JP2000299533A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光による各照射パターンが分散するこ
となく、小電流で大出力を容易に得るようにした半導体
レーザを提供することを目的とする。 【解決手段】 左右上側の３個の半導体レーザ素子１０
は、断面Ｌ字状のＮ型GａＡｓ基板１１と、このＮ型G
ａＡｓ基板１１の左側上面１１ａに順次積層された発光
層１２及び電極１５と、Ｎ型G ａＡｓ基板１１の右側上
面１１ｂに形成された電極１５とをそれぞれ有する。左
側半導体レーザ素子１０は、その電極１９にて、上側半
導体レーザ素子１０の電極１５に接合されている。上側
半導体レーザ素子１０は、その電極１９にて、右側半導
体レーザ素子１０の電極１５に接合されている。これに
より、各半導体レーザ素子１０の各発光層１２が略直線
状になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに係
り、特に、大出力のレーザ光を得るに適した半導体レー
ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザを用いて自動車間の
距離を計測し、車間距離を一定に保ったり、前方の自動
車に接近し過ぎた場合に、警報を発するようにしたレー
ザレーダシステムが提案されている。このようなシステ
ムに適用する為に、半導体レーザとしては、１個の半導
体レーザ素子のみを採用してその発光層をその面方向に
大きくすることで、大出力を得るようにしたものがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記半導体レ
ーザでは、半導体レーザ素子の発光層が、上述の如く、
その面方向に大きくしてあるので、発光層の大きさに応
じて大電流を必要とするという不具合がある。そこで、
複数の半導体レーザ素子を板厚方向に重ね合わせるとと
もに、各半導体レーザ素子を電気的に直列接続すること
で、小電流で大出力を得るようにした半導体レーザ素子
がある。しかし、当該半導体レーザでは、各半導体レー
ザ素子は、板厚方向に重ね合わせているので、各半導体
レーザ素子の各発光層の間隔が離れる。このため、各半
導体レーザ素子の各レーザ光を照射した場合、各レーザ
光による各照射パターンが分散するという不具合があ
る。

【０００４】これに対して、図４に示すように、両半導
体レーザ素子１、２がその両発光層１ａ、２ａを近接す
るように重ね合わせた半導体レーザがある（特開平９−
９７９４３号公報参照）。しかし、両半導体レーザ素子
１、２に加えて新たな半導体レーザ素子を積み重ねる場
合には、両半導体レーザ素子１、２の両発光層１ａ、２
ａと新たな半導体素子の発光層との間隔が離れるため、
上述と同様に、各半導体レーザ素子１、２の各レーザ光
による各照射パターンと新たな半導体素子の各レーザ光
による各照射パターンとが分散する。

【０００５】そこで、本発明は、このようなことにに鑑
み、レーザ光による各照射パターンが分散することな
く、小電流で大出力を容易に得るようにした半導体レー
ザを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、発光層（１
２）及び電極（１５、１９）をそれぞれ有してなる複数
の半導体レーザ素子（１０）を備え、各半導体レーザ素
子は、各発光層が略一直線状になるように配置され、か
つ各半導体レーザ素子は、電気的に直列接続されてい
る。

【０００７】このように、半導体レーザとしては、各半
導体レーザ素子を各電極にて電気的に直列接続している
ので、小電流で大出力を容易に得ることができる。ま
た、各半導体レーザ素子は、各発光層にて略一直線状に
なるように配置されているので、各半導体レーザ素子の
各レーザ光による各照射パターンが分散することはな
い。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、半導体
基板（１１）と、この半導体基板の表面の一側部（１１
ａ）に順次積層された発光層（１２）及び第１電極（１
５）と、半導体基板の表面の他側部（１１ｂ）に形成さ
れた第２電極（１９）とをそれぞれ有する少なくとも２
つの半導体レーザ素子（１０）を備え、２つの半導体レ
ーザ素子は、各発光層が略一直線状になるように配置さ
れ、かつ２つの半導体レーザ素子の一方の第１電極が、
他方の半導体レーザ素子の第２電極に接合されている。

【０００９】これにより、両半導体レーザ素子は、電気
的に直列接続されることになるので、上記請求項１に記
載の発明と同様に、小電流で大出力を容易に得ることが
できる。また、上記請求項１に記載の発明と同様に、両
半導体レーザ素子は、各発光層にて略一直線状になるよ
うに配置されているので、各半導体レーザ素子の各レー
ザ光による各照射パターンが分散することはない。

【００１０】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
一方の半導体レーザ素子の第１電極（１５）は、他方の
半導体レーザ素子の第２電極（１９）とに接合されてい
るため、両半導体レーザ素子同士の接合が容易になる。
従って、複数個の半導体レーザ素子を電気的に直列接続
することが容易になる。さらに、請求項３に記載の発明
においては、半導体基板（１１）と、この半導体基板の
表面の一側部（１１ａ）に順次積層された発光層（１
２）及び第１電極（１５）と、半導体基板の表面におい
て一側部から半導体基板の裏面側に近づくようにクラン
ク状に形成してなる他側部（１１ｂ）に形成された第２
電極（１９）とをそれぞれ有する少なくとも２つの半導
体レーザ素子（１０）を備え、２つの半導体レーザ素子
は各発光層が略一直線状になるように配置され、かつ前
記２つの半導体レーザ素子の一方の第１電極が、他方の
半導体レーザ素子の第２電極に接合されている。

【００１１】これにより、両半導体レーザ素子は、電気
的に直列接続されることになるので、上記請求項１に記
載の発明と同様に、小電流で大出力を容易に得ることが
できる。また、上記請求項１に記載の発明と同様に、両
半導体レーザ素子は、各発光層にて略一直線状になるよ
うに配置されているので、各半導体レーザ素子の各レー
ザ光による各照射パターンが分散することはない。

【００１２】また、請求項３に記載の発明によれば、一
方の半導体レーザ素子の半導体基板の表面の一側部に積
層された第１電極（１５）と、他方の半導体レーザ素子
の半導体基板の表面において一側部から半導体基板の裏
面側に近づくようにクランク状に形成してなる他側部に
形成された第２電極（１９）とが接合される。従って、
両半導体レーザ素子を、各発光層にて略一直線状になる
ように接合することが容易になるので、複数個の半導体
レーザ素子を電気的に直列接続することがより一層容易
になる。但し、クランク状とは、曲がった状態のことで
ある。

【００１３】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
及び図２に基づいて説明する。図１は、自動車車間距離
測距用レーザレーダシステムに採用するに適した本発明
に係る大出力の半導体レーザを示している。当該半導体
レーザは、図１に示すように、左右上側（３個の）半導
体レーザ素子（量子井戸構造の）１０を備えている。

【００１５】左側半導体レーザ素子１０は、図２に示す
ように、断面略Ｌ字状に形成されており、この左側半導
体レーザ素子１０は、図２に示すように、断面略Ｌ字状
のＮ型ＧａＡｓ基板１１を備えている。ここで、Ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１１の図示左側部分の板厚寸法（図２にて符
号Ｔ１参照）は、その図示右側部分の板厚寸法（図２に
て符号Ｔ２）より大きい。これにより、Ｎ型ＧａＡｓ基
板１１の図示右側部分の上面（以下、右側上面１１ｂと
いう）は、その図示左側部分の上面（以下、左側上面１
１ａという）からＮ型ＧａＡｓ基板１１の裏面側に近づ
くように、つまり、Ｐ型クラッド層１３及び発光層１２
をエッチング除去してＮ型ＧａＡｓ基板１１に達するよ
うにクランク状に形成されることになる。

【００１６】Ｎ型ＧａＡｓ基板１１の左側上面１１ａに
は、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの超格子からなる発光層
１２、ＧａＡｓからなるＰ型クラッド層１３が、順次、
成膜されている。発光層１２は紙面手前方向にレーザ光
を発生する。なお、場合によっては、Ｎ型ＧａＡｓ基板
１１の上面に、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層（図示しない）
が成膜されてもよい。

【００１７】また、絶縁層（ＳｉＯ2 からなる）１４
は、図２に示すように、Ｐ型クラッド層１３の上面のう
ち左右両側端部と、Ｎ型ＧａＡｓ基板１１の図示右側部
分の上面（以下、右側上面１１ｂという）の左右両側端
部とに沿い形成されている。これと共に、絶縁層１４
は、Ｐ型クラッド層１３の上面の右側端部から、その右
側端面、発光層１２の右側端面、Ｎ型ＧａＡｓ基板１１
の図示左側部分の右側端面１１ｃに沿いＮ型ＧａＡｓ基
板１１の右側上面１１ｂの左側端部迄形成される。これ
は、各半導体レーザ素子１０を接合した際、互いに隣接
する両半導体レーザ素子１０の間の電気的絶縁を図る為
である。

【００１８】左側半導体レーザ素子１０の左側電極とな
るＰ型電極１５は、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層１
４を介しＰ型クラッド層１３の上面に形成されている。
また、はんだ層１６は、Ｐ型電極１５の上面に形成され
ており、このはんだ層１６はＳｎとＡｕとの各薄膜によ
り構成されている。なお、Ｓｎの膜厚及びＡｕの膜厚
は、それぞれ、８００ｎｍ及び２００ｎｍである。

【００１９】一方、Ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下面には、
絶縁層（ＳｉＯ2 からなる）１７が形成されている。こ
の絶縁層１７の下面には、はんだ層１８が形成されてお
り、このはんだ層１７の構成は、はんだ層１６と同様で
ある。左側半導体レーザ素子１０の右側電極となるＮ型
電極１９は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜を絶縁
層１４を介しＮ型ＧａＡｓ基板１１の右側上面１１ｂに
形成されている。また、Ｎ型電極１９の上面には、はん
だ層２０が形成されており、このはんだ層２０の構成
は、はんだ層１６と同様である。

【００２０】また、上側及び右側両半導体レーザ素子１
０は、図２に示すように、各々、左側半導体レーザ素子
１０と同一の構成を有している。上側半導体レーザ素子
１０は、図１に示すように、左右側両半導体レーザ素子
１０にその上下方向にて１８０度回転した状態で組合わ
さるように接合されている。具体的には、上側半導体レ
ーザ素子１０は、そのはんだ層１６にて、左側半導体レ
ーザ素子１０のはんだ層２０に接合されるとともに、上
側半導体レーザ素子１０のはんだ層２０は、右側半導体
レーザ素子１０のはんだ層１６に接合されている。

【００２１】なお、左側半導体レーザ素子１０のはんだ
層１６の上面には、ＡｕからなるワイヤＹ１が形成され
ている。右側半導体レーザ素子１０のはんだ層２０の上
面には、ＡｕからなるワイヤＹ２が形成されている。こ
のように構成した本実施形態の半導体レーザの製法につ
き説明する。なお、以下、左側半導体レーザ素子１０を
例にとり説明する。

【００２２】先ず、略直方体Ｎ型ＧａＡｓ基板が用意さ
れる。ついで、この略直方体Ｎ型ＧａＡｓ基板の上面全
体には、発光層、Ｐ型クラッド層が、分子線エピタキシ
ャル法（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＣＶＤ）、或いは液相エピタキシャル法（ＬＰ
Ｅ）等の各種のエピタキシャル方法により、順次、成膜
される。

【００２３】そして、このように成膜された略直方体Ｎ
型ＧａＡｓ基板（以下、成膜後Ｎ型ＧａＡｓ基板とい
う）の左側部分のマスキング処理がなされる。ついで、
このマスキング処理後の成膜後Ｎ型ＧａＡｓ基板の右側
部分のエッチング処理がなされる。ここで、成膜後Ｎ型
ＧａＡｓ基板の右側部部分をエッチングする量（図２に
て符号Ｄ参照）は、各半導体レーザ素子１０を各々接合
した際、各発光層１３の高さ（左側半導体レーザ素子１
０の下端を基準とする）を同一になるようにしてある。
なお、当該エッチング処理でのエッチング液としては、
リン酸と過酸化水素水との混合液が採用されている。

【００２４】しかして、当該エッチング処理でもって、
成膜後Ｎ型ＧａＡｓ基板の右側部分のＮ型ＧａＡｓ基板
部分が露出することになる。この結果、Ｎ型ＧａＡｓ基
板１１の左側上面１１ａ上に、発光層１２、Ｐ型クラッ
ド層１３を、順次、成膜したものが形成されるこにな
る。ついで、絶縁層１４が、上述の如く、形成される。
その後、Ｐ型電極１５が、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶
縁層１４を介しＰ型クラッド層１３の上面に真空蒸着法
により形成するとともに当該薄膜に約３６０℃にて熱処
理を施しオーミックコンタクトをとって形成される。

【００２５】そして、はんだ層１６がＰ型電極１５の上
面には、真空蒸着方法により形成されている。一方、絶
縁層１７がＮ型ＧａＡｓ基板１１の下面に形成され、こ
の絶縁層１７の下面には、はんだ層１８が真空蒸着方法
により形成されている。ついで、Ｎ型電極１９が、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層１４を介しＮ型
ＧａＡｓ基板１１の右側上面１１ｂに真空蒸着法で形成
するとともに当該薄膜に熱処理を施し、オーミックコン
タクトをとって形成される。

【００２６】そして、Ｎ型電極１９の上面には、はんだ
層２０が真空蒸着方法により形成されている。次に、左
右両側半導体レーザ素子１０に上側半導体レーザ素子１
０を接合する方法につき図１を参照して説明する。先
ず、左右両側半導体レーザ素子１０が、図１に示す如
く、台座上（図示せず）に、両者のレーザ光出射面が同
一方向になるように並べられる。

【００２７】ついで、上側半導体レーザ素子１０が左右
両側半導体レーザ素子１０にその上側から、三者のレー
ザ光出射面を同一方向になるように、対向させられる。
ここで、上側半導体レーザ素子１０のはんだ層１６を左
側半導体レーザ素子１０のはんだ層２０に対向させると
ともに、上側半導体レーザ素子１０のはんだ層２０を左
側半導体レーザ素子１０のはんだ層１６に対向させる。

【００２８】そして、上側半導体レーザ素子１０が左右
両側半導体レーザ素子１０上に搭載される。その後、上
側半導体レーザ素子１０のはんだ層１６と左側半導体レ
ーザ素子１０のはんだ層２０とが熱処理により接合され
る。これとともに、上側半導体レーザ素子１０のはんだ
層２０と左側半導体レーザ素子１０のはんだ層１６とが
熱処理により接合される。

【００２９】これにより、左右上側各半導体レーザ素子
１０の各発光層１２の高さ（左側各半導体レーザ素子１
０の下端を基準とする）が同一になるとともに、左右上
側各半導体レーザ素子１０が電気的に直列接続される。
以上説明したように、上側各半導体レーザ素子１０が左
右側両半導体レーザ素子１０の双方に、三者の発光層１
２を略一直線状になるように組み合わせて接合されてい
るとともに、左右上側各半導体レーザ素子１０は各々電
気的に直列接続されている。これにより、半導体レーザ
は、小電流でもって、各半導体レーザ素子のレーザ光に
よる各照射パターンが分散することなく、大出力を容易
に得ることができる。

【００３０】また、左右上側各半導体レーザ素子１０
は、上述の如く、隣接する両者が組合わさった際、両発
光層１２を略一直線状になるように、断面Ｌ字状に形成
されているので、半導体レーザでの複数個の半導体レー
ザ素子を電気的に直列接続することがが容易になる。ま
た、左右上側各半導体レーザ素子１０は、上述の如く、
同一の構成を有しているので、コストの増大を招くこと
はない。

【００３１】さらに、各半導体レーザ素子１０の発光層
１３の高さが、上述の如く、同一なっているので、半導
体レーザの両レーザ光の整形の為のレンズを複雑化にす
る必要がない。また、当該半導体レーザは、３個の半導
体レーザ素子１０を、上述の如く、組み合わせて接合し
て構成されているので、発光層１３内に結晶欠陥の生じ
る確率が少なくなる。これは、半導体レーザ素子の発光
層の面積が大きくなる程、当該発光層に結晶欠陥の生じ
る確率が高くなるからである。このため、本実施形態で
の半導体レーザは生産性（歩留まり）が高くなる。

【００３２】なお、当該半導体レーザは、上述の如く、
各半導体レーザ素子１０を電気的に直列接続されてい
る。このため、当該半導体レーザに流す電流は、上記各
半導体レーザ素子１０を電気的に並列接続した場合に比
べて少なくなる（レーザ光の出力を同一にして比較した
場合）。従って、スイッチングトランジスタ（例えば、
ＦＥＴ）でもって、半導体レーザをパルス駆動した際、
当該スイッチングトランジスタとしては、放熱能力、ス
イッチング速度等の機能の高いものを採用する必要がな
い。

【００３３】また、図表３に示すように、本実施形態の
ように各半導体レーザ素子１０を直列接続して、これら
各半導体レーザ素子を１個のＦＥＴ３０でもってパルス
駆動する場合（図表３にて符号参照）が、各半導体レ
ーザ素子１０を並列接続して、これら各半導体レーザ素
子の各々をＦＥＴ３０でもってパルス駆動する場合（図
表３にて符号参照）に比べて、コスト、スペース、発
熱に亘って優れていることが分かる。

【００３４】なお、各半導体レーザ素子１０を並列接続
して、これら各半導体レーザ素子のを１個のＦＥＴ３０
でもってパルス駆動する場合（図表３にて符号参照）
は、ＦＥＴ３０としては、大電流を流すとともに高速ス
イッチングの機能を必要とするため、実現性が低い。な
お、上記実施形態では、半導体レーザ素子１０として
は、Ｎ型基板１１を採用した例につき説明したが、これ
に限らず、Ｐ型基板を採用するようにしてもよい。この
場合、Ｎ型クラッド層１３の代わりにＮ型クラッド層を
採用するようにしておく。

【００３５】なお、本発明の実施にあたっては、超格子
を有する量子井戸構造の半導体レーザ素子を有する半導
体レーザに限ることなく、例えば、ＰＮ接合構造やダブ
ルヘテロ接合構造の半導体レーザ素子等の各種の半導体
レーザ素子を有する半導体レーザに本発明を適用して実
施してもよい。また、半導体レーザ素子に使用する基板
も、ＧａＡｓ基板に限ることなく、例えば、ＩｎＰ基板
を、半導体レーザ素子に使用する基板として採用して実
施してもよい。

【００３６】また、本発明の実施にあたっては、半導体
レーザ素子１０を接合する数は、３個に限ることなく、
２個でもよく、また、４個以上にしてもよい。また、本
発明の実施にあたっては、はんだ層に代えて、ろう材金
属層を採用して実施してもよい。なお、上記実施形態で
は、半導体レーザ素子１０同士を接合する為にはんだ層
を採用した例につき説明したが、これに限らず、ワイヤ
ーを採用して、このワイヤーでもって半導体レーザ素子
１０同士を接合するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザの一実施形態を示す
側面図である。

【図２】図１に示す左側半導体レーザ素子の拡大側面図
である。

【図３】上記一実施形態の効果を説明する為の図表であ
る。

【図４】従来技術の半導体レーザを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…半導体レーザ素子、１１…Ｎ型G ａＡｓ基板、 １１ａ…Ｎ型G ａＡｓ基板の左側上面、 １１ｂ…Ｎ型G ａＡｓ基板の右側上面、１２…発光層、
１５、１９…電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光層（１２）及び電極（１５、１９）
   をそれぞれ有してなる複数の半導体レーザ素子（１０）
   を備えた半導体レーザであって、 前記各半導体レーザ素子は、前記各発光層が略一直線状
   になるように配置され、かつ前記各半導体レーザ素子
   は、電気的に直列接続されていることを特徴とする半導
   体レーザ。
2. 【請求項２】 半導体基板（１１）と、この半導体基板
   の表面の一側部（１１ａ）に順次積層された発光層（１
   ２）及び第１電極（１５）と、前記半導体基板の表面の
   他側部（１１ｂ）に形成された第２電極（１９）とをそ
   れぞれ有する少なくとも２つの半導体レーザ素子（１
   ０）を備え、 前記２つの半導体レーザ素子は、前記各発光層が略一直
   線状になるように配置され、かつ前記２つの半導体レー
   ザ素子の一方の第１電極が、他方の半導体レーザ素子の
   第２電極に接合されていることを特徴とする半導体レー
   ザ。
3. 【請求項３】 半導体基板（１１）と、この半導体基板
   の表面の一側部（１１ａ）に順次積層された発光層（１
   ２）及び第１電極（１５）と、前記半導体基板の表面に
   おいて前記一側部から前記半導体基板の裏面側に近づく
   ようにクランク状に形成してなる他側部（１１ｂ）に形
   成された第２電極（１９）とをそれぞれ有する少なくと
   も２つの半導体レーザ素子（１０）を備え、 前記２つの半導体レーザ素子は前記各発光層が略一直線
   状になるように配置され、かつ前記２つの半導体レーザ
   素子の一方の第１電極が、他方の半導体レーザ素子の第
   ２電極に接合されていることを特徴とする半導体レー
   ザ。