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JP2009290066A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

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JP2009290066A
JP2009290066A JP2008142456A JP2008142456A JP2009290066A JP 2009290066 A JP2009290066 A JP 2009290066A JP 2008142456 A JP2008142456 A JP 2008142456A JP 2008142456 A JP2008142456 A JP 2008142456A JP 2009290066 A JP2009290066 A JP 2009290066A
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部 靖 服
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Abstract

【課題】半導体発光素子ばかりでなく、この半導体発光素子を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することのできる半導体発光装置を提供すること可能にする。
【解決手段】半導体レーザ素子2と、半導体レーザ素子の出射端面と表面が部分的に接し半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝達する透明材料層12と、半導体レーザ素子の出射端面と透明材料層との間の隙間に設けられた透明な液状のポリマー13と、を備えている。
【選択図】図1
It is possible to provide a semiconductor light emitting device capable of preventing not only a semiconductor light emitting element but also a reduction in reliability of a package on which the semiconductor light emitting element is mounted.
A semiconductor laser element, a transparent material layer for transmitting a laser beam emitted from the semiconductor laser element, a surface of which is partially in contact with a surface of the semiconductor laser element, and a transparent material of the semiconductor laser element. And a transparent liquid polymer 13 provided in a gap between the layers.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

半導体発光素子は、広く表示装置、照明装置、記録装置等に用いられている。特に、誘導放出を用いた半導体レーザダイオード(LD)は記録装置等に用いられている。半導体レーザは高効率で高出力が得られるために、電気を光に変換する素子として用いることができる。特に、短波長レーザ光を発生する半導体レーザは、この短波長レーザ光による蛍光体の励起により、より長波長な蛍光体を発光させることが可能である。この応用として青と黄色の蛍光体を波長が405nmのレーザ光で励起して白色発光装置を構成することができる。また、蛍光体をCRTのように配置し、波長が405nmのレーザ光に変調をかけつつ蛍光体をラスタースキャンすることにより映像を表示することができる。いずれの場合も高出力で半導体レーザを駆動することが必要である。   Semiconductor light emitting elements are widely used in display devices, lighting devices, recording devices, and the like. In particular, semiconductor laser diodes (LD) using stimulated emission are used in recording devices and the like. Since a semiconductor laser can obtain high output with high efficiency, it can be used as an element for converting electricity into light. In particular, a semiconductor laser that generates short-wavelength laser light can emit a longer-wavelength phosphor by exciting the phosphor with the short-wavelength laser light. As this application, a white light emitting device can be configured by exciting blue and yellow phosphors with a laser beam having a wavelength of 405 nm. Further, an image can be displayed by arranging the phosphor like a CRT and raster-scanning the phosphor while modulating the laser beam having a wavelength of 405 nm. In either case, it is necessary to drive the semiconductor laser with high output.

一般に半導体レーザは、光出射端面の劣化や光学的な損傷を防止するために、上記出射端面に誘電体膜からなるコート膜が形成されている。しかし、半導体レーザが高出力で駆動されている場合、この半導体レーザから発せられる高出力のレーザ光によって空間のガスが電離される。そして、電離されたガスが空間中の微粒子を、光が最も強いレーザの端面へ引き寄せることにより、半導体レーザが劣化し、信頼性が低下するという問題があった。   In general, in a semiconductor laser, a coating film made of a dielectric film is formed on the emission end face in order to prevent deterioration of the light emission end face and optical damage. However, when the semiconductor laser is driven at a high output, gas in the space is ionized by the high output laser light emitted from the semiconductor laser. The ionized gas attracts the fine particles in the space to the end face of the laser having the strongest light, so that there is a problem that the semiconductor laser is deteriorated and reliability is lowered.

また、半導体レーザのパッケージはこれまでCAN型で内部には窒素や乾燥空気で封入されている。405nm程度の青紫色レーザ光を発生する半導体レーザがパッケージに封入されている場合には、レーザの高出力時に、レーザ光により雰囲気中の有機物を分解し、シロキサン系有機物を形成するため、特性が低下し、信頼性が低下するという問題があった。また、内部のガスの電離と残留不純物との反応が生じてレーザの光出射端面に炭素、珪素、または酸素からなる汚染物質が付着し、レーザ発振閾値が高くなるとともに、レーザの出力が低下する。   Further, the package of the semiconductor laser has so far been a CAN type, and the inside thereof is sealed with nitrogen or dry air. When a semiconductor laser that generates a blue-violet laser beam of about 405 nm is enclosed in a package, the organic matter in the atmosphere is decomposed by the laser beam to form a siloxane-based organic matter when the laser output is high. There is a problem that the reliability is lowered. In addition, the reaction between the ionization of the internal gas and residual impurities occurs, and contaminants composed of carbon, silicon, or oxygen adhere to the laser light emitting end face, increasing the laser oscillation threshold and decreasing the laser output. .

このように、半導体発光素子の信頼性の向上だけにとどまらず、半導体発光素子を実装するパッケージも含めた信頼性が必要となる。   Thus, not only the improvement of the reliability of the semiconductor light emitting device but also the reliability including the package for mounting the semiconductor light emitting device is required.

しかし、半導体発光素子ばかりでなく、この半導体発光素子を実装するパッケージの信頼性の低下を防止する技術は現在までのところ、知られていない。   However, a technology for preventing a decrease in reliability of not only a semiconductor light emitting element but also a package on which the semiconductor light emitting element is mounted has not been known so far.

本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、半導体発光素子ばかりでなく、この半導体発光素子を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することのできる半導体発光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a semiconductor light-emitting device capable of preventing a decrease in reliability of not only a semiconductor light-emitting element but also a package on which the semiconductor light-emitting element is mounted. Objective.

本発明の第1の態様による半導体発光装置は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面と表面が部分的に接し前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝達する透明材料層と、前記半導体レーザ素子の出射端面と前記透明材料層との間の隙間に設けられた透明な液状のポリマーと、を備えていることを特徴とする。   A semiconductor light emitting device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor laser element, a transparent material layer that transmits a laser beam emitted from the semiconductor laser element, the output end face of the semiconductor laser element being in partial contact with the surface, And a transparent liquid polymer provided in a gap between the emission end face of the semiconductor laser element and the transparent material layer.

また、本発明の第2の態様による半導体発光装置は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面と表面が部分的に接し前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝達する透明材料層と、前記半導体レーザ素子の出射端面と前記透明材料層との間の隙間に設けられた透明な固形状の無機ポリマーと、を備えていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor laser element; and a transparent material layer that transmits a laser beam emitted from the semiconductor laser element, with the emission end face of the semiconductor laser element partially in contact with the surface. And a transparent solid inorganic polymer provided in a gap between the emission end face of the semiconductor laser element and the transparent material layer.

本発明によれば、半導体発光素子ばかりでなく、この半導体発光素子を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することのできる半導体発光装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor light-emitting device which can prevent the fall of the reliability of the package which mounts not only a semiconductor light-emitting element but this semiconductor light-emitting element can be provided.

本発明の実施形態を以下に図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による半導体発光装置を図1に示す。本実施形態の半導体発光装置1は、半導体レーザ素子である半導体レーザ2を備え、この半導体レーザ2の下面がヒートシンク10に接するように設けられている。この半導体レーザ2は、対向する一対の側面(出射端面)からレーザ光3を出射する。半導体レーザ2の上面には電源に接続するための電極4が設けられている。電極4が半導体レーザ2の一方の電極(例えば、p側電極)に接続され、ヒートシンク10が半導体レーザ2の他方の(例えば、n側電極)に接続されている。すなわち、ヒートシンク10は導電性の材料から形成され、引き出し電極を兼ねている。また、ヒートシンク10上には、レーザ光3が出射される半導体レーザ2の出射端面にそれぞれ接するように一対の透明材料層12がヒートシンク10上に設けられている。この透明材料層12は、例えばガラスまたは誘電体結晶から形成され、出射端面から出射されたレーザ光3が透過する。レーザ光3が透過する方向の透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっている。
(First embodiment)
A semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. The semiconductor light emitting device 1 of this embodiment includes a semiconductor laser 2 that is a semiconductor laser element, and is provided so that the lower surface of the semiconductor laser 2 is in contact with the heat sink 10. The semiconductor laser 2 emits laser light 3 from a pair of opposing side surfaces (emission end surfaces). An electrode 4 for connecting to a power source is provided on the upper surface of the semiconductor laser 2. The electrode 4 is connected to one electrode (for example, p-side electrode) of the semiconductor laser 2, and the heat sink 10 is connected to the other (for example, n-side electrode) of the semiconductor laser 2. That is, the heat sink 10 is made of a conductive material and also serves as a lead electrode. A pair of transparent material layers 12 are provided on the heat sink 10 so as to be in contact with the emission end face of the semiconductor laser 2 from which the laser light 3 is emitted. The transparent material layer 12 is formed of, for example, glass or a dielectric crystal, and transmits the laser light 3 emitted from the emission end face. The layer thickness of the transparent material layer 12 in the direction in which the laser beam 3 is transmitted is relatively thick, for example, 50 μm or more.

本実施形態においては、半導体レーザ2の出射端面と透明材料層12とは接するように設けられているが、接している面のそれぞれには凹凸があるため、接している面間には部分的に隙間があり、完全に密着している状態でない。すなわち、半導体レーザ2の出射端面と透明材料層12とは部分的に接している状態となっている。本実施形態においては、これらの隙間に、透明な液状のポリマー13が充填されている。この液状のポリマー13はフッ素を含んでいることが好ましい。このように、半導体レーザ2の出射端面は透明材料層12または液状のポリマーで覆われているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、出射端面に汚染物質等が付着するのを防止することが可能となり、半導体レーザ2ばかりでなく、この半導体レーザ2を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することができる。なお、液状のポリマー13が側面から漏れでないように、半導体レーザ2および透明材料層12の側面には、図示しない防止層が設けられている。なお、液状のポリマー13の代わりに、上記隙間に液状の無機ポリマーを充填し、焼成してもよい。この場合は、上記防止層は不要となる。なお、焼成された無機ポリマーは透明であり、レーザ光が透過する。   In the present embodiment, the emitting end face of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 are provided so as to be in contact with each other. However, since each of the contacting surfaces has irregularities, there is a partial gap between the contacting surfaces. There is a gap between them and it is not in a state of being completely in close contact. That is, the emission end face of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 are in partial contact. In the present embodiment, these gaps are filled with a transparent liquid polymer 13. The liquid polymer 13 preferably contains fluorine. As described above, since the emission end face of the semiconductor laser 2 is covered with the transparent material layer 12 or the liquid polymer, even if the semiconductor laser 2 is driven at a high output, contaminants and the like adhere to the emission end face. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the reliability of not only the semiconductor laser 2 but also the package on which the semiconductor laser 2 is mounted. In addition, a prevention layer (not shown) is provided on the side surfaces of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 so that the liquid polymer 13 does not leak from the side surfaces. Instead of the liquid polymer 13, the gap may be filled with a liquid inorganic polymer and fired. In this case, the prevention layer is not necessary. Note that the baked inorganic polymer is transparent and transmits laser light.

また、本実施形態においては、上述したように透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面においては、レーザ光3の単位面積当たりのエネルギーは、半導体レーザ2の出射端面におけるレーザ光3の単位面積当たりのエネルギーよりもかなり低い。このため、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面には汚染物質等はほとんど付着しない。   In the present embodiment, as described above, the thickness of the transparent material layer 12 is relatively thick, for example, 50 μm or more. Therefore, even if the semiconductor laser 2 is driven at a high output, the laser beam 3 is not emitted. On the surface of the transparent material layer 12 emitted to the outside, the energy per unit area of the laser beam 3 is considerably lower than the energy per unit area of the laser beam 3 on the emission end face of the semiconductor laser 2. For this reason, contaminants and the like hardly adhere to the surface of the transparent material layer 12 from which the laser light 3 is emitted.

なお、液状のポリマー13は安定である必要があり、例えばフロリナートのような安定な液体、すなわちフッ素系の不活性液体を用いることができる。この場合、液体は表面張力により狭い隙間に入れることが難しいので、100μm以上の隙間を半導体レーザ2と透明材料層12との間を開けて設置した後、半導体レーザ2の出射端面方向へ透明材料層12を近づけて設置する方法が望ましい。本実施形態においては、フロリナートの屈折率が半導体の屈折率に比べ充分低く、半導体レーザ2を構成する反射鏡の反射率が15%程度有るので、反射率制御は必要なく、出射端面に多層膜のコーティングを行っていない。   The liquid polymer 13 needs to be stable. For example, a stable liquid such as fluorinate, that is, a fluorine-based inert liquid can be used. In this case, since it is difficult to put the liquid in a narrow gap due to the surface tension, a transparent material is arranged in the direction of the emission end face of the semiconductor laser 2 after a gap of 100 μm or more is placed between the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12. A method of placing the layers 12 close to each other is desirable. In this embodiment, since the refractive index of Fluorinert is sufficiently lower than the refractive index of the semiconductor and the reflectance of the reflecting mirror constituting the semiconductor laser 2 is about 15%, the reflectance control is not necessary, and the multilayer film is formed on the emission end face. The coating is not performed.

半導体レーザ素子2の一具体例を図2に示す。この具体例の半導体レーザ素子2は、GaN基板101と、MgがドープされたAl0.05Ga0.95Nからなる層厚が10nmのn型クラッド層102と、SiがドープされたGaNからなる層厚が100nmのn型ガイド層103と、In0.2Ga0.8N/In0.03Ga0.97Nの多重量子井戸構造を有する活性層104と、GaNからなるアンドープの層厚が0.1μmのガイド層105と、MgがドープされたAl0.2Ga0.8Nからなる層厚が10nmのp型オーバーフロー防止層106と、MgがドープされたAl0.05Ga0.95Nからなる層厚が600nmのp型クラッド層107と、MgがドープされたGaNからなる層厚が0.2μmのp型コンタクト層108と、p側電極109とがこの順序で積層され、かつn型クラッド層102と反対側のGaN基板101の面にn側電極110が設けられた構成を有している。なお、p型クラッド層107およびp型コンタクト層108は、電流狭窄,横方向光閉じ込め用のメサを構成し、これらの側面には、ZrOからなるパッシベーション絶縁膜112が形成されている。 A specific example of the semiconductor laser element 2 is shown in FIG. The semiconductor laser device 2 of this specific example is composed of a GaN substrate 101, an n-type cladding layer 102 made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with Mg and a layer thickness of 10 nm, and GaN doped with Si. An n-type guide layer 103 having a layer thickness of 100 nm, an active layer 104 having a multiple quantum well structure of In 0.2 Ga 0.8 N / In 0.03 Ga 0.97 N, and an undoped layer made of GaN A guide layer 105 having a thickness of 0.1 μm, a p-type overflow prevention layer 106 having a thickness of 10 nm made of Mg 0.2 doped Al 0.2 Ga 0.8 N, and Mg 0.05 doped Al 0.05 Ga 0.95 layer thickness and p-type cladding layer 107 of 600nm composed of N, and Mg layer thickness of 0.2μm which is made of doped GaN p-type contact layer 108, p-side electrode 109 There has a configuration in which n-side electrode 110 is provided on the opposite side of the GaN substrate 101 are stacked in this order, and the n-type cladding layer 102. The p-type cladding layer 107 and the p-type contact layer 108 constitute a mesa for current confinement and lateral light confinement, and a passivation insulating film 112 made of ZrO 2 is formed on these side surfaces.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による半導体発光装置を図3に示す。本実施形態の半導体発光装置1は、半導体レーザ2を有し、この半導体レーザ2の下面がヒートシンク10に接するように設けられている。この半導体レーザ2は、半導体レーザ素子2aと、この半導体レーザ素子2aの対向する一対の出射端面側の一方の側面に設けられた誘電体からなる高反射膜2bと、一対の出射端面側の他方の側面に設けられた誘電体からなる低反射膜2cとを備えている。なお、高反射膜2bおよび低反射膜2cは、単層または多層構造であってもよい。半導体レーザ素子2aは、第1実施形態の半導体レーザ2の半導体レーザ素子と同じ構成となっている。したがって、高反射膜2bおよび低反射膜2cのそれぞれの、半導体レーザ素子2aと反対側の面が半導体レーザ2の出射端面となり、この出射端面からレーザ光3が出射される。なお、本実施形態においては、高反射膜2bは、反射率が例えば95%であり、低反射膜2cの反射率は10%となっている。高反射膜2bおよび低反射膜2cと半導体レーザ素子2aとの間の反射率は空気と半導体レーザ素子2aとの間の反射率よりも低く、透明材料層12と半導体レーザ素子2aとの間の反射率よりも高いことが望ましい。半導体レーザ素子2aの上面には電源に接続するための電極4が設けられている。電極4が半導体レーザ素子2aの一方の電極(例えば、p側電極)に接続され、ヒートシンク10が半導体レーザ素子2aの他方の(例えば、n側電極)に接続されている。すなわち、ヒートシンク10は導電性の材料から形成され、引き出し電極を兼ねている。また、ヒートシンク10上には、レーザ光3が出射される半導体レーザ2の出射端面にそれぞれ部分的に接するように一対の透明材料層12がヒートシンク10上に設けられている。この透明材料層12は、例えばガラスまたは誘電体結晶から形成され、出射端面から出射されたレーザ光3が透過する。レーザ光3が透過する方向の透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっている。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 3 shows a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor light emitting device 1 of this embodiment has a semiconductor laser 2 and is provided so that the lower surface of the semiconductor laser 2 is in contact with the heat sink 10. The semiconductor laser 2 includes a semiconductor laser element 2a, a highly reflective film 2b made of a dielectric provided on one side of the pair of emission end faces facing the semiconductor laser element 2a, and the other of the pair of emission end faces. And a low-reflection film 2c made of a dielectric material provided on the side surface. The high reflection film 2b and the low reflection film 2c may have a single layer or a multilayer structure. The semiconductor laser element 2a has the same configuration as the semiconductor laser element of the semiconductor laser 2 of the first embodiment. Therefore, the surfaces of the high reflection film 2b and the low reflection film 2c opposite to the semiconductor laser element 2a serve as the emission end face of the semiconductor laser 2, and the laser beam 3 is emitted from the emission end face. In the present embodiment, the high reflection film 2b has a reflectance of, for example, 95%, and the low reflection film 2c has a reflectance of 10%. The reflectivity between the high reflection film 2b and the low reflection film 2c and the semiconductor laser element 2a is lower than the reflectivity between air and the semiconductor laser element 2a, and is between the transparent material layer 12 and the semiconductor laser element 2a. Desirably higher than reflectivity. An electrode 4 for connecting to a power source is provided on the upper surface of the semiconductor laser element 2a. The electrode 4 is connected to one electrode (for example, p-side electrode) of the semiconductor laser element 2a, and the heat sink 10 is connected to the other (for example, n-side electrode) of the semiconductor laser element 2a. That is, the heat sink 10 is made of a conductive material and also serves as a lead electrode. On the heat sink 10, a pair of transparent material layers 12 are provided on the heat sink 10 so as to partially contact the emission end face of the semiconductor laser 2 from which the laser light 3 is emitted. The transparent material layer 12 is formed of, for example, glass or a dielectric crystal, and transmits the laser light 3 emitted from the emission end face. The layer thickness of the transparent material layer 12 in the direction in which the laser beam 3 is transmitted is relatively thick, for example, 50 μm or more.

第1実施形態で説明したように、半導体レーザ2の出射端面と透明材料層12とは部分的に接しているので、その間には隙間が生じる。本実施形態においては、この隙間に透明な無機ポリマー14を充填する。具体的には金属アルコキシドのゾルゲル法によりSrTiOを焼成により形成することができる。もしくはTiOを用いることができる。この場合でも焼成が必要であり300℃程度加熱で無機ポリマーを形成し、透明材料層12と半導体レーザ2との間の部分的な隙間を埋めることが可能となる。このため、第2実施形態も、第1実施形態と同様に、半導体レーザ2の出射端面は透明材料層12または無機ポリマー14で覆われているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、出射端面に汚染物質等が付着するのを防止することが可能となり、半導体レーザ2ばかりでなく、この半導体レーザ2を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することができる。また、第2実施形態においては、上述したように透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面においては、レーザ光3の単位面積当たりのエネルギーは、半導体レーザ2の出射端面におけるレーザ光3の単位面積当たりのエネルギーよりもかなり低い。このため、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面には汚染物質等はほとんど付着しない。なお、本実施形態においては、無機ポリマー14は半導体発光素子2の上面にも設けられている。また、無機ポリマー14の代わりに、液状のポリマーを用いてもよい。 As described in the first embodiment, since the emission end face of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 are partially in contact with each other, a gap is generated between them. In the present embodiment, the gap is filled with a transparent inorganic polymer 14. Specifically, SrTiO 3 can be formed by firing using a metal alkoxide sol-gel method. Alternatively, TiO 2 can be used. Even in this case, firing is necessary, and it is possible to form an inorganic polymer by heating at about 300 ° C., and to fill a partial gap between the transparent material layer 12 and the semiconductor laser 2. For this reason, also in the second embodiment, since the emission end face of the semiconductor laser 2 is covered with the transparent material layer 12 or the inorganic polymer 14 as in the first embodiment, the semiconductor laser 2 is driven at a high output. In addition, it is possible to prevent contaminants and the like from adhering to the emission end face, and it is possible to prevent the reliability of not only the semiconductor laser 2 but also the package on which the semiconductor laser 2 is mounted. In the second embodiment, as described above, the thickness of the transparent material layer 12 is relatively thick, for example, 50 μm or more. Therefore, even if the semiconductor laser 2 is driven at a high output, the laser beam 3 On the surface of the transparent material layer 12 where the laser beam 3 is emitted to the outside, the energy per unit area of the laser beam 3 is considerably lower than the energy per unit area of the laser beam 3 at the emission end face of the semiconductor laser 2. For this reason, contaminants and the like hardly adhere to the surface of the transparent material layer 12 from which the laser light 3 is emitted. In the present embodiment, the inorganic polymer 14 is also provided on the upper surface of the semiconductor light emitting element 2. Further, a liquid polymer may be used instead of the inorganic polymer 14.

なお、本実施形態においてはSrTiO、TiOともに屈折率が半導体の屈折率とほぼ等しいので、半導体レーザ2を構成する反射鏡の反射率が10%程度以上になるように多層膜コーティングによる反射率制御が必要となる。このため、本実施形態においては、SiNとSiOからなる多層膜コーティングを施した。 In this embodiment, since the refractive index of both SrTiO 3 and TiO 2 is almost equal to the refractive index of the semiconductor, the reflection by the multilayer coating is performed so that the reflectance of the reflecting mirror constituting the semiconductor laser 2 is about 10% or more. Rate control is required. For this reason, in this embodiment, a multilayer coating made of SiN and SiO 2 is applied.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による半導体発光装置を図4および図5を参照して説明する。図4および図5は、本実施形態の半導体発光装置の断面図および平面図である。本実施形態の半導体発光装置1は、半導体レーザ2を有し、この半導体レーザ2の下面がヒートシンク10に接するように設けられている。この半導体レーザ2は、半導体レーザ素子2aと、この半導体レーザ素子2aの対向する一対の側面の一方に設けられた誘電体からなる高反射膜2bと、他方の側面に設けられた誘電体からなる低反射膜2cとを備え、低反射膜2cの半導体レーザ素子2aと反対側の面からレーザ光3が出射され、この面が出射端面となる。高反射膜2bおよび低反射膜2cは、単層または多層構造であってもよい。なお、本実施形態においては、高反射膜2bは、反射率が例えば95%であり、低反射膜2cの反射率は10%となっている。高反射膜2bおよび低反射膜2cと半導体レーザ素子2aとの間の反射率は空気と半導体レーザ素子2aとの間の反射率よりも低く、透明材料層12と半導体レーザ素子2aとの間の反射率よりも高いことが望ましい。半導体レーザ素子2aの上面には電源に接続するための電極4が設けられている。電極4が半導体レーザ素子2aの一方の電極(例えば、p側電極)に接続され、ヒートシンク10が半導体レーザ素子2aの他方の(例えば、n側電極)に接続されている。すなわち、ヒートシンク10は導電性の材料から形成され、引き出し電極を兼ねている。また、ヒートシンク10上には、レーザ光3が出射される半導体レーザ2の出射端面に部分的に接するように透明材料層12がヒートシンク10上に設けられている。この透明材料層12は、例えばガラスまたは誘電体結晶から形成され、出射端面から出射されたレーザ光3が透過する。レーザ光3が透過する方向の透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっている。
(Third embodiment)
Next, a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are a cross-sectional view and a plan view of the semiconductor light-emitting device of this embodiment. The semiconductor light emitting device 1 of this embodiment has a semiconductor laser 2 and is provided so that the lower surface of the semiconductor laser 2 is in contact with the heat sink 10. The semiconductor laser 2 includes a semiconductor laser element 2a, a highly reflective film 2b made of a dielectric provided on one of a pair of opposing side faces of the semiconductor laser element 2a, and a dielectric provided on the other side. The low-reflection film 2c is provided, and the laser light 3 is emitted from the surface of the low-reflection film 2c opposite to the semiconductor laser element 2a, and this surface becomes the emission end face. The high reflection film 2b and the low reflection film 2c may have a single layer or a multilayer structure. In the present embodiment, the high reflection film 2b has a reflectance of, for example, 95%, and the low reflection film 2c has a reflectance of 10%. The reflectivity between the high reflection film 2b and the low reflection film 2c and the semiconductor laser element 2a is lower than the reflectivity between air and the semiconductor laser element 2a, and is between the transparent material layer 12 and the semiconductor laser element 2a. Desirably higher than reflectivity. An electrode 4 for connecting to a power source is provided on the upper surface of the semiconductor laser element 2a. The electrode 4 is connected to one electrode (for example, p-side electrode) of the semiconductor laser element 2a, and the heat sink 10 is connected to the other (for example, n-side electrode) of the semiconductor laser element 2a. That is, the heat sink 10 is made of a conductive material and also serves as a lead electrode. On the heat sink 10, a transparent material layer 12 is provided on the heat sink 10 so as to partially contact the emission end face of the semiconductor laser 2 from which the laser beam 3 is emitted. The transparent material layer 12 is formed of, for example, glass or a dielectric crystal, and transmits the laser light 3 emitted from the emission end face. The layer thickness of the transparent material layer 12 in the direction in which the laser beam 3 is transmitted is relatively thick, for example, 50 μm or more.

第1実施形態で説明したように、半導体レーザ2の出射端面と透明材料層12とは部分的に接しているので、その間には隙間が生じる。本実施形態においては、第2実施形態と同様に、上記隙間に透明な無機ポリマー14を充填する。具体的には金属アルコキシドのゾルゲル法によりSrTiOを焼成により形成することができる。もしくはTiOを用いることができる。この場合でも焼成が必要であり300℃程度加熱で無機ポリマーを形成し、透明材料層12と半導体レーザ2との間を埋めることが可能となる。このため、第2実施形態も、第1実施形態と同様に、半導体レーザ2の出射端面は透明材料層12または無機ポリマー14で覆われているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、出射端面に汚染物質等が付着するのを防止することが可能となり、半導体レーザ2ばかりでなく、この半導体レーザ2を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することができる。なお、無機ポリマー14の代わりに液状のポリマーを用いてもよい。この場合は、液状のポリマーが側面から漏れ出ないように、半導体レーザ2および透明材料層12の側面に防止層を設ける必要がある。 As described in the first embodiment, since the emission end face of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 are partially in contact with each other, a gap is generated between them. In the present embodiment, as in the second embodiment, the gap is filled with a transparent inorganic polymer 14. Specifically, SrTiO 3 can be formed by firing using a metal alkoxide sol-gel method. Alternatively, TiO 2 can be used. Even in this case, firing is necessary, and it is possible to fill the gap between the transparent material layer 12 and the semiconductor laser 2 by forming an inorganic polymer by heating at about 300 ° C. For this reason, also in the second embodiment, since the emission end face of the semiconductor laser 2 is covered with the transparent material layer 12 or the inorganic polymer 14 as in the first embodiment, the semiconductor laser 2 is driven at a high output. In addition, it is possible to prevent contaminants and the like from adhering to the emission end face, and it is possible to prevent the reliability of not only the semiconductor laser 2 but also the package on which the semiconductor laser 2 is mounted. A liquid polymer may be used instead of the inorganic polymer 14. In this case, it is necessary to provide a prevention layer on the side surfaces of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 so that the liquid polymer does not leak from the side surfaces.

また、第3実施形態においては、上述したように透明材料層12の層厚は比較的厚く、例えば50μm以上となっているので、半導体レーザ2が高出力で駆動されていても、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面においては、レーザ光3の単位面積当たりのエネルギーは、半導体レーザ2の出射端面に端面におけるレーザ光3の単位面積当たりのエネルギーよりもかなり低い。このため、レーザ光3が外部に出射される透明材料層12の表面には汚染物質等はほとんど付着しない。   In the third embodiment, since the transparent material layer 12 is relatively thick as described above, for example, 50 μm or more, even if the semiconductor laser 2 is driven at a high output, the laser beam 3 On the surface of the transparent material layer 12 from which the laser beam 3 is emitted to the outside, the energy per unit area of the laser beam 3 is considerably lower than the energy per unit area of the laser beam 3 at the end surface of the semiconductor laser 2. For this reason, contaminants and the like hardly adhere to the surface of the transparent material layer 12 from which the laser light 3 is emitted.

また、本実施形態にいては、高反射膜2bに対して共振器2aと反対側のヒートシンク10上には、光検出器16、ヒートシンク18が、この順序で設けられている。高反射膜2bを介して出力された半導体レーザ2のレーザ光は、光検出器16によって検出され、この検出値に基づいて、半導体レーザ2から発生する光の量が調整される。なお、高反射膜2bを介して出力された半導体レーザ2のレーザ光は、低反射膜2cを介して出力された半導体レーザ2のレーザ光よりも、弱いレーザ光となっている。   In the present embodiment, the photodetector 16 and the heat sink 18 are provided in this order on the heat sink 10 on the side opposite to the resonator 2a with respect to the highly reflective film 2b. The laser beam of the semiconductor laser 2 output through the highly reflective film 2b is detected by the photodetector 16, and the amount of light generated from the semiconductor laser 2 is adjusted based on this detection value. The laser beam of the semiconductor laser 2 output through the high reflection film 2b is weaker than the laser beam of the semiconductor laser 2 output through the low reflection film 2c.

また、共振器2aの出射端面とほぼ直交する一対の側面の一方の側面の側には、外部の電源と電気的に接続するためのリード20aが設けられている。そして、このリード20aは、半導体レーザ素子2aの一方の電極4とボンディングワイヤ22を介して電気的に接続される。また、ヒートシンク18と電気的に接続される、すなわち、ヒートシンク18および10を介して半導体レーザ素子2aの他方の電極(図示せず)と電気的に接続されるリード20bが設けられ、このリード20bも外部の電源に接続される。光検出器16はボンディングワイヤ24を介して電気的に接続されるリード20cが設けられ、このリードも外部の電源に接続される。なお、本実施形態においては、光検出器16と高反射膜2bとの間には隙間が設けられており、この隙間には無機ポリマー14が埋め込まれている。   A lead 20a for electrical connection with an external power source is provided on one side of the pair of side faces that are substantially orthogonal to the emission end face of the resonator 2a. The lead 20a is electrically connected to one electrode 4 of the semiconductor laser element 2a through a bonding wire 22. Further, a lead 20b that is electrically connected to the heat sink 18, that is, electrically connected to the other electrode (not shown) of the semiconductor laser element 2a via the heat sinks 18 and 10, is provided. Is also connected to an external power source. The photodetector 16 is provided with a lead 20c electrically connected through a bonding wire 24, and this lead is also connected to an external power source. In the present embodiment, a gap is provided between the photodetector 16 and the highly reflective film 2b, and the inorganic polymer 14 is embedded in this gap.

上述したように、高反射膜2bを介して出力された半導体レーザ2のレーザ光は、低反射膜2cを介して出力された半導体レーザ2のレーザ光よりも、弱いので、光検出器16と高反射膜2bとは部分的に接していてもよい。この場合は、光検出器16と高反射膜2bとの間の隙間に無機ポリマーが充填される。なお、無機ポリマー14の代わりに液状のポリマーを用いてもよい。この場合は、液状のポリマーが側面から漏れ出ないように、光検出器16および高反射膜2bの側面に防止層を設ける必要がある。   As described above, the laser light of the semiconductor laser 2 output through the high reflection film 2b is weaker than the laser light of the semiconductor laser 2 output through the low reflection film 2c. The high reflection film 2b may be partially in contact. In this case, an inorganic polymer is filled in the gap between the photodetector 16 and the highly reflective film 2b. A liquid polymer may be used instead of the inorganic polymer 14. In this case, it is necessary to provide a prevention layer on the side surfaces of the photodetector 16 and the highly reflective film 2b so that the liquid polymer does not leak from the side surfaces.

次に、第2または第3実施形態において、半導体レーザ2の出射端面と透明材料層12とが部分的に接触し、その間の隙間に透明な無機ポリマー14を充填する方法を図6乃至図8を参照して説明する。   Next, in the second or third embodiment, a method of filling the transparent inorganic polymer 14 in the gap between the emission end face of the semiconductor laser 2 and the transparent material layer 12 is shown in FIGS. Will be described with reference to FIG.

まず、図6に示すように、ヒートシンク10上に設けられた半導体レーザ2を覆うように無機ポリマー14を塗布する。その後、図7に示すように、例えばガラスからなる透明材料層12の端面を半導体レーザ2の端面に接触させるように押しつける。これにより、図8に示すように、端面同士が接し、かつ端面間のわずかな隙間に無機ポリマー14が充填された構成となる。なお、第2および第3実施形態においては、ガラスからなる透明材料層12の端面と半導体レーザ2の端面とが部分的に接触している隙間に無機ポリマー14が用いられたが、無機ポリマー14の代わりに、低融点ガラスを用いてもよい。この低融点ガラスは無機ポリマーと同様に作製できる。   First, as shown in FIG. 6, an inorganic polymer 14 is applied so as to cover the semiconductor laser 2 provided on the heat sink 10. Thereafter, as shown in FIG. 7, the end surface of the transparent material layer 12 made of glass, for example, is pressed so as to contact the end surface of the semiconductor laser 2. As a result, as shown in FIG. 8, the end surfaces are in contact with each other, and a slight gap between the end surfaces is filled with the inorganic polymer 14. In the second and third embodiments, the inorganic polymer 14 is used in the gap where the end face of the transparent material layer 12 made of glass and the end face of the semiconductor laser 2 are in partial contact. Instead of this, low-melting glass may be used. This low-melting glass can be produced in the same manner as the inorganic polymer.

一般に、半導体レーザの出射端面と透明材料層の表面が接触している場合でも、微視的に見ると、半導体レーザの出射端面と透明材料層の表面は数ミクロン単位での凹凸があり、部分的に接触しており、部分的には隙間が存在する。このため、半導体レーザ素子の出射端面に汚染物質を付着させないためには、上記隙間を埋めることが重要であり、上記実施形態のように、液状のポリマーまたは無機ポリマーで上記隙間を充填することにより、上記目的を達成することができる。   In general, even when the emission end face of the semiconductor laser and the surface of the transparent material layer are in contact with each other, when viewed microscopically, the emission end face of the semiconductor laser and the surface of the transparent material layer have irregularities in units of several microns. In contact with each other, and there is a gap in part. For this reason, in order to prevent contaminants from adhering to the emission end face of the semiconductor laser element, it is important to fill the gap, and by filling the gap with a liquid polymer or inorganic polymer as in the above embodiment. The above object can be achieved.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の半導体発光装置を図9に示す。本実施形態の半導体発光装置1は、図3に示す第2実施形態の半導体発光装置において、透明材料層12を、蛍光体を内包したガラス層12aに置き換えるとともに、半導体レーザ2と接しないガラス層12aの面にレーザ光を反射する光反射膜30を設けた構成となっている。なお、光反射膜30は単層または多層であってもよい。なお、本実施形態においては、ガラス層12aのレーザ光3が伝搬する方向の厚さが図3に示す第2実施形態の半導体発光装置の透明材料層12よりも厚くなっている。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 9 shows a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. The semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is the same as the semiconductor light emitting device of the second embodiment shown in FIG. 3, except that the transparent material layer 12 is replaced with a glass layer 12a containing a phosphor and a glass layer that is not in contact with the semiconductor laser 2 The light reflection film 30 for reflecting the laser beam is provided on the surface 12a. The light reflecting film 30 may be a single layer or a multilayer. In the present embodiment, the thickness of the glass layer 12a in the direction in which the laser light 3 propagates is thicker than the transparent material layer 12 of the semiconductor light emitting device of the second embodiment shown in FIG.

本実施形態においては、図9に示すようにガラス層12aをレーザ光3が進むことにより内部の蛍光体を励起して蛍光を発する。半導体レーザ2が405nmで発振するようにInGaN層の組成を調整した場合、ガラス層12aに含まれる蛍光体を青色蛍光体のアパタイト(Sr,Ca,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu、黄緑色としてSOSE (Sr2SiO4:Eu)を用いることにより、本実施形態の半導体発光装置を白色の照明用光源として用いることができる。この場合、光反射膜30として、410nm以下の光を反射する誘電体膜を用いることにより、ガラス層12aから外にレーザ光3を漏らさない構造となり、レーザ励起光源の安全性が向上する。なお、本実施形態では、ガラス層12aの代わりに、蛍光体焼結体(セラミックスレーザに用いられる焼結体)で構成することも可能である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the laser light 3 travels through the glass layer 12a to excite the internal phosphor and emit fluorescence. When the composition of the InGaN layer is adjusted so that the semiconductor laser 2 oscillates at 405 nm, the phosphor contained in the glass layer 12a is converted to blue phosphor apatite (Sr, Ca, Ba) 10 (PO4) 6 Cl 2 : Eu, By using SOSE (Sr 2 SiO 4 : Eu) as yellowish green, the semiconductor light emitting device of this embodiment can be used as a white illumination light source. In this case, by using a dielectric film that reflects light of 410 nm or less as the light reflecting film 30, a structure that does not leak the laser light 3 out of the glass layer 12a is obtained, and the safety of the laser excitation light source is improved. In this embodiment, instead of the glass layer 12a, a phosphor sintered body (sintered body used for ceramic laser) can be used.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態の半導体発光装置を図10に示す。本実施形態の半導体発光装置1は、図9に示す第4実施形態の半導体発光装置において、蛍光体を内包したガラス層12aを、レーザ光3が伝搬する方向の厚さを薄くしガラス層12bに置き換えた構成となっており、高輝度照明装置として用いられる。なお、本実施形態においては、ガラス層12bの厚さは、第1実施形態で説明したように、例えば50μm以上となっている。本実施形態においては、レーザ照射方向の厚さを薄くしたことにより、蛍光体の発光面積が小さくなり、高輝度となる。発光面積を小さくなることにより、本実施形態の半導体発光装置をヘッドランプ、プロジェクションランプ、スポットランプ等に用いる場合には、光学系を単純にすることができる。
(Fifth embodiment)
Next, a semiconductor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. The semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is the same as the semiconductor light emitting device of the fourth embodiment shown in FIG. 9, except that the glass layer 12a containing the phosphor is reduced in thickness in the direction in which the laser light 3 propagates and the glass layer 12b. And is used as a high brightness lighting device. In the present embodiment, the thickness of the glass layer 12b is, for example, 50 μm or more as described in the first embodiment. In the present embodiment, by reducing the thickness in the laser irradiation direction, the light emission area of the phosphor is reduced and the luminance is increased. By reducing the light emitting area, the optical system can be simplified when the semiconductor light emitting device of this embodiment is used for a headlamp, a projection lamp, a spot lamp, or the like.

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、半導体発光素子の光出射端面の汚染を防止することが可能となり、半導体発光素子ばかりでなく、この半導体発光素子を実装するパッケージの信頼性の低下を防止することのできる半導体発光装置を提供することができる。   As described above, according to each embodiment of the present invention, it is possible to prevent contamination of the light emitting end face of the semiconductor light emitting element, and not only the semiconductor light emitting element but also the reliability of the package on which the semiconductor light emitting element is mounted. It is possible to provide a semiconductor light emitting device capable of preventing the deterioration of the property.

本発明の第1実施形態による半導体発光装置を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. 半導体レーザ素子の一具体例を示す断面図。Sectional drawing which shows one specific example of a semiconductor laser element. 第2実施形態による半導体発光装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device by 2nd Embodiment. 第3実施形態による半導体発光装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device by 3rd Embodiment. 第3実施形態による半導体発光装置を示す平面図。The top view which shows the semiconductor light-emitting device by 3rd Embodiment. 半導体発光素子の出射端面と、透明材料層の表面間の隙間を埋める方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the method of filling the clearance gap between the output end surface of a semiconductor light-emitting device, and the surface of a transparent material layer. 半導体発光素子の出射端面と、透明材料層の表面間の隙間を埋める方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the method of filling the clearance gap between the output end surface of a semiconductor light-emitting device, and the surface of a transparent material layer. 半導体発光素子の出射端面と、透明材料層の表面間の隙間を埋める方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the method of filling the clearance gap between the output end surface of a semiconductor light-emitting device, and the surface of a transparent material layer. 第4実施形態による半導体発光装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device by 4th Embodiment. 第5実施形態による半導体発光装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device by 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体発光装置
2 半導体レーザ(半導体レーザ素子)
2a 半導体レーザ素子
2b 高反射膜
2c 低反射膜
3 レーザ光
4 電極
10 ヒートシンク
12 透明材料層
13 液状のポリマー
14 無機ポリマー
16 光検出器
18 ヒートシンク
20a、20b、20c リード
22 ボンディングワイヤ
24 ボンディングワイヤ
30 光反射膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting device 2 Semiconductor laser (semiconductor laser element)
2a Semiconductor laser element 2b High reflection film 2c Low reflection film 3 Laser light 4 Electrode 10 Heat sink 12 Transparent material layer 13 Liquid polymer 14 Inorganic polymer 16 Photo detector 18 Heat sink 20a, 20b, 20c Lead 22 Bonding wire 24 Bonding wire 30 Light Reflective film

Claims (5)

半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面と表面が部分的に接し前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝達する透明材料層と、前記半導体レーザ素子の出射端面と前記透明材料層との間の隙間に設けられた透明な液状のポリマーと、を備えていることを特徴とする半導体発光装置。   A semiconductor laser element; a transparent material layer that is partially in contact with an emission end face of the semiconductor laser element; and that transmits laser light emitted from the semiconductor laser element; an emission end face of the semiconductor laser element; and the transparent material layer. And a transparent liquid polymer provided in a gap between the semiconductor light emitting devices. 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面と表面が部分的に接し前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝達する透明材料層と、前記半導体レーザ素子の出射端面と前記透明材料層との間の隙間に設けられた透明な固形状の無機ポリマーと、を備えていることを特徴とする半導体発光装置。   A semiconductor laser element; a transparent material layer that is partially in contact with an emission end face of the semiconductor laser element; and that transmits laser light emitted from the semiconductor laser element; an emission end face of the semiconductor laser element; and the transparent material layer. And a transparent solid inorganic polymer provided in a gap between the semiconductor light emitting devices. 前記出射端面に接する透明材料層のレーザ光が通る方向の厚さは50μm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光装置。   3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a thickness of the transparent material layer in contact with the emission end face in a direction in which a laser beam passes is 50 μm or more. 前記半導体レーザ素子の前記透明材料層と接している面の少なくとも1つの面にレーザ光を反射する反射膜が設けられていて、前記反射膜は単層または多層の誘電体膜よりなっており、前記反射膜と前記半導体レーザ素子との間の反射率は、空気と前記半導体レーザ素子との間の反射率よりも低く、前記透明材料層と前記半導体レーザ素子との間の反射率よりも高いことを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光装置。   A reflective film that reflects laser light is provided on at least one surface of the semiconductor laser element that is in contact with the transparent material layer, and the reflective film is a single-layer or multilayer dielectric film, The reflectance between the reflective film and the semiconductor laser element is lower than the reflectance between air and the semiconductor laser element, and higher than the reflectance between the transparent material layer and the semiconductor laser element. The semiconductor light-emitting device according to claim 1 or 2. 前記透明材料層中に蛍光体が内包されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein a phosphor is included in the transparent material layer.
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