JP2007266269A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザ光を、それぞれの強度を調整して出力できる新規な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体レーザ装置は、活性層２４を含む半導体多層膜と、活性層２４に電流を注入するための第１および第２の電極とを備え、複数のレーザ光６１〜６４を出射する。活性層２４は、端面２４ａ〜２４ｄを有する。端面２４ａ〜２４ｄは、それぞれ、仮想の菱形の経路３２の４つの頂点の位置に存在する。複数のレーザ光６１〜６４は、経路３２に沿って時計回りおよび反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１・Ｌ２）の一部が出射されたレーザ光である。第１および第２の電極は、活性層２４のうち経路３２に対応する部分であって経路３２の対角線で分割される複数の部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されている。そして、それら複数の部分に注入される電流量を変化させることによって、複数のレーザ光６１〜６４の強度が制御される。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。

従来から、複数の方向にレーザ光を出射する半導体レーザ装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１の半導体レーザ装置では、環状の導波路を時計回りおよび反時計回りに伝搬する２つのレーザ光を出射させている。また、特許文献２の半導体レーザ装置では、２次元方向に広がるキャビティー内において時計回りおよび反時計回りに伝搬する２つのレーザ光を、キャビティーの端面から出射させている。
特開２０００−２３０８３１号公報 特開２００４−２３５３３９号公報

しかしながら、上記従来の半導体レーザ装置では、出射される複数のレーザ光の強度はほぼ同じであり、それらを独立に制御することは難しかった。このような状況において、本発明は、複数のレーザ光を、それぞれの強度を調整して出力できる新規な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、本発明の半導体レーザ装置は、活性層を含む半導体多層膜と、前記活性層に電流を注入するための第１および第２の電極とを備え、複数のレーザ光（Ｌ）を出射する半導体レーザ装置であって、前記活性層は、互いに対向する第１および第２の端面と、互いに対向する第３および第４の端面とを有し、前記第１、第２、第３および第４の端面は、それぞれ、仮想の菱形の第１、第２、第３および第４の頂点の位置に存在し、前記複数のレーザ光（Ｌ）は、前記仮想の菱形の辺に沿って時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）の一部、および、前記仮想の菱形の辺に沿って反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）の一部が、前記第１および第２の端面から選ばれる少なくとも１つの端面から出射された複数のレーザ光であり、前記第１および第２の電極は、前記活性層のうち前記仮想の菱形の辺に対応する部分であって、前記仮想の菱形の少なくとも１つの対角線で分割される複数の部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されており、前記複数の部分のそれぞれに注入される電流量を変化させることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される。

本発明によれば、複数のレーザ光を、それぞれの強度を調整して出力できる新規な半導体レーザ装置が得られる。

以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で挙げる例には限定されない。

［半導体レーザ装置］
本発明の半導体レーザ装置は、活性層を含む半導体多層膜と、活性層に電流を注入するための第１および第２の電極とを備える。第１の電極は半導体多層膜の上面側に接続され、第２の電極は半導体多層膜の裏面側（基板側）に接続される。別の観点では、第１の電極および第２の電極は、それぞれ、半導体多層膜のうち異なる導電型（ｐ型またはｎ型）の層に接続される。第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することによって、活性層に電流が注入される。その結果、半導体レーザ装置は、複数のレーザ光（Ｌ）を出射する。

活性層は、互いに対向する第１および第２の端面と、互いに対向する第３および第４の端面とを有する。それら第１、第２、第３および第４の端面は、それぞれ、仮想の菱形の第１、第２、第３および第４の頂点の位置に存在する。この仮想の菱形の２つの対角線は、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線、および、第３の頂点と第４の頂点とを結ぶ対角線である。

複数のレーザ光（Ｌ）は、仮想の菱形の辺に沿って時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）の一部、および、仮想の菱形の辺に沿って反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）の一部が、第１および第２の端面から選ばれる少なくとも１つの端面から出射された複数のレーザ光である。

上記第１および第２の電極は、活性層のうち仮想の菱形の辺に対応する部分であって、仮想の菱形の少なくとも１つの対角線で分割される複数（たとえば２つまたは４つ）の部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されている。そして、それらの複数の部分のそれぞれに注入される電流量を変化させることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される。

活性層を含む半導体多層膜は、通常、半導体基板上に形成される。半導体多層膜は、活性層の他に、半導体レーザ装置に必要な層を備える。たとえば、半導体多層膜は、活性層で励起されたレーザ光を閉じ込めるための光閉じ込め層（たとえばクラッド層）を備える。この光閉じ込め層は、活性層を挟むように配置された２つの層を含む。これら２つの層は、活性層の材料よりも屈折率（レーザ光（Ｌ）の波長における屈折率）が低い材料によって形成されている。本発明の半導体レーザ装置では、活性層の平面形状と光閉じ込め層（たとえばクラッド層）の平面形状とは、通常同じである。なお、この明細書において、「平面形状」とは、図３に示される形状、すなわち、半導体層の積層方向と垂直な方向における形状を意味する。活性層および光閉じ込め層は、キャビティー（共振器）を構成する。

本発明の半導体レーザ装置を構成する半導体および積層構造に特に限定はなく、利用するレーザ光の波長などに応じて選択される。半導体層の材料の一例としては、たとえば、III−Ｖ族化合物半導体が挙げられる。

活性層の平面形状は、上記菱形の経路の頂点が外縁部に位置するように上記菱形を含む形状である。活性層に電流が注入されると、光が発生するが、この光は、活性層の端面で反射されるとともに活性層内で誘導放射を引き起こし、増幅される。そして、キャビティーの平面形状に応じて、特定の経路を安定に周回するレーザ光が励起される。本発明の半導体レーザ装置では、菱形の経路の４つの頂点のそれぞれに対応する位置に活性層の端面が存在するため、菱形の経路を周回するレーザ光（Ｌ１およびＬ２）が励起される。

活性層およびそれを挟むように配置される光閉じ込め層は、通常、均一な層であり、上記経路に対応するような一定の幅の導波路は形成されていない。すなわち、本発明の半導体レーザ装置のキャビティーは、実質的に環状でなく、２次元的に広がっている。

本発明の半導体レーザ装置では、レーザ光（Ｌ１）の一部が第１の端面から出射されて第１のレーザ光となり、レーザ光（Ｌ２）の一部が第１の端面から出射されて第２のレーザ光となり、レーザ光（Ｌ１）の一部が第２の端面から出射されて第３のレーザ光となり、レーザ光（Ｌ２）の一部が第２の端面から出射されて第４のレーザ光となる。なお、第２の端面に高反射膜を形成し、第１の端面のみから第１および第２のレーザ光を出射させてもよい。

本発明の半導体レーザ装置の典型的な一例では、第１の電極は、所定の領域（コンタクト領域）において半導体多層膜と接触し、第２の電極は、基板を介して半導体多層膜と電気的に接続される。第１の電極から活性層に注入される電流（キャリア）は、そのコンタクト領域を通過する。半導体多層膜は薄いため、活性層のうち電流が集中的に注入される領域は、コンタクト領域にほぼ対応する。そのため、コンタクト領域の形状を特定の形状とすることによって、活性層のうちの特定の領域のみに集中的に電流を注入することが可能である。また、コンタクト領域を複数の部分に分割することによって、活性層のうちの特定の領域に流れる電流の大きさと、他の領域を流れる電流の大きさとを変えることが可能である。

第１および第２の電極は、活性層のうち仮想の菱形の辺に対応する部分であって、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線で分割される２つの部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されていてもよい。たとえば、第１の電極が、仮想の菱形の辺に対応する形状を有するコンタクト領域において半導体多層膜と接触しており、そのコンタクト領域は、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線を含み仮想の菱形に垂直な平面に対して、対称となるように複数のコンタクト部に分割されていてもよい。第１の電極は、複数（たとえば２つ）のコンタクト部に異なる大きさの電流を注入できるように複数（たとえば２つ）の電極部に分割される。そして、複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値を変化させることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される。この構成によれば、第１のレーザ光の強度と第２のレーザ光の強度との比を制御すること、または、第３のレーザ光の強度と第４のレーザ光の強度との比を制御すること、または、第１および第４のレーザ光の強度と第２および第３のレーザ光の強度との比を制御することが可能である。

また、第１および第２の電極は、活性層のうち仮想の菱形の辺に対応する部分であって、第３の頂点と第４の頂点とを結ぶ対角線で分割される２つの部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されていてもよい。たとえば、第１の電極が、仮想の菱形の辺に対応する形状を有するコンタクト領域において半導体多層膜と接触しており、そのコンタクト領域は、第３の頂点と第４の頂点とを結ぶ対角線を含み仮想の菱形に垂直な平面に対して、対称となるように複数のコンタクト部に分割されていてもよい。第１の電極は、複数（たとえば２つ）のコンタクト部に異なる大きさの電流を注入できるように複数（たとえば２つ）の電極部に分割される。そして、複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値を変化させることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される。この構成によれば、第１および第２のレーザ光の強度と第３および第４のレーザ光の強度との比を制御することが可能である。

別の例では、コンタクト領域は、上記仮想の菱形の第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線を含み仮想の菱形に垂直な平面に対して対称となるように、且つ、上記仮想の菱形の第３の頂点と第４の頂点とを結ぶ対角線を含み仮想の菱形に垂直な平面に対して対称となるように、複数（たとえば４つ）のコンタクト部に分割されている。第１の電極は、複数（たとえば４つ）のコンタクト部に異なる大きさの電流を注入できるように複数（たとえば４つ）の電極部に分割される。そして、複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値を変化させることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される。この構成によれば、第１〜第４のレーザ光の強度比を制御することが可能である。

本発明の半導体レーザ装置では、複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値の比を変えることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御されてもよい。

また、本発明の半導体レーザ装置では、複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値の比が一定のまま電流値の大きさを変えることによって、複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御されてもよい。

［半導体レーザ装置の一例］
以下に、本発明の半導体レーザ装置の一例について説明する。この半導体レーザ装置１０の斜視図を図１に示し、図１の線II−IIにおける断面図を図２に示す。なお、本発明の説明に用いる図面は模式的なものであり、理解が容易なように各部の縮尺を変更している。

図１の半導体レーザ装置１０は、基板１１と、基板１１上に形成された半導体多層膜２０と、半導体多層膜２０上に形成された絶縁層１２および第１の電極１３と、基板１１の裏面側の全面に形成された第２の電極１４とを含む。

図２を参照して、半導体多層膜２０は、基板１１側から順に積層された、バッファ層２１、クラッド層２２、ＳＣＨ層２３、活性層２４、ＳＣＨ層２５、クラッド層２６およびキャップ層２７を含む。キャップ層２７の上には、パターニングされた絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２上には、第１の電極１３が形成されている。絶縁層１２には貫通孔が形成されているため、第１の電極１３とキャップ層２７とは、貫通孔が形成されているコンタクト領域３１で接触する。このコンタクト領域３１を介して活性層２４に電流が注入される。

半導体レーザ装置１０の活性層２４を上方から見たときの平面形状を図３および図４に示す。図４では、第１の電極１３と半導体多層膜２０（キャップ層２７）とが接触している領域（コンタクト領域３１）の部分をハッチングで示している。なお、半導体多層膜２０を構成する各層（たとえばクラッド層２２および２６や、ＳＣＨ層２３および２５）は、活性層２４と同じ平面形状を有する。

図３を参照して、活性層２４は、仮想の菱形の辺の経路３２を含む面状に形成された薄膜である。経路３２の第１から第４の頂点３２ａ〜３２ｄのうち、第１および第２の頂点３２ａおよび３２ｂにおける内角は、第３および第４の頂点３２ｃおよび３２ｄにおける内角よりも角度が小さい。活性層２４は、頂点３２ａ〜３２ｄの位置に配置された第１から第４の端面（ミラー面）２４ａ〜２４ｄを有する。第１および第２の端面２４ａおよび２４ｂは、外側に向かって凸に膨らんだ曲面である。第３および第４の端面２４ｃおよび２４ｄは、フラットな平面である。頂点３２ａと頂点３２ｂとを結ぶ対角線３２ａｂは、頂点３２ａ近傍において端面２４ａと実質的に直交し、頂点３２ｂ近傍において端面２４ｂと実質的に直交する。また、頂点３２ｃと頂点３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄは、端面２４ｃおよび２４ｄのそれぞれと、実質的に直交する。

活性層２４は、第１の領域２４ｆと、第１の領域２４ｆに隣接する４つの第２の領域２４ｓとを備える。第１の領域２４ｆの平面形状は、ほぼ長方形状であって、厳密には長方形の短辺を外側にふくらませた形状である。経路３２は、第１の領域２４ｆ内に形成される。第１の領域２４ｆと第２の領域２４ｓとによって構成される活性層２４は、略Ｈ字状の形状（より詳しくはＨの字を横に引き延ばした形状）をしている。活性層２４の第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとの間の距離Ｌｆ（図３参照）は６００μｍであり、第３の頂点３２ｃと第４の頂点３２ｄとの間の距離Ｗは６０μｍである。

本発明で用いられる半導体レーザの活性層では、Ｗ／Ｌｆの値が、たとえば０．０５以上０．３２以下である。これに対して、直線状のキャビティーを有する従来の一般的な半導体レーザのキャビティーでは、幅／長さの値が、通常０．０２以下である。

４つの第２の領域２４ｓは、第１の領域２４ｆで発生したレーザ光が端面２４ｃおよび２４ｄで多重反射されることによって発生するモードを抑制するために形成される。装置１０では、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線３２ａｂに平行な方向における第２の領域２４ｓの長さＬｓ（図３参照）が１６０μｍである。また、Ｌｆ／４は１５０μｍである。このように、Ｌｆ／４＜Ｌｓが満たされる場合、上記モードが特に抑制される。また、第３の頂点３２ｃと第４の頂点３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄの方向における第２の領域２４ｓの長さＷｓは７０μｍである。

端面２４ａおよび２４ｂの形状は、それぞれ、円柱の曲面の一部の形状である。具体的には、対角線３２ａｂ上であって活性層２４の表面と垂直に中心軸が配置された円柱の曲面の一部と同じ形状である。その円柱の半径、すなわち端面２４ａの曲率半径Ｒ１（図３参照）は６００μｍであり、端面２４ｂの曲率半径Ｒ２（図示せず）も同じく６００μｍである。なお、曲率半径Ｒ１およびＲ２は、それぞれ、第１の頂点と第２の頂点との間の距離Ｌｆの０．５倍以上２倍以下の範囲から選択されてもよい。

活性層２４の平面形状は、対角線３２ａｂに対して線対称の形状であり、また、対角線３２ｃｄに対して線対称の形状である。ただし、活性層を含む半導体層の平面形状は必ずしも線対称の形状ではなくともよく、たとえば、端面２４ｂは、端面２４ａとは曲率が違う曲面であってもよい。

コンタクト領域３１の形状の詳細を図５（ａ）に示す。図５において、Ｓ１＝５９０μｍ、Ｓ２＝５００μｍ、Ｓ３＝２００μｍ、Ｔ１＝５０μｍ、Ｔ２＝１１μｍ、Ｔ３＝１０μｍである。また、絶縁層１２、電極１３およびコンタクト領域３１の配置を示す上面図を図５（ｂ）に示す。

コンタクト領域３１は、仮想の菱形の辺（経路３２）に対応する形状を有する。なお、この明細書において、「菱形の辺に対応する形状」とは、菱形の辺（経路３２）に沿うように形成された形状を意味する。また、「菱形の辺に対応する形状」は、菱形の経路の全体に沿う形状に加えて、菱形の経路の５０％以上（好ましくは、７０％以上でより好ましくは９０％以上）に沿う形状を含む。また、コンタクト領域の面積は、活性層の平面形状の面積に対して通常５０％以下であり、たとえば３０％以下である。

第１の電極１３とキャップ層２７とが接触しているコンタクト領域３１は、第１のコンタクト部３１ａ、第２のコンタクト部３１ｂ、第３のコンタクト部３１ｃ、および第４のコンタクト部３１ｄによって構成されている。コンタクト部３１ａおよび３１ｄと、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃとは、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線３２ａｂを含み経路３２の菱形に対して垂直な平面に対して、対称となるように形成されている。別の観点では、コンタクト部３１ａおよび３１ｄと、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃとは、菱形の経路３２を対角線３２ａｂで２つに分割したときの経路の一方および他方に対応するように形成される。

また、第１の電極１３は、コンタクト部３１ａおよび３１ｄと、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃとに、異なる大きさの電流を注入できるように、第１の電極部１３ａと第２の電極部１３ｂとに分割されている。電極部１３ａは、コンタクト部３１ａおよび３１ｄにおいて、キャップ層２７と接触する。電極部１３ｂは、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃにおいて、キャップ層２７と接触する。絶縁層１２には、コンタクト領域３１に対応する形状の貫通孔が形成されている。コンタクト部３１ａから注入される電流とコンタクト部３１ｄから注入される電流とは実質的に同じ大きさであり、コンタクト部３１ｂから注入される電流とコンタクト部３１ｃから注入される電流とは実質的に同じ大きさである。そのため、コンタクト領域３１は、コンタクト部３１ａおよび３１ｄと、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃの２つに分割されていると考えることも可能である。

第１の電極１３と第２の電極１４との間に電圧を印加して活性層２４にキャリアを注入すると、活性層２４で光が励起される。この光は、光閉じ込め層（ＳＣＨ層２３および２５ならびにクラッド層２２および２６）によって閉じこめられて、活性層２４およびその近傍を伝搬する。その結果、図４に示すように、経路３２を時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）と、経路３２を反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）とが励起される。レーザ光（Ｌ１）の一部は、端面２４ａから第１のレーザ光６１として出射され、端面２４ｂから第４のレーザ光６４として出射される。レーザ光（Ｌ２）の一部は、端面２４ａから第２のレーザ光６２として出射され、端面２４ｂから第３のレーザ光６３として出射される。

基板１１および半導体多層膜２０の材料および膜厚について、表１に示す。また、一部の半導体層のドーパント濃度についても表１に示す。

活性層２４は、井戸層（ＧａＡｓ層、厚さ：約６ｎｍ）と障壁層（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層、厚さ：約９ｎｍ）とが、井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層という順序で積層された構造を有する。

絶縁層１２には、ＳｉＯ₂層（厚さ：約６００ｎｍ）が用いられる。第１の電極１３には、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層（それぞれの厚さ：約７０ｎｍ／５０ｎｍ／１０００ｎｍ）の積層膜が用いられる。第２の電極１４には、ＡｕＧｅＮｉ層／Ａｕ層の積層膜が用いられる。

バッファ層２１は、品質が高いIII−Ｖ族化合物半導体結晶を得るために形成される。ＳＣＨ層２３および２５は、屈折率分布によって光を閉じ込めるための層である。

クラッド層２２および２６ならびにＳＣＨ層２３および２５は、活性層２４よりも屈折率が低い材料からなる。活性層２４の屈折率が最も高いため、活性層２４で発生した光は、ＳＣＨ層２３および２５ならびにクラッド層２２および２６によって、活性層２４およびその近傍に閉じこめられる。

上述した一例の半導体レーザ装置について、第１の電極部１３ａと第２の電極部１３ｂとに注入する電流を変化させ、出射されるレーザ光の変化を観測した。電流を制御する方法の一例として、電極部１３ａと電極１４との間に印加する電圧、および電極部１３ｂと電極１４との間に印加する電圧を変化させる方法がある。

まず、電極部１３ａ（コンタクト部３１ａおよび３１ｄ）から１６５ｍＡの電流を注入し、電極部１３ｂ（コンタクト部３１ｂおよび３１ｃ）から１６５ｍＡの電流を注入した。その結果、図６に示すように、４つのレーザ光６１〜６４が出射された。第１の端面２４ａからは、レーザ光６１および６２が出射された。また、第２の端面２４ｂからは、レーザ光６３および６４が出射された。これら４つのレーザ光６１〜６４は、キャビティー内の屈折率と大気の屈折率との差のために、仮想の菱形の経路３２の一辺からスネルの法則に従った方向に出射される。対角線３２ｃｄの方向を０°としたときの各レーザ光の出射方向と光強度とを図７に示す。

図７に示すように、レーザ光６１〜６４は、対角線３２ｃｄ（０°の方向）に対して対称となるように、且つ対角線３２ａｂ（±９０°の方向）に対して対称となるように出射された。また、レーザ光６１〜６４の光強度はほぼ同じであった。

次に、電極部１３ａから８３ｍＡの電流を注入し、電極部１３ｂから２４７ｍＡの電流を注入した。この場合も、図６に示す方向にレーザ光６１〜６４が出射されたが、レーザ光６１および６４の光強度は、レーザ光６２および６３の強度よりも高かった。この場合の各レーザ光の出射方向と光強度とを図８に示す。レーザ光６１の光強度はレーザ光６４の光強度とほぼ同じであり、レーザ光６２の光強度はレーザ光６３の光強度とほぼ同じであった。

電極部１３ｂ（コンタクト部３１ｂおよび３１ｃ）から注入する電流量Ｊ_bと、電極部１３ａ（コンタクト部３１ａおよび３１ｄ）から注入する電流量Ｊ_aとの比Ｊ_b／Ｊ_aの大きさを変えたときのレーザ光６１〜６４の光強度Ｉ₆₁〜Ｉ₆₄を測定した。その結果、図９に示すように、比Ｊ_b／Ｊ_aの大きさに対して、Ｉ₆₁／Ｉ₆₂の値およびＩ₆₄／Ｉ₆₃の値が比例した。

このように、コンタクト部から注入する電流量の比を変化させることによって、出射されるレーザ光の強度を制御できた。コンタクト部３１ａおよび３１ｄから注入する電流を大きくすることによって、レーザ光６２および６３の光強度を大きくできる。一方、コンタクト部３１ｂおよび３１ｃから注入する電流を大きくすることによって、レーザ光６１および６４の光強度を大きくできる。以上のように、半導体レーザ装置１０では、電極部１３ａおよび１３ｂに注入する電流量を制御することにより、対角線３２ａｂよりもコンタクト部３１ａおよび３１ｄ側に出射されるレーザ光６１および６４の光強度と、対角線３２ａｂよりもコンタクト部３１ｂおよび３１ｃ側に出射されるレーザ光６２および６３の光強度との比を制御することが可能である。

なお、上述した例において、コンタクト部３１ａとコンタクト部３１ｄとが接続されており、コンタクト部３１ｃとコンタクト部３１ｄとが接続されていてもよい。そのようなコンタクト領域の一例と、活性層２４および経路３２との位置関係を図１０に示す。図１０のコンタクト領域１００は、コンタクト部１００ａと、コンタクト部１００ｂとに分割されている。コンタクト部１００ａは、菱形の経路３２の頂点３２ａと頂点３２ｃとを結ぶ辺と、頂点３２ｃと頂点３２ｂとを結ぶ辺とに対応するように形成されている。コンタクト部１００ｂは、頂点３２ａと頂点３２ｄとを結ぶ辺と、頂点３２ｄと頂点３２ｂとを結ぶ辺とに対応するように形成されている。

なお、上述した例では、第１の電極部１３ａがコンタクト部３１ａおよび３１ｄにおいてキャップ層２７と接触し、第２の電極部１３ｂがコンタクト部３１ｃおよび３１ｄにおいてキャップ層２７と接触するように、対角線３２ａｂで電極１３を分割した。しかし、電極１３は、第１の電極部１３ａがコンタクト部３１ａおよび３１ｂにおいてキャップ層２７と接触し、第２の電極部１３ｂがコンタクト部３１ｃおよび３１ｄにおいてキャップ層２７と接触するように分割されてもよい。この場合、電極１３は、対角線３２ｃｄを挟んで２つに分割される。そのような電極を用いることによって、コンタクト部３１ａおよび３１ｂに注入する電流の大きさと、コンタクト部３１ｃおよび３１ｄに注入する電流の大きさとを個別に制御できる。その結果、レーザ光６１および６２の光強度と、レーザ光６３および６４の光強度との比を制御することが可能である。さらに、この場合、コンタクト領域は、対角線３２ｃｄに対して対称となるように２つのコンタクト部に分割されてもよい。そのようなコンタクト部１１０ａおよび１１０ｂからなるコンタクト領域１１０の形状の一例を図１１に示す。

コンタクト部１１０ａは、頂点３２ｃと頂点３２ａとを結ぶ辺と、頂点３２ａと頂点３２ｄとを結ぶ辺とに対応するように形成されている。コンタクト部１１０ｂは、頂点３２ｃと頂点３２ｂとを結ぶ辺と、頂点３２ｂと頂点３２ｄとを結ぶ辺とに対応するように形成されている。

また、本発明の半導体レーザ装置では、第１の電極１３を、４つのコンタクト部３１ａ、３１ｂ、３１ｃおよび３１ｄのそれぞれにおいてキャップ層２７と接触する４つの電極部に分割してもよい。この場合、電極１３は、対角線３２ａｂと対角線３２ｃｄとを挟んで４つに分割される。そのような電極を用いることによって、４つのコンタクト部３１ａ、３１ｂ、３１ｃおよび３１ｄから注入される電流の大きさを、独立に制御できる。その結果、レーザ光６１〜６４の光強度の比を制御することが可能である。

［半導体レーザ装置の製造方法の一例］
本発明の半導体レーザ装置の製造方法に限定はなく、公知の半導体製造技術によって製造できる。以下に、半導体レーザ装置１０を製造する方法の一例を説明する。

図１２（ａ）〜（ｈ）に、製造工程を模式的に示す。なお、図１２（ａ）〜（ｈ）では、絶縁層１２の形成状態の理解を容易にするため、絶縁層１２の表面にハッチングを付す。また、図１２の工程はウェハ上で行われるが、図１２では一部のみを拡大して図示する。

まず、図１２（ａ）に示すように、基板１１上に、複数の半導体層からなる半導体多層膜２０ａと、絶縁層１２ａとを形成する。半導体多層膜２０ａは、エッチングによって半導体多層膜２０（図２参照）となる層であり、絶縁層１２ａはエッチングによって絶縁層１２となる層である。半導体多層膜２０ａを構成する各層は、一般的な方法、たとえば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成できる。絶縁層１２ａは、たとえばＳｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ₂やＳｉＮからなる。絶縁層１２ａは、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法といった方法で形成できる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、絶縁層１２ａ上に、パターニングされたレジスト膜２０１を形成する。レジスト膜２０１は、図３に示した活性層２４の形状にパターニングする。

次に、レジスト膜２０１をマスクとして絶縁層１２ａをエッチングすることによって絶縁層１２を形成したのち、レジスト膜２０１を除去する。次に、図１２（ｃ）に示すように、絶縁層１２をマスクとして、半導体多層膜２０ａと基板１１の一部とをエッチングする。エッチングは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって行い、少なくともバッファ層２１または基板１１に到達するまでエッチングする。エッチングによって、所定の形状の絶縁層１２および半導体多層膜２０が形成される。エッチングは、半導体多層膜２０の側面の垂直性および平滑性が高くなるような条件で行われる。そのような条件は、半導体製造プロセスで一般的に採用されている。エッチングによって、半導体多層膜２０を構成するすべての半導体層の平面形状は、図３に示した活性層２４の平面形状と同じになる。また、半導体多層膜２０の側面はミラー面となる。

次に、図１２（ｄ）に示すように、コンタクト領域３１（図２、図４および図５参照）に対応するように、略菱形に配置された２つの貫通孔１２ｈを絶縁層１２に形成する。貫通孔１２ｈは、一般的なフォトリソ・エッチング工程やＲＩＥドライエッチング工程で形成できる。

次に、図１２（ｅ）に示すように、基板１１の表面全体を覆うようにレジスト膜２０２を形成する。このとき、基板１１の表面と絶縁層１２の表面との間の段差を埋めるために、レジスト膜２０２は、レジスト層２０２ａおよびレジスト層２０２ｂの２層からなることが好ましい。レジスト膜２０２は、レジスト層２０２ａを基板１１の表面全体に塗布して段差を埋めたのち、レジスト層２０２ｂを塗布することによって形成できる。この方法によれば、表面の平坦性が高いレジスト膜２０２を形成できる。

次に、図１２（ｆ）に示すように、レジスト膜２０２をパターニングし、レジスト膜２０２に貫通孔２０２ｈを形成する。貫通孔２０２ｈは、第１の電極１３を形成する領域に対応する形状に形成される。貫通孔２０２ｈを形成したのち、半導体多層膜２０（キャップ層２７）と第１の電極１３との間で良好なコンタクトが得られるように、貫通孔２０２ｈ内の半導体多層膜２０（キャップ層２７）の表面を０．０１μｍ〜０．０２μｍ程度エッチングする。

次に、図１２（ｇ）に示すように、電極部１３ａおよび１３ｂによって構成される第１の電極１３を形成する。第１の電極１３は、リフトオフ法で形成できる。具体的には、まず、レジスト膜２０２をマスクとして、第１の電極１３を構成する金属層を電子ビーム蒸着法などの蒸着法で成膜する。その後、レジスト膜２０２をアセトンで除去する。このようにして、所定の形状の第１の電極１３（電極部１３ａおよび電極部１３ｂ）を形成できる。第１の電極１３は、絶縁層１２に形成された貫通孔１２ｈを介して半導体多層膜２０（キャップ層２７）に接触する。

１枚の基板１１（ウェハ）を用いて多数の半導体レーザを形成する場合、基板１１のへき開を容易にするため、基板１１の厚さが１００〜１５０μｍになるように基板１１の裏面を研磨することが好ましい。

次に、図１２（ｈ）に示すように、基板１１の裏面側に複数の金属層を蒸着法で順次形成して第２の電極１４を形成する。第１の電極１３および第２の電極１４を構成する金属層を合金化する場合には、金属層を蒸着したのちに３５０〜４５０℃で熱処理する。最後に、必要に応じて、半導体レーザごとに基板１１をへき開する。

このようにして、半導体レーザ装置１０が形成される。なお、コンタクト領域の形状や電極１３の形状は、貫通孔１２ｈの形状やレジスト膜２０２の形状によって容易に変更できる。

本発明は、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ装置、およびそれを用いた電子機器に適用できる。

本発明の半導体レーザ装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図１に示した半導体レーザ装置の断面図である。 図１に示した半導体レーザ装置の活性層の平面形状を示す図である。 図３に示した活性層の平面形状と電流注入領域との位置関係を模式的に示す図である。 図１に示した半導体レーザ装置について、（ａ）コンタクト領域の形状、および（ｂ）第１の電極の形状を示す平面図である。 図１に示した半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の方向を示す模式図である。 図１に示した半導体レーザ装置から出射されるレーザ光について、方向および光強度の一例を示すグラフである。 図１に示した半導体レーザ装置から出射されるレーザ光について、方向および光強度の他の一例を示すグラフである。 図１に示した半導体レーザ装置について、電流の注入比とレーザ光の光強度の比との関係を示すグラフである。 本発明の半導体レーザ装置についてコンタクト領域の他の一例の形状を示す平面図である。 本発明の半導体レーザ装置についてコンタクト領域のその他の一例の形状を示す平面図である。 本発明の半導体レーザ装置の製造方法の一例を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ装置
１１ 基板
１２ 絶縁層
１３ 第１の電極
１３ａ 第１の電極部
１３ｂ 第２の電極部
１４ 第２の電極
２０ 半導体多層膜
２２、２６ クラッド層
２４ 活性層
３２ 経路（仮想の菱形の辺）
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 端面
２６ｆ 第１の領域
２６ｓ 第２の領域
３１、１００、１１０ コンタクト領域
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、１００ａ、１００ｂ、１１０ａ、１１０ｂ コンタクト部
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 頂点
６１、６２、６３、６４、Ｌ１、Ｌ２ レーザ光

Claims (7)

1. 活性層を含む半導体多層膜と、前記活性層に電流を注入するための第１および第２の電極とを備え、複数のレーザ光（Ｌ）を出射する半導体レーザ装置であって、
   前記活性層は、互いに対向する第１および第２の端面と、互いに対向する第３および第４の端面とを有し、
   前記第１、第２、第３および第４の端面は、それぞれ、仮想の菱形の第１、第２、第３および第４の頂点の位置に存在し、
   前記複数のレーザ光（Ｌ）は、前記仮想の菱形の辺に沿って時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）の一部、および、前記仮想の菱形の辺に沿って反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）の一部が、前記第１および第２の端面から選ばれる少なくとも１つの端面から出射された複数のレーザ光であり、
   前記第１および第２の電極は、前記活性層のうち前記仮想の菱形の辺に対応する部分であって、前記仮想の菱形の少なくとも１つの対角線で分割される複数の部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されており、
   前記複数の部分のそれぞれに注入される電流量を変化させることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される半導体レーザ装置。
2. 前記第１および第２の電極は、前記活性層のうち前記仮想の菱形の辺に対応する部分であって、前記第１の頂点と前記第２の頂点とを結ぶ対角線で分割される２つの部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第１の電極は、前記仮想の菱形の辺に対応する形状を有するコンタクト領域において前記半導体多層膜と接触しており、
   前記コンタクト領域は、前記第１の頂点と前記第２の頂点とを結ぶ対角線を含み前記仮想の菱形に垂直な平面に対して、対称となるように複数のコンタクト部に分割されており、
   前記第１の電極は、前記複数のコンタクト部に異なる大きさの電流を注入できるように複数の電極部に分割されており、
   前記複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値を変化させることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第１および第２の電極は、前記活性層のうち前記仮想の菱形の辺に対応する部分であって、前記第３の頂点と前記第４の頂点とを結ぶ対角線で分割される２つの部分に、異なる量の電流を注入できるように形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第１の電極は、前記仮想の菱形の辺に対応する形状を有するコンタクト領域において前記半導体多層膜と接触しており、
   前記コンタクト領域は、前記第３の頂点と前記第４の頂点とを結ぶ対角線を含み前記仮想の菱形に垂直な平面に対して、対称となるように複数のコンタクト部に分割されており、
   前記第１の電極は、前記複数のコンタクト部に異なる大きさの電流を注入できるように複数の電極部に分割されており、
   前記複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値を変化させることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される請求項４に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値の比を変えることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される請求項３または５に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記複数のコンタクト部のそれぞれから注入される電流値の比が一定のまま前記電流値の大きさを変えることによって、前記複数のレーザ光（Ｌ）のそれぞれの強度が制御される請求項３または５に記載の半導体レーザ装置。