JP2006278577A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レーザ光の発光点間隔の短くかつ信頼性が高く製造歩留りが向上された半導体レーザ装置を提供することである。
【解決手段】 青紫色半導体レーザ素子100の上面には、凸部T1および隆起部U1,U2が形成されている。赤色半導体レーザ素子200の下面には、凸部T2および隆起部U3,U4が形成されている。凸部T1の高さは、隆起部U1,U2の高さより低く、凸部T2の高さは、隆起部U3,U4の高さより低い。青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200は、凸部T1と凸部T2とが互いに向き合うように接合される。
【選択図】 図1

Description

本発明は波長の異なる複数の光を出射可能な半導体レーザ装置に関する。
従来より、CD(コンパクトディスク)/CD−R(コンパクトディスク−レコーダブル)ドライブには、光源として波長780nm程度の赤外光を出射する半導体レーザ素子(赤外半導体レーザ素子)が用いられてきた。また、従来のDVD(デジタルバーサタイルディスク)ドライブには、光源として波長650nm程度の赤色光を出射する半導体レーザ素子(赤色半導体レーザ素子)が用いられてきた。
一方、近年、波長405nm程度の青紫色光を用いて記録および再生可能なDVDの開発が進められている。このようなDVDの記録および再生のために、波長405nm程度の青紫色光を出射する半導体レーザ素子(青紫色半導体レーザ素子)を用いたDVDドライブも同時に開発が進められている。このDVDドライブにおいては、従来のCD/CD−RおよびDVDに対する互換性が必要とされる。
この場合、DVDドライブに赤外光、赤色光および青紫色光をそれぞれ出射する複数の光ピックアップ装置を設ける方法、または1つの光ピックアップ装置内に赤外半導体レーザ素子、赤色半導体レーザ素子および青紫色半導体レーザ素子を設ける方法により、従来のCD、DVDおよび新しいDVDに対する互換性が実現される。しかしながら、これらの方法では部品点数の増加を招くため、DVDドライブの小型化、構成の簡単化および低コスト化が困難となる。
このような部品点数の増加を防止するためには、1つのパッケージ内に、波長の異なるレーザ光を発する複数の半導体レーザ素子を設けることが有効である。この場合、各レーザ光の取り出し効率の向上および収差を低減するためには、各レーザ光の発光点位置を近づける必要がある。
特許文献1には、レーザ光の発光点間隔が小さい半導体レーザ装置が記載されている。特許文献1の半導体レーザ装置においては、波長の異なるレーザ光を発する2つの発光素子を、それぞれのレーザ発振部が互いに向かい合うように固着している。それにより、レーザ光の発光点間隔を小さくしている。
特開2004−207479号公報
しかしながら、リッジ構造を有する2つの半導体レーザ素子を、上記特許文献1に記載されているように接着すると次のような問題が発生する。以下、図面を用いて説明する。
図12は、リッジ構造を有する2つの半導体レーザ素子を備えた従来の半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。
図12の半導体レーザ装置1Eは、半導体レーザ素子600および半導体レーザ素子700を備える。
半導体レーザ素子600は、基板60の上面側にn型半導体層61およびp型半導体層62を有する。p型半導体層62の上面側には、リッジ部Ri1が形成されている。p型半導体層62の上面側には、リッジ部Ri1の上面を除く領域に絶縁層63が形成されている。また、絶縁層63およびリッジ部Ri1の上面を覆うようにp側パッド電極64が形成されている。基板60の下面側にはn電極65が形成されている。
半導体レーザ素子600のp側パッド電極64とn電極65との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層61とp型半導体層62との接合面におけるリッジ部Ri1の下方の領域(以下、第1の発光点と呼ぶ。)66から第1のレーザ光が出射される。
半導体レーザ素子700は、基板70の下面側にn型半導体層71およびp型半導体層72を有する。p型半導体層72の下面側には、リッジ部Ri2が形成されている。p型半導体層72の下面側には、リッジ部Ri2の下面を除く領域に絶縁層73が形成されている。また、絶縁層73およびリッジ部Ri2の下面を覆うようにp側パッド電極74が形成されている。基板70の上面側にはn電極75が形成されている。
半導体レーザ素子700のp側パッド電極74とn電極75との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層71とp型半導体層72との接合面におけるリッジ部Ri2の上方の領域(以下、第2の発光点と呼ぶ。)76から第2のレーザ光が出射される。
半導体レーザ素子600および半導体レーザ素子700は、はんだHにより、リッジ部Ri1およびリッジ部Ri2が互いに向かい合うように接合されている。
ここで、上記のように半導体レーザ素子600と半導体レーザ素子700とを接合する場合、リッジ部Ri1とリッジ部Ri2とが接触し、リッジ部Ri1,Ri2に応力が加わる。それにより、リッジ部Ri1,Ri2の特性が劣化し、半導体レーザ装置1Eの信頼性が低下する。
また、リッジ部Ri1とリッジ部Ri2との接触面積は小さいので、半導体レーザ素子600上に半導体レーザ素子700を安定させることができない。それにより、図13に示すように、半導体レーザ素子600に対して半導体レーザ素子700が傾いた状態で接合されることがある。その結果、半導体レーザ装置1Eごとに発光点の位置にばらつきが生じる。
また、図14に示すように、接合時にはんだHの一部が半導体レーザ素子600のn型半導体層61およびp型半導体層62の側面に回り込むことにより短絡が生じることがある。また、半導体レーザ素子600のp側パッド電極64には電圧を印加するためのワイヤWが接続されるが、溶融したはんだHがp側パッド電極64の端部近くまで流れ出すことによりワイヤWの接続不良が発生することがある。
さらに、図14に示すような、はんだHがp側パッド電極64の端部まで流れ出している半導体レーザ装置1Eを、図15に示すように、半導体レーザ素子700を下側にして断面L字型のサブマウント800に接合する場合、はんだHの影響によって、半導体レーザ装置1Eがサブマウント800に対して傾いた状態で接合されることがある。それにより、製造歩留りが低下する。
本発明の目的は、レーザ光の発光点間隔の短くかつ信頼性が高く製造歩留りが向上された半導体レーザ装置を提供することである。
(1)
第1の発明に係る半導体レーザ装置は、第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子とを備え、第1の半導体層の一面側および第2の半導体層の一面側が互いに接合され、第1の半導体層の一面側および第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の凸部が設けられ、第1の半導体層の一面側および第2の半導体層の一面側の一方または両方において凸部に間隔を隔てて隆起部が設けられ、隆起部の高さが凸部の高さ以上であるものである。
その半導体レーザ装置においては、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側および第2の半導体レーザ素子の第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の凸部が設けられている。また、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側および第2の半導体レーザ素子の第2の半導体層の一面側の一方または両方において凸部に間隔を隔てて隆起部が設けられている。ここで、隆起部の高さが凸部の高さ以上である。さらに、第1の半導体層の一面側および第2の半導体層の一面側が互いに接合されている。
この場合、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側と第2の半導体層の第2の半導体層の一面側とが接合されているので、第1の半導体層の第1の発光点と第2の半導体層の第2の発光点との間隔が小さくなる。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、隆起部の高さが凸部の高さ以上であるので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが少なくとも隆起部で接触する。それにより、一方の半導体レーザ素子の一面側に設けられた凸部により他方の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。その結果、半導体レーザ装置の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが少なくとも隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。それにより、接合材料の一部が第1または第2の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1および第2の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
(2)
隆起部は、凸部の両側に間隔を隔てて設けられてもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積がさらに大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とをより安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組立精度がさらに向上し、製造歩留まりがさらに向上する。
(3)
凸部は、第1の半導体層の一面側に設けられた第1の凸部と、第2の半導体層の一面側に設けられた第2の凸部を含み、隆起部は、第1の半導体層の一面側において第1の凸部に間隔を隔てて設けられた第1の隆起部と、第2の半導体層の一面側において第2の凸部に間隔を隔てて設けられた第2の隆起部を含み、第1および第2の隆起部の合計の高さが第1および第2の凸部の合計の高さ以上であってもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1の隆起部および第2の隆起部で接触する。それにより、第1および第2の凸部によって第2および第1の半導体レーザ素子に与えられる応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。その結果、半導体レーザ装置の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1および第2の隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。それにより、接合材料の一部が第1または第2の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1および第2の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
(4)
第1の凸部および第1の発光点は、第1の半導体層の一面に略垂直な方向に沿って位置し、第2の凸部および第2の発光点は、第2の半導体層の一面に略垂直な方向に沿って位置し、第1の凸部と前記第2の凸部とが対向するように前記第1および第2の半導体レーザ素子が配置されてもよい。
この場合、第1の発光点と第2の発光点とが略直線上で近接する。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心により近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
(5)
第1の半導体レーザ素子は、第1の活性層および第1のクラッド層を順に含み、第1のクラッド層は、第1の平坦部およびその平坦部上の第1のリッジ部からなり、第1の凸部は第1のリッジ部を覆うように形成され、第2の半導体レーザ素子は、第2の活性層および第2のクラッド層を順に含み、第2のクラッド層は、第2の平坦部およびその平坦部上の第2のリッジ部からなり、第2の凸部は第2のリッジ部を覆うように形成されてもよい。
この場合、第1の凸部の下方の第1の活性層の領域に第1の発光点が形成され、第2の凸部の下方の第2の活性層の領域に第2の発光点が形成される。したがって、第1および第2の発光点をより近づけることができる。
(6)
第1の隆起部は、第1の凸部の両側に間隔を隔てて設けられ、第2の隆起部は、第2の凸部の両側に間隔を隔てて設けられてもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積がさらに大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とをより安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組立精度がさらに向上し、製造歩留まりがさらに向上する。
(7)
凸部は、第1の半導体層の一面側に設けられ、隆起部は、第1の半導体層の一面側において凸部に間隔を隔てて設けられてもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1の半導体層の一面側に設けられた隆起部で接触する。それにより、第1の半導体層の一面側に設けられた凸部によって第2の半導体レーザ素子に与えられる応力および凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。その結果、半導体レーザ装置の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1の半導体層の一面側に設けられた隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。それにより、接合材料の一部が第1または第2の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1および第2の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
(8)
凸部、第1の発光点および第2の発光点は、第1の半導体層の一面に略垂直な方向に沿って位置してもよい。
この場合、第1の発光点と第2の発光点とが略直線上で近接する。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心により近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
(9)
第1の半導体レーザ素子は、第1の活性層および第1のクラッド層を順に含み、第1のクラッド層は、平坦部およびその平坦部上のリッジ部からなり、凸部はリッジ部を覆うように形成され、第2の半導体レーザ素子は、第2の活性層、第2のクラッド層、およびストライプ状開口部を有する電流ブロック層を順に含んでもよい。
この場合、凸部の下方の第1の活性層の領域に第1の発光点が形成され、ストライプ状開口部の下方の第2の活性層の領域に第2の発光点が形成される。
(10)
隆起部は、前記凸部の両側に間隔を隔てて設けられてもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積がさらに大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とをより安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組立精度がさらに向上し、製造歩留まりがさらに向上する。
(11)
第2の発明に係る半導体レーザ装置は、第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子と、第3の波長の光を出射する第3の発光点を有する第3の半導体層を備えた第3の半導体レーザ素子とを備え、第1の半導体層の一面側の第1の領域に第2の半導体層の一面側が接合されるとともに、第1の半導体層の一面側の第2の領域に第3の半導体層の一面側が接合され、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられ、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方において第1の凸部に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられ、第2の領域および第3の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第2の凸部が設けられ、第2の領域および第3の半導体層の一面側の一方または両方において第2の凸部に間隔を隔てて第2の隆起部が設けられ、第1の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上であり、第2の隆起部の高さが第2の凸部の高さ以上であるものである。
その半導体レーザ装置においては、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第1の領域および第2の半導体レーザ素子の第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられている。また、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方において第1の凸部に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられている。また、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第2の領域および第3の半導体レーザ素子の第3の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第2の凸部が設けられている。また、第2の領域および第3の半導体層の一面側の一方または両方において第2の凸部に間隔を隔てて第2の隆起部が設けられている。ここで、第1の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上であり、第2の隆起部の高さが第2の凸部以上の高さである。さらに、第1の半導体層の一面側の第1の領域および第2の半導体層の一面側が互いに接合され、第1の半導体層の一面側の第2の領域および第3の半導体層の一面側が互いに接合されている。
この場合、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第1の領域と第2の半導体レーザ素子の第2の半導体層の一面側とが接合されているので、第1の半導体層の第1の発光点と第2の半導体層の第2の発光点との間隔が小さくなる。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第2の領域には第3の半導体レーザ素子が取り付けられている。このように、3つの半導体レーザ素子を設けることにより、1つの半導体レーザ装置で3つの光学記録媒体に対応することができる。
また、第1の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上であるので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1の隆起部で接触する。それにより、一方の半導体レーザ素子の一面側に設けられた第1の凸部により他方の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および第1の凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。
また、第2の隆起部の高さが第2の凸部の高さ以上であるので、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子とが第2の隆起部で接触する。それにより、一方の半導体レーザ素子の一面側に設けられた第2の凸部により他方の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および第2の凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第3の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。
これらの結果、半導体レーザ素子の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが第1の隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。さらに、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子とが第2の隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。これらの結果、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。また、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。これらの結果、接合材料の一部が第1、第2または第3の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1、第2および第3の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
(12)
第1の隆起部は、第1の凸部の両側に間隔を隔てて設けられ、第2の隆起部は、第2の凸部の両側に間隔を隔てて設けられてもよい。
この場合、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積および第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子との接触面積がさらに大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子に対して第2の半導体レーザ素子および第3の半導体レーザ素子をより安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組立精度がさらに向上し、製造歩留まりがさらに向上する。
(13)
第3の発明に係る半導体レーザ装置は、第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子と、第3の波長の光を出射する第3の発光点を有する第3の半導体層を備えた第3の半導体レーザ素子とを備え、第2および第3の半導体レーザ素子は共通の基板上に形成され、第1の半導体層の一面側の第1の領域に第2の半導体層の一面側が接合されるとともに、第1の半導体層の一面側の第2の領域に第3の半導体層の一面側が接合され、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられ、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方において第1の凸部の少なくとも一方側に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられ、第2の領域および第3の半導体層の一面側の一方または両方に第2の隆起部が設けられ、第1および第2の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上であるものである。
その半導体レーザ装置においては、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第1の領域および第2の半導体レーザ素子の第2の半導体層の一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられている。また、第1の領域および第2の半導体層の一面側の一方または両方において第1の凸部の両側に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられている。また、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第2の領域および第3の半導体レーザ素子の第3の半導体層の一面側の一方または両方第2の隆起部が設けられている。ここで、第2および第3の半導体レーザ素子は共通の基板上に形成され、第1および第2の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上である。さらに、第1の半導体層の一面側の第1の領域および第2の半導体層の一面側が互いに接合され、第1の半導体層の一面側の第2の領域および第3の半導体層の一面側が互いに接合されている。
この場合、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第1の領域と第2の半導体層の第2の半導体層の一面側とが接合されているので、第1の半導体層の第1の発光点と第2の半導体層の第2の発光点との間隔が小さくなる。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側の第2の領域には第3の半導体レーザ素子が取り付けられている。このように、3つの半導体レーザ素子を設けることにより、1つの半導体レーザ装置で3つの光学記録媒体に対応することができる。
また、第1および第2の隆起部の高さが第1の凸部の高さ以上であるので、第1の半導体レーザ素子は、第2の半導体レーザ素子とは第1の隆起部で接触し、第3の半導体レーザ素子とは第2の隆起部で接触する。それにより、第1および第2の半導体レーザ素子のうち一方の半導体レーザ素子の一面側に設けられた第1の凸部により他方の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および第1の凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。この結果、半導体レーザ素子の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子が第1および第2の隆起部において第2および第3の半導体レーザ素子と接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2および第3の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2および第3の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。それにより、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2および第3の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。それにより、接合材料の一部が第1、第2または第3の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1、第2および第3の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
(14)
第3の半導体層の一面側にストライプ状の第2の凸部が設けられ、第2の領域および第3の半導体層の一面側の一方または両方において第2の凸部の少なくとも一方側に間隔を隔てて第2の隆起部が設けられ、第2の隆起部の高さが第2の凸部の高さ以上であってもよい。
この場合、第2の隆起部の高さが第2の凸部以上であるので、第1の半導体レーザ素子と第3の半導体レーザ素子とが第2の隆起部で接触する。それにより、第2の凸部により第1の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および第2の凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第3の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。その結果、半導体レーザ素子の信頼性が向上する。
(15)
間隔は、5μm以上150μm以下であってもよい。
間隔が5μm以上であることにより、凸部と隆起部との間に接合材料を十分に収容することができる。それにより、接合材料が半導体レーザ素子の側面に回り込むことが確実に防止される。
また、間隔が150μm以下であることにより、各半導体レーザ素子間の接触面積を十分確保することができる。それにより、各半導体レーザ素子をより安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ素子の組み立て精度がさらに向上し、製造歩留まりがさらに向上する。
本発明によれば、第1の半導体レーザ素子の第1の半導体層の一面側と第2の半導体層の第2の半導体層の一面側とが接合されているので、第1の半導体層の第1の発光点と第2の半導体層の第2の発光点との間隔が小さくなる。それにより、第1の発光点および第2の発光点をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、第1の発光点および第2の発光点から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、隆起部の高さが凸部の高さ以上であるので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが少なくとも隆起部で接触する。それにより、一方の半導体レーザ素子の一面側に設けられた凸部により他方の半導体レーザ素子の一面側に与えられる応力および凸部に発生する応力が低減される。したがって、応力による第1および第2の半導体レーザ素子の特性の劣化が防止される。その結果、半導体レーザ装置の信頼性が向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とが少なくとも隆起部で接触するので、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との接触面積が大きくなる。それにより、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置の組み立て精度が向上し、製造歩留まりが向上する。
また、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子とを少量の接合材料で確実に接合することができる。それにより、接合材料の一部が第1または第2の半導体層の側面に回り込むことが防止される。その結果、第1および第2の半導体レーザ素子に短絡が発生することが防止され、製造歩留まりが向上する。
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。
以下の説明では、図1の矢印X,Y,Zに示すように、水平面内で直交する2方向をX方向およびY方向と定義し、X方向およびY方向に垂直な方向をZ方向と定義する。図1以降の図面についても上記と同様にX方向、Y方向およびZ方向を定義する。
なお、X方向およびY方向は、後述の青紫色半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子のpn接合面に平行な方向である。Z方向は青紫色半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子のpn接合面に垂直な方向である。
本実施の形態に係る半導体レーザ装置1Aは、波長約405nmのレーザ光を出射する青紫色半導体レーザ素子100および波長約650nmのレーザ光を出射する赤色半導体レーザ素子200を備える。
図1に示すように、青紫色半導体レーザ素子100は、n−GaN基板10の上面側にn型半導体層11およびp型半導体層12を有する。p型半導体層12には、X方向に延びるリッジ部RiBが形成されている。リッジ部RiBの両側に所定間隔を隔てて隆起部が形成されている。これにより、リッジ部RiBと隆起部との間に1対の凹部が形成されている。
p型半導体層12の上面には、リッジ部RiBの上面を除く領域に絶縁層13が形成されている。さらに、絶縁層13およびリッジ部RiBの上面を覆うようにp側パッド電極14が形成されている。これにより、青紫色半導体レーザ素子100の上面に、リッジ部RiBに対応するストライプ状の凸部T1および1対の隆起部U1,U2が形成される。また、凸部T1と1対の隆起部U1,U2との間には凹部Con1,Con2が形成されている。n−GaN基板10の下面には、n電極15が形成されている。
赤色半導体レーザ素子200は、n−GaAs基板20の下面側にn型半導体層21およびp型半導体層22を有する。p型半導体層22には、X方向に延びるリッジ部RiRが形成されている。リッジ部RiRの両側に所定間隔を隔てて隆起部が形成されている。これにより、リッジ部RiRと隆起部との間に1対の凹部が形成されている。
p型半導体層22の下面には、リッジ部RiRの下面を除く領域に絶縁層23が形成されている。さらに、絶縁層23およびリッジ部RiRの下面を覆うようにp側パッド電極24が形成されている。これにより、赤色半導体レーザ素子200の下面に、リッジ部RiRに対応するストライプ状の凸部T2および1対の隆起部U3,U4が形成される。また、凸部T2と1対の隆起部U3,U4との間には凹部Con3,Con4が形成されている。n−GaAs基板20の上面には、n電極25が形成されている。
青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200は、凸部T1および凸部T2が互いに向かい合うように、はんだHによって接合されている。これにより、青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14と赤色半導体レーザ素子200のp側パッド電極24とが電気的に接続される。
なお、青紫色半導体レーザ素子100は赤色半導体レーザ素子200に比べてY方向の幅が大きい。それにより、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200とを接合した際に、p側パッド電極14の一部が露出する。このp側パッド電極14の露出した領域には、後述するワイヤ1Wが接続される。
青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14とn電極15との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層11とp型半導体層12との接合面におけるリッジ部RiBの下方の領域(以下、青紫色発光点と呼ぶ。)16から波長約405nmのレーザ光がX方向に出射される。
赤色半導体レーザ素子200のp側パッド電極24とn電極25との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層21とp型半導体層22との接合面におけるリッジ部RiRの上方の領域(以下、赤色発光点と呼ぶ。)26から波長約650nmのレーザ光がX方向に出射される。
図2は図1の半導体レーザ装置1Aがサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。図1の半導体レーザ装置1Aをパッケージ内に取り付ける場合、図2に示すように、半導体レーザ装置1AをCu、CuWまたはAl等の金属からなるサブマウント500上に取り付ける。そして、ワイヤ1W,2W,3Wを用いてp側パッド電極14,24およびn電極15,25の配線を行う。
青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14は、ワイヤ1Wによりパッケージ内に設けられた第1の給電ピン(図示せず)に接続される。赤色半導体レーザ素子200のn電極25は、ワイヤ2Wによりパッケージ内に設けられた第2の給電ピン(図示せず)に接続される。
青紫色半導体レーザ素子100のn電極15の配線は、n電極15をサブマウント500の表面に接合することにより行う。これにより、n電極15とサブマウント500の表面とが電気的に接続される。サブマウント500はワイヤ3Wによりパッケージ内に設けられた第3の給電ピン(図示せず)に接続される。
第1の給電ピンおよび第3の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ3Wとの間に電圧を印加することにより青紫色半導体レーザ素子100を駆動することができ、第1の給電ピンおよび第2の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ2Wとの間に電圧を印加することにより赤色半導体レーザ素子200を駆動することができる。このように、青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200をそれぞれ独立に駆動することができる。
以下、青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200の構造についてさらに詳細に説明する。
図3は、青紫色半導体レーザ素子100の詳細を示す模式的断面図である。
青紫色半導体レーザ素子100の製造時においては、上述のようにn−GaN基板10上にn型半導体層11およびp型半導体層12が積層された半導体層1tが形成される。
図3(a)に示すように、n−GaN基板10の一面側には、半導体層1tとして、n−GaN層101、n−AlGaNクラッド層102、n−GaN光ガイド層103、MQW(多重量子井戸)活性層104、アンドープAlGaNキャップ層105、アンドープGaN光ガイド層106、p−AlGaNクラッド層107およびアンドープGaInNコンタクト層108が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。さらに、アンドープGaInNコンタクト層108上には、Pd/Pt/Auからなる電極層109が形成される。
図3(b)に示すように、MQW活性層104は4つのアンドープGaInN障壁層104aと3つのアンドープGaInN井戸層104bとが、交互に積層された構造を有する。
ここで、例えば、n−AlGaNクラッド層102のAl組成は0.15であり、Ga組成は0.85である。n−GaN層101、n−AlGaNクラッド層102およびn−GaN光ガイド層103にはSiがドープされている。
また、アンドープGaInN障壁層104aのGa組成は0.95であり、In組成は0.05である。アンドープGaInN井戸層104bのGa組成は0.90であり、In組成は0.10である。p−AlGaNキャップ層105のAl組成は0.30であり、Ga組成は0.70である。
さらに、p−AlGaNクラッド層107のAl組成は0.15であり、Ga組成は0.85である。p−AlGaNクラッド層107にはMgがドープされている。アンドープGaInNコンタクト層108のGa組成は0.95であり、In組成は0.05である。
上記p−AlGaNクラッド層107、アンドープGaInNコンタクト層108および電極層109には、所定間隔を隔ててX方向に延びる1対のストライプ状の凹部が形成される。それにより、これら凹部間に、X方向に延びるリッジ部RiBが形成される。リッジ部RiBは約1.5μmの幅を有する。また、1対の凹部の外側の領域にそれぞれ隆起部が形成される。
凹部内の側面および底面ならびに隆起部の上面を覆うように絶縁層13が形成される。さらに、絶縁層13およびリッジ部RiBの上面を覆うようにp側パッド電極14が形成される。これにより、青紫色半導体レーザ素子100の上面にリッジ部RiBに対応するストライプ状の凸部T1および1対の隆起部U1,U2が形成される。凸T1と1対の隆起部U1,U2との間には凹部Con1,Con2が形成される。また、n−GaN基板10の他面側には、Ti/Pt/Auからなるn電極15が形成される。
リッジ部RiB上には絶縁層13が形成されないので、凸部T1の高さL1は隆起部U1,U2の高さL2に比べて絶縁層13の膜厚分だけ低くなっている。
この青紫色半導体レーザ素子100では、リッジ部RiBの下方におけるMQW活性層104の位置に青紫色発光点16が形成される。
図4は、赤色半導体レーザ素子200の詳細を示す模式的断面図である。
赤色半導体レーザ素子200の製造時においては、上述のようにn−GaAs基板20上にn型半導体層21およびp型半導体層22が積層された半導体層2tを形成する。このn−GaAs基板20にはSiがドープされている。
図4(a)に示すように、n−GaAs基板20の一面側には、半導体層2tとして、n−GaAs層201、n−AlGaInPクラッド層202、アンドープAlGaInP光ガイド層203、MQW(多重量子井戸)活性層204、アンドープAlGaInP光ガイド層205、p−AlGaInP第1クラッド層206、p−InGaPエッチングストップ層207、p−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。さらに、p−コンタクト層209上には、Cr/Auからなる電極層210が形成される。
図4(b)に示すように、MQW活性層204は2つのアンドープAlGaInP障壁層204aと3つのアンドープInGaP井戸層204bとが、交互に積層された構造を有する。
ここで、例えば、n−AlGaInPクラッド層202のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。n−GaAs層201およびn−AlGaInPクラッド層202にはSiがドープされている。
アンドープAlGaInP光ガイド層203のAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
また、アンドープAlGaInP障壁層204aのAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。アンドープInGaP井戸層204bのIn組成は0.50であり、Ga組成は0.50である。アンドープAlGaInP光ガイド層205のAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
さらに、p−AlGaInP第1クラッド層206のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。p−InGaPエッチングストップ層207のIn組成は0.50であり、Ga組成は0.50である。
p−AlGaInP第2クラッド層208のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
p−コンタクト層209は、p−GaInP層とp−GaAs層との積層構造を有する。このp−GaInPのGa組成は0.50であり、In組成は0.50である。
なお、上記したAlGaInP系材料の組成は、一般式(Ala Gab 0.5 Inc d で表した時のaがAl組成であり、bがGa組成であり、cがIn組成であり、dがP組成である。
p−AlGaInP第1クラッド層206、p−InGaPエッチングストップ層207、p−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209のp−GaInPおよびp−GaAsにはZnがドープされている。
上記p−AlGaInP第2クラッド層208、p−コンタクト層209および電極層210には、所定間隔を隔ててX方向に延びる1対のストライプ状の凹部が形成される。それにより、これら凹部間に、X方向に延びるリッジ部RiRが形成される。リッジ部RiRは約2.5μmの幅を有する。また、1対の凹部の外側の領域にそれぞれ隆起部が形成される。
凹部内の側面および底面ならびに隆起部の上面を覆うように絶縁層23が形成される。さらに、絶縁層23およびリッジ部RiRの上面を覆うようにp側パッド電極24が形成される。これにより、赤色半導体レーザ素子200の上面にリッジ部RiRに対応するストライプ状の凸部T2および1対の隆起部U3,U4が形成される。凸T2と1対の隆起部U3,U4との間には凹部Con3,Con4が形成される。n−GaAs基板20の他面側には、AuGe/Ni/Auからなるn電極25が形成される。
リッジ部RiR上には絶縁層23が形成されないので、凸部T2の高さL3は隆起部U3,U4の高さL4に比べて絶縁層23の膜厚分だけ低くなっている。
この赤色半導体レーザ素子200では、リッジ部RiRの下方におけるMQW活性層204の位置に赤色発光点26が形成される。
以上のように、本実施の形態においては、凸部T1と凸部T2とが向かい合うように青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200が接合されている。この場合、青紫色半導体レーザ素子100の青紫色発光点16と赤色半導体レーザ素子200の赤色発光点26との間隔を短くすることができる。それにより、青紫色発光点16および赤色発光点26をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、青紫色発光点16および赤色発光点26から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100の凸部T1の高さL1は、隆起部U1,U2の高さL2に比べて低く、赤色半導体レーザ素子200の凸部T2の高さL3は、隆起部U3,U4の高さL4に比べて低い。
この場合、凸部T1と凸部T2とが向かい合うように青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200とを接合しても、隆起部U1,U2と隆起部U3,U4とが接触するので凸部T1と凸部T2とが接触することを防止することができる。それにより、リッジ部RiB,RiRに加わる応力を低減することができ、応力による特性の劣化を防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Aの信頼性が向上する。
また、隆起部U1,U2と隆起部U3,U4とが接触することにより青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200との接触面積が大きくなる。それにより、青紫色半導体レーザ素子100上に赤色半導体レーザ素子200を安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置1Aの組立精度を向上させることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200との接触面積が大きくなることにより、少量のはんだHで確実に青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200とを接合することができる。それにより、はんだHの一部が青紫色半導体レーザ素子100の側面に回り込むことを防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Aに短絡が発生することを防止することができる。
さらに、溶融したはんだHの一部が、青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを防止することができる。それにより、ワイヤ1Wの接触不良を防止することができる。
また、凹部Con1,Con2,Con3,Con4がはんだHを収容する役割を担うので、はんだHが青紫色半導体レーザ素子100の側面およびp側パッド電極14上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを確実に防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Aの短絡およびワイヤ1Wの接触不良を確実に防止することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Aの製造歩留りを向上させることができる。
以上の結果、レーザ光の発光点間隔を短くすることができるとともに、半導体レーザ装置1Aの信頼性および製造歩留りを向上させることができる。
なお、凹部Con1,Con2,Con3,Con4のY方向の幅は5μm以上であることが好ましい。この場合、凹部Con1,Con2,Con3,Con4にはんだHを十分収容することができる。
また、凹部Con1,Con2下方のMQW活性層104の領域とリッジ部RiBの下方のMQW活性層104の領域との実効屈折効率差および凹部Con3,Con4下方のMQW活性層204の領域とリッジ部RiRの下方のMQW活性層204の領域との実効屈折効率差を確保することができるので、リッジ部RiB,RiR下方の領域への光の閉じ込め効果を確実に得ることができる。
さらに、絶縁層13,23およびp側パッド電極14,24を確実に形成することができる。
凹部Con1,Con2,Con3,Con4のY方向の幅は10μm以上であることがより好ましい。この場合、凹部Con1,Con2,Con3,Con4にはんだHを確実に収容することができる。また、リッジ部RiB,RiR下方の領域への光の閉じ込め効果を向上させることができる。さらに、絶縁層13,23およびp側パッド電極14,24をより確実に形成することができる。
凹部Con1,Con2,Con3,Con4のY方向の幅は、赤色半導体レーザ素子200のY方向の幅の4分の1以下であることが好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200との接触面積を十分確保することができる。
凹部Con1,Con2,Con3,Con4のY方向の幅は150μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200との接触面積を十分大きくすることができる。
凹部Con1,Con2,Con3,Con4のY方向の幅は30μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200との接触面積をさらに大きくすることができる。
また、図1〜図4においては、凹部Con1,Con2,Con3,Con4は同じ幅で図示されているが、凹部Con1,Con2,Con3,Con4の幅はそれぞれ異なっていてもよい。
また、上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100上に赤色半導体レーザ素子200が接合されているが、赤色半導体レーザ素子200上に青紫色半導体レーザ素子100が接合されてもよい。また、赤色半導体レーザ素子200の代わりに後述する赤外半導体レーザ素子300を青紫色半導体レーザ素子100上に接合してもよい。
また、上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子2の両方に隆起部を設けているが、青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200のどちらか一方のみに隆起部を設けてもよい。この場合、隆起部の高さを凸部T1および凸部T2の合計の高さより高くすることにより、凸部T1と凸部T2とが接触することを防止することができる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置が第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置1Aと異なるのは以下の点である。
図5は、第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。
本実施の形態に係る半導体レーザ装置1Bにおいては、図5に示すように、赤色半導体レーザ素子200aは、n型半導体層21の下面側にp型半導体層22aを有する。p型半導体層22aの下面側の中央部には、X方向に延びるストライプ状のリッジ部RiR1が形成されている。
また、p型半導体層22aのリッジ部RiR1の下面を除く領域にリッジ部RiR1と同じ高さで絶縁層23aが形成されている。さらに、リッジ部RiR1の下面および絶縁層23aの下面上にp側パッド電極24aが形成されている。
赤色半導体レーザ素子200aのp側パッド電極24aとn電極25との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層21とp型半導体層22aとの接合面におけるリッジ部RiR1の上方の領域(以下、赤色発光点と呼ぶ)26aから波長約650nmのレーザ光がX方向に出射される。
青紫色半導体レーザ素子100および赤色半導体レーザ素子200aは、凸部T1およびリッジ部RiR1が互いに向かい合うように、はんだHによって接合されている。この場合、青紫色半導体レーザ素子100の青紫色発光点16と赤色半導体レーザ素子200aの赤色発光点26aとの間隔を短くすることができる。それにより、青紫色発光点16および赤色発光点26をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、青紫色発光点16および赤色発光点26aから出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100の凸部T1の高さL1は、隆起部U1,U2の高さL2に比べて低く、赤色半導体レーザ素子200aのp側パッド電極24aには凹凸部が形成されていない。
この場合、凸部T1とリッジ部RiR1とが向かい合うように青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200aとを接合しても、青紫色半導体レーザ素子100の隆起部U1,U2が赤色半導体レーザ素子200aのp側パッド電極24aに接触するので、凸部T1がp側パッド電極24aに接触することが防止される。それにより、リッジ部RiBに加わる応力を低減することができ、応力による特性の劣化を防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Bの信頼性が向上する。
また、隆起部U1,U2がp側パッド電極24aに接触することにより青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200aとの接触面積が大きくなる。それにより青紫色半導体レーザ素子100上に赤色半導体レーザ素子200aを安定な状態で接合することができる。その結果、半導体レーザ装置1Bの組立精度を向上させることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200aとの接触面積が大きくなることにより、少量のはんだHで確実に青紫色半導体レーザ素子100と赤色半導体レーザ素子200aとを接合することができる。それにより、はんだHの一部が青紫色半導体レーザ素子100の側面に回り込むことを防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Bに短絡が発生することを防止することができる。
さらに、溶融したはんだHの一部が、青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを防止することができる。それにより、ワイヤ1Wの接触不良を防止することができる。
また、凹部Con1,Con2がはんだHを収容する役割を担うので、はんだHが青紫色半導体レーザ素子100の側面およびp側パッド電極14上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Bの短絡およびワイヤ1Wの接触不良を確実に防止することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Bの製造歩留りを向上させることができる。
以上の結果、レーザ光の発光点間隔を短くすることができるとともに、半導体レーザ装置1Bの信頼性および製造歩留りを向上させることができる。
なお、上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100に凹部Con1,Con2を設けているが、赤色半導体レーザ素子200aの代わりに図1の赤色半導体レーザ素子200を用いる場合は、青紫色半導体レーザ素子100に凹部Con1,Con2を設けなくてもよい。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置が第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置1Aと異なるのは以下の点である。
図6は、第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。
本実施の形態に係る半導体レーザ装置1Cは、波長約405nmのレーザ光を出射する青紫色半導体レーザ素子100a、波長約650nmのレーザ光を出射する赤色半導体レーザ素子200(図1および図4参照)および波長約780nmのレーザ光を出射する赤外半導体レーザ素子300を備える。
図6に示すように、青紫色半導体レーザ素子100aは、図1の青紫色半導体レーザ素子100の凹部Con2より外側の部分(隆起部U2)がY方向に所定幅大きくなった構造を有する。
赤外半導体レーザ素子300は、n−GaAs基板30の下面側にn型半導体層31およびp型半導体層32を有する。p型半導体層32には、X方向に延びるリッジ部RiIrが形成されている。リッジ部RiIrの両側に所定間隔を隔てて隆起部が形成されている。これにより、リッジ部RiIrと隆起部との間に1対の凹部が形成されている。
p型半導体層32の下面には、リッジ部RiIrの下面を除く領域に絶縁層33が形成されている。さらに、絶縁層33およびリッジ部RiIrの下面を覆うようにp側パッド電極34が形成されている。これにより、赤外半導体レーザ素子300の下面に、リッジ部RiIrに対応するストライプ状の凸部T3および1対の隆起部U5,U6が形成される。また、凸部T3と1対の隆起部U5,U6との間には凹部Con5,Con6が形成されている。n−GaAs基板30の上面には、n電極35が形成されている。
青紫色半導体レーザ素子100aおよび赤外半導体レーザ素子300は、凸部T1および凸部T3が互いに向かい合うように、はんだHによって接合されている。また、赤色半導体レーザ素子200は、隆起部T2を下側にして赤外半導体レーザ素子300と平行に、はんだHによって隆起部U4上に接合されている。
これにより、赤外半導体レーザ素子300のp側パッド電極34と青紫色半導体レーザ素子100aのp側パッド電極14とが電気的に接続され、赤色半導体レーザ素子200のp側パッド電極24と青紫色半導体レーザ素子100aのp側パッド電極14とが電気的に接続される。この場合、青紫色半導体レーザ素子100aのp側パッド電極14、赤色半導体レーザ素子200のp側パッド電極24および赤外半導体レーザ素子300のp側パッド電極34が共通の電極となっている。
なお、青紫色半導体レーザ素子100aのY方向の幅は、赤色半導体レーザ素子200のY方向の幅と赤外半導体レーザ素子300のY方向の幅との合計の長さよりも大きい。それにより、青紫色半導体レーザ素子100a上に赤色半導体レーザ素子200と赤外半導体レーザ素子300とを接合した際に、p側パッド電極14の一部が露出する。このp側パッド電極14の露出した領域には、後述するワイヤ1Wが接続される。
青紫色半導体レーザ素子100aのp側パッド電極14とn電極15との間に電圧が印加されることにより、青紫色発光点16から波長約405nmのレーザ光がX方向に出射される。
赤色半導体レーザ素子200のp側パッド電極24とn電極25との間に電圧が印加されることにより、赤色発光点26から波長約650nmのレーザ光がX方向に出射される。
赤外半導体レーザ素子300のp側パッド電極34とn電極35との間に電圧が印加されることにより、n型半導体層31とp型半導体層32との接合面におけるリッジ部RiIrの上方の領域(以下、赤外発光点と呼ぶ)36から波長約780nmのレーザ光がX方向に出射される。
図7は図6の半導体レーザ装置1Cがサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。図6の半導体レーザ装置1Cをパッケージ内に取り付ける場合、図7に示すように、半導体レーザ装置1CをCu,CuWまたはAl等の金属からなるサブマウント500上に取り付ける。そして、ワイヤ1W,2W,3W,4Wを用いてp側パッド電極14,24,34およびn電極15,25,35の配線を行う。
青紫色半導体レーザ素子100のp側パッド電極14は、ワイヤ1Wによりパッケージ内に設けられた第1の給電ピン(図示せず)に接続される。赤色半導体レーザ素子200のn電極25は、ワイヤ2Wによりパッケージ内に設けられた第2の給電ピン(図示せず)に接続される。また、赤外半導体レーザ素子300のn電極35はワイヤ3Wによりパッケージ内に設けられた第3の給電ピン(図示せず)に接続される。
青紫色半導体レーザ素子100aのn電極15の配線は、n電極15をサブマウント500の表面に接合することにより行う。これにより、n電極15とサブマウント500の表面とが電気的に接続される。サブマウント500はワイヤ4Wによりパッケージ内に設けられた第4の給電ピン(図示せず)に接続される。
第1の給電ピンおよび第4の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ4Wとの間に電圧を印加することにより青紫色半導体レーザ素子100aを駆動することができ、第1の給電ピンおよび第2の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ2Wとの間に電圧を印加することにより赤色半導体レーザ素子200を駆動することができ、第1の給電ピンおよび第3の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ3Wとの間に電圧を印加することにより赤外半導体レーザ素子300を駆動することができる。このように、青紫色半導体レーザ素子100a、赤色半導体レーザ素子200および赤外半導体レーザ素子300をそれぞれ独立に駆動することができる。
以下、赤外半導体レーザ素子300の構造についてさらに詳細に説明する。
図8は赤外半導体レーザ素子300の詳細を示す模式的断面図である。
赤外半導体レーザ素子300の製造時においては、上述のようにn−GaAs基板30上にn型半導体層31およびp型半導体層32が積層された半導体層3tが形成される。
図8(a)に示すように、n−GaAs基板30の一面側には、半導体層3tとして、n−GaAs層301、n−AlGaAsクラッド層302、アンドープAlGaAs光ガイド層303、MQW(多重量子井戸)活性層304、アンドープAlGaAs光ガイド層305、p−AlGaAs第1クラッド層306、p−AlGaAsエッチングストップ層307、p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。さらに、p−GaAsコンタクト層309上には、Cr/Auからなる電極層310が形成される。
図8(b)に示すように、MQW活性層304は2つのアンドープAlGaAs障壁層304aと3つのアンドープAlGaAs井戸層304bとが、交互に積層された構造を有する。
ここで、例えば、n−AlGaAsクラッド層302のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。n−GaAs層301およびn−AlGaAsクラッド層302にはSiがドープされている。
アンドープAlGaAs光ガイド層303のAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。また、アンドープAlGaAs障壁層304aのAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。アンドープAlGaAs井戸層304bのAl組成は0.10であり、Ga組成は0.90である。アンドープAlGaAs光ガイド層305のAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。
さらに、p−AlGaAs第1クラッド層306のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。p−AlGaAsエッチングストップ層307のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30である。
p−AlGaAs第2クラッド層308のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。
p−AlGaAs第1クラッド層306、p−AlGaAsエッチングストップ層307、p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309にはZnがドープされている。
上記p−AlGaAs第2クラッド層308、p−GaAsコンタクト層309および電極層310には、所定間隔を隔ててX方向に延びる1対のストライプ状の凹部が形成される。それにより、これら凹部間に、X方向に延びるリッジ部RiIrが形成される。リッジ部RiIrは約2.8μmの幅を有する。また、1対の凹部の外側の領域にそれぞれ隆起部が形成される。
凹部内の側面および底面ならびに隆起部の上面を覆うように絶縁層33が形成される。さらに絶縁層33およびリッジ部RiIrの上面を覆うようにp側パッド電極34が形成される。これにより、赤外半導体レーザ素子300の上面にリッジ部RiIrに対応するストライプ状の凸部T3および1対の隆起部U5,U6が形成される。凸部T3と1対の隆起部U5,U6との間には凹部Con5,Con6が形成される。n−GaAs基板30の他面側には、AuGe/Ni/Auからなるn電極35が形成される。
リッジ部RiIr上には絶縁層33が形成されないので、凸部T3の高さL5は隆起部U5,U6の高さL6に比べて絶縁層33の膜厚分だけ低くなっている。
この赤外半導体レーザ素子300では、リッジ部RiIrの下方におけるMQW活性層304の位置に赤外発光点36が形成される。
以上のように、本実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100a、赤色半導体レーザ素子200および赤外半導体レーザ素子300が一体形成されているので、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36の間隔を短くすることができる。それにより、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、凸部T1と凸部T3とが向かい合うように青紫色半導体レーザ素子100a上に赤外半導体レーザ素子300が接合されているので、青紫色発光点16と赤外発光点36との間隔をさらに短くすることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100aの凸部T1の高さL1は、隆起部U1,U2の高さL2に比べて低く、赤外半導体レーザ素子300の凸部T3の高さL5は隆起部U5,U6の高さL6に比べて低い。
この場合、青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300を接合する際に、隆起部U1,U2と隆起部U5,U6とが接触するので凸部T1と凸部T3とが接触することを防止することができる。
また、赤色半導体レーザ素子200の凸部T2の高さL3は、隆起部U3,U4の高さL4に比べて低い。この場合、凸部T2を下側にして赤色半導体レーザ素子200を青紫色半導体レーザ素子100aの隆起部U2上に接合しても、隆起部U3,U4と隆起部U2とが接触するので凸部T2と隆起部U2とが接触することを防止することができる。
これらの結果、リッジ部RiB,RiR,RiIrに加わる応力を低減することができ、応力による特性の劣化を防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Cの信頼性が向上する。
また、隆起部U1,U2と隆起部U5,U6とが接触することにより青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300との接触面積が大きくなる。それにより、青紫色半導体レーザ素子100a上に赤外半導体レーザ素子300を安定な状態で接合することができる。
また、隆起部U2と隆起部U3,U4とが接触することにより青紫色半導体レーザ素子100aと赤色半導体レーザ素子200との接触面積が大きくなる。それにより、青紫色半導体レーザ素子100a上に赤色半導体レーザ素子200を安定な状態で接合することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Cの組立精度を向上させることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300との接触面積が大きくなることにより、少量のはんだHで確実に青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300とを接合することができる。それにより、はんだHの一部が青紫色半導体レーザ素子100の側面に回り込むことを防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Cに短絡が発生することを防止することができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100aと赤色半導体レーザ素子200との接触面積が大きくなることにより、少量のはんだHで確実に青紫色半導体レーザ素子100aと赤色半導体レーザ素子200とを接合することができる。それにより、溶融したはんだHの一部が、青紫色半導体レーザ素子100aのp側パッド電極14上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを防止することができる。それにより、ワイヤ1Wの接触不良を防止することができる。
また、凹部Con1,Con2,Con3,Con4,Con5,Con6がはんだHを収容する役割を担うので、はんだHの流出を確実に防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Cの短絡およびワイヤ1Wの接触不良を確実に防止することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Cの製造歩留まりを向上させることができる。
以上の結果、レーザ光の発光点間隔を短くすることができるとともに、半導体レーザ装置1Cの信頼性および製造歩留りを向上させることができる。
なお、凹部Con5,Con6のY方向の幅は5μm以上であることが好ましい。この場合、凹部Con5,Con6にはんだHを十分収容することができる。
また、凹部Con5,Con6下方のMQW活性層304の領域とリッジ部RiIrの下方のMQW活性層304の領域との実効屈折効率差を確保することができるので、リッジ部RiIr下方の領域への光の閉じ込め効果を確実に得ることができる。
さらに、絶縁層33およびp側パッド電極34を確実に形成することができる。
凹部Con5,Con6のY方向の幅は10μm以上であることがより好ましい。この場合、凹部Con5、Con6にはんだHを確実に収容することができる。また、リッジ部RiIr下方の領域への光の閉じ込め効果を向上させることができる。さらに、絶縁層33およびp側パッド電極34をより確実に形成することができる。
凹部Con5,Con6のY方向の幅は、赤外半導体レーザ素子300のY方向の幅の4分の1以下であることが好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300との接触面積を十分確保することができる。
凹部Con5,Con6のY方向の幅は150μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300との接触面積を十分大きくすることができる。
凹部Con5,Con6のY方向の幅は30μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100aと赤外半導体レーザ素子300との接触面積をさらに大きくすることができる。
また、凹部Con1,Con2,Con3,Con4、Con5、Con6の幅はそれぞれ異なっていてもよい。
また、上記実施の形態においては、青紫色発光点16上に赤外半導体レーザ素子300が接合されているが、赤色半導体レーザ素子200および赤外半導体レーザ素子300の位置を入れ替えてもよい。
また、上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100aおよび赤外半導体レーザ素子300の両方に隆起部を設けているが、青紫色半導体レーザ素子100および赤外半導体レーザ素子300のどちらか一方のみに隆起部を設けてもよい。この場合、隆起部の高さを凸部T1および凸部T2の合計の高さより高くすることにより、凸部T1と凸部T2とが接触することを防止することができる。
(第4の実施の形態)
図9は、第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。
図9に示すように、本実施の形態に係る半導体レーザ装置1Dにおいては、青紫色半導体レーザ素子100b上に赤色半導体レーザ素子200aおよび赤外半導体レーザ素子300aが一体的に形成されたモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300が接合されている。
以下、青紫色半導体レーザ素子100bおよびモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300について説明する。
青紫色半導体レーザ素子100bは、図6の青紫色半導体レーザ素子100aと同様のn電極15、n−GaN基板10、n型半導体層11、p型半導体層12、絶縁層13を有する。
絶縁層13上の一端側の所定幅の領域にp側パッド電極14aが形成されている。また、p側パッド電極14a上の所定幅の領域に絶縁層17およびp側パッド電極18が形成されている。これにより、青紫色半導体レーザ素子100bの一端側の上面に、リッジ部RiBに対応するストライプ状の凸部T4および1対の隆起部U7,U8が形成されている。また、凸部T4と1対の隆起部U7,U8との間には凹部Con7,Con8が形成されている。
なお、リッジ部RiBの上面には絶縁層13が形成されていないので、凸部T4の高さは隆起部U7,U8の高さに比べて絶縁層13の膜厚分だけ低くなっている。また、p側パッド電極14a,18の一端側の所定幅の領域は露出している。
絶縁層13の他端側の所定幅の領域には、p側パッド電極14bが形成されている。なお、p側パッド電極18の上面の高さおよびp側パッド電極14bの上面の高さはほぼ等しい。
モノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300bは、n電極235およびn−GaAs基板230を有し、n−GaAs基板230の一端側に赤外半導体レーザ素子300aが形成され、n−GaAs基板230の他端側に赤色半導体レーザ素子200aが形成されている。
n−GaAs基板230の一端側の下面側の所定幅の領域には、図6と同様のn型半導体層31が形成され、n型半導体層31の下面側にはp型半導体層32aが形成されている。
p型半導体層32aの下面側の中央部には、図6と同様のリッジ部RiIrが形成されている。リッジ部RiIrの一方側には、所定間隔を隔てて隆起部が形成されている。これにより、リッジ部RiIrと隆起部との間に図6と同様の凹部が形成されている。なお、リッジ部RiIrの他方側には、凹部および隆起部は形成されていない。
n−GaAs基板230の他端側の下面側の所定幅の領域には、図6と同様のn型半導体層21が形成され、n型半導体層21の下面側にはp型半導体層22aが形成されている。
p型半導体層22aの下面側の中央部には、図6と同様のリッジ部RiRが形成されている。リッジ部RiRの一方側には、所定間隔を隔てて隆起部が形成されている。これにより、リッジ部RiRと隆起部との間に図6と同様の凹部が形成されている。なお、リッジ部RiRの他方側(赤外半導体レーザ素子300a側)には、凹部および隆起部は形成されていない。
n型半導体層31とp型半導体層32aとの接合面におけるリッジ部RiIrの上側の領域には、図6と同様の赤外発光点36が形成され、n型半導体層21とp型半導体層22aとの接合面におけるリッジ部RiRの上側の領域には、図1と同様の赤色発光点26が形成されている。
n型半導体層31およびp型半導体層32aとn型半導体層21およびp型半導体層22aとの間に形成された凹部内の側面および底面、p型半導体層32aの下面側のリッジ部RiIrの下面を除く領域およびp型半導体層22aの下面側のリッジ部RiRの下面を除く領域を覆うように絶縁層233が形成されている。さらに、絶縁層233の一端側の所定幅の領域にp側パッド電極34aが形成され、絶縁層233の他端側の所定幅の領域にp側パッド電極24aが形成されている。
これにより、赤外半導体レーザ素子300aの下面に、図6と同様の凸部T3および隆起部U5が形成され、赤色半導体レーザ素子200aの下面に、図6と同様の凸部T2および隆起部U4が形成されている。また、凸部T3と隆起部U5との間には、図6と同様の凹部Con5が形成され、凸部T2と隆起部U4との間には、図6と同様の凹部Con4が形成されている。
青紫色半導体レーザ素子100bおよびモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300は、凸部T4および凸部T3が互いに向かい合いかつ凸部T2がp側パッド電極14b上に位置するようにはんだHによって接合される。
これにより、赤外半導体レーザ素子300aのp側パッド電極34aと青紫色半導体レーザ素子100bのp側パッド電極18とが電気的に接続され、赤色半導体レーザ素子200aのp側パッド電極24aと青紫色半導体レーザ素子100bのp側パッド電極14bとが電気的に接続される。
図10は図9の半導体レーザ装置1Dがサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。図9の半導体レーザ装置1Dをパッケージ内に取り付ける場合、図10に示すように、半導体レーザ装置1DをCu,CuWまたはAl等の金属からなるサブマウント500上に取り付ける。そして、ワイヤ1W,2W,3W,4W,5Wを用いて、p側パッド電極14a,14b,24a,18,34aおよびn電極15,235の配線を行う。
青紫色半導体レーザ素子100bのp側パッド電極14bは、ワイヤ1Wによりパッケージ内に設けられた第1の給電ピン(図示せず)に接続される。赤色半導体レーザ素子200aのn電極235は、ワイヤ2Wによりパッケージ内に設けられた第2の給電ピン(図示せず)に接続される。
青紫色半導体レーザ素子100bのn電極15の配線は、n電極15をサブマウント500の表面に接合することにより行う。これにより、n電極15,235およびサブマウント500とが電気的に接続される。サブマウント500は、ワイヤ3Wによりパッケージ内に設けられた第3の給電ピン(図示せず)に接続される。
青紫色半導体レーザ素子100bのp側パッド電極14aは、ワイヤ4Wによりパッケージ内に設けられた第4の給電ピン(図示せず)に接続される。青紫色半導体レーザ素子100bのp側パッド電極18は、ワイヤ5Wによりパッケージ内に設けられた第5の給電ピン(図示せず)に接続される。
第1の給電ピンおよび第3の給電ピンを介してワイヤ1Wとワイヤ3Wとの間に電圧を印加することにより赤色半導体レーザ素子200aを駆動することができ、第4の給電ピンおよび第3の給電ピンを介してワイヤ4Wとワイヤ3Wとの間に電圧を印加することにより青紫色半導体レーザ素子100bを駆動することができ、第5の給電ピンおよび第3の給電ピンを介してワイヤ5Wとワイヤ3Wとの間に電圧を印加することにより赤外半導体レーザ素子300aを駆動することができる。このように、青紫色半導体レーザ素子100b、赤色半導体レーザ素子200aおよび赤外半導体レーザ素子300aをそれぞれ独立に駆動することができる。
上述したように、本実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100bおよびモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300が一体形成されているので、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36の間隔を短くすることができる。それにより、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36をともにパッケージの中心に近づけることができる。その結果、青紫色発光点16、赤色発光点26および赤外発光点36から出射されるレーザ光に対して共通の光学系を用いることができる。
また、凸部T1と凸部T3とが向かい合うように青紫色半導体レーザ素子100a上に赤外半導体レーザ素子300が接合されているので、青紫色発光点16と赤外発光点36との間隔をさらに短くすることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100bの凸部T4の高さは隆起部U7の高さより低く、赤外半導体レーザ素子300aの凸部T3の高さは隆起部U5の高さより低い。この場合、青紫色半導体レーザ素子100bとモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300とを接合する際に、隆起部U7と隆起部U5とが接触するので凸部T4と凸部T3とが接触することを防止することができる。
また、赤色半導体レーザ素子200aの凸部T2の高さは隆起部U4の高さより低い。この場合、青紫色半導体レーザ素子100bとモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300とを接合する際に、p側パッド電極14bと隆起部U4とが接触するので、凸部T2がp側パッド電極14bに接触することを防止することができる。
これらの結果、リッジ部RiB,RiIr,RiRに加わる応力を低減することができ、応力による特性の劣化を防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Dの信頼性が向上する。
また、モノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300は、隆起部U4および隆起部U5によって支持されるので、青紫色半導体レーザ素子100b上にモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300を安定な状態で接合することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Dの組立精度を向上させることができる。
また、青紫色半導体レーザ素子100bとモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300との接合面積が大きくなることにより、少量のはんだHで確実に青紫色半導体レーザ素子100bとモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300とを接合することができる。それにより、はんだHの一部が青紫色半導体レーザ素子100bの側面に回り込むことを防止できるとともに、溶融したはんだHの一部が、p側パッド電極14b上のワイヤ1Wが接続される部分に流れ出すことを防止することができる。その結果、半導体レーザ装置1Dの短絡およびワイヤ1Wの接続不良を防止することができる。
また、凹部Con4,Con5,Con7,Con8がはんだHを収容する役割を担うので、はんだHの流出を確実に防止することができる。それにより、半導体レーザ装置1Dの短絡およびワイヤ1Wの接触不良を確実に防止することができる。
これらの結果、半導体レーザ装置1Cの製造歩留まりを向上させることができる。
以上の結果、レーザ光の発光点間隔を短くすることができるとともに、半導体レーザ装置1Dの信頼性および製造歩留りを向上させることができる。
なお、凹部Con7,Con8のY方向の幅は5μm以上であることが好ましい。この場合、凹部Con7,Con8にはんだHを十分収容することができる。
また、凹部Con7,Con8下方のMQW活性層104の領域とリッジ部RiBの下方のMQW活性層104の領域との実効屈折効率差を確保することができるので、リッジ部RiB下方の領域への光の閉じ込め効果を確実に得ることができる。
さらに、絶縁層13,17およびp側パッド電極14a,18を確実に形成することができる。
凹部Con7,Con8のY方向の幅は10μm以上であることがより好ましい。この場合、凹部Con7,Con8にはんだHを確実に収容することができる。また、リッジ部RiB下方の領域への光の閉じ込め効果を向上させることができる。さらに、絶縁層13,17およびp側パッド電極14a,18をより確実に形成することができる。
凹部Con7,Con8のY方向の幅は、赤外半導体レーザ素子300aのY方向の幅の4分の1以下であることが好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100bと赤外半導体レーザ素子300aとの接触面積を十分確保することができる。
凹部Con7,Con8のY方向の幅は150μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100bと赤外半導体レーザ素子300aとの接触面積を十分大きくすることができる。
凹部Con7,Con8のY方向の幅は30μm以下であることがより好ましい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100bと赤外半導体レーザ素子300aとの接触面積をさらに大きくすることができる。
また、凹部Con4,Con5,Con7,Con8の幅はそれぞれ異なっていてもよい。
また、上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100およびモノシリック赤色/赤外半導体レーザ素子2300の両方に隆起部を設けているが、青紫色半導体レーザ素子100bには隆起部を設けなくてもよい。この場合、隆起部U4,U5の高さを凸部T3および凸部T4の合計の高さよりも高くすることにより凸部T3と凸部T4とが接触することを防止することができる。
また、赤外半導体レーザ素子300aの隆起部U5を設けなくてもよい。この場合、隆起部U7の高さを凸部T3および凸部T4の高さよりも高くすることにより凸部T3と凸部T4とが接触することを防止することができる。
また、赤色半導体レーザ素子200aの隆起部U4を設けなくてもよい。この場合、青紫色半導体レーザ素子100b上の赤色半導体レーザ素子200a下の領域で、凸部T2の少なくとも一方側に凸部T2の高さより高い隆起部を形成すればよい。それにより、凸部T2がp側パッド電極14bに接触することを防止することができる。
また、上記実施の形態においては、リッジ部RiRおよびリッジ部RiIrの一方側にのみ凹部および隆起部を形成しているが、両側に形成してもよい。
なお、第1〜第4の実施の形態において、青紫色半導体レーザ素子100,100a,100bのn−GaN基板10はn−GaNウェハであり、赤色半導体レーザ素子200,200aおよび赤外半導体レーザ素子300,300aのn−GaAs基板20,30,230はn−GaAsウェハである。
青紫色半導体レーザ素子100,100aは、n−GaNウェハ上に半導体層1tを形成し、複数の青紫色半導体レーザ素子100のチップに分割することにより作製されている。
赤外半導体レーザ素子200は、n−GaAsウェハ上に半導体層2tを形成し、複数の赤外半導体レーザ素子200のチップに分割することにより作製されている。
赤色半導体レーザ素子300は、n−GaAsウェハ上に半導体層3tを形成し、複数の赤色半導体レーザ素子300のチップに分割することにより作製されている。
さらに、モノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子2300は、n−GaAsウェハ上に半導体層2t,3tを形成し、複数のモノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子2300のチップに分割することにより作製されている。
そこで、半導体レーザ装置1A,1B,1C,1Dは、各半導体層の形成されたn−GaNウェハとn−GaAsウェハとを接合し、その積層体を分割することにより複数の半導体レーザ装置を作製することができる。
しかしながら、予め青紫色半導体レーザ素子100,100a,100bのチップ、赤色半導体レーザ素子200,200aのチップ、赤外半導体レーザ素子300のチップおよびモノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子2300のチップを個別に作製し、それらのチップを互いに貼り合わせることにより半導体レーザ装置1A,1B,1C,1Dを作製してもよい。
(特許請求の範囲との対応関係)
上記実施の形態においては、青紫色半導体レーザ素子100,100a,100bが第1の半導体レーザ素子に相当し、赤色半導体レーザ素子200,200aが第2または第3の半導体レーザ素子に相当し、赤外半導体レーザ素子300が第2の半導体レーザ素子に相当し、n型半導体層11およびp型半導体層12が第1の半導体層に相当し、n型半導体層21およびp型半導体層22が第2または第3の半導体層に相当し、n型半導体層31およびp型半導体層32が第2の半導体層に相当する。
また、上記実施の形態においては、青紫色発光点16が第1の発光点に相当し、赤色発光点26が第2または第3の発光点に相当し、赤外発光点36が第2の発光点に相当し、ストライプ状の凸部T1,T3,T4が第1の凸部に相当し、ストライプ状の凸部T2が第2または第3の凸部に相当し、隆起部U1〜U8が第1の隆起部に相当し、隆起部U3,U4が第2の隆起部に相当する。
さらに、上記実施の形態においては、MQW活性層104が第1の活性層に相当し、p−AlGaNクラッド層107が第1のクラッド層に相当し、リッジ部RiBが第1のリッジ部に相当し、MQW活性層204が第2の活性層に相当し、p−AlGaInP第2クラッド層208が第2のクラッド層に相当し、リッジ部RiRが第2のリッジ部に相当し、絶縁層13,23,33が電流ブロック層に相当する。
(他の実施の形態)
上記実施の形態においてはp型半導体層12,22,22a,32,32aに凹部を形成することにより凹部Con1,Con2,Con3,Con4,Con5,Con6,Con7,Con8を形成しているが、絶縁層13,23,23a,33,33aに凹部を形成することにより凹部Con1,Con2,Con3,Con4,Con5,Con6,Con7,Con8を形成してもよく、p側パッド電極14,24,24a,33,33aに直接凹部Con1,Con2,Con3,Con4,Con5,Con6,Con7,Con8を形成してもよい。
例えば、青紫色半導体レーザ素子100においては、図11(a)に示すように、p型半導体層12に凹部を形成せずに、絶縁層13に凹部を形成することにより、凹部Con1,Con2を形成してもよい。また、図11(b)に示すように、p型半導体層12および絶縁層13に凹部を形成せずに、p側パッド電極14に直接凹部Con1,Con2を直接形成してもよい。
また、上記実施の形態においては、電流ブロック層として絶縁層を用いているが、半導体からなる電流ブロック層を用いてもよい。
また、上記第1〜第3の実施の形態においては、凸部の両側に隆起部を設けているが、隆起部の面積が十分に大きい場合には、凸部の一方側にのみ隆起部を設けてもよい。
本発明は、複数種類の光学記録媒体の記録および再生を行うことが可能な光学記録媒体駆動装置およびその製造に有効に利用できる。
第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。 図1の半導体レーザ装置がサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。 青紫色半導体レーザ素子の詳細を示す模式的断面図である。 赤色半導体レーザ素子の詳細を示す模式的断面図である。 第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。 第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。 図6の半導体レーザ装置がサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。 赤外半導体レーザ素子の詳細を示す模式的断面図である。 第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。 図9の半導体レーザ装置がサブマウント上に接合された状態を示す模式的断面図である。 凹部の形成方法の他の例を示すための図である。 従来の半導体レーザ装置の一例を示す模式的断面図である。 従来の半導体レーザ装置の問題点の一例を示す図である。 従来の半導体レーザ装置の問題点の一例を示す図である。 従来の半導体レーザ装置の問題点の一例を示す図である。
符号の説明
1t,2t,3t 半導体層
1A〜1D 半導体レーザ装置
10 n−GaN基板
11 n型半導体層
12 p型半導体層
13 絶縁層
14 p側パッド電極
15 n電極
16 青紫色発光点
20 n−GaAs基板
21 n型半導体層
22 p型半導体層
23 絶縁層
24 p側パッド電極
25 n電極
26 赤色発光点
31 n型半導体層
32 p型半導体層
33 絶縁層
34 p側パッド電極
35 n電極
36 赤外発光点
100,100a,100b 青紫色半導体レーザ素子
200,200a 赤色半導体レーザ素子
300,300a 赤外半導体レーザ素子
Con1〜Con6 凹部
H はんだ
RiB,Rir,RiIr リッジ部
T1〜T4 凸部
U1〜U8 隆起部

Claims (15)

  1. 第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、
    第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子とを備え、
    前記第1の半導体層の一面側および前記第2の半導体層の一面側が互いに接合され、
    前記第1の半導体層の前記一面側および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方にストライプ状の凸部が設けられ、
    前記第1の半導体層の前記一面側および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方において前記凸部に間隔を隔てて隆起部が設けられ、
    前記隆起部の高さが前記凸部の高さ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記隆起部は、前記凸部の両側に間隔を隔てて設けられ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. 前記凸部は、前記第1の半導体層の前記一面側に設けられた第1の凸部と、前記第2の半導体層の前記一面側に設けられた第2の凸部を含み、
    前記隆起部は、前記第1の半導体層の前記一面側において前記第1の凸部に間隔を隔てて設けられた第1の隆起部と、前記第2の半導体層の前記一面側において前記第2の凸部に間隔を隔てて設けられた第2の隆起部を含み、
    前記第1および第2の隆起部の合計の高さが前記第1および第2の凸部の合計の高さ以上であ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. 前記第1の凸部および前記第1の発光点は、前記第1の半導体層の前記一面に略垂直な方向に沿って位置し、前記第2の凸部および前記第2の発光点は、前記第2の半導体層の前記一面に略垂直な方向に沿って位置し、前記第1の凸部と前記第2の凸部とが対向するように前記第1および第2の半導体レーザ素子が配置されたことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記第1の半導体レーザ素子は、第1の活性層および第1のクラッド層を順に含み、前記第1のクラッド層は、第1の平坦部およびその平坦部上の第1のリッジ部からなり、前記第1の凸部は前記第1のリッジ部を覆うように形成され、
    前記第2の半導体レーザ素子は、第2の活性層および第2のクラッド層を順に含み、前記第2のクラッド層は、第2の平坦部およびその平坦部上の第2のリッジ部からなり、前記第2の凸部は前記第2のリッジ部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項4記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記第1の隆起部は、前記第1の凸部の両側に間隔を隔てて設けられ、
    前記第2の隆起部は、前記第2の凸部の両側に間隔を隔てて設けられることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記凸部は、前記第1の半導体層の前記一面側に設けられ、
    前記隆起部は、前記第1の半導体層の前記一面側において前記凸部に間隔を隔てて設けられたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記凸部、前記第1の発光点および前記第2の発光点は、前記第1の半導体層の前記一面に略垂直な方向に沿って位置することを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ装置。
  9. 前記第1の半導体レーザ素子は、第1の活性層および第1のクラッド層を順に含み、前記第1のクラッド層は、平坦部およびその平坦部上のリッジ部からなり、前記凸部は前記リッジ部を覆うように形成され、
    前記第2の半導体レーザ素子は、第2の活性層、第2のクラッド層、およびストライプ状開口部を有する電流ブロック層を順に含むことを特徴とする請求項8記載の半導体レーザ装置。
  10. 前記隆起部は、前記凸部の両側に間隔を隔てて設けられることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  11. 第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、
    第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子と、
    第3の波長の光を出射する第3の発光点を有する第3の半導体層を備えた第3の半導体レーザ素子とを備え、
    前記第1の半導体層の一面側の第1の領域に前記第2の半導体層の一面側が接合されるとともに、前記第1の半導体層の前記一面側の第2の領域に前記第3の半導体層の一面側が接合され、
    前記第1の領域および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられ、
    前記第1の領域および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方において前記第1の凸部に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられ、
    前記第2の領域および前記第3の半導体層の前記一面側の一方または両方にストライプ状の第2の凸部が設けられ、
    前記第2の領域および前記第3の半導体層の前記一面側の一方または両方において前記第2の凸部に間隔を隔てて第2の隆起部が設けられ、
    前記第1の隆起部の高さが前記第1の凸部の高さ以上であり、前記第2の隆起部の高さが前記第2の凸部の高さ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  12. 前記第1の隆起部は、前記第1の凸部の両側に間隔を隔てて設けられ、
    前記第2の隆起部は、前記第2の凸部の両側に間隔を隔てて設けられることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ装置。
  13. 第1の波長の光を出射する第1の発光点を有する第1の半導体層を備えた第1の半導体レーザ素子と、
    第2の波長の光を出射する第2の発光点を有する第2の半導体層を備えた第2の半導体レーザ素子と、
    第3の波長の光を出射する第3の発光点を有する第3の半導体層を備えた第3の半導体レーザ素子とを備え、
    前記第2および第3の半導体レーザ素子は共通の基板上に形成され、
    前記第1の半導体層の一面側の第1の領域に前記第2の半導体層の一面側が接合されるとともに、前記第1の半導体層の前記一面側の第2の領域に前記第3の半導体層の一面側が接合され、
    前記第1の領域および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方にストライプ状の第1の凸部が設けられ、
    前記第1の領域および前記第2の半導体層の前記一面側の一方または両方において前記第1の凸部の少なくとも一方側に間隔を隔てて第1の隆起部が設けられ、
    前記第2の領域および前記第3の半導体層の前記一面側の一方または両方に第2の隆起部が設けられ、
    前記第1および第2の隆起部の高さが前記第1の凸部の高さ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  14. 前記第3の半導体層の前記一面側にストライプ状の第2の凸部が設けられ、
    前記第2の領域および前記第3の半導体層の前記一面側の一方または両方において前記第2の凸部の少なくとも一方側に間隔を隔てて第2の隆起部が設けられ、
    前記第2の隆起部の高さが前記第2の凸部の高さ以上であることを特徴とする請求項13記載の半導体レーザ装置。
  15. 前記間隔は、5μm以上150μm以下であることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
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