JPH03136287A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH03136287A
JPH03136287A JP27463089A JP27463089A JPH03136287A JP H03136287 A JPH03136287 A JP H03136287A JP 27463089 A JP27463089 A JP 27463089A JP 27463089 A JP27463089 A JP 27463089A JP H03136287 A JPH03136287 A JP H03136287A
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Nobuhiko Hayashi
伸彦 林
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Abstract

PURPOSE:To easily protect a semiconductor laser of this design against optical damage and to make it high in output power by a method wherein the first parts of a heat sink in contact with a resonator adjacent to its end faces are made larger than the second part of the heat sink in contact with the part of the resonator other than the end faces in thermal conductivity or area conducive to thermal conduction. CONSTITUTION:A heat sink 2 is composed of first diamond heat sinks 21 in contact the resonator of a laser chip near its end faces and a second cBN (cubic boron nitride) heat sink 22 which is in contact with the part of the resonator other than the end faces and sandwiched between the heat sinks 21. The first part 21 is made larger than the second part 22 in thermal conductivity or relative area conducive to thermal conduction.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光情報処理、レーザプリンタ、レー酪す′加
工等に利用される半導体レーザに関し、特に高出力化が
可能な半導体レーザに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor laser used for optical information processing, laser printers, laser processing, etc., and particularly to a semiconductor laser capable of increasing output.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体レーザの応用範囲の拡大に伴って、その高出力化
が要求されている。半導体レーザにあってはそのレーザ
光出射端面に高密度にレーザ光が存在するので、半導体
レーザにおける最大光出力は、端面の光学的破壊(ca
tastrophic optical damage
:C0D)と、接合温度の上昇による光出力の熱飽和と
により制限される。
As the range of applications of semiconductor lasers expands, higher output power is required. In a semiconductor laser, laser light exists at a high density at the laser beam emitting end facet, so the maximum optical output of the semiconductor laser is determined by the optical destruction (ca) of the end facet.
tastrophic optical damage
:C0D) and thermal saturation of optical output due to increase in junction temperature.

CODを防止するための半導体レーザとして、LOG(
large optical cavity)構造レー
ザ、窓構造レーザ等が公知である。LOG構造レーザは
、活性層に隣接するかまたはその近傍に光ガイド層を設
け、端面における光密度の低下を図る半導体レーザであ
る。窓構造レーザは、端面近傍に出射されるレーザ光の
エネルギよりもバンドギャップが大きい材料を用いるこ
とにより、端面における光吸収をなくす半導体レーザで
ある。
LOG (
Lasers with a large optical cavity structure, window structure lasers, and the like are well known. A LOG structure laser is a semiconductor laser in which a light guide layer is provided adjacent to or in the vicinity of an active layer to reduce the optical density at the end facet. A window structure laser is a semiconductor laser that eliminates light absorption at the end face by using a material whose band gap is larger than the energy of the laser light emitted near the end face.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、LOG構造レーザでは、端面における光密度
の低下と共に活性層への光の閉じ込めも劣化するので、
光出力の熱飽和が生しやすいという難点がある。
However, in the LOG structure laser, the optical density at the end face decreases and the confinement of light in the active layer also deteriorates.
The disadvantage is that thermal saturation of the optical output is likely to occur.

また、窓構造レーザは構造が複雑であり、その製造時に
複数回のエピタキシャル結晶成長を必要とするので製造
工程が煩雑であるという難点がある。
In addition, the window structure laser has a complicated structure and requires epitaxial crystal growth multiple times during its manufacture, resulting in a complicated manufacturing process.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、共振
器端面近傍に接する領域と共振器端面近傍以外に接する
領域とにおいて、ヒートシンクの構成を異ならせること
により、上述したような難点を解消して、容易にCOO
を防止でき、高出力化を図れる半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the above-mentioned difficulties by making the structure of the heat sink different between the region in contact with the vicinity of the resonator end face and the region in contact with a region other than the vicinity of the resonator end face. COO easily
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can prevent the above problems and achieve high output.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る半導体レーザは、レーザチップにジャンク
ションダウンにてヒートシンクを取付けてある半導体レ
ーザにおいて、前記ヒートシンクは、前記レーザチップ
の共振器の端面近傍に接する第1部分と、前記レーザチ
ップの共振器の端面近傍以外に接する第2部分とから構
成されており、前記第1部分は前記第2部分より、熱伝
導率が大きいか、または熱伝導に関与する面積が広いこ
とを特徴とする。
In the semiconductor laser according to the present invention, in the semiconductor laser in which a heat sink is attached to the laser chip by a junction down, the heat sink has a first portion that contacts near an end face of a resonator of the laser chip, and a first portion that is in contact with the vicinity of an end face of a resonator of the laser chip. and a second portion that is in contact with a portion other than the vicinity of the end face, and the first portion is characterized in that it has a higher thermal conductivity or a larger area involved in heat conduction than the second portion.

〔作用〕[Effect]

本発明の半導体レーザにあっては、共振器端面近傍(以
下第1領域という)に接するヒートシンクの第1部分は
、共振器端面近傍以外(以下第2領域という)に接する
ピーl−シンクの第2部分に比べて、熱伝導率が大きい
か、または熱伝導に関与する面積が相対的に広くなって
いる。従って、第1領域では第2領域に比べて放熱性が
良好である。バンドギャップは温度上昇により狭くなり
、またレーザ光の大部分は第2領域から発生するので、
第1領域のバンドギャップは第2領域のハンドギャップ
に相当するレーザ光のエネルギよりも大きくなり、端面
部における光吸収は起こりにく<、CODの発生が防止
される。
In the semiconductor laser of the present invention, the first portion of the heat sink that is in contact with the vicinity of the resonator end face (hereinafter referred to as the first region) is the first portion of the heat sink that is in contact with the vicinity of the resonator end face (hereinafter referred to as the second region). Compared to the two parts, either the thermal conductivity is high or the area involved in heat conduction is relatively large. Therefore, the first region has better heat dissipation than the second region. The bandgap narrows as the temperature rises, and most of the laser light is generated from the second region, so
The bandgap in the first region is larger than the energy of the laser beam corresponding to the hand gap in the second region, so that light absorption at the end face portion is less likely to occur and COD is prevented from occurring.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on drawings showing embodiments thereof.

第1図は本発明に係る半導体レーザの実施例の構成を示
す模式図であり、図中1は銅製のステムである。ステム
1上にはヒートシンク2が載置され、該ヒートシンク2
上にはD)I構造を有するブロードエリア型のレーザチ
ップ3がジャンクションダウンで載置されている。レー
ザチップ3の共振方向は、図中左右方向であり、その共
振器長は500μm、ス1−ライブ幅は80μm9発振
波長は830nmである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention, and numeral 1 in the figure is a stem made of copper. A heat sink 2 is placed on the stem 1, and the heat sink 2
A broad area type laser chip 3 having a D)I structure is mounted above with a junction down. The resonance direction of the laser chip 3 is the left-right direction in the figure, the resonator length is 500 μm, the slice width is 80 μm, and the oscillation wavelength is 830 nm.

ヒートシンク2は大きく3つの部分から構成されており
、レーザチップ3の共振器の両端面近傍(第1 iEf
域)に接する第1部分であるダイヤモンド製ヒートシン
ク21(熱伝導率: 20W / cm ”C)と、レ
ーザチップ3の共振器の両端面近傍以外(第1Si域)
に接し、これらのダイヤモンド製ヒートシンク2L 2
1に挟まれた第2部分であるcBN(cubicbor
on n1tride)製ヒートシンク22(熱伝導率
:6W/cI11℃)と、ダイヤモンド製ヒートシンク
21及びcBN製ヒートシンク22に挟まれた5iOz
膜23(熱伝導率: 0 、02 W / cm″C)
とから、ヒートシンク2は構成されている。ヒートシン
ク2の高さ(図中11)は300μm、ヒートシンク2
の幅(図面に垂直方向の長さ)は750μmであり、ま
たヒートシンク2の全長は500μm程度であって、各
ダイヤモンド製ヒートシンク21の長さ(図中Ll)は
50μm、cBN製ヒートシンク22の長さ(図中Lz
)は400μm、 Sin□膜23膜長3(図中L3)
は数μmである。
The heat sink 2 is mainly composed of three parts.
The area other than the diamond heat sink 21 (thermal conductivity: 20W/cm ``C) which is the first part in contact with the area) and the vicinity of both end faces of the resonator of the laser chip 3 (first Si area)
These diamond heat sinks 2L 2
cBN (cubicbor), which is the second part sandwiched between
on n1tride) heat sink 22 (thermal conductivity: 6W/cI11℃), a 5iOz sandwiched between a diamond heat sink 21 and a cBN heat sink 22.
Membrane 23 (thermal conductivity: 0,02 W/cm″C)
The heat sink 2 is constructed from the above. The height of heat sink 2 (11 in the figure) is 300 μm,
The width (length in the direction perpendicular to the drawing) is 750 μm, and the total length of the heat sink 2 is about 500 μm, the length of each diamond heat sink 21 (Ll in the figure) is 50 μm, and the length of the cBN heat sink 22 (Lz in the figure)
) is 400 μm, Sin□ film 23 film length 3 (L3 in the figure)
is several μm.

なお、第1領域と第2 F+i域との間に温度差を発生
し易くするために、低熱伝導率を有する5iOz膜23
を設けているわけであり、必ずしも5iot膜23は設
けなくてもよい。なお、ステム1に電流を流せるように
、ヒートシンク2の表面にはメタライズ処理が施されて
いる。
Note that in order to easily generate a temperature difference between the first region and the second F+i region, a 5iOz film 23 having a low thermal conductivity is used.
Therefore, the 5iot film 23 does not necessarily need to be provided. Note that the surface of the heat sink 2 is metallized so that current can flow through the stem 1.

第2図は、上述した構成をなす本発明の半導体レーザに
おいて、発熱量を5.4Wとした場合の接合温度の分布
を示しており、また第3図は、この場合のバンドギャッ
プの分布を示している。第1領域では第281域に比べ
て、放熱性に優れているので、第1領域側の接合温度は
第2領域側の接合温度より約20℃低くなる(第2図参
照)。−船釣に半導体のバンドギャップは温度上昇によ
り狭くなり、第2領域側のハンドギャップは第1領域側
のバンドギャップより約1.3 X 10− ”eV 
(波長に換算すると約5nm)だけ低くなる(第3図参
照)。
FIG. 2 shows the junction temperature distribution when the heat generation amount is 5.4 W in the semiconductor laser of the present invention having the above-described configuration, and FIG. 3 shows the band gap distribution in this case. It shows. Since the first region has better heat dissipation than the 281st region, the bonding temperature on the first region side is about 20° C. lower than the bonding temperature on the second region side (see FIG. 2). - The band gap of semiconductors used for boat fishing narrows as the temperature rises, and the hand gap on the second region side is approximately 1.3 x 10-”eV larger than the band gap on the first region side.
(about 5 nm when converted into wavelength) (see Figure 3).

そしてレーザ光の大部分は面積が広い第2領域から発生
されるので、第1領域におけるバンドギャップはレーザ
光のエネルギより大きくなる。この結果、共振器の端面
部において光吸収は起こりにくくなり、CODを防止す
ることができる。
Since most of the laser light is generated from the second region, which has a large area, the bandgap in the first region is larger than the energy of the laser light. As a result, light absorption is less likely to occur at the end face portion of the resonator, and COD can be prevented.

第4図は本発明の別の実施例におけるヒートシンク2の
斜視図である。前述の実施例では、第1部分と第2部分
とにおいて熱伝導率が異なる材料を用いて本発明の目的
を達成したが、この別の実施例では、第1部分と第2部
分とにおいてその熱伝導に関与する寸法、つまり相対的
な面積に差を与えた構成としている。
FIG. 4 is a perspective view of a heat sink 2 in another embodiment of the invention. In the embodiment described above, the object of the present invention was achieved by using materials with different thermal conductivities in the first part and the second part, but in this other embodiment, the materials with different thermal conductivities were used in the first part and the second part. The configuration is such that the dimensions involved in heat conduction, that is, the relative areas, are different.

この実施例のヒートシンク2は、第1領域に接する銅製
(熱伝導率:4W/cm’c)の第1部分24と、第2
領域に接し、これらの第1部分24.24に挟まれた同
じく銅製の第2部分25と、第1部分24及び第2部分
25に挟まれたSiO□膜23膜外3構成されている。
The heat sink 2 of this embodiment includes a first portion 24 made of copper (thermal conductivity: 4 W/cm'c) that is in contact with the first region, and a second portion 24 made of copper (thermal conductivity: 4 W/cm'c).
A second portion 25, also made of copper, is in contact with the region and sandwiched between the first portions 24 and 24, and an outer layer 3 of the SiO□ film 23 is sandwiched between the first portion 24 and the second portion 25.

第1部分24の幅は900μmであって第2部分25の
幅は300μmであり、第1部分24において熱伝導に
関与する寸法を、第2部分25のそれよりも長くしてい
る。即ち、第2部分25に比べて第1部分24の熱伝導
に関与する相対的な面積を広くしている。なお、2つの
第1部分24の幅を同じにする必要はなく、共振器の後
側端面側に対応する第1部分24の幅を実施例より長く
してもよい。
The width of the first portion 24 is 900 μm and the width of the second portion 25 is 300 μm, and the dimension involved in heat conduction in the first portion 24 is made longer than that of the second portion 25. That is, the relative area of the first portion 24 involved in heat conduction is made larger than that of the second portion 25. Note that the widths of the two first portions 24 do not need to be the same, and the width of the first portion 24 corresponding to the rear end surface side of the resonator may be made longer than in the embodiment.

従ってこの実施例においても、第1部分24では第2部
分25に比べて、放熱性に優れることになり、前述の実
施例と同様に、レーザ光は共振器端面近傍において吸収
されに< < 、COOを防止することができる。前述
の実施例と同様のレーザチップを用い、発熱量を同じ<
 5.4Wとして、接合温度を測定した場合、第1領域
における接合温度は第2領域における接合温度に比べて
、約5℃低くなる。
Therefore, in this embodiment as well, the first portion 24 has better heat dissipation than the second portion 25, and as in the previous embodiment, the laser light is absorbed near the resonator end face. COO can be prevented. The same laser chip as in the previous example was used, and the amount of heat generated was the same.
When the junction temperature is measured at 5.4 W, the junction temperature in the first region is approximately 5° C. lower than that in the second region.

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく
、上述した2つの実施例を併用した構成を有する半導体
レーザも可能である。また、レーザチップとしてブロー
ドエリアレーザに限定されることはなく、各種の半導体
レーザへの応用が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a semiconductor laser having a configuration that combines the two embodiments described above is also possible. Further, the laser chip is not limited to a broad area laser, and can be applied to various semiconductor lasers.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述した如く、本発明では、共振器近傍領域とそう
でない領域とにおいてヒートシンクの材料または放熱に
関与する面積を変化させているので、容易にCOOを防
止することができ、半導体レーザの高出力化を図ること
が可能である。
As detailed above, in the present invention, since the material of the heat sink or the area involved in heat radiation is changed between the region near the resonator and the region outside the resonator, COO can be easily prevented and the semiconductor laser can be It is possible to output it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る半導体レーザの一実施例の構成を
示す模式図、第2図は接合温度の分布を示すグラフ、第
3図はハンドギヤツブの分布を示すグラフ、第4図は本
発明に係る半導体レーザの別の実施例におけるヒートシ
ンクの斜視図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of the semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the distribution of junction temperature, FIG. 3 is a graph showing the distribution of the hand gear, and FIG. FIG. 3 is a perspective view of a heat sink in another embodiment of the semiconductor laser according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザチップにジャンクションダウンにてヒートシ
ンクを取付けてある半導体レーザにおいて、 前記ヒートシンクは、前記レーザチップの共振器の端面
近傍に接する第1部分と、前記レーザチップの共振器の
端面近傍以外に接する第2部分とから構成されており、
前記第1部分は前記第2部分より、熱伝導率が大きいか
、または熱伝導に関与する面積が広いことを特徴とする
半導体レーザ。
[Claims] 1. In a semiconductor laser in which a heat sink is attached to a laser chip with a junction down, the heat sink has a first portion that is in contact with the vicinity of an end face of a resonator of the laser chip, and a first portion that is in contact with the vicinity of an end face of a resonator of the laser chip. and a second portion touching other than the vicinity of the end face of the
A semiconductor laser characterized in that the first portion has a higher thermal conductivity or a larger area involved in heat conduction than the second portion.
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