JP2008258515A - Semiconductor laser device, laser module, and optical device - Google Patents
Semiconductor laser device, laser module, and optical device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008258515A JP2008258515A JP2007101389A JP2007101389A JP2008258515A JP 2008258515 A JP2008258515 A JP 2008258515A JP 2007101389 A JP2007101389 A JP 2007101389A JP 2007101389 A JP2007101389 A JP 2007101389A JP 2008258515 A JP2008258515 A JP 2008258515A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- ridge
- ridge portion
- laser device
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、プロジェクタ装置等の光源として好適に用いられる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に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, a laser module, and an optical device that are preferably used as a light source for a projector device or the like.
近年、リアプロジェクションテレビ等の普及に伴い、スクリーン等に映像を投影して表示を行うプロジェクタ装置に対する高画質化の要求が高まっている。このようなプロジェクタ装置では、光源から出力された光を変調して映像を表示するため、装置全体の高性能化のためには、特に光源の性能を向上させることが求められる。このため、光源に用いられる発光装置としては、高色域化や高輝度化を実現できる半導体レーザが注目を集めている。 In recent years, with the spread of rear projection televisions and the like, there is an increasing demand for higher image quality for projector devices that project and display images on a screen or the like. In such a projector device, since the image output is displayed by modulating the light output from the light source, it is particularly required to improve the performance of the light source in order to improve the performance of the entire device. For this reason, as a light-emitting device used for a light source, a semiconductor laser capable of realizing a high color gamut and a high brightness is attracting attention.
ところが、半導体レーザから出射される光は、波長が単一で位相の揃ったコヒーレンス光であり、発振スペクトル幅が1nm程度の高色純度(狭スペクトル)特性を有する。このため、投影スクリーン上でスペックルと呼ばれる斑点模様が生じ、画像がちらついて見えるという問題がある。 However, the light emitted from the semiconductor laser is coherence light having a single wavelength and a uniform phase, and has high color purity (narrow spectrum) characteristics with an oscillation spectrum width of about 1 nm. For this reason, there is a problem that a speckle pattern called speckle is generated on the projection screen, and the image appears to flicker.
このようなスペックルを低減、除去する手法としては、例えば、スクリーンや、光路上に配置された光学素子を振動させることにより、レーザ光を空間的に位相の異なる光に変換する方法がある(例えば、特許文献1)。ところが、このような方法では、スクリーンや光学素子等を振動させるための駆動機構が新たに必要となり、装置構成が複雑となるので、コストや信頼性の面で好ましくない。一方、スペックルの発生を十分に抑制するためには、発振スペクトル幅を、通常の1nm程度から5nm程度にまで拡大する必要があるが、単一の半導体レーザでは困難である。
そこで、複数の半導体レーザ素子をアレイ状に配置し、それぞれの半導体レーザ素子から発振される光を合成させることで、発振スペクトル帯域幅を拡大することができる。これは、アレイ内の領域によって放熱性に差が生じるため、領域ごとに動作温度が異なることとなり発振波長がシフトするためである。また、例えば特許文献2〜4には、個々の半導体レーザ素子における発振波長を積極的に異ならせることにより、装置全体としてスペクトル帯域幅を拡大させる技術が開示されている。
Therefore, by arranging a plurality of semiconductor laser elements in an array and combining the light oscillated from the respective semiconductor laser elements, the oscillation spectrum bandwidth can be expanded. This is because the heat dissipation varies depending on the region in the array, and the operating temperature varies from region to region, and the oscillation wavelength shifts. Further, for example,
しかしながら、上記特許文献の構成や、単に複数の半導体レーザ素子の光を合成するという構成だけでは、スペックルの発生を抑制することが可能な程度にまで発振スペクトル帯域幅を確保することが困難である。 However, it is difficult to secure an oscillation spectrum bandwidth to such an extent that speckle generation can be suppressed only by the configuration of the above-mentioned patent document or the configuration of simply combining the lights of a plurality of semiconductor laser elements. is there.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スペックルの発生を抑制することの可能な半導体レーザ装置およびこれを用いたレーザモジュールならびに光学装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device capable of suppressing the generation of speckles, a laser module using the same, and an optical device.
本発明の半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、リッジ部と、リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、複数の半導体レーザ素子は、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含むものである。 The semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser elements, and the semiconductor laser element includes a ridge portion and a current injection layer for injecting a current into the ridge portion. The semiconductor laser element includes at least two types of semiconductor laser elements having different ridge widths.
本発明の光学装置は、半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置から出力された光を集光する光学系とを備え、半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子からなり、半導体レーザ素子は、リッジ部と、リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、複数の半導体レーザ素子は、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含むものである。 An optical device of the present invention includes a semiconductor laser device and an optical system that collects light output from the semiconductor laser device. The semiconductor laser device includes a plurality of semiconductor laser elements, and the semiconductor laser element includes a ridge portion. And a current injection layer for injecting current into the ridge portion, and the plurality of semiconductor laser elements include at least two types of semiconductor laser elements having different ridge widths.
本発明のレーザモジュールは、並列に接続された複数の半導体レーザ装置を備え、各半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子からなり、半導体レーザ素子は、リッジ部と、リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、複数の半導体レーザ素子は、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含み、複数の半導体レーザ装置は、発振波長のスペクトル帯域が互いに異なるものである。 The laser module of the present invention includes a plurality of semiconductor laser devices connected in parallel, and each semiconductor laser device includes a plurality of semiconductor laser elements, and the semiconductor laser element injects a current into the ridge portion. A plurality of semiconductor laser devices including at least two types of semiconductor laser devices having different ridge widths, and the plurality of semiconductor laser devices having different spectral bands of oscillation wavelengths It is.
なお、「発振波長のスペクトル帯域が互いに異なる」とは、スペクトル帯域同士が全く重複していない場合に限られず、一部が重複している場合も含むものとする。 Note that “the spectrum bands of the oscillation wavelengths are different from each other” is not limited to the case where the spectrum bands do not overlap at all, but includes the case where some of the spectrum bands overlap.
本発明の半導体レーザ装置および光学装置では、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含んでいることにより、リッジ部の幅が相対的に大きな半導体レーザ素子では、リッジ部の体積が増大し内部に熱が溜まり易くなるため、放熱性が低くなる。一方、リッジ部の幅が相対的に小さい半導体レーザ素子では、リッジ部の体積が減少し内部に熱が溜まりにくくなるため、放熱性が高くなる。これにより、動作温度が、リッジ部の大きな半導体レーザ素子において高くなり、リッジ部の小さな半導体レーザ素子において低くなる。このとき、出力される光の波長は、温度が高くなると長波長側へシフトし、逆に低くなると短波長側へシフトする。従って、半導体レーザ装置全体として、発振波長のスペクトル帯域幅が拡大される。 The semiconductor laser device and the optical device according to the present invention include at least two types of semiconductor laser elements having different ridge widths, so that in the semiconductor laser element having a relatively large ridge width, the volume of the ridge portion is increased. Increases and heat tends to accumulate inside, so that the heat dissipation is reduced. On the other hand, in a semiconductor laser device having a relatively small width of the ridge portion, the volume of the ridge portion is reduced and heat is less likely to be accumulated therein, so that the heat dissipation is enhanced. As a result, the operating temperature becomes high in the semiconductor laser element having a large ridge portion and lowered in the semiconductor laser element having a small ridge portion. At this time, the wavelength of the output light shifts to the long wavelength side when the temperature increases, and conversely shifts to the short wavelength side when the temperature decreases. Therefore, the spectral bandwidth of the oscillation wavelength is expanded as a whole semiconductor laser device.
特に、リッジ部の幅が異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子において、電流注入層の幅が略一様となっていることが好ましい。すなわち、各リッジ部上に設けられた電流注入層の幅が、リッジ部の幅によらずほぼ等しくなっていることが好ましい。これにより、各リッジ部に印加される電流が均等となり、リッジ部ごとに抵抗器等の電圧調整機構を設けることなく、一定の電圧で駆動することができる。 In particular, the width of the current injection layer is preferably substantially uniform in at least two types of semiconductor laser elements having different ridge widths. That is, it is preferable that the width of the current injection layer provided on each ridge portion is substantially equal regardless of the width of the ridge portion. As a result, the current applied to each ridge portion is equalized, and it is possible to drive at a constant voltage without providing a voltage adjusting mechanism such as a resistor for each ridge portion.
また、中央部に配置された半導体レーザ素子のリッジ部の幅が端部に配置された半導体レーザ素子のリッジ部の幅よりも大きくなっていることが好ましい。一般に、複数の半導体レーザ素子が配列された半導体レーザ装置では、その中央部において放熱性が低く、端部において放熱性が高いという性質を有する。このため、中央部のリッジ部の幅が相対的に大きくなっていることにより、より放熱性が低くなる。逆に、端部のリッジ部の幅が相対的に小さくなっていることにより、より放熱性が高くなる。よって、中央部と端部との動作温度により大きな高低差が生じることとなる。従って、発振波長のスペクトル帯域幅がより効果的に拡大される。 In addition, it is preferable that the width of the ridge portion of the semiconductor laser element disposed at the center portion is larger than the width of the ridge portion of the semiconductor laser element disposed at the end portion. In general, a semiconductor laser device in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged has a property that heat dissipation is low in the central portion and heat dissipation is high in the end portion. For this reason, since the width | variety of the ridge part of a center part is comparatively large, heat dissipation becomes lower. On the contrary, since the width of the ridge portion at the end is relatively small, the heat dissipation is further improved. Therefore, a large difference in height occurs depending on the operating temperature between the central portion and the end portion. Therefore, the spectral bandwidth of the oscillation wavelength is expanded more effectively.
さらに、半導体層の複数のリッジ部が設けられている側に金属層を有する場合には、隣接するリッジ部同士の間の領域では、熱伝導性が高くなる。リッジ部の幅が相対的に大きい領域では、熱が金属層に達しにくくなると共に、金属層の形成される領域が相対的に少なくなる。これに対し、リッジ部の幅が相対的に小さい領域では、熱が金属層に達しやすくなると共に、金属層の形成される領域が相対的に多くなる。従って、半導体レーザ装置全体として放熱性の違いによる高低差がより大きくなり、スペクトル帯域幅の確保に有利となる。 Further, when the metal layer is provided on the side where the plurality of ridge portions of the semiconductor layer are provided, the thermal conductivity is increased in the region between the adjacent ridge portions. In a region where the width of the ridge portion is relatively large, heat hardly reaches the metal layer, and the region where the metal layer is formed is relatively small. On the other hand, in the region where the width of the ridge portion is relatively small, heat easily reaches the metal layer and the region where the metal layer is formed is relatively large. Therefore, the height difference due to the difference in heat dissipation of the semiconductor laser device as a whole becomes larger, which is advantageous for securing the spectral bandwidth.
本発明のレーザモジュールでは、並列に接続された複数の半導体レーザ装置において、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を有することにより、動作温度に高低差が生じる。発振波長は、温度が高くなると長波長側へシフトし、逆に低くなると短波長側へシフトするため、各半導体レーザ装置において発振波長のスペクトル帯域幅が拡大される。特に、複数の半導体レーザ装置のそれぞれの発光層のスペクトル帯域が互いに異なっていることにより、複数の半導体レーザ装置から出力される合成光のスペクトル帯域幅が、各半導体レーザ装置を単独で用いた場合に比べて拡大される。 In the laser module of the present invention, a plurality of semiconductor laser devices connected in parallel have at least two types of semiconductor laser elements having different ridge widths, thereby causing a difference in operating temperature. The oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side when the temperature increases, and conversely shifts to the shorter wavelength side when the temperature decreases, so that the spectral bandwidth of the oscillation wavelength is expanded in each semiconductor laser device. In particular, when the spectral bands of the light emitting layers of the plurality of semiconductor laser devices are different from each other, the spectral bandwidth of the synthesized light output from the plurality of semiconductor laser devices is used when each semiconductor laser device is used alone. Enlarged compared to
本発明の半導体レーザ装置および光学装置によれば、リッジ部とリッジ部に電流を注入するための電流注入層とをそれぞれ有する複数の半導体レーザ素子が、リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含むようにしたので、リッジ部の幅が異なる半導体レーザ素子において、動作温度に高低差が生じる。よって、発振波長のスペクトル帯域幅が拡大され、スペックルを抑制することができる。 According to the semiconductor laser device and the optical device of the present invention, a plurality of semiconductor laser elements each having a ridge portion and a current injection layer for injecting a current into the ridge portion include at least two kinds of ridge portions having different widths. Since the semiconductor laser element is included, there is a difference in operating temperature between the semiconductor laser elements having different ridge widths. Therefore, the spectral bandwidth of the oscillation wavelength is expanded, and speckle can be suppressed.
本発明のレーザモジュールによれば、並列に接続された複数の半導体レーザアレイがそれぞれ、アレイ状に配置された複数のストライプ状のリッジ部と、リッジ部ごとに設けられ、一定のストライプ幅を有する電流注入層と、各電流注入層に対応した発光領域とを備え、複数のリッジ部のうち中央部に配置されたリッジ部のストライプ幅が、端部に配置されたリッジ部のストライプ幅よりも大きく、かつ複数の半導体レーザアレイの発振波長のスペクトル帯域が互いに異なるようにしたので、これらの半導体レーザアレイを単独で用いた場合に比べて、スペクトル帯域幅がより拡大され、スペックルをより効率的に低減することができる。 According to the laser module of the present invention, a plurality of semiconductor laser arrays connected in parallel are respectively provided in a plurality of stripe-shaped ridge portions arranged in an array, and each ridge portion has a constant stripe width. A current injection layer and a light emitting region corresponding to each current injection layer, and the stripe width of the ridge portion arranged at the center of the plurality of ridge portions is larger than the stripe width of the ridge portion arranged at the end portion Because the spectral bands of the oscillation wavelength of multiple semiconductor laser arrays are different from each other, the spectral bandwidth is expanded and speckle is more efficient than when these semiconductor laser arrays are used alone. Can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザアレイ10を備えた半導体レーザ装置1の断面構成を表すものである。この半導体レーザ装置1は、例えば、半導体レーザアレイ10を、ヒートシンク19上にリッジ部13側を下にして金属層18を介して載置したものである。なお、半導体レーザアレイ10は、リッジ部13ごとに発光領域が形成され、複数の半導体レーザ素子を含んで構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a
半導体レーザアレイ10は、基板11の一面側に半導体層12を形成したものである。この半導体層12は、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層(いずれも図示せず)等を基板11上にこの順に積層すると共に、上部クラッド層の上部に複数のリッジ部13を有している。
The
基板11は、例えばn型GaAsにより構成されている。なお、n型不純物は、例えばケイ素(Si)またはセレン(Se)などである。
The
半導体層12は、例えばAlGaInP系半導体により構成されている。なお、AlGaInP系半導体とは、長周期型周期表における3B族元素のアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)またはインジウム(In)と、5B族元素のリン(P)とを含む化合物半導体のことをいう。
The
ここで、下部クラッド層は、例えばn型AlaGa1-a-bInbP(0<a<1,0<b<1)により構成されている。活性層は、例えば不純物が含まれていないGacIn1-cP(0<c<1)により構成されている。この活性層は、各リッジ部13に対応してストライプ状の発光領域Sを有している。すなわち、各発光領域Sは共通の半導体層12内に形成されている。この発光領域Sは、リッジ部13で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。上部クラッド層は、例えばp型AldGa1-d-eIneP(0<d<1,0<e<1)により構成されている。なお、p型不純物は、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などである。
Here, the lower cladding layer is made of, for example, n-type Al a Ga 1-ab In b P (0 <a <1, 0 <b <1). The active layer is made of, for example, Ga c In 1-c P (0 <c <1) that does not contain impurities. This active layer has a stripe-shaped light emitting region S corresponding to each
上部クラッド層の上部には、レーザ光の射出方向(軸方向)に延在するストライプ状の複数のリッジ部13が並列に形成されている。各リッジ部13は、活性層の電流注入領域を制限すると共に、横方向の屈折率閉じ込め作用によって軸方向に導波させるようになっている。このリッジ部13の構成については後述する。なお、以下、上記半導体層12を積層した方向を縦方向と称し、軸方向および縦方向に垂直な方向(各リッジ部13の配列方向)を横方向と称する。
A plurality of stripe-shaped
また、このような半導体レーザアレイ10は、上部電極16および下部電極17を有している。上部電極16は、全てのリッジ部13を覆うように一体的に設けられ、各リッジ部13に対して共通の電極となっている。この上部電極16は、例えば、チタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)を半導体層12上にこの順に積層した構造を有している。また、本実施の形態では、個々のレーザに印加される電圧のバランスを調節するために、上部電極16をリッジ部13ごとに電気的に分離して構成し、電極ごとに抵抗器等を設ける必要はない。
Such a
下部電極17は、基板11の裏面側に形成されている。この下部電極17は、例えば、AuGe,NiおよびAuをこの順に積層した構造を有しており、基板11と電気的に接続されている。なお、上部電極16および下部電極17は、ワイヤ(図示せず)を介して単一の電源(図示せず)に接続されている。
The
金属層18は、例えば、はんだ等の接続用金属、金、錫(Sn)あるいは銀(Ag)等を含む合金から構成されている。ヒートシンク19は、半導体レーザアレイ10の各発光領域Sから発生する熱を半導体レーザアレイ10から放散させるための放熱部材である。金属層18によって、半導体レーザアレイ10の上部電極16とヒートシンク19とが接続されている。さらに、例えばペルチェ素子等の冷却素子を用いたり、ヒートシンク19の代わりにサブマウント等の他の基板に接続された構成であってもよい。
The
次に、リッジ部13の構成について説明する。半導体アレイ10内の中央領域をG1、端部領域をG3、およびこれらの領域の中間領域をG2とすると、中央領域G1のリッジ部13のストライプ幅W1は、端部領域G3のリッジ部13のストライプ幅W3よりも大きくなっている。好ましくは、中央領域G1から端部領域G3にかけて、リッジ部13のストライプ幅が段階的に小さくなっている。さらに好ましくは、各領域に含まれるリッジ部13の数は中央領域G1で相対的に多くなっている。
Next, the configuration of the
例えば、各領域のリッジ部13のストライプ幅が、W1>W2>W3の関係を満たすように、中央領域G1から端部領域G3にかけて段階的に小さくなるように構成されている。また、中央領域G1に配列されたリッジ部13の個数は5つ、中間領域G2に配列されたリッジ部13の個数は2つ、端部領域G3に配列されたリッジ部13の個数は2つとなっており、中央領域G1におけるリッジ部13の個数が最も多くなっている。
For example, the stripe width of the
また、本実施の形態では、複数のリッジ部13は等間隔(間隔P)で設けられている。すなわち、各リッジ部13に対応して発光領域Sが等間隔で形成される。
In the present embodiment, the plurality of
ここで、図2(A)にストライプ幅Wが比較的広い場合、図2(B)にストライプ幅Wが比較的狭い場合の、各リッジ部13の断面構成例の拡大図を示す。これらの図に示したように、半導体層12のリッジ部13上には、電流注入層14が設けられている。また、半導体層12上の電流注入層14が形成されていない領域には、リッジ形状に沿って絶縁層15が設けられている。なお、絶縁層15は、例えばSiO2により構成されている。また、上部電極16は、複数のリッジ部13を一体的に覆うように、電流注入層14および絶縁層15に隣接して設けられる。
Here, FIG. 2A shows an enlarged view of a cross-sectional configuration example of each
電流注入層14は、例えばp型Alf Ga1-f-g Ing P(0<f<1,0<g<1)もしくはp型GaAsにより構成されている。この電流注入層14は、半導体層12と上部電極16との間でコンタクト層として機能すると共に、活性層の電流注入領域を制限するものである。
The
特に、この電流注入層14のストライプ幅Dは、複数のリッジ部13の間で略一様となっている。すなわち、リッジ部13のストライプ幅Wが広い場合(図2(A))と、リッジ部13のストライプ幅Wが狭い場合(図2(B))とにおいて、電流注入層14のストライプ幅Dは、ほぼ等しくなっている。言い換えれば、ストライプ幅の互いに異なるリッジ部13同士で、リッジ部13のストライプ幅Wに対する電流注入層のストライプ幅Dの比が互いに異なっている。例えば、リッジ部13のストライプ幅Wが、図2(A)では300μm、図2(B)では80μmであるのに対し、電流注入層14のストライプ幅Dは、いずれの場合も60μmとなっている。このように、電流注入層14は、各リッジ部13のストライプ幅Wの大きさに関わらず、一定の幅で設けられている。なお、「略一様」とは、完全同一の場合に限られず、製造上の誤差を含む概念とする。
In particular, the stripe width D of the
また、半導体層12上の電流注入層14の形成されていない領域に絶縁層15が設けられていることにより、上部電極16と半導体層12とは、電流注入層14によってのみ電気的に接続される。このため、発光領域Sのストライプ幅は、横方向の温度分布によって多少変化するものの、電流注入層14のストライプ幅Dと同等の大きさとなっている。
Further, since the insulating layer 15 is provided in the region where the
上記のような構成を有する半導体レーザ装置1は、例えば次のようにして製造することができる。
The
まず、半導体レーザアレイ10を形成する。基板11上の化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、上記のようなAlGaInP系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、フォスフィン(PH3 )を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、セレン化水素(H2 Se)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。
First, the
具体的には、まず、基板11上に、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、電流注入層をこの順に積層したのち、電流注入層14および上部クラッド層の上部を、マスクを用いた2段階エッチング、例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法等により、それぞれ選択的に除去する。これにより、上部クラッド層に、ストライプ状の複数のリッジ部13が、中央領域G1におけるストライプ幅が端部領域G3におけるストライプ幅よりも大きくなるように並列に形成される。続いて、上部クラッド層の電流注入層14の形成されていない領域に、絶縁層15を例えば蒸着法等により形成する。
Specifically, first, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and a current injection layer are laminated in this order on the
次いで、形成した電流注入層14および絶縁層15を覆うように、金属材料を蒸着法、スパッタ法等により、複数のリッジ部13に対して一括して製膜することにより、上部電極16を形成する。同様にして、基板11の裏面に、下部電極17を形成し、こののち、軸方向の一対の端面に反射鏡膜(図示せず)を形成する。このようにして半導体レーザアレイ10が形成される。
Next, the
こののち、上部電極16とヒートシンク19との間に、例えば、はんだ付けにより金属層18を形成することによって、半導体レーザアレイ10とヒートシンク19とを接続する。以上により、図1に示した半導体レーザ装置1を完成する。
Thereafter, the
次に、本実施の形態の半導体レーザ装置1の作用について説明する。半導体レーザ装置1では、上部電極16と下部電極17との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部13によって電流狭窄され、活性層の電流注入領域(発光領域S)に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜(図示せず)により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が2πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。
Next, the operation of the
ところで、一般に、図9(A)に示したような、単一のリッジ部113を有する半導体レーザ110と、ヒートシンク119とを備えた半導体レーザ装置100では、上部電極116および下部電極117に対して電圧を印加して、半導体層112のうちリッジ部113に対応する発光領域Tからレーザ光を出力させると、発光領域Tに注入されたエネルギーのうち発光に寄与しなかった成分は熱となる。そのため、発光領域Tは図9(B)に示したような分布の発熱量を発生する熱源として作用する。発光領域Tで発生した熱は、主にリッジ部113および上部電極116を介してヒートシンク119に放散され、一部は基板111および下部電極117を介して外部に放散される。その結果、発光領域Tおよびその近傍は、図9(C)に示したような温度分布を持つようになる。
By the way, in general, in the semiconductor laser device 100 including the
このため、図10に示した半導体レーザ装置200のように、一定のストライプ幅を有する複数のリッジ部113を等間隔に配列した場合には、熱干渉により配列の中央領域の温度が配列の端部領域の温度よりも高くなる。例えば、半導体レーザアレイ210をAlGaInP/GaInP系の半導体材料により構成し、各リッジ部113のストライプ幅を60μm、共振器長を700μm、リッジ部113同士の間隔を400μmとし、上部電極116および下部電極117の間に10Aの駆動電流を流すと共に、ヒートシンク219の温度を25℃に調節した場合には、図11(A)に示したように、半導体レーザアレイ210の中央領域と端部領域との間で、およそ5℃の温度差が生じる。
Therefore, as in the
ここで、一般的な半導体レーザは、リッジ部内部の温度が上昇するにつれて発光光の発振波長が長波長側に変化し、逆に、リッジ部内部の温度が低下するにつれて発振波長が短波長側に変化する、という性質を有する。そのため、上記したように、横方向に温度分布が生じると、その温度分布に応じた波長の光が各発光領域Tから出力される。その結果、図11(B)に示したように、その温度分布によって中央領域と端部領域との間でおよそ2nmの波長差が生じる。従って、半導体装置200のように、複数の半導体レーザをアレイ状に配置することにより、その位置に対応した動作温度の違いにより、発振波長のスペクトル帯域幅は2nm程度拡大される。
Here, in a general semiconductor laser, the oscillation wavelength of emitted light changes to the longer wavelength side as the temperature inside the ridge increases, and conversely, the oscillation wavelength decreases to the shorter wavelength side as the temperature inside the ridge decreases. It has the property of changing to Therefore, as described above, when a temperature distribution occurs in the horizontal direction, light having a wavelength corresponding to the temperature distribution is output from each light emitting region T. As a result, as shown in FIG. 11B, a wavelength difference of about 2 nm occurs between the central region and the end region due to the temperature distribution. Therefore, by arranging a plurality of semiconductor lasers in an array like the
ところが、実際には、レーザ内部の温度が高くなると、発光効率が低下するので、相対的に温度の高い中央領域では発光強度が相対的に低くなる傾向がある。このため、中央領域の発光領域Tから出力される長波長領域の発光強度が相対的に低くなり、スペクトル分布が不均一となるので、2nm程度のスペクトル幅では、スペックルノイズを緩和する効果はほとんどない。 However, in actuality, as the temperature inside the laser increases, the light emission efficiency decreases, so that the emission intensity tends to be relatively low in the central region where the temperature is relatively high. For this reason, the emission intensity in the long wavelength region outputted from the light emitting region T in the central region becomes relatively low and the spectral distribution becomes non-uniform. Therefore, the effect of alleviating speckle noise with a spectral width of about 2 nm is rare.
これに対し、本実施の形態では、ストライプ状に設けられた複数のリッジ部13のうち、中央領域G1におけるリッジ部13のストライプ幅が、端部領域G3におけるリッジ部13のストライプ幅よりも大きくなっている。図2(A)に示したように、リッジ部13のストライプ幅Wが大きい場合には、半導体層12におけるリッジ部13の面積(体積)が大きくなり、内部で発生した熱が熱伝導性の高い上部電極16や金属層18に達しにくくなる。このため、リッジ部13内部に熱が溜まり易くなり、放熱性が低くなる。一方、図2(B)に示したように、リッジ部13のストライプ幅Wが小さい場合には、半導体層12におけるリッジ部13の面積(体積)が小さくなり、内部で発生した熱が熱伝導性の高い上部電極16や金属層18に達し易くなる。このため、リッジ部13内部に熱が溜まりにくく、放熱性が高くなる。従って、中央領域G1では動作温度が上昇し、端部領域G3では動作温度が降下することとなる。
In contrast, in the present embodiment, among the plurality of
例えば、図1に示した半導体レーザアレイ10において、AlGaInP/GaInP系の半導体材料を用いて構成し、リッジ部13のストライプ幅W1を300μm、ストライプ幅W2を180μm、ストライプ幅W3を60μm、リッジ部13同士の間隔を400μm、電流注入層14のストライプ幅を60μm、共振器長を700μmとし、上部電極16および下部電極17の間に10Aの駆動電流を流すと共に、ヒートシンク19の温度を25℃に調節した場合の、温度分布を図3(A)に示し、波長分布を図3(B)に示す。これらの図に示したように、半導体レーザアレイ10の中央領域G1と端部領域G3との間で、およそ15℃の温度差が生じ、これに伴って、中央領域G1から端部領域G3にかけての発振波長は640nm〜645nmとなる。従って、スペクトル帯域幅は5nm程度にまで拡大される。
For example, the
一方、リッジ部13ごとに設けられる電流注入層14のストライプ幅は、略一様となっている。このため、リッジ部13のストライプ幅の大きさによらず、各リッジ部13に流れる電流の大きさおよびその密度がほぼ等しくなる。これにより、各リッジ部13を均等な電圧で駆動することができる。
On the other hand, the stripe width of the
ここで、各リッジ部のストライプ幅が異なる場合、リッジ部ごとに電流密度に差が生じる。このため、単一電源に並列接続した場合には、リッジ部ごとに動作電圧が異なり、例えば、上部電極をリッジ部ごとに電気的に分離して形成し、電圧降下用の抵抗器等、電圧調整機構を新たに設ける必要がある。 Here, when the stripe width of each ridge portion is different, a difference occurs in current density for each ridge portion. For this reason, when connected in parallel to a single power supply, the operating voltage differs for each ridge portion. For example, the upper electrode is formed electrically separated for each ridge portion, and a voltage drop resistor, etc. It is necessary to provide a new adjustment mechanism.
これに対し、電流注入層のストライプ幅が略一様であることにより、スペクトル帯域幅を拡大させるために、中央領域G1から端部領域G3にかけてリッジ部13のスペクトル幅を変化させた場合であっても、従来の構成のように電圧調整機構を設けることなく、各リッジ部13における駆動電圧を等しくすることができる。また、これにより、各リッジ部13を電気的に独立させる必要がなくなるため、上部電極16を複数のリッジ部13に共通の電極として一体に形成することができる。従って、上部電極16および下部電極17に接続される電源は一つあれば足り、効率的な駆動を行うことができる。
On the other hand, since the stripe width of the current injection layer is substantially uniform, the spectral width of the
さらに、本実施の形態では、複数のリッジ部13が等間隔で設けられていることにより、アレイ内の発光強度分布が均一となり、複雑な光学系を用いずとも照明強度の均一化が可能となる。
Furthermore, in the present embodiment, since the plurality of
以上説明したように、本実施の形態の半導体レーザ装置1によれば、複数のリッジ部13のうち、中央領域G1に配列されたリッジ部13のストライプ幅を端部領域G3に配列されたリッジ部13のストライプ幅よりも大きくすることにより、発振波長のスペクトル帯域幅を、5nm程度拡大することができる。一方、各リッジ部13に設けられた電流注入層14のストライプ幅が、リッジ部13のストライプ幅によらず一定であることにより、各リッジ部13における駆動電圧が全て等しくなり、電圧調整機構等の新たな構成を設ける必要がなくなる。従って、簡易な構成で、スペックルの発生を効率的に抑制することが可能となる。
As described above, according to the
次に、本発明の一実施の形態に係るレーザモジュ−ル2について、図4を参照して説明する。
Next, a
レーザモジュール2は、互いに合成光のスペクトル帯域が異なる半導体レーザアレイ20a、20b同士が、同一の単一電源24に並列に接続されたものである。また、例えば、半導体レーザアレイ20aおよび半導体レーザアレイ20bは、下部電極17同士が対向するように配置されており、各上部電極16上には、放熱、冷却のための機構として、ヒートシンク19、ペルチェ素子22および放熱フィン23がこの順に積層されている。なお、図4および以下の説明では、上記した半導体レーザアレイ10と同様の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、半導体層21a,21bに設けられたリッジ部の構成、および上部電極16とヒートシンク19との間に形成される金属層18については、簡略化のために省略しているが、上記半導体レーザアレイ10と同様の構成を有しているものとする。
In the
半導体レーザアレイ20aと半導体レーザアレイ20bとは、半導体層21aおよび半導体層21bにおいて、発光領域を含む活性層(図示せず)の構成が互いに異なることにより、互いに異なるスペクトル帯域の光を発振する。具体的には、半導体層21aの活性層と半導体層21bの活性層とが、それぞれ異なる歪みを含んでいる。ここで、「歪み」とは、圧縮や引っ張り等の外力の作用によって生じる伸縮等の形状的な変化である。このような歪みは、例えば、半田付けにより接続される半導体レーザアレイ20a,20bとヒートシンク19との間の熱膨張係数の差を利用して付加することができる。なお、「歪みが異なる」とは、変形量と初期形状との比で表される度合い、あるいは、符号(伸び(+)、縮み(−))が異なることをいうものとする。歪みの度合いや符号は、半田付けの際の諸条件を調節することによって調整可能である。
The semiconductor laser array 20a and the semiconductor laser array 20b oscillate light in different spectral bands due to the different configurations of the active layer (not shown) including the light emitting region in the semiconductor layer 21a and the semiconductor layer 21b. Specifically, the active layer of the semiconductor layer 21a and the active layer of the semiconductor layer 21b include different strains. Here, “distortion” is a change in shape such as expansion and contraction caused by the action of an external force such as compression or tension. Such distortion can be added by utilizing a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser arrays 20a and 20b and the
ここで、図8に、GaxIn1-xPからなる半導体材料の歪み(Strain(×10-3))に対するエネルギーバンドギャップ(ΔE(eV))の関係を示す(非特許文献1)。このように、歪みの度合いや符号によってエネルギーバンドギャップが変化するため、発振波長帯がシフトする。従って、半導体層21a,21bの各活性層に互いに異なる歪みを付加することによって、半導体レーザアレイ20aと半導体レーザアレイ20bとの間で、発振波長帯を異ならせることができる。 Here, FIG. 8 shows the relationship of the energy band gap (ΔE (eV)) to the strain (Strain (× 10 −3 )) of the semiconductor material composed of Ga x In 1-x P (Non-patent Document 1). As described above, the energy band gap changes depending on the degree of distortion and the sign, so that the oscillation wavelength band shifts. Therefore, by applying different strains to the active layers of the semiconductor layers 21a and 21b, the oscillation wavelength band can be made different between the semiconductor laser array 20a and the semiconductor laser array 20b.
例えば、半導体層21a,21bが、AlGaInP/GaInP系の同一の組成で構成され、各活性層がGa0.6In0.4Pで表される場合において、半導体層21aの活性層に歪みを付加せず(±0%)、半導体層21bの活性層に−1.7%の歪みを付加する。この場合、歪みのない半導体レーザアレイ20aにおける合成光のスペクトル帯域は、例えば640nm〜645nmとなり、−1.7%の歪みを含む半導体レーザアレイ20bでは、合成光のスペクトル帯域は、例えば635nm〜640nmとなる。すなわち、2つの半導体レーザアレイ20a,20bとの間で、それぞれ異なる波長領域に5nmのスペクトル帯域幅を有することとなるため、合わせて10nmまでスペクトル帯域幅が拡大される。また、単一の電源24に接続可能なため、構成を複雑化することなく駆動することができる。
For example, when the semiconductor layers 21a and 21b are composed of the same composition of AlGaInP / GaInP system and each active layer is represented by Ga 0.6 In 0.4 P, no strain is added to the active layer of the semiconductor layer 21a ( ± 0%), a strain of -1.7% is added to the active layer of the semiconductor layer 21b. In this case, the spectral band of the synthesized light in the semiconductor laser array 20a without distortion is, for example, 640 nm to 645 nm, and in the semiconductor laser array 20b including distortion of −1.7%, the spectral band of the synthesized light is, for example, 635 nm to 640 nm. It becomes. That is, between the two semiconductor laser arrays 20a and 20b, each has a spectral bandwidth of 5 nm in a different wavelength region, so that the spectral bandwidth is expanded to 10 nm in total. Further, since it can be connected to a
このように、単一電源24に接続された2つの半導体レーザアレイ20a,20bにおいて、半導体層21a,21bのそれぞれの活性層が互いに異なる歪みを含むことにより、歪みの度合いや符号に応じてスペクトル帯域がシフトする。これにより、各半導体レーザアレイ20a,20bの発振波長のスペクトル帯域幅が互いに異なる帯域において拡大される。このスペクトル帯域幅の拡大した光は、各半導体レーザアレイ20a,20bより出力されたのち合成される。このようにして合成された光のスペクトル帯域幅は、半導体レーザアレイ20a,20bをそれぞれ単独で用いた場合に比べて、拡大されているためスペックルの発生をより低減することができる。
As described above, in the two semiconductor laser arrays 20a and 20b connected to the
あるいは、半導体層21a,21bのそれぞれの活性層の組成自体を異ならせることにより、発振波長帯をシフトさせることも可能である。例えば、半導体層21aにおける活性層の組成がGa0.6In0.4Pで表され、半導体層21bにおける活性層の組成がGa0.58In0.42Pで表される場合、スペクトル帯域は、半導体レーザアレイ20aで、例えば640nm〜645nm、半導体レーザアレイ20bで、例えば635nm〜640nmとなる。 Alternatively, the oscillation wavelength band can be shifted by changing the composition of the active layers of the semiconductor layers 21a and 21b. For example, when the composition of the active layer in the semiconductor layer 21a is represented by Ga 0.6 In 0.4 P and the composition of the active layer in the semiconductor layer 21b is represented by Ga 0.58 In 0.42 P, the spectral band is the semiconductor laser array 20a. For example, 640 nm to 645 nm and, for example, 635 nm to 640 nm in the semiconductor laser array 20b.
次に、本発明の一実施の形態に係る光学装置3について、図5を参照して説明する。
Next, an
光学装置3は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置1と、半導体レーザ装置1から出力された光を集光する光学系とを備えたものである。このような光学系としては、例えば、コリメートレンズ30およびフライアイレンズ31を半導体レーザ装置1側から順に配置したものがあり、これらによって集光された光を被照射面Bに照射するようになっている。
The
コリメートレンズ30は、例えば、縦方向に凸形状を有する縦方向コリメートレンズと、横方向に凸形状を有する横方向コリメートレンズとからなり、縦方向および横方向のビームの発散を抑えて、ビームの縦方向成分および横方向成分を平行光化するようになっている。コリメートレンズ30は、光学装置3の用途などに適した位置に配置されている。例えば、光学装置2を投影型ディスプレイなどの光源として用いる場合には、図5に示したように、コリメートレンズ30を、各発光領域Sから出力された光がコリメートレンズ30の入射面において一部重なり合う程度の位置に配置したり、各半導体レーザアレイ10の各領域(中央領域G1、端部領域G3、これらに挟まれた領域)から出力された光がコリメートレンズ30の入射面において互いに重なり合わない程度の位置に配置することが可能である。
The collimating
フライアイレンズ31は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズ31aを備えており、コリメートレンズ30で平行光化された光束を個々のマイクロレンズ31aで微小な光束に分割すると共に、分割した個々の光束を被照射面Bで合成するようになっている。これにより、被照射面Bにおいて、半導体レーザ装置1から出力された合成光の面内強度分布を均一にすることができる。
The fly-
このような構成を有する光学装置3では、半導体レーザアレイ10において、上部電極16と下部電極17との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部13により電流狭窄され、活性層の電流注入領域(発光領域S)に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜(図示せず)により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が2πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして各発光領域Sから出力される。各発光領域Sから出力された光は、コリメートレンズ30およびフライアイレンズ31からなる光学系によって集光されたのち、被照射面Bに照射される。
In the
(変形例)
以下、本実施の形態の変形例について図6および図7を参照して詳細に説明する。
(Modification)
Hereinafter, a modification of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 6 and FIG.
図6は、本実施の形態の変形例に係る半導体レーザアレイ40を備えた半導体レーザ装置4の断面構成を表す図である。半導体レーザアレイ40では、半導体層42に設けられた複数のリッジ部43の配列間隔以外は、上記の半導体レーザアレイ10と同様の構成を有している。このため、半導体レーザアレイ10と同様の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the
半導体層42の上部クラッド層は、ストライプ状の複数のリッジ部43を有している。これら複数のリッジ部43は、半導体レーザアレイ10と同様、中央領域G1におけるストライプ幅が、端部領域G3におけるストライプ幅よりも大きくなっている。さらに、本変形例では、これらのリッジ部43が、中央領域G1において「密」に配列され、端部領域G3において「疎」に配列されている。すなわち、中央領域G1に配列されたリッジ部43同士の間隔が、端部領域G3に配列されたリッジ部43同士の間隔よりも小さくなっている。
The upper clad layer of the semiconductor layer 42 has a plurality of stripe-shaped
具体的には、中央領域G1に配列されたストライプ幅W1のリッジ部43同士の間隔P1と、端部領域G3に配列されたストライプ幅W3のリッジ部43同士の間隔P3と、これらの間に配列されたストライプ幅W2のリッジ部43同士の間隔P2とが、P1<P2<P3を満たすように構成されている。また、このように、各領域(中央領域G1、端部領域G3、これらに挟まれる領域)におけるリッジ部43同士の間隔が、端部領域G3から中央領域G1にかけて段階的に小さくなっていることが好ましい。
Specifically, the interval P1 between the
例えば、半導体レーザアレイ40をAlGaInP/GaInP系の半導体材料により構成し、リッジ部43のストライプ幅W1を300μm、ストライプ幅W2を180μm、ストライプ幅W3を60μm、リッジ部43同士の間隔P1を400μm、間隔P2を450μm、間隔P3を480μm、電流注入層14のストライプ幅を60μm、共振器長を700μmとし、上部電極16および下部電極17の間に10Aの駆動電流を流すと共に、ヒートシンク19の温度を25℃に調節した場合、半導体レーザアレイ10の中央領域G1と端部領域G3との間で、およそ15℃の温度差が生じる(図7(A))。これにより、スペクトル帯域幅が5nm程度にまで拡大される(図7(B))。
For example, the
このように、リッジ部43同士の間隔が、中央領域G1で「密」、端部領域G3で「疎」となっていることにより、中央領域G1の温度がより増加すると共に、端部領域G3の温度がより低減する。もっとも、中央領域G1と端部領域G3との間で温度差が大きくなると、中央領域G1の発光領域Sから出力される長波長領域の発光強度が大幅に低くなるが、上記したように、中央領域G1にリッジ部43を密に配列して中央領域G1全体の発光強度を増やし、逆に、端部領域G3にリッジ部43を疎に配列して端部領域G3全体の発光強度を低減することにより、その低下分を補っている。これにより、各領域から出力されるレーザ光の発光強度を均一にすることができるので、各発光領域Sから出力される光の合成光のスペクトル分布を均一にすることができる。従って、コヒーレンスを大幅に低減することができる。
As described above, the distance between the
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiment and the modification, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態等では、アレイの中央領域G1のリッジ部の幅が端部領域G2のリッジ部の幅よりも大きくなっている構成について説明したが、これに限定されず、複数のリッジ部のうち、少なくとも2つのリッジ部の幅が互いに異なっていれば、装置全体として放熱性に差が生じるため、本発明の効果は達成される。 For example, in the above-described embodiment and the like, the configuration in which the width of the ridge portion in the central region G1 of the array is larger than the width of the ridge portion in the end region G2 has been described. If the widths of at least two ridge portions of the portions are different from each other, a difference in heat dissipation occurs as a whole device, so that the effect of the present invention is achieved.
また、アレイの中央領域G1から端部領域G3のそれぞれの領域で、段階的にリッジ部のストライプ幅が変化する構成、すなわち同一のストライプ幅を有するリッジ部が領域ごとに複数設けられた構成となっているが、ストライプ幅が連続的に小さくなるように配列することも可能である。すなわち、リッジ部のストライプ幅の大きさを一つずつ徐々に変化するように調整してもよい。また、各領域に配列されるリッジ部のストライプ幅が同一でなくても、その平均値が、中央領域G1から端部領域G3にかけて段階的に小さくなるような構成であってもよい。また、上記実施の形態等では、リッジ部13の個数を、中央領域G1で5つ、中間領域G2で2つ、端部領域G3で2つとなる場合について説明したが、リッジ部13の個数は特に限定されるものではない。また、半導体アレイ内の領域を中央領域G1、中間領域G2および端部領域G3の3つの領域に分けて説明したが、これに限定されず、少なくとも中央領域と端部領域との2つの領域を有していれば、本発明の効果は達成される。
Further, in each region from the central region G1 to the end region G3 of the array, a configuration in which the stripe width of the ridge portion changes stepwise, that is, a configuration in which a plurality of ridge portions having the same stripe width are provided for each region However, it is also possible to arrange the stripe width so as to be continuously reduced. That is, the stripe width of the ridge portion may be adjusted so as to gradually change one by one. Further, even if the stripe widths of the ridge portions arranged in each region are not the same, the average value may be gradually reduced from the central region G1 to the end region G3. In the above-described embodiment and the like, the case where the number of the
また、異なるスペクトル帯域を有する2つの半導体レーザアレイ同士を接続したレーザモジュールにおいて、それぞれのレーザアレイに配列されるリッジ部のストライプ幅や間隔等は同一であってもよく、異なっていてもよい。さらに、上記実施の形態では、歪みを異ならせた場合と、活性層の組成比を異ならせた場合とを別々に説明したが、歪みと活性層の組成比の両方を異ならせるようにしてもよい。また、2つの半導体レーザアレイ間で、スペクトル帯域が互いに重複していない例を挙げて説明したが、これに限定されず、重複する帯域があってもよい。すなわち、一の半導体レーザアレイのスペクトル帯域に、もう一方の半導体レーザアレイのスペクトル帯域が完全に含まれる場合を除いては、これらの半導体レーザアレイを単独で用いた場合に比べて、スペクトル帯域幅を拡大することができるため、本発明の効果は達成される。 Further, in the laser module in which two semiconductor laser arrays having different spectral bands are connected, the stripe widths and intervals of the ridges arranged in the respective laser arrays may be the same or different. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the strain is made different from the case where the composition ratio of the active layer is made different is described separately. However, both the strain and the composition ratio of the active layer may be made different. Good. In addition, the example in which the spectrum bands do not overlap each other between the two semiconductor laser arrays has been described, but the present invention is not limited to this, and there may be overlapping bands. That is, the spectral bandwidth of one semiconductor laser array is compared to the case where these semiconductor laser arrays are used alone, except that the spectral band of the other semiconductor laser array is completely included in the spectral band of one semiconductor laser array. The effect of the present invention is achieved.
また、上記実施の形態では、半導体レーザアレイをpサイドアップでヒートシンク上に配置しているが、逆に、pサイドダウンでヒートシンク上に配置してもよい。 In the above embodiment, the semiconductor laser array is arranged on the heat sink with p side up, but conversely, it may be arranged on the heat sink with p side down.
また、上記実施の形態では、AlGaInP系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばAlInP系、GaInAsP系などの赤色半導体レーザ、GaInN系およびAlGaInN系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ZnCdMgSSeTeなどのII−VI族の半導体レーザにも適用可能である。また、AlGaAs系、InGaAs系、InP系、GaInAsNP系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。 In the above embodiment, the present invention has been described by taking an AlGaInP compound semiconductor laser as an example. However, other compound semiconductor lasers, for example, red semiconductor lasers such as AlInP and GaInAsP, GaInN and AlGaInN The present invention is also applicable to II-VI group semiconductor lasers such as gallium nitride based semiconductor lasers and ZnCdMgSSeTe. The present invention is also applicable to semiconductor lasers whose oscillation wavelength is not always in the visible range, such as AlGaAs, InGaAs, InP, and GaInAsNP.
1,4…半導体レーザ装置、2…レーザモジュール、3…光学装置、10,20a,20b,40…半導体レーザアレイ、11…基板、12,21a,21b,42…半導体層、13,43…リッジ部、14…電流注入層、15…絶縁層、16…上部電極、17…下部電極、18…金属層、19…ヒートシンク、22…ペルチェ素子、23…放熱フィン、30…コリメートレンズ、31…フライアイレンズ、31a…マイクロレンズ、S…発光領域。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記半導体レーザ素子は、
リッジ部と、
前記リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含む
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor laser elements,
The semiconductor laser element is
The ridge,
A current injection layer for injecting current into the ridge portion;
The plurality of semiconductor laser elements include at least two types of semiconductor laser elements having different widths of the ridge portion.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current injection layer has a substantially uniform width in the at least two types of semiconductor laser elements.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein in the at least two types of semiconductor laser elements, a ratio of a width of the current injection layer to a width of the ridge portion is different from each other.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 The width of the ridge portion of the semiconductor laser element disposed at the center portion of the plurality of semiconductor laser elements is larger than the width of the ridge portion of the semiconductor laser element disposed at the end portion. The semiconductor laser device described.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ装置。 5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein widths of ridge portions of the plurality of semiconductor laser elements are gradually reduced from a central portion to an end portion.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ装置。 5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein among the plurality of semiconductor laser elements, the number of semiconductor laser elements arranged in a central portion is relatively large.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ装置。 5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the plurality of semiconductor laser elements are arranged at equal intervals.
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the plurality of semiconductor laser elements are arranged so as to be dense at a central portion and sparse at an end portion.
前記電流注入層および前記絶縁層を覆うように、前記複数の半導体レーザ素子に対して一体に形成された共通電極とを備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 An insulating layer provided along the shape of the ridge portion adjacent to the current injection layer;
The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a common electrode formed integrally with the plurality of semiconductor laser elements so as to cover the current injection layer and the insulating layer.
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 9, further comprising a metal layer provided adjacent to the common electrode and along a shape of a ridge portion of the semiconductor laser element.
前記各半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子からなり、
前記半導体レーザ素子は、
リッジ部と、
前記リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含み、
前記複数の半導体レーザ装置は、発振波長のスペクトル帯域が互いに異なる
ことを特徴とするレーザモジュール。 A plurality of semiconductor laser devices connected in parallel;
Each of the semiconductor laser devices is composed of a plurality of semiconductor laser elements,
The semiconductor laser element is
The ridge,
A current injection layer for injecting current into the ridge portion;
The plurality of semiconductor laser elements include at least two types of semiconductor laser elements having different widths of the ridge portion,
The laser module, wherein the plurality of semiconductor laser devices have different spectral bands of oscillation wavelengths.
ことを特徴とする請求項11に記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 11, wherein a composition ratio of a material constituting the light emitting region is different for each of the plurality of semiconductor laser devices.
ことを特徴とする請求項11に記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 11, wherein the materials constituting the light emitting region have different strains for each of the plurality of semiconductor laser devices.
ことを特徴とする請求項11に記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 11, wherein the plurality of semiconductor laser devices are connected to the same single power source.
前記半導体レーザ装置から出力された光を集光する光学系とを備え、
前記半導体レーザ装置は、複数の半導体レーザ素子からなり、
前記半導体レーザ素子は、
リッジ部と、
前記リッジ部に電流を注入するための電流注入層とを有し、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記リッジ部の幅が互いに異なる少なくとも2種類の半導体レーザ素子を含む
ことを特徴とする光学装置。 A semiconductor laser device;
An optical system for collecting the light output from the semiconductor laser device,
The semiconductor laser device comprises a plurality of semiconductor laser elements,
The semiconductor laser element is
The ridge,
A current injection layer for injecting current into the ridge portion;
The plurality of semiconductor laser elements include at least two types of semiconductor laser elements having different widths of the ridge portion.
前記複数の半導体レーザアレイは、発振波長のスペクトル帯域が互いに異なる
ことを特徴とする請求項15記載の光学装置。 The semiconductor laser device comprises a plurality of semiconductor laser arrays,
The optical device according to claim 15, wherein the plurality of semiconductor laser arrays have different spectral bands of oscillation wavelengths.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007101389A JP2008258515A (en) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | Semiconductor laser device, laser module, and optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007101389A JP2008258515A (en) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | Semiconductor laser device, laser module, and optical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008258515A true JP2008258515A (en) | 2008-10-23 |
Family
ID=39981764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007101389A Pending JP2008258515A (en) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | Semiconductor laser device, laser module, and optical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008258515A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011512039A (en) * | 2008-02-11 | 2011-04-14 | トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Diode laser structure for forming a diode laser beam with an optimized beam parameter product of fiber coupling |
JP2013197168A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser element, semiconductor laser element manufacturing method and semiconductor laser array |
WO2014184844A1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JP2014236075A (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 住友電気工業株式会社 | Quantum cascade laser |
JP2015173213A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 三菱電機株式会社 | Red-color laser light source module |
WO2019021802A1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | パナソニック株式会社 | Semiconductor laser element and semiconductor laser device |
JP2021132089A (en) * | 2020-02-19 | 2021-09-09 | ウシオ電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JP7407027B2 (en) | 2020-03-09 | 2023-12-28 | パナソニックホールディングス株式会社 | semiconductor light emitting device |
-
2007
- 2007-04-09 JP JP2007101389A patent/JP2008258515A/en active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011512039A (en) * | 2008-02-11 | 2011-04-14 | トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Diode laser structure for forming a diode laser beam with an optimized beam parameter product of fiber coupling |
JP2013197168A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser element, semiconductor laser element manufacturing method and semiconductor laser array |
US9455547B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-09-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser device |
WO2014184844A1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JPWO2014184844A1 (en) * | 2013-05-13 | 2017-02-23 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JP5940214B2 (en) * | 2013-05-13 | 2016-06-29 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JP2014236075A (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 住友電気工業株式会社 | Quantum cascade laser |
JP2015173213A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 三菱電機株式会社 | Red-color laser light source module |
WO2019021802A1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | パナソニック株式会社 | Semiconductor laser element and semiconductor laser device |
JPWO2019021802A1 (en) * | 2017-07-26 | 2020-05-28 | パナソニック株式会社 | Semiconductor laser device and semiconductor laser device |
JP2021132089A (en) * | 2020-02-19 | 2021-09-09 | ウシオ電機株式会社 | Semiconductor laser device |
JP7384067B2 (en) | 2020-02-19 | 2023-11-21 | ウシオ電機株式会社 | semiconductor laser equipment |
JP7407027B2 (en) | 2020-03-09 | 2023-12-28 | パナソニックホールディングス株式会社 | semiconductor light emitting device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5187474B2 (en) | Semiconductor laser array and optical apparatus | |
JP2008258515A (en) | Semiconductor laser device, laser module, and optical device | |
US7809040B2 (en) | Red surface emitting laser element, image forming device, and image display apparatus | |
JP2007214300A (en) | Semiconductor laser | |
JP2013191787A (en) | Semiconductor laser array and semiconductor laser device | |
JP2009152277A (en) | Semiconductor laser array, light emitting device, display, processing device, and driving method | |
JP2010109332A (en) | Semiconductor laser device, and display | |
JP7452739B2 (en) | Surface emitting laser, light source device | |
US9285665B2 (en) | Semiconductor light-emitting device, super luminescent diode, and projector | |
WO2019021802A1 (en) | Semiconductor laser element and semiconductor laser device | |
US9293637B2 (en) | Light emitting element and display device including a light-emitting region having ridge stripe structures | |
US20110026555A1 (en) | Surface emitting laser, surface emitting laser array, and optical apparatus | |
US20140239251A1 (en) | Semiconductor light emitting element and display device | |
JP2014165327A (en) | Semiconductor light-emitting element, manufacturing method of the same and display device | |
JP2013235987A (en) | Light emitting device, super luminescent diode, and projector | |
US20100183041A1 (en) | Semiconductor laser element and semiconductor laser device | |
JP7072047B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2011048226A (en) | Projector | |
JP2010166036A (en) | Semiconductor laser device and display | |
JP4565350B2 (en) | Semiconductor laser device | |
WO2019146478A1 (en) | Semiconductor laser and electronic device | |
JP2010034267A (en) | Broad-area type semiconductor laser device, broad-area type semiconductor laser array, laser display, and laser irradiation apparatus | |
JP2008311556A (en) | Semiconductor laser device and display device | |
JP2010050199A (en) | Semiconductor laser | |
JP2011071391A (en) | Light emitting element, light emitting device, and projector |