(57)【要約】【課題】高出力であり、かつ、異なる波長を略同一の位置に照射可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】第１の波長の光を発光する第１のレーザバーと、第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する第２のレーザバーと、を積層して構成される、端面発光型のスタック型半導体レーザ装置であって、第１のレーザバーに電流を流す第１の正極電極および第１の負極電極、ならびに、第１のレーザバーに電流を流す第２の正極電極および第２の負極電極を、さらに備えるスタック型半導体レーザ装置を用いる。【選択図】図１
2018129490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を発光する複数のレーザ素子を含み構成される第１のレーザバーと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する複数のレーザ素子を含み構成される第２のレーザバーと、
を積層して構成される、端面発光型のスタック型半導体レーザ装置であって、
前記第１のレーザバーに電流を流す第１の正極電極および第１の負極電極、ならびに、前記第２のレーザバーに電流を流す第２の正極電極および第２の負極電極を、さらに備える
ことを特徴とするスタック型半導体レーザ装置。
【請求項２】
板状の前記第１の正極電極および負極電極、ならびに、板状の前記第２の正極電極および前記第２の負極電極が、前記第１および第２のレーザバーとともに積層される
ことを特徴とする請求項１に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１のレーザバーを前記第１の正極電極および前記第１の負極電極が挟んで積層した第１の部分と、前記第２のレーザバーを前記第２の正極電極および前記第２の負極電極が挟んで積層した第２の部分と、を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１の部分と前記第２の部分の間に積層される絶縁体をさらに備える
ことを特徴とする請求項３に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記絶縁体は、前記第１の部分または前記第２の部分が積層されるごとに１つ積層される
ことを特徴とする請求項４に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１の正極電極が前記第２の正極電極を兼ねることにより、前記第１の部分と前記第２の部分が一体化して積層される
ことを特徴とする請求項３に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の負極電極が前記第２の負極電極を兼ねることにより、前記第１の部分と前記第２の部分が一体化して積層される
ことを特徴とする請求項３に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１のレーザバーおよび前記第２のレーザバーは、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を含む素子により構成されており、前記ｎ型半導体層、前記活性層、および前記ｐ型半導体層の接合順が、前記第１のレーザバーと前記第２のレーザバーの間で逆方向となる
ことを特徴とする請求項６または７に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項９】
複数の、前記第１の部分と前記第２の部分が一体化して積層された第３の部分を備えており、
前記複数の第３の部分を分離する絶縁体をさらに備える
ことを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第１のレーザバーと前記第２のレーザバーに共有される電極が、前記第１のレーザバーが前記第１の波長の光を発光するタイミングにおいては前記第１の正極電極として機能し、前記第２のレーザバーが前記第２の波長の光を発光するタイミングにおいては前記
第２の負極電極として機能する
ことを特徴とする請求項２または３に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１１】
複数の前記第１のレーザバーおよび複数の前記第２のレーザバーを備えており、
前記複数の第１のレーザバー同士、および、前記複数の第２のレーザバー同士は、並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１２】
複数の前記第１のレーザバーおよび複数の前記第２のレーザバーを備えており、
前記複数の第１のレーザバー同士、および、前記複数の第２のレーザバー同士は、直列に接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第１のレーザバーと前記第２のレーザバーが交互に積層される
ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記第１の波長の光の発光重心点と、前記第２の波長の光の発光重心点が近接していることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１の波長の光の発光重心点と前記第２の波長の光の発光重心点の距離が１ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１４に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第１の正極電極および第１の負極電極ならびに前記第２の正極電極および第２の負極電極を制御して、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の発光のタイミングを制御する半導体レーザドライバをさらに備える
ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のスタック型半導体レーザ装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のスタック型半導体レーザ装置と、
被検体に前記第１の波長の光が照射されて発生する第１の音響波、および、前記被検体に前記第２の波長の光が照射されて発生する第２の音響波を受信して信号を出力する素子と、
前記信号を用いて前記被検体の酸素飽和度分布を取得する情報処理部と、
を備えることを特徴とする光音響測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタック型半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置を作成する際に活性層材料を選択することで、多様な波長での発振が実現できる。たとえば、エピタキシャル成長工程で層内の横方向に異なる波長の発光層を作成する手法（特許文献１）や、層が異なる縦方向に発光層を作成する手法（特許文献２）が開示されている。しかしながら、エピタキシャル成長工程による２波長発振半導体レーザの作成は、単一発光層からなる半導体レーザの作成と比べて工程が複雑であるため、歩留まり低下やコスト増加という課題がある。
【０００３】
また、半導体レーザ単素子の出力には限界がある。そのため、大出力が必要な用途に用いられる半導体レーザ装置を作成するときは、複数素子を集積することで大出力を実現する。すなわち、エピタキシャル成長工程で一次元的に発光点を配列した半導体レーザバーを作成し、複数の半導体レーザバーを積み重ねて密着して一体化し、スタック型半導体レーザとする。スタック型半導体レーザにレーザ発振させるためには、レーザバーを挟むように最上部と最下部に正負電極を準備し、半導体素子の順方向に電流を流す。従来のスタック型半導体レーザは単一波長での発振である。そのため、複数波長を必要とする用途においては、異なる波長のスタック型半導体レーザを作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０７７３２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体レーザの医療機器への応用検討が行われている。半導体レーザを医療用超音波プローブに組み込み、レーザ光を生体等の被検体に照射し、光音響効果により被検体内部の光吸収体で発生した超音波を受信および解析し内部組織を画像化する、光音響測定技術が注目されている。特に、複数波長を用いると血液中のヘモグロビン酸化度を示す酸素飽和度測定が可能であり、従来にない機能情報を高精度に測定できる可能性がある。
【０００６】
酸素飽和度分布を良好なＳＮ比で画像化するためには、超音波プローブに組み込まれる半導体レーザとして高出力なものを用いることが望まれる。その点で、高出力化が可能なスタック型半導体レーザが好適である。
【０００７】
一方で、酸素飽和度分布を高解像度で画像化するためには、被検体上の略同一の位置に複数の波長の光を照射することが望まれる。すなわち、半導体レーザで照射される被検体上における照射位置や照射光分布が、波長によらず略一定であることが望まれる。しかし、単一波長発振であるスタック型半導体レーザを用いて複数波長発振を実現するためには、超音波プローブ内部の複数の位置のそれぞれに、互いに異なる波長の光を発振する複数のスタック型半導体レーザを配置する必要が生じる。このような構成では、照射位置や照射光分布が波長間で一定とならないという課題がある。また、装置構成が複雑化するという課題も生じる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、高出力であり、かつ、異な
る波長を略同一の位置に照射可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
第１の波長の光を発光する複数のレーザ素子を含み構成される第１のレーザバーと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発光する複数のレーザ素子を含み構成される第２のレーザバーと、
を積層して構成される、端面発光型のスタック型半導体レーザ装置であって、
前記第１のレーザバーに電流を流す第１の正極電極および第１の負極電極、ならびに、前記第２のレーザバーに電流を流す第２の正極電極および第２の負極電極を、さらに備える
ことを特徴とするスタック型半導体レーザ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高出力であり、かつ、異なる波長を略同一の位置に照射可能な半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態のスタック型半導体の外観を示す斜視図
【図２】実施の形態の半導体レーザバーを示す斜視図
【図３】実施例１のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図４】実施例２のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図５】実施例３のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図６】実施例４のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図７】実施例４のスタック型半導体レーザの積層構成を示す別の正面図
【図８】実施例５のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図９】実施例６のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図１０】実施例６のスタック型半導体レーザの積層構成を示す別の正面図
【図１１】実施例７のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図１２】実施例８のスタック型半導体レーザの積層構成を示す正面図
【図１３】光音響測定装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１３】
本発明は、レーザ装置に関し、特に複数波長の光を発振できる波長可変な半導体レーザ装置に関する。本発明は、レーザ装置そのものとして捉えても良いし、レーザ装置の製造方法や、レーザ装置の制御方法としても捉えられる。
【００１４】
本発明は、また、上記のレーザ装置を用いて被検体に光を照射し、被検体内部から発生した音響波を用いて被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。
【００１５】
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体
内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した光音響イメージング装置を含む。この場合、特性情報とは、受信された光音響波に由来する受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。
【００１６】
光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収量や吸収率を反映した値である。例えば、単一の波長の光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数を含む。また、互いに異なる複数の波長により得られる特性情報から、組織を構成する物質の濃度を取得できる。物質濃度として酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、物質濃度としては、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。
【００１７】
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。
【００１８】
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。トランスデューサ等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。
【００１９】
被検体情報取得装置の一例として、超音波プローブに組み込まれた照射部から被検体にレーザ照射し、光音響効果により被検体から発生した音響波を超音波プローブにより受信し解析することにより、被検体内の光吸収体の分布を取得する装置がある。かかる被検体情報取得装置は、人や動物の血管疾患や悪性腫瘍などの診断や化学治療の経過観察に好適である。被検体の例として、被検者の乳房や手のような生体の一部、マウスなどヒト以外の動物、無生物、ファントムなどを挙げられる。
【００２０】
＜実施形態＞
（スタック型半導体レーザ装置の構成）
図１に、本発明の半導体レーザ装置である異なる波長の半導体レーザバーを含む、一体スタック型半導体レーザ装置の斜視図を示す。スタック型半導体レーザ装置は、異なる発振波長の半導体レーザバー、電極部材、絶縁部材から成り、２種類以上の半導体レーザバーと電極部材と絶縁部材が一体化した複合密着体である。半導体レーザバーは、複数のレーザ素子を含み構成されるものである。レーザ素子は少なくとも、第一のミラー、活性層、第二のミラーをこの順に有し、活性層に電流を注入して、レーザ発振させるように構成されている。構成要素は、ある波長Ａ（第１の波長）を発光する半導体レーザバー１１、波長Ａとは異なる波長Ｂ（第２の波長）を発光する半導体レーザバー１２、正極電極部１３Ａと１３Ｂ、負極電極部１４Ａと１４Ｂ、絶縁体１５である。なお、図では、奥行方向において各レーザバーの長さが各電極の長さよりも短くなっているが、サイズ関係はこれに限定されない。第１の波長の半導体レーザバーの正極電極は本発明の第１の正極電極、第１の波長の半導体レーザバーの負極電極は本発明の第１の負極電極、第２の波長の半導体レーザバーの正極電極は本発明の第２の正極電極、第２の波長の半導体レーザバーの負極電極は本発明の第２の負極電極に、それぞれ相当する。なお、出射される光は２波長に限らず、３波長以上であっても良い。以下では２波長を例に説明する。
【００２１】
本実施形態では、波長Ａの半導体レーザバーと波長Ｂの半導体レーザバーを２個ずつ有する構成だが、各レーザバーの数はこれに限られない。また、下から波長ＡＢＡＢと交互に積層しているが、ＡＢＢＡやＢＡＡＢ、ＡＡＢＢ、ＢＢＡＡ等の構成でも構わない。
【００２２】
従来の、互いに異なる波長を発振する複数の単波長発振用スタック型半導体レーザを組み合わせた波長可変レーザ装置（以降、「従来型の波長可変スタック型半導体レーザ」とも呼ぶ）の場合、各波長の発振位置を５ｍｍ以下に近接させることは困難である。また、単波長発振用スタック型半導体レーザの発光面の重心を発光重心点とすると、従来型の波長可変スタック型半導体レーザにおいて、２波長それぞれの発光重心点間の距離は、少なくとも数１０ｍｍ以上となる。従って、第１の波長の光による照射位置と、第２の波長の光による照射位置が離れてしまい、酸素飽和度取得の精度が低下する。
【００２３】
一方、本実施形態のように半導体レーザバーを積層一体化することで、波長間の照射位置を可及的に近接させて略同一にすることや、照射光分布を均一化することができる。なお、波長間の照射位置を可及的に近接させるには、図１に示すように、互いに異なる波長のレーザバーを交互に積層することが好ましい。ここで、交互積層している複数のレーザバーから、第１の波長の光を発生させるレーザバーを選択し、選択したレーザバー群から照射される光全体の重心を第１の発光重心点とする。同様に、第２の波長の光を発生させるレーザバー群について第２の発光重心点を設定する。この場合、電極の厚さや薄膜生成方法にもよるが、第１の発光重心点と第２の発光重心点間の距離を可及的に近接させることができる（たとえば発光重心点間の距離が１ｍｍ以下）。その結果、互いに異なる波長の光による照射位置を略同一にできる。
【００２４】
なお、発光重心点間の距離の決定には、酸素飽和度画像生成時のボクセルまたはピクセルのサイズや、ユーザが必要とする解像度や、照射位置の走査を行う場合の走査スピードや、一つのレーザバーの大きさなど、様々な要因が考慮される。そのため、以下の記載における距離に関する「近接」や「略同一」などの表現は、具体的な距離を限定するものではない。
【００２５】
正極電極１３Ａ、１３Ｂ、負極電極１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ２層の電極を側面で結合させたものである。波長Ａを発光する半導体レーザバー１１は、正極電極１３Ａと負極電極１４Ａで挟まれる構造である。波長Ｂを発光する半導体レーザバー１２は、正極電極１３Ｂと負極電極１４Ｂで挟まれる構造である。そして、半導体レーザドライバ（不図示）より半導体レーザバー１１と半導体レーザバー１２に対して別々に電流を流す事により、異なる波長を別々のタイミングで照射可能である。半導体レーザドライバは、正極電極１３Ａ，１４Ａや、負極電極１４Ａ，１４Ｂを制御して、レーザバーから発光させるための電流を流させる。
【００２６】
図１においては、電極とレーザバーを板状状態で接合している。すなわち、波長Ａおよび波長Ｂの半導体レーザバーと、各半導体レーザバーの正極電極および負極電極が、それぞれ略板状であり、それらの板状の層を積層して装置が構成されている。このような形態は、半導体レーザの側面部における電極接合面積を増加させ、電極部におけるインダクタンスを低減させる点で好ましい。しかしながら、給電を行う配線部形状は本図に限定されない。
【００２７】
図２は、本実施形態における、半導体レーザバー２１を模式的に示した斜視図であり、複数の、発光点２２である半導体レーザ単素子が一次元に配列している。図示はしないものの、典型的には、半導体レーザバーは下部電極、基板、バッファ層、クラッド層、下部光ガイド層、発光点に相当する活性層、上部光ガイド層、クラッド層、コンタクト層、上部電極で構成される。下部電極は、ｐ電極であり、オーミック金属、バリア金属、表面電
極Ａｕ等で構成され、上部電極は、ｎ電極であり、オーミック金属、バリア金属、表面電極Ａｕ等で構成される。
【００２８】
半導体レーザ素子の列方向幅をＷ、レーザ射出方向の共振器長の方向を奥行きＬ、半導体素子の配列方向Ｗと共振器長方向Ｌの両方に直行する厚みをＨとする。このとき、半導体レーザバー２１の典型的なサイズは、Ｗ約１０ｍｍ、Ｌ約１ｍｍ、Ｈ約１０〜１００ｕｍ程度である。レーザ単素子は数１００ｕｍ間隔で一次元に配列され、順方向に閾値以上の電流を流すことでレーザ光が射出される。このときの光射出方向は白抜きの矢印で示される。すなわち図２のレーザ装置は、端面発光型のスタック型半導体レーザ装置である。
【００２９】
レーザ光を射出させるために各半導体レーザ素子に必要な電圧は約２Ｖ，電流はおよそ１〜５Ａであり、電流が大きいほどレーザ光出力が大きくなる。また、半導体レーザバーにはレーザ単素子が５０個配列されたケースでは、それぞれのレーザ単素子は並列接続されている。このため、半導体レーザバー１個の駆動には電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａが必要である。
【００３０】
従来型の波長可変スタック型半導体レーザでは、複数の半導体レーザバーに対して、最上面から最下面にｐｎ接合順方向に電流を流す。このため、各半導体レーザバーのｐｎ接合の方向は一定である。一方、本実施形態のスタック型半導体レーザでは、基本的には、各レーザバーについて「電極／半導体レーザバー／電極」という組み合わせが存在する。このため、基本的には、半導体レーザ素子のｐｎ接合順方向に電流が流れるように電極極性を決めるだけで良い。すなわち、複数の「電極／半導体レーザバー／電極」の構成単位を含むスタック型半導体レーザでは、全ての半導体レーザバーのｐｎ接合順方向を同じにする必要はない。
【００３１】
半導体レーザの発光材料としてたとえば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系、それにＧａＮを用いる窒化物系の材料を使用できる。ただし発光材料はこれに限定されない。本実施形態では、０．８〜０．９ｕｍの発光波長となるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系を例として説明する。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体とは、３Ｂ族元素のＡｌ・Ｇａ、５Ｂ族元素のＡｓから成る半導体であり、ｎ型不純物としてＳｉ・Ｓｅ等、ｐ型不純物としてＭｇ・Ｚｎ等を含有できる。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体は、ＧａＡｓとＡｌＡｓの混晶材料であり、活性層のＡｌ成分を増やすことで、発光波長を短くできる（例えば、発光波長範囲７８０〜８７０ｎｍ）。本明細書では、波長８００ｎｍを発振する半導体レーザバーＡ、波長８５０ｎｍを発振する半導体レーザバーＢとして説明するが、本発明はこの波長に限定されない。
【００３２】
本実施形態における電極部材は、半導体レーザバーの電極であるとともに、半導体レーザバーから発生する熱を放熱するための放熱部材でもある。放熱部材としては、熱伝導性の高いＣｕが好適である。しかしながら、Ｃｕのような熱伝導率の高い金属の線膨張係数は半導体レーザバーの主構成部材であるＧａＡｓ等の線膨張係数より大きいため、接触応力による半導体レーザ素子の特性への影響が懸念される。そこで、半導体レーザバーとＣｕの中間の線膨張係数を有するＣｕＷを用い、ＣｕＷとＣｕから成る複合部材を電極部材として、ＣｕＷと半導体レーザバー側に接触させることも好ましい。
【００３３】
本実施形態における絶縁部材は、異なる波長の半導体レーザバーをそれぞれ発光させるために、複数の電極を電気的に分離する事を目的として設けられる。絶縁部材としては、窒化アルミニウムやシリコンカーバイト等のセラミック材料が好適である。
【００３４】
本実施形態の半導体レーザ装置は、異なる発振波長を有する半導体レーザバー、電極部材、絶縁部材を接着により一体化し、密着させて積層構造を形成したものである。接着に
用いる接着部材としては、ＡｕＳｎソルダー等が好適である。
【００３５】
本実施形態の半導体レーザ装置において、放熱機能を含む基板上に、スタック型半導体レーザだけでなく、半導体レーザドライバを取り付けても良い。半導体レーザドライバは、電源、ＦＥＴ，パルス波形生成用キャパシタ、電流制御回路、発光タイミング制御回路などから構成される駆動回路である。放熱部材として、フィンを設けたり、基板上にファンを取り付けたり、水冷機構を設けたり、ペルチェ冷却器等で精密に温度制御したりしても良い。
【００３６】
（光音響測定装置の構成）
本実施形態の一体スタック型半導体レーザを医療用の超音波検査用プローブに組み込むことで光音響測定装置を構成できる。半導体レーザドライバの制御によって異なる波長を交互に照射できるので、この光音響測定装置は酸素飽和度分布の取得に好適である。また、一体化光源であるため、特別な光学系を用いて照射領域を同一にする必要が無く、波長に依存せずにほぼ一定の照射領域とすることが可能である。
【００３７】
図１３を参照して、本発明の半導体レーザ装置を医療用超音波装置に組み込んだ光音響測定装置１３００の一例を説明する。光音響測定装置は、超音波プローブ１３１０、情報処理部１３２０、表示部１３３０を備える。超音波プローブ１３１０には、スタック型半導体レーザが組み込まれており、構成要素として半導体レーザドライバ１３１１、レーザバーのスタック１３１２、導光部１３１３、照射部１３１４を備える。超音波プローブはまた、音響波を検出して信号を出力するための素子１３１６と、信号取得部１３１７を備える。
【００３８】
超音波プローブ１３１０は、ユーザが把持してプローブを被検体に押し当てるための把持部を備えるとともに、各ブロックを保持する筐体として機能する。超音波プローブの材質としては、従前から存在するレーザ光射出機能を有さない超音波プローブと同様の素材を利用できる。情報処理部１３２０の指示によって半導体レーザドライバ１３１１が動作し、レーザバーのスタック１３１２から、指示に応じた波長の光が発生する。導光部１３１３および照射部１３１４は、光を導いて所望の形状で被検体に照射するための光学部材である。光学部材としては、バンドルファイバ、ミラー、レンズ、プリズムなど所望のものを使用できる。照射部１３１４から照射された光１３１５が被検体に入射する。
【００３９】
なお、本発明のスタック型半導体レーザ装置を適用する対象は、ハンドヘルド型の光音響測定装置には限られない。例えば、ＸＹステージなどの走査機構を用いて、超音波プローブを被検体に対する位置を変化させるような光音響測定装置も、本発明の適用対象である。
【００４０】
被検体１３５０内の光吸収体１３５１が光１３１５のエネルギーを吸収すると、光音響波１３５２が発生する。素子１３１６は、波長Ａ（第１の波長）の光が被検体に照射された音響波を受信して第１の信号に変換し、波長Ｂ（第２の波長）の光が被検体に照射された音響波を受信して第２の信号に変換する。第１および第２の信号はアナログ電気信号である。素子としては、圧電現象を用いたもの、静電容量型のもの、光の共振を用いたものなど任意のタイプを利用できる。図示したように、複数の素子を用いることは高解像度化のために好ましい。なお、素子１３１６と被検体を音響的に整合させるために、超音波プローブにおける被検体に押し当てられる面にパッキングを設けることが好ましい。また、被検体に超音波ジェル等を塗布することも好ましい。信号取得部１３１７は、アナログ電気信号に増幅処理やデジタル変換処理を行う回路であり、増幅器やＡＤ変換器で構成される。
【００４１】
生成されたデジタル電気信号は不図示のメモリに格納され、情報処理部１３２０による画像再構成に利用される。情報処理部１３２０は、ＣＰＵやメモリなどの演算資源を備え、プログラムされた指令やユーザからの入力情報に基づいて動作する、ＰＣやワークステーションなどが好適である。画像再構成アルゴリズムとしては、整相加算法、タイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影法、繰り返し処理による逆問題解析法など、既知の技術を利用できる。情報処理部１３２０は、装置全体の制御、たとえば発光タイミングや信号取得タイミングの制御や、光強度の制御なども行う。
【００４２】
情報処理部１３２０は、画像再構成により、波長Ａに由来する第１の信号から第１の初期音圧分布を、波長Ｂに由来する第１の信号から第１の初期音圧分布を生成する。続いて、第１の初期音圧分布と、波長Ａの光の被検体内部での光量分布とを用いて、第１の吸収係数分布を取得し、第２の初期音圧分布と、波長Ｂの光の被検体内部での光量分布とを用いて、第２の吸収係数分布を取得する。続いて、第１および第２の吸収係数分布を用いて、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンそれぞれの波長ごとの光吸収特性の違いに基づいて酸素飽和度分布を取得する。このとき、本発明においては第１の波長の照射位置と第２の波長の照射位置が略同一と見なせるほど近接しているため、酸素飽和度を精度良く定量的に取得できる。
【００４３】
被検体内部の光量分布は、半導体レーザドライバの制御値と被検体の表面形状から被検体表面における照射光量を取得し、モンテカルロ法などの既知の光量解析手法を用いることで取得できる。より簡易的には、被検体表面における照射光量と被検体の有効減衰係数から求めても良い。また、被検体の属性（年齢やＢＭＩなど）に基づいて、一定の光量分布を仮定しても良い。
【００４４】
なお、本発明の半導体レーザ装置の適用例は光音響測定装置に限定されない。本発明の半導体レーザ装置は、波長に依存せずに一定に照射領域を必要とする用途に好適である。
【００４５】
以下、本発明の実施例を、半導体レーザバーと電極部材と絶縁部材の積層の正面図と、電極の接合例を示す配線構成を用いて説明する。
【００４６】
＜実施例１＞
本実施例のスタック型半導体レーザは、波長Ａを発光する半導体レーザバー３１を１層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー３２を１層含む構成である。
【００４７】
図３（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー３１を負極の電極部材３３と正極の電極部材３４で挟んで積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー３２を負極の電極部材３３と正極の電極部材３４で挟んで積層した部分（第２の部分）が、絶縁体３５で電気的に分離されつつ、全体としては一体化された構成である。
符号３６は半導体レーザドライバ内の電源回路であり、定電圧源あるいは定電流源回路である。本実施例では電圧源の場合を例として説明する。
【００４８】
符号３７、３８，３９，３１０は半導体レーザドライバ内のスイッチ回路であり、半導体レーザバー３１および３２への電流を切り替えるものである。高解像度な光音響装置に応用するためには、数ｎｓから数ｕｓのパルス幅で発光させるのが望ましい。このような短いパルス発光を行うために、スイッチ回路は低容量かつ低インダクタンスな、ＦＥＴあるいはトランジスタを用いる。
【００４９】
図３（ａ）ではスイッチ回路３７、３８をオン，３９，３１０をオフし、電源回路３７を半導体レーザバー３２に導通させ黒い矢印の方向に電流を流し波長Ｂで発光させる。こ
の時には半導体レーザバー３１は電流が流れないため、発光しない。
【００５０】
図３（ｂ）ではスイッチ回路３７、３８をオフ，３９，３１０をオンし電源回路３６を半導体レーザバー３１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ａで発光させる。この時には半導体レーザバー３２は電流が流れないため発光しない。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例の構成では、電源回路３６およびスイッチ回路３７，３８，３９，３１０は、電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａの駆動能力を有するものとする。
本実施例では、半導体レーザバー２個に対して電極４層と絶縁層１層からなる構成である。またスイッチ回路は４個必要である。
【００５１】
上述したように、従来のスタック型半導体レーザは、同一波長で発振する複数の半導体素子で構成されている。このような従来型スタック型半導体レーザを２つ組み合わせて、異なる波長を発振可能にしたレーザ装置（従来型の波長可変スタック型半導体レーザ）を用いる場合、波長ごとの発振場所が完全に離れてしまう。一方、本構成のスタック型半導体レーザは、半導体レーザバーが薄い電極板と薄い絶縁版を介して一体化しているため、発振場所がほぼ一定である特徴を有する。
【００５２】
＜実施例２＞
本実施例のスタック型スタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー４１を２層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー４２を２層含む構成である。本実施例において半導体レーザバー４１の各層を４１Ａ、４１Ｂ，半導体レーザバー４２の各層を４２Ａ、４２Ｂと呼ぶ。
【００５３】
図４（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー４１を負極の電極部材４３と正極の電極部材４４で挟んで積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー４２を負極の電極部材４３と正極の電極部材４４で挟んで積層した部分（第２の部分）が、絶縁体４５で電気的に分離されつつ、全体としては一体化された構成である。
【００５４】
半導体レーザバー４１Ａおよび半導体レーザ４１Ｂの各正極は電極部材で導通されている。同様に、半導体レーザバー４１Ａおよび半導体レーザバー４１Ｂの各負極は電極部材で導通されている。また、半導体レーザバー４２Ａおよび半導体レーザ４２Ｂの各正極は電極部材で導通されている。同様に、半導体レーザバー４２Ａおよび半導体レーザバー４２Ｂの各負極は電極部材で導通されている。
【００５５】
符号４６は電源回路であり、実施例１の符号３６と同様である。符号４７、４８，４９，４１０はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７、３８，３９，３１０と同様である。図４（ａ）ではスイッチ回路４７、４８をオン，４９，４１０をオフし電源回路４６を半導体レーザバー４２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー４１は電流が流れないため発光しない。
【００５６】
図４（ｂ）ではスイッチ回路４７，４８をオフ，４９，４１０をオンし、電源回路４６を半導体レーザバー４１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ａで発光させる。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例では半導体レーザバー４１および半導体レーザバー４２の各層は並列接続されている。このように、同じ種類のレーザバー同士が並列に接続された場合、必要な電流は実施例１と比べて２倍になる。本実施例の構成では、電源回路４６およびスイッチ回路４７，４８，４９，４１０は、電圧２Ｖ，電流１００〜５００Ａの駆動能力を有するものとする。
【００５７】
本実施例では、半導体レーザバー４個に対して電極８層と絶縁層３層からなる構成である。またスイッチ回路は４個必要である。
本実施例によれば、端面発光型のスタック型半導体レーザにおいて、各波長の発光重心点を略同一にできるという実施例１のメリットを享受しつつ、実施例１よりも強度の強いレーザ光を射出できる。
【００５８】
実施例１と実施例２の一体スタック型半導体レーザは、第１の部分と第２の部分が、互いに電極（正極電極または負極電極）を共有せずに、絶縁体を介して積層された構成である。このような構成では、半導体レーザバーの数が、各波長につき１層ずつ、合計２層増えると、電極が４層、絶縁層が２層増える。また、半導体レーザバーが合計２層増えると、各半導体レーザ単素子のレーザ光出力を変えない場合には、電源回路およびスイッチ回路の電流駆動能力を、５０〜２５０Ａほど増やす必要がある。
【００５９】
＜実施例３＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー５１を１層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー５２を１層含む構成である。
【００６０】
図５（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー５１を負極の電極部材５３と正極の電極部材５４で積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー５２を負極の電極部材５３と正極の電極部材５４で挟んで積層した部分（第２の部分）を備える構成である。なお、正極の電極部材５４は、第１の部分と第２の部分の間で共有されている。また、絶縁体は設けられていない。共有される電極部材は、正極であっても負極であっても良い。これにより、共有される電極が、複数のレーザバーの負極電極を兼ねる。
【００６１】
波長Ａを発振する半導体レーザバー５１と波長Ｂを発振する半導体レーザバー５２の間にある電極５４は、ＣｕＷ−Ｃｕ−ＣｕＷのように、線膨張係数の大きく熱伝導性の高いＣｕを半導体素子の線熱膨張係数に近いＣｕＷで挟む積層構成とすることが好ましい。これにより、応力による半導体素子への影響を軽減できる。符号５５は電源回路であり、実施例１の符号３６と同様である。符号５６、５７はスイッチ回路であり、実施例１の３８，３１０と同様である。
【００６２】
図５（ａ）ではスイッチ回路５６をオン、５７をオフし電源回路５５を半導体レーザバー５２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー５１は電流が流れないため発光しない。
【００６３】
図５（ｂ）ではスイッチ回路５６をオフ、５７をオンし、電源回路５５を半導体レーザバー５１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ａで発光させる。この時には半導体レーザバー５２は電流が流れないため発光しない。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例の構成では、電源回路５５およびスイッチ回路５６、５７は、電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａの駆動能力を有するものとする。また、波長Ａの半導体レーザバー５１と波長Ｂの半導体レーザバー５２では、半導体レーザ素子の順方向を逆向きに配置しているため、各レーザバーの間で、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層の接合順が逆方向になっている。
【００６４】
本実施例では、半導体レーザバー２個に対して電極３層で、絶縁層は不要である。半導体レーザバー数が同じ実施例１と比較すると、電極層と絶縁層の数が減少している。スイッチ回路の個数は２個であり、実施例１の４個と比べて少ない。本実施例によれば、半導体レーザドライバの小型化、低コスト化が可能である。
【００６５】
本実施例においては、互いに異なる波長の光を射出する半導体レーザバー同士が、薄い電極板を介して一体化している。そのため、本実施例にかかる端面発光型のスタック型半導体レーザによれば、複数波長の光を略同一の位置に照射できる。
【００６６】
＜実施例４＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー６１を２層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー６２を２層含む構成である。本実施例において半導体レーザバー６１の各層を６１Ａ、６１Ｂ，半導体レーザバー６２の各層を６２Ａ、６２Ｂと呼ぶ。
【００６７】
図６（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー６１を負極の電極部材６３と正極の電極部材６４で挟んで積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー６２を負極の電極部材６３と正極の電極部材６４で挟んで積層した部分（第２の部分）を備える。なお、正極の電極部材５４は、第１の部分と第２の部分の間で共有されている。共有される電極部材は、正極であっても負極であっても良い。上記の、正極の電極部材５４を共有する第１の部分と第２の部分を合わせて、「第３の部分」と呼ぶ。本実施例のスタック型半導体レーザは、２つの「第３の部分」を、絶縁体６５で電気的に分離しつつ、全体として一体化した構成となっている。
【００６８】
実施例３と同様、波長Ａを発振する半導体レーザバー６１と波長Ｂを発振する半導体レーザバー６２の間にある電極６４は、ＣｕＷ−Ｃｕ−ＣｕＷのように、線膨張係数の大きく熱伝導性の高いＣｕを半導体素子の線熱膨張係数に近いＣｕＷで挟む積層構成とすることが好ましい。これにより、応力による半導体素子への影響を軽減できる。
【００６９】
半導体レーザバー６１Ａおよび半導体レーザ６１Ｂの各正極は電極部材で導通されている。同様に、半導体レーザバー６１Ａおよび半導体レーザバー６１Ｂの各負極は電極部材で導通されている。また、半導体レーザバー６２Ａおよび半導体レーザ６２Ｂの各正極は電極部材で導通されている。同様に、半導体レーザバー６２Ａおよび半導体レーザバー６２Ｂの各負極は電極部材で導通されている。
【００７０】
符号６８は電源回路であり、実施例１の符号３６と同様である。符号６６、６７はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７、３８と同様である。図６（ａ）ではスイッチ回路６６をオン，６７をオフし電源回路６８を半導体レーザバー６２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー６１は電流が流れず発光しない。
【００７１】
図６（ｂ）ではスイッチ回路６６をオフ，６７をオンし、電源回路６８を半導体レーザバー６１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ａで発光させる。この時には半導体レーザバー６２は電流が流れず発光しない。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例では半導体レーザバー６１および半導体レーザバー６２の各層は並列接続されている。このように、同じ種類のレーザバー同士が並列に接続された場合、必要な電流は２倍になる。本実施例の構成では、電源回路６８およびスイッチ回路６６，６７は、電圧２Ｖ，電流１００〜５００Ａの駆動能力を有するものとする。
波長Ａの半導体レーザバー６１と波長Ｂの半導体レーザバー６２では、半導体レーザ素子の順方向を逆向きに配置している。
【００７２】
本実施例では、半導体レーザバー４個に対して電極６層で絶縁１層であり、半導体レー
ザバー数が同じ実施例２と比較すると、電極層が２層、絶縁層が２層、それぞれ少なくて済む。また、スイッチ回路の個数は２個であり、実施例２の４個と比べて少ない。その結果、半導体レーザドライバの小型化、低コスト化が可能である。
実施例４によれば、実施例３と同様の効果を享受しつつ、互いに異なる波長の光同士の発光重心点を近接させて、略同一の位置できる。
【００７３】
実施例３と実施例４の一体スタック型半導体レーザは、第１の部分と第２の部分が、絶縁体を介さず、互いに電極を共有して積層されて第３の部分を形成している。また、複数の第３の部分が絶縁体を介して積層され、全体としてスタック構造となっている。この構成において、各波長の半導体レーザバーを１つずつ増やすと（すなわち、第３の部分を１つ増加させると）、電極が３層、絶縁層が１層増える。
【００７４】
＜実施例４の展開例＞
図７に波長Ａを発光する半導体レーザバー７１を３層（７１Ａ〜７１Ｃ）、波長Ｂを発光する半導体レーザバー７２を３層（７２Ａ〜７２Ｃ）含む構成を示す。符号７３は負極の電極部材、符号７４は正極の電極部材、符号７５は絶縁体、符号７８は電源回路、符号７６，７７はスイッチである。
【００７５】
図７を図６と比較すると、各波長の半導体レーザバーが１層ずつ増えている。これにより、電極が３層、絶縁層が１層増えている。すなわち、「第３の部分」が１つ増えている。なお、半導体レーザバーが各波長につき１層ずつ増えると、各半導体レーザ単素子のレーザ光出力を変えない場合には、電源回路およびスイッチ回路の電流駆動能力は、５０〜２５０Ａほど増やす必要がある。
【００７６】
＜実施例５＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー８１を１層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー８２を１層含む構成である。
【００７７】
図８（ａ）と（ｂ）は、同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー８１と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー８２と、半導体レーザバー８１および８２に共有される電極８６と、半導体レーザバー８２のみに接続される電極８５Ａと、半導体レーザバー８１のみに接続される電極８５Ｂと、を備える。また、図８（ａ）と（ｂ）で共通して、符号８３は負極の電極部材を、符号８４は正極の電極部材を示す。
【００７８】
波長Ａを発振する半導体レーザバー８１と波長Ｂを発振する半導体レーザバー８２の間にある電極８６は、「ＣｕＷ−Ｃｕ−ＣｕＷ」のように線膨張係数の大きく熱伝導性の高いＣｕを半導体素子の線熱膨張係数に近いＣｕＷで積層とすることで応力による半導体素子影響を軽減している。符号８７は電源回路であり、実施例１の符号３６と同様である。符号８８、８９，８１０、８１１はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７、３８と同様である。
【００７９】
電極８６は、波長Ａを発振する際には正極、波長Ｂを発振させる際は負極として寄与する。すなわち、波長Ｂが発振される図８（ａ）においては、半導体レーザバー８２に対して、電極８６が負極電極部材８３となり、電極８５Ａが正極電極部材８４となることで、第２の部分が形成される。一方、波長Ａが発振される図（ｂ）においては、半導体レーザバー８１に対して、電極８６が正極電極部材８４となり、電極８５Ｂが負極電極部材８４となることで、第１の部分が形成される。
【００８０】
図８（ａ）ではスイッチ回路８８，８９をオン、８１０、８１１をオフし電源回路８７
を半導体レーザバー８２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー８１は電流が流れないため発光しない。図８（ｂ）では、スイッチ回路８８，８９をオフ，８１０，８１１をオンし、電源回路８７を半導体レーザバー８１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ａで発光させる。この時には半導体レーザバー８２は電流が流れないため発光しない。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例の構成では、電源回路８７およびスイッチ回路８８，８９，８１０，８１１は、電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａの駆動能力を有するものとする。
【００８１】
波長Ａの半導体レーザバー８１と波長Ｂの半導体レーザバー８２は、実施例３とは異なり、半導体レーザ素子の順方向が同方向になるように配置される。
本実施例では、半導体レーザバー２個に対して電極３層で絶縁層は不要であり、半導体レーザバー数が同じ実施例１と比較すると、電極層が１層、絶縁層が１層少ない。一方、スイッチ回路の個数は４個であり、実施例１と同数が必要になる。
【００８２】
＜実施例６＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー９１を２層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー９２を２層含む構成である。本実施例において半導体レーザバー９１の各層を９１Ａ、９１Ｂ，半導体レーザバー９２の各層を９２Ａ、９２Ｂと呼ぶ。
【００８３】
図９（ａ）と（ｂ）は、同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、レーザバーとして、波長Ａを発振する半導体レーザバー９１Ａ，９１Ｂと、波長Ｂを発振する半導体レーザバー９２Ａ，９２Ｂを備える。またスタック型半導体レーザは、共有される電極として、半導体レーザバー９１Ａおよび９２Ａに共有される電極９６Ａと、半導体レーザバー９１Ｂおよび９２Ｂに共有される電極９６Ｂを備える。またスタック型半導体レーザは、その他の電極として、半導体レーザバー９１Ａのみに接続される電極９１３Ａ、半導体レーザバー９１Ｂのみに接続される電極９１３Ｂ、半導体レーザバー９２Ａのみに接続される電極９１２Ａ、半導体レーザバー９２Ｂのみに接続される電極９１２Ｂを備える。また、図９（ａ）と（ｂ）で共通して、符号９３は負極の電極部材を、符号９４は正極の電極部材を示す。
【００８４】
共有される電極９６Ａ，９６Ｂは、実施例５の符号８６と同様である。符号９７は電源回路であり、実施例１の３６と同様である。符号９８，９９，９１０，９１１はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７，３８と同様である。
【００８５】
電極９６Ａ，９６Ｂは、波長Ａを発振する際には正極、波長Ｂを発振させる際は負極として寄与する。すなわち、波長Ｂが発振される図９（ａ）においては、半導体レーザバー９２Ａ，９２Ｂに対して、電極９６Ａ，９６Ｂが負極電極部材９３となり、電極９１２Ａ，９１２Ｂが正極電極部材９４となることで、第２の部分が形成される。一方、波長Ａが発振される図９（ｂ）においては、半導体レーザバー９１Ａ，９１Ｂに対して、電極９６Ａ，９６Ｂが正極電極部材９４となり、電極９１３Ａ，９１３Ｂが負極電極部材９３となることで、第１の部分が形成される。ここで、本実施例における第１の部分と第２の部分を合わせて「第４の部分」と呼ぶとすると、図９においては２つの「第４の部分」が絶縁体９５で電気的に分離されつつ一体化されている。
【００８６】
波長Ａを発振するとき、すなわち図９（ｂ）のとき、半導体レーザバー９１Ａおよび半導体レーザ９１Ｂの各正極は電極部材で導通されており、半導体レーザバー９１Ａおよび半導体レーザバー９１Ｂの各負極は電極部材で導通されている。また、波長Ｂを発振するとき、すなわち図９（ａ）のとき、半導体レーザバー９２Ａおよび半導体レーザ９２Ｂの
各正極は電極部材で導通されており、半導体レーザバー９２Ａおよび半導体レーザバー９２Ｂの各負極は電極部材で導通されている。
【００８７】
図９（ａ）ではスイッチ回路９８，９９をオン，９１０，９１１をオフし半導体レーザバー９２を電源回路９７に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー９１は電流が流れないため発光しない。図９（ｂ）ではスイッチ回路９８，９９をオフ，９１０，９１１をオンし電源回路９７を半導体レーザバー９１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ａで発光させる。この時には半導体レーザバー９２は電流が流れないため発光しない。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例では半導体レーザバー９１および半導体レーザバー９２の各層は並列接続されて居る。このように、同じ種類のレーザバー同士が並列に接続された場合、必要な電流は２倍になる。本実施例の構成では、電源回路９７およびスイッチ回路９８，９９，９１０，９１１は、電圧２Ｖ，電流１００〜５００Ａの駆動能力を有するものとする。
【００８８】
波長Ａの半導体レーザバー９１と波長Ｂの半導体レーザバー９２は、実施例４とは異なり、半導体レーザ素子の順方向が同方向になるように配置している。
本実施例では、半導体レーザバー４個に対して電極６層で絶縁１層であり、半導体レーザバー数が同じ実施例２と比較すると、電極層が２層、絶縁層も２層少ない。
【００８９】
実施例５と実施例６では、異なる波長のレーザバー間で共有される電極が、発振される波長に応じて正負いずれかの電極として機能するような構成を持つ。かかる構成において、各波長の半導体レーザバーが１層ずつ、合計２層増えると、電極が３層、絶縁層が１層増える。
【００９０】
＜実施例６の展開例＞
図１０に波長Ａを発光する半導体レーザバー１０１を３層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー１０２を３層含む構成を示す。図９から更に各波長の半導体レーザバーが１層ずつ増えることで、電極が３層、絶縁層が１層増える構成である。すなわち、「第４の部分」が１つ増えている。一方、スイッチ回路の個数は４個であり、実施例２と同数が必要になる。また、半導体レーザバーが１層ずつ増えると、各半導体レーザ単素子のレーザ光出力を変えない場合には、電源回路およびスイッチ回路は、５０〜２５０Ａ電流駆動能力を増やす必要がある。
【００９１】
＜実施例７＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー１１１を２層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー１１２を２層含む構成である。本実施例の実施例２との違いは、実施例２では半導体レーザバーの各層は並列接続されていたが、本実施例では半導体レーザバーの各層は直列接続される点である。本実施例において半導体レーザバー１１１の各層を１１１Ａ、１１１Ｂ，半導体レーザバー１１２の各層を１１２Ａ、１１２Ｂと呼ぶ。
【００９２】
図１１（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー１１１を負極の電極部材１１３と正極の電極部材１１４で挟んで積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー１１２を負極の電極部材１１３と正極の電極部材１１４で挟んで積層した部分（第２の部分）と、第１の部分と第２の部分の間を電気的に分離する絶縁体１１５と、を備えており、第１の部分、第２の部分、および絶縁体が、全体として一体化された構成となっている。ただし、実施例２とは異なり、半導体レーザバー１１１Ａの負極と半導体レーザバー１１１Ｂの正極が導通されている。同様に、半導体レーザバー１１２Ａの負極と半導体レーザバー１１２Ｂ
の正極が導通されている。これにより、同じ種類のレーザバー同士が直列に接続されている。
【００９３】
符号１１６は電源回路であり、実施例１の３６と同様である。符号１１７、１１８，１１９，１１１０はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７、３８，３９，３１０と同様である。図１１（ａ）ではスイッチ回路１１７、１１８をオン，１１９，１１１０をオフし電源回路１１６を半導体レーザバー１１２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー１１１は電流が流れないため発光しない。
【００９４】
図１１（ｂ）ではスイッチ回路１１７，１１８をオフ，１１９，１１１０をオンし、電源回路１１６を半導体レーザバー１１１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ａで発光させる。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例では半導体レーザバー１１１および半導体レーザバー１１２の各層は直列接続されており、必要な電圧は２倍になる。本実施例の構成では、電源回路１１６およびスイッチ回路１１７，１１８，１１９，１１１０は、電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａの駆動能力を有するものとする。
【００９５】
（レーザバー数の増加）
本実施例では、レーザバー４個に対して電極８層と絶縁層３層からなる構成である。一方、スイッチ回路の個数は４個であり、実施例２と同数が必要になる。
ここで、図１１から更に、各波長の半導体レーザバーを１層ずつ、合計２層増やす場合について考える。その結果、波長Ａを発光する半導体レーザバー１１１が３層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー１１２が３層、電極が正負合わせて１２層、絶縁層が５層になる。すなわち、レーザバーが２層、電極が４層、絶縁層が２層増える。
【００９６】
各波長の半導体レーザバーが１層ずつ、合計２層増えると、各半導体レーザ単素子のレーザ光出力を変えない場合には、電源回路およびスイッチ回路は、２Ｖ電圧駆動能力を増やす必要があるが、電流駆動能力は増やさなくてよい。このため、半導体レーザドライバや配線部分からの発熱を低減させ、半導体レーザ装置全体の小型化、低コスト化の効果がある。半導体レーザバーを多数積層し光強度を大きくする場合には、この効果は顕著になる。
【００９７】
なお、本実施例においては実施例２の半導体レーザバーに対し、電極部材で各層を直列接続することで、電流駆動能力の増加を低減させる例を示した。このような、電極部材で同じ波長の半導体レーザバーを直列接続する方法は、実施例４および実施例６の半導体レーザバーについても組み合わせて適用できる。これにより、実施例４および実施例６の半導体レーザバーの場合でも、半導体レーザドライバや配線部分の発熱低減効果を得られる。
【００９８】
＜実施例８＞
本実施例のスタック型半導体レーザ装置は、波長Ａを発光する半導体レーザバー１２１を２層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー１２２を２層含む構成である。本実施例の、実施例７との違いは、実施例７では、半導体レーザバーの各層の正極および負極をスイッチで切り替えていたが、本実施例では半導体レーザ半導体レーザバーの各層の負極のみスイッチで切り替える点である。本実施例において半導体レーザバー１２１の各層を１２１Ａ、１２１Ｂ，半導体レーザバー１２２の各層を１２２Ａ、１２２Ｂと呼ぶ。
【００９９】
図１２（ａ）と（ｂ）は同じ層構成を示している。スタック型半導体レーザは、波長Ａを発振する半導体レーザバー１２１を負極の電極部材１２３と正極の電極部材１２４で挟
んで積層した部分（第１の部分）と、波長Ｂを発振する半導体レーザバー１２２を負極の電極部材１２３と正極の電極部材１２４で挟んで積層した部分（第２の部分）と、第１の部分と第２の部分を電気的に分離する絶縁体１２５と、を備えており、第１の部分、第２の部分および絶縁体が、全体として一体化された構成となっている。
【０１００】
なお、実施例７と同じく、半導体レーザバー１２１Ａの負極と半導体レーザバー１２１Ｂの正極が導通されている。同様に、半導体レーザバー１２２Ａの負極と半導体レーザバー１２２Ｂの正極が導通されている。また、実施例７と異なり、半導体レーザバー１２１Ａの正極と半導体レーザバー１２２Ａの正極が導通されている。
【０１０１】
符号１２６は電源回路であり、実施例１の符号３６と同様である。符号１２７、１２８はスイッチ回路であり、実施例１の符号３７、３８と同様である。図１２（ａ）ではスイッチ回路１２７をオン，１２８をオフし電源回路１２６を半導体レーザバー１３２に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ｂで発光させる。この時には半導体レーザバー１２１は電流が流れないため発光しない。
【０１０２】
図１２（ｂ）ではスイッチ回路１２７をオフ，１２８をオンし、電源回路１２６を半導体レーザバー１２１に導通させ、黒い矢印の方向に電流を流し、波長Ａで発光させる。半導体レーザバーに交互に導通することにより異なる波長を交互に発光させることができる。本実施例では半導体レーザバー１２１および半導体レーザバー１２２の各層は直列接続されており、必要な電圧は２倍になる。本実施例の構成では、電源回路１２６およびスイッチ回路１２７，１２８は、電圧２Ｖ，電流５０〜２５０Ａの駆動能力を有するものとする。
【０１０３】
本実施例では、レーザバー４個に対して電極８層と絶縁層３層からなる構成である。本実施例にかかる一体スタック型半導体レーザにおいて、各波長の半導体レーザバーが１層ずつ、合計２層増えると、電極が４層、絶縁層が２層増える。
【０１０４】
例えば、実施例７での検討と同様に、図１２から各波長の半導体レーザバーが１層ずつ、合計２層増えた場合について考える。この場合、波長Ａを発光する半導体レーザバー１２１が３層、波長Ｂを発光する半導体レーザバー１２２が３層、電極が正負合わせて１２層、絶縁層が５層になる。すなわち、レーザバーが２層、電極が４層、絶縁層が２層増える。なお、必要なスイッチ回路の個数は２個であり、実施例７と比較するとスイッチ回路が少なく、半導体レーザドライバの小型化、低コスト化がしやすい構成である。また、各層を直列接続している点は実施例７と同じであるため、半導体レーザドライバや配線部分からの発熱を低減させ、半導体レーザ装置全体の小型化、低コスト化させるという効果がある。
【０１０５】
なお、本実施例においては、実施例７の半導体レーザバーに対し、電極部材で半導体レーザバー１２１Ａと半導体レーザバー１２２Ｂを導通させることで、スイッチ回路の個数を４個から２個に低減させる例を示した。の方法は、実施例２および実施例６の半導体レーザバーについても組み合わせて適用できる。これにより、実施例２および実施例６の半導体レーザバーの場合でも、スイッチ回路の個数の減少、レーザドライバ回路の小型化、低コスト化の効果を得られる。
【０１０６】
以上の記載においては、２種類の波長の光を切り替えて用いるスタック型半導体レーザ装置について説明した。しかし本発明は、３種類以上の波長の光を切り替えて用いる場合にも適用できる。その場合、波長Ｃ（第３の波長）の光を発光する第３のレーザバーと、第３のレーザバーに用いる正極電極および負極電極を用いる。絶縁体の有無、別種類のレーザバー同士で正極電極または負極電極を共有するか否か、同じ波長のレーザバー同士を
直列と並列のいずれで接続するか否か、などについては、上記各実施例に準じて適宜決定して良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１１：波長Ａを発光する半導体レーザバー、１２：波長Ｂを発光する半導体レーザバー、１３Ａ，Ｂ：正極電極部、１４Ａ，Ｂ負極電極部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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