JP7417045B2

JP7417045B2 - 光源装置

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Inventors: 忠明宮田
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Filing date: 2019-10-23
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Description

本開示は複数のレーザダイオードを備える光源装置に関する。

複数のレーザダイオードを備える光源装置が様々な用途において開発されている。先行文献１はマルチビーム半導体レーザアレイを開示している。このマルチビーム半導体レーザアレイは、各発光素子の間の熱干渉を抑制するために、一対の高熱伝導基板のうちの一方に実装した複数の発光素子と、他方に実装した複数の発光素子とを一対の高熱伝導基板の間に交互に配置する構成を有している。

特開２００５－３５３６１４号公報

光源装置の放熱性を改善することを目的とする。

本開示の光源装置は、非限定的で例示的な実施形態において、第１実装面を有する第１サブマウントと、前記第１実装面に対向する第２実装面を有する第２サブマウントと、前記第１サブマウントと前記第２サブマウントとの間に位置する第１レーザダイオードであって、ｐ側電極面、および前記ｐ側電極面の反対側に位置するｎ側電極面を有する第１レーザダイオードと、前記第１サブマウントと前記第２サブマウントとの間に位置する第２レーザダイオードであって、ｐ側電極面、および前記ｐ側電極面の反対側に位置するｎ側電極面を有する第２レーザダイオードと、を備え、前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の一方は、前記第１実装面に接触し、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の一方は、前記第２実装面に接触し、前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の他方は、第１導電部材を介して前記第２実装面に接触し、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の他方は、第２導電部材を介して前記第１実装面に接触している。

本開示の例示的な実施形態によれば、放熱性を向上させた光源装置を提供することが可能になる。

図１は、本開示の実施形態に係る光源装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１における光源装置のＸＹ平面に平行な断面図である。図３は、隣り合う２個のレーザダイオードが第１サブマウントの第１実装面上に配置された様子を拡大して示す模式図である。図４は、それぞれに３個のダイオードが配置された第１および第２サブマウントを貼り合わせる途中の様子を示す模式図である。図５Ａは、第１サブマウントの第１実装面上に形成される電極パッドのレイアウト例を示す模式図である。図５Ｂは、第２サブマウントの第２実装面上に形成される電極パッドのレイアウト例を示す模式図である。図６は、本開示の実施形態に係る光源装置が備え得るレンズ光学系の構成を例示する模式図である。図７は、レンズアレイを例示する模式図である。図８は、本開示の実施形態に係る光源装置の変形例の構成を示す断面図である。図９は、本開示の実施形態に係る光源装置の変形例の他の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による光源装置は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序等は、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、以下に説明する様々な態様は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。

図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の光源装置における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。

先ず、図１および図２を参照して、本開示の実施形態に係る光源装置の概略構成を説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図２は、光源装置１００のＸＹ平面に平行な断面図である。図２に示される断面は、図１に示されるＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した場合におけるＩＩ－ＩＩ線断面に相当する。添付の図面には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。なお、図１または図２においてレーザダイオードの配線は省略されている。これについては後述する。

光源装置１００は、一対のパッケージ基板１０、１１と、第１サブマウント２０と、第２サブマウント２１と、一対のサブマウントの間に位置する複数のレーザダイオード３０と、複数のレーザダイオード３０を囲む枠体５０と、を備える。図１では、説明の便宜上、パッケージ基板１１を破線で示し透過させている。レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の中心軸が破線で示されている。

光源装置１００の形状の例は、略直方体である。例えば、光源装置１００のＸ方向におけるサイズは３．０ｍｍ程度であり、Ｚ方向におけるサイズは３．０ｍｍ程度であり、Ｙ方向における厚さは１．５ｍｍ程度であり得る。光源装置１００は、高出力のレーザ光を放射することが可能であり、例えばプロジェクタまたはレーザ加工装置の光源として好適に利用され得る。図示はされていないが、放熱性を高めるために、光源装置１００の外側からパッケージ基板を覆う放熱部材が設けられ得る。

一対のパッケージ基板１０、１１は、それぞれ、板状の部材である。以降、パッケージ基板を単に「基板」と表記する。基板１０、１１は、セラミックを主材料として形成することができる。なお、セラミックに限らず金属で形成されていてもよい。例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素等を、金属では銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅－ダイヤモンド複合材料、銅タングステン等を基板の主材料に用いることができる。

枠体５０は、複数のレーザダイオード３０を囲うように基板１０の主面１０ａ上に固定されている。図２において、枠体５０の下端面５０ｂが基板１０の主面１０ａに接合されている。このような接合は、金属などの無機材料、また有機材料の層を介して実現され得る。ただし、青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けた方が好ましい。

基板１１は枠体５０の上端面５０ａに固定されている。枠体５０は、複数のレーザダイオード３０を収容する空間を規定するスペーサとして機能する。枠体５０の上端面５０ａが、基板１０と同様に、基板１１の主面１１ｂに接合されている。基板１１は、複数のレーザダイオード３０をその空間内に気密に封止するキャップとして機能する。気密封止することにより、レーザ光による集塵の影響を抑制することができる。

枠体５０は、複数のレーザダイオード３０からそれぞれ出射されるレーザ光１４を透過する正面ガラス壁５０Ｆを有する。正面ガラス壁５０Ｆは、基板１０上においてレーザ光１４を横切る位置に配置されている。正面ガラス壁５０Ｆは、アルカリガラスおよび／または無アルカリガラスから形成され得る。「アルカリガラス」は、Ｎａ^＋、Ｋａ^＋、Ｌｉ^＋などのアルカリ金属元素の可動イオンを含有するケイ酸化合物ガラスである。アルカリ酸化物の濃度が０．１質量％以下であるケイ酸化合物ガラスを「無アルカリガラス」と称する。なお、ケイ酸化合物ガラスの例は、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、および石英ガラスを含む。または、正面ガラス壁５０Ｆは、サファイアや蛍光体を含有するガラス、透明セラミック材料から形成され得る。枠体５０の正面ガラス壁５０Ｆ以外の部分は、ガラス、またはガラスとは異なる材料、例えば基板と同じ材料から形成され得る。

第１サブマウント２０は、基板１０の主面１０ａに接合（または固定）され、第２サブマウント２１は、基板１１の主面１１ｂに接合されている。このような接合は、金属などの無機材料、また有機材料の層を介して実現され得る。ただし、上述したとおり青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けた方が好ましい。一対のサブマウント２０、２１は、第１実装面２０ａと第２実装面２１ｂとが対向するように配置されている。第１サブマウント２０は、レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅが配置される第１実装面２０ａを有している。レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅは、第１サブマウント２０に固定された状態で基板１０の主面１０ａ上に実装されている。第２サブマウント２１は、レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆが配置される第２実装面２１ｂを有している。レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆは、第２サブマウント２１に固定された状態で基板１１の主面１１ｂ上に実装されている。

第１サブマウント２０および第２サブマウント２１のそれぞれは放熱部材であり、典型的には、直方体の形状を有しているが、これに限定されない。各サブマウントは、レーザダイオードから発生した熱を逃がす役割を果たす。放熱性をより向上させる観点から、各サブマウントは、レーザダイオード３０よりも熱伝導率の高い材料から形成されることが好ましい。当該材料は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＳｉＮなどのセラミック材料や、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。

複数のレーザダイオード３０は、第１サブマウント２０と第２サブマウント２１との間に位置している。換言すると、複数のレーザダイオード３０は第１サブマウント２０と第２サブマウント２１との間に挟みこまれている。図２に示される例において、６個のレーザダイオード３０ａ～３０ｆが一対のサブマウント２０、２１の間に位置しているが、本開示はこれに限定されない。レーザダイオードの個数は、２個以上であればよく、３個、４個、５個または７個以上でもあり得る。第１サブマウント２０および第２サブマウント２１のそれぞれは３個に限定されず、１個、２個または４個以上のレーザダイオードを支持し得る。

複数のレーザダイオード３０のそれぞれは、ｐ側電極３１、ｎ側電極３２および半導体積層構造体３３を有する。ｎ側電極３２は、半導体積層構造体３３のｐ側電極３１とは反対側に位置する。ｐ側電極３１およびｎ側電極３２に電圧を印加して内部に電流を流すことによって、レーザダイオードからレーザ光が出射される。半導体積層構造体３３の構成例については後述する。複数のレーザダイオード３０は、複数の第１レーザダイオード３０Ａおよび複数の第２レーザダイオード３０Ｂを含む。図２に示される例において、複数の第１レーザダイオード３０Ａは、レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅから構成され、複数の第２レーザダイオード３０Ｂは、レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆから構成されている。以降、レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅのそれぞれを第１レーザダイオードと呼び、レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆのそれぞれを第２レーザダイオードと呼ぶこととする。

第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅのそれぞれのｐ側電極３１の表面に位置するｐ側電極面３１ｂは、第１サブマウント２０の第１実装面２０ａに熱的に接触し、かつ、ｎ側電極３２の表面に位置するｎ側電極面３２ａは、第１導電部材４０を介して第２サブマウント２１の第２実装面２１ｂに熱的に接触している。第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆのｐ側電極面３１ｂは、第２サブマウント２１の第２実装面２１ｂに熱的に接触し、かつ、ｎ側電極面３２ａは、第２導電部材４１を介して第１サブマウント２０の第１実装面２０ａに熱的に接触している。本明細書に用いられる「熱的に接触」という用語は、電極面がサブマウントに直接的に接触することだけでなく、電極面が固体の導電部材を介してサブマウントに間接的に接触することも意味する。

第１導電部材４０および第２導電部材４１の例は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属、または、はんだバンプである。光源装置１００の製造時に枠体５０のＹ方向の高さを調整することで、レーザダイオード３０と、第１サブマウント２０または第２サブマウント２１との間に隙間が生じないようにすることは可能である。しかし、実際は、その隙間を完全になくすことは非常に困難である。本実施形態では、第１導電部材４０および第２導電部材４１は、その隙間を埋めるように配置される。レーザダイオード３０のｎ側電極面３２ａ上にバンプを配置することにより、ｎ側電極面３２ａと、第１実装面２０ａまたは第２実装面２１ｂとを熱的に接触させることができる。

このように、第１サブマウント２０と第２サブマウント２１とに複数のレーザダイオード３０を導電部材を介して挟みこむ構造を採用することにより、レーザダイオード３０で発生する熱を第１サブマウント２０および第２サブマウント２１に効率よく伝えることが可能となる。その結果、光源装置１００の放熱性を向上させることができる。

複数の第１レーザダイオード３０Ａおよび複数の第２レーザダイオード３０Ｂは、Ｘ方向に沿って交互に並ぶ。図２に示される例において、第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃ、３０ｅ、第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆはこの順番で一つ置きに並んでいる。例えば、第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅは、０．８ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の間隔で第１サブマウント２０上に配置され、第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆは、０．８ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の間隔で第２サブマウント２１上に配置され得る。ここで、間隔は、同じサブマウント上の隣り合う２個のレーザダイオードのレーザ光の中心軸間の距離を表す。このような間隔で、第１レーザダイオード３０Ａおよび第２レーザダイオード３０Ｂを各サブマウント上に配置し、第１レーザダイオード３０Ａおよび第２レーザダイオード３０Ｂが交互に並ぶように一対のサブマウントを貼り合わせることによって、隣り合う２個のレーザダイオード３０の間隔をレーザダイオード３０の幅よりも小さくすることができる。このため、光源装置を小型化することが可能となる。

レーザダイオード３０には、例えば、青色の光を放射するレーザダイオード、緑色の光を放射するレーザダイオード、または、赤色の光を放射するレーザダイオードなどを採用することができる。また、これら以外の光、例えば近赤外線や紫外線を放射するレーザダイオードを採用してもよい。複数のレーザダイオード３０のそれぞれが、同一の発光ピーク波長を有するレーザ光を放射するようにしてもよく、それぞれが、異なる発光ピーク波長を有するレーザ光を放射するようにしてもよい。

本明細書において、青色の光は、発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光である。緑色の光は、発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光である。赤色の光は、発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光である。

青色の光を発するレーザダイオード、または、緑色の光を発するレーザダイオードとして、例えば、窒化物半導体を含むレーザダイオードが挙げられる。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。赤色の光を発するレーザダイオードとして、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むもの等が挙げられる。

レーザダイオード３０から放射されるレーザ光１４は、拡がりを有し、レーザ光１４の出射端面に平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰは、出射端面から離れた位置におけるレーザ光１４の光強度分布によって規定される。この光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ^２以上の強度を有する部分をビーム断面と呼んでもよい。

本実施形態において、レーザダイオード３０は、レーザ光１４を出射する端面を有する端面出射型である。簡単のため、図１では、レーザ光１４の中心軸が破線で示されている。実際のレーザ光１４は、上述したように、レーザダイオード３０の端面から出射された後、発散して拡がる。このため、レーザ光１４は、不図示のレンズを含む光学系によって、コリメートまたは収束され得る。そのような光学系は、光源装置１００の内部または外部に設けられ得る。光学系については後述する。

次に、図３、図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、複数のレーザダイオードを直列に接続するための配線の例を説明する。図３は、隣り合う２個のレーザダイオード３０ａ、３０ｃが第１サブマウント２０の第１実装面２０ａ上に配置された様子を拡大して示す模式図である。図４は、それぞれに３個のダイオードが配置された第１および第２サブマウント２０、２１を貼り合わせる途中の様子を示す模式図である。図５Ａは、第１サブマウント２０の第１実装面２０ａ上に形成される電極パッドのレイアウト例を示す模式図である。図５Ｂは、第２サブマウント２１の第２実装面２１ｂ上に形成される電極パッドのレイアウト例を示す模式図である。

本実施形態においては、複数のレーザダイオードを直列に接続する例を説明するが、本開示はこれに限定されない。複数のレーザダイオードは並列に接続されてもよいし、または、複数のレーザダイオードのそれぞれを個別に駆動するための電気的な配線を採用してもよい。

図３に例示されるように、各レーザダイオード３０は、ｐ側半導体層３３ａ、ｎ側半導体層３３ｂ、およびｐ側半導体層３３ａとｎ側半導体層３３ｂとの間に位置する活性層３３ｃを含む半導体積層構造体３３と、半導体積層構造体３３を支持する基板３３ｄとを有する。半導体積層構造体３３は、これらの層以外の複数の層をさらに含み得る。活性層３３ｃの一方の端面は、レーザ光１４を出射する出射端面（または発光領域）３３ｅである。ｐ側半導体層３３ａの表面にはｐ側電極３１がストライプ状に形成されている。

第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅのそれぞれは、活性層３３ｃが基板３３ｄに比べて第１サブマウント２０により近くなるように第１実装面２０ａ上に配置されている。第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆのそれぞれは、活性層３３ｃが基板３３ｄに比べて第２サブマウント２１により近くなるように第２実装面２１ｂ上に配置されている。

複数の第１レーザダイオード３０Ａのそれぞれの発光領域の、第１実装面２０ａからの高さは、複数の第２レーザダイオード３０Ｂのそれぞれの発光領域の、第１実装面２０ａからの高さとは異なる。具体的には、第１実装面２０ａを基準として、第１サブマウント２０に配置された第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃおよび３０ｅのそれぞれの発光領域は、第２サブマウント２１に配置された第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆの発光領域よりも低く位置する。このような配置によれば、各レーザダイオードの発光領域から生じる熱を各レーザダイオードが実装されたサブマウント側に効率よく逃がすことが可能となる。

レーザダイオード３０のｐ側電極面３１ｂは、例えばＡｕバンプを介してサブマウントの実装面上の電極パッドに電気的に接続され得る。その場合において、例えばＡｕＳｎを用いてｐ側電極面３１ｂと電極パッドとを溶融接合することによって、接合強度を向上させたり、放熱性を高めたりすることが可能となる。

第１サブマウント２０は、複数の第１レーザダイオード３０Ａのそれぞれのｐ側電極面３１ｂと、複数の第２レーザダイオード３０Ｂのそれぞれのｎ側電極面３２ａと、に電気的に接続される第１配線層を有する。第１配線層は導体配線層であり、例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、金、銀、白金、チタン、銅、アルミ、ルテニウムなどの金属材料から形成され得る。第１配線層は、各層がビアを介して電気的に接続された多層構造を有し得る。図５Ａに示されるように、第１配線層は、レーザダイオード３０のｐ側電極面３１ｂまたはｎ側電極面３２ａに接合する電極パッド７１を第１サブマウント２０の第１実装面２０ａ上に有する。

電極パッド７１は、第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃ、３０ｅを第１配線層に電気的に接続するための電極パッド７１ａ、７１ｃ、７１ｅと、第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆを第２導電部材４１を介して第１配線層に電気的に接続するための電極パッド７１ｂ、７１ｄおよび７１ｆと、を含む。第１実装面２０ａにおいて、電極パッド７１ａ、７１ｃ、７１ｅと、電極パッド７１ｂ、７１ｄ、７１ｆとは交互に並んでいる。第１実装面２０ａ上の電極パッド７１以外の領域は、絶縁層で覆われていることが好ましい。

電極パッド７１ｂと電極パッド７１ｃとが電気的に接続され、電極パッド７１ｄと電極パッド７１ｅとが電気的に接続されている。説明を分かり易くするために、図５Ａには２つの電極パットを接続する配線が示されているが、その配線は絶縁層で覆われ得る。

第１レーザダイオード３０ａのｐ側電極面３１ｂは、第１実装面２０ａ上の電極パッド７１ａに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｂのｎ側電極面３２ａは第２導電部材４１を介して電極パッド７１ｂに電気的に接続される。第１レーザダイオード３０ｃのｐ側電極面３１ｂは電極パッド７１ｃに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｄのｎ側電極面３２ａは第２導電部材４１を介して電極パッド７１ｄに電気的に接続される。第１レーザダイオード３０ｅのｐ側電極面３１ｂは電極パッド７１ｅに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｆのｎ側電極面３２ａは第２導電部材４１を介して電極パッド７１ｆに電気的に接続される。

第２サブマウント２１は、複数の第１レーザダイオード３０Ａのそれぞれのｎ側電極面３２ａと、複数の第２レーザダイオード３０Ｂのそれぞれのｐ側電極面３１ｂと、に電気的に接続される第２配線層を有する。第２配線層は導体配線層であり、第１配線層と同じ材料から形成され得る。第２配線層は、各層がビアを介して電気的に接続された多層構造を有し得る。図５Ｂに示されるように、第２配線層は、レーザダイオード３０のｐ側電極面３１ｂまたはｎ側電極面３２ａに接合する電極パッド７２を第２サブマウント２１の第２実装面２１ｂ上に有する。

電極パッド７２は、第１レーザダイオード３０ａ、３０ｃ、３０ｅを第１導電部材４０を介して第２配線層に電気的に接続するための電極パッド７２ａ、７２ｃ、７２ｅと、第２レーザダイオード３０ｂ、３０ｄおよび３０ｆを第２配線層に電気的に接続するための電極パッド７２ｂ、７２ｄおよび７２ｆと、を含む。第２実装面２１ｂにおいて、電極パッド７２ａ、７２ｃ、７２ｅと、電極パッド７２ｂ、７２ｄ、７２ｆとは交互に並んでいる。第２実装面２１ｂ上の電極パッド７２以外の領域は、絶縁層で覆われていることが好ましい。

電極パッド７２ａと電極パッド７２ｂとが電気的に接続され、電極パッド７２ｃと電極パッド７２ｄとが電気的に接続され、電極パッド７２ｅと電極パッド７２ｆとが電気的に接続されている。説明を分かり易くするために、図５Ｂには２つの電極パットを接続する配線が示されているが、その配線は絶縁層で覆われ得る。

第１レーザダイオード３０ａのｎ側電極面３２ａは、第１導電部材４０を介して第２実装面２１ｂ上の電極パッド７２ａに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｂのｐ側電極面３１ｂは電極パッド７２ｂに電気的に接続される。第１レーザダイオード３０ｃのｎ側電極面３２ａは第１導電部材４０を介して電極パッド７２ｃに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｄのｐ側電極面３１ｂは電極パッド７２ｄに電気的に接続される。第１レーザダイオード３０ｅのｎ側電極面３２ａは第１導電部材４０を介して電極パッド７２ｅに電気的に接続される。第２レーザダイオード３０ｆのｐ側電極面３１ｂは電極パッド７２ｆに電気的に接続される。

上述した電気的な接続によれば、電極パッド７１ａ、７２ａ、７２ｂ、７１ｂ、７１ｃ、７２ｃ、７２ｄ、７１ｄ、７１ｅ，７２ｅ、７２ｆ、７１ｆがこの順番で電気的に接続される。６個のレーザダイオード３０ａ～３０ｆを直列に接続することができる。基板１０、１１も、それぞれ、導電配線層を有し得る。図２に示されるように、その導電配線層は、レーザダイオードに電力を供給する外部の駆動回路（不図示）に電気的に接続するための中継部材６０を有し得る。中継部材６０は導電材料から形成され、例えば枠体５０の外側の基板１０および／または基板１１上に配置され得る。サブマウントに設けられた導電配線層と、基板に設けられた導電配線層とは、例えばワイヤＷによって電気的に接続され、あるいは、サブマウントを貫通するビアによって電気的に接続され得る。

本実施形態の構成によれば、第１に、複数のレーザダイオード３０を第１および第２サブマウント２０、２１で挟み込むことによって、ｐ側電極面３１ｂまたはｎ側電極面３２ａの一方を第１サブマウント２０または第２サブマウント２１の一方に熱的に接触させ、かつ、ｐ側電極面３１ｂまたはｎ側電極面３２ａの他方を第１サブマウント２０または第２サブマウント２１の他方に熱的に接触させることができるので、光源装置１００の放熱性が向上し得る。さらに、放熱性を向上させることにより、各レーザダイオード３０の間隔を小さく（例えば２．５ｍｍ以下）できるために、光源装置１００を小型化することが可能となる。

第２に、第１および第２サブマウント２０、２１のそれぞれに、ｐ側電極用の電極パッドとｎ側電極用の電極パッドとを交互に配置することで、片方に全ての電極パッドを配置する場合と比べ、各サブマウントにおけるレーザダイオードの実装ピッチが広がる。そのため、光源装置１００の放熱性が一層向上し得る。第３に、従来のように、レーザダイオードのｎ側電極面３２ａからｐ側電極面３１ｂの側にワイヤを引き出す必要がなくなる。代わりに、ｎ側電極面３２ａは、それに対向する第１サブマウント２０または第２サブマウント２１の実装面上の電極パットに導電部材を介して電気的に接続すればよい。このように、複数のレーザダイオードを電気的に接続するための配線が容易となり製造工程が簡素化され得る。

ただし、ｎ側電極面と配線層との電気的な接続は、必ずしも導電部材を介して行う必要はない。従来のように、レーザダイオードのｎ側電極面からｐ側電極面の側にワイヤを引き出すことによって、電気的な接続を確保することもできる。その場合でもｎ側電極面を導電部材を介してサブマウントの実装面に熱的に接触させた状態は維持されるので、放熱性を向上させることができる。

図６は、本実施形態に係る光源装置１００が備え得るレンズ光学系の構成を例示する模式図である。図７はレンズアレイ８１を例示する模式図である。図１とは異なり、図６では４個のレーザダイオード３０ａ～３０ｄを備える光源装置１００の構成例が示されている。図示されるように、光源装置１００は、レンズアレイ８１と、集光レンズ８２とを備え得る。レンズアレイ８１は、レーザダイオード３０と集光レンズ８２との間の光路上に配置される。レンズアレイ８１は、複数の第１レーザダイオード３０Ａおよび複数の第２レーザダイオード３０Ｂからそれぞれ出射されるレーザ光をコリメートする複数のレンズを含む。集光レンズ８２はレンズアレイ８１によってコリメートされたレーザ光を焦点に集める。

図７に示される例において、レンズアレイ８１はレンズ８１ａ、８１ｂ、８１ｃおよび８１ｄを有する。レンズ８１ａ、８１ｂ、８１ｃおよび８１ｄのレンズ曲面の中心は、それぞれ、レーザダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄから出射されるレーザ光１４の中心軸上に位置している。レンズ８１ａ、８１ｃは、第１サブマウント２０の第１実装面２０ａに配置されたレーザダイオード３０ａ、３０ｃからそれぞれ出射されるレーザ光をコリメートする。レンズ８１ｂ、８１ｄは、第２サブマウント２１の第２実装面２１ｂに配置されたレーザダイオード３０ｂ、３０ｄからそれぞれ出射されるレーザ光をコリメートする。例えば、第１実装面２０ａを基準として、レンズ８１ａ、８１ｃのレンズ曲面の中心の位置ｃ１は、レンズ８１ｂ、８１ｄのレンズ曲面の中心の位置ｃ２よりも低い。図７においては、８１ａと８１ｃのレンズ曲面の中心が第１実装面２０ａから同じ高さにあり、８１ｂと８１ｄのレンズ曲面の中心が第１実装面２０ａから同じ高さにある例を示しているが、これに限定されない。各レンズのレンズ曲面の中心の第１実装面２０ａからの高さは相互に異なっていてもよい。

レンズアレイ８１を配置することにより、複数のレーザダイオード３０からそれぞれ出射されるレーザ光１４をコリメートすることができる。１個のレーザダイオードに対し１個のレンズを個別に配置する場合に比べ、レンズアレイを採用することで光源装置が小型化される。また、集光レンズ８２を配置することにより、コリメート光を集光でき、レーザ光１４の出力強度を高めることが可能となる。

図８は、本実施形態に係る光源装置１００の変形例の構成を示す断面図である。本変形例による光源装置１００は、第１サブマウント２０および第２サブマウント２１に凹凸構造を設けている点において、上述した光源装置１００とは異なる。以下、その差異点を主に説明する。

凹凸構造は複数の凸部９１および凹部９２を有する。凸部９１の上面には、レーザダイオード３０のｐ側電極面に電気的に接続する電極パッドが形成され、凹部９２の底面には、ｎ側電極面に電気的に接続する電極パッドが形成される。このように、隣り合う２個のレーザダイオードを第１サブマウント２０および第２サブマウント２１の間に段差を付けて配置することで、第１実装面２０ａを基準として、複数のレーザダイオード３０のそれぞれの発光領域３３ｅが位置する高さを揃えることが可能となる。

図９は、実施形態に係る光源装置１００の変形例の他の構成を示す断面図である。図示されるように、第１レーザダイオード３０Ａおよび第２レーザダイオード３０Ｂは、二つ置きに交互に並んでいてもよいし、例えば三つまたは四つ置きに交互に並んでいてもよい。または、第１レーザダイオード３０Ａおよび第２レーザダイオード３０Ｂは不規則に交互に並んでいてもよい。例として、２個の第１レーザダイオード３０Ａ、１個の第２レーザダイオード３０Ｂ、１個の第１レーザダイオード３０Ａ、２個の第２レーザダイオード３０Ｂが、この順番で交互に並んでいてもよい。

上述した実施形態では、レーザダイオードのｐ側電極面をサブマウントの導電配線層に直接接続し、ｎ側電極面をサブマウントの導電配線層に導電部材を介して電気的に接続する例を説明したが、本開示はこれに限定されない。レーザダイオードのｐ側電極面およびｎ側電極面を上下反転させ、ｎ側電極面をサブマウントの導電配線層に直接接続し、ｐ側電極面をサブマウントの導電配線層に導電部材を介して電気的に接続することも可能である。

ある一態様において、第１レーザダイオード３０Ａのｎ側電極面３２ａは、第１実装面２０ａに接触し、第２レーザダイオード３０Ｂのｎ側電極面３２ａは、第２実装面２１ｂに接触し得る。第１レーザダイオード３０Ａのｐ側電極面３１ｂは、第１導電部材４０を介して第２実装面２１ｂに接触し、第２レーザダイオード３０Ｂのｐ側電極面３１ｂは、第２導電部材４１を介して第１実装面２０ａに接触し得る。

本開示の光源装置は、高出力のレーザ光を出力することが可能であり、また小型化に適しているため、プロジェクタやレーザ加工装置などの光源として好適に利用され得る。

１０、１１・・・基板（パッケージ基板）、２０・・・第１サブマウント、２１・・・第２サブバウント、３０・・・レーザダイオード、３０Ａ・・・第１レーザダイオード、３０Ｂ・・・第２レーザダイオード、３１・・・ｐ側電極、３２・・・ｎ側電極、４０・・・第１導電部材、４１・・・第２導電部材、５０・・・枠体、５０Ｆ・・・正面ガラス壁、６０・・・中継部材、１００・・・光源装置

Claims

第１主面を有する第１基板と、
前記第１主面に対向する第２主面を有する第２基板と、
第１実装面を有し、前記第１主面に接合される第１サブマウントと、
前記第１実装面に対向する第２実装面を有し、前記第２主面に接合される第２サブマウントと、
前記第１サブマウントと前記第２サブマウントとの間に位置する第１レーザダイオードであって、ｐ側電極面、および前記ｐ側電極面の反対側に位置するｎ側電極面を有する第１レーザダイオードと、
前記第１サブマウントと前記第２サブマウントとの間に位置する第２レーザダイオードであって、ｐ側電極面、および前記ｐ側電極面の反対側に位置するｎ側電極面を有する第２レーザダイオードと、
前記第１主面と前記第２主面とに接合され、前記第１レーザダイオードおよび前記第２レーザダイオードを囲う枠体と、
を備え、
前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の一方は、前記第１実装面に接触し、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の一方は、前記第２実装面に接触し、
前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の他方は、第１導電部材を介して前記第２実装面に接触し、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の他方は、第２導電部材を介して前記第１実装面に接触し、
前記第１レーザダイオードおよび前記第２レーザダイオードは、前記第１基板、前記第２基板および前記枠体によって規定される空間に気密封止される、光源装置。
前記第１サブマウントは、前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の前記一方に電気的に接続された第１配線層を有し、前記第２サブマウントは、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の前記一方に電気的に接続された第２配線層を有している、請求項１に記載の光源装置。
前記第１レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の前記他方は、前記第１導電部材を介して前記第２配線層に電気的に接続され、前記第２レーザダイオードの前記ｐ側電極面または前記ｎ側電極面の前記他方は、前記第２導電部材を介して前記第１配線層に電気的に接続されている、請求項２に記載の光源装置。
前記第１サブマウントと前記第２サブマウントとの間に複数個の前記第１レーザダイオードと複数個の前記第２レーザダイオードとが位置している、請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
前記複数個の第１レーザダイオードおよび前記複数個の第２レーザダイオードは、交互に並んでいる、請求項４に記載の光源装置。
前記複数個の第１レーザダイオードのそれぞれの発光領域の、前記第１実装面からの高さは、前記複数個の第２レーザダイオードのそれぞれの発光領域の、前記第１実装面からの高さとは異なる、請求項５に記載の光源装置。
前記複数個の第１レーザダイオードおよび前記複数個の第２レーザダイオードから出射されるレーザ光をそれぞれコリメートする複数のレンズを有するレンズアレイをさらに備える、請求項５または６に記載の光源装置。
前記レンズアレイによってコリメートされたレーザ光を集める集光レンズをさらに備える、請求項７に記載の光源装置。