JPH0983049A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、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−ムを偏向可能とするため、
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
独立に電流を制御して発光させることを特徴とする。 【解決手段】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
構成される。そして、上部電極１９の左右両側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に接続される。
また、下部電極１４は、ヒ−トシンク１１を通じてステ
ムリ−ド２３と接続される。ステムリ−ド２１及び２３
には駆動回路２４が接続され、ステムリ−ド２２及び２
３には駆動回路２５が接続されて、左右それぞれのワイ
ヤに電極を独立に流すことにより半導体レーザ素子１２
を発光させる。

Description

【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、１つのストライプ構造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Ｃ
ｒ／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、Ｃ
ｒ／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１
９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１
１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２０
ｂ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２
５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／Ｐ
ｔ／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１
７′、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、１
２、１２′…半導体レ−ザ素子、４、４ａ、４ｂ、２０
ａ、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、１
６…活性層（発光層）、１８、１８′…絶縁膜、１９、
１９′…上部電極。

フロントページの続き (72)発明者 渥美 欣也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、１つのストライプ構造の
   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。
2. 【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。
3. 【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。