(57)【要約】【課題】発光素子に生じる熱的ストレスを低減することができる、発光デバイスを提供すること。【解決手段】発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、ｐ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、発光素子のｐ型添加部分の表面側、および、ｎ型添加部分の表面側の少なくとも一方に、直接的または間接的に設けられる放熱部材と、を備え、放熱部材は、発光素子内の温度分布を均一にするように放熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された前記間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｐｎ活性部分および前記ｎ型添加部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、
前記発光素子の前記ｐ型添加部分の表面側、および、前記ｎ型添加部分の表面側の少なくとも一方に直接的もしくは間接的に設けられる設けられる放熱部材と、
を備え、
前記放熱部材は、前記発光素子内の温度分布を均一にするように放熱することを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記放熱部材は、前記発光素子の前記ｐ型添加部分の表面側に設けられる第１放熱部材と、前記発光素子の前記ｎ型添加部分の表面側に設けられる第２放熱部材と、からなり、
前記発光部が前記発光素子内において偏って配置されている場合、
前記第１放熱部材および前記第２放熱部材のうち、前記発光部の偏りが大きい場所から近い距離に配置された一方による前記発光素子からの放熱量が他方による前記発光素子からの放熱量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記第１放熱部材および前記第２放熱部材は、前記発光素子よりも剛性が高く、
前記発光素子の厚み方向両側から、前記発光素子を狭持するように設置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間接遷移型の半導体レーザ装置等に適用される発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流注入によってレーザ発信を得る間接遷移型半導体レーザの発光素子として、特許文献１に記載のものがある。この発光素子は、シリコン等の間接遷移型半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分と、前記間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分とを備えている。
【０００３】
ｐ型添加部分およびｎ型添加部分は、その一部の領域、また、ｐｎ活性部分は、そのすべての領域が、電流が印加されて電子が付与されることにより発光する発光部となっている。また、ｎ型添加部分およびｐ型添加部分には電源が接続され、レーザの発信時には、ｎ型添加部分側が正電圧、ｐ型添加部分側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分に電流が注入され、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分内の発光部に電子が付与されることにより、その一部またはすべてが発光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようなレーザの発信を行う際、発光素子は、ｐ型添加部分の表面にｐ型電極、ｎ型添加部分の表面にｎ型電極が形成された状態で、これらの電極間に電圧が印加される。
【０００６】
ここで、電圧を印加した際、電子が付与された発光部には熱が生じる。そのため、一般的に、ｐ型電極およびｎ型電極には、発光素子に生じた熱を放熱するためのヒートシンクが設置される。
【０００７】
また、発光部が発光素子の厚み方向のどちらか一端部に集中して形成されている場合、電圧印加時の発光素子内部の温度分布には偏りが生じる。このような場合、発光素子には熱的ストレスが生じるため、上述したヒートシンクによって放熱を行ったとしても、動作時に不具合が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、発光素子に生じる熱的ストレスを低減することができる、発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された前記間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｐｎ活性部分および前記ｎ型添加部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、前記発光素子の前記ｐ型添加部分の表面側、および、前記ｎ型添加部分の表面側の少なくとも一方に、直接的または間接的に設けられる放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記発光素子内の温度分布を均一にするように放熱する。
【００１０】
本発明では、発光素子のｐ型添加部分の表面側、および、ｎ型添加部分の表面側の少なくとも一方に設けられる放熱部材と、を備え、放熱部材は、発光素子内の温度分布を均一にするように放熱する。これにより、放熱部材によって、発光素子に生じる熱的ストレスを低減することができる。
【００１１】
第２の発明の発光デバイスは、前記第１の発明において、前記放熱部材は、前記発光素子の前記ｐ型添加部分の表面側に設けられる第１放熱部材と、前記発光素子の前記ｎ型添加部分の表面側に設けられる第２放熱部材と、からなり、前記発光部が前記発光素子内に偏って配置されている場合、前記第１放熱部材および前記第２放熱部材のうち、前記発光部の偏りが大きい場所から近い距離に配置された一方による前記発光素子からの放熱量が他方による前記発光素子からの放熱量よりも大きい。
【００１２】
本発明では、放熱部材は、発光素子のｐ型添加部分の表面側に設けられる第１放熱部材と、発光素子のｎ型添加部分の表面側に設けられる第２放熱部材と、からなり、発光部が発光素子内に偏って配置されている。すなわち、発光素子の厚み方向において、その内部の温度分布は偏りが生じている。従って、第１放熱部材および第２放熱部材のうち、発光部の偏りが大きい場所から近い距離に配置された一方による発光素子からの放熱量を他方による発光素子からの放熱量よりも大きくすることにより、発光素子内の温度分布を均一にするように放熱することができる。これにより、発光素子に生じる熱的ストレスを確実に低減することができる。
【００１３】
第３の発明の発光デバイスは、前記第２の発明において、前記第１放熱部材および前記第２放熱部材は、前記発光素子よりも剛性が高く、前記発光素子の厚み方向両側から、前記発光素子を狭持するように設置されている。
【００１４】
本発明では、第１放熱部材および第２放熱部材は、発光素子よりも剛性が高く、発光素子の厚み方向両側から、発光素子を狭持するように設置されている。従って、第１電極および第２電極と発光素子との熱膨張率の違いによって生じる発光素子の反りを抑制することができる。さらに、第１放熱部材および第２放熱部材によって発光素子を狭持することにより、第１放熱部材および第２放熱部材と発光素子とを直接または間接的に確実に密着させ、より効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る発光素子の長手方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
本実施形態は、半導体レーザとして利用され、ｎ型添加部分２側が正電圧、ｐ型添加部分１側が負電圧となるように、順方向にバイアス電圧を印加することにより発光する発光デバイス１００に本発明を適用した一例である。なお、発光デバイス１００は、所定厚みを有し、厚み方向に直交する方向から見て矩形状をなす略直方体形状であるが、図面上では全形の図示を省略し、長手方向から見た断面図によって、その構成を説明する。また、以下では、図１、図２に示す上下、左右の各方向を、上下方向および左右方向、紙面と直交する方向を前後方向と定義し、これらの方向語を適宜使用して説明する。
【００１８】
図１に示すように、発光デバイス１００は、発光素子１０とｐ型電極４およびｎ型電極５と第１ヒートシンク６と第２ヒートシンク７とからなる。
【００１９】
発光素子１０は、シリコン等の間接遷移型の半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分１と、同間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分２と、ｐ型添加部分１とｎ型添加部分２との境界部分に形成されたｐｎ活性部分３とからなる。発光素子１０の上側部分に配置されるｐ型添加部分１は、下側部分に配置されるｎ型添加部分２よりも厚みが小さい。従って、ｐｎ活性部分３は、発光素子１０の厚み方向中央部よりも上側に形成されている。また、ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２の一部の領域は、電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。ｐｎ活性部分３のすべての領域は、電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。
【００２０】
ｐ型電極４は、発光素子１０のｐ型添加部分１の上側表面に形成されている。ｎ型電極５は、発光素子１０のｎ型添加部分２の下側表面に形成されている。ｐ型電極４とｎ型電極５とは、材質、厚み、および発光素子１０との接合面積が等しい。ｐ型電極４およびｎ型電極５の表面には、配線部材（不図示）が接合され、この配線部材（不図示）に接続された電源装置（不図示）から電流が供給される。
【００２１】
第１ヒートシンク６は、ｐ型電極４の上側表面に設置されている。第２ヒートシンク７は、ｎ型電極５の下側表面に設置されている。第１ヒートシンク６と第２ヒートシンク７とは、材質、形状、ｐ型電極４またはｎ型電極５との設置面積が等しい。第１ヒートシンク６は、第２ヒートシンク７よりも厚みが大きい。以上より、第１ヒートシンク６は第２ヒートシンク７よりも体積が大きく、放熱能力が高い。
【００２２】
ここで、上述したように、ｐｎ活性部分３はすべての領域が発光部からなる。従って、電流が印加された際、発光素子１０は、ｐｎ活性部分３が配置された部分が集中して発光する。また、発光した発光部は、その他の場所と比較して急激に加熱される。従って、発光素子１０の温度分布は、ｐｎ活性部分３が形成される位置に依存する。
【００２３】
発光素子１０のｐｎ活性部分３は、発光素子１０の厚み方向中央部よりも上側に形成されている。従って、電流が印加された際、発光素子１０は、下側部分よりも上側部分がより顕著に発光する。これにより、発光素子１０の温度分布は、下側部分よりも上側部分の温度が高くなる。
【００２４】
本実施形態では、第１ヒートシンク６は、第２ヒートシンク７よりも放熱能力が大きい。従って、発光素子１０の上側に第１ヒートシンク６、発光素子１０の下側に第２ヒートシンク７を設置し、図１の太矢印で示すように、温度が高くなる上側からの放熱量を大きくすることにより、発光素子１０内の温度分布を均一にするように放熱することができる。これにより、発光素子１０に生じる熱的ストレスを確実に低減することができる。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００２６】
本実施形態では、ｐ型電極４とｎ型電極５とは、材質、厚み、および発光素子との接合面積が等しく、第１ヒートシンク６と第２ヒートシンク７とは、材質、形状、ｐ型電極４またはｎ型電極５との設置面積が等しく、第１ヒートシンク６は第２ヒートシンク７よりも厚みが大きくすることにより、第２ヒートシンク７よりも第１ヒートシンク６の放熱能力を大きくすると記載したが、第１ヒートシンク６および第２ヒートシンク７のうち、発光素子１０の厚み方向において、温度が高い側に配置された一方が他方よりも放熱能力が大きければ、上記構成は如何なるものでも構わない。
【００２７】
また、第１ヒートシンク６および第２ヒートシンク７は、発光素子１０よりも剛性の高い部材からなるとともに、図１の細矢印で示すように、上下方向から圧力を加えた状態で、発光素子１０を狭持するように設置されていても構わない。これにより、ｐ型電極４およびｎ型電極５と発光素子１０との熱膨張率の違いによって生じる発光素子１０の反りを抑制することができる。さらに、第１ヒートシンク６および第２ヒートシンク７によって発光素子１０を上下方向両側から狭持することにより、第１ヒートシンク６および第２ヒートシンク７と発光素子１０とを、ｐ型電極４およびｎ型電極５を介して確実に密着させ、より効率的に放熱することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る発光デバイス１００は、半導体レーザとして適用され、第１ヒートシンク６をｐ型電極４の表面、第２ヒートシンク７をｎ型電極５の表面に設置し、発光素子１０に生じる熱を間接的に冷却するの場合の形態について記載したが、発光デバイスは、例えば、ｐ型電極４およびｎ型電極５を形成することなく、第１ヒートシンク６および第２ヒートシンク７を発光素子１０に接触するように設置し、発光素子１０に生じる熱を直接的に冷却することにより、ＬＥＤ光源として適用しても構わない。
【符号の説明】
【００２９】
１  ｐ型添加部分１
２  ｎ型添加部分２
３  ｐｎ活性部分
４  ｐ型電極
５  ｎ型電極
６  第１ヒートシンク
７  第２ヒートシンク
１０  発光素子
１００  発光デバイス
【図１】
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