CN107181164A - 半导体激光器装置 - Google Patents

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Abstract

得到一种能够增宽1个半导体激光器元件的发光波长的半高宽而减轻散斑噪声的半导体激光器装置。半导体激光器元件(1)具有：多个发光区域(24、25)，它们被注入电流而发出激光；以及彼此相对的第1及第2主面。多根第1导线(8)被导线键合至半导体激光器元件(1)的第1主面。半导体激光器元件(1)的第1主面具有：第1条带区域(26)，其与多个发光区域(24、25)中的一个相对应；以及第2条带区域(27)，其与多个发光区域(24、25)中的其他发光区域相对应。相比于第2条带区域(27)，多根金线(8)被更多地导线键合至第1条带区域(26)。

Description

半导体激光器装置
技术领域
本发明涉及一种在投影仪等的可见光光源或者加工机等的激励用光源中使用的半导体激光器装置。
背景技术
半导体激光器与其他光源相比具有诸如小型、颜色再现性优良、低消耗电力、高亮度这样的优点，作为投影仪或者影院等的投射型显示器用光源而备受期待(例如，参照专利文献1)。但是，如果将激光照射至被照射面，则显现出称为散斑噪声的斑点花样，图像看起来在闪烁。其原因在于，由于激光的波长单一、相干性高而发生干涉。散斑噪声是增强影像观赏者的不适感以及眼睛疲劳的原因，期望减轻该散斑噪声。
作为减轻该散斑噪声的方法，举出使被照射面振动、在半导体激光器和被照射面之间的光路上设置扩散板的做法等，但是它们非常耗费成本。在散斑噪声的大小Cs和激光的振荡频谱的半高宽Δλ之间存在的关系。因此，作为减轻散斑噪声的方法，增宽光源的发光波长的半高宽是有效的。
专利文献1：日本特开2011－49338号公报
为了增宽光源的发光波长的半高宽，使用波长不同的多个半导体激光器元件即可。但是，为此需要制作有源层不同的多个半导体激光器元件。另外，不能从1个半导体激光器元件射出波长不同的多个激光。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体激光器装置，该半导体激光器装置能够增宽1个半导体激光器元件的发光波长的半高宽而减轻散斑噪声。
本发明所涉及的半导体激光器装置的特征在于，具有：半导体激光器元件，其具有被注入电流而发出激光的多个发光区域以及彼此相对的第1及第2主面；以及多根第1导线，它们被导线键合至所述半导体激光器元件的所述第1主面，所述半导体激光器元件的所述第1主面具有：第1条带区域，其与所述多个发光区域中的一个相对应；以及第2条带区域，其与所述多个发光区域中的其他发光区域相对应，相比于所述第2条带区域，所述多根第1导线被更多地导线键合至所述第1条带区域。
发明的效果
在本发明中，通过使导线键合位置偏重于1个发光区域之上，从而使向发光区域流动的电流不均匀，并且使导线所产生的热量偏重流入至1个发光区域，由此使有源层温度不同。由此，从各发光区域射出的激光的振荡波长不同，能够增宽1个半导体激光器元件的发光波长的半高宽而减轻散斑噪声。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的侧视图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的正视图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器元件的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。
图5是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器元件的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。
图6是表示对比例所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。
图7是表示将对比例所涉及的半导体激光器元件的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。
图8是表示将在整个面形成了n侧电极及金镀层的情况下的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。
图10是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。
标号的说明
1半导体激光器元件、2载体、8金线(第1导线)、9金线(第2导线)、22n侧电极(电极)、23金镀层(电极)、24第1发光区域、25第2发光区域、26第1条带区域、27第2条带区域
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体激光器装置进行说明。对相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的侧视图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的正视图。半导体激光器元件1搭载于在通信用途、盘系统或者投影仪的光源的用途中经常使用的φ9.0mm管座封装件。
半导体激光器元件1与载体(sub mount)2接合。载体2搭载于管座的块部3。为了降低封装件的热阻，大多使用铜作为块部3的材料。块部3粘接于管座的孔眼部4。孔眼部4的直径为9.0mm。
在设置于孔眼部4的孔中穿过有引线5、6。在孔眼部4和引线5、6之间设置有用于将二者电分离的封装用玻璃8。半导体激光器元件1的上表面和引线5通过金线8而电连接。载体2的上表面和引线6通过金线9而电连接。
孔眼部4的底面10与系统的框体(未图示)接触。由此，从半导体激光器元件1产生的热量经由载体2、块部3、孔眼部4及其底面10而散热至外部。此外，为了对半导体激光器元件1进行封装，有时对本管座封装件进行覆盖(capping)。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器元件的剖视图。在n型GaAs的半导体衬底11之上，依次形成有n型AlInP的下包层12、无掺杂AlInP的下光引导层13、GaInP的有源层14、无掺杂AlGaInP的上光引导层15、p型AlInP的上包层16以及p型GaAs的接触层17、18。接触层17、18分别被蚀刻而形成脊形条带(ridge stripe)。
半导体衬底11的厚度为50～150μm。下包层12的厚度为0.5～4.0μm，其载流子浓度为0.5～1.5×1018cm－3。下光引导层13及上光引导层15的厚度为0.02～0.4μm。有源层14的厚度为3.0～20nm。上包层16的厚度为0.5～4.0μm，其载流子浓度为0.5～2.0×1018cm－3。接触层17、18的厚度为0.05～0.5μm，其载流子浓度为1.0～4.0×1019cm－3。
在上包层16之上及接触层17、18的侧方形成有氮化硅膜等绝缘膜19。在接触层17、18之上，在绝缘膜19分别形成有开口。这些开口的宽度为60μm。
p侧电极20形成于该接触层17、18以及绝缘膜19之上，穿过绝缘膜19的开口与接触层17、18以低电阻接合。在p侧电极20之上形成有金镀层21。p侧电极20是将Ti、Pt、Au等的薄膜层叠而成的，总厚度为0.05～1.0μm。金镀层21的厚度为1.0～6.0μm。在半导体衬底11的下表面接合有n侧电极22，其下形成有金镀层23。n侧电极22是将Ti、Pt、Au等的薄膜层叠而成的，总厚度为0.05～1.0μm。金镀层23的厚度为1.0～6.0μm。
存在于绝缘膜19的2个开口正下方处的有源层12的区域分别成为被注入电流而发出激光的第1及第2发光区域24、25。因此，激光从半导体激光器元件1的2个部位射出。n侧电极22及金镀层23仅形成于半导体衬底11的第1发光区域24侧。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。将图3所示的半导体激光器元件1的上下翻转，半导体激光器元件1的表面的金镀层21与载体2接合。因此，半导体激光器元件1的有源层14存在于与载体2非常接近的位置。多个金线8被导线键合至半导体激光器元件1的背面的金镀层23。多个金线9被导线键合至载体2。金线8、9的数量分别为6根，导线直径为25μm，导线长度均为2.0mm。
半导体激光器元件1的背面具有与第1发光区域24相对应的第1条带区域26和与第2发光区域25相对应的第2条带区域27。n侧电极22及金镀层23形成于第1条带区域26，未形成于第2条带区域27。多根金线8仅被导线键合至第1条带区域26。
下面，对本实施方式所涉及的半导体激光器元件1的制造方法进行说明。首先，在半导体衬底11之上，通过MOCVD法等晶体生长法，依次形成下包层10、下光引导层11、有源层12、上光引导层13、上包层14、接触层。然后，通过蚀刻，选择性地将接触层去除，仅在第1及第2发光区域24、25之上保留接触层17、18。然后，在整个面形成绝缘膜19，通过蚀刻将第1及第2发光区域24、25之上的绝缘膜19去除。然后，形成p侧电极20及金镀层21。然后，对半导体衬底11的背面进行研磨而设为所期望的厚度，形成n侧电极22和金镀层23。以使谐振器长度为1.5mm的方式对半导体衬底11进行解理，在前端面形成反射率为10％的涂层，在后端面形成反射率为90％的涂层。基于以上的结构而制造本实施方式所涉及的半导体激光器1。
由于流过电流、且对激光进行波导，因此第1及第2发光区域24、25成为产生由阈值电流、非发光再耦合(non-emission recoupling)、光吸收或者焦耳热引起的热量的区域。图5是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器元件的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。将注入至半导体激光器元件1的总电流值设为5.0A，将室外气温设为0℃，针对第1及第2发光区域24、25实施了考虑到焦耳热的热模拟。图5的横轴的0是前端面的位置，横轴的1.5mm是后端面的位置。在这里，将由光吸收和非发光再耦合引起的发热除外。但是，由于2个发光区域的前后面反射率、光增益、阈值电流值几乎相同，因此取决于由光吸收和非发光再耦合引起的发热的温度分布在2个发光区域是相同的。
在第1发光区域24和第2发光区域25，有源层温度相差约1.5℃。其原因在于，如图4所示，由于金线8偏重连接于第1发光区域24侧，且电极也仅存在于第1发光区域24侧，因此与从金线8向第2发光区域25流动的电流相比，从金线8向第1发光区域24流动的电流更大，其结果，第1发光区域24的焦耳热比第2发光区域25的焦耳热大。并且，由于金线8连接于第1发光区域24侧，因此金线8所产生的焦耳热传递至第1发光区域24附近，从而第1发光区域24和第2发光区域25的温度差进一步变大。
在这里，振荡波长的温度依赖性根据半导体激光器的材料、振荡波长而不同，但在使用了AlGaInP类材料的本实施方式所涉及的半导体激光器元件1的情况下为0.20nm/℃左右。因此，就半导体激光器元件1而言，第1发光区域24和第2发光区域25的波长差为0.3nm左右。因此，从1个半导体激光器元件1射出不同波长的激光。
图6是表示对比例所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。为了将电流均匀地注入至多个发光区域，而在对应于第1及第2发光区域24、25的第1及第2条带区域26、27均等地进行导线键合。图7是表示将对比例所涉及的半导体激光器元件的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。在与图5相同的条件下实施了热模拟。由于第1发光区域24和第2发光区域25的温度差小，因此从2个发光区域射出的激光的波长差几乎为零。因此，1个半导体激光器元件1的发光波长的半高宽变窄，所以发生散斑噪声。
与此相对，就本实施方式所涉及的半导体激光器装置而言，通过使导线键合位置偏重于1个发光区域之上，从而使向发光区域流动的电流不均匀，并且使导线所产生的热量偏重流入至1个发光区域，由此使有源层温度不同。由此，从各发光区域射出的激光的振荡波长不同，能够增宽1个半导体激光器元件1的发光波长的半高宽而减轻散斑噪声。
图8是表示将在整个面形成了n侧电极及金镀层的情况下的谐振器内的有源层温度的分布求出而得到的结果的图。可知，与图5所示的本实施方式的情况相比第1发光区域24和第2发光区域25的温度差小。因此，通过如图4所示，将n侧电极22及金镀层23仅形成于一个发光区域之上，能够防止由于电极之上的电流扩展而使电流的不均衡得以缓和。
另外，半导体激光器元件1的进行了导线键合的第1条带区域26与未导线键合的第2条带区域27相比，更接近于载体2的进行了导线键合的区域。如上所述，二者的进行了导线键合的区域的间隔变近，由此，流过进行了导线键合的第1发光区域24的电流变多，流过未导线键合的第2发光区域25的电流变少。由此，第1发光区域24和第2发光区域25的温度差变大，本发明的效果变大。
实施方式2
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。相比于第2条带区域27，多根金线8被更多地导线键合至第1条带区域26。如上所述，并非必须将全部金线8仅导线键合至1个发光区域之上，只要导线根数不均衡，就会产生第1发光区域24和第2发光区域25的温度差，因此能够减轻散斑噪声。
实施方式3
图10是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体激光器装置的主要部的俯视图。多根金线8仅被导线键合至第1条带区域26。由此，由于与实施方式2相比，第1发光区域24和第2发光区域25的温度差更大，因此能够进一步减轻散斑噪声。但是，在如实施方式1那样将n侧电极22及金镀层23仅形成于第1条带区域26的情况下，温度差更大。
此外，在实施方式1～3中，对半导体激光器元件1的发光区域的数量为2个的情况进行了说明，但不限于此，显然，半导体激光器元件1具有大于或等于3个发光区域的情况也会得到相同的效果。但是，在发光区域的数量为2个的情况下，由于发光区域的间隔变宽，因此电流不易于流过相邻的发光区域。因此，电流量差变大，从而本发明的效果变大。

Claims (5)

1.一种半导体激光器装置，其特征在于，具有：
半导体激光器元件，其具有被注入电流而发出激光的多个发光区域以及彼此相对的第1及第2主面；以及
多根第1导线，它们被导线键合至所述半导体激光器元件的所述第1主面，
所述半导体激光器元件的所述第1主面具有：第1条带区域，其与所述多个发光区域中的一个相对应；以及第2条带区域，其与所述多个发光区域中的其他发光区域相对应，
相比于所述第2条带区域，所述多根第1导线被更多地导线键合至所述第1条带区域。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述多根第1导线仅被导线键合至所述第1条带区域。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述半导体激光器元件还具有与所述多根第1导线进行导线键合的电极，
所述电极形成于所述第1条带区域，未形成于所述第2条带区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，还具有：
载体，其与所述半导体激光器元件的所述第2主面接合；以及
第2导线，其被导线键合至所述载体，
所述半导体激光器元件的所述第1条带区域与所述第2条带区域相比更接近于所述载体的进行了导线键合的区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述多个发光区域的数量为2个。
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