特許 7384067 半導体レーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】半導体レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/40 20060101AFI20231114BHJP

   H01S 5/223 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H01S5/40

H01S5/223

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020025951

(22)【出願日】2020-02-19

(65)【公開番号】P2021132089

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】宮本 晋太郎

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１９１７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５８５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０３／００５５１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３０２９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１２０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３２０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７５９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４３２７３６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４１８４０４５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１２９５８５３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７６９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３５０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６６１４８２７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／４０

Ｈ０１Ｓ ５／２２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なった発振波長を有した複数の半導体レーザ素子が電気的に直列に接続された半導体レーザ装置であって、
前記複数の半導体レーザ素子における利得領域の体積が、発振波長が長いほど小さく、発振波長が短いほど大きくなるように、互いに異なっていることを特徴とする半導体レーザ装置。

【請求項2】

前記複数の半導体レーザ素子は、レーザ光の進行方向に対して交わる方向における前記利得領域の幅が互いに異なっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。

【請求項3】

前記複数の半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有し、当該リッジストライプ構造におけるリッジ幅が互いに異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。

【請求項4】

前記複数の半導体レーザ素子は、レーザ光の進行方向における前記利得領域の長さが互いに異なっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項5】

レーザ光の進行方向に対して交わる方向における光閉じ込めが前記半導体レーザ素子の端部で緩んでいる緩和領域の当該進行方向での合計長が、前記利得領域の体積に替えて、あるいは前記利得領域の体積と共に、前記複数の半導体レーザ素子で互いに異なっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【請求項6】

前記複数の半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有し、前記緩和領域ではリッジが存在しないことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。

【請求項7】

前記複数の半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有し、前記緩和領域ではリッジの幅が他の箇所よりも広いことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。

【請求項8】

前記複数の半導体レーザ素子は、発振波長が互いに同色の波長帯域に含まれることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、プロジェクタ等のディスプレイ用途の光源に、従来使われてきたランプに対して、より長寿命の半導体レーザ装置が使用されるようになってきている。しかしながらレーザ光はコヒーレント光であるため、スクリーン上でスペックルと呼ばれる斑点模様のノイズが発生する。このスペックルの低減が、ディスプレイ用途の半導体レーザ装置には求められている。

【0003】

スペックルの低減にはいくつかの対策があるが、そのうちの一つに、数ｎｍ～数十ｎｍ程度に発振波長が異なる複数の半導体レーザ素子を使用するという対策がある。この対策によるスペックル低減のために、同じ波長帯域に含まれるが発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子を搭載した装置が求められてきている。例えば赤色の波長帯域であれば、発振波長が６３８ｎｍの半導体レーザ素子だけではなく、発振波長が６４０ｎｍ、６４２ｎｍ、・・・・、６６０ｎｍ等の半導体レーザ素子も有した装置が求められている。

【0004】

発振波長の異なる半導体レーザ素子がそれぞれ別のパッケージに搭載された半導体レーザ装置を用意すれば、このスペックル低減は実現できるものの、装置の小型化のためには発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子が１つのパッケージに搭載されている方が好ましい。また、発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子を１つのパッケージに搭載した方が、発振波長の異なる半導体レーザ素子をそれぞれ別のパッケージに搭載するよりもコスト低減にもつながる。

【0005】

例えば特許文献１には、１つのサブマウントの上に複数の半導体レーザ素子が配置された装置が開示され、複数の半導体レーザ素子は、同じ波長帯、異なる波長帯のいずれでもよいことが記載されている。また、特許文献１には、半導体レーザ素子を複数配置する場合、直列で接続されていてもよいことが記載されている。

【0006】

また、例えば特許文献２には、支持ブロックの長手方向に複数のヒートシンク（サブマウント）が並べられ、各ヒートシンクにレーザチップが配置された構造が開示され、複数のレーザチップが電気的に直列に接続されることも開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第６３６１２９３号公報

【文献】特表２０１６－５１８７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子が１つのパッケージに搭載される場合、搭載スペースや配線構造などの関係から直列接続での搭載が望ましい。そして、直列接続された複数の半導体レーザ素子には同一の電流が流れる。

【0009】

しかし、例えばＧａＡｓ系の赤色レーザの場合、発振波長は活性層の歪量で調整される為、歪量子井戸のＬＨ／ＨＨに対するゲインの取れやすさの関係から、発振波長が異なると発振閾値電流Ｉｔｈなどが変化する。この結果、複数の半導体レーザ素子が搭載されたパッケージにおける一定の駆動電流で見ると、半導体レーザ素子同士で光出力が異なってくる。また、発振波長が長波長になるほど活性層とｐクラッド層のヘテロ障壁が高くなり、電子のオーバーフローが生じにくくなる為、温度特性が良くなる。この結果、半導体レーザ装置における動作条件が高温・大電流になるほど、複数の半導体レーザ素子における発振波長の相違に伴う光出力差は大きくなる。

【0010】

このような理由で、異なる発振波長の半導体レーザ素子が同一電流で駆動される場合、光出力に差が生じやすく、一般的に光出力が高いほど端面劣化は進むことから、半導体レーザ素子毎の寿命にばらつきを生じ、半導体レーザ装置の信頼度低下につながってしまう。
そこで、本発明は、信頼性の高い多波長の半導体レーザ装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ装置の一態様は、互いに異なった発振波長を有した複数の半導体レーザ素子が電気的に直列に接続された半導体レーザ装置であって、前記複数の半導体レーザ素子における利得領域の体積が互いに異なっている。

【0012】

光の増幅を起こすのに必要なキャリア数が単位体積当たりで一定である場合、レーザ発振に必要な電流は利得領域の体積に依存する。従って、本発明に係る半導体レーザ装置によれば、利得領域の体積の調整によって半導体レーザ素子の発振閾値が調整可能であるため、半導体レーザ装置の望まれる駆動電流における光出力について、複数の半導体レーザ素子の相互間で近接化が可能となる。このため、複数の半導体レーザ素子について寿命のばらつきが抑制され、信頼性の高い多波長の半導体レーザ装置が得られる。

【0013】

上記半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザ素子は、レーザ光の進行方向に対して交わる方向における前記利得領域の幅が互いに異なっていてもよい。このように利得領域の幅が互いに異なっている形態としては、前記複数の半導体レーザ素子がリッジストライプ構造を有し、当該リッジストライプ構造におけるリッジ幅が互いに異なっている形態が好ましい。
利得領域の体積は、利得領域の幅の変更によって調整可能であり、リッジ幅の変更によれば利得領域の幅が容易かつ精度よく調整できる。

【0014】

上記半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザ素子は、レーザ光の進行方向における前記利得領域の長さが互いに異なっていてもよい。利得領域の体積は、利得領域の長さの変更によっても調整可能である。

【0015】

上記半導体レーザ装置において、レーザ光の進行方向に対して交わる方向における光閉じ込めが前記半導体レーザ素子の端部で緩んでいる緩和領域の当該進行方向での合計長が、前記利得領域の体積に替えて、あるいは前記利得領域の体積と共に、前記複数の半導体レーザ素子で互いに異なっていることが好ましい。但し、一部の半導体レーザ素子は上記合計長がゼロであってもよい。

【0016】

緩和領域では光閉じ込めが弱くなり光のロスが増えるので、緩和領域の長さの調整によって半導体レーザ素子の発振閾値が調整可能である。従って、半導体レーザ装置の望まれる駆動電流における光出力について、緩和領域の長さの調整により複数の半導体レーザ素子の相互間で近接化が可能となる。このため、複数の半導体レーザ素子について寿命のばらつきが抑制され、信頼性の高い多波長の半導体レーザ装置が得られる。

【0017】

緩和領域の長さが異なる半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザ素子がリッジストライプ構造を有し、前記緩和領域ではリッジが存在しないことが好ましい。リッジが設けられる範囲の調整によって容易に緩和領域の長さが調整される。

【0018】

緩和領域の長さが異なる半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザ素子がリッジストライプ構造を有し、前記緩和領域ではリッジの幅が他の箇所よりも広い形態であってもよい。リッジ幅が広いことでも緩和領域が得られる。

【0019】

また、本発明に係る上記半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザ素子は、発振波長が互いに同色の波長帯域に含まれることが好ましい。発振波長が同色の波長帯域に含まれることにより、スペックルの低減が図られる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、信頼性の高い多波長の半導体レーザ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の半導体レーザ装置の第１実施形態を示す図である。

【図2】サブマウント上のレーザチップを示す図である。

【図3】比較例におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである

【図4】レーザチップの共振器長を示す表である。

【図5】第１実施形態におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである。

【図6】第２実施形態におけるサブマウント上のレーザチップを示す図である。

【図7】レーザチップにおけるリッジストライプ構造を示す図である。

【図8】レーザチップのリッジ幅を示す表である。

【図9】第３実施形態のレーザチップにおけるリッジストライプ構造を示す図である。

【図10】レーザチップにおける緩和領域の長さを示す表である。

【図11】第３実施形態におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである。

【図12】第４実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【図13】第５実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である

【図14】第６実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【図15】第７実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【図16】第８実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の半導体レーザ装置の第１実施形態を示す図である。

【0023】

半導体レーザ装置１００は、ステムベース１０１と、ステムブロック１０２と、複数（ここに示す例では２つ）のレーザチップ１０３＿１、１０３＿２とを備えている。半導体レーザ装置１００は開放型のものであってもよいが、図１に示す例ではステムキャップ１１０を備えた密閉型となっている。

【0024】

ステムブロック１０２はステムベース１０１から突き出し、ステムキャップ１１０はステムベース１０１に固定されてステムブロック１０２を覆う。ステムベース１０１とステムブロック１０２とステムキャップ１１０はいずれも金属製で、これらによってキャンパッケージが構成されている。ステムブロック１０２とステムベース１０１は同一材料で構成される必要はなく、各々別々の材料で構成されていてもよいし、ステムベースの一部がステムブロックの材料で構成されていてもよいし、その逆でもよいし、特に限定するものではない。

【0025】

ステムブロック１０２は、ステムベース１０１から立ち上がった側面の一部に、レーザチップ１０３＿１、１０３＿２の搭載されたサブマウント１０４が半田で固定されている。レーザチップ１０３＿１、１０３＿２から発せられるレーザビームは、図１の上方へと進み、ステムキャップ１１０にはめ込まれたガラス窓１１１を透過して半導体レーザ装置１００から出射される。

【0026】

発光時にレーザチップ１０３＿１、１０３＿２が発する熱は、サブマウント１０４を介してステムブロック１０２に伝達され、更にステムブロック１０２からステムベース１０１へと伝達される。

【0027】

レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、複数スポットのレーザビームを発するマルチエミッタ型のものであってもよいし、単スポットのレーザビームを発するシングルエミッタ型でもよい。レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は本発明にいう半導体レーザ素子の一例に相当する。本実施形態におけるレーザチップ１０３＿１、１０３＿２は例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体が用いられたレーザチップであるが、本発明にいう半導体レーザ素子は、ＡｌＧａＩｎＰ系以外の半導体が用いられたレーザチップであってもよい。

【0028】

レーザチップ１０３＿１、１０３＿２への給電のため、半導体レーザ装置１００には、給電用リードピン１０５が設けられている。給電用リードピン１０５はステムベース１０１を貫通して一端がステムキャップ１１０内に突き出している。
給電用リードピン１０５の、ステムキャップ１１０内に突き出した一端からレーザチップ１０３＿１、１０３＿２にワイヤ１０６が接続されている。
図２は、サブマウント上のレーザチップを示す図である。
ここでは説明の便宜上、重力方向とは無関係に、図の上方を『上』と称し、図の下方を『下』と称する。

【0029】

サブマウント１０４の上面には２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２が搭載されている。具体的には、レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は半田で固定されている。各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、図の左手前側に示された前端１０３ａと図の右奥側に隠れている後端１０３ｂとを有し、前端１０３ａからレーザビームを出射する。

【0030】

２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２のうち第１のレーザチップ１０３＿１は発振波長が例えば６４３ｎｍであり、第２のレーザチップ１０３＿２は発振波長が例えば６３８ｎｍである。何れの発振波長も、６１５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤の波長帯域に含まれている。つまり、これら２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、互いに同色（ここに示す例では赤）の波長帯域に含まれるとともに互いに異なった発振波長を有している。このように２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２の発振波長が異なっていることにより、図１に示す半導体レーザ装置１００から出射されるレーザビームではスペックルの低減が図られている。

【0031】

各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、上面と下面に電極を有し、上下の電極間に電圧が印加されることでレーザビームを発する。また、各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２の動作電圧は２Ｖ以上４Ｖ以下である。

【0032】

２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、サブマウント１０４上でワイヤ１０６によって電気的に直列に接続されている。このため、半導体レーザ装置１００としての駆動電圧は５Ｖ前後となっている。このような電気的な直列接続のため、サブマウント１０４の上面には、電気的に区画された複数（ここに示す例では２つ）の電極パターン１０４ａが形成され、各電極パターン１０４ａ上に各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２が搭載されている。

【0033】

第１実施形態では、２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２の長さ（特に共振器長）が互いに異なっており、第１のレーザチップ１０３＿１に較べて第２のレーザチップ１０３＿２の方が長い。

【0034】

ここで、２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２における共振器長が互いに等しい比較例について入出力特性を示す。比較例における各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２の共振器長は、第１実施形態における第２のレーザチップ１０３＿２と同じ長さであるものとする。
図３は、比較例におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである。

【0035】

図３の横軸は入力電流値を表し、縦軸は光出力値を表す。また、第１のレーザチップ１０３＿１の入出力特性を表すグラフが点線で示され、第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性を表すグラフが実線で示されている。

【0036】

発振波長が互いに異なる第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２は、共振器長が互いに等しい場合であっても、活性層の歪量が異なることなどにより、レーザの発振閾値（即ち、グラフの立ち上がり位置）が互いに異なるとともにグラフの傾きも異なる。一方で、電気的に直列に接続された２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２は同一の駆動電流値Ｄで駆動される。また、ディスプレイ用途の光源に対する駆動電流値Ｄは、予め設定された一定値である事が一般的である。

【0037】

このため、図３に示すように、同一の駆動電流値Ｄにおける各レーザチップ１０３＿１、１０３＿２の光出力値には出力差ΔＬが生じる虞がある。共振器長が等しい比較例ではこのような出力差ΔＬが大きいため、出力が大きい方のレーザチップ（図３の例では第２のレーザチップ１０３＿２）で寿命が短くなってしまい、半導体レーザ装置１００の信頼性が低下する。

【0038】

このような比較例に対し、本実施形態の半導体レーザ装置１００では、２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２における共振器長が互いに異なっており、これにより２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２における光出力の差が抑制されている。
図４は、レーザチップの共振器長を示す表である。

【0039】

図４の上段には、第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２それぞれの共振器長が示され、下段には、第１のレーザチップ１０３＿１の共振器長を基準とした第２のレーザチップ１０３＿２の共振器長が示されている。

【0040】

第１のレーザチップ１０３＿１（即ち発振波長が６４３ｎｍのレーザチップ）では共振器長が例えば１３８５μｍであるのに対し、第２のレーザチップ１０３＿２（即ち発振波長が６３８ｎｍのレーザチップ）では例えば１５４０μｍとなっている。第１のレーザチップ１０３＿１の共振器長を基準とすると、第２のレーザチップ１０３＿２では共振器長が１１％長くなっている。

【0041】

この結果、第１実施形態では、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで利得領域の体積が互いに異なっており、具体的には、第１のレーザチップ１０３＿１における利得領域の体積は第２のレーザチップ１０３＿２における利得領域の体積よりも小さい。

【0042】

一般に、レーザチップの利得領域で光の増幅作用が得られるためには、利得領域の単位体積当たりのキャリア数が、ある一定の数を超えることが必要となる。レーザチップへの入力電流値が、このような一定数を超えるキャリア数を供給できる電流値（即ち発振閾値）に達した場合に、レーザ発振が開始されることになる。従って、他の条件が同一であれば、利得領域の体積が大きい程、発振に必要な総キャリア数が増えて発振閾値が上がり、利得領域の体積が小さい程、発振に必要な総キャリア数が減って発振閾値が下がる。

【0043】

第１実施形態では、上述した比較例に対して第１のレーザチップ１０３＿１における共振器長が短いので利得領域の体積が小さい。従って、第１のレーザチップ１０３＿１における発振閾値は、上記比較例と較べ第１実施形態の方が低い。
図５は、第１実施形態におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである。

【0044】

図５の横軸は入力電流値を表し、縦軸は光出力値を表す。また、第１のレーザチップ１０３＿１の入出力特性を表すグラフが点線で示され、第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性を表すグラフが実線で示されている。

【0045】

第１実施形態では、第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２におけるレーザの発振閾値（即ち、グラフの立ち上がり位置）の差が、図３に示す比較例に較べて狭まっている。この結果、設定された駆動電流値Ｄにおける光出力値は、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とでほぼ等しい値となっている。従って、第１実施形態の半導体レーザ装置１００は信頼性の高い装置となっている。

【0046】

以下、本発明の半導体レーザ装置の他の実施形態について説明する。但し、以下の説明では、既に説明済みの実施形態との相違に着目して説明し、重複説明は省略する。
図６は、第２実施形態におけるサブマウント上のレーザチップを示す図である。

【0047】

第２実施形態でも第１実施形態と同様に、２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２がサブマウント１０４の上面に搭載され、半田で固定されている。但し、第２実施形態では第１実施形態とは異なり、２つのレーザチップ１０３＿１、１０３＿２における共振器長は同じ長さである。

【0048】

第２実施形態の場合、後述するリッジの幅が第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで互いに異なっていることにより、第１実施形態と同様に利得領域の体積が互いに異なっている。
図７は、レーザチップにおけるリッジストライプ構造を示す図である。
図７の上段にはレーザチップ１０３＿１、１０３＿２の平面図が示され、下段にはＡ－Ａ断面図が示されている。

【0049】

レーザチップ１０３＿１、１０３＿２は、ｎ型半導体層１２１と、活性層１２２と、ｐ型半導体層１２３と、絶縁層１２４と、電極層１２５とが順に積層された構造を有している。ｎ型半導体層１２１から電極層１２５に至る積層方向に対して電圧が印加されて電流が流れることによって活性層１２２に利得領域１２７が形成される。

【0050】

絶縁層１２４はｐ型半導体層１２３を覆っているが、光共振器の延びる方向に沿ったストライプ領域１３０については絶縁層１２４が覆っておらず、電極層１２５がｐ型半導体層１２３と接している。電流は、このストライプ領域１３０を経て積層方向（即ち端面図の上下方向）に流れ、ストライプ領域１３０の縁は、光共振器の延びる方向に沿ったリッジ溝１２６によって形成されているため、活性層１２２の利得領域１２７は、リッジ溝１２６で挟まれた範囲に形成される。

【0051】

第２実施形態では、積層方向における各層の厚さは、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで等しい。このため、第２実施形態における利得領域１２７の体積は、リッジ溝１２６の間隔（即ちリッジの幅）によって決まる。
図８は、レーザチップのリッジ幅を示す表である。

【0052】

図８の上段には、第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２それぞれのリッジ幅が示され、下段には、第１のレーザチップ１０３＿１の共振器長を基準とした第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ幅が示されている。

【0053】

第１のレーザチップ１０３＿１（即ち発振波長が６４３ｎｍのレーザチップ）ではリッジ幅が例えば７１μｍであるのに対し、第２のレーザチップ１０３＿２（即ち発振波長が６３８ｎｍのレーザチップ）では例えば８０μｍとなっている。第１のレーザチップ１０３＿１のリッジ幅を基準とすると、第２のレーザチップ１０３＿２ではリッジ幅が１３％広くなっている。

【0054】

この結果、第２実施形態でも、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで利得領域の体積が互いに異なっており、具体的には、第１のレーザチップ１０３＿１における利得領域の体積は第２のレーザチップ１０３＿２における利得領域の体積よりも小さい。

【0055】

第２実施形態では、上述した比較例に対して第１のレーザチップ１０３＿１におけるリッジ幅が狭いので利得領域の体積が小さい。この結果、第１のレーザチップ１０３＿１における発振閾値は、上記比較例と較べ第２実施形態の方が低く、第１実施形態における発振閾値とほぼ同等となっている。また、第２実施形態における入出力特性は、図５に示した第１実施形態における入出力特性とほぼ同様となり、設定された駆動電流値Ｄにおける光出力値は、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とでほぼ等しい値となっている。従って、第２実施形態の半導体レーザ装置１００も信頼性の高い装置となっている。

【0056】

なお、リッジが設けられずに絶縁層１２４や電極層１２５の形成範囲だけで電気的にストライプ領域１３０が形成されてもよく、その場合には、ストライプ領域１３０の幅によって利得領域１２７の体積が調整可能である。また、利得領域１２７の体積は活性層１２２の厚さによっても調整可能である。
次に、本発明の半導体レーザ装置の第３実施形態について説明する。
図９は、第３実施形態のレーザチップにおけるリッジストライプ構造を示す図である。
図９の上段にはレーザチップ１０３＿１、１０３＿２の平面図が示され、下段にはＡ－Ａ断面図が示されている。

【0057】

第３実施形態では第２実施形態と異なり、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とでリッジ溝１２６の間隔は同じであるが、第３実施形態では第２のレーザチップ１０３＿２について、リッジ溝１２６がレーザチップ１０３＿２の端部には設けられていない。一方、ストライプ領域１３０は、リッジ溝１２６が延びた範囲を超えて端部近くまで形成されるため、第３実施形態でも第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とでストライプ領域１３０の長さはほぼ同等となっている。

【0058】

リッジ溝１２６は、光共振器内を往復する光を、図９の左右方向について閉じ込める作用を生じ、光は閉じ込め範囲１２８内に閉じ込められる。第２のレーザチップ１０３＿２では、リッジ溝１２６がレーザチップ１０３＿２の端部に設けられていないため、端部での光閉じ込めが緩んでおり、閉じ込め範囲１２８が広がった緩和領域１３１が生じている。このように光閉じ込めが緩むと光のロスが増える為、レーザの発振にはより多くのキャリアが必要となって発振閾値が高くなる。
図１０は、レーザチップにおける緩和領域の長さを示す表である。

【0059】

図１０の上段には、第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２それぞれにおける緩和領域１３１の長さが示され、下段には、共振器長を基準とした第２のレーザチップ１０３＿２における緩和領域１３１の長さが示されている。

【0060】

第１のレーザチップ１０３＿１（即ち発振波長が６４３ｎｍのレーザチップ）では緩和領域１３１の長さが例えば０μｍである（即ち端面までリッジが形成されている）のに対し、第２のレーザチップ１０３＿２（即ち発振波長が６３８ｎｍのレーザチップ）では例えば２７９μｍとなっている。レーザチップ１０３＿１、１０３＿２の共振器長を基準とすると、第１のレーザチップ１０３＿１では０％が緩和領域１３１であり、第２のレーザチップ１０３＿２では１８％が緩和領域１３１となっている。

【0061】

このように緩和領域１３１が形成されることにより、第３実施形態における第２のレーザチップ１０３＿２は、上述した比較例における発振閾値よりも高い発振閾値となる。
図１１は、第３実施形態におけるレーザチップの入出力特性を示すグラフである。

【0062】

図１１の横軸は入力電流値を表し、縦軸は光出力値を表す。また、第１のレーザチップ１０３＿１の入出力特性を表すグラフが点線で示され、第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性を表すグラフが実線で示されている。

【0063】

第３実施形態では、第２のレーザチップ１０３＿２におけるレーザの発振閾値が上昇し、第１のレーザチップ１０３＿１および第２のレーザチップ１０３＿２におけるレーザの発振閾値（即ち、グラフの立ち上がり位置）の差が、図３に示す比較例に較べて狭まっている。この結果、設定された駆動電流値Ｄにおける光出力値は、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とでほぼ等しい値となっている。従って、第３実施形態の半導体レーザ装置１００も信頼性の高い装置となっている。
以下、緩和領域１３１を有する各実施形態について説明する。
図１２は、第４実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。
以下の各図では、上段にレーザチップ１０３＿１、１０３＿２の平面図が示され、下段にＡ－Ａ断面図が示されている。

【0064】

図１２に示す第４実施形態では、図９に示す第３実施形態とは異なり、リッジ溝１２６の長さが第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで同一となっている。一方、ストライプ領域１３０についてはリッジ溝１２６が延びた範囲を超えて端部近くまで形成されるため、第１変形例では、第１のレーザチップ１０３＿１と第２のレーザチップ１０３＿２とで利得領域の体積が異なっている。具体的には、第２のレーザチップ１０３＿２における利得領域の体積は第１のレーザチップ１０３＿１における利得領域の体積よりも大きい。

【0065】

第４実施形態では、第３実施形態と同様に第２のレーザチップ１０３＿２の端部で緩和領域１３１が形成されているとともに、第３実施形態とは異なり第２のレーザチップ１０３＿２における利得領域の体積が大きい。利得領域の体積が増えることによる発振閾値の低下は、緩和領域１３１が形成されることによる発振閾値の上昇よりも小さいので、結果として、第４実施形態における第２のレーザチップ１０３＿２は、上述した比較例における発振閾値よりも高い発振閾値となる。
従って、第４実施形態では、緩和領域１３１の長さによって第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性が調整され、信頼性の高い半導体レーザ装置１００が得られる。
図１３は、第５実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【0066】

第５実施形態では、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６の幅が端部でテーパ状に広がっている。このため閉じ込め範囲１２８も端部で広がって光閉じ込めが緩み、端部に緩和領域１３１が形成されている。このように、リッジ溝１２６の幅が端部で広がった構造でも緩和領域１３１が形成されるので、この緩和領域１３１の長さによって第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性が調整され、信頼性の高い半導体レーザ装置１００が得られる。
図１４は、第６実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【0067】

第６実施形態では、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６の幅が端部で段差状に広がっている。このため閉じ込め範囲１２８も端部で広がって光閉じ込めが緩み、端部に緩和領域１３１が形成されている。このように、段差状にリッジ溝１２６の幅が広がった構造でも緩和領域１３１が形成されるので、この緩和領域１３１の長さによって第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性が調整され、信頼性の高い半導体レーザ装置１００が得られる。
図１５は、第７実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【0068】

第７実施形態では、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６の幅が端部でテーパ状に広がっている。また、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６は端面まで達しておらず、リッジ無しの領域が端部に存在する。これら、テーパ状に広がったリッジ溝１２６とリッジ無しの領域とによって、レーザチップ１０３＿２の端部では光閉じ込めが緩み緩和領域１３１が形成されている。このように、リッジ溝１２６の幅の広がりとリッジ無しの領域との複合構造でも緩和領域１３１が形成されるので、この緩和領域１３１の長さによって第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性が調整され、信頼性の高い半導体レーザ装置１００が得られる。
図１６は、第８実施形態におけるレーザチップの構造を示す図である。

【0069】

第８実施形態では、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６の幅が端部で段差状に広がっている。また、第２のレーザチップ１０３＿２のリッジ溝１２６は端面まで達しておらず、リッジ無しの領域が端部に存在する。これら、段差状に広がったリッジ溝１２６とリッジ無しの領域とによって、レーザチップ１０３＿２の端部では光閉じ込めが緩み緩和領域１３１が形成されている。この緩和領域１３１の長さによって第２のレーザチップ１０３＿２の入出力特性が調整され、信頼性の高い半導体レーザ装置１００が得られる。

【符号の説明】

【0070】

１００…半導体レーザ装置、１０１…ステムベース、１０２…ステムブロック、
１０３＿１…第１のレーザチップ、１０３＿２…第２のレーザチップ、
１０３ａ…前端、１０３ｂ…後端、１０４…サブマウント、１０４ａ…電極パターン、
１０５…給電用リードピン、１０６…ワイヤ、１１０…ステムキャップ
１２１…ｎ型半導体層、１２２…活性層、１２３…ｐ型半導体層、１２４…絶縁層、
１２５…電極層、１２６…リッジ溝、１２７…利得領域、１２８…閉じ込め範囲、
１３０…ストライプ領域、１３１…緩和領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】