JPH02177583A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH02177583A JPH02177583A JP33369388A JP33369388A JPH02177583A JP H02177583 A JPH02177583 A JP H02177583A JP 33369388 A JP33369388 A JP 33369388A JP 33369388 A JP33369388 A JP 33369388A JP H02177583 A JPH02177583 A JP H02177583A
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- heat sink
- laser element
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体レーザ装置に関し、特に高出力動作が可
能な半導体レーザ装置に関する。
能な半導体レーザ装置に関する。
（従来の技術）
半導体レーザ素子を１００ｍＷ以上の高出力で動作させ
るために、複数本のレーザ発襲ストライプを並べたレー
ザアレイや、レーザ発振領域のストライプ播を広げたブ
ロードエリアレーザの研究が盛んに行われている。この
ような高出力半導体レーザ素子１よ、ＹＡＧレーザ等の
固体レーザの励起光源として使用されたり、非線形光学
材料から第２高調波を発生させるための光源として使用
されている０本発明者等は高出力半導体レーザ素子の一
例として第３図に示すように複数のＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈ
ａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｎｅｒ ５
ｔｒｉｐｅ）レーザを同一基板上に並置したレーザ素子
を報善している（Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ５８
（７）、 １０ｃｔｏｂｅｒ １９８５）。
るために、複数本のレーザ発襲ストライプを並べたレー
ザアレイや、レーザ発振領域のストライプ播を広げたブ
ロードエリアレーザの研究が盛んに行われている。この
ような高出力半導体レーザ素子１よ、ＹＡＧレーザ等の
固体レーザの励起光源として使用されたり、非線形光学
材料から第２高調波を発生させるための光源として使用
されている０本発明者等は高出力半導体レーザ素子の一
例として第３図に示すように複数のＶＳＩＳ（Ｖ−ｃｈ
ａｎｎｅｌｅｄ ５ｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｎｅｒ ５
ｔｒｉｐｅ）レーザを同一基板上に並置したレーザ素子
を報善している（Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ５８
（７）、 １０ｃｔｏｂｅｒ １９８５）。
この高出力半導体レーザ素子は次のようにして製造され
る。先ず、ｐ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−Ａ １ ＠、Ｉ
Ｇ ａｌ、ｇＡ Ｓ電流狭窄層２を液相エピタキシャル
法により成長させる。電流狭窄層２の表面から基板１に
達する複数の溝３の列をフォトリソグラフィと化学エツ
チングによって形成する。液晶エピタキシャル法によっ
て、ｐ−Ａｌ１，３３Ｇ ａｓ、ａｔＡ Ｓクラッド層
４を成長させ、溝３の列を平坦に埋め込み、その上にｐ
Ａ１９６＠Ｇ ａ ＠、ｇ２Ａ ｓ活性層５、ｎ
−Ａ Ｉ ９，３３Ｇ ａ ｍ、ｓｔＡＳクラッド層６
及びｎ −Ｇ ａ Ａ ｓキャップ層７を成長させる。
る。先ず、ｐ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−Ａ １ ＠、Ｉ
Ｇ ａｌ、ｇＡ Ｓ電流狭窄層２を液相エピタキシャル
法により成長させる。電流狭窄層２の表面から基板１に
達する複数の溝３の列をフォトリソグラフィと化学エツ
チングによって形成する。液晶エピタキシャル法によっ
て、ｐ−Ａｌ１，３３Ｇ ａｓ、ａｔＡ Ｓクラッド層
４を成長させ、溝３の列を平坦に埋め込み、その上にｐ
Ａ１９６＠Ｇ ａ ＠、ｇ２Ａ ｓ活性層５、ｎ
−Ａ Ｉ ９，３３Ｇ ａ ｍ、ｓｔＡＳクラッド層６
及びｎ −Ｇ ａ Ａ ｓキャップ層７を成長させる。
ｐ−ＧａＡｓ基板１の表面にｎ側電極８を、ｎ−ＧａＡ
ｓキャップ層７の表面にｎ側電極９を設ける。璧開によ
って互いに平行な１対の反射面を形成し、半導体レーザ
素子Ａ（共振器長２５０μｍ）を得る。
ｓキャップ層７の表面にｎ側電極９を設ける。璧開によ
って互いに平行な１対の反射面を形成し、半導体レーザ
素子Ａ（共振器長２５０μｍ）を得る。
このようにして形成された半導体レーザ素子Ａの動作を
説明する。ｎ側電極８とｎ側電極９との間に電圧を印加
すると溝３の列から活性層５に電流が注入され、レーザ
発振が生じる。このように、複数列の溝３によって活性
層５に対する電流注入が行われるので、活性層５を伝搬
する導波光は溝３の列に対応して広がって分布し、活性
層５に於ける光密度が低減されている。また、谷溝３に
対応する導波光が互いに一定の位相関係で同期発振する
ので、高出力まで安定したレーザ発振が得られる。
説明する。ｎ側電極８とｎ側電極９との間に電圧を印加
すると溝３の列から活性層５に電流が注入され、レーザ
発振が生じる。このように、複数列の溝３によって活性
層５に対する電流注入が行われるので、活性層５を伝搬
する導波光は溝３の列に対応して広がって分布し、活性
層５に於ける光密度が低減されている。また、谷溝３に
対応する導波光が互いに一定の位相関係で同期発振する
ので、高出力まで安定したレーザ発振が得られる。
このような半導体レーザ素子Ａでは、通常の単一スドラ
イブレーザに比べて注入電流がかなり多いために、連続
動作させると発生する熱量が多くなり、高注入状態では
光出力が飽和したり、高温動作が不可能になる。従って
、例示の素子のような高出力レーザに於いては、注入電
流によって発生した熱を効率よく放熱することが重要な
課題である。
イブレーザに比べて注入電流がかなり多いために、連続
動作させると発生する熱量が多くなり、高注入状態では
光出力が飽和したり、高温動作が不可能になる。従って
、例示の素子のような高出力レーザに於いては、注入電
流によって発生した熱を効率よく放熱することが重要な
課題である。
このため、従来に於いては、第３図に示すように、半導
体レーザ素子Ａを予め電極１１が表面に形成されている
Ｃｕヒートシンク１０上にＩｎハンダ材１２によって熱
融着することが行われている。第３図の半導体レーザ装
置では、レーザ素子Ａの活性層５に近い結晶成長表面を
ヒートシンク１０に融着するジャンクションダウンマウ
ント法が採用されている。この構成では、レーザ素子Ａ
の活性層５及びその近傍で発生した非発光再結合による
熱の内、ヒートシンク１０側に流れたものはヒートシン
ク１０に効率良く吸収され、放熱は良好に行われる。し
かし、基板１側に流れた熱については、基板１の熱伝導
率がヒートシンク１０に比較して小さいため、放熱の効
率は悪い、尚、図中の矢印は熱の流れを示している。
体レーザ素子Ａを予め電極１１が表面に形成されている
Ｃｕヒートシンク１０上にＩｎハンダ材１２によって熱
融着することが行われている。第３図の半導体レーザ装
置では、レーザ素子Ａの活性層５に近い結晶成長表面を
ヒートシンク１０に融着するジャンクションダウンマウ
ント法が採用されている。この構成では、レーザ素子Ａ
の活性層５及びその近傍で発生した非発光再結合による
熱の内、ヒートシンク１０側に流れたものはヒートシン
ク１０に効率良く吸収され、放熱は良好に行われる。し
かし、基板１側に流れた熱については、基板１の熱伝導
率がヒートシンク１０に比較して小さいため、放熱の効
率は悪い、尚、図中の矢印は熱の流れを示している。
また、注入電流が多い場合には、レーザ素子の抵抗に起
因するジュール熱が問題になる。上述のレーザ素子Ａに
於いて幅４μｍの？１１３を５μｍの周期で１０本形成
した場合（即ち、１０本の発振ストライブを構成する場
合）の、注入電流に対する光出力、無効電力、及び注入
電力（光出力と無効電力との和）の変化の様子を第４図
に示す、無効電力の内の素子抵抗によるジュール熱の注
入電流に対する変化も第４図に示されている。第４図か
ら明らかなように、ジュール熱は電流の増大に対してそ
の自乗の割合で急激に増大する０例えば、電流が０．７
Ａであれば、光出力が０． ３６Ｗ、無効電力が１．１
６Ｗであるのに対して、素子抵抗によるジュール熱は０
．４Ｗにもなる。また、このような構成に於けるレーザ
素子Ａの最大光出力は０．７Ｗである。
因するジュール熱が問題になる。上述のレーザ素子Ａに
於いて幅４μｍの？１１３を５μｍの周期で１０本形成
した場合（即ち、１０本の発振ストライブを構成する場
合）の、注入電流に対する光出力、無効電力、及び注入
電力（光出力と無効電力との和）の変化の様子を第４図
に示す、無効電力の内の素子抵抗によるジュール熱の注
入電流に対する変化も第４図に示されている。第４図か
ら明らかなように、ジュール熱は電流の増大に対してそ
の自乗の割合で急激に増大する０例えば、電流が０．７
Ａであれば、光出力が０． ３６Ｗ、無効電力が１．１
６Ｗであるのに対して、素子抵抗によるジュール熱は０
．４Ｗにもなる。また、このような構成に於けるレーザ
素子Ａの最大光出力は０．７Ｗである。
（発明が解決しようとする課題）
素子抵抗としては、成長層側の抵抗だけではなく、基板
の抵抗も考慮しなければならない、成長層の厚さに比べ
て基板は厚いので、基板の抵抗は比較的大きなものにな
る。基板の抵抗に起因して基板側で生じた熱は、空気中
へは放散し難い、従って、その熱によって、レーザ素子
の活性層及びその近傍の温度が上昇し、レーザ素子の特
性が悪化する。
の抵抗も考慮しなければならない、成長層の厚さに比べ
て基板は厚いので、基板の抵抗は比較的大きなものにな
る。基板の抵抗に起因して基板側で生じた熱は、空気中
へは放散し難い、従って、その熱によって、レーザ素子
の活性層及びその近傍の温度が上昇し、レーザ素子の特
性が悪化する。
本発明は、半導体レーザ素子で発生した熱を効率よく放
熱させることができ、従ってレーザ素子を高出力で動作
させても素子の温度上昇が小さく、特性の悪化を防止す
ることのできる半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
熱させることができ、従ってレーザ素子を高出力で動作
させても素子の温度上昇が小さく、特性の悪化を防止す
ることのできる半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
（課題を解決するための手段）
本発明の半導体レーザ装置は、ヒートシンクと、一方の
表面が該ヒートシンクに取り付けられた半導体レーザ素
子と、該半導体レーザ素子の他方の表面に取り付けられ
た他のヒートシンクとを備えており、そのことにより上
記目的が達成される。
表面が該ヒートシンクに取り付けられた半導体レーザ素
子と、該半導体レーザ素子の他方の表面に取り付けられ
た他のヒートシンクとを備えており、そのことにより上
記目的が達成される。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記半導体レーザ
素子の他方の表面に凹所が形成されており、前記他のヒ
ートシンクが該凹所に適合した凸部を有している構成と
することもできる。
素子の他方の表面に凹所が形成されており、前記他のヒ
ートシンクが該凹所に適合した凸部を有している構成と
することもできる。
（作用）
本発明の半導体レーザ装置に於いては、半導体レーザ素
子の活性層及びその近傍で発生した熱は、成長層側に取
り付けられた一方のヒートシンクと基板側に取り付けら
れた他方のヒートシンクとの両方によって吸収される。
子の活性層及びその近傍で発生した熱は、成長層側に取
り付けられた一方のヒートシンクと基板側に取り付けら
れた他方のヒートシンクとの両方によって吸収される。
更に、基板抵抗に基づいて発生した熱は該他方のヒート
シンクによって吸収される。従って、半導体レーザ素子
の温度上昇が低減され、出力特性が改善され、高出力動
作が可能となる。
シンクによって吸収される。従って、半導体レーザ素子
の温度上昇が低減され、出力特性が改善され、高出力動
作が可能となる。
（実施例）
本発明を実施例について以下に説明する。
第１図に本発明の一実施例を示す４本実施例は、前述の
第３図に示す従来例と同様の構造の半導体レーザ素子Ａ
を用いている０本実施例の作製手順を説明する。先ず、
半導体レーザ素子Ａを前述と同様の工程で作製した。た
だし、基板１の厚さは化学エツチングによって７０μｍ
とした。尚、渭３は従来例と同じく５μｍの周期で１０
本形成した。直方体状のＣｕヒートシンク２１（福５０
０Ｂ ｍ Ｘ ＪＪ行５００μｍＸ高さ２００μｍ）の
底面に電極２２を形成し、この電極２２と素子Ａの基板
側の電極８とをＩｎハンダ材２３を介して熱融、着した
。その後、素子Ａの結晶成長層側の電極９とＣｕヒート
シンク１０のｔａｌｌとをＩｎハンダ材１２を介して熱
融着して本実施例装置を得た。
第３図に示す従来例と同様の構造の半導体レーザ素子Ａ
を用いている０本実施例の作製手順を説明する。先ず、
半導体レーザ素子Ａを前述と同様の工程で作製した。た
だし、基板１の厚さは化学エツチングによって７０μｍ
とした。尚、渭３は従来例と同じく５μｍの周期で１０
本形成した。直方体状のＣｕヒートシンク２１（福５０
０Ｂ ｍ Ｘ ＪＪ行５００μｍＸ高さ２００μｍ）の
底面に電極２２を形成し、この電極２２と素子Ａの基板
側の電極８とをＩｎハンダ材２３を介して熱融、着した
。その後、素子Ａの結晶成長層側の電極９とＣｕヒート
シンク１０のｔａｌｌとをＩｎハンダ材１２を介して熱
融着して本実施例装置を得た。
本実施例に於いて、レーザ素子Ａに電流を注入して最大
光出力を測定したところ、１．０Ｗであり、従来例に於
ける０、７Ｗに比べて大きく向上したものであった。更
に、高温雰囲気中（５０℃）で光出力を２００ｍＷとし
て、前述の従来例と本実施例とに対して信頼性試験を行
った。従来例に於ける素子は約３００時間で発振を停止
したのに対して、本実施例に於ける素子は約１０００時
間以上安定して発振した。
光出力を測定したところ、１．０Ｗであり、従来例に於
ける０、７Ｗに比べて大きく向上したものであった。更
に、高温雰囲気中（５０℃）で光出力を２００ｍＷとし
て、前述の従来例と本実施例とに対して信頼性試験を行
った。従来例に於ける素子は約３００時間で発振を停止
したのに対して、本実施例に於ける素子は約１０００時
間以上安定して発振した。
尚、基板１が薄い程、放熱効果が増大し、しかも基板で
発生するジュール熱は減少するので、基板１の厚さは上
述のように出来るだけ薄い方が好ましい。
発生するジュール熱は減少するので、基板１の厚さは上
述のように出来るだけ薄い方が好ましい。
第２図に本発明の他の実施例を示す０本実施例では、レ
ーザ素子Ｂの基板１には、レーザ発振方向に両出射端面
間を沿伸する溝状の逆台形断面の凹所１３（幅１００μ
ｍ×深さ４０μｍ）を化学エツチングによって形成した
。素子Ｂの基板側の電極８に熱融着されているヒートシ
ンク２４には、凹所１３に対応した形状を有する、すな
わち凹所１３に嵌合する凸部２５を設けた。従って、レ
ーザ素子Ｂの電［８はヒートシンク２４の電極２２にＩ
ｎハンダ材２３を介して全面的に熱融着した。
ーザ素子Ｂの基板１には、レーザ発振方向に両出射端面
間を沿伸する溝状の逆台形断面の凹所１３（幅１００μ
ｍ×深さ４０μｍ）を化学エツチングによって形成した
。素子Ｂの基板側の電極８に熱融着されているヒートシ
ンク２４には、凹所１３に対応した形状を有する、すな
わち凹所１３に嵌合する凸部２５を設けた。従って、レ
ーザ素子Ｂの電［８はヒートシンク２４の電極２２にＩ
ｎハンダ材２３を介して全面的に熱融着した。
本実施例では、レーザ素子Ｂのレーザストライプからヒ
ートシンク２４迄の距離は３０μｍと短いので、半導体
レーザ素子の活性領域で発生した熱はより効率良くヒー
トシンク２４に吸収される。
ートシンク２４迄の距離は３０μｍと短いので、半導体
レーザ素子の活性領域で発生した熱はより効率良くヒー
トシンク２４に吸収される。
更に、活性領域近傍の基板１の厚さが小さくされている
ので、基板抵抗が減少し、それに応じて発熱も減少する
。従って、第１図の実施例よりも高出力で動作可能であ
る０本実施例では、レーザ素子Ｂの最大光出力は１．２
Ｗであり、５０℃、２００ｍＷに於ける信頼性試験では
約２０００時間以上安定して発振した。
ので、基板抵抗が減少し、それに応じて発熱も減少する
。従って、第１図の実施例よりも高出力で動作可能であ
る０本実施例では、レーザ素子Ｂの最大光出力は１．２
Ｗであり、５０℃、２００ｍＷに於ける信頼性試験では
約２０００時間以上安定して発振した。
凹所１３はレーザ素子の出射端面近傍にのみ設けるよう
にすることもできる。或いは、凹所１３は、基板１表面
の中央領域のみに形成されたものであってもよい、これ
らの場合には、ヒートシンク２４の凸部２５の形状は該
凹所の形状に適合したものとされるのは当然である。ま
た、凹所１３は基板１に形成したが、素子の成長層側に
凹所を形成するようにしてもよい、この場合には、レー
ザ素子は第２図に示すレーザ素子の上下関係を逆にして
配設される。
にすることもできる。或いは、凹所１３は、基板１表面
の中央領域のみに形成されたものであってもよい、これ
らの場合には、ヒートシンク２４の凸部２５の形状は該
凹所の形状に適合したものとされるのは当然である。ま
た、凹所１３は基板１に形成したが、素子の成長層側に
凹所を形成するようにしてもよい、この場合には、レー
ザ素子は第２図に示すレーザ素子の上下関係を逆にして
配設される。
前述の各実施例の装置では、半導体レーザ素子としては
ＶＳＩＳ構造のレーザアレイを用いているが、他の導波
構造のレーザアレイを用いることもできる。また、単一
発振スドライブを有するレーザ素子を用いてもよい。
ＶＳＩＳ構造のレーザアレイを用いているが、他の導波
構造のレーザアレイを用いることもできる。また、単一
発振スドライブを有するレーザ素子を用いてもよい。
（発明の効果）
本発明の半導体レーザ装置は、このように、半導体レー
ザ素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる
。従って、半導体レーザ索子の温度上昇が小さく、レー
ザ素子の特性の悪化を防止することができ、高出力で動
作させることができる。
ザ素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる
。従って、半導体レーザ索子の温度上昇が小さく、レー
ザ素子の特性の悪化を防止することができ、高出力で動
作させることができる。
、・ ゝｔ；８
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第３図は従来例の断面図
、第４図はその従来例の出力特性を示すグラフである。
明の他の実施例を示す断面図、第３図は従来例の断面図
、第４図はその従来例の出力特性を示すグラフである。
Ａ、Ｂ・・・半導体レーザ素子、１０．２１．２４・・
・ヒートシンク、１３・・・凹所、２５・・・凸部。
・ヒートシンク、１３・・・凹所、２５・・・凸部。
以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ヒートシンクと、一方の表面が該ヒートシンクに取
り付けられた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子
の他方の表面に取り付けられた他のヒートシンクとを備
えた半導体レーザ装置。 ２、前記半導体レーザ素子の他方の表面に凹所が形成さ
れており、前記他のヒートシンクが該凹所に適合した凸
部を有している請求項１に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33369388A JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33369388A JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02177583A true JPH02177583A (ja) | 1990-07-10 |
Family
ID=18268910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33369388A Pending JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02177583A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| US5454002A (en) * | 1994-04-28 | 1995-09-26 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | High temperature semiconductor diode laser |
| US5835515A (en) * | 1996-10-25 | 1998-11-10 | Lucent Technologies Inc. | High power semiconductor laser array |
| GB2373636A (en) * | 2000-11-29 | 2002-09-25 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light emitting device with two heat sinks in contact with each other |
| US8031751B2 (en) | 2007-09-21 | 2011-10-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor laser device |
-
1988
- 1988-12-28 JP JP33369388A patent/JPH02177583A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| US5454002A (en) * | 1994-04-28 | 1995-09-26 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | High temperature semiconductor diode laser |
| US5629097A (en) * | 1994-04-28 | 1997-05-13 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Apparatus for fabricating semiconductor lasers |
| US5776794A (en) * | 1994-04-28 | 1998-07-07 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Method for fabricating semiconductor laser |
| US5835515A (en) * | 1996-10-25 | 1998-11-10 | Lucent Technologies Inc. | High power semiconductor laser array |
| GB2373636A (en) * | 2000-11-29 | 2002-09-25 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light emitting device with two heat sinks in contact with each other |
| GB2373636B (en) * | 2000-11-29 | 2004-09-08 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light emitting device with two heat sinks in contact with each other |
| US6791181B2 (en) | 2000-11-29 | 2004-09-14 | Mitsubishi Chemical Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US8031751B2 (en) | 2007-09-21 | 2011-10-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor laser device |
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