WO2021131171A1 - レーザ光源 - Google Patents

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light source
laser light
diode chip
lens
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出島　範宏
英明 竹田
英典 松尾
雅樹 大森
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Nichia Corp
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    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing

Definitions

  • This disclosure relates to a laser light source.
  • Laser light sources are used for various purposes such as processing, projectors, and lighting equipment.
  • a typical example of such a laser light source includes a laser diode chip, a submount that supports the laser diode chip, and a collimating lens that reduces the divergence angle of the laser light emitted from the laser diode chip (for example, Patent Document 1).
  • a lens such as a laser diode chip, a submount, and a collimating lens
  • the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser light source to the outside may be significantly deviated.
  • the laser light source of the present disclosure includes a semiconductor laminated structure including a light emitting layer, a substrate that supports the semiconductor laminated structure, and a first end face that emits laser light generated in the light emitting layer.
  • An end face emission type laser diode chip having a second end face opposite to the first end face, and the resonator length is defined by the distance from the first end face to the second end face.
  • the submount From the substrate of the laser diode chip, the submount, a lens joined to the end faces of the pair of lens support portions, the laser diode chip, the lens, and a semiconductor laser package accommodating the submount are provided.
  • the laser diode chip is fixed to the submount in a state where the light emitting layer is close to the submount, and the first end surface of the laser diode chip has a resonator length longer than the edge of the main plane. Protruding in the direction, the end faces of the pair of lens support portions project in the direction of the resonator length from the first end face of the laser diode chip.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing a planar configuration of the laser light source 100 of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a perspective view showing more details of the configuration in which the semiconductor laser package 40 and the pair of lead terminals 50 are omitted from the laser light source 100 of FIG. 1A.
  • FIG. 2B is a top view schematically showing the laser light source 100 of FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a sectional view taken along line IIC-IIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 2B.
  • FIG. 3A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 110 according to the first modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3B is a top view schematically showing the laser light source 110 of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a sectional view taken along line IIIC-IIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 3B.
  • FIG. 4A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 120 according to the second modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4B is a top view schematically showing the laser light source 120 of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a sectional view taken along line IVC-IVC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 4B.
  • FIG. 5A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 130 according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5B is a top view schematically showing the laser light source 130 of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a sectional view taken along line VC-VC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 5B.
  • FIG. 6A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 140 in the modified example 4 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6B is a top view schematically showing the laser light source 140 of FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line VIC-VIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 6B.
  • FIG. 7A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 150 in the modified example 5 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7B is a top view schematically showing the laser light source 150 of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a sectional view taken along line VIIC-VIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 7B.
  • FIG. 7D is a perspective view schematically showing a state in which the collimating lens 30 in the laser light source 150 of FIG. 7A is joined to the submount 20 by using the collet 60.
  • FIG. 8A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 200 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8B is a top view schematically showing the laser light source 200 of FIG.
  • FIG. 8C is a sectional view taken along line VIIIC-VIIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 8B.
  • FIG. 8D is a rear view schematically showing the laser light source 200 of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 210 according to the first modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • 9B is a top view schematically showing the laser light source 210 of FIG. 9A.
  • FIG. 9C is a sectional view taken along line IXC-IXC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 9B.
  • 9D is a rear view schematically showing the laser light source 210 of FIG. 9A.
  • FIG. 9A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 210 according to the first modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • 9B is a top view schematically showing the laser light source 210 of FIG. 9A.
  • FIG. 9C
  • FIG. 10A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 220 in the second modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B is a top view schematically showing the laser light source 220 of FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line XC-XC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 10B.
  • FIG. 10D is a perspective view schematically showing the fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30 of FIG. 10A.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing a planar configuration of the laser light source 100 of FIG. 1A.
  • the laser light source 100 in the present embodiment includes a laser diode chip 10, a submount 20 that supports the laser diode chip 10, a collimating lens 30 that is supported by the submount 20, and a semiconductor laser package that houses these elements or components. 40 and.
  • the laser light source 100 in the present embodiment includes a pair of lead terminals 50 that penetrate the semiconductor laser package 40 and supply electric power to the laser diode chip 10.
  • the semiconductor laser package 40 includes a lid 40L, a substrate 40b, and a translucent window 40w. In the laser light source 100 of the present embodiment, the laser light emitted from the laser diode chip 10 and collimated by the collimating lens 30 is taken out from the translucent window 40w.
  • FIG. 1A the lid 40L, the substrate 40b, and the translucent window 40w in the semiconductor laser package 40 are shown in a separated state for the sake of clarity of explanation, but they are actually joined.
  • FIG. 1B the description of the lid 40L in the semiconductor laser package 40 is omitted.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are orthogonal to each other are schematically shown.
  • the side in which the laser diode chip 10, the submount 20, and the collimating lens 30 are located in the substrate 40b may be referred to as "upper" in the present disclosure. This does not limit the orientation of the laser light source 100 when it is used, and the orientation of the laser light source 100 is arbitrary.
  • FIG. 2A is a perspective view showing more details of the configuration in which the semiconductor laser package 40 and the pair of lead terminals 50 are omitted from the laser light source 100 of FIG. 1A.
  • the region surrounded by the broken line in FIG. 2A represents an example of the detailed structure of the laser diode chip 10 arranged on the submount 20.
  • the submount 20 and the collimating lens 30 are shown in a separated state, but they are actually joined.
  • FIG. 2B is a top view schematically showing the laser light source 100 of FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a sectional view taken along line IIC-IIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 2B.
  • the side on which the collimating lens 30 is located may be referred to as "forward" with reference to the submount 20.
  • the laser diode chip 10 is an end face emission type laser diode chip, and is a semiconductor laminated structure 10a including a first clad layer 10C 1, a second clad layer 10C 2, and a light emitting layer 10L. It has a substrate 10b that supports the semiconductor laminated structure 10a, an emission end surface 10e 1 that emits high-power laser light generated by the light emitting layer 10L, and a rear end surface 10e 2 that is opposite to the emission end surface 10e 1. ..
  • the light emitting layer 10L is located between the first clad layer 10C 1 and the second clad layer 10C 2.
  • the laser diode chip 10 may include other layers such as a buffer layer and a contact layer.
  • the "exiting end face 10e 1 " may be referred to as a "first end face 10e 1”
  • the "rear end face 10e 2 " may be referred to as a " second end face 10e 2".
  • the laser diode chip 10 is fixed to the submount 20 in a face-down state in which the light emitting layer 10L is closer to the submount 20 than the substrate 10b.
  • the total size of the semiconductor laminated structure 10a and the substrate 10b in the laser diode chip 10 in the Y direction is about 80 ⁇ m.
  • the total size of the substrate 10b and the first clad layer 10C 1 in the Y direction is larger than the size of the second clad layer 10C 2 in the Y direction.
  • the distance between the light emitting layer 10L and the submount 20 is about 1/10 as compared with the face-up state in which the light emitting layer 10L is farther from the submount 20 than the substrate 10b.
  • the heat generated by the light emitting layer 10L can be efficiently transferred to the submount 20.
  • the output of the laser beam in this embodiment is, for example, 3 W or more and 50 W or less.
  • the semiconductor laminated structure 10a may have, for example, a double heterostructure forming an energy level of a quantum well.
  • the bandgap of the light emitting layer 10L is smaller than the bandgap of the first clad layer 10C 1 and the second clad layer 10C 2.
  • the substrate 10b and the first clad layer 10C 1 on the substrate 10b can each be formed from an n-type semiconductor.
  • the light emitting layer 10L may be formed of an intrinsic semiconductor, an n-type semiconductor, or a p-type semiconductor, and the second clad layer 10C 2 on the light emitting layer 10L may be formed of a p-type semiconductor.
  • the n-type and the p-type may be reversed.
  • the current injection from the p-type clad layer to the n-type clad layer causes a carrier inversion distribution in the light emitting layer 10L, and light is stimulated and emitted from the light emitting layer 10L.
  • the refractive index of the light emitting layer 10L is designed to be higher than the refractive index of the first clad layer 10C 1 and the second clad layer 10C 2 , and the light generated by the light emitting layer 10L is totally reflected into the light emitting layer 10L. Be trapped.
  • the light emitting layer 10L functions as a resonator, and laser light is emitted from the emission end face 10e 1 of the light emitting layer 10L.
  • the cavity length of the light emitting layer 10L is defined by the distance from the exit end face 10e 1 to the rear end face 10e 2.
  • the direction of the cavity length is parallel to the Z direction.
  • the resonator length is, for example, 500 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less. When the resonator length is long, the contact area between the laser diode chip 10 and the submount 20 can be widened, so that the heat generated in the light emitting layer 10L can be efficiently transferred to the submount 20.
  • the laser beam emitted from the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 diverges quickly in the YZ plane and diverges slowly in the XZ plane as it propagates.
  • the spot of the laser beam is a far field and has an elliptical shape in which the Y direction is the major axis and the X direction is the minor axis in the XY plane.
  • the laser diode chip 10 can emit purple, blue, green or red laser light in the visible region, or infrared or ultraviolet laser light.
  • the emission peak wavelength of purple is preferably in the range of 350 nm or more and 419 nm or less, and more preferably in the range of 400 nm or more and 415 nm or less.
  • the emission peak wavelength of blue light is preferably in the range of 420 nm or more and 494 nm or less, and more preferably in the range of 440 nm or more and 475 nm or less.
  • Examples of the semiconductor laser device that emits a purple or blue laser beam include a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor.
  • the nitride semiconductor for example, GaN, InGaN, and AlGaN can be used.
  • the emission peak wavelength of green light is preferably in the range of 495 nm or more and 570 nm or less, and more preferably in the range of 510 nm or more and 550 nm or less.
  • the semiconductor laser device that emits a green laser beam include a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor.
  • the nitride semiconductor for example, GaN, InGaN, and AlGaN can be used.
  • the emission peak wavelength of red light is preferably in the range of 605 nm or more and 750 nm or less, and more preferably in the range of 610 nm or more and 700 nm or less.
  • the semiconductor laser device that emits a red laser beam include a semiconductor laser device including an InAlGaP-based, GaInP-based, GaAs-based, and AlGaAs-based semiconductor.
  • the red light semiconductor laser device a semiconductor laser device having two or more waveguide regions can be used. A semiconductor laser device containing these semiconductors tends to have a lower output due to heat than a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor. By increasing the waveguide region, heat can be dispersed and the output decrease of the semiconductor laser device can be reduced.
  • the submount 20 is located on the opposite side of the main plane 20s 1 to which the laser diode chip 10 is fixed, the pair of lens support portions 20LS located on both sides of the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10, and the main plane 20s 1. has a rear surface 20s 2 which, the front end surface 20fe connecting the main planes 20s 1 and the back 20s 2.
  • the main plane 20s 1 and the front end face 20fe define the edge 20ed of the main plane 20s 1.
  • the pair of lens support portions 20LS are a pair of convex portions located on both sides of the laser diode chip 10 and extending in the Z direction.
  • the submount 20 has the following U-shape extending in the Z direction behind the front end surface 20fe.
  • This U-shape is mirror-symmetrical with respect to a plane parallel to the YZ plane, and is formed by dividing a square cylinder extending in the Z direction by a plane parallel to the XZ plane.
  • the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS project in the resonator length direction from the emission end faces 10e 1 of the laser diode chip 10.
  • the normal direction of the main plane 20s 1 is parallel to the Y direction.
  • the distance between the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS and the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 in the Z direction can be designed to be substantially equal to the focal length of the collimating lens 30.
  • the distance between the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS and the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 in the Z direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the size of the pair of lens support portions 20LS in the Y direction may be similar to the size of the collimating lens 30 in the Y direction.
  • the size of the pair of lens support portions 20LS in the Y direction may be larger, equal to, or smaller than the size of the collimating lens 30 in the Y direction.
  • the size of the pair of lens support portions 20LS in the Y direction is, for example, 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the size of the sub-mount 20 in the X direction is, for example, 1 mm or more and 3 mm or less
  • the size of the portion of the sub-mount 20 other than the pair of lens support portions 20LS in the Y direction is, for example, 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, and a pair.
  • the size of the portion other than the lens support portion 20LS in the Z direction is, for example, 1 mm or more and 6 mm or less.
  • the upper limit of the size can be determined from the viewpoint of miniaturization of the laser light source 100.
  • the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 projects in the resonator length direction from the edge 20ed of the main plane 20s 1.
  • the distance between the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 and the edge 20ed of the main plane 20s 1 in the Z direction is, for example, 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the bonding material for joining the laser diode chip and the submount is attached to the emission end face of the light emitting layer in the laser diode chip.
  • the output of the laser beam emitted from the laser diode chip may decrease.
  • such a decrease in the output of the laser light can be suppressed.
  • Part or all of the submount 20 may be formed from an alloy such as ceramic and CuW containing at least one selected from the group consisting of, for example, AlN, SiC, and alumina.
  • the submount 20 can be made, for example, by sintering ceramic powder.
  • the thermal conductivity of the ceramic can be, for example, 10 [W / m ⁇ K] or more and 500 [W / m ⁇ K] or less.
  • the ceramic may have a low coefficient of thermal expansion in order to suppress deformation due to heat applied when the laser diode chip 10 is fixed.
  • the coefficient of thermal expansion can be 2 ⁇ 10 -6 [1 / K] or more and 1 ⁇ 10 -5 [1 / K] or less.
  • a metal film such as gold plating having a thickness of, for example, 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less may be formed on the main plane 20s 1 and the back surface 20s 2 of the submount 20.
  • the metal film formed on the main plane 20s 1 allows the laser diode chip 10 to be joined to the main plane 20s 1 with , for example, gold tin.
  • the metal film formed on the back surface 20s 2 allows the submount 20 to be joined to the bottom 40b 1 with , for example, gold tin.
  • the collimator lens 30 is a so-called FAC (Fast Axis Collimator) lens that collimates a component of the laser light emitted from the laser diode chip 10 that is largely diverged in the YZ plane.
  • a so-called SAC (Slow Axis Collimator) lens (not shown) that collimates a small divergent component of the laser beam in the XZ plane can be arranged outside the laser light source 100, if necessary.
  • "collimating” includes not only making the laser light parallel light but also reducing the divergence angle of the laser light.
  • another lens such as a condenser lens may be used instead of the collimating lens 30.
  • the collimating lens 30 is a cylindrical lens having a structure extending in the X direction, and has no curvature in the X-axis direction and has a curvature in the Y direction.
  • the direction in which the collimating lens 30 extends is a direction perpendicular to both the normal direction of the main plane 20s 1 of the submount 20 and the longitudinal direction of the resonator. Since the size of the collimating lens 30 and the pair of lens support portions 20LS in the Y direction are about the same, the center of gravity of the collimating lens 30 is located between the pair of lens support portions 20LS when viewed from the resonator length direction. It is easy to install in. Due to this arrangement of the center of gravity of the collimating lens 30, the collimating lens 30 can be stably and accurately provided on the submount 20.
  • the height of the upper surface of the pair of lens support portions 20LS in the Y direction is substantially equal to the height of the upper surface of the collimating lens 30 in the Y direction when the back surface 20s 2 of the submount 20 is used as a reference.
  • the position of the collimating lens 30 with respect to the pair of lens support portions 20LS is roughly adjusted so that the above two heights are substantially equal to each other.
  • the position of the collimating lens 30 with respect to the pair of lens support portions 20LS is finely adjusted so that the laser beam is appropriately collimated.
  • the above two heights do not necessarily have to be substantially equal, and may be different.
  • the collimating lens 30 in the present embodiment is uniform along the X direction, it is not necessary to consider the alignment of the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 with the collimating lens 30 in the X direction.
  • the collimating lens 30 only the facing portion and the peripheral portion thereof opposite to the emitting end face 10e 1 of the laser diode chip 10 may be a uniform along the X direction. Therefore, the other side portions do not necessarily have to be uniform along the X direction and need not be transparent.
  • the size of both side portions of the collimating lens 30 in the Y direction may be larger, equal to, or smaller than the size of the opposing portion and its peripheral portion in the Y direction.
  • the collimating lens 30 can be formed from, for example, at least one of glass, quartz, synthetic quartz, sapphire, clear ceramic, and plastic.
  • the collimating lens 30 is joined to the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS in the Z direction. Even if there is some variation in the thickness of the bonding material that joins the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS, the variation has almost no effect on the position of the collimating lens 30 in the Y direction. Unlike the configuration of the present embodiment, it is also possible to arrange a pedestal having a plane parallel to the main plane 20s 1 in front of the submount 20 and provide the collimating lens 30 on the plane of the pedestal.
  • the position of the laser diode chip 10 and the collimating lens 30 shifts in the Y direction, and the laser light source There is a possibility that the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the 100 to the outside is greatly deviated.
  • the positional deviation between the laser diode chip 10 and the collimating lens 30 in the Y direction is less likely to occur, and the optical axis of the laser light emitted to the outside from the laser light source 100 is directed in the design direction. be able to.
  • the position of the collimating lens 30 Even if there is some variation in the thickness of the bonding material, the position of the collimating lens 30 only changes slightly along the optical axis of the laser beam, so that variation has almost no effect on the direction of the optical axis of the laser beam. Absent.
  • the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS can be joined with a bonding material of an inorganic material such as gold tin.
  • a metal film may be formed in advance on the joint surface of the collimating lens 30 and the end surface 20se of the pair of lens support portions 20LS. These metal films allow for joining with, for example, gold tin.
  • the bonding temperature of gold tin is about 280 ° C. If the thermal conductivity of the ceramic forming the submount 20 is low, it is possible to reduce the influence of the heat at the time of joining the collimating lens 30 and the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS on the laser diode chip 10.
  • the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS can be joined by a bonding material containing a thermosetting resin.
  • the bonding temperature of the thermosetting resin is about 100 ° C., which is lower than the bonding temperature of the inorganic material. Therefore, it is possible to further reduce the influence of the heat at the time of joining the collimating lens 30 and the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS on the laser diode chip 10.
  • the thermosetting resin can be heated, for example, by irradiating the position of the point P shown in FIG. 2A with a laser beam.
  • the distance between the position of the point P and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS in the Z direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the outgas is a laser. It is possible to suppress the approach to the diode chip 10. As a result, it is possible to suppress the occurrence of dust collection described later on the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10.
  • Some inorganic materials may contain organic substances as binders. Even if the bonding material is used for bonding the collimating lens 30 and the end surface 20se of the pair of lens support portions 20LS, it is possible to prevent the outgas generated by heating from approaching the laser diode chip 10.
  • the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS may be joined by direct bonding without using a joining material.
  • direct bonding include diffusion bonding, room temperature bonding, and anodic bonding.
  • the misalignment of the collimating lens 30 in the Y direction can be suppressed as in the bonding using the bonding material.
  • the submount 20 supports the laser diode chip 10 and the collimating lens 30. Since the distance between the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 and the collimating lens 30 is short, it is possible to reduce the divergence of the laser light emitted from the laser diode chip 10 by the small collimating lens 30 before it is largely diverged. it can. Therefore, it is possible to realize a small laser light source 100. Further, the diameter of the collimating beam that has passed through the collimating lens 30 can be reduced.
  • the semiconductor laser package 40 may airtightly seal the laser diode chip 10, the submount 20, and the collimating lens 30.
  • the laser diode chip 10 emits a laser beam having a short wavelength of, for example, 350 nm or more and 570 nm or less
  • the organic gas component contained in the atmosphere is decomposed by the laser beam, and the decomposed product is transferred to the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10. May adhere.
  • the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 is in contact with the outside air, the end face deterioration may progress during the operation due to dust collection or the like. Such end face deterioration can lead to a decrease in the optical output of the laser diode chip 10.
  • the semiconductor laser package 40 tightly seals the laser diode chip 10.
  • the airtight sealing by the semiconductor laser package 40 may be performed regardless of the length of the wavelength of the laser light emitted from the laser diode chip 10.
  • the substrate 40b in the semiconductor laser package 40 is in thermal contact with the back surface 20s 2 of the submount 20.
  • the substrate 40b can be formed from a material having high thermal conductivity.
  • the material is, for example, a metal containing at least one selected from the group consisting of Cu, Al, Ag, Fe, Ni, Mo, Cu, W, and CuMo.
  • the thermal conductivity is high between the bottom surface 40bt of the substrate 40b and the submount 20 in order to match the heights of the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 and the translucent window 40w.
  • a member 40 m may be provided.
  • the member 40m can be made of the same material as the portion of the substrate 40b that includes the bottom surface 40bt.
  • the submount 20 may be arranged on the raised bottom surface 40bt.
  • the portion of the substrate 40b that includes the bottom surface 40 bt can be formed, for example, from copper.
  • the portion of the substrate 40b that surrounds the laser diode 10, the submount 20, and the collimating lens 30 can be formed, for example, from Kovar.
  • Kovar is an alloy in which nickel and cobalt are added to iron, which is the main component.
  • the lid 40L in the semiconductor laser package 40 may be formed of the same material as the substrate 40b, or may be formed of a different material.
  • the translucent window 40w in the semiconductor laser package 40 is attached to the substrate 40b and transmits the laser light emitted from the laser diode chip 10.
  • the translucent window 40w in the semiconductor laser package 40 can be formed from, for example, at least one of glass, quartz, synthetic quartz, sapphire, transparent ceramic, and plastic, similar to the collimating lens 30.
  • Each of the pair of lead terminals 50 is electrically connected to the laser diode chip 10 by a wire as follows.
  • a metal film such as gold plating is formed on the upper surface of the laser diode chip 10.
  • the metal film and one of the pair of lead terminals 50 are electrically connected by a wire.
  • a metal film such as gold plating is formed on the main plane 20s 1 of the submount 20.
  • the metal film and the other of the pair of lead terminals 50 are electrically connected by a wire.
  • a current is injected from the second clad layer 10C 2 to the first clad layer 10C 1 in the laser diode chip 10 by the pair of lead terminals 50.
  • the pair of lead terminals 50 are electrically connected to an external circuit (not shown) that adjusts the emission timing and output of the laser beam emitted from the laser diode chip 10.
  • the pair of lead terminals 50 are made of a material having good conductivity. Examples of the material include metals such as Fe—Ni alloys and Cu alloys.
  • the submount 20 supports the laser diode chip 10 by the main plane 20s 1 between the pair of lens support portions 20LS, and the collimating lens 30 is supported by the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS. I support it.
  • the alignment between the laser diode chip 10 and the collimating lens 30 becomes easy, and a compact laser light source 100 can be realized.
  • it laser diode chip 10 is also disposed face down on a submount 20, to prevent the bonding material rises parsley the outgoing end face 10e 1 of the laser diode chip 10 Can be done.
  • FIG. 3A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 110 according to the first modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3B is a top view schematically showing the laser light source 110 of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a sectional view taken along line IIIC-IIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 3B.
  • the difference between the laser light source 110 in the first modification of the first embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the shape of the submount 20.
  • the front end face 20fe in the submount 20 has a central end face 20fe 1 and both side end faces 20fe 2 located on both sides of the central end face 20fe 1 .
  • the central end face 20fe 1 is recessed in the resonator length direction with respect to both side end faces 20fe 2.
  • Edge 20ed main plane 20s 1 in Modification 1 of Embodiment 1 is defined by a main plane 20s 1 and the central end surface 20Fe 1.
  • the size of the depression of the central end surface 20fe 1 in the Z direction is, for example, 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less
  • the size in the X direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less
  • the size from the main plane 20s 1 in the Y direction is, for example, 100 ⁇ m or more. It is 500 ⁇ m or less.
  • the recess does not necessarily have to penetrate in the Y direction.
  • the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 projects in the resonator length direction from the edge 20ed of the main plane 20s 1 defined by the main plane 20s 1 and the central end surface 20fe 1.
  • the both end faces 20fe 2 of the submount 20 project in the resonator length direction from the emission end faces 10e 1 of the laser diode chip 10, similarly to the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS.
  • the edge 20ed of the main plane 20s 1 defined by the main plane 20s 1 and the central end face 20fe 1 can prevent the bonding material from rising to the exit end face 10e 1 of the laser diode chip 10.
  • the sub-mount 20 according to the first modification of the first embodiment may be easily manufactured because only a part of the front end surface 20fe needs to be removed in the above-mentioned U-shape extending in the Z direction. Further, since the collimating lens 30 is joined to the L-shaped end face including the end face 20se and both side end faces 20fe 2 of the pair of lens support portions 20LS, the contact area between the collimating lens 30 and the submount 20 is widened, and the collimating lens 30 is joined. Can be easy.
  • FIG. 4A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 120 according to the second modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4B is a top view schematically showing the laser light source 120 of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a sectional view taken along line IVC-IVC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 4B.
  • the difference between the laser light source 120 in the second modification of the first embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the shape of the submount 20.
  • the submount 20 in the second modification of the first embodiment has a groove 20d extending along the length direction of the resonator between each of the pair of lens support portions 20LS and the laser diode chip 10.
  • the groove 20d is adjacent to the pair of lens support portions 20LS, but it is not always necessary to be adjacent to the groove 20d.
  • the size in the X direction of the grooves 20d and for example 100 ⁇ m or 500 ⁇ m or less, the size in the Y direction is, for example, 50 ⁇ m or 300 ⁇ m or less, the size of the main plane 20s 1 edge 20ed in the Z direction, for example, 1mm or 6mm It is as follows.
  • the groove 20d does not necessarily have to penetrate in the Z direction.
  • the groove 20d can reduce the influence of heat on the laser diode chip 10 at the time of joining the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS.
  • FIG. 5A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 130 according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5B is a top view schematically showing the laser light source 130 of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a sectional view taken along line VC-VC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 5B.
  • the difference between the laser light source 130 in the third modification of the first embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the configuration of the submount 20.
  • the submount 20 in the third modification of the first embodiment includes a first submount portion 20p 1 and a second submount portion 20p 2 .
  • the first submount portion 20p 1 has a pair of lens support portions 20LS on the upper surface 20us.
  • the first submount portion 20p 1 has the above-mentioned U-shape extending in the Z direction.
  • the first submount portion 20p 1 may be formed from an alloy such as ceramic and CuW containing at least one selected from the group consisting of, for example, AlN, SiC, and alumina.
  • the second submount portion 20p 2 is fixed to the upper surface 20us of the first submount portion 20p 1 and is located between the pair of lens support portions 20LS.
  • the second submount portion 20p 2 has a main plane 20s 1 on which the laser diode chip 10 is mounted and a front end surface 20fe facing the collimating lens 30.
  • the main plane 20s 1 is a surface of the first submount portion 20p 1 on the side opposite to the surface fixed to the upper surface 20us. In the present disclosure, it is not necessary that the front end surface 20fe and the back surface 20s 2 are directly connected. In this disclosure, to one side of the front end surface 20Fe, and in contact with one side of the main plane 20s 1, one side and the main plane 20s 1 front end surface 20Fe contact defines a main plane 20s 1 edge 20Ed.
  • the second submount portion 20p 2 may be formed from at least one selected from the group consisting of, for example, Cu, Al, Ag, Fe, Ni, Mo, Cu, W, CuW, CuMo, AlN, SiC and alumina. ..
  • the size of the second submount portion 20p 2 in the X direction is, for example, 0.5 mm or more and 1.5 mm or less
  • the size in the Y direction is, for example, 0.1 mm or more and 0.5 mm or less
  • the size in the Z direction is. For example, it is 1 mm or more and 6 mm or less.
  • the first sub-mount portions 20p 1 and the second sub-mount portions 20p 2 are separate, the second position of the sub-mount portion 20p 2 on the first sub-mount portions 20p 1 Can be adjusted.
  • the portion having the main plane 20s 1 and the portion having the pair of lens support portions 20LS may be separate bodies.
  • the size of the void 20 g in the X direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the size of the gap 20g in the Y and Z directions is determined by the size of the second submount portion 20p 2 in the Y and Z directions, respectively.
  • the gap 20 g reduces the influence of heat on the laser diode chip 10 at the time of joining the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS, similarly to the laser light source 120 in the second modification of the first embodiment. Can be done.
  • FIG. 6A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 140 in the modified example 4 of the first embodiment of the present disclosure.
  • the laser diode chip 10, the submount 20, and the collimating lens 30 are shown in a separated state, but they are actually joined.
  • FIG. 6B is a top view schematically showing the laser light source 140 of FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line VIC-VIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 6B.
  • the difference between the laser light source 140 in the fourth modification of the first embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the configuration of the submount 20.
  • the submount 20 in the fourth modification of the first embodiment has a through hole 20h reaching from the main plane 20s 1 to the back surface 20s 2 and a metal 20m filling the through hole 20h.
  • the portion of the submount 20 other than the through hole 20h can be formed of, for example, ceramic.
  • the metal 20m has a high thermal conductivity and may include, for example, at least one selected from the group consisting of Cu, Al, Ag, Fe, Ni, Mo, Cu, W, and CuMo.
  • the maximum size of the metal 20 m in the X direction is, for example, 0.5 mm or more and 1.5 mm or less, and the maximum size in the Z direction is, for example, 1 mm or more and 6 mm or less.
  • the metal 20 m may be entirely overlapped with the laser diode chip 10 or may be partially overlapped with the laser diode chip 10 in a top view. By arranging the laser diode chip 10 in contact with the metal 20 m in the submount 20, the heat generated from the laser diode chip 10 can be efficiently transferred to the semiconductor laser package 40 via the metal 20 m.
  • FIG. 7A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 150 in the modified example 5 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7B is a top view schematically showing the laser light source 150 of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a sectional view taken along line VIIC-VIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 7B.
  • the difference between the laser light source 150 in the modified example 5 of the first embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the shape of the collimating lens 30.
  • the collimating lens 30 in the fifth modification of the first embodiment has a pair of flat portions 30f and a lens curved portion 30c sandwiched between the pair of flat portions 30f.
  • the lens curved surface portion 30c in the modified example 5 of the first embodiment functions as an FAC lens in the same manner as the collimating lens 30 in the first embodiment.
  • FIG. 7D is a perspective view schematically showing a state in which the collimating lens 30 in the laser light source 150 of FIG. 7A is joined to the submount 20 by using the collet 60.
  • the collet 60 has a bifurcated portion 60a and a support portion 60b connected to the bifurcated portion 60a.
  • the collet 60 has a hollow structure and can attract and support the collimating lens 30. Specifically, the tip of the bifurcated portion 60a of the collet 60 attracts the pair of flat portions 30f of the collimating lens 30.
  • the support portion 60b is held by the mounting device, the collimating lens 30 is supported by the bifurcated portion 60a, and the collimating lens 30 is joined to the submount 20 so as to be perpendicular to the end surface 20se of the pair of lens support portions 20LS.
  • the load can be applied stably in various directions. With the load applied, the bonding material between the collimating lens 30 and the end face 20se of the pair of lens support portions 20LS is heated.
  • a mirror may be provided between the bifurcated portions 60a of the collet 60.
  • the collimating lens 30 is joined to the submount 20 while emitting the laser beam from the laser diode chip 10 in the Z direction, and the laser beam reflected in the Y direction by a mirror (not shown) is received by the light receiving device to form the collimating lens 30.
  • the alignment of the laser diode chip 10 with the emission end face 10e 1 can be performed with high accuracy.
  • the light receiving device can be, for example, a power meter, a parallelism measuring instrument, or a beam profiler.
  • FIG. 8A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 200 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8B is a top view schematically showing the laser light source 200 of FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a sectional view taken along line VIIIC-VIIIC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 8B.
  • FIG. 8D is a rear view schematically showing the laser light source 200 of FIG. 8A.
  • the difference between the laser light source 200 in the second embodiment and the laser light source 100 in the first embodiment is the configuration of the submount 20.
  • the submount 20 in the second embodiment includes a third submount portion 20p 3 and a fourth submount portion 20p 4 .
  • the third submount portion 20p 3 has a main plane 20s 1 , a back surface 20s 2 , and a front end surface 20fe.
  • the fourth submount portion 20p 4 has a pair of lens support portions 20LS fixed to the main plane 20s 1 of the third submount portion 20p 3 and a connecting portion 20L connecting the pair of lens support portions 20LS. Connecting portion 20L connects the pair of lens support portions 20LS so as not to interfere with the propagation of laser light emitted from the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10.
  • the third submount portion 20p 3 and the fourth submount portion 20p 4 are separate bodies.
  • the portion having the main plane 20s 1 and the portion having the pair of lens support portions 20LS may be separate bodies.
  • the third submount portion 20p 3 , the fourth submount portion 20p 4 , and the collimating lens 30 are described in a separated state, but they are actually joined.
  • the pair of lens support portions 20LS and the connecting portion 20L in the fourth submount portion 20p 4 are integrally molded.
  • the connecting portion 20L overlaps the emission end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 in top view.
  • the fourth submount portion 20p 4 is arranged on the main plane 20s 1 of the third submount portion 20p 3 so as to straddle the laser diode chip 10. Since the size of the fourth submount portion 20p 4 in the X direction is larger than the size of the third submount portion 20p 3 in the X direction, the area of the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS can be increased. .. As a result, it becomes easy to join the collimating lens 30 to the end faces 20se of the pair of lens support portions 20LS.
  • the size of the pair of lens support portions 20LS of the fourth submount portion 20p 4 in the Y direction may be similar to the size of the collimating lens 30 in the Y direction.
  • the size of the pair of lens support portions 20LS of the fourth submount portion 20p 4 in the Y direction may be larger, equal to, or smaller than the size of the collimating lens 30 in the Y direction.
  • the size of the fourth submount portion 20p 4 in the X direction is, for example, 0.5 mm or more and 4 mm or less
  • the maximum size in the Y direction is, for example, 0.5 mm or more and 2 mm or less
  • the size in the Z direction is, for example, It is 0.5 mm or more and 1 mm or less.
  • the third submount part and step of the main plane 20s 1 bonding the laser diode chip 10 of the 20p 3, third sub-mount portion so as to straddle the laser diode chip 10 20p
  • the third sub-mount portions 20p 3 of the laser diode chip 10 is joined to the main plane 20s 1, may be joined to the fourth sub-mount portions 20p 4 to the collimator lens 30 are joined.
  • the submount 20 a laser diode chip 10 is supported by the main plane 20s 1 between the pair of lens support portions 20LS, a pair of lenses
  • the collimating lens 30 is supported by the end surface 20se of the support portion 20LS. This facilitates the alignment of the laser diode chip 10 and the collimating lens 30, and makes it possible to realize a compact laser light source 200.
  • the bonding material emits the laser diode chip 10. it is possible to suppress the rise parsley on the end surface 10e 1.
  • FIG. 9A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 210 according to the first modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • 9B is a top view schematically showing the laser light source 210 of FIG. 9A.
  • FIG. 9C is a sectional view taken along line IXC-IXC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 9B.
  • 9D is a rear view schematically showing the laser light source 210 of FIG. 9A.
  • the difference between the laser light source 210 in the first modification of the second embodiment and the laser light source 200 in the second embodiment is the shape of the fourth submount portion 20p4 in the submount 20.
  • the fourth submount portion 20p 4 in the first modification of the second embodiment has a notch 20co between the pair of lens support portions 20LS in the fourth submount portion 20p 4 in the second embodiment. Due to the notch 20co, as shown in FIGS. 9B and 9C, the connecting portion 20L does not overlap the emitting end surface 10e 1 of the laser diode chip 10 in top view.
  • the size of the notch 20co in the X direction is, for example, 0.2 mm or more and 3 mm or less, and the size in the Z direction is, for example, 0.5 mm or more and 1 mm or less.
  • Notch size in the Z direction 20co has an end surface 20se of the pair of lens support portions 20LS, larger than the size in the Z direction between the third sub-mount portion 20p of 3 in the main plane 20s 1 edge 20Ed.
  • FIG. 10A is a perspective view schematically showing a configuration example of the laser light source 220 in the second modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B is a top view schematically showing the laser light source 220 of FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line XC-XC parallel to the YZ plane having the configuration of FIG. 10B.
  • FIG. 10D is a perspective view schematically showing the fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30 shown in FIG. 10A.
  • the difference between the laser light source 220 in the second modification of the second embodiment and the laser light source 200 in the second embodiment is the fourth submount portion 20p 4 in the submount 20 and the collimating lens 30.
  • the fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30 in the second modification of the second embodiment are integrally molded. Since it is not necessary to join the fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30, the size of the fourth submount portion 20p 4 in the X direction in the second modification of the second embodiment is the fourth size in the second embodiment. It does not have to be as large as the size of the submount portion 20p 4 in the X direction.
  • the size of the fourth submount portion 20p 4 in the second modification of the second embodiment in the X direction is, for example, 0.2 mm or more and 3 mm or less, and the maximum size in the Y direction is, for example, 0.3 mm or more and 1 mm or less.
  • the size in the Z direction is, for example, 0.5 mm or more and 1 mm or less.
  • the integrally molded fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30 can be formed from, for example, at least one of glass, quartz, synthetic quartz, sapphire, transparent ceramic, and plastic.
  • the integrally molded fourth submount portion 20p 4 and the collimating lens 30 are transparent, the alignment between the emission end face 10e 1 of the laser diode chip 10 and the collimating lens 30 becomes easy.
  • the laser light source of the present disclosure can be used, for example, as a light source of a direct diode laser that combines a plurality of laser beams to increase the output. Beam coupling is performed by accurately coupling the laser beams emitted from a plurality of laser light sources. A high-intensity laser beam having a wavelength of 570 nm or less facilitates processing of metals such as copper.
  • the position of the laser diode chip and the lens is unlikely to shift, so that the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser light source to the outside does not shift significantly. It is possible to accurately combine the laser beams emitted from a plurality of laser light sources and improve the beam quality.
  • the laser light source of the present disclosure can also be used, for example, in a projector and a lighting fixture.
  • Laser diode chip 10a Semiconductor laminated structure 10b Substrate 10C 1 First clad layer 10C 2 Second clad layer 10e 1 Emission end face 10e 2 Rear end face 10L Light source 20 Submount 20co Notch 20d Groove 20ed Edge 20fe Front end face 20fe 1 Central end face 20fe 2 Both side end faces 20L Connecting part 20LS Lens support part 20p 1 First submount part 20p 2 Second submount part 20p 3 Third submount part 20p 4 Fourth submount part 20s 1 Main plane 20s 2 Back side 20se End face of pair of lens support parts 20us Top surface of first submount part 30 Collimated lens 30c Lens curved part 30f Flat part 40 Semiconductor laser package 40b Base 40L Lid 40w Translucent window 50 Lead terminal 60 Collet 60a 2 Also part 60b Support part 100, 110, 120, 130, 140, 150 Laser light source 200, 210, 220 Laser light source

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Abstract

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提供する。レーザ光源は、発光層と、前記発光層を支持する基板と、前記発光層で発生したレーザ光を出射する出射端面を有する、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出射端面の両側に位置する一対のレンズ支持部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、これら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出射端面は、前記主平面のエッジよりも突出し、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の端面よりも突出する。

Description

レーザ光源
　本開示は、レーザ光源に関する。
　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。
特開２０００－９８１９０号公報
　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。
　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。
　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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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の第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。
　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。
　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。
　（実施形態１）
　まず、図１Ａおよび図１Ｂ、ならびに図２Ａから図２Ｃを参照して、本開示の実施形態１におけるレーザ光源の基本的な構成例を説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（実施形態２）
　次に、図８Ａから図８Ｄを参照して、本開示の実施形態２におけるレーザ光源の基本的な構成例を説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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、プロジェクタ、および照明器具にも利用され得る。
　　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

Claims (20)

  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する、レーザ光源。
  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。
  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。
  4. 　前記サブマウントは、
    　前記一対のレンズ支持部を上面に有する第１のサブマウント部分と、
    　前記第１のサブマウント部分の前記上面に固定され、前記主平面を有する第２のサブマウント部分と、
    を含む、請求項１または２に記載のレーザ光源。
  5. 　前記一対のレンズ支持部のそれぞれと前記第２のサブマウント部分との間には、空隙が存在する、請求項４に記載のレーザ光源。
  6. 　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。
  7. 　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６のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  8. 　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７のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  9. 　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８に記載のレーザ光源。
  10. 　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９のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  11. 　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１０のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  12. 　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１１のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  13. 　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１２のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  14. 　前記一対のレンズ支持部は、前記レーザダイオードチップの両側において前記共振器長の方向に延びている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  15. 　前記サブマウントは、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する連結部をさらに有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
  16. 　前記連結部は、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、請求項１５に記載のレーザ光源。
  17. 　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、請求項１５または１６に記載のレーザ光源。
  18. 　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１５または１６に記載のレーザ光源。
  19. 　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。
  20. 　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１９のいずれか一項に記載のレーザ光源。

     
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