JP2008227058A

JP2008227058A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2008227058A
Application number: JP2007061681A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tada; 仁史多田; Tsutomu Yamaguchi; 勉山口; Takehiro Nishida; 武弘西田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】複数の発光領域を有する半導体レーザにおいてチップ幅を狭くすることができる半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】同一半導体基板１上に形成された複数の発光領域Ｘ、Ｙと、上記各発光領域を電気的に分離する分離溝６と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路７と、上記各発光領域に設けられ、各発光領域に電流を流す電極１１とを備えた半導体レーザ装置において、上記分離溝６を、上記光導波路７に対して屈曲するように形成する構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体レーザ装置、特に一つの素子の中に複数の発光領域を有し、光ディスクシステム等に用いられる半導体レーザ装置に関するものである。

光ディスクシステム等に用いられる半導体レーザには、高出力化や低コスト化に加えて高機能化が強く求められている。その中でも、２波長半導体レーザは、一つの素子の中に異なる波長のレーザ（ＣＤ用の780nm帯レーザとＤＶＤ用の650nm帯レーザ）をモノリシックに集積しているため、２つのレーザを用いる場合に比べて素子の小型化が図れるだけでなく、レーザとレンズ間の位置調整の簡素化、光ピックアップの部品点数の削減等が可能になるため急速に需要が増えている。（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２６４４９号公報

２波長半導体レーザは異なる２つの波長を有するレーザをモノリシックに集積しているため、通常の半導体レーザに比べて作成プロセスが複雑になり、低コスト化が難しいという問題点がある。そのため、１枚のウェハから取れる理論チップ数を増やし、生産性を向上させることが重要になっている。

半導体レーザの理論チップ数を増加させる手法としてチップ幅を狭くする方法がある。一般に、２波長半導体レーザは素子の取り扱い易さやテストの容易さから素子幅が300μｍ前後に設計されているが、これを200μｍ幅に狭くすることが可能になれば、理論チップ数を1.5倍に増やすことが可能になり、製造コストの低減が図れる。しかし、チップ幅を狭くすると、素子表面に形成されている電極幅も同様に狭くせざるを得ない。

図８及び図９は、従来の２波長半導体レーザの具体例を示すもので、図８は素子の上面図、図９は図８のA-A線における断面図である。
これらの図に示すように、２波長半導体レーザは、n-GaAs基板１上にn-AlGaInPクラッド層２、活性層３及びp-AlGaInPクラッド層４が形成され、クラッド層４上にはp-GaAsコンタクト層５が形成されている。

また、２つの発光領域Ｘ及びＹを電気的に分離するための分離溝６がコンタクト層５の表面から活性層３の下方に至る深さで形成され、各発光領域Ｘ、Ｙには光導波路７を形成するための溝８、９がクラッド層４に形成されている。１０はコンタクト層５及び溝６、８、９の内表面を覆うSiNパッシベーション膜、１１はAu/Ti/Mo/Tiの上にAuメッキを積層した表面電極で、各発光領域Ｘ、Ｙにそれぞれ設けられ、溝８、９の内部にも達するようにされている。１２はp-GaAsコンタクト層５と表面電極１１との接触部、１３はテスト用のプローブである。

具体的な数値例を挙げて説明すると、素子幅は300μｍ、分離溝６の幅は30μｍ、光導波路７の幅は1.5μｍで、光導波路７の両側の溝８、９の幅は10μｍとされている。また、２つの光導波路７の間隔は110μｍである。この状態で素子中央部に分離溝６を30μｍ幅で形成し、プロセスマージンを考慮して分離溝６から5μｍ内側に表面電極１１を形成すると、プローブ１３が接触可能な表面電極幅は約60μｍとなる。

この状態から素子幅を200μｍにまで狭くすると、光導波路７の間隔110μｍは変更することが出来ないため、光導波路の外側の領域を削ることになり、表面電極１１の幅が20μｍ程度にまで狭くなってしまう。

半導体レーザではプローブを用いたチップテストが広く行なわれており、通常は表面電極１１にプローブ１３を当ててテストを実施しているが、プローブが光導波路７の上に直接接触すると素子劣化の原因となるため、光導波路を避けてプローブを落とす必要がある。プローブの直径、プローブ動作時の位置精度等を考慮すると、プローブ用の表面電極の幅として40〜50μｍ程度が必要である。

通常の単一波長のみで発振する半導体レーザでは、例えばチップ幅を200μｍに設計しても表面電極幅は50μｍ以上は確保できるため、プローブによるチップテストを行なう上で特に問題は発生していなかったが、２波長半導体レーザでは２つの素子がモノリシック集積されている上、２つの素子間を電気的に分離する分離溝が必要なため、チップ幅を200μｍにすると、上述のように、表面電極の幅が20μｍ程度となり、このように狭い表面電極では正確にプローブを落とすことが困難となる結果、プロービングによる前落としテストができなくなるため、チップ幅を狭くすることが困難であった。

この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、複数の発光領域を有する半導体レーザにおいてもチップ幅を狭くすることができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る半導体レーザ装置は、同一半導体基板上に形成された複数の発光領域と、上記各発光領域を電気的に分離する分離溝と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路と、上記各発光領域に設けられ、各発光領域に電流を流す電極とを備えた半導体レーザ装置において、上記分離溝は、上記光導波路に対して屈曲するように形成されたものである。

この発明に係る半導体レーザ装置は上記のように構成され、分離溝が光導波路に対して屈曲して形成されているため、２つの発光領域に対して十分な幅の表面電極を形成することが可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図、図２は、図１のB-B線における断面図である。これらの図において、図８、図９と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図８、図９と異なる点は、分離溝６が、そのほぼ中間部において光導波路７に対してほぼ９０度屈曲し、適宜の位置で再度、光導波路７と同方向に延在する形状とされ、表面電極１１は分離溝６の形状に対応して図示のようにＬ字状とされている点である。分離溝６の屈曲によるオフセットはほぼ25μｍとされている。

このように分離溝６をオフセットさせることで、素子幅200μｍ、分離溝幅30μｍ、光導波路間隔を110μｍとした場合でも、表面電極幅として約45μｍを確保することができ、プローブ１３を接触させることが可能となる。なお、分離溝６の屈曲は９０度の角度に限るものではなく、曲線状あるいは９０度以外の角度で曲げたり、それらを組み合わせた形としても同じ効果が期待できる。また、この実施の形態で示した各部の寸法は例示であり、素子幅、分離溝幅が多少異なっていてもプローブが接触可能な電極幅（50μｍ程度）が確保できる寸法であれば実施可能であることは云うまでもない。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、分離溝６を２つの発光領域Ｘ、Ｙの光導波路７のいずれとも交差することなく、各光導波路７に対して角度を有する方向に直線状に形成した点である。

実施の形態１では素子間分離溝６を９０度屈曲させた形に形成していたが、分離溝６はエッチングで形成するため、光導波路７に平行な方向と垂直な方向とでエッチング形状が異なり、溝の形成が困難になる場合がある。このようなエッチング不具合を避ける方法として、実施の形態２では分離溝６を光導波路７に対して平行ではなく、一定の角度を付けて直線状に形成するものである。

この場合の角度は、分離溝６が２つの光導波路７と交差せず、表面電極幅が最も広く取れるように設定することが望ましい。なお、分離溝６の形成角度は一定である必要はなく、溝の途中で角度が変化して屈曲した形状としても同様な効果を期待することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態３による２波長半導体レーザ装置の上面図、図５は、図４のC-C線における断面図である。
これらの図において、図１、図２と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１、図２と異なる点は、素子のほぼ中央部、即ち隣接する２つの発光領域Ｘ、Ｙのほぼ中央部に分離溝６を設け、各発光領域に設ける表面電極１１を、当該発光領域上に設けられた主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから延長され、分離溝６を超えて隣接する発光領域に達する延長電極部１１Ｂとから構成し、ほぼＬ字状となるように形成した点である。

延長電極１１Ｂが分離溝６を跨いで隣接する発光領域まで達しているが、p-GaAsコンタクト層５と表面電極１１の接触部分以外はパッシベーション膜１０が形成されているため、２つの素子がショートしたり、隣の素子へ電流が漏れる問題は生じない。
このように、分離溝６を跨いで延長電極１１Ｂを形成することで、プローブ１３用の電極幅として50μｍ以上を確保することが可能になり、容易に素子幅を狭くすることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４による２波長半導体レーザ装置の上面図、図７は、図６のD-D線における断面図である。
これらの図において、図４、図５と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図４、図５と異なる点は、２つの発光領域Ｘ、Ｙの各光導波路７上にオーミック電極を形成する。例えばAu/Mo/Ti/Au(250/50/50/50nm)よりなる第１電極１４Ｘ、１４Ｙと、所定の発光領域Ｘの第１電極１４Ｘから分離溝６を超えて隣接する発光領域Ｙの第１電極１４Ｙに跨る所定の発光領域の第２電極１５Ｘと、隣接する発光領域Ｙの第１電極１４Ｙから分離溝６を超えて所定の発光領域Ｘの第１電極１４Ｘに跨る隣接する発光領域の第２電極１５Ｙとを設け、所定の発光領域Ｘの第２電極１５Ｘは、所定の発光領域Ｘの第１電極１４Ｘと１４ＸＡの部分において電気的に接続され、隣接する発光領域Ｙの第１電極１４Ｙとは電気的に絶縁されている。

これは第１電極１４Ｘと１４Ｙの表面には膜厚100nmのSiN絶縁膜が形成されて第２電極１５Ｘ、１５Ｙとの間の絶縁が確保されるようになっているが、第１電極１４Ｘのうち光導波路の約半分の長さに相当する１４ＸＡの部分のみが上記絶縁膜が除去され、第２電極１５Ｘと電気的に接続されるようになっているためである。

また、隣接する発光領域Ｙの第２電極１５Ｙは、隣接する発光領域Ｙの第１電極１４Ｙと１４ＹＡの部分において電気的に接続され、所定の発光領域Ｘの第１電極１４Ｘとは電気的に絶縁されている。これは、第１電極１４Ｙは上述した第１電極１４Ｘと同様に、第１電極１４Ｙのうちの１４ＹＡの部分のみが上述した絶縁膜が除去され、第２電極１５Ｙと電気的に接続されるようになっているためである。

第２電極１５Ｘ、１５Ｙは例えば厚さ３μｍのAuメッキで形成されている。また、第１電極１４Ｘ、１４Ｙの絶縁膜は上述のように、光導波路７の約半分の長さに相当する部分のみが除去されていて、その除去部が隣接する発光領域Ｘ、Ｙ間で図示のように互い違いに配置されているため、第２電極１５Ｘ、１５Ｙの幅を分離溝６の影響を受けることなく２つの発光領域に跨るように広げることが可能となり、素子幅が200μｍの場合には、第２電極１５Ｘ、１５Ｙの幅を180μｍ程度とすることができる。

なお、上記各実施の形態ではクラッド層２、４にAlGaInPを、コンタクト層５にGaAsを用いた例を示しているが、これらの材料に限られるものではなく、他の材料、例えばGaN,InP,AlGaAsを含む材料を用いても同様の効果が得られることは云うまでもない。
また、各実施の形態を２波長半導体レーザ装置として説明しているが、３波長以上の複数の発光領域を有する素子であっても同様の構造とすることが可能である。

この発明の実施の形態１による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。図１のB-B線における断面図である。この発明の実施の形態２による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。この発明の実施の形態３による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。図４のC-C線における断面図である。この発明の実施の形態４による２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。図6のD-D線における断面図である。従来の２波長半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。図８のA-A線における断面図である。

符号の説明

１基板、２クラッド層、３活性層、４クラッド層、５コンタクト層、６分離溝、７光導波路、８、９溝、１０パッシベーション膜、１１表面電極、１２コンタクト層と表面電極との接触部、１３プローブ、１４Ｘ、１４Ｙ第１電極、１５Ｘ、１５Ｙ第２電極、Ｘ、Ｙ発光領域。

Claims

同一半導体基板上に形成された複数の発光領域と、上記各発光領域を電気的に分離する分離溝と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路と、上記各発光領域に設けられ、各発光領域に電流を流す電極とを備えた半導体レーザ装置において、上記分離溝は、上記光導波路に対して屈曲するように形成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
同一半導体基板上に形成された複数の発光領域と、上記各発光領域を電気的に分離する分離溝と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路と、上記各発光領域に設けられ、各発光領域に電流を流す電極とを備えた半導体レーザ装置において、上記分離溝は、いずれの光導波路とも交差せず、かつ上記光導波路に対して角度を有する方向に形成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
同一半導体基板上に形成された複数の発光領域と、隣接する発光領域のほぼ中央部に設けられ、隣接する発光領域を電気的に分離する分離溝と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路と、各発光領域に電流を流す電極とを備えた半導体レーザ装置において、上記電極は、所定の発光領域上に設けられた主電極部と、上記主電極部から延長され、上記分離溝を超えて隣接する発光領域に達する延長電極部とから構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
同一半導体基板上に形成された複数の発光領域と、隣接する発光領域のほぼ中央部に設けられ、隣接する発光領域を電気的に分離する分離溝と、上記各発光領域に配設され、それぞれ同方向に延在する複数の光導波路と、各発光領域に電流を流す電極とを備えた半導体レーザ装置において、上記電極は上記各光導波路上にオーミック電極を形成する第１電極と、所定の発光領域の第１電極から上記分離溝を超えて隣接する発光領域の第１電極に跨る上記所定の発光領域の第２電極と、上記隣接する発光領域の第１電極から上記分離溝を超えて上記所定の発光領域の第１電極に跨る上記隣接する発光領域の第２電極とが設けられ、上記所定の発光領域の第２電極は、上記所定の発光領域の第１電極と電気的に接続されると共に、上記隣接する発光領域の第１電極とは電気的に絶縁され、上記隣接する発光領域の第２電極は、上記隣接する発光領域の第１電極と電気的に接続されると共に、上記所定の発光領域の第１電極とは電気的に絶縁されるようになされたことを特徴とする半導体レーザ装置。