特許 7603862 半導体レーザ装置

(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】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】半導体レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02216 20210101AFI20241213BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02216

H01S5/02253

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024051152

(22)【出願日】2024-03-27

(62)【分割の表示】P 2020047378の分割

【原出願日】2020-03-18

(65)【公開番号】P2024071602

(43)【公開日】2024-05-24

【審査請求日】2024-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183081

【弁理士】

【氏名又は名称】岡▲崎▼ 大志

(72)【発明者】

【氏名】落合 隆英

(72)【発明者】

【氏名】秋草 直大

(72)【発明者】

【氏名】柴田 公督

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸孝

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１７９２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２３０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０１７７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－００１３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３５３３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８３４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１１２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３０９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４４７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００７６３８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【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収容するパッケージと、を備え、
前記パッケージは、
底壁と、
前記底壁上に立設され、前記底壁に垂直な方向から見た場合に前記半導体レーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、
前記側壁の前記底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、
前記側壁には、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を通過させる光出射窓が設けられており、
前記光出射窓は、
前記レーザ光の光軸に沿った光軸方向に延在する第１孔部と、
前記光軸方向に延在し、前記光軸方向から見た場合に前記第１孔部を含み且つ前記第１孔部よりも大きい第２孔部と、
前記第１孔部と前記第２孔部とを接続し、前記光軸方向に交差する面に沿って延在する環状の座ぐり面と、
前記第２孔部の内側に配置された窓部材と、
によって構成されており、
前記窓部材における前記座ぐり面と対向する面は、
前記窓部材における前記座ぐり面と対向する面の中央部を含み、第１反射防止膜が設けられた第１領域と、
前記第１領域から離間して前記第１領域を包囲するように環状に形成され、メタライズされた第２領域と、を有し、
前記第２領域は、半田部材を介して前記座ぐり面に接合されている、半導体レーザ装置。

【請求項2】

前記窓部材は、前記光軸方向に沿って延在する側面を有し、
前記側面は、前記第２領域と連続するようにメタライズされた第３領域を有し、
前記側面の少なくとも一部は、前記半田部材を介して前記第２孔部の内側面の少なくとも一部に接合されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。

【請求項3】

前記光軸方向に沿った前記第１孔部の長さは、前記光軸方向に沿った前記第２孔部の長さよりも短い、請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。

【請求項4】

前記窓部材は、前記窓部材を透過した前記レーザ光を前記パッケージの外側に出射する出射面を有し、
前記出射面は、第２反射防止膜が設けられた第４領域を有し、
前記第４領域は、前記光軸方向から見た場合に前記第１領域を含み且つ前記第１領域よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項5】

前記パッケージの外側に配置され、前記光出射窓を透過した前記レーザ光を集光又はコリメートするレンズを更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項6】

前記レーザ光の波長は、４μｍ～１２μｍの範囲に含まれる、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項7】

前記窓部材は、前記窓部材を透過した前記レーザ光を前記パッケージの外側に出射する出射面を有し、
前記出射面は、前記光出射窓が設けられた前記側壁における前記パッケージの外側の面よりも、前記パッケージの外側に突出している、請求項１～６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体レーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体レーザ素子をパッケージ内に収容した半導体レーザ装置（半導体レーザモジュール）が知られている（例えば、特許文献１）。上記半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光をパッケージ外部に取り出すための光出射窓が、パッケージの側壁に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３１５６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような半導体レーザ装置では、光出射窓にはレーザ光の取り出し効率を高めるために反射防止膜が成膜される場合がある。反射防止膜の耐熱温度が比較的低い場合、融点が比較的高いろう材を用いて光出射窓をパッケージにろう付けしようとすると、反射防止膜がろう付けの際に生じる熱によって破損するおそれがある。また、上述したような半導体レーザ装置では、パッケージ内部を真空状態又は不活性ガス雰囲気にする必要があるため、パッケージには気密性が求められる。

【0005】

そこで、本開示は、光出射窓に設けられる反射防止膜の破損を抑制すると共にパッケージの高気密性を確保することができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係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気密に収容するパッケージと、を備え、パッケージは、底壁と、底壁上に立設され、底壁に垂直な方向から見た場合に半導体レーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、側壁の底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、側壁には、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を通過させる光出射窓が設けられており、光出射窓は、レーザ光の光軸に沿った光軸方向においてパッケージの内側に開口する第１孔部と、パッケージの外側に開口し、光軸方向から見た場合に第１孔部を含み且つ第１孔部よりも大きい第２孔部と、第１孔部と第２孔部とを接続し、光軸方向に交差する面に沿って延在する環状の座ぐり面と、第２孔部の内側に配置された窓部材と、によって構成されており、窓部材は、レーザ光が入射する入射面と、入射面とは反対側の面であり、窓部材を透過したレーザ光をパッケージの外側に出射する出射面と、入射面と出射面とを接続し、光軸方向に沿って延在する側面と、を有し、入射面は、入射面の中央部を含み、第１反射防止膜が設けられた第１領域と、第１領域から離間して第１領域を包囲するように環状に形成され、メタライズされた第２領域と、を有し、第２領域は、半田部材を介して座ぐり面に接合されている。

【0007】

上記半導体レーザ装置では、光出射窓は、ろう材よりも融点が低い半田部材によって、パッケージの側壁に接合されている。これにより、ろう材を用いる場合と比較して、熱による窓部材（特に反射防止膜）の損傷を抑制しつつ、窓部材と座ぐり面とを密着させることができる。また、窓部材の入射面において、反射防止膜（第１反射防止膜）が設けられた第１領域及び半田部材が接合される第２領域は互いに離間している。これにより、第２領域における半田部材の溶融時又は凝固時の応力が第１領域上の反射防止膜に伝わることが抑制される。その結果、上記応力に起因する反射防止膜の破損（クラック又は剥離等）が抑制される。以上により、上記半導体レーザ装置によれば、光出射窓に設けられる反射防止膜の破損を抑制すると共にパッケージの高気密性を確保することができる。

【0008】

側面は、第２領域と連続するようにメタライズされた第３領域を有してもよく、側面の少なくとも一部は、半田部材を介して第２孔部の内側面の少なくとも一部に接合されていてもよい。上記構成によれば、第２領域から窓部材の側面（第３領域）にかけて連続した領域がメタライズされていることにより、半田接合の際に、半田部材の一部を第３領域側へと好適に濡れ広がらせることができる。その結果、窓部材の側面と第２孔部の内側面との間に半田部材を介在させることができ、パッケージの気密性を好適に向上させることができる。

【0009】

光軸方向に沿った第１孔部の長さは、光軸方向に沿った第２孔部の長さよりも短くてもよい。上記構成によれば、第１孔部の長さが第２孔部の長さ以上である場合と比較して、光出射窓を半導体レーザ素子に近づけることができる。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ビーム放射角が大きい場合であっても、レーザ光の広がり具合が小さいうちにレーザ光を光出射窓に入射させることが可能となる。その結果、光出射窓の小型化を図ることができ、ひいてはパッケージの小型化を図ることができる。

【0010】

出射面は、第２反射防止膜が設けられた第４領域を有していてもよく、第４領域は、光軸方向から見た場合に第１領域を含み且つ第１領域よりも大きくてもよい。発散光であるレーザ光が窓部材に入射する場合、窓部材の入射面においてレーザ光が通過する領域は、窓部材の出射面においてレーザ光が通過する領域よりも小さい。そこで、上記構成のように、入射面側の第１反射防止膜を出射面側の第２反射防止膜よりも小さくすることにより（すなわち、第１領域を第４領域よりも小さくすることにより）、第４領域と第１領域との差分に対応する領域を第２領域として確保できる。このように、レーザ光のビーム放射角を考慮して第１領域、第２領域、及び第４領域のサイズを設計することにより、窓部材の小型化を図ることができ、ひいてはパッケージの小型化を図ることができる。

【0011】

上記半導体レーザ装置は、パッケージの外側に配置され、光出射窓を透過したレーザ光を集光又はコリメートするレンズを更に備えてもよい。上記構成によれば、レンズをパッケージの外側に配置される外付け部材とすることにより、レンズの配置及び交換等を柔軟に行うことが可能となる。

【0012】

レーザ光の波長は、４μｍ～１２μｍの範囲に含まれてもよい。一般に、４μｍ～１２μｍの光に対応する反射防止膜は耐熱温度が低いが、上記半導体レーザ装置では、融点が比較的低い半田部材が接合材料として用いられているため、熱による反射防止膜の破損を抑制しつつ、反射防止膜が設けられた窓部材を半田接合によって側壁に取り付けることができる。

【0013】

窓部材の出射面は、光出射窓が設けられた側壁におけるパッケージの外側の面よりも、パッケージの外側に突出していてもよい。上記構成によれば、パッケージの外側から窓部材を側壁に接合する際の作業性を向上させることができる。また、外付けのレンズを窓部材の出射面に取り付ける場合には、レンズ取付の作業性を向上させることもできる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、光出射窓に設けられる反射防止膜の破損を抑制すると共にパッケージの高気密性を確保することができる半導体レーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、一実施形態の量子カスケードレーザ装置の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示される量子カスケードレーザ装置の側断面図である。

【図3】図３は、図１に示される量子カスケードレーザ装置の平面図である。

【図4】図４は、量子カスケードレーザにより出射されるレーザ光の放射角（横軸）と放射強度（縦軸）との関係の典型例を示す図である。

【図5】図５は、図１に示される量子カスケードレーザ装置の一部拡大図である。

【図6】図６は、側壁の小径孔及び大径孔を含む部分の正面図である。

【図7】図７において、（Ａ）は窓部材の入射面を示す図であり、（Ｂ）は窓部材の断面図であり、（Ｃ）は窓部材の出射面を示す図である。

【図8】図８において、（Ａ）はペルチェモジュールの上面図であり、（Ｂ）はペルチェモジュールの側面図である。

【図9】図９において、（Ａ）はヒートスプレッダの上面図であり、（Ｂ）はヒートスプレッダの側面図であり、（Ｃ）はヒートスプレッダの底面図である。

【図10】図１０において、（Ａ）は各素子が搭載されたヒートシンクの上面図であり、（Ｂ）は各素子が搭載されたヒートシンクの側面図である。

【図11】図１１は、レンズホルダの斜視図である。

【図12】図１２は、レンズホルダの正面図である。

【図13】図１３において、（Ａ）はレンズホルダの上面図であり、（Ｂ）はレンズホルダの底面図であり、（Ｃ）はレンズホルダの側断面図である。

【図14】図１４は、図１２におけるXIV-XIV線に沿った断面を模式的に示す図である。

【図15】図１５は、比較例に係るレンズホルダを用いた場合のレンズとレンズホルダとの位置関係を模式的に示す図である。

【図16】図１６は、図１に示される量子カスケードレーザ装置の組立手順の一部を示す図である。

【図17】図１７において、（Ａ）は第１変形例のレンズホルダの正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線に沿ったレンズホルダの断面図である。

【図18】図１８において、（Ａ）は第２変形例のレンズホルダの正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線に沿ったレンズホルダの断面図である。

【図19】図１９において、（Ａ）は第３変形例のレンズホルダの正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線に沿ったレンズホルダの断面図である。

【図20】図２０は、変形例の量子カスケードレーザ装置の側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、図面においては、一部、実施形態に係る構成を分かり易く説明するために誇張している部分があり、実際の寸法とは異なっている場合がある。また、以下の説明において「上」、「下」等の語は図面に示される状態に基づく便宜的なものである。

【0017】

図１～図３に示されるように、量子カスケードレーザ装置１（半導体レーザ装置）は、量子カスケードレーザ素子（以下「ＱＣＬ素子）２と、ＱＣＬ素子２を気密に収容するパッケージ３と、を備えている。

【0018】

ＱＣＬ素子２は、半導体レーザ素子の一種である。ＱＣＬ素子２は、一方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）に交差する端面２ａ（出射面）を有しており、当該端面２ａから中赤外領域の広帯域の波長（例えば、４μｍ～１２μｍ）のレーザ光Ｌを出射するように構成されている。本実施形態では、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸は、Ｘ軸方向に沿っている。ＱＣＬ素子２は、例えば、中心波長が互いに異なる複数の活性層がスタック状に積層された構造を有しており、上記のような広帯域の光を出射することができる。ただし、ＱＣＬ素子２は、単一の活性層からなる構造を有していてもよく、この場合でも上記のような広帯域の光を出射することができる。図４に示されるように、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌは、量子カスケードレーザの原理上、レーザダイオード等と比較して非常に大きいビーム放射角（発散角）を有している。

【0019】

パッケージ３は、いわゆるバタフライパッケージである。パッケージ３は、底壁３１と、側壁３２と、天壁３３と、を有している。図３においては、パッケージ３の天壁３３の図示が省略されている。

【0020】

底壁３１は、矩形板状の部材である。底壁３１は、例えば銅タングステン等の金属材料によって形成されている。底壁３１は、後述するペルチェモジュール４等の各種部材が搭載されるベース部材である。本明細書では便宜上、底壁３１の長手方向をＸ軸方向と表し、底壁３１の短手方向をＹ軸方向と表し、底壁３１に垂直な方向（すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向）をＺ軸方向と表す。上述したように、Ｘ軸方向は、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸に沿った方向（光軸方向）でもある。

【0021】

側壁３２は、底壁３１上に立設されている。側壁３２は、Ｚ軸方向から見た場合に、ＱＣＬ素子２等が収容される領域（内部空間Ｓ）を包囲するように環状に形成されている。本実施形態では、側壁３２は、内部空間Ｓを包囲する矩形筒状の部材である。側壁３２は、コバール等の金属材料によって形成されている。側壁３２は、例えば、Ｎｉ／Ａｕメッキが施されたコバールフレームである。本実施形態では、側壁３２は、底壁３１の長手方向（Ｘ軸方向）における中央部に設けられている。側壁３２の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った幅は底壁３１の短手方向の幅と一致しており、側壁３２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿った幅は底壁３１の長手方向の幅よりも短い。すなわち、底壁３１の長手方向における両側には、側壁３２よりも外側に突出して延在する突出部３１ａが形成されている。突出部３１ａにおける底壁３１の四隅に対応する部分には、パッケージ３（底壁３１）を他の部材に取り付けるためのネジ孔３１ｂが設けられている。

【0022】

天壁３３は、側壁３２の底壁３１側とは反対側の開口を塞ぐ部材である。天壁３３は、矩形板状を呈している。Ｚ軸方向から見た天壁３３の外形（長手方向及び短手方向の幅）は、側壁３２の外形と略一致している。天壁３３は、例えば、側壁３２と同じ金属材料（例えばコバール等）によって形成されている。

【0023】

側壁３２のうち長手方向（Ｘ軸方向）に沿って延在する部分３２１（すなわち、短手方向（Ｙ軸方向）に交差する部分）には、パッケージ３内に収容されるＱＣＬ素子２等の部材に電流を流すための複数（本実施形態では、短手方向の両側それぞれに７本ずつの計１４本）のリードピン１０が挿通されている。

【0024】

側壁３２のうち短手方向（Ｙ軸方向）に沿って延在する部分３２２（すなわち、長手方向（Ｘ軸方向）に交差する部分）の一方には、ＱＣＬ素子２の一方の端面２ａから出射されるレーザ光Ｌを通過させる光出射窓１１が設けられている。

【0025】

図５及び図６に示されるように、光出射窓１１は、側壁３２（部分３２２）によって構成された小径孔１２（第１孔部）、大径孔１３（第２孔部）、及び座ぐり面１４と、窓部材１５と、によって構成されている。なお、窓部材１５には後述する反射防止膜１５１，１５２及び金属膜１５３が設けられている（図７参照）。これらの部材は窓部材１５本体と比較して非常に薄いため、図７以外の図面ではこれらの部材の図示を省略している。

【0026】

小径孔１２は、レーザ光Ｌの光軸に沿った光軸方向（すなわちＸ軸方向）においてパッケージ３の内側（すなわち内部空間Ｓ）に開口している。大径孔１３は、パッケージ３の外側に開口している。大径孔１３は、Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔１２を含み且つ小径孔１２よりも大きい形状を有している。小径孔１２及び大径孔１３は、それぞれＸ軸方向に延在している。座ぐり面１４によって接続された小径孔１２及び大径孔１３によって、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。本実施形態では、小径孔１２及び大径孔１３の各々は、円形状に形成されており、大径孔１３の径ｄ２は、小径孔１２の径ｄ１よりも大きい（ｄ２＞ｄ１）。また、小径孔１２の中心軸及び大径孔１３の中心軸は、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸と一致していてもよい。座ぐり面１４は、小径孔１２と大径孔１３とを接続し、Ｘ軸方向に交差する面（ＹＺ平面）に沿って延在する環状の面である。より具体的には、座ぐり面１４は、小径孔１２の大径孔１３側の端部と大径孔１３の小径孔１２側の端部とを接続している。大径孔１３及び座ぐり面１４は、パッケージ３の外側から座ぐり加工を行うことによって形成することができる。なお、本実施形態では、座ぐり面１４は連続的な環状に形成されているが、座ぐり面１４は不連続的な環状に形成されてもよい。例えば、小径孔１２の内壁面の一部に切り欠きが形成されることによって、当該切り欠きが形成された部分において、座ぐり面１４が分断されていてもよい。

【0027】

本実施形態では、小径孔１２の径ｄ１は３．８ｍｍであり、大径孔１３の径ｄ２は５．７ｍｍであり、座ぐり面１４の径方向の幅（（ｄ２－ｄ１）／２）は０．９５ｍｍである。また、Ｘ軸方向に沿った小径孔１２の長さｗ１は、Ｘ軸方向に沿った大径孔１３の長さｗ２よりも短い。本実施形態では、側壁３２の厚さｔ（Ｘ軸方向に沿った長さ）は１ｍｍであり、小径孔１２の長さｗ１は０．２３ｍｍであり、大径孔１３の長さｗ２は０．７７ｍｍである。

【0028】

窓部材１５は、中赤外領域の波長のレーザ光Ｌを透過させる材料（例えば、ゲルマニウム等）によって形成されている。窓部材１５は、円板状に形成されており、大径孔１３の内側に配置されている。窓部材１５は、入射面１５ａと、出射面１５ｂと、側面１５ｃと、を有している。入射面１５ａ及び出射面１５ｂは、Ｘ軸方向に交差する面であり、円形状に形成されている。入射面１５ａは、内部空間Ｓ側の面であり、レーザ光Ｌ（本実施形態では、レンズ８によりコリメートされたレーザ光Ｌ）が入射する面である。出射面１５ｂは、入射面１５ａとは反対側の面（すなわち、パッケージ３の外側の面）であり、窓部材１５を透過したレーザ光Ｌをパッケージ３の外側に出射する面である。側面１５ｃは、入射面１５ａと出射面１５ｂとを接続し、Ｘ軸方向に沿って延在する面である。本実施形態では、窓部材１５（入射面１５ａ又は出射面１５ｂ）の径は５．４ｍｍであり、窓部材１５の厚さ（Ｘ軸方向に沿った長さ）は０．７ｍｍである。

【0029】

図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、入射面１５ａは、第１領域Ａ１と、第２領域Ａ２と、を有している。第１領域Ａ１は、入射面１５ａの中央部を含み、反射防止膜１５１（第１反射防止膜）が設けられた領域である。反射防止膜１５１は、入射面１５ａにおいて中赤外領域の波長のレーザ光Ｌの反射を抑制する機能を有する膜部材である。反射防止膜１５１は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）等の高屈折率材、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等の中間屈折率材、フッ化イットリウム（ＹＦ３）等の低屈折率材、又は中赤外を透過する屈折率の異なる複数の物質を交互に積層させた誘電体多層膜等によって形成されている。反射防止膜１５１は、円形状に形成されている。反射防止膜１５１の厚さ（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、反射防止膜１５１の透過波長（透過させるレーザ光Ｌの波長）の設計に応じて決定される。反射防止膜１５１の厚さは、例えば、１．０μｍ以上３．０μｍ以下である。例えば透過波長の設計値が５．２μｍである場合には、反射防止膜１５１の厚さは、例えば１．４μｍに設定される。また、本実施形態では、反射防止膜１５１の径（すなわち、第１領域Ａ１の径）は４．２ｍｍである。

【0030】

第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１から離間して第１領域Ａ１を包囲するように環状に形成された領域である。第２領域Ａ２は、金属膜１５３によってメタライズされている。金属膜１５３は、半田接合に適した材料（すなわち、後述する半田部材１６と親和性の良い材料）によって形成されている。金属膜１５３は、例えば、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ（０．２μｍ／０．５μｍ／０．５μｍ）によって形成されている。本実施形態では、入射面１５ａに形成された金属膜１５３の内径（すなわち、第２領域Ａ２の内径）は４．５ｍｍである。すなわち、本実施形態では、第１領域Ａ１の外縁と第２領域Ａ２の内縁との間に、入射面１５ａ（ゲルマニウム素地）が露出する０．１５ｍｍ幅の円環状の領域が形成されている。

【0031】

図７の（Ｂ）に示されるように、側面１５ｃは、第２領域Ａ２と連続するようにメタライズされた第３領域Ａ３を有している。すなわち、金属膜１５３は、第２領域Ａ２から側面１５ｃにかけて連続して設けられている。

【0032】

図７の（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、出射面１５ｂは、反射防止膜１５２（第２反射防止膜）が設けられた第４領域Ａ４を有している。反射防止膜１５２は、出射面１５ｂにおいて中赤外領域の波長のレーザ光Ｌの反射を抑制する機能を有する膜部材である。反射防止膜１５２は、反射防止膜１５１と同様の材料によって円形状に形成されている。本実施形態では、反射防止膜１５２の径（すなわち、第４領域Ａ４の径）は４．６ｍｍである。すなわち、第４領域Ａ４は、Ｘ軸方向から見た場合に第１領域Ａ１を含み且つ第１領域Ａ１よりも大きい領域である。

【0033】

窓部材１５は側壁３２（部分３２２）に対して直接接合されている。具体的には、入射面１５ａの第２領域Ａ２（すなわち、金属膜１５３によってメタライズされた領域）が、円環状に形成された半田部材１６を介して座ぐり面１４に接合されている。半田部材とは、４５０℃以下の融点を有する接合材料である。半田部材１６は、例えば、融点が２２０℃であるＳｎＡｇＣｕ系の半田材料によって形成されている。半田部材１６は、元々は円環状に形成されたシート状の部材である（図１６参照）。

【0034】

本実施形態では、半田付けされる前の状態（すなわち、円環状のシートの状態）の半田部材１６の厚さは０．１ｍｍであり、外径は５．５ｍｍであり、内径は４．２ｍｍである。すなわち、本実施形態では、半田部材１６の内径（４．２ｍｍ）は第１領域Ａ１の径（４．２ｍｍ）と一致しており、第１領域Ａ１と半田部材１６とは互いに重なっていない。また、反射防止膜１５１が形成された第１領域Ａ１と金属膜１５３が形成された第２領域Ａ２とは離間している。このように第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが完全に分離され、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間に窓部材１５の素地（本実施形態ではゲルマニウム素地）が露出した領域が存在することにより、半田付けの際において、半田部材１６が第１領域Ａ１上（反射防止膜１５１上）に流れ難くなっている。一方、半田部材１６は、半田部材１６と親和性の高い金属膜１５３上に濡れ広がり易い。これにより、半田付けの際における半田部材１６の溶融又は凝固時の応力が、第１領域Ａ１上の反射防止膜１５１に伝わり難くされている。

【0035】

また、上述したように、半田部材１６が金属膜１５３上に濡れ広がることにより、半田部材１６の一部は、第３領域Ａ３上にも回り込んでいる（図５参照）。つまり、半田部材１６の一部が、側面１５ｃと大径孔１３の内側面との間に入り込んでいる。すなわち、窓部材１５の側面１５ｃの少なくとも一部は、半田部材１６を介して、大径孔１３の内側面の少なくとも一部に接合されている。これにより、窓部材１５の取付部分において、パッケージ３の気密性が効果的に高められている。

【0036】

本実施形態では、窓部材１５の出射面１５ｂは、光出射窓１１が設けられた側壁３２における外面３２ａ（パッケージ３の外側の面）と略面一となっている。すなわち、出射面１５ｂと側壁３２の外面３２ａとが略面一となるように、大径孔１３の長さｗ２（すなわち、座ぐり加工の深さ）が調整されている。

【0037】

次に、パッケージ３に収容される各部材について説明する。パッケージ３によって形成される内部空間Ｓには、ＱＣＬ素子２以外に、主に、ペルチェモジュール４と、ヒートスプレッダ５と、ヒートシンク６と、サブマウント７と、レンズ８と、レンズホルダ９と、温度センサＴ（図１０参照）と、が収容されている。

【0038】

ペルチェモジュール４は、ＱＣＬ素子２の温度を調整するための温度制御素子である。具体的には、ペルチェモジュール４は、ＱＣＬ素子２の温度をＱＣＬ素子２の発振波長に応じた温度に保つための冷却・加熱機能を有している。ペルチェモジュール４による温度制御は、ヒートシンク６に搭載される温度センサＴ（図１０参照）により測定されたＱＣＬ素子２の温度に基づいて行われる。

【0039】

図８に示されるように、ペルチェモジュール４は、複数の熱電半導体素子であるペルチェ素子４１と、複数のペルチェ素子４１を上下から挟み込む一対のセラミック基板４２，４３と、を有している。セラミック基板４２は、ペルチェ素子４１に対して天壁３３側に設けられており、セラミック基板４３は、ペルチェ素子４１に対して底壁３１側に設けられている。各セラミック基板４２，４３は、例えばアルミナによって形成されている。各セラミック基板４２，４３の外面（ペルチェ素子４１側とは反対側の面）は、メッキによってＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ等の金属膜４４が成膜されたメタライズ面となっている。そして、セラミック基板４２，４３の外面は、金属膜４４を介して、半田部材であるＩｎ箔４５が設けられている。セラミック基板４２は、Ｉｎ箔４５を介して、ヒートスプレッダ５と半田接合されている。一方、セラミック基板４３は、Ｉｎ箔４５を介して、パッケージ３の底壁３１の上面３１ｃ（天壁３３と対向する面）と半田接合されている。一方のセラミック基板（本実施形態では、セラミック基板４３）には、ペルチェモジュール４に直流電流を流すための２本のリード線２０が電気的に接続されている。２本のリード線２０は、それぞれ異なるリードピン１０に接続されている。

【0040】

ヒートスプレッダ５は、ペルチェモジュール４上に搭載される部材であり、ＱＣＬ素子２で生じた熱をペルチェモジュール４側に放熱する。ヒートスプレッダ５は、例えば銅等の熱伝導性に優れた材料によって形成されている。図９に示されるように、ヒートスプレッダ５は、セラミック基板４２上に設けられたＩｎ箔４５（図８参照）を介してペルチェモジュール４と半田接合される底面５１と、ヒートシンク６及びサブマウント７が搭載される第１上面５２と、レンズホルダ９が搭載される第２上面５３（第２取付面）と、を有している。

【0041】

ここで、銅の熱膨張係数（約１７×１０^－６／Ｋ）はアルミナの熱膨張係数（約７×１０^－６／Ｋ）よりも大きい。このため、ペルチェモジュール４のセラミック基板４２がアルミナによって形成されており、ヒートスプレッダ５が銅によって形成されている場合に、ヒートスプレッダ５の底面５１の全体をＩｎ箔４５を介してセラミック基板４２に接合してしまうと、量子カスケードレーザ装置１の長期的な使用や、温度制御時においてペルチェ素子４１の上面と下面との間に生じる大きな温度差等により、ペルチェ素子４１にクラックが生じるおそれがある。

【0042】

そこで、本実施形態では、ヒートスプレッダ５の底面５１には、ペルチェモジュール４との接合面を複数に分割するための溝部５１ａが形成されている。本実施形態では一例として、２つの溝部５１ａが、長手方向（Ｘ軸方向）に底面５１を三分割する位置において、短手方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。当該２つの溝部５１ａによって、ペルチェモジュール４との接合面が、略均等に三分割されている。このようにペルチェモジュール４との接合面が複数（ここでは３つ）に分割されることにより、セラミック基板４２の材料（アルミナ）とヒートスプレッダ５の材料（銅）との熱膨張率の差に起因して生じる応力が低減され、上述したペルチェ素子４１のクラックの発生が抑制される。

【0043】

また、ペルチェモジュール４の四隅（角部）は、特に機械的強度が弱い。そこで、本実施形態では、ヒートスプレッダ５の底面５１の四隅に、切り欠き溝５１ｂが形成されている。これにより、ペルチェモジュール４の四隅に対応する部分において、セラミック基板４２とヒートスプレッダ５の底面５１との接合を回避することができ、上記熱膨張率の差に起因するペルチェモジュール４の四隅に対する応力を効果的に低減することができる。

【0044】

なお、上述した溝部５１ａ及び切り欠き溝５１ｂは、セラミック基板４２と底面５１とをＩｎ箔４５を介して半田接合する際に混入する空気層（ボイド）の逃げ道としても機能する。これにより、ペルチェモジュール４（セラミック基板４２）とヒートスプレッダ５との接合品質及び熱伝導性を向上させることができる。

【0045】

また、ペルチェモジュール４（セラミック基板４２）とヒートスプレッダ５とを接合する半田部材としてＩｎ，ＩｎＳｎ等の軟半田材（本実施形態ではＩｎ）を用いることにより、熱による膨張又は収縮の応力を好適に吸収でき、量子カスケードレーザ装置１の信頼性を向上させることができる。

【0046】

第１上面５２は、第２上面５３よりも高い位置（天壁３３側）に位置している。本実施形態では一例として、第１上面５２には、ヒートシンク６をネジ留めするための２つのネジ孔５２ａと、上方（天壁３３側）に突出した突出部５２ｂと、が設けられている。突出部５２ｂは、第１上面５２の長手方向（Ｘ軸方向）における端部（第２上面５３側とは反対側の端部）において、短手方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。突出部５２ｂは、ヒートシンク６の端部を当接させて位置決めするための部分である。

【0047】

第２上面５３には、アイランド状に形成された複数（本実施形態では４つ）の凸部５３ａ（第２凸部）が設けられている。４つの凸部５３ａは、後述するレンズホルダ９と接合される部分である。

【0048】

ヒートシンク６は、ヒートスプレッダ５の第１上面５２上に搭載される部材である。ヒートシンク６は、ヒートスプレッダ５と同様に、例えば銅等の熱伝導性に優れた材料によって形成されている。ヒートシンク６は、略直方体状に形成されている。例えば、ヒートシンク６のＸ軸方向に沿った幅は５ｍｍであり、ヒートシンク６のＹ軸方向に沿った幅は６ｍｍである。図１０に示されるように、ヒートシンク６の上面６ａ（天壁３３側の面）には、ＱＣＬ素子２を搭載したサブマウント７と、ＱＣＬ素子２の温度を測定するための温度センサＴと、ワイヤ配線用のセラミックパターンＳＰと、が搭載されている。ヒートシンク６の下面６ｂは、ヒートスプレッダ５の第１上面５２に当接している。ＱＣＬ素子２に不良が生じた場合にＱＣＬ素子２を容易に交換可能とするために、ヒートシンク６は、ヒートスプレッダ５に対してネジによって固定されている。ヒートシンク６には、このようなネジ留めのために、Ｚ軸方向に貫通するネジ孔６ｃと、ネジ孔６ｃの周囲に形成された座ぐり溝６ｄと、が形成されている。ネジ孔６ｃは、上述したヒートスプレッダ５のネジ孔５２ａ（図９参照）に対応する位置に設けられている。例えば、ねじロック剤（ネジのゆるみ止めの接着剤）がネジ先端に塗布されたネジ部材（不図示）がネジ孔６ｃ及びネジ孔５２ａに挿通されることにより、ヒートシンク６は、ヒートスプレッダ５に対して固定される。座ぐり溝６ｄは、上記ネジ部材の頭部を収容するために設けられた溝部である。なお、上記ねじロック剤としては、アウトガスを発生させない熱硬化型の樹脂接着剤（例えばエポキシ樹脂等）が、好適に用いられる。

【0049】

温度センサＴ及びセラミックパターンＳＰは、図示しないワイヤを介して、所定のリードピン１０と電気的に接続されている。また、ＱＣＬ素子２は、セラミックパターンＳＰ及び図示しないワイヤを介して、所定のリードピン１０と電気的に接続されている。これにより、外部の電源装置から、リードピン１０を介して、ＱＣＬ素子２及び温度センサＴに電力が供給される。

【0050】

サブマウント７は、ＱＣＬ素子２が載置される矩形板状の部材である。ＱＣＬ素子２は、端面２ａから出射されるレーザ光Ｌの光軸が光出射窓１１の中心（すなわち、小径孔１２及び大径孔１３の中心軸）と一致するように、サブマウント７上に載置されている。サブマウント７は、ＱＣＬ素子２と近い熱膨張係数を有する材料（例えば、窒化アルミニウム等）によって形成されている。ＱＣＬ素子２とサブマウント７とは、例えばＡｎＳｎ系の半田材料を介して接合されている。また、サブマウント７とヒートシンク６とは、例えばＳｎＡｇＣｕＮｉＧｅ系の半田材料を介して接合されている。

【0051】

続いて、図１１～図１５を参照して、レンズ８及びレンズホルダ９について説明する。上述したように、レーザ光Ｌは、量子カスケードレーザの原理上、比較的大きいビーム放射角を有している（図４参照）。このため、レーザ光Ｌを有効に利用するためには、レンズ等の光学素子を用いてレーザ光Ｌのビーム成形（集光、コリメート等）を行う必要がある。一方、発振波長が中赤外領域のレーザ光Ｌは不可視であるため、上記ビーム成形のためのレンズのアライメント（位置合わせ）を行うためには、中赤外領域に感度がある高価なビームモニタ又はディテクタ等が必要となる。そこで、本実施形態では、パッケージ３の内部に、上記ビーム成形を行うためのレンズ８が予め内蔵されている。この構成には、ユーザ側でレンズ（外付けレンズ）のアライメントを行う必要がないという利点がある。

【0052】

レンズ８は、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌを集光又はコリメートするための部材である。レンズホルダ９は、レンズ８を保持する部材である。レンズ８は、ＱＣＬ素子２のレーザ光Ｌの出射面である端面２ａと対向して配置されている。

【0053】

レンズ８は、例えば、ＺｎＳｅによって形成された非球面レンズである。図１１及び図１４に示されるように、レンズ８は、入射面８ａと、側面８ｂと、出射面８ｃと、を有している。入射面８ａは、レーザ光Ｌが入射する面である。本実施形態では、入射面８ａは平坦面である。側面８ｂは、入射面８ａの縁部から、レーザ光Ｌの光軸方向（すなわちＸ軸方向）に沿って延在する面である。出射面８ｃは、レンズ８内を通過したレーザ光Ｌを出射する面である。本実施形態では、出射面８ｃは、非球面の曲面状に形成されている。本実施形態では、レンズ８の径（入射面８ａの径）は５ｍｍであり、レンズ８の有効径は４．５ｍｍである。レンズ８の有効径とは、レーザ光Ｌの光軸方向（Ｘ軸方向）に直交する面（入射面８ａ）においてレンズの光学特性を満足することが可能な入射ビームの直径（レンズ８がコリメートレンズの場合には、レンズの仕様として、透過及びコリメートが可能な入射光の直径）である。また、レンズ８の有効径内の領域のことを有効領域という。

【0054】

図１１に示されるように、レンズホルダ９は、略直方体状の外形を有する部材である。レンズホルダ９は、例えば、黒色アルマイト表面処理が施されたアルミニウムによって形成されている。レンズホルダ９のＸ軸方向から見た中央部には、Ｘ軸方向に沿って貫通する貫通孔が設けられている。レンズホルダ９は、当該貫通孔を構成する小径孔９ａ及び大径孔９ｂを有している。小径孔９ａ及び大径孔９ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に延在している。大径孔９ｂは、小径孔９ａよりもＱＣＬ素子２から離れた位置に設けられている。すなわち、小径孔９ａは、大径孔９ｂよりもＱＣＬ素子２側に設けられている。大径孔９ｂは、Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔９ａを含み且つ小径孔９ａよりも大きい形状を有している。大径孔９ｂは、その内側にレンズ８を収めることができるように、レンズ８の外形よりも大きいサイズに形成されている。本実施形態では、小径孔９ａ及び大径孔９ｂの各々は、円形状に形成されている。小径孔９ａと大径孔９ｂとは、Ｘ軸方向に交差する面（ＹＺ平面）に沿って延在する環状の座ぐり面９ｃによって接続されている。より具体的には、座ぐり面９ｃは、小径孔９ａの大径孔９ｂ側の端部と大径孔９ｂの小径孔９ａ側の端部とを接続している。なお、本実施形態では、座ぐり面９ｃは連続的な環状に形成されているが、座ぐり面９ｃは不連続的な環状に形成されてもよい。例えば、小径孔９ａの内壁面の一部に切り欠きが形成されることによって、当該切り欠きが形成された部分において、座ぐり面９ｃが分断されていてもよい。

【0055】

図１１及び図１２に示されるように、大径孔９ｂの内側面には、Ｘ軸方向に沿って、レンズホルダ９のＱＣＬ素子２側とは反対側の端部から座ぐり面９ｃまで到達する溝部９ｄ（凹部）が形成されている。本実施形態では、Ｘ軸方向から見て、矩形状のレンズホルダ９の一の対角線に沿って互いに対向する一対の溝部９ｄが形成されている。

【0056】

図１２及び図１４に示されるように、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２と一致していない。すなわち、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２から偏心している。なお、図１４においては、説明を分かり易くするために、一対の溝部９ｄが無視されている。すなわち、図１４は、大径孔９ｂに一対の溝部９ｄが設けられていないものとして、図１２のXIV-XIV線に沿った断面構造を模式的に示している。

【0057】

本実施形態では、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２に対して、方向Ｄにずれている。方向Ｄは、Ｘ軸方向から見て一方の溝部９ｄから他方の溝部９ｄに向かう方向である。また、小径孔９ａの径ｄ３はレンズ８の有効径と同じ４．５ｍｍであり、大径孔９ｂの径ｄ４は５．１５ｍｍである。また、上述のように、中心軸ＡＸ１が中心軸ＡＸ２に対して偏心していることにより、図１２及び１４に示されるように、中心軸ＡＸ１と中心軸ＡＸ２とを通る直線上において中心軸ＡＸ１側の座ぐり面９ｃ（ここでは、溝部９ｄを除く部分）の幅が、座ぐり面９ｃの最小幅ｗｍｉｎとなる。また、中心軸ＡＸ１と中心軸ＡＸ２とを通る直線上において中心軸ＡＸ２側の座ぐり面９ｃ（ここでは、溝部９ｄを除く部分）の幅が、座ぐり面９ｃの最大幅ｗｍａｘとなる。本実施形態では、最小幅ｗｍｉｎは０．２５ｍｍであり、最大幅ｗｍａｘは０．４ｍｍであり、中心軸ＡＸ１と中心軸ＡＸ２との距離ｄは０．０７５ｍｍである。

【0058】

レンズ８の入射面８ａの縁部は、座ぐり面９ｃに当接している。また、レンズ８は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２から小径孔９ａの中心軸ＡＸ１に向かう方向Ｄに沿って、レンズ８の側面８ｂが、大径孔９ｂの内側面に対して位置決めされている。具体的には、レンズ８の側面８ｂが、方向Ｄに沿って、大径孔９ｂの内側面に対して突き当てられている。これにより、レンズ８の中心軸ＡＸ３は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２よりも小径孔９ａの中心軸ＡＸ１に近い位置に配置されている。本実施形態では、上述したように、レンズ８の径（５ｍｍ）及び有効径（４．５ｍｍ）、小径孔９ａの径ｄ３（４．５ｍｍ）、大径孔９ｂの径ｄ４（５．１５ｍｍ）、並びに中心軸ＡＸ１と中心軸ＡＸ２との距離ｄ（０．０７５ｍｍ）が設定されている。これにより、レンズ８の中心軸ＡＸ３は、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１と略一致している。すなわち、Ｘ軸方向から見て、レンズ８の有効領域の全体が、小径孔９ａと重なっている。言い換えれば、レンズ８の有効領域の全体が、小径孔９ａを介して、ＱＣＬ素子２側に露出している。これにより、レンズ８の有効領域を最大限活用することが可能となっている。

【0059】

次に、レンズホルダ９に対するレンズ８の固定方法について説明する。図１４に示されるように、レンズ８の側面８ｂの少なくとも一部は、上述したようにレンズ８がレンズホルダ９に対して位置決めされた状態で、樹脂接着剤Ｂ１を介して、大径孔９ｂの内側面に固定されている。樹脂接着剤Ｂ１は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によって形成されている。例えば、樹脂接着剤Ｂ１を溝部９ｄに流し込むことにより、溝部９ｄに入り込んだ樹脂接着剤Ｂ１が、毛細管現象によって、溝部９ｄの周辺においても、レンズ８の側面８ｂと大径孔９ｂの内側面との間に流れ込む。また、レンズ８の入射面８ａと座ぐり面９ｃとの間にも、毛細管現象によって樹脂接着剤Ｂ１が流れ込む。この状態でレンズホルダ９のベーク処理が行われることにより、樹脂接着剤Ｂ１が硬化し、レンズ８がレンズホルダ９に対して固定される。溝部９ｄに樹脂接着剤Ｂ１を流し込む処理は、例えば、樹脂接着剤Ｂ１を塗布するためのニードル部材を溝部９ｄに挿入し、ニードル部材の先端から樹脂接着剤Ｂ１を溝部９ｄ内の座ぐり面９ｃに向けて注入することにより行われる。この場合、溝部９ｄは、ニードル部材を挿入可能な大きさに形成されればよい。

【0060】

図１５を参照して、上述したように小径孔９ａの中心軸ＡＸ１を大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２に対して方向Ｄに偏心させると共に、レンズ８を方向Ｄに沿って位置決めする構造（以下「偏心構造」という。）により得られる効果について詳細に説明する。図１５は、比較例に係るレンズホルダ９００を用いた場合のレンズ８とレンズホルダ９００との位置関係を模式的に示す図である。レンズホルダ９００では、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１は、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２に対して偏心していない。すなわち、中心軸ＡＸ１は中心軸ＡＸ２と一致している。この場合、レンズ８の有効径を最大限に活用するためには、図１５の左部に示されるように、レンズ８の中心軸ＡＸ３をレンズホルダ９００の中心軸（すなわち、中心軸ＡＸ１，ＡＸ２）と一致させる必要がある。このようなレンズ８とレンズホルダ９００との位置関係が維持されれば問題は生じない。しかし、実際には、このようにレンズホルダ９００の中心にレンズ８を設置して、レンズ８の側面８ｂと大径孔９ｂの内側面とを樹脂接着剤Ｂ１を介して接合した場合、図１５の右部に示されるように、ベーク処理を行った際に、樹脂接着剤Ｂ１の表面張力により、レンズ８の中心軸ＡＸ３がレンズホルダ９の中心軸（中心軸ＡＸ１，ＡＸ２）からずれるおそれがある。具体的には、レンズ８の側面８ｂと大径孔９ｂとの間に充填される樹脂接着剤Ｂ１の量は必ずしも均一とならないため、樹脂接着剤Ｂ１の表面張力が強く働く方向にレンズ８が移動する現象が起こり得る。このようなレンズ８の移動（位置ずれ）が生じた場合、レンズ８の有効領域の一部が座ぐり面９ｃと重なってしまい、有効領域を最大限に活用できなくなってしまう。すなわち、図１５の右部に示されるように、レンズ８の中心軸ＡＸ３とＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸とを一致させた場合に、レンズ８の有効領域のうち座ぐり面９ｃと重なる部分において、レーザ光Ｌの光束を捕捉することができない。

【0061】

一方、図１２及び図１４に示した偏心構造によれば、予めレンズ８の側面８ｂを、方向Ｄに沿って、レンズ８の設置端となる大径孔９ｂの内側面に密着させておくことができる。そして、レンズ８の側面８ｂと大径孔９ｂの内側面との距離が近い部分（すなわち、密着した部分及びその周辺）ほど、樹脂接着剤Ｂ１の表面張力が強く働くことになる。このため、ベーク処理を行っても、レンズ８がレンズホルダ９に対して方向Ｄとは反対側に引き戻されることがない。すなわち、ベーク処理の前後において、レンズ８の側面８ｂが方向Ｄに沿って大径孔９ｂの内側面に対して突き当てられた状態（図１２及び図１４参照）が維持される。従って、上記偏心構造によれば、レンズ８を上述したように位置決めした状態でレンズ８の有効領域と小径孔９ａとが一致するように寸法を調整しておくことにより、レンズ８の有効領域を最大限に活用することが可能となる。

【0062】

なお、レンズ８の側面８ｂのうち大径孔９ｂの内側面に突き当てられた部分と大径孔９ｂの内側面とは、必ずしも直接接触している必要はない。すなわち、図１４に示されるように、レンズ８の側面８ｂのうち大径孔９ｂの内側面に突き当てられた部分と大径孔９ｂの内側面との間には、毛細管現象によって僅かに入り込んだ樹脂接着剤Ｂ１が介在していてもよい。

【0063】

図１１、図１２、及び図１３の（Ｂ）に示されるように、レンズホルダ９の大径孔９ｂを構成する壁部９０（すなわち、Ｘ軸方向に沿って延在する筒状の部分）は、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に対向する底壁部９２（第１壁部）を有している。底壁部９２は、第２上面５３に対向する下面９２ａ（第１取付面）を有している。下面９２ａには、ヒートスプレッダ５側に突出する複数（本実施形態では４つ）の凸部９２ｂ（第１凸部）が形成されている。４つの凸部９２ｂは、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に設けられた４つの凸部５３ａ（図９の（Ａ）参照）に対応する位置に設けられている。各凸部９２ｂは、ＵＶ硬化性樹脂（光硬化性樹脂）からなる接着層Ｂ２（図２参照）を介して、各凸部５３ａと接合されている。

【0064】

本実施形態では、４つの凸部９２ｂは、底壁部９２の四隅にバランス良く配置されている。すなわち、４つの凸部９２ｂは、Ｚ軸方向から見て４つの凸部９２ｂの中心が底壁部９２の略中心に一致するように配置されている。これにより、レンズホルダ９をヒートスプレッダ５の第２上面５３上に安定して固定することができ、衝撃、振動等に強い構造を実現することができる。

【0065】

図１１及び図１３の（Ａ）に示されるように、壁部９０は、パッケージ３の天壁３３に対向する天壁部９１（第２壁部）を有している。天壁部９１は、大径孔９ｂを介して底壁部９２に対向している。天壁部９１の小径孔９ａ側とは反対側の端部には、切り欠き９１ａが形成されている。また、底壁部９２の小径孔９ａ側とは反対側の端部にも、切り欠き９２ｃが形成されている。Ｚ軸方向から見て、切り欠き９１ａと切り欠き９２ｃとは、互いに重なる部分を有している。すなわち、天壁部９１は、底壁部９２と天壁部９１とが対向する方向（Ｚ軸方向）から見た場合に、底壁部９２の切り欠き９２ｃの少なくとも一部と重ならないように形成されている。そして、切り欠き９１ａと切り欠き９２ｃとが重なる部分を介して、天壁部９１の上方からヒートスプレッダ５の第２上面５３の一部を視認することが可能となっている。すなわち、上記部分を介して、天壁部９１の上方からヒートスプレッダ５の第２上面５３へと光を照射することが可能となっている。このような構造によれば、４つの凸部５３ａの位置と４つの凸部９２ｂの位置とを合わせるようにしてレンズホルダ９をヒートスプレッダ５の第２上面５３上に載置した後に、レンズホルダ９の上方からＵＶ光を照射することにより、当該ＵＶ光をレンズホルダ９の下面９２ａとヒートスプレッダ５の第２上面５３との間の空間へと好適に導くことができる。これにより、各凸部９２ｂと各凸部５３ａとの間に設けられた接着層Ｂ２を適切に硬化させることができる。

【0066】

また、接着層Ｂ２が塗布される場所が、アイランド状に形成された各凸部９２ｂ及び各凸部５３ａによって規定されていることにより、接着層Ｂ２を塗布する場所及び接着層Ｂ２の塗布量を複数の製品（量子カスケードレーザ装置１）間で統一することができる。また、ＵＶ光がＵＶ硬化性樹脂の内部に浸透する深さには限界がある。このため、仮に凸部９２ｂ及び凸部５３ａを設けずに、下面９２ａの全体にＵＶ硬化性樹脂を塗布してしまうと、当該ＵＶ硬化性樹脂の内部（中心側）にＵＶ光が到達せず、当該ＵＶ硬化性樹脂を完全に硬化させることができないという問題が生じ得る。上述したように接着層Ｂ２が塗布される場所をアイランド状に規定することにより、このような問題を回避することができる。また、アイランド状の凸部９２ｂ及び凸部５３ａを設けることにより、凸部９２ｂ及び凸部５３ａが重ならない位置において、下面９２ａと第２上面５３との間にＵＶ光を通すための十分な空間を形成することができる。これにより、当該空間に入り込んだＵＶ光を、下面９２ａ及び第２上面５３それぞれの谷部（凸部９２ｂ及び凸部５３ａが形成されていない部分）で反射させて、各凸部５３ａ上の接着層Ｂ２にＵＶ光を照射することが可能となる。

【0067】

次に、量子カスケードレーザ装置１の製造方法（組立方法）について説明する。図１６に示されるように、まず、天壁３３を側壁３２に接合する前のパッケージ３を用意する。続いて、側壁３２に窓部材１５（予め反射防止膜１５１，１５２及び金属膜１５３が設けられた窓部材１５（図７参照））を接合する。具体的には、ワッシャ状に成型された円環状のシート部材である半田部材１６を座ぐり面１４と窓部材１５との間に挟み込む。そして、窓部材１５を座ぐり面１４に対して押し込むように、窓部材１５に対してパッケージ３の外側から荷重をかける。この状態で、例えば真空半田付け装置（真空半田炉）を用いることにより、窓部材１５と座ぐり面１４とを半田部材１６を介して接合する。この際、窓部材１５の中心を座ぐり開口（小径孔１２及び大径孔１３）の中心軸に合わせるための治具が用いられてもよい。

【0068】

続いて、半田部材であるＩｎ箔４５を上下に貼り付けたペルチェモジュール４上にヒートスプレッダ５を載置し、治具を用いてこれらの部材を底壁３１上の所定位置に配置する。そして、ヒートスプレッダ５の上方から、これらの部材を底壁３１に対して押し込むように荷重をかける。この状態で、例えば真空半田付け装置を用いることにより、底壁３１、ペルチェモジュール４、及びヒートスプレッダ５を、それぞれの部材間に配置されたＩｎ箔４５を介して接合する。続いて、図２に示されるように、ペルチェモジュール４のリード線２０をリードピン１０に対して半田付けする。

【0069】

続いて、ＱＣＬ素子２、サブマウント７、温度センサＴ、及びセラミックパターンＳＰ等の素子が予め搭載されたヒートシンク６を、ヒートスプレッダ５の第１上面５２に固定する。具体的には、図示しないネジ部材をヒートシンク６のネジ孔６ｃ（図１０参照）及びヒートスプレッダ５のネジ孔５２ａに挿通することにより、ヒートシンク６をヒートスプレッダ５に対してネジ留めする。また、温度センサＴ及びセラミックパターンＳＰと所定のリードピン１０とを、図示しないワイヤによって電気的に接続する。

【0070】

続いて、上述したようにレンズ８が搭載されたレンズホルダ９を、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に固定する。具体的には、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に形成された各凸部５３ａ上に、ＵＶ硬化性樹脂（接着層Ｂ２）を予め塗布しておく。そして、レンズホルダ９を例えばコンバム（真空発生器）等を用いて真空チャックして、パッケージ３内に移動させる。そして、ＱＣＬ素子２を駆動してレーザ光Ｌを出射させ、ビームモニタでレーザ光Ｌを観察しながらレーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とを合わせるアクティブアライメントを行う。

【0071】

続いて、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸との位置が合った状態で、レンズホルダ９をヒートスプレッダ５に固定する。具体的には、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とが合った状態で、レンズホルダ９の上方から、レンズホルダ９の切り欠き９１ａ及び切欠き９２ｃを介して、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に向けてＵＶ光を照射する。これにより、レンズホルダ９の各凸部９２ｂとヒートスプレッダ５の各凸部５３ａとが、接着層Ｂ２を介して接合される。

【0072】

ここで、各凸部９２ｂの位置は、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とが合った状態で、ヒートスプレッダ５の各凸部５３ａと重なるように設計されている。また、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とが合った状態で、ヒートスプレッダ５の各凸部５３ａとレンズホルダ９の各凸部９２ｂとの間に、各凸部５３ａ上に予め塗布されたＵＶ硬化樹脂（接着層Ｂ２）の厚さよりも小さい数百μｍ程度の隙間ができるように、各凸部５３ａ及び各凸部９２ｂの高さ寸法（Ｚ軸方向に沿った長さ）が設計されている。これにより、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とが合うようにレンズホルダ９をヒートスプレッダ５に対して移動させた場合に、レンズホルダ９の各凸部９２ｂとヒートスプレッダ５の各凸部５３ａ上の接着層Ｂ２とが接触するように調整されている。言い換えれば、レンズホルダ９がヒートスプレッダ５上に予め塗布されたＵＶ硬化樹脂（接着層Ｂ２）に対して押し込まれた状態で、レーザ光Ｌの光軸とレンズ８の中心軸とが合うように、各凸部５３ａ及び各凸部９２ｂの高さ寸法並びに接着層Ｂ２の厚さが設計されている。

【0073】

続いて、パッケージ３の側壁３２の上端部（底壁３１側とは反対側の端部）に天壁３３を接合する。以上により、図１に示される量子カスケードレーザ装置１が得られる。

【0074】

以上説明した量子カスケードレーザ装置１では、光出射窓１１は、ろう材（融点が４５０℃以上）よりも融点が低い半田部材１６（本実施形態では、融点が２２０℃であるＳｎＡｇＣｕ系の半田材料）によって、パッケージ３の側壁３２に接合されている。これにより、ろう材を用いる場合と比較して、熱による窓部材１５等（特に反射防止膜１５１，１５２）の損傷を抑制しつつ、窓部材１５と座ぐり面１４とを密着させることができる。また、窓部材１５の入射面１５ａにおいて、反射防止膜１５１が設けられた第１領域Ａ１及び半田部材１６が接合される第２領域Ａ２は互いに離間している（図７参照）。これにより、第２領域Ａ２における半田部材１６の溶融時又は凝固時の応力が第１領域Ａ１上の反射防止膜１５１に伝わることが抑制される。その結果、上記応力に起因する反射防止膜１５１の破損（クラック又は剥離等）が抑制される。以上により、量子カスケードレーザ装置１によれば、光出射窓１１に設けられる反射防止膜１５１の破損を抑制すると共にパッケージ３の高気密性を確保することができる。

【0075】

また、窓部材１５の側面１５ｃは、第２領域Ａ２と連続するようにメタライズされた第３領域Ａ３を有しており、側面１５ｃの少なくとも一部は、半田部材１６を介して大径孔１３の内側面の少なくとも一部に接合されている（図５参照）。上記構成によれば、第２領域Ａ２から窓部材１５の側面１５ｃ（第３領域Ａ３）にかけて連続した領域がメタライズされていることにより、半田接合の際に、半田部材１６の一部を第３領域Ａ３側へと好適に濡れ広がらせることができる。その結果、窓部材１５の側面１５ｃと大径孔１３の内側面との間に半田部材１６を介在させることができ、パッケージ３の気密性を好適に向上させることができる。

【0076】

また、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの波長は、４μｍ～１２μｍの範囲に含まれている。一例として、反射防止膜１５１，１５２の耐熱温度は、２６０℃程度である。一方、量子カスケードレーザ装置１では、融点が比較的低い半田部材１６が接合材料として用いられているため、熱による反射防止膜１５１，１５２の破損を抑制しつつ、反射防止膜１５１，１５２が設けられた窓部材１５を半田接合によって側壁３２に取り付けることができる。

【0077】

また、量子カスケードレーザ装置１では、レンズホルダ９は、中心軸ＡＸ１，ＡＸ２が互いに偏心した小径孔９ａ及び大径孔９ｂを有している。また、レンズ８の側面８ｂが、大径孔９ｂの中心軸ＡＸ２から小径孔９ａの中心軸ＡＸ１に向かう方向Ｄに沿って、大径孔９ｂの内側面に対して位置決めされている。これにより、仮にレンズ８を大径孔９ｂの中央部に配置した場合（例えば、図１５の左部参照）にレンズ８の周囲に配置される樹脂接着剤Ｂ１の表面張力に起因して生じるレンズ８の位置ずれ（レンズホルダ９に対するレンズ８の移動）を、好適に抑制することができる。さらに、このようにレンズ８が位置決めされた状態で、レンズ８の中心軸ＡＸ３は小径孔９ａの中心軸ＡＸ１に近い位置に配置されている（本実施形態では中心軸ＡＸ３と中心軸ＡＸ１とは一致している）。これにより、レンズ８の有効領域（レンズの中心軸ＡＸ３を中心とする有効径内の領域）と座ぐり面９ｃとが干渉する（重なる）領域の面積を低減することができる。その結果、レンズ８の有効領域を効率良く利用することが可能となる。また、レンズ８の有効領域を効率良く利用できることにより、レンズ８の小型化を図ることができ、ひいてはパッケージ３の小型化を図ることができる。

【0078】

また、本実施形態では、レンズ８の中心軸ＡＸ３は、小径孔９ａの中心軸ＡＸ１と略一致しており、レンズ８の有効径は、小径孔９ａの径ｄ３と略一致している。上記構成によれば、レンズ８の有効領域（有効径内の領域）の全体を小径孔９ａを介して露出させることができる。これにより、小径孔９ａの大きさを最小限に抑えて座ぐり面９ｃの面積を確保することによってレンズ８の入射面８ａの縁部を適切に支持しつつ、レンズ８の有効領域を最大限活用することが可能になる。

【0079】

また、大径孔９ｂの内側面には、Ｘ軸方向に沿って座ぐり面９ｃまで到達する溝部９ｄが形成されており、溝部９ｄには、樹脂接着剤Ｂ１が入り込んでいる。上記構成によれば、溝部９ｄを介して、レンズ８の側面８ｂと大径孔９ｂの内側面との間に樹脂接着剤Ｂ１を容易に注入することが可能となる。

【0080】

また、レンズホルダ９は、ヒートスプレッダ５側に突出する複数（本実施形態では４つ）の凸部９２ｂが形成された下面９２ａを有しており、複数の凸部９２ｂは、ＵＶ硬化性樹脂からなる接着層Ｂ２を介してヒートスプレッダ５の第２上面５３に接合されている。本実施形態では、第２上面５３には、複数の凸部９２ｂに対応する位置においてレンズホルダ９側に突出する複数の凸部５３ａが形成されており、複数の凸部９２ｂは、接着層Ｂ２を介して複数の凸部５３ａに接合されている。上記構成によれば、接着層Ｂ２が設けられる場所を複数の凸部９２ｂ上に分散させることができるため、接着層Ｂ２を面全体に広い範囲に設ける場合と比較して、各凸部９２ｂ上の接着層Ｂ２を容易且つ適切に硬化させることができる。さらに、本実施形態では、下面９２ａと第２上面５３との間に形成される空間の中央部（凸部９２ｂと凸部５３ａとの間）に接着層Ｂ２が配置される。これにより、当該空間内において下面９２ａ及び第２上面５３で反射するＵＶ光を、接着層Ｂ２に対して好適に照射することが可能となる。その結果、接着層Ｂ２をより適切に硬化させることができ、ヒートスプレッダ５に対してレンズホルダ９を安定的に固定することができる。

【0081】

また、レンズホルダ９の底壁部９２には、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に光を導くための切り欠き９２ｃが設けられている。上記構成によれば、レンズホルダ９に対してヒートスプレッダ５が配置される側とは反対側（すなわち、レンズホルダ９の上方）から、底壁部９２に設けられた切り欠き９２ｃを介して、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に対してＵＶ光を照射することができる。これにより、下面９２ａと第２上面５３との間の接着層Ｂ２を硬化させるための光照射を容易に行うことが可能となる。

【0082】

また、レンズホルダ９は、大径孔９ｂを介して底壁部９２に対向する天壁部９１を有している。そして、天壁部９１は、底壁部９２と天壁部９１とが対向する方向（Ｚ軸方向）から見た場合に、底壁部９２に設けられた切り欠き９２ｃの少なくとも一部と重ならないように形成されている。上記構成によれば、底壁部９２及び天壁部９１により、大径孔９ｂ内に配置されるレンズ８を外部から適切に保護することができる。また、天壁部９１が、底壁部９２に設けられた切り欠き９２ｃの少なくとも一部と重ならないように形成されていることにより、レンズホルダ９の外側（天壁部９１を挟んで底壁部９２とは反対側）からレンズホルダ９に対して光を照射することで、ヒートスプレッダ５の第２上面５３に対して光を照射することができる。

【0083】

なお、底壁部９２には、切り欠き９２ｃに代えて、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔が形成されてもよい。同様に、天壁部９１には、切り欠き９１ａに代えて、Ｚ軸方向に貫通すると共に、底壁部９２に設けられた切り欠き９２ｃ又は貫通孔と重なる部分を有する貫通孔が形成されてもよい。このような構成によっても、レンズホルダ９の上方から光を照射することにより、当該光をヒートスプレッダ５の第２上面５３に導くことができる。

【0084】

また、ＱＣＬ素子２及びレンズホルダ９は、同一のヒートスプレッダ５上に搭載されている。なお、ＱＣＬ素子２は、サブマウント７及びヒートシンク６を介して、ヒートスプレッダ５に搭載されている。上記構成によれば、ＱＣＬ素子２及びレンズホルダ９が載置される土台（ヒートスプレッダ５）を共通化することにより、熱によってヒートスプレッダ５が膨張又は収縮した場合において、ＱＣＬ素子２に対するレンズホルダ９の相対的な移動を抑制することができる。その結果、パッケージ３内の温度変化に起因する光軸ずれ（レーザ光Ｌの光軸に対するレンズ８の中心軸ＡＸ３のずれ）の発生を抑制することができる。

【0085】

また、パッケージ３は、上述したＱＣＬ素子２、レンズ８、及びレンズホルダ９を気密に収容している。上記構成によれば、パッケージ３内に配置されるレンズ８の有効領域を効率良く利用することが可能であるため、レンズ８の小型化を図ると共にパッケージ３の小型化を図ることができる。

【0086】

［変形例］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。また、上記実施形態に含まれる一部の構成は、適宜、変更又は省略されてもよい。

【0087】

レンズホルダの形状は、上述したレンズホルダ９の形状に限られない。例えば、上述したレンズホルダ９の代わりに、図１７～図１９に示されるレンズホルダ９Ａ～９Ｃが用いられてもよい。

【0088】

図１７に示されるように、第１変形例のレンズホルダ９Ａは、円形状の大径孔９ｂの代わりに四角形状の大径孔９Ａｂが形成されると共に、溝部９ｄが形成されていない（大径孔９Ａｂが溝部９ｄに対応する部分を含む大きさに形成されている）点で、レンズホルダ９と相違している。このように、大径孔９Ａｂは、レンズ８が収まる大きさに形成されていればよく、必ずしも円形状に形成されていなくてもよい。このような大径孔９Ａｂによれば、溝部９ｄを設けることなく、大径孔９Ａｂの四隅において、樹脂接着剤Ｂ１を充填するための十分なスペースを確保することができる。見方を変えれば、レンズホルダ９Ａにおいては、大径孔９Ａｂの四隅に対応する部分がそれぞれ、レンズホルダ９の溝部９ｄに対応する凹部として機能する。なお、小径孔９ａについても、大径孔９Ａｂと同様に、円形以外の形状（例えば、大径孔９Ａｂよりも一回り小さい、大径孔９Ａｂと同様の四角形状等）に形成されてもよい。

【0089】

図１８に示されるように、第２変形例のレンズホルダ９Ｂは、天壁部９１の代わりに上面が円形状（曲面状）に形成された天壁部９１Ｂを有する点で、レンズホルダ９と相違している。また、レンズホルダ９Ｂでは、天壁部９１Ｂを採用したことにより、レンズホルダ９において天壁部９１側に設けられていた溝部９ｄを形成するスペースがとれない。このため、レンズホルダ９Ｂでは、底壁部９２側において、Ｙ軸方向の両側のそれぞれに一対の溝部９ｄが形成されている。このように、レンズホルダにおいて溝部９ｄが形成される位置は、特に限定されない。また、溝部９ｄの個数も特に限定されない。また、レンズホルダ９Ｂでは、大径孔９ｂを形成する壁部のうち底壁部９２を除く部分のＸ軸方向に沿った長さが、レンズホルダ９の壁部９０と比較して短くされている。具体的には、上記部分のＸ軸方向に沿った長さは、レンズ８のＸ軸方向に沿った長さよりも若干短くされている。このような構成によれば、レンズホルダ９Ｂの上方からのＵＶ光を遮る部分を少なくすることができるため、接着層Ｂ２を硬化させるためのＵＶ光をより好適にヒートスプレッダ５側に導くことができる。

【0090】

図１９に示されるように、第３変形例のレンズホルダ９Ｃは、天壁部９１の代わりに天壁部９１よりもＸ軸方向に沿った長さが短い天壁部９１Ｃを有する点で、レンズホルダ９と相違している。天壁部９１ＣのＸ軸方向に沿った長さは、レンズ８のＸ軸方向に沿った長さの半分程度とされている。また、レンズホルダ９Ｃでは、大径孔９ｂを形成する壁部のうち底壁部９２を除く部分のＸ軸方向に沿った長さは、天壁部９１Ｃと同一とされている。すなわち、レンズホルダ９Ｃは、Ｙ軸方向から見て略Ｌ字状に形成されている。レンズホルダ９Ｃでは、レンズホルダ９Ｂよりも、レンズホルダ９Ｃの上方からのＵＶ光を遮る部分が少ないため、接着層Ｂ２を硬化させるためのＵＶ光をより好適にヒートスプレッダ５側に導くことができる。また、レンズホルダ９Ｃのように、レンズホルダの大径孔９ｂを構成する壁部は、レンズ８の側面８ｂの全体を包囲している必要はなく、レンズ８の側面８ｂの入射面８ａ側の一部のみを包囲するように構成されてもよい。

【0091】

また、図２０に示される変形例に係る量子カスケードレーザ装置１Ａのように、レンズは、必ずしもパッケージ３内に収容されなくてもよい。量子カスケードレーザ装置１Ａは、パッケージ３内にレンズ８及びレンズホルダ９を備えない代わりに、パッケージ３の外側に外付けされるレンズ８Ａを備えている点で、量子カスケードレーザ装置１と相違している。すなわち、量子カスケードレーザ装置１Ａは、パッケージ３の外側に配置され、光出射窓１１を透過したレーザ光Ｌを集光又はコリメートするレンズ８Ａを備えている。また、当該相違により、量子カスケードレーザ装置１Ａは、ヒートスプレッダ５の代わりに、ＱＣＬ素子２を光出射窓１１に近接する位置に配置可能に構成されたヒートスプレッダ５Ａを備えている点でも、量子カスケードレーザ装置１と相違している。上述したように、レーザ光Ｌのビーム放射角は非常に大きい。このため、光出射窓１１によってレーザ光Ｌの光束を全てパッケージ３の外側に通過させつつ、光出射窓１１をなるべく小型化するためには、光出射窓１１とＱＣＬ素子２のレーザ光Ｌの出射面（端面２ａ）とをなるべく近づけることが好ましい。このため、パッケージ３の内部にレンズを備えない量子カスケードレーザ装置１Ａは、上述したようなヒートスプレッダ５Ａを備えている。

【0092】

量子カスケードレーザ装置１Ａによれば、レンズ８Ａをパッケージ３の外側に配置される外付け部材とすることにより、レンズ８の配置及び交換等を柔軟に行うことが可能となる。さらに、上述したように、レーザ光Ｌの光軸方向（Ｘ軸方向）に沿った小径孔１２の長さｗ１は、大径孔１３の長さｗ２よりも短い（図５参照）。上記構成によれば、小径孔１２の長さｗ１が大径孔１３の長さｗ２以上である場合と比較して、光出射窓１１をＱＣＬ素子２に近づけることができる。これにより、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌのビーム放射角が大きい場合であっても、レーザ光Ｌの広がり具合が小さいうちにレーザ光Ｌを光出射窓１１に入射させることが可能となる。その結果、光出射窓１１の小型化を図ることができ、ひいてはパッケージ３の小型化を図ることができる。

【0093】

また、上述したように、窓部材１５の出射面１５ｂは、反射防止膜１５２が設けられた第４領域Ａ４を有し、第４領域Ａ４は、Ｘ軸方向から見た場合に第１領域Ａ１を含み且つ第１領域Ａ１よりも大きい。量子カスケードレーザ装置１Ａのように、パッケージ３内にレンズが設けられておらず、発散光であるレーザ光Ｌが窓部材１５に入射する場合、窓部材１５の入射面１５ａにおいてレーザ光Ｌが通過する領域は、窓部材１５の出射面１５ｂにおいてレーザ光Ｌが通過する領域よりも小さい。そこで、上記構成のように、入射面１５ａ側の反射防止膜１５１を出射面１５ｂ側の反射防止膜１５２よりも小さくすることにより（すなわち、第１領域Ａ１を第４領域Ａ４よりも小さくすることにより）、第４領域Ａ４と第１領域Ａ１との差分に対応する領域を第２領域Ａ２として確保できる。このように、レーザ光Ｌのビーム放射角を考慮して第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、及び第４領域Ａ４のサイズを設計することにより、窓部材１５の小型化を図ることができ、ひいてはパッケージ３の小型化を図ることができる。

【0094】

また、上記実施形態では、窓部材１５の出射面１５ｂは、側壁３２の外面と略面一とされていたが、窓部材１５の出射面１５ｂは、側壁３２の外面よりも、パッケージ３の外側に突出していてもよい。つまり、窓部材１５の厚さは、大径孔１３の長さｗ２よりも大きくてもよい。この場合、パッケージ３の外側から窓部材１５を側壁３２に接合する際の作業性を向上させることができる。また、量子カスケードレーザ装置１Ａのように外付けのレンズ８Ａを窓部材１５の出射面１５ｂに取り付ける場合には、レンズ取付の作業性を向上させることもできる。また、側壁３２を薄肉化することによってパッケージ３の小型化を図ったり、レンズ８Ａを確実に窓部材１５に近接させて配置したりすることが可能となる。

【0095】

また、上記実施形態では、半導体レーザ素子の一例として、量子カスケードレーザ素子（ＱＣＬ素子２）を例示したが、パッケージ３に収容される半導体レーザ素子として、量子カスケードレーザ素子以外のレーザ素子が用いられてもよい。また、半導体レーザ素子は、活性層上部に回折格子構造が設けられた分布帰還型（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）半導体レーザ素子であってもよい。

【0096】

また、上記実施形態では、バタフライパッケージであるパッケージ３を例示したが、パッケージの形態はこれに限られない。例えば、パッケージは、ＣＡＮパッケージであってもよい。

【符号の説明】

【0097】

１，１Ａ…量子カスケードレーザ装置（半導体レーザ装置）、２…量子カスケードレーザ素子（半導体レーザ素子）、２ａ…端面（出射面）、３…パッケージ、５，５Ａ…ヒートスプレッダ、８，８Ａ…レンズ、８ａ…入射面、８ｂ…側面、８ｃ…出射面、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…レンズホルダ、９ａ…小径孔、９ｂ…大径孔、９ｃ…座ぐり面、９ｄ…溝部（凹部）、１１…光出射窓、１２…小径孔（第１孔部）、１３…大径孔（第２孔部）、１４…座ぐり面、１５…窓部材、１５ａ…入射面、１５ｂ…出射面、１５ｃ…側面、１６…半田部材、３１…底壁、３２…側壁、３３…天壁、５３…第２上面（第２取付面）、５３ａ…凸部（第２凸部）、９１…天壁部（第２壁部）、９２…底壁部（第１壁部）、９２ａ…下面（第１取付面）、９２ｂ…凸部（第１凸部）、９２ｃ…切り欠き、１５１…反射防止膜（第１反射防止膜）、１５２…反射防止膜（第２反射防止膜）、１５３…金属膜、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ａ３…第３領域、Ａ４…第４領域、ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３…中心軸、Ｂ１…樹脂接着剤、Ｂ２…接着層、Ｄ…方向、Ｌ…レーザ光。

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】