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公開番号2025106609
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-15
出願番号2025072126,2024104697
出願日2025-04-24,2020-07-02
発明の名称半導体レーザ装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/0239 20210101AFI20250708BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体レーザ装置のインダクタンスに起因する逆起電圧がスイッチング素子の制御電圧に及ぼす影響を低減すること。
【解決手段】半導体レーザ装置1Aは、第1面を有する基板50と、第1面上に搭載された第1半導体レーザ素子10と、第1面上に搭載され、第1半導体レーザ素子10に流れる電流を制御するスイッチング素子20と、第1面上に搭載された第1コンデンサ30とを備える。第1半導体レーザ素子10は、スイッチング素子20に直列接続され、第1コンデンサ30は、第1半導体レーザ素子10及びスイッチング素子20に並列接続されている。第1面に平行な第1方向から視て、第1半導体レーザ素子10はスイッチング素子20と重なっている。第1面に平行かつ第1方向に直交する第2方向から視て、第1コンデンサ30は、第1半導体レーザ素子10及びスイッチング素子20のうちの少なくとも一つと重なっている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１面を有する基板と、
前記第１面上に搭載された第１半導体レーザ素子と、
前記第１面上に搭載され、前記第１半導体レーザ素子に流れる電流を制御するスイッチング素子と、
前記第１面上に搭載された第１コンデンサと、
を備え、
前記第１半導体レーザ素子は、前記スイッチング素子に直列接続され、
前記第１コンデンサは、前記第１半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子に並列接続され、
前記第１面に平行な第１方向から視て、前記第１半導体レーザ素子は前記スイッチング素子と重なっており、
前記第１面に平行かつ前記第１方向に直交する第２方向から視て、前記第１コンデンサは、前記第１半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも一つと重なっている、
半導体レーザ装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記基板は、第１導電部を含み、前記第１半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子は、前記第１導電部上に搭載されている、
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記基板は、前記第１導電部と離間して配置された第２導電部及び第３導電部を含み、前記第１コンデンサは、前記第２導電部及び前記第３導電部上に搭載されている、
請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
第２コンデンサをさらに備え、前記第１方向から視て、前記スイッチング素子は、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間に位置している、
請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
第２コンデンサをさらに備え、前記第１方向から視て、前記第１半導体レーザ素子は、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間に位置している、
請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、制御電極、第１駆動電極、及び第２駆動電極を有し、前記制御電極に印加される電圧に応じて前記第１半導体レーザ素子に流れる電流を制御する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１半導体レーザ素子は、互いに反対側を向く素子主面及び素子裏面を有し、
前記第１駆動電極、前記第２駆動電極、及び前記制御電極はそれぞれ、前記素子主面に形成されている、
請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１半導体レーザ素子は、互いに反対側を向く素子主面及び素子裏面を有し、
前記第２駆動電極及び前記制御電極はそれぞれ、前記素子主面に形成されており、
前記第１駆動電極は、前記素子裏面に形成されている、
請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第１半導体レーザ素子は、前記第２方向の中央部に配置されている、
請求項１～８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第２方向から視て、前記スイッチング素子の前記第１半導体レーザ素子側の端部が前記第１コンデンサと重なっている、
請求項１～９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザ装置に関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
車両等に用いられる３次元距離計測として、計測対象物に対してレーザ光を出射して、計測対象物によって反射された反射光に基づいて計測対象物までの距離を計測する技術が知られている。この技術が適用されたレーザ距離計測装置として、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）を用いたシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１２８４３２号公報
【０００４】
［概要］
ところで、ＬｉＤＡＲの光源として用いられる半導体レーザ装置は、レーザダイオードと、レーザダイオードに直列接続されたトランジスタとを備え、トランジスタのオンオフの切り替えによって、パルス幅が数十ｎｓ以下のレーザ光を出射する。パルス幅が数十ｎｓ以下である場合、レーザダイオードを流れる電流の時間変化率が高まり、半導体レーザ装置内のインダクタンスに起因する逆起電圧が増大する場合がある。そしてその逆起電圧がトランジスタのゲート電圧に影響を及ぼす場合がある。なお、このような問題は、トランジスタに限られず、他のスイッチング素子が用いられた場合も同様に、インダクタンスに起因する逆起電圧がスイッチング素子の制御電極に印加される制御電圧に影響を及ぼす場合がある。
【０００５】
本開示の目的は、インダクタンスに起因する逆起電圧がスイッチング素子の制御電圧に及ぼす影響を低減できる半導体レーザ装置を提供することにある。
本開示の一態様による半導体レーザ装置は、第１面を有する基板と、前記第１面上に搭載された第１半導体レーザ素子と、前記第１面上に搭載され、前記第１半導体レーザ素子に流れる電流を制御するスイッチング素子と、前記第１面上に搭載された第１コンデンサと、を備える。前記第１半導体レーザ素子は、前記スイッチング素子に直列接続され、前記第１コンデンサは、前記第１半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子に並列接続されている。前記第１面に平行な第１方向から視て、前記第１半導体レーザ素子は前記スイッチング素子と重なっており、前記第１面に平行かつ前記第１方向に直交する第２方向から視て、前記第１コンデンサは、前記第１半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子のうちの少なくとも一つと重なっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、第１実施形態の半導体レーザ装置が適用されたレーザシステムの模式的な回路図である。
図２は、第１実施形態の半導体レーザ装置について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３は、第１実施形態の半導体レーザ装置の裏面図である。
図４は、図２の４－４線に沿った断面図である。
図５は、図２の５－５線に沿った断面図である。
図６は、図２の６－６線に沿った断面図である。
図７は、図２の７－７線に沿った断面図である。
図８は、図２の８－８線に沿った断面図である。
図９は、第１実施形態の半導体レーザ素子の模式的な素子断面構造を示す断面図である。
図１０は、第１実施形態の半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
図１１は、比較例の半導体レーザ装置が適用されたレーザシステムの模式的な回路図である。
図１２は、比較例の半導体レーザ装置について、半導体レーザ素子に流れる電流及びスイッチング素子のゲート電極に印加される電圧の推移を示すグラフである。
図１３は、比較例の半導体レーザ装置について、寄生インダクタンスの起電圧の推移を示すグラフである。
図１４は、第１実施形態の半導体レーザ装置がレーザシステムに用いられた場合の接続構成を説明するための模式図である。
図１５は、第１実施形態の半導体レーザ装置が適用されたレーザシステムの模式的な回路図である。
図１６は、第１実施形態の半導体レーザ装置について、半導体レーザ素子に流れる電流及びスイッチング素子のゲート電極に印加される電圧の推移を示すグラフである。
図１７は、第１実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図１８は、図１７の半導体レーザ装置の裏面図である。
図１９は、第１実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図２０は、第１実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図２１は、図２０の半導体レーザ装置の半導体レーザ素子の模式的な素子断面構造を示す断面図である。
図２２は、第１実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、半導体レーザ装置の裏面図である。
図２３は、第１実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図２４は、図２３の半導体レーザ装置の裏面図である。
図２５は、図２３の２５－２５線に沿った断面図である。
図２６は、第２実施形態の半導体レーザ装置について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図２７は、図２６の半導体レーザ装置の裏面図である。
図２８は、第３実施形態の半導体レーザ装置について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図２９は、図２８の半導体レーザ装置の裏面図である。
図３０は、第３実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３１は、第３実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３２は、第３実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３３は、第４実施形態の半導体レーザ装置について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３４は、図３３の半導体レーザ装置の裏面図である。
図３５は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３６は、図３５の半導体レーザ装置の裏面図である。
図３７は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３８は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図３９は、図３８の半導体レーザ装置の裏面図である。
図４０は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図４１は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図４２は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図４３は、第４実施形態の半導体レーザ装置の変更例について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図４４は、第５実施形態の半導体レーザ装置について、封止部材を取り除き、半導体レーザ装置の内部構成を示す平面図である。
図４５は、図４４の半導体レーザ装置の裏面図である。
図４６は、第５実施形態の半導体レーザ装置がレーザシステムに用いられた場合の接続構成を説明するための模式図である。
【０００７】
［詳細な説明］
以下、半導体レーザ装置の実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであり、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の実施形態は、種々の変更を加えることができる。
【０００８】
［第１実施形態］
図１～図１６を参照して、第１実施形態の半導体レーザ装置について説明する。
（半導体レーザ装置及びレーザシステムの回路構成）
図１に示すように、図１の破線で囲まれた部分によって構成される半導体レーザ装置１Ａは、３次元距離計測の一例であるＬｉＤＡＲのパルスレーザ光源として用いられる。図１では、ＬｉＤＡＲとしてのレーザシステム１００に半導体レーザ装置１Ａが用いられた構成を示している。半導体レーザ装置１Ａは、半導体レーザ素子１０と、スイッチング素子２０と、コンデンサ３０と、複数の端子４０とを備える。図１では、半導体レーザ装置１Ａは、５個の端子４０を備える。なお、半導体レーザ装置１Ａは、２次元距離計測用のレーザシステムに用いられてもよい。また、端子４０の個数は任意に変更可能である。
【０００９】
レーザシステム１００は、電源１１０、電流制限抵抗１２０、ダイオード１３０、及びドライバ回路１４０を備える。電源１１０は、正極１１１及び負極１１２を有する電源であって、半導体レーザ素子１０に電力を供給する。電流制限抵抗１２０は、電源１１０の正極１１１と半導体レーザ素子１０との間に設けられ、電源１１０から半導体レーザ素子１０に流れる電流を制限する。ダイオード１３０は、アノード電極１３１及びカソード電極１３２を有し、半導体レーザ素子１０と逆並列接続され、半導体レーザ素子１０への逆流を防止する。図１のレーザシステム１００では、ダイオード１３０として、ショットキーバリアダイオードが用いられている。ドライバ回路１４０は、出力電極１４１及び入力電極１４２を有し、スイッチング素子２０のオンオフを制御する制御信号をスイッチング素子２０に出力する。
【００１０】
半導体レーザ素子１０は、半導体レーザ装置１Ａの光源であり、例えばパルスレーザダイオードが用いられている。半導体レーザ素子１０の材料としては、例えばＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）が用いられている。半導体レーザ素子１０は、アノード電極１１、及びカソード電極１２を備える。スイッチング素子２０は、半導体レーザ素子１０への電流をオンオフするための素子である。半導体レーザ素子１０は、例えば、発振波長が９０５ｎｍ、光出力が７５Ｗ以上、及びパルス幅が数十ｎｓ以下の仕様のものが用いられている。好ましくは、半導体レーザ素子１０は、光出力が１５０Ｗ以上、及びパルス幅が１０ｎｓ以下の仕様のものが用いられる。さらに好ましくは、半導体レーザ素子１０は、パルス幅が５ｎｓ以下の仕様のものが用いられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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