DE112018003816T5 - Halbleiterlaserelement und halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Halbleiterlaserelement vorgesehen, das umfasst: ein Substrat (20); und einen Laserarray-Abschnitt (10), der sich über dem Substrat (20) befindet und eine Vielzahl von lichtemittierenden Teilen aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und die Laserstrahlen emittieren, wobei, wenn die Wellenlängen der jeweils von der Vielzahl der lichtemittierenden Teile emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der Vielzahl der lichtemittierenden Teile aufgetragen werden, unter einer Vielzahl von Punkten, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, der Punkt mit einem Extremwert nicht an einer Position angeordnet ist, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts (10) entspricht, sondern an einer Position, die einem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts (10) getrennten Ort entspricht.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleiterlaserelement und eine Halbleiterlaservorrichtung.
  • Bei der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um eine Patentanmeldung, die dem Gesetz zur Verbesserung der industriellen Technologie, Artikel 19 über eine geförderte Forschung „Development of advanced laser processing with Intelligence based on highbrightness and high-efficiency next-generation laser technologies (TACMI project). Development of GaN-based high-power and high-beam quality laser diodes for high-efficiency laser processing“ FY2016 Annual Report geleitet durch New Energy and Industrial Technology Development Organization.
  • HINTERGRUND
  • Halbleiterlaserelemente haben die Vorteile einer langen Lebensdauer, hoher Effizienz, kompakter Größe etc. und werden daher als Lichtquellen für verschiedene Anwendungen wie beispielsweise Bildanzeigevorrichtungen wie Projektoren oder Displays eingesetzt. Zum Beispiel wurden die Halbleiterlaserelemente in den letzten Jahren zunehmend für Projektoren, wie beispielsweise Theater- oder Projektionsabbildungen in einem großen Saal, die ein Video auf eine große Leinwand projizieren, eingesetzt.
  • An die in Projektoren eingesetzten Halbleiterlaserelemente werden Anforderungen gestellt, um höhere Leistungen zu erreichen, bei denen die optische Leistung weit über einem Watt liegt, zum Beispiel eine hohe Leistung von mehreren zehn Watt oder mehr. Es ist jedoch schwierig, mit einem einzigen Laserstrahl eine hohe Leistung zu erbringen. So wird zur Erzielung einer hohen Leistung eine Halbleiterlaser-Array-Vorrichtung mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Halbleiterlaserelementen oder ein Halbleiterlaserelement mit einer Vielzahl von Emittern (lichtemittierende Teile) verwendet.
  • Laserstrahlen haben typischerweise eine hohe Kohärenz, so dass bei der Überlappung zweier Laserstrahlen gleicher Wellenlänge auf einer Fläche durch eine Phasendifferenz zwischen ihnen ein Helligkeitsunterschied und durch die Schwankung der Phasendifferenz eine Blendung (zeitliche Helligkeitsschwankung) entstehen kann. Das Auftreten einer solchen Helligkeitsdifferenz und Blendung verschlechtert folglich die Bildqualität, wenn das Halbleiterlaserelement als Lichtquelle insbesondere für die Bilddarstellung verwendet wird.
  • Insbesondere bei dem Halbleiterlaserelement mit einer Vielzahl von Emittern liegen die jeweils von den Emittern emittierten Laserstrahlen nahe beieinander, so dass die Laserstrahlen miteinander interferieren können. Die Verwendung eines solchen Halbleiterlaserelements als Lichtquelle eines Projektors führt also zu Helligkeitsungleichmäßigkeiten und Abschattungen (Interferenzstreifen) auf einem auf eine Leinwand projizierten Bild, die ein Rauschen, das sogenannte Speckle-Rauschen, erzeugen.
  • Dieses Speckle-Rauschen entsteht durch die Interferenz von Laserstrahlen gleicher Wellenlänge. Daher schlägt die Patentliteratur (PTL) I die folgenden zwei Verfahren vor, um das Speckle-Rauschen durch Variation der Wellenlängen der Vielzahl von Laserstrahlen zu reduzieren.
  • Als erstes Verfahren zeigt die PTL 1 in 5, dass ein Abstand zwischen Emittern, die in einer Vielzahl von Emittern eines Laserarray-Abschnitts enthalten sind und sich in der Nähe eines zentralen Teils befinden, reduziert wird. Folglich steigt die Wärmedichte des Laserarray-Abschnitts in der Nähe des Mittelteils, wodurch es möglich ist, die Temperatur des Laserarray-Abschnitts in der Nähe des Mittelteils zu erhöhen und gleichzeitig die Temperatur des Laserarray-Abschnitts an einem Endteil zu reduzieren. Die Oszillationswellenlänge des Laserstrahls nimmt mit steigender Temperatur zu, so dass sich bei diesem Verfahren die Oszillationswellenlänge des von jedem Emitter im Laserarray-Abschnitt emittierten Laserstrahls mit zunehmendem Abstand vom Endteil zum Zentrum entsprechend einer Temperaturverteilung erhöht. Dadurch sind auch bei Überlappung der von der Vielzahl von Emittern emittierten Laserstrahlen die Wellenlängen der genannten Vielzahl von Emittern untereinander unterschiedlich, so dass das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann.
  • Als zweites Verfahren offenbart PTL 1 in 11 auch, dass der Abstand zwischen den Emittern an einem der Endteile (beispielsweise dem linken Endteil) des Laserarray-Abschnitts reduziert wird, während der Abstand zwischen den Emittern am anderen Endteil (beispielsweise dem rechten Endteil) vergrößert wird. Folglich wird die Wärmedichte am Rand eines der Endteile (linkes Endteil) größer als die Wärmedichte am anderen Endteil (rechtes Endteil), wodurch es möglich ist, die Temperatur an einem der Endteile (linkes Endteil) des Laserarray-Abschnitts zu erhöhen und am anderen Endteil (rechtes Endteil) zu senken. Dadurch kann das Speckle-Rauschen wie bei der ersten Methode unterdrückt werden.
  • Zitierliste
  • Patent-Literatur
  • PTL 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldungs-Nr. 2008-205342
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE PROBLEME
  • Bei dem ersten Verfahren hat jedoch der vom Emitter in der Mitte des Laserarray-Abschnitts ausgesandte Laserstrahl die größte Wellenlänge und eine Wellenlängenschwankung in horizontaler Symmetrie zur Mittelachse des Laserarray-Abschnitts, wie in 7 der PTL 1 dargestellt. In diesem Fall sind aufgrund der Anwesenheit des Emitters in der horizontalen Symmetrie in Bezug auf die Mitte des Laserarray-Abschnitts die beiden Laserstrahlen gleicher Wellenlängen in der Nähe des zentralen Teils des Laserarray-Abschnitts vorhanden, was immer noch zu der Gefahr führt, dass die beiden Laserstrahlen in der Nähe des zentralen Teils miteinander interferieren. Die Verwendung eines solchen Halbleiterlaserelements mit einem Laserarray-Abschnitt als Lichtquelle eines Projektors verursacht also die Interferenz zwischen den beiden Laserstrahlen in der Nähe der Mitte einer Bildschirmoberfläche, der ein Beobachter (beispielsweise eine Person, die einen Film oder ähnliches anschaut) die größte Aufmerksamkeit schenkt, so dass das Speckle-Rauschen in der Nähe der Mitte der Bildschirmoberfläche wahrscheinlich auffällig wird. Das heißt, der Beobachter wird wahrscheinlich das Speckle-Rauschen wahrnehmen.
  • Bei dem zweiten Verfahren hingegen entspricht von der Vielzahl der aus dem Laserarray-Abschnitt emittierten Laserstrahlen der Laserstrahl der größten Wellenlänge dem Endteil der Siebfläche und somit ist das Speckle-Rauschen weniger auffällig. Bei dem zweiten Verfahren nimmt die Temperaturverteilung (Wellenlängenverteilung) jedoch monoton zu oder ab, so dass von der Vielzahl der aus dem Laserarray-Abschnitt emittierten Laserstrahlen der Laserstrahl mit der größten Wellenlänge und der Laserstrahl mit der kleinsten Wellenlänge eine größere Wellenlängendifferenz als bei dem ersten Verfahren aufweisen (etwa eine Verdoppelung gegenüber dem ersten Verfahren). So werden auch bei der Ausstrahlung von roten Laserstrahlen im Laserarray-Bereich eine große Anzahl von roten Laserstrahlen mit unterschiedlicher Chromatizität (Wellenlänge) eingeschlossen, was die Farbreinheit verschlechtert. Dadurch wird die Schönheit eines Videos beschädigt.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde zur Lösung solcher Probleme vorgenommen, und Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Halbleiterlaserelements und einer Halbleiterlaservorrichtung, die in der Lage sind, Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen (d.h. räumliche und zeitliche Schwankungen der Leuchtdichte) und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit (d.h. der Wellenlängenreinheit) auszusenden.
  • PROBLEMLÖSUNGEN
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu behandeln, umfasst ein Halbleiterlaserelement nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung: ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der über dem Substrat angeordnet ist und eine Vielzahl von lichtemittierenden Teilen aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und die Laserstrahlen emittieren, wobei, wenn die Wellenlängen der jeweils von der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen unter einer Vielzahl von Punkten, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, aufgetragen werden, der Punkt mit einem Extremwert nicht an einer Position angeordnet ist, die der Mitte des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an einer Position, die einer von der Mitte des Laserarray-Abschnitts getrennten Stelle entspricht.
  • Dabei beziehen sich die Punkte, die jeweils den Wellenlängen der aufgezeichneten Vielzahl von Laserstrahlen entsprechen, einschließlich der Extremwerte auf einen Zustand, in dem λ1 und λ3≤λ2 oder λ1 und λ3≤λ2, wobei die Wellenlängen der drei Laserstrahlen, die von den drei kontinuierlich angeordneten Emittern emittiert werden, in der Reihenfolge λ1, λ2 und λ3 sind. Insbesondere, wenn eine Linie, die einen Punkt, der λ1 und einen Punkt, der λ2 angibt, miteinander verbindet, als eine erste Linie und eine Linie, die den Punkt, der λ2 angibt, und einen Punkt, der λ3 angibt, miteinander verbindet, als eine zweite Linie definiert wird, die sich auf einen Fall bezieht, in dem die Neigung der ersten Linie positiv und die Neigung der zweiten Linie negativ ist, oder auf einen Fall, in dem die Neigung der ersten Linie negativ und die Neigung der zweiten Linie positiv ist. Man beachte, dass λ1 und λ3, die λ2 sandwichartig einlegen, wahrscheinlich fast die gleichen Werte haben, was ein für den Menschen empfindliches Speckle-Rauschen verursacht (d.h. die Laserstrahlen werden sich wahrscheinlich gegenseitig stören).
  • In der Halbleiter-Laser-Element nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, der Vielzahl von Punkten jeweils entsprechend der Wellenlängen aufgetragen, der Punkt mit dem Extremwert ist nicht an der Position entsprechend der Mitte der Laserarray-Abschnitt befindet und ist an der Position entsprechend der Stelle getrennt von der Mitte des Laserarray-Abschnitt befindet.
  • Wie oben beschrieben, wird durch die Entfernung des Extremwertes der Wellenlänge des Laserstrahls aus der Mitte des Laserarray-Abschnitts die Interferenz des Laserstrahls in einem zentralen Teil des Gesichtsfeldes, dem der Mensch die größte Aufmerksamkeit schenkt, beseitigt. Folglich nimmt der Mensch das Speckle-Rauschen kaum wahr.
  • Da sich der Extremwert der Wellenlänge des Laserstrahls an der vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Stelle befindet, ist es außerdem möglich, die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Wellenlängen der von der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen emittierten Vielzahl von Laserstrahlen zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Verschlechterung der Farbreinheit der aus dem Laserarray-Teil emittierten Laserstrahlen zu unterdrücken.
  • Daher ist es möglich, ein Halbleiterlaserelement zu realisieren, das in der Lage ist, Laserstrahlung ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit zu emittieren.
  • Bei dem Halbleiterlaserelement können die Intervalle zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Teilen, die in der Vielzahl von lichtemittierenden Teile enthalten sind, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung unterschiedliche Längen aufweisen.
  • Wie oben beschrieben, wird durch die Variation des Abstands zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Teilen, die zu der Vielzahl der lichtemittierenden Teile gehören, in Abhängigkeit von der Position des Laserarray-Abschnitts wahrscheinlich Wärme an einer Stelle verbleiben, an der der Abstand zwischen den lichtemittierenden Teilen kurz ist, während die Wärmeabfuhr an einer Stelle gefördert wird, an der der Abstand zwischen den lichtemittierenden Teilen groß ist, so dass eine Modulation der Temperaturverteilung möglich ist. Durch die Modulation der Temperaturverteilung wird eine Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen moduliert. Daher ist der Punkt, an dem ein Wert der Wellenlängenvariation des Laserstrahls extrem ist, nicht an der Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an der Position, die dem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • In der Halbleiter-Laser-Element nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, die jeweiligen Breiten der Vielzahl der lichtemittierenden Teile können unterschiedliche Längen umfassen.
  • Der effektive Brechungsindex (Neff) des Wellenleiters variiert in Abhängigkeit von der Breite des lichtemittierenden Teils. Genauer gesagt, eine Vergrößerung der Breite des lichtemittierenden Teils erhöht den effektiven Brechungsindex, während eine Verringerung der Breite des lichtemittierenden Teils den effektiven Brechungsindex verringert. Folglich kann die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen durch Modulation der Breiten der lichtemittierenden Teile moduliert werden, wobei die Breiten der Vielzahl von lichtemittierenden Teile je nach Position des Laserarray-Abschnitts variiert werden können. Daher ist der Punkt, an dem ein Wert der Wellenlängenvariation des Laserstrahls extrem ist, nicht an der Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an der Position, die dem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • In der Halbleiter-Laser-Element nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das Substrat kann eine Vielzahl von verschiedenen Aus-Winkeln („off angle“) in Übereinstimmung mit der Vielzahl von Licht emittierenden Teile.
  • Wie oben beschrieben, kann die Ausstattung des Substrats mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Aus-Winkeln für die Vielzahl der lichtemittierenden Teile jeweils unterschiedliche Bandlücken einer aktiven Schicht für die jeweiligen lichtemittierenden Teile ergeben. Folglich moduliert die Schwingungswellenlänge des Laserstrahls für jedes lichtemittierende Teil. Daher ist der Punkt, an dem ein Wert der Wellenlängenvariation des Laserstrahls extrem ist, nicht an der Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an der Position, die dem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • In dem Halbleiterlaserelement kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine Gratwellenleiterstruktur mit einer Vielzahl von Gratteilen haben, die jeweils der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen entsprechen, und die Neigungswinkel der Vielzahl von Gratteilen können verschiedene Winkel einschließen.
  • Der effektive Brechungsindex (Neff) des Wellenleiters variiert in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Gratteils. Genauer gesagt, bei gleicher Stegbreite vergrößert eine Vergrößerung des Neigungswinkels des Gratteils die effektive Breite des lichtemittierenden Teils und erhöht damit den effektiven Brechungsindex, während eine Verringerung des Neigungswinkels des Gratteils die effektive Breite des lichtemittierenden Teils verengt und damit den effektiven Brechungsindex verringert. Folglich kann die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen moduliert werden, indem die effektiven Breiten der lichtemittierenden Teile moduliert werden, wobei für die Vielzahl der Gratteile zueinander unterschiedliche Neigungswinkel bereitgestellt werden. Daher ist der Punkt, an dem ein Wert der Wellenlängenvariation des Laserstrahls extrem ist, nicht an der Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an der Position, die dem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • Eine Halbleiterlaservorrichtung nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst: einem Substrat; einem über dem Substrat angeordneten Laserarray-Abschnitt mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Teilen, die Laserstrahlen aussenden; und eine wassergekühlte Wärmesenke, die den Laserarray-Abschnitt kühlt, wobei, wenn die Wellenlängen der jeweils von der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der Vielzahl von lichtemittierenden Teile unter einer Vielzahl von Punkten, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, aufgetragen werden, der Punkt mit einem Extremwert nicht an einer Position liegt, die der Mitte des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an einer Position, die einem von der Mitte des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • Das durch eine wassergekühlte Wärmesenke fließende Kühlwasser hat auf der Einlassseite des Kühlwassers eine hohe Kühlleistung, da die Temperatur des Kühlwassers auf der Einlassseite niedrig ist, während das Kühlwasser auf der Auslassseite des Kühlwassers eine niedrige Kühlleistung hat, da die Temperaturerhöhung durch die Absorption der im lichtemittierenden Teil erzeugten Wärme verursacht wird. Daher verschiebt sich eine Stelle im Laserarray-Abschnitt, an der die größte Wärmemenge verbleibt, von einem zentralen Teil zur Austrittsseite des Kühlwassers, wodurch die Temperaturverteilung des Laserarray-Abschnitts moduliert werden kann. Die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen wird durch die oben genannte Temperaturverteilungsmodulation moduliert. Daher ist der Punkt, an dem ein Wert der Wellenlängenvariation des Laserstrahls extrem ist, nicht an der Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an der Position, die dem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts getrennten Ort entspricht.
  • In der Halbleiter-Laser-Gerät nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, Temperaturen des Kühlwassers in der wassergekühlten Wärmesenke kann in Abhängigkeit von der Position der Vielzahl der lichtemittierenden Teile variieren.
  • Dadurch kann die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen für jedes lichtemittierende Teil leicht moduliert werden.
  • In der Halbleiterlaservorrichtung kann das Kühlwasser in der wassergekühlten Wärmesenke nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung entlang einer Richtung fließen, in der die Vielzahl der lichtemittierenden Teile nebeneinander angeordnet sind.
  • Dadurch kann die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen für jedes lichtemittierende Teil leicht moduliert werden.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist möglich, ein Halbleiterlaserelement und eine Halbleiterlaservorrichtung zu realisieren, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit auszusenden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlaserelements nach Ausführungsform 1.
    • In 2, (a) ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 1 darstellt, (b) ist ein Diagramm, das eine Temperaturverteilung einer aktiven Schicht in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 1 darstellt, (c) ist ein Diagramm, das eine Bandlücke der aktiven Schicht in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 1 darstellt, und (d) ist ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen von Laserstrahlen, die von einer Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 1 emittiert werden, darstellt.
    • 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der Umgebung eines Gratteils des Halbleiterlaserelements gemäß der Ausführungsform 1.
    • In 4, (a) ist ein Diagramm, das eine Struktur einer Laserstrahlemissions-Endfläche in einem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht, (b) ist ein Diagramm, das die Breiten einer Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht, (c) ein Diagramm ist, das die effektiven Brechungsindizes eines Wellenleiters entsprechend der Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht, und (d) ein Diagramm ist, das die Oszillationswellenlängen der von der Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 2 emittierten Laserstrahlen veranschaulicht.
    • In 5 ist (a) ein Diagramm, das eine Struktur einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in einem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 3 darstellt, (b) ein Diagramm, das eine Verteilung der Substrat-Aus-Winkel in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 3 darstellt, (c) ein Diagramm, das die Bandlücken einer aktiven Schicht in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 3 darstellt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von einer Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement emittierten Laserstrahlen gemäß der Ausführungsform 3 darstellt.
    • In 6, (a) ist ein Diagramm, das die Struktur der Endfläche der Laserstrahlemission in einem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 4 darstellt, (b) ist ein Diagramm, das die Verteilung der Neigungswinkel der Gratteile im Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 4 darstellt, (c) ein Diagramm ist, das die effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters entsprechend einer Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht, und (d) ein Diagramm ist, das die Oszillationswellenlängen der von der Vielzahl von Emittern in dem Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform 4 emittierten Laserstrahlen veranschaulicht.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung nach Ausführungsform 5.
    • In 8 ist (a) ein Diagramm, das die Struktur einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 darstellt, (b) ein Diagramm, das die Temperaturverteilung von Kühlwasser in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 darstellt, (c) ein Diagramm, das die Temperaturverteilung einer aktiven Schicht in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 darstellt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 emittierten Laserstrahlen darstellt.
    • 9 ist ein Diagramm, das die Strömungsrichtung des Kühlwassers in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 zeigt.
    • 10 ist eine schematische Darstellung eines Projektors nach Ausführungsform 6.
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlaserelements gemäß der Variation 1.
    • 12 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Umgebung eines Gratteils des Halbleiterlaserelements gemäß Variation 1.
    • 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlaserelements gemäß Variation 2.
    • 14 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Umgebung eines Gratteils des Halbleiterlaserelements gemäß Variation 2.
  • BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass jede der unten beschriebenen Ausführungsformen ein detailliertes, bevorzugtes Beispiel für die vorliegende Offenbarung darstellt. Daher bilden Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bauteile und Anordnungspositionen und Verbindungsarten der Bauteile sowie Schritte (Prozesse), eine Abfolge der Schritte usw. ein Beispiel und sollen die vorliegende Offenbarung in keiner Weise einschränken. Daher werden von den Bestandteilen der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen diejenigen, die nicht in einem unabhängigen Anspruch beschrieben werden, der das allgemeinste Konzept der vorliegenden Offenbarung angibt, als optionale Bestandteile beschrieben.
  • Darüber hinaus ist jede der Abbildungen ein schematisches Diagramm, das nicht unbedingt eine genaue Veranschaulichung darstellt. Daher stimmen die Skalen nicht unbedingt in jeder Abbildung überein. Diejenigen mit im Wesentlichen gleichen Konfigurationen in jeder der Abbildungen werden mit den gleichen Ziffern versehen und die überlappende Beschreibung der oben genannten Komponenten wird weggelassen oder vereinfacht.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • Zunächst wird eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements 1 gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiterlaserelements 1 gemäß der Ausführungsform 1.
  • Wie in 1 dargestellt, ist das Halbleiterlaserelement 1 nach der vorliegenden Ausführung ein Beispiel für ein lichtemittierendes Halbleiterelement und umfasst: Substrat 20; und Laserarray-Abschnitt 10, der sich auf Substrat 20 befindet. In dem Laserarray-Abschnitt 10 sind eine Vielzahl von Emittern 30 (lichtemittierende Teile), die Laserstrahlen aussenden, nebeneinander angeordnet. Das heißt, das Halbleiterlaserelement 1 ist ein Multiemitter-Laser mit einer Vielzahl von Emittern 30. Jeder Emitter 30 ist ein lichtemittierender Bereich, der durch Strominjektion in den Laserarray-Abschnitt 10 einen Strahl aussendet.
  • Der Laserarray-Abschnitt 10 ist ein Laminat mit der ersten Mantelschicht 11, der ersten Führungsschicht 12, der aktiven Schicht 13, der zweiten Führungsschicht 14, der zweiten Mantelschicht 15 und der Kontaktschicht 16, die in der oben genannten Reihenfolge geschichtet sind. Man beachte, dass die Schichtstruktur des Laserarray-Abschnitts 10 eine Übergitterstruktur sein kann, bei der dünne Schichten auf atomarer Ebene geschichtet werden. Alternativ ist der Schichtaufbau des Laserarray-Abschnitts 10 nicht auf das oben beschriebene Laminat beschränkt und es kann zusätzlich zu den oben genannten Schichten beispielsweise eine Schicht zur Vermeidung von elektronischen Leckagen aus der aktiven Schicht 13 (beispielsweise eine elektronische Überlaufunterdrückungsschicht) oder eine Dehnungsrelaxationsschicht gebildet werden.
  • Der Laserarray-Abschnitt 10 hat ein Paar aus einer ersten Endfläche 10a und einer zweiten Endfläche 10b, die sich in Längsrichtung eines Resonators des Halbleiterlaserelements 1 gegenüberliegen. Die erste Endfläche 10a ist eine vordere Endfläche, von der ein Laserstrahl emittiert wird, und die zweite Endfläche 10b ist eine hintere Endfläche in der vorliegenden Ausführung. Man beachte, dass Reflexionsfilme, die aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet werden, als Endflächenbeschichtungsfilme auf der ersten Endfläche 10a und der zweiten Endfläche 10b gebildet werden können. In diesem Fall kann der Reflexionsfilm mit niedrigem Brechungsindex auf der ersten Endfläche 10a gebildet werden, die als Lichtemissions-Endfläche dient, während der Reflexionsfilm mit hohem Brechungsindex auf der zweiten Endfläche 10b gebildet werden kann.
  • Der Laserarray-Abschnitt 10 hat eine Gratwellenleiterstruktur mit Gratteilen 40. Genauer gesagt hat der Laserarray-Abschnitt 10 eine Vielzahl von Gratteilen 40. In der vorliegenden Ausführungsform werden in dem Laserarray-Abschnitt 10 fünf Gratteile 40 gebildet. Die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 sind durch fünf Gratteile 40 in eine Vielzahl von Teile getrennt. Jedes der Gratteile 40 erstreckt sich linear in Längsrichtung des Laserresonators (eine Schwingungsrichtung des Laserstrahls).
  • Es ist zu beachten, dass die Gratteile 40 in der vorliegenden Ausführung aus einer Grenze zwischen der zweiten Führungsschicht 14 und der zweiten Mantelschicht 15 gebildet werden, aber die Gratteile 40 können aus der Mitte der zweiten Führungsschicht 14 oder der zweiten Mantelschicht 15 gebildet werden.
  • Die Vielzahl von Gratteilen 40 entspricht jeweils der Vielzahl von Emittern 30. Das heißt, es gibt eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz zwischen Emitter 30 und Gratteil 40. Da in der vorliegenden Ausführungsform fünf Gratteile 40 in dem Laserarray-Abschnitt 10 vorgesehen sind, befinden sich in dem Laserarray-Abschnitt 10 fünf Emitter 30.
  • Fünf Emitter 30 sind linear entlang einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Laserresonators (d.h. einer Breitenrichtung der Gratteile 40) angeordnet. Das heißt, in dem Laserarray-Abschnitt 10 sind fünf Emitter 30 in horizontaler Richtung angeordnet.
  • Weiterhin ist das Halbleiterlaserelement 1 mit einer ersten Elektrode 51 und einer zweiten Elektrode 52 zur Strominjektion in den Laserarray-Abschnitt 10 versehen. Die erste Elektrode 51 ist eine ohmsche Elektrode, die auf der Rückseite des Substrats 20 angebracht ist. Die zweite Elektrode 52 ist eine ohmsche Elektrode, die in Kontakt mit der Kontaktschicht 16 jedes Gratteils 40 gebildet wird. Man beachte, dass, wenn Substrat 20 ein isolierendes Substrat ist, die erste Elektrode 51 auf der Oberseite der freiliegenden ersten Mantelschicht 11 gebildet werden kann.
  • Außerdem wird eine Isolierschicht 60 gebildet, um die Seitenflächen der Gratteile 40 und die flachen Teile der Gratteile 40, die sich horizontal von den Wurzeln der Gratteile 40 erstrecken, zu beschichten. Die Bildung der Isolierschicht 60 kann den Fluss eines eingespeisten Stromes in einen Bereich zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 unterdrücken.
  • Im Halbleiterlaserelement 1, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, fließt beim Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 ein Strom zwischen der ersten Elektrode 51 und der zweiten Elektrode 52. Das heißt, der Strom wird in den Laserarray-Abschnitt 10 eingespeist. Der in den Laserarray-Abschnitt 10 eingespeiste Strom fließt nur zu den unteren Teilen der Gratteile 40. Folglich wird der Strom in die aktive Schicht 13 injiziert, die sich unmittelbar unter den Gratteilen 40 befindet, und Elektronen und Löcher werden zur Lichtemission in der aktiven Schicht 13 rekombiniert, wodurch Emitter 30 erzeugt werden.
  • Ein im Emitter 30 erzeugter Strahl wird aufgrund einer Brechungsindexdifferenz zwischen der ersten Mantelschicht 11, der ersten Führungsschicht 12, der aktiven Schicht 13, der zweiten Führungsschicht 14, der zweiten Mantelschicht 15 und der Kontaktschicht 16 in einer Richtung senkrecht zum Substrat (vertikale Richtung) eingegrenzt. Zum anderen wird der im Emitter 30 erzeugte Strahl aufgrund einer Brechungsindexdifferenz zwischen einer Innenseite des Gratteils 40 (zweite Mantelschicht 15 und Kontaktschicht 16) und einer Außenseite des Gratteils 40 (Isolierschicht 60) in horizontaler Richtung des Substrats (horizontale Richtung) eingegrenzt. Wie oben beschrieben, ist das Halbleiterlaserelement 1 ein Brechungsindex-Wellenleiter-Halbleiterlaser in der vorliegenden Ausführung.
  • Dann schwingt der im Emitter 30 erzeugte Strahl hin und her und schwingt zwischen der ersten Endfläche 10a und der zweiten Endfläche 10b, und als Ergebnis des Erhalts einer Verstärkung durch die Strominjektion verwandelt sich der oben genannte Strahl in einen hochintensiven Laserstrahl 10L mit gleichen Phasen, der aus der ersten Endfläche 10a des Emitters 30 austritt. Da in der vorliegenden Ausführungsform fünf Gratteile 40 gebildet werden, wird von fünf Emittern 30 jeweils ein Laserstrahl 10L ausgesendet. Das heißt, fünf Laserstrahlen 10L werden von dem Laserarray-Abschnitt 10 emittiert. Man beachte, dass ein Punkt der ersten Endfläche 10a, an dem der Laserstrahl 10L emittiert wird, als Lichtemissionspunkt des Emitters 30 dient.
  • Die Oszillationswellenlänge (Emissionsfarbe) des Laserstrahls kann durch Veränderung eines Materials jeder der Schichten des Laserarray-Abschnitts 10 eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, rote, grüne und blaue Laserstrahlen zu oszillieren.
  • Das Halbleiterlaserelement 1 ist nach der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass es rote Laserstrahlen aussendet. In diesem Fall kann ein Halbleiterlaserelement 1, das rote Laserstrahlen emittiert, dadurch bereitgestellt werden, dass als Substrat 20 ein Halbleitersubstrat verwendet wird, das aus einem GaAs-Substrat gebildet ist und den Laserarray-Abschnitt 10 durch ein Halbleitermaterial bildet, das aus einem Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V gebildet ist, der durch AlxGayIn1-x-yAszP1-z (wobei 0≤x, y, z≤1 und 0≤x+y≤1) dargestellt wird.
  • Genauer gesagt kann ein n-Typ GaAs-Substrat mit einer Dicke von 80µm und einer Oberfläche (100), die als Hauptoberfläche dient, als Substrat 20 verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, als Laserarray-Abschnitt 10 aus einem AIGalnP-Halbleitermaterial eine n-leitende Mantelschicht als erste Mantelschicht 11, eine undotierte n-leitende Schicht als erste Führungsschicht 12, eine undotierte aktive Schicht als aktive Schicht 13, eine undotierte p-leitende Schicht als zweite Führungsschicht 14, eine p-leitende Mantelschicht als zweite Mantelschicht 15 und eine p-leitende Kontaktschicht als Kontaktschicht 16 zu verwenden.
  • So wird beispielsweise die erste Mantelschicht 11 aus n-(Al0,6Ga0,4)0,5In0,5P mit einer Schichtdicke von 1µm gebildet, die erste Führungsschicht 12 aus u-(Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P mit einer Schichtdicke von 0,1µm, die aktive Schicht 13 aus u-In0,5Ga0,5P mit einer Schichtdicke von 10nm, die zweite Führungsschicht 14 ist aus u-(Al0,4Ga0,0)0,5In0,5P mit einer Schichtdicke von 0,1µm, die zweite Mantelschicht 15 ist aus p-(Al0,6Ga0,4)0,5In0,5P mit einer Schichtdicke von 0,5µm und die Kontaktschicht 16 ist aus p-GaAs mit einer Schichtdicke von 0,1µm gebildet. Man beachte, dass die erste Elektrode 51 eine n-seitige Elektrode und die zweite Elektrode 52 eine p-seitige Elektrode ist und beide jeweils aus einem Metallmaterial wie Cr, Ti, Ni, Pd, Pt oder Au bestehen.
  • Anschließend werden die Eigenschaften und eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform anhand von 2 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. In 2 ist (a) ein Strukturdiagramm einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in Halbleiterlaserelement 1 gemäß Ausführungsform 1, (b) ein Diagramm, das eine Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13 in demselben Halbleiterlaserelement 1 darstellt, (c) ein Diagramm, das eine Bandlücke der aktiven Schicht 13 in demselben Halbleiterlaserelement 1 darstellt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 1 emittierten Laserstrahlen darstellt. Man beachte, dass in 2(a) die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 weggelassen wurden.
  • Wie in 1 und 2(a) dargestellt, ist der Laserarray-Abschnitt 10 des Halbleiterlaserelements 1 entsprechend der vorliegenden Ausführung mit fünf Gratteilen 40 versehen. Jedes der Gratteile 40 wird durch die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 gebildet.
  • Wie in 2(a) dargestellt, wobei die fünf Gratteile 40 vom linken Ende bis zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 den Gratteil RI2, den Gratteil RI1, den Gratteil RC0, den Gratteil Rr1 und den Gratteil Rr2 bilden, befindet sich der Gratteil RCO in der Mitte des Laserarray-Abschnitts 10.
  • Die Intervalle zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 in der Vielzahl von Gratteile 40 umfassen in der vorliegenden Darstellung unterschiedliche Längen. Genauer gesagt, da in dem Laserarray-Abschnitt 10 fünf Gratteile 40 gebildet werden, sind vier Intervalle als Abstand zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 (Gratabstände) vorgesehen. Die oben genannten vier Intervalle umfassen: vom linken Ende zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10, erstes Intervall dl2 (Intervall zwischen Gratteil RI2 und Gratteil RI1), zweites Intervall dl1 (Intervall zwischen Gratteil RI1 und Gratteil RC0), drittes Intervall dr1 (Intervall zwischen Gratteil RCO und Gratteil Rr1) und viertes Intervall dr2 (Intervall zwischen Gratteil Rr1 und Gratteil Rr2). Die vier Intervalle unterscheiden sich voneinander.
  • Als ein Beispiel: Wenn die Breite des Laserarray-Abschnitts 10 (Chip-Breite) gleich 250µm und die Länge des Resonators des Laserarray-Abschnitts 10 gleich 1 mm beträgt, sind die vier Intervalle zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 gleich dl2=60µm, dl1=40µm, dr1=50µm und dr2=30µm. Man beachte, dass die Breiten der fünf Gratteile 40 (Gratbreiten) gleich sind, das heißt 5µm. Die Neigungswinkel der fünf Gratteile 40 (Gratwinkel) sind alle gleich.
  • Wie oben beschrieben, sind zwar die Breiten und Gratwinkel der Gratteile 40 in der vorliegenden Darstellung alle gleich, aber die Abstände zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 umfassen die unterschiedlichen Längen und fünf Gratteile 40 haben vier Gratteile RI2, RI1, Rr1 und Rr2, die asymmetrisch zum Gratteil RC0 in der Mitte angeordnet sind.
  • Außerdem entsprechen die Positionen und Breiten der Emitter 30 den Positionen und Breiten der Gratteile 40. Folglich sind, wie bei den Gratteilen 40, zwei benachbarte Emitter 30 in der Vielzahl von Emitter 30 unterschiedlich lang. Genauer gesagt, da fünf Emitter 30 in Korrespondenz mit fünf Gratteilen 40 vorgesehen sind, gibt es vier Intervalle zwischen zwei benachbarten Emittern 30 (Emitterintervalle).
  • Dabei ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Emittern 30 (Emitterintervall) ein Abstand, der die Mittelpunkte zweier benachbarter Emitter 30 miteinander verbindet. Darüber hinaus stimmt der Mittelpunkt jedes Emitters 30 mit dem Mittelpunkt jedes Gratteils 40 überein und dient als Mittelpunkt einer Linie, die die rechte und linke Ecke (rechter und linker Punkt an der Wurzel) an einem unteren Teil jedes Gratteils 40 miteinander verbindet. Genauer gesagt, wie in 3 dargestellt, wobei die Koordinaten am linken Punkt an der Wurzel des Gratteils 40 auf der Emissionsendfläche P1(x1, y1) und die Koordinaten am rechten Punkt an der Wurzel des Gratteils 40 auf der Emissionsendfläche P2(x2, y2) sind, dient ein durch die Koordinaten P3((x1+x2)/2,(y1+y2)/2) dargestellter Punkt als Mittelpunkt jedes Gratteils 40 und auch als Mittelpunkt jedes Emitters 30.
  • Die Breite des Emitters 30 (Emitterbreite) entspricht fast der Länge einer Linie, die die rechte und linke Ecke (die beiden rechten und linken Punkte an der Wurzel) im untersten Teil des Gratteils 40 miteinander verbindet. Genauer gesagt ist die Breite des Emitters 30 in 3 die Länge einer Linie, die die Punkte P1 und P2 miteinander verbindet und wird daher durch {(x1-x2)2+(y1-y2)2}1/2 dargestellt.
  • Da das Intervall zwischen zwei benachbarten Emittern 30 (Emitterintervall) mit dem Intervall zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 (Stegintervall) übereinstimmt, sind die vier Emitterintervalle das erste Intervall dl2, das zweite Intervall dl1, das dritte Intervall dr1 und das vierte Intervall dr2, die sich voneinander unterscheiden.
  • Außerdem ist die Breite des Emitters 30 (Emitterbreite) eine Länge in einer Richtung, in der sich die Vielzahl von Emitter 30 in einer sekundären Lichtemissionsverteilung anordnen. Daher entspricht die Breite jedes Emitters 30 der Breite des Gratteils 40 (Gratbreite). In der vorliegenden Ausführungsform sind die fünf Emitterbreiten 5µm, d.h., sie sind, wie auch die Stegbreiten, untereinander gleichwertig.
  • Bei dem wie oben konfigurierten Halbleiterlaserelement 1 werden die fünf Emitterintervalle in Abhängigkeit von der Position des Laserarrays Abschnitt 10 variiert. Folglich wird die Wärme wahrscheinlich an einer Stelle mit einem kurzen Emitterintervall verbleiben, während die Wärmeabgabe an einer Stelle mit einem großen Emitterintervall gefördert wird, was eine Modulation der Temperaturverteilung ermöglicht.
  • Das zweite Intervall dl1 ist in der vorliegenden Ausführungsform relativ kurz und somit ist die Wärmeabgabe in den Emittern 30 entsprechend dem Gratteil RI1 und dem Gratteil RCO gering. Darüber hinaus ist das vierte Intervall dr2 ebenfalls relativ kurz und damit die Wärmeabgabe in den Emittern 30 entsprechend den Gratteilen Rr1 und Rr2 ebenfalls gering.
  • Außerdem befinden sich die Gratteile Rr1 und Rr2 auf einer Seite, die näher am Endteil des Laserarray-Abschnitts 10 liegt als die Gratteile Rr1 und RC0. Dadurch wird die Wärmeabgabeleistung der Emitter 30 entsprechend den Gratteilen Rr1 und Rr2 besser als die Wärmeabgabeleistung der Emitter 30 entsprechend den Gratteilen RI1 und RC0.
  • Als Folge davon moduliert die Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13. Genauer gesagt, die Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13 variiert, wie in 2(b) dargestellt. Eine Erhöhung der Temperatur der aktiven Schicht 13 verringert die Bandlücke eines Materials der aktiven Schicht 13, und somit moduliert die Bandlücke der aktiven Schicht 13 entsprechend der Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13 und variiert wie in 2(c) dargestellt.
  • Die Oszillationswellenlänge des Laserstrahls steigt hier mit einer Abnahme der Bandlücke der aktiven Schicht 13. Wenn also die Oszillationswellenlängen der jeweils von fünf Emittern 30 emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der fünf Emitter 30 aufgetragen werden, variieren die Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen entsprechend der Verteilung der Bandlücken der aktiven Schicht 13, wie in 2(d) dargestellt. Das heißt, die Oszillationswellenlängen der fünf Laserstrahlen zeigen eine asymmetrische Verteilung.
  • Genauer gesagt, werden von fünf Emittern 30 entsprechend den fünf Gratteilen RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 rote Laserstrahlen von 630,0nm, 632,5nm, 632,0nm, 631,0nm und 631,5nm in der Reihenfolge vom linken zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 emittiert.
  • Wie oben beschrieben, wird die Wellenlängenvariation der fünf Laserstrahlen durch eine Differenz der Intervalle zwischen den fünf Gratteilen 40 (d.h. den Intervallen zwischen der Vielzahl der Emitter 30) in der vorliegenden Ausführungsform verursacht. Man beachte, dass die Wellenlängen der fünf roten Laserstrahlen, die von fünf Emittern 30 emittiert werden, in der vorliegenden Ausführungsform in einem Bereich von mehreren Nanometern variieren.
  • Im Halbleiterlaserelement 1 werden nach der obigen Darstellung eine Vielzahl von gleichfarbigen Laserstrahlen aus der Vielzahl von Emittern 30 ausgesendet, wobei die Vielzahl von Laserstrahlen die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen einschließen und somit das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann. Insbesondere sind die Wellenlängen der beiden benachbarten Laserstrahlen unterschiedlich, so dass das Speckle-Rauschen effektiv unterdrückt werden kann.
  • Weiterhin sind im Halbleiterlaserelement 1 nach der vorliegenden Ausführungsform fünf Punkte, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, mit Extremwerten versehen. In der vorliegenden Ausführung, wie in 2(d) dargestellt, befinden sich die Extremwerte an Positionen, die zwei Teilen einschließlich der Gratteile RI1 und Rr1 entsprechen. Die Extremwerte in der Verteilung der Laserstrahlvariation befindet sich nicht an einer Position, die dem Zentrum (Gratteil RC0 in der Mitte) des Laserarray-Abschnitts 10 entspricht, sondern an Positionen, die von der Mitte des Laserarray-Abschnitts 10 getrennten Stellen entsprechen.
  • Folglich treten Interferenzen, die durch die Überlappung der Vielzahl von Laserstrahlen verursacht werden, nicht mehr in dem zentralen Teil des Gesichtsfeldes auf (beispielsweise um die Mitte einer Bildschirmfläche), dem der Mensch die meiste Aufmerksamkeit schenkt, wodurch das Speckle-Rauschen unterdrückt wird. Außerdem tritt auch beim Auftreten der Interferenz infolge der Überlappung der Vielzahl von Laserstrahlen diese an einer vom Mittelteil getrennten Stelle auf. Infolgedessen wird ein Mensch, dessen Blickpunkt wahrscheinlich auf den zentralen Teil des Gesichtsfeldes fokussiert ist, das Speckle-Rauschen weniger wahrscheinlich wahrnehmen.
  • Darüber hinaus ermöglicht es die Wellenlängenvariation der Laserstrahlen mit den Extremwerten zu versehen, eine Wellenlängendifferenz zwischen dem Laserstrahl der größten Wellenlänge und dem Laserstrahl der kleinsten Wellenlänge zu reduzieren, die beide in der Vielzahl der von der Vielzahl der Emitter 30 emittierten Laserstrahlen enthalten sind. Da eine Verteilung der Wellenlängen aller fünf Laserstrahlen nicht monoton zunimmt oder monoton abnimmt, kann die Wellenlängendifferenz zwischen dem Laserstrahl der größten Wellenlänge und dem Laserstrahl der kleinsten Wellenlänge stärker reduziert werden, als wenn die Verteilung der Wellenlängen aller fünf Laserstrahlen monoton zunimmt oder monoton abnimmt. Folglich kann der Wellenlängenunterschied zwischen den roten Laserstrahlen, die von der Vielzahl der Emitter 30 emittiert werden, klein gemacht werden, wodurch es möglich ist, die Verschlechterung der Farbreinheit der von dem Laserarray-Abschnitt 10 emittierten Laserstrahlen zu unterdrücken.
  • Wie oben beschrieben, ermöglicht das Halbleiterlaserelement 1 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Laserstrahlausgabe ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit.
  • Man beachte, dass die Mittenwellenlänge des vom Laserarray-Abschnitt 10 einschließlich der Vielzahl der Emitter 30 emittierten Laserstrahls eine Wellenlänge eines wie unten beschrieben definierten Laserstrahls ist. Genauer gesagt, bezieht sich die oben genannte Zentralwellenlänge auf die eines n-ten Emitters (Emitter 30) vom rechten oder linken Ende des Laserarray-Abschnitts 10, wenn die Anzahl der Emitter 30 ungerade ist, was durch 2n-1 dargestellt wird. Die oben genannte Zentralwellenlänge bezieht sich auf die der n-ten und (n+1)-ten Emitter (Emitter 30) vom rechten oder linken Ende des Laserarray-Abschnitts 10, wenn die Anzahl der Emitter (Emitter 30) eine gerade Zahl ist, die durch 2n dargestellt wird. Man beachte, dass n eine natürliche Zahl von 3 oder größer ist. Gleiches gilt für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • Als nächstes wird das Halbleiterlaserelement 2 gemäß der Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In 4 ist (a) ein Strukturdiagramm einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in einem Halbleiterlaserelement 2 gemäß der Ausführungsform 2, (b) ein Diagramm, das die Breiten von fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 2 zeigt, (c) ein Diagramm, das die effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters entsprechend fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 2 zeigt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 2 emittierten Laserstrahlen zeigt. Man beachte, dass die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 in 4(a) weggelassen wurden.
  • Das Halbleiterlaserelement 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Halbleiterlaserelement 1 gemäß der Ausführungsform 1 unterscheiden sich voneinander in den Breiten und Abständen von fünf Gratteilen 40.
  • Genauer gesagt, sind bei den fünf oben beschriebenen Gratteilen 40 in der Ausführungsform 1 die vier Intervalle zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 nicht alle gleich und schließen die unterschiedlichen Längen ein. Außerdem sind die Breiten der fünf Gratteile 40 in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 alle gleich.
  • Im Gegensatz dazu sind bei den fünf Gratteilen 40 in der vorliegenden Ausführung die vier Abstände zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 alle gleich, aber die Breiten der fünf Gratteile 40 sind nicht alle gleich und umfassen unterschiedliche Längen, wie in 4(a) dargestellt. Die Breite des Gratteils 40 kann leicht variiert werden, indem beispielsweise das Muster einer Fotomaske variiert wird.
  • Als ein Beispiel, in der Halbleiter-Laser-Element 2 nach der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Breite der Laserarray-Abschnitt 10 (Chip-Breite) ist 250µm und der Resonator Länge der Laserarray-Abschnitt 10 ist 1 mm, wo die Breiten der Gratteile RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 sind definiert als erste Breite wl2, zweite Breite wl1, dritte Breite wc0, vierte Breite wr1 und fünfte Breite wr2, wl2=5µm, wl1=10µm, wC0=5µm, wr1=2µm und wr2=5µm. Man beachte, dass alle vier Abstände zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 50µm sind.
  • Außerdem entsprechen die Positionen und Breiten der Emitter 30 den Positionen und Breiten der Gratteile 40, wie oben beschrieben. Folglich werden in der vorliegenden Ausführung drei verschiedene Längen als die Breiten von fünf Gratteilen 40 und somit drei verschiedene Längen als die Breiten von fünf Emittern 30 entsprechend den Breiten der Gratteile 40 vorgesehen, wie in 4(b) dargestellt.
  • Genauer gesagt, wie oben beschrieben, entspricht die Breite des Emitters 30 (Emitterbreite) fast der Länge einer Linie, die die rechte und linke Ecke am untersten Teil des Gratteils 40 (zwei rechte und linke Punkte an der Wurzel) miteinander verbindet. So sind, wie bei den Breiten der fünf Gratteile 40, die Breiten der fünf Emitter 30 5µm, 10µm, 5µm, 2µm und 5µm vom linken Ende bis zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 in der vorliegenden Ausführung.
  • Dabei variieren in Abhängigkeit von den Breiten und Längen der Emitter 30 die Brechungsindizes, die der sich durch einen Wellenleiter ausbreitende Strahl erfasst, und ein Brechungsindex (ein vom geführten Licht im Mittel erfasster Brechungsindex) im Hinblick auf eine Nahfeldverteilung, d.h. ein sogenannter effektiver Brechungsindex Neff, variiert. Genauer gesagt, eine Erhöhung der Breite des Emitters 30 erhöht den effektiven Brechungsindex Neff, während eine Verringerung der Breite des Emitters 30 den effektiven Brechungsindex Neff verringert. So variieren die effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters in dem Laserarray-Abschnitt 10 in Verbindung mit einer Variation der Länge der Breite jedes Emitters 30, wie in 4(c) dargestellt.
  • Daraus folgt, dass, wenn die Oszillationswellenlängen der jeweils von fünf Emittern 30 emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der fünf Emitter 30 aufgetragen werden, die Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen entsprechend einer Verteilung der effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters variieren, wie in 4(d) dargestellt. Das heißt, die Oszillationswellenlängen der fünf Laserstrahlen zeigen eine asymmetrische Verteilung.
  • Genauer gesagt werden von fünf Emittern 30 entsprechend den fünf Gratteilen RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 rote Laserstrahlen von 631nm, 632nm, 631nm, 630nm und 631nm in der Reihenfolge vom linken Ende zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 emittiert.
  • Wie oben beschrieben, wird die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, durch den Unterschied in den Intervallen zwischen der Vielzahl von Gratteilen 40 (Intervalle zwischen der Vielzahl von Emittern 30) in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 verursacht, aber die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, wird durch einen Unterschied in den Breiten zwischen der Vielzahl von Gratteilen 40 (Breiten zwischen der Vielzahl von Emittern 30) in der vorliegenden Ausführungsform verursacht. Genauer gesagt wird die Wellenlängenvariation der fünf Laserstrahlen durch die Differenz der Breite zwischen den fünf Gratteilen 40 (Breite zwischen den fünf Emittern 30) verursacht. Das heißt, die Breiten der Vielzahl der Gratteile 40 (die Vielzahl der Emitter 30) werden in Abhängigkeit von der Position des Laserarray-Abschnitts 10 variiert, um dadurch die Breiten der Gratteile 40 (Breiten der Emitter 30) in der vorliegenden Ausführung zu modulieren. Man beachte, dass die Wellenlängen der roten Laserstrahlen, die von fünf Emittern 30 emittiert werden, auch in der vorliegenden Ausführungsform in einem Bereich von mehreren Nanometern variieren.
  • Wie oben beschrieben, werden auch beim Halbleiterlaserelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von gleichfarbigen Laserstrahlen aus der Vielzahl von Emittern 30 emittiert, aber wie bei der Ausführungsform 1 schließt die Vielzahl von Laserstrahlen die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen ein, so dass das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann.
  • Weiterhin sind auch im Halbleiterlaserelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform fünf Punkte, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, Extremwerte enthalten. Genauer gesagt, wie in 4(d) dargestellt, befinden sich die Extremwerte an Positionen, die den beiden Teilen, d.h. den Gratteilen RI1 und Rr1, entsprechen. Die Extremwerte in dieser Verteilung der Strahlvariation befinden sich nicht an einer Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts 10 entspricht (Gratteil RCO in der Mitte), sondern an Positionen, die von der Mitte des Laserarray-Abschnitts 10 getrennten Stellen entsprechen.
  • Folglich ist es auch im Halbleiterlaserelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform, wie bei der Ausführungsform 1, möglich, einen Laserstrahl ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit zu erzeugen.
  • Man beachte, dass die Breiten der fünf Gratteile 40 und die Breiten der fünf Emitter 30 die drei Differenzlängen in der vorliegenden Ausführungsform enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind. Die Breiten der fünf Gratteile 40 und die Breiten der fünf Emitter 30 können voneinander abweichen. Darüber hinaus verringern zu große Breiten der Gratteile 40 und zu große Breiten der Emitter 30 die Abhängigkeit der Emitter 30 von den effektiven Brechungsindizes, weshalb empfohlen wird, die Breiten der Gratteile 40 nicht zu groß zu wählen. Zum Beispiel kann die Breite des Gratteils 40 maximal etwa 100µm betragen.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 3
  • Als nächstes wird das Halbleiterlaserelement 3 gemäß der Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. In 5 ist (a) ein Strukturdiagramm einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in Halbleiterlaserelement 3 gemäß Ausführungsform 3, (b) ein Diagramm, das eine Verteilung der Aus-Winkel der Substratoberfläche in demselben Halbleiterlaserelement 3 zeigt, (c) ein Diagramm, das die Bandlücken der aktiven Schicht 13 in demselben Halbleiterlaserelement 3 zeigt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 3 emittierten Laserstrahlen zeigt. Man beachte, dass die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 in 5(a) weggelassen wurden.
  • Das Halbleiterlaserelement 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Halbleiterlaserelement 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 haben unterschiedliche Substrate 20. Genauer gesagt ist der Aus-Winkel („off angle“) von Substrat 20 in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 konstant, aber der Aus-Winkel von Substrat 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform nicht konstant, wie in 5(a) dargestellt. Daher unterscheidet sich die Schichtstruktur des auf dem Substrat 20 gebildeten Laserarray-Abschnitts 10 von der von Ausführungsform 1, wie in 5(a) dargestellt.
  • Wenn man das Substrat 20 mit einem Aus-Winkel versieht, variiert die Bandlücke der aktiven Schicht 13, die das Kristallwachstum auf dem Substrat 20 bewirkt und die Schwingungswellenlänge des Laserstrahls entsprechend dem Aus-Winkel variiert. Wenn man beispielsweise ein GaAs-Substrat als Substrat 20 verwendet und eine AlGaInP-basierte Halbleiterschicht als Laserarray-Abschnitt 10 auf das GaAs-Substrat überlagert, wird durch die Neigung (Aus-Winkel) in Bezug auf die Oberflächenorientierung des GaAs-Substrats und beispielsweise durch die Neigung der Oberflächenorientierung des GaAs-Substrats in Richtung von der Oberfläche 100 in Richtung [011] die Bandlücke der aktiven Schicht 13 variiert und die Oszillationswellenlänge des Laserstrahls variiert.
  • So ermöglicht die Anordnung des Substrats 20 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Aus-Winkeln in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von Emittern 30 die Variation der Bandlücke der aktiven Schicht 13 für jeden Emitter 30, wodurch die Schwingungswellenlänge des Laserstrahls teilweise variiert werden kann. Die Oszillationswellenlänge des Laserstrahls wird durch Variation des Aus-Winkels an der Endfläche des GaAs-Substrats für jeden der fünf Emitter 30 in der vorliegenden Ausführungsform gesteuert.
  • Mögliche Verfahren zur Variation des Aus-Winkels der Vorderfläche des GaAs-Substrats für jeden Emitter 30 sind unten aufgeführt.
  • Das erste Verfahren umfasst das Verziehen des Substrats 20. In diesem Fall wird zunächst eine AlAs-Schicht auf einer der Oberflächen des GaAs-Substrats aufgewachsen, dessen beide Hauptoberflächen die Oberfläche (100) bilden, und das GaAs-Substrat wird durch eine Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem GaAs-Substrat und der AlAs-Schicht verzogen. Die Richtung <100> unterscheidet sich teilweise je nach Lage des GaAs-Substrats durch die Verwölbung des GaAs-Substrats. Durch das Flachpolieren einer weiteren Oberfläche des verzogenen GaAs-Substrats wird die GaAs-Oberfläche auf der polierten Oberfläche sichtbar, wobei der Aus-Winkel je nach Ort variiert. Die Abhängigkeit des Aus-Winkels vom Standort ist auf die Position des Emitters 30 abgestimmt.
  • Das zweite Verfahren ist ein Verfahren, das durch Ätzen durchgeführt wird. In diesem Fall werden zunächst auf einer der Oberflächen des GaAs-Substrats, dessen beide Oberflächen die Oberfläche (100) bilden, jeweils den Emittern 30 entsprechende Widerstände (resists“) gebildet und die genannten Widerstände durch Trockenätzen geneigt. Die Widerstände werden maskiert und das GaAs-Substrat geätzt, wodurch es möglich ist, ein GaAs-Substrat mit einem Aus-Winkel zur Oberfläche zu erhalten (100).
  • Der Aus-Winkel der Vorderfläche von Substrat 20 kann für jeden Emitter 30 wie oben beschrieben variiert werden. In der vorliegenden Ausführung betragen die Aus-Winkel des Substrats 20, die jeweils fünf Emittern 30 entsprechen (Neigungen von der Oberfläche (100) des GaAS-Substrats in Richtung [011]), 9°, 6°, 3°, 0° bzw. 3°, wie in 5(b) dargestellt.
  • Folglich variiert die Bandlücke der aktiven Schicht 13 für jeden Emitter 30, wie in 5 (c) dargestellt. Genauer gesagt variiert die Bandlücke der aktiven Schicht 13, um ein Größenverhältnis zu schaffen, das dem der Aus-Winkel-Variation des Substrats 20 entgegengesetzt ist.
  • Da hier die Schwingungswellenlänge des Laserstrahls mit abnehmender Bandlücke der aktiven Schicht 13 zunimmt, wenn die Oszillationswellenlängen der jeweils von fünf Emittern 30 emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der fünf Emitter 30 aufgetragen werden, variieren die Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen entsprechend einer Verteilung der schlechten Lücken der aktiven Schicht 13, wie in 5(d) dargestellt. Das heißt, die fünf Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen zeigen eine asymmetrische Verteilung.
  • Genauer gesagt, von fünf Emittern 30 entsprechend den fünf Gratteilen RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 werden rote Laserstrahlen von 650nm, 652nm, 660nm, 668nm und 660nm in der Reihenfolge vom linken zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 emittiert.
  • Wie oben beschrieben, wird die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, durch den Unterschied in den Intervallen zwischen der Vielzahl von Gratteilen 40 (Intervalle zwischen den Emittern 30) in der Ausführungsform 1 verursacht, aber die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, wird durch einen Unterschied im Aus-Winkel des Substrats 20 in der vorliegenden Ausführungsform verursacht. Konkret wird der Aus-Winkel des Substrats 20 entsprechend der Position des Emitters 30 variiert, um die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen in der vorliegenden Ausführung zu modulieren. Man beachte, dass die Wellenlängen der roten Laserstrahlen, die von fünf Emittern 30 emittiert werden, in einem Bereich von einigen zehn Nanometern variieren.
  • Auch im Halbleiterlaserelement 3 werden nach der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von gleichfarbigen Laserstrahlen von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert, aber wie bei der Ausführungsform 1 schließt die Vielzahl von Laserstrahlen die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen ein, so dass das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann.
  • Darüber hinaus sind auch im Halbleiterlaserelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform fünf Punkte, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, Extremwerte enthalten. Genauer gesagt, wie in 5(d) dargestellt, befinden sich die Extremwerte an Positionen, die den beiden Teilen, d.h. den Gratteilen RI1 und Rr1, entsprechen. Die Extremwerte in einer Verteilung der Laserstrahlvariation befinden sich nicht an einer Position, die dem Zentrum (Gratteil RCO in der Mitte) des Laserarray-Abschnitts 10 entspricht, sondern an Positionen, die von der Mitte des Laserarray-Abschnitts 10 getrennten Stellen entsprechen.
  • Folglich ist es auch im Halbleiterlaserelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform, wie es bei der Ausführungsform 1 der Fall ist, möglich, Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit zu emittieren.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 4
  • Als nächstes wird das Halbleiterlaserelement 4 gemäß der Ausführungsform 4 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In 6 ist (a) ein Strukturdiagramm einer Laserstrahl-Emissionsendfläche in einem Halbleiterlaserelement 4 gemäß der Ausführungsform 4, (b) ein Diagramm, das eine Verteilung der Neigungswinkel der Gratteile 40 in demselben Halbleiterlaserelement 4 zeigt, (c) ein Diagramm, das die effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters entsprechend fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 4 zeigt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern 30 in demselben Halbleiterlaserelement 4 emittierten Laserstrahlen zeigt. Man beachte, dass die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 in 6(a) weggelassen wurden.
  • Das Halbleiterlaserelement 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Halbleiterlaserelement 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 unterscheiden sich in Neigungswinkeln (Stegwinkeln) von fünf Gratteilen 40 voneinander.
  • Hier kann der Neigungswinkel von Gratteil 40 als mittlerer Gratwinkel definiert werden, wie unten beschrieben. Genauer gesagt, wenn zwei Linien, die die rechte und linke Ecke am untersten Teil des Gratteils 40 (zwei rechte und linke Punkte an der Wurzel) und die rechte und linke Ecke am obersten Teil (zwei rechte und linke Punkte am Gipfel) miteinander verbinden, d.h. zwei Linien, die eine Linie, die den Punkt P1 und den Punkt P3 miteinander verbindet, und eine Linie, die den Punkt P2 und den Punkt P4 miteinander verbindet, die Winkel θ1 bzw. θ2 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der aktiven Schicht 13 bilden, wird ein Neigungswinkel θr des Gratteils 40 durch (θ1+θ2)/2 dargestellt.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind die Neigungswinkel von fünf Gratteilen 40 alle gleich, aber alle Neigungswinkel θr von fünf Gratteilen 40 sind nicht gleich und umfassen verschiedene Winkel, wie in 6(a) in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt. Das heißt, die Neigungswinkel θr von fünf Gratteilen 40 sind moduliert.
  • Als ein Beispiel sind die Neigungswinkel θr der Gratteile RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 der fünf Gratteile 40 auf 10°, 20°, 10°, 0° und 10° vom linken Ende zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 eingestellt. Folglich variiert eine Verteilung der Neigungswinkel θr der Gratteile 40, wie in 6(b) dargestellt. Man beachte, dass die Absolutwerte des rechten und linken Neigungswinkels θr in jedem Gratteil 40 gleich sind.
  • Dabei variieren die effektiven Brechungsindizes der Wellenleitung in Abhängigkeit von den Neigungswinkeln θr der Gratteile 40. Genauer gesagt, eine Vergrößerung des Neigungswinkels θr von Gratteil 40 in Bezug auf die gleiche Gratbreite vergrößert die effektive Breite des Emitters 30, was zu einer Erhöhung des effektiven Brechungsindexes führt. Eine Abnahme des Neigungswinkels θr des Gratteils 40 verengt die effektive Breite des Emitters 30, was zu einer Abnahme des effektiven Brechungsindexes führt. So variieren die effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters in dem Laserarray-Abschnitt 10 in Verbindung mit der Variation des Neigungswinkels θr des Gratteils 40, wie in 6(c) dargestellt.
  • Wenn die Oszillationswellenlängen der jeweils von fünf Emittern 30 emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der fünf Emitter 30 aufgetragen werden, variieren die Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen entsprechend der Verteilung der effektiven Brechungsindizes des Wellenleiters, wie in 6(d) dargestellt. Das heißt, die Oszillationswellenlängen der fünf Laserstrahlen zeigen eine asymmetrische Verteilung.
  • Genauer gesagt werden von fünf Emittern 30 entsprechend den fünf Gratteilen RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2 rote Laserstrahlen von 631nm, 632nm, 631nm, 630nm und 631nm in der Reihenfolge vom linken Ende zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 emittiert.
  • Wie oben beschrieben, wird die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, durch die Differenz der Intervalle zwischen der Vielzahl von Gratteilen 40 (Intervalle zwischen den Emittern 30) in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 verursacht, aber die Wellenlängenvariation der Vielzahl von Laserstrahlen, die von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert werden, wird durch eine Differenz der Neigungswinkel (durchschnittliche Stegwinkel) der Gratteile 40 in der vorliegenden Ausführungsform verursacht. Das heißt, die jeweiligen Neigungswinkel der Vielzahl von Gratteilen 40 werden variiert, um die praktischen Breiten der Emitter 30 zu modulieren und damit die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen zu modulieren.
  • Wie oben beschrieben, werden auch beim Halbleiterlaserelement 4 nach der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl von gleichfarbigen Laserstrahlen von der Vielzahl von Emittern 30 emittiert, aber wie bei der Ausführungsform 1 schließt die Vielzahl von Laserstrahlen die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen ein, so dass das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann.
  • Weiterhin sind auch im Halbleiterlaserelement 4 nach der vorliegenden Ausführungsform fünf Punkte, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, Extremwerte enthalten. Genauer gesagt, wie in 6(d) dargestellt, befinden sich die Extremwerte an Positionen, die zwei Abschnitten entsprechen, d.h. den Gratteilen RI1 und Rr1. Die Extremwerte in der Verteilung der Laserstrahlvariation befinden sich nicht an einer Position, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts 10 entspricht (Gratteil RCO in der Mitte), sondern an Positionen, die von der Mitte des Laserarray-Abschnitts 10 getrennten Stellen entsprechen.
  • Folglich ist es auch im Halbleiterlaserelement 4 nach der vorliegenden Ausführungsform, wie es bei der Ausführungsform 1 der Fall ist, möglich, Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit zu emittieren.
  • Man beachte, dass der Neigungswinkel θr jedes Gratteils 40 variiert werden kann, beispielsweise durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl von außen zum Zeitpunkt des Trockenätzens beim Formen des Gratteils 40, um dadurch die Temperatur jedes Gratteils 40 zu variieren.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 5
  • Als nächstes wird die Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 5 unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung 100 nach Ausführungsform 5. In 8 ist (a) ein Diagramm, das die Struktur der Endfläche der Laserstrahlemission in einer Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 5 darstellt, (b) ein Diagramm, das die Temperaturverteilung des Kühlwassers in der gleichen Halbleiterlaservorrichtung 100 darstellt, (c) ein Diagramm, das die Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13 im gleichen Halbleiterlaserelement 4 darstellt, und (d) ein Diagramm, das die Oszillationswellenlängen der von fünf Emittern 30 im gleichen Halbleiterlaserelement 4 emittierten Laserstrahlen darstellt. Man beachte, dass die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 in 8(a) weggelassen wurden.
  • Wie in 7 und 8(a) dargestellt, umfasst die Halbleiterlaservorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführung ein Halbleiterlaserelement 5, den Submount 110 und die wassergekühlte Wärmesenke 120.
  • Wie das oben beschriebene Halbleiterlaserelement 1 nach der Ausführungsform 1, so umfasst das Halbleiterlaserelement 5 nach der vorliegenden Ausführungsform: Substrat 20; und den auf dem Substrat 20 befindlichen Laserarray-Abschnitt 10 mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Emittern 30 (lichtemittierende Teile), die Laserstrahlen aussenden.
  • Der Laserarray-Abschnitt 10 ist ein Laminat mit der ersten Mantelschicht 11, der ersten Führungsschicht 12, der aktiven Schicht 13, der zweiten Führungsschicht 14, der zweiten Mantelschicht 15 und der Kontaktschicht 16, die in der oben genannten Reihenfolge geschichtet sind.
  • Der Laserarray-Abschnitt 10 hat eine Gratwellenleiterstruktur mit Gratteilen 40. Genauer gesagt, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1, hat der Laserarray-Abschnitt 10 eine Vielzahl von Gratteile 40. Auch in der vorliegenden Ausführungsform werden in dem Laserarray-Abschnitt 10 fünf Gratteile 40 gebildet. Das heißt, fünf Emitter 30 sind in Korrespondenz mit fünf Gratteilen 40 in dem Laserarray-Abschnitt 10 vorgesehen.
  • Außerdem sind die Abstände zwischen zwei benachbarten Gratteilen 40 (Gratabstände), die jeweiligen Breiten der Gratteile 40 (Gratbreiten) und die jeweiligen Neigungswinkel der Gratteile 40 in fünf Gratteilen 40 in der vorliegenden Darstellung gleich. Daher sind die Abstände zwischen zwei benachbarten Emittern 30 (Emitterintervalle) und die jeweiligen Breiten der Emitter 30 (Emitterbreiten) bei fünf Emittern 30 gleich. Zum Beispiel betragen die Gratabstände und die Emitterabstände alle 100µm, die Gratbreiten und die Emitterabstände alle 10µm und die Neigungswinkel der Gratteile 40 sind alle 15 Grad.
  • Man beachte, dass wie beim Halbleiterlaserelement 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführung 1 die erste Elektrode 51, die zweite Elektrode 52 und die Isolierschicht 60 im Halbleiterlaserelement 5 weiter ausgebildet werden.
  • Das Halbleiterlaserelement 5 ist nach der vorliegenden Ausführung so konfiguriert, dass es blaue Laserstrahlen aussendet. In diesem Fall kann ein Halbleiterlaserelement 5, das blaue Laserstrahlen aussendet, durch Verwendung eines aus einem GaN-Substrat gebildeten Halbleitersubstrats als Substrat 20 und Bildung von Laserarray-Abschnitt 10 mit einem Halbleitermaterial aus einem Nitrid-Halbleiter der Gruppe III, dargestellt durch AlxGayIn1-x-yN (wobei 0≤x, y≤1, 0≤x+y ≤1), erhalten werden.
  • Genauer gesagt kann ein n-Typ GaN-Substrat mit einer Dicke von 80µm und einer Oberfläche (0001) als Hauptoberfläche als Substrat 20 verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, als Laserarray-Abschnitt 10 aus dem GaN-basierten Halbleitermaterial eine n-leitende Mantelschicht als erste Mantelschicht 11, eine undotierte n-leitende Führungsschicht als erste Führungsschicht 12, eine undotierte aktive Schicht als aktive Schicht 13, eine undotierte p-leitende Schicht als zweite Führungsschicht 14, eine p-leitende Mantelschicht als zweite Mantelschicht 15 und eine p-leitende Kontaktschicht als Kontaktschicht 16 zu verwenden.
  • Beispielsweise wird die erste Mantelschicht 11 aus n-Al0,2Ga0,8N mit einer Schichtdicke von 0,5µm, die erste Führungsschicht 12 aus u-GaN mit einer Schichtdicke von 0,1µm, die aktive Schicht 13 aus u-In0,3Ga0.7N gebildet. mit einer Schichtdicke von 9µm, die zweite Führungsschicht 14 wird aus u-GaN mit einer Schichtdicke von 0,1µm, die zweite Mantelschicht 15 aus p-Al0,2Ga0,8N mit einer Schichtdicke von 0,3µm und die Kontaktschicht 16 aus p-GaN mit einer Schichtdicke von 0,1µm gebildet. Man beachte, dass die erste Elektrode 51 eine n-seitige Elektrode und die zweite Elektrode 52 eine p-seitige Elektrode ist und beide jeweils aus einem Metallmaterial wie Cr, Ti, Ni, Pd, Pt oder Au bestehen.
  • Es ist zu beachten, dass zwischen der aktiven Schicht 13 und der zweiten Führungsschicht 14 oder zwischen der zweiten Führungsschicht 14 und der zweiten Mantelschicht 15 eine AIGaN-Überlaufschutzschicht eingefügt werden kann, um elektronische Leckagen aus der aktiven Schicht 13 zu vermeiden.
  • Das wie oben beschrieben konfigurierte Halbleiterlaserelement 5 ist auf dem Submount 110 montiert. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein plattenförmiger Submount aus SiC mit einer horizontalen Länge von 2 mm, einer vertikalen Länge von 1,5 mm und einer Dicke von 0,3 mm als Submount 110 verwendet. Der Submount 110 ist in einer wassergekühlten Wärmesenke 120 angeordnet.
  • Die wassergekühlte Wärmesenke 120 kühlt das Halbleiterlaserelement 5. Die wassergekühlte Wärmesenke 120 kühlt insbesondere den Laserarray-Abschnitt 10. Die wassergekühlte Wärmesenke 120 ist beispielsweise ein Metallkörper, der von koschendem Wasser durchströmt wird. Als Material des Metallkörpers kann beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Edelstahl verwendet werden. Eine plattenförmiger Wärmesenke aus Kupfer mit einer horizontalen Länge von 10 mm, einer vertikalen Länge von 8 mm und einer Dicke von 5 mm wird in der vorliegenden Ausführung als wassergekühlte Wärmesenke 120 verwendet.
  • Das Kühlwasser in der wassergekühlten Wärmesenke 120 fließt innerhalb der wassergekühlten Wärmesenke 120 in einer Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die wassergekühlte Wärmesenke mit zwei voneinander getrennten, linearen Strömungswegen versehen, wobei das Kühlwasser linear von einem der Strömungswege zum anderen fließt. Außerdem fließt das Kühlwasser in der wassergekühlten Wärmesenke 120 in eine Richtung, in der die Emitter 30 dem Laserarray-Abschnitt 10 angeordnet sind. Das heißt, das Kühlwasser fließt in einer Richtung (einer Streifenrichtung) senkrecht zu einer Richtung, in der sich die Gratteile 40 erstrecken. Das heißt, das Kühlwasser fließt in der Richtung (Streifenrichtung) senkrecht zur Richtung, in der sich die Gratteile 40 erstrecken. Darüber hinaus durchströmt das Kühlwasser in der wassergekühlten Wärmesenke 120 jeden der beiden Strömungswege, beispielsweise mit einem Durchfluss von 2L pro Minute.
  • Bei der Halbleiterlaservorrichtung 100 in der oben beschriebenen Konfiguration ist die Temperatur des Kühlwassers auf einer Einlassseite niedrig, aber das Kühlwasser nimmt beim Durchströmen des Kühlwassers die von den Emittern 30 erzeugte Wärme auf, so dass die Temperatur des Kühlwassers zur Abströmseite hin immer höher wird. Das heißt, die Temperatur des durch die wassergekühlte Wärmesenke 120 fließenden Kühlwassers ist auf der Eintrittsseite niedrig und damit das oben genannte Kühlwasser kühlbar, während die Temperatur des durch die wassergekühlte Wärmesenke 120 fließenden Kühlwassers durch die Aufnahme der in den Emittern 30 erzeugten Wärme auf einer Austrittsseite des Kühlwassers ansteigt und damit das Kühlwasser eine geringe Kühlleistung hat. Die Temperatur des Kühlwassers weist daher einen Temperaturgradienten auf, wie in 8(b) dargestellt.
  • Ein solcher Temperaturgradient des Kühlwassers verschlechtert die Wirkung der Kühlung durch das Kühlwasser auf einer dem Kühlwasser nachgeschalteten Seite (Kühlwasseraustrittsseite) in dem Laserarray-Abschnitt 10. Folglich verschiebt sich ein Ort des Laserarray-Abschnitts 10, an dem die größte Menge an Wärme gespeichert wird, vom zentralen Teil des Laserarray-Abschnitts 10 zur Kühlwasseraustrittsseite, wodurch die Temperaturverteilung des Laserarray-Abschnitts 10 moduliert werden kann.
  • So variiert beispielsweise die Temperatur der aktiven Schicht 13 wie in 8(c) dargestellt. Wenn die Oszillationswellenlängen der jeweils von fünf Emittern 30 emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen von fünf Emittern 30 aufgetragen werden, variieren die Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen entsprechend der Temperaturverteilung der aktiven Schicht 13, wie in 8(d) dargestellt. Das heißt, die Oszillationswellenlängen der fünf Laserstrahlen zeigen eine asymmetrische Verteilung.
  • Genauer gesagt, von fünf Emittern 30 entsprechend den fünf Gratteilen RI2, RI1, RC0, Rr1 und Rr2b werden blaue Laserstrahlen von 450nm, 451nm, 450nm, 449nm und 448nm in der Reihenfolge vom linken zum rechten Ende des Laserarray-Abschnitts 10 emittiert.
  • Wie oben beschrieben, wird die Wellenlängenvariation der Vielzahl der von der Vielzahl der Emitter 30 emittierten Laserstrahlen durch eine Temperaturdifferenz des Kühlwassers in der wassergekühlten Wärmesenke 120 in der vorliegenden Ausführungsform verursacht. Man beachte, dass die Wellenlängen der blauen Laserstrahlen, die von fünf Emittern 30 emittiert werden, in der vorliegenden Ausführung in einem Bereich von mehreren Nanometern variieren.
  • Wie oben beschrieben, werden auch bei der Halbleiterlaservorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von gleichfarbige Laserstrahlen aus der Vielzahl von Emittern 30 emittiert, und wie bei den anderen Ausführungsformen schließt die Vielzahl von Laserstrahlen die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen ein, so dass das Speckle-Rauschen unterdrückt werden kann.
  • Des Weiteren sind auch in der Halbleiterlaservorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform, fünf Punkte jeweils entsprechend der Wellenlängen aufgetragenen Extremwert enthalten. Genauer gesagt, wie in 8(d) dargestellt, befinden sich die Extremwerte an einer Position, die dem Gratteil RI1 entspricht. Der Extremwert in der Verteilung der Laserstrahlvariation befindet sich nicht an einer Stelle, die dem Zentrum des Laserarray-Abschnitts 10 entspricht (Gratteil RCO in der Mitte), sondern an einer Stelle, die einem vom Zentrum des Laserarray-Abschnitts 10 getrennten Ort entspricht.
  • Folglich ist es, wie bei den anderen Ausführungsformen, auch in der Halbleiterlaservorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit auszusenden.
  • Darüber hinaus kann die in 8(b) dargestellte Temperaturverteilung des Kühlwassers an eine gewünschte Temperaturverteilung angepasst werden, indem die Durchflussmenge des Kühlwassers, das durch die wassergekühlte Wärmesenke 120 in der vorliegenden Ausführungsform fließt, angepasst wird. D.h. die Verteilung der Oszillationswellenlängen der Laserstrahlen, wie in 8(d) dargestellt, kann durch entsprechende Anpassung der Kühlwasserdurchflussmenge realisiert werden.
  • Darüber hinaus ist eine Richtung, in der das Kühlwasser fließt, parallel zu einer Richtung, in der die Emitter 30 in der vorliegenden Ausführung angeordnet sind, aber die Richtung, in der das Kühlwasser fließt, ist nicht unbedingt parallel zu der Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind, und kann in Bezug auf die Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind, geneigt sein.
  • Zum Beispiel, wie in 9 dargestellt, wobei ein Winkel, der durch die Strömungsrichtung des Kühlwassers (Wärmeabfuhrrichtung) und die Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind, gebildet wird, α ist und die Wärmeabfuhrkapazität in der Richtung, in der das Kühlwasser fließt, F ist, wird eine Wärmeabfuhrkomponente Fh (Wärmeabfuhrkomponente in horizontaler Richtung) in der Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind, durch (Ausdruck 1) unten dargestellt.

    [Mathe 1] Fh ∝ F ⋅ cos α
    Figure DE112018003816T5_0001
  • Hier bleibt die Wärmesenkenfunktion auch bei einer Verschlechterung der Wärmeableitung um 10% typischerweise erhalten und erreicht damit (Ausdruck 2) unten.

    [Mathe 2] F ⋅ cos α= F ⋅ ( 100 % − 10 % )
    Figure DE112018003816T5_0002
  • Daher genügt die Richtung, in der das Kühlwasser fließt (Ausdruck 2). Das heißt, mit einer Neigung von α ≤ ungefähr 26° ist es möglich, die Wellenlänge des von jedem Emitter 30 emittierten Laserstrahls anhand einer Temperaturschwankung des Kühlwassers zu steuern. Das heißt, „das Kühlwasser fließt entlang der Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind“ kann eine Neigung von bis zu etwa 26 Grad aufweisen und der oben genannte Effekt kann erreicht werden, wenn die Neigung in der Fließrichtung des Kühlwassers gegenüber der Richtung, in der die Emitter 30 angeordnet sind, etwa bis zu 26 Grad beträgt.
  • Man beachte, dass die Gratabstände, Gratbreiten, Neigungswinkel, Zusammensetzung usw. der Gratteile 40 in der vorliegenden Ausführungsform alle gleich sind, aber wie bei den anderen Ausführungsformen unterschiedliche Werte enthalten können. Darüber hinaus gilt das Gleiche für die Emitter 30; die Emitterintervalle und Emitterbreiten der Emitter 30 sind alle gleich, können aber unterschiedliche Werte aufweisen. Das heißt, als Halbleiterlaserelement können die Halbleiterlaserelemente gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 6
  • Als nächstes wird der Projektor 200 gemäß Ausführungsform 6 mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist eine schematische Darstellung des Projektors 200 nach Ausführungsform 6.
  • Wie in 10 dargestellt, ist der Projektor 200 ein Beispiel für eine Bildanzeigevorrichtung mit einem Halbleiterlaser. Als Lichtquellen im Projektor 200 werden nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet: beispielsweise Halbleiterlaser 201R, der einen roten Laserstrahl aussendet; Halbleiterlaser 201G, der einen blauen Laserstrahl aussendet; und Halbleiterlaser 201B, der einen grünen Laserstrahl aussendet. Darüber hinaus werden beispielsweise die Halbleiterlaserelemente oder die Halbleiterlaservorrichtung nach den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 5 als Halbleiterlaser 201R, Halbleiterlaser 201G und Halbleiterlaser 201B eingesetzt.
  • Der Projektor 200 umfasst die Linse 210R, die Linse 210G, die Linse 210B, den Spiegel 220R, den dichroitischen Spiegel 220G, den dichroitischen Spiegel 220B, das Raummodulationselement 230 und die Projektionslinse 240.
  • Die Linse 210R, die Linse 210G und die Linse 210B sind beispielsweise Kollimationslinsen und sind jeweils vor dem Halbleiterlaser 201R, dem Halbleiterlaser 201G und dem Halbleiterlaser 201B angeordnet.
  • Der Spiegel 220R reflektiert den vom Halbleiterlaser 201R emittierten roten Laserstrahl. Der dichroitische Spiegel 220G reflektiert den grünen Laserstrahl des Halbleiterlasers 201G und ermöglicht die Übertragung des roten Laserstrahls des Halbleiterlasers 201R. Der dichroitische Spiegel 220B reflektiert den blauen Laserstrahl des Halbleiterlasers 201B und erlaubt die Übertragung des roten Laserstrahls des Halbleiterlasers 201R und erlaubt auch die Übertragung des blauen Laserstrahls des Halbleiterlasers 201B.
  • Das räumliche Modulationselement 230 bildet ein rotes Bild, ein grünes Bild und ein blaues Bild durch Verwendung des roten Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201R emittiert wird, des grünen Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201G emittiert wird, und des blauen Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201B emittiert wird, in Übereinstimmung mit einem Eingangsbildsignal, das in den Projektor 200 eingegeben wird. Zum Beispiel kann ein Flüssigkristallpanel oder ein digitales Spiegelgerät (DMD), das ein mikroelektrischmechanisches System (MEMS) verwendet, als räumliches Modulationselement 230 verwendet werden.
  • Das Projektionsobjektiv 240 projiziert auf die Leinwand 250 die im Raummodulationselement 230 erzeugten Bilder.
  • Im Projektor 200, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, werden die vom Halbleiterlaser 201R, Halbleiterlaser 201G und Halbleiterlaser 201B emittierten Laserstrahlen an der Linse 210R, der Linse 210G und der Linse 210B in im Wesentlichen parallele Strahlen umgewandelt und treten dann in den Spiegel 220R, den dichroitischen Spiegel 220G und den dichroitischen Spiegel 220B ein.
  • Der Spiegel 220R reflektiert den vom Halbleiterlaser 201R emittierten roten Laserstrahl in einer Richtung von 45 Grad. Der dichroitische Spiegel 220G erlaubt die Übertragung des roten Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201R ausgesendet und am Spiegel 220R reflektiert wird, und reflektiert auch den grünen Laserstrahl, der vom Halbleiterlaser 201G ausgesendet wird, in einer Richtung von 45 Grad. Der dichroitische Spiegel 220B ermöglicht die Übertragung des roten Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201R ausgesendet und am Spiegel 220R reflektiert wird, und des grünen Laserstrahls, der vom Halbleiterlaser 201G ausgesendet und am dichroitischen Spiegel 220G reflektiert wird, und reflektiert auch den blauen Laserstrahl, der vom Halbleiterlaser 201B ausgesendet wird, in einer Richtung von 45 Grad.
  • Die von Spiegel 220R, dichroitischem Spiegel 220G und dichroitischem Spiegel 220B reflektierten roten, grünen und blauen Laserstrahlen treten zeitgeteilt in das räumliche Modulationselement 230 ein (beispielsweise erfolgt die sequentielle Schaltung rot→grün→blau in einem Zyklus von 120 Hz). In diesem Fall wird ein Bild für eine rote Farbe am Eingang des roten Laserstrahls, ein Bild für eine grüne Farbe am Eingang des grünen Laserstrahls und ein Bild für eine blaue Farbe am Eingang des blauen Laserstrahls im Raummodulationselement 230 angezeigt.
  • Wie oben beschrieben, verwandeln sich die roten, grünen und blauen Laserstrahlen, die der räumlichen Modulation durch das Raummodulationselement 230 unterzogen werden, in ein rotes, ein grünes und ein blaues Bild und werden durch die Projektionslinse 240 auf die Leinwand 250 projiziert. In diesem Fall ist das rote Bild, das grüne Bild und das blaue Bild, die auf die Leinwand 250 zeitgeteilt projiziert werden, jeweils einfarbig, schaltet aber mit hoher Geschwindigkeit um, so dass sie als ein Bild der Mischfarben der oben genannten Bilder, d.h. als ein Farbbild für das menschliche Auge, erkannt werden.
  • Wie oben beschrieben, werden die Halbleiterlaserelemente bzw. die Halbleiterlaservorrichtung nach den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 5 als Halbleiterlaser 201R, Halbleiterlaser 201G und Halbleiterlaser 201B im Projektor 200 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt. Das heißt, es wird ein Halbleiterlaserelement oder eine Halbleiterlaservorrichtung verwendet, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Laserstrahlen ohne auffälliges Speckle-Rauschen und ohne Beeinträchtigung der Farbreinheit auszusenden.
  • Somit entsteht kein Speckle-Rauschen im mittleren Teil des Bildschirms 250. Darüber hinaus wird das Speckle-Rauschen, selbst wenn es durch Laserstrahlinterferenz entsteht, an einer vom Mittelteil des Bildschirms 250 getrennten Stelle erzeugt. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Person, die ein auf den Bildschirm 250 projiziertes Bild betrachtet, das Speckle-Rauschen wahrnimmt. Darüber hinaus verbessert sich die Farbreinheit, wodurch die Schärfe des auf den Bildschirm 250 projizierten Bildes nie beeinträchtigt wird.
  • VARIATIONEN
  • Die Halbleiterlaserelemente und die Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung wurden oben auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen.
  • Zum Beispiel wurde das Halbleiterlaserelement 1, das rote Laserstrahlen aussendet, in den obigen Ausführungen 1 bis 4 dargestellt, aber blaue Laserstrahlen können in den oben beschriebenen Ausführungen 1 bis 4 emittiert werden. In diesem Fall kann ein Halbleiterlaserelement mit dem gleichen Material wie das von Ausführungsform 5 realisiert werden.
  • Außerdem wurde das Halbleiterlaserelement 5, das blaue Laserstrahlen aussendet, in der oben beschriebenen Ausführungsform 5 dargestellt, aber das Halbleiterlaserelement 5 kann in der oben beschriebenen Ausführungsform 5 so konfiguriert werden, dass es rote Laserstrahlen aussendet. In diesem Fall kann das Halbleiterlaserelement mit dem gleichen Material wie das von Ausführungsform 1 realisiert werden.
  • Darüber hinaus kann das Halbleiterlaserelement so konfiguriert werden, dass es grüne Laserstrahlen in den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 5 aussendet. Im Falle des Halbleiterlaserelements, das grüne Laserstrahlen aussendet, kann beispielsweise ein GaN-Substrat als Substrat 20 verwendet werden und der Laserarray-Abschnitt 10 kann aus einem Halbleitermaterial eines Nitrid-Halbleiters der Gruppe III, dargestellt durch AlxGayIn1-x-yN (wobei 0≤x, y≤1 und 0≤x+y≤1), gebildet werden. Konkret ist es möglich, ein n-Typ-GaN-Substrat als Substrat 20 zu verwenden, n-Al0,2Ga0,8N als erste Mantelschicht 11, u-GaN als erste Führungsschicht 12, u-In0,18Ga0,82N als aktive Schicht 13, u-GaN als zweite Führungsschicht 14, p-Al0,2Ga0,8N als zweite Mantelschicht 15 und p-GaN als Kontaktschicht 16 zu verwenden.
  • Außerdem werden die Halbleiterlaserelemente mit Gratwellenleiterstruktur in den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 6 verwendet, obwohl sich diese Offenbarung nicht auf diese Halbleiterlaserelemente beschränkt.
  • Genauer gesagt, kann das Halbleiterlaserelement 1A verwendet werden, bei dem kein Gratteil gebildet wird, wie in 11 dargestellt. Im Halbleiterlaserelement 1A werden die Emitter 30 mit nur zweiten Elektroden 52a und 52b gebildet, die geteilt sind. In dem wie oben beschriebenen Halbleiterlaserelement 1A wird eine Brechungsindexdifferenz in horizontaler Richtung der Emitter 30 durch eine Differenz in einem imaginären Teil eines Reflexionsindexes, der durch eine Verstärkung durch Strominjektion erzeugt wird, erzeugt und daher als Gain-Guide-Typ bezeichnet. Ein Halbleiterlaserelement vom Gain-Guide-Typ hat eine einfachere Struktur und verfügt über einen Laserarray-Abschnitt 10, der kostengünstiger hergestellt werden kann als ein Halbleiterlaserelement vom Brechungsindex-Wellenleitertyp.
  • Man beachte, dass ein Mittelpunkt jedes Emitters 30 im Halbleiterlaserelement 1A der vorliegenden, in 11 dargestellten Variante ein Mittelpunkt zwischen dem rechten und linken Ende der zweiten Elektrode 52a ist. Genauer gesagt, wie in 12 dargestellt, wobei die Koordinaten am linken Ende der zweiten Elektrode 52a auf der Oberfläche des Emissionsends P6(x3, y3) und die Koordinaten am rechten Ende der zweiten Elektrode 52a P7(x4, y4) sind, befindet sich der Mittelpunkt jedes Emitters 30 an einem Punkt, der durch die Koordinaten P8((x3+x3)/2, (y4+y4)/2) dargestellt wird.
  • Außerdem entspricht die Breite des Emitters 30 (Emitterbreite) in der vorliegenden Variante fast der Länge einer Linie, die das rechte und linke Ende der zweiten Elektrode 52a miteinander verbindet. Genauer gesagt ist die Breite des Emitters 30 in 12 die Länge einer Linie, die die Punkte P6 und P7 miteinander verbindet und wird daher durch {(x3-x4)2+(y3-y4)2}1/2 dargestellt.
  • Als weiteres Beispiel für das Halbleiterlaserelement, bei dem kein Gratteil gebildet wird, kann außerdem das Halbleiterlaserelement 1B mit dem in 13 dargestellten Aufbau geliefert werden. Im Halbleiterlaserelement 1B können nach der Teilung der zweiten Mantelschicht 15 Einbettungsschichten 17 zwischen benachbarten zweiten Mantelschichten 15 gebildet werden. Die Einbettungsschichten 17 sind von einem anderen Leitfähigkeitstyp als die zweiten Mantelschichten 15 und haben auch einen niedrigeren Brechungsindex als die zweiten Mantelschichten 15. Es ist zu beachten, dass die Kontaktschicht 16 ganzflächig über die zweite Mantelschicht 15 und die Einbettungsschicht 17 gebildet wird. Darüber hinaus wird auch die zweite Elektrode 52 über die gesamte Oberfläche der Kontaktschicht 16 gebildet. Da die zweite Mantelschicht 15 und die Einbettungsschicht 17 von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sind (beispielsweise zweite Mantelschicht 15 ist eine p-Halbleiterschicht und Einbettungsschicht 17 eine n-Halbleiterschicht), wird im Betriebszustand ein pn-Übergang invers vorgespannt, in der Einbettungsschicht 17 fließt kein Strom, und der injizierte Strom ist auf die zweite Mantelschicht 15 beschränkt. Folglich werden die in den Emittern 30 erzeugten Strahlen aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen den zweiten Mantelschichten 15 und den Einbettungsschichten 17 in horizontaler Richtung des Substrats eingegrenzt. D.h. das Halbleiterlaserelement 1B ist nach der vorliegenden Variante vom Brechungsindex-Wellenleitertyp, wie es beim Halbleiterlaserelement 1 nach der oben beschriebenen Ausführungsform 1 der Fall ist. Das wie oben beschrieben konfigurierte Halbleiterlaserelement 1B hat eine große Kontaktfläche zwischen der Kontaktschicht 16 und den zweiten Elektroden 52, was einen geringen Übergangswiderstand (also einen Niederspannungsbetrieb) ermöglicht.
  • Man beachte, dass bei dem Halbleiterlaserelement 1B der vorliegenden, in 13 dargestellten Variante, ein Mittelpunkt jedes Emitters 30 in der Mitte einer Linie liegt, die die rechte und linke Ecke am untersten Teil der für den Einzelemitter 30 vorgesehenen Einbettungsschicht 17 miteinander verbindet. Genauer gesagt, wie in 14 dargestellt, wobei die Koordinaten an der linken Ecke am untersten Teil der Einbettungsschicht 17 auf der Emissions-Endfläche P9(x5, y5) und die Koordinaten an der rechten Ecke am untersten Teil der Einbettungsschicht 17 P10(x6, y6) sind, liegt der Mittelpunkt jedes Emitters 30 an einem Punkt, der durch P11((x5+x6)/2, (y5+y6)/2) dargestellt wird.
  • Außerdem entspricht die Breite des Emitters 30 (Emitterbreite) in der vorliegenden Variante fast der Länge einer Linie, die die rechte und linke Ecke am untersten Teil der Einbettungsschicht 17 miteinander verbindet. Genauer gesagt ist die Breite des Emitters 30 in 14 die Länge einer Linie, die die Punkte P9 und 10 miteinander verbindet und wird daher durch {(x5-x6)2+(y5-y6)2}1/2 dargestellt.
  • Man beachte, dass in einem Fall, in dem eines der Halbleiterlaserelemente gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4, die rote Laserstrahlen aussenden, als Einbettungsschicht 17 in das Halbleiterlaserelement 1B der vorliegenden, in 13 dargestellten Variante aufgebracht wird, n-(Al0,6Ga0,4)0,5In0,5P vorgesehen werden kann. In einem Fall, in dem das Halbleiterlaserelement gemäß Ausführungsform 5, das blaue Laserstrahlen aussendet, und in einem Fall, in dem ein Halbleiterlaserelement, das grüne Laserstrahlen aussendet, verwendet wird, kann die Einbettungsschicht 17 aus n-GaN bestehen.
  • Außerdem wurden die in 11 und 12 dargestellten Halbleiterlaserelemente 1A und 1B als die Halbleiterlaserelemente dargestellt, bei denen kein Gratteil gebildet wird, aber das Halbleiterlaserelement, bei dem kein Gratteil gebildet wird, kann ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) oder ähnliches sein, das nicht zu den oben beschriebenen Halbleiterlaserelementen gehört.
  • Außerdem beträgt die Anzahl der Gratteile 40 in den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 6 gleich fünf, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Anzahl beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Anzahl der Gratteile 40 gleich sechs oder mehr betragen. Das heißt, die Anzahl der Emitter 30 ist auch nicht auf fünf begrenzt. Zum Beispiel kann die Anzahl der Gratteile 40 und der Emitter 30 gleich 20 betragen. Somit ist es möglich, ein Halbleiterlaserelement mit hoher Leistung über 1W (beispielsweise 100 W-Klasse) zu realisieren.
  • Darüber hinaus ist ein Fall, in dem die Halbleiterlaserelemente und die Halbleiterlaservorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 5 als Lichtquellen eines Projektors verwendet werden, in der oben beschriebenen Ausführungsform 6 dargestellt, aber die Halbleiterlaserelemente und die Halbleiterlaservorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 5 sind nicht auf die Lichtquellen des Projektors beschränkt und können als Lichtquellen eines anderen Geräts verwendet werden.
  • Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung auch: einen Modus, der durch verschiedene, für den Fachmann denkbare Änderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen erreicht wird; und einen Modus, der durch die Kombination der Bestandteile und Funktionen in jeder der Ausführungsformen in einer gewünschten Weise realisiert wird, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • INDUSTRIELLE VERWERTBARKEIT
  • Die Halbleiterlaserelemente und die Halbleiterlaservorrichtung können nach der vorliegenden Offenbarung als Lichtquellen beispielsweise einer Bildwiedergabevorrichtung wie eines Projektors verwendet werden und sind insbesondere als Lichtquellen eines Gerätes wirksam, das eine relativ hohe optische Leistung erfordert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1A, 1B, 2, 3, 4, 5
    Halbleiterlaserelement
    10
    Laserarray-Abschnitt
    10a
    erste Endfläche
    10b
    zweite Endfläche
    10L
    Laserstrahl
    11
    erste Mantelschicht
    12
    erste Führungsschicht
    13
    aktive Schicht
    14
    zweite Führungsschicht
    15
    zweite Mantelschicht
    16
    Kontaktschicht
    17
    Einbettungsschicht
    20
    Substrat
    30
    Emitter
    40
    Gratteil
    51
    erste Elektrode
    52, 52a
    zweite Elektrode
    60
    Isolierschicht
    100
    Halbleiter-Laservorrichtung
    110
    Submount
    120
    wassergekühlte Wärmesenke
    200
    Projektor
    201R, 201G, 201B
    Halbleiterlaser
    210R, 210G, 210
    Linse
    220R
    Spiegel
    220G, 220B
    dichroitischer Spiegel
    230
    Raummodulationselement
    240
    Projektionslinse
    250
    Bildschirm

Claims (8)

  1. Halbleiterlaserelement, umfassend: ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der sich oberhalb des Substrats befindet, wobei der Laserarray-Abschnitt eine Vielzahl von nebeneinander angeordnete lichtemittierende Teile aufweist, die Laserstrahlen aussenden, wobei wenn die Wellenlängen der jeweils von der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der Vielzahl von lichtemittierenden Teile unter einer Vielzahl von Punkten, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, aufgetragen werden, sich der Punkt mit einem Extremwert nicht an einer Position befindet, die einer Mitte des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an einer Position, die einer von der Mitte des Laserarray-Abschnitts getrennten Stelle entspricht.
  2. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, wobei Die Abstände zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Teilen, die zu der Vielzahl von lichtemittierenden Teile gehören, unterschiedliche Längen umfassen.
  3. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, wobei Die jeweiligen Breiten der Vielzahl der lichtemittierenden Teile unterschiedliche Längen umfassen.
  4. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Vielzahl von unterschiedlichen Aus-Winkeln entsprechend der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen aufweist.
  5. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, wobei der Laserarray-Abschnitt eine Gratwellenleiterstruktur mit einer Vielzahl von Gratteilen aufweist, die jeweils der Vielzahl der lichtemittierenden Teile entsprechen, und Neigungswinkel der Vielzahl von Gratteile unterschiedliche Winkel umfassen.
  6. Halbleiterlaservorrichtung, umfassend: ein Substrat; einen Laserarray-Abschnitt, der oberhalb des Substrats angeordnet ist, wobei der Laserarray-Abschnitt eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierende Teile aufweist, die Laserstrahlen aussenden; und eine wassergekühlte Wärmesenke, die den Laserarray-Abschnitt kühlt, wobei wenn die Wellenlängen der jeweils von der Vielzahl von lichtemittierenden Teilen emittierten Laserstrahlen entsprechend den Positionen der Vielzahl von lichtemittierenden Teile unter einer Vielzahl von Punkten, die jeweils den aufgezeichneten Wellenlängen entsprechen, aufgetragen werden, sich der Punkt mit einem Extremwert nicht an einer Position befindet, die einer Mitte des Laserarray-Abschnitts entspricht, sondern an einer Position, die einer von der Mitte des Laserarray-Abschnitts getrennten Stelle entspricht.
  7. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei Temperaturen des Kühlwassers in der wassergekühlten Wärmesenke in Abhängigkeit von der Position der Vielzahl der lichtemittierenden Teile variieren.
  8. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Kühlwasser in der wassergekühlten Wärmesenke entlang einer Richtung fließt, in der die Vielzahl von lichtemittierenden Teile nebeneinander angeordnet sind.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11158996B2 (en) * 2017-09-28 2021-10-26 Apple Inc. Laser architectures using quantum well intermixing techniques
GB2567880B (en) * 2017-10-30 2022-11-30 Bae Systems Plc Laser diode array
DE112019003830T5 (de) * 2018-07-30 2021-04-15 Panasonic Corporation Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Laservorrichtung vom externen Resonanztyp
US11171464B1 (en) 2018-12-14 2021-11-09 Apple Inc. Laser integration techniques
JP7411957B2 (ja) 2020-01-28 2024-01-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長ビーム結合システム
CN114400496A (zh) * 2021-12-22 2022-04-26 西安立芯光电科技有限公司 半导体激光器阵列巴条制作方法及半导体激光器阵列巴条
FR3137801A1 (fr) * 2022-07-06 2024-01-12 Mirsense Puce laser à semiconducteur pour capteur de gaz
CN115173220A (zh) * 2022-07-06 2022-10-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多波长激光列阵器件及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04196281A (ja) * 1990-11-27 1992-07-16 Mitsubishi Electric Corp 可視光半導体レーザ
JP2940462B2 (ja) * 1996-03-08 1999-08-25 松下電器産業株式会社 半導体レーザ
WO1999039412A1 (fr) * 1998-01-30 1999-08-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif a laser a semi-conducteur
JPWO2003071642A1 (ja) * 2002-02-21 2005-06-16 ソニー株式会社 半導体発光装置およびそれを用いた光ディスク装置
JP2004186212A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Sony Corp 半導体レーザーアレイ装置
JP5187474B2 (ja) * 2006-06-22 2013-04-24 ソニー株式会社 半導体レーザアレイおよび光学装置
JP4441918B2 (ja) * 2006-08-31 2010-03-31 セイコーエプソン株式会社 光源装置及び画像表示装置
JP4341685B2 (ja) * 2007-02-22 2009-10-07 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクタ
JP2008258515A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Sony Corp 半導体レーザ装置およびレーザモジュールならびに光学装置
EP2088651A1 (de) * 2008-02-11 2009-08-12 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Diodenlaserstruktur zur Erzeugung von Diodenlaserstrahlung mit faserkopplungsoptimierten Strahlparameterprodukt
US20160377878A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Osela Inc. Composite laser line projector to reduce speckle
WO2017106735A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Aquifi, Inc. System and method for speckle reduction in laser projectors

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Publication number Publication date
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