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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024154537
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】レーザ光源およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02325 20210101AFI20241024BHJP
H01S 5/0225 20210101ALI20241024BHJP
B23K 1/005 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02325
H01S5/0225
B23K1/005 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023068396
(22)【出願日】2023-04-19
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】山下 利章
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173MA08
5F173MA10
5F173MC26
5F173MC30
5F173ME66
5F173ME85
5F173MF03
5F173MF39
(57)【要約】
【課題】高出力化に適したレーザ光源およびそのようなレーザ光源の製造方法を提供する。
【解決手段】レーザ光源は、主面を有するサブマウントと、サブマウントの主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の端面に対向して配置される光学部材と、サブマウントの主面に支持され、光学部材を支持する支持部材と、支持部材と光学部材とを接合する接合部材と、を備える。支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、接合部材を介して光学部材に接合される前面と、前面の反対側の背面と、サブマウントに支持される下面と、下面の反対側の上面と、前面、背面、下面および上面と交わる２つの側面と、を有する本体と、上面に設けられた第１金属膜と、を有する。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】レーザ光源は、主面を有するサブマウントと、サブマウントの主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の端面に対向して配置される光学部材と、サブマウントの主面に支持され、光学部材を支持する支持部材と、支持部材と光学部材とを接合する接合部材と、を備える。支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、接合部材を介して光学部材に接合される前面と、前面の反対側の背面と、サブマウントに支持される下面と、下面の反対側の上面と、前面、背面、下面および上面と交わる２つの側面と、を有する本体と、上面に設けられた第１金属膜と、を有する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記端面に対向して配置される光学部材と、
前記サブマウントの前記主面に支持され、前記光学部材を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記光学部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記支持部材は、
非金属材料から形成されている本体であって、
前記接合部材を介して前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントに支持される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
を有する、レーザ光源。
前記サブマウントの前記主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記端面に対向して配置される光学部材と、
前記サブマウントの前記主面に支持され、前記光学部材を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記光学部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記支持部材は、
非金属材料から形成されている本体であって、
前記接合部材を介して前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントに支持される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
を有する、レーザ光源。
【請求項2】
前記本体は、一対の柱状部と、前記一対の柱状部の上部を連結する連結部とを備え、
前記本体の前記前面は、前記一対の柱状部の前面と、前記連結部の前面とを含み、
前記本体の前記背面は、前記一対の柱状部の背面と、前記連結部の背面とを含み、
前記本体の前記下面は、前記一対の柱状部の下面を含み、
前記本体の前記上面は、前記一対の柱状部の上面と、前記連結部の上面とを含み、
前記本体の前記２つの側面は、前記一対の柱状部の外側面を含む、請求項１に記載のレーザ光源。
前記本体の前記前面は、前記一対の柱状部の前面と、前記連結部の前面とを含み、
前記本体の前記背面は、前記一対の柱状部の背面と、前記連結部の背面とを含み、
前記本体の前記下面は、前記一対の柱状部の下面を含み、
前記本体の前記上面は、前記一対の柱状部の上面と、前記連結部の上面とを含み、
前記本体の前記２つの側面は、前記一対の柱状部の外側面を含む、請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項3】
前記第１金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記上面に設けられている、請求項２に記載のレーザ光源。
【請求項4】
前記支持部材は、前記本体の前記背面または前記本体の前記側面に設けられた第２金属膜をさらに有する、請求項２に記載のレーザ光源。
【請求項5】
前記第２金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記背面に設けられており、
前記２つの側面には金属膜が設けられていない、請求項４に記載のレーザ光源。
前記２つの側面には金属膜が設けられていない、請求項４に記載のレーザ光源。
【請求項6】
前記第２金属膜は、前記２つの側面に設けられており、
前記一対の柱状部の前記背面には金属膜が設けられていない、請求項４に記載のレーザ光源。
前記一対の柱状部の前記背面には金属膜が設けられていない、請求項４に記載のレーザ光源。
【請求項7】
前記支持部材は、前記連結部の下面に設けられた第３金属膜および／または、前記一対の柱状部の内側面に設けられた第４金属膜をさらに有する、請求項２から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項8】
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第１金属膜および／または前記第２金属膜は、Ｔｉから形成されており、
前記第５金属膜は、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、請求項４から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記第１金属膜および／または前記第２金属膜は、Ｔｉから形成されており、
前記第５金属膜は、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、請求項４から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項9】
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第５金属膜は、Ａｌ、ＰｄおよびＡｕまたはＮｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記第５金属膜は、Ａｌ、ＰｄおよびＡｕまたはＮｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項10】
前記第１金属膜の面積は、前記本体の上面の面積の２０％以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項11】
半導体レーザ素子および支持部材が接合されたサブマウントと、光学部材と、を用意する工程と、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程と、
を備え、
前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、
前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントと接合される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
前記背面または前記側面の一方に設けられた第２金属膜と、
を有し、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面または前記側面のうち、前記第２金属膜が設けられていない他方にレーザ光を照射し、前記光学部材と前記支持部材との間に配置された接合材を溶融または焼結することを含む、レーザ光源の製造方法。
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程と、
を備え、
前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、
前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントと接合される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
前記背面または前記側面の一方に設けられた第２金属膜と、
を有し、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面または前記側面のうち、前記第２金属膜が設けられていない他方にレーザ光を照射し、前記光学部材と前記支持部材との間に配置された接合材を溶融または焼結することを含む、レーザ光源の製造方法。
【請求項12】
前記第２金属膜は、前記背面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記側面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、請求項１１に記載のレーザ光源の製造方法。
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記側面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、請求項１１に記載のレーザ光源の製造方法。
【請求項13】
前記第２金属膜は、前記側面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、請求項１１に記載のレーザ光源の製造方法。
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、請求項１１に記載のレーザ光源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ光源およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
端面出射型の半導体レーザ素子と、レンズ部材と、レンズ部材を支持するレンズ支持部と、半導体レーザ素子を支持するサブマウントとを有するレーザ光源が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２１／１３１１７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザ光源のさらなる高出力化が求められている。
【0005】
本開示は、高出力化に適したレーザ光源およびそのようなレーザ光源の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のレーザ光源は、例示的な実施形態において、主面を有するサブマウントと、前記サブマウントの前記主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の前記端面に対向して配置される光学部材と、前記サブマウントの前記主面に支持され、前記光学部材を支持する支持部材と、前記支持部材と前記光学部材とを接合する接合部材と、を備え、前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、前記接合部材を介して前記光学部材に接合される前面と、前記前面の反対側の背面と、前記サブマウントに支持される下面と、前記下面の反対側の上面と、前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、を有する本体と、前記上面に設けられた第１金属膜と、を有する。
【0007】
本開示のレーザ光源の製造方法は、例示的な実施形態において、半導体レーザ素子および支持部材が接合されたサブマウントと、光学部材と、を用意する工程と、前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程と、を備え、前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、前記光学部材に接合される前面と、前記前面の反対側の背面と、前記サブマウントと接合される下面と、前記下面の反対側の上面と、前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、を有する本体と、前記上面に設けられた第１金属膜と、前記背面または前記側面の一方に設けられた第２金属膜と、を有し、前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面または前記側面のうち、前記第２金属膜が設けられていない他方にレーザ光を照射し、前記光学部材と前記支持部材との間に配置された接合材を溶融または焼結することを含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示の実施形態によれば、高出力化に適したレーザ光源およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態による発光装置を説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。
【0011】
以下は、本発明の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本発明を以下に限定しない。また、構成要素のサイズ、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、理解を容易にするなどのために誇張している場合がある。
【0012】
また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素に関し、これに該当する構成要素が複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第１”、“第２”と付記して区別することがある。本明細書と特許請求の範囲とで区別する対象や観点が異なる場合、本明細書と特許請求の範囲との間で、同一の付記が、同一の対象を指さない場合がある。
【0013】
【0014】
図１Ａに示されるように、レーザ光源１００Ａは、サブマウント１０と、半導体レーザ素子２０と、光学部材４０と、支持部材３０Ａと、支持部材３０Ａと光学部材４０とを接合する接合部材５２とを備える。サブマウント１０は、主面１０ｓ１を有する。半導体レーザ素子２０は、サブマウント１０の主面１０ｓ１に支持されており、レーザビームを出射する端面２０ｅを有する。光学部材４０は、半導体レーザ素子２０の端面２０ｅに対向して配置されている。支持部材３０Ａは、サブマウント１０の主面１０ｓ１に支持されており、光学部材４０を支持する。支持部材３０Ａは、非金属材料から形成されている本体３２と、第１金属膜３４ａとを有する。支持部材３０Ａの本体３２は、接合部材５２を介して光学部材４０に接合される前面３２ｆと、前面３２ｆの反対側の背面３２ｒと、サブマウント１０に支持される下面３２ｂと、下面３２ｂの反対側の上面３２ｔと、前面３２ｆ、背面３２ｒ、下面３２ｂおよび上面３２ｔと交わる２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２とを有する。第１金属膜３４ａは、本体３２の上面３２ｔに設けられている。支持部材３０Ａの本体３２は、光を透過、散乱、または吸収する非金属材料から形成されており、例えばセラミックスから形成されている。
【0015】
レーザ光源１００Ａが高出力化に適している理由を、レーザ光源１００Ａの製造方法を説明しながら説明する。図１Ｂは、レーザ光源１００Ａの製造方法を説明するための模式的な図である。
【0016】
まず、半導体レーザ素子２０および支持部材３０Ａが接合されたサブマウント１０と、光学部材４０とを用意する。
【0017】
続いて、図１Ｂに示されるように、光学部材４０と、支持部材３０Ａとを接合する。図１Ｂに示す白抜きの矢印は、加熱用のレーザ光（以下、「加熱レーザ光」と称する。）の入射方向を模式的に表す。支持部材３０Ａと光学部材４０とを接合する工程において、例えば、加熱レーザ光で支持部材３０Ａの本体３２の側面３２ｓ１および３２ｓ２を照射する。これにより、本体３２の前面３２ｆと光学部材４０との間に配置された接合材に本体３２を介して熱が伝わり、接合材が溶融または焼結され、支持部材３０Ａと光学部材４０とを接合する接合部材５２が形成される。
【0018】
高出力のレーザ光源において、支持部材を支持するサブマウントは高い放熱性を有する必要がある。しかしながら、サブマウントの放熱性が高いと、加熱レーザ光を照射したとき、支持部材からサブマウントを介した放熱が促進され、光学部材と支持部材との接合工程における、加熱レーザ光の熱利用効率は低下することになる。加熱レーザ光の熱利用効率の低下を補うために加熱レーザ光の出力を上げると、接合材に過度の熱が加わり、接合材が突沸する場合がある。接合材が突沸すると、飛散し、光学部材に付着する場合がある。光学部材において、半導体レーザ素子２０から出射したレーザ光が照射される位置に接合材が付着すると、接合材はレーザ光を吸収して発熱し、光学部材を焼損させる場合もある。これに対して、レーザ光源１００Ａは、支持部材３０Ａに第１金属膜３４ａを有することによって、以下で説明するように、加熱レーザ光の熱の利用効率を向上させることができる。このため、放熱性の高いサブマウント１０を用いても、加熱レーザ光の出力の増加を抑えつつ、支持部材３０Ａと光学部材４０とを接合することができる。加熱レーザ光の出力の増加が抑えられているため、接合材の飛散は抑制される。レーザ光源１００Ａは、放熱性の高いサブマウント１０を用いることが可能であるので、出力を高めることが可能であり、高出力化に適している。
【0019】
加熱レーザ光を照射したとき、加熱レーザ光が本体３２の表面で散乱されることによって、光学部材４０と支持部材３０Ａとの接合工程における、加熱レーザ光の熱利用効率が低下し得る。本体３２が例えばアルミナで形成されていると、加熱レーザ光が、表面に形成されている結晶粒界によって散乱される。支持部材３０Ａが第１金属膜３４ａを有することによって、本体３２の表面で散乱された加熱レーザ光を第１金属膜３４ａに吸収させることができる。したがって、加熱レーザ光から接合材に伝えられる熱の利用効率が向上する。
【0020】
第１金属膜３４ａは、単層であってもよいし、複数の層を含む積層構造を有していてもよい。第１金属膜３４ａが単層である場合、第１金属膜３４ａは、加熱レーザ光の吸収率が高い金属から形成されていることが好ましい。例えば、加熱レーザ光の吸収率が５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。加熱レーザ光の吸収率が高い場合、加熱レーザ光から接合材に伝えられる熱の利用効率を向上させる効果が高い。例えば、加熱レーザ光を出射する光源としてＹＡＧレーザ光源（波長１０６４ｎｍ）を用いる場合、第１金属膜３４ａは、例えば、Ｔｉから形成されることが好ましい。Ｔｉは、ＹＡＧレーザ光の吸収率が高く、熱の利用効率を向上させることができるからである。なお、第１金属膜３４ａで吸収された加熱レーザ光は熱に変わるため、加熱レーザ光の吸収率が低い金属から第１金属膜３４ａが形成されていても、第１金属膜３４ａを有さない場合と比較して、加熱レーザ光から接合材に伝えられる熱の利用効率を向上させることができる。第１金属膜３４ａが複数の層を含む場合、複数の層のうち本体３２に最も近い層は、加熱レーザ光の吸収率が高い金属から形成されていることが好ましい。例えば、第１金属膜３４ａは、Ｔｉ膜を含む積層構造を有していてもよい。第１金属膜３４ａは、例えば、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順で積層して形成された積層構造（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ）を有していてもよい。そのような第１金属膜３４ａは、本体３２側から順に、Ｔｉ膜、Ｐｄ膜およびＡｕ膜を含む。または、第１金属膜３４ａは、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕをこの順で積層して形成された積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を有してもよい。そのような第１金属膜３４ａは、本体３２側から順に、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を含む。第１金属膜３４ａが複数の層を含む場合、下地層（本体３２側の層）として、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉなどの層を有し、中間層として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕなどの層を有してもよい。なお、第１金属膜３４ａの材料は上記の例に限られず、例えば加熱レーザ光の波長によって適宜選択され得る。
【0021】
レーザ光源１００Ａの製造工程において、光学部材４０と支持部材３０Ａとを接合する工程において照射される加熱レーザ光のパワー密度は、例えば１０ｋＷ／ｃｍ２以上１００００ｋＷ／ｃｍ２以下であり得る。加熱レーザ光の照射時間は、例えば１ｍｓ以上５０ｍｓ以下であり得る。加熱レーザ光の波長は特に制限がなく、紫外線、青色光、緑色光、赤色光、赤外光などを用いることができる。例えば、加熱レーザ光を出射する光源としてＹＡＧレーザ光源（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。また、加熱レーザ光で支持部材３０Ａの側面３２ｓ１および３２ｓ２を照射する際、図１Ｂに示す太線の矢印によって表されるように、支持部材３０Ａと光学部材４０とが、半導体レーザ素子２０の端面２０ｅから出射されるレーザ光Ｌ１の光軸（点線）に対して平行な１つの軸に沿って互いに反対の方向から加圧されることにより、接合部材５２を介して支持部材３０Ａと光学部材４０とが接合される。
【0022】
第１金属膜３４ａは、例えば物理堆積法（例えば、スパッタリングまたは蒸着）によって形成される。第１金属膜３４ａは、めっき加工によって形成されてもよい。第１金属膜３４ａの厚さは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。例えば、第１金属膜３４ａの厚さが０．５μｍ未満であると、支持部材３０Ａの本体３２の表面状態によっては、第１金属膜３４ａが均一に形成されない場合がある。製造コストを削減する観点からは、第１金属膜３４ａの厚さが小さいことが好ましい。
【0023】
図１Ｃ、図１Ｄおよび図１Ｅを参照して、支持部材３０Ａの本体３２の形状の例を説明する。図１Ｃは、レーザ光源１００Ａの構成例を示す模式的な分解斜視図であり、支持部材３０Ａの本体３２の前面３２ｆ側から見た斜視図である。図１Ｄは、支持部材３０Ａを本体３２の背面３２ｒ側から見た斜視図である。図１Ｅは、支持部材３０Ａの各面を模式的に示す図である。図１Ｃおよび図１Ｄに示されるように、支持部材３０Ａの本体３２は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２と、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の上部を連結する連結部３２Ｂとを備える。図１Ｄに示す一点鎖線は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２と、連結部３２Ｂとの境界の例を表す。支持部材３０Ａの本体３２の前面３２ｆは、図１Ｃに示されるように、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の前面３２Ａ１ｆおよび３２Ａ２ｆと、連結部３２Ｂの前面３２Ｂｆとを含む。本体３２の背面３２ｒは、図１Ｄに示されるように、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の背面３２Ａ１ｒおよび３２Ａ２ｒと、連結部３２Ｂの背面３２Ｂｒとを含む。本体３２の下面３２ｂは、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂを含む。本体３２の上面３２ｔは、図１Ｄに示されるように、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の上面３２Ａ１ｔおよび３２Ａ２ｔと、連結部３２Ｂの上面３２Ｂｔとを含む。本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２（図１Ａ参照）は、図１Ｃおよび図１Ｄに示されるように、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の外側面３２Ａ１ｓｏおよび３２Ａ２ｓｏを含む。
【0024】
図１Ｃに示されるように、支持部材３０Ａは、本体３２の前面３２ｆに設けられた金属膜３４ｅ（「第５金属膜３４ｅ」ということがある。）をさらに有する。第５金属膜３４ｅは、支持部材３０Ａと、支持部材３０Ａと光学部材４０を接合するための接合部材５２との間に設けられ得る。このような場合、第５金属膜３４ｅによって、支持部材３０Ａと光学部材４０の接合強度が向上される。第５金属膜３４ｅは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法で形成され得る。第５金属膜３４ｅは、本体３２の前面３２ｆの半分以上の領域を覆っていてもよい。第５金属膜３４ｅは、本体３２の前面３２ｆのうち、光学部材４０と接合される部分を含む領域にのみ設けられていてもよい。
【0025】
第５金属膜３４ｅは、例えば、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ）を有する。第１金属膜３４ａがＴｉから形成されている場合、第１金属膜３４ａを形成するためのＴｉ膜と同じＴｉ膜から、第５金属膜３４ｅを構成するＴｉ層が形成される。第５金属膜３４ｅは、Ｔｉ層の上にさらに、Ｐｄ層およびＡｕ層をこの順で積層させることによって得られる。このような場合、製造工程および製造コストを削減することができる。
【0026】
あるいは、第５金属膜３４ｅは、第１金属膜３４ａと異なる金属から形成されてもよい。第５金属膜３４ｅが複数の層を含む場合、複数の層のうち本体３２に最も近い層は、加熱レーザ光の吸収率が第１金属膜３４ａよりも低い金属、または、加熱レーザ光の反射率が第１金属膜３４ａよりも高い金属から形成されていてもよい。このような場合、光学部材４０と支持部材３０Ａとの接合工程において、支持部材３０Ａ全体への入熱を多くすることができるが、加熱レーザ光は、第５金属膜３４ｅで吸収され難い、または第５金属膜３４ｅで反射されやすいので、接合材への急激な入熱を抑制することができる。このため、接合材が過度に加熱されて飛散することを抑制することができる。また、第１金属膜３４ａなどのように、加熱レーザ光が照射されない面および／または他の部材との接合に寄与しない面に金属膜を設けることで、本体３２の前面３２ｆ以外の面で熱を吸収しやすくなり、接合材への入熱を抑制する効果が向上する。加熱レーザ光の吸収率が低い金属（または加熱レーザ光の反射率が高い金属）としては、例えば、加熱レーザ光を出射する光源としてＹＡＧレーザ光源（波長１０６４ｎｍ）を用いる場合、ＡｌまたはＮｉが挙げられる。第５金属膜３４ｅは、例えば、Ａｌ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造（Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ）またはＮｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）を有してもよい。第５金属膜３４ｅが単層である場合、第５金属膜３４ｅは、加熱レーザ光の吸収率が第１金属膜３４ａよりも低い金属、または、加熱レーザ光の反射率が第１金属膜３４ａよりも高い金属から形成され得る。
【0027】
図１Ｅに示されるように、支持部材３０Ａは、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂに設けられた金属膜３４ｆ（「第６金属膜３４ｆ」ということがある。）をさらに有する。第６金属膜３４ｆは、支持部材３０Ａと、サブマウント１０との間に設けられ得る。支持部材３０Ａと、サブマウント１０とは、接合部材によって接合されるが、第６金属膜３４ｆによって、支持部材３０Ａとサブマウント１０の接合強度が向上される。支持部材３０Ａとサブマウント１０を接合するための接合部材は、接合部材５２と同様の材料から形成され得る。
【0028】
第６金属膜３４ｆは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。第６金属膜３４ｆは、例えば、第５金属膜３４ｅと同じ材料から形成され、第５金属膜３４ｅと同じ積層構造を有していてもよい。
【0029】
第６金属膜３４ｆの面積および形状は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂの一部に形成される例に限定されず、適宜変更され得る。第６金属膜３４ｆは、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂのほぼ全面に設けられていてもよい。第６金属膜３４ｆの面積が小さい場合、加熱レーザ光が照射されたとき、サブマウント１０への放熱が抑制されるので、加熱レーザ光から接合材に伝えられる熱の利用効率の低下が抑制される。ただし、第６金属膜３４ｆの面積が、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂの面積に対して小さ過ぎると、支持部材３０Ａとサブマウント１０の接合強度が十分に得られない場合があるので、第６金属膜３４ｆの面積は、支持部材３０Ａとサブマウント１０の接合強度が得られる程度に大きいことが好ましい。例えば、下面３２Ａ１ｂまたは３２Ａ２ｂに設けられている第６金属膜３４ｆの面積は、下面３２Ａ１ｂまたは３２Ａ２ｂの面積に対して、それぞれ７０％以上であることが好ましい。
【0030】
実施形態１では、支持部材３０Ａの本体３２の前面３２ｆおよび本体３２の背面３２ｒは、ＸＹ平面に平行な面であり、支持部材３０Ａの本体３２の下面３２ｂおよび本体３２の上面３２ｔは、ＸＺ平面に平行な面であり、支持部材３０Ａの本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２は、ＹＺ平面に平行な面である。したがって、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の前面３２Ａ１ｆおよび３２Ａ２ｆ、連結部３２Ｂの前面３２Ｂｆ、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の背面３２Ａ１ｒおよび３２Ａ２ｒ、ならびに、連結部３２Ｂの背面３２Ｂｒは、ＸＹ平面に平行な面である。一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の下面３２Ａ１ｂおよび３２Ａ２ｂ、連結部３２Ｂの下面３２Ｂｂ、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の上面３２Ａ１ｔおよび３２Ａ２ｔ、ならびに、連結部３２Ｂの上面３２Ｂｔは、ＸＺ平面に平行な面である。一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の外側面３２Ａ１ｓｏおよび３２Ａ２ｓｏは、ＹＺ平面に平行な面である。一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の内側面３２Ａ１ｓｉおよび３２Ａ２ｓｉも、ＹＺ平面に平行な面である。ただし、図示される例は、本開示の実施形態によるレーザ光源が有する支持部材の一例に過ぎず、支持部材の形状は適宜変更され得る。
【0031】
レーザ光源１００Ａにおいては、第１金属膜３４ａは、支持部材３０Ａの本体３２の上面３２ｔの一部にのみ形成されている。この例では、第１金属膜３４ａは、少なくとも一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の上面３２Ａ１ｔおよび３２Ａ２ｔに設けられている。この例では、連結部３２Ｂの上面３２Ｂｔには金属膜が設けられていない。第１金属膜３４ａの面積および形状は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の上面３２Ａ１ｔおよび３２Ａ２ｔの一部に形成される例に限定されず、適宜変更され得る。第１金属膜３４ａは、本体３２の上面３２ｔのうち、加熱レーザ光が照射される位置（ここでは、本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２）に近い領域を含む領域に形成されていることが好ましい。例えば、本体３２の上面３２ｔのほぼ全面に物理堆積法により金属膜を形成した後、金属膜を所望の形状にパターニングすることで、上面３２ｔの一部にのみ形成された第１金属膜３４ａを得ることができる。あるいは、マスク等を用いて、本体３２の上面３２ｔの所望の領域にのみ金属膜を形成することによって、第１金属膜３４ａを形成してもよい。加熱レーザ光の熱利用効率を向上させる観点から、第１金属膜３４ａの面積は、上面３２ｔの面積の例えば２０％以上であり、例えば５０％以上であることが好ましい。
【0032】
図２は、本実施形態によるレーザ光源の他の構成例を模式的に示す分解斜視図である。図２に示されるレーザ光源１００Ａ１は、支持部材３０Ａ１の本体３２の上面３２ｔに設けられた第１金属膜３４ａが、上面３２ｔのほぼ全面を覆うように形成されている点において、支持部材３０Ａを有するレーザ光源１００Ａと異なる。レーザ光源１００Ａ１は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。レーザ光源１００Ａ１は、第１金属膜３４ａの面積がレーザ光源１００Ａよりも大きいので、レーザ光源１００Ａよりも効果的に加熱レーザ光の熱利用効率を向上させることができる。
【0033】
（実施形態２）
図３Ａを参照して、本開示の実施形態２によるレーザ光源が有する支持部材の例を説明する。図３Ａは、実施形態２によるレーザ光源が有する支持部材３０Ｂの各面を模式的に示す図である。なお、実施形態２によるレーザ光源の、光学部材４０側から見た分解斜視図は、図１Ａに示したレーザ光源１００Ａの分解斜視図と同じであるので図示を省略する。図３Ａに示されるように、支持部材３０Ｂは、本体３２の背面３２ｒに設けられた第２金属膜３４ｂ１をさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第２金属膜３４ｂ１は、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。
図３Ａを参照して、本開示の実施形態２によるレーザ光源が有する支持部材の例を説明する。図３Ａは、実施形態２によるレーザ光源が有する支持部材３０Ｂの各面を模式的に示す図である。なお、実施形態２によるレーザ光源の、光学部材４０側から見た分解斜視図は、図１Ａに示したレーザ光源１００Ａの分解斜視図と同じであるので図示を省略する。図３Ａに示されるように、支持部材３０Ｂは、本体３２の背面３２ｒに設けられた第２金属膜３４ｂ１をさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第２金属膜３４ｂ１は、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。
【0034】
支持部材３０Ｂを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。支持部材３０Ｂを有するレーザ光源においては、支持部材３０Ｂが、第１金属膜３４ａに加えて、第２金属膜３４ｂ１を有することによって、加熱レーザ光の熱利用効率をいっそう向上させることができる。ここでは、加熱レーザ光が照射される本体３２の側面３２ｓ１および３２ｓ２には金属膜が設けられていない。第２金属膜３４ｂ１は、本体３２の背面３２ｒの少なくとも一部に設けられていればよい。この例では、第２金属膜３４ｂ１は、少なくとも一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の背面３２Ａ１ｒおよび３２Ａ２ｒに設けられており、連結部３２Ｂの背面３２Ｂｒには金属膜が設けられていない。
【0035】
第２金属膜３４ｂ１の面積および形状は、適宜変更され得る。例えば、第２金属膜３４ｂ１は、本体３２の背面３２ｒの半分以上の領域を覆っていてもよい。すなわち、第２金属膜３４ｂ１の面積は、背面３２ｒの面積の５０％以上であってもよい。第２金属膜３４ｂ１は、本体３２の背面３２ｒのうち、加熱レーザ光が照射される位置（ここでは、本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２）に近い領域を含む領域に形成されていることが好ましい。あるいは、図３Ｂに示される例のように、第２金属膜３４ｂ１は、背面３２ｒのほぼ全面に形成されていてもよい。
【0036】
（実施形態３）
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、本開示の実施形態３によるレーザ光源の例を説明する。図４Ａは、実施形態３によるレーザ光源１００Ｃの構成例を示す模式的な分解斜視図である。図４Ｂは、レーザ光源１００Ｃが有する支持部材３０Ｃの各面を模式的に示す図である。支持部材３０Ｃは、支持部材３０Ｂが有する、背面３２ｒに設けられた第２金属膜３４ｂ１に代えて、本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２に設けられた第２金属膜３４ｂ２を有する。図示される例では、第２金属膜３４ｂ２は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の外側面３２Ａ１ｓｏおよび３２Ａ２ｓｏに設けられている。第２金属膜３４ｂ２は、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、本開示の実施形態３によるレーザ光源の例を説明する。図４Ａは、実施形態３によるレーザ光源１００Ｃの構成例を示す模式的な分解斜視図である。図４Ｂは、レーザ光源１００Ｃが有する支持部材３０Ｃの各面を模式的に示す図である。支持部材３０Ｃは、支持部材３０Ｂが有する、背面３２ｒに設けられた第２金属膜３４ｂ１に代えて、本体３２の２つの側面３２ｓ１および３２ｓ２に設けられた第２金属膜３４ｂ２を有する。図示される例では、第２金属膜３４ｂ２は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の外側面３２Ａ１ｓｏおよび３２Ａ２ｓｏに設けられている。第２金属膜３４ｂ２は、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。
【0037】
図４Ｃは、レーザ光源１００Ｃの製造方法を説明するための模式的な上面図である。上述したように、実施形態１によるレーザ光源１００Ａの製造方法においては、光学部材４０と支持部材３０Ａとを接合する工程において、支持部材３０Ａの側面３２ｓ１および３２ｓ２に加熱レーザ光を照射することによって、光学部材４０と支持部材３０Ａとの間に配置された接合材を溶融または焼結する。これに対して、本実施形態によるレーザ光源１００Ｃの製造方法は、図４Ｃに示されるように、光学部材４０と支持部材３０Ｃとを接合する工程において、支持部材３０Ｃの背面３２ｒに加熱レーザ光を照射することによって、光学部材４０と支持部材３０Ｃとの間に配置された接合材を溶融または焼結する点において、レーザ光源１００Ａの製造方法と異なる。図４Ｃに示す白抜きの矢印は、加熱レーザ光の入射方向を模式的に表す。この例では、加熱レーザ光は、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の背面３２Ａ１ｒおよび３２Ａ２ｒに照射される。
【0038】
レーザ光源１００Ｃは、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。
【0039】
上述した製造方法で製造されるレーザ光源１００Ｃにおいて、支持部材３０Ｃは、加熱レーザ光が照射される本体３２の背面３２ｒには金属膜が設けられていないことが好ましい。この例では、図４Ｂに示されるように、加熱レーザ光が照射される、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の背面３２Ａ１ｒおよび３２Ａ２ｒには、金属膜が設けられていない。この場合、加熱レーザ光が照射されない、連結部３２Ｂの背面３２Ｂｒには、金属膜が設けられていてもよい。
【0040】
第２金属膜３４ｂ２の面積および形状は適宜変更され得る。第２金属膜３４ｂ２は、少なくとも本体３２の側面３２ｓ１または３２ｓ２の一方の一部に設けられていればよい。
【0041】
（実施形態４）
図５を参照して、本開示の実施形態４によるレーザ光源が有する支持部材の例を説明する。図５は、実施形態４によるレーザ光源が有する支持部材３０Ｄの各面を模式的に示す図である。なお、実施形態４によるレーザ光源の、光学部材４０側から見た分解斜視図は、図１Ａに示すレーザ光源１００Ａの分解斜視図と同じであるので図示を省略する。図５に示されるように、支持部材３０Ｄは、連結部３２Ｂの下面３２Ｂｂに設けられた第３金属膜３４ｃをさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第３金属膜３４ｃは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。支持部材３０Ｄを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の方法で製造される。支持部材３０Ｄを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。
図５を参照して、本開示の実施形態４によるレーザ光源が有する支持部材の例を説明する。図５は、実施形態４によるレーザ光源が有する支持部材３０Ｄの各面を模式的に示す図である。なお、実施形態４によるレーザ光源の、光学部材４０側から見た分解斜視図は、図１Ａに示すレーザ光源１００Ａの分解斜視図と同じであるので図示を省略する。図５に示されるように、支持部材３０Ｄは、連結部３２Ｂの下面３２Ｂｂに設けられた第３金属膜３４ｃをさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第３金属膜３４ｃは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。支持部材３０Ｄを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の方法で製造される。支持部材３０Ｄを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。
【0042】
（実施形態５）
図６を参照して、本開示の実施形態５によるレーザ光源の例を説明する。図６は、実施形態５によるレーザ光源１００Ｅを模式的に示す分解斜視図である。レーザ光源１００Ｅが有する支持部材３０Ｅは、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の内側面３２Ａ１ｓｉおよび３２Ａ２ｓｉに設けられた第４金属膜３４ｄをさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第４金属膜３４ｄは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。支持部材３０Ｅを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の方法で製造される。支持部材３０Ｅを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。
図６を参照して、本開示の実施形態５によるレーザ光源の例を説明する。図６は、実施形態５によるレーザ光源１００Ｅを模式的に示す分解斜視図である。レーザ光源１００Ｅが有する支持部材３０Ｅは、一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の内側面３２Ａ１ｓｉおよび３２Ａ２ｓｉに設けられた第４金属膜３４ｄをさらに有する点において、レーザ光源１００Ａが有する支持部材３０Ａと異なる。第４金属膜３４ｄは、上述した第１金属膜３４ａと同様の方法および同様の材料で形成され得る。支持部材３０Ｅを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の方法で製造される。支持部材３０Ｅを有するレーザ光源は、レーザ光源１００Ａと同様の理由で、高出力化に適している。
【0043】
上述した実施形態１～５は適宜組み合わせてもよい。
【0044】
本開示のレーザ光源が有する支持部材は、非金属材料から形成された本体が有する面のうち、加熱レーザ光が照射される面および他の部材と接合される面以外の面のいずれか少なくとも１つに設けられた金属膜（上面に設けられた第１金属膜を含む）を有する。このような金属膜を有することによって、加熱レーザ光の熱の利用効率が向上される。加熱レーザ光の熱の利用効率を向上させるための金属膜は、具体的には、支持部材の本体が有する面のうち、例えば、光学部材と接合される前面、前面の反対側の背面、サブマウントと対向する下面、下面の反対側の上面、および２つの側面のうち、加熱レーザ光が照射される面（側面または背面）と、他の部材と接合される面（前面および下面）とを除く面の少なくとも一部に設けられる。このような金属膜の面積の総和は、加熱レーザ光から接合材に伝えられる熱の利用効率を向上させる観点から、大きいことが好ましい。一方で、支持部材の本体が有する面のうち、他の部材と接合される面（前面および下面）には、支持部材を他の部材と接合するための金属膜が設けられている。支持部材を他の部材と接合するための金属膜の面積は、他の部材との接合強度が担保される範囲で、小さいことが好ましい。なお、支持部材の本体が有する面のうち、少なくとも、加熱レーザ光が照射される面（側面または背面）には、金属膜が設けられておらず、非金属材料から形成された本体の面が露出されている。
【0045】
以下に、サブマウント１０、半導体レーザ素子２０、支持部材３０、接合部材５２、および光学部材４０について、材料、形状、およびサイズ等の詳細を説明する。
【0046】
［サブマウント１０］
サブマウント１０は、例えば直方体であり得る。サブマウント１０の一部または全体は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ、ＣｕＷ、Ｃｕ、Ｃｕ／ＡｌＮ／Ｃｕの積層構造、ダイヤモンド、および金属マトリクス複合材料（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｃｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＭＭＣ）からなる群から選択される少なくとも１つから形成され得る。ＭＭＣは、例えば、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｌからなる群から選択される少なくとも１つとダイヤモンドを含む。あるいは、サブマウント１０の一部または全体は、他の一般的な材料から形成されていてもよい。なかでも、サブマウント１０は、ＡｌＮまたはダイヤモンドから形成されることが好ましい。ＡｌＮからなるサブマウント１０の熱伝導率は、例えば１５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上２３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得、ダイヤモンドからなるサブマウント１０の熱伝導率は、例えば１２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上２０００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得る。そのような熱伝導率により、サブマウント１０は、駆動時に半導体レーザ素子２０から発せられる熱を、レーザ光源を収容するパッケージに効率的に伝えることができる。サブマウント１０の熱膨張率は、例えば２×１０－６［１／Ｋ］以上２×１０－５［１／Ｋ］以下であり得る。そのような熱膨張率により、サブマウント１０の上に半導体レーザ素子２０を接合材で接合させる場合に加えられる熱によってサブマウント１０が変形することを抑制できる。サブマウント１０のＸ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。サブマウント１０のサイズは、半導体レーザ素子２０のサイズや出力に対して設計される。半導体レーザ素子２０のサイズが大きくなれば、半導体レーザ素子２０の出力が大きくなるため、サブマウント１０のサイズを大きくし、放熱性を向上させることが好ましい。
サブマウント１０は、例えば直方体であり得る。サブマウント１０の一部または全体は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ、ＣｕＷ、Ｃｕ、Ｃｕ／ＡｌＮ／Ｃｕの積層構造、ダイヤモンド、および金属マトリクス複合材料（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｃｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＭＭＣ）からなる群から選択される少なくとも１つから形成され得る。ＭＭＣは、例えば、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｌからなる群から選択される少なくとも１つとダイヤモンドを含む。あるいは、サブマウント１０の一部または全体は、他の一般的な材料から形成されていてもよい。なかでも、サブマウント１０は、ＡｌＮまたはダイヤモンドから形成されることが好ましい。ＡｌＮからなるサブマウント１０の熱伝導率は、例えば１５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上２３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得、ダイヤモンドからなるサブマウント１０の熱伝導率は、例えば１２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上２０００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得る。そのような熱伝導率により、サブマウント１０は、駆動時に半導体レーザ素子２０から発せられる熱を、レーザ光源を収容するパッケージに効率的に伝えることができる。サブマウント１０の熱膨張率は、例えば２×１０－６［１／Ｋ］以上２×１０－５［１／Ｋ］以下であり得る。そのような熱膨張率により、サブマウント１０の上に半導体レーザ素子２０を接合材で接合させる場合に加えられる熱によってサブマウント１０が変形することを抑制できる。サブマウント１０のＸ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。サブマウント１０のサイズは、半導体レーザ素子２０のサイズや出力に対して設計される。半導体レーザ素子２０のサイズが大きくなれば、半導体レーザ素子２０の出力が大きくなるため、サブマウント１０のサイズを大きくし、放熱性を向上させることが好ましい。
【0047】
サブマウント１０は、ＸＺ平面に平行な主面１０ｓ１と、主面１０ｓ１の反対側の下面１０ｓ４と、光学部材４０側に位置し、前面１０ｓ２とを有する。サブマウント１０の主面１０ｓ１および下面１０ｓ４には、めっき加工を施すことにより、厚さが例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下である金属膜が形成されていてもよい。サブマウント１０の主面１０ｓ１に形成される金属膜は、サブマウント１０と半導体レーザ素子２０とを接合部材を介して接合する際、および半導体レーザ素子２０に電力を供給する際に役立つ。サブマウント１０の下面１０ｓ４に形成される金属膜は、サブマウント１０とサブマウント１０を支持する基体とを接合部材を介して接合する際に役立つ。
【0048】
［半導体レーザ素子２０］
半導体レーザ素子２０は、可視領域における紫色、青色、緑色もしくは赤色のレーザビーム、または不可視領域における赤外もしくは紫外のレーザビームを出射し得る。紫色の発光ピーク波長は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍより大きく４９５ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍより大きく５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。紫色、青色および緑色のレーザビームを出射するレーザダイオードとしては、窒化物半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。赤色のレーザビームを出射するレーザダイオードとしては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。
半導体レーザ素子２０は、可視領域における紫色、青色、緑色もしくは赤色のレーザビーム、または不可視領域における赤外もしくは紫外のレーザビームを出射し得る。紫色の発光ピーク波長は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍより大きく４９５ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍより大きく５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。紫色、青色および緑色のレーザビームを出射するレーザダイオードとしては、窒化物半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体材料としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。赤色のレーザビームを出射するレーザダイオードとしては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を含むレーザダイオードが挙げられる。
【0049】
半導体レーザ素子２０のＸ方向におけるサイズは例えば５０μｍ以上５００μｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは例えば２０μｍ以上１５０μｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは例えば５０μｍ以上４ｍｍ以下であり得る。フェイスダウン実装において、半導体レーザ素子２０の端面２０ｅとサブマウント１０の前面１０ｓ２とのＺ方向における距離は、例えば２μｍ以上５０μｍ以下であり得る。
【0050】
半導体レーザ素子２０の上面および下面の各々には、電極が設けられている。半導体レーザ素子２０の前述した半導体積層構造のうち、ｐ型クラッド層に電気的に接続された電極を「ｐ側電極」と称し、ｎ型基板に電気的に接続された電極を「ｎ側電極」と称する。ｐ側電極とｎ側電極とに電圧を印加して閾値以上の電流を流すことにより、半導体レーザ素子２０は、端面２０ｅからレーザビームを出射する。レーザビームは広がりを有し、端面２０ｅに対して平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰとは、端面２０ｅから離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。この光強度分布において、ビーム中心の光強度のピークパワーに対して１／ｅ２以上の強度を有する光を、主要部分の光とする。ｅは自然対数の底である。
【0051】
半導体レーザ素子２０から出射されるレーザビームのＦＦＰの形状は楕円形状である。当該楕円形状のうち、長軸は、半導体積層構造の積層方向に対して平行であり、短軸は、端面２０ｅが延びる方向に対して平行である。端面２０ｅが延びる方向をＦＦＰの水平方向、積層方向をＦＦＰの垂直方向とする。
【0052】
また、ＦＦＰの光強度分布に基づいて、光強度分布の半値全幅に相当する角度を、その半導体レーザ素子２０から出射されるレーザビームの広がり角とする。ＦＦＰのうち、垂直方向および水平方向の軸は、それぞれ速軸および遅軸と呼ばれている。
【0053】
［支持部材３０Ａ～３０Ｅ］
支持部材３０Ａ～３０Ｅを総称して支持部材３０という。支持部材３０の本体３２は、非金属材料（例えばセラミックス）から形成されており、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ、ガラス、Ｓｉ、ジルコニアなどから形成され得る。本体３２の一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の各々のＸ方向におけるサイズは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であり得る。
支持部材３０Ａ～３０Ｅを総称して支持部材３０という。支持部材３０の本体３２は、非金属材料（例えばセラミックス）から形成されており、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ、ガラス、Ｓｉ、ジルコニアなどから形成され得る。本体３２の一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２の各々のＸ方向におけるサイズは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であり得る。
【0054】
支持部材３０の本体３２の熱伝導率は、例えば、光学部材４０の熱伝導率よりも高く、サブマウント１０の熱伝導率以下である。このような熱伝導率の大小関係により、接合部材５２に加えられた熱が本体３２を介してサブマウント１０に放熱しやすくなり、光学部材４０の熱による劣化を抑制することができる。サブマウント１０の下面１０ｓ４がヒートシンクに接触している場合、加熱レーザ光の熱は、支持部材３０の本体３２からサブマウント１０を介してヒートシンクに伝えられる。したがって、光学部材４０を支持部材３０に接合する工程の際に、光学部材４０を歩留まりよく支持部材３０に接合することができる。
【0055】
［接合部材５２］
接合部材５２は、例えば焼結が可能な材料から形成され得る。焼結では、金属の粒子または金属の粉末を当該金属の融点よりも低い温度で加熱して焼き固めることにより、部材同士が接合される。焼結温度は、粒子を組成する金属の融点よりも低く、例えば１２０℃以上３００℃以下であり得る。焼結温度が接合材の接合温度に相当する。
接合部材５２は、例えば焼結が可能な材料から形成され得る。焼結では、金属の粒子または金属の粉末を当該金属の融点よりも低い温度で加熱して焼き固めることにより、部材同士が接合される。焼結温度は、粒子を組成する金属の融点よりも低く、例えば１２０℃以上３００℃以下であり得る。焼結温度が接合材の接合温度に相当する。
【0056】
焼結が可能な材料は、例えば、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、Ａｕ粒子、およびその他の貴金属粒子からなる群から選択される少なくとも１種類の金属粒子と、有機バインダとを含む金属ペーストであり得る。有機バインダを含む金属ペーストは柔軟性を有するので、支持部材３０と光学部材４０との接合の際、光学部材４０の位置を微調整することができる。
【0057】
光学部材４０の位置を微調整する必要がないのであれば、接合部材５２は、はんだ付けまたはろう付けが可能な材料から形成されていてもよい。はんだ付けまたはろう付けでは、はんだ材またはろう材を昇温によって溶融し、降温によって固化させることにより、部材同士が接合される。はんだ材の溶融温度は、例えば１８０℃以上３００℃以下であり得る。ろう材の溶融温度は、例えば５００℃以上９００℃以下であり得る。はんだ材またはろう材の溶融温度が接合材の接合温度に相当する。はんだ材またはろう材を溶融することによって接合部材５２を形成する場合は、焼結可能な材料を焼結することによって接合部材５２を形成する場合と比較して、接合温度が高いため、接合材が突沸し、飛散する可能性を低減することができる。
【0058】
はんだ付けが可能な接合材は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、およびＳｎＡｇＣｕからなる群から選択される少なくとも１つのはんだ材であり得る。ろう付けが可能な接合材は、例えば、金ろう材、錫ろう材、および銀ろう材からなる群から選択される少なくとも１つのろう材であり得る。
【0059】
接合部材５２の厚さ（すなわち、接合部材５２のＺ方向の長さ）は、例えば１μｍ以上３０μｍ以下であり得る。これにより、接合強度を高めることができる。また、接合を短時間で終えることができる。
【0060】
なお、図示される例において、接合部材５２の平面形状（すなわち、接合部材５２のＸＹ平面における形状）は矩形であるが、矩形に限定されない。接合部材５２の平面形状は、例えば円であってもよいし、楕円であってもよい。
【0061】
［光学部材４０］
光学部材４０は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、および透光性セラミックスからなる群から選択される少なくとも１つの透光性材料から形成され得る。あるいは、光学部材４０は、他の一般的な材料から形成され得る。
光学部材４０は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、および透光性セラミックスからなる群から選択される少なくとも１つの透光性材料から形成され得る。あるいは、光学部材４０は、他の一般的な材料から形成され得る。
【0062】
光学部材４０は、速軸コリメートレンズ（ＦＡＣレンズ）または遅軸コリメートレンズ（ＳＡＣレンズ）などのコリメートレンズであってもよい。光学部材４０がコリメートレンズである場合、半導体レーザ素子２０の端面２０ｅに近い位置にコリメートレンズを設けることができる。結果、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザビームが広がる前にレーザビームをコリメートできるため、光学部材４０を小型化することができる。
【0063】
光学部材４０のうち、支持部材３０の一対の柱状部３２Ａ１および３２Ａ２に対向する面には、例えば、めっき加工、蒸着などを施すことにより、金属膜が形成され得る。このような金属膜の材料は、上述した第１金属膜３４ａの材料と同じであってよい。
【0064】
光学部材４０のＸ方向におけるサイズは、例えば、支持部材３０のＸ方向におけるサイズに等しくてもよいし、支持部材３０のＸ方向におけるサイズよりも大きくてもよいし小さくてもよい。ただし、光学部材４０のＸ方向におけるサイズは、支持部材３０の柱状部３２Ａ１と柱状部３２Ａ２とが互いに対向する面のＸ方向における距離よりも大きい。光学部材４０のＹ方向における最大のサイズは、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｚ方向における最大のサイズは、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり得る。
【0065】
本開示は、以下の項目に記載のレーザ光源およびレーザ光源の製造方法を含む。
【0066】
［項目１］
主面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記端面に対向して配置される光学部材と、
前記サブマウントの前記主面に支持され、前記光学部材を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記光学部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記支持部材は、
非金属材料から形成されている本体であって、
前記接合部材を介して前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントに支持される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
を有する、レーザ光源。
主面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記主面に支持され、レーザビームを出射する端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記端面に対向して配置される光学部材と、
前記サブマウントの前記主面に支持され、前記光学部材を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記光学部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記支持部材は、
非金属材料から形成されている本体であって、
前記接合部材を介して前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントに支持される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
を有する、レーザ光源。
【0067】
［項目２］
前記本体は、一対の柱状部と、前記一対の柱状部の上部を連結する連結部とを備え、
前記本体の前記前面は、前記一対の柱状部の前面と、前記連結部の前面とを含み、
前記本体の前記背面は、前記一対の柱状部の背面と、前記連結部の背面とを含み、
前記本体の前記下面は、前記一対の柱状部の下面を含み、
前記本体の前記上面は、前記一対の柱状部の上面と、前記連結部の上面とを含み、
前記本体の前記２つの側面は、前記一対の柱状部の外側面を含む、項目１に記載のレーザ光源。
前記本体は、一対の柱状部と、前記一対の柱状部の上部を連結する連結部とを備え、
前記本体の前記前面は、前記一対の柱状部の前面と、前記連結部の前面とを含み、
前記本体の前記背面は、前記一対の柱状部の背面と、前記連結部の背面とを含み、
前記本体の前記下面は、前記一対の柱状部の下面を含み、
前記本体の前記上面は、前記一対の柱状部の上面と、前記連結部の上面とを含み、
前記本体の前記２つの側面は、前記一対の柱状部の外側面を含む、項目１に記載のレーザ光源。
【0068】
［項目３］
前記第１金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記上面に設けられている、項目２に記載のレーザ光源。
前記第１金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記上面に設けられている、項目２に記載のレーザ光源。
【0069】
［項目４］
前記支持部材は、前記本体の前記背面または前記本体の前記側面に設けられた第２金属膜をさらに有する、項目２に記載のレーザ光源。
前記支持部材は、前記本体の前記背面または前記本体の前記側面に設けられた第２金属膜をさらに有する、項目２に記載のレーザ光源。
【0070】
［項目５］
前記第２金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記背面に設けられており、
前記２つの側面には金属膜が設けられていない、項目４に記載のレーザ光源。
前記第２金属膜は、少なくとも前記一対の柱状部の前記背面に設けられており、
前記２つの側面には金属膜が設けられていない、項目４に記載のレーザ光源。
【0071】
［項目６］
前記第２金属膜は、前記２つの側面に設けられており、
前記一対の柱状部の前記背面には金属膜が設けられていない、項目４に記載のレーザ光源。
前記第２金属膜は、前記２つの側面に設けられており、
前記一対の柱状部の前記背面には金属膜が設けられていない、項目４に記載のレーザ光源。
【0072】
［項目７］
前記支持部材は、前記連結部の下面に設けられた第３金属膜および／または、前記一対の柱状部の内側面に設けられた第４金属膜をさらに有する、項目２から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記支持部材は、前記連結部の下面に設けられた第３金属膜および／または、前記一対の柱状部の内側面に設けられた第４金属膜をさらに有する、項目２から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【0073】
［項目８］
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第１金属膜および／または前記第２金属膜は、Ｔｉから形成されており、
前記第５金属膜は、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、項目４から７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第１金属膜および／または前記第２金属膜は、Ｔｉから形成されており、
前記第５金属膜は、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、項目４から７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【0074】
［項目９］
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第５金属膜は、Ａｌ、ＰｄおよびＡｕまたはＮｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、項目１から７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記支持部材は、前記本体の前記前面に設けられた第５金属膜をさらに有し、
前記第５金属膜は、Ａｌ、ＰｄおよびＡｕまたはＮｉ、ＰｄおよびＡｕをこの順に積層して形成された積層構造を有する、項目１から７のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【0075】
［項目１０］
前記第１金属膜の面積は、前記本体の上面の面積の２０％以上である、項目１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
前記第１金属膜の面積は、前記本体の上面の面積の２０％以上である、項目１から６のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【0076】
［項目１１］
半導体レーザ素子および支持部材が接合されたサブマウントと、光学部材と、を用意する工程と、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程と、
を備え、
前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、
前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントと接合される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
前記背面または前記側面の一方に設けられた第２金属膜と、
を有し、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面または前記側面のうち、前記第２金属膜が設けられていない他方にレーザ光を照射し、前記光学部材と前記支持部材との間に配置された接合材を溶融または焼結することを含む、レーザ光源の製造方法。
半導体レーザ素子および支持部材が接合されたサブマウントと、光学部材と、を用意する工程と、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程と、
を備え、
前記支持部材は、非金属材料から形成されている本体であって、
前記光学部材に接合される前面と、
前記前面の反対側の背面と、
前記サブマウントと接合される下面と、
前記下面の反対側の上面と、
前記前面、前記背面、前記下面および前記上面と交わる２つの側面と、
を有する本体と、
前記上面に設けられた第１金属膜と、
前記背面または前記側面の一方に設けられた第２金属膜と、
を有し、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面または前記側面のうち、前記第２金属膜が設けられていない他方にレーザ光を照射し、前記光学部材と前記支持部材との間に配置された接合材を溶融または焼結することを含む、レーザ光源の製造方法。
【0077】
［項目１２］
前記第２金属膜は、前記背面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記側面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、項目１１に記載のレーザ光源の製造方法。
前記第２金属膜は、前記背面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記側面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、項目１１に記載のレーザ光源の製造方法。
【0078】
［項目１３］
前記第２金属膜は、前記側面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、項目１１に記載のレーザ光源の製造方法。
前記第２金属膜は、前記側面に設けられ、
前記光学部材と前記支持部材とを接合する工程は、前記背面にレーザ光を照射し、前記接合材を溶融または焼結することを含む、項目１１に記載のレーザ光源の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本開示のレーザ光源およびその製造方法は、加工、プロジェクタ、ディスプレイ、および照明器具など種々の用途に用いられるレーザ光源に適用され得る。
【符号の説明】
【0080】
１０：サブマウント、２０：半導体レーザ素子、３０Ａ～３０Ｅ：支持部材、３２：本体、３４ａ～３４ｆ：金属膜、４０：光学部材、５２：接合部材、１００Ａ、１００Ａ１、１００Ｃ、１００Ｅ：レーザ光源
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
