JPH04264789A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置特に
レーザダイオードアレイによる超高出力の半導体レーザ
装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来シリコンウェファ等の半導体基体上
に製造した半導体素子を劈開または切断する方法として
、固体レーザ例えばＹＡＧレーザのレーザビームによる
切断が行われている。このような固体レーザ例えばＹＡ
Ｇレーザの励起は、従来例えば図６に略線的斜視図を示
すように、円柱状のＹＡＧ結晶３０に対してその一方の
端面例えば後方の端面３０Ｂからフラッシュランプ等の
光Ｌｉを照射して、これにより結晶３０の前方端面３０
Ｆからレーザビームを得るようにしており、例えばフラ
ッシュランプ１ｋＷに対して得られるＹＡＧレーザ光Ｌ
は１０〜１００ｍＷ程度であった。これは、図７に波長
に対する相対強度の分布を示すように、このようなフラ
ッシュランプの光が例えば波長８００ｎｍ付近の相対強
度が最大となる幅広い波長帯域を有する光であるのに対
し、ＹＡＧ結晶の励起波長は主に８０８ｎｍであること
から、これ以外の波長の光はＹＡＧの励起には寄与せず
に熱に変換されてしまうことによる。

【０００３】これに対して、例えばＹＡＧレーザに対し
、発光波長８０８ｎｍの半導体レーザいわゆるレーザダ
イオードＬＤによってその励起を行うことが試みられて
おり、このように吸収波長のみの励起用光を用いること
によって出力の向上をはかっている。それと共に、図８
に略線的拡大斜視図を示すように、ＹＡＧ結晶３０を板
状として、直線的アレイ状即ち１次元的配列のレーザダ
イオード即ちレーザダイオードアレイ２からの光Ｌｉを
その側面３０Ｓから広い面積にわたって照射し、結晶３
０の前方端面３０Ｆからレーザ光を得るようにして、よ
り大なるレーザ出力を得ることが試みられている。

【０００４】このように励起用光を線光源としてその照
射面積を大とすることによって、単位面積当たりの光量
を抑制しつつ全体として励起光の光量を大とすることが
でき、更に結晶３０を板状とすることによって実質的に
結晶を大としてこの固体レーザからのレーザ出力の増大
化をはかることができる。この場合は少なくとも１桁Ｗ
級のレーザ光を得ることができる。

【０００５】これに対してレーザダイオードの高出力化
により、単一素子からは３Ｗ程度、レーザダイオードア
レイからは１０Ｗ程度の連続出力動作が可能となってい
る。上述した固体レーザのレーザ光出力の増大化をはか
るために、レーザダイオードアレイを電極板を介して交
互に積層して２次元的配列として出力を増倍化する方法
が有望視されている。この積層型のレーザダイオードア
レイによる半導体レーザ装置の一例を図９の略線的拡大
断面図に示す。図９において１はヒートシンクで、これ
の上に例えばＣｕ等より成る電極板３１を介してレーザ
ダイオードアレイ２を載置し、更にＣｕ等より成る電極
板３１、セラミック等より成る絶縁板３２、Ｃｕ等より
成る電極板３１を介してレーザダイオードアレイ２を載
置し、再びＣｕ等より成る電極板３１を載置してこれら
を枠体（図示せず）等に組み込んで、この枠体をネジ止
め等により互いに一体に固定して、全体として高出力の
レーザ光を発光し得る半導体レーザ装置を得ることがで
きる。

【０００６】しかしながら、このように直接的にレーザ
ダイオードアレイを積層する場合、その幅ｌＷ　が１０
ｍｍ程度になるとアレイ２の反りが発生し、電極板３１
とレーザダイオードアレイ２との電気抵抗を小とするた
めには機械的に強く押し付ける必要が生じる。ＧａＡｓ
等の半導体レーザはこのような応力による結晶の劣化が
著しいため、このような機械的押し付けによりレーザダ
イオード素子に歪みを発生させたり、コンタクトが不完
全となって充分な出力が得られなくなる等の問題が生じ
、歩留りの低下を招来し、信頼性の低下を招く恐れがあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な装置
構成によって２次元的アレイ構造による超高出力のレー
ザ光を安定して得ることができる半導体レーザ装置を得
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザ装置
１０は、図１にその一例の略線的拡大斜視図を示すよう
に、段部４を有するヒートシンク１のその段部４にレー
ザダイオードアレイ２をマウントして構成する。

【０００９】他の本発明による半導体レーザ装置は、図
２にその一例の略線的拡大斜視図を示すように、上述の
半導体レーザ装置において、レーザダイオードアレイ２
の発光面２Ｓ側にロッド状の光修正手段３を設けて構成
する。

【００１０】

【作用】上述したように本発明半導体レーザ装置では、
レーザダイオードアレイ２を直接的に積層することなく
、段部４を有するヒートシンク１のその段部４に個別に
マウントして、これら各レーザダイオードアレイ２から
の出力をこのレーザダイオードアレイ２の厚み方向に集
積化して２次元的構成とすることによって、全体として
超高出力のレーザ光を得ることができ、簡単な装置構成
によって安定した出力特性を有する半導体レーザ装置を
得ることができる。

【００１１】またこのような構成において、段部４を階
段状にする場合、各段部４の奥行きの差に基づいて、被
照射面に対する各レーザダイオードアレイ２の距離に差
が生じ、これによって被照射面でのスポット形状、光強
度分布に相違が生じる場合がある。このような差によっ
て不都合が生じる場合において、上述の他の本発明半導
体レーザ装置を適用すれば、上述の不都合を回避するこ
とができる。即ち、レーザダイオードアレイ２の発光面
２Ｓ側にロッド状の光修正手段３としてコリメータレン
ズ系を設けることにより、各レーザダイオードアレイ２
からのレーザ光を一旦平行光に修正する。このようにす
れば、レーザダイオードアレイ２からレーザ光を光学的
に同一条件とすることができるので、被照射面例えばＹ
ＡＧ結晶までの距離の差に基づく不都合を回避できる。 このためレーザ光被照射面に対して均一なスポット形状
、強度のレーザ光を照射することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による半導体レーザ装置の各例
を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。

【００１３】実施例１ この例では、例えばＧａＡｓ系の半導体レーザダイオー
ドアレイ２を複数個設けた場合で、その理解を容易にす
るために図示の例では、３個について示している。図１
に示すように、先ずＣｕ等より成る熱伝導率の大なる材
料より成り、所要の幅ｗ及び高さｈの段部４を有し、そ
の縁部５が直線状に互いに平行に形成された例えば階段
状ヒートシンク１を用意し、例えばこの段部４の上面と
なる段差面４Ｓ上に、図示しないがＩｎ、Ｓｎ等より成
る半田材料を蒸着等により被着する。一方レーザダイオ
ードアレイ２の上下にはＡｕ等のダイボンド材料を蒸着
等により被着しておく。そして段差面４Ｓに被着した半
田材料の上に各レーザダイオードアレイ２を載置する。 このときの位置は、例えば段部４の縁部５にレーザダイ
オードアレイ２の発光面２Ｓに沿った辺を合わせてその
位置合せを行い、この各レーザダイオードアレイ２から
のレーザ光の光束が、例えばＹＡＧ結晶の側面に全体と
して帯状に照射されるように載置する。そして例えば２
３０℃程度の加熱溶融を行って、各レーザダイオードア
レイ２をヒートシンク１上にダイボンド即ちマウントす
る。

【００１４】そして各レーザダイオードアレイ２の上面
に、図示しないがリード端子を構成するＡｕ等のワイヤ
ーをボンディングするとか、或いは櫛形のリード端子を
圧接して、ここから通電することにより各レーザダイオ
ードを発光させて、全体として超高出力のレーザ光を得
ることができる。

【００１５】このとき、ヒートシンク１の各段部４の高
さｈをレーザダイオードアレイ２の厚みより大の、例え
ばほぼ１００μｍ以下程度に選定し、また各段部４の幅
ｗをレーザダイオードアレイ２の共振器長Ｌより大の、
例えばほぼ５０μｍ程度以下に選定することにより、例
えばＹＡＧ結晶の側面に対して所定の帯状のレーザビー
ムとして照射することがでる。

【００１６】実施例２ 次に他の本発明による半導体レーザ装置の一例を図２を
参照して説明する。図２において、図１に対応する部分
には同一符号を付して示す。この例においてもＧａＡｓ
等の半導体レーザダイオードアレイ２を実施例１と同様
に、所要の段部４を有するＣｕ等より成る例えば階段状
のヒートシンク１上に配置した場合である。この段部４
上に、各レーザダイオードアレイ２と例えばガラス製ボ
ールレンズ又はプラスチック製の光ファイバー等のロッ
ド状の円柱レンズ構成による光修正手段３とを、互いに
平行に所定の間隔を保持して配置する。そして各レーザ
ダイオードアレイ２から発光されたレーザ光がこれら各
光修正手段３即ち円柱レンズの図面から入射されるよう
にして、この円柱レンズがコリメータレンズとして作用
し、これより平行光が取り出されるようにする。

【００１７】各レーザダイオードアレイ２は、実施例１
と同様の方法でヒートシンク１にマウントされる。即ち
、図示しないが各レーザダイオードアレイ２の上下に蒸
着等によってＡｕ等の金属を被着し、一方ヒートシンク
の段部４の上面４ＳにＳｎ等の半田材料を蒸着等により
被着して、この上にレーザダイオードアレイ２を載置し
、所要の２３０℃程度の加熱溶融を行ってダイボンド即
ちマウントする。

【００１８】また光修正手段３は例えばヒートシンク１
の段差面４Ｓ上に所要の凹部６を設けて、この凹部６に
嵌め込むようにして固定し得る。

【００１９】ヒートシンク１の段部４の高さｈは上述の
実施例１と同様に、レーザダイオードアレイ２の厚みよ
り大の、例えばほぼ１００μｍ以下程度に選定すること
により、例えばＹＡＧ結晶の側面に対して所定の帯状の
レーザビームとして照射することができる。そして幅ｗ
は、各レーザダイオードアレイ２の共振器長Ｌに加えて
、ロッド状のレンズまたはファイバー等より成る光修正
手段３の直径φに対応する幅を考慮して選定する。

【００２０】そして、実施例１と同様に各レーザダイオ
ードアレイ２の上面に、図示しないがＡｕ等のワイヤー
をボンディングして、或いは櫛形のリード端子を圧接し
てここから通電することにより、各レーザダイオードを
発光させ、全体として超高出力のレーザ光を得ることが
できる。

【００２１】実施例３ 他の本発明による半導体レーザ装置の他の例を、図３の
略線的分解斜視図、図４の略線的拡大斜視図及び図５の
略線的拡大断面図を参照して詳細に説明する。図３〜図
５において、図２に対応する部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。この例においては、ダイオードア
レイ２をマウントしたヒートシンク１とは別体に光修正
手段３の保持体２１を設けた場合である。この例におい
ても、ＧａＡｓ等の半導体レーザダイオードアレイ２を
図３に示すように、所要の段部４を有するＣｕ等より成
る階段状のヒートシンク１１の段部４上に配置する。一
方保持具２１は、Ｃｕ等より成るヒートシンク効果を有
し、このヒートシンクの段部４に対応する高さ、幅等の
段部４を有する逆階段状構成をとり、それぞれの段部４
の段差面２４Ｓに、ヒートシンク１１の各段差面４Ｓと
衝合し、各段差面２４Ｓが各レーザダイオードアレイ２
と所要の小隙を保持させるためのスペーサとなる突出部
２２を一体に設ける。

【００２２】そして、図４の略線的拡大斜視図及び図５
の横断面図に示すように、この突出部２２とのヒートシ
ンク１１の対応する段差面４Ｓとを衝合させる。保持体
２１は各ダイオードアレイ２からの出射光を一側面即ち
前方端面２８から導出する窓２５が設けられ、またこの
窓２５内に、ヒートシンク１１の各段差面４Ｓ上のレー
ザダイオードアレイ２の発光面２Ｓに対向してロッド状
光修正手段３を載置する段差面２４Ｔが設けられて成る
。

【００２３】このような構成とすることによって各半導
体レーザ２に沿ってヒートシンク１１の段差面４Ｓとこ
れに対向する保持体２１の段差面２４Ｓとの間にトンネ
ル状の空隙部２９が構成され、この空隙部２９に矢印ｃ
で示すように例えば冷却フロンガス等の冷却媒体を流す
ことにより、各レーザダイオードアレイ２の動作時の昇
温を抑制することができる。

【００２４】この半導体レーザ装置２０を動作するとき
は、図示しないが、各レーザダイオードアレイ２のＡｕ
等を被着した上面にボンディングされたワイヤ又は圧接
された櫛状リード端子により通電して各レーザダイオー
ドアレイ２を発光させ、このレーザアレイ２からのレー
ザ光を光修正手段３によって平行光に補正して、ヒート
シンク２１の窓２５を通じて前方端面２８からレーザ光
を発光させる。このようにすることによって、各レーザ
ダイオードアレイ２からのレーザ光を全体として超高出
力のレーザ光として得ることができる。

【００２５】上述した例においてはトンネル状の空隙部
２９をヒートシンク１１と保持体２１との間に形成する
ようにした場合であるが、例えばヒートシンク１１のダ
イオードアレイ２に近接する位置にトンネルを貫通する
ようにして、これに冷却媒体を通ずるようにすることも
できる。

【００２６】また上述した例では光修正手段３をコリメ
ータレンズとして各レーザダイオードアレイ２からの光
を平行光にした場合であるが、さらにその次段に所要の
集光系レンズを配置した構成としてもよい。

【００２７】尚、上述の各図においては、レーザダイオ
ードアレイ２を３個マウントする場合について示されて
いるが、このレーザダイオードアレイ２の数を増減する
ことによって、全体として得られるレーザ光の出力を増
減することができる。

【００２８】

【発明の効果】上述したように本発明半導体レーザ装置
によれば、各レーザダイオードアレイ２を直接的に積層
することなく、複数個組み合わせて発光させるため、こ
れら各レーザダイオードアレイ２からの出力をこのレー
ザダイオードアレイ２の厚み方向に集積化することによ
って、全体として超高出力のレーザ光を安定して得るこ
とができ、半導体レーザ装置の出力特性の向上をはかる
ことができる。

【００２９】またこの場合段部４を有するヒートシンク
１の各段に個別にマウントするという簡単な装置構成を
採りつつ、これらを直接的に積層する際に生じる結晶歪
みの発生、コンタクト不良等を確実に回避することがで
き、半導体レーザ装置の歩留りの向上をはかることがで
きる。

【００３０】また本発明半導体レーザ装置では、レーザ
ダイオードアレイ２の発光面２Ｓ側に光修正手段３を設
けることにより、各レーザダイオードアレイ２からのレ
ーザ光を例えば平行光に修正する等して、焦点距離を補
正することができることから、レーザ光照射物に対して
均一なスポット形状及び強度のレーザ光を照射すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的拡大斜
視図である。

【図２】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的拡大斜
視図である。

【図３】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的分解斜
視図である。

【図４】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的拡大斜
視図である。

【図５】本発明半導体レーザ装置の一例の横断面図であ
る。

【図６】固体レーザの励起態様を示す略線的斜視図であ
る。

【図７】フラッシュランプの波長分布を示す図である。

【図８】固体レーザの励起態様を示す略線的斜視図であ
る。

【図９】半導体レーザ装置の一例の略線的拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１　　ヒートシンク ２　　レーザダイオードアレイ ２Ｓ　　発光面 ３　　光修正手段 ４Ｓ　　段差面 ５　　縁部 ６　　凹部 １１　　ヒートシンク ２２　　突出部 ２４Ｓ　　段差面 ２５　　窓 ２８　　前方端面 ２９　　空隙部 ３０　　ＹＡＧ結晶 ３１　　電極板 ３２　　絶縁板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　段部を有するヒートシンクのその段部
   にレーザダイオードアレイがマウントされた半導体レー
   ザ装置。
2. 【請求項２】　　上記レーザダイオードアレイの発光面
   側にロッド状の光修正手段を有する上記請求項１に記載
   の半導体レーザ装置。