JPH05160518A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH05160518A
JPH05160518A JP3320295A JP32029591A JPH05160518A JP H05160518 A JPH05160518 A JP H05160518A JP 3320295 A JP3320295 A JP 3320295A JP 32029591 A JP32029591 A JP 32029591A JP H05160518 A JPH05160518 A JP H05160518A
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light
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light intensity
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02218Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234Resin-filled housings; the housings being made of resin
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02253Out-coupling of light using lenses

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光強度分布が一様で、かつ小さなスポットに
光を絞り込める半導体レーザ装置を提供する。 【構成】 樹脂レンズ3の中心軸Xの延長線が、半導体
レーザ素子1の接合面の中央を通り、半導体レーザ素子
1が樹脂2内で最大光強度のレーザ光を放射する中心軸
Xの方向と、半導体レーザ素子1が上記最大光強度の1
/(自然対数の底e)2の光強度のレーザ光を放射する方向
とがなす角度をωとし、樹脂レンズ3の後端円3′と中
心軸X間の距離をrとしたときに、半導体レーザ素子1
の前面と樹脂レンズ3の後面との距離hをr・(tanω)-1
以下にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、樹脂モールドした半導
体レーザ素子を有する半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、中央にレーザ光出射用のガラス窓
を持つ金属キャップを半導体レーザ素子に被せるパッケ
ージングを簡略化する目的で、図5に示すようにシリコ
ン系樹脂52で半導体レーザ素子51を樹脂モールドし
たパッケージングが、提案されている。図5は、放熱器
54にダイボンドした半導体レーザ素子51を備える半
導体レーザ装置の構造図である。
【0003】上記樹脂モールドによるパッケージング
は、樹脂材料のみでパッケージングでき、上記金属キャ
ップやガラス窓を要するパッケージングに比べてコスト
低減が図れる。また、上記樹脂モールドの際に、半導体
レーザ素子51を覆う樹脂52の形状を任意形状に形成
して、半導体レーザ素子51の出力レーザ光の放射特性
を制御することが可能である。図5に示す半導体レーザ
装置は、従来、LED(発光ダイオード)で用いられてい
る樹脂モールド法で、半導体レーザ素子51を樹脂モー
ルドしたものであって、半導体レーザ素子51のレーザ
光の光出射方向に樹脂レンズ53が形成されている。半
導体レーザ素子51が放射するレーザ光は樹脂レンズ5
3で屈折して、略平行光あるいは収束光(図示せず)とな
る。
【0004】ところで、一般に、半導体レーザ素子51
は、図6(A)の示すように、素子内部のpn接合面と平行
方向にはレーザ光の放射角度が狭い。
【0005】一方、半導体レーザ素子51は、図6(B)
に示すように、素子内部のpn接合面と垂直方向にはレー
ザ光の放射角度が広いレーザ光放射特性を持っている。
この広い放射角のレーザ光は、半導体レーザ素子51と
樹脂レンズ53との間の樹脂52側面で反射してから樹
脂レンズ53に入射するため、樹脂レンズ53に直接に
入射するレーザ光に比べて、樹脂レンズ53への入射角
が大きく、樹脂レンズ53から径方向外側に向かって出
射する。このように、樹脂52の側面で反射してからレ
ンズ53に入射するレーザ光は、図6(B)に示すよう
に、径方向に分布する幾つかのピークを持つ光強度特性
となり、径方向の光強度分布が非一様で光強度ムラを生
じる上、光束が広がってしまう。この場合、LEDと異
なり小さなスポットに光を絞り込めるというレーザ光の
利点を損なうという問題がある。このことは、LEDの
光量よりも大きな光量を必要とし、かつ略平行光あるい
は収束光、なかんずく収束光を必要とする用途において
は、特に不都合なことである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、出射レーザ光の光強度分布が一様で、光強度ムラが
発生せず、小さなスポットに光を絞り込める半導体レー
ザ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子
を、この半導体レーザ素子のレーザ光出射方向に樹脂レ
ンズが形成されるように、樹脂モールドした半導体レー
ザ装置において、上記樹脂レンズの中心軸の延長線が、
上記半導体レーザ素子の接合面の中央を通り、かつ上記
半導体レーザ素子が上記樹脂内で最大光強度のレーザ光
を放射する上記中心軸の方向と、上記半導体レーザ素子
が上記最大光強度の1/(自然対数の底e)2の光強度のレ
ーザ光を放射する方向とがなす角度をωとし、上記樹脂
レンズの後端円と上記中心軸間の距離をrとしたとき
に、上記半導体レーザ素子の前面と上記樹脂レンズの後
面との距離をr・(tanω)-1以下にしたことを特徴として
いる。
【0008】
【作用】上記構成によれば、図3に示すように、上記中
心軸となす角度が上記角度ω以下のレーザ光の全てが、
上記半導体レーザ素子と樹脂レンズとの間の樹脂側面で
反射することなく、上記樹脂レンズに直接に入射する。
つまり、図4に示すように、一般にガウス分布をなすレ
ーザ光のうち、最大光強度の1/e2(eは自然対数の底)
以上の光強度のレーザ光(いわゆるレーザビーム径内の
レーザ光)の全てが、上記樹脂レンズに直接に入射す
る。したがって、上記半導体レーザ素子から出射するレ
ーザビーム径内の全部のレーザ光が上記樹脂レンズから
略平行に出射する。したがって、上記出射レーザ光の光
強度分布が一様で、光強度ムラが発生しない。また、上
記レーザビーム径内の小さなスポットに、最大光強度の
1/e2以上の光強度の全てのレーザ光を絞り込める。
【0009】
【実施例】以下、本発明の半導体レーザ装置を図示の実
施例により詳細に説明する。
【0010】図1に本発明の実施例の半導体レーザ装置
を示す。図1に示すように、上記実施例は、放熱器4に
ダイボンドした半導体レーザ素子1をシリコン系樹脂2
で樹脂モールドしている。上記半導体レーザ素子1のレ
ーザ光出射方向に、上記樹脂2の一部からなる樹脂レン
ズ3が形成されている。半導体レーザ素子1は、図2
(A)に示すように、素子内部のpn接合面と平行方向には
レーザ光の放射角度が狭い。一方、半導体レーザ素子1
は、図2(B)に示すように、素子内部のpn接合面と垂直
方向にはレーザ光の放射角度が広いレーザ光放射特性を
持っている。
【0011】図3に示すように、上記樹脂レンズ3の表
面は球面の一部からなり、上記樹脂レンズ3は、樹脂レ
ンズ3の中心軸Xの延長線が上記半導体レーザ素子1の
発光面である接合面の中央を通るように形成されてい
る。上記樹脂レンズ3の後面と半導体レーザ素子1の前
面との距離はhであり、樹脂レンズ3の後端円3′と中
心軸X間の距離はrである。また、上記半導体レーザ素
子1の周りを被う樹脂2は、上記樹脂レンズ3の中心軸
Xを中心軸とする円柱形をなす。また、図3において、
角度ωは、上記半導体レーザ素子1が上記樹脂2内で最
大光強度のレーザ光を放射する方向である樹脂レンズ3
の中心軸X方向と、半導体レーザ素子1が上記最大光強
度の1/e2(eは自然対数の底)の光強度のレーザ光を放
射する方向とがなす角度である。上記樹脂レンズ3の後
面と半導体レーザ素子1の前面との距離hを、樹脂レン
ズ3の後端円3′と中心軸X間の距離rと上記角度ωと
の関係で、次の数1を満たすように、距離hを小さくし
ている。
【数1】h<r・(tanω)-1
【0012】したがって、図3に示すように、上記中心
軸Xとなす角度が上記角度ω以下のレーザ光の全てが、
上記半導体レーザ素子1と樹脂レンズ3との間の樹脂側
面で反射することなく、上記樹脂レンズ3に直接に入射
する。つまり、図4に示すように、一般にガウス分布を
なすレーザ光のうち、最大光強度の1/e2(eは自然対数
の底)以上の光強度のレーザ光(いわゆるレーザビーム径
内のレーザ光)の全てが、上記樹脂レンズ3に直接に入
射する。したがって、上記半導体レーザ素子1から出射
するレーザビーム径内の全部のレーザ光が上記樹脂レン
ズ3から略平行に出射する。したがって、上記出射レー
ザ光の光強度分布が一様で、光強度ムラが発生しない。
また、上記レーザビーム径内の小さなスポットに、最大
光強度の1/e2以上の光強度の全てのレーザ光を絞り込
める。なお、図2(c)のように、樹脂レンズ3で収束光
とする場合も全く同様である。
【0013】なお、図4に示すように、上記中心軸Xと
なす角度が上記角度ωよりも大きなレーザ光の光強度
は、上記中心軸付近のレーザ光の光強度に比べて非常に
小さいので、上記中心軸となす角度が上記角度ωよりも
大きなレーザ光が、樹脂レンズ3と半導体レーザ素子1
との間の樹脂2の側面で反射伝搬して樹脂レンズ3に入
射し、樹脂レンズ3の外径の外側へ放射しても、実使用
上問題となる程の光束拡散と光強度ムラは起こらなかっ
た。
【0014】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の半導
体レーザ装置は、樹脂レンズの中心軸の延長線が、半導
体レーザ素子の接合面の中央を通り、かつ上記半導体レ
ーザ素子が上記樹脂内で最大光強度のレーザ光を放射す
る上記中心軸の方向と、上記半導体レーザ素子が上記最
大光強度の1/(自然対数の底e)2の光強度のレーザ光を
放射する方向とがなす角度をωとし、上記樹脂レンズの
後端円と上記中心軸間の距離をrとしたときに、上記半
導体レーザ素子の前面と上記樹脂レンズの後面との距離
をr・(tanω)-1以下にしたので、図3に示すように、上
記中心軸となす角度が上記角度ω以下のレーザ光の全て
が、上記半導体レーザ素子と樹脂レンズとの間の樹脂側
面で反射することなく、上記樹脂レンズに直接に入射す
る。つまり、図4に示すように、一般にガウス分布をな
すレーザ光のうち、最大光強度の1/e2(eは自然対数の
底)以上の光強度のレーザ光(いわゆるレーザビーム径内
のレーザ光)の全てが、上記樹脂レンズに直接に入射す
る。したがって、上記半導体レーザ素子から出射するレ
ーザビーム径内の全部のレーザ光が上記樹脂レンズから
略平行あるいは収束して出射する。したがって、上記出
射レーザ光の光強度分布が一様で、光強度ムラが発生し
ない。また、上記レーザビーム径内の小さなスポット
に、最大光強度の1/e2以上の光強度の全てのレーザ光
を絞り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体レーザ装置の構造図である。
【図2】 上記実施例のレーザ光の光路概略図である。
【図3】 上記実施例の要部寸法を示す図である。
【図4】 半導体レーザ素子のレーザ光放射特性図であ
る。
【図5】 従来の半導体レーザ装置の構造図である。
【図6】 従来の半導体レーザ装置のレーザ光の光路概
略図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ素子 2 樹脂 3 樹脂レンズ 4 放熱器 3′ 後端円

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザ素子を、この半導体レーザ
    素子のレーザ光出射方向に樹脂レンズが形成されるよう
    に、樹脂モールドした半導体レーザ装置において、 上記樹脂レンズの中心軸の延長線が、上記半導体レーザ
    素子の接合面の中央を通り、かつ上記半導体レーザ素子
    が上記樹脂内で最大光強度のレーザ光を放射する上記中
    心軸の方向と、上記半導体レーザ素子が上記最大光強度
    の1/(自然対数の底e)2の光強度のレーザ光を放射する
    方向とがなす角度をωとし、上記樹脂レンズ後端円と上
    記中心軸間の距離をrとしたときに、上記半導体レーザ
    素子の前面と上記樹脂レンズの後面との距離をr・(tan
    ω)-1以下にしたことを特徴とする半導体レーザ装置。
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