JP2021048234A - 半導体レーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のチップオンサブマウント素子を搭載しながらも、従来より小型の半導体レーザ光源装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ光源装置は、第一導電領域と、第一導電領域に対して電気的に絶縁された第二導電領域とを有し、両者が非対称な位置関係で配置されたサブマウントと、サブマウントに載置された半導体レーザチップと、サブマウントと半導体レーザチップとを含んでなる複数個のチップオンサブマウント素子が電気的に直列に接続された状態で相互に離間して載置されたステムブロックと、電気的に両端に位置する一対の前記チップオンサブマウント素子に対してそれぞれ電気的に接続される第一給電ピン及び第二給電ピンからなる一対の給電ピンとを有する。第一給電ピンは、当該第一給電ピンに最も近いサブマウントの領域のうち、半導体レーザチップよりも第二給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体レーザ光源装置に関し、特に、複数の半導体レーザチップを有する半導体レーザ光源装置に関する。

従来、サブマウントに半導体レーザチップが載置されてなる素子（チップオンサブマウント素子、「ＣｏＳ素子」とも称される。）が、同一パッケージに複数搭載された、半導体レーザ光源装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。

ところで、半導体レーザチップの導通試験は、通常、パッケージに組み上げられた後に実行されており、その時点でチップの不具合が確認されると材料等が無駄になる。特に、上記特許文献１に開示された構成のように、複数のチップオンサブマウント素子が同一パッケージに組み込まれた場合、１つの素子でも初期不良が生じていると、導通試験でパッケージ全体が不良品となって材料等の無駄が大きい。

例えば、単一の半導体レーザチップの歩留まりが９５％であるとしても、同一のパッケージに１０個の半導体レーザチップが搭載されていると、同一のパッケージ内に１つの不良状態の素子が含まれる確率は約６０％程度となる。このため、半導体レーザチップ毎に導通試験が行えるのが好ましい。

一方で、各半導体レーザチップがステムブロック上に固定される前、すなわち個々で独立した状態で導通試験等を行って不良を確認する方式が考えられるが、不良確認のためにレーザチップにピン押圧が行われると、押圧時の荷重によりレーザチップが破壊されたり、または、ダメージが加わり短寿命になったり、といった問題がある。

かかる観点から、下記特許文献２には、半導体レーザチップがステムブロック上に固定された後であっても、半導体レーザチップ毎に導通試験を行うことのできる、チップオンサブマウント素子及びその製造方法が開示されている。

特開２０１３−１９１７８７号公報 特開２０１８−０７３９２４号公報

近年、市場からは、より小型で高輝度の半導体レーザ光源装置の要求が高まりを見せている。本発明者らの鋭意研究により、特許文献２に開示された構造のチップオンサブマウント素子を複数用いて小型の半導体レーザ光源装置を実現しようとすると、ワイヤ（ボンディングワイヤ）の取り回しの空間を確保する必要があるため、小型化には限界があることを突き止めた。

本発明は、上記の課題に鑑み、複数のチップオンサブマウント素子を搭載しながらも、従来より小型の半導体レーザ光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体レーザ光源装置は、
第一導電領域と、前記第一導電領域に対して電気的に絶縁された第二導電領域とを有し、前記第一導電領域と前記第二導電領域とが非対称な位置関係で配置された、サブマウントと、
前記サブマウントの前記第一導電領域上に載置された半導体レーザチップと、
前記サブマウントと前記半導体レーザチップとを含んでなる、複数個のチップオンサブマウント素子が、電気的に直列に接続された状態で相互に離間して載置された、ステムブロックと、
電気的に両端に位置する一対の前記チップオンサブマウント素子に対して、それぞれ電気的に接続される、第一給電ピン及び第二給電ピンからなる一対の給電ピンと、を有し、
前記第一給電ピンは、当該第一給電ピンに最も近い前記チップオンサブマウント素子である第一チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも、前記第二給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されていることを特徴とする。

隣接するチップオンサブマウント素子（以下、適宜「ＣｏＳ素子」と略記する。）同士、及びＣｏＳ素子と給電ピンをワイヤ接続するためには、ワイヤを取り回すための空間が必要となる。

上記の構成によれば、第一給電ピンは、この第一給電ピンに最も近い第一ＣｏＳ素子に対して、第一ＣｏＳ素子に搭載された半導体レーザチップよりも、第二給電ピン側でワイヤ接続される。このため、第一給電ピンを第一ＣｏＳ素子側に接近させたとしても、第一ＣｏＳ素子上でワイヤ接続される箇所と第一給電ピンとの間の距離は一定程度確保されるため、ワイヤを取り回すための空間が確保できる。

これにより、ＣｏＳ素子と第一給電ピンの離間距離が近接できるため、装置全体の小型化が実現される。詳細は「発明の詳細な説明」の項で後述される。

前記第一ＣｏＳ素子に対して前記第二給電ピン側に隣接する前記ＣｏＳ素子は、前記第一ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第一給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されているものとしても構わない。

前記ステムブロック上に載置された全ての前記サブマウントは、同一の形状を呈した前記サブマウントが、同一の向き、又は前記ステムブロックの面上で所定の角度だけ回転させた状態で配置されているものとしても構わない。

上記構成によれば、全てのサブマウントとして、同一設計下で生成された素子を利用することができるため、高い信頼性を維持しつつ、低い製造コストの下で、小型で高輝度の半導体レーザ光源装置が実現される。

上記において、前記第一ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントは、前記第二給電ピンに最も近い前記ＣｏＳ素子である第二ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントを、１８０°回転させた状態で配置されているものとしても構わない。

前記第一ＣｏＳ素子に対して前記第二給電ピン側に隣接する前記ＣｏＳ素子は、前記第一ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第二給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されているものとしても構わない。

かかる構成によれば、第一給電ピンを第一ＣｏＳ素子側に更に接近させることができるため、半導体レーザ光源装置の更なる小型化が実現される。

前記第二給電ピンは、当該第二給電ピンに最も近い前記ＣｏＳ素子である第二ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第一給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されているものとしても構わない。

かかる構成によれば、第一給電ピンを第一ＣｏＳ素子側に接近させると共に、第二給電ピンを第二ＣｏＳ素子側に接近させることができるため、半導体レーザ光源装置の更なる小型化が実現される。

前記第一導電領域は、Ｌ字型形状を呈し、
前記第二導電領域は、矩形型形状を呈しているものとしても構わない。

前記第二給電ピンは、前記第一導電領域に対してワイヤ接続され、
前記第二給電ピンから前記第一給電ピンに向かって電流が流れるものとしても構わない。

上記の構成によれば、サブマウントの第一導電領域が、半導体レーザチップのｐ層側に接触される。半導体レーザチップにおいて、発光層はｎ層よりもｐ層に近い位置に存在するため、ｐ層側をサブマウントに近づけることで、高い冷却性能が実現される。この結果、半導体レーザチップに対する高い冷却性能を確保しつつも、小型で高輝度な半導体レーザ光源装置が実現される。

前記第二給電ピンは、当該第二給電ピンに最も近い前記ＣｏＳ素子である第二ＣｏＳ素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第一給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されているものとしても構わない。

上記構成によれば、第一給電ピンのみならず、第二給電ピンについても、ＣｏＳ素子に対して近接して配置できる。これにより、従来よりも更に小型の半導体レーザ光源装置が実現される。

隣接する半導体レーザチップ同士の間隔が実質的に等しいものとしても構わない。ここで、「間隔が実質的に等しい」とは、各間隔の最大値と最小値の差が、各間隔の平均値に対して１％未満であることを指す。

かかる構成によれば、例えば、各半導体レーザチップから出射されたレーザ光が入射される、レンズなどの光学系を実装するにあたって、複数のレンズが均等に配置されてなるレンズアレイを用いることができるなど、光学的な設計が容易化される。

前記第一給電ピンと前記ＣｏＳ素子、隣接する前記ＣｏＳ素子同士、及び前記第二給電ピンと前記ＣｏＳ素子を接続するワイヤは、直径が１０μｍ以上、１００μｍ以下であるものとしても構わない。より詳細には、前記ワイヤは、直径が１ｍｉｌ（２５．４μｍ）以上、２ｍｉｌ（５０．８μｍ）以下であるものとしても構わない。

例えば、φ２ｍｉｌのワイヤを用いることにより、溶断電流が上昇するため、ワイヤの本数を少なくすることができる。

なお、第一給電ピンと第一ＣｏＳ素子とを接続するワイヤの本数、隣接するＣｏＳ素子同士を接続するワイヤの本数、及び第二給電ピンと第二ＣｏＳ素子とを接続するワイヤの本数は、それぞれ同一であっても構わないし、異なっていても構わない。

本発明の半導体レーザ光源装置によれば、複数のＣｏＳ素子を搭載しながらも、従来より小型の構成を実現することができる。

本発明の半導体レーザ光源装置の第一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 図１に示す半導体レーザ光源装置をＹ方向に見たときの模式的な平面図の一部である。 図２の一部拡大図である。 チップオンサブマウント素子（ＣｏＳ素子）の構造を模式的に示す平面図である。 ＣｏＳ素子に対して通電用のテストを行う様子を模式的に示す斜視図である。 図３の一部拡大図である。 従来の半導体レーザ光源装置の構成を、図２にならって模式的に示す平面図である。 図７の一部拡大図である。 従来の半導体レーザ光源装置において、給電ピンの近傍の位置におけるワイヤの接続態様を模式的に示す平面図である。 本発明の半導体レーザ光源装置の第一実施形態において、給電ピンの近傍の位置におけるワイヤの接続態様を模式的に示す平面図である。 半導体レーザ光源装置の第二実施形態における、各ＣｏＳ素子同士、及び、各ＣｏＳ素子と給電ピンとの電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。 半導体レーザ光源装置の第三実施形態における、各ＣｏＳ素子同士、及び、各ＣｏＳ素子と給電ピンとの電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。 半導体レーザ光源装置の第四実施形態における、各ＣｏＳ素子同士、及び、各ＣｏＳ素子と給電ピンとの電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。

本発明に係る半導体レーザ光源装置の各実施形態につき、図面を参照して説明する。以下の各図面は、模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比とは一致していない。また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
半導体レーザ光源装置の第一実施形態につき、図面を参照して説明する。

図１は、半導体レーザ光源装置の第一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。以下の説明では、図１に示すＸＹＺ座標系が適宜参照される。図２は、図１に示す半導体レーザ光源装置１をＹ方向に見たときの模式的な平面図の一部である。

以下の説明では、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「−Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「−Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

図１〜図２に示すように、本実施形態の半導体レーザ光源装置１は、Ｘ方向に沿って複数配列されたチップオンサブマウント素子２（以下、適宜「ＣｏＳ素子２」と略記する。）と、各ＣｏＳ素子２が固定されるステムブロック１２と、ステムブロック１２を固定するステムベース１１と、ステムベース１１に固定された一対の給電ピン１０を備える。ＣｏＳ素子２は、サブマウント３と半導体レーザチップ４を有し、サブマウント３の面上に半導体レーザチップ４が載置された状態の素子である。

なお、本明細書では、一対の給電ピン１０のそれぞれを区別して記載するときは、それぞれを「給電ピン１０ａ」、「給電ピン１０ｂ」と称し、区別せずに記載するときは単に「給電ピン１０」と称することがある。

本実施形態において、給電ピン１０ｂが「第一給電ピン」に対応し、給電ピン１０ａが「第二給電ピン」に対応する。以下の第三実施形態、及び第四実施形態においても同様である。

本実施形態の例では、各ＣｏＳ素子２（各半導体レーザチップ４）はＸＺ平面上においてＸ方向に並べられて配置されている。各半導体レーザチップ４は、＋Ｚ側における側面に、＋Ｚ方向にレーザ光を出射する光出射領域（エミッタ）を有する。各半導体レーザチップ４から＋Ｚ方向に出射されたレーザ光は、キャップ１３に設けられた窓部１４を介して、半導体レーザ光源装置１の外部に取り出される。

本実施形態では、後述するように、隣接するサブマウント３同士のＸ方向に係る間隔は異なる箇所が存在する一方、隣接する半導体レーザチップ４同士のＸ方向に係る間隔は実質的に一致している。

キャップ１３は、内部を気密にすることで、半導体レーザチップ４を保護する目的で設けられており、例えばステムベース１１に対して抵抗溶接などの方法で接合されている。また、窓部１４は、レーザ光を外部に取り出すために設けられており、例えばキャップ１３に設けられた開口に光透過性の樹脂膜で覆われてなる。ただし、本発明において、半導体レーザ光源装置１がキャップ１３を備えるか否かは任意である。

半導体レーザチップ４は、基板と基板上に積層された多層の半導体層とを含んでなり、半導体層の構成材料に応じて決定される波長のレーザ光を出射する。例えば、半導体層が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなどからなる活性層を含む場合、半導体レーザチップ４は、波長が６００ｎｍ〜８００ｎｍ帯の、いわゆる赤色光のレーザ光を出射する。ただし、本発明において、半導体レーザ光源装置１が出射するレーザ光の波長は限定されない。

サブマウント３は、例えば面上に電極配線が設けられることで、載置されている半導体レーザチップ４に対する給電のための電気的な接続が形成される。また、サブマウント３は、半導体レーザチップ４の発光時に生じる熱を、ステムブロック１２側に導く機能も有している。サブマウント３は、放熱性、絶縁性、半導体レーザチップ４との線膨張係数差などに鑑み、適宜材料が選択される。一例として、サブマウント３は、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ＣｕＷなどの材料で構成される。

サブマウント３と半導体レーザチップ４との電気的な接続関係は、図３を参照して後述される。

ステムベース１１は、ステムブロック１２及び一対の給電ピン１０を、それぞれ固定する機能を有する。本実施形態において、ステムベース１１は、面上にステムブロック１２及びキャップ１３が固定されると共に、Ｚ方向に貫通して設けられた穴に給電ピン１０が挿通されている。

ステムベース１１とキャップ１３との固定の際に抵抗溶接が利用される場合には、ステムベース１１は抵抗溶接が可能で、比較的熱伝導率の高い材料（例えば鉄や鉄合金）で構成される。なお、ステムベース１１とキャップ１３とが接着剤で固定される場合には、ステムベース１１は鉄や鉄合金よりも熱伝導率の高い金属や合金（例えば銅、銅合金）で構成されても構わない。

なお、ステムベース１１とステムブロック１２とは、銀ロウなどの金属ロウ材、金属共晶半田材、金属接着材などによって固定されるものとして構わない。

給電ピン１０は、図示しない電源部から供給される電力を、ワイヤ７を介して各半導体レーザチップ４に対して供給するために設けられている。給電ピン１０は、コバールなどの鉄合金などの導電性材料で構成される。より詳細には、ステムベース１１に対してＺ方向を貫通するように形成された貫通孔内に、中空状（筒状）に形成された低融点ガラスなどの絶縁部材が嵌め込まれており、その内側に給電ピン１０が挿入されることで、給電ピン１０とステムベース１１との間の絶縁性が確保されている。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１における、各ＣｏＳ素子２同士、及び、各ＣｏＳ素子２と給電ピン１０との電気的な接続関係につき、図２及び図３を参照して説明する。図３は、図２の一部拡大図である。

以下では、説明の都合上、Ｘ方向に配列された各ＣｏＳ素子２を区別するために、図２に図示されるように、「ＣｏＳ素子２１」、「ＣｏＳ素子２２」、「ＣｏＳ素子２３」と異なる符号を付して説明する。より詳細には、給電ピン１０ａに最も近いＣｏＳ素子２を「ＣｏＳ素子２１」と称し、ＣｏＳ素子２１に対して−Ｘ側に隣接するＣｏＳ素子２を「ＣｏＳ素子２２」と称し、給電ピン１０ｂに最も近いＣｏＳ素子２を「ＣｏＳ素子２３」と称する。ＣｏＳ素子２３が「第一チップオンサブマウント素子（第一ＣｏＳ素子）」に対応し、ＣｏＳ素子２１が「第二チップオンサブマウント素子（第二ＣｏＳ素子）」に対応する。

また、図３に図示されるように、異なるＣｏＳ素子（２１，２２，２３）に搭載されている各サブマウント３を区別するために、それぞれサブマウント（３１，３２，３３）と称する。

更に、図３に図示されるように、各ワイヤ７を区別するために、以下のように規定する。給電ピン１０ａとＣｏＳ素子２１とを接続するワイヤ７を「ワイヤ７０ａ」と称する。同一のＣｏＳ素子２（２１，２２，２３）内の異なる箇所同士を接続するワイヤ７を「ワイヤ７１」と称する。隣接するＣｏＳ素子２（２１，２２，２３）同士を接続するワイヤ７を「ワイヤ７２」と称する。給電ピン１０ｂとＣｏＳ素子２３とを接続するワイヤ７を「ワイヤ７０ｂ」と称する。

各ワイヤ７は、直径が１０μｍ以上、１００μｍ以下であり、好ましくは、１ｍｉｌ（２５．４μｍ）以上、２ｍｉｌ（５０．８μｍ）以下である。

各サブマウント３（３１，３２，３３）には、相互に絶縁された複数の導電領域（３Ｐ，３Ｎ）が形成されている。また、これらの各導電領域（３Ｐ，３Ｎ）は、Ｘ方向に関して非対称な形状を呈している。この点につき、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、ＣｏＳ素子２の構造を模式的に示す平面図である。上述したように、ＣｏＳ素子２は、サブマウント３上に半導体レーザチップ４が載置されてなる。サブマウント３は、導電領域３Ｐと、導電領域３Ｐに対して電気的に絶縁された導電領域３Ｎとを有する。本実施形態において、導電領域３ＰはＬ字型形状を呈しており、導電領域３Ｎは矩形型形状を呈している。そして、図４に示すように、導電領域３Ｐと導電領域３Ｎとは、Ｘ方向に関して非対称な形状である。

本実施形態では、導電領域３Ｐが「第一導電領域」に対応し、導電領域３Ｎが「第二導電領域」に対応する。

更に、本実施形態では、「導電領域３Ｐ」が、半導体レーザチップ４のｐ層側の面に電気的に接続され、「導電領域３Ｎ」が、半導体レーザチップ４のｎ層側の面に電気的に接続されている。

半導体レーザチップ４は、サブマウント３の導電領域３Ｐの面上の一部に載置されている。そして、半導体レーザチップ４のサブマウント３とは反対側の面と、サブマウント３の導電領域３Ｎの面とが、ワイヤ７１によって接続されている。

サブマウント３の導電領域３Ｐ及び導電領域３Ｎには、それぞれテスト用の通電ピン（５０Ｎ，５０Ｐ）を接触させるためのピン用領域（３Ｐａ．３Ｎａ）が確保されている（図５参照）。図５は、ＣｏＳ素子２に対して通電用のテストを行う様子を模式的に示す図面である。

図４及び図５に示すように、各ＣｏＳ素子２がテスト用の通電ピン（５０Ｐ，５０Ｎ）を接触させるためのピン領域（３Ｐａ．３Ｎａ）を有することで、ステムブロック１２上に固定された後であっても、各ＣｏＳ素子２毎に通電テストを行うことができる。

すなわち、サブマウント（３１，３２，３３）は、それぞれ、導電領域（３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ）と、導電領域（３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ）に対して電気的に絶縁された導電領域（３１Ｎ，３２Ｎ，３３Ｎ）とを有する。導電領域（３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ）と導電領域（３１Ｎ，３２Ｎ，３３Ｎ）とは、Ｘ方向に関して非対称な形状である。

次に、図３に戻って、各ＣｏＳ素子２及び各給電ピン１０の電気的な接続関係について説明する。

サブマウント３１の導電領域３１Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。半導体レーザチップ４のサブマウント３１とは反対側の面と、サブマウント３１の導電領域３１Ｎの面の一部とが、ワイヤ７１によって接続されている。サブマウント３１の導電領域３１Ｐの面の一部と給電ピン１０ａとが、ワイヤ７０ａによって接続されている。なお、サブマウント３１が備える導電領域３１Ｐのうち、ワイヤ７０ａを介して給電ピン１０ａに接続される箇所は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側（＋Ｘ側）に位置している。

サブマウント３２の導電領域３２Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。半導体レーザチップ４のサブマウント３２とは反対側の面と、サブマウント３２の導電領域３２Ｎの面上の一部とが、ワイヤ７１によって接続されている。導電領域３２Ｐの面の一部と、＋Ｘ方向に隣接するサブマウント３１の導電領域３１Ｎの面の一部とが、ワイヤ７２によって接続されている。サブマウント３２が備える導電領域３２Ｐのうち、ワイヤ７２を介してサブマウント３１の導電領域３１Ｎに接続される箇所は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側（＋Ｘ側）に位置している。

サブマウント３３の導電領域３３Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。半導体レーザチップ４のサブマウント３３とは反対側の面と、サブマウント３３の導電領域３３Ｎの面の一部とが、ワイヤ７１によって接続されている。導電領域３３Ｐの面の一部と、＋Ｘ方向に隣接するサブマウント３２の導電領域３２Ｎの面の一部とが、ワイヤ７２によって接続されている。サブマウント３３の導電領域３３Ｎの面の一部と、給電ピン１０ｂとがワイヤ７０ｂによって接続されている。

ここで、図３に示すように、サブマウント３３は、サブマウント３１及びサブマウント３２と比較して、ＸＺ平面上で１８０°回転させてなる形状を呈している。すなわち、導電領域３３Ｎは、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側（＋Ｘ側）に位置している。この結果、給電ピン１０ｂとサブマウント３３（の導電領域３３Ｎ）とを接続するワイヤ７０ｂは、ＣｏＳ素子２３が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線される。

なお、本実施形態では、サブマウント３２とサブマウント３３とを接続するワイヤ７２についても、ＣｏＳ素子２３が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線されている。言い換えれば、サブマウント３３が備える導電領域３３Ｐのうち、ワイヤ７２を介してサブマウント３２（の導電領域３２Ｎ）に接続される箇所は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ｂ側（−Ｘ側）に位置している。

各半導体レーザチップ４のＸ方向に係る離間距離は実質的に一定である。一方で、上述したように、サブマウント３３は、サブマウント３１及びサブマウント３２と比較して、ＸＺ平面上で１８０°回転させた態様で配置されている。この結果、本実施形態の半導体レーザ光源装置１では、サブマウント３２とサブマウント３３の離間距離ｄ２３は、サブマウント３１とサブマウント３２の離間距離ｄ１２よりも小さくなる。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１によれば、給電ピン１０ｂをＸ方向に関してサブマウント３３に近接した位置に配置したとしても、給電ピン１０ｂの接続先である導電領域３３Ｎは、半導体レーザチップ４よりも＋Ｘ側に位置しているため、給電ピン１０ｂと導電領域３３Ｎとの間には、ワイヤ７０ｂを取り回すのに充分な距離が確保される。この結果、給電ピン１０ｂとサブマウント３３との間のＸ方向に係る離間距離ｄ１を短くできるため、半導体レーザ光源装置１の小型化が実現できる（図６参照）。図６は、図３における、給電ピン１０ｂ及びＣｏＳ素子２３の近傍の拡大図である。

この点に関し、従来の電気的接続方法であれば、給電ピン１０ｂをサブマウントに近接配置できないことにつき、図７及び図８を参照して説明する。図７は、従来の配線方法で各ＣｏＳ素子１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）及び各給電ピン１０（１０ａ，１０ｂ）が接続された、半導体レーザ光源装置１００の構成を模式的に示す平面図であり、図８は、給電ピン１０ｂに最も近いＣｏＳ素子１１０ｃに搭載されたサブマウント１１２の配線を説明するための拡大図である。なお、図７及び図８において、図１〜図６と共通する箇所は共通の符号を付している。

従来の半導体レーザ光源装置１００は、各ＣｏＳ素子１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）が備えるサブマウント１１２は、同一の形状且つ同一の向きで配置される。給電ピン１０ａと、Ｘ方向に整列配置された、各ＣｏＳ素子１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）と、給電ピン１０ｂとを接続する各ワイヤ１２０は、相互にクロスすることなく配線される。この結果、各ＣｏＳ素子１１０同士の間隔ｄａは実質的に一定値となる。

図８に示すように、給電ピン１０ｂに最も近いＣｏＳ素子１１０ｃに搭載されたサブマウント１１２は、導電領域１１２Ｐ上に半導体レーザチップ１１１が載置され、この半導体レーザチップ１１１よりも−Ｘ側、すなわち給電ピン１０ｂに近い側に位置する導電領域１１２Ｎが、ワイヤ１２０によって給電ピン１０ｂと接続される。

このため、給電ピン１０ｂとサブマウント１１２との間には、これらを接続するためのワイヤ１２０の取り回しに必要な離間距離ｄｂが必要となる。この離間距離ｄｂは、図６を参照して上述したように、本実施形態における半導体レーザ光源装置１における、給電ピン１０ｂとサブマウント３３との間のＸ方向に係る離間距離ｄ１よりは大きくなる。この点につき、図９Ａ及び図９Ｂを参照して更に説明する。

図９Ａは、従来の半導体レーザ光源装置１００において、給電ピン１０ｂ近傍の領域を模式的に示す平面図である。また、図９Ｂは、本実施形態の半導体レーザ光源装置１において、給電ピン１０ｂ近傍の領域を模式的に示す平面図である。なお、図９Ａ及び図９Ｂは、図３及び図８とは異なり、Ｚ方向から各半導体レーザ光源装置（１００，１）を見たときの模式的な平面図に対応する。

給電ピン１０ｂと、給電ピン１０ｂに最も近い位置に配置されたサブマウント（１１０ｃ，２３）とをワイヤ接続する際には、キャピラリー２０と呼ばれる、ボンディング用の器材が利用される。このため、給電ピン１０ｂと各サブマウント（１１０ｃ，２３）との間には、キャピラリー２０を設置するための空間が必要となる。すなわち、給電ピン１０ｂと各サブマウント（１１０ｃ，２３）との間には、Ｘ方向に関して、キャピラリー２０の設置のための離間距離ｄ２０が必要である。

ここで、従来の半導体レーザ光源装置１００の場合、図８を参照して上述したように、サブマウント１１２の、半導体レーザチップ１１１よりも給電ピン１０ｂに近い側（すなわち−Ｘ側）の位置において、半導体レーザチップ１１１とサブマウント１１２とがワイヤ接続されている。このため、サブマウント１１２のうち、半導体レーザチップ１１１よりも−Ｘ側の位置において、半導体レーザチップ１１１とサブマウント１１２とを接続するためのワイヤを打つための領域、すなわち、図９Ａに示す離間距離ｄｃを確保する必要がある。言い換えれば、給電ピン１０ｂとサブマウント１１２とを接続するためのワイヤ１２０を引き回すために用いられるキャピラリー２０は、サブマウント１１２の面のうち、半導体レーザチップ１１１が形成されている領域から−Ｘ側に離間距離ｄｃだけ離して設置する必要がある。

これに対し、本実施形態の半導体レーザ光源装置１の場合、図６を参照して上述したように、給電ピン１０ｂが接続されるサブマウント３３の領域は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ｂから離れる側（すなわち＋Ｘ側）の位置である。つまり、サブマウント３３の面上において、給電ピン１０ｂに接続するためのワイヤ７０ｂが形成される領域は、サブマウント３３に接続するためのワイヤ７２が形成される領域とは、半導体レーザチップ４を介して反対側である。よって、給電ピン１０ｂとサブマウント３３とをワイヤ７０ｂによって接続する際に、サブマウント３２とサブマウント３３とを接続するためのワイヤ７２の引き回し位置を考慮する必要がない。この結果、本実施形態の半導体レーザ光源装置１は、従来の半導体レーザ光源装置１００と比べて、給電ピン１０ｂとサブマウント３３の離間距離を小さくでき、装置の小型化が実現される。

更に、本実施形態の半導体レーザ光源装置１では、各サブマウント（３１，３２，３３）は、同一の設計の素子を利用することができる。すなわち、サブマウント３１及びサブマウント３２は、同一の向きでステムブロック１２上に配置し、サブマウント３３は、サブマウント３１を１８０°回転させた状態でステムブロック１２上に配置すればよい。

［第二実施形態］
半導体レーザ光源装置の第二実施形態につき、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を割愛する。以下の実施形態においても同様である。

図１０は、本実施形態における半導体レーザ光源装置１の各ＣｏＳ素子２同士、及び、各ＣｏＳ素子２と給電ピン１０との電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１は、第一実施形態と比較して、給電ピン１０の極性が反転されている。すなわち、給電ピン１０ａがサブマウント３１の導電領域３１Ｎに接続され、給電ピン１０ｂがサブマウント３３の導電領域３３Ｐに接続されている。より詳細には、以下の通りである。

サブマウント３１の導電領域３１Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。サブマウント３１の導電領域３１Ｎの面の一部と、給電ピン１０ａとがワイヤ７０ａによって接続されている。半導体レーザチップ４のサブマウント３１とは反対側の面と、サブマウント３１の導電領域３１Ｎの面の一部とが、ワイヤ７１によって接続されている。サブマウント３１の導電領域３１Ｎは、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａから離れる側（−Ｘ側）に位置する。このため、ワイヤ７０ａは、ＣｏＳ素子２１が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線されている。

サブマウント３２の導電領域３２Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。サブマウント３２の導電領域３２Ｎの面の一部と、＋Ｘ方向に隣接するサブマウント３１の導電領域３１Ｐの面の一部とが、ワイヤ７２によって接続されている。このワイヤ７２が接続されるサブマウント３１の導電領域３１Ｐの位置は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側（＋Ｘ側）である。このため、ワイヤ７２は、ＣｏＳ素子２１が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線されている。また、半導体レーザチップ４のサブマウント３２とは反対側の面と、サブマウント３２の導電領域３２Ｎの面上の一部とが、ワイヤ７１によって接続されている。

サブマウント３３の導電領域３３Ｐの面上の一部に半導体レーザチップ４が載置されている。サブマウント３３の導電領域３３Ｎの面の一部と、＋Ｘ方向に隣接するサブマウント３２の導電領域３２Ｐの面の一部とが、ワイヤ７２によって接続されている。サブマウント３３の導電領域３３Ｐの面上の一部と給電ピン１０ｂとが、ワイヤ７０ｂによって接続されている。

本実施形態では、給電ピン１０ａが「第一給電ピン」に対応し、給電ピン１０ｂが「第二給電ピン」に対応する。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１によれば、第一実施形態と同様の理由によりサブマウント３１と給電ピン１０ａとの離間距離を従来よりも小さくできるため、従来の半導体レーザ光源装置１００よりも小型化できる。

なお、本実施形態の半導体レーザ光源装置１においても、各サブマウント（３１，３２，３３）は、同一の設計の素子を利用することができる。

［第三実施形態］
半導体レーザ光源装置の第三実施形態につき、上記各実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図１１は、本実施形態における半導体レーザ光源装置１の各ＣｏＳ素子２同士、及び、各ＣｏＳ素子２と給電ピン１０との電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１は、第一実施形態と比較して、サブマウント３３の形状及び配線方法が異なっている。より詳細には、サブマウント３３は、半導体レーザチップ４が載置される領域よりも＋Ｘ側の領域が幅広となるような形状を呈した導電領域（３３Ｐ，３３Ｎ）を有している。

第一実施形態と同様に、サブマウント３２の導電領域３２Ｎの面の一部と、−Ｘ方向に隣接するサブマウント３３の導電領域３３Ｐの面上の一部とが、ワイヤ７２によって接続されている。ただし、本実施形態では、第一実施形態と異なり、ワイヤ７２が接続されるサブマウント３３の導電領域３３Ｐの位置が、半導体レーザチップ４よりもサブマウント３２側に位置する領域に形成されている。

なお、給電ピン１０ｂの接続先であるサブマウント３３の導電領域３３Ｎが、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側に位置する領域に形成され、ワイヤ７０ｂが、ＣｏＳ素子２３が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線されている点については、第一実施形態と同じである。

かかる構成によれば、給電ピン１０ｂに最も近い位置のサブマウント３３は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ｂ側に位置する導電領域（この実施形態では導電領域３３Ｐ）には、ワイヤが接続されていない。このため、給電ピン１０ｂとサブマウント３３との間のＸ方向に係る離間距離ｄ１を、第一実施形態の半導体レーザ光源装置１よりも更に小さくすることができる。この結果、半導体レーザ光源装置１全体の装置規模が縮小化される。

なお、本実施形態の構成においても、第二実施形態と同様に、給電ピン１０の極性を反転させても構わない。

［第四実施形態］
半導体レーザ光源装置の第三実施形態につき、上記各実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

図１２は、本実施形態における半導体レーザ光源装置１の各ＣｏＳ素子２同士、及び、各ＣｏＳ素子２と給電ピン１０との電気的な接続関係を、図３にならって図示した図面である。

本実施形態の半導体レーザ光源装置１は、第三実施形態と比較して、サブマウント３１の形状及び配線方法が異なっている。より詳細には、サブマウント３１は、半導体レーザチップ４が載置される領域よりも−Ｘ側の領域が幅広となるような形状を呈した導電領域（３１Ｐ，３１Ｎ）を有している。

本実施形態では、第三実施形態と異なり、給電ピン１０ａの接続先であるサブマウント３１の導電領域３１Ｐが、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ｂ側（−Ｘ側）に位置する領域に形成されている。この結果、給電ピン１０ａとサブマウント３１とを接続するワイヤ７０ａがＣｏＳ素子２１が備える半導体レーザチップ４を跨ぐように配線されている。

かかる構成によれば、第三実施形態と同様に、給電ピン１０ｂに最も近い位置のサブマウント３３は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ｂ側に位置する導電領域には、ワイヤが接続されていない。更に、これに加えて、給電ピン１０ａに最も近い位置のサブマウント３１は、半導体レーザチップ４よりも給電ピン１０ａ側に位置する導電領域には、ワイヤが接続されていない。この結果、給電ピン１０ｂとサブマウント３３との間のＸ方向に係る離間距離ｄ１、及び給電ピン１０ａとサブマウント３１との間のＸ方向に係る離間距離ｄ２をかなり小さくすることができ、半導体レーザ光源装置１全体の装置規模が縮小化される。

なお、本実施形態の構成においても、第二実施形態と同様に、給電ピン１０の極性を反転させても構わない。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉上記各実施形態では、半導体レーザ光源装置１が、Ｘ方向の一列に並べられた、複数のＣｏＳ素子２を備える構成について説明した。しかし、半導体レーザ光源装置１が備える複数のＣｏＳ素子２は、一列に整列されていなくてもよく、例えば、複数行×複数列のマトリクス状に配置されていても構わない。

〈２〉上記各実施形態では、複数のＣｏＳ素子２が、ステムブロック１２の同一面上に配置されているものとして説明した。しかし、例えば、ステムブロック１２がＺ方向から見たときにＹ方向に関して位置が異なる階段状を呈しており、複数のＣｏＳ素子２がそれぞれ、Ｙ方向に係る位置の異なるステムブロック１２の面上に配置されていても構わない。

〈３〉上記各実施形態では、ステムブロック１２の面上に、３個のＣｏＳ素子２が搭載されている場合について説明した。しかし、ＣｏＳ素子２の数は、複数である限りにおいて３個に限定されるものではない。すなわち、ＣｏＳ素子２の数は、２個でも構わないし、４個以上であっても構わない。

〈４〉上記各実施形態では、給電ピン１０とＣｏＳ素子２とを接続するワイヤ７（７０ａ，７０ｂ）、同一のＣｏＳ素子２内の異なる箇所同士を接続するワイヤ７（７１）、隣接するＣｏＳ素子２１同士を接続するワイヤ７（７２）のそれぞれが、４本ずつ配線されている場合について図示されていた。しかし、各ワイヤ７（７０ａ，７０ｂ，７１，７２）の本数は４本には限定されない。また、各ワイヤ７（７０ａ，７０ｂ，７１，７２）の本数が相互に異なっていても構わない。

なお、ワイヤ７の直径を太くすることで、ワイヤ７の本数を少なくできるため、半導体レーザ光源装置１の小型化の観点からは好ましい。

〈５〉上記各実施形態では、ステムブロック１２がステムベース１１の面上に載置されている場合について説明した。しかし、ステムベース１１にＺ方向に貫通する貫通孔が設けられ、ステムブロック１２がこの孔部に嵌合するように配置されているものとしても構わない。この場合、ステムブロック１２は、ステムベース１１に対して＋Ｚ方向に突出するように嵌合される。なお、ステムブロック１２が、ステムベース１１に対して＋Ｚ方向及び−Ｚ方向の双方に突出するように嵌合されていても構わない。

なお、ステムベース１１に設けられた貫通孔の内側面とステムブロック１２とが、銀ロウなどの金属ロウ材、金属共晶半田材、金属接着材などの接合材を介して固定されているものとして構わない。

〈６〉上記各実施形態において、導電領域３ＰがＬ字型形状を呈し、導電領域３Ｎが矩形型形状を呈しているものとして説明したが、これらの形状は任意である。

〈７〉上記各実施形態では、半導体レーザチップ４の面のうち、サブマウント３に近い側の面がｐ層側である場合を例示して説明した。しかし、本発明は、半導体レーザチップ４の面のうち、サブマウント３に近い側の面が、ｎ層側である場合を排除しない。

１ ： 半導体レーザ光源装置
２（２１，２２，２３） ： チップオンサブマウント素子（ＣｏＳ素子）
３（３１，３２，３３） ： サブマウント
３Ｐ，３Ｎ ： 導電領域
３Ｐａ，３Ｎａ ： ピン用領域
４ ： 半導体レーザチップ
７（７０ａ，７０ｂ，７１，７２） ： ワイヤ
１０（１０ａ，１０ｂ） ： 給電ピン
１１ ： ステムベース
１２ ： ステムブロック
１３ ： キャップ
１４ ： 窓部
２０ ： キャピラリー
５０Ｐ，５０Ｎ ： 通電ピン
１００ ： 従来方法で配線された半導体レーザ光源装置
１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ） ： ＣｏＳ素子
１１１ ： 半導体レーザチップ
１１２ ： サブマウント
１２０ ： ワイヤ

Claims (9)

1. 第一導電領域と、前記第一導電領域に対して電気的に絶縁された第二導電領域とを有し、前記第一導電領域と前記第二導電領域とが非対称な位置関係で配置された、サブマウントと、
   前記サブマウントの前記第一導電領域上に載置された半導体レーザチップと、
   前記サブマウントと前記半導体レーザチップとを含んでなる、複数個のチップオンサブマウント素子が、電気的に直列に接続された状態で相互に離間して載置された、ステムブロックと、
   電気的に両端に位置する一対の前記チップオンサブマウント素子に対して、それぞれ電気的に接続される、第一給電ピン及び第二給電ピンからなる一対の給電ピンと、を有し、
   前記第一給電ピンは、当該第一給電ピンに最も近い前記チップオンサブマウント素子である第一チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第二給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されていることを特徴とする、半導体レーザ光源装置。
2. 前記ステムブロック上に載置された全ての前記サブマウントは、同一の形状を呈した前記サブマウントが、同一の向き、又は前記ステムブロックの面上で所定の角度だけ回転させた状態で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
3. 前記第一チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントは、前記第二給電ピンに最も近い前記チップオンサブマウント素子である第二チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントを、１８０°回転させた状態で配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体レーザ光源装置。
4. 前記第一チップオンサブマウント素子に対して前記第二給電ピン側に隣接する前記チップオンサブマウント素子は、前記第一チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第二給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ光源装置。
5. 前記第二給電ピンは、当該第二給電ピンに最も近い前記チップオンサブマウント素子である第二チップオンサブマウント素子が備える前記サブマウントの領域のうち、前記半導体レーザチップよりも前記第一給電ピン側に位置する領域に、ワイヤ接続されていることを特徴とする、請求項１又は４に記載の半導体レーザ光源装置。
6. 前記第一導電領域は、Ｌ字型形状を呈し、
   前記第二導電領域は、矩形型形状を呈していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
7. 前記第二給電ピンは、前記第一導電領域に対してワイヤ接続され、
   前記第二給電ピンから前記第一給電ピンに向かって電流が流れることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
8. 隣接する前記半導体レーザチップ同士の間隔が実質的に等しいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。
9. 前記第一給電ピンと前記チップオンサブマウント素子、隣接する前記チップオンサブマウント素子同士、及び前記第二給電ピンと前記チップオンサブマウント素子を接続するワイヤは、直径が１０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ光源装置。

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