JP2017510986A - 対称軸を有する半導体発光デバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、２以上のレーザーダイオードを備える半導体発光デバイスであって、各レーザーダイオードが対称軸を有することを特徴とし、それらの対称軸が一致するようにレーザーダイオードが発光デバイスの対称軸上に直列に配置され、レーザーダイオードの面が、それらが電気的及び機械的に接触してレーザーダイオードのバーを形成するように接続され、その放射の指向特性は発光デバイスの対称軸と一致する対称軸を有する、半導体発光デバイスを提案する。提案された発光デバイスは、円筒状の表面の高度な閃光を提供するので、蛍光体を励起するための白色光のレーザーランプ内で使用されることができる。
Description
本発明は発光デバイスに関連し、特に、レーザーダイオードのバーのベースに作られた高効率固体発光デバイスに関連する。
現在、レーザーダイオードのバーは、多くの産業及び医薬の分野における様々な材料の切断、溶接、研磨、及び表面の熱処理のために用いられる強力な固体レーザーを励起するのに広く用いられている。
通常、レーザーダイオードのバーは、ヒートシンクとして使用される共通基板上に互いに平行に配置された、１セットの単一のストリップ形状のレーザーダイオードからなる（ＲＵ２１５０１６４、ＲＵ２４５５７３９）。これらのストリップ形状のレーザーダイオードのバーは１セットの平行光線として所定の方向に発光する。
円筒状に対称な共振器を有し、共振器の対称軸と平行または対称軸と垂直な任意の所定の方向に光抽出される単一のレーザーダイオードも提案され（ＵＳ５３４３４９０、ＵＳ６１３４２５７、ＵＳ６３３３９４４、ＵＳ６５１９２７１、ＵＳ８３２６０９８、ＲＵ２４２３７６４、ＲＵ２４３１２２５）、軸方向に対称なレーザーダイオードの対称軸に垂直な方向に幾何学的に分岐したアレイも提案された（ＲＵ２４６５６９９、ＵＳ２０１１／０１６３２９２Ａｌ）。
蛍光体と組み合わされたレーザーダイオードを照明目的の白色光源で使用する可能性は、かなりの関心を示している（ＡＩＰ ＡＤＶＡＮＣＥＳ ３、０７２１０７ （２０１３））。
光学素子を形成することなく、様々な方向に発光可能であり、軸方向に対称に近い、遠くの照射野の指向特性を有する小型なレーザー光源を提供するために、照射軸に垂直な平面内で互いに曲げられたストリップ形状のレーザーダイオードのユニットのセットを用いることが提案され（ＲＵ２１８７１８３）、プロトタイプとして選択された。
ＡＩＰ ＡＤＶＡＮＣＥＳ ３、０７２１０７、２０１３
現在存在するレーザーダイオード及びレーザーダイオードのバーの欠点は、レーザー光源中の放出要素としてこれらのダイオードを使用する際に、軸方向に対称なレーザーランプ中の蛍光体の均一な閃光（ｆｌａｒｅ）を提供することができないことである。
この課題を解決するために、本発明は２またはそれ以上のレーザーダイオードを備える半導体発光デバイスを提案する。請求されるデバイスは、各レーザーダイオードが対称軸を有し、このレーザーダイオードは、それらの対称軸が一致するように発光デバイスの対称軸上で直列に配置されており、レーザーダイオードの面は、それらが電気的及び機械的に接触してレーザーダイオードのバーを形成するように接続され、その放射の指向特性は発光デバイスの対称軸と一致する対称軸を有することを特徴とする。
好ましい実施形態において、各レーザーダイオードは、ディスク光共振器、中空光共振器、リング光共振器、多角形光共振器、または中空多角形光共振器を備える。
好ましい実施形態において、各レーザーダイオードはＩＩＩ−窒化物からなる。
本発明は、蛍光体を含み、蛍光体の光学的励起用の可視光源または紫外光源として、提案された半導体発光デバイスが使用されることを特徴とするレーザーランプも提案する。
提案された半導体発光デバイスの対称軸に垂直な全方向に発光する能力は、蛍光体が堆積された円筒状に対称な表面の閃光の高い均一性を提供するために提案されたレーザーランプ内で使用される。
本発明は以下の幾つかの実施形態によって明確になるだろう。これらの実施形態の後続の記載は例示的なものに過ぎず、網羅的なものではないことに注意されたい。
［実施例１］円筒状レーザーランプ内の光源として使用された青色レーザーダイオードの円筒状バー
この実施例ではレーザーダイオードの軸対称なバーは、ディスク光共振器を有するＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／ｌｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ／ＧａＮ／Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮの構造を有する単一のレーザーダイオードからなる。
ディスク光共振器を有する単一のレーザーダイオードが図１に示されている。それは、金属ｎ接点１、シリコンが５・１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたｎ型窒化ガリウムの厚さ２μの接触層２、シリコンが１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｎ型の固溶体Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッディング３、幅２．５ｎｍの二つのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ量子井戸を備える窒化ガリウムの導波層４、マグナム（ｍａｇｎｕｍ）が５・１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｐ型の固溶体Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッディング層５、マグネシウムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．１μのｐ型窒化ガリウムの接触層６、及び金属ｐ接点７からなる。
ディスク光共振器を有する垂直に統合されたレーザーダイオードの円筒状バーが図２に示されている。垂直に統合された単一のダイオードの円筒状バーを満たす電圧は、上部のレーザーダイオードのｎ接点１及び下部のレーザーダイオードのｐ接点７を通して印加される。レーザーダイオードのバーの供給電圧はＶ＝ｎ・ＶＬＤと等しく、ここでｎはバー内のレーザーダイオードの数であり、ＶＬＤは単一のレーザーダイオードの供給電圧である。バー内のレーザーダイオードの数ｎを選択することによってバーの供給電圧Ｖを変えることができ、供給電圧Ｖの供給源との適切な調和及び電力網を提供する。隣接するレーザーダイオードの上部ｐ接点と下部ｎ接点は機械的に押し付けられ、ｎ接点１とｐ接点７との間に電気的接続９を形成する。従って、レーザーダイオードのバーを満たす電流はレーザーダイオードのｎ接点１及びｐ接点７を通り、それから接触層２及び６、クラッディング層３及び５を通り、そして導波層４も通って流れ、全てのレーザーダイオードの活性量子井戸はバー内に垂直に統合されている。この場合、レーザーダイオードの円筒状バーは対称軸８を有するので、そこからの光１０は対称軸８と垂直な全方向に均一に放出される。
レーザーダイオードの円筒状バーの円筒状レーザーランプ内における光源としての使用が図３に示されている。
この円筒状レーザーランプは、シリンダーの側壁上に適用された蛍光体１４を有する透明なプラスチックシリンダー１３からなり、その内部にレーザーダイオードの円筒状バー１２が置かれている。
開口１７を通してシリンダー１３の内部を通り、レーザーダイオードの円筒状バー１２の上部接点及び下部接点に接続された外部ワイヤ１５及び１６に供給電圧Ｖを印加するとき、レーザーバーを通って流れる電流は対称軸と垂直な全方向に均一に放出される青色光１０を生み出す。この場合、青色光を黄色光に部分的に変換する蛍光体１４の均一な閃光が提供され、青色光と黄色光の混合の結果、白色光１８が外部に出る。レーザーランプ全体が円筒対称性を有するので、白色光１８はその対称軸と垂直な全方向に均一に放射される。
［実施例２］円筒状レーザーランプ内の光源として使用された紫外レーザーダイオードの中空円筒状バー
この実施例ではレーザーダイオードの軸対称なバーは、中空ディスク光共振器を有するＧａＮ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ／ＧａＮの構造を有する単一のレーザーダイオードからなる。
中空ディスク光共振器を有する単一のレーザーダイオードが図４に示されている。それは、金属ｎ接点１、シリコンが５・１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたｎ型窒化ガリウムの厚さ２μの接触層２、シリコンが１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｎ型の固溶体Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎのクラッディング層３、幅３ｎｍのＧａＮ量子井戸を備えるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎの導波層４、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｐ型の固溶体Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎのクラッディング層５、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．１μのｐ型窒化ガリウムの接触層６、及び金属ｐ接点７からなる。レーザーダイオードはその構造の全層を通過し、対称軸に沿って配置された円筒状の空洞１１を備える。
中空ディスク光共振器を有する垂直に統合されたレーザーダイオードの円筒状バーが図５に示されている。垂直に統合された単一のダイオードの円筒状バーを満たす電圧は上部レーザーダイオードのｎ接点１を通って、そして下部レーザーダイオードのｐ接点７を通って印加される。レーザーダイオードのバーの供給電圧はＶ＝ｎ・ＶＬＤと等しく、ここでｎはバー内のレーザーダイオードの数であり、ＶＬＤは単一のレーザーダイオードの供給電圧である。バー内のレーザーダイオードの数ｎを選択することによってバーの供給電圧Ｖを変えることができ、供給電圧Ｖの供給源との適切な調和及び電力網を提供する。隣接するレーザーダイオードの上部ｐ接点と下部ｎ接点は機械的に押し付けられ、ｎ接点１とｐ接点７との間に電気的接続９を形成する。従って、レーザーダイオードのバーを満たす電流はレーザーダイオードのｎ接点１及びｐ接点７を通り、それから接触層２及び６、クラッディング層３及び５を通り、そして導波層４も通って流れ、全てのレーザーダイオードの活性量子井戸はバー内に垂直に統合されている。この場合、レーザーダイオードの円筒状バーは対称軸８を有するので、そこからの光１０は対称軸８と垂直な全方向に均一に放出される。レーザーダイオードの中空円筒状バーは、対称軸に沿って配置され全てのレーザーダイオードを通過する円筒状の空洞１１を備える。空洞１１が存在することによって、レーザーダイオードのバーを通って冷却液をポンプでくみ上げ、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去することが可能となる。
円筒状レーザーランプ内の光源としてのレーザーダイオードの中空円筒状バーの使用が図３に示されている。
この円筒状レーザーランプは、シリンダーの側壁上に適用された蛍光体１４を有する透明なプラスチックシリンダー１３からなり、その内部にレーザーダイオードの中空円筒状バー１２が置かれている。
開口１７を通ってシリンダー１３の内部を通り、レーザーダイオードの中空円筒状バー１２の上部接点及び下部接点に接続された外部ワイヤ１５及び１６に供給電圧Ｖを印加するとき、レーザーバーを通って流れる電流は対称軸と垂直な全方向に均一に放出される紫外光１０を生み出す。この場合、紫外光を白色光に完全に変換する蛍光体１４の均一な閃光が提供され、結果として、白色光１８が外部に出る。レーザーダイオードのバーを通過し、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去する冷却液もまた開口１７を通って円筒状バー１２へと供給される。
レーザーランプ全体が円筒対称性を有するので、白色光１８はその対称軸と垂直な全方向に均一に放射される。
［実施例３］円筒状レーザーランプ内の光源として使用された青色レーザーダイオードのリング円筒状バー
この実施例ではレーザーダイオードの軸対称なバーは、リング光共振器を有するＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮの構造を有する単一のレーザーダイオードからなる。
リング光共振器を有する単一のレーザーダイオードが図６に示されている。それは、金属ｎ接点１、シリコンが５・１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたｎ型窒化ガリウムの厚さ２μの接触層２、シリコンが１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｎ型の固溶体Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッディング層３、幅３ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ量子井戸を備える窒化ガリウムの導波層４、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｐ型の固溶体Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッディング層５、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．１μのｐ型窒化ガリウムの接触層６、及び金属ｐ接点７からなる。リング光共振器を有するレーザーダイオードは、その構造の全層を通過し、対称軸に沿って配置された円筒状の空洞１１を備える。
リング光共振器を有する垂直に統合されたレーザーダイオードのリング円筒状バーが図７に示されている。垂直に統合された単一のダイオードのリング円筒状バーを満たす電圧は上部レーザーダイオードのｎ接点１を通って、そして下部レーザーダイオードのｐ接点７を通って印加される。レーザーダイオードのバーの供給電圧はＶ＝ｎ・ＶＬＤと等しく、ここでｎはバー内のレーザーダイオードの数であり、ＶＬＤは単一のレーザーダイオードの供給電圧である。バー内のレーザーダイオードの数ｎを選択することによってバーの供給電圧Ｖを変えることができ、供給電圧Ｖの供給源との適切な調和及び電力網を提供する。隣接するレーザーダイオードの上部ｐ接点と下部ｎ接点は機械的に押し付けられ、ｎ接点１とｐ接点７との間に電気的接続９を形成する。従って、レーザーダイオードのバーを満たす電流はレーザーダイオードのｎ接点１及びｐ接点７を通り、それから接触層２及び６、クラッディング層３及び５を通り、そして導波層４（？）も通って流れ、全てのレーザーダイオードの活性量子井戸はバー内に垂直に統合されている。この場合、レーザーダイオードの円筒状バーは対称軸８を有するので、そこからの光１０は対称軸８と垂直な全方向に均一に放出される。レーザーダイオードのリング円筒状バーは、対称軸に沿って配置され全てのレーザーダイオードを通過する円筒状の空洞１１を備える。空洞１１が存在することによって、レーザーダイオードのバーを通って冷却液をポンプでくみ上げ、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去することが可能となる。
円筒状レーザーランプ内の光源としてのレーザーダイオードのリング円筒状バーの使用が図３に示されている。
円筒状レーザーランプは、シリンダーの側壁上に適用された蛍光体１４を有する透明なプラスチックシリンダー１３からなり、その内部にレーザーダイオードのリング円筒状バー１２が置かれている。
開口１７を通ってシリンダー１３の内部を通り、レーザーダイオードの円筒状バー１２の上部接点及び下部接点に接続された外部ワイヤ１５及び１６に供給電圧Ｖを印加するとき、レーザーバーを通って流れる電流は対称軸と垂直な全方向に均一に放出される青色光１０を生み出す。この場合、青色光を黄色光に部分的に変換する蛍光体１４の均一な閃光が提供され、青色光と黄色光の混合の結果、白色光１８が外部に出る。レーザーダイオードのバーを通過し、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去する冷却液もまた開口１７を通ってリング円筒状バー１２へと供給される。
レーザーランプ全体が円筒対称性を有するので、白色光１８はその対称軸と垂直な全方向に均一に放射される。
［実施例４］円筒状レーザーランプ内の光源として使用された紫外レーザーダイオードの中空六角形バー
この実施例ではレーザーダイオードのバーは、中空六角形光共振器を有するＧａＮ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／ＡＩ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ／ＧａＮの構造を有する単一のレーザーダイオードからなる。
中空六角形光共振器を有する単一のレーザーダイオードが図８に示されている。それは、金属ｎ接点１、シリコンが５・１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたｎ型窒化ガリウムの厚さ２μの接触層２、シリコンが１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｎ型の固溶体Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎのクラッディング層３、幅３ｎｍのＧａＮ量子井戸を備えるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎの導波層４、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．５μのｐ型の固溶体Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎのクラッディング層５、マグナムが１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされた厚さ０．１μのｐ型窒化ガリウムの接触層６、及び金属ｐ接点７からなる。レーザーダイオードは、その構造の全層を通過し、対称軸に沿って配置された六角形の空洞１１を備える。
中空六角形光共振器を有する垂直に統合されたレーザーダイオードの中空六角形バーが図５に示されている。垂直に統合された単一のダイオードの円筒状バーを満たす電圧は上部レーザーダイオードのｎ接点１を通って、そして下部レーザーダイオードのｐ接点７を通って印加される。レーザーダイオードのバーの供給電圧はＶ＝ｎ・ＶＬＤと等しく、ここでｎはバー内のレーザーダイオードの数であり、ＶＬＤは単一のレーザーダイオードの供給電圧である。バー内のレーザーダイオードの数ｎを選択することによってバーの供給電圧Ｖを変えることができ、供給電圧Ｖの供給源との適切な調和及び電力網を提供する。隣接するレーザーダイオードの上部ｐ接点と下部ｎ接点は機械的に押し付けられ、ｎ接点１とｐ接点７との間に電気的接続９を形成する。従って、レーザーダイオードのバーを満たす電流はレーザーダイオードのｎ接点１及びｐ接点７を通り、それから接触層２及び６、クラッディング層３及び５を通り、そして導波層４も通って流れ、全てのレーザーダイオードの活性量子井戸はバー内に垂直に統合されている。この場合、レーザーダイオードの中空六角形バーは対称軸８を有するので、そこからの光１０は対称軸８と垂直な全方向にほぼ均一に放出される。レーザーダイオードの中空六角形バーは、対称軸に沿って配置され全てのレーザーダイオードを通過する六角形の空洞１１を備える。空洞１１が存在することによって、レーザーダイオードのバーを通って冷却液をポンプでくみ上げ、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去することが可能となる。
円筒状レーザーランプ内の光源としてのレーザーダイオードの中空六角形バーの使用が図３に示されている。
円筒状レーザーランプは、シリンダーの側壁上に堆積された蛍光体１４を有する透明なプラスチックシリンダー１３からなり、その内部にレーザーダイオードの中空六角形バー１２が置かれている。
開口１７を通ってシリンダー１３の内部を通り、レーザーダイオードの中空円筒状バー１２の上部接点及び下部接点に接続された外部ワイヤ１５及び１６に供給電圧Ｖを印加するとき、レーザーバーを通って流れる電流は対称軸と垂直な全方向にほぼ均一に放出される紫外光１０を生み出す。この場合、紫外光を白色光に完全に変換する蛍光体１４のほぼ均一な閃光が提供され、その結果、白色光１８が外部に出る。レーザーダイオードのバーを通過し、光発生のプロセスで生じた熱を効率的に除去する冷却液もまた開口１７を通って中空六角形バー１２へと供給される。
レーザーランプ全体が六回対称軸を有するので、白色光１８はその対称軸と垂直な全方向にほぼ均一に放射される。
本発明は発明の実施形態の実施例によって記述され表現されてきたという事実にもかかわらず、本発明はいかなる場合も与えられた実施例によって制限されないことに注意されたい。
１ 金属ｎ接点
２、６ 接触層
３、５ クラッディング層
４ 導波層
７ 金属ｐ接点
８ 対称軸
９ 電気的接続
１０ 光
２、６ 接触層
３、５ クラッディング層
４ 導波層
７ 金属ｐ接点
８ 対称軸
９ 電気的接続
１０ 光
Claims (8)
- ２以上のレーザーダイオードを備える半導体発光デバイスであって、
各レーザーダイオードが対称軸を有することを特徴とし、それらの対称軸が一致するように前記レーザーダイオードが発光デバイスの対称軸上に直列に配置され、前記レーザーダイオードの面が、それらが電気的及び機械的に接触してレーザーダイオードのバーを形成するように接続され、その指向特性は前記発光デバイスの前記対称軸と一致する対称軸を有する、半導体発光デバイス。 - 前記各レーザーダイオードがディスク光共振器を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 前記各レーザーダイオードが中空ディスク光共振器を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 前記各レーザーダイオードがリング光共振器を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 前記各レーザーダイオードが多角形光共振器を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 前記各レーザーダイオードが中空多角形光共振器を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 前記各レーザーダイオードがＩＩＩ−窒化物からなることを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
- 請求項１から７のいずれか一項に記載の発光デバイスが、蛍光体の光学的励起のための可視光源または紫外光源として使用されていることを特徴とする、蛍光体を有するレーザーランプ。
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