JPH07297498A - 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 太陽光の影響を受けにくい８５０ｎｍ以上で
発振し、最高出力が５０Ｗ以上の高出力半導体レーザお
よびこれを用いた光センシング装置を提供する。 【構成】 基板１０１上に積層したＡｌＧａＡｓ系半導
体層ＳＬ、その上にストライプ状の電流注入領域１１２
を有する電流狭窄層１０９および一対の端面反射膜１２
０，１２１から成り、半導体層は第１導電型の第１クラ
ッド層１０３、第１光導波路層１０４、量子井戸構造を
有する活性層１０５と、第２導電型の第２光導波路層１
０６、第２クラッド層１０７、コンタクト層１０８をこ
の順に積層形成する。活性層１０５は、１ｍｍ×１ｍｍ
の単位領域で、凹凸が基準面に対し±０．１μｍ以下の
平坦性を有し、電流狭窄層１０９の電流注入領域１１２
の幅は１００〜２５０μｍで、共振器長は５００〜１，
０００μｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、距離計測システム，装
置などの光源に好適な高出力半導体レーザおよびこの半
導体レーザを用いた光センシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車間距離の計測などの距離計測
の分野において、半導体レーザを光源として用いる試み
がなされている。半導体レーザを用いた距離計測は、目
標物に向かって高出力のパルス光を出射し、その反射光
を受光するまでの時間から目標物までの距離を計算する
ことによって行われる。

【０００３】このような高出力半導体レーザに求められ
る特性としては、（イ）例えば最高出力が５０Ｗ以上の
高出力発振が可能であること、（ロ）遠視野像が単峰で
あること、（ハ）発振遅れがないこと、（ニ）太陽光の
影響を受けにくい波長領域で発光すること、などが挙げ
られる。これらの中でも、半導体レーザの出力とその発
振波長とは距離計測装置の性能に大きな影響を及ぼす。
すなわち、半導体レーザの出力は光の到達距離に関与
し、光出力が大きいほどレーザ光は遠くまで到達するの
で、計測可能範囲が大きくなる。また、レーザの発振波
長に関しては、波長が長いほど有利である。例えば、距
離計測装置を車間距離測定装置に応用した場合には、太
陽光は距離測定装置にとってノイズとなる。このような
ノイズを回避するためには、通常、レーザ光と同一波長
の光のみを通過させるバンドパスフィルタを受光センサ
の前に配置して太陽光をできるだけカットするように配
慮されているが、レーザ光と同一波長の太陽光が受光セ
ンサに入射することを防ぐことはできない。太陽光のエ
ネルギー密度分布は、赤外領域では長波長になるほど低
くなる。したがって、レーザの発振波長が長波長側にあ
るほど太陽光の影響を受けにくくなり、太陽光によるノ
イズを小さくすることができる。

【０００４】ところで、従来の半導体レーザは、その最
高出力が２０Ｗ程度で、それ以上の出力を得ようとする
と出力が熱的に飽和して効率が低下したり、あるいは注
入電流密度の増大による出力の低下や端面破壊の発生な
どの問題を生ずることがあった。そして、半導体レーザ
を距離測定装置の光源として使用する場合には、レーザ
の最高出力が２０Ｗ程度であると、測定可能距離は１０
０ｍに満たず、被測定物がそれ以上の距離にあるときは
精度の高い測定が困難であった。

【０００５】また、半導体レーザを用いた距離測定シス
テムに注目すると、例えば特開昭５９−１９８３７７号
公報および特開昭６１−１４９８７６号公報において、
車間距離測定用のレーダとして遠距離から近距離に至る
までの広範囲の測定が可能となるように、遠距離用と近
距離用とで投射ビームの角度が異なった送光器を複数個
設置する技術が開示されている。すなわち、前者の技術
においては、１つの光源を光ファイバーで分岐させて複
数の光源を構成し、あるいは独立した複数の光源を用
い、各光源に対応して投射角の異なるレンズを各々独立
に設け、遠近の照明を行っている。また、後者の技術に
おいては、複数の光源と各光源の投射角を調整するレン
ズを独立に設置して、遠近での照射範囲を分担させた技
術が開示されている。

【０００６】これらの技術においては、いずれも遠距離
から近距離に至るまでの広範囲の測定が可能となりレー
ダとして死角が少なくなる機能を有する点で有利である
が、このような構成では必ず複数個の光源を必要とし、
また各光源に対応して独立した光学系の設置が必要とな
り、したがって装置が複雑化するだけでなく小型化が困
難となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな問題点を解決し、その目的とするところは、発振波
長が太陽光の影響を受けにくい長波長側、例えば８５０
ｎｍ以上であり、かつその最高出力が例えば５０Ｗ以上
の高出力半導体レーザを提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的とするところは、上記高
出力半導体レーザを光源として用い、シンプルな光学系
によって所定の照光パターンを実現することができる光
センシング装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の半導
体レーザは、第１導電型の化合物半導体からなる基板、
この基板の一方の面上に積層された半導体層、前記半導
体層上に形成され、少なくとも１つのストライプ状の電
流注入領域を有する電流狭窄層、および前記基板および
前記半導体層の端面に形成された一対の端面反射膜を含
み、前記半導体層は、前記基板側に位置する第１導電型
の第１クラッド層、前記第１クラッド層上に形成された
第１導電型の第１光導波路層、前記第１光導波路層上に
形成された、量子井戸構造を有する活性層、前記活性層
上に形成された第２導電型の第２光導波路層、前記第２
光導波路層上に形成された第２導電型の第２クラッド
層、および前記第２クラッド層上に形成されたコンタク
ト層、を含み、前記活性層は、１ｍｍ×１ｍｍの単位領
域で、凹凸が基準面に対し±０．１μｍ以下の範囲にあ
る平坦性を有し、前記電流狭窄層の電流注入領域の幅は
１００〜２５０μｍであり、かつ、共振器長は５００〜
１，０００μｍである、ことを特徴とする。

【００１０】この半導体レーザにおいては、前記半導体
層は、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から構成されている
ことが望ましい。

【００１１】前記活性層の平坦性において、前記基準面
とは、前記活性層上に想定される平面であって、前記基
板および前記活性層以下の半導体層（活性層および活性
層より下位にある半導体層からなる半導体層）の合計の
厚さの平均値に相当する高さを有する面をいい、前記凹
凸とは、例えば探針式の平坦性測定器あるいは微分干渉
式平面凹凸測定法で測定され得る凹凸ないし膜厚の不均
一を意味する。

【００１２】前記基準面は、例えば以下の方法で特定す
ることができる。つまり、前記基板上のエピタキシャル
成長を活性層の成長後に止める。その後、露出した活性
層の表面を、例えば探針式の平坦性測定器によって測定
して、基板および活性層以下の半導体層（活性層および
活性層より下位にある半導体層からなる半導体層）の積
層体の厚さ分布を求める。この厚さ分布をもとに単位領
域における前記積層体の厚さの平均値を求めることによ
って、基準面を設定できる。

【００１３】特に、発振領域の幅が広い高出力半導体レ
ーザにおいては、活性層のわずかな凹凸を反映して不規
則なスポット状の発振を生じやすくなるため、活性層の
平坦性を確保することは重要である。

【００１４】この半導体レーザによれば、高出力、例え
ば最高出力が５０Ｗ以上の例えば８５０ｎｍ以上の長波
長光を出射することができ、さらに約１００〜２５０μ
ｍと広い発振領域において均一な光強度分布を有するレ
ーザ光を出射することができる。

【００１５】前記半導体レーザにおいては、前記活性層
はウエル層とバリア層とから構成され、ウエル層はＡｌ
_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０、バリア層はＡｌ_x Ｇａ
_1-xＡｓにおけるｘが０．１５〜０．２５であり、かつ
前記クラッド層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．
２８以上であることが望ましい。この半導体レーザによ
れば、活性層およびクラッド層のＡｌ組成を特定するこ
とにより、活性層として量子井戸構造を有するにもかか
わらず、発振波長の短波長側へのシフトを抑制し、８５
０ｎｍ以上の長波長光を発振することができる。

【００１６】前記半導体レーザにおいては、前記一対の
端面反射膜は、反射率が０．１〜５％の第１反射膜と、
反射率が９８．５％以上の第２反射膜との組み合わせか
らなることが望ましい。前記端面反射膜は、屈折率の異
なる２種の誘電体薄膜を交互に積層して構成された誘電
体膜からなることが望ましい。そして、前記第１反射膜
は屈折率の大きい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置す
る状態で積層され、前記第２反射膜は、屈折率の小さい
誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で形成され
る。

【００１７】この半導体レーザによれば、反射膜の反射
率を上記範囲に制御することにより、高い外部微分量子
効率を得ることができ、高出力が得られると共に、発振
しきい値電流の上昇をおさえることができる。また、反
射膜を構成する誘電体薄膜の積層を順序を上記のように
規定することにより、第１反射膜においては低い反射率
を、第２反射膜においては高い反射率を得ることができ
る。

【００１８】本発明の半導体レーザは、前記第１クラッ
ド層と前記第１光導波路層との間、および前記第２クラ
ッド層と前記第２光導波路層との間の少なくとも一方に
形成されたブロック層を含むことが望ましい。

【００１９】このブロック層を含む半導体レーザにおい
ては、前記第１クラッド層および第２クラッド層は、Ａ
ｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．２０〜０．４０であ
ることが望ましい。

【００２０】前記ブロック層は、８〜２０ｎｍの膜厚を
有し、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．３０〜０．
６０であることが望ましい。

【００２１】この半導体レーザによれば、クラッド層と
光導波路層との間に薄い膜厚のブロック層を挿入するこ
とにより、クラッド層のＡｌ組成を高めることなく、発
光効率および温度特性を改善することができる。クラッ
ド層のＡｌ組成を小さくすると、光の閉じ込め係数を小
さくできるので、半導体レーザは、放射角の狭いビーム
を発振することができ、かつ端面破壊を生じにくくな
る。

【００２２】本発明の光センシング装置は、本発明のい
ずれかの半導体レーザからなる光源、この光源からの出
射光の光軸上に、この光軸に直交しかつ互いに直交する
２方向においてそれぞれ異なった屈折力を有するレンズ
面および回折格子面を少なくとも含む送光光学系、およ
び、前記出射光の被検出物体による反射光を検出する受
光検出部、を含むことを特徴とする。

【００２３】前記光軸に直交しかつ互いに直交する２方
向においてそれぞれ異なった屈折力を有するレンズ面
は、トーリック面またはアナモフィク非球面から構成さ
れていることが望ましい。

【００２４】この光センシング装置によれば、トーリッ
ク面、アナモフィク非球面などの、光軸に直交しかつ互
いに直交する２方向においてそれぞれ異なった屈折力を
有するレンズ面を少なくとも有することにより、光源か
らのビーム形状を十分な光密度を有する状態で所定形状
に変換することができ、また回折格子面を有することに
より光源からの１つのビームを複数ビームに変換するこ
とができる。したがって、前記レンズ面と回折格子面と
を組み合わせることにより、単一の光源から所定の投射
光パターンを有するビームを得ることができる。その結
果、本発明の光センシング装置は、投光装置の簡素化，
小型化が容易であり、例えば車両用障害物検知装置など
に好適に用いることができる。

【００２５】前記光軸に直交しかつ互いに直交する２方
向においてそれぞれ異なった屈折力を有するレンズ面
は、主として、楕円形のレーザビームの形状を例えばほ
ぼ矩形状の形状に修正し、かつその光密度を高める機能
を有する。

【００２６】前記送光光学系は、前記光軸に対して回転
対称な非球レンズ面を含むことが望ましい。

【００２７】前記光軸に対して回転対称な非球レンズ面
とは、下記［数１］によって近似されるレンズ面をい
う。

【００２８】

【数１】

【００２９】前記光軸に対して回転対称な非球レンズ面
は、収差を補正して光源ビームの有効な利用に寄与す
る。

【００３０】前記レンズ面および回折格子面の配置は特
に制限されず、光源に対して２者の面はどの位置にあっ
てもよい。ただし、前記光軸に直交しかつ互いに直交す
る２方向においてそれぞれ異なった屈折力を有するレン
ズ面を前記回折格子面より光源側におくことが望まし
い。この配置により、レーザ光の投射角は、回折格子に
よる回折角を調整することによってほぼ制御することが
可能となるため、調整のしやすい光学系となる。

【００３１】本発明の光センシング装置を例えば車両用
障害物検知装置に用いた場合には、走行車両に近い領域
では測定可能範囲を広げるために広い投射角を必要と
し、かつ走行方向に対してはできるだけ遠方まで投射す
ることが望まれる。そのためには、前記回折格子面は、
その格子ピッチが２０〜５０μｍであることが望まし
い。また、前記回折格子面は、前記光源からの光を少な
くとも３つのビームに変換し、その０次回折効率が５０
％よりも大きいことが望ましい。

【００３２】

【実施例】

（第１実施例）図１は、本発明を適用した電極ストライ
プ型の半導体レーザの一例を概略的に示す斜視図であ
る。

【００３３】図１に示す半導体レーザ１００は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０１上に、複数のＡｌＧａＡｓ系化合物半
導体層が積層された半導体層ＳＬを有する。この半導体
層ＳＬは、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層
１０３、ｎ型第１光導波路層１０４、活性層１０５、ｐ
型第２光導波路層１０６、ｐ型第２クラッド層１０７、
ｐ型コンタクト層１０８から構成されている。これらの
各半導体層の組成、膜厚、およびドーパントの種類を表
１に示す。なお、表１において各欄の（ ）で示す数値
は、後述する実験例に用いた半導体レーザのサンプルの
構成を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】前記コンタクト層１０８上にはストライプ
状の開口部、すなわち電流注入領域１１２を構成するた
めの開口部を有する電流狭窄層１０９が形成されてい
る。この電流狭窄層１０９の表面および開口部に露出す
る半導体層上にはｐ側電極１１０が形成され、前記基板
１０１の下面にはｎ側電極１１１が形成されている。さ
らに、主ビーム側の端面にはＡＲ膜(Anti-Reflective F
ilm)からなる第１反射膜１２０が設けられ、モニタビー
ム側にはＨＲ膜（Highly Reflective Film）からなる第
２反射膜１２１が形成されている。

【００３６】前記活性層１０５は、図２に示すように、
複数のウエル層を有する多重量子井戸構造を有してい
る。この多重量子井戸構造は、例えば４層のウエル層１
０５ａと３層のバリア層１０５ｂとが交互に積層されて
いる。

【００３７】ところで、半導体層としてＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体を用いた場合には、半導体レーザの発振波
長は通常８７０ｎｍ付近である。しかし、活性層として
量子井戸構造を採用すると、発振波長は短波長側にシフ
トすることから、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いた
量子井戸半導体レーザでは、通常その発振波長が８３０
ｎｍより短波長側である。

【００３８】本発明においては、８５０ｎｍ以上の長波
長で良好に発振するためには、半導体層、特にクラッド
層の組成ならびに活性層の平坦性を規定することが重要
である。

【００３９】まず、クラッド層の組成と半導体レーザの
特性との関係について述べる。本実施例のサンプルにつ
いて電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を求めたところ、
図３に示す結果が得られた。また、比較のためにクラッ
ド層のＡｌ組成を変えたサンプルを作成し、同様にＩ−
Ｌ特性を求めた。この比較用サンプルにおいては、第１
クラッド層のＡｌ組成（Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおける
ｘ）は０．２２であり、第２クラッド層のＡｌ組成は
０．２２であり、その他の構成については本実施例のサ
ンプルと同様である。

【００４０】図３から、両者の実験結果を比較すると、
低電流注入時には両者のＩ−Ｌ特性の間には大きな差が
見られない。しかし、注入電流量が約２０Ａを越える
と、比較用サンプルのレーザは光出力が著しく低下する
ことがわかる。

【００４１】両者の半導体レーザの差は、その温度特性
を比較するとより明確になる。温度特性のグラフを図４
に示す。このグラフは、同一電流を注入したときの光出
力を２０〜９０℃の温度範囲にわたってプロットしたも
のであり、光出力の温度依存性が表されている。この実
験では、注入電流は３０Ａである。

【００４２】図４から、２０℃のときの光出力を１００
としたときの９０℃における光出力をΔＴとすると、本
実施例のサンプルではΔＴは８０であるのに対し、比較
用サンプルではΔＴは２０である。したがって、本実施
例の半導体レーザは比較用レーザに比べて光出力に対す
る動作温度の依存性がかなり小さいことがわかる。

【００４３】比較用レーザはクラッド層のＡｌ組成が
０．２２と小さいため、注入電流値が大きいとき、ある
いは接合部の温度が高いとき、注入キャリアが活性領域
からオーバーフローして効率が低下するものと予想され
る。比較用レーザにおいて、計算により活性層のエネル
ギーギャップとクラッド層のエネルギーギャップとの差
を求めると、わずか０．２３ｅＶであることがわかっ
た。本発明者等の研究によれば、活性層のエネルギーギ
ャップとクラッド層のエネルギーギャップとの差が０．
３５ｅＶより大きい場合に、発光効率および温度特性と
も良好な結果を得られることがわかっている。このこと
から、本実施例の量子井戸半導体レーザにおいては、ク
ラッド層のＡｌ組成は０．２８より大きいことが望まし
い。

【００４４】また、前記活性層１０５は、１ｍｍ×１ｍ
ｍの単位領域で基準面に対し±０．１μｍ、好ましくは
±０．０７μｍを越える凹凸を有さない、平坦性を有す
ることが必要である。本実施例の前記サンプルについ
て、活性層の基準面に対する凹凸（以下、これを平坦度
ともいう）を探針式の平坦性測定器「Ｄｅｋｔａｋ３０
３０」（Sloan Technology社製）によって求めたとこ
ろ、±０．０５μｍ以内であった。なお、活性層の基準
面は前述した方法によって特定した。

【００４５】前記電流狭窄層１０９の電流注入領域の幅
（図１においてＷで示す）は１００〜２５０μｍ、好ま
しくは１５０〜２００μｍである。この電流注入領域の
幅が１００μｍより小さいと、注入電流の密度が大きく
なって高出力を得ることが難しくなり、一方、２５０μ
ｍを越えるとレーザ出射端面での光強度分布が不均一と
なって、放射ビームが単一峰形状にならない。

【００４６】図５および図６は、このことを裏付けるた
めの実験結果を示す。図５および図６において、横軸は
電流注入領域の幅Ｗを示し、縦軸は光出力を示してい
る。図５は電流注入領域の幅Ｗが２００μｍのときの光
強度分布を示し、図６は、電流注入領域の幅Ｗが本発明
の範囲を越える３００μｍのときの光強度分布を表わし
ている。図５から、注入電流領域の幅が２００μｍであ
ると、ストライプの全幅にわたってほぼ均一の光出力が
得られ、単峰パターンの良好な水平横モードの発振が得
られることがわかった。これに対し、図６から、電流注
入領域の幅が３００μｍでは、均一な光強度分布を得る
ことができないことがわかった。

【００４７】本実施例の半導体レーザ１００は、その共
振器長（図１においてＬで示す）は５００〜１，０００
μｍ、好ましくは６００〜９００μｍである。共振器長
Ｌが５００μｍより小さいと、注入電流密度が大きくな
って光出力が低下し、一方１，０００μｍを越えると発
振開始時の電流値が大きくなって所定の光出力を得るた
めの駆動電流が高くなり、駆動回路の作成が困難とな
る。

【００４８】図７は、このことを確認するためのＩ−Ｌ
特性を示し、横軸に注入電流値、縦軸に光出力を示す。
この実験においては３種の共振器長Ｌについて調べた。
図７においてａで示すラインはＬが７００μｍ、ｂで示
すラインはＬが６００μｍ、およびｃで示すラインはＬ
が４５０μｍのときのＩ−Ｌ特性曲線である。

【００４９】図７から、共振器長が７００μｍのとき
は、Ｉ−Ｌ特性において良好な直線関係が得られ、電流
注入値が大きくなっても高い光出力を得られることがわ
かった。共振器長が６００μｍのときには、高い電流注
入領域においては、やや光出力の低下が見られるもの
の、実用上はほぼ満足できるものであることがわかっ
た。また、共振器長が４５０μｍと本発明の範囲以外の
場合には、高い電流注入領域における光出力の低下が大
きく、実用には適しないことがわかった。

【００５０】前記第１反射膜１２０は、その反射率が
０．１〜５％であることが望ましい。この第１反射膜１
２０の反射率が０．１より小さい場合には発振しきい値
に達せず、一方５％を越える場合には外部微分量子効率
が下がって高出力を得ることができない。また、前記第
２反射膜１２１は、その反射率が９８．５％以上である
ことが望ましい。第２反射膜１２１の反射率が９８．５
％より小さい場合には、発振しきい値電流が増加して高
出力を得ることができない。

【００５１】前記第１反射膜１２０の反射率を低くする
ためには、λ／４ｎ（λ：発振波長，ｎ：誘電体の屈折
率）の膜厚を有する誘電体膜を単層コートするか、ある
いは異なる屈折率の誘電体薄膜を２種組み合わせた層を
２対コートする。後者の場合には、２種の層のうち屈折
率の大きい誘電体薄膜が内側すなわち半導体層の端面側
に位置し、屈折率の小さい誘電体薄膜が外側に位置する
状態で積層される必要がある。表２に、第１反射膜１２
０の構成、すなわちその誘電体材料，膜厚，層数または
対数，反射率を示す。表２からも明らかなように、異な
る屈折率の誘電体薄膜の組み合わせを２対積層して形成
された反射膜の多くは単層の誘電体膜からなる反射膜に
比較して反射率がかなり小さくなる。

【００５２】

【表２】

【００５３】前記第２反射膜１２１は異なる屈折率の誘
電体薄膜をλ／４ｎの膜厚で交互に積層して構成され
る。この場合には、前記第１反射膜１２０とは逆に、屈
折率の小さい誘電体薄膜を屈折率の大きい誘電体薄膜よ
り半導体層側に形成しなければならない。表３に、第２
反射膜１２１を構成する誘電体の材料，膜厚，対数およ
び反射率について示す。表３によれば、ほとんどの反射
膜は９９％以上という高い反射率を有することがわか
る。

【００５４】

【表３】

【００５５】次に、本実施例の半導体レーザの製造方法
の一例について説明する。

【００５６】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型バ
ッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層１０３、ｎ型第１
光導波路層１０４、活性層１０５、ｐ型第２光導波路層
１０６、ｐ型第２クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層
１０８からなるＡｌＧａＡｓ系半導体層ＳＬ（図１参
照）を、順次、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）
によってエピタキシャル成長させる。この成膜条件とし
ては、例えば、成長温度は６８０〜８００℃、成長圧力
は５０〜２００Torrとし、III 族原料としてはトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧａ），トリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡｌ）等の有機金属を用い、Ｖ族原料としてはアルシ
ン（ＡｓＨ₃ ）等の水素化物を用い、ｎ型ドーパントと
してはＨ₂ Ｓｅ、ｐ型ドーパントとしてはジエチル亜鉛
（ＤＥＺｎ）を用いる。

【００５７】前記ＡｌＧａＡｓ系半導体層を構成する各
層は、Ａｌ組成，膜厚，ドーパントの条件を表１に示す
条件に設定される。

【００５８】この際、ｎ型基板１０１としては、１ｍｍ
×１ｍｍの単位領域内で±０．０５μｍを越える凹凸を
有さない、平坦性のよい基板を用いている。前記凹凸は
基板の基準面、すなわち前記基板１０１上に想定される
平面であって該基板の単位領域における平均厚さに相当
する高さを有する平面、に対する凹凸を意味する。ま
た、半導体層を形成する前に、前期基板をＨ₂ ＳＯ₄ ：
Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ＝５：１：１のエッチャント中におい
て十分な攪拌を行いながらエッチングすることにより、
前記基板の平坦性を低下させることなく清浄な表面を得
ることが好ましい。また、半導体層は、ＭＯＣＶＤにお
けるガスの流量を最適化することにより、１ｍｍ×１ｍ
ｍの単位領域内での凹凸を±０．０２μｍ以下に抑える
ことができる。したがって、基板および活性層より下位
の半導体層（活性層を含まない）の全体の平坦度を±
０．０７μｍ以下にすることができる。本発明者らの研
究によれば、活性層より下位の半導体層（活性層を含ま
ない）の平坦度を±０．０５μｍ以下に制御することに
より、前記活性層１０５の平坦度が±０．１μｍ以下と
なることを確認している。

【００５９】ＡｌＧａＡｓ系半導体層ＳＬの成長後、前
記コンタクト層１０８上に化学的気相成長法（ＣＶＤ）
によって絶縁膜を蒸着する。本実施例では、絶縁膜とし
てＳｉＯ₂ を用いた。この絶縁膜を一般に用いられるフ
ォトリソグラフィおよびエッチング技術によってパター
ニングし、中央部にストライプ状の電流注入領域１１２
を有する電流狭窄層１０９を形成する。

【００６０】その後、前記基板１０１の他方の面および
電流狭窄層１０９と電流注入領域１１２の表面にｎ側オ
ーミック電極１１１およびｐ側オーミック電極１１０を
蒸着する。その後、チッ素雰囲気中で例えば３５０〜４
５０℃で３０秒〜１２０秒のアロイングを行う。

【００６１】次いで、第１反射膜１２０および第２反射
膜１２１を構成する誘電体膜を電子ビーム蒸着により形
成する。すなわち、まず、劈開してバーの状態になった
レーザウエハを積み重ね、劈開端面にだけ誘電体膜が形
成できるようにする。これを蒸着用チャンバに設置し
て、真空度を５×１０^-6Torr以下になるよう真空排気
し、前記バー状態のウエハを１００℃〜２５０℃の温度
に加熱する。蒸着速度が１〜１０オングストローム／秒
になるように電子線電流を調整して、各誘電体層を形成
する。

【００６２】このようにして得られた半導体レーザ１０
０は、単一ワイドストライプ構造を有する利得導波型の
半導体レーザである。本実施例の半導体レーザは、平坦
性が良好な多重量子井戸構造を有する活性層を有するこ
と、クラッド層のＡｌ組成を特定範囲に設定してあるこ
と、共振器長が５００〜１，０００μｍと大きいこと、
電流注入領域の幅が１００〜２５０μｍと広いことなど
の構成上の特徴を有し、約１００〜２５０μｍの広い発
振領域を確保しながら、最高出力が約５０Ｗという高出
力で、波長が８６０ｎｍの単峰パターンの発振が可能で
ある。

【００６３】（第２実施例）図８は、本発明の第２実施
例の半導体レーザを示す断面図である。

【００６４】本実施例の半導体レーザ６００は、前記第
１実施例の半導体レーザ１００と次の２点において相違
している。その第１点は、第２光導波路層６０６と第２
クラッド層６０７との間に、キャリアのオーバーフロー
を抑制するためのブロック層６１３を挿入したこと、他
の１点は、クラッド層６０３，６０７のＡｌ組成を０．
２０〜０．４０と低くしたことである。その他の構成、
つまりＧａＡｓ基板６０１、バッファ層６０２、第１光
導波路層６０４、活性層６０５、第２光導波路層６０
６、コンタクト層６０８、電流狭窄層６０９、電極６１
０、６１１および端面反射膜（図示せず）については、
基本的には前記第１実施例の半導体レーザ１００と同様
であるので、その詳細な記載は省略する。表４に、本実
施例の半導体レーザ６００の半導体層を構成する各層の
Ａｌ組成，膜厚およびドーパントについて記載する。

【００６５】

【表４】

【００６６】本実施例の半導体レーザにおいては、ブロ
ック層６１３を形成することによって、クラッド層６０
３および６０７のＡｌ組成を上げることなく注入キャリ
アのオーバーフローを抑制することができる。すなわ
ち、第１実施例においては、クラッド層１０３，１０７
のＡｌ組成を比較的大きい特定の範囲にすることによ
り、注入キャリアのオーバーフローを抑制していた。し
かし、反面、クラッド層のＡｌ組成を大きくすると、光
波の閉じ込め係数が大きくなってしまう結果、２つの好
ましくない点を生ずる。その１つは、半導体層の接合方
向に垂直な方向の遠視野像が大きくなり、この結果遠視
野像の楕円率が大きくなって、発光素子として使用する
場合光学系の設計が難しくなること、もう１つの点は、
端面付近の発光領域の光密度が高くなるため、端面破壊
を発生しやすくなることである。本実施例では、このよ
うなクラッド層のＡｌ組成比を大きくすることに起因す
る好ましくない点を解決しながら、前記第１実施例と同
様に良好な光発振が可能である。

【００６７】前記ブロック層６１８は、膜厚が好ましく
は８〜２０ｎｍ、より好ましくは１０〜１５ｎｍ、Ａｌ
組成比（ｘ）が好ましくは０．３０〜０．６０、より好
ましくは０．３５〜０．５である。

【００６８】次に、本実施例の半導体レーザを用いた特
性試験の結果について述べる。実験に用いるサンプルと
しては、表４において各欄の（ ）で表わす構成のもの
を用いた。まず、Ｉ−Ｌ特性を求めたところ、図９に示
す結果が得られた。

【００６９】図９中のａはブロック層を有する本実施例
の半導体レーザのＩ−Ｌ特性であり、図９中のｂはブロ
ック層を有さず、それ以外の層は前記半導体レーザと同
一の構成を有する比較用半導体レーザの特性を示す。図
９から明らかなように、ブロック層のある場合には高注
入電流時においても直線性が維持され、ブロック層のな
い場合には光出力が飽和してしまうことがわかる。

【００７０】さらに、前記第１実施例と同様にその温度
特性を測定したところ、２０℃のときの光出力を１００
としたときの９０℃での光出力をΔＴとすると、ΔＴは
７０であった。前記第１実施例の比較用サンプルの結果
からわかるように、ブロック層がない場合にはΔＴは２
０であったことから、ブロック層６１３を挿入すること
によって温度特性が大幅に改善されたことがわかる。ま
た、このサンプルについて遠視野像を求めたところ、ブ
ロック層を挿入しない場合と同じ２４ｄｅｇであった。
このように良好な光出射特性を有する理由は、ブロック
層６１３の膜厚が十分に薄いため、光の導波モードには
影響を与えず、注入キャリアが活性領域からオーバーフ
ローするのを抑制していることによると考えられる。

【００７１】上記実施例では、ブロック層６１３は第２
光導波路層６０６と第２クラッド層６０７との間に挿入
した例について記載したが、これに限定されず、ブロッ
ク層は第１クラッド層６０３と第１光導波路層６０４と
の間に挿入してもよく、あるいは第１クラッド層６０３
と第１光導波路層６０４との間、および第２クラッド層
６０７と第２光導波路層６０６との間にそれぞれ挿入し
てもよい。

【００７２】本発明の半導体レーザは前記第１，第２実
施例に記載された電極ストライプ型に限定されず、他の
ストライプ構造の半導体レーザ、例えばプレーナストラ
イプ型、プロトンストライプ型の半導体レーザなどにも
適用できる。

【００７３】（第３実施例）図１０は、本発明の半導体
レーザを用いた光センシング装置のブロック図の一例を
示す。この光センシング装置は、目標物までの距離を測
定する測距レーダとして使用されるものである。なお、
以下の説明においては、第１実施例の半導体レーザ１０
０を用いたが、第２実施例の半導体レーザ６００も同様
に適用できる。

【００７４】この光センシング装置は、レーザ駆動パル
スを繰り返し出力するパルス発生器３０を含み、このパ
ルス発生器３０から出力パルスは半導体レーザ駆動回路
３２および信号処理回路４６に入力される。

【００７５】前記半導体レーザ駆動回路３２は、駆動パ
ルスが入力されるごとに半導体レーザ１００を駆動し、
半導体レーザ１００から測定光を出力させる。そして、
半導体レーザ１００から出力された光は、送光光学系１
０を介して前方空中へ向け測定用のレーザ光として出力
される。

【００７６】この測定用レーザ光は、所定の測定対象物
に当たり、そこからの散乱または反射光は、受光光学系
２０を介し光検出器４２で検出され、電気信号に変換さ
れて増幅器４４を介し信号処理回路４６へ入力される。
信号処理回路４６は、レーザ光の送光から受光までの時
間の計測、被測定物の分光的計測を行い、その計測結果
を距離演算回路４８へ向け出力する。なお、前記受光光
学系２０および光検出器４２などは一般的な測距レーダ
に使用されているものを用いることができる。図１１
は、送光光学系１０としてトーリックレンズ１２および
回折格子１４が装着された送光部５０を示す部分断面図
である。

【００７７】この送光部５０のホルダ６０は、筒体を分
割した第１ホルダ部６０ａと第２ホルダ部６０ｂとを軸
方向で接合した構造を有している。前記第１ホルダ部６
０ａは軸方向外方に突出された筒状部を有し、この筒状
部先端にはレーザパッケージ７０の取付部７２を装着す
るためのステップ状の第１支持部６２が形成されてい
る。また、第１ホルダ部６０ａのほぼ中央部には外形形
状が矩形であるトーリックレンズ１２を装着するための
ステップ状の第２支持部６４が形成されている。また、
前記第２ホルダ部６０ｂには軸方向外方に突出する筒状
部が形成され、この筒状部内部には回折格子１４を装着
するためのステップ状の第３支持部６６が形成されてい
る。

【００７８】前記レーザパッケージ７０，トーリックレ
ンズ１２および回折格子１４は、それぞれ前記第１支持
部６２，第２支持部６４および第３支持部６６に、例え
ば光硬化型接着剤で接着されている。支持手段として
は、他にネジ止め、あるいはホルダの一部に圧力を加え
て塑性変形させるカシメを用いることもできる。

【００７９】この実施例においては、ホルダ６０を第１
ホルダ部６０ａおよび第２ホルダ部６０ｂに分割するこ
とにより、トーリックレンズ１２を第２支持部６４に設
置した後に第２ホルダ部６０ｂを第１ホルダ部６０ａに
ネジ止め等によって固定することができ、トーリックレ
ンズ１２の設置を正確かつ容易に行うことができる。

【００８０】前記トーリックレンズ１２は、光軸Ｚに対
し異なる２つのレンズ面を有し、レーザパッケージ７０
側の第１レンズ面１２ａはトーリック面であり、回折格
子１４側の第２レンズ面１２ｂは軸Ｚに対して回転対称
の非球面形状を有する。これらレンズ面の詳細について
は後に説明する。

【００８１】前記トーリックレンズ１２は、ポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ），スチレンアクリロニトリ
ル共重合体（ＳＡＮ），ポリスチレン（ＰＳ）およびポ
リカーボネート（ＰＣ）などの熱可塑性樹脂あるいはガ
ラスなどを用いることができ、特にＰＭＭＡあるいはＰ
Ｃを好適に用いることができる。また、前記トーリック
レンズ１２の両面にはＭｇＦや誘電体多層膜からなる反
射防止膜を設けることが好ましい。本実施例では、反射
防止膜の反射率は約３％に設定されている。

【００８２】図１２は、レーザパッケージ７０内におけ
る半導体レーザ１００のマウント状態を示す概略斜視図
である。この例においては、銅などの金属製のヒートシ
ンク（図示せず）と半導体レーザ１００との間にチッ化
アルミニウム（ＡｌＮ），ケイ素などの支持体７３が設
けられ、特にチッ化アルミニウムの支持体が好ましい。
チッ化アルミニウムは熱伝導率が高く、また熱膨張係数
が半導体レーザ１００を構成するＡｌＧａＡｓ系化合物
に近似しているため、金／錫（Ａｕ／Ｓｎ）の合金など
を用いてレーザチップを２５０〜３５０℃の温度で融着
するとき、レーザの活性層に残留応力を残さないという
作用がある。また、熱伝導率が高いので活性層の発熱量
を充分に逃がす効果があり、レーザの長寿命化に効果が
ある。

【００８３】この支持体７３の厚みは、例えば１５０〜
１９０μｍ程度が好ましい。これは、レーザチップと銅
などの金属（ヒートシンク）とＡｌＮ（支持体）の熱膨
張係数からレーザの活性層に残る残留応力を計算する
と、支持体の厚みによって引っぱり応力と圧縮応力が発
生する場合があり、前記の厚みにしたときに残留応力が
極小になるためである。

【００８４】図１３は、前記回折格子１４の一例を示
し、図１３（Ａ）はその断面図、図１３（Ｂ）はその平
面図を示す。

【００８５】図１３に示す回折格子は、直線状の格子溝
を有する単純格子である。一般的にこのような回折格子
を透過した光は、回折されずにそのまま直進する０次回
折光と、回折角θn をもって進むｎ次回折光（ｎは整
数）にわけられる。本発明はこの０次回折光をメインビ
ームに、回折した±１次回折光をサブビームとして利用
するものである。２次以上の高次の回折光は強度が小さ
く、測定に寄与しない。

【００８６】厳密には回折格子に入る光線は垂直入射だ
けに限られないが、説明を単純にするためにほぼ垂直入
射として考えると、±１次回折光の回折角θ、光源光の
波長λ、回折格子のピッチｐの間には、 ｓｉｎθ＝λ／ｐ の関係がある。また、０次回折光と１次回折光の回折光
量比は格子溝深さｄに依存しており、回折格子の凹凸が
１対１の比率（デューティ比２分の１）の場合の０次回
折光および±１次回折光の強度η₀ ，η₁ は、 η₀ ＝ｃｏｓ² （πｄΔｎ／λ） η₁ ＝（２／π）² ｓｉｎ² （πｄΔｎ／λ） となる。ただし、Δｎ＝ｎ−１で、ｎは回折格子材料の
屈折率である。この式より光源の波長λと格子材料の屈
折率ｎは一定と考えると、０次回折光と±１次回折光の
強度比率は回折格子の溝深さｄを調整すれば自由に選択
できることがわかる。また、ビームの照射角は格子ピッ
チｐを変えること、あるいは光源，回折格子，投射レン
ズの位置関係を変えることで選択的に設定できる。

【００８７】図１４は回折格子の他の例を示し、図１４
（Ａ）はその断面図，図１４（Ｂ）は平面図を示す。こ
の回折格子１６は１次回折効率を上げるために、図１４
（Ａ）に示すように、格子の断面形状を鋸歯状にしたも
ので、この場合の＋１次の回折効率η₁ は η₁ ＝｛ｓｉｎ² （πγ／λ）｝／（πγ／λ）² となる。ただし、γ＝ｄΔｎ−λである。したがって、
γ→０のとき、すなわち、ｄ＝λ／Δｎ＝λ／（ｎ−
１）のときη₁ ＝１となり、回折効率は論理上１００％
となる。したがって、回析格子の特定の次数の利用効率
を上げたい場合には、格子の鋸歯状化が有効である。

【００８８】回折格子を作成する代表的なプロセスとし
ては、まず、ＩＣなどの微細加工に用いられるフォトリ
ソグラフィ技術によって、フォトレジストをコートした
ガラス基板にマスクを密着させＵＶ照射を行い、ついで
不要部分のレジストをエッチングする方法がある。鋸歯
状化された回折格子は、濃淡を付けたマスクを用いたフ
ォトリソグラフィによる方法、ＥＢによる多重直接露光
による方法、機械加工による方法などによって得られ
る。

【００８９】次に、半導体レーザから出射されたビーム
パターンについて説明する。図１５（Ａ）は、水平方向
をＸ軸、垂直方向をＹ軸およびビームの進行方向をＺ軸
としたときの、Ｙ−Ｚ面におけるビームパターンを示
し、図１５（Ｂ）はＸ−Ｚ面におけるビームパターンを
示す。

【００９０】本実施例の光センシング装置においては、
レーザパッケージ７０は、半導体レーザ１００と支持体
７３との接合面がＹ軸方向に一致する状態で固定されて
いる。また、前記回折格子１４は、その格子溝がＹ軸方
向に一致するように設置されている。トーリックレンズ
１２の第１レンズ面１２ａは、Ｙ−Ｚ断面が半径Ｒ１の
球面をなし、この球面をＹ軸に平行な軸を中心として半
径Ｒ２で回転させたトーリック面によって構成されてい
る。前記第２レンズ面１２ｂは、前記［数１］に示す近
似式によって特定される、光軸Ｚに回転対称な非球面か
ら構成されている。トーリックレンズ１２によって変換
されるビームの光密度は、第１レンズ面および第２レン
ズ面の構成によって調節することができるので、トーリ
ックレンズ１２は、必要とされるビームの光密度により
適宜構成される。本実施例におけるトーリックレンズ１
２の具体的な構成例を以下に示す。

【００９１】 構成例１： 第１レンズ面１２ａ 半径Ｒ１＝−８．３
６ｍｍ 半径Ｒ２＝−５０ｍｍ 第２レンズ面１２ｂ 前記［数１］において、 ｃ＝−０．３７６７ ｋ＝−０．２２２８ Ａ＝０．１１０５×１０^-2 Ｂ＝０．３６５０×１０^-3 構成例２： 第１レンズ面１２ａ 半径Ｒ１＝−４０．
８ｍｍ 半径Ｒ２＝１４７．８ｍｍ 第２レンズ面１２ｂ 前記［数１］において、 ｃ＝−０．０９１７ ｋ＝−０．６４５ Ａ＝０．２６５×１０^-4 Ｂ＝０ 構成例２によるトーリックレンズは、構成例１によるト
ーリックレンズよりも変換されビームの光密度を大きく
することができるので、例えば、回折格子１４の１次回
折効率を構成例１のトーリックレンズを用いた時より小
さく設定しても、図１５（Ｂ）に示される＋１次の回折
光Ｂ及び−１次の回折光Ｃの強度を構成例１のレンズを
用いた時と同程度とすることができる。

【００９２】以上の構成の光センシング装置において
は、半導体レーザの出射口（図１５においてＰで示す）
から出射された光はトーリックレンズ１２によって平行
に近いビームに変換された後、回折格子１４を通して３
ビームにわけられる。すなわち図１５（Ｂ）に示すよう
に、光軸Ｚとほぼ平行に進む０次の回折光（Ａで示
す）、＋１次の回折光（Ｂで示す）および−１次の回折
光（Ｃで示す）の３つのビームに分割される。この光学
系によれば、回折格子１４に入る光は近似的に垂直とな
るので、レーザ光の投射角はほぼ回折格子による回折角
を調整して制御することができる。したがって、この光
学系においては、光の投射角は回折格子による±１次回
折光の回折角のみを考慮すればよいので、光学系の制御
が単純となる利点がある。

【００９３】また、この光学系においては、回折格子１
４の格子溝をＹ軸方向に設定しているため、光の回折は
Ｘ−Ｚ面内でのみ生じ、Ｙ−Ｚ面内においてはトーリッ
クレンズ１２から照射された光がそのまま投射された状
態となる。

【００９４】次に、このような光学系における光の投射
角および回折効率について述べる。光の投射角は回折格
子のピッチｐに依存し、また光の回折効率は回折格子の
溝の深さｄに依存し、これらの値は光センシング装置の
用途などによって適正な範囲が設定される。すなわち、
測距レーダの用途によって、目標物までの距離を考慮し
て出射光の強度や拡散領域が設定される。例えば、本実
施例の光センシング装置を走行車両の所定方向の障害物
を検知する車両用障害物検知装置に応用した場合には、
走行車両に近い領域では測定可能範囲を広げるために広
い投射角を必要とし、かつ走行方向に対してはできるだ
け遠方まで、例えば１００ｍ先まで投射される必要があ
る。具体的には、図１６に示すように、走行車両より４
０ｍ先の検知領域を例にとると、Ｘ軸方向（水平方向）
では少なくとも４ｍ程度の検知領域を、Ｙ軸方向（垂直
方向）では少なくとも１．５ｍ程度の検知領域を必要と
する。できるだけ広い検知領域を得るためには、０次回
折光Ａと±１次回折光Ｂ，Ｃとがオーバラップした状態
で、かつできるだけＸ軸方向に広がることが必要であ
る。なお、図１６において、鎖線Ａ´で示す楕円は送光
光学系を通さないときのレーザ光の形状を示す。

【００９５】このような条件を考慮して回折格子の格子
ピッチｐを求めたところ２０〜５０μｍの範囲が好まし
いことがわかった。回折格子の格子ピッチｐが小さくな
ると、１次回折光はＹ軸から遠ざかる方向へ回折される
ようになる。図１７に示すように、格子ピッチｐが２０
μｍ（Ｂ３で示す）では、０次回折光が寄与する照射領
域と１次回折光が寄与する照射領域とがほぼ接する状態
となり、これ以上格子ピッチｐが小さくなると０次回折
光の照射領域と１次回折光の照射領域とが離れることに
なり、検知できない領域が発生する。なお、図１７にお
いては、０次回折光および＋１次回折光のみを示す。一
方、格子ピッチｐが５０μｍの場合（Ｂ１で示す）、０
次回折光の照射領域と１次回折光の照射領域とのオーバ
ーラップ領域が大きくなり、検知領域幅は約３．２ｍと
かなり狭くなることがわかる。

【００９６】また、回折効率としては、前記車両用障害
物検知装置に応用する場合の条件を考慮して、０次回折
効率が５０％よりも大きいことが望ましい。０次回折効
率が５０％以下であると、１００ｍ先で必要とされる検
知領域を確保することが難しい。

【００９７】１次回折効率は前記０次回折効率の条件を
満たす範囲で、必要とされる検知領域に応じて設定され
る。例えば、前記構成例１によるトーリックレンズ１２
を用いて送光部を構成した場合の４０ｍ先におけるビー
ムパターンは図１８で示される。１次回折効率を１５
％、５％、２５％としたとき、ビームパターンはそれぞ
れ符号Ａ１，Ａ２およびＡ３に示されるように変化す
る。このことから、１次回折効率は４０ｍ先のＸ軸方向
の検知領域（例えば、４ｍ程度）および４０ｍ先のＹ軸
方向の検知領域（例えば、１．５ｍ程度）を満たすよう
に、適宜設定することができる。つまり、必要とされる
検知領域を確保するために、トーリックレンズで変換さ
れるビームの光密度を考慮して、回折格子の溝深さｄを
調節することにより、１次回折効率を適宜設定すること
ができる。

【００９８】本実施例の光センシング装置によれば、ト
ーリック面および非球面を有するトーリックレンズ１２
によって、レーザ光を十分な光密度を有する所定形状の
測定光に変換することができ、また回折格子１４によっ
てレーザ光を３ビームに分割し、測定に必要な所定のビ
ーム幅を得ることができる。したがって、この光センシ
ング装置を車両用障害物検知装置などに適用した場合に
は、単一の光源でありながら死角の少ない適正な照射領
域を得ることができる。

【００９９】（第４実施例）本実施例は、送光光学系の
構造が前記第３実施例と異なっている。図１９は、本実
施例の送光光学系８０を示し、図１９（Ａ）はＹ−Ｚ面
におけるレンズの配置を示し、図１９（Ｂ）はＸ−Ｚ面
におけるレンズの配置を示す。

【０１００】本実施例においては、光軸Ｚ上に１つのレ
ンズ面に回折格子が形成されたレンズ８２を設置してい
る。前記レンズ８２は光源側の第１レンズ面８２ａが回
折格子面を構成し、この回折格子面はＹ軸方向に延びる
回折溝を有している。レンズ８２の第２レンズ面８２ｂ
は光軸Ｚに関して回転対称でない非球面（アナモフィク
非球面）から構成されている。

【０１０１】このような構成の送光光学系８０において
は、光源Ｐから出射された光はレンズ８２の第１レンズ
面８２ａによって０次回折光と±１次回折光の３ビーム
に変換され、レンズ８２の第２レンズ面８２ｂによって
楕円状の光がほぼ矩形状の形状に変換される。

【０１０２】このような構成の送光光学系を用いても前
記第３実施例と同様の作用効果を得ることができる。

【０１０３】なお、レンズ８２においては、第１レンズ
面８２ａがアナモフィク非球面、第２レンズ面８２ｂが
回折格子面であってもよい。

【０１０４】以上、本発明の好適な実施例について記載
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、発明の要旨の範囲内で種々の改変が可能である。

【０１０５】

【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、発振波
長が太陽光の影響を受けにくい長波長側、例えば８５０
ｎｍ以上であり、かつその最高出力が例えば５０Ｗ以上
の高出力で、発振領域の幅が約１００〜２５０μｍと広
い、高出力の半導体レーザを提供することができる。

【０１０６】また、本発明の光センシング装置によれ
ば、前記半導体レーザを光源として用い、単一の光源な
らびにシンプルな光学系によって所定の照光パターンを
実現することができる。

【０１０７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの第１実施例を模式的に
示す斜視図である。

【図２】図１に示す半導体レーザの活性層を示す部分拡
大図である。

【図３】本発明の第１実施例の半導体レーザおよび比較
用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性を示す図であ
る。

【図４】本発明の第１実施例の半導体レーザおよび比較
用半導体レーザについて求めた光出力の温度依存性を示
す図である。

【図５】本発明の第１実施例の半導体レーザについて求
めた、電流注入領域の幅と光出力との関係を示す図であ
る。

【図６】比較用の半導体レーザについて求めた、電流注
入領域の幅と光出力との関係を示す図である。

【図７】本発明の第１実施例の半導体レーザおよび比較
用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性曲線であっ
て、Ｉ−Ｌ特性と共振器長との関係を示す図である。

【図８】本発明の第２実施例の半導体レーザを模式的に
示す断面図である。

【図９】本発明の第２実施例の半導体レーザおよび比較
用半導体レーザについて求めたＩ−Ｌ特性曲線である。

【図１０】本発明の第３実施例の光センシング装置のブ
ロック図である。

【図１１】本発明の第３実施例の送光部の構成を示す部
分断面図である。

【図１２】本発明の第３実施例の送光部における半導体
レーザのマウント状態を示す斜視図である。

【図１３】（Ａ），（Ｂ）は図１１に示す回折格子の断
面図および平面図である。

【図１４】回折格子の他の例を示し、（Ａ）は断面図で
あり、（Ｂ）は平面図である。

【図１５】本発明の第３実施例における送光光学系を示
し、（Ａ）はＹ−Ｚ面における配置およびビーム形状を
示し、（Ｂ）はＸ−Ｚ面における配置およびビームパタ
ーンを示す図である。

【図１６】本発明の第３実施例におけるビームパターン
を示す図である。

【図１７】回折格子のピッチを変えたときのビームパタ
ーンの変化を示す図である。

【図１８】１次回折光率を変化させたときのビームパタ
ーンの形状を示す図である。

【図１９】本発明の第４実施例を示し、（Ａ）はＹ−Ｚ
面における送光光学系を示し、（Ｂ）はＸ−Ｚ面におけ
る送光光学系を示す図である。

【符号の説明】

１０ 送光光学系 １２ トーリックレンズ １４ 回折格子 ２０ 受光光学系 ３０ パルス発生器 ３２ 半導体レーザ駆動回路 ４２ 光検出器 ５０ 送光部 ６０ ホルダ ７０ レーザパッケージ ８０ 送光光学系 ８２ レンズ １００，６００ 半導体レーザ １０１，６０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２，６０２ ｎ型バッファ層 １０３，６０３ ｎ型第１クラッド層 １０４，６０４ ｎ型第１光導波路層 １０５，６０５ 活性層 １０６，６０６ ｐ型第２光導波路層 １０７，６０７ ｐ型第２クラッド層 １０８，６０８ ｐ型コンタクト層 １０９，６０９ 電流狭窄層 １１０，６１０ ｐ側電極 １１１，６１１ ｎ側電極 １１２，６１２ 電流注入領域 １２０ 第１反射膜 １２１ 第２反射膜 ６１３ ブロック層

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の化合物半導体からなる基
   板、この基板の一方の面上に積層された半導体層、前記
   半導体層上に形成され、少なくとも１つのストライプ状
   の電流注入領域を有する電流狭窄層、および前記基板お
   よび前記半導体層の端面に形成された一対の端面反射膜
   を含み、 前記半導体層は、 前記基板側に位置する第１導電型の第１クラッド層、 前記第１クラッド層上に形成された第１導電型の第１光
   導波路層、 前記第１光導波層上に形成された、量子井戸構造を有す
   る活性層、 前記活性層上に形成された第２導電型の第２光導波路
   層、 前記第２光導波路層上に形成された第２導電型の第２ク
   ラッド層、および、 前記第２クラッド層上に形成されたコンタクト層、 を含み、 前記活性層は、１ｍｍ×１ｍｍの単位領域で、凹凸が基
   準面に対し±０．１μｍ以下の範囲にある平坦性を有
   し、 前記電流狭窄層の電流注入領域の幅は１００〜２５０μ
   ｍであり、かつ、 共振器長は５００〜１，０００μｍである、 ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる
   ことを特徴とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 前記一対の端面反射膜は、反射率が０．１〜５％の第１
   反射膜と、反射率が９８．５％以上の第２反射膜との組
   み合わせからなることを特徴とする半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記端面反射膜は、屈折率の異なる２種の誘電体薄膜を
   交互に積層して構成された誘電体膜からなり、前記第１
   反射膜は屈折率の大きい誘電体薄膜が前記半導体層側に
   位置する状態で積層され、前記第２反射膜は、屈折率の
   小さい誘電体薄膜が前記半導体層側に位置する状態で形
   成されたことを特徴とする半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかにおい
   て、 前記活性層はウエル層およびバリア層を含み、前記ウエ
   ル層はＡｌ_x Ｇａ_1-xＡｓにおけるｘが０、前記バリア
   層はＡｌ_x Ｇａ_1-xＡｓにおけるｘが０．１５〜０．２
   ５であり、かつ前記クラッド層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓに
   おけるｘが０．２８以上であることを特徴とする半導体
   レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項４のいずれかにおい
   て、 ブロック層は、前記第１クラッド層と前記第１光導波路
   層との間、および前記第２クラッド層と前記第２光導波
   路層との間の少なくとも一方に形成されたことを特徴と
   する半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記第１クラッド層および第２クラッド層は、Ａｌ_x Ｇ
   ａ_1-xＡｓにおけるｘが０．２０〜０．４０であること
   を特徴とする半導体レーザ。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７において、 前記ブロック層は、８〜２０ｎｍの膜厚を有し、かつＡ
   ｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓにおけるｘが０．３０〜０．６０であ
   ることを特徴とする半導体レーザ。
9. 【請求項９】 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の
   半導体レーザからなる光源、 この光源からの出射光の光軸上に、この光軸に直交しか
   つ互いに直交する２方向においてそれぞれ異なった屈折
   力を有するレンズ面および回折格子面を少なくとも含む
   送光光学系、および、 前記出射光の被検出物体による反射光を検出する受光検
   出部、 を含むことを特徴とする光センシング装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記光軸に直交しかつ互いに直交する２方向においてそ
    れぞれ異なった屈折力を有するレンズ面は、トーリック
    面またはアナモフィク非球面から構成されていることを
    特徴とする光センシング装置。
11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０において、 前記送光光学系は、前記光軸に対して回転対称な非球レ
    ンズ面を含むことを特徴とする光センシング装置。
12. 【請求項１２】 請求項９〜請求項１１のいずれかにお
    いて、 少なくとも前記光軸に直交しかつ互いに直交する２方向
    においてそれぞれ異なった屈折力を有するレンズ面は、
    前記回折格子面より光源側に位置することを特徴とする
    光センシング装置。
13. 【請求項１３】 請求項９〜請求項１２のいずれかにお
    いて、 前記光軸に直交しかつ互いに直交する２方向においてそ
    れぞれ異なった屈折力を有するレンズ面と前記回折格子
    面とが、単一のレンズ本体に形成された光センシング装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項９〜請求項１３のいずれかにお
    いて、 前記回折格子面は、その格子ピッチが２０〜５０μｍで
    あることを特徴とする光センシング装置。
15. 【請求項１５】 請求項９〜請求項１４のいずれかにお
    いて、 前記光源からの光は前記回折格子面により少なくとも３
    つのビームに分割され、かつ前記回折格子面はその０次
    回折効率が５０％よりも大きいことを特徴とする光セン
    シング装置。