JP2006156627A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機物などの不純物から半導体レーザを保護する構成の半導体発光装置の提供。
【解決手段】 半導体レーザ装置１は、サブマウント２に、通常使用されるＬＤ４とダミーＬＤ１４が交互に実装されている。７はＬＤ４とダミーＬＤ１４の出力光を平行光に変換するためのコリメータレンズ、８はコリメータレンズ７の平行光を集光する集光レンズである。ダミーＬＤ１４は、パッケージ内の有機物を吸着し、ＬＤ４に有機物が付着しないようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物などの不純物から半導体レーザのような半導体発光素子を保護し、出力特性の低下を防止する構成の半導体発光装置に関するものである。

半導体レーザ（以下ＬＤと略記する）を、ケース型のパッケージやステム型（キャップ型）のパッケージに封止する際に、カバーやガラス板などの部材を固定するために、エポキシ樹脂などの接着剤が用いられる場合がある。また、ＬＤとリード端子との導電接続に半田を用いる場合がある。このように、ＬＤパッケージ製造工程で接着剤や半田の使用や、ＬＤを封止する際に雰囲気中の炭化水素化合物などの浮遊物質がそのままパッケージ内に混入してしまう、などにより有機ガスを含む不純物がＬＤの周辺に存在することになる。

400nm近傍、もしくはそれ以下の波長帯の発散光は、有機物を引きつけＬＤ端面に付着し、時にはフロントコーティングの反射率を変化させて前後比の変化や、場合によっては出力低下や出力断が発生する。このため、気密封止する際には、ＬＤの端面に付着する可能性がある有機物を極力取り除く条件で実施する必要がある。

しかしながら、このような有機物除去のためのプロセス制御は、可視もしくは赤外における真空ベーキングでの水分除去工程レベルの洗浄では十分に対応することができず、有機物を集中的に取り除く洗浄工程（クリーニング）の導入が必要となる。このようなクリーニングを実施するためには設備投資にコストがかかり、煩雑な処理を要するという問題がある。このため、特許文献１では、パッケージ内にゼオライトのような有機ガス吸着部材を配置して、ＬＤの出力特性の低下を防止している。

特開平７−１４７４５７号公報

特許文献１に記載の技術では、パッケージ内における有機ガスなどの不純物の除去が不十分で、ＬＤの出力特性の低下を防止することは困難であるという問題があった。

本発明は上記のような問題に鑑み、有機物などの不純物からＬＤのような半導体発光素子を保護し、出力特性の低下を防止する構成の半導体発光装置の提供を目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の第１の実施形態にかかる半導体発光装置は、出力光を外部に照射する第１の半導体発光素子と、第２の半導体発光素子と、少なくとも前記第１の半導体発光素子を封止する封止部材とを備え、前記第２の半導体発光素子は有機物の吸着作用のみを有することを特徴とする。この発明は、図１、図１０、図１２、図１３に示された実施形態が対応する。（１）の発明の構成で、第１の半導体発光素子は、図１、図１０、図１２の図示番号４の半導体発光素子、図１３の図示番号５４の半導体発光素子が該当する。第２の半導体発光素子は、図１、図１０、図１２の図示番号１４の半導体発光素子、図１３の図示番号６０の半導体発光素子が該当する。この構成によれば、第２の半導体発光素子により封止部材の内部に存在する有機物が吸着されて、第１の半導体発光素子における出力特性の低下を防止することができる。すなわち、ダミー半導体発光素子として機能する第２の半導体発光素子は、外部に出力光を照射する作用ではなく、単に封止部材の内部などに存在する有機物を吸着する作用のみを有している。したがって、ダミー半導体発光素子に前記有機物が付着しても、半導体発光装置としての発光効率が低下することはない。

（２）また、本発明の半導体発光装置は、前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子をそれぞれ複数設けたことを特徴とする。図１、図１０に示されているように、第１の半導体発光素子４と第２の半導体発光素子１４はそれぞれ複数設けられている。このように、第１の半導体発光素子を複数設けることにより、所定の光量が得られる。また、第２の半導体発光素子を複数設けることにより、封止部材内などに存在する有機物の吸着作用が高められ、有機物を効果的に除去することができる。

（３）本発明の第２の実施形態にかかる半導体発光装置は、出力光を外部に照射する第１の半導体発光素子と、第２の半導体発光素子と、少なくとも前記第１の半導体発光素子を封止する封止部材とを備え、前記第１の半導体発光素子が駆動されているときの前記第２の半導体発光素子の電流が閾値電流以下であることを特徴とする。この発明は、図１〜図５に記載された実施形態が対応する。この構成によれば、第２の半導体発光素子は有機物の吸着作用を有し、または微弱な出力光を射出するので、第１の半導体発光素子による出力光の光路や光量に影響を与えない。

（４）また、本発明の半導体発光装置は、前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子を、交互に駆動、停止させることを特徴とする。この発明は、図２、図３に記載された実施形態が対応する。この構成によれば、第１の半導体発光素子の駆動により封止部材内に析出された有機物を、第２の半導体発光素子の駆動により吸着させているので、有機物の除去効果が向上する。

（５）また、本発明の半導体発光装置は、前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子の駆動、停止を、計時手段によるカウント値により所定の間隔で繰り返し行うことを特徴とする。この発明は、図２、図３に記載された実施形態が対応する。この構成によれば、第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子の駆動、停止を、タイマーのような計時手段によるカウント値により所定の間隔で繰り返し行うので、定期的に封止部材内の有機物を第２の半導体発光素子に吸着させることができる。

（６）また、本発明の半導体発光装置は、前記封止部材をケースで覆い、当該封止部材に形成した出射口となる開口部近傍に前記有機物の吸着作用のみを有する第２の半導体発光素子を複数設けたことを特徴とする。この発明は、図１、図１０に示された構成において、出射口となる開口部近傍に複数設けられている図示番号１４の半導体発光素子が該当する。この構成によれば、開口部に設けたガラス窓に有機物が付着することを防止し、所定の光出力が得られる。

（７）また、本発明の半導体発光装置は、前記第２の半導体発光素子を、前記封止部材内および前記封止部材と前記ケース間に設けたことを特徴とする。この発明は、図１、図１０に示された構成において、パッケージ１０内に設けられている図示番号１４の半導体発光素子、およびパッケージ１０とケース１１間に配置されている図示番号１４の半導体発光素子が該当する。この構成によれば、パッケージの外部の有機物も第２の半導体発光素子で吸着するので、第１の半導体発光素子の出力特性の低下を防止することができる。

（８）本発明の第３の実施形態にかかる半導体発光装置は、前記第２の半導体発光素子における出力光の出射方向が、前記第１の半導体発光素子の出力光の出射方向とは異なる方向に形成されることを特徴とする。この発明は、図１３に示された構成において、図示番号５４の第１の半導体発光素子、および図示番号６０の第２の半導体発光素子が該当する。なお、この構成は図示を省略しているが、図１３のようなキャップ型のパッケージに限定されず、図１、図４に示されたようなケース型のパッケージを有する半導体発光装置にも適用される。この構成によれば、第２の半導体発光素子における出力光の出射方向が、第１の半導体発光素子の出力光の出射方向とは異なる方向に形成されているので、第１の半導体発光素子の出力光に対する光学的な妨害が発生しない。

（９）本発明の第４の実施形態にかかる半導体発光装置は、出力光を外部に照射する複数の半導体発光素子と、前記各半導体発光素子を封止する封止部材と、前記各半導体発光素子の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、各半導体発光素子の所定光量を記憶する記憶手段と、各半導体発光素子の光量を検出する検出手段と、前記記憶手段に記憶されている各半導体発光素子の所定光量および前記検出手段で検出された半導体発光素子の光量を比較する比較手段を有し、当初駆動されている半導体発光素子に前記封止部材の内部に存在する有機物が付着して前記検出された光量が前記所定値よりも低下したときに、異なる半導体発光素子の駆動に切り替えることを特徴とする。

（９）の発明は、図４、図５、および図６、図７の実施形態が対応する。（９）の構成において、複数の半導体発光素子は、図４の図示番号４、１５の半導体発光素子（ＬＤ）、図６のＬＤ１〜ＬＤ３が該当する。記憶手段は、図５の図示番号３４、図７の図示番号４４のＥ²ＰＲＯＭが、検出手段は図４の図示番号９、図６のサブマウント２ａ〜２ｃに実装されているＰＤが、比較手段は図５の図示番号３３、図７の図示番号４３のＭＣＵが、それぞれ該当する。（９）の発明によれば、有機物で汚染されて光量が低下した半導体発光素子を、予備の半導体発光素子に切り替えているので、寿命の長い半導体発光装置が得られる。

（１０）また、本発明の半導体発光装置は、前記複数の半導体発光素子を単一のモジュールに構成したことを特徴とする。（１０）の発明は、図１、図４に記載のサブマウント２に単一のモジュールとして実装されている構成が対応する。このように、複数の半導体発光素子を単一のモジュールに構成しているので、コンパクトな構成とすることができ、また、寿命の長い半導体発光装置とすることができる。

（１１）また、本発明の半導体発光装置は、前記半導体発光素子は複数個ずつの集合で、複数のブロックに区分して配置されることを特徴とする。（１１）の発明は、図６に示されたブロック１〜ブロック３が対応する。このように、複数のブロックに区分して半導体発光素子を配置しているので、半導体発光素子が故障の際の対応などの制御が簡略に行える。

（１２）また、本発明の半導体発光装置は、前記各ブロックに、前記各半導体発光素子と対応させて前記光量を検出する検出手段を配置したことを特徴とする。（１２）の発明の構成は、図６に示されたＰＤ１Ａ〜ＰＤ１Ｃ、ＰＤ２Ａ〜ＰＤ２Ｃ、ＰＤ３Ａ〜ＰＤ３Ｃが対応する。この構成によれば、各半導体発光素子の光量を精度良く検出し、予備半導体発光素子への切り替えを円滑に行うことができる。

（１３）また、本発明の半導体発光装置は、前記各半導体発光素子の出力光出射側にレンズアレイを配置したことを特徴とする。（１３）の発明の構成は、図６に示したコリメータレンズアレイ７ａが該当する。この構成によれば、非常にコンパクトな構成とすることができ、半導体発光装置の製造時間が短縮できる。

（１４）また、本発明の半導体発光装置は、前記当初駆動される半導体発光素子と、切り替えて駆動される半導体発光素子がそれぞれ前記複数のブロックから同数選択されることを特徴とする。（１４）の発明の構成は、図７に示されたＰＤ１Ａ〜ＰＤ１Ｃ、ＰＤ２Ａ〜ＰＤ２Ｃ、ＰＤ３Ａ〜ＰＤ３Ｃで検出された光量（モニター電流）で、図８の特性図で示される半導体発光素子を制御する構成が対応する。この構成によれば、各ブロックで同数の半導体発光素子を選択して駆動させるので、どのブロックを選択しても均等な光量が得られる。

（１５）また、本発明の半導体発光装置は、前記封止部材の内部に、有機物を吸収する光触媒を設けたことを特徴とする。（１５）の発明は、図１０〜図１３に記載の実施形態が対応する。このように、有機物を吸収する半導体発光素子と共に光触媒を設けているので、異なる有機物の除去手段が複数設けられることになり、有機物の除去をより効果的に行うことができる。

（１６）また、本発明の半導体発光装置は、前記封止部材は、ケース型のパッケージであることを特徴とする。（１６）の発明は、図１０〜図１２に記載の実施形態が対応する。このように、（１６）の発明によれば、ケース型のパッケージで構成した半導体発光装置において、有機物による半導体発光素子の出力特性の低下を防止することができる。

（１７）また、本発明の半導体発光装置は、前記封止部材はキャップ型のパッケージであることを特徴とする。（１７）の発明は、図１３に記載の実施形態が対応する。このように、（１７）の発明によれば、キャップ型のパッケージで構成した半導体発光装置において、有機物による半導体発光素子の出力特性の低下を防止することができる。

（１８）また、本発明の半導体発光装置は、前記半導体発光素子が窒化物半導体レーザであることを特徴とする。窒化物半導体レーザは、400nm近傍、もしくはそれ以下の波長帯の発散光を出力し、有機物を引きつける作用が大きいので、ダミー半導体発光素子として用いた場合に効果的に有機物を除去できる。また、当初使用の半導体発光素子から予備の半導体発光素子に切り替えた場合に、予備の半導体発光素子の寿命を延長することができる。

本発明の半導体発光装置は、有機物などの不純物から半導体レーザのような半導体発光素子を保護し、出力特性の低下を防止することができる。

以下、図に基づいて本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる構成を示す概略の平面図である。図１において、半導体レーザ装置１は、サブマウント２に、通常使用されるＬＤ４（第１の半導体発光素子）とダミーＬＤ（第２の半導体発光素子）１４が交互に実装されている。図１の例では、ＬＤ４とダミーＬＤ１４の出力光の出射方向は、同じ方向に形成されている。７は、ＬＤ４とダミーＬＤ１４の出力光を平行光に変換するためのコリメータレンズ、８はコリメータレンズ７の平行光を集光する集光レンズである。なお、第１の半導体発光素子、第２の半導体発光素子は、ＬＤには限定されない。例えば、ＬＥＤなどのように発光素子レーザ以外の半導体発光素子を用いることも可能である。

１０はパッケージ（封止部材）で、前記サブマウント２に実装されるＬＤ４とダミーＬＤ１４、コリメータレンズ７、集光レンズ８を封止する。なお、パッケージ１０は、ＬＤ４とダミーＬＤ１４の一部を封止するものであり、少なくとも第１の半導体発光素子を封止する封止部材として機能する。パッケージ１０には、ＬＤ４による出射口となる開口部１０ａが形成されており、この開口部１０ａには図示を省略したガラス封止窓が設けられている。また、開口部１０ａの外側には、フェルール１２を配置する。集光レンズ８で集光されたＬＤ４とダミーＬＤ１４の出力光をフェルール１２に導入し、光ファイバ１３によりケース１１の外部に放射する。開口部１０ａの周辺にもダミーＬＤ１４を配置する。

ここで、ＬＤ４およびダミーＬＤ１４は、前記400nm近傍、もしくはそれ以下の波長帯の発散光を出力する。このため、ダミーＬＤ１４を駆動して出力光を出射させることにより、パッケージ内の有機物をダミーＬＤ１４に吸引させる。前記開口部１０ａに設けられたガラス封止窓のパッケージ内側部分は光密度が高くなり、僅かな残存有機物でも影響を受けやすく、有機物がガラス封止窓に付着すると光出力が低下する。しかしながら、図１の構成では、開口部１０ａのパッケージ内側部分にダミーＬＤ１４を複数配置しており、当該ダミーＬＤ１４が有機物を吸着して、ガラス封止窓に有機物が付着することを防止している。このため、所定の光出力を得ることができる。

このように、ダミーＬＤ１４に有機物が吸着するので、ＬＤ４は出力特性を低下させることなく動作させることができる。ダミー半導体発光素子１４として機能する第２の半導体発光素子は、外部に出力光を照射する作用ではなく、単に封止部材の内部に存在する有機物を積極的に吸着する作用のみを有している。したがって、ダミー半導体発光素子に前記有機物が付着しても、半導体発光装置としての発光効率が低下することはない。

図１の例は、サブマウント２に交互にＬＤ４とダミーＬＤ１４を配置した集積化の構成とした場合である。このＬＤ４とダミーＬＤ１４の配置は、個々のＬＤチップ精密実装でも、またＬＤバー交互発光となる配置でもいずれでも良い。フェルール１２の設置位置もパワー密度が高くなり、有機物の影響を受けやすくなる。そこで、フェルール１２の設置位置の周辺にダミーＬＤを予め設置しておくことにより、フェルール１２に対しても同様の保護効果が得られる。図１において、ＬＤ４とダミーＬＤ１４を集積化した配置ではなく、1個のＬＤを平面実装する場合も同様に適用することができる。

図２は、ＬＤ４とダミーＬＤ１４の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。（ａ）はタイマーのカウント特性、（ｂ）はＬＤ４の動作特性、（ｃ）はダミーＬＤ１４の動作特性を示している。時刻ｔｕでタイマーのカウント特性がＨレベルとなり、ＬＤ４が駆動される。時刻ｔｖでタイマーのカウント特性がＬレベルとなり、ＬＤ４の動作が停止する。同時にダミーＬＤ１４が駆動される。時刻ｔｗでタイマーのカウント特性がＨレベルとなり、ダミーＬＤ１４が停止してＬＤ４が動作する。

以下、ＬＤ４とダミーＬＤ１４が交互に駆動、停止を繰り返す。図２の例では、先行してＬＤ４を動作させ、パッケージ容器内などに存在する有機物を析出させる。その後、ダミーＬＤ１４を駆動させることにより、析出された有機物をダミーＬＤ１４に吸着させる。所定時間ダミーＬＤ１４を駆動させてパッケージ内の有機物を消失させてから、再度ＬＤ４を動作させてパッケージ内に有機物を析出させる。この有機物をダミーＬＤ１４に吸着させる。このような動作を繰り返すことにより、パッケージ内の有機物は次第に少量となり、ＬＤ４の出力特性を低下させる要因を除去することができる。なお、ダミーＬＤの駆動電流を閾値以下として、有機物の吸着作用のみを有する構成、または微弱光を出力させる構成とすることができる。

図３は、ＬＤ４とダミーＬＤ１４とを駆動する例を示す回路図である。図３において、ＬＤ駆動回路２０には、タイマー機能を有するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２１、ＮＯＴ素子２２、ＬＤ４を駆動するＬＤ駆動ＩＣ２３、ダミーＬＤ１４を駆動するＬＤ駆動ＩＣ２４が設けられている。ＭＣＵ２１の出力信号は、５ＶのＨレベルと０ＶのＬレベルが交互に出力される。したがって、ＭＣＵ２１の出力レベルが０Ｖの場合には、ＬＤ駆動ＩＣ２３にはＨレベルの出力が与えられ、ＬＤ駆動ＩＣ２４にはＬレベルの出力が与えられる。

すなわち、図３の例は図２とは逆の論理信号がＬＤ４とダミーＬＤ１４に印加される。このように、ＬＤ４とダミーＬＤ１４の駆動、停止を、計時手段（タイマー）によるカウント値により所定の間隔で繰り返し行う。この構成によれば、所定のインタバルで繰り返しＬＤ４とダミーＬＤ１４の駆動、停止を行うので、定期的に封止部材内の有機物の吸着を行うことができる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す平面図である。図１と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図４の例では、半導体レーザ装置１ａには、ＬＤの出力光の光量を検出するフォトダイオード（ＰＤ）９を設けている。また、１５は予備的に使用されるＬＤであり、有機物吸着作用を有していても良い。すなわち、ＬＤ１系統のＬＤ４の光量が所定値まで低下すると（寿命に達すると）、ＬＤ２系統のＬＤ１５に切り替えて出力光を外部に照射する。したがって、ＬＤ１５も外部に出力光を照射する機能を有するＬＤである。なお、ＬＤの出力光の光量を検出する手段は、フォトダイオード（ＰＤ）以外の素子、例えばフォトトランジスタを用いることも可能である。

図５は、図４に記載の半導体レーザ装置１ａの駆動回路３０を示す回路図である。図３におけるタイマー機能を有するＭＣＵ２１が、図５ではデータ比較の機能を有するＭＣＵ３３に置き換えられている。図５において、ＰＤ９の検出信号はＩ／Ｖ（電流／電圧）アンプ３１、Ａ／Ｄ変換器３２を通してＭＣＵ３３に入力される。Ｅ²ＰＲＯＭ３４には、ＰＤ９の初期値（所定光量の値）が格納されており、ＭＣＵ３３で、前記ＰＤ９の検出データと比較される。

この際に比較されるＰＤ９の検出値が、所定の規格値よりも低下した場合には、ＭＣＵ３３はＬＤ４が寿命に達したものと判断する。この場合には、ＭＣＵ３３はＬＤ４を停止し、ＬＤ１５を駆動するような論理信号を出力する。なお、ＰＤ９は、図４においてＬＤ出力光の光量を相対評価できるパッケージ内、またはパッケージ外の任意の位置に設置する。

図６は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体レーザ装置１ｂの概略の平面図である。図６に示した実施形態においては、パッケージ１０内に３分割されたサブマウント２ａ、２ｂ、２ｃを配置する。各サブマウントには、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の３個のＬＤを実装する。また、各ＬＤに対応して光量検出用のＰＤを実装する。このように、図６の例は、ＬＤおよびＰＤを実装したサブマウント２ａ、２ｂ、２ｃを、ブロック１、２、３として配置するものである。図６は、複数のブロックに区分して各ブロックにＬＤを分散して配置している。このため、あるブロックのＬＤが故障した場合には、他のブロックのＬＤを駆動することにより対応することもできる。

７ａは、各ＬＤに対応して配置されたコリメータレンズアレイ、８は集光レンズである。前記図１、図４で説明したコリメータレンズ７を、図６に示したようなコリメータレンズアレイとして構成することもできる。このように、コリメータレンズアレイを各ＬＤに対応させて配置することにより、非常にコンパクトな構成とすることができ、半導体発光装置の製造時間が短縮できる。図６においては、各ブロックのＬＤ１をダミーＬＤとしての機能をもたせており、最初に点灯させることにより有機物洗浄効果が得られる。また、ダミーＬＤとして機能させる各ブロックのＬＤ１を光路上に配置することにより、光源としての機能を兼用させることができる。

図７は、図６の構成のＬＤ装置１ｂを駆動する駆動回路の例を示す回路図である。図７において、ブロックＡは、図６における各ブロックのＬＤ１の集合でＬＤは４７で示される。ブロックＢは、図６における各ブロックのＬＤ２の集合でＬＤは４８で示される。また、ブロックＣは、図６における各ブロックのＬＤ３の集合でＬＤは４９で示される。

また、ＬＤの光量を検出するＰＤの表示は、図６の表示と同じである。例えば、ブロックＡのＰＤ１Ａ〜３Ａは、図６の各サブマウント２ａ〜２ｃに実装されているＬＤ１に対応する。すなわち、ブロックＡのＰＤ１Ａは、図７の図示番号４７におけるＬＤ１Ａの光量を検出する。このように、図６はサブマウント２ａ〜２ｃに対応してブロック１〜３に区分している。また、図７は、各サブマウント２ａ〜２ｃに実装されているＬＤ１〜ＬＤ３毎にブロックＡ〜Ｃを区分している。なお、各ＰＤの検出光量に対応した電流信号（モニター電流）をＩｍ１Ａ〜Ｉｍ１Ｃで標記しているが、この点については図８の特性図で説明する。

図７は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）を行うための回路構成である。各ＰＤの検出信号はＩ／Ｖ（電流／電圧）アンプ４１、Ａ／Ｄ変換器４２を通してＭＣＵ４３に入力される。Ｅ²ＰＲＯＭ４４には、ＰＤの検出光量に対応したモニター電流の初期値が格納されている。ＭＣＵ４３は、前記Ｅ²ＰＲＯＭ４４に格納されているモニター電流の初期値と、各ＰＤにより検出されたモニター電流とを比較して、モニター電流が一定となるようにＬＤ出力を制御する。

ＭＣＵ４３の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器４５、駆動ＩＣ４６を通り、４７〜４９に記載の各ＬＤに与えられる。各ＬＤの出力光の一部は、前記のようにＰＤで検出されてＭＣＵ４３に帰還される。なお、ＭＣＵ４３は、ＬＤの光量が所定値よりも低下しているかどうかを判定し、寿命がきたＬＤについては駆動を停止し、他のＬＤに切り替えて動作させる。このようなＭＣＵ４３の制御は、例えば最初にＬＤ１の集合である図示番号４７のＬＤを駆動し、この集合のＬＤが寿命と判断すれば、次にＬＤ２の集合である図示番号４８のＬＤを駆動する。このように、図７の例では、当初駆動されるＬＤと、切り替えて駆動されるＬＤがそれぞれ複数のブロックから同数選択される。このような構成としているので、どのブロックを選択しても均等な光量が得られる。

図８は、図７の回路図によるＬＤの制御の例を示す特性図である。図８の横軸には時間Ｔ、縦軸にはＬＤの出力Ｐを設定している。特性のＢは一定出力の開始時刻、Ｅは一定出力の終了時刻を示している。ＬＤ１は一定出力Ｐａ、ＬＤ２は一定出力Ｐｂ、ＬＤ３は一定出力Ｐｃで駆動されるものとする。ここで、Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃは同一の出力とする。時刻ｔａ〜ｔｂ間では、ＰＤのモニター電流はＩｍ１^*（＊は、Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか、すなわち、図７図示番号４７のＬＤ１Ａ〜ＬＤ１Ｃのいずれかの特性）である。

時刻ｔｂでＬＤ１は寿命に到達したものとＭＣＵ４３で判断され、ＬＤ２を立ち上げると共にＬＤ１は出力を除々に低下させる。時刻ｔｂ〜ｔｃ間は、前記Ｉｍ１^*とＩｍ２^*（図７図示番号４８のＬＤ２Ａ〜ＬＤ２Ｃのいずれかの特性）の和が一定になるようにＬＤ１とＬＤ２の出力が制御される。時刻ｔｃ〜ｔｄ間では、ＰＤのモニター電流はＩｍ２^*である。この際のＬＤ２の出力はＰｂとなる。

時刻ｔｄでＬＤ２は寿命に到達したものとＭＣＵ４３で判断され、ＬＤ３を立ち上げると共にＬＤ２は出力を除々に低下させる。時刻ｔｄ〜ｔｅ間は、前記Ｉｍ２^*とＩｍ３^*（図７図示番号４９のＬＤ３Ａ〜ＬＤ３Ｃのいずれかの特性）の和が一定になるようにＬＤ２とＬＤ３の出力が制御される。時刻ｔｅ〜ｔｆ間では、ＰＤのモニター電流はＩｍ３^*である。この際のＬＤ３の出力はＰｃとなる。

図９は、図６〜図８に示した実施形態において、ＬＤの使用順序の例を示す説明図である。図９の例では、図８の特性図に示したように寿命に達したＬＤを順次取り替えて駆動するものである。ここでは、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の順序で駆動している。なお、図８の例では、各グループのＬＤ１〜ＬＤ３の出力をＰａ〜Ｐｃと同じ値に設定しているが、各グループのＬＤ１〜ＬＤ３の出力を異なる値に設定することも可能である。

図１〜図１０の例は、ダミーＬＤまたは予備ＬＤを設け、ＬＤの駆動で有機物の吸着効果を得るものである。本発明においては、このようなＬＤの駆動による有機物の吸着作用に加えて有機物吸収物質を併用することにより、さらに効果的にパッケージ内の有機物を除去することができる。図１０、図１１は、このような有機物吸収物質を設ける例を示す平面図である。図１０、図１１において、図１、図４と同じところには同一の符号を付している。

図１０の例においては、パッケージ１０の側面に、有機物吸収物質、例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂）のような物質からなる光触媒層３ａ、３ｂを塗布するものである。このような光触媒作用を有する物質は、紫外線により励起し有機物を二酸化炭素と水に分解する。したがって、ＧａＮのような材料を用いたＬＤを動作させて、パッケージ内に紫外光を照射させることによりパッケージ容器からの有機物の析出と除去を効果的に行うことができる。

図１１の例では、パッケージ１０の底面に光触媒層３ｃを形成するものである。光触媒層は、パッケージ内のＬＤの光路と重ならない部分、例えばパッケージの側面や底面または蓋の部分に形成される。この際に、図１０、図１１に示されているように平面に部分的に形成しても良いが、有機物の吸収効果を高めるためには、平面の全面に光触媒層を形成しても良い。

図１２は、本発明の異なる実施形態を示す概略の分解斜視図である。図１２において、半導体レーザ装置１ｃは、パッケージ１０内の図示を省略した基板上にＬＤ４、ダミーＬＤ１４、立ち上げミラー５を実装する。６は蓋となるガラス板で、パッケージ１０の枠体に接着されてＬＤ４、ダミーＬＤ１４を封止する。ＬＤ４、ダミーＬＤ１４の出力光は、立ち上げミラー５で光軸方向が変更され、ガラス板６から外部に照射される。パッケージ１０の側面には全面に光触媒層３ｄが形成されている。また、ガラス板６の内面には、ＬＤ４、ダミーＬＤ１４の出力光の光路を除いて光触媒層３ｅが形成されている。図１０〜図１２の例では、ケース型のパッケージで構成した半導体発光装置において、有機物によるＬＤの出力特性の低下を防止することができる。

図１３は、本発明の異なる実施形態を示す概略の縦断側面図である。図１３において、５１はステムのフランジ、５２はステムのブロック、５３はキャップ、５５はキャップ５３に接着されるカバーガラス、５４はＬＤ、５６は封止ガラス、５７、５８はリード端子、５９はワイヤ、６０はダミーＬＤ、３ｆは光触媒層である。キャップ５３はステムのフランジ５１に溶接により固定される。ダミーＬＤ６０を動作させて出力光を光触媒層３ｆに照射して光励起させる。

図１３の例では、キャップ５３でＬＤ５４を封止する構成のキャップ型半導体レーザ装置１ｄにおいて、有機物吸着作用を有するダミーＬＤ６０と、光触媒層３ｆを設けるものである。ダミーＬＤ６０は、図１に示したように複数個設けても良い。また、光触媒層３ｆは、ダミーＬＤ６０の出力光のみならず、ＬＤ６０の動作により光励起させても良い。図１３の例は、キャップ型のパッケージで構成した半導体発光装置において、有機物によるＬＤの出力特性の低下を防止することができる。

第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子における出力光の出射方向を異なる方向に設定する構成は、図１３のようなキャップ型のパッケージに限定されず、図１、図４に示されたようなケース型のパッケージを有する半導体発光装置にも適用される。このような構成とすることにより、有機物の吸着作用を有する第２の半導体発光素子における出力光は、第１の半導体発光素子の出力光に対する光学的な妨害を発生しない。

本発明の光源のＬＤとしては、例えば窒化物半導体レーザを用いることができる。この場合には、窒化物半導体レーザは、400nm近傍、もしくはそれ以下の波長帯の発散光を出力し、有機物を引きつける作用が大きいので、ダミーＬＤとして用いた場合に効果的に有機物を除去できる。また、当初使用のＬＤから予備のＬＤに切り替えた場合に、予備のＬＤの寿命を延長することができる。

また、発光層に、
Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦_X≦１、０≦_Y≦１、_X+Y≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子を光源に用いることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、有機物などの不純物から半導体レーザのような半導体発光素子を保護する構成の、半導体発光装置を提供することができる。

本発明の実施形態を示す平面図である。 本発明の実施形態を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態を示す特性図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態を示す分解斜視図である。 発明の他の実施形態を示す縦断側面図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｄ・・・半導体レーザ装置、２・・・サブマウント、３ａ〜３ｆ・・・光触媒層、４、５４・・・半導体レーザ（ＬＤ）、５・・・ミラー、６・・・ガラス板、７・・・コリメータレンズ、７ａ・・・コリメータレンズアレイ、８・・・集光レンズ、９・・・フォトダイオード（ＰＤ）、１０・・・パッケージ、１１・・・ケース、１２・・・フェルール、１３・・・光ファイバ、１４、６０・・・ダミーＬＤ、１５・・・予備ＬＤ、２０、３０、４０・・・ＬＤ駆動回路、２１、３３、４３・・・ＭＣＵ、５１・・・ステムのフランジ、５２・・・ステムのブロック、５３・・・キャップ

Claims (18)

1. 出力光を外部に照射する第１の半導体発光素子と、第２の半導体発光素子と、少なくとも前記第１の半導体発光素子を封止する封止部材とを備え、前記第２の半導体発光素子は有機物の吸着作用のみを有することを特徴とする、半導体発光装置。
2. 前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子をそれぞれ複数設けたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 出力光を外部に照射する第１の半導体発光素子と、第２の半導体発光素子と、少なくとも前記第１の半導体発光素子を封止する封止部材とを備え、前記第１の半導体発光素子が駆動されているときの前記第２の半導体発光素子の電流が閾値電流以下であることを特徴とする、半導体発光装置。
4. 前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子を、交互に駆動、停止させることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子の駆動、停止を、計時手段によるカウント値により所定の間隔で繰り返し行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体発光装置。
6. 前記封止部材をケースで覆い、当該封止部材に形成した出射口となる開口部近傍に前記第２の半導体発光素子を複数設けたことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体発光装置。
7. 前記第２の半導体発光素子を、前記封止部材内および前記封止部材と前記ケース間に設けたことを特徴とする、請求項６に記載の半導体発光装置。
8. 出力光を外部に照射する第１の半導体発光素子と、第２の半導体発光素子と、少なくとも前記第１の半導体発光素子を封止する封止部材とを備え、前記第２の半導体発光素子における出力光の出射方向が、前記第１の半導体発光素子の出力光の出射方向とは異なる方向に形成されることを特徴とする、半導体発光装置。
9. 出力光を外部に照射する複数の半導体発光素子と、前記各半導体発光素子を封止する封止部材と、前記各半導体発光素子の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、各半導体発光素子の所定光量を記憶する記憶手段と、各半導体発光素子の光量を検出する検出手段と、前記記憶手段に記憶されている各半導体発光素子の所定光量および前記検出手段で検出された半導体発光素子の光量を比較する比較手段を有し、当初駆動されている半導体発光素子に前記封止部材の内部に存在する有機物が付着して前記検出された光量が前記所定値よりも低下したときに、異なる半導体発光素子の駆動に切り替えることを特徴とする、半導体発光装置。
10. 前記複数の半導体発光素子を単一のモジュールに構成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体発光装置。
11. 前記半導体発光素子は複数個ずつの集合で、複数のブロックに区分して配置されることを特徴とする、請求項９に記載の半導体発光装置。
12. 前記各ブロックに、前記各半導体発光素子と対応させて前記光量を検出する検出手段を配置したことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体発光装置。
13. 前記各半導体発光素子の出力光出射側にレンズアレイを配置したことを特徴とする、請求項９ないし１２のいずれかに記載の半導体発光装置。
14. 前記当初駆動される半導体発光素子と、切り替えて駆動される半導体発光素子がそれぞれ前記複数のブロックから同数選択されることを特徴とする、請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体発光装置。
15. 前記封止部材の内部に、有機物を吸収する光触媒を設けたことを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載の半導体発光装置。
16. 前記封止部材は、ケース型のパッケージであることを特徴とする、請求項１５に記載の半導体発光装置。
17. 前記封止部材はキャップ型のパッケージであることを特徴とする、請求項１５に記載の半導体発光装置。
18. 前記半導体発光素子が窒化物半導体レーザであることを特徴とする、請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の半導体発光装置。
    
    
    

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