(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に活性層を含む複数の半導体レ−ザ構成要素が積層され、ストライプ構造の１つの上部電極を有する半導体レ−ザと、この半導体レーザに接続された電流供給手段と、この電流供給手段に接続され、上記半導体レーザに駆動電流を供給して上記半導体レーザを発光させる駆動手段とを具備する半導体レーザ装置に於いて、
上記電流供給手段は、上記上部電極のストライプ構造の発光面に対し、劈開面に平行な両端部の２箇所に接続された第１及び第２の電流供給手段から成り、
上記駆動手段は、上記第１及び第２の電流供給手段に接続されて上記半導体レーザに独立して駆動電流を供給する第１及び第２の駆動手段とから成ることを特徴とする半導体レ−ザ装置。
【請求項２】
上記活性層に於ける発光領域のストライプ幅は１００μｍ以上を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レ−ザ装置。
【請求項３】
上記ストライプ電極はＣｒ／Ａｕで構成されることを特徴とする請求項１及び２に記載の半導体レ−ザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大出力のレ−ザ光を得ることが可能な半導体レーザ装置に関し、より詳細には、ロボットの目やレ−ザレ−ダシステム等を構成する測距用の半導体レ−ザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レ−ザに於いて、素子の上部電極とステムのリ−ドとの接続はワイヤボンディングによって行われている。通常、単一ストライブ電極構造の場合、図５（ａ）若しくは図５（ｂ）に示されるように構成されている。
【０００３】
図５（ａ）を参照すると、ステム１に設けられたヒートシンク２上に、所定のストライプ幅を有した半導体レーザ素子３が接合されている。そして、この半導体レーザ素子３は、ストライプ構造の電極の中央にボンディングされたワイヤ４、ステムリード５、及びステムリード６を介して駆動回路７に接続されている。
【０００４】
また、図５（ｂ）に示される構成の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子３の活性層へのダメ−ジを避けるために、活性層領域外の左右２箇所にワイヤ４ａ及び４ｂがボンディングされている。
【０００５】
しかしながら、図５（ａ）及び（ｂ）に示された何れの半導体レーザ装置の場合も、レ−ザ素子１個について駆動回路は１個設けられているだけである。そして、図５（ｂ）の構成の半導体レーザ装置の場合でも、左右のワイヤ４ａ、４ｂには均等に電流が流れる。
【０００６】
また、レーザビ−ムを偏向させる手段として、従来は例えば特公平１−２２７５３号公報に開示されているように、独立した２つの注入電極を有する半導体レ−ザを形成し、上記２つの電極へ注入する電流比を変化させることによって、ビ−ムを偏向させる技術が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるような、半導体レ−ザ素子１個に対して駆動回路が１個の構成の半導体レーザ装置の場合、レ−ザのビ−ムを偏向させることはできないものであった。また、特公平１−２２７５３号公報に開示されているような技術では、１つのレ−ザ素子に対し注入電極を２つ形成しなければならず、工程、素子構造共に複雑になるという問題を有していた。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は１つのレ−ザ素子に対し注入電極を２つ形成することなく、ビ−ムを偏向可能な半導体レーザ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、水平ビ−ム形状が上部電極の抵抗成分による水平方向の電流分布に関係していることを見出した。特に、大出力パルスレ−ザとして用いられるストライプ幅が１００μｍ以上の半導体レ−ザに於いては、この傾向が強く現れることを見出した。
【００１０】
そこで、請求項１に記載の発明は、半導体基板上に活性層を含む複数の半導体レ−ザ構成要素が積層され、ストライプ構造の１つの上部電極を有する半導体レ−ザと、この半導体レーザに接続された電流供給手段と、この電流供給手段に接続され、上記半導体レーザに駆動電流を供給して上記半導体レーザを発光させる駆動手段とを具備する半導体レーザ装置に於いて、上記電流供給手段は、上記上部電極のストライプ構造の発光面に対し、劈開面に平行な両端部の２箇所に接続された第１及び第２の電流供給手段から成り、上記駆動手段は、上記第１及び第２の電流供給手段に接続されて上記半導体レーザに独立して駆動電流を供給する第１及び第２の駆動手段とから成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記活性層に於ける発光領域のストライプ幅が１００μｍ以上を有することを特徴とする。
【００１２】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１及び２に記載の発明に於いて、上記ストライプ電極をＣｒ／Ａｕで構成することを特徴とする。
【００１３】
そして、請求項１に記載の発明によれば、上部電極のストライプ構造の発光面に対し、劈開面に平行な両端部の２箇所に接続されたワイヤに流す電流を独立して制御することにより、ビ−ムの偏向を制御することができる。図３（ｂ）、（ｃ）に示されるように、２本のワイヤに流す電流を非対称にすると、上部電極の抵抗成分により活性層内の注入電流密度に傾斜ができ、水平ビ−ム形状が電流密度分布の低密度側に偏向する。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、パルス駆動に於いて光出力が数十Ｗクラスの大出力半導体レ−ザに適用することができる。また、ストライプ幅が広いことによって電流密度分布がより顕著になり、水平ビ−ムの偏向を大きくすることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によれば、Ｃｒ／Ａｕ電極の熱処理の条件によってシ−ト抵抗値を制御することができる。ここで、シ−ト抵抗値を、例えば１５０〜２００ｍΩ／□程度と比較的大きくすると、２本のワイヤに均等に電流を流した状態に於いても、図３（ａ）に示されるように、活性層内の電流密度分布に傾斜ができ、中央部の電流密度が小さくなる。このような状態で、２本のワイヤに流す電流値を変化させると、水平ビ−ムの偏向がより顕著に起こる。このように、シ−ト抵抗値を制御することにより、ビ−ムの偏向度合いを制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による実施の形態を説明する。
【００１７】
図１及び図２は、本発明による第１の実施の形態を示すもので、図１は大出力ビ−ム偏向半導体レ−ザ装置の構成図、図２は図１の半導体レ−ザの発光面から見た断面図である。
【００１８】
図１及び図２に於いて、ステム１０に、金メッキが表面に施された銅製のヒートシンク１１が設けられている。そして、所定のストライプ幅を有した半導体レーザ素子１２が、ヒ−トシンク１１上に接合材１３を用いて接合されている。
【００１９】
上記半導体レ−ザ素子１２は、接合材１３上に、下部電極１４、クラッド層１５、活性層（発光層）１６、クラッド層１７、絶縁膜１８及び上部電極１９が形成されて構成されている。そして、半導体レ−ザ素子１２に外部から電極を供給するために、劈開面に対して平行なストライプ構造の上部電極１９の端部２箇所に、金製のワイヤ２０ａ及び２０ｂがボンディングされて、それぞれステムリ−ド２１及び２２に電気的に接続されている。また、下部電極１４は、ヒ−トシンク１１を通じてステムリ−ド２３と電気的に接続されている。
【００２０】
上記半導体レ−ザは、通常良く知られた半導体レ−ザ素子の製造方法により製造される。すなわち、上述したように、半導体基板上に活性層を含む複数の半導体レ−ザ構成要素を積層した後、素子の上下に上部電極１９及び下部電極１４を形成し、ヒ−トシンク１１上に接合材１３を用いて接合される。尚、本発明者等は、接合材１３として電子ビ−ム蒸着によって作製したＡｕ／Ｓｎはんだを用いた。
【００２１】
また、半導体レ−ザ素子１２は、ダイボンディング装置で該素子１２に約４００℃の温度で接合材１３を溶融してヒ−トシンク１２に接合される。その後、半導体レ−ザ素子１  ２の上部電極１９のストライプ電極領域外の左右両側２箇所に、ワイヤ２０ａ及び２０ｂがワイヤボディング装置にて接合され、他方はそれぞれステムリ−ド２１及び２２に接合される。
【００２２】
上記ステムリ−ド２１及び２３には、半導体レ−ザ素子１２を発光させるための駆動回路２４が電気的に接続されている。同様に、ステムリ−ド２２及び２３には、駆動回路２５が電気的に接続されている。この２つの駆動回路２４及び２５を用いて、左右のワイヤ２０ａ及び２０ｂに独立に電流を流すことにより、ビ−ムを偏向させることができる。
【００２３】
この半導体レーザ装置に於いて、左右のワイヤ２０ａ及び２０ｂに対して、駆動回路２４及び２５が電流を均等に流すと、図３（ａ）に示されるように、ビ−ムは対称形となる。ここでは、上部電極１９としてＣｒ／Ａｕを用いているが、この金属では熱処理の条件によってシ−ト抵抗値を５０〜２００ｍΩ／□と変化させることができる。
【００２４】
例えば、３６０℃、２分間の熱処理条件では、シ−ト抵抗値を１５０〜２００ｍΩ／□程度と大きくすることができ、電流密度分布が均一ではなく、素子中央部の電流密度が小さくなる。これを反映して、水平ビ−ム形状は中央が窪んだ双峰性となっている。
【００２５】
次に、左右のワイヤ２０ａ及び２０ｂに流す電流値を非対称にする場合を考える。駆動回路２４及び２５をそれぞれ独立に制御して、左右のワイヤ２０ａ及び２０ｂに流す電流値を非対称にする。すると、図３（ｂ）、（ｃ）に示されるように、電流密度分布が傾斜し、ビ−ムは電流密度の低い方へ偏向する。このように、上部電極１９の左右の電流を、駆動回路２４及び２５でそれぞれ独立に制御することによって、ビ−ムを所望の方向に偏向させることができる。
【００２６】
また、上部電極として、例えば、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属を用いてもよい。この場合、熱処理によっても電極の抵抗値はほとんど変化せずに低抵抗となるため、電流密度分布が均一に近くなる。したがって、水平ビ−ム形状は単峰性となり、ビ−ム偏向の度合いは小さくなる。
【００２７】
このように、上部電極の熱処理の条件を変えることによって、或いは上部電極の材料及び膜厚を変えることで、電極の抵抗値を変化させ、これにより、ビ−ムの偏向度合いを制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施の形態を説明する。
【００２９】
この第２の実施の形態では、説明の重複を避けるため、上述した第１実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３０】
図４は、第２の実施の形態による半導体レ−ザ素子の断面図である。
【００３１】
本実施の形態では活性層１６が、半導体レ−ザ素子１２′のメサ形状（台形状）部に形成されていることが特徴である。このメサ部に、クラッド層１７′、絶縁膜１８′、上部電極１９′が形成されている。
【００３２】
この場合に於いても、ストライプ幅を有する上部電極１９′の左右両側２箇所に、ワイヤ２０ａ及び２０ｂがボンディングされている。そして、上述した第１の実施の形態と同様に、図１に示されるような構成で駆動回路２４及び２５に電気的に接続されることで、それぞれのワイヤ２０ａ及び２０ｂに流れる電流を制御することができる。したがって、第１の実施の形態と同様に、ビ−ムを偏向することができる。
【００３３】
また、第２の実施の形態では、活性層１６がメサ部に形成されているため、素子化を行う際、側面からダメ−ジが活性層１６に入るのを防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
尚、上述した実施の形態では、上部電極としてＣｒ／Ａｕを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等、通常ＧａＡｓのｐ型電極として用いられるものであれば何を用いてもよいものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ストライプ構造の上部電極に接続された２本のワイヤに独立に電流を制御することにより、ビ−ムを偏向可能な半導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態を示すもので、大出力ビ−ム偏向半導体レ−ザ装置の構成図である。
【図２】本発明による第１の実施の形態を示すもので、図１の半導体レ−ザ装置の発光面から見た断面図である。
【図３】電流密度分布と水平ビ−ムの偏向の関係を説明する特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成を示す半導体レ−ザ素子の断面図である。
【図５】従来の半導体レ−ザ装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１、１０…ステム、２、１１…ヒートシンク、３、１２、１２′…半導体レ−ザ素子、４、４ａ、４ｂ、２０ａ、２０ｂ…ワイヤ、５、６、２１、２２、２３…ステムリード、７、２４、２５…駆動回路、１３…接合材、１４…下部電極、１５、１７、１７′…クラッド層、１６…活性層（発光層）、１８、１８′…絶縁膜、１９、１９′…上部電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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