JP2011108743A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、良好な放熱効果を有する半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device having a good heat dissipation effect.
図6は、従来の半導体レーザ装置の断面図である。従来の半導体レーザ装置430は、半導体レーザ素子401をサブマウント420に接合して構成される。ここで、半導体レーザ素子401は、基板410と、活性層402と、活性層402の上面上に形成された第1半導体層405と、活性層402の下面上に形成された第2半導体層407と、で構成され、基板410の上面上には上面電極406が形成され、第2半導体層407の下面上には下面電極408が形成されている。そして、上面電極406上面には第1ワイヤ411がボンディングされ、下面電極408の下面はサブマウント420上に形成された電極パッド421と接合している。また、半導体レーザ素子401は対向する共振器端面として前端面403及び後端面404を有し、前端面403の反射率は後端面404の反射率より低く、前端面403及び後端面404がミラーの役目を果たし共振器として機能する。この構成により、上面電極406及び下面電極408との間に電圧を印加すると、活性層402を進む光が増進し、反射率の低い前端面403からレーザ光が出射する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor laser device. A conventional
このような構成の半導体レーザ装置430において、従来、半導体レーザ素子401の動作時に前端面403と後端面404との間で光密度が不均一になることが問題となっており、この問題を解決するために特許文献1では、上面電極406に接続される第1ワイヤ411のボンディング位置を、前端面403と後端面404との中間より前端面403側に設けた半導体レーザ素子401が提案されている。
In the
また、半導体レーザ素子401の動作時のその他の問題点として、レーザ光が出射する前端面403近傍が共振器方向における発熱が最も大きく、前端面403近傍の温度上昇に起因して半導体レーザ素子401の発光特性が低下することが問題となっていた。しかし、特許文献1では、半導体レーザ素子401の放熱特性について検討されていなかった。
As another problem during the operation of the semiconductor laser element 401, the vicinity of the
そこで本発明は、このような課題を解決すべく、半導体レーザ素子の共振器方向における光密度を均一に保ちながら、レーザ光が出射するレーザ光出射面近傍で発生する熱を効率よく放出する良好な放熱特性を備えた半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve such a problem, the present invention is an excellent device that efficiently emits heat generated in the vicinity of the laser light emitting surface from which the laser light is emitted while keeping the light density in the cavity direction of the semiconductor laser element uniform. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having excellent heat dissipation characteristics.
上記目的を達成するために、本発明の第1の構成による半導体レーザ装置は、活性層と、活性層の上面上に配置された第1半導体層と、第1半導体層の上面上に形成された上面電極と、上面電極にボンディングされる第1ワイヤと、活性層の下面上に配置された第2半導体層と、第2半導体層の下面上に形成された下面電極と、で構成される半導体レーザ素子と、サブマウントと、を有し、サブマウント上面上に形成された第2電極パッドと下面電極とが接合し、第2電極パッド上面に第2ワイヤがボンディングされ、第1ワイヤ及び第2ワイヤのボンディング位置が半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。 To achieve the above object, a semiconductor laser device according to a first configuration of the present invention is formed on an active layer, a first semiconductor layer disposed on the upper surface of the active layer, and an upper surface of the first semiconductor layer. The upper surface electrode, the first wire bonded to the upper surface electrode, the second semiconductor layer disposed on the lower surface of the active layer, and the lower surface electrode formed on the lower surface of the second semiconductor layer A semiconductor laser element and a submount, wherein a second electrode pad and a lower electrode formed on the upper surface of the submount are bonded to each other; a second wire is bonded to the upper surface of the second electrode pad; The bonding position of the second wire is provided in the vicinity of the laser light emitting surface of the semiconductor laser element.
この構成による半導体レーザ装置は、レーザ光が出射するレーザ光出射面近傍は共振器における発熱が最も大きくなるが、第1ワイヤと第2ワイヤのボンディング位置をレーザ光出射面近傍において接近させることにより、第1ワイヤと第2ワイヤとから併せて熱を放出することができる。これにより、動作時の半導体レーザ素子の温度上昇を抑制し、発光特性の低下を防ぐことができる。また、光密度の分布は、レーザ光出射面近傍で最大となりキャリア密度が最も低くなるが、上面電極又は下面電極のどちらがn側電極となった場合でも第1ワイヤ又は第2ワイヤから、電子を注入することができる。これにより、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、共振器方向におけるキャリア密度を均一化することができる。 In the semiconductor laser device having this configuration, the heat generation in the resonator is the largest in the vicinity of the laser light emitting surface from which the laser light is emitted, but by bringing the bonding position of the first wire and the second wire close to each other in the vicinity of the laser light emitting surface. Heat can be released from the first wire and the second wire together. Thereby, the temperature rise of the semiconductor laser element during operation can be suppressed, and the deterioration of the light emission characteristics can be prevented. In addition, the light density distribution is maximized near the laser light emission surface and the carrier density is the lowest. However, even if either the upper surface electrode or the lower surface electrode is an n-side electrode, electrons are transmitted from the first wire or the second wire. Can be injected. Thereby, a high current density can be supplied to a region where the carrier density is insufficient, and the carrier density in the resonator direction can be made uniform.
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子が異なる波長のレーザ光を出射する2波長型半導体レーザ素子であり、下面電極は互いに絶縁する第2電極と第3電極とで構成され、第2電極パッドと絶縁する第3電極パッドがサブマウント上面上に形成され、第2電極と第2電極パッドとが接合し、第3電極と第3電極パッドとが接合し、第3電極パッド上面に第3ワイヤがボンディングされ、第3ワイヤのボンディング位置が半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device having the above-described configuration, wherein the semiconductor laser element is a two-wavelength type semiconductor laser element that emits laser light having a different wavelength, and the bottom electrode includes a second electrode and a third electrode that are insulated from each other. A third electrode pad that is insulated from the second electrode pad is formed on the upper surface of the submount, the second electrode and the second electrode pad are joined, the third electrode and the third electrode pad are joined, A third wire is bonded to the upper surface of the third electrode pad, and the bonding position of the third wire is provided in the vicinity of the laser light emitting surface of the semiconductor laser element.
この構成による半導体レーザ装置は、動作時に2波長型半導体レーザ素子が発熱するが、レーザ光出射面近傍において、第1ワイヤと第2ワイヤ又は第1ワイヤと第3ワイヤとから併せて熱を放出することができる。これにより、動作時の2波長型半導体レーザ素子の発光特性の低下を抑制することができる。 In the semiconductor laser device having this configuration, the two-wavelength semiconductor laser element generates heat during operation, but in the vicinity of the laser light emission surface, heat is emitted from the first wire and the second wire or the first wire and the third wire. can do. Thereby, the fall of the light emission characteristic of the two wavelength type semiconductor laser element at the time of operation | movement can be suppressed.
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、サブマウント上面上に第2電極パッド及び第3電極パッドの両方に絶縁する第4電極パッドが形成され、第4電極パッド上面上に1波長型半導体レーザ素子がボンディングされ、第4電極パッド上面に第4ワイヤがボンディングされ、第4ワイヤのボンディング位置が1波長型半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。 In addition, the present invention is a semiconductor laser device having the above-described configuration, wherein a fourth electrode pad that is insulated from both the second electrode pad and the third electrode pad is formed on the upper surface of the submount, and 1 is formed on the upper surface of the fourth electrode pad. A wavelength-type semiconductor laser device is bonded, a fourth wire is bonded to the upper surface of the fourth electrode pad, and a bonding position of the fourth wire is provided in the vicinity of the laser light emitting surface of the one-wavelength-type semiconductor laser device. To do.
この構成による半導体レーザ装置は、1波長型半導体レーザ素子と2波長型半導体レーザ素子を組み合わせて3波長型半導体レーザ装置を提供することができる。また、1波長型半導体レーザ素子においてレーザ光が出射するレーザ光出射面近傍で発生する熱を第4ワイヤを介して効率よく放熱することができる。 The semiconductor laser device having this configuration can provide a three-wavelength semiconductor laser device by combining a one-wavelength semiconductor laser element and a two-wavelength semiconductor laser element. In addition, heat generated in the vicinity of the laser light emitting surface from which the laser light is emitted in the one-wavelength semiconductor laser element can be efficiently radiated through the fourth wire.
以上のように、本発明によれば、半導体レーザ素子の動作時にレーザ光が出射するレーザ光出射面近傍の温度上昇を抑制し、良好な放熱効果を有する半導体レーザ装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device that suppresses a temperature rise in the vicinity of the laser light emitting surface from which laser light is emitted during operation of the semiconductor laser element and has a good heat dissipation effect.
以下、本発明に係る半導体レーザ装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図2は、図1に示した本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置のA−A’に沿った断面図である。図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置130の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall perspective view of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is along AA ′ of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is sectional drawing. The structure of the
図1、図2に示すように、半導体レーザ装置130は半導体レーザ素子101とサブマウント120とから構成され、半導体レーザ素子101は、基板110と、活性層102と、活性層102の上面上に形成された第1半導体層105と、活性層102の下面上に形成された第2半導体層107と、で構成され、基板110の上面上には上面電極106が形成され、第2半導体層107の下面上には下面電極108が形成され、対向する共振器端面として前端面103及び後端面104を有する。また、上面電極106上面には第1ワイヤ111がボンディングされ、下面電極108の下面はサブマウント120上に形成された第2電極パッド121と接合している。また、第2電極パッド121には第2ワイヤ122がボンディングされ、第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122のボンディング位置は前端面103近傍に設けられている。なお、第1ワイヤ111と第2ワイヤ122とは、Au、Alなどの金属細線から構成され、上面電極106及び下面電極108はどちらか一方をn側電極とし、他方をp側電極とすることができる。また、前端面103は低反射率の反射膜で覆われたレーザ光の出射面であり、後端面104は高反射率の反射膜で形成された共振器端面である。なお、前端面103は、本発明の「レーザ光出射面」の一例である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記構成により、第1ワイヤ111と第2ワイヤ122との間に電圧を印加すると、半導体レーザ素子101の前端面103からレーザ光が出射し、前端面103近傍は共振器方向における発熱が最も大きくなる。このとき、前端面103近傍に設けられた第2ワイヤ122から熱を効率よく放出することができる。また、第1ワイヤ111と第2ワイヤ122とは前端面103近傍において、接近して設けられており、第1ワイヤ111と第2ワイヤ122から併せて熱を放出することができる。これにより、前端面103近傍の熱が第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122を介して効率よく放熱され、前端面103近傍の発熱を抑え、半導体レーザ素子101の発光特性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態は第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122の両方が前端面103近傍に設けられているが、本発明はこの場合に限定されず、第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122を共振器方向において略同一位置にボンディングすることにより、第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122から半導体レーザ素子101の熱を効率的に放出することができる。
With the above configuration, when a voltage is applied between the
また、活性層102内における前端面103及び後端面104間の光密度の分布は、光を出射する前端面103近傍で最大となり、前端面103及び後端面104間のキャリア分布は端面103近傍で最も低いキャリア密度を示すが、本実施形態における半導体レーザ素子101によれば、前端面103近傍に第1ワイヤ111及び第2ワイヤ122がボンディングされており、上面電極106又は下面電極108のどちらがn側電極となった場合でも前端面103近傍から電子を注入することができる。これにより、供給する電流の電流密度を前端面103近傍で最大とし、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、共振器方向におけるキャリア密度の均一化を図ることができる。
The light density distribution between the
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図4は、図3に示した本発明の第2実施形態による半導体レーザ装置のB−B’に沿った断面図である。図3及び図4を参照して、本発明の第2実施形態による半導体レーザ装置230の構造について説明する。なお、第1実施形態と共通する構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an overall perspective view of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is taken along the line BB ′ of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. It is sectional drawing. The structure of the
図3、図4に示すように、半導体レーザ装置230は半導体レーザ素子201とサブマウント220とで構成される。半導体レーザ素子201は2波長型半導体レーザ素子であり、異なる波長のレーザ光を発振する第2半導体レーザ素子201aと第3半導体レーザ素子201bとが互いに分離した状態で集積している。すなわち、第2半導体レーザ素子201aと第3半導体レーザ素子201bとは共通する上面電極206と基板210とを上面に有し、下面電極として互いに絶縁する第2電極208aと第3電極208bとを有する。また、基板210と第2電極208a及び第3電極208bとの間には、第1半導体層、活性層、第2半導体層がそれぞれ形成され(図4では図示しない)、レーザ光出射面として、第2前端面203aと第3前端面203bとを有する。なお、第2半導体レーザ素子201a及び第3半導体レーザ素子201bの活性層及び半導体層はそれぞれ異なる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、サブマウント220上には互いに絶縁する第2電極パッド221aと第3電極パッド221bとが形成され、第2電極パッド221aと第2電極208aとが接合し、第3電極パッド221bと第3電極208bとが接合している。また、第2電極パッド221aには第2ワイヤ222aがボンディングされ、第3電極パッド221bには第3ワイヤ222bがボンディングされている。第2ワイヤ222aのボンディング位置は第2前端面203a近傍に設けられ、第3ワイヤ222bのボンディング位置は第3前端面203b近傍に設けられている。また、上面電極206上にボンディングされた第1ワイヤ211は半導体レーザ素子201のレーザ光出射面近傍であり、第2前端面203aと第3前端面203b間の中間点近傍に設けられている。そして、第1ワイヤ211と第2ワイヤ222aと第3ワイヤ222bとは共振器方向において略同一位置に配列している。
In addition, a
この構成により、第1ワイヤ211と第2ワイヤ222a又は第1ワイヤ211と第3ワイヤ222b間に電圧を印加すると、第2半導体レーザ素子201a又は第3半導体レーザ素子201bのレーザ光出射面である第2前端面203a又は第3前端面203bからレーザ光が出射する。このとき、2波長のレーザ光が出射するレーザ光出射面(第2前端面203a又は第3前端面203b)近傍で熱が発生するが、レーザ光出射面近傍に設けられた第2ワイヤ222a又は第3ワイヤ222bから熱を効率よく放出することができる。また、第1ワイヤ211が第2ワイヤ222a及び第3ワイヤ222bと共振器方向において略同一位置にボンディングされており、第1ワイヤ211と第2ワイヤ222a又は第1ワイヤ211と第3ワイヤ222bから併せて熱を放出することができる。これにより、第2前端面203a又は第3前端面203b近傍の熱が効率よく放出され、発熱を原因とする半導体レーザ素子201の発光特性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態は第1ワイヤ211と第2ワイヤ222aと第3ワイヤ222bのいずれもレーザ光出射面近傍に設けられているが、本発明はこの場合に限定されず、これらのワイヤを共振器方向において略同一位置にボンディングすることにより、複数のワイヤから熱を効率的に放出することができる。
With this configuration, when a voltage is applied between the
また、第2半導体レーザ素子201aと第3半導体レーザ素子201bにおいて各活性層内における共振器方向における光密度の分布は、光を出射する第2前端面203a及び第3前端面203b近傍で最大となり、最もキャリア密度が不足する。しかし、本実施形態における半導体レーザ素子201によれば、上面電極206がn側電極となった場合に第2前端面203aと第3前端面203bとの中間点近傍にボンディングされた第1ワイヤ211から電子を注入することができ、供給する電流の電流密度が、第2前端面203a及び第3前端面203b近傍でそれぞれ最大となる。これにより、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、第2半導体レーザ素子201aと第3半導体レーザ素子201bにおいて、各活性層内における共振器方向におけるキャリア密度を均一化することができる。
Further, in the second
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図5を参照して、本発明の第3実施形態による半導体レーザ装置330の構造について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 5 is an overall perspective view of the semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. The structure of the
第3実施形態による半導体レーザ装置330は第1実施形態で示した1波長型半導体レーザ素子と第2実施形態で示した2波長型半導体レーザ素子とを組み合わせた3波長型半導体レーザ装置であり、サブマウント320上には互いに絶縁する第2電極パッド321a、第3電極パッド321b、第4電極パッド321cが形成され、1波長型半導体レーザ素子301cの下面電極は第4電極パッド321cと接合し、2波長型半導体レーザ素子301bの絶縁する2つの下面電極はそれぞれ第2電極パッド321a、第3電極パッド321bと接合している。
A
また、第2電極パッド321aには第2ワイヤ322aがボンディングされ、第3電極パッド321bには第3ワイヤ322bがボンディングされ、第4電極パッド321cには第4ワイヤ322cがボンディングされ、第3ワイヤ322bは第3前端面303b近傍、第4ワイヤ322cは第4前端面303c近傍に設けられている。2波長型半導体レーザ素子301bの上面電極にボンディングされる第1ワイヤ311はレーザ光出射面である第2前端面303aと第3前端面303b間の中間点近傍に設けられ、1波長型半導体レーザ素子301cの上面電極にボンディングされる第5ワイヤ311cは第4前端面303c近傍に設けられている。また、サブマウント320上にはモニター用のフォトダイオード340が設けられ、フォトダイオード340上には第6ワイヤ341が設けられている。
The
このとき、第1ワイヤ311と第3ワイヤ322bと第4ワイヤ322cと第5ワイヤ311cとが1波長型半導体レーザ素子301c及び2波長型半導体レーザ素子301bの共振器方向において略同一位置に配列している。これにより、第3前端面303b近傍の熱が第1ワイヤ311と第3ワイヤ322bとから併せて効率よく放出され、第4前端面303c近傍の熱が第4ワイヤ322cと第5ワイヤ311cとから併せて効率よく放出される。なお、本実施形態は第1ワイヤ311と第3ワイヤ322bと第4ワイヤ322cと第5ワイヤ311cとが全てレーザ光出射面近傍に設けられているが、第1ワイヤ311と第3ワイヤ322b又は第4ワイヤ322cと第5ワイヤ311cをそれぞれの半導体レーザ素子の共振器方向において略同一位置にボンディングしても、第1ワイヤ311と第3ワイヤ322b又は第4ワイヤ322cと第5ワイヤ311cから熱を効率的に放出することができる。
At this time, the
101、201 半導体レーザ素子
201a 第2半導体レーザ素子
201b 第3半導体レーザ素子
102 活性層
103、203 前端面
203a、303a 第2前端面
203b、303b 第3前端面
303c 第4前端面
104 後端面
105 第1半導体層
106,206 上面電極
107 第2半導体層
108 下面電極
208a 第2電極
208b 第3電極
110、210 基板
111、211、311 第1ワイヤ
120、220、320 サブマウント
121、221a、321a 第2電極パッド
221b、321b 第3電極パッド
321c 第4電極パッド
122、222a、322a 第2ワイヤ
222b、322b 第3ワイヤ
322c 第4ワイヤ
311c 第5ワイヤ
130、230、330 半導体レーザ装置
101, 201 Semiconductor laser element
201a Second semiconductor laser element
201b Third
203a, 303a Second front end face
203b, 303b Third front end face
303c Fourth
208a Second electrode
208b
221b, 321b Third electrode pad
321c
222b, 322b Third wire
322c 4th wire
311c
Claims (3)
前記活性層の下面上に配置された第2半導体層と、前記第2半導体層の下面上に形成された下面電極と、で構成される半導体レーザ素子と、サブマウントと、を有し、
前記サブマウント上面上に形成された第2電極パッドと前記下面電極とが接合し、
前記第2電極パッド上面に第2ワイヤがボンディングされ、
前記第1ワイヤ及び前記第2ワイヤのボンディング位置が前記半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。 An active layer; a first semiconductor layer disposed on an upper surface of the active layer; an upper surface electrode formed on the upper surface of the first semiconductor layer; a first wire bonded to the upper surface electrode;
A semiconductor laser device including a second semiconductor layer disposed on the lower surface of the active layer, and a lower surface electrode formed on the lower surface of the second semiconductor layer, and a submount,
The second electrode pad formed on the upper surface of the submount and the lower surface electrode are joined,
A second wire is bonded to the upper surface of the second electrode pad;
A semiconductor laser device, wherein a bonding position of the first wire and the second wire is provided in the vicinity of a laser light emitting surface of the semiconductor laser element.
前記下面電極は互いに絶縁する第2電極と第3電極とで構成され、
前記第2電極パッドと絶縁する第3電極パッドが前記サブマウント上面上に形成され、
前記第2電極と前記第2電極パッドとが接合し、
前記第3電極と前記第3電極パッドとが接合し、
前記第3電極パッド上面に第3ワイヤがボンディングされ、
前記第3ワイヤのボンディング位置が前記半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser element is a two-wavelength type semiconductor laser element that emits laser beams having different wavelengths,
The bottom electrode is composed of a second electrode and a third electrode which are insulated from each other,
A third electrode pad that is insulated from the second electrode pad is formed on the upper surface of the submount;
The second electrode and the second electrode pad are joined,
The third electrode and the third electrode pad are joined,
A third wire is bonded to the upper surface of the third electrode pad;
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the bonding position of the third wire is provided in the vicinity of a laser light emitting surface of the semiconductor laser element.
前記第4電極パッド上面上に1波長型半導体レーザ素子がボンディングされ、
前記第4電極パッド上面に第4ワイヤがボンディングされ、
前記第4ワイヤのボンディング位置が前記1波長型半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ装置。 A fourth electrode pad is formed on the top surface of the submount to insulate both the second electrode pad and the third electrode pad;
A single-wavelength semiconductor laser element is bonded on the upper surface of the fourth electrode pad,
A fourth wire is bonded to the upper surface of the fourth electrode pad;
3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the bonding position of the fourth wire is provided in the vicinity of the laser light emitting surface of the one-wavelength semiconductor laser element.
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