は、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１を嵌合させることによって、ステム１に着脱可能に取り付けられている。なお、第２開口部１０２ａは、本発明の「開口部」の一例である。
【００３０】
また、本実施形態では、図６に示すように、開口部１０ａは、その中心点が保持部材１０の中心点Ｏ２と一致するように設けられている。これにより、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合されることによって、ステム１の中心点Ｏ１と保持部材１０の中心点Ｏ２とが一致し、ステム１と保持部材１０とが同心円状に配置されるように構成されている。また、図７に示すように、第２開口部１０２ａの高さｈは、ステム１の厚みｔ１と実質的に同じ大きさ（ｈ＝約１．０ｍｍ）に構成されており、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された状態で、図１および図２に示すように、保持部材１０の上面とステム１の上面とが実質的に同一面となるように構成されている。これにより、ステム１の外側面全体が保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃ（図５〜図７参照）と接触するとともに、ステム１の下面の一部（外周部）も、開口部１０ａの段差部１０ｂ（図２参照）と接触するので、ステム１と保持部材１０との接触面積が大きくなり、半導体レーザ装置２０の放熱性をより向上させることが可能となる。また、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、ステム１の上面を基準面とする場合には、保持部材１０の上面とステム１の上面とが実質的に同一面となるように構成することによって、保持部材１０の上面も基準面として用いることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃには、保持部材１０の厚み方向（図５の矢印Ａ方向）に延びるように、突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆが設けられている。また、図３および図６に示すように、突出部１０ｄおよび１０ｅは、平断面が三角形状を有しており、突出部１０ｆは、平断面が四角形状を有している。また、図６に示すように、突出部１０ｄおよび１０ｅは、中心線Ｌ２に対して、互いに対称となる位置に設けられており、突出部１０ｆは、中心線Ｌ２上の位置に設けられている。これにより、保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆは、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合されることによって、ステム１の外側面に形成された切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとそれぞれ係合可能に構成されている。なお、突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆは、それぞれ、本発明の「第２係合部」の一例である。
【００３２】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、保持部材１０の外側面には、平断面がＶ字形状を有する切欠部１０ｇおよび１０ｈと、平断面がコの字形状を有する切欠部１０ｉとが、保持部材１０の厚み方向（矢印Ａ方向）に延びるように設けられている。また、切欠部１０ｇおよび１０ｈは、図６に示すように、中心線Ｌ２に対して、互いに対称となる位置に設けられており、切欠部１０ｉは、中心線Ｌ２上の位置に設けられている。このように、切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉは、保持部材１０の中心点Ｏ２と突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆとをそれぞれ結ぶ直線Ｍ１、Ｍ２およびＬ２の延長線上にそれぞれ位置するように構成されている。これにより、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された際に、保持部材１０の中心点Ｏ２とステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとをそれぞれ結ぶ直線の延長線上に、保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉがそれぞれ位置するように構成することが可能となる。また、保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉは、保持部材１０が機器などのホルダ部などに装着される際に、保持部材１０の位置決めを行う機能を有している。すなわち、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、機器などのホルダ部などに設けられている突出部と保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉとをそれぞれ係合させることによって、半導体レーザ素子４が所定の位置状態となるように、半導体レーザ装置２０（保持部材１０）の装着位置の位置決めを容易に行うことが可能に構成されている。また、機器などのホルダ部などに設けられている突出部と保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉとをそれぞれ係合させることによって、保持部材１０（半導体レーザ装置２０）が、周方向に回転するのを抑制することが可能となる。
【００３３】
図８は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の保持部材の取り付け動作を説明するための斜視図である。次に、図１、図２および図８を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の保持部材１０の取り付け動作について説明する。
【００３４】
まず、図８に示すように、保持部材１０の開口部１０ａに、ステム１に固定されたリードピン７、８および９を挿入し、保持部材１０をステム１側（矢印Ｂ方向側）に移動させる。次に、保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを、それぞれ、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃにスライドさせて係合させると同時に、保持部材１０の開口部１０ａ（第２開口部１０２ａ）にステム１を嵌合させる。この際、図１および図２に示すように、ステム１の上面と保持部材１０の上面とが実質的に同一面となるまで、保持部材１０を矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、ステム１に保持部材１０が取り付けられる。なお、保持部材１０の第２開口部１０２ａの直径Ｄ３は、ステム１の直径Ｄ１と対応する大きさに構成されているため、通常の使用では、保持部材１０がステム１から抜け落ちることなく取り付けられる。また、保持部材１０を矢印Ｃ方向に移動させることによって、ステム１から保持部材１０が取り外される。
【００３５】
次に、図１および図４を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の動作について説明する。
【００３６】
図１に示すように、リードピン７と半導体レーザ素子４の上部電極４ａとは、サブマウント３を介して導通しているとともに、リードピン８の一方端部と半導体レーザ素子４の下部電極４ｂとは、ボンディングワイヤ１３を介して、導通しているため、リードピン７とリードピン８との間に電圧を印加すると、半導体レーザ素子４の上部電極４ａと下部電極４ｂとの間に電圧が印加される。これにより、半導体レーザ素子４が発光し、図４に示すように、前方出射面４ｄおよび後方出射面４ｃからレーザ光が出射される。前方出射面４ｄから出射されたレーザ光は、図１に示すように、ガラス６ｃによって覆われた出射孔６ｂから出射される。一方、後方出射面４ｃから出射されたレーザ光は、図４に示すように、フォトダイオード５によって受光される。これにより、前方出射面４ｄから出射されるレーザ光の光強度がモニタされる。
【００３７】
また、半導体レーザ素子４の発光にともなう発熱によって生じた熱は、図１に示すように、サブマウント３およびヒートシンク２を介して、ステム１およびキャップ６で放熱されるとともに、ステム１に取り付けられた保持部材１０でも放熱される。これにより、ステム１に保持部材１０を取り付けることによって、約９．０ｍｍの直径を有するステムを用いて組み立てられた半導体レーザ装置とほぼ同等の放熱性が得られる。
【００３８】
本実施形態では、上記のように、ステム１の直径Ｄ１（＝約５．６ｍｍ）より大きい直径Ｄ２（＝約９．０ｍｍ）を有する保持部材１０をステム１に取り付けることによって、半導体レーザ素子４で発生する熱を、ステム１などを介して、保持部材１０でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置２０の放熱性を向上させることができる。このため、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いるために、直径約５．６ｍｍのステム１を用いて組み立てられた半導体レーザ装置に、約９．０ｍｍの直径Ｄ２を有する保持部材１０を取り付けることによって、放熱性を重視する用途にも用いることができるので、ステム１などの部品を共通化することができるとともに、使用用途によるステム１などのパッケージ部材の選別作業を省略することができる。また、約５．６ｍｍの直径Ｄ１を有するステム１を用いた半導体レーザ装置２０のみを製造すれば足りるので、使用用途により異なる大きさのパッケージ部材を用いて半導体レーザ装置を製造する場合に比べて、在庫管理および製造時の工程管理などを簡略化することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、保持部材１０をステム１に取り付けることによって、放熱性が重視される用途にも用いることができるので、両面が放熱板および吸熱板で覆われたペルチェ素子およびサーミスタなどから構成された放熱素子などをステム１に取り付けた場合と異なり、ペルチェ素子を電流駆動させる電源部やサーミスタが接続される温度検出回路などを設ける必要がないので、半導体レーザ装置２０の構成が複雑化するのを抑制することができる。また、上記のような放熱素子などをステム１に取り付けた場合と異なり、半導体レーザ装置２０の製造コストが大幅に上昇するのを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、保持部材１０を、金属材料から構成することによって、金属材料は放熱性に優れているので、半導体レーザ素子４で発生する熱を、ステム１などを介して、保持部材１０で容易に放熱させることができる。これにより、半導体レーザ装置２０の放熱性を容易に向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、保持部材１０を、ステム１に着脱可能に取り付けることによって、ステム１から保持部材１０を取り外すことにより、再度、保持部材１０が取り外された半導体レーザ装置を、小型化が要求される用途に用いることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、ステム１および保持部材１０を、それぞれ、円板状に形成するとともに、ステム１と保持部材１０とを同心円状に配置することによって、半導体レーザ素子４の発光点を保持部材１０の中心点Ｏ２に位置するように構成することができるので、半導体レーザ素子４から出射されるレーザ光の偏波特性などのバラツキを調整するために、保持部材１０を周方向に回転（光軸に対して回転）させた場合でも、半導体レーザ素子４の発光点の位置がずれるのを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、ステム１の外側面に切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃを設け、保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃに、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された際に、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとそれぞれ係合する突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを設けることによって、ステム１に保持部材１０を取り付ける際に、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃと保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆとをそれぞれ係合させることによって、ステム１に対する保持部材１０の取り付け位置がずれるのを容易に抑制することができるので、保持部材１０を、ステム１の所定の位置に、回転方向に位置ずれすることなく、容易に取り付けることができる。
【００４４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４５】
たとえば、上記実施形態では、約５．６ｍｍの直径を有するステムに、約９．０ｍｍの直径を有する保持部材を取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の直径がステムの直径よりも大きければ、約５．６ｍｍ以外の直径を有するステムに、約９．０ｍｍ以外の直径を有する保持部材を取り付けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、ステムに保持部材を着脱可能に取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、接着剤などを用いて、ステムに保持部材を固着してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、保持部材を銅などの金属材料から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、金属材料以外の材料を用いて保持部材を構成してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、ステムおよび保持部材を、それぞれ、円板状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、少なくとも、ステムおよび保持部材の一方を、円板状以外の形状に形成するようにしてもよい。円板状以外の形状としては、たとえば、円板状の一部を切り落とした形状が考えられる。
【００４９】
また、上記実施形態では、保持部材の中央部に第１開口部と第２開口部とから構成される段差部を有するステップ状の開口部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の中央部に段差部のない開口部を設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、ステムの上面と保持部材の上面とが実質的に同一面となるように、保持部材をステムに取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、ステムの上面と保持部材の上面とが同一面とならないように、保持部材をステムに取り付けるようにしてもよい。たとえば、保持部材の第２開口部の高さをステムの厚みよりも小さくすることによって、保持部材の第２開口部にステムを嵌合させた際に、ステムの上面が保持部材の上面よりも上方に位置するように構成してもよい。また、保持部材の第２開口部の高さをステムの厚みよりも大きくすることによって、保持部材の第２開口部にステムを嵌合させた際に、ステムの上面が保持部材の上面よりも下方に位置するように構成してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ステムの外側面に切欠部を設け、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの切欠部と係合する突出を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、ステムの外側面に突出部を設け、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの突出部と係合する切欠部を設けるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた複数の切欠部とそれぞれ係合する複数の突出部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた複数の切欠部のいずれかと係合する突出部を１つ設けるようにしてもよい。また、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた切欠部と係合する突出部を設けない構成としてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、保持部材の第２開口部の内側面に、平断面が三角形状を有する突出部と、平断面が四角形状を有する突出部とをそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の第２開口部にステムが嵌合された際に、ステムの外側面に設けられた切欠部と係合して、保持部材の位置決めを行う機能を有していれば、平断面が三角形状または四角形状以外の形状を有する突出部を保持部材の第２開口部の内側面に設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に、３コの切欠部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、切欠部の数は３コ以外でもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に、平断面がＶ字形状を有する切欠部と、平断面がコの字形状を有する切欠部とを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材（半導体レーザ装置）の装着位置の位置決めを行うことが可能であれば、平断面がＶ字形状またはコの字形状以外の形状であってもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に設けた切欠部が保持部材の中心点と突出部とを結ぶ直線の延長線上に位置するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、切欠部の位置は、保持部材の中心点と突出部とを結ぶ直線の延長線上以外の位置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の側面図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の上面図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の半導体レーザ素子周辺の断面図である。
【図５】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置のステムに取り付けられる保持部材の全体斜視図である。
【図６】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置のステムに取り付けられる保持部材の平面図である。
【図７】図６の１００−１００線に沿った断面図である。
【図８】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の保持部材の取り付け動作を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ステム
１ａ、１ｂ、１ｃ 切欠部（第１係合部）
２ ヒートシンク
３ サブマウント
４ 半導体レーザ素子
４ａ 上部電極
４ｂ 下部電極
４ｃ 後方出射面
４ｄ 前方出射面
５ フォトダイオード
６ キャップ
６ａ フランジ部
６ｂ 出射孔
７、８、９ リードピン
１０ 保持部材
１０ａ 開口部
１０１ａ 第１開口部
１０２ａ 第２開口部（開口部）
１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ 切欠部
１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 突出部（第２係合部）
２０ 半導体レーザ装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子のレーザ発光に伴う発熱により素子温度が上昇する。この素子温度の上昇は、素子の信頼性に影響を及ぼすとともに特性の変化を生じさせる。このため、半導体レーザ装置の放熱性が重要となる。
【０００３】
一方、従来知られている半導体レーザ装置は、主として、キャンパッケージタイプとフレームパッケージタイプとに分類され、キャンパッケージタイプの半導体レーザ装置では、パッケージサイズ（ステムの外径）がφ５．６ｍｍおよびφ９．０ｍｍのタイプが規格サイズとなっている。半導体レーザ装置の放熱性には、ステムやキャップなどのパッケージ部材が大きく関与するため、放熱性の観点からはφ９．０ｍｍタイプのパッケージ（ステム、キャップなど）を用いて半導体レーザ装置を組み立てるのが有効である。このため、放熱性を重視する用途に用いる場合には、一般的に、φ９．０ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。一方、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いる場合には、一般的に、φ５．６ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。
【０００４】
このように、従来のキャンパッケージタイプの半導体レーザ装置では、同じタイプの半導体レーザ素子を用いる場合でも、使用用途によって異なる大きさのパッケージを用いて半導体レーザ装置が組み立てられていた。このため、半導体レーザ装置の組み立て時に、使用用途によって異なる大きさのパッケージを使い分ける必要があるという不都合があった。その結果、ステムなどのパッケージ部材を共通化することが困難であるという問題点があった。
【０００５】
また、従来、半導体レーザ素子の温度上昇を防止するために、放熱素子が取り付けられた半導体レーザ装置（光電子装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１には、ステムに放熱素子が取り付けられたキャンパッケージタイプの半導体レーザ装置が記載されている。この放熱素子は、ペルチェ素子の両面をそれぞれ吸熱板と放熱板とで覆い、吸熱板および放熱板のそれぞれに、各２本のリード線が取り付けられた構成となっている。また、放熱素子の中央部には、半導体レーザ装置のステムリードを挿入する貫通孔が設けられており、半導体レーザ装置のステムは、吸熱板に接着されて、放熱素子に熱的に接続されている。また、吸熱板の端部には、温度を検出するためのサーミスタが取り付けられているとともに、このサーミスタは、温度検出回路に接続されており、これにより、半導体レーザ装置の周囲環境温度および半導体レーザ素子の動作時の温度変化を検出することが可能に構成されている。そして、サーミスタで検出された温度変化に応じて、リード線を介してペルチェ素子が電流駆動され、半導体レーザ装置の発熱が吸熱板に吸収されるとともに放熱板から放出されて、半導体レーザ装置の温度制御が行われる。これにより、半導体レーザ素子の温度上昇を防止することが可能となる。このため、放熱性を重視する用途に用いる場合でも、φ５．６ｍｍタイプのパッケージを用いて半導体レーザ装置を組み立てることが可能となるので、半導体レーザ装置の組み立て時に、使用用途によって、異なる大きさのパッケージの使い分けが不要となる。
【特許文献１】特開２００３−１８８４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された半導体レーザ装置（光電子装置）は、ペルチェ素子を電流駆動させるために別途電源部が必要になるという不都合があるとともに、半導体レーザ装置の周囲環境温度および半導体レーザ素子の動作時の温度変化を検出するためのサーミスタおよび温度検出回路などを設ける必要があるという不都合がある。このため、半導体レーザ装置（光電子装置）の構成が複雑化するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、部品を共通化することが可能であるとともに、構成が複雑化するのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を固定するステムと、ステムに取り付けられるとともに、ステムより大きい外形を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される保持部材とを備える。
【００１０】
この第１の局面による半導体レーザ装置は、上記のように、ステムより大きい外形を有するとともに機器のホルダ部に装着される保持部材をステムに取り付けることによって、半導体レーザ素子で発生する熱を、ステムを介して、保持部材でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置の放熱性を向上させることができる。このため、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いるために小さいステムを用いて組み立てられた半導体レーザ装置を、保持部材を取り付けることによって、大きいステムが必要とされる放熱性を重視する用途にも用いることができるので、ステムなどの部品を共通化することができるとともに、使用用途によるパッケージ部材の選別作業を省略することができる。たとえば、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いて半導体レーザ装置を組み立てるとともに、保持部材をφ９．０ｍｍタイプのステムと同じ外径を有するように構成した場合には、保持部材をステムに取り付けることによって、φ９．０ｍｍタイプのステムを用いて半導体レーザ装置を組み立てた場合とほぼ同等の放熱性を得ることができるので、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置を、放熱性を重視する用途にも用いることができる。これにより、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置のみを製造すれば、製造された半導体レーザ装置を、放熱性が重視される用途と小型化などが重視される用途との両方の用途に用いることができるので、ステムなどの部品を共通化することができる。また、φ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置のみを製造すれば足りるので、使用用途によりφ５．６ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置とφ９．０ｍｍタイプのステムを用いた半導体レーザ装置とをそれぞれ製造する場合に比べて、在庫管理および製造時の工程管理などを簡略化することができる。
【００１１】
また、第１の局面では、機器のホルダ部に装着される保持部材をステムに取り付けることによって、放熱性が重視される用途にも用いることができるので、両面が放熱板および吸熱板で覆われたペルチェ素子およびサーミスタなどから構成された放熱素子などをステムに取り付けた場合と異なり、ペルチェ素子を電流駆動させる電源部やサーミスタが接続される温度検出回路などを設ける必要がないので、半導体レーザ装置の構成が複雑化するのを抑制することができる。また、上記のような放熱素子などをステムに取り付けた場合と異なり、半導体レーザ装置の製造コストが大幅に上昇するのを抑制することができる。
【００１２】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材は、金属材料から構成されている。このように構成すれば、金属材料は放熱性に優れているので、半導体レーザ素子で発生する熱を、ステムを介して、保持部材で容易に放熱させることができる。これにより、半導体レーザ装置の放熱性を容易に向上させることができる。
【００１３】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材は、ステムに着脱可能に取り付けられている。このように構成すれば、ステムから保持部材を取り外すことによって、再度、保持部材が取り外された半導体レーザ装置を、小型化が要求される用途に用いることができる。
【００１４】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、ステムおよび保持部材は、それぞれ、円板状に形成されており、ステムと保持部材とは、同心円状に配置されている。このように構成すれば、保持部材とステムとは同心円状に配置されているので、半導体レーザ素子の発光点がステムの中心点に位置するように半導体レーザ素子をステムに取り付けた場合には、半導体レーザ素子の発光点を保持部材の中心点に位置するように構成することができる。これにより、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の偏波特性などのバラツキを調整するために、保持部材を周方向に回転（光軸に対して回転）させた場合でも、半導体レーザ素子の発光点の位置がずれるのを抑制することができる。
【００１５】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、保持部材の中央部には、ステムが嵌合される開口部が設けられており、保持部材は、開口部にステムを嵌合させることによって、ステムに取り付けられている。このように構成すれば、保持部材を、ステムに容易に取り付けることができる。
【００１６】
この場合において、好ましくは、ステムの外側面には、第１係合部が設けられており、保持部材の開口部の内側面には、保持部材の開口部にステムが嵌合された際に、ステムの第１係合部と係合する第２係合部が設けられている。このように構成すれば、ステムを保持部材の開口部に嵌合させる際に、ステムの第１係合部と保持部材の第２係合部とを係合させることによって、ステムに対する保持部材の取り付け位置がずれるのを容易に抑制することができるので、保持部材を、ステムの所定の位置に、回転方向（周方向）に位置ずれすることなく、容易に取り付けることができる。
【００１７】
上記ステムに第２係合部が設けられた構成において、好ましくは、保持部材の中心点と第２係合部とを結ぶ直線の延長線上に位置する保持部材の外側面には、切欠部が設けられており、切欠部は、保持部材が機器のホルダ部に装着される際に、保持部材の位置決めを行う機能を有している。このように構成すれば、保持部材が装着される機器のホルダ部に突出部などが設けられている場合には、保持部材の切欠部とホルダ部の突出部とを係合させることによって、半導体レーザ素子が所定の位置状態となるように、機器のホルダ部の所定の位置に、回転方向（周方向）に位置ずれすることなく、容易に装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の側面図である。図３は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の上面図である。図４〜図７は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の構造について説明する。
【００２０】
一実施形態による半導体レーザ装置２０は、図１〜図３に示すように、円板状のステム１と、ステム１の上面上に固定されたヒートシンク２と、ヒートシンク２に取り付けられたサブマウント３と、サブマウント３に実装された半導体レーザ素子４と、ステム１の上面上に設けられたフォトダイオード５と、ステム１の上面上に半導体レーザ素子４などを覆うように取り付けられたキャップ６と、３本のリードピン７、８および９と、ステム１に取り付けられた保持部材１０とを備えている。
【００２１】
ステム１は、鉄または銅などの金属材料から構成されており、円板状に形成されている。なお、ステム１の表面には、金メッキなどの表面処理が施される場合もある。このステム１は、図２および図３に示すように、直径Ｄ１が約５．６ｍｍ、厚みｔ１が約１．０ｍｍに形成されている。また、図１および図３に示すように、ステム１の外側面には、平断面がＶ字形状を有する切欠部１ａおよび１ｂと、平断面がコの字形状を有する切欠部１ｃとが、ステム１の厚み方向に延びるように設けられている。また、切欠部１ａおよび１ｂは、図３に示すように、中心線Ｌ１に対して、互いに対称となる位置に設けられており、切欠部１ｃは、中心線Ｌ１上の位置に設けられている。また、図１および図３に示すように、ステム１の所定の領域には、リードピン８および９がそれぞれ接続される貫通孔１ｄおよび１ｅが設けられている。なお、切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃは、それぞれ、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００２２】
また、ヒートシンク２は、鉄または銅などの金属材料によって構成されており、ステム１の上面（主面）の中央部近傍に固定されている。なお、ヒートシンク２の表面には、ステム１と同様に、金メッキなどの表面処理が施される場合もある。また、ヒートシンク２は、ステム１に一体に形成された構成となる場合もある。
【００２３】
また、サブマウント３は、シリコンなどで構成されており、図１および図４に示すように、ヒートシンク２の先端側一側面（ステム１の中心側の面）の所定の領域に固定されている。
【００２４】
また、図１、図３および図４に示すように、半導体レーザ素子４は、たとえば、赤色光を発光するＡｌＧａＩｎＰ系化合物などが用いられた可視光半導体レーザ素子などからなり、ジャンクションダウン方式でサブマウント３に実装されている。すなわち、半導体レーザ素子４の発熱部がヒートシンク２などの放熱部材に近づくように、上下逆方向に配置されて実装されている。具体的には、図４に示すように、半導体レーザ素子４の上部電極４ａがサブマウント３に電気的に接続されている。また、図３に示すように、半導体レーザ素子４は、その発光点が、円板状のステム１の中心点Ｏ１に位置するように配置されている。
【００２５】
また、図１および図４に示すように、フォトダイオード５は、半導体レーザ素子４の後方出射面４ｃ（図４参照）と対向するステム１の上面（主面）上の領域に固定されている。また、フォトダイオード５は、半導体レーザ素子４の後方出射面４ｃから出射されるレーザ光を受光して、半導体レーザ素子４の前方出射面４ｄから出射されるレーザ光の光強度をモニタする機能を有している。
【００２６】
また、図１および図３に示すように、キャップ６は、鉄などの金属材料によって構成されるとともに、一面を開放した円筒形状を有している。このキャップ６の開放端には、フランジ部６ａが設けられており、キャップ６の閉鎖端には、半導体レーザ素子４から出射されるレーザ光を取り出すための出射孔６ｂが設けられている。また、その出射孔６ｂは、ガラス６ｃによって覆われている。また、キャップ６は、そのフランジ部６ａがステム１に溶接されることによって、半導体レーザ素子４などを覆うように、ステム１の上面上に固定されている。このキャップ６は、外部からのゴミおよび外部応力や光学的干渉から半導体レーザ素子４を保護する機能を有している。なお、半導体レーザ素子４は、ステム１とキャップ６とによって、気密封止されている。
【００２７】
また、３本のリードピン７、８および９の内、リードピン７は、ヒートシンク２の直下に位置するステム１の裏面側の領域に直接取り付けられている。このリードピン７は、ヒートシンク２およびサブマウント３を介して、半導体レーザ素子４の上部電極４ａと電気的に接続された状態となっているとともに、フォトダイオード５の下部電極部（図示せず）とも電気的に接続された状態となっている。一方、３本のリードピン７、８および９の内、リードピン８および９は、図１に示すように、その一方端部がステム１の上面側に突出するように、それぞれ、絶縁体１１および１２を介して、ステム１に絶縁固定されている。また、リードピン８の一方端部は、ボンディングワイヤ１３を介して、半導体レーザ素子４の下部電極４ｂ（図４参照）と電気的に接続されており、リードピン９の一方端部は、ボンディングワイヤ１４を介して、フォトダイオード５の上部電極部５ａと電気的に接続されている。
【００２８】
また、保持部材１０は、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、機器などのホルダ部などに装着されて、半導体レーザ装置２０を保持する機能を有している。
【００２９】
ここで、本実施形態では、保持部材１０は、銅などの金属材料から構成されており、図２および図３に示すように、ステム１の直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２を有する円板状に形成されている。具体的には、保持部材１０の直径Ｄ２は、ステム１の直径Ｄ１（＝約５．６ｍｍ）よりも大きい約９．０ｍｍに形成されている。また、保持部材１０の厚みｔ２は、約１．５ｍｍに形成されている。また、図５〜図７に示すように、保持部材１０の中央部には、円形の開口部１０ａが設けられている。この開口部１０ａは、第１開口部１０１ａと第１開口部１０１ａよりも大きい直径Ｄ３を有する第２開口部１０２ａとから構成されており、第１開口部１０１ａと第２開口部１０２ａとが厚み方向（図５の矢印Ａ方向）に同心円状に配置されることによって、段差部１０ｂを有するステップ状に形成されている。また、第２開口部１０２ａの直径Ｄ３は、図６に示すように、ステム１の直径Ｄ１と対応する大きさである約５．６ｍｍに形成されており、ステム１が嵌合することが可能に構成されている。また、保持部材１０は、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１を嵌合させることによって、ステム１に着脱可能に取り付けられている。なお、第２開口部１０２ａは、本発明の「開口部」の一例である。
【００３０】
また、本実施形態では、図６に示すように、開口部１０ａは、その中心点が保持部材１０の中心点Ｏ２と一致するように設けられている。これにより、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合されることによって、ステム１の中心点Ｏ１と保持部材１０の中心点Ｏ２とが一致し、ステム１と保持部材１０とが同心円状に配置されるように構成されている。また、図７に示すように、第２開口部１０２ａの高さｈは、ステム１の厚みｔ１と実質的に同じ大きさ（ｈ＝約１．０ｍｍ）に構成されており、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された状態で、図１および図２に示すように、保持部材１０の上面とステム１の上面とが実質的に同一面となるように構成されている。これにより、ステム１の外側面全体が保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃ（図５〜図７参照）と接触するとともに、ステム１の下面の一部（外周部）も、開口部１０ａの段差部１０ｂ（図２参照）と接触するので、ステム１と保持部材１０との接触面積が大きくなり、半導体レーザ装置２０の放熱性をより向上させることが可能となる。また、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、ステム１の上面を基準面とする場合には、保持部材１０の上面とステム１の上面とが実質的に同一面となるように構成することによって、保持部材１０の上面も基準面として用いることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃには、保持部材１０の厚み方向（図５の矢印Ａ方向）に延びるように、突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆが設けられている。また、図３および図６に示すように、突出部１０ｄおよび１０ｅは、平断面が三角形状を有しており、突出部１０ｆは、平断面が四角形状を有している。また、図６に示すように、突出部１０ｄおよび１０ｅは、中心線Ｌ２に対して、互いに対称となる位置に設けられており、突出部１０ｆは、中心線Ｌ２上の位置に設けられている。これにより、保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆは、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合されることによって、ステム１の外側面に形成された切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとそれぞれ係合可能に構成されている。なお、突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆは、それぞれ、本発明の「第２係合部」の一例である。
【００３２】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、保持部材１０の外側面には、平断面がＶ字形状を有する切欠部１０ｇおよび１０ｈと、平断面がコの字形状を有する切欠部１０ｉとが、保持部材１０の厚み方向（矢印Ａ方向）に延びるように設けられている。また、切欠部１０ｇおよび１０ｈは、図６に示すように、中心線Ｌ２に対して、互いに対称となる位置に設けられており、切欠部１０ｉは、中心線Ｌ２上の位置に設けられている。このように、切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉは、保持部材１０の中心点Ｏ２と突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆとをそれぞれ結ぶ直線Ｍ１、Ｍ２およびＬ２の延長線上にそれぞれ位置するように構成されている。これにより、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された際に、保持部材１０の中心点Ｏ２とステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとをそれぞれ結ぶ直線の延長線上に、保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉがそれぞれ位置するように構成することが可能となる。また、保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉは、保持部材１０が機器などのホルダ部などに装着される際に、保持部材１０の位置決めを行う機能を有している。すなわち、半導体レーザ装置２０を機器などに実装する際に、機器などのホルダ部などに設けられている突出部と保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉとをそれぞれ係合させることによって、半導体レーザ素子４が所定の位置状態となるように、半導体レーザ装置２０（保持部材１０）の装着位置の位置決めを容易に行うことが可能に構成されている。また、機器などのホルダ部などに設けられている突出部と保持部材１０の切欠部１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉとをそれぞれ係合させることによって、保持部材１０（半導体レーザ装置２０）が、周方向に回転するのを抑制することが可能となる。
【００３３】
図８は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の保持部材の取り付け動作を説明するための斜視図である。次に、図１、図２および図８を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の保持部材１０の取り付け動作について説明する。
【００３４】
まず、図８に示すように、保持部材１０の開口部１０ａに、ステム１に固定されたリードピン７、８および９を挿入し、保持部材１０をステム１側（矢印Ｂ方向側）に移動させる。次に、保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを、それぞれ、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃにスライドさせて係合させると同時に、保持部材１０の開口部１０ａ（第２開口部１０２ａ）にステム１を嵌合させる。この際、図１および図２に示すように、ステム１の上面と保持部材１０の上面とが実質的に同一面となるまで、保持部材１０を矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、ステム１に保持部材１０が取り付けられる。なお、保持部材１０の第２開口部１０２ａの直径Ｄ３は、ステム１の直径Ｄ１と対応する大きさに構成されているため、通常の使用では、保持部材１０がステム１から抜け落ちることなく取り付けられる。また、保持部材１０を矢印Ｃ方向に移動させることによって、ステム１から保持部材１０が取り外される。
【００３５】
次に、図１および図４を参照して、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置２０の動作について説明する。
【００３６】
図１に示すように、リードピン７と半導体レーザ素子４の上部電極４ａとは、サブマウント３を介して導通しているとともに、リードピン８の一方端部と半導体レーザ素子４の下部電極４ｂとは、ボンディングワイヤ１３を介して、導通しているため、リードピン７とリードピン８との間に電圧を印加すると、半導体レーザ素子４の上部電極４ａと下部電極４ｂとの間に電圧が印加される。これにより、半導体レーザ素子４が発光し、図４に示すように、前方出射面４ｄおよび後方出射面４ｃからレーザ光が出射される。前方出射面４ｄから出射されたレーザ光は、図１に示すように、ガラス６ｃによって覆われた出射孔６ｂから出射される。一方、後方出射面４ｃから出射されたレーザ光は、図４に示すように、フォトダイオード５によって受光される。これにより、前方出射面４ｄから出射されるレーザ光の光強度がモニタされる。
【００３７】
また、半導体レーザ素子４の発光にともなう発熱によって生じた熱は、図１に示すように、サブマウント３およびヒートシンク２を介して、ステム１およびキャップ６で放熱されるとともに、ステム１に取り付けられた保持部材１０でも放熱される。これにより、ステム１に保持部材１０を取り付けることによって、約９．０ｍｍの直径を有するステムを用いて組み立てられた半導体レーザ装置とほぼ同等の放熱性が得られる。
【００３８】
本実施形態では、上記のように、ステム１の直径Ｄ１（＝約５．６ｍｍ）より大きい直径Ｄ２（＝約９．０ｍｍ）を有する保持部材１０をステム１に取り付けることによって、半導体レーザ素子４で発生する熱を、ステム１などを介して、保持部材１０でも放熱させることができるので、半導体レーザ装置２０の放熱性を向上させることができる。このため、放熱性よりも機器の小型化が要求される用途に用いるために、直径約５．６ｍｍのステム１を用いて組み立てられた半導体レーザ装置に、約９．０ｍｍの直径Ｄ２を有する保持部材１０を取り付けることによって、放熱性を重視する用途にも用いることができるので、ステム１などの部品を共通化することができるとともに、使用用途によるステム１などのパッケージ部材の選別作業を省略することができる。また、約５．６ｍｍの直径Ｄ１を有するステム１を用いた半導体レーザ装置２０のみを製造すれば足りるので、使用用途により異なる大きさのパッケージ部材を用いて半導体レーザ装置を製造する場合に比べて、在庫管理および製造時の工程管理などを簡略化することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、保持部材１０をステム１に取り付けることによって、放熱性が重視される用途にも用いることができるので、両面が放熱板および吸熱板で覆われたペルチェ素子およびサーミスタなどから構成された放熱素子などをステム１に取り付けた場合と異なり、ペルチェ素子を電流駆動させる電源部やサーミスタが接続される温度検出回路などを設ける必要がないので、半導体レーザ装置２０の構成が複雑化するのを抑制することができる。また、上記のような放熱素子などをステム１に取り付けた場合と異なり、半導体レーザ装置２０の製造コストが大幅に上昇するのを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、保持部材１０を、金属材料から構成することによって、金属材料は放熱性に優れているので、半導体レーザ素子４で発生する熱を、ステム１などを介して、保持部材１０で容易に放熱させることができる。これにより、半導体レーザ装置２０の放熱性を容易に向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、保持部材１０を、ステム１に着脱可能に取り付けることによって、ステム１から保持部材１０を取り外すことにより、再度、保持部材１０が取り外された半導体レーザ装置を、小型化が要求される用途に用いることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、ステム１および保持部材１０を、それぞれ、円板状に形成するとともに、ステム１と保持部材１０とを同心円状に配置することによって、半導体レーザ素子４の発光点を保持部材１０の中心点Ｏ２に位置するように構成することができるので、半導体レーザ素子４から出射されるレーザ光の偏波特性などのバラツキを調整するために、保持部材１０を周方向に回転（光軸に対して回転）させた場合でも、半導体レーザ素子４の発光点の位置がずれるのを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、ステム１の外側面に切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃを設け、保持部材１０の第２開口部１０２ａの内側面１０ｃに、保持部材１０の第２開口部１０２ａにステム１が嵌合された際に、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃとそれぞれ係合する突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを設けることによって、ステム１に保持部材１０を取り付ける際に、ステム１の切欠部１ａ、１ｂおよび１ｃと保持部材１０の突出部１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆとをそれぞれ係合させることによって、ステム１に対する保持部材１０の取り付け位置がずれるのを容易に抑制することができるので、保持部材１０を、ステム１の所定の位置に、回転方向に位置ずれすることなく、容易に取り付けることができる。
【００４４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４５】
たとえば、上記実施形態では、約５．６ｍｍの直径を有するステムに、約９．０ｍｍの直径を有する保持部材を取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の直径がステムの直径よりも大きければ、約５．６ｍｍ以外の直径を有するステムに、約９．０ｍｍ以外の直径を有する保持部材を取り付けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、ステムに保持部材を着脱可能に取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、接着剤などを用いて、ステムに保持部材を固着してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、保持部材を銅などの金属材料から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、金属材料以外の材料を用いて保持部材を構成してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、ステムおよび保持部材を、それぞれ、円板状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、少なくとも、ステムおよび保持部材の一方を、円板状以外の形状に形成するようにしてもよい。円板状以外の形状としては、たとえば、円板状の一部を切り落とした形状が考えられる。
【００４９】
また、上記実施形態では、保持部材の中央部に第１開口部と第２開口部とから構成される段差部を有するステップ状の開口部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の中央部に段差部のない開口部を設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、ステムの上面と保持部材の上面とが実質的に同一面となるように、保持部材をステムに取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、ステムの上面と保持部材の上面とが同一面とならないように、保持部材をステムに取り付けるようにしてもよい。たとえば、保持部材の第２開口部の高さをステムの厚みよりも小さくすることによって、保持部材の第２開口部にステムを嵌合させた際に、ステムの上面が保持部材の上面よりも上方に位置するように構成してもよい。また、保持部材の第２開口部の高さをステムの厚みよりも大きくすることによって、保持部材の第２開口部にステムを嵌合させた際に、ステムの上面が保持部材の上面よりも下方に位置するように構成してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ステムの外側面に切欠部を設け、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの切欠部と係合する突出を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、ステムの外側面に突出部を設け、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの突出部と係合する切欠部を設けるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた複数の切欠部とそれぞれ係合する複数の突出部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた複数の切欠部のいずれかと係合する突出部を１つ設けるようにしてもよい。また、保持部材の第２開口部の内側面に、ステムの外側面に設けられた切欠部と係合する突出部を設けない構成としてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、保持部材の第２開口部の内側面に、平断面が三角形状を有する突出部と、平断面が四角形状を有する突出部とをそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材の第２開口部にステムが嵌合された際に、ステムの外側面に設けられた切欠部と係合して、保持部材の位置決めを行う機能を有していれば、平断面が三角形状または四角形状以外の形状を有する突出部を保持部材の第２開口部の内側面に設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に、３コの切欠部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、切欠部の数は３コ以外でもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に、平断面がＶ字形状を有する切欠部と、平断面がコの字形状を有する切欠部とを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、保持部材（半導体レーザ装置）の装着位置の位置決めを行うことが可能であれば、平断面がＶ字形状またはコの字形状以外の形状であってもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、保持部材の外側面に設けた切欠部が保持部材の中心点と突出部とを結ぶ直線の延長線上に位置するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、切欠部の位置は、保持部材の中心点と突出部とを結ぶ直線の延長線上以外の位置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の側面図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の上面図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の半導体レーザ素子周辺の断面図である。
【図５】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置のステムに取り付けられる保持部材の全体斜視図である。
【図６】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置のステムに取り付けられる保持部材の平面図である。
【図７】図６の１００−１００線に沿った断面図である。
【図８】図１に示した本発明の一実施形態による半導体レーザ装置の保持部材の取り付け動作を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ステム
１ａ、１ｂ、１ｃ 切欠部（第１係合部）
２ ヒートシンク
３ サブマウント
４ 半導体レーザ素子
４ａ 上部電極
４ｂ 下部電極
４ｃ 後方出射面
４ｄ 前方出射面
５ フォトダイオード
６ キャップ
６ａ フランジ部
６ｂ 出射孔
７、８、９ リードピン
１０ 保持部材
１０ａ 開口部
１０１ａ 第１開口部
１０２ａ 第２開口部（開口部）
１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ 切欠部
１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 突出部（第２係合部）
２０ 半導体レーザ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を固定するステムと、
前記ステムに取り付けられるとともに、前記ステムより大きい外形を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される保持部材とを備えることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記保持部材は、金属材料から構成されてい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。
【請求項３】
前記保持部材は、前記ステムに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記ステムおよび前記保持部材は、それぞれ、円板状に形成されており、
前記ステムと前記保持部材とは、同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記保持部材の中央部には、前記ステムが嵌合される開口部が設けられており、
前記保持部材は、前記開口部に前記ステムを嵌合させることによって、前記ステムに取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記ステムの外側面には、第１係合部が設けられており、
前記保持部材の前記開口部の内側面には、前記保持部材の開口部に前記ステムが嵌合された際に、前記ステムの前記第１係合部と係合する第２係合部が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記保持部材の中心点と前記第２係合部とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記保持部材の外側面には、切欠部が設けられており、
前記切欠部は、前記保持部材が機器のホルダ部に装着される際に、前記保持部材の装着位置の位置決めを行う機能を有していることを特徴とする、請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を固定するステムと、
前記ステムに取り付けられるとともに、前記ステムより大きい外形を有し、かつ、機器のホルダ部に装着される保持部材とを備えることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記保持部材は、金属材料から構成されてい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。
【請求項３】
前記保持部材は、前記ステムに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記ステムおよび前記保持部材は、それぞれ、円板状に形成されており、
前記ステムと前記保持部材とは、同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記保持部材の中央部には、前記ステムが嵌合される開口部が設けられており、
前記保持部材は、前記開口部に前記ステムを嵌合させることによって、前記ステムに取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記ステムの外側面には、第１係合部が設けられており、
前記保持部材の前記開口部の内側面には、前記保持部材の開口部に前記ステムが嵌合された際に、前記ステムの前記第１係合部と係合する第２係合部が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記保持部材の中心点と前記第２係合部とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記保持部材の外側面には、切欠部が設けられており、
前記切欠部は、前記保持部材が機器のホルダ部に装着される際に、前記保持部材の装着位置の位置決めを行う機能を有していることを特徴とする、請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２８２７３（Ｐ２００８−２８２７３Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０１３９７（Ｐ２００６−２０１３９７）
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
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