專利名稱：半導(dǎo)體激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光裝置。尤其涉及一種具有由排列有多個(gè)發(fā)光部的陣列型半導(dǎo)體激光元件進(jìn)一步堆積多層而形成的疊層型半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，已存在由排列有多個(gè)發(fā)光部的陣列型半導(dǎo)體激光元件堆積多層形成的疊層型半導(dǎo)體激光元件。由于通過堆積多層，發(fā)光部的數(shù)目增加，因此，例如，在對(duì)這樣的半導(dǎo)體激光元件在規(guī)定位置設(shè)置由準(zhǔn)直透鏡、聚光透鏡等構(gòu)成的光學(xué)透鏡系統(tǒng)、制作半導(dǎo)體激光裝置、并將其應(yīng)用于激光加工裝置的場(chǎng)合，可實(shí)現(xiàn)高輸出而為有效。
但是，這樣的半導(dǎo)體激光裝置中，由于各發(fā)光部是密集配置的，因而各發(fā)光部出射的各個(gè)光(發(fā)散光)容易發(fā)生互相疊合。如果發(fā)生這種疊合，則不能個(gè)別取得各發(fā)光部出射的光，應(yīng)用于上述的激光加工裝置時(shí)，難以準(zhǔn)確地由聚光透鏡進(jìn)行聚光。光學(xué)透鏡的設(shè)置必須使得這樣的各個(gè)光的疊合不發(fā)生，但對(duì)疊層型半導(dǎo)體激光元件設(shè)置時(shí)，不僅有必要防止發(fā)光部排列方向上的各個(gè)光的疊合的發(fā)生，而且也有必要防止堆層方向上的各個(gè)光的疊合的發(fā)生，從而對(duì)光學(xué)透鏡的配置位置制約多，成為設(shè)計(jì)上的負(fù)擔(dān)。
此處，本發(fā)明的目的在于，提供一種對(duì)各發(fā)光部出射的各個(gè)光進(jìn)行作用的光學(xué)透鏡的配置制約少的半導(dǎo)體激光裝置。
又，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠?qū)B層型半導(dǎo)體激光元件出射的各個(gè)光互相疊合的位置向前方推延的半導(dǎo)體激光裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置的特征在于具有將沿X軸方向排列有多個(gè)發(fā)光部的陣列型半導(dǎo)體激光元件沿與X軸方向交叉的Y軸方向堆積多層而形成、同時(shí)多個(gè)發(fā)光部出射的各個(gè)光的光軸與X軸方向及Y軸方向垂直相交、并且各發(fā)光部的X軸方向間距P1與Y軸方向間距P2之間、關(guān)系式P1＜P2成立的疊層型半導(dǎo)體激光元件，對(duì)疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光在Y軸方向上進(jìn)行作用的第1光學(xué)透鏡，以及使第1光學(xué)透鏡出射的各個(gè)光以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)后出射的第2光學(xué)透鏡。
利用這樣的半導(dǎo)體激光裝置，由于疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部設(shè)計(jì)成使Y軸方向間距P2比X軸方向間距P1大，因此如果使各發(fā)光部出射的各個(gè)光在第2光學(xué)透鏡(光路變換器)作用下以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)，就能夠?qū)⒏靼l(fā)光部出射的各個(gè)光在X軸方向(旋轉(zhuǎn)后為Y軸方向)互相疊合的位置向前方推延。
又，“對(duì)光進(jìn)行作用”指的是對(duì)入射的發(fā)散光進(jìn)行準(zhǔn)直校正或聚光后出射?！癤軸方向間距”指的是對(duì)于在X軸方向鄰接的任意兩個(gè)發(fā)光部，從一方發(fā)光部的X軸方向中點(diǎn)到另一方發(fā)光部的X軸方向中點(diǎn)的X軸方向分量的距離。又，“Y軸方向間距”指的是對(duì)于在Y軸方向鄰接的任意兩個(gè)發(fā)光部，從一方發(fā)光部的Y軸方向中點(diǎn)到另一方發(fā)光部的Y軸方向中點(diǎn)的Y軸方向分量的距離(參照?qǐng)D1B)。
第2光學(xué)透鏡理想地應(yīng)使疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°后出射。
該第1光學(xué)透鏡理想地應(yīng)配置在疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光在Y軸方向相互疊合之前的位置。
又，該第1光學(xué)透鏡更理想地應(yīng)配置在這樣的位置，能使對(duì)疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光進(jìn)行作用的結(jié)果所得到的各出射光的Y軸方向分量長度比各發(fā)光部的X軸方向間距P1小。由于在第1光學(xué)透鏡的作用下入射第2光學(xué)透鏡的各入射光設(shè)定為使Y軸方向分量長度比X軸方向間距P1小，因此旋轉(zhuǎn)90°后出射的各出射光的X軸方向分量長度(旋轉(zhuǎn)前的Y軸方向分量長度)同樣比P1小，所以各個(gè)光不會(huì)發(fā)生在X軸方向上互相疊合的現(xiàn)象。
此外，半導(dǎo)體激光裝置還可設(shè)置對(duì)第2光學(xué)透鏡出射的各個(gè)光在Y軸方向上進(jìn)行作用的第3光學(xué)透鏡。通過再設(shè)置第3光學(xué)透鏡，可實(shí)現(xiàn)能出射在X軸方向、Y軸方向上俱受到作用的出射光的半導(dǎo)體激光裝置。
疊層型半導(dǎo)體激光元件中，也可在各陣列型半導(dǎo)體激光元件之間介入散熱片。由此，各陣列型半導(dǎo)體激光元件得到散熱。


圖1A是實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的總體圖。
圖1B是疊層型半導(dǎo)體激光元件的局部放大圖。
圖2A及圖2B是使用于半導(dǎo)體激光裝置的第2光學(xué)透鏡的總體圖。
圖3是顯示第1～第3光學(xué)透鏡對(duì)從疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光進(jìn)行的作用的圖。
圖4A及圖4B是顯示分別鄰接的兩個(gè)發(fā)光部出射的各個(gè)光的路徑的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置進(jìn)行說明。又，以下的說明中，對(duì)于同一或相當(dāng)部分賦予同一符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
圖1A是實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的總體圖，圖1B是疊層型半導(dǎo)體激光元件的局部放大圖。圖2A及圖2B是使用于半導(dǎo)體激光裝置的第2光學(xué)透鏡的總體圖。半導(dǎo)體激光裝置1由疊層型半導(dǎo)體激光元件2、第1～第3光學(xué)透鏡5、6、7構(gòu)成。疊層型半導(dǎo)體激光元件2是由沿X軸方向排列有多個(gè)發(fā)光部(活性層條)21a、21b、……的陣列型半導(dǎo)體激光元件3沿與X軸方向垂直相交的Y軸方向堆積多層而形成的。
本實(shí)施例中堆積有4層。
該發(fā)光部21(不個(gè)別指明時(shí)為發(fā)光部21)具有寬度相對(duì)于其厚度大的結(jié)構(gòu)，其寬度尺寸E2為100～200μm，其厚度尺寸E1為0.1～1μm。又，各發(fā)光部21以X軸方向間距P1、Y軸方向間距P2的間隔排列。P1和P2之間，成立式P1＜P2。本實(shí)施例中設(shè)定為P1＝500μm、P2＝1500μm。由P1的定義P1＜E1成立，由此E1＜P2也成立。也就是說，各發(fā)光部21的Y軸方向間距P2設(shè)定成比發(fā)光部21的X軸方向長度大。又，有關(guān)該關(guān)系式含義的內(nèi)容將在后面進(jìn)行敘述。
第1光學(xué)透鏡6對(duì)疊層型半導(dǎo)體激光元件2的各發(fā)光部21出射的各個(gè)光在Y軸方向分別使其準(zhǔn)直后出射。對(duì)各個(gè)光進(jìn)行作用的光學(xué)作用部設(shè)置在光出射面?zhèn)取Ｓ?，圖1A中，第1光學(xué)透鏡6設(shè)置成與疊層型半導(dǎo)體激光2的各發(fā)光部21分離的狀態(tài)，但也可設(shè)置為緊貼在一起。這種場(chǎng)合，具有無須考慮其配置關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)。
如圖2B所示，第2光學(xué)透鏡5的組成部分包括通過將由第1透光性材料構(gòu)成的圓柱型透鏡10相對(duì)X軸方向以45°傾斜、且相對(duì)光軸方向以垂直相交的狀態(tài)沿X軸方向排列多個(gè)而形成的2個(gè)透鏡陣列11，以及由具有與第1透光性材料不同的折射率的第2透光性材料構(gòu)成、并且將2個(gè)透鏡陣列11在相互平行排列的狀態(tài)下填埋的光學(xué)構(gòu)件12。第2光學(xué)透鏡5使第1光學(xué)透鏡6出射的各出射光以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°后出射。又，光軸方向是與X軸方向及Y軸方向垂直相交的方向。作為第2光學(xué)透鏡，如圖2B所示，也可是在光入射面及光出射面中互相平行地形成有透鏡陣列51的第2光學(xué)透鏡55。該透鏡陣列51通過由相對(duì)X軸方向以45°傾斜且與光軸方向垂直相交的透鏡沿X軸方向排列多個(gè)而形成。
第3光學(xué)透鏡7使第2光學(xué)透鏡出射的各出射光在Y軸方向上準(zhǔn)直后出射。本實(shí)施例中，與第1光學(xué)透鏡同樣，在光出射面?zhèn)仍O(shè)置有對(duì)各出射光進(jìn)行作用的光學(xué)作用部。又，這些第1～第3光學(xué)透鏡5～7可由拉拔法等制作。
圖3是顯示第1～第3光學(xué)透鏡對(duì)從疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光進(jìn)行的作用的圖。又，為了簡單起見，對(duì)于第2光學(xué)透鏡5中填埋透鏡陣列的光學(xué)構(gòu)件12，則未給予圖示。又，圖3所示的光的形狀、光截面等有可能與實(shí)際的形狀不同，但應(yīng)按照以下說明的技術(shù)內(nèi)容理解其形狀等。
發(fā)光部21a出射的光為發(fā)散光，具有在Y軸方向長的橢圓形狀的光截面50a。也就是說，來自發(fā)光部21的出射光的發(fā)散角的垂直分量(Y軸方向分量)大(50～60°)，平行分量(X軸方向分量)小(～10°)。該光在形成于第1光學(xué)透鏡6光出射側(cè)的光學(xué)作用部作用下首先在Y軸方向上使其準(zhǔn)直、以得到光截面50b。此時(shí)，該第1光學(xué)透鏡6出射的出射光由于在Y軸方向上已準(zhǔn)直，因而在Y軸方向上不發(fā)散，但在X軸方向上是發(fā)散的光。
其次，第1光學(xué)透鏡6出射的出射光在2個(gè)傾斜的圓柱型透鏡10a、10b作用下光截面的軸被旋轉(zhuǎn)90°后出射。也就是說，第1光學(xué)透鏡6出射的出射光、即在X軸方向上發(fā)散且在Y軸方向上已準(zhǔn)直的光成為在Y軸方向上發(fā)散且在X軸方向上已準(zhǔn)直的光出射。作為光截面，光截面50b經(jīng)構(gòu)成第2光學(xué)透鏡5的圓筒型透鏡10a、10b的作用變化為光截面50d。第2光學(xué)透鏡5的出射光進(jìn)一步由第3光學(xué)透鏡7在Y軸方向上使其準(zhǔn)直，其結(jié)果，得到在X軸方向、Y軸方向上俱已準(zhǔn)直的具有光截面50e的出射光。
疊層型半導(dǎo)體激光元件2中，出射受各光學(xué)透鏡5～7如上所述作用的光的發(fā)光部以多個(gè)密集的狀態(tài)排列在X軸方向上(實(shí)際上，在Y軸方向上也被堆積、形成有Y軸方向上的排列。但首先著眼于X軸方向上的排列進(jìn)行說明)。尤其是將半導(dǎo)體激光裝置1作為激光加工用的激光裝置使用的場(chǎng)合中，期望增加發(fā)光部的數(shù)目以增大其輸出。此外，在構(gòu)成將這些各個(gè)光最終聚光的聚光系統(tǒng)透鏡時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成使疊層型半導(dǎo)體激光元件2整體的X軸方向長度短為佳。
由這些點(diǎn)，如果將X軸方向間距P1設(shè)定為小，則發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光在離發(fā)光部21比較近的地方有可能在X軸方向上發(fā)生互相疊合，但由于本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1中，通過由第1光學(xué)透鏡6在Y軸方向上進(jìn)行準(zhǔn)直調(diào)整，再將該光由第2光學(xué)透鏡5旋轉(zhuǎn)90°，以出射在X軸方向上準(zhǔn)直的光，因而在X軸方向上各個(gè)光發(fā)生疊合的問題得到消除。
然而，疊層型半導(dǎo)體激光元件2中，由于在Y軸方向上也形成有發(fā)光部21的排列，因此在Y軸方向上各個(gè)光也有可能相互疊合。本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1中，設(shè)計(jì)成X軸方向間距P1＜Y軸方向間距P2，以便使其旋轉(zhuǎn)90°后的結(jié)果，各個(gè)光在Y軸方向上不互相疊合。通過這種方法，則即使在第1光學(xué)透鏡6的出射光的X軸方向分量長度發(fā)散至P1以前的位置(即，各個(gè)光在X軸方向上開始疊合的位置)上配置第2光學(xué)透鏡5，由于旋轉(zhuǎn)90°后即能收容于Y軸方向間距P2之內(nèi)，因此能防止在Y軸方向上各個(gè)光互相疊合。此外，同時(shí)也可將第3光學(xué)透鏡7的配置位置移動(dòng)至離發(fā)光部21更遠(yuǎn)的位置。
對(duì)于Y軸方向，為了將疊層型半導(dǎo)體激光元件2整體的Y軸方向長度設(shè)計(jì)為小，應(yīng)將其Y軸方向間距P2設(shè)定為小較佳(原因與P1時(shí)相同)，但如上所述，由于發(fā)光部的形狀本身具有在X軸方向上長、在Y軸方向上短的形狀，因此與此對(duì)應(yīng)地能夠?qū)B層型半導(dǎo)體激光元件2整體的Y軸方向長度本身設(shè)計(jì)為小。此外，疊層型半導(dǎo)體激光元件2可以在各層的陣列型半導(dǎo)體激光元件3之間交互介入作為散熱部件的散熱片，由于與這樣需要將Y軸方向設(shè)計(jì)得長的另一原因有關(guān)，因此在Y軸方向上隔開一定程度距離設(shè)計(jì)疊層型半導(dǎo)體激光元件2有效。
又，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1中，第1光學(xué)透鏡6配置成使其出射光的Y軸方向分量長度70比P1小。由此，在第2光學(xué)透鏡5作用下旋轉(zhuǎn)90°后，也能收容于X軸方向間距P1之內(nèi)，因此能防止在X軸方向上發(fā)生互相疊合。
圖4A及圖4B是顯示鄰接的兩個(gè)發(fā)光部出射的各個(gè)光的路由的圖。圖4A是本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1的平面截面圖，顯示了在X軸方向上鄰接的發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光的路由。圖4B是本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1的側(cè)面截面圖，顯示了在Y軸方向上鄰接的發(fā)光部21a、21c出射的各個(gè)光的路經(jīng)。圖4A中清楚地示出，各發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光發(fā)散，在第2光學(xué)透鏡5前即將在X軸方向互相疊合(即，X軸方向分量長度即將發(fā)散至P1)，但由第2光學(xué)透鏡5以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°后，變換成由第1光學(xué)透鏡6作準(zhǔn)直調(diào)整后的分量，因此在X軸方向各個(gè)光不發(fā)生互相疊合。
又，由第2光學(xué)透鏡5以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°的結(jié)果，在Y軸方向上，相反變換成X軸方向分量長度發(fā)散至P1之前的分量。然而，本實(shí)施例中，由于設(shè)定為P1(＝500μm)＜P2(＝1500μm)，因此各個(gè)光不互相疊合。如圖4B所示，由于第2光學(xué)透鏡5的各出射光疊合的位置向前推延，因此可將在X軸方向上準(zhǔn)直調(diào)整的第3光學(xué)透鏡7的配置位置向前推延。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，也可考慮各個(gè)光學(xué)透鏡5～7的厚度、在該厚度內(nèi)預(yù)計(jì)會(huì)受到的作用。
不設(shè)置第2光學(xué)透鏡5、不將光作90°旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，圖4B中，在發(fā)光部21a、21c出射的各個(gè)光不加以干涉則發(fā)生疊合的位置之前必須配置在Y軸方向上進(jìn)行準(zhǔn)直調(diào)整的光學(xué)透鏡，但判明本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1與此相比配置限制得到大幅度緩和。又，為了易于了解該效果，圖4B中示出將第3光學(xué)透鏡7配置在最遠(yuǎn)離發(fā)光部21位置上的情形。
又，不是P1＜P2的場(chǎng)合，必須將第2光學(xué)透鏡5配置在使各發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光的X軸方向分量長度比P2(≤P1)小的位置，使圖4A中發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光在旋轉(zhuǎn)90°后的結(jié)果，在Y軸方向上不互相疊合。與此相比，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置1中，可配置在使各發(fā)光部21a、21b出射的各個(gè)光的X軸方向分量長度小于P1的任意位置即可，這一點(diǎn)也判明使配置限制得到了緩和。
又，各發(fā)光部21a、21c出射的各個(gè)光由第1光學(xué)透鏡6在Y軸方向進(jìn)行準(zhǔn)直調(diào)整，如圖4B所示，由于第1光學(xué)透鏡6配置在使其出射光的Y軸方向分量長度70不超過P1的位置，因此即使在第2光學(xué)透鏡5作用下作90°旋轉(zhuǎn)后，如圖4A所示，各出射光在X軸方向上也不會(huì)互相疊合。
以上，對(duì)本發(fā)明基于其實(shí)施例進(jìn)行了具體的說明，但本發(fā)明在實(shí)施本發(fā)明時(shí)并不限定于前述實(shí)施例，其形狀、尺寸、配置、構(gòu)成等可以變更，包括符合本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的發(fā)明的所有的變更。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能提供一種對(duì)各發(fā)光部出射的光進(jìn)行作用的光學(xué)透鏡的配置限制少的半導(dǎo)體激光裝置。
又，能提供一種半導(dǎo)體激光裝置，其中采用使疊層型半導(dǎo)體激光元件出射的各個(gè)光以光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°的光路變換器，可將各個(gè)光互相疊合的位置向前推延。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于具有將沿X軸方向排列有多個(gè)發(fā)光部的陣列型半導(dǎo)體激光元件沿與所述X軸方向交叉的Y軸方向堆積多層而形成、同時(shí)所述多個(gè)發(fā)光部出射的各個(gè)光的光軸與所述X軸方向及所述Y軸方向垂直相交、且各發(fā)光部的X軸方向間距P1與所述各發(fā)光部的Y軸方向間距P2之間、關(guān)系式P1＜P2成立的疊層型半導(dǎo)體激光元件，對(duì)所述疊層型半導(dǎo)體激光元件的各發(fā)光部出射的各個(gè)光在Y軸方向上進(jìn)行作用的第1光學(xué)透鏡，以及使所述第1光學(xué)透鏡出射的各個(gè)光以所述光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)后出射的第2光學(xué)透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述第2光學(xué)透鏡使所述疊層型半導(dǎo)體激光元件的所述各發(fā)光部出射的各個(gè)光以所述光軸為中心軸旋轉(zhuǎn)90°后出射。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述第1光學(xué)透鏡配置在所述疊層型半導(dǎo)體激光元件的所述各發(fā)光部出射的各個(gè)光在所述Y軸方向上互相疊合之前。
4.如權(quán)利要求1～3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述第1光學(xué)透鏡配置在使對(duì)所述疊層型半導(dǎo)體激光元件的所述各發(fā)光部出射的各個(gè)光進(jìn)行作用的結(jié)果而得到的各出射光的Y軸方向分量長度比所述各發(fā)光部的所述X軸方向間距P1小的位置上。
5.如權(quán)利要求1～4中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，還具有對(duì)所述第2光學(xué)透鏡出射的各個(gè)光在所述Y軸方向上進(jìn)行作用的第3光學(xué)透鏡。
6.如權(quán)利要求1～5中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述疊層型半導(dǎo)體激光元件中，在所述各陣列型半導(dǎo)體激光元件之間介在有散熱片。
全文摘要
半導(dǎo)體激光裝置(1)是將沿X軸方向排列有多個(gè)發(fā)光部(21)的陣列型半導(dǎo)體激光元件(3)沿與X軸方向交叉的Y軸方向堆積多層而形成的，其特征在于具有各發(fā)光部(21)的X軸方向間距P
文檔編號(hào)H01S3/0941GK1498352SQ0280715
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者楠山泰 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社