JP2005039105A

JP2005039105A - ２波長半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2005039105A
Application number: JP2003275802A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Bessho; 靖之別所
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: JP4535698B2

Abstract

【課題】半導体レーザ素子をヒートシンクに半田付けにより実装する際に半田流れ等による端子間の短絡が防止され、実装効率が向上された２波長半導体レーザ装置を提供すること。
【解決手段】２波長半導体レーザ装置１０の半導体レーザチップＬＤＣは、発光部となる接合層１４、１８をヒートシンク２３に近づけて固着したジャンクションダウン構造を有し、
前記異なる波長を出射する２つの半導体レーザ素子のうち、
前記短波長側の半導体レーザ素子ＬＤ１の下部のヒートシンク固着面には、前記短波長側の半導体レーザ素子の一方の電極２１の全面に接するように半田層２６を介して第１の電極２４を設け、
前記長波長側の半導体レーザ素子ＬＤ２の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極２２の発光部１９となる導波路の下部３０を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、２波長半導体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザ素子をヒートシンクに半田付けにより実装する際に半田流れ等による端子間の短絡が防止され、実装効率が向上された２波長半導体レーザ装置に関する。

現在、光記録媒体として、コンパクトディスク（ＣＤ）、レコーダブルコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、ミニディスク（ＭＤ）や、更に高密度なデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等が知られており、これらの記録媒体ピックアップにおいて少なくともＤＶＤおよびＣＤ／ＣＤ−Ｒを再生するためには、光源にＤＶＤ用の発振波長６５０ｎｍレーザと、ＣＤ用の７８０ｎｍレーザが必要となる。さらに、光ピックアップの簡素化、小型化等を実現するためには、１つのパッケージから６５０ｎｍおよび７８０ｎｍ両方の波長を出すことのできる２波長レーザ装置が有効である。

２波長半導体レーザ装置は、既にいくつかの形式のものが開発されているが、ここで、本発明の理解のために、その一具体例を図５を参照して説明する。なお、図５（ａ）は従来例の２波長半導体レーザ装置の正面図であり、図５（ｂ）は斜視図である。

この２波長半導体レーザ装置５０は、例えば同一のｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、発光波長が６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系第１半導体レーザ素子ＬＤ１と発光波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系第２半導体レーザ素子ＬＤ２とが互いに分離した状態で集積化されているレーザチップＬＤＣを備えている。

これらＡｌＧａＩｎＰ系第１半導体レーザ素子ＬＤ１及びＡｌＧａＡｓ系第２半導体レーザ素子ＬＤ２の具体的な微細構造はともに本願出願前に周知（下記特許文献１及び２参照）であるので、以下では簡略化して本発明の理解のために必要な部分のみを説明することとする。

すなわち、レーザチップＬＤＣのＡｌＧａＩｎＰ系第１半導体レーザ素子ＬＤ１においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体層１２及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体層１３の間に単一量子井戸（ＳＱＷ）構造ないしは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含む第１接合層１４が形成され、この第１接合層の一部に第１発光部１５が形成されている。同様に、ＡｌＧａＡｓ系第２半導体レーザ素子ＬＤ２においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体層１６及びｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体層１７の間に前記第１接合層１４と同様の構成の第２接合層１８が形成され、この第２接合層１８の一部に第２発光部１９が形成されている。

そして、このレーザチップＬＤＣのｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｎ側共通電極２０が、第１半導体レーザ素子ＬＤ１の上面には第１ｐ側電極２１が、また、第２半導体レーザ素子ＬＤ２の上面には第２ｐ側電極２２がそれぞれ設けられている。

このような構成の２波長半導体レーザ装置５０においては、第１ｐ側電極２１とｎ側共通電極２０との間に電流を流すことによりＡｌＧａＩｎＰ系第１半導体レーザ素子ＬＤ１を、また、第２ｐ側電極２２とｎ側共通電極２０との間に電流を流すことによりＡｌＧａＡｓ系第２半導体レーザ素子ＬＤ２を、それぞれ独立して駆動することができ、第１半導体レーザ素子ＬＤ１を駆動することにより波長６５０ｎｍのレーザ光を、第２半導体レーザ素子ＬＤ２を駆動することにより波長７８０ｎｍのレーザ光を、それぞれ取り出すことができる。

一方、半導体レーザ素子は発光波長の安定化及び高出力化のためにヒートシンクないしは冷却手段が必要とされるが、上述のレーザチップＬＤＣにおいては、それぞれの第１半導体レーザ素子ＬＤ１及び第２半導体レーザ素子ＬＤ２の放熱性を良好にするために、ヒートシンク２３に第１接合層１４及び第２接合層１８を近づけて固着するいわゆるジャンクションダウン構造がとられており、これらの２つの半導体レーザ素子ＬＤ１及びＬＤ２を独立して駆動するために、ヒートシンク２３のレーザチップＬＤＣ固着面には電流通路となるパターンニングされた第１電極２４及び第２電極２５が形成されている。

そして、一般的にレーザチップＬＤＣの固着に際しては、レーザチップＬＤＣの接合側の第１ｐ側電極２１及び第２ｐ側電極２２とヒートシンク２３の第１電極２４及び第２電極２５を合わせるようにして組立が行なわれる。なお、その際、レーザチップＬＤＣの発光部１５、１９となる導波路の下部の第１ｐ側電極２１及び第２ｐ側電極２２の表面には、熱伝導率を上げるために、両者とも全面にわたって第１半田層２６ないしは第２半田層２７が接触するようにボンディングが行われている。
特開平１１−１８６６５１号公報（特許請求の範囲、段落［００１７］〜［００２３］、図１）特開２００２−３２９９３４号公報（特許請求の範囲、図１、図４）

ところで、２波長半導体レーザ装置は、レンズ等の光学部材を共用するために、それぞれのレーザ素子が近接されていることが望ましく、その素子（発光部）間の距離は、一般的に１００〜１２０μｍとされることが多い。そのため、上述の従来の構造の２波長半導体レーザ装置５０では、ヒートシンク２３のパターンニングされた第１電極２４及び第２電極２５の間隔は、前記発光部１５、１９間の距離より狭くなるので、数十μｍとなってしまう。その結果、半導体レーザ装置５０をヒートシンク２３へボンディングする際には、位置ずれを起こすと直ちに短絡を起こしてしまうために、非常に高いチップボンド精度が要求されると共に、図６に示すように、場合によっては第１半田層２６及び第２半田層２７が溶融して短絡部２８を形成してしまうという問題点が存在しており、組立歩留りを上げることが困難であった。

そこで本発明は、上述の従来の２波長半導体レーザ装置の有する問題点を解決して、組立歩留りが向上した２波長半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は以下の構成により達成することができる。すなわち、本願の請求項１に係る発明は、
一つの半導体レーザチップに独立して駆動可能でそれぞれ異なる波長のレーザ光を出射し得る二つの半導体レーザ素子が形成され、前記半導体レーザチップがヒートシンクに搭載されている２波長半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザチップは、発光部となる接合層をヒートシンクに近づけて固着したジャンクションダウン構造を有し、
前記異なる波長を出射する２つの半導体レーザ素子のうち、
前記短波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記短波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の全面に接するように半田層を介して第１の電極が設けられ、
前記長波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の発光部となる導波路の下部を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極が設けられていることを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、前記２波長半導体レーザ装置において、前記短波長側の半導体レーザ素子のヒートシンク上に占める面積は、長波長側の半導体レーザ素子の占める面積よりも広くなっていることを特徴とする。

また、本願の請求項３に係る発明は、前記２波長半導体レーザ装置において、前記ヒートシンク上に更に光検出素子が形成されていること特徴とする。

本発明は、上述の構成を備えることにより以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本願の請求項１に係る２波長半導体レーザ装置によれば、長波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の発光部となる導波路の下部を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極が設けられているので、短波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面に設けられている第１の電極及び半田層との距離を長くすることができるようになるため、半導体レーザ素子をヒートシンクへボンディングする際の位置ずれの許容度が大きくなり、また、前記第１半田層及び第２半田層が互いに溶融して短絡部を形成する機会を大きく減らすことができ、２波長半導体レーザ装置の組立歩留りを従来例のものに比して大幅に向上させることができるようになる。

また、本願の請求項２に係る２波長半導体レーザ装置によれば、短波長側の半導体レーザ素子は、長波長側の半導体レーザ素子よりも発光効率が低いために発熱量が多いにもかかわらず、放熱効率が向上するので、レーザ光の周波数安定度が向上する。

更に、本願の請求項３に係る２波長半導体レーザ装置によれば、別個にモニタ用のフォトダイオード等の光検出器を設ける必要がなくなるので、小型化された２波長半導体レーザ装置を得ることができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明するが、図５及び図６に示した従来例と同一構成の部分には同一の符号を付与することとし、その詳細な説明は省略する。ただし、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具体化するための２波長半導体レーザ装置を例示するものであって、本発明をこの実施例の２波長半導体レーザ装置に特定することを意図するものではなく、特許請求範囲に記載された技術的範囲に含まれるものに等しく適用し得るものである。

図１は、実施例１に係る波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍの２波長半導体レーザ装置を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は斜視図である。

この２波長半導体レーザ装置１０は、半導体レーザチップＬＤＣとして発光部となる接合部をヒートシンク２３に近づけて固着したジャンクションダウン構造を有しており、ここでは図１の正面から見て左側の半導体レーザ素子がＤＶＤ用の６５０ｎｍの波長のレーザ光を出射する第１半導体レーザ素子ＬＤ１であり、右側の半導体レーザ素子がＣＤ／ＣＤ−Ｒ用の７８０ｎｍの波長の光を出射する第２半導体レーザ素子ＬＤ２となっており、分離溝は両半導体レーザ素子間の中間に設けられている。ここで、両半導体レーザ素子の発光部１５及び１９の間隔は約１１０μｍである。

また、ヒートシンク２３の表面には、パターンニングされたＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる第１電極２４及び第２電極２５が形成されている。この実施例１においては、第１半導体レーザ素子ＬＤ１の発光部（導波路）１５の直下部の第１ｐ側電極２１の表面には、上記従来例のものと同様に、第１半田層（例えば、Ａｕ−Ｓｎ）２６が全面にわたって接触しており、第１半導体レーザ素子ＬＤ１で発生した熱は、第１ｐ側電極２１、第１半田層２６及び第１電極２４を経て効率良くヒートシンク２３に伝熱され、放熱されるようになっている。

一方、７８０ｎｍのレーザ光を出射する第２半導体レーザ素子ＬＤ２の発光部１９の直下部３０には、半田層及び電極が設けられておらず、発光部１９から離れた部分のみに第２半田層（例えば、Ａｕ−Ｓｎ）２７及び第２電極２５が設けられている。そうすると、第２半導体レーザ素子ＬＤ２は、その出射レーザ光の波長が長いために、６５０ｎｍのレーザ光を出射する第１半導体レーザ素子ＬＤ１に比べて発光効率及び温度特性が非常に優れているので、第２発光部の直下部３０に半田層及び電極がなくてもほとんど影響はない。

この実施例１の半導体レーザ装置１０において、第１及び第２半田層２６、２７が溶融して流れた場合の状態を図２に示す。この図２及び従来例の半田が流れた状態を示す図６の記載を対比すると明確に理解できるように、実施例１の２波長半導体レーザ装置１０においては従来例の２波長半導体レーザ装置５０と比するとそれぞれの半田層２６及び２７の間隔が長くなっているために、従来例のような半田流れに起因する短絡が起こる可能性は極めて小さくなり、また、第１及び第２半田層２６及び２７の間隔のみならず、第１電極２４及び第２電極２５の間の間隔も従来例のものと比すると長くなっているので、レーザチップＬＤＣをヒートシンク２３の表面にボンディングする際の位置ずれに対する許容度が大きくなるために、組立歩留りが向上する。

実施例２としては、図３に示したように、ヒートシンク材料にＳｉを用い、ヒートシンク２３の表面にレーザ出力のモニタ用としてフォトダイオード３１を形成した以外は実施例１と同様に形成して、２波長半導体レーザ装置１０'を得た。

このような構成となすと、フォトダイオード３１が形成されている部分においては第１電極２４及び第２電極２５の各パターンは細くなるが、レーザチップＬＤＣをヒートシンク上へボンディングする際の従来例の有する問題点は実施例１の場合と同様に有効に解決することができた。

実施例３としては、図４に示したように、正面から見て左側の６５０ｎｍの波長のレーザ光を出射する第１半導体レーザ素子ＬＤ１の幅、すなわち第１半導体レーザ素子ＬＤ１の占める面積を、右側の７８０ｎｍの波長の光を出射する第２半導体レーザ素子ＬＤ２の占める面積よりも大きくし、分離溝を両半導体レーザ素子間の中間よりも第２半導体レーザ素子ＬＤ２側に設け、それ以外の構成は実施例１のものと同様にして、２波長半導体レーザ装置１０"を作成した。

このような構成となすことにより、第１半導体レーザ素子ＬＤ１の第１ｐ側電極２１の表面に形成されている第１半田層２６とヒートシンク２３の表面に設けられている第１電極２４との間の接触面積を大きくすることができたので、実施例１に係る２波長半導体レーザ装置１０よりも第１半導体レーザ素子ＬＤ１側の放熱効果が向上し、レーザ光の周波数安定度が向上した。

一方、第２半導体レーザ素子ＬＤ２の第２ｐ側電極２２とその一部表面に形成されている第２半田層２７との間の接触面積、及び、第２半田層２７と第２電極２５との間の接触面積は減少したため、放熱効率は低下すると予測されたが、第２半導体レーザ素子ＬＤ２の波長安定度にほとんど変化は見られなかった。このことは、第２半導体レーザ素子ＬＤ２が出射するレーザ光の波長が長いので、第２半導体レーザ素子ＬＤ２は、第１半導体レーザ素子ＬＤ１よりも発光効率が良好であるため、発熱の影響が小さいためと予測される。

この実施例３においても、レーザチップＬＤＣをヒートシンク上へボンディングする際の従来例の有する問題点は実施例１の場合と同様に有効に解決することができた。

なお、本発明においては、ヒートシンクとしてＡｌＮ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ダイヤモンド等熱伝導に優れ、絶縁性の材料を使用することができる。また、導電性材料を使用する場合でも、その表面に絶縁性膜を形成し、その上に電極をパターンニングして使用することができる。

また、２波長半導体レーザ装置のパッケージについては具体的に例示しなかったが、周知の金属製のキャンパッケージ、樹脂製のフレームパッケージ等様々なものを使用することができる。

本発明の実施例１による２波長半導体レーザ装置の構造を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は斜視図である。本発明の実施例１による半田が流れた場合の状態を示す図である。本発明の実施例２の２波長半導体レーザ装置を示す図である。本発明の実施例３の２波長半導体レーザ装置を示す図である。従来例による２波長半導体レーザ装置を示す図であり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は斜視図である。従来例による半田が流れた場合の状態を示す図である

符号の説明

ＬＤ１第１半導体レーザ素子
ＬＤ２第２半導体レーザ素子
ＬＤＣレーザチップ
１０、１０'、１０" ２波長半導体レーザ装置
１１ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体層
１３ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体層
１４第１接合層
１５第１発光部
１６ｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体層
１７ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体層
１８第２接合層
１９第２発光部
２０ｎ側共通電極
２１第１ｐ側電極
２２第２ｐ側電極
２３ヒートシンク
２４第１電極
２５第２電極
２６第１半田層
２７第２半田層
５０従来例の２波長半導体レーザ装置

Claims

一つの半導体レーザチップに独立して駆動可能でそれぞれ異なる波長のレーザ光を出射し得る二つの半導体レーザ素子が形成され、前記半導体レーザチップがヒートシンクに搭載されている２波長半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザチップは、発光部となる接合層をヒートシンクに近づけて固着したジャンクションダウン構造を有し、
前記異なる波長を出射する２つの半導体レーザ素子のうち、
前記短波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記短波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の全面に接するように半田層を介して第１の電極が設けられ、
前記長波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の発光部となる導波路の下部を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極が設けられていることを特徴とする２波長半導体レーザ装置。
一つの半導体レーザチップに独立して駆動可能でそれぞれ異なる波長のレーザ光を出射し得る二つの半導体レーザ素子が形成され、前記半導体レーザチップがヒートシンクに搭載されている２波長半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザチップは、発光部となる接合層をヒートシンクに近づけて固着したジャンクションダウン構造を有し、
前記異なる波長を出射する２つの半導体レーザ素子のうち、
前記短波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記短波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の全面に接するように半田層を介して第１の電極が設けられ、
前記長波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の発光部となる導波路の下部を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極が設けられ、
前記短波長側の半導体レーザ素子のヒートシンク上に占める面積は、前記長波長側の半導体レーザ素子の占める面積よりも広くなっていることを特徴とする２波長半導体レーザ装置。
一つの半導体レーザチップに独立して駆動可能でそれぞれ異なる波長のレーザ光を出射し得る二つの半導体レーザ素子が形成され、前記半導体レーザチップがヒートシンクに搭載されている２波長半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザチップは、発光部となる接合層をヒートシンクに近づけて固着したジャンクションダウン構造を有し、
前記異なる波長を出射する２つの半導体レーザ素子のうち、
前記短波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記短波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の全面に接するように半田層を介して第１の電極が設けられ、
前記長波長側の半導体レーザ素子の下部のヒートシンク固着面には、前記長波長側の半導体レーザ素子の一方の電極の発光部となる導波路の下部を除いた部分に部分的に接触するように半田層を介して第２の電極が設けられ、
前記ヒートシンク上に更に光検出素子が形成されていることを特徴とする２波長半導体レーザ装置。