JPS5946434B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS5946434B2
JPS5946434B2 JP53001348A JP134878A JPS5946434B2 JP S5946434 B2 JPS5946434 B2 JP S5946434B2 JP 53001348 A JP53001348 A JP 53001348A JP 134878 A JP134878 A JP 134878A JP S5946434 B2 JPS5946434 B2 JP S5946434B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザ素子からの出力光を取り出す光学
的窓と、該窓を支持する支持部材とを有する半導体レー
ザ装置に関する。
第１図は本発明を応用できる半導体レーザ装置の一部を
破断した斜視図であつて、図面の都合上各素子のリード
線は省略してある。
図に石いて、１は金属より成る基台部、２は光学的窓３
を支持し半導体レーザ素子４等を保護する為の支持部材
としての円筒部であり、円筒部２と基台部１と光学的窓
３により密閉空間を形成するものである。かかる密閉空
間には、その一部を前記円筒部２及び基台部１に密着固
定した金属ブロック５を載置する。この冷却ユニット６
はペルチエ素子７より成るものであり、８は放熱端部、
９は冷却端部であるが、この放熱端部８は前記ブロック
５と密着して固定して成るものである。したがつて、冷
却ユニット６を駆動することにより、金属板よりなる前
記放熱端部８が発熱すると、この熱はブロック５を介し
て円筒部２もしくは基台部１に伝達され、かかる円筒部
２、基台部１により外部に発散させるものである。
一方、金属板等より成る前記冷却端部９の上に半導体レ
ーザ素子４を載置固定する。
半導体レーザ素子に電圧を印加することにより、レーザ
光Ｌｉ、Ｌ２を放射するものである。また１１はフォト
ダイオードの如き光検出器でレーザ光Ｌ２を検出する。
１２は温度検出器でその検出出力により半導体レーザ素
子４の温度を一定に保つものである。
１３は電源等への接続端子である。
前記光学的窓は通常ガラスで形成され、前記光学的窓３
と円筒部２との接合は、気密性を必要とする為、ガラス
融着法により行なわれていた。
第２図に従来の半導体レーザ装置の円筒部と光学的窓を
示す。作製法は次の通りである。まず必要とするサイズ
に加工された円筒部２と光学的窓３を所定の位置にセッ
トし、これを前記光学的窓３のガラスの材質によつて決
まる温度（一般には４００〜５００℃）の炉に入れゆつ
くり炉中で融着させる。
その後、炉冷あるいは空冷の後完成する。しかしながら
、ガラス融着法によると接着は十分に行なわれるが、高
温で処理されるのでガラス面に歪を生じ、またガラス内
に処理、泡の発生等の問題を生ずる。したがつて半導体
レーザ素子からのレーザ光をレンズ系で結像させると、
結像スポツトの大きさが本来のものより大きくなり、高
解像性を有する機器には使用できない欠点があつた。本
発明は上述の如き欠点を除いた半導体レーザ装置を提供
することを目的としている。
更に詳細に言えば、半導体レーザ素子からの出力光を取
り出す光学的窓と、該窓を支持する支持部材とを有する
半導体レーザ装置において、前記光学的窓と前記支持部
材とを軟ロウ金属により気密接着したことを特徴とする
半導体レーザ装置を提供することを目的としている。本
発明による半導体レーザ装置を図面を用いて以下に説明
する。
第３図は本発明のレーザ装置の光学的窓と該窓の支持部
材としての円筒部の断面図を示したものである。図に石
いて、２は円筒部、３′は光学的窓ガラス、１５は軟ロ
ウ金属である。前記窓ガラス丁と円筒部２の材質は熱膨
張係数が同じあるいは近いものる選び、第４図に示すよ
うに前記窓ガラスぎは接合部のみを残し使用半導体レー
ザの波長に合わせたコーテイング層１６を設けたものを
用いている。光学用窓ぎと、円筒部２との接合方法を第
５図を用いて説明する。
まず円筒部２をホツトプレート１８の上に乗せ、円筒部
２に軟ロウ金属１５をのせる。円筒部は前記軟ロウ金属
の融点より２０〜１００℃程度高温に保持し、コーテイ
ングされた光学的窓ぎを円筒部２の使定の位置にのせ、
超音波ボンダーチツプ１７で前記光学的窓ガラスぎと円
筒部２に適当な圧力と超音波出力により、数秒以内で接
合を行ない、その後ゆつくり冷却を行ない接合が完了す
る。光学的窓ガラスぎは全く溶けることなく、つまり窓
ガラス３′が軟化変形することなく軟ロウ金属１５のみ
が溶け、軟ロウ金属内の元素と光学的窓ガラス内の酸素
とが化学結合する。また軟ロウ金属１５は円筒部２が金
属でできているとすれば円筒部２内に拡散して結合する
ものである。また温度の上昇により窓ガラス３′と円筒
部２は膨張するので、できれば膨張係数の等しいもの同
志の方が歪を？こすことなく結合できるものである。し
たがつて、窓ガラス３′の面精度・は接合前と接合後で
ほとんど変化しないものである。な８光学的窓ガラス３
′のコーテイングはレーザ光の透過量、反射光量を問題
にしなければする必要がない。
軟ロウ金属１５の融点が低いので窓ガラス３′に歪脈理
、泡等を生ずることなく接合を完了できるものである。
このようにして作られた光学的窓ガラスぎと円筒部２で
構成される円筒部内に乾燥空気あるいはチツソを充填し
、または真空状態にし半導体レーザの基台部１に気密シ
ールする事により半導体レーザの寿命は伸び各種環境に
εいても安定な特性を示すようになる。
以下に本発明を実施化する為に行なつた実験結果につい
て詳細に説明する。
実施例 １ 円筒部２の材質は（２９Ｎｉ−１８Ｃ０一残Ｆｅ）合金
、光学的窓ガラスぎは光学的窓ガラスＥ２、熱膨張係数
（線膨張係数）はそれぞれ合金 ４７×１０−７／℃ガ
ラス４９Ｘ１０−７／℃ のものを用い軟ロウ金属は市販品の（Ｓｎ−Ｐｂ）合金
と各種添加元素を含んだ融点１９０℃のもの（後述）を
使用した。
まず円筒部の窓ガラスののる部分に超音波ボンダーにて
軟ロウ金属をのせる。この時軟ロウ金属が多すぎるとガ
ラス面に軟ロウ金属がはみ出し、レーザ光をさえぎるこ
とがあるので軟ロウ金属は適量とする。次にホツトプレ
ートを２２０〜２４０℃に保持し、ホツトプレート上に
円筒部をのせ軟ロウ金属を溶かしておく。
そしてコーテイングされた窓ガラスを円筒部の所定の位
置に置き、超音波ボンダーにて約５１＜９／Ｃｌｌ位の
圧力をかけ適当な強さの超音波を数秒かけることにより
、窓ガラスと円筒部との接合を行なつた。その後、断熱
材上におさ空冷した。でき上がつた半導体レーザの光学
ガラスのガラス面の歪を波長λ＝８３０ｎｍの光を用い
て干渉計で測定した所、すべてのサンプルの表面の歪が
理想面に対してλ／３以内の歪に収つていた。
一方接合部の接着強度も１０ｋｇ／ＣＴｌｌ以上の値が
得られて右り、気密度もヘリウムリークテストの結果ま
つたくもれは検出されなかつた。また結像特件を調べた
所、設計上１００μｍの結像スポツトの径がほぼ１００
μｍの値を示した。一方従来の方法で作られた半導体レ
ーザの光学的窓を使用した所同じ測定条件にδいてガラ
スの中心部で１５０μｍのスポツト径となり約２λの歪
があつた。周辺部での歪は極めて大きくなつている。実
施例 ２円筒部の材質は（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）合金、窓
ガラスは光学ガラ゛スＦ２を用い、熱膨張係数（線膨張
係数）はそれぞれ合金 ９．６〜１０．４×１０−６
／℃Ｆ２８．７×１０−６／℃ であり、軟ロウ金属は実施例１と同じものを使い、実施
例１と同じ実験を行なつた所、歪，気密度はほぼ司じ結
果を得ることができた。
強度もばらつきはあるが１０ｋｇ／ｍｌは得るることが
できる。尚、円筒部合金と窓ガラスの組み合わせは膨張
係数の等しいものが好ましいが、この接合法によれば軟
ロウ金属自身に歪の吸収性があるので少々の膨張係数の
違いはガラスの歪には問題にならない。実施例 ３ 光学的窓ガラスの反射防止をする為、使用レーザの波長
（λ＝８３０ｎｍ）に合わせガラス両面に適当な厚さの
コーテイング膜をつけた。
コーテイング膜はガラス面よりＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，
ＭｇＦの順務こコーテイングを行ないＭｇＦが外気と接
している。このコーテイングを施した光学的窓ガラスを
軟ロウ金属により円筒部に超音波接合を行なつた。全面
にコーテイングを施した場合、接合面の強度は約１ｋｇ
／Ｃｒｌｌ以下と弱く、気密度も十分でなかつた。しか
し接合面にコーテイング膜をつけないで光学用窓ガラス
と円筒部との接合を行なうと実施例１に示されるように
十分な強度と気密度が得られた。このように金属一非金
属接合あるいは非金属一非金属接合の組み合わせに？い
ては酸化物の存在が大きく接合に寄与するので、酸化物
が非金属の接合面にない場合には十分な接合が行なわれ
ない。
それ故、本実施例のようにＭｇＦ層と円筒部の接合に右
いてはガラスの接合部はコーテイング層がない方が接合
がより完全に行なわれる。なお、本実施例に？いてはＺ
ｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＦの３層コーテイングを行な
つたが使用半導体レーザの波長にあわせたコーテイング
ならなんでも構わない。
超音波ロウ付用の軟ロウ金属材料については以下のよう
な材料が考えられる。
（１） Ｐｂ−Ｓｎ合金 添加元素＝Ｚｎ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂｉ，Ｓｂ（２）
Ｉｎ−Ｓｎ合金添加元素＝Ｚｎ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｂｉ （３） Ｂｉ−Ｓｎ合金 添加元素＝Ｚｎ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂｉ，Ｓｂ（４）
Ｓｎ−Ｚｎ合金添加元素＝Ｚｎ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｂｉ，
Ｓｂ等が考えうる金属材料であるが、本実施例に？いて
は（１）の材料を使用した。
以上説明したように本発明によれば回折損失が少なくビ
ーム径の安定した出力光を得ることができるばかりでな
く、高い気密性のある半導体レーザを提供することが可
能となつたものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を応用できる半導体レーザの一部を破
断した斜視図、第２図は、従来の半導体レーザ装置の円
筒部と光学的窓の断面図、第３図は、本発明の半導体レ
ーザ装置の円筒部と光学的窓の断面図、第４図は、光学
的窓の断面図、第５図は、円筒部と光学的窓の接合方法
を示す断面図を各々示す。 図において、１・・・・・羞台部、２・・・・・・円筒
部、３δよびぎ・・・・・・光学的窓、４・・・・・伴
導体レーザ素子、１５・・・・・・軟ロウ金属、１６・
・・・・・コーテイング層、１７・・・・・・超音波ボ
ンダーチツプ、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体レーザ素子からの出力光を取り出す光学的ガ
    ラス窓と、該窓を支持する支持部材とを有する半導体レ
    ーザ装置において、前記光学的ガラス窓と前記支持部材
    とをガラス中の酸素と化学結合する元素を添加した軟ロ
    ウ金属により、この軟ロウ金属と上記窓のガラス面が直
    接密着するようにして、気密接着したことを特徴とする
    半導体レーザ装置。 ２ 前記光学的ガラス窓を形成する材料の膨張係数と、
    前記支持部材の膨張係数とが大略等しいことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。
JP53001348A 1978-01-10 1978-01-10 半導体レ−ザ装置 Expired JPS5946434B2 (ja)

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