JP2004079854A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ハイブリッドに集積化する半導体レーザ素子アレイにおいて、各半導体レーザチップの発光点の間隔を自己整合的に制御できるようにする。
【解決手段】半導体レーザ装置１００は、例えばシリコンからなり、その主面に互いに間隔をおいて形成された第１のリセス部１０ａ及び第２のリセス部１０ｂとを有する基板１０を備えている。第１のリセス部１０ａには、赤外レーザ光を発光する機能ブロック化された第１の半導体レーザ素子１１が嵌め込まれ、第２のリセス部１０ｂには、赤色レーザ光を発光する機能ブロック化された第２の半導体レーザ素子１２が嵌め込まれている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特にコンパクトディスク又はデジタルヴァーサタイルディスク等の光記録媒体に対して読み出し又は書き込み動作の光源に用いる半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なデジタルヴァーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと呼ぶ。）用の再生装置は、ＤＶＤだけでなく、コンパクトディスク（以下、ＣＤと呼ぶ。）の再生機能と、近年急速に普及した追記型ＣＤ（ＣＤ−Ｒ）の再生及び記録機能とが共に必要とされる。
【０００３】
ＤＶＤを再生する再生光には、６５０ｎｍ帯の波長を有する赤色レーザ光が用いられ、一方、ＣＤ又はＣＤ−Ｒを再生する再生光には、７８０ｎｍ帯の波長を有する赤外レーザ光が用いられる。従って、現状のＤＶＤ再生装置には、赤色レーザ光を生成する赤色半導体レーザ素子と、赤外レーザ光を生成する赤外半導体レーザ素子との２つの半導体レーザ素子が搭載されている。
【０００４】
近年、パーソナルコンピュータ等の情報機器に対する小型化の要望に伴い、ＤＶＤ再生装置も小型化と薄型化とを進展させる必要がある。これを実現するためには、光ピックアップの小型化及び薄型化が必要不可欠となる。光ピックアップの小型化及び薄型化の方法として、光学系の簡素化が挙げられる。
【０００５】
その方法の１つとして、赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子との集積化が考えられる。現状のＤＶＤ再生装置は、赤色半導体レーザ素子用及び赤外半導体レーザ素子用の２つの光学系部品から構成されており、赤色と赤外との２つの半導体レーザ素子を集積化することにより、光学系部品を共有することが可能となり、光ピックアップの小型化及び薄型化が実現できている。
【０００６】
例えば、赤色半導体レーザ素子及び赤外半導体レーザ素子の集積化の例として、特開平１１−１８６６５１号公報には、一の基板上に集積された、いわゆるモノリシック型の半導体レーザ素子アレイが開示されている。
【０００７】
また、赤色用と赤外用との２つの半導体レーザチップをハイブリッドに集積化することにより２つの光学系部品を共有する光ピックアップの例が、特開平１１−１４４３０７号公報及び特開平１１−１４９６５２号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモノリシック型の２波長レーザ素子アレイは、各レーザ素子における活性層の組成が互いに異なるため、成長工程を別々に行わなければならず、歩留まりが悪いという問題がある。特に高出力のレーザ素子をモノリシックに集積する場合は、歩留まりの悪化は顕著となる。
【０００９】
さらに、高密度ＤＶＤに用いられる窒化ガリウム（ＧａＮ）系の青色レーザ素子と燐化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）系の赤色レーザ素子とをモノリシックに集積化することは、結晶成長の点から極めて困難である。
【００１０】
また、前記従来のハイブリッド型の光ピックアップは、組立装置を用いて、赤色半導体レーザチップと赤外半導体レーザチップを組み立てる際に、各半導体レーザチップの活性層の位置及び発光点の間隔を制御して最適化することが困難であるという問題を有している。
【００１１】
一方、近年、デバイスの実装方法の一つとして、Ｆｌｕｉｄｉｃ　Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ（以下、ＦＳＡと呼ぶ。）法を用いた実装方法が開発されている。
【００１２】
ＦＳＡ法は、十μｍ〜数百μｍの大きさで且つ所定の形状を有するデバイス（以下、「機能ブロック」と呼ぶ。）を液体中に分散させたスラリ状とし、このスラリ状の液（懸濁液）を、機能ブロックとほぼ同じ大きさと形状とを有するリセス部が形成された基板の表面に流し込み、液体中に分散した機能ブロックをリセス部に嵌め込むことにより、機能ブロックの基板への実装を行なう方法である。
【００１３】
ＦＳＡ法は、例えば、米国特許第５，５４５，２９１号、米国特許第５，７８３，８５６号、米国特許第５，８２４，１８６号及び米国特許第５，９０４，５４５号等に開示されている。
【００１４】
本発明は、ＦＳＡ法に着目し、ハイブリッドに集積化する半導体レーザ素子アレイにおいて、各半導体レーザチップの発光点の間隔を自己整合的に制御できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体レーザ装置を、主面に複数のリセス部を有する基板における各リセス部に、出射方向を揃えた半導体レーザ素子を嵌め込む構成とする。
【００１６】
具体的に、本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、主面に複数のリセス部を有する基板と、複数のリセス部のそれぞれに嵌め込まれた複数の半導体レーザ素子とを備え、各半導体レーザ素子は、レーザ光を端面から出射する端面出射型であり、各リセス部は各半導体レーザ素子の出射方向が互いに揃うように形成されている。
【００１７】
第１の半導体レーザ装置によると、各半導体レーザ素子は基板の主面に設けられたリセス部にそれぞれ嵌め込まれ、且つ各リセス部は各半導体レーザ素子の出射方向が互いに揃うように形成されているため、各半導体レーザ素子は基板のリセス部にそれぞれ嵌め込まれるだけで、半導体レーザ素子ごとの活性層の位置と、半導体レーザ素子同士の発光点の間隔とが自己整合的に揃う。
【００１８】
その上、複数の半導体レーザ素子の構成材料（組成）がそれぞれ異なっている場合であっても集積化が可能となり、また、各リセス部自体が各半導体レーザ素子の出射方向を揃えるため、光ピックアップ装置に用いた場合に結像するスポットの波面収差を許容範囲に確実に収めることができる。
【００１９】
第１の半導体レーザ装置において、複数の半導体レーザ素子のうちの２つは、発光波長が互いに異なることが好ましい。
【００２０】
また、第１の半導体レーザ装置において、複数の半導体レーザ素子のうちの２つは、光出力が互いに異なることが好ましい。
【００２１】
第１の半導体レーザ装置において、基板には各半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部を露出する切り欠き部が形成されていることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、端面出射型の半導体レーザ素子が基板のリセス部に嵌め込まれる構成であっても、切り欠き部からレーザ光を取り出すことができる。
【００２３】
この場合に、切り欠き部は２つ以上形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、この場合に、切り欠き部はその下部がリセス部の底面に達する凹部形状を有していることが好ましい。
【００２５】
第１の半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子は、前端面側の形状とそれと対向する後端面側の形状とが互いに異なることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、各半導体レーザ素子をリセス部に嵌め込む際に、各半導体レーザ素子における出射方向の前方端及び後方端を選択的に嵌め込むことができるようになる。
【００２７】
また、第１の半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子は、前端面からの光出力と後端面からの光出力が互いに同一であることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、半導体レーザ素子における出射方向の選択が不要となり、製造が容易となる。
【００２９】
第１の半導体レーザ装置において、各リセス部の底面上にはそれぞれリセス電極が形成され、各半導体レーザ素子におけるリセス部の底面と対向する面上にはそれぞれ素子電極が形成され、各半導体レーザ素子は、素子電極を介して各リセス電極とそれぞれ電気的に接続されていることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、各半導体レーザ素子がその裏面にそれぞれ素子電極を有する構成であっても、基板の裏面等からリセス電極に対して電気的な接続を図ることにより、半導体レーザ素子に動作電流を確実に供給することができる。
【００３１】
第１の半導体レーザ装置において、各半導体レーザ素子の平面形状は互いに異なっており、リセス部の平面形状は、各半導体レーザ素子と対応してそれぞれ異なることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、複数の半導体レーザ素子のそれぞれを基板に設けられたリセス部に選択的に嵌め込むことができる。
【００３３】
この場合に、半導体レーザ素子の平面形状は発光波長ごとに異なることが好ましい。このようにすると、２波長レーザ素子アレイを確実に得ることができる。
【００３４】
また、この場合に、半導体レーザ素子の形状は光出力ごとに異なることが好ましい。このようにすると、書き込み用及び読み出し用のように用途別のレーザ素子アレイを確実に得ることができる。
【００３５】
本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、主面に複数のリセス部を有する基板と、複数のリセス部のそれぞれに嵌め込まれた複数の半導体レーザ素子とを備え、各半導体レーザ素子におけるリセス部の底面と対向する面上にはそれぞれ素子電極が形成され、各リセス電極は、その端部が基板の主面上にまで達するように設けられている。
【００３６】
第２の半導体レーザ装置によると、各半導体レーザ素子は基板の主面に設けられたリセス部にそれぞれ嵌め込まれ、且つ各リセス電極はその端部が基板の主面上にまで達するように設けられているため、各半導体レーザ素子は基板のリセス部に嵌め込まれた後であっても、半導体レーザ素子の裏面に形成された素子電極に対して基板の主面側からの電気的な接続が容易となる。
【００３７】
その上、複数の半導体レーザ素子の構成材料（組成）がそれぞれ異なっている場合であっても集積化が可能となり、また、各リセス部自体が各半導体レーザ素子の出射方向をも揃えることが可能となるため、光ピックアップ装置に用いた場合に結像するスポットの波面収差を許容範囲に確実に収めることができる。
【００３８】
第２の半導体レーザ装置において、各リセス電極は、各半導体レーザ素子に対して共通に設けられていることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、複数の半導体レーザ素子の発光波長が互いに異なっている場合であっても、レーザ素子アレイを構成する半導体レーザ素子同士の裏面の素子電極を共通に設けることができる。
【００４０】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の主面に複数のリセス部を設ける第１の工程と、それぞれがチップ状の複数の半導体レーザ素子を液体中に分散すると共に、複数の半導体レーザ素子が分散した液体を基板の主面上に流すことにより、複数の半導体レーザ素子を各リセス部にそれぞれ自己整合的に嵌め込む第２の工程とを備え、各半導体レーザ素子は、レーザ光を端面から出射する端面出射型であり、第１の工程において、各リセス部は、各半導体レーザ素子の出射方向が互いに揃うように形成する。
【００４１】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によると、いわゆるＦＳＡ法であって、複数の半導体レーザ素子が分散した液体を基板の主面上に流すことにより、複数の半導体レーザ素子を各リセス部にそれぞれ自己整合的に嵌め込むため、各半導体レーザ素子は基板のリセス部にそれぞれ嵌め込むだけで、半導体レーザ素子ごとの活性層の位置と、半導体レーザ素子同士の発光点の間隔とが自己整合的に揃えることができる。
【００４２】
その上、複数の半導体レーザ素子の構成材料（組成）がそれぞれ異なっている場合であっても集積化が可能となり、また、各リセス部自体が各半導体レーザ素子の出射方向を自己整合的に揃えるため、光ピックアップ装置に用いた場合に結像するスポットの波面収差を許容範囲に確実に収めることができる。
【００４３】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、第１の工程は、基板に各半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部を露出する切り欠き部を形成する工程を含むことが好ましい。
【００４４】
このようにすると、端面出射型の半導体レーザ素子が基板のリセス部に嵌め込まれたとしても、切り欠き部からレーザ光を取り出すことができる。
【００４５】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の工程において、リセス部の平面形状を複数の半導体レーザ素子の形状に合わせて異なるように形成することが好ましい。
【００４６】
このようにすると、ＦＳＡ法を用いても、互いに発光波長が異なる複数の半導体レーザ素子のそれぞれを、基板に設けられたリセス部に選択的に嵌め込むことができるため、２波長レーザ素子アレイ等を確実に得ることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置であって、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は右側面構成を示し、（ｃ）は正面構成を示している。
【００４９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなり、その主面に互いに間隔をおいて形成された第１のリセス部１０ａ及び第２のリセス部１０ｂとを有する基板１０を備えている。
【００５０】
第１のリセス部１０ａには、例えば赤外レーザ光を発光する機能ブロック化された第１の半導体レーザ素子（レーザチップ）１１が嵌め込まれ、第２のリセス部１０ｂには、例えば赤色レーザ光を発光する機能ブロック化された第２の半導体レーザ素子（レーザチップ）１２が嵌め込まれている。
【００５１】
ここで、基板１０は、シリコンに限られず、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等でも良く、熱伝導性に優れる材料が好ましい。また、基板１０を構成する材料は、機能ブロックの種類や、半導体レーザ装置１００の用途等に応じて適宜選択すれば良い。
【００５２】
第１の半導体レーザ素子１１及び第２の半導体レーザ素子１２の発光波長は、上記の組み合わせに限られず、例えば赤外、赤色及び青色のレーザ光のうちの２つを選択すれば良く、また、基板１０に第３のリセス部を第１のリセス部１０ａ等と並置して形成し、３種類のレーザ光をそれぞれ発光する半導体レーザ素子を嵌め込んでも良い。さらには、基板１０に４つ以上のリセス部を形成し、それぞれにレーザ素子を嵌め込んでも良い。
【００５３】
半導体レーザ装置１００は、光ディスクの読み出し又は書き込みに用いる光ピックアップ装置（図示せず）に適用される。本実施形態においては、各半導体レーザ素子１１、１２は共に、レーザ光を成長した半導体層の端面から出射する、いわゆる端面出射型の半導体レーザ素子であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、各半導体レーザ素子１１、１２の各出射端面１１ａ、１２ａから出射される各レーザ光が光ピックアップ装置に搭載された対物レンズに入射するように配置されている。
【００５４】
そこで、本実施形態の特徴として、図１（ｂ）に示すように、基板１０には、第１の半導体レーザ素子１１及び第２の半導体レーザ素子１２の各出射端面におけるレーザ発光部（共振器端面）１１ｃ、１２ｃをそれぞれ露出するように、第１の切り欠き部１０ｃ及び第２の切り欠き部１０ｄが形成されている。このように、基板１０にそれぞれ切り欠き部１０ｃ、１０ｄを設けることにより、各半導体レーザ素子１１、１２が基板１０の各リセス部１０ａ、１０ｂに嵌め込まれる構成であっても、各出射光は図１（ｃ）に示すように出力が可能となる。
【００５５】
また、基板１０には、各半導体レーザ素子１１、１２の出射端面１１ａ、１２ａの反対側の面である後端面１１ｂ、１２ｂからパワーモニタ用のレーザ光を取り出す第３の切り欠き部１０ｅ及び第４の切り欠き部１０ｆが設けられている。このパワーモニタ用の第３の切り欠き部１０ｅ及び第４の切り欠き部１０ｆは、必ずしも必要ではないが、半導体レーザ装置１００の用途によって、それらを設けるか否かを判断すれば良い。
【００５６】
本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、機能ブロック化された第１の半導体レーザ素子１１及び第２の半導体レーザ素子１２における平面形状は長方形状であり、また、出射方向に垂直な方向の断面形状は、四角錐台形状としている。
【００５７】
なお、機能ブロックの形状はこれに限定されず、用途及び機能に応じて種々の形状とすることができる。例えば、各機能ブロックの平面形状は、正方形状や円形状等でも良く、また、平行四辺形状、楕円形状、長円形状等の２回回転対称の対称性を有する形状、又は台形状等の１回回転対称の対称性を有する形状であってもよい。但し、正方形状及び円形状の場合は、機能ブロック同士の出射方向を揃えることはやや困難となる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によると、互いに発光波長が異なる機能ブロック化された半導体レーザ素子１１、１２は、レーザ光の出射が互いにほぼ平行となるように配置されているため、各レーザ発光部１１ｃ、１２ｃが自己整合的に整列するので、レーザ光の光学系で発生する波面収差を確実に低減することができる。
【００５９】
なお、第１の半導体レーザ素子１１と第２の半導体レーザ素子１２とは、互いの発光波長が同一で、且つ互いの光出力値が異なる構成であっても良い。
【００６０】
また、第１の半導体レーザ素子１１と第２の半導体レーザ素子１２とは、それぞれ、出射端面１１ａ、１２ａからの光出力と後端面１１ｂ、１２ｂとが同一のなるように設定されていても良い。このようにすると、第１の半導体レーザ素子１１と第２の半導体レーザ素子１２との、それぞれの前後方向の区別が不要となるため、１のリセス部１０ａ及び第２のリセス部１０ｂに嵌め込む工程が容易となる。
【００６１】
また、機能ブロック化された各半導体レーザ素子１１、１２の配置位置は本実施形態に限られない。
【００６２】
（第１変形例）
以下、本発明の一実施形態の第１変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の一実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置であって、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は右側面構成を示している。図２（ａ）及び２（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６４】
図２（ａ）及び２（ｂ）に示すように、第１変形例に係る半導体レーザ装置１００Ａは、第２の半導体レーザ素子１２Ａにおける出射方向に対して垂直な方向の寸法である幅寸法を、第１の半導体レーザ素子１１の幅寸法よりも小さくしている。これにより、発光波長又は光出力値が互いに異なる半導体レーザ素子１１、１２Ａを選択的に嵌め込む処理が容易となる。この場合も、各半導体レーザ素子１１、１２Ａにおける出射端面１１ａ、１２ａの位置及びレーザ発光部１１ｃ、１２ｃの高さ等を揃えている。
【００６５】
（第２変形例）
次に、本発明の一実施形態の第２変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図３は本発明の一実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置の平面構成を示している。図３において、図１（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００６７】
図３に示すように、第２変形例に係る半導体レーザ装置１００Ｂは、第２の半導体レーザ素子１２Ｂにおける出射方向に対して平行な方向の寸法である長さ寸法を、第１の半導体レーザ素子１１の長さ寸法よりも小さくしている。このようにしても、互いに発光波長又は光出力値が互いに異なる半導体レーザ素子１１、１２Ｂを所望の位置に嵌め込む処理が容易となる。この場合も、各半導体レーザ素子１１、１２Ｂにおける出射端面１１ａ、１２ａの位置及びレーザ発光部１１ｃ、１２ｃの高さ等を揃えている。
【００６８】
（第３変形例）
次に、本発明の一実施形態の第３変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６９】
図４は本発明の一実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置の平面構成を示している。図４において、図１（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００７０】
第３変形例に係る半導体レーザ装置１００Ｃは、共に高出力レーザ素子であって、第１及び第２の半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃの出射端面１１ａ、１２ａの反対側の面である後端面１１ｂ、１２ｂ側の端部の平面形状を、各出射端面１１ａ、１２ａ側の端部の平面形状と異なる形状としている。さらに、第２変形例と同様に、第２の半導体レーザ素子１２Ｃの長さ寸法を、第１の半導体レーザ素子１１Ｃの長さ寸法よりも小さくしている。
【００７１】
高出力レーザ素子は、一般に、素子の出射端面側と後端面側とでは、レーザ光の光出力値（パワー）が大きく異なるため、出射端面と後端面とを確実に区別する必要がある。
【００７２】
従って、第３変形例においては、図４に示すように、各半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃの出射端面１１ａ、１２ａと後端面１１ｂ、１２ｂとで互いの形状を変えることにより、各半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃの出射方向を確実に揃えることができる。
【００７３】
なお、図４に示す各半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃの平面形状は一例に過ぎず、前端部と後端部との平面形状が非対称であれば、この形状に限定されない。
【００７４】
ところで、第１及び第２の半導体レーザ素子１１、１２の素子電極のｐ側電極及びｎ側電極が、共に基板１０の主面側に設けられる構成の場合は、各リセス部１０ａ、１０ｂの底面上には電極（リセス電極）を設ける必要はない。
【００７５】
しかしながら、各半導体レーザ素子１１、１２がその上面と底面とに互いに対向するように形成されたｐ側及びｎ側の素子電極を有する場合には、各リセス部１０ａ、１０ｂの底面上にリセス電極が必要となる。
【００７６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）はリセス電極の３通りの平面構成を示している。
【００７７】
図５（ａ）は１例目のリセス電極を示し、図５（ａ）に示すように、第１及び第２の各半導体レーザ素子１１、１２を駆動するために、基板１０における各リセス部１０ａ、１０ｂの底面上には、それぞれ半田材等の低融点金属からなる第１のリセス電極２１及び第２のリセス電極２２が形成されている。
【００７８】
従って、例えば後述するＦＳＡ法によって、機能ブロック化された各半導体レーザ素子１１、１２が基板１０の各リセス部１０ａ、１０ｂにそれぞれ嵌め込まれた後に、第１のリセス電極２１及び第２のリセス電極２２に対して、半田材が溶ける程度に加熱することによって、各半導体レーザ素子１１、１２の各素子電極と各リセス電極２１、２２とが電気的に接続される。
【００７９】
なお、第１及び第２のリセス電極２１、２２は、例えば、基板１０における各リセス電極の下側に形成された貫通孔に充填されてなる導電性部材であるビア３０によって、基板１０の外部との電気的な導通を図っている。
【００８０】
次に、図５（ｂ）は２例目のリセス電極を示し、図５（ｂ）に示すように、第１のリセス電極２１及び第２のリセス電極２２における出射方向に平行な外側の側部には、基板１０の各リセス部１０ａ、１０ｂの底面からそれぞれ主面上にまで延びるように延伸部２１ａ、２２ａが形成されている。このように、各リセス電極２１、２２に延伸部２１ａ、２２ａを設けることにより、各半導体レーザ素子の裏面に形成された素子電極は、基板１０の下部にビア３０を設けることなく、基板１０の主面側から電気的な接続が行なえるようになる。
【００８１】
次に、図５（ｃ）は３例目のリセス電極を示し、図５（ｃ）に示すように、第１のリセス部１０ａ及び第２のリセス部１０ｂの両底面上には、該両底面を跨ぐように共通リセス電極２３が形成されている。ここでも、第１のリセス電極２１における出射方向に平行な外側の側部には、第１のリセス部１０ａの底面から主面上にまで延びるように延伸部２３ａが形成されている。このような共通リセス電極２３を設けることにより、第１及び第２の半導体レーザ素子１１、１２の発光波長が互いに異なっている場合であっても、レーザ素子アレイを構成する半導体レーザ素子同士の裏面の素子電極の共通化を図ることが可能となる。
【００８２】
なお、共通リセス電極２３を設ける場合には、基板１０における第１のリセス部１０ａと第２のリセス部１０ｂとの間の境界部分を除去して、各リセス部１０ａ、１０ｂの底面とほぼ同程度の高さとすると、共通リセス電極２３を形成し易くなる。
【００８３】
以上、半導体レーザ素子の素子電極のうち裏面電極の導通の取り方について説明したが、基板１０の主面から露出する上面の素子電極については、ワイヤボンディングにより配線を形成する方法が比較的に簡便である。
【００８４】
（製造方法）
以下、前記のように構成された半導体レーザ装置１００の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８５】
本発明に係る半導体レーザ装置１００は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、複数のリセス部１０ａ、１０ｂを有する基板１０における各リセス部１０ａ、１０ｂに、機能ブロック化された半導体レーザ素子１１、１２を嵌め込むことにより、各レーザ発光部１１ｃ、１２ｃの位置合わせを自己整合的に行なえることを特徴とする。
【００８６】
従って、機能ブロック化された半導体レーザ素子１１、１２は、人手により又は組立装置により、基板の各リセス部１０ａ、１０ｂにそれぞれ嵌め込むことは可能である。
【００８７】
しかしながら、本実施形態においては、前述したＦＳＡ法を用いることにより、複数のレーザ素子の嵌め込み（実装）工程の効率を大幅に向上している。
【００８８】
まず、本発明の基板の主面に形成するリセス部の製造方法について説明する。
【００８９】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の基板となるシリコン、ヒ化ガリウム又は炭化シリコンからなり、複数のリセス部が形成された状態のウエハ１０Ａであって、図６（ａ）は平面構成を示し、図６（ｂ）は（ａ）を部分的に拡大して示している。
【００９０】
図６（ｂ）の部分拡大図に示すように、ウエハ１０Ａの主面には、それぞれが機能ブロック化された半導体レーザ素子を嵌め込む複数の第１のリセス部１０ａと、該第１のリセス部１０ａと隣接した第２のリセス部１０ｂとが、それぞれリセスの長手方向（レーザ光の出射方向）に互いに間隔をおいて、第１のリセス列及び第２のリセス列として並行して配置されている。
【００９１】
また、ウエハ１０Ａの主面における、長手方向に互いに隣接する第１のリセス部１０ａ同士及び第２のリセス部１０ｂ同士の間の各領域には、ウエハ１０Ａの分割後に発光光を取り出すための切り欠き部となる溝部１０ｇがそれぞれ形成されている。
【００９２】
−基板の製造方法−
以下、基板の製造方法の一例を説明する。
【００９３】
図７（ａ）〜図７（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の基板におけるリセス部の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、ここでは、ウエハ１０Ａにシリコンを用いた場合を示しており、さらに、第１のリセス部１０ａにのみ着目して、その出射方向に垂直な方向の断面を示す。
【００９４】
まず、図７（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、ウエハ１０Ａの主面上に、膜厚が０．７μｍ〜１μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ２　）からなるマスク膜３０を堆積する。
【００９５】
次に、図７（ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、第１のリセス部１０ａの開口パターン３１ａ及び切り欠き部となる溝部１０ｇの開口パターン（図示せず）を有するレジストパターン３１を選択的に形成する。
【００９６】
次に、図７（ｃ）に示すように、レジストパターン３１をマスクとして、マスク膜３０に対して、例えばフルオロカーボンをエッチングガスとするドライエッチングを行なって、マスク膜３０に第１のリセス部１０ａの開口パターン３０ａ及び溝部１０ｇの開口パターン（図示せず）を転写する。
【００９７】
次に、図７（ｄ）に示すように、レジストパターン３０をアッシングにより除去した後、図７（ｅ）に示すように、開口パターン３０ａを有するマスク膜３０をマスクとして、ウエハ１０Ａに対して、例えば塩素（Ｃｌ２　）又は臭化水素（ＨＢｒ）をエッチングガスとするドライエッチングを行なって、ウエハ１０Ａに第１のリセス部１０ａを形成する。ここで、ウエハ１０Ａに対するエッチングはドライエッチに限られず、フッ硝酸の水溶液を用いたウエットエッチでも構わない。なお、第２のリセス部１０ｂ及びそれと接続される溝部も第１のリセス部１０ａ及びそれと接続される溝部１０ｇと同様に且つ同時に形成される。
【００９８】
次に、図７（ｆ）に示すように、各リセス部１０ａが形成されたウエハ１０Ａを水洗した後、乾燥する。
【００９９】
その後は、リセス電極が必要な場合には、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示したうちの１つのリセス電極を形成する。
【０１００】
−半導体レーザ素子の実装方法−
次に、半導体レーザ素子の実装方法について説明する。
【０１０１】
本実施形態に係る半導体レーザ素子の実装方法は、ＦＳＡ法により、機能ブロック化された第１及び第２の半導体レーザ素子１１、１２をウエハ１０Ａの各リセス部１０ａ、１０ｂにそれぞれ嵌め込む方法を用いる。ＦＳＡ法を用いると、機能ブロック化された各半導体レーザ素子１１、１２を所望の位置に精度良く且つ高効率に配置することができる。
【０１０２】
但し、ＦＳＡ法は、機能ブロックを水（Ｈ２Ｏ　）又はメチルアルコール（ＣＨ３ＯＨ　）等の液（媒体）中に分散させるため、２波長レーザ素子アレイを組み立てる場合には、第１の半導体レーザ素子１１と第２の半導体レーザ素子１２との平面形状を異ならせることが好ましい。具体的には、ウエハ１０Ａには、例えば、図４に示した第３変形例に係る第１及び第２の半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃを嵌め込み可能なリセス部１０ａ、１０ｂとすることが好ましい。
【０１０３】
さらには、第１及び第２の半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃのうち平面寸法が大きいレーザ素子、すなわち、第１の半導体レーザ素子１１Ｃから先に嵌め込むことが望ましい。
【０１０４】
従って、以下では、第３変形例に係る半導体レーザ装置１００Ｃを作製する場合を説明する。
【０１０５】
まず、形成された第１及び第２のリセス部１０ａ、１０ｂの底面上に、リセス電極が形成されている場合には半田材を塗布する。また、リセス電極が形成されていない場合には熱硬化型接着材又はＵＶ硬化型接着剤等を塗布しておいても良い。
【０１０６】
図８は機能ブロック化された複数の半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃを実装するＦＳＡ装置（実装装置）を模式的に示している。
【０１０７】
図８に示すように、機能ブロック化された複数の半導体レーザ素子が分散してスラリ化した液を収納する容器５０と、該容器５０の底部に回転可能に設置され、その上面にウエハ１０Ａを保持するウエハ保治具５１と、スラリ化した液を循環するポンプ部６０とから構成されている。ここで、ウエハ保持具５１の上面は液面に対して斜めに位置するように設けられている。
【０１０８】
ポンプ部６０は、スラリ化した液がガス導入口６１から例えば窒素ガスを導入することにより容器５０の内部を循環し、さらに循環した液がウエハ保治具５１の上面に注がれるように設けられている。
【０１０９】
続いて、ウエハ保治具５１の上に、複数の第１のリセス部１０ａ、複数の第２のリセス部１０ｂ及び溝部１０ｇが形成されたウエハ１０Ａを保持する。
【０１１０】
その後、複数の半導体レーザ素子１１Ｃが分散してスラリ化した液を、斜めの状態で保持されたウエハ１０Ａの主面の全面にわたって注ぐ。このスラリ状の液はポンプ６０で循環されるため、第１のリセス部１０ａに嵌まらなかった半導体レーザ素子１１Ｃは回収され、何度も利用することができる。
【０１１１】
ここで、液中に保持されたウエハ１０Ａは、その面内方向に回転させると、第１の半導体レーザ素子１１Ｃがより一層嵌まり易くなる。
【０１１２】
次に、ウエハ１０Ａにおける複数の第１のリセス部１０ａの実装が完了したことを確認した後、今度は、機能ブロック化された複数の第２の半導体レーザ素子１２Ｃを液中に分散し、ポンプ部６０を稼働してウエハ１０Ａにおける複数の第２のリセス部１０ｂに、第２の半導体レーザ素子１２Ｃをそれぞれ嵌め込む。
【０１１３】
図９はウエハ１０Ａの各リセス部１０ａ、１０ｂに第１及び第２の半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃが嵌め込まれた状態を部分的に拡大して示している。
【０１１４】
その後、第１及び第２の各半導体レーザ素子１１Ｃ、１２Ｃを固着する。具体的には、半田材又は熱硬化型接着剤で固着する場合はウエハ１０Ａを加熱し、また、ＵＶ硬化型接着剤で固着する場合は、ウエハ１０Ａの全面に紫外光を照射する。
【０１１５】
続いて、図９に破線で示すダイシングライン４０に沿って、ダイシングソー等により、それぞれ半導体レーザ装置１０Ｃを切り出す。
【０１１６】
このように、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、実装のプロセスが極めて簡便であり、その上、良品と判定された機能ブロック（半導体レーザ素子）のみを実装することができるため、半導体レーザ装置のコストを低減することができる
さらに、基板１０への実装にＦＳＡ法を用いることにより、自己整合的に位置合わせを行なえるため、歩留まりも向上する。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置によると、各半導体レーザ素子は基板のリセス部にそれぞれ嵌め込まれるだけで、半導体レーザ素子ごとの活性層の位置と、半導体レーザ素子同士の発光点の間隔とが自己整合的に揃う。
【０１１８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によると、いわゆるＦＳＡ法を用いるため、各半導体レーザ素子は基板のリセス部にそれぞれ嵌め込まれるだけで、半導体レーザ素子ごとの活性層の位置と、半導体レーザ素子同士の発光点の間隔とが自己整合的に揃えることができる。その上、複数の半導体レーザ素子の構成材料がそれぞれ異なっている場合であっても集積化が可能となり、また、各リセス部自体が各半導体レーザ素子の出射方向を自己整合的に揃えるため、光ピックアップ装置に用いた場合に結像するスポットの波面収差を許容範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を模式的に示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は右側面図であり、（ｃ）は正面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置を模式的に示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は右側面図である。
【図３】本発明の一実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置を示す模式的な平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置を示す模式的な平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の基板に形成されたリセス部及びリセス電極を模式的に示す平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置のウエハ状態の基板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は部分的な拡大平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における実装（嵌め込み）装置を示す模式的な構成図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法においてウエハ状態の基板に機能ブロックが嵌め込まれた状態を示す部分的な拡大平面図である。
【符号の説明】
１００　　　半導体レーザ装置
１００Ａ　　半導体レーザ装置
１００Ｂ　　半導体レーザ装置
１００Ｃ　　半導体レーザ装置
１０　　　　基板
１０ａ　　　第１のリセス部
１０ｂ　　　第２のリセス部
１０ｃ　　　第１の切り欠き部
１０ｄ　　　第２の切り欠き部
１０ｅ　　　第３の切り欠き部
１０ｆ　　　第４の切り欠き部
１０ｇ　　　溝部
１１　　　　第１の半導体レーザ素子
１１Ｃ　　　第１の半導体レーザ素子
１１ａ　　　出射端面
１１ｂ　　　後端面
１１ｃ　　　レーザ発光部
１２　　　　第２の半導体レーザ素子
１２Ａ　　　第２の半導体レーザ素子
１２Ｂ　　　第２の半導体レーザ素子
１２Ｃ　　　第２の半導体レーザ素子
１２ａ　　　出射端面
１２ｂ　　　後端面
１２ｃ　　　レーザ発光部
２１　　　　第１のリセス電極
２１ａ　　　延伸部
２２　　　　第２のリセス電極
２２ａ　　　延伸部
２３　　　　共通リセス電極
２３ａ　　　延伸部
３０　　　　マスク膜
３０ａ　　　開口パターン
３１　　　　レジストパターン
３１ａ　　　開口パターン
５０　　　　容器
５１　　　　ウエハ保治具
６０　　　　ポンプ部
６１　　　　ガス導入口

Claims (17)

  1. 主面に複数のリセス部を有する基板と、
    前記複数のリセス部のそれぞれに嵌め込まれた複数の半導体レーザ素子とを備え、
    前記各半導体レーザ素子は、レーザ光を端面から出射する端面出射型であり、前記各リセス部は、前記各半導体レーザ素子の出射方向が互いに揃うように形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記複数の半導体レーザ素子のうちの２つは、発光波長が互いに異な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。
  3. 前記複数の半導体レーザ素子のうちの２つは、光出力が互いに異な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。
  4. 前記基板は、前記各半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部を露出する切り欠き部が形成され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。
  5. 前記切り欠き部は２つ以上形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記切り欠き部は、その下部が前記リセス部の底面に達する凹部形状を有していることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記半導体レーザ素子は、前端面側の形状とそれと対向する後端面側の形状とが互いに異なることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記半導体レーザ素子は、前端面からの光出力と後端面からの光出力が互いに同一であ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。
  9. 前記各リセス部の底面上にはそれぞれリセス電極が形成され、
    前記各半導体レーザ素子における前記リセス部の底面と対向する面上にはそれぞれ素子電極が形成され、
    前記各半導体レーザ素子は、前記素子電極を介して前記各リセス電極とそれぞれ電気的に接続され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。
  10. 前記各半導体レーザ素子の平面形状は互いに異なっており、
    前記リセス部の平面形状は、前記各半導体レーザ素子と対応してそれぞれ異な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。
  11. 前記半導体レーザ素子の平面形状は、発光波長ごとに異なることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置。
  12. 前記半導体レーザ素子の形状は、光出力ごとに異なることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置。
  13. 主面に複数のリセス部を有する基板と、
    前記複数のリセス部のそれぞれに嵌め込まれた複数の半導体レーザ素子とを備え、
    前記各半導体レーザ素子における前記リセス部の底面と対向する面上にはそれぞれ素子電極が形成され、
    前記各リセス電極は、その端部が前記基板の主面上にまで達するように設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  14. 前記各リセス電極は、前記各半導体レーザ素子に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。
  15. 基板の主面に複数のリセス部を設ける第１の工程と、
    それぞれがチップ状の複数の半導体レーザ素子を液体中に分散すると共に、前記複数の半導体レーザ素子が分散した液体を前記基板の主面上に流すことにより、前記複数の半導体レーザ素子を前記各リセス部にそれぞれ自己整合的に嵌め込む第２の工程とを備え、
    前記各半導体レーザ素子は、レーザ光を端面から出射する端面出射型であり、前記第１の工程において、前記各リセス部は、前記各半導体レーザ素子の出射方向が互いに揃うように形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
  16. 前記第１の工程は、前記基板に、前記各半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射部を露出する切り欠き部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
  17. 前記第１の工程において、前記リセス部の平面形状を前記複数の半導体レーザ素子の形状に合わせて異なるように形成することを特徴とする請求１５又は１６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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