JP3736462B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Description

【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１４、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ＬＤ１、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２１２μｍ、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１１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２８０μｍ（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＝２１２μｍ）の各ＬＤチップの温度▲２▼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▲１▼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２１における両端部のＬＤチップ２１がこれに隣接した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

Claims (3)

  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. 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。
  3. 前記半導体レーザチップの配列位置が内側になるにしたがい、当該半導体レーザチップ間の間隔が段階的に広げられている
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。
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