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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-06
(45)【発行日】2024-08-15
(54)【発明の名称】レーザ光源
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02253 20210101AFI20240807BHJP
H01S 5/023 20210101ALI20240807BHJP
H01S 5/024 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02253
H01S5/023
H01S5/024
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021566816
(86)(22)【出願日】2020-09-08
(86)【国際出願番号】 JP2020033897
(87)【国際公開番号】W WO2021131171
(87)【国際公開日】2021-07-01
【審査請求日】2023-08-08
(31)【優先権主張番号】P 2019236440
(32)【優先日】2019-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2020114674
(32)【優先日】2020-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(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】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(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】出島 範宏
(72)【発明者】
【氏名】竹田 英明
(72)【発明者】
【氏名】松尾 英典
(72)【発明者】
【氏名】大森 雅樹
【審査官】百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－３６８３２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４７６５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６２０３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０７３７５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２６７７９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５７－０９４９６８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０９－０３６２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／００９０８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０４－２６４７８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－００６４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１５２５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２４３６５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１６６６１６（ＷＯ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光層を含む半導体積層構造体と、前記半導体積層構造体を支持する基板と、前記発光層で発生したレーザ光を出射する第１の端面と、前記第１の端面とは反対側の第２の端面と、を有し、前記第１の端面から前記第２の端面までの距離によって共振器長が規定される、端面出射型のレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップが固着された主平面と、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面の両側に位置する一対のレンズ支持部と、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面から出射される前記レーザ光の伝搬を妨げないように前記一対のレンズ支持部を連結し、上面視で、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面と重なる連結部と、前記主平面の反対側に位置する裏面と、を持つサブマウントと、
前記一対のレンズ支持部の端面と接合されたレンズと、
前記レーザダイオードチップ、前記レンズ、および前記サブマウントを収容する半導体レーザパッケージと、
を備え、
前記発光層が、前記レーザダイオードチップの前記基板と比較して、前記サブマウントに近い状態で、前記レーザダイオードチップが前記サブマウントに固着されており、
前記レーザダイオードチップの前記第１の端面は、前記主平面のエッジよりも前記共振器長の方向に突出し、
前記一対のレンズ支持部の前記端面は、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面よりも前記共振器長の方向に突出し、
前記一対のレンズ支持部、および前記連結部は一体成型されている、レーザ光源。
【請求項2】
前記半導体レーザパッケージは、前記サブマウントの前記裏面に熱的に接触する基体を有し、前記レーザダイオードチップ、前記サブマウント、および前記レンズを気密に封止している、請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項3】
前記サブマウントは、前記主平面および前記裏面をつなぐ前方端面を有し、前記前方端面は、中央端面、および前記中央端面の両側に位置する両側端面を有し、
前記中央端面は、前記両側端面よりも前記共振器長の方向に窪み、
前記主平面の前記エッジは、前記サブマウントにおける前記主平面と前記中央端面とによって規定される、請求項１または２に記載のレーザ光源。
【請求項4】
前記サブマウントは、前記一対のレンズ支持部のそれぞれと前記レーザダイオードチップとの間に、前記共振器長の方向に沿って延びる溝を有している、請求項１または２に記載のレーザ光源。
【請求項5】
前記レンズは、無機材料によって、前記一対のレンズ支持部の前記端面に接合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項6】
前記サブマウントの一部または全体は、セラミックから形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項7】
前記サブマウントは、前記主平面から前記裏面に達する貫通孔と、前記貫通孔を埋める金属とを有している、請求項６に記載のレーザ光源。
【請求項8】
前記共振器長の方向から見たとき、前記レンズの重心は前記一対のレンズ支持部の間に位置する、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項9】
前記レーザ光の波長は、３５０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項10】
前記レンズは、前記主平面の法線方向および前記共振器長の方向の両方に垂直な方向に沿って延びる構造を有し、前記レンズは、前記主平面の法線方向および前記共振器長の方向の両方を含む平面内における前記レーザ光の発散角を低減する、請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項11】
前記レンズは、一対の平坦部、および前記一対の平坦部によって挟まれたレンズ曲面部を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項12】
前記一対のレンズ支持部、前記連結部、および前記レンズは一体成型されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項13】
前記サブマウントは、前記主平面を備える第３のサブマウント部分と、前記一対のレンズ支持部を備える第４のサブマウント部分とを有し、前記第３のサブマウント部分と前記第４のサブマウント部分とは別体である、請求項１または２に記載のレーザ光源。
【請求項14】
前記レンズと前記一対のレンズ支持部の端面とは、接合材を介して接合されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ光源に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザ光源は、加工、プロジェクタ、および照明器具などの様々な用途に利用される。このようなレーザ光源の典型例は、レーザダイオードチップ、レーザダイオードチップを支持するサブマウント、レーザダイオードチップから出射されるレーザ光の発散角を低減するコリメートレンズを備える（例えば、特許文献１）。レーザダイオードチップ、サブマウントおよびコリメートレンズ等のレンズが半導体レーザパッケージに収容される場合、レーザ光が大きく発散する前に、小さいレンズによってレーザ光をコリメート等することが可能になる。一方で、レーザダイオードチップとレンズとの少しの位置ずれにより、レーザ光源から外部に出射されるレーザ光の光軸の向きが大きくずれる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０００－９８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザダイオードチップとレンズとの位置ずれが生じにくいレーザ光源が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示のレーザ光源は、一実施形態において、発光層を含む半導体積層構造体と、前記半導体積層構造体を支持する基板と、前記発光層で発生したレーザ光を出射する第１の端面と、前記第１の端面とは反対側の第２の端面と、を有し、前記第１の端面から前記第２の端面までの距離によって共振器長が規定される、端面出射型のレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップが固着された主平面と、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面の両側に位置する一対のレンズ支持部と、前記主平面の反対側に位置する裏面と、を持つサブマウントと、前記一対のレンズ支持部の端面と接合されたレンズと、前記レーザダイオードチップ、前記レンズ、および前記サブマウントを収容する半導体レーザパッケージと、を備え、前記レーザダイオードチップの前記基板よりも前記発光層が前記サブマウントに近い状態で前記レーザダイオードチップが前記サブマウントに固着されており、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面は、前記主平面のエッジよりも前記共振器長の方向に突出し、前記一対のレンズ支持部の前記端面は、前記レーザダイオードチップの前記第１の端面よりも前記共振器長の方向に突出する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、レーザダイオードチップとレンズとの位置ずれが生じにくいレーザ光源を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態におけるレーザ光源を詳細に説明する。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。
【0009】
さらに以下は、本開示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、本開示を以下に限定しない。また、構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本開示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。
【0010】
【0011】
図１Ａは、本開示の実施形態１におけるレーザ光源１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａのレーザ光源１００の平面構成を模式的に示す図である。本実施形態におけるレーザ光源１００は、レーザダイオードチップ１０と、レーザダイオードチップ１０を支持するサブマウント２０と、サブマウント２０に支持されたコリメートレンズ３０と、これらの素子または部品を収容する半導体レーザパッケージ４０と、を備える。また、本実施形態におけるレーザ光源１００は、半導体レーザパッケージ４０を貫通し、レーザダイオードチップ１０に電力を供給する一対のリード端子５０を備える。半導体レーザパッケージ４０は、蓋体４０Ｌ、基体４０ｂ、および透光窓４０ｗを含む。本実施形態におけるレーザ光源１００において、レーザダイオードチップ１０から出射され、コリメートレンズ３０によってコリメートされたレーザ光が、透光窓４０ｗから外部に取り出される。
【0012】
図１Ａでは、説明のわかりやすさのために半導体レーザパッケージ４０における蓋体４０Ｌ、基体４０ｂ、および透光窓４０ｗが分離された状態で記載されているが、実際にはこれらは接合されている。図１Ｂでは、半導体レーザパッケージ４０における蓋体４０Ｌの記載が省略されている。
【0013】
図面では、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。説明のわかりやすさのため、本開示では、基体４０ｂ内におけるレーザダイオードチップ１０、サブマウント２０、およびコリメートレンズ３０が位置する側を「上」と表現する場合がある。このことは、レーザ光源１００の使用時における向きを制限するわけではなく、レーザ光源１００の向きは任意である。
【0014】
図２Ａは、図１Ａのレーザ光源１００から半導体レーザパッケージ４０および一対のリード端子５０を省略した構成のより詳細を示す斜視図である。図２Ａにおいて破線によって囲まれた領域は、サブマウント２０に配置されたレーザダイオードチップ１０の詳細な構造の例を表している。図２Ａでは、サブマウント２０およびコリメートレンズ３０は分離された状態で記載されているが、実際にはこれらは接合されている。図２Ｂは、図２Ａのレーザ光源１００を模式的に示す上面図である。図２Ｃは、図２Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＩＩＣ－ＩＩＣ線断面図である。本開示では、サブマウント２０を基準として、コリメートレンズ３０が位置する側を「前方」と表現する場合がある。
【0015】
図２Ａに示すように、レーザダイオードチップ１０は、端面出射型のレーザダイオードチップであり、第１のクラッド層１０Ｃ１、第２のクラッド層１０Ｃ２、および発光層１０Ｌを含む半導体積層構造体１０ａと、半導体積層構造体１０ａを支持する基板１０ｂと、発光層１０Ｌで発生した高出力のレーザ光を出射する出射端面１０ｅ１と、出射端面１０ｅ１とは反対側の後方端面１０ｅ２とを有する。発光層１０Ｌは、第１のクラッド層１０Ｃ１と第２のクラッド層１０Ｃ２との間に位置する。レーザダイオードチップ１０は、バッファ層およびコンタクト層などの他の層を含み得る。本開示では、「出射端面１０ｅ１」を「第１の端面１０ｅ１」と称し、「後方端面１０ｅ２」を「第２の端面１０ｅ２」と称することがある。
【0016】
レーザダイオードチップ１０は、基板１０ｂよりも発光層１０Ｌがサブマウント２０に近いフェイスダウンの状態で、サブマウント２０に固定されている。レーザダイオードチップ１０における半導体積層構造体１０ａおよび基板１０ｂのＹ方向における合計のサイズは、８０μｍ程度である。基板１０ｂおよび第１のクラッド層１０Ｃ１のＹ方向における合計のサイズは、第２のクラッド層１０Ｃ２のＹ方向におけるサイズよりも大きい。フェイスダウンの状態では、基板１０ｂよりも発光層１０Ｌがサブマウント２０から遠いフェイスアップの状態と比較して、発光層１０Ｌとサブマウント２０との距離が約１０分の１である。したがって、フェイスダウンの状態では、発光層１０Ｌから高出力のレーザ光が出射されても、発光層１０Ｌで発生した熱を効率よくサブマウント２０に伝えることができる。本実施形態におけるレーザ光の出力は、例えば３Ｗ以上５０Ｗ以下である。
【0017】
半導体積層構造体１０ａは、例えば量子井戸のエネルギー準位を形成するダブルヘテロ構造を有し得る。発光層１０Ｌのバンドギャップは、第１のクラッド層１０Ｃ１および第２のクラッド層１０Ｃ２のバンドギャップよりも小さい。本実施形態において、基板１０ｂ、および基板１０ｂ上の第１のクラッド層１０Ｃ１は、それぞれｎ型半導体から形成され得る。発光層１０Ｌは、真性半導体、ｎ型半導体、またはｐ型半導体から形成され、発光層１０Ｌ上の第２のクラッド層１０Ｃ２はｐ型半導体から形成され得る。ｎ型およびｐ型は逆であってもよい。ｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への電流注入によって発光層１０Ｌでキャリアの反転分布が生じ、発光層１０Ｌから光が誘導放出される。発光層１０Ｌの屈折率は第１のクラッド層１０Ｃ１および第２のクラッド層１０Ｃ２の屈折率よりも高く設計されており、発光層１０Ｌで発生した光は、全反射によって発光層１０Ｌ内に閉じ込められる。発光層１０Ｌは共振器として機能し、発光層１０Ｌの出射端面１０ｅ１からレーザ光が出射される。発光層１０Ｌの共振器長は、出射端面１０ｅ１から後方端面１０ｅ２までの距離によって規定される。共振器長の方向はＺ方向に対して平行である。共振器長は、例えば５００μｍ以上５０００μｍ以下である。共振器長が長い場合、レーザダイオードチップ１０とサブマウント２０との接触面積を広くすることができるので、発光層１０Ｌで発生した熱を効率よくサブマウント２０に伝えることができる。
【0018】
レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１から出射されたレーザ光は、伝搬するにつれてＹＺ平面において速く発散し、ＸＺ平面において遅く発散する。レーザ光のスポットは、コリメートしない場合、ファーフィールドで、ＸＹ平面においてＹ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有している。
【0019】
レーザダイオードチップ１０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光、または赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。紫色の発光ピーク波長は、３５０ｎｍ以上４１９ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍ以上４９４ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。紫色または青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、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望ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓ系の半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。赤色光の半導体レーザ素子として、２以上の導波路領域を備える半導体レーザ素子が用いられ得る。これらの半導体を含む半導体レーザ素子は、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子と比べて、熱により出力が低下しやすい。導波路領域を増やすことによって熱を分散させて半導体レーザ素子の出力低下を低減することができる。
【0020】
サブマウント２０は、レーザダイオードチップ１０が固着された主平面２０ｓ１と、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１の両側に位置する一対のレンズ支持部２０ＬＳと、主平面２０ｓ１の反対側に位置する裏面２０ｓ２と、主平面２０ｓ１と裏面２０ｓ２とをつなぐ前方端面２０ｆｅとを有する。主平面２０ｓ１および前方端面２０ｆｅが主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄを規定する。図２Ａに示す例において、一対のレンズ支持部２０ＬＳは、レーザダイオードチップ１０の両側に位置してＺ方向に延びる一対の凸部である。サブマウント２０は、前方端面２０ｆｅよりも後ろでは、Ｚ方向に延びる以下のＵ字型形状を有する。このＵ字型形状は、ＹＺ平面に平行な平面に関して鏡面対称でありＺ方向に延びる角筒体をＸＺ平面に平行な平面によって分割して形成される。一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅは、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１よりも共振器長方向に突出している。主平面２０ｓ１の法線方向は、Ｙ方向に対して平行である。
【0021】
一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅと、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１とのＺ方向における距離は、コリメートレンズ３０の焦点距離にほぼ等しくなるように設計され得る。一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅと、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１とのＺ方向における距離は、例えば５０μｍ以上１００μｍ以下である。一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは、コリメートレンズ３０のＹ方向におけるサイズと同程度であり得る。一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは、コリメートレンズ３０のＹ方向におけるサイズよりも大きくてもよいし、等しくてもよいし、小さくてもよい。一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。
【0022】
サブマウント２０のＸ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、サブマウント２０のうち、一対のレンズ支持部２０ＬＳ以外の部分のＹ方向におけるサイズは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であり、一対のレンズ支持部２０ＬＳ以外の部分のＺ方向におけるサイズは、例えば１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。本開示において、サイズの上限は、レーザ光源１００の小型化の観点から決定され得る。
【0023】
サブマウント２０において、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１は、主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄよりも共振器長方向に突出している。レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と、主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄとのＺ方向における距離は、例えば２μｍ以上５０μｍ以下である。この配置により、フェイスダウンの状態で、レーザダイオードチップ１０とサブマウント２０の主平面２０ｓ１とが、例えば金すずなどの無機材料の接合材で固着されても、接合材が発光層１０Ｌの出射端面１０ｅ１にせり上がることを抑制することができる。特許文献１に開示されているレーザ光源では、レーザダイオードチップがフェイスダウンの状態で配置される場合、レーザダイオードチップとサブマウントとを接合する接合材が、レーザダイオードチップにおける発光層の出射端面にせり上がる可能性がある。その結果、レーザダイオードチップから出射されるレーザ光の出力が低下し得る。本実施形態におけるレーザ光源１００では、このようなレーザ光の出力の低下を抑制することができる。
【0024】
サブマウント２０の一部または全体は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択される少なくとも１つを含むセラミックおよびＣｕＷなどの合金から形成され得る。サブマウント２０は、例えばセラミックの粉末を焼結することによって作製することができる。セラミックの熱伝導率は、例えば、１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上５００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得る。また、レーザダイオードチップ１０の固着時に加えられる熱による変形を抑制するために、セラミックは低い熱膨張率を有し得る。熱膨張率は、２×１０－６［１／Ｋ］以上１×１０－５［１／Ｋ］以下であり得る。サブマウント２０における主平面２０ｓ１および裏面２０ｓ２には、厚さが例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下である金めっきなどの金属膜が形成されていてもよい。主平面２０ｓ１に形成された金属膜により、レーザダイオードチップ１０を主平面２０ｓ１に例えば金すずで接合することができる。裏面２０ｓ２に形成された金属膜により、サブマウント２０を底部４０ｂ１に例えば金すずで接合することができる。
【0025】
コリメートレンズ３０は、レーザダイオードチップ１０から出射されたレーザ光のうち、ＹＺ平面において大きく発散する成分をコリメートする、いわゆるＦＡＣ（Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）レンズである。レーザ光のうち、ＸＺ平面において小さく発散する成分をコリメートする、不図示のいわゆるＳＡＣ（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）レンズは必要に応じてレーザ光源１００の外部に配置され得る。本開示において、「コリメートする」とは、レーザ光を平行光にすることだけではなく、レーザ光の発散角を低減することも含む。なお、用途によっては、コリメートレンズ３０の代わりに、集光レンズなどの他のレンズを用いてもよい。
【0026】
コリメートレンズ３０は、Ｘ方向に延びる構造を有するシリンドリカルレンズであり、Ｘ軸方向には曲率を持たず、Ｙ方向に曲率を持っている。コリメートレンズ３０が延びる方向は、サブマウント２０の主平面２０ｓ１の法線方向、および共振器長方向の両方に垂直な方向である。コリメートレンズ３０および一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは同程度であるので、コリメートレンズ３０の重心が、共振器長方向から見たとき、一対のレンズ支持部２０ＬＳの間に位置するように設けることが容易である。コリメートレンズ３０の重心のこの配置関係により、コリメートレンズ３０を安定的に精度よくサブマウント２０に設けることができる。
【0027】
本実施形態では、サブマウント２０における裏面２０ｓ２を基準とした場合、一対のレンズ支持部２０ＬＳの上面のＹ方向における高さは、コリメートレンズ３０の上面のＹ方向における高さにほぼ等しい。一対のレンズ支持部２０ＬＳに対するコリメートレンズ３０の位置は、上記の２つの高さがほぼ等しくなるように粗調整される。その後、レーザダイオードチップ１０からレーザ光を出射させながら、当該レーザ光が適切にコリメートされるように、一対のレンズ支持部２０ＬＳに対するコリメートレンズ３０の位置が微調整される。なお、上記の２つの高さは必ずしもほぼ等しい必要はなく、異なっていてもよい。
【0028】
本実施形態におけるコリメートレンズ３０はＸ方向に沿って一様であるので、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と、コリメートレンズ３０とのＸ方向における位置合わせを考慮する必要はない。コリメートレンズ３０のうち、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１に対向する対向部分およびその周辺部分だけがＸ方向に沿って一様であればよい。したがって、それ以外の両側部分は、必ずしもＸ方向に沿って一様である必要はなく、透明である必要もない。コリメートレンズ３０の両側部分のＹ方向におけるサイズは、対向部分およびその周辺部分のＹ方向におけるサイズよりも大きくてもよいし、等しくてもよいし、小さくてもよい。コリメートレンズ３０は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、透明セラミック、およびプラスチックの少なくとも１つから形成され得る。
【0029】
コリメートレンズ３０は、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅに、Ｚ方向に接合されている。コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとを接合する接合材の厚さに多少のばらつきがあっても、そのばらつきはコリメートレンズ３０のＹ方向における位置にはほとんど影響を及ぼさない。本実施形態の構成とは異なり、主平面２０ｓ１に平行な平面を有する台座をサブマウント２０の前に配置し、その台座の平面上にコリメートレンズ３０を設けることも可能である。しかし、そのような構成では、コリメートレンズ３０と台座の平面との間の接合材の厚さにばらつきが生じると、レーザダイオードチップ１０とコリメートレンズ３０とのＹ方向における位置ずれが生じ、レーザ光源１００から外部に出射されたレーザ光の光軸の向きが大きくずれる可能性がある。これに対し、本実施形態では、レーザダイオードチップ１０とコリメートレンズ３０とのＹ方向における位置ずれが生じにくくなり、レーザ光源１００から外部に出射されたレーザ光の光軸を設計通りの方向に向けることができる。接合材の厚さに多少のばらつきが発生しても、コリメートレンズ３０の位置はレーザ光の光軸に沿って多少変化するだけなので、そのばらつきはレーザ光の光軸の向きにほとんど影響を及ぼさない。
【0030】
コリメートレンズ３０と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとは、例えば金すずなどの無機材料の接合材で接合され得る。コリメートレンズ３０の接合面、および一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅには、前もって金属膜が形成されていてもよい。これらの金属膜により、例えば金すずでの接合が可能になる。金すずの接合温度は、約２８０℃である。サブマウント２０を形成するセラミックの熱伝導率が低ければ、コリメートレンズ３０と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合時の熱がレーザダイオードチップ１０に与える影響を低減することができる。
【0031】
他の例として、コリメートレンズ３０と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとは、熱硬化樹脂を含む接合材で接合され得る。熱硬化樹脂の接合温度は約１００℃であり、無機材料の接合温度よりも低い。したがって、コリメートレンズ３０と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合時の熱がレーザダイオードチップ１０に与える影響をさらに低減することができる。コリメートレンズ３０と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合では、熱硬化樹脂は、例えば、図２Ａに示す点Ｐの位置をレーザ光で照射することによって加熱され得る。点Ｐの位置と、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとのＺ方における距離は、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下である。本実施形態では、上面視で、レーザダイオードチップ１０から出射されたレーザ光の光軸と、接合材とが重ならないので、熱硬化樹脂を含む接合材からアウトガスが発生したとしても、アウトガスがレーザダイオードチップ１０に近づくことを抑制することができる。その結果、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１において後述する集塵が生じることを抑制することができる。
【0032】
一部の無機材料の接合材は、バインダとして有機物を含み得る。コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合に当該接合材を用いても、加熱によって発生するアウトガスがレーザダイオードチップ１０に近づくことを抑制することができる。
【0033】
コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとを、接合材を用いずに、直接接合（ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｉｎｇ）によって接合してもよい。直接接合の例は、拡散接合、常温接合、および陽極接合を含む。
【0034】
接合材を用いる実施形態の説明から明らかなように、直接接合による接合でも、接合材を用いた接合と同様に、コリメートレンズ３０のＹ方向における位置ずれを抑制することができる。
【0035】
本実施形態におけるレーザ光源１００では、サブマウント２０が、レーザダイオードチップ１０およびコリメートレンズ３０を支持している。レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１とコリメートレンズ３０との距離が短いことから、レーザダイオードチップ１０から出射されたレーザ光が大きく発散する前に、小さいコリメートレンズ３０によってその発散を低減することができる。したがって、小型のレーザ光源１００を実現することが可能になる。また、コリメートレンズ３０を通過したコリメートビームの直径を小さくすることが可能になる。
【0036】
半導体レーザパッケージ４０は、レーザダイオードチップ１０、サブマウント２０、およびコリメートレンズ３０を気密に封止してもよい。レーザダイオードチップ１０が、例えば３５０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の短波長のレーザ光を出射する場合、雰囲気に含まれる有機ガス成分などがレーザ光によって分解され、分解物がレーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１に付着することがある。また、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１が外気に接していると、集塵などにより、動作中に端面劣化が進行していく可能性もある。このような端面劣化は、レーザダイオードチップ１０の光出力の低下を招き得る。レーザダイオードチップ１０の信頼性を高めて寿命を延ばすため、半導体レーザパッケージ４０は、レーザダイオードチップ１０を気密に封止していることが望ましい。半導体レーザパッケージ４０による気密封止は、レーザダイオードチップ１０から出射されるレーザ光の波長の長短にかかわらず行われてもよい。
【0037】
半導体レーザパッケージ４０における基体４０ｂは、サブマウント２０の裏面２０ｓ２に熱的に接触する。基体４０ｂは、熱伝導率の高い材料から形成され得る。当該材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属である。レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と透光窓４０ｗとの高さを合わせるために、基体４０ｂにおける底面４０ｂｔと、サブマウント２０との間に、図１Ｂに示すように、熱伝導率が高い部材４０ｍが設けられていてもよい。部材４０ｍは、基体４０ｂの底面４０ｂｔを含む部分と同じ材料から形成され得る。あるいは、基体４０ｂにおける底面４０ｂｔの少なくとも一部が盛り上がっており、その盛り上がった底面４０ｂｔ上にサブマウント２０を配置してもよい。基体４０ｂにおける底面４０ｂｔを含む部分は、例えば銅から形成され得る。基体４０ｂにおけるレーザダイオード１０、サブマウント２０およびコリメートレンズ３０を囲む部分は、例えばコバールから形成され得る。コバール（ｋｏｖａｒ）は、主成分である鉄にニッケルおよびコバルトを加えた合金である。半導体レーザパッケージ４０における蓋体４０Ｌは、基体４０ｂと同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。半導体レーザパッケージ４０における透光窓４０ｗは、基体４０ｂに取り付けられ、レーザダイオードチップ１０から出射されたレーザ光を透過させる。半導体レーザパッケージ４０における透光窓４０ｗは、コリメートレンズ３０と同様に、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、透明セラミック、およびプラスチックの少なくとも１つから形成され得る。
【0038】
一対のリード端子５０は、それぞれ、レーザダイオードチップ１０に、ワイヤによって以下のように電気的に接続されている。図２Ａに示す例において、レーザダイオードチップ１０の上面には金メッキなどの金属膜が形成される。当該金属膜と一対のリード端子５０の一方とがワイヤによって電気的に接続される。同様に、サブマウント２０の主平面２０ｓ１にも金メッキなどの金属膜が形成される。当該金属膜と一対のリード端子５０の他方とがワイヤによって電気的に接続される。一対のリード端子５０によってレーザダイオードチップ１０における第２のクラッド層１０Ｃ２から第１のクラッド層１０Ｃ１に電流が注入される。一対のリード端子５０は、レーザダイオードチップ１０から出射されるレーザ光の出射タイミングおよび出力を調整する不図示の外部回路に電気的に接続されている。一対のリード端子５０は、導通性のよい材料から形成されている。当該材料として、例えばＦｅ－Ｎｉ合金、またはＣｕ合金などの金属が挙げられる。
【0039】
本実施形態におけるレーザ光源１００では、サブマウント２０が、一対のレンズ支持部２０ＬＳの間の主平面２０ｓ１によってレーザダイオードチップ１０を支持し、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅによってコリメートレンズ３０を支持している。これにより、前述したように、レーザダイオードチップ１０とコリメートレンズ３０との位置合わせが容易になり、小型のレーザ光源１００を実現することが可能になる。さらに、本実施形態におけるレーザ光源１００では、レーザダイオードチップ１０がサブマウント２０にフェイスダウンの状態で配置されても、接合材がレーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１にせり上がることを抑制することができる。
【0040】
（実施形態１の変形例）
次に、本開示の実施形態１におけるレーザ光源１００の変形例１から変形例５を説明する。以下の変形例では、半導体レーザパッケージ４０、および一対のリード端子５０の記載が省略されている。前述と重複する説明は省略することがある。
次に、本開示の実施形態１におけるレーザ光源１００の変形例１から変形例５を説明する。以下の変形例では、半導体レーザパッケージ４０、および一対のリード端子５０の記載が省略されている。前述と重複する説明は省略することがある。
【0041】
図３Ａから図３Ｃを参照して、本開示の実施形態１の変形例１におけるレーザ光源１１０の構成例を説明する。図３Ａは、本開示の実施形態１の変形例１におけるレーザ光源１１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａのレーザ光源１１０を模式的に示す上面図である。図３Ｃは、図３Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＩＩＩＣ－ＩＩＩＣ線断面図である。実施形態１の変形例１におけるレーザ光源１１０が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、サブマウント２０の形状である。サブマウント２０における前方端面２０ｆｅは、中央端面２０ｆｅ１、および中央端面２０ｆｅ１の両側に位置する両側端面２０ｆｅ２を有する。中央端面２０ｆｅ１は、両側端面２０ｆｅ２よりも共振器長方向に窪んでいる。実施形態１の変形例１における主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄは、主平面２０ｓ１と中央端面２０ｆｅ１とによって規定されている。中央端面２０ｆｅ１の窪みのＺ方向におけるサイズは、例えば５μｍ以上１００μｍ以下であり、Ｘ方向におけるサイズは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下であり、Ｙ向における主平面２０ｓ１からのサイズは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。窪みは、必ずしもＹ方向に貫通する必要はない。
【0042】
レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１は、主平面２０ｓ１と中央端面２０ｆｅ１とによって規定される主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄよりも共振器長方向に突出している。サブマウント２０における両側端面２０ｆｅ２は、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅと同様に、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１よりも共振器長方向に突出している。主平面２０ｓ１と中央端面２０ｆｅ１とによって規定される主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄにより、接合材がレーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１にせり上がることを抑制することができる。実施形態１の変形例１におけるサブマウント２０は、Ｚ方向に延びる前述したＵ字型形状において前方端面２０ｆｅの一部だけを除去すればよいので作製が容易であり得る。また、コリメートレンズ３０は、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅおよび両側端面２０ｆｅ２を含むＬ字型の端面に接合されるため、コリメートレンズ３０とサブマウント２０との接触面積が広くなり、接合が容易になり得る。
【0043】
次に、図４Ａから図４Ｃを参照して、本開示の実施形態１の変形例２におけるレーザ光源１２０の構成例を説明する。図４Ａは、本開示の実施形態１の変形例２におけるレーザ光源１２０の構成例を模式的に示す斜視図である。図４Ｂは、図４Ａのレーザ光源１２０を模式的に示す上面図である。図４Ｃは、図４Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＩＶＣ－ＩＶＣ線断面図である。実施形態１の変形例２におけるレーザ光源１２０が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、サブマウント２０の形状である。実施形態１の変形例２におけるサブマウント２０は、一対のレンズ支持部２０ＬＳのそれぞれとレーザダイオードチップ１０との間に、共振器長方向に沿って延びる溝２０ｄを有している。図４Ｂに示す例では、溝２０ｄは、一対のレンズ支持部２０ＬＳに隣接しているが、必ずしも隣接する必要はない。溝２０ｄのＸ方向におけるサイズは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であり、Ｙ方向におけるサイズは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下であり、Ｚ方向における主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄからのサイズは、例えば１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。溝２０ｄは、必ずしもＺ方向に貫通する必要はない。溝２０ｄにより、コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合時における熱がレーザダイオードチップ１０に与える影響を低減することができる。
【0044】
次に、図５Ａから図５Ｃを参照して、本開示の実施形態１の変形例３におけるレーザ光源１３０の構成例を説明する。図５Ａは、本開示の実施形態１の変形例３におけるレーザ光源１３０の構成例を模式的に示す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａのレーザ光源１３０を模式的に示す上面図である。図５Ｃは、図５Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＶＣ－ＶＣ線断面図である。実施形態１の変形例３におけるレーザ光源１３０が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、サブマウント２０の構成である。実施形態１の変形例３におけるサブマウント２０は、第１のサブマウント部分２０ｐ１と、第２のサブマウント部分２０ｐ２とを含む。第１のサブマウント部分２０ｐ１は、一対のレンズ支持部２０ＬＳを上面２０ｕｓに有する。第１のサブマウント部分２０ｐ１は、Ｚ方向に延びる前述したＵ字型形状を有する。第１のサブマウント部分２０ｐ１は、例えばＡｌＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択される少なくとも１つを含むセラミックおよびＣｕＷなどの合金から形成され得る。第２のサブマウント部分２０ｐ２は、第１のサブマウント部分２０ｐ１の上面２０ｕｓに固定され、一対のレンズ支持部２０ＬＳの間に位置する。第２のサブマウント部分２０ｐ２は、レーザダイオードチップ１０を搭載する主平面２０ｓ１と、コリメートレンズ３０に対向する前方端面２０ｆｅとを有する。主平面２０ｓ１は、第１のサブマウント部分２０ｐ１のうち、上面２０ｕｓに固定された面とは反対の側の面である。本開示において、前方端面２０ｆｅと裏面２０ｓ２とは直接つながる必要はない。本開示では、前方端面２０ｆｅの一辺と、主平面２０ｓ１の一辺とが接触しており、前方端面２０ｆｅと主平面２０ｓ１とが接触した一辺が、主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄを規定する。第２のサブマウント部分２０ｐ２の熱伝導率が、第１のサブマウント部分２０ｐ１の熱伝導率よりも高ければ、レーザダイオードチップ１０から発せられた熱を効率よく外部に伝えることができる。第２のサブマウント部分２０ｐ２は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＡｌＮ、ＳｉＣおよびアルミナ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。第２のサブマウント部分２０ｐ２のＸ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ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。
【0045】
このサブマウント２０では、別体である第１のサブマウント部分２０ｐ１および第２のサブマウント部分２０ｐ２により、第１のサブマウント部分２０ｐ１上で第２のサブマウント部分２０ｐ２の位置を調整することができる。このサブマウント２０のように、主平面２０ｓ１を有する部分と、一対のレンズ支持部２０ＬＳを有する部分とが別体になっていてもよい。このサブマウント２０では、一対のレンズ支持部２０ＬＳのそれぞれと第２のサブマウント部分２０ｐ２との間には、空隙２０ｇが存在する。空隙２０ｇのＸ方向におけるサイズは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下である。空隙２０ｇのＹ方向およびＺ方向におけるサイズは、それぞれ、第２のサブマウント部分２０ｐ２のＹ方向およびＺ方向におけるサイズによって決まる。空隙２０ｇにより、実施形態１の変形例２におけるレーザ光源１２０と同様に、コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの接合時における熱がレーザダイオードチップ１０に与える影響を低減することができる。
【0046】
次に、図６Ａから図６Ｃを参照して、本開示の実施形態１の変形例４におけるレーザ光源１４０の構成例を説明する。図６Ａは、本開示の実施形態１の変形例４におけるレーザ光源１４０の構成例を模式的に示す斜視図である。図６Ａでは、レーザダイオードチップ１０と、サブマウント２０と、コリメートレンズ３０とが分離された状態で記載されているが、実際にはこれらは接合されている。図６Ｂは、図６Ａのレーザ光源１４０を模式的に示す上面図である。図６Ｃは、図６Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＶＩＣ－ＶＩＣ線断面図である。実施形態１の変形例４におけるレーザ光源１４０が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、サブマウント２０の構成である。実施形態１の変形例４におけるサブマウント２０は、主平面２０ｓ１から裏面２０ｓ２に達する貫通孔２０ｈと、貫通孔２０ｈを埋める金属２０ｍとを有している。このサブマウント２０の貫通孔２０ｈ以外の部分は、例えばセラミックから形成され得る。金属２０ｍは、高い熱伝導率を有し、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏからなる群から選択される少なくとも１つを含み得る。金属２０ｍのＸ方向における最大のサイズは、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における最大のサイズは、例えば１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。金属２０ｍは、上面視で、レーザダイオードチップ１０にすべてが重なっていてもよいし、一部が重なっていてもよい。レーザダイオードチップ１０をサブマウント２０における金属２０ｍに接触して配置することにより、レーザダイオードチップ１０から発せられた熱を、金属２０ｍを介して半導体レーザパッケージ４０に効率よく伝えることができる。
【0047】
次に、図７Ａから図７Ｃを参照して、本開示の実施形態１の変形例５におけるレーザ光源１５０の構成例を説明する。図７Ａは、本開示の実施形態１の変形例５におけるレーザ光源１５０の構成例を模式的に示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａのレーザ光源１５０を模式的に示す上面図である。図７Ｃは、図７Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＶＩＩＣ－ＶＩＩＣ線断面図である。実施形態１の変形例５におけるレーザ光源１５０が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、コリメートレンズ３０の形状である。実施形態１の変形例５におけるコリメートレンズ３０は、一対の平坦部３０ｆ、および一対の平坦部３０ｆによって挟まれたレンズ曲面部３０ｃを有する。実施形態１の変形例５におけるレンズ曲面部３０ｃは、実施形態１におけるコリメートレンズ３０と同様に、ＦＡＣレンズとして機能する。
【0048】
次に、図７Ｄを参照して、コリメートレンズ３０における一対の平坦部３０ｆの利点を説明する。図７Ｄは、コレット６０を用いて、図７Ａのレーザ光源１５０におけるコリメートレンズ３０をサブマウント２０に接合する様子を模式的に示す斜視図である。コレット６０は、二又部分６０ａおよび二又部分６０ａに接続された支持部分６０ｂを有する。コレット６０は中空構造を有し、コリメートレンズ３０を吸着して支持することができる。具体的には、コレット６０における二又部分６０ａの先端部が、コリメートレンズ３０における一対の平坦部３０ｆを吸着する。実装装置によって支持部分６０ｂを保持し、二又部分６０ａによってコリメートレンズ３０を支持しながら、そのコリメートレンズ３０をサブマウント２０に接合することにより、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅに対して垂直な方向に、安定して荷重をかけることができる。荷重をかけた状態で、コリメートレンズ３０と一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅとの間の接合材が加熱される。
【0049】
コレット６０における二又部分６０ａの間に不図示のミラーを設けてもよい。レーザダイオードチップ１０からレーザ光をＺ方向に出射させながらコリメートレンズ３０をサブマウント２０に接合し、不図示のミラーによってＹ方向に反射されたレーザ光を受光装置によって受けることにより、コリメートレンズ３０とレーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１との位置合わせを精度よく行うことができる。受光装置は、例えば、パワーメータ、平行度測定器、または、ビームプロファイラであり得る。
【0050】
【0051】
図８Ａは、本開示の実施形態２におけるレーザ光源２００の構成例を模式的に示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａのレーザ光源２００を模式的に示す上面図である。図８Ｃは、図８Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＶＩＩＩＣ－ＶＩＩＩＣ線断面図である。図８Ｄは、図８Ａのレーザ光源２００を模式的に示す背面図である。実施形態２におけるレーザ光源２００が実施形態１におけるレーザ光源１００と異なる点は、サブマウント２０の構成である。実施形態２におけるサブマウント２０は、第３のサブマウント部分２０ｐ３と、第４のサブマウント部分２０ｐ４とを含む。第３のサブマウント部分２０ｐ３は、主平面２０ｓ１、裏面２０ｓ２、および前方端面２０ｆｅを有する。第４のサブマウント部分２０ｐ４は、第３のサブマウント部分２０ｐ３の主平面２０ｓ１に固定される一対のレンズ支持部２０ＬＳ、および一対のレンズ支持部２０ＬＳを連結する連結部２０Ｌを有する。連結部２０Ｌは、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１から出射されるレーザ光の伝搬を妨げないように一対のレンズ支持部２０ＬＳを連結する。このサブマウント２０では、第３のサブマウント部分２０ｐ３、および第４のサブマウント部分２０ｐ４が別体になっている。このサブマウント２０のように、主平面２０ｓ１を有する部分と、一対のレンズ支持部２０ＬＳを有する部分とが別体になっていてもよい。図８Ａでは、第３のサブマウント部分２０ｐ３、第４のサブマウント部分２０ｐ４、およびコリメートレンズ３０は分離された状態で記載されているが、実際にはこれらは接合されている。第４のサブマウント部分２０ｐ４における一対のレンズ支持部２０ＬＳ、および連結部２０Ｌは一体成型されている。
【0052】
図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、連結部２０Ｌは、上面視で、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と重なる。図８Ｄに示すように、第４のサブマウント部分２０ｐ４は、レーザダイオードチップ１０を跨ぐように第３のサブマウント部分２０ｐ３の主平面２０ｓ１に配置されている。第４のサブマウント部分２０ｐ４のＸ方向におけるサイズは、第３のサブマウント部分２０ｐ３のＸ方向におけるサイズよりも大きいので、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅの面積を広くすることができる。その結果、コリメートレンズ３０を一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅに接合することが容易になる。第４のサブマウント部分２０ｐ４の一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは、コリメートレンズ３０のＹ方向におけるサイズと同程度であり得る。第４のサブマウント部分２０ｐ４の一対のレンズ支持部２０ＬＳのＹ方向におけるサイズは、コリメートレンズ３０のＹ方向におけるサイズよりも大きくてもよいし、等しくてもよいし、小さくてもよい。第４のサブマウント部分２０ｐ４のＸ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｙ方向における最大のサイズは、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【0053】
実施形態２におけるレーザ光源２００の作製では、第３のサブマウント部分２０ｐ３の主平面２０ｓ１にレーザダイオードチップ１０を接合する工程と、レーザダイオードチップ１０を跨ぐように第３のサブマウント部分２０ｐ３の主平面２０ｓ１に第４のサブマウント部分２０ｐ４を接合する工程と、第４のサブマウント部分２０ｐ４における一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅにコリメートレンズ３０を接合する工程とを、この順で実行してもよい。あるいは、レーザダイオードチップ１０が主平面２０ｓ１に接合された第３のサブマウント部分２０ｐ３に、コリメートレンズ３０が接合された第４のサブマウント部分２０ｐ４を接合してもよい。
【0054】
実施形態２におけるレーザ光源２００では、実施形態１におけるレーザ光源１００と同様に、サブマウント２０が、一対のレンズ支持部２０ＬＳの間の主平面２０ｓ１によってレーザダイオードチップ１０を支持し、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅによってコリメートレンズ３０を支持している。これにより、レーザダイオードチップ１０とコリメートレンズ３０との位置合わせが容易になり、小型のレーザ光源２００を実現することが可能になる。さらに、実施形態２におけるレーザ光源２００では、実施形態１におけるレーザ光源１００と同様に、レーザダイオードチップ１０がサブマウント２０にフェイスダウンの状態で配置されても、接合材がレーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１にせり上がることを抑制することができる。
【0055】
（実施形態２の変形例）
次に、本開示の実施形態２におけるレーザ光源２００の変形例１および変形例２を説明する。前述と重複する説明は省略することがある。
次に、本開示の実施形態２におけるレーザ光源２００の変形例１および変形例２を説明する。前述と重複する説明は省略することがある。
【0056】
図９Ａから図９Ｄを参照して、本開示の実施形態２の変形例１におけるレーザ光源２１０の構成例を説明する。図９Ａは、本開示の実施形態２の変形例１におけるレーザ光源２１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａのレーザ光源２１０を模式的に示す上面図である。図９Ｃは、図９Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＩＸＣ－ＩＸＣ線断面図である。図９Ｄは、図９Ａのレーザ光源２１０を模式的に示す背面図である。実施形態２の変形例１におけるレーザ光源２１０が実施形態２におけるレーザ光源２００と異なる点は、サブマウント２０における第４のサブマウント部分２０ｐ４の形状である。実施形態２の変形例１における第４のサブマウント部分２０ｐ４は、実施形態２における第４のサブマウント部分２０ｐ４において、一対のレンズ支持部２０ＬＳの間に切り欠き２０ｃｏを有する。切り欠き２０ｃｏにより、図９Ｂおよび図９Ｃに示すように、連結部２０Ｌは、上面視で、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１とは重ならない。切り欠き２０ｃｏのＸ方向におけるサイズは、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。切り欠き２０ｃｏのＺ方向におけるサイズは、一対のレンズ支持部２０ＬＳの端面２０ｓｅと、第３のサブマウント部分２０ｐ３における主平面２０ｓ１のエッジ２０ｅｄとのＺ方向におけるサイズよりも大きい。実施形態２の変形例１におけるレーザ光源２１０の作製では、切り欠き２０ｃｏを通じて、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と、第４のサブマウント部分２０ｐ４との位置合わせ、および、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と、コリメートレンズ３０との位置合わせが容易になる。
【0057】
次に、図１０Ａから図１０Ｄを参照して、本開示の実施形態２の変形例２におけるレーザ光源２２０の構成例を説明する。図１０Ａは、本開示の実施形態２の変形例２におけるレーザ光源２２０の構成例を模式的に示す斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａのレーザ光源２２０を模式的に示す上面図である。図１０Ｃは、図１０Ｂの構成のＹＺ平面に平行なＸＣ－ＸＣ線断面図である。図１０Ｄは、図１０Ａに示す第４のサブマウント部分２０ｐ４およびコリメートレンズ３０を模式的に示す斜視図である。実施形態２の変形例２におけるレーザ光源２２０が実施形態２におけるレーザ光源２００と異なる点は、サブマウント２０における第４のサブマウント部分２０ｐ４、およびコリメートレンズ３０である。図１０Ｄに示すように、実施形態２の変形例２における第４のサブマウント部分２０ｐ４、およびコリメートレンズ３０は一体成型されている。第４のサブマウント部分２０ｐ４およびコリメートレンズ３０を接合する必要がないので、実施形態２の変形例２における第４のサブマウント部分２０ｐ４のＸ方向におけるサイズは、実施形態２における第４のサブマウント部分２０ｐ４のＸ方向におけるサイズほど大きくなくてもよい。実施形態２の変形例２における第４のサブマウント部分２０ｐ４のＸ方向におけるサイズは、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、Ｙ方向における最大のサイズは、例えば０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、Ｚ方向におけるサイズは、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【0058】
一体成型された第４のサブマウント部分２０ｐ４およびコリメートレンズ３０は、例えば、ガラス、石英、合成石英、サファイア、透明セラミック、およびプラスチックの少なくとも１つから形成され得る。一体成型された第４のサブマウント部分２０ｐ４およびコリメートレンズ３０が透明である場合、レーザダイオードチップ１０の出射端面１０ｅ１と、コリメートレンズ３０との位置合わせが容易になる。
【0059】
前述した実施形態およびその変形例における構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【0060】
（応用例）
本開示のレーザ光源は、例えば、複数のレーザビームを結合して出力を高めるダイレクトダイオードレーザの光源として用いられ得る。ビーム結合は、複数のレーザ光源から出射されたレーザビームを正確に結合することによって行われる。波長が５７０ｎｍ以下の高強度のレーザビームによれば、例えば銅などの金属をも加工することが容易になる。本開示のレーザ光源では、レーザダイオードチップとレンズとの位置ずれが生じにくいので、レーザ光源から外部に出射されるレーザ光の光軸の向きが大きくずれることはない。複数のレーザ光源から出射されたレーザビームを正確に結合させ、ビーム品質を高めることが可能になる。
本開示のレーザ光源は、例えば、複数のレーザビームを結合して出力を高めるダイレクトダイオードレーザの光源として用いられ得る。ビーム結合は、複数のレーザ光源から出射されたレーザビームを正確に結合することによって行われる。波長が５７０ｎｍ以下の高強度のレーザビームによれば、例えば銅などの金属をも加工することが容易になる。本開示のレーザ光源では、レーザダイオードチップとレンズとの位置ずれが生じにくいので、レーザ光源から外部に出射されるレーザ光の光軸の向きが大きくずれることはない。複数のレーザ光源から出射されたレーザビームを正確に結合させ、ビーム品質を高めることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【0061】
本開示のレーザ光源は、例えば、プロジェクタ、および照明器具にも利用され得る。
【符号の説明】
【0062】
１０ レーザダイオードチップ
１０ａ 半導体積層構造体
１０ｂ 基板
１０Ｃ１ 第１のクラッド層
１０Ｃ２ 第２のクラッド層
１０ｅ１ 出射端面
１０ｅ２ 後方端面
１０Ｌ 発光層
２０ サブマウント
２０ｃｏ 切り欠き
２０ｄ 溝
２０ｅｄ エッジ
２０ｆｅ 前方端面
２０ｆｅ１ 中央端面
２０ｆｅ２ 両側端面
２０Ｌ 連結部
２０ＬＳ レンズ支持部
２０ｐ１ 第１のサブマウント部分
２０ｐ２ 第２のサブマウント部分
２０ｐ３ 第３のサブマウント部分
２０ｐ４ 第４のサブマウント部分
２０ｓ１ 主平面
２０ｓ２ 裏面
２０ｓｅ 一対のレンズ支持部の端面
２０ｕｓ 第１のサブマウント部分の上面
３０ コリメートレンズ
３０ｃ レンズ曲面部
３０ｆ 平坦部
４０ 半導体レーザパッケージ
４０ｂ 基体
４０Ｌ 蓋体
４０ｗ 透光窓
５０ リード端子
６０ コレット
６０ａ 二又部分
６０ｂ 支持部分
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ レーザ光源
２００、２１０、２２０ レーザ光源
１０ａ 半導体積層構造体
１０ｂ 基板
１０Ｃ１ 第１のクラッド層
１０Ｃ２ 第２のクラッド層
１０ｅ１ 出射端面
１０ｅ２ 後方端面
１０Ｌ 発光層
２０ サブマウント
２０ｃｏ 切り欠き
２０ｄ 溝
２０ｅｄ エッジ
２０ｆｅ 前方端面
２０ｆｅ１ 中央端面
２０ｆｅ２ 両側端面
２０Ｌ 連結部
２０ＬＳ レンズ支持部
２０ｐ１ 第１のサブマウント部分
２０ｐ２ 第２のサブマウント部分
２０ｐ３ 第３のサブマウント部分
２０ｐ４ 第４のサブマウント部分
２０ｓ１ 主平面
２０ｓ２ 裏面
２０ｓｅ 一対のレンズ支持部の端面
２０ｕｓ 第１のサブマウント部分の上面
３０ コリメートレンズ
３０ｃ レンズ曲面部
３０ｆ 平坦部
４０ 半導体レーザパッケージ
４０ｂ 基体
４０Ｌ 蓋体
４０ｗ 透光窓
５０ リード端子
６０ コレット
６０ａ 二又部分
６０ｂ 支持部分
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ レーザ光源
２００、２１０、２２０ レーザ光源
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】