专利名称：半导体激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有半导体激光元件的半导体激光装置。尤其涉及一种具有由排列有多个发光部的阵列型半导体激光元件进一步堆积多层而形成的叠层型半导体激光元件的半导体激光装置。
背景技术：
现有技术中，已存在由排列有多个发光部的阵列型半导体激光元件堆积多层形成的叠层型半导体激光元件。由于通过堆积多层，发光部的数目增加，因此，例如，在对这样的半导体激光元件在规定位置设置由准直透镜、聚光透镜等构成的光学透镜系统、制作半导体激光装置、并将其应用于激光加工装置的场合，可实现高输出而为有效。
但是，这样的半导体激光装置中，由于各发光部是密集配置的，因而各发光部出射的各个光(发散光)容易发生互相叠合。如果发生这种叠合，则不能个别取得各发光部出射的光，应用于上述的激光加工装置时，难以准确地由聚光透镜进行聚光。光学透镜的设置必须使得这样的各个光的叠合不发生，但对叠层型半导体激光元件设置时，不仅有必要防止发光部排列方向上的各个光的叠合的发生，而且也有必要防止堆层方向上的各个光的叠合的发生，从而对光学透镜的配置位置制约多，成为设计上的负担。
此处，本发明的目的在于，提供一种对各发光部出射的各个光进行作用的光学透镜的配置制约少的半导体激光装置。
又，本发明的另一目的在于，提供一种能够将叠层型半导体激光元件出射的各个光互相叠合的位置向前方推延的半导体激光装置。
发明内容
为达成上述目的，本发明的半导体激光装置的特征在于具有将沿X轴方向排列有多个发光部的阵列型半导体激光元件沿与X轴方向交叉的Y轴方向堆积多层而形成、同时多个发光部出射的各个光的光轴与X轴方向及Y轴方向垂直相交、并且各发光部的X轴方向间距P1与Y轴方向间距P2之间、关系式P1＜P2成立的叠层型半导体激光元件，对叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光在Y轴方向上进行作用的第1光学透镜，以及使第1光学透镜出射的各个光以光轴为中心轴旋转后出射的第2光学透镜。
利用这样的半导体激光装置，由于叠层型半导体激光元件的各发光部设计成使Y轴方向间距P2比X轴方向间距P1大，因此如果使各发光部出射的各个光在第2光学透镜(光路变换器)作用下以光轴为中心轴旋转，就能够将各发光部出射的各个光在X轴方向(旋转后为Y轴方向)互相叠合的位置向前方推延。
又，“对光进行作用”指的是对入射的发散光进行准直校正或聚光后出射。“X轴方向间距”指的是对于在X轴方向邻接的任意两个发光部，从一方发光部的X轴方向中点到另一方发光部的X轴方向中点的X轴方向分量的距离。又，“Y轴方向间距”指的是对于在Y轴方向邻接的任意两个发光部，从一方发光部的Y轴方向中点到另一方发光部的Y轴方向中点的Y轴方向分量的距离(参照图1B)。
第2光学透镜理想地应使叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光以光轴为中心轴旋转90°后出射。
该第1光学透镜理想地应配置在叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光在Y轴方向相互叠合之前的位置。
又，该第1光学透镜更理想地应配置在这样的位置，能使对叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光进行作用的结果所得到的各出射光的Y轴方向分量长度比各发光部的X轴方向间距P1小。由于在第1光学透镜的作用下入射第2光学透镜的各入射光设定为使Y轴方向分量长度比X轴方向间距P1小，因此旋转90°后出射的各出射光的X轴方向分量长度(旋转前的Y轴方向分量长度)同样比P1小，所以各个光不会发生在X轴方向上互相叠合的现象。
此外，半导体激光装置还可设置对第2光学透镜出射的各个光在Y轴方向上进行作用的第3光学透镜。通过再设置第3光学透镜，可实现能出射在X轴方向、Y轴方向上俱受到作用的出射光的半导体激光装置。
叠层型半导体激光元件中，也可在各阵列型半导体激光元件之间介入散热片。由此，各阵列型半导体激光元件得到散热。
图1A是实施例的半导体激光装置的总体图。
图1B是叠层型半导体激光元件的局部放大图。
图2A及图2B是使用于半导体激光装置的第2光学透镜的总体图。
图3是显示第1～第3光学透镜对从叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光进行的作用的图。
图4A及图4B是显示分别邻接的两个发光部出射的各个光的路径的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，对本发明实施例的半导体激光装置进行说明。又，以下的说明中，对于同一或相当部分赋予同一符号，并省略重复的说明。
图1A是实施例的半导体激光装置的总体图，图1B是叠层型半导体激光元件的局部放大图。图2A及图2B是使用于半导体激光装置的第2光学透镜的总体图。半导体激光装置1由叠层型半导体激光元件2、第1～第3光学透镜5、6、7构成。叠层型半导体激光元件2是由沿X轴方向排列有多个发光部(活性层条)21a、21b、……的阵列型半导体激光元件3沿与X轴方向垂直相交的Y轴方向堆积多层而形成的。
本实施例中堆积有4层。
该发光部21(不个别指明时为发光部21)具有宽度相对于其厚度大的结构，其宽度尺寸E2为100～200μm，其厚度尺寸E1为0.1～1μm。又，各发光部21以X轴方向间距P1、Y轴方向间距P2的间隔排列。P1和P2之间，成立式P1＜P2。本实施例中设定为P1＝500μm、P2＝1500μm。由P1的定义P1＜E1成立，由此E1＜P2也成立。也就是说，各发光部21的Y轴方向间距P2设定成比发光部21的X轴方向长度大。又，有关该关系式含义的内容将在后面进行叙述。
第1光学透镜6对叠层型半导体激光元件2的各发光部21出射的各个光在Y轴方向分别使其准直后出射。对各个光进行作用的光学作用部设置在光出射面侧。又，图1A中，第1光学透镜6设置成与叠层型半导体激光2的各发光部21分离的状态，但也可设置为紧贴在一起。这种场合，具有无须考虑其配置关系的优点。
如图2B所示，第2光学透镜5的组成部分包括通过将由第1透光性材料构成的圆柱型透镜10相对X轴方向以45°倾斜、且相对光轴方向以垂直相交的状态沿X轴方向排列多个而形成的2个透镜阵列11，以及由具有与第1透光性材料不同的折射率的第2透光性材料构成、并且将2个透镜阵列11在相互平行排列的状态下填埋的光学构件12。第2光学透镜5使第1光学透镜6出射的各出射光以光轴为中心轴旋转90°后出射。又，光轴方向是与X轴方向及Y轴方向垂直相交的方向。作为第2光学透镜，如图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镜阵列51的第2光学透镜55。该透镜阵列51通过由相对X轴方向以45°倾斜且与光轴方向垂直相交的透镜沿X轴方向排列多个而形成。
第3光学透镜7使第2光学透镜出射的各出射光在Y轴方向上准直后出射。本实施例中，与第1光学透镜同样，在光出射面侧设置有对各出射光进行作用的光学作用部。又，这些第1～第3光学透镜5～7可由拉拔法等制作。
图3是显示第1～第3光学透镜对从叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光进行的作用的图。又，为了简单起见，对于第2光学透镜5中填埋透镜阵列的光学构件12，则未给予图示。又，图3所示的光的形状、光截面等有可能与实际的形状不同，但应按照以下说明的技术内容理解其形状等。
发光部21a出射的光为发散光，具有在Y轴方向长的椭圆形状的光截面50a。也就是说，来自发光部21的出射光的发散角的垂直分量(Y轴方向分量)大(50～60°)，平行分量(X轴方向分量)小(～10°)。该光在形成于第1光学透镜6光出射侧的光学作用部作用下首先在Y轴方向上使其准直、以得到光截面50b。此时，该第1光学透镜6出射的出射光由于在Y轴方向上已准直，因而在Y轴方向上不发散，但在X轴方向上是发散的光。
其次，第1光学透镜6出射的出射光在2个倾斜的圆柱型透镜10a、10b作用下光截面的轴被旋转90°后出射。也就是说，第1光学透镜6出射的出射光、即在X轴方向上发散且在Y轴方向上已准直的光成为在Y轴方向上发散且在X轴方向上已准直的光出射。作为光截面，光截面50b经构成第2光学透镜5的圆筒型透镜10a、10b的作用变化为光截面50d。第2光学透镜5的出射光进一步由第3光学透镜7在Y轴方向上使其准直，其结果，得到在X轴方向、Y轴方向上俱已准直的具有光截面50e的出射光。
叠层型半导体激光元件2中，出射受各光学透镜5～7如上所述作用的光的发光部以多个密集的状态排列在X轴方向上(实际上，在Y轴方向上也被堆积、形成有Y轴方向上的排列。但首先着眼于X轴方向上的排列进行说明)。尤其是将半导体激光装置1作为激光加工用的激光装置使用的场合中，期望增加发光部的数目以增大其输出。此外，在构成将这些各个光最终聚光的聚光系统透镜时，应设计成使叠层型半导体激光元件2整体的X轴方向长度短为佳。
由这些点，如果将X轴方向间距P1设定为小，则发光部21a、21b出射的各个光在离发光部21比较近的地方有可能在X轴方向上发生互相叠合，但由于本实施例的半导体激光装置1中，通过由第1光学透镜6在Y轴方向上进行准直调整，再将该光由第2光学透镜5旋转90°，以出射在X轴方向上准直的光，因而在X轴方向上各个光发生叠合的问题得到消除。
然而，叠层型半导体激光元件2中，由于在Y轴方向上也形成有发光部21的排列，因此在Y轴方向上各个光也有可能相互叠合。本实施例的半导体激光装置1中，设计成X轴方向间距P1＜Y轴方向间距P2，以便使其旋转90°后的结果，各个光在Y轴方向上不互相叠合。通过这种方法，则即使在第1光学透镜6的出射光的X轴方向分量长度发散至P1以前的位置(即，各个光在X轴方向上开始叠合的位置)上配置第2光学透镜5，由于旋转90°后即能收容于Y轴方向间距P2之内，因此能防止在Y轴方向上各个光互相叠合。此外，同时也可将第3光学透镜7的配置位置移动至离发光部21更远的位置。
对于Y轴方向，为了将叠层型半导体激光元件2整体的Y轴方向长度设计为小，应将其Y轴方向间距P2设定为小较佳(原因与P1时相同)，但如上所述，由于发光部的形状本身具有在X轴方向上长、在Y轴方向上短的形状，因此与此对应地能够将叠层型半导体激光元件2整体的Y轴方向长度本身设计为小。此外，叠层型半导体激光元件2可以在各层的阵列型半导体激光元件3之间交互介入作为散热部件的散热片，由于与这样需要将Y轴方向设计得长的另一原因有关，因此在Y轴方向上隔开一定程度距离设计叠层型半导体激光元件2有效。
又，本实施例的半导体激光装置1中，第1光学透镜6配置成使其出射光的Y轴方向分量长度70比P1小。由此，在第2光学透镜5作用下旋转90°后，也能收容于X轴方向间距P1之内，因此能防止在X轴方向上发生互相叠合。
图4A及图4B是显示邻接的两个发光部出射的各个光的路由的图。图4A是本实施例的半导体激光装置1的平面截面图，显示了在X轴方向上邻接的发光部21a、21b出射的各个光的路由。图4B是本实施例的半导体激光装置1的侧面截面图，显示了在Y轴方向上邻接的发光部21a、21c出射的各个光的路经。图4A中清楚地示出，各发光部21a、21b出射的各个光发散，在第2光学透镜5前即将在X轴方向互相叠合(即，X轴方向分量长度即将发散至P1)，但由第2光学透镜5以光轴为中心轴旋转90°后，变换成由第1光学透镜6作准直调整后的分量，因此在X轴方向各个光不发生互相叠合。
又，由第2光学透镜5以光轴为中心轴旋转90°的结果，在Y轴方向上，相反变换成X轴方向分量长度发散至P1之前的分量。然而，本实施例中，由于设定为P1(＝500μm)＜P2(＝1500μm)，因此各个光不互相叠合。如图4B所示，由于第2光学透镜5的各出射光叠合的位置向前推延，因此可将在X轴方向上准直调整的第3光学透镜7的配置位置向前推延。此外，在实际设计时，也可考虑各个光学透镜5～7的厚度、在该厚度内预计会受到的作用。
不设置第2光学透镜5、不将光作90°旋转的场合，图4B中，在发光部21a、21c出射的各个光不加以干涉则发生叠合的位置之前必须配置在Y轴方向上进行准直调整的光学透镜，但判明本实施例的半导体激光装置1与此相比配置限制得到大幅度缓和。又，为了易于了解该效果，图4B中示出将第3光学透镜7配置在最远离发光部21位置上的情形。
又，不是P1＜P2的场合，必须将第2光学透镜5配置在使各发光部21a、21b出射的各个光的X轴方向分量长度比P2(≤P1)小的位置，使图4A中发光部21a、21b出射的各个光在旋转90°后的结果，在Y轴方向上不互相叠合。与此相比，本实施例的半导体激光装置1中，可配置在使各发光部21a、21b出射的各个光的X轴方向分量长度小于P1的任意位置即可，这一点也判明使配置限制得到了缓和。
又，各发光部21a、21c出射的各个光由第1光学透镜6在Y轴方向进行准直调整，如图4B所示，由于第1光学透镜6配置在使其出射光的Y轴方向分量长度70不超过P1的位置，因此即使在第2光学透镜5作用下作90°旋转后，如图4A所示，各出射光在X轴方向上也不会互相叠合。
以上，对本发明基于其实施例进行了具体的说明，但本发明在实施本发明时并不限定于前述实施例，其形状、尺寸、配置、构成等可以变更，包括符合本发明权利要求范围内的发明的所有的变更。
产业上的可利用性本发明能提供一种对各发光部出射的光进行作用的光学透镜的配置限制少的半导体激光装置。
又，能提供一种半导体激光装置，其中采用使叠层型半导体激光元件出射的各个光以光轴为中心轴旋转90°的光路变换器，可将各个光互相叠合的位置向前推延。
权利要求
1.一种半导体激光装置，其特征在于具有将沿X轴方向排列有多个发光部的阵列型半导体激光元件沿与所述X轴方向交叉的Y轴方向堆积多层而形成、同时所述多个发光部出射的各个光的光轴与所述X轴方向及所述Y轴方向垂直相交、且各发光部的X轴方向间距P1与所述各发光部的Y轴方向间距P2之间、关系式P1＜P2成立的叠层型半导体激光元件，对所述叠层型半导体激光元件的各发光部出射的各个光在Y轴方向上进行作用的第1光学透镜，以及使所述第1光学透镜出射的各个光以所述光轴为中心轴旋转后出射的第2光学透镜。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第2光学透镜使所述叠层型半导体激光元件的所述各发光部出射的各个光以所述光轴为中心轴旋转90°后出射。
3.如权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第1光学透镜配置在所述叠层型半导体激光元件的所述各发光部出射的各个光在所述Y轴方向上互相叠合之前。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第1光学透镜配置在使对所述叠层型半导体激光元件的所述各发光部出射的各个光进行作用的结果而得到的各出射光的Y轴方向分量长度比所述各发光部的所述X轴方向间距P1小的位置上。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的半导体激光装置，其特征在于，还具有对所述第2光学透镜出射的各个光在所述Y轴方向上进行作用的第3光学透镜。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的半导体激光装置，其特征在于，所述叠层型半导体激光元件中，在所述各阵列型半导体激光元件之间介在有散热片。
全文摘要
半导体激光装置(1)是将沿X轴方向排列有多个发光部(21)的阵列型半导体激光元件(3)沿与X轴方向交叉的Y轴方向堆积多层而形成的，其特征在于具有各发光部(21)的X轴方向间距P
文档编号H01S3/0941GK1498352SQ0280715
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月26日 优先权日2001年3月26日
发明者楠山泰 申请人:浜松光子学株式会社