JP2000312049A - 半導体光機能装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体光機能装置において、１％以下の低雑
音で、かつ波長シフトのない安定な光出力を得る。 【解決手段】 半導体レーザ素子26の活性層を挟む２電
極のうち、活性層に近い電極上に金メッキ層を５μｍ以
上形成する。この金メッキ層からヒートシンク22に金ワ
イヤー23によりボンディングし、活性層に遠い電極をサ
ブマウント21上に接着し、サブマウント21からワイヤー
25によりリード部24にボンディングし電流を流す構造と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を発生または増
幅する半導体光機能装置に関し、特に、ジャンクション
アップ方式でヒートシンク上に半導体素子をボンディン
グした半導体光機能装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、２０μｍ以上の幅広発振領域
を有する高出力半導体レーザを励起光源として、固体レ
ーザを励起しレーザ発振させる固体レーザ発光装置や、
その固体レーザに非線形結晶を組み合わせて固体レーザ
から発振させた基本波の波長を1/2の波長に変換して第
２高調波を発振する可視領域の固体レーザ発光装置等が
広く知られている。これらの発光装置の励起光源として
用いられる半導体レーザには非常に高い光出力が要求さ
れており、基本横モード発振するレーザの通常３μｍ程
度である発振幅を２０μｍ以上に拡大することにより、
半導体レーザの高出力化が図られている。このような幅
広発振領域を有する半導体レーザは、通常多くの高次横
モードが混在した発振モード（横多モード）で発光する
ため、発振光出力を増していくと、共振器内の高光密度
分布に起因するキャリアの空間ホールバーニングによっ
て異なった横モードあるいはその組み合わせへ容易に変
化する。この時、半導体レーザの発振光において、近視
野像、遠視野像及び発振スペクトルが変化すると共に、
混在する横モードの各々の電流から光への変換率が異な
るため光出力も変化する。これは、半導体レーザの電流
−光出力特性においてキンクと呼ばれる現象である。

【０００３】また、固体レーザ発振装置において、半導
体レーザを固体レーザの励起光として利用する場合、レ
ンズ系を用いて集光される半導体レーザからの発振光の
うち、固体レーザ共振器の発振モードと結合する成分の
みが励起光として利用されるため、半導体レーザにおけ
る横モード変化により、固体レーザの発光装置において
著しい強度変化が生じる、また、固体レーザの吸収スペ
クトルは狭い波長帯域に微細な吸収スペクトル構造を有
するため、前述の横モード変化による変動に加えて発振
スペクトルの変化が吸収光量の変化となり、結果として
固体レーザの光出力に変動を生じる。すなわち、半導体
レーザの発振光の空間的な一部あるいは発振スペクトル
の一部の光を利用することにより、スイッチングに伴う
高周波雑音が増大とするという問題が生じる。

【０００４】上述のように、半導体レーザの横モードや
縦モード（発振スペクトル）が変化すると固体レーザの
励起効率が変化するために、光出力の変動および高周波
雑音が生じる。さらに、半導体レーザの実際の利用にお
いては固体レーザの光強度を変化させるために、およ
び、波長変換素子との位相整合をとるために温度と半導
体レーザの励起電流とを変化させる必要があり、この時
に半導体レーザの横モードまたは縦モード変化が生じる
と固体レーザあるいは波長変換素子に著しい強度変動が
生じてしまう。これらは、ＤＣ成分であるが、いわゆる
ＡＣ成分としての雑音は定常的に生じる可能性が高いと
推測される。

【０００５】光出力の変動の強度や周波数スペクトルの
変化は、半導体レーザの発振光のうちの利用する強度や
周波数スペクトル部分、半導体レーザの励起電流および
半導体レーザの固体差に依存しているため、一様ではな
いが、ＤＣ光に対して１０％を越える強度変動を生じる
場合もあり、応用上大きな障害となる。特に、高品質の
画像形成においては雑音は１％以下であることが望まし
いが、通常の幅広発振領域を有する高出力半導体レーザ
においては１％以下の雑音レベルを再現性よく、安定に
実現することはきわめて困難であった。また、第２高調
波を発振させるために固体レーザ結晶と非線形結晶を組
み合わせると、この雑音が非線形効果により増大される
ことがあるのでさらに低雑音化が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来用
いられている幅広発振領域を有する高出力半導体レーザ
は、光学的に安定性に欠けるところがあり、光出力の安
定性や低雑音性の観点で十分でない。そのため、このよ
うな高出力半導体レーザを励起光源とする固体レーザ発
振装置を印刷、写真、医療画像などの高品質の画像形成
する装置の光源に用いるには難があった。

【０００７】このような半導体レーザを放熱板等に実装
する場合、放熱特性の良いジャンクションダウン方式が
広く採用されている。この方式は、活性層に平行な２面
に形成された電極のうち、活性層から近い電極を放熱板
上にボンディングするものである。この方法で実装を行
うと、ヒートシンクと半導体発光素子の接着面におい
て、金属熱膨張率の違いによる歪みが生じ、その歪が活
性層に伝わることにより雑音が発生するという問題があ
り、その雑音を低減することは非常に困難であった。

【０００８】そこで、ジャンクションアップ方式で実装
することが行われるようになった。この方式は上記のジ
ャンクションダウンとは逆で、遠い面を放熱板にボンデ
ィングするものである。しかし、ジャンクションアップ
方式で実装すると、駆動電流を増大させるに従って、発
振光の大幅な波長シフトが生じる。よって、この半導体
発光素子を波長変換素子や固体レーザの励起光源として
使用するには、経時変化に伴う駆動電流増加によって波
長シフトが生じ、光出力が出なくなるという問題が発生
し、さらに駆動電流が増大し、固体レーザ装置の寿命が
短くなるという問題がある。

【０００９】さらに、1997年発行のIEEE Photonics Tec
hnology Letters Vol.9 pp.1217 に示されるように、テ
ーパ状の光を増幅する領域を有する半導体光増幅器にお
いて、５Ｗの光出力まで、回折限界の光がジャンクショ
ンダウン方式実装で取り出せると報告されているが、実
用上は、１Ｗ以下の光出力しか達成できていないのが現
実である。

【００１０】よって、幅広の光増幅領域を有する半導体
素子は、素子にかかる実装歪などによる活性領域の不均
一性により発振光の横モードが不安定となり、それによ
る高次モードの発生により、単一横モード発振が出来な
くなるという問題がある。

【００１１】本発明は、半導体発光素子の放熱性が向上
され、かつ１％以下の低雑音で、波長シフトのない安定
な単一横モード発振を行う半導体光機能装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体光機能置
は、導電性材料からなるヒートシンクと、その上に接着
された絶縁体からなるサブマウントと、その上に接着さ
れ、光を発生するストライプ幅２０μｍ以上の屈折率導
波型半導体発光素子とからなる半導体光機能装置におい
て、サブマウントが、該サブマウントのヒートシンクと
半導体発光素子に接着される表面に金属層を有し、導電
性ろう材によりヒートシンク上に接着されており、半導
体発光素子が、基板と、該基板上に形成された活性層
と、基板と活性層を間に挟む２つの電極と、該２つの電
極のうちの活性層から近い電極上に形成された厚さ５μ
ｍ以上の金メッキ層とを備えており、２つの電極のうち
活性層から遠い電極が、導電性ろう材によりサブマウン
ト４上に接着されており、金メッキ層が、金ワイヤーま
たは金リボンによりヒートシンクに導通されていること
を特徴とするものである。

【００１３】また、本発明の半導体光機能装置は、導電
性材料からなるヒートシンクと、その上に接着された絶
縁体からなるサブマウントと、その上に接着され、光を
増幅する半導体増幅素子とからなる半導体光機能装置に
おいて、サブマウントが、該サブマウントのヒートシン
クと半導体増幅素子に接着される表面に金属層を有し、
導電性ろう材によりヒートシンク上に接着されており、
半導体増幅素子が、基板と、該基板上に形成された活性
層と、基板と活性層を間に挟む２つの電極と、該２つの
電極のうちの活性層から近い電極上に形成された厚さ５
μｍ以上の金メッキ層とを備えており、２つの電極のう
ち活性層から遠い電極が、導電性ろう材によりサブマウ
ント上に接着されており、金メッキ層が、金ワイヤーま
たは金リボンによりヒートシンクに導通されていること
を特徴とするものであってもよい。

【００１４】また、前記、光を発生する半導体光機能装
置は、励起光源から発せられる光により励起されレーザ
発振するレーザ結晶と、該レーザ結晶と共振器を形成
し、レーザ結晶から発せられる光を出力する凹面ミラー
とを備えてなる固体レーザ発光装置において、励起光源
として使用することができ、また、その固体レーザ発光
装置は共振器内に波長変換素子を備えて第２高調波を発
生する固体レーサ発光装置であってもよい。

【００１５】また、上記のように本発明の半導体光機能
装置を固体レーザ発光装置の励起光源として使用する場
合、半導体光機能装置の光出射面は、１５％以上５０％
以下の反射率を有することが望ましい。

【００１６】ここで、半導体光機能装置とは、半導体か
らなり、少なくとも基板と活性領域と電極とを備え、光
を発生、増幅または導波する機能を有する半導体装置の
ことを示すものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明による半導体光機能装置によれ
ば、半導体発光素子を放熱板にジャンクションアップ方
式で接着しているため、雑音を１％以下に低減すること
ができる。つまり、ジャンクションアップ方式は、活性
層を挟む２電極のうち活性層から遠い電極を放熱板等に
接着するので、放熱板と半導体発光素子の接着歪が活性
層に伝わりにくいため、雑音を１％以内に低減すること
ができる。

【００１８】しかし、ジャンクションアップ方式による
実装では、活性層から遠い電極面を放熱板等に接着する
ため、活性層の発熱を効率良く放熱板に逃がすことがで
きないという問題があったが、本発明のように、活性層
に近い電極上に金メッキを施し、その金メッキ層をヒー
トシンク上に金ワイヤーまたは金リボンによりボンディ
ングすることにより、活性層に近い電極からの放熱性を
上げることができる。これにより、従来放熱不良が原因
で生じていた半導体発光素子の発振波長シフトを低減す
ることができる。

【００１９】よって、本発明の半導体光機能装置を、半
導体レーザ励起固体レーザの励起光源である半導体レー
ザとして使用する場合においては、この半導体レーザ
は、雑音が１％以内であり、波長シフトも起こらないた
め、強度変動が生じない、安定した固体レーザ出力を得
ることができる。

【００２０】また、本発明の半導体光機能装置におい
て、活性領域を形成する量子井戸活性層および光導波層
に、Ａｌ原子を含まないＩｎＧａＡｓＰ系の材料を用い
ることにより、Ａｌの酸化によるレーザ装置の突発故障
が発生せず、半導体レーザ装置の寿命を向上させること
ができるので、信頼性をも向上させることができる。

【００２１】

【実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面を用い
て詳細に説明する。

【００２２】図１に本発明の第１の実施の形態による半
導体レーザー素子の斜視図を示す。

【００２３】図１に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａｓ
下部クラッド層（0.55≦z1≦0.7）２、ｉ−Ｉｎ_0.49Ｇ
ａ_0.51Ｐ下部光導波層（厚さｄｂ＝１１０ｎｍ）３、Ｉ
ｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3量子井戸活性層（厚さｄａ＝
８ｎｍ）４、ｉ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ上部光導波層（厚
さｄｂ＝１１０ｎｍ）５、ｐ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａｓ上部
第１クラッド層６、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐエッチング
阻止層７、ｐ−Ａｌ_z1Ｇａ_1-z1Ａｓ上部第２クラッド層
８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９を順次積層する。その
上に、絶縁膜10（図示せず）を形成する。

【００２４】この後、通常のリソグラフィにより、幅３
０〜２５０μｍ程度のストライプでこれに連続する周辺
部に平行な幅１０μm程度のストライプの絶縁膜10を除
去し、この絶縁膜10をマスクとして、ウェットエッチン
グにより、ｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐエッチング阻止層７
の上部まで除去して、リッジストライプを形成する。こ
の際のエッチング液としては、硫酸と過酸化水素系の溶
液を用いており、この溶液を用いることにより、自動的
にエッチングをｐ−Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐエッチング阻止
層７上部で停止させることができる。

【００２５】マスクとして使用した絶縁膜10を除去した
後、全面に絶縁膜11を形成し、通常のリソグラフィによ
り、リッジストライプ上の絶縁膜11の一部を該リッジス
トライプに沿って除去し、電流注入窓を形成する。その
上全面にｐ側電極12を形成し、ｐ電極12の上に金メッキ
層13を５μｍ以上形成する。その後、基板の研磨を行い
裏面にｎ側電極14を形成する。

【００２６】その後、この試料を劈開して形成した共振
器面の一面に高反射コート15、他面に低反射率コート16
を行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子26を形
成する 金メッキ層13はチップの劈開領域の２０μｍ程
度の領域にはメッキを行わないようにする。

【００２７】このように作成した半導体レーザ装置の発
振する波長帯に関しては、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3
（０≦x3≦0.5、０≦y3≦0.5）からなる活性層の組成を
制御することにより、７５０＜λ＜１１００（ｎｍ）の
範囲で制御が可能である。

【００２８】また、上記実施の形態では半導体層の成長
法として、有機金属気相成長法を用いたが、固体あるい
はガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法であっ
てもよい。

【００２９】なお、上記実施の形態による半導体レーザ
素子は、ｎ型基板上へ半導体層を形成することにより作
成しているが、ｐ型基板を用いてもよく、この場合、す
べての半導体層の導電性を反転するだけでよい。

【００３０】次に、上記半導体レーザ素子26を本発明に
よりジャンクションアップ方式で実装する場合について
説明する。図２ａにこの半導体レーザ素子を直径９ｍｍ
の円形ステムに実装した場合の上面図を示し、図２ｂに
その光出射窓方向からの投影図を示す。

【００３１】図２ａおよびｂに示すように、半導体レー
ザ装置26を電導性のろう材を用い、両面メタライズした
ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドまたはサファイヤ等の絶
縁体からなる絶縁性サブマウント21にジャンクションア
ップ方式（活性層から遠い電極を放熱板に実装する）で
実装して、金メッキ層13から円形ステムのヒートシンク
22にワイヤー23を複数ボンディングし、さらに、絶縁性
サブマウント21とリード部24にワイヤー25によりボンデ
ィングし、電流を流せる構造としたものである。なお、
このステムは、光出射面側に出射窓を備え、キャップ37
により密封される。

【００３２】上記のように、本発明によるジャンクショ
ンアップ実装方式は、活性層に近い電極を金ワイヤーで
ヒートシンクにボンディングすることにより、半導体レ
ーザ装置の発熱を効率良くヒートシンクに放出すること
ができるので、放熱不良による波長シフトが起こらな
い。

【００３３】比較のため、図３に、半導体レーザ素子を
直径９ｍｍの円形ステムに従来のジャンクションアップ
方式で実装した場合の上面図を示し、図３ｂにその光出
射窓方向からの投影図を示す。

【００３４】図３ａおよびｂに示すように、従来は、ヒ
ートシンク32上に半導体レーザ素子36をジャンクション
アップ方式により接着し、半導体レーザ素子36の活性層
に近い電極をワイヤー35を用いてリード部34にボンディ
ングし電流を流す構造であった。この構造では、放熱が
十分に行われておらず、出力を増加させるに従って発振
光の波長シフト量が大きくなっていたのである。

【００３５】（実施例）上記第１の実施の形態に示され
る構造において、ストライプ幅を約５０μｍ、上記各半
導体層のサフィクスをｚ１＝０．６４、ｘ３＝０．１
２、ｙ３＝０．２４、共振器長を０．９ｍｍとし、発振
波長が８０９ｎｍとなる半導体レーザ素子41を作成し
た。この半導体レーザ素子41をステム上に本発明による
ジャンクションアップ方式により実装した。

【００３６】ここで、この半導体レーザ装置の動作時に
おける雑音の測定を、図４に示す測定系により行った。
半導体レーザ素子41は図示しないが温度調節機能を備え
ている。この測定系は、半導体レーザ素子41から出射さ
れる光の一部を受光素子42で受けて、その光強度の安定
性を雑音測定器43により測定するというものである。雑
音測定は半導体レーザ装置の光出力１００〜５００ｍＷ
までの範囲で行った。

【００３７】このようにして測定された雑音の正規分布
のグラフを図５に示す。図５に示すように、固体レーザ
に要求されるノイズ強度１％以下ではほぼ９５％の歩留
まりが得られた。比較のために、同図中に従来技術であ
るジャンクションダウン方式で実装された半導体発光素
子の雑音測定結果も示す。従来技術に比べ、雑音強度１
％での歩留まりが２０％程度改善されている。

【００３８】また、図示しないが、駆動電流の波長変化
量も、活性層から近い電極をヒートシンクに導通させな
い通常のジャンクションアップ方式では１１ｎｍ/Ａ程
度であるのが、上記実施例では８ｎｍ/Ａとなり３ｎｍ/
Ａ減少したことが判った。

【００３９】次に、半導体レーザ素子をブロック型のス
テムに実装した例について説明する。図６にその立面図
を示す。

【００４０】図６に示すように、半導体レーザ素子56を
導電性のろう材を用い、ジャンクションアップ方式で両
面メタライズした絶縁性サブマウント51に実装して、活
性層から近い電極上の金メッキ層とブロック型ステムの
ヒートシンク52にワイヤー53を複数ボンディングする。
さらに、絶縁性サブマウント51上と、絶縁性セラミック
57によりヒートシンク52と絶縁されたリード部54とをワ
イヤー55によってボンディングし、電流を流せる構造と
する。

【００４１】本発明は半導体素子を円形ステムのみなら
ず、ブロック型ステムに実装する場合においても、同様
に行うことができ、放熱性を向上することができる。

【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態による半
導体レーザ素子を図を用いて説明し、図７にその半導体
レーザ素子の斜視図を示す。

【００４３】図７に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板61上にｎ−Ｉｎ_0.49(Ｇａ_1-z1
Ａｌ_z1)_0.51Ｐ下部クラッド層（０≦z1≦0.5）62、ｉ−
Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2下部光導波層（x2≒0.49y
2、0.1≦y2≦0.9、厚さｄｂ＝75〜200ｎｍ）63、Ｉｎ_x3
Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3量子井戸活性層（０≦X3≦0.4、
０≦y3≦0.6）64、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上
部光導波層（x2≒0.49y2、0.1≦y2≦0.9、厚さｄｂ＝75
〜200ｎｍ）65、ｐ−Ｉｎ_0.49(Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1)_0.51Ｐ
上部クラッド層66、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層67を順次
積層し、その上に、絶縁膜68（図示せず）を形成する。

【００４４】この後、通常のリソグラフィにより、幅３
０〜２５０μｍ程度のストライプで、これに連続する周
辺部に平行な幅１０μｍ程度のストライプの絶縁膜68を
除去し、この絶縁膜68をマスクとして、ウェットエッチ
ングにより、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導
波層65の上部まで除去して、リッジストライプを形成す
る。エッチング液として、硫酸と過酸化水素系の溶液を
用い、ｐ−ＧａＡＳコンタクト層67を除去する。その後
塩素系のエッチング液でｐ−Ｉｎ_0.49(Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1)
_0.51Ｐ上部クラッド層66を除去するが、このエッチング
液を用いることにより、自動的にエッチングをｉ−Ｉｎ
_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導波層65で停止させるこ
とができる。

【００４５】マスクとして使用した絶縁膜68を除去した
後、全面に絶縁膜69を形成し、通常のリソグラフィによ
り、リッジストライプ上の絶縁膜69の一部を該リッジス
トライプに沿って除去し、電流注入窓を作成する。その
上全面にｐ側電極70を形成し、ｐ電極70の上に金メッキ
層71を５μｍ以上形成する。その後、基板の研磨を行い
ｎ側電極72を形成する。その後、この試料を劈開して形
成した共振器面の１面に高反射コート73、他面に低反射
率コート74を行い、その後、チップ化して半導体レーザ
素子を形成する。金メッキ13はチップの劈開領域の２０
μｍ程度の領域にはメッキを行わないようにする。この
素子を第１の実施の形態と同様に本発明によるジャンク
ションアップ方式実装を行う。

【００４６】この半導体レーザ装置の発振する波長帯に
関しては、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3（０≦x＜0.4、
０≦y＜0.6）からなる活性層の組成を制御することによ
り、７５０＜λ＜１１００（ｎｍ）の範囲で制御が可能
であり、第１の実施の形態と同様に、１％以下の低雑音
で、波長シフトのない安定した光出力を得ることができ
る。

【００４７】次に、本発明の第３の実施の形態による半
導体レーザ素子を図を用いて説明し、図８にその半導体
レーザ素子の斜視図を示す。

【００４８】図８示すように、有機金属気相成長法によ
り、ｎ−ＧａＡｓ基板81上にｎ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａｓ下
部クラッド層（0.55≦z1≦0.7）82、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ
_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2下部光導波層（x2≒0.49y2、0.8≦y2
≦１、厚さ＝７５ｎｍ〜４００ｎｍ）83、Ｉｎ_x3Ｇａ
_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3量子井戸活性層（０≦x3≦0.4、０≦y
3≦0.6）84、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導
波層（x2≒0.49y2、0.8≦y2≦１、厚さｄｂ＝７５〜４
００ｎｍ）85、ｐ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａｓ上部クラッド層
86、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層87を順次積層する。その
上に、絶縁膜88（図示せず）を形成する。

【００４９】この後、通常のリソグラフィにより、幅30
〜250μｍ程度のストライプでこれに連続する周辺部に
平行な幅１０μm程度のストライプの絶縁膜88を除去
し、この絶縁膜88をマスクとして、ウェットエッチング
により、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導波層
の上部まで除去して、リッジストライプを形成する。こ
の際のエッチング液としては、硫酸と過酸化水素系の溶
液を用いており、この溶液を用いることにより、自動的
にエッチングをｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光
導波層の上部で停止させることができる。

【００５０】マスクとして使用した絶縁膜88を除去した
後、全面に絶縁膜89を形成し、通常のリソグラフィによ
り、リッジストライプ上の絶縁膜89の一部を該リッジス
トライプに沿って除去し、電流注入窓を形成する。その
上全面にｐ側電極90を形成し、ｐ電極90の上に金メッキ
層91を５μｍ以上形成する。その後、基板の研磨を行い
裏面にｎ側電極92を形成する。

【００５１】その後、この試料を劈開して形成した共振
器面の一面に高反射コート93、他面に低反射率コート94
を行い、その後、チップ化して半導体レーザ素子を形成
する金メッキ91はチップの劈開領域の２０μｍ程度の領
域にはメッキを行わないようにする。この半導体レーザ
素子を第１の実施の形態と同様に、本発明によるジャン
クションアップ方式にて実装を行う。

【００５２】このように作成した半導体レーザ装置の発
振する波長帯に関しては、Ｉｎ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3
（０≦x3≦0.4、０≦y3≦0.6）からなる活性層の組成を
制御することにより、７５０＜λ＜１１００（ｎｍ）の
範囲で制御が可能であり、第１または第２の実施の形態
と同様に、１％以下の低雑音で、波長シフトのない安定
した光出力を得ることができる。

【００５３】次に、上記のようにして作成した半導体レ
ーザ装置を励起光源に用いた応用例を図を用いて説明す
る。

【００５４】図９に本発明の半導体レーザ装置を励起光
源に用い、該半導体レーザ装置から発される励起光によ
り励起されレーザ発振する固体レーザ装置の一例の概略
構成図を示す。

【００５５】図９に示すように、この固体レーザ発光装
置は、励起光を出射する幅広発振領域を有する高出力半
導体レーザ101と、該半導体レーザ101から出射された励
起光を集光するレンズ102と、集光された励起光により
レーザ発振する固体レーザ結晶103と、該固体レーザ結
晶103の光出射側に備えた凹面鏡からなる出力ミラー104
とを備えるものである。半導体レーザ101は光出射面
は、固体レーザ結晶103からの戻り光を反射するため１
５％から５０％の反射率を有する。また、固体レーザ結
晶103の半導体レーザ側には、固体レーザの発振光に対
しては高反射となり、半導体レーザの発振光に対しては
無反射となるコート膜105を備えている。固体レーザの
共振器は凹面鏡からなる出力ミラー104とこのコート膜1
05によって形成される。

【００５６】半導体レーザ101の８０９ｎｍの波長の発
振光は、レンズ102によってＮｄ:ＹＡＧ固体レーザ結晶
103に集光され、集光された発振光のうち固体レーザ共
振器の発振モードと結合する成分のみが励起光としてみ
られて、固体レーザ結晶43からの発振波長９４６ｎｍの
レーザ光が出力ミラー104から発振される。半導体レー
ザ101および固体レーザ結晶103はペルチェ素子（図示し
ない）により温度調節されている。また、本固体レーザ
装置は、出力ミラー104からの出射光の一部をビームス
プリッタ106により受光素子107に分岐し、半導体レーザ
101にフィードバックさせて、固体レーザ結晶103の出力
光の光強度が一定となるように、ＡＰＣ（automatic p
ower control）駆動を行うものである。

【００５７】上記半導体レーザ励起固体レーザは、本発
明による低雑音で波長シフトのない半導体レーザ装置を
励起光源に用いているため、固体レーザから強度変動の
生じない、安定した光出力を得ることができる。

【００５８】さらに、本発明の半導体レーザ装置を上記
の固体レーザ装置と同様に、励起光源として用いた応用
例である第２高調波を発生する固体レーザ発光装置の一
例について説明し、その概略構成図を図10に示す。

【００５９】図10に示すように、本発明の半導体レーザ
装置を励起光源に用いた第２高調波を発生する個体レー
ザ発光装置は、励起光を出射する幅広発振領域を有する
高出力半導体レーザ111と、該半導体レーザ111から出射
された励起光を集光するレンズ112と、集光された励起
光によりレーザ発振する固体レーザ結晶113と、該固体
レーザ結晶113の光出射側に備えられた凹面鏡からなる
出力ミラー114とを備えたものである。半導体レーザ111
の出射面は、固体レーザ結晶113からの戻り光を反射す
るため、１５％〜５０％の反射率を有する。また、固体
レーザ結晶113の半導体レーザ側には、固体レーザの発
振光に対して高反射となり、半導体レーザの発振光に対
して無反射となるコート膜116を備えている。また、固
体レーザの共振器はこの凹面鏡からなる出力ミラー114
とコート膜116によって形成され、さらにこの共振器内
に該固体レーザ結晶113から発振されたレーザの波長を1
/2の波長に変換して第２高調波を発生させるＫＮｂＯ₃
非線形結晶115を備えるものである。出力ミラー114の凹
面は固体レーザ結晶113からの発振光に対しては高反射
となり、非線形結晶115からの発振光に対しては透過す
るような処置が施されている。

【００６０】なお、固体レーザ結晶113にＮｄ:ＹＶＯ₄
等、非線形結晶115にＫＴＰ等を用いてもよい。半導体
レーザ111、固体レーザ結晶113、非線形結晶115はペル
チェ素子（図示しない）により温度調節されている。こ
の固体レーザ装置は、凹面ミラー114からの出射光の一
部をビームスプリッタ117により受光素子118に分岐し、
半導体レーザ111にフィードバックさせて、固体レーザ
結晶113の出力光の光強度が一定となるようにＡＰＣ駆
動を行うものである。

【００６１】半導体レーザ111の８０９ｎｍの波長の発
振光は、集光レンズ112によってＮｄ:ＹＶＯ₄固体レー
ザ結晶113に集光され、集光された発振光のうち固体レ
ーザ共振器の発振モードと結合する成分のみが励起光と
してみられて、固体レーザ結晶113からの発振波長９４
６ｎｍのレーザ光が発振される。固体レーザ結晶113で
発振されたレーザ光は、非線形結晶115により、波長が
１／２である４７３ｎｍの第２高調波（青色レーザ）に
変換されて凹面ミラー114から出力される。

【００６２】この第２高調波を発生する半導体レーザ励
起固体レーザ装置においても、図９に示す固体レーザ発
光装置と同様に、強度変動のない、安定な光出力を得る
ことができる。

【００６３】次に、本発明の第４の実施の形態による半
導体光増幅器について説明し、その半導体光増幅器の上
面図を図11ａに、断面図を図11ｂおよびｃに示す。

【００６４】図11に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板121上にｎ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａ
ｓ下部クラッド層（0.55≦z1≦0.7）122、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇ
ａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2下部光導波層（x2≒0.49y2、0.8≦y
2≦１、厚さ＝７５ｎｍ〜４００ｎｍ）123、Ｉｎ_x3Ｇａ
_1-x3Ａｓ_1-y3Ｐ_y3量子井戸活性層（０≦x3≦0.4、０≦y
3≦0.6）124、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光
導波層（x2≒0.49y2、0.8≦y2≦１、厚さｄｂ＝７５〜
４００ｎｍ）125、ｐ−Ｇａ_1-z1Ａｌ_z1Ａｓ上部クラッ
ド層126、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層127を順次積層す
る。その上に、絶縁膜128（図示せず）を形成する。

【００６５】この後、通常のリソグラフィにより、幅３
０〜２５０μｍ程度のストライプでこれに連続する周辺
部に平行な幅１０μm程度のストライプの絶縁膜128を除
去し、この絶縁膜128をマスクとして、ウェットエッチ
ングにより、ｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導
波層125の上部まで除去して、５０μｍ程度の長さで部
分的にリッジストライプを形成する。この際のエッチン
グ液としては、硫酸と過酸化水素系の溶液を用いてお
り、この溶液を用いることにより、自動的にエッチング
をｉ−Ｉｎ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ_1-y2Ｐ_y2上部光導波層125の
上部で停止させることができる。

【００６６】マスクとして使用した絶縁膜128を除去し
た後、全面に絶縁膜129を形成し、通常のリソグラフィ
により、リッジストライプ上の絶縁膜129とそれにつな
がるテーパ形状（全角６°程度）の領域の絶縁膜129を
除去し、リフトオフによりｐ側電極130を形成し、ｐ電
極130の上に金メッキ層131を５μｍ以上形成する。その
後、基板の研磨を行い裏面にｎ側電極132を形成する。

【００６７】その後、この試料を劈開して形成した共振
器両面に無反射コート133、134を行い、チップ化して、
図11ａに示すように、入力側にのみリッジ部を有し、出
力側に向かってテーパ状に広がる導波路を有する半導体
光増幅素子を完成させる。金メッキ131はチップの劈開
領域の２０μｍ程度の領域にはメッキを行わないように
する。

【００６８】この半導体光増幅素子を第１の実施の形態
と同様に、本発明によるジャンクションアップ方式にて
実装を行い半導体光増幅器を形成する。これにより、強
度変動の生じない安定な光出力を得ることができる。

【００６９】なお、本発明によるジャンクションアップ
実装方法は、上記実施の形態における半導体レーザ素子
や半導体光増幅素子のみならず、他の幅広のストライプ
レーザ（テーパ形状に広がる導波路を含む）に対しても
応用できる。例えばアレイ型半導体レーザや光集積回路
の実装にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図

【図２】本発明による半導体レーザ素子を円形ステムに
実装した一例を示す図

【図３】従来技術による半導体レーザ素子を円形ステム
に実装した一例を示す図

【図４】本発明による半導体レーザ装置の雑音測定系を
示す図

【図５】半導体レーザ素子の本発明によるジャンクショ
ンアップ実装方法と従来のジャンクションアップ実装方
法による雑音測定結果を示すグラフ

【図６】本発明による半導体レーザ素子をブロック型ス
テムに実装した一例を示す立面図

【図７】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図

【図８】本発明の第３の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す斜視図

【図９】本発明による半導体レーザ装置を励起光源とし
て使用した固体レーザ装置を示す概略構成図

【図１０】本発明による半導体レーザ装置を励起光源と
して使用した第２高調波を発生する固体レーザ装置を示
す概略構成図

【図１１】本発明の第４の実施の形態による半導体光増
幅素子を示す図

【符号の説明】

1,61,81,121 GaAs基板 12,70,90,130 ｐ電極 14,72,92,132 ｎ電極 13,71,91,131 金メッキ層 21,31,51 サブマウント 22,32,52 ヒートシンク 23,33,53 金ワイヤー 24,34,54 リード部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料からなるヒートシンクと、そ
   の上に接着された絶縁体からなるサブマウントと、その
   上に接着され、光を発生するストライプ幅２０μｍ以上
   の屈折率導波型半導体発光素子とからなる半導体光機能
   装置において、 前記サブマウントが、該サブマウントの前記ヒートシン
   クと前記半導体発光素子に接着される表面に金属層を有
   し、導電性ろう材により前記ヒートシンク上に接着され
   ており、 前記半導体発光素子が、基板と、該基板上に形成された
   活性層と、前記基板と活性層を間に挟む２つの電極と、
   該２つの電極のうちの活性層から近い電極上に形成され
   た厚さ５μｍ以上の金メッキ層とを備えており、前記２
   つの電極のうち前記活性層から遠い電極が、導電性ろう
   材により前記サブマウント上に接着されており、 前記金メッキ層が、金ワイヤーまたは金リボンにより前
   記ヒートシンクに導通されていることを特徴とする半導
   体光機能装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体光機能装置を励起
   光源として用い、該半導体光機能装置から発せられる光
   により励起されレーザ発振するレーザ結晶と、該レーザ
   結晶と共振器を形成し、前記レーザ結晶から発せられる
   光を出力する凹面ミラーとを備えてなる固体レーザ発光
   装置。
3. 【請求項３】 前記共振器内に、前記レーザ結晶から発
   せられる光を受け、該光の波長を変換して第２高調波を
   発生させる波長変換素子を備えたことを特徴とする請求
   項２記載の固体レーザ発光装置。
4. 【請求項４】 前記半導体光機能装置の光出射面が１５
   ％以上５０％以下の反射率を有することを特徴とする請
   求項２または３記載の固体レーザ発光装置。
5. 【請求項５】 導電性材料からなるヒートシンクと、そ
   の上に接着された絶縁体からなるサブマウントと、その
   上に接着され、光を増幅する半導体増幅素子とからなる
   半導体光機能装置において、 前記サブマウントが、該サブマウントの前記ヒートシン
   クと前記半導体増幅素子に接着される表面に金属層を有
   し、導電性ろう材により前記ヒートシンク上に接着され
   ており、 前記半導体増幅素子が、基板と、該基板上に形成された
   活性層と、前記基板と活性層を間に挟む２つの電極と、
   該２つの電極のうちの活性層から近い電極上に形成され
   た厚さ５μｍ以上の金メッキ層とを備えており、前記２
   つの電極のうち前記活性層から遠い電極が、導電性ろう
   材により前記サブマウント上に接着されており、 前記金メッキ層が、金ワイヤーまたは金リボンにより前
   記ヒートシンクに導通されていることを特徴とする半導
   体光機能装置。