(57)【要約】【課題】レーザレベラーを長時間使用した場合でも、使用者の目に与える負担が小さいレーザレベラー用光源を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１の主面上には、ｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型第１クラッド層４、ｐ型第２クラッド層５およびｐ型コンタクト層６がこの順に積層されている。ｐ型第２クラッド層５には、互いに近接して配置された２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２が形成されており、それらの間には、光の屈折率および吸収係数が大きいアモルファスシリコン膜７が形成されている。これにより、中央部の強度が０で、その両側がピーク強度となった双峰性の光強度分布を有する１次モードのレーザ光が発振する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層がこの順に積層され、
前記第２導電型クラッド層には、互いに近接して配置された２本のメサストライプが形成され、
前記２本のメサストライプの間には、アモルファスシリコンからなるパッシベーション膜が形成され、
前記２本のメサストライプのそれぞれの上部には、第２導電型コンタクト層が形成され、
前記第２導電型コンタクト層同士を並列に接続する第１電極が形成され、
第１導電型半導体基板の裏面には、前記第１導電型半導体基板に所定の電圧を印加する第２電極が形成され、
中央部の光強度が０で、その両側がピーク強度となった双峰性の光強度分布を有する１次モードのレーザ光を発振するように構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記１次モードのレーザ光は、可視光域の発振波長を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記２本のメサストライプの間に形成された前記パッシベーション膜は、前記１次モードのレーザ光の発振波長における消衰係数が０．２以上のアモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記２本のメサストライプの間隔は、前記１次モードのレーザ光の発振波長と同等以上、前記発振波長の５倍以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記アモルファスシリコンからなるパッシベーション膜は、シリコンターゲットを用いたスパッタリング法によって成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層がこの順に積層され、
前記第２導電型クラッド層には、互いに近接して配置された２本のメサストライプが形成され、
前記２本のメサストライプの間には、絶縁膜と、前記絶縁膜の上部に積層されたアモルファスシリコン膜とで構成されたパッシベーション膜が形成され、
前記２本のメサストライプのそれぞれの上部には、第２導電型コンタクト層が形成され、
前記第２導電型コンタクト層同士を並列に接続する第１電極が形成され、
前記第１導電型半導体基板の裏面には、前記第１導電型半導体基板に所定の電圧を印加する第２電極が形成され、
中央部の光強度が０で、その両側がピーク強度となった双峰性の光強度分布を有する１次モードのレーザ光を発振するように構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、レーザレベラー用光源として使用される半導体レーザ装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土木測量や建設現場では、レーザ光の照射によって水平あるいは垂直のラインを出射するレーザレベラーが使用されている。このレーザレベラーの光源には、ＧａＡｓからなる半導体基板を用い、６３５ｎｍ帯の波長を発振する赤色半導体レーザが使用されている。
【０００３】
なお、特許文献１は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc)などへの記録に用いられる光ピックアップ用半導体レーザに関するものであるが、凸状のストライプリッジ構造に成形されたリッジ部を備え、このリッジ部脇の上部クラッド層の上面からリッジ部の側壁までが、埋め込み膜によって覆われており、この埋め込み膜が、第１低屈折率層、発振波長のレーザ光を吸収する光吸収層、第２低屈折率層、光吸収層を兼ねる酸化防止層をこの順に積層させた積層構造となった半導体レーザを開示している。
【０００４】
上記のような構成の半導体レーザでは、低屈折率層が１層だけ設けられた従来の埋め込み膜構造と比較し、埋め込み膜における１次モード（高次モード）の吸収に対する０次モード（基本モード）の吸収係数が小さく抑えられるので、自己発熱を抑えつつ１次モード・キンクの発生を抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２８９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７（ａ）は、従来のレーザレベラー用レーザ光の光強度分布(Far Field Pattern：ＦＦＰ)を示すグラフである。この図に示すように、従来のレーザレベラーは、水平方向の中心に最大ピーク強度を有し、その両端に行くに従って光強度が小さくなる単峰性のパターンを有する０次モード（基本モード）のレーザ光を使用している。
【０００７】
レーザレベラーは、上記のような光強度分布を有するレーザ光を集光レンズによって平行光に変換し、さらにロッドレンズによって水平方向に拡大した後、ライン状のビームとして外部に出射するので、図７（ｂ）に示すように、中央部が明部で、その両側が暗部となった投影像が得られる。レーザレベラーの使用者は、この投影像の明部と暗部の境界部を基準位置として視認することにより、垂直・水平の確認を行っている。
【０００８】
しかしながら、上記したような基準位置を視認する場合は、投影像の暗部だけでなく明部も見つめなければならないので、レーザレベラーを長時間使用した場合、使用者の目に大きな負担がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、レーザレベラーを長時間使用した場合でも、使用者の目に与える負担が小さいレーザレベラー用光源を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板と、前記半導体基板の第１の面に形成された第１導電型のカソード電極と、前記半導体基板の第２の面上に形成された第１導電型のクラッド層と、前記クラッド層の上部に形成された活性層と、前記活性層の上部に形成された第２導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上部に形成され、かつ、メサストライプ部を構成する第２導電型の第２クラッド層と、前記第２クラッド層の上面に形成された第２導電型のコンタクト層と、前記コンタクト層の上部に形成され、かつ、前記コンタクト層に電気的に接続された第２導電型のアノード電極とを有するリッジ導波路型の半導体レーザ素子であって、前記メサストライプ部は、発振波長よりも広い幅を有する主メサストライプ部と、前記主メサストライプ部の両側に配置され、かつ、前記発振波長以下の幅を有する副メサストライプ部とで構成されているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１４】
水平方向ＦＦＰの中心に最大のピークをもつ０次モード発振を抑制するが、中央の強度が極小となる双峰性のＦＦＰを有する１次モード発振への影響はほとんどないため、安定な双峰性ＦＦＰの１次モード発振を実現できる。従って、使用者の目に与える負担の少ないレベラー用光源を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例である半導体レーザ装置の素子構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例である半導体レーザ装置の素子構造を示す要部断面図である。
【図３】本発明の一実施例である半導体レーザ装置を気密封止したＣＡＮパッケージの外形を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施例である半導体レーザ装置から発振されたレーザ光の光強度分布を示すグラフ、（ｂ）は、このレーザ光の投影像を示す図である。
【図５】アモルファスシリコンの屈折率（ｎ）および消衰係数（ｋ）の波長依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施例である半導体レーザ装置の素子構造を示す要部断面図である。
【図７】（ａ）は、従来のレベラー用レーザ光の光強度分布を示すグラフ、（ｂ）は、このレーザ光の投影像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【実施例１】
【００１７】
本実施例の半導体レーザ装置は、レーザレベラー用の光源として使用されるリッジ導波路型の半導体レーザ装置であり、図１は、この半導体レーザ装置の素子構造を示す斜視図、図２は、この半導体レーザ装置の素子構造を示す要部断面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板（ＧａＡｓ基板）１の主面上には、複数の半導体層が形成されている。これらの半導体層は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってＧａＡｓ基板１の主面上に順次積層されたｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型第１クラッド層４、ｐ型第２クラッド層５およびｐ型コンタクト層６からなる。
【００１９】
上記した複数の半導体層のうち、ｎ型クラッド層２は、ＡｌＧａＩｎＰで構成されている。活性層３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とＧａＩｎＰ層からなる井戸層とを交互に積層した多重量子井戸(Multi Quantum Well：ＭＱＷ)構造で構成されている。ｐ型第１クラッド層４およびｐ型第２クラッド層５は、それぞれＡｌＧａＩｎＰで構成され、ｐ型コンタクト層６は、ＧａＡｓで構成されている。
【００２０】
上記ｐ型第２クラッド層５には、互いに近接して配置された２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２が形成されている。そして、これら２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２のそれぞれの上部には、前述したｐ型コンタクト層６が形成されている。また、２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間には、パッシベーション膜として機能するアモルファスシリコン膜７が形成されている。アモルファスシリコン膜７は、ｐ型コンタクト層６の表面（上面）を除き、ｐ型第２クラッド層５の全面を覆うように形成されている。
【００２１】
上記メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の上部に形成されたｐ型コンタクト層６の上面およびアモルファスシリコン膜７の上面には、ｐ型コンタクト層６とオーミック接続されたｐ側電極８が形成されている。このｐ側電極８は、２個のｐ型コンタクト層６に共通のアノード電極であり、２個のｐ型コンタクト層６に同一の電圧を同時に印加するようになっている。他方、ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ側電極９が形成されている。ｐ側電極８およびｎ側電極９のそれぞれは、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕを順次積層した多層金属膜で構成されている。
【００２２】
図示は省略するが、上記ｐ側電極８の上面は、第１の半田層を介してサブマウント（支持基板）の一面に接続されている。また、このサブマウントの他の面は、第２の半田層を介してヒートシンクに接続されている。
【００２３】
図３は、上記ＧａＡｓ基板１と、図示しないサブマウントおよびヒートシンクを気密封止したＣＡＮパッケージの外形を示す斜視図である。ＧａＡｓ基板１、サブマウントおよびヒートシンクは、円盤状のステム２０の上面に実装され、このステム２０の上面を覆うキャップ２１によって気密封止されている。ステム２０の下面には、ＧａＡｓ基板１の２つの電極（ｐ側電極８、ｎ側電極９）のいずれか一方と電気的に接続されたリード２２が設けられている。また、キャップ２１の上面の中央部分には、透明なガラス板２３が接合された丸穴２４が設けられている。
【００２４】
このように構成された半導体レーザ装置は、ｐ側電極８とｎ側電極９とに所定の電圧を印加したときに、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２のそれぞれの下部の活性層３（発光部）において６３５ｎｍの発振波長を有する赤色レーザ光が発生する。この赤色レーザ光は、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の延在方向に直交する両端面から出射され、さらに前記図３に示すキャップ２１の丸穴２４を通じてＣＡＮパッケージの外部に出射される。そして、ＣＡＮパッケージの外部に出射された赤色レーザ光は、レーザレベラーに内蔵された集光レンズによって平行光に変換され、さらにロッドレンズによって水平方向に拡大された後、ライン状のビームとなってレーザレベラーの外部に出射される。
【００２５】
前述したように、本実施例の半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板１上のｐ型第２クラッド層５に２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２が形成されている。これら２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２は、互いに近接して配置されており、さらに、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間には、アモルファスシリコン膜７からなるパッシベーション膜が形成されている。
【００２６】
上記アモルファスシリコン膜７は、光の屈折率および吸収係数が大きい材料である。そのため、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の中央部で光強度が最大となる０次モード（基本モード）の光は、このアモルファスシリコン膜７によって吸収され、発振することができない。他方、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の中央部に対して左右の電界が反転する１次モード（高次モード）の光は、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の中央部で光強度が最小となるので、アモルファスシリコン膜７による吸収が少なく、発振が可能である。
【００２７】
上記した１次モードの光を発振させるためには、２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２の距離を光源の波長程度（赤色レーザ光の場合は６３５ｎｍ程度）から最大で波長の５倍以下に近接させる必要がある。メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の距離が離れ過ぎている場合は、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２のそれぞれの発光部から発生するレーザ光が光学的に相互作用し難くなるので、上記のような１次モードの光が発振できない。
【００２８】
このように、２本のメサストライプＭＳ１、ＭＳ２を近接して配置し、それらの間にアモルファスシリコン膜７を設けた本実施例の構造によれば、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の中央部で光強度が最大となる基本モードの発振が抑制され、この中央部で光強度が最小となる１次モードのレーザ光が得られる。
【００２９】
図４（ａ）は、上記した１次モードのレーザ光の光強度分布(ＦＦＰ)を示している。この図に示すように、このレーザ光の光強度分布は、中央部が暗く（強度＝０）、その左右両側がピーク強度となった双峰性のパターンとなる。従って、このレーザ光をレーザレベラーの外部に出射することにより、図４（ｂ）に示すように、中央部が暗部で、その両側が明部となった投影像が得られる。そこで、この投影像の暗部である中央部を基準位置とすれば、レーザレベラーの使用者は、この暗部のみを見つめればよいので、長時間使用した場合でも、使用者の目に与える負担を小さくすることができる。
【００３０】
本実施例の半導体レーザ装置を作製するに際しては、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間に形成するアモルファスシリコン膜７中の水素濃度に配慮する必要がある。すなわち、アモルファスシリコン膜７中の水素濃度が高くなると、それに比例して光の吸収係数が小さくなる。従って、アモルファスシリコン膜７を成膜するに際しては、膜中の水素濃度を可能な限り低くできるような成膜法を採用することが望ましい。具体的には、分子中に水素を含むシラン系の反応ガスを用いるＣＶＤ法で成膜した場合は、膜中の水素濃度が高くなるので、水素を含まないシリコンターゲットを用いたスパッタリング法で成膜することが望ましい。
【００３１】
図５は、アモルファスシリコンの屈折率（ｎ）および消衰係数（ｋ）の波長依存性を示すグラフである。このグラフから明らかなように、一般に可視光域の発振波長を有する１次モードのレーザ光を得るためには、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間に形成するアモルファスシリコン膜７の消衰係数（ｋ）を０．２以上（ｋ≧０．２）とすることが望ましい。
【実施例２】
【００３２】
図６は、本実施例の半導体レーザ装置の素子構造を示す要部断面図である。この図に示すように、本実施例の半導体レーザ装置は、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間に、絶縁膜１０とアモルファスシリコン膜７との積層膜からなるパッシベーション膜を形成したことが特徴である。すなわち、本実施例の半導体レーザ装置は、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２を構成するｐ型第２クラッド層５とアモルファスシリコン膜７とが直接接触しておらず、それらの間に絶縁膜１０が介在した構造になっている。
【００３３】
上記絶縁膜１０の材料としては、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜など、半導体装置用の各種絶縁膜が使用可能である。また、絶縁膜１０の成膜法としては、プラズマＣＶＤ法のように、ｐ型第２クラッド層５にダメージを与える恐れのある成膜法よりも、例えば熱ＣＶＤ法のように、ｐ型第２クラッド層５にダメージを与える恐れのない成膜法を採用することが望ましい。
【００３４】
上記のように構成された本実施例の半導体レーザ装置によれば、アモルファスシリコン膜７とｐ型第２クラッド層５との相互干渉が防止されるので、アモルファスシリコン膜７の絶縁特性を確保することができ、前記実施例１よりも信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３５】
なお、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の間に絶縁膜１０とアモルファスシリコン膜７との積層膜を形成する際に絶縁膜１０の膜厚を厚くすると、その分、アモルファスシリコン膜７の膜厚を薄くしなければならないので、メサストライプＭＳ１、ＭＳ２の中央部における光の吸収係数および屈折率が低下する。従って、絶縁膜１０の膜厚は、アモルファスシリコン膜７の絶縁特性を損なわない範囲で可能な限り薄く（例えば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度）することが望ましい。
【００３６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３７】
前記実施例では、赤色レーザ光を発振する半導体レーザ装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、例えば青色、緑色など、他の可視領域のレーザ光を発振する半導体レーザ装置に適用することもできる。
【００３８】
また、本発明の半導体レーザ装置は、例えばレーザマーカー、レーザポインターなど、レーザレベラー以外の光学製品の光源として利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、レーザレベラー用光源として使用される半導体レーザ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＧａＡｓ基板（半導体基板）
２  ｎ型クラッド層
３  活性層
４  ｐ型第１クラッド層
５  ｐ型第２クラッド層
６  ｐ型コンタクト層
７  アモルファスシリコン膜
８  ｐ側電極
９  ｎ側電極
１０  絶縁膜
２０  ステム
２１  キャップ
２２  リード
２３  ガラス板
２４  丸穴
ＭＳ１、ＭＳ２  メサストライプ
【図１】
2010186906.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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【図７】
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