JP2003209313A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配列された複数の半導体レーザチップにおけ
る熱干渉の影響を低減し、各半導体レーザチップの熱均
一性を確保することが可能なアレイ型半導体レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 発光点１６を形成する活性層２３を備え
た複数の半導体レーザチップが、サブマウント１２上に
間隔を有して配列された半導体レーザ装置において、配
列された半導体レーザチップ２１における両端部の半導
体レーザチップ２１が隣接した半導体レーザチップ２１
となす間隔よりも、これより内側の半導体レーザチップ
２１の間隔の方が広く設けられていることを特徴とする
半導体レーザ装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関し、特には複数の半導体レーザチップが配置された
高出力のアレイ型半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザ装置は、高出力化が
求められており、より高出力な半導体レーザ装置を得る
ために、複数の半導体レーザチップ（以下、ＬＤチップ
という）が配置されたアレイ型半導体レーザ装置が開発
されている。このようなアレイ型半導体レーザ装置は、
医療用、光通信関連等様々な分野に使用されている。
【０００３】アレイ型半導体レーザ装置の一例を示す
と、図３に示すようにサブマウント１２上に形成された
電極パターン１３上に複数のＬＤチップ２１が所定の間
隔Ｌを有して均等に配列されている。これらのＬＤチッ
プ２１はそれぞれｐ電極１４およびｎ電極１５を有して
おり、これらに電流が注入されることにより、ＬＤチッ
プ２１は独立に動作し、各活性層（図示せず）に形成さ
れる発光点１６より、レーザ出力することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような半導体レー
ザ装置ではＬＤチップが近接して配置されているため、
各ＬＤチップが高出力で動作すると、レーザ発振により
生ずる発熱によって、それぞれのＬＤチップ間で熱干渉
が生じる。
【０００５】ここで、サブマウント上に１１個のＬＤチ
ップ（端から順にＬＤ１〜ＬＤ１１）が均等の間隔Ｌで
配列された場合の各ＬＤチップの配置位置を横軸にと
り、縦軸に各ＬＤチップの温度を示したグラフを図４に
示す。ここでは、ＬＤチップの幅が２８８μｍ、隣接し
たＬＤチップの間隔Ｌが２１２μｍであることとする。
【０００６】このグラフに示すように、ＬＤチップの配
置位置が内側になるほど、熱干渉を与えるＬＤチップが
多くなることから、温度上昇が認められる。このように
顕著な温度上昇が認められたＬＤチップは、光出力が低
下するとともに電流が集中し易く、ＬＤチップの寿命が
短くなるという問題があった。
【０００７】このようなアレイ型半導体レーザ装置の熱
干渉を防ぐために、ＬＤチップを配置するヒートシンク
の構造を改良したり（特開平６−１１２５９６号公
報）、レーザ発振をしないダミーのＬＤチップを配置し
て、温度制御を行う方法（特開平開平９−８３０５６号
公報）が開示されているが、アレイ型半導体レーザ装置
の各ＬＤチップにおける熱均一性は十分ではなかった。
【０００８】したがって、配列されたＬＤチップにおけ
る熱干渉の影響を低減し、熱均一性を確保することが可
能なアレイ型半導体レーザ装置が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたものであり、発光点を形成する活
性層を備えた複数の半導体レーザチップが、同一基板上
に間隔を有して配列された半導体レーザ装置において、
配列された半導体レーザチップにおける両端部の半導体
レーザチップが隣接した半導体レーザチップとなす間隔
よりも、これより内側の半導体レーザチップの間隔の方
が広く設けられていることを特徴としている。
【００１０】このような構成の半導体レーザ装置によれ
ば、配列された複数の半導体レーザチップにおいて、両
端部の半導体レーザチップが隣接した半導体レーザチッ
プとなす間隔よりも、これより内側の半導体レーザチッ
プの間隔の方が広く設けられていることから、高出力で
動作させたとしても、内側に配置されている半導体レー
ザチップが他の半導体レーザチップから受ける熱干渉の
影響を低減させることができる。これにより、各半導体
レーザチップの温度上昇が偏ることがなく、熱均一性を
確保することができ、各半導体レーザチップの特性を均
一にすることができる。したがって、温度上昇にともな
う特定の半導体レーザチップの光出力の低下を抑制する
ことができることから、半導体レーザ装置の光出力を最
大化できる。また、温度が上昇した特定の半導体レーザ
チップに電流が集中することがないので、半導体レーザ
チップの寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明における半導体レー
ザ装置について、実施の形態を図面に基づいて詳細に説
明する。 （第１実施形態）図１は本実施形態の半導体レーザ装置
を示している。（１）は上面図であり、（２）は（１）
のＡ−Ａ´断面における要部拡大図を示す。尚、図中に
おいて、従来のものと同一の構成要素については、同一
の符号を付して説明する。図１（１）に示すように、半
導体レーザ装置は、例えば銅からなるヒートシンク３１
上に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるサブ
マウント１２が配置されており、サブマウント１２上に
は５個のＬＤチップ２１が、間隔を有して配列されてい
る。
【００１２】ここでは、サブマウント１２がＡｌＮによ
り構成されていることとするが、これに限定されること
なく、放熱性の良好な材質で形成されていればよい。サ
ブマウント１２の材質としては、シリコン、炭化シリコ
ン、ダイアモンド等を挙げることができる。
【００１３】次に、図１（２）を用いて個々のＬＤチッ
プ２１とサブマウント１２との配置構造を説明する。サ
ブマウント１２はサブマウント１２の裏面側に形成され
た裏電極３２を介してヒートシンク３１上に配置されて
おり、サブマウント１２表面には、導電貫通部３３によ
り裏電極３２と接続された電極パターン１３が形成され
ている。
【００１４】一方、ＬＤチップ２１は、例えばサファイ
ヤ基板２２と、サファイヤ基板２２の一主面に形成され
た例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体からな
る活性層２３と、活性層２３側に形成されたｐ電極１
４、ｎ電極１５とを有しており、このｐ電極１４とｎ電
極１５が、スズ(Ｓｎ)等からなるハンダ材３４により上
記の電極パターン１３に融着されている。そして、ＬＤ
チップ２１はｐ電極１４とｎ電極１５に電流が注入され
ることにより、活性層２３に形成される発光点１６から
レーザ出力することができる。
【００１５】ここで、再び図１（１）に示すように、本
発明における半導体レーザ装置において、サブマウント
１２上に配列されたＬＤチップ２１は、両端部のＬＤチ
ップ２１が隣接したＬＤチップ２１となす間隔Ｌ１より
も、これより内側のＬＤチップ２１の間隔Ｌ２の方が広
くなるように設けられている。ここでは、例えば、チッ
プの幅が２８８μｍの５個のＬＤチップ２１（端から順
にＬＤ１〜ＬＤ５）が配列されており、両端部のＬＤ
１、ＬＤ５がこれらと隣接したＬＤ２、ＬＤ４となす間
隔をＬ１とし、これより内側におけるＬＤ２とＬＤ３、
ＬＤ３とＬＤ４の間隔をＬ２とする。Ｌ１は２１２μ
ｍ、Ｌ２は２８０μｍ（Ｌ１の約１．３倍）とする。
尚、これらのＬＤチップ２１の配置位置に対応して、電
極パターン１３の各々の電極位置も形成される。
【００１６】このような半導体レーザ装置によれば、配
列された複数のＬＤチップ２１において、両端部のＬＤ
チップ２１がなす間隔Ｌ１よりもこれより内側のＬＤチ
ップ２１の間隔Ｌ２が約１．３倍広くなるように、配置
されていることから、内側に配置されたＬＤチップ２１
が他のＬＤチップ２１から受ける熱干渉の影響を低減さ
せることができ、各ＬＤチップ２１における温度上昇が
偏ることなく、熱均一性を確保することができる。
【００１７】また、サブマウント１２上に配列された１
１個のＬＤチップ２１（端から順にＬＤ１〜ＬＤ１１）
の配置位置を横軸にとり、縦軸に各々のＬＤチップ２１
の温度を示したグラフを図２に示す。ここでは両端部の
ＬＤ１、ＬＤ１１がこれらと隣接したＬＤ２、ＬＤ１０
となす間隔をＬ１とし、これより内側のＬＤチップ２１
の間隔をＬ２として、Ｌ１は２１２μｍ、Ｌ２は２８０
μｍ（Ｌ１の約１．３倍）に設定する。また、ＬＤチッ
プ２１の幅は２８８μｍとする。
【００１８】このグラフに示すように、図４を用いて説
明したＬＤチップが均等に配置された場合（間隔Ｌ＝２
１２μｍ）の各ＬＤチップの温度と比較して、ＬＤチ
ップ２１の間隔を内側の方が広くなるように設けた場合
の各ＬＤチップ２１の温度はＬＤチップの配置位置に
よる温度上昇の偏りがなく、各ＬＤチップ２１における
熱均一性を示すことが確認された。
【００１９】本実施形態では、配列されたＬＤチップ２
１における両端部のＬＤチップ２１がこれに隣接したＬ
Ｄチップ２１となす間隔Ｌ１よりも、これより内側のＬ
Ｄチップ２１の間隔Ｌ２が約１．３倍広く設けられた例
について説明したが、本発明はこれに限定されず、間隔
Ｌ１よりも、間隔Ｌ２が広くなるようにＬＤチップ２１
が配列されていればよい。特に、間隔Ｌ２が間隔Ｌ１よ
りも２倍程度までの範囲で広く設けられることにより、
各ＬＤチップ２１における熱均一性を十分に確保するこ
とができる。
【００２０】また、本発明はＬＤチップ２１の配置位置
が内側になるにしたがい、段階的に間隔が広くなるよう
に設けられていてもよく、両端部のＬＤチップ２１から
２つ目までのＬＤチップ２１の間隔は等しく、これらの
間隔よりもこれより内側のＬＤチップ２１の間隔が広く
なるように設けられていてもよい。このように、ＬＤチ
ップ２１の具体的な配置間隔は、ＬＤチップ２１が構成
される材質等により、シミュレーション結果等から適宜
最適化されるものとする。
【００２１】尚、本実施形態では、半導体レーザチップ
の活性層２３が、ＧａＮ系化合物半導体からなる例につ
いて説明した。このように活性層２３が窒素化合物であ
る場合には、消費電力が大きいことから、本発明は特に
有効である。ただし、本発明はこれに限定されることな
く、活性層２３にガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系化合物半
導体等他の材質を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る半導体レーザ装置によれ
ば、同一基板上で配列された複数の半導体レーザチップ
における、両端部の半導体レーザチップが隣接した半導
体レーザチップとなす間隔よりも、これより内側の半導
体レーザチップの間隔の方が広く設けられていることか
ら、内側に配置される半導体レーザチップが他の半導体
レーザチップから受ける熱干渉の影響を低減させること
が可能であり、各半導体レーザチップの温度を均一にす
ることができる。これにより、温度上昇に伴う特定の半
導体レーザチップの光出力の低下を防ぐことができ、各
半導体レーザチップの特性をそろえることができるの
で、半導体レーザ装置の光出力を最大化することができ
る。さらに、温度が上昇した特定の半導体レーザチップ
に電流が集中することも防ぐことができるので、半導体
レーザチップの寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における半導体レーザ装置の上面
図（１）および上面図におけるＡ−Ａ´断面の要部拡大
図（２）である。
【図２】本発明の半導体レーザ装置における半導体レー
ザチップの配置位置と各半導体レーザチップの温度を示
すグラフである。
【図３】従来例の半導体レーザ装置の上面図である。
【図４】従来例の半導体レーザ装置における半導体レー
ザチップの配置位置と各半導体レーザチップの温度を示
すグラフである。
【符号の説明】
１２…サブマウント、１６…発光点、２１…半導体レー
ザチップ、２３…活性層
【手続補正書】
【提出日】平成１５年３月１３日（２００３．３．１
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光点を形成する活性層を備えた複数の
    半導体レーザチップが、同一基板上に間隔を有して配列
    された半導体レーザ装置において、 配列された半導体レーザチップにおける両端部の半導体
    レーザチップが隣接した半導体レーザチップとなす間隔
    よりも、これより内側の半導体レーザチップの間隔の方
    が広く設けられていることを特徴とする半導体レーザ装
    置。
  2. 【請求項２】 前記活性層が窒素化合物により構成され
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
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