JPH0747896Y2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案を以下の順序で説明する。

Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 考案の概要 Ｃ 従来の技術 Ｄ 考案が解決しようとする課題 Ｅ 課題を解決するための手段 Ｆ 作用 Ｇ 実施例 Ｇ−１ 構成（第１図，第２図） Ｇ−２ 動作（第３図，第４図） Ｇ−３ 駆動電流制御（第５図） Ｈ 考案の効果 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、半導体レーザ素子とそれから発せられるレー
ザ光の一部分を受ける半導体受光素子とを備えて構成さ
れる半導体レーザ装置に関する。

Ｂ 考案の概要 本考案は、半導体レーザ素子と、それから発させられる
レーザ光の状態を検知すべくその一部分を受ける半導体
受光素子と、を備えて構成される半導体レーザ装置にお
いて、半導体レーザ素子を、一対の対向側面を有してそ
れらの一方にレーザ光出射部が設けられるとともに他方
にレーザ光に対する実質的な全反射膜が配されたものと
して、基板上に固定し、かつ、半導体受光素子を、基板
内もしくは基板上における半導体レーザ素子の対向側面
の一方側に、半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射
部から出射されるレーザ光の光軸と実質的に平行であっ
てその光軸から離隔したものとされる受光面を有して配
され、その受光面によって、半導体レーザ素子における
レーザ光の出射部から出射されるレーザ光の一部分を受
けるものとすることにより、半導体レーザ素子から所望
の出力値を有したレーザ光を得るにあたって駆動電流の
低減を図ることができ、また、半導体レーザ素子から発
せられる出力レーザ光の状態を的確に検出することがで
きるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 比較的小型なレーザ光発生手段として半導体レーザ素子
が知られているが、このような半導体レーザ素子は、レ
ーザダイオードとして形成され、それに対する駆動電流
の供給がなされてレーザ光を発する状態とされるととも
に、その光出力は駆動電流のレベルに応じて変化するも
のとなる。従って、半導体レーザ素子、即ち、レーザダ
イオードを、例えば、一定の光出力をもって作動する状
態に維持するためには、レーザダイオードから発せられ
るレーザ光の強度を検出し、その検出出力に応じて駆動
電流のレベル制御を行うことが必要とされる。

それゆえ、レーザダイオードは、斯かる駆動電流のレベ
ル制御を容易に行えるものとなされるべく、通常、その
レーザダイオードが発するレーザ光の一部分を受けてそ
の強度に応じた検出出力を生じ得るように設けられた半
導体受光素子、例えば、モニタ用のフォトダイオードが
付随せしめられ、そのモニタ用のフォトダイオードと共
に半導体レーザ装置を構成するものとされる。

第６図は、従来提案されている半導体レーザ装置の一例
の構成を示す。この例においては、レーザダイオード11
が、一対の相対向する側面12a及び12bの夫々にレーザ光
出射部が設けられたものとされ、レーザダイオード11か
らのレーザ光La及びLbは、相対向する側面12a及び12bの
夫々から互いに逆方向に出射するものとされている。そ
して、レーザダイオード11における相対向する側面12a
及び12bのうちの一方である側面12aに面してモニタ用の
フォトダイオード13が配されており、フォトダイオード
13は、レーザダイオード11の側面12aから出射するレー
ザ光Laを、その光軸に直交する受光面13aをもって受け
るものとされている。

また、第７図は、従来提案されている半導体レーザ装置
の他の例の構成を示す。この例においては、レーザダイ
オード11′が、一対の相対向する側面12a′及び12b′の
夫々にレーザ光出射部が設けられたものとされて、半導
体基板14上に固定されており、レーザダイオード11′か
らのレーザ光La′及びLb′は、相対向する側面12a′及
び12b′の夫々から互いに逆方向に出射するものとされ
ている。そして、半導体基板14には、その内部におけ
る、レーザダイオード11′における相対向する側面12
a′及び12b′のうちの一方である側面12a′側の部分
に、フォトダイオード13′が受光面を半導体基板14の上
面に臨ませて設けられており、フォトダイオード13′
は、レーザダイオード11′の側面12a′から出射して半
導体基板14に入射するレーザ光La′を、その光軸に平行
な受光面をもって受けるものとされている。

第６図及び第７図に夫々示される例の作動時において
は、フォトダイオード13及びフォトダイオード13′は、
夫々、レーザ光La及びレーザ光La′の強度に応じた検出
出力を発生し、レーザダイオード11及びレーザダイオー
ド11′に夫々供給される駆動電流が、第６図の例及び第
７図の例の各々に接続されて、フォトダイオード13及び
フォトダイオード13′からの検出出力が夫々供給される
電流制御回路（図示されていない）により制御される。
それにより、レーザダイオード11及びレーザダイオード
11′が一定の光出力をもって作動する状態におかれ、レ
ーザダイオード11における相対向する側面12a及び12bの
うちの一方である側面12bから出射するレーザ光Lb、及
び、レーザダイオード11′における相対向する側面12
a′及び12b′のうちの一方である側面12b′から出射す
るレーザ光Lb′が出力レーザ光として用いられる。

Ｄ 考案が解決しようとする課題 上述の如くの従来提案されている半導体レーザ装置にお
いては、レーザダイオード11もしくは11′が、相対向す
る側面12a及び12bもしくは12a′及び12b′からレーザ光
La及びLbもしくはLa′及びLb′を互いに逆方向に出射さ
せるものとされ、斯かる二方向に出射するレーザ光のう
ちの一方であるレーザ光LbもしくはLb′のみが半導体レ
ーザ装置の出力レーザ光として用いられるようにされて
いる。それにより、二方向に出射するレーザ光のうちの
他方であるレーザ光LaもしくはLa′は、出力レーザ光と
して直接的には用いられないことになり、その結果、従
来提案されている半導体レーザ装置にあっては、出力効
率が比較的低いものとされてしまう。

また、上述の従来提案されている半導体レーザ装置にお
いては、出力レーザ光として用いられるレーザ光Lbもし
くはLb′に対する制御が、レーザ光LaもしくはLa′を受
けるフォトダイオード13もしくは13′から得られる検出
出力に基づいて行われるので、レーザ光LaもしくはLa′
の射出状態とレーザ光LbもしくはLb′の射出状態との間
の微妙な差等に起因して、出力レーザ光とされるレーザ
光LbもしくはLb′の出射状態についての的確な検出がな
されないことになり、レーザ光LbもしくはLb′の制御が
誤差を生じたものとなってしまう虞がある。

斯かる点に鑑み、本考案は、半導体レーザ素子とそれか
ら発せられるレーザ光の状態を検知すべくその一部分を
受ける半導体受光素子とを備え、半導体レーザ素子から
所望の出力値を有したレーザ光を得るにあたって駆動電
流の低減を図ることができ、また、半導体レーザ素子か
ら発せられる出力レーザ光の状態を的確に検出すること
ができるようにされた半導体レーザ装置を提供すること
を目的とする。

Ｅ 課題を解決するための手段 上述の目的を達成すべく、本考案に係る半導体レーザ装
置は、一対の対向側面の一方にレーザ光の出射部が設け
られるとともに他方にレーザ光に対する実質的な全反射
膜が配されたものとされて、基板上に固定された半導体
レーザ素子と、半導体レーザ素子が固定された基板内も
しくは基板上における半導体レーザ素子の対向側面の一
方側に、半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部か
ら出射されるレーザ光の光軸と実質的に平行であってそ
の光軸から離隔したものとされる受光面を有して配さ
れ、その受光面によって、半導体レーザ素子におけるレ
ーザ光の出射部から出射されるレーザ光の一部分を受け
る半導体受光素子とを備えて構成される。

Ｆ 作用 このように構成される本考案に係る半導体レーザ装置に
あっては、半導体レーザ素子において、その一対の対向
側面の一方に設けられたレーザ光の出射部から出力レー
ザ光が出射せしめられることとなるとともに、対向側面
の他方では、そこに達したレーザ光が実質的な全反射膜
の内面側で全反射せしめられて対向側面の一方側へと向
けられるものとされる。それにより、対向側面の一方に
設けられたレーザ光の出射部から出射する出力レーザ光
は、出力効率が著しく向上されたもとで得られることに
なり、その結果、要求された出力値を有するレーザ光を
半導体レーザ素子から得るにあたって、駆動電流の低減
が図られることになる。また、半導体受光素子は、半導
体レーザ素子におけるレーザ光の出射部からの出力レー
ザ光の一部分を、基板内もしくは基板上の半導体レーザ
素子におけるレーザ光の出射部から出射されるレーザ光
の光軸と実質的に平行であってその光軸から離隔したも
のとされる受光面によって、直接に受けるものとされる
ので、半導体受光素子により、半導体レーザ素子から発
せられる出力レーザ光の状態が的確に検出されることに
なる。

Ｇ 実施例 Ｇ−１ 構成（第１図，第２図） 第１図及び第２図は、本考案に係る半導体レーザ装置の
一例を示す。

この例においては、半導体レーザ素子であるレーザダイ
オード21が、半導体基板22上に固定されている。レーザ
ダイオード21は、全体として直方体状をなすものとされ
ており、半導体基板22上において、上方部分に、例え
ば、ｎ型のガリウム・アルセナイド（GaAs）半導体基体
23を有し、このGaAs半導体基体23の上面には上側電極層
24が被着されている。また、GaAs半導体基体23の下方に
は、ｎ型のGaAs半導体層で成るクラッド層25が配されて
おり、その下方に、ｐ型のGaAs半導体層で成る活性層26
が配され、さらにその下方に、クラッド層25とによって
活性層26を挟むｐ型のGaAs半導体層で成るクラッド層27
が配されていて、クラッド層27の下方には、ｐ型のGaAs
半導体層28を介して下側電極層29が配されている。そし
て、下側電極層29が、半導体基板22の上面部に設けられ
た導電部30に半田付けされている。

これらGaAs半導体基体23及びその下方のクラッド層25,
活性層26,クラッド層27、及び、GaAs半導体層28による
積層構造をもって形成される直方体の側壁部分には、活
性層26及びそれを挟むクラッド層25及び27の端部がレー
ザ光の出射部を構成するように臨ましめられた側面32が
形成されており、また、直方体の側壁部分における側面
32に対向する側面33には、レーザ光に対する実質的な全
反射膜34が設けられている。この実質的な全反射膜34
は、例えば、シリコン・ナイトライド（Si₃N₄）層，そ
の上に蒸着されたアルミナ（Al₃O₄）層、及び、更にそ
の上に蒸着されたアモルファスシリコン層によって形成
される。

半導体基体22には、その内部の上面側におけるレーザダ
イオード21の側面32側となる位置に、半導体受光素子で
あるフォトダイオード35が形成されており、斯かるフォ
トダイオード35の受光面部は半導体基体22の上面の広い
範囲に亙って拡がるものとされている。即ち、フォトダ
イオード35は、第１図及び第２図に示される如く、レー
ザダイオード21におけるレーザ光の出射部から出射され
るレーザ光の光軸と実質的に平行であってその光軸から
離隔したものとされる受光面を有して配されているので
ある。そして、フォトダイオード35には、電極部36が設
けれている。

Ｇ−２ 動作（第３図，第４図） 上述の如く構成もとに、レーザダイオード21の下側電極
層29から上側電極層24に向かう向きの駆動電流が供給さ
れて、レーザダイオード21が作動状態にされる際には、
第３図に示される如く、レーザダイオード21における側
面32に形成されたレーザ光の出射部から出力レーザ光Lp
が出射せしめられるとともに、レーザダイオード21にお
ける側面32に対向する側面33においては、そこに達した
レーザ光が外部に出射することなく、全反射膜34の内面
側で全反射せしめられて、レーザダイオード21の内部側
に側面32側に向けられて戻される。即ち、レーザダイオ
ード21からの出力レーザ光Lpは、フォトダイオード35側
に位置する側面32からのみ出射するものとされ、その結
果、出力レーザ光Lpは、出力効率が著しく向上されたも
とで得られることになる。

第４図は、縦軸に光出力Ｐがとられ、横軸に駆動電流Ｉ
がとられてあらわされた、上述の例の出力特性（実
線）、及び、例えば、第７図に示される如くの、従来の
半導体レーザ装置の特性（一点鎖線）を示す。この特性
図において、Io及びIo′は夫々上述の例及び従来の半導
体レーザ装置のレーザ発振閾電流値を示し、また、Ppは
常用光出力値を示し、さらに、IpおよびIp′は夫々上述
の例及び従来の半導体レーザ装置における常用光出力値
Ppが得られる際の駆動電流値を示す。斯かる第４図の特
性図から、上述の例におけるレーザ発振閾電流値Ioは、
従来の半導体レーザ装置のレーザ発振閾電流値Io′より
小であり、また、上述の例における常用光出力値Ppが得
られる際の駆動電流値Ipも、従来の半導体レーザ装置に
おける常用光出力値Ppが得られる際の駆動電流値Ip′よ
り小とされていることがわかる。即ち、上述の例におい
ては、レーザ発振状態とされて常用光出力値Ppをもって
レーザ光を発するにあたり、それに要される駆動電流
が、従来の半導体レーザ装置の場合に比して、例えば、
30％以上の低減値が得られる如くに、著しく低減される
ことになる。

また、上述の例においては、第３図に示される如く、レ
ーザダイオード21における側面32に形成されたレーザ光
の出射部から出射する出力レーザ光Lpの一部分が、半導
体基体22の上面に拡がるフォトダイオード35の受光面部
に入射し、フォトダイオード35によって受けられる。フ
ォトダイオード35は、このようなレーザダイオード21か
らの出力レーザ光Lpの一部分を検出して、出力レーザ光
Lpの強度に応じた検出出力を発生する。その際、フォト
ダイオード35は、レーザダイオード21におけるレーザ光
の出射部から出射されるレーザ光の光軸と実質的に平行
であってその光軸から離隔したものとされる受光面を有
していて、その受光面により、レーザダイオード21にお
ける側面32に形成されたレーザ光の出射部から出射する
出力レーザ光Lpの一部分を直接に受けるものとされるの
で、フォトダイオード35により、レーザダイオード21か
ら発せられる出力レーザ光Lpの状態が的確に検出される
ことになる。

そして、第３図に示される如く、レーザダイオード21に
おける側面32に形成されたレーザ光の出射部から出射す
る出力レーザ光Lpの、フォトダイオード35の受光面部に
入射しないで進む他の部分は、例えば、コリメータレン
ズ37に入射して平行光束化され、種々の用途に用いられ
るものとされる。

Ｇ−３ 駆動電流制御（第５図） フォトダイオード35から、レーザダイオード21からの出
力レーザ光Lpの一部分が検出されて得られる出力レーザ
光Lpの強度に応じた検出出力は、例えば、レーザダイオ
ード21及びフォトダイオード35の両者に接続された駆動
電流制御回路に供給されて、レーザダイオード21の駆動
電流制御に用いられる。

第５図は、斯かる駆動電流制御回路の一例を、レーザダ
イオード21及びフォトダイオード35と共に示す。この回
路においては、正電源＋Ｂに一端（下側電極層29）が接
続されたレーザダイオード21の他端（下側電極層29）と
接地電位部との間に、抵抗41とpnp型トランジスタ42の
エミッタ−コレクタ通路が接続され、また、正電源＋Ｂ
に一端が接続されたフォトダイオード35の他端と接地電
位部との間に、抵抗43が接続されるとともに、フォトダ
イオード35の他端と抵抗43との間の接続点が、差動増幅
器44の一方の入力端に接続されている。差動増幅器44の
他方の入力端には、基準電圧を発生する可変抵抗器45の
可動端子が接続されており、また、差動増幅器44の出力
端は、pnp型トランジスタ42のベースに接続されてい
る。

このような構成のもとに、レーザダイオード21の駆動電
流は、抵抗41及びpnp型トランジスタ42のエミッタ−コ
レクタ通路を通じて流される。また、フォトダイオード
35によりレーザダイオード21からの出力レーザ光Lpの一
部分が検出されて、フォトダイオード35から得られる出
力レーザ光Lpの強度に応じた検出出力は、フォトダイオ
ード35及び抵抗43を通じる電流により抵抗43の両端間に
発生する電圧とされて、差動増幅器44の一方の入力端に
供給される。

そして、例えば、何らかの原因で、定常状態から、レー
ザダイオード21から得られる出力レーザ光Lpの強度が増
大する状態になると、それに伴ってフォトダイオード35
から得られる検出出力が増大して差動増幅器44の一方の
入力端の電圧が増加し、それにより、差動増幅器44の出
力が増大して、pnp型トランジスタ42のベース電位が高
められる。その結果、pnp型トランジスタ42のエミッタ
コレクタ通路を流れる電流、従って、レーザダイオード
21の駆動電流が低減せしめられて、レーザダイオード21
から得られる出力レーザ光Lpの強度が低下せしめられ
て、定常状態に戻されるようにされる。一方、定常状態
から、レーザダイオード21から得られる出力レーザ光Lp
の強度が低下する状態になると、それに伴ってフォトダ
イオード35から得られる検出出力が低減して差動増幅器
44の一方の入力端の電圧が減少し、差動増幅器44の出力
が低減して、pnp型トランジスタ42のベース電位が低め
られる。その結果、pnp型トランジスタ42のエミッタ−
コレクタ通路を流れる電流、従って、レーザダイオード
21の駆動電流が増大せしめられて、レーザダイオード21
から得られる出力レーザ光Lpの強度が増加せしめられ
て、定常状態に戻されるようにされる。

Ｈ 考案の効果 以上の説明から明らかな如く、本考案に係る半導体レー
ザ装置にあっては、半導体レーザ素子において、その一
対の対向側面の一方に設けられたレーザ光の出射部から
出力レーザ光が出射せしめられるとともに、対向側面の
他方では、そこに達したレーザ光が実質的に全反射せし
められて対向側面の一方側へと向けられるものとされる
ので、対向側面の一方に設けられたレーザ光の出射部か
ら出射する出力レーザ光は、出力効率が著しく向上され
たもとで得られることになり、その結果、要求された出
力値を有するレーザ光が得られる際の駆動電流が、従来
の半導体レーザ装置に比して、低減されたものとされる
ことになる。

また、本考案に係る半導体レーザ装置においては、半導
体レーザ装置に付随する半導体受光素子が、半導体レー
ザ素子におけるレーザ光の出射部から出射されるレーザ
光の光軸と実質的に平行であってその光軸から離隔した
ものとされる受光面を有していて、その受光面により、
半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部からの出力
レーザ光の一部分を直接に受けるものとされるので、半
導体受光素子により、半導体レーザ素子から発せられる
出力レーザ光の状態が的確に検出されることになる。従
って、例えば、半導体受光素子から得られる検出出力に
応じてなされる、半導体レーザ素子からの出力レーザ光
を所定の出力値に維持するための半導体レーザ素子に対
する駆動電流制御が、適正かつ安定に行われることにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る半導体レーザ装置の一例を概略的
に示す斜視図、第２図は第１図に示される例の断面図、
第３図は第１図に示される例の動作説明に供される側面
図、第４図は第１図に示される例及び従来の半導体レー
ザ装置の出力特性を示す特性図、第５図は第１図に示さ
れる例に対する駆動電流制御を行う回路の一例を示す回
路図、第６図及び第７図は従来の半導体レーザ装置を示
す斜視図である。 図中、21はレーザダイオード、22は半導体基板、24は上
側電極層、25及び27はクラッド層、26は活性層、29は下
側電極層、32及び33は側面、34は全反射膜、35はフォト
ダイオードである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の対向側面を有し、該対向側面の一方
   にレーザ光の出射部が設けられるとともに他方に上記レ
   ーザ光に対する実質的な全反射膜が配され、基板上に固
   定された半導体レーザ素子と、 上記基板内もしくは上記基板上における上記半導体レー
   ザ素子の上記対向側面の一方側に、上記半導体レーザ素
   子における上記レーザ光の出射部から出射されるレーザ
   光の光軸と実質的に平行であって該光軸から離隔したも
   のとされる受光面を有して配され、該受光面によって上
   記レーザ光の出射部から出射されるレーザ光の一部分を
   受ける半導体受光素子と、 を備えて構成される半導体レーザ装置。