JP2006073851A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光点間隔を広げることなく静電耐圧を改善する半導体レーザ装置を提供することである。
【解決手段】 半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子１０は、同一基板１１上にｐｎ接合を有してなる２つの発光部２０、２１を備え、これらはＡｌＧａＡｓ系赤外レーザを発振する第１の発光部２０と、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する第２の発光部２１とからなり、分離溝１９から第１の発光部２０までの距離よりも、分離溝１９から第２の発光部２１までの距離を長くする構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同一基板上にｐｎ接合を有してなる複数の発光部を備え、それぞれの発光部が分離溝又は絶縁層で分離された半導体レーザ装置に関するものである。

従来より、ＣＤ再生用の赤外半導体レーザ（発振波長：７８０ｎｍ）と、ＤＶＤ再生用の赤色半導体レーザ（発振波長：６５５ｎｍ）とが同一基板上に形成された２波長半導体レーザ装置がある（特許文献１参照）。

この２波長半導体レーザ装置は、同一基板上に違う材料、例えばＡｌＧａＡｓ系とＡｌＧａＩｎＰ系とを成長させ、それぞれにリッジ又はＶ溝を形成し、それぞれの素子間をエッチングによる分離溝又はイオン注入による絶縁層で分離した構造をとっている。ここで、発光点間隔は通常１１０μｍに設計されている。発光点間隔が大きいと１つのレンズで補正できず、一方、発光点間隔が小さいとそれぞれの受光部分（信号処理）を分離するのが困難だからである。また、分離溝又は絶縁層からそれぞれの発光点までの距離は通常対称である。分離溝の幅が約３０μｍあるため、製造上のばらつきを考慮した結果である。
特開２００２−１９０６４９号公報

しかしながら、従来の２波長半導体レーザ装置はリッジから分離溝までの距離が短いため静電耐圧が通常の発光点がチップの真中にある１波長半導体レーザ装置より低下する。ＣＤ再生用の赤外半導体レーザ側の静電耐圧は１００Ｖ以上あるため特に問題はないが、ＤＶＤ再生用の赤色半導体レーザ側の静電耐圧は、１波長半導体レーザ装置でも７０Ｖ程度であるものが、２波長半導体レーザ装置になると約半分の３０Ｖ程度まで低下する。そのため、使用する場合に静電気の管理が困難なレベルにまで低下するという問題が生じる。

そこで本発明は、発光点間隔を広げることなく静電耐圧を改善する半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、同一基板上にｐｎ接合を有してなる複数の発光部を備え、それぞれの発光部が分離溝又は絶縁層で分離された半導体レーザ装置において、前記分離溝又は絶縁層からそれぞれの発光部までの距離が異なることを特徴とするものである。

なお、前記発光部からの発振波長がそれぞれ異なり、静電耐圧の低い順に前記距離を長くすることが望ましい。

また前記複数の発光部は、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザを発振する第１の発光部と、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する第２の発光部とからなり、前記分離溝又は絶縁層から第１の発光部までの距離よりも、前記分離溝又は絶縁層から第２の発光部までの距離を長くすることが好ましい。

また前記複数の発光部は、前記基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜した基板上に形成することが赤色レーザの温度特性を改善する為にも望ましい。

また本発明は、同一基板上にｐｎ接合を有してなる２つの発光部を備え、それぞれの発光部が分離溝又は絶縁層で分離された半導体レーザ装置において、前記発光部の１つがＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する発光部であり、該発光部を前記基板の（１００）面から［０１１］方向側に形成することを特徴とするものである。

本発明によれば、分離溝又は絶縁層からそれぞれの発光部までの距離が異なることにより、発光点間隔は一定のまま、分離溝又は絶縁層から静電耐圧の低い素子の発光部までの距離を長く、分離溝又は絶縁層から静電耐圧の高い素子の発光部までの距離を短くとることができ、その結果、素子が持つ容量を増加でき分離溝又は絶縁層から発光部までの距離に比例して静電耐圧を改善することができる。

図１は、半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。半導体レーザ装置（不図示）に搭載されるこの半導体レーザ素子１０において、ｎ型（第１導電型）電極１１上には、基板１２、ｎ型クラッド層１３ａ、１３ｂ、活性層１４ａ、１４ｂ、ｐ型（第２導電型）クラッド層１５ａ、１５ｂ、電流ブロック層１６ａ、１６ｂ、キャップ層１７ａ、１７ｂ、ｐ型電極１８ａ、１８ｂがこの順で積層されている。ｐ型クラッド層１５ａ、１５ｂの上面にはストライプ状のリッジ２２ａ、２２ｂが形成され、電流ブロック層１６ａ、１６ｂはリッジ２２ａ、２２ｂのトップを避けて形成されている。

そしてこの半導体レーザ素子１０は、分離溝１９によって、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザを発振する第１の発光部２０を有する素子１０ａと、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する第２の発光部２１を有する素子１０ｂとに分かれている。このような半導体レーザ素子１０をサブマウント（不図示）を介して支持体（不図示）に固定し、各電極をワイヤボンディング等で接続することにより、半導体レーザ装置を作成できる。

素子１０ａは、図１では、分離溝１９の右側の素子とすることができる。この素子１０ａの基板１２はＧａＡｓからなり、ｎ型電極１１及びｐ型電極１８ａはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等で構成され、ｎ型クラッド層１３ａはＡｌＧａＡｓ、活性層１４ａはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの量子井戸構造、ｐ型クラッド層１５ａはＡｌＧａＡｓ、電流ブロック層１６ａはＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓ、キャップ層１７ａはｐ型のＧａＡｓからなる。

一方、素子１０ｂは、図１では、分離溝１９の左側の素子とすることができる。この素子１０ｂのｎ型クラッド層１３ｂとｐ型クラッド層１５ｂとがＡｌＧａＩｎＰであり、電流ブロック層はＧａＡｓ或いはＡｌＩｎＰ、活性層はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層である。通常クラッド層の組成は（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐである。活性層はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pである。

なお、上記の構成に替えて、キャップ層１７a、１７ｂを設けない構造、ブロック層にＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等の誘電体膜を用いた構造としてもよい。

ここで、発光部２０の中心から発光部２１の中心までの距離を発光点間隔Ｌ、分離溝１９のセンターから発光部２０の中心までの距離を分離溝−第１の発光部間距離Ｌ_１、分離溝１９のセンターから発光部２１の中心までの距離を分離溝−第２の発光部間距離Ｌ_２と称する。そして発光点間隔Ｌは一般的な１１０μｍとする。従来は製造上のばらつきを考慮してＬ_１＝Ｌ_２とされていたが、この状態では素子１０ｂの静電耐圧が、静電気の管理が困難な程度まで低下する。そこで、発光点間隔を広げることなく静電耐圧を改善するための最適なＬ_１、Ｌ_２の組み合わせを以下で検討する。

一般に、静電耐圧は分離溝−発光部間距離に比例する。静電耐圧の測定には２種類あり、１つはレーザに直接電圧を加えるマシンモデル、もう一つはレーザ素子に直列に１ＫΩの抵抗を入れる人体モデル（ヒューマンモデル）がある。ここでは厳しい評価であるマシンモデルで説明する。まず、電源電圧を０Ｖから１０Ｖ刻みに上昇させ、コンデンサに電荷をチャージし、スイッチの切り替えにより半導体レーザ素子にその電荷を流す。これにより半導体レーザ素子は瞬間的にその電荷量に比例しただけの出力を発生し、そのパワーによって素子の劣化が起こる。そして動作電流が、初期値に対して所定値（例えば２０％）増加した場合を劣化したとみなし、この電圧を静電耐圧と呼ぶ。つまり、静電耐圧とは瞬間的に注入される電荷に対してどれだけ耐えられるかを示す指標である。

素子１０ａ、１０ｂの場合は、電流ブロック層１６ａ、１６ｂとの境界側のｐ型クラッド層１５ａ、１５ｂ部分に逆方向に電圧が印加されるため空乏層が発生し、この部分がコンデンサのように働く。コンデンサの容量は面積に比例するため、静電耐圧も分離溝−発光部間距離に比例する。

そこで、発光点間隔Ｌ＝１１０μｍを保ったまま素子１０ｂの静電耐圧を改善するためには、分離溝−第２の発光部間距離Ｌ_２を長くし、分離溝−第１の発光部間距離Ｌ_１を短くすることが考えられる。

例えば、図１の半導体レーザ素子１０において、分離溝の幅を３０μｍ、Ｌ_１＝５０μｍ、Ｌ_２＝６０μｍとすると、素子１０ｂ側の静電耐圧は４０Ｖとなった。従来品（Ｌ_１＝Ｌ_２＝５５μｍ）のＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ素子側の静電耐圧は３０Ｖである。従って、発光点間隔を広げることなく分離溝−第２の発光部間距離Ｌ_２を長くすることにより静電耐圧を改善できることがわかる。なお、発光点間隔を一定とした場合、分離溝−第２の発光部間距離Ｌ_２が長い程素子１０ｂの静電耐圧は高くなるが、同時に分離溝−第１の発光部間距離Ｌ_１は短くなり素子１０ａの静電耐圧が低下するため、互いの静電耐圧が実用に耐えうる値となるように、Ｌ_１とＬ_２を設定する必要がある。この点から２０≦Ｌ_１＜５５（μｍ）、５５＜Ｌ_２≦９０（μｍ）が望ましく、３０≦Ｌ_１≦５０（μｍ）、６０≦Ｌ_２≦８０（μｍ）がより望ましい。

このように、静電耐圧の低い順に分離溝−発光部間距離を長くすることにより、発光点間隔を広げることなく静電耐圧を改善することができる。

なお、図１の半導体レーザ素子１０では、素子１０ａ、１０ｂを分離するのに分離溝１９を設けたが、図２の半導体レーザ素子３０のように、分離溝１９に替えて絶縁層３１を設けてもよい。この絶縁層３１は、例えばＨ^＋プロトンの注入により形成できる。他の構成は図１と同様である。

また、（１００）面から［０１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に形成した２波長レーザの場合、赤色レーザの温度特性が改善されることや短波長に有利になることが知られている。この場合リッジ形状が図３に示すように非対称になることも知られている。この実施形態の半導体レーザ素子４０の断面図を示す。基板１２、ｎ型クラッド層１３ａ、１３ｂ、活性層１４ａ、１４ｂ、ｐ型クラッド層１５ａ、１５ｂ、電流ブロック層１６ａ、１６ｂ、キャップ層１７ａ、１７ｂが（１００）面から［０１１］方向に傾斜しているとともに、リッジ２２ａ、２２ｂや分離溝１９も傾斜している。素子１０ｂは基板１２の（１００）面から［０１１］方向側に形成する。

図４は、図３の要部拡大図である。ここで、発光点間隔Ｌ＝１１０μｍ、Ｌ_１＝Ｌ_２であるが、静電耐圧測定時にコンデンサの役割をする空乏層４１ａ、４１ｂは、素子１０ｂ側の空乏層４１ｂの面積の方が大きくなっている。これは、リッジ２２ａ、２２ｂの傾斜によりリッジ２２ａ、２２ｂの底部の２つの外角θ_１、θ_２が異なり、更に分離溝１９が傾斜しているためである。図４では、リッジ２２ｂの分離溝１９側の外角θ_２が、リッジ２２ａの分離溝１９側の外角θ_１よりも小さく、分離溝１９が素子１０ａ側に傾斜している。従って、空乏層４１ｂが空乏層４１ａよりも大きい。その結果、より大きな空乏層４１ｂを有する素子１０ｂの静電耐圧を向上させることができる。

なお、半導体レーザ素子４０においてＬ_２＞Ｌ_１とすると、更に素子１０ｂの静電耐圧を向上させることができる。本実施形態においてもＬ_１、Ｌ_２の範囲は上記の実施形態と同様とすることができる。

上記の実施形態では、ＣＤ再生用の赤外半導体レーザと、ＤＶＤ再生用の赤色半導体レーザを用いて説明したが、他に、ＣＤ−Ｒ記録用レーザとＤＶＤ再生用レーザとの組み合わせやＤＶＤ−Ｒ記録用レーザとＣＤ−Ｒ記録用レーザとの組み合わせとすることもできる。その際、静電耐圧の低い素子順に分離溝−発光部間距離を長くすればよい。

本発明において、分離溝や絶縁層で分離すれば発光部は３個以上設けてもよい。例えば、次世代ＤＶＤ（ＢＬＵ−ＲＡＹ ＤＩＳＣやＨＤ−ＤＶＤ）などに使用される３波長レーザ（赤外レーザ＋赤色レーザ＋青紫レーザ）に用いてもよい。

本発明の半導体レーザ装置は、ビデオ用等のＤＶＤ−ＡＶ、パソコン用のＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ブルーレイディスクなどの光ディスク読み取り・記録用の光源として利用できる。

半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 絶縁層を有する半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 他の実施形態の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 図３の要部拡大図である。

符号の説明

１０、３０、４０ 半導体レーザ素子
１２ 基板
１９ 分離溝
２０、２１ 発光部
３１ 絶縁層

Claims (5)

1. 同一基板上にｐｎ接合を有してなる複数の発光部を備え、それぞれの発光部が分離溝又は絶縁層で分離された半導体レーザ装置において、
   前記分離溝又は絶縁層からそれぞれの発光部までの距離が異なることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記発光部からの発振波長がそれぞれ異なり、静電耐圧の低い素子順に前記距離を長くすることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記複数の発光部は、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザを発振する第１の発光部と、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する第２の発光部とからなり、
   前記分離溝又は絶縁層から第１の発光部までの距離よりも、前記分離溝又は絶縁層から第２の発光部までの距離を長くすることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 前記複数の発光部を有する半導体レーザを、GaAs基板の（１００）面から［０１１］方向に傾斜してなる基板上に成長したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体レーザ装置。
5. 同一基板上にｐｎ接合を有してなる２つの発光部を備え、それぞれの発光部が分離溝又は絶縁層で分離された半導体レーザ装置において、
   前記発光部の１つがＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを発振する発光部であり、該発光部を前記基板の（１００）面から［０１１］方向側に形成することを特徴とする半導体レーザ装置。

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