JP2023097508A - 半導体レーザおよび光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ４１ａは、第１導波路４７ａと、第２導波路４７ｂと、を含む。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとは、同一の半導体チップ内に形成されている。第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値は、第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値よりも高い。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体レーザおよび光モジュールに関するものである。

２つの波長で発光する半導体レーザが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００８－１６７９９号公報 特開２００１－２５７４１３号公報

半導体レーザは、レーザ光を出射する光モジュールに備えられる場合がある。光モジュールは、例えば、出射するレーザ光を走査して描画する描画装置として用いられる場合がある。このような用途に用いられる光モジュールにおいては、高精度に描画する観点から、半導体レーザにより出射されるレーザ光の出力の安定化が求められる。そこで、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを提供することを本開示の目的の１つとする。

本開示に従った半導体レーザは、第１導波路と、第２導波路と、を含む。第１導波路と第２導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。第２導波路のレーザ発振の閾値は、第１導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。

上記半導体レーザによれば、出射するレーザ光の出力を安定化できる。

図１は、実施の形態１に係る半導体レーザの概略側面図である。 図２は、実施の形態１に係る半導体レーザを備える光モジュールの構造を示す外観斜視図である。 図３は、図２に示す光モジュールの後述するキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。 図４は、図３に示す光モジュールの概略平面図である。 図５は、実施の形態３に係る光モジュールの概略斜視図である。 図６は、実施の形態３に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。 図７は、実施の形態４に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。 図８は、図７に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。 図９は、図８に示す光モジュールの概略平面図である。 図１０は、実施の形態５に係る光モジュールの概略斜視図である。 図１１は、実施の形態５に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。 図１２は、実施の形態６に係る半導体レーザの概略側面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体レーザは、第１導波路と、第２導波路と、を含む。第１導波路と第２導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。第２導波路のレーザ発振の閾値は、第１導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。

半導体レーザは、光モジュールに備えられ、光モジュールから出射されるレーザ光の光源として用いられる場合がある。光モジュールから出射されるレーザ光を走査して描画する描画装置として利用する場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の出力の安定化が求められる。

半導体レーザは、通電により所定の波長のレーザ光を発して自ら発熱する。また、通電されていない時には発光せず、もちろん発熱もしない。半導体レーザにおいては、温度変化により出射するレーザ光の出力が変化する。半導体レーザが光モジュールに備えられる際には、出射するレーザ光の出力を安定化させるために、半導体レーザの温度を一定に保つことが好ましい。電流の制御により温度の調節が可能な電子冷却モジュール上に半導体レーザを配置して、半導体レーザが配置される領域の温度を一定に保つことが考えられる。

本発明者らは、このような場合において、単に半導体レーザを電子冷却モジュール上に配置して温度制御するのみでは、厳密に半導体レーザの温度を一定に保つことは困難であることに着目した。すなわち、電子冷却モジュールによる温度の調節においては、例えば、半導体レーザの近傍に配置されたサーミスタにより温度変化を読み取る。そして、この温度変化をフィードバックして、半導体レーザが狙いの温度となるよう電子冷却モジュールに供給する電流量等を調整して吸熱等を行い、温度を調節している。しかし、このような構成では、半導体レーザと電子冷却モジュールとの間の熱抵抗により、サーミスタにより検知した温度の変化に追随した温度の調節を厳密に行うことは困難となる。特に、上記したレーザ光を走査して描画する描画装置として用いられる場合、高速で半導体レーザの発光と非発光とが繰り返され、半導体レーザに供給される電流のオンとオフとが短時間で切り替えられることになる。そうすると、半導体レーザの発熱量が短時間で急激に変化することとなり、このような状況においては、電子冷却モジュールにより半導体レーザの温度を一定に保つことが困難であることに、本発明者らは着目した。

そこで、本発明者らは鋭意検討し、半導体レーザにおいて、発熱量を一定に保つことを考えた。すなわち、半導体レーザにおいて、半導体レーザに常に電流を供給することにより発熱量を安定させれば、電子冷却モジュールによる吸熱量も安定化でき、半導体レーザの温度を一定に保つことができるため、レーザ光を出射する際のレーザ光の出力を安定化できると考えた。そして、電流の供給時に常に半導体レーザによるレーザ光の出射をせず、あるタイミングによっては電流を供給しているにも関わらず半導体レーザによるレーザ光の出射をしない状況を作り出せば、常に電流を供給して発熱量を一定にすることが可能であると考え、本発明を構成するに至った。

本開示に係る半導体レーザによると、第１導波路と、第２導波路と、を含む。第１導波路と第２導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されている。また、第２導波路のレーザ発振の閾値は、第１導波路のレーザ発振の閾値よりも高い。したがって、半導体レーザによる発光のタイミングでは、第１導波路に電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザによる発光を行い、半導体レーザによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第２導波路にも電流を流してレーザ光を出射しないようにすることで半導体レーザの発熱量を一定にすることができる。よって、このような半導体レーザによれば、出射するレーザ光の出力を安定化できる。

上記半導体レーザにおいて、第２導波路は、レーザ光を発振できなくてもよい。このようにすることにより、第２導波路に電流を供給する際に、どれだけ電流値を大きくしても、レーザ光が発振されないため、第１導波路を高出力の発熱量が多い状態で使用したい場合にも対応できる。したがって、出射するレーザ光が高出力の場合でも、レーザ光の光出力を安定化できる。

本開示の光モジュールは、上記半導体レーザを備える。本開示の光モジュールによると、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザを備えるため、光モジュールによって出射するレーザ光を走査して描画する際に、色の再現性よく描画することができる。

上記光モジュールは、支持板と、支持板上に配置される電子冷却モジュールと、をさらに備えてもよい。半導体レーザは、電子冷却モジュール上に配置されてもよい。このようにすることにより、例えば光モジュールが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュールにより半導体レーザの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。

上記光モジュールにおいて、半導体レーザは、複数備えられてもよい。光モジュールにおいては、複数の半導体レーザから出射されるレーザ光を合波して、光モジュールから出射する場合に対応することができる。

上記光モジュールにおいて、複数の半導体レーザは、赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、緑色のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、青色のレーザ光を出射する第３の半導体レーザと、を含んでもよい。このようにすることにより、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光と青色のレーザ光を合波して、各レーザ光の出力比を調整することで人の目にフルカラーを感じさせることができる。この場合、それぞれのレーザ光の出力を安定させているため、色ずれを抑制できる。

上記光モジュールにおいて、電子冷却モジュール上に配置され、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構をさらに備えてもよい。ミラー駆動機構は、半導体レーザから出射されたレーザ光を反射するミラーを周期的に揺動させることにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査する。光モジュールがミラー駆動機構を含むことにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を走査して、光モジュール外へ出射することができる。そうすると、光モジュールにより、半導体レーザから出射されたレーザ光を用いて描画することができる。ここで、ミラーの揺動運動については、温度依存性が有り、ミラー駆動機構の温度が一定でなければ、ミラーの振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、半導体レーザから出射されたレーザ光を適切に走査することができない。上記光モジュールによると、電子冷却モジュール上にミラー駆動機構が配置されているため、ミラー駆動機構の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラーの振れ角が変化することを抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュールによる描画を適切に行うことができる。

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の半導体レーザの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る半導体レーザについて説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体レーザの概略側面図である。なお、図１中において、矢印Ｘおよび矢印Ｚで示す方向は、後述する図２以降に示す矢印Ｘおよび矢印Ｚで示す方向と同じである。

図１を参照して、本開示の実施の形態１に係る半導体レーザ４１ａは、端面４９ａが後述する第１サブマウント２６の端面と揃えられ、後述する光モジュール１０ａに含まれる第１サブマウント２６上に配置されている。半導体レーザ４１ａは、本実施形態においては、赤色のレーザ光を出射する半導体レーザである。すなわち、半導体レーザ４１ａは、波長が６４０ｎｍ～７７０ｎｍの範囲内のレーザ光を出射する。

半導体レーザ４１ａは、半導体チップから構成されている。半導体レーザ４１ａは、ベース部４２ａと、第１素子部４３ａと、第２素子部４３ｂと、絶縁層４４ａと、第１電極４５ａと、第２電極４５ｂと、を含む。第１素子部４３ａおよび第２素子部４３ｂはそれぞれ、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム－ガリウム－インジウム－リン）系の半導体から構成されている。第１素子部４３ａおよび第２素子部４３ｂは、ベース部４２ａ上において矢印Ｚで示す向きに半導体層を成長させて形成される。第１素子部４３ａおよび第２素子部４３ｂについてはそれぞれ、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ側コンタクト層等が含まれるが、それらの図示を省略する。

第１素子部４３ａと第２素子部４３ｂとの間には、溝部４６ａが設けられている。すなわち、Ｘ方向において、溝部４６ａにより第１素子部４３ａと第２素子部４３ｂとが仕切られている。具体的には、第１素子部４３ａから見て第２素子部４３ｂは、矢印Ｘで示す向きに配置される。絶縁層４４ａは、ベース部４２ａ上であって、Ｘ方向において第１素子部４３ａの両横および第２素子部４３ｂの両横に設けられている。絶縁層４４ａの厚さＴ_１としては、例えば０．２μｍが選択される。絶縁層４４ａの材質としては、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）やＳｉＮ（シリコンナイトライド）が選択される。第１電極４５ａは、第１素子部４３ａを覆うように配置される。第２電極４５ｂは、第２素子部４３ｂを覆うように配置される。第１電極４５ａおよび第２電極４５ｂの厚さＴ_２としては、例えば２μｍが選択される。第１電極４５ａおよび第２電極４５ｂの材質としては、例えばＡｕ（金）が選択される。

半導体レーザ４１ａは、第１導波路４７ａと、第２導波路４７ｂと、を含む。第１導波路４７ａは、第１素子部４３ａにより構成される。第２導波路４７ｂは、第２素子部４３ｂにより構成される。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとは、同一の半導体レーザ（半導体チップ）４１ａ内に形成されている。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとは、Ｘ方向に間隔をあけて配置されている。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとの間には、溝部４６ａが配置される。また、第１導波路４７ａは、レーザ発振によりレーザ光を出射するレーザ発光領域４８ａが含まれる。半導体レーザ（半導体チップ）４１ａは、モノリシック構造を有する。

第１導波路４７ａを構成する半導体材料と、第２導波路４７ｂを構成する半導体材料とは、同じである。すなわち、同じ工程を経て、第１導波路４７ａおよび第２導波路４７ｂが形成される。

ここで、第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値は、第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値よりも高い。このような構成とするのに際し、本実施形態においては、例えば、第２素子部４３ｂの幅Ｗ_２を第１素子部４３ａの幅Ｗ_１よりも十分長くする。このようにすることにより、第２導波路４７ｂにおける電流密度を低く抑えてレーザ発振の閾値を十分に高めることで、第１導波路４７ａを用いてレーザ発振する際の電流値と同程度の電流値ではレーザ発振しないようにする。このようにして、第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値と第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値との間に差を設ける。

次に、半導体レーザ４１ａによるレーザ光の出射について説明する。まず、半導体レーザ４１ａによるレーザ光を出射するタイミングでは、第１電極４５ａに電流を供給する。そうすると、第１導波路４７ａにより共振条件を満たして、レーザ発光領域４８ａからレーザ光が出射される。半導体レーザ４１ａにより出射されるレーザ光の向きは、例えば、後述する図４における矢印Ｙの向きとなる。このようにして半導体レーザ４１ａによるレーザ光の出射が行われる。一方、半導体レーザ４１ａによるレーザ光を最大出力で出射しないタイミングでは、第２電極４５ｂにも電流を供給する。ここで、第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値を第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値よりも十分高くすれば、第２導波路４７ｂによりレーザ発振されず、レーザ光は出射されない。このようにして、レーザ光を出射するタイミングや出力の変動に応じて、半導体レーザ４１ａにおいて供給する電流を第２電極４５ｂにも供給する。

このような構成の半導体レーザ４１ａによると、第１導波路４７ａと、第２導波路４７ｂと、を含む。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとは、同一の半導体チップ内に形成されている。また、第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値は、第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値よりも高い。したがって、半導体レーザ４１ａによる最大出力でのレーザ発振のタイミングでは、第１導波路４７ａに電流を供給して半導体レーザ４１ａによるレーザ発振を行い、半導体レーザ４１ａによる最大出力未満でのレーザ発振または非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第２導波路４７ｂにも電流を供給する。よって、半導体レーザ４１ａの発熱量を一定にすることができる。したがって、このような半導体レーザ４１ａによれば、第１導波路４７ａの温度を一定に保ち、出射するレーザ光の出力を安定化できる。

（実施の形態２）
次に、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２は、上記した実施の形態１の半導体レーザ４１ａを含む光モジュールである。図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ４１ａを備える光モジュール１０ａの構造を示す外観斜視図である。図３は、図２に示す光モジュール１０ａの後述するキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図４は、図３に示す光モジュール１０ａの概略平面図である。

図２、図３および図４を併せて参照して、光モジュール１０ａは、平板状の支持板１３と、支持板１３に対して溶接または接着された蓋部であるキャップ１４と、を含む。支持板１３は、厚さ方向に見て矩形状であり、四隅が丸められた形状である。具体的には、支持板１３は、Ｘ方向の長さの方がＹ方向の長さよりも長く構成されている。支持板１３および後述するベース板２０の厚さ方向は、矢印Ｚで示す方向である。支持板１３は、厚さ方向の一方に位置する第１の主面１３ａと、厚さ方向の他方に位置する第２の主面１３ｂと、を含む。キャップ１４は、半導体レーザ４１ａ等を覆うように第１の主面１３ａ上に接触して配置される。キャップ１４には、光を透過するガラス製の出射窓１５が設けられている。支持板１３の第２の主面１３ｂ側から第１の主面１３ａ側まで貫通し、第１の主面１３ａ側および第２の主面１３ｂ側の両側に突出するように、複数のリードピン１６が支持板１３に設置されている。

光モジュール１０ａは、平板状の形状を有するベース板２０と、それぞれ直方体形状の第１ブロック部２１、第２ブロック部２２および第３ブロック部２３と、矢印Ｌ_１で示す方向に赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ（第１の半導体レーザ）４１ａと、矢印Ｌ_２で示す方向に緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ（第２の半導体レーザ）４１ｂと、矢印Ｌ_３で示す方向に青色のレーザ光を出射する半導体レーザ（第３の半導体レーザ）４１ｃと、第１レンズ５１と、第２レンズ５２と、第３レンズ５３と、第１フィルタ６１と、第２フィルタ６２と、第３フィルタ６３と、サーミスタ２４と、を含む。

半導体レーザ４１ａは、上記した図１に示す実施の形態１に係る半導体レーザ４１ａである。半導体レーザ４１ｂおよび半導体レーザ４１ｃはそれぞれ、出射するレーザ光の波長が異なるだけで、半導体レーザ４１ａと同様の構成を有する。すなわち、半導体レーザ４１ｂおよび半導体レーザ４１ｃは、第１導波路４７ａと、第２導波路４７ｂと、を含む。第１導波路４７ａと第２導波路４７ｂとは、同一の半導体チップ内に形成されている。第２導波路４７ｂのレーザ発振の閾値は、第１導波路４７ａのレーザ発振の閾値よりも高く構成されている。なお、半導体レーザ４１ａのＹ方向の端面４９ａは、第１サブマウント２６のＹ方向の端面２５と揃えられて配置されている。半導体レーザ４１ｂ，４１ｃのそれぞれについても、同様である。

本実施形態においては、光モジュール１０ａは、複数、具体的には３つの半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを含む。より具体的には、光モジュール１０ａは、赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザ４１ａと、緑色のレーザ光を出射する第２の半導体レーザ４１ｂと、青色のレーザ光を出射する第３の半導体レーザ４１ｃと、を含む。すなわち、半導体レーザ４１ｂは、波長が４９０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲内のレーザ光を出射する。また、半導体レーザ４１ｃは、波長が４３０ｎｍ～４９０ｎｍの範囲内のレーザ光を出射する。

ベース板２０は、厚さ方向の一方に位置する第１の主面２０ａと、厚さ方向の他方に位置する第２の主面２０ｂと、を含む。ベース板２０の第１の主面２０ａ上には、第１ブロック部２１、第２ブロック部２２および第３ブロック部２３が、それぞれＸ方向に間隔をあけて並べて配置されている。第１ブロック部２１上には、平板状の第１サブマウント２６が配置されている。第２ブロック部２２上には、平板状の第２サブマウント２７が配置されている。第３ブロック部２３上には、平板状の第３サブマウント２８が配置されている。第１サブマウント２６上には、第１の半導体レーザ４１ａが配置されている。第２サブマウント２７上には、第２の半導体レーザ４１ｂが配置されている。第３サブマウント２８上には、第３の半導体レーザ４１ｃが配置されている。第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃは、それぞれＹ方向にレーザ光を出射するように配置されている。なお、第３ブロック部２３上には、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃの温度を検出するサーミスタ２４が配置されている。サーミスタ２４は、Ｙ方向において、第３サブマウント２８と間隔をあけて配置されている。

ベース板２０の第１の主面２０ａ上には、レーザ光のスポットサイズを変換する第１レンズ５１、第２レンズ５２および第３レンズ５３が、それぞれＸ方向に間隔をあけて並べて配置されている。第１レンズ５１、第２レンズ５２および第３レンズ５３は、それぞれ第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射されるレーザ光のスポットサイズを変換する。第１レンズ５１、第２レンズ５２および第３レンズ５３により、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射されるレーザ光がコリメート光に変換される。

ベース板２０の第１の主面２０ａ上には、第１フィルタ６１、第２フィルタ６２および第３フィルタ６３が、それぞれＸ方向に間隔をあけて並べて配置される。第１フィルタ６１、第２フィルタ６２および第３フィルタ６３については、支持板１３の厚さ方向に見て、それぞれの反射面がＸ方向およびＹ方向に対して４５度傾斜するよう配置されている。第１フィルタ６１は、第１の半導体レーザ４１ａから出射される赤色のレーザ光を反射する。第２フィルタ６２は、第１フィルタ６１によって反射された赤色のレーザ光を透過し、第２の半導体レーザ４１ｂから出射された緑色のレーザ光を反射する。第３フィルタ６３は、第１フィルタ６１によって反射され第２フィルタ６２を透過した赤色のレーザ光を透過し、第２フィルタ６２によって反射された緑色のレーザ光を透過し、第３の半導体レーザ４１ｃから出射された青色のレーザ光を反射する。このように、第１フィルタ６１、第２フィルタ６２および第３フィルタ６３は、特定の波長のレーザ光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ６１、第２フィルタ６２および第３フィルタ６３は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射されたレーザ光を合波する。合波されたレーザ光は、矢印Ｌ_４で示す方向に沿って進行し、出射窓１５から光モジュール１０ａの外部へ出射される。

光モジュール１０ａは、電子冷却モジュール３０を含む。電子冷却モジュール３０は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃの温度を調節する。電子冷却モジュール３０は、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ－Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）とも呼ばれ、放熱板３１と、吸熱板３２と、複数の半導体柱３３と、を含む。電子冷却モジュール３０は、支持板１３と、ベース板２０との間に配置される。放熱板３１は、支持板１３の第１の主面１３ａ上に配置される。吸熱板３２は、ベース板２０の第２の主面２０ｂと接触するように配置される。すなわち、ベース板２０は、吸熱板３２上に配置される。支持板１３と放熱板３１、ベース板２０と吸熱板３２はそれぞれ、図示しない接合材で接合されている。複数の半導体柱３３は、ペルチェ素子から構成されており、放熱板３１と吸熱板３２との間において、それぞれＸ方向およびＹ方向に間隔をあけて並べて配置される。複数の半導体柱３３は、放熱板３１および吸熱板３２に接続されている。電子冷却モジュール３０に通電することにより、電子冷却モジュール３０上の領域に配置される部材、本実施形態においては、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃの温度を調節することができる。電子冷却モジュール３０に供給する電流を調整することにより、電子冷却モジュール３０上の領域の温度を長期的に一定、具体的には、例えば３５℃に保つことが容易となる。

上記光モジュール１０ａによると、上記構成の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃを含む。本開示の光モジュール１０ａによると、出射するレーザ光の出力を安定化できる半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを備えるため、光モジュール１０ａによって出射するレーザ光を走査して描画する際に、色の再現性よく描画することができる。また、光モジュール１０ａは、複数の半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを含む。このような光モジュール１０ａは、複数の半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃから出射されるレーザ光を合波して、光モジュール１０ａから出射する場合に対応することができる。

本実施形態において、光モジュール１０ａは、赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザ４１ａ、緑色のレーザ光を出射する第２の半導体レーザ４１ｂおよび青色のレーザ光を出射する第３の半導体レーザ４１ｃを含む。このような光モジュール１０ａによると、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光と青色のレーザ光を合波して、各レーザ光の出力比を調整することで人の目にフルカラーを感じさせることができる。この場合、それぞれのレーザ光の出力を安定させているため、色ずれを抑制できる。

本実施形態においては、光モジュール１０ａは、支持板１３と、支持板１３上に配置される電子冷却モジュール３０と、を含む。そして、半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃはそれぞれ、電子冷却モジュール３０上に配置されている。よって、例えば光モジュール１０ａが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール３０により半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの温度調整を行うことができる。したがって、より精度よく描画することができる。

（実施の形態３）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図５は、実施の形態３に係る光モジュールの概略斜視図である。図６は、実施の形態３に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図６中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態３の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態２の場合と異なっている。

図５および図６を参照して、実施の形態３の光モジュール１０ｂは、制御部としてのコントローラー１７を含む。図５において、コントローラー１７は、一点鎖線で模式的に図示している。コントローラー１７は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃ、電子冷却モジュール３０およびサーミスタ２４と電気的に接続されている。コントローラー１７は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃおよび電子冷却モジュール３０へ供給する電流を制御する。具体的には、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃ、電子冷却モジュール３０、第１電極４５ａおよび第２電極４５ｂへ供給する電流量や電流を供給するタイミングを制御する。コントローラー１７は、ネットワーク２９を介して外部の電子機器等との通信も可能に構成されている。

コントローラー１７は、色味や描画する画面の範囲等、出射する合波レーザ光に関する情報を外部から入手し、入手した情報に基づき、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃへ供給する電流における第１電極４５ａへの電流の供給と第２電極４５ｂへの電流の供給を制御する。具体的には、描画する画像に先立って入手した第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃのレーザ出力変動の情報に応じて、コントローラー１７は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃのそれぞれについて、例えば、半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる発光のタイミングでは、第１導波路４７ａに電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる発光を行い、半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第２導波路４７ｂにも電流を流してレーザ光を出射しないようにする。

このようにすることにより、制御部であるコントローラー１７による制御を利用し、適切なタイミングで第１電極４５ａへの電流の供給と第２電極４５ｂへの電流の供給を調整することができる。また、制御部であるコントローラー１７による制御を利用し、電子冷却モジュール３０上の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃが配置される領域の温度を一定に保つことができる。すなわち、光モジュール１０ｂが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール３０により半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。

（実施の形態４）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図８は、図７に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図９は、図８に示す光モジュールの概略平面図である。実施の形態４の光モジュールは、ミラー駆動機構を備える点において、実施の形態２の場合と異なっている。また、サーミスタ２４の取り付け位置において、第２ブロック部２２上としている点においても異なっている。

図７、図８および図９を参照して、実施の形態４の光モジュール１０ｃは、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構７０を含む。ミラー駆動機構７０は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）により構成されており、揺動運動が可能なミラー７２を含む。ミラー駆動機構７０は、電子冷却モジュール３０、具体的には、電子冷却モジュール３０に含まれる吸熱板３２上に配置された三角柱状のステージ７１によって支持されている。ミラー駆動機構７０は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射され、合波されたレーザ光を反射するミラー７２を高速で周期的に揺動させることにより、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射され、合波されたレーザ光を走査する。走査されたレーザ光を出射窓１８から光モジュール１０ｄ外に出射することにより、映像を投影して描画することができる。なお、出射窓１８は、キャップ１４の上側、すなわち、キャップ１４が支持板１３に取り付けられた際に、第１の主面１３ａと対向する位置に設けられている。

ここで、ミラー７２の揺動運動については、温度依存性が有り、ミラー駆動機構７０の温度が一定でなければ、ミラー７２の振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃから出射され、合波されたレーザ光を適切に走査することができない。本実施形態においては、電子冷却モジュール３０上にミラー駆動機構７０が配置されているため、ミラー駆動機構７０の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラー７２の振れ角が変化することを抑制することができる。すなわち、本実施形態によると、上記構成の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃを含み、電子冷却モジュール３０の制御による急激な温度変化が生じるおそれを低減することができるため、電子冷却モジュール３０上の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃが配置される領域、さらには、電子冷却モジュール３０上のミラー駆動機構７０が配置される領域において、急激な温度変化を抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュール１０ｃによる描画を適切に行うことができる。

（実施の形態５）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図１０は、実施の形態５に係る光モジュールの概略斜視図である。図１１は、実施の形態５に係る光モジュールにおけるシステム構成を概略的に示すブロック図である。図１１中に図示する矢印において、制御信号や制御およびデータの流れを示している。実施の形態５の光モジュールは、制御部を備える点において、実施の形態４の場合と異なっている。

図１０および図１１を参照して、実施の形態５の光モジュール１０ｄは、制御部としてのコントローラー１９を含む。図１０において、コントローラー１９は、一点鎖線で模式的に図示している。コントローラー１９は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃ、電子冷却モジュール３０、ミラー駆動機構７０およびサーミスタ２４と電気的に接続されている。コントローラー１９は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃ、電子冷却モジュール３０およびミラー駆動機構７０へ供給する電流を制御する。具体的には、コントローラー１９は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂ、第３の半導体レーザ４１ｃ、電子冷却モジュール３０およびミラー駆動機構７０、第１電極４５ａおよび第２電極４５ｂへ供給する電流量や電流を供給するタイミングを制御する。コントローラー１９は、ネットワーク２９を介して外部の電子機器等との通信も可能に構成されている。

コントローラー１９は、色味や描画する画面の範囲等、出射する合波レーザ光に関する情報を外部から入手し、入手した情報に基づき、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃへ供給する電流における第１電極４５ａへの電流の供給と第２電極４５ｂへの電流の供給を制御する。具体的には、描画する画像に先立って入手した第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃのレーザ出力変動の情報に応じて、コントローラー１９は、第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃのそれぞれについて、例えば、半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる発光のタイミングでは、第１導波路４７ａに電流を流してレーザ光を出射して半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる発光を行い、半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる非発光のタイミングでは、レーザ発振の閾値が高い第２導波路４７ｂにも電流を流してレーザ光を出射しないようにする。

このようにすることにより、制御部であるコントローラー１９による制御を利用し、適切なタイミングで第１電極４５ａへの電流の供給と第２電極４５ｂへの電流の供給を調整することができると共に、電子冷却モジュール３０上の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃが配置される領域の温度を一定に保つことができる。すなわち、光モジュール１０ｄが配置される環境の温度変化に応じて、電子冷却モジュール３０により半導体レーザ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの温度調整を行うことができる。したがって、色の再現性よく描画することができる。

本実施形態においては、電子冷却モジュール３０上にミラー駆動機構７０が配置されているため、ミラー駆動機構７０の温度を一定に保つことが容易となる。そうすると、温度に依存してミラー７２の振れ角が変化することを抑制することができる。すなわち、本実施形態によると、光モジュール１０ｄは、上記構成の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃを含み、急激な温度変化が生じるおそれを低減することができるため、電子冷却モジュール３０上の第１の半導体レーザ４１ａ、第２の半導体レーザ４１ｂおよび第３の半導体レーザ４１ｃが配置される領域、さらには、電子冷却モジュール３０上のミラー駆動機構７０が配置される領域において、急激な温度変化を抑制することができる。したがって、より精度よく走査されたレーザ光を出射することができる。その結果、光モジュール１０ｄによる描画を適切に行うことができる。

（実施の形態６）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態６について説明する。図１２は、実施の形態６に係る半導体レーザの概略側面図である。図１２は、矢印Ｙで示す向きと逆向きに見た場合を示す。実施の形態６に係る半導体レーザは、第２導波路の構成において、実施の形態１の場合と異なっている。

図１２を参照して、実施の形態６に係る半導体レーザ（第１の半導体レーザ）４１ｄは、ベース部４２ｃと、第１素子部４３ｃと、第２素子部４３ｄと、絶縁層４４ｃと、第１電極４５ｃと、第２電極４５ｄと、を含む。第１素子部４３ｃと第２素子部４３ｄとの間には、溝部４６ｃが設けられている。ベース部４２ｃ、第１素子部４３ｃ、絶縁層４４ｃ、第１電極４５ｃおよび溝部４６ｃの基本的な構成については、実施の形態１に示す半導体レーザ４１ａに含まれるベース部４２ａ、第１素子部４３ａ、絶縁層４４ａ、第１電極４５ａおよび溝部４６ａと同様であるため、それらの説明を省略する。第２素子部４３ｄの材質については、実施の形態１に示す半導体レーザ４１ａに含まれる第２素子部４３ｂの材質と同じである。第２電極４５ｄは、第２素子部４３ｄを覆うように形成されている。

半導体レーザ４１ｄは、第１導波路４７ｃと、第２導波路４７ｄと、を含む。第１導波路４７ｃは、第１素子部４３ｃにより構成される。第２導波路４７ｄは、第２素子部４３ｄにより構成される。第１導波路４７ｃと第２導波路４７ｄとは、同一の半導体レーザ（半導体チップ）４１ｄ内に形成されている。第１導波路４７ｃと第２導波路４７ｄとは、Ｘ方向に間隔をあけて配置されている。第１導波路４７ｃと第２導波路４７ｂとの間には、溝部４６ｃが配置される。また、第１導波路４７ｃは、レーザ発振によりレーザ光を出射するレーザ発光領域４８ｃが含まれている。半導体レーザ（半導体チップ）４１ｄは、モノリシック構造を有する。本実施形態においては、第２素子部４３ｄの幅Ｗ_３は、第１素子部４３ｃの幅Ｗ_１と同じである。

ここで、第２素子部４３ｄの端面４９ｃについては、例えば、レーザ加工を利用した物理的な加工等によりダメージが加えられている。これにより、第２導波路４７ｄは、レーザ発振できないように構成されている。すなわち、半導体レーザ４１ｄにおいて、第２導波路４７ｄは、レーザ光を発振しない。

このような構成の半導体レーザ４１ｄによると、第２導波路４７ｄに電流を供給する際に、どれだけ電流値を大きくしても、レーザ光が発振されないため、第１導波路４７ｃを高出力の発熱量が多い状態で使用したい場合にも対応できる。したがって、出射するレーザ光が高出力の場合でも、レーザ光の出力を安定化できる。

（他の実施の形態）
なお、上記の実施の形態においては、光モジュールは、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザおよび第３の半導体レーザを含む構成としたが、これに限らず、少なくともいずれか１色、すなわち、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザおよび第３の半導体レーザのうちの少なくともいずれか１つを含む構成であってもよい。

また、上記の実施の形態において、電子冷却モジュールについては、光モジュールが配置された周囲環境がたとえば極めて低温であった場合、吸熱板側で熱を放出し、放熱板側で熱を吸収する場合もある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 光モジュール
１３ 支持板
１３ａ，１３ｂ，２０ａ，２０ｂ 主面
１４ キャップ
１５，１８ 出射窓
１６ リードピン
１７，１９ コントローラー
２０ ベース板
２１ 第１ブロック部
２２ 第２ブロック部
２３ 第３ブロック部
２４ サーミスタ
２５，４９ａ，４９ｃ 端面
２６ 第１サブマウント
２７ 第２サブマウント
２８ 第３サブマウント
２９ ネットワーク
３０ 電子冷却モジュール
３１ 放熱板
３２ 吸熱板
３３ 半導体柱
４１ａ，４１ｄ 半導体レーザ（第１の半導体レーザ）（半導体チップ）
４１ｂ 半導体レーザ（第２の半導体レーザ）
４１ｃ 半導体レーザ（第３の半導体レーザ）
４２ａ，４２ｃ ベース部
４３ａ，４３ｃ 第１素子部
４３ｂ，４３ｄ 第２素子部
４４ａ，４４ｃ 絶縁層
４５ａ，４５ｃ 第１電極
４５ｂ，４５ｄ 第２電極
４６ａ，４６ｃ 溝部
４７ａ，４７ｃ 第１導波路
４７ｂ，４７ｄ 第２導波路
４８ａ，４８ｃ レーザ発光領域
５１ 第１レンズ
５２ 第２レンズ
５３ 第３レンズ
６１ 第１フィルタ
６２ 第２フィルタ
６３ 第３フィルタ
７０ ミラー駆動機構
７１ ステージ
７２ ミラー
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４，Ｘ，Ｙ，Ｚ 矢印
Ｔ_１，Ｔ_２ 厚さ
Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３ 幅

Claims (7)

1. 第１導波路と、第２導波路と、を含み、
   前記第１導波路と前記第２導波路とは、同一の半導体チップ内に形成されており、
   前記第２導波路のレーザ発振の閾値は、前記第１導波路のレーザ発振の閾値よりも高い、半導体レーザ。
2. 前記第２導波路は、レーザ光を発振できない、請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体レーザを備える、光モジュール。
4. 支持板と、
   前記支持板上に配置される電子冷却モジュールと、をさらに備え、
   前記半導体レーザは、前記電子冷却モジュール上に配置される、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記半導体レーザは、複数備えられる、請求項４に記載の光モジュール。
6. 複数の前記半導体レーザは、
   赤色のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、
   緑色のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、
   青色のレーザ光を出射する第３の半導体レーザと、を含む、請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記電子冷却モジュール上に配置され、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を走査するミラー駆動機構をさらに備える、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。

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