JP4668102B2 - 美容レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザの１種である面発光レーザ素子を備え、そのレーザ光を皮膚面に照射し、脱毛、育毛、美肌、痩身等の美容を行う美容レーザ装置に関する。

皮膚面にレーザ光を照射し、脱毛、育毛、美肌、痩身等の美容を行う美容のためのレーザ装置が種々開発されている。
例えば、皮膚面に一様なレーザ光を照射し、色素の有無等による光の吸収の差を利用し、毛根部やシミ・ソバカスに選択的にレーザ光を吸収させ、発熱やたんぱく変性を生じさせ取り除く脱毛や美肌のための美容処理を行うものである。あるいは、皮膚面に比較的弱いレーザ光を照射し、血行促進等の美容処理を行うものである。
このような美容レーザ装置では、装置の小型化や扱いの容易性の点から半導体レーザ素子を使用したものが開発されている。

美容レーザ装置は人体に使用されるものであり、安全に使用できることが重要であり、人体に有害となるようなパワー密度を有するレーザ光が照射されないということが好ましい。また、照射面積の広い美容レーザ装置が求められており、複数の光束が同時に照射されるような美容レーザ装置も求められている。（特許文献１、特許文献２）

従来、このような美容レーザ装置には、一般に、端面発光型と言われる半導体レーザ素子が使用されている。図４に端面発光型の半導体レーザ素子の１例を示す。端面発光型の半導体レーザ素子８０は、半導体基板８１に下部クラッド層８２、活性層８４、上部クラッド層８５、コンタクト層８６を積層し、絶縁保護膜８７を積層した構成をしている。８８は下部電極、８９は上部電極である。（特許文献３）
端面発光型の半導体レーザ素子は、複数の半導体層を積層した後、基板とともに劈開し、その劈開面からレーザ光が出射される構造をしている。このような端面発光型の半導体レーザ素子では光の出射方向に長い形状をしている。美容レーザ装置に使用する場合には、その出力されたレーザ光を放射状に広げた後にレンズで方向を調整したり分岐したりするということが行われている。

一方、近年、面発光レーザ素子という新しい構造を有する半導体レーザ素子の開発が行われている。面発光レーザ素子は、半導体層を積層した半導体基板に対して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子である。端面型半導体レーザ素子に比べて、一般に光出力は小さいものの、大面積で発光させることができる、同じ半導体基板上に２次元アレイ状に多数の面発光レーザ素子を配列することが容易であるという特徴を有する。（特許文献４）

特開２０００−１３５１１２号公報 特開２０００−２１７９３８号公報 特開２０００−１１４６６０号公報 特開２００５−７２１２８号公報

上述したように、美容レーザ装置では、人体に有害となるようなパワー密度を有するレーザ光が照射される危険性がなく、照射面積が広いということが求められている。
従来、美容レーザ装置に使用されているような端面発光型の半導体レーザ素子は、光出力が大きい一方、レーザビーム径が小さく、その出力されたレーザ光を放射状に広げた後にレンズで方向を調整したり分岐したりするということが行われている。

しかしながら、このようにレーザビーム径の小さい半導体レーザ素子に対して、レンズを最適な位置に調整するには非常に高度な技術を必要とし、さらには、装置の大型化を招くこととなる。また、製造時や経年劣化後にレンズの位置がずれていたり、脱落したりした場合には、パワー密度の非常に大きいレーザ光が出射される可能性が有り、安全性に問題を生じうる。
さらには、端面発光型の半導体レーザ素子は、非常に高価であり、多数を備えた大面積のレーザ光照射が可能な美容レーザ装置の提供は困難であった。
上記に鑑みて、本発明は、安全性が高く、照射面積の広い美容レーザ装置を安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の美容レーザ装置は、レーザ光を皮膚面に照射する美容レーザ装置であって、半導体基板上に、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とがこの順に積層された面発光レーザ素子を備えていることを特徴とするものである。
また、本発明の美容レーザ装置は、面発光レーザ素子を１次元または２次元に集積したことを特徴とする。
さらには、本発明の美容レーザ装置は、同一半導体基板上に面発光レーザ素子を１次元または２次元に集積したレーザアレイを備えていることを特徴とするものである。

本発明の美容レーザ装置は、広い照射面積を有し、高い安全性を有することができる。

以下に、実施形態を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。

図１は、本発明の美容レーザ装置に使用する面発光レーザアレイを構成する面発光レーザ素子の１素子部分の半導体層の積層の様子を例示する断面図である。
本実施形態の面発光レーザ素子１０は、図１に示すように、ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に、下部多層膜反射鏡１４、活性層２４、上部多層膜反射鏡２８の積層構造を備えている。

下部多層膜反射鏡１４は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ系半導体層からなる低屈折率層と高屈折率層が積層された多層膜反射鏡となっており、例えばｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層とｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とが３５ペア積層されている
また、この下部多層膜反射鏡１４上に、例えば電流の流れるＡｌＡｓ層１６がその側縁部をＡｌＡｓ層の選択酸化により形成された絶縁性のＡｌＯ_X層１８によってリング状に囲まれた電流狭窄領域２０が形成されている。

この電流狭窄領域２０上には、ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ）からなる下部クラッド層２２を介して、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の多重量子井戸構造（例えばＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ障壁層とが複数ペア積層されてなるＧａＡｓ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの多重量子井戸構造）の活性層２４が形成されている。

また、この活性層２４上に、ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ）からなる上部クラッド層２６を介して、ｎ−ＡｌＧａＡｓ系の上部多層膜反射鏡、例えばｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層とｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とが２５ペア積層されているｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ系の多層膜反射鏡が形成されている。そして、この上部多層膜反射鏡２８上に、膜厚１０ｎｍのｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３０が形成されている。

これらｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３０、上部多層膜反射鏡２８、上部クラッド層２６、活性層２４、下部クラッド層２２、及び電流狭窄領域２０からなる積層体が、円柱形状のメサ構造に加工されている。また、この円柱形状のメサ構造の側壁部及びその周囲の下部多層膜反射鏡１４の表面は、ＳｉＮ_X膜３２によって被覆されている。更に、この円柱形状のメサ構造の周辺部は、ＳｉＮ_X膜３２を介してポリイミド層３４で埋め込まれており、全体の表面は略平坦化されている。
こうして、上部多層膜反射鏡２８及び下部多層膜反射鏡１４によって上下を挟まれた活性層２４からなる垂直共振器が、ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に形成されている。 また、ｐ−ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ＡｕＺｎ合金からなる下部電極３６が形成されている。 また、図１に示されるように、円柱形状のメサ構造の最上層をなす円形のｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３０上には、例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ上部電極３８が円環状にオーミック接触して形成されている。

レーザ光は、光出射窓４０から、ｐ−ＧａＡｓ基板１２に対して直交方向に出射する。本構成の面発光レーザ素子は波長８５０ｎｍ帯（８００〜９００ｎｍ）のレーザ光を出射する。活性層２４に使用する半導体材料および多層膜反射鏡を構成する半導体層各層の厚さを適宜変更することにより、他の波長帯のレーザ光を出射する面発光レーザ素子も製造することができる。例えば、活性層にＧａＩｎＮＡｓ系やＧａＩｎＮＡｓＳｂ系の半導体材料を使用した場合には、波長１３００ｎｍ帯（１１００〜１４００ｎｍ）のレーザ光を発光させることができる。

図２は、本発明の美容レーザ装置に使用する面発光レーザ素子アレイをレーザ光出射面から見た様子を例示する図である。２次元面発光レーザ素子アレイ５０は放熱のため例えばＡｌＮ、ＣｕＷ等からなるヒートシンク６０に設置されている。２次元面発光レーザ素子アレイ５０は、図１に示した面発光レーザ素子１０を５個×５列の合計２５個となるように二次元的に配列したものである。２次元面発光レーザ素子アレイ５０は、ｐ−ＧａＡｓ基板１２上に上下の多層膜反射鏡、活性層２４等となる半導体層を一様に積層した後、エッチング等の処理によって多数の面発光レーザ素子を同時に形成している。各面発光レーザ素子の間隔は１５０μｍ程度であり、電気的な干渉が生じないように下部多層膜反射鏡１４の深さに達する溝が形成されている。

図３は、本発明の美容レーザ装置の１例を示す図である。
美容レーザ装置７０は、光透過性を有する材料からなる光照射窓７１を有する筐体７２の内部に、レーザ光出射面が光照射窓７１側となるように２次元面発光レーザ素子アレイ５０を４個近接配置し、すなわち１００個の面発光レーザ素子を有している。筐体７２の内部へは、レーザ光を出力するための電力供給および制御をおこなうためのケーブル７３が接続されている。
各面発光レーザ素子は０．１ｍＷ〜１００ｍＷのレーザ光を出射する。面発光レーザ素子は密集して集積されており、全体としては大きな光量のレーザ光を皮膚面に照射することができる。
通常、半導体レーザ素子が発振するレーザ光は中心部で光強度が大きくなるような強度分布を有しているが、各面発光レーザ素子は近接して配置されているため、各レーザ光が重畳することによって、広い面積で光強度分布が均質なレーザ光を得られる。
面発光レーザ素子はパルス発振では強度の強い光を発振できるため、強度の大きい光を必要とするレーザ脱毛等の処理を行う際は、パルス発振をおこない、十分な光強度を得ることができる。また、複数のレーザ光が少しずつ異なる角度で照射されるため、毛根全体に比較的均等にレーザ光を照射することが可能である。
また、血行促進等の比較的弱いレーザ光を長時間照射することが好ましい用途では、常時レーザ光を発振させて使用してもよい。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の美容レーザ装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではない。例えば、図３に示したような美容レーザ装置は非常に小型であるので、それらを、さらに複数個組み合わせて、より大面積のレーザ光照射が可能な美容レーザ装置としても良い。
また、レンズ等の光学系と組み合わせて所望のレーザ強度や角度をもって照射可能な美容レーザ装置を設計してもよい。面発光レーザ素子は従来の端面発光型レーザ素子に比べ、レーザビーム径が大きいので、光学的位置調整が容易である。光学系も簡易なものとすることができる。
さらには、面発光レーザ素子アレイを使用した場合には、予め、各面発光レーザ素子を配置する間隔を非常に精度よく、かつ、近接して配置されている。そのため、予め複数のレンズがシート状に成型されたレンズシートのようなものを使用して、集光や拡散等を行っても良い。

上記のように、面発光レーザ素子を美容レーザ装置に使用した場合、各面発光レーザ素子を近接して集積することができるため、広い面積で光強度分布が均質なレーザ光を照射することが可能な美容レーザ装置を得ることができる。
また、各面発光レーザ素子の発光強度は、従来の端面発光型レーザ素子に比較して小さいため、操作等を誤った場合にも、人体へ多大な悪影響を与えるような光強度のレーザ光が照射されることを回避できる。

本発明の実施形態に係る面発光レーザ素子１素子部分の断面図である。 本発明の実施形態に係る面発光レーザ素子アレイの光出射面から見た様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る美容レーザ装置の形態を示す断面図である。 従来の美容レーザ装置に使用されている端面発光型レーザ素子を示す図である。

符号の説明

１０ 面発光レーザ素子
１２ ｐ−ＧａＡｓ基板
１４ 下部多層膜反射鏡
１６ ＡｌＡｓ層
１８ ＡｌＯ_X層
２０ 電流狭窄領域
２２ 下部クラッド層
２４ 活性層
２６ 上部クラッド層
２８ 上部多層膜反射鏡
３０ コンタクト層
３２ ＳｉＮ_X膜
３４ ポリイミド層
３６ 下部電極
３８ 上部電極
４０ 光出射窓
５０ ２次元面発光レーザ素子アレイ
６０ ヒートシンク
７０ 美容レーザ装置
７１ 光照射窓
７２ 筐体
７３ ケーブル
８０ 端面発光型の半導体レーザ素子
８１ 半導体基板
８２ 下部クラッド層
８４ 活性層
８５ 上部クラッド層
８６ コンタクト層
８７ 絶縁保護膜
８８ 下部電極
８９ 上部電極

Claims (5)

1. レーザ光を皮膚面に照射する美容レーザ装置であって、半導体基板上に、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とがこの順に積層された複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元に集積した面発光レーザ素子アレイを備え、
   前記複数の面発光レーザ素子の間隔は、前記複数の面発光レーザ素子が出射するレーザ光が重畳して、所定の範囲で光強度分布が略均一となる間隔であり、
   前記複数の面発光レーザ素子が、比較的に強度の強い光を照射する際にはパルス発振し、比較的に弱い光を照射する際には常時発振する
   美容レーザ装置。
2. 前記複数の面発光レーザ素子の間隔が１５０μｍである請求項１に記載の美容レーザ装置。
3. 前記美容レーザ装置は、同一半導体基板上に前記複数の面発光レーザ素子を備えている請求項１または２に記載の美容レーザ装置。
4. 前記面発光レーザ素子アレイの、前記複数の面発光レーザ素子がレーザ光を出射する側に、複数のレンズがシート状に成型されたレンズシートを更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の美容レーザ装置。
5. 前記美容レーザ装置は、毛根部でレーザ光を吸収して毛根部を変性し毛の発育を抑制するレーザ脱毛装置である請求項１から４のいずれか一項に記載の美容レーザ装置。

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