JP2009099891A - Semiconductor laser device and method of manufacturing the same, and semiconductor laser array device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に複数の半導体レーザダイオード素子を備える半導体レーザ装置およびこの半導体レーザ装置を製造する半導体レーザ装置の製造方法、ならびに、この半導体レーザ装置を複数備える半導体レーザアレイ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device including a plurality of semiconductor laser diode elements on a substrate, a method for manufacturing the semiconductor laser device for manufacturing the semiconductor laser device, and a semiconductor laser array device including a plurality of the semiconductor laser devices.
半導体レーザ装置は、例えば、小型、低消費電力および高出力等の様々な利点を持つことから、例えば、固体レーザ励起、材料加工、光通信、光データ記録、印刷、計測および医療等の様々な分野で光源として活用されている。この半導体レーザ装置の一つとして、複数のレーザ光を発光するものがあり、このような半導体レーザ装置は、例えば、特許文献1や特許文献2等に開示されている。
Since the semiconductor laser device has various advantages such as small size, low power consumption, and high output, for example, various semiconductor laser devices such as solid-state laser excitation, material processing, optical communication, optical data recording, printing, measurement, and medical treatment can be used. It is used as a light source in the field. One of the semiconductor laser devices emits a plurality of laser beams. Such a semiconductor laser device is disclosed in, for example,
図5は、特許文献1に開示の半導体レーザ装置の構造を示す斜視図である。図6は、特許文献2に開示の半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the semiconductor laser device disclosed in
この特許文献1に開示の半導体レーザ装置100は、図5に示すように、基板103と、第1導波路104と、第1活性層列105と、第2導波路106と、トンネル接合部107と、第3導波路層108と、第2活性層列109と、第4導波路層110と、コンタクト層111とを有し、これらが固着層112で冷却要素102上の一部に固定され、各ビームを共通の平面に収束するロッド上の円柱レンズ114が冷却要素102上の他の一部に固定されている。第1および第2導波路層104、106ならびに第3および第4導波路層108、110は、それぞれ、生成されるビーム領域のガイドのためのLOC導波路構造を形成し(光学的閉じ込め)、その中にそれぞれ介在的に設けられた活性層列105、109が埋め込まれている。そして、2つの導波路構造部の間には、トンネル接合部107が形成され、このトンネル接合部107によって互いに垂直方向に配置された活性層列105、109が直列に接続されている。
As shown in FIG. 5, the semiconductor laser device 100 disclosed in
また、この特許文献2に開示の半導体レーザ装置200は、図6に示すように、n型GaAsの基板201と、基板201の一方主面上に形成されたn型Al0.45Ga0.55Asの第1クラッド層202と、第1クラッド層202上に形成されたAl0.25Ga0.75Asのガイド層203と、ガイド層203上に形成されたAlGaAs/AlGaAsのMQW第1活性層204と、MQW第1活性層204上に形成されたAl0.25Ga0.75Asのガイド層205と、ガイド層205上に形成されたp型Al0.45Ga0.55Asの第2クラッド層206と、第2クラッド層206上に形成されたn型Al0.55Ga0.45Asの電流ブロック層210と、電流ブロック層210上に形成されたp型Al0.45Ga0.55Asの第4クラッド層211と、第4クラッド層211上に形成されたp型GaAsのコンタクト層212と、コンタクト層212上の一部に形成されたn型GaAsのコンタクト層213と、コンタクト層213上の一部に形成されたn型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pの第5クラッド層214と、第5クラッド層214上に形成されたIn0.5(Ga0.5Al0.5)0.5Pのガイド層215と、ガイド層215上に形成されたInGaP/InGaAlPのMQW第2活性層216と、MQW第2活性層216上に形成されたIn0.5(Ga0.5Al0.5)0.5Pのガイド層217と、ガイド層217上に形成されたp型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pの第6クラッド層218と、第6クラッド層218上の一部に形成された、p型In0.5Ga0.5Pのエッチングストップ層219、p型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pの第7クラッド層220、p型In0.5Ga0.5Pの中間層221およびp型GaAsのコンタクト層222を積層した第2リッジストライプ223と、第2リッジストライプの両側に形成されたSiO2の誘電体膜224と、第2リッジストライプ223に設けられたp側電極225と、コンタクト層213に設けられたn側電極226と、コンタクト層212に設けられたp側電極227と、基板201の他方主面上に設けられたn型電極228とを備え、電流ブロック層210内には、p型InGaPのエッチングストップ層207およびp型Al0.45Ga0.55Asの第3クラッド層208を積層した第1リッジストライプ209が第2リッジストライブ223から横方向に離れた位置で第2クラッド層206上の一部に形成されている。このような構成の半導体レーザアレイ200では、第1リッジストライプ209を含み第1波長を放射する第1レーザエレメント200−1は、n側電極228、基板201からコンタクト層212までの第1多層膜およびp側電極227から構成され、そして、第2リッジストライプ223を含み第2波長を放射する第2レーザエレメント200−2は、n側電極226、コンタクト層213からコンタクト層222までの第2多層膜およびp側電極225から構成され、第1波長の第1レーザ光および第2波長の第2レーザ光がそれぞれ発光される。
ところで、上記特許文献1に開示の半導体レーザ装置100では、各活性層列105、109に個別に電力を供給することができないため、各活性層列105、109から個別にレーザ光を発光することができない。
By the way, in the semiconductor laser device 100 disclosed in
また、上記特許文献2に開示の半導体レーザ装置200では、MQW第1および第2活性層204、216のそれぞれに一対の電極227、228および一対の電極225、226を備えるが、MQW第1および第2活性層204、216から個別にレーザ光を発光することが難しい。この構成でMQW第1および第2活性層204、216を個別に駆動しようとすると、電極227および電極225を正極とすると共に電極228および電極226を負極として電圧を印加することになり、この結果、電極227と電極226との間に電流が流れ、リークしてしまう。一方、この電流リークを回避するために、電極227および電極226を共通グランドとすると共に電極228および電極225を正極とする構成を採用しようとすると、基板201をp型基板とする必要がある。しかしながら、p型基板は、一般に、n型基板と同等の品質およびサイズを得るのが難しく、この構成は、不利益である。また、この点を回避するために、電極227および電極226を正極とすると共に電極228および電極225を負極とする構成を採用しようとすると、複数の半導体レーザ装置をアレイ化する場合、例えば、アレイ化された複数の半導体レーザ装置のうちの1つの半導体レーザ装置を発光させようとして電極227および電極228との間に電圧を印可した際に、電極228がアレイ化された複数の半導体レーザ装置の共通グランドであるので、結局、他の半導体レーザ装置も発光してしまう。したがって、上記特許文献2に開示の半導体レーザ装置200では、MQW第1および第2活性層204、216から個別にレーザ光を発光することが難しい。
The
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、各レーザ光を個別に発光することができる半導体レーザ装置およびこの半導体レーザ装置の製造方法ならびにこの半導体レーザ装置を複数用いた半導体レーザアレイを提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of individually emitting each laser beam, a method for manufacturing the semiconductor laser device, and a plurality of the semiconductor laser devices. It is to provide a semiconductor laser array used.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる半導体レーザ装置は、基板と、前記基板の上方に形成され、互いに積層される複数の半導体レーザダイオード素子と、前記複数の半導体レーザダイオード素子の素子間に形成される絶縁層とを備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, a semiconductor laser device according to an aspect of the present invention is formed between a substrate, a plurality of semiconductor laser diode elements formed above the substrate and stacked on each other, and the elements of the plurality of semiconductor laser diode elements. And an insulating layer.
この構成によれば、電気的な絶縁層が複数の半導体レーザダイオード素子の素子間に形成されるので、複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれは、駆動する上で、互いに干渉することなく独立に取り扱うことが可能となる。このため、複数の半導体レーザダイオード素子は、それぞれ、個別に駆動可能となり、個別にレーザ光を発光することができる。 According to this configuration, since the electrical insulating layer is formed between the elements of the plurality of semiconductor laser diode elements, each of the plurality of semiconductor laser diode elements is handled independently without interfering with each other when driven. It becomes possible. For this reason, each of the plurality of semiconductor laser diode elements can be individually driven and can individually emit laser light.
また、上述の半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれは、個別に、一対の電極を備えることを特徴とする。 In the semiconductor laser device described above, each of the plurality of semiconductor laser diode elements individually includes a pair of electrodes.
この構成によれば、複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれに個別に対応する一対の電極から複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれに個別に電力を供給することができる半導体レーザ装置の提供が可能となる。 According to this configuration, it is possible to provide a semiconductor laser device capable of individually supplying power to each of the plurality of semiconductor laser diode elements from a pair of electrodes individually corresponding to each of the plurality of semiconductor laser diode elements. .
また、これら上述の半導体レーザ装置において、前記複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれは、そのレーザ光を射出する発光点が前記基板から互いに異なる高さ位置に形成されていることを特徴とする。例えば、2個の半導体レーザダイオード素子から成る半導体レーザ装置の場合では、第1半導体レーザダイオード素子のレーザ光を射出する第1発光点と第2半導体レーザダイオード素子のレーザ光を射出する第2発光点とは、前記基板から互いに異なる高さ位置に形成される。 Further, in these semiconductor laser devices described above, each of the plurality of semiconductor laser diode elements is characterized in that light emitting points for emitting the laser light are formed at different height positions from the substrate. For example, in the case of a semiconductor laser device composed of two semiconductor laser diode elements, a first emission point that emits laser light from the first semiconductor laser diode element and a second emission that emits laser light from the second semiconductor laser diode element. The points are formed at different heights from the substrate.
この構成によれば、複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれにおける、レーザ光を射出する各発光点が基板から互いに異なる高さ位置に形成されているので、2次元アレイ化が容易である。 According to this configuration, the light emitting points for emitting the laser light in each of the plurality of semiconductor laser diode elements are formed at different heights from the substrate, so that a two-dimensional array is easy.
そして、本発明の他の一態様にかかる半導体レーザアレイ装置は、これら上述のいずれかの半導体レーザ装置を複数備え、前記各半導体レーザ装置の前記基板が共通であることを特徴とする。 A semiconductor laser array device according to another aspect of the present invention includes a plurality of any of the above-described semiconductor laser devices, and the substrates of the semiconductor laser devices are common.
この構成によれば、共通な基板上に形成された複数の半導体レーザ装置を備え、各半導体レーザ装置における各半導体レーザダイオード素子を個別に駆動可能で個別にレーザ光を発光可能な半導体レーザアレイ装置の提供が可能となる。 According to this configuration, the semiconductor laser array device includes a plurality of semiconductor laser devices formed on a common substrate, can individually drive each semiconductor laser diode element in each semiconductor laser device, and can individually emit laser light. Can be provided.
さらに、本発明の他の一態様にかかる半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上方に、互いに積層されるように複数の半導体レーザダイオード素子を形成する工程と、前記複数の半導体レーザダイオード素子の素子間に絶縁層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 Furthermore, a method of manufacturing a semiconductor laser device according to another aspect of the present invention includes a step of forming a plurality of semiconductor laser diode elements so as to be stacked on each other above a substrate, and a step of forming the plurality of semiconductor laser diode elements. And a step of forming an insulating layer between the elements.
この構成によれば、各レーザ光を個別に発光することができる半導体レーザ装置の提供が可能となる。 According to this configuration, it is possible to provide a semiconductor laser device that can emit each laser beam individually.
本発明にかかる半導体レーザ装置および半導体レーザアレイは、各レーザ光を個別に発光することができる。また、本発明にかかる半導体レーザ装置の製造方法では、各レーザ光を個別に発光することができる半導体レーザ装置が提供される。 The semiconductor laser device and the semiconductor laser array according to the present invention can emit each laser beam individually. Further, in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, a semiconductor laser device capable of individually emitting each laser beam is provided.
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
図1は、実施形態における半導体レーザアレイの構成を模式的に示す断面図である。図2は、実施形態における半導体レーザアレイの構成を模式的に示す斜視図である。図3は、実施形態における半導体レーザアレイの製造方法を説明するための工程断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor laser array in the embodiment. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the semiconductor laser array in the embodiment. FIG. 3 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser array in the embodiment.
図1および図2において、半導体レーザアレイLAは、複数の半導体レーザ装置LD(LD−1、LD−2、・・・)を備え、これら各半導体レーザ装置LDの基板1が共通にされている。
1 and 2, the semiconductor laser array LA includes a plurality of semiconductor laser devices LD (LD-1, LD-2,...), And the
各半導体レーザ装置LDは、基板1と、基板1の上方に形成され、互いに積層される複数の半導体レーザダイオード素子ldと、複数の半導体レーザダイオード素子ldの素子間に形成される絶縁層4とを備え構成される。
Each semiconductor laser device LD includes a
図1には、2個の半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2から成る半導体レーザ装置LDの場合が示されており、半導体レーザ装置LDは、基板1と、基板1の上方に形成される第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2と、これら第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に形成される絶縁層4とを備えて構成される。
FIG. 1 shows the case of a semiconductor laser device LD composed of two semiconductor laser diode elements ld-1 and ld-2. The semiconductor laser device LD is formed above the
より具体的には、図1に示す例では、各半導体レーザ装置LDは、基板1と、基板1上に形成された第1半導体レーザダイオード素子ld−1と、第1半導体レーザダイオード素子ld−1上に形成された絶縁層4と、絶縁層4上に形成された第2半導体レーザダイオード素子ld−2とを備えて構成されている。そして、これら各半導体レーザ装置LDの基板が共通にされ、半導体レーザアレイLAが構成される。
More specifically, in the example shown in FIG. 1, each semiconductor laser device LD includes a
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 In the present specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
このような構成の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDでは、電気的な絶縁層4が複数の半導体レーザダイオード素子ldの素子間に形成されるので、複数の半導体レーザダイオード素子のそれぞれは、電気的に絶縁されるから、複数の半導体レーザダイオード素子ldのそれぞれは、駆動する上で、互いに干渉することなく独立に取り扱うことが可能となる。このため、複数の半導体レーザダイオード素子ldは、それぞれ、個別に駆動可能となり、個別にレーザ光を発光することができる。図1に示す例では、第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に、電気的な絶縁層4が第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に形成されるので、第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2とは、電気的に絶縁されるから、第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2のそれぞれは、駆動する上で、互いに干渉することなく独立に取り扱うことが可能となり、個別にレーザ光を発光することができる。
In the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD having such a configuration, since the electrical insulating
このような構成の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、大略、基板1の上方に、互いに積層されるように複数の半導体レーザダイオード素子ldを形成する工程、および、複数の半導体レーザダイオード素子ldの素子間に絶縁層4を形成する工程の各工程によって製造される。
In the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD having such a configuration, a process of forming a plurality of semiconductor laser diode elements ld so as to be stacked on each other above the
図1に示す2個の半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2から成る半導体レーザ装置LDの場合について説明すると、半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、大略、基板1の上方に第1半導体レーザダイオード素子ld−1を形成する工程、基板1の上方に第2半導体レーザダイオード素子ld−2を形成する工程、および、第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に絶縁層4を形成する工程の各工程によって製造される。
The case of the semiconductor laser device LD including the two semiconductor laser diode elements ld-1 and ld-2 shown in FIG. 1 will be described. The semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD are generally arranged above the
より具体的には、半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、半導体製造プロセスを用いた次の各工程によって製造される。 More specifically, the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD are manufactured by the following steps using a semiconductor manufacturing process.
図3(A)に示すように、まず、n型GaAsの基板1における一方の主面上にn型AlGaAsのクラッド層21が形成され、クラッド層21上にAlGaAs/AlGaAsのMQW(多量子井戸構造)の第1活性層22が形成され、第1活性層22上にp型AlGaAsのクラッド層23が形成され、そして、クラッド層52上にp型GaAsのコンタクト層24が形成される。第1活性層22は、キャリア(電子および正孔(ホール))が注入されることによってキャリアが再結合し、主にそのバンドギャップに対応する波長の光を発光する発光層である。クラッド層21およびクラッド層23は、第1活性層22で発光した光を閉じ込めるための層である。コンタクト層24は、後述のp型電極6とオーミックコンタクトするための層である。これらクラッド層21、第1活性層22、クラッド層23およびコンタクト層24の積層体は、第1半導体レーザダイオード層2を構成し、この第1半導体レーザダイオード層2は、基板1上に形成されている。
As shown in FIG. 3A, first, an n-type
次に、この第1半導体レーザダイオード層2上に、すなわち、コンタクト層24上にp型AlGaAsのストップ層3が形成される。ストップ層3は、後述のエッチングを行う際に、エッチングを阻止するための層である。
Next, a p-type
次に、このストップ層3上にp型AlGaAsのp型半導体層41が形成され、p型半導体層41上にn型AlGaAsのn型半導体層42が形成され、n型半導体層42上にp型AlGaAsのp型半導体層43が形成され、そして、p型半導体層43上にn型AlGaAsのn型半導体層44が形成される。これらp型半導体層41、n型半導体層42、p型半導体層43およびn型半導体層44の積層体は、pnpnのサイリスタ構造から成る絶縁層4を構成し、この絶縁層4は、第1半導体レーザダイオード層2上に形成されている。
Next, a p-type AlGaAs p-
次に、この絶縁層4、すなわち、n型半導体層44上にn型AlGaAsのクラッド層51が形成され、クラッド層51上にAlGaAs/AlGaAsのMQWの第2活性層52が形成され、第2活性層52上にp型AlGaAsのクラッド層53が形成され、そして、クラッド層53上にp型GaAsのコンタクト層54が形成される。第2活性層52は、第1活性層22と同様に、キャリアが注入されることによってキャリアが再結合し、そのバンドギャップに対応する波長の光を発光する発光層である。クラッド層51およびクラッド層53は、クラッド層21およびクラッド層23と同様に、第2活性層52で発光した光を閉じ込めるための層である。コンタクト層54は、コンタクト層24と同様に、後述のp型電極7とオーミックコンタクトするための層である。これらクラッド層51、第2活性層52、クラッド層53およびコンタクト層54の積層体は、第2半導体レーザダイオード層5を構成し、この第2半導体レーザダイオード層5は、絶縁層4上に形成されている。
Next, an n-type
これら各層2(21〜24)、3、4(41〜44)、5(51〜54)は、例えば、有機金属気相成長(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy;MOVPE)法等の公知の堆積法で順次に形成される。これら各層2(21〜24)、3、4(41〜44)、5(51〜54)の組成は、当該層の機能に応じて適宜に設定される。 Each of these layers 2 (21 to 24), 3, 4 (41 to 44), and 5 (51 to 54) is formed by a known deposition method such as a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. Sequentially formed. The composition of each of these layers 2 (21-24), 3, 4 (41-44), and 5 (51-54) is appropriately set according to the function of the layer.
次に、図3(B)に示すように、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、絶縁層4におけるn型半導体層44の表面の一部44aが露出されると共に、第1半導体レーザダイオード層2におけるコンタクト層24の表面の一部24aが露出される。
Next, as shown in FIG. 3B, a
例えば、第2半導体レーザダイオード層5の表面に例えばスピンコート等によってレジストが塗膜され、露光および現像によって露出すべき第1半導体レーザダイオード層2におけるコンタクト層24の表面の一部24aおよび第2半導体レーザダイオード層5におけるコンタクト層24の表面の一部24aに相当するレジストが除去される。そして、レジストが除去され露出した部分の第2半導体レーザダイオード層5がエッチングによって除去される。続いて、この露出した表面にレジストが塗膜され、露光および現像によって露出すべき第1半導体レーザダイオード層2におけるコンタクト層24の表面の一部24aに相当するレジストが除去される。そして、レジストが除去され露出した部分の絶縁層4およびストップ層3がエッチングによって除去され、第1半導体レーザダイオード層2におけるコンタクト層24の表面の一部24aが露出される。最後に、レジストが除去され、図3(B)に示す構造が形成される。
For example, a resist is coated on the surface of the second semiconductor
次に、図3(C)に示すように、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、第1半導体レーザダイオード層2に、コンタクト層24およびクラッド層23から成り紙面に垂直な方向に線状または帯状に延びるリッジ6aと、第2半導体レーザダイオード層5に、コンタクト層54およびクラッド層53から成り紙面に垂直な方向に線状または帯状に延びるリッジ7aとが形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, for example, by photolithography and etching, the first semiconductor
例えば、表面にレジストが塗膜され、露光および現像によって、リッジ6aおよびリッジ7aに相当する部分のレジストを残して、他部分のレジストが除去される。そして、レジストが除去され露出した部分のコンタクト層24およびクラッド層23の一部ならびにコンタクト層54およびクラッド層53の一部がエッチングによって除去される。続いて、レジストが除去され、図3(C)に示す構造のリッジ6a、7aが形成される。なお、クラッド層23およびクラッド層53は、第1活性層22を介して対向するクラッド層21および第2活性層52を介して対向するクラッド層51とそれぞれ協働することによって光閉じ込め機能を果たすために、上述のようにその一部が残るように、それぞれエッチングされる。
For example, a resist is coated on the surface, and the resist corresponding to the ridge 6a and the
次に、リッジ6aにおけるコンタクト層24の表面の一部、リッジ7aにおけるコンタクト層54の表面の一部、および、絶縁層4におけるn型半導体層44の前記一部表面44aの一部を残して、第1半導体レーザダイオード層2のクラッド層23の表面およびリッジ6aの側面、ストップ層3の側面、絶縁層4の側面、ならびに、第2半導体レーザダイオード層5のクラッド層53の表面およびリッジ7aの側面に例えばSiO2やSiN等の絶縁膜10が形成される。次に、前記絶縁膜10が形成されることなく露出している、リッジ6aにおけるコンタクト層24の表面の一部、リッジ7aにおけるコンタクト層54の表面の一部、および、絶縁層4におけるn型半導体層44の前記一部表面44aの一部とそれぞれ接触(コンタクト)するように、例えば真空蒸着等の堆積法によって例えばAuやAl等の電極6、電極7および電極9が形成される。次に、基板1における他方の主面上に例えば真空蒸着等の堆積法によって例えばAuやAl等の電極8が形成され、図1に示す構造の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDが形成される。
Next, a part of the surface of the
このような構成の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDでは、第1半導体レーザダイオード素子ld−1は、基板1、第1半導体レーザダイオード層2および一対の電極6、8を備えて構成され、第2半導体レーザダイオード素子ld−2は、絶縁層4のn型半導体層44、第2半導体レーザダイオード層5および一対の電極7、9を備えて構成される。このように第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2のそれぞれは、個別に一対の電極6,8;7,9を備えている。
In the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD configured as described above, the first semiconductor laser diode element ld-1 includes the
第1半導体レーザダイオード素子ld−1からレーザ光を放射させる場合には、第1半導体レーザダイオード素子ld−1に電力を供給すべく、電極6を正極とすると共に電極8を負極として所定の電圧が印加される。これによって電極6から注入されたキャリアは、コンタクト層24およびクラッド層23を介して第1活性層22に輸送されると共に、電極8から注入されたキャリアは、基板1およびクラッド層21を介して第1活性層22に輸送され、第1活性層22で再結合することによって発光する。この光は、クラッド層21およびクラッド層23によって閉じ込められると共に第1活性層22の両端面で反射を繰り返すことによってレーザ発振し、第1活性層22の端面からレーザ光が射出される。
When laser light is emitted from the first semiconductor laser diode element ld-1, a predetermined voltage is applied with the
また、第2半導体レーザダイオード素子ld−2からレーザ光を放射させる場合には、第2半導体レーザダイオード素子ld−2に電力を供給すべく、電極7を正極とすると共に電極9を負極として所定の電圧が印加される。これによって電極7から注入されたキャリアは、コンタクト層54およびクラッド層53を介して第2活性層52に輸送されると共に、電極9から注入されたキャリアは、n型半導体層44およびクラッド層51を介して第2活性層52に輸送され、第2活性層52で再結合することによって発光する。この光は、クラッド層51およびクラッド層53によって閉じ込められると共に第2活性層52の両端面で反射を繰り返すことによってレーザ発振し、第2活性層52の端面からレーザ光が射出される。
Further, when laser light is emitted from the second semiconductor laser diode element ld-2, in order to supply power to the second semiconductor laser diode element ld-2, the
ここで、第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に絶縁層4があるので、第1半導体レーザダイオード素子ld−1に供給された電力は、この絶縁層4によって第2半導体レーザダイオード素子ld−2へ略漏洩(略リーク)することなく、一方、第2半導体レーザダイオード素子ld−2に供給された電力は、この絶縁層4によって第1半導体レーザダイオード素子ld−1へ略漏洩することない。
Here, since there is the insulating
このように本実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDでは、これら個別の一対の電極6,8;7,9から第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2のそれぞれに個別に電力を供給することができ、第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2のそれぞれを個別に駆動し、個別にレーザ光を発光させることが可能となる。
As described above, in the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD according to the present embodiment, each of the first and second semiconductor laser diode elements ld-1 and ld-2 from the individual pair of
そして、本実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、上述のように、従来の端面発光型レーザ装置の構造を基本構造としてアレイ化(ここでは各半導体レーザ装置LDのアレイ化だけでなく、半導体レーザ装置LDにおける第1および第2半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2のアレイ化も含む。)されるため、従来の端面発光型レーザ装置と略同等の性能を発揮することができる。また、本実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、上述のように、モノリシックに各層が積層されるため、レーザ光のビーム同士の間隔(射出位置)や射出方向等の精度を高くすることができる。 As described above, the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD in this embodiment are arrayed based on the structure of the conventional edge-emitting laser device as a basic structure (here, only the array of each semiconductor laser device LD is used). And the array of the first and second semiconductor laser diode elements ld-1 and ld-2 in the semiconductor laser device LD is also included.) Therefore, substantially the same performance as the conventional edge-emitting laser device is exhibited. Can do. In addition, since the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD in this embodiment are monolithically stacked as described above, the accuracy of the laser beam spacing (emission position), the emission direction, and the like is high. can do.
さらに、本実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDでは、第1半導体レーザダイオード素子ld−1のレーザ光を射出する第1発光点(リッジ6略下の第1活性層22部分)と第2半導体レーザダイオード素子ld−2のレーザ光を射出する第2発光点(リッジ7略下の第2活性層52部分)とは、図1に示すように、基板1から互いに異なる高さ位置に形成されている。このため、本実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDは、2次元アレイ化が容易である。
Furthermore, in the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD in the present embodiment, the first light emitting point (the first
なお、上述では、図3を用いて2個の半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2から成る半導体レーザ装置LDおよびこの半導体レーザ装置LDを複数備えてアレイ化された半導体レーザアレイLAの場合についてその製造方法を説明したが、互いに積層された3個以上の半導体レーザダイオード素子ldから成る半導体レーザ装置LDおよびこの半導体レーザ装置LDを複数備えてアレイ化された半導体レーザアレイLAの場合についても同様に製造することができる。 In the above description, the semiconductor laser device LD composed of the two semiconductor laser diode elements ld-1 and ld-2 and the semiconductor laser array LA provided with a plurality of semiconductor laser devices LD are shown in FIG. The manufacturing method has been described with respect to the semiconductor laser device LD composed of three or more semiconductor laser diode elements ld stacked on each other and a semiconductor laser array LA provided with a plurality of semiconductor laser devices LD. It can be manufactured similarly.
図4は、実施形態における半導体レーザアレイの他の構成を模式的に示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another configuration of the semiconductor laser array in the embodiment.
ここで、上述の実施形態における半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDでは、絶縁層4は、pnpnのサイリスタ構造によって構成されたが、これに限定されるものではなく、複数の半導体レーザダイオード素子ldにおける各素子間を電気的に絶縁する層であれば、他の構成であってもよい。この複数の半導体レーザダイオード素子ldにおける各素子間を電気的に絶縁する層は、例えば、結晶成長したAlAs層を水蒸気酸化することによって形成されたAl2O3の絶縁層であってもよく、また例えば、イオン注入(プロトン注入)することによって高抵抗化された層であってもよく、また例えば、半絶縁層であってもよい。一例として、2個の半導体レーザダイオード素子ld−1、ld−2から成る半導体レーザ装置LDaおよび半導体レーザアレイLAaであって、前記層がAl2O3の絶縁層4aである場合を図4に示す。
Here, in the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD in the above-described embodiment, the insulating
この図4に示すAl2O3の絶縁層4aを第1半導体レーザダイオード素子ld−1と第2半導体レーザダイオード素子ld−2との間に備える半導体レーザアレイLAaおよび半導体レーザ装置LDaは、次の各工程によって製造される。まず、上述の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDと同様に、基板1上に第1半導体レーザダイオード層2およびストップ層3が積層され、ストップ層3上にAlAs層が結晶成長によって積層され、AlAs層上に第2半導体レーザダイオード層5が積層され、上述の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDと同様に、所要箇所がエッチングされる。そして、水蒸気雰囲気中に晒され、AlAs層が水蒸気酸化することによってAl2O3の絶縁層4aが形成される。そして、上述の半導体レーザアレイLAおよび半導体レーザ装置LDと同様に、絶縁膜10および各電極6、8;7、9が形成される。このような各工程によって、図4に示す半導体レーザアレイLAaおよび半導体レーザ装置LDaが製造される。
The semiconductor laser array LAa and the semiconductor laser device LDa each including the Al 2 O 3 insulating layer 4a shown in FIG. 4 between the first semiconductor laser diode element ld-1 and the second semiconductor laser diode element ld-2 are as follows. It is manufactured by each process. First, similarly to the semiconductor laser array LA and the semiconductor laser device LD described above, the first semiconductor
Al2O3の絶縁層4aは、pnpnのサイリスタ構造の絶縁層4に較べて、製造工程でガスの切り換えが必要なく、また、層厚を薄く形成することができる。
The insulating
なお、上述の実施形態における半導体レーザアレイLA、LAaおよび半導体レーザ装置LD、LDaは、AlGaAs系の材料で構成され、780nm波長帯のレーザ光を発光するが、これに限定されるものではない。所望の発光波長帯に応じて適宜に材料が選択され、この選択された材料に応じて適宜な加工方法が選択され、本実施形態の構造を持つ半導体レーザアレイLA、LAaおよび半導体レーザ装置LD、LDaの製造が可能である。例えば、AlGaN系の材料から成る半導体レーザアレイおよび半導体レーザ装置やInGaAsPの材料から成る半導体レーザアレイおよび半導体レーザ装置の製造が可能である。 The semiconductor laser arrays LA and LAa and the semiconductor laser devices LD and LDa in the above-described embodiment are made of an AlGaAs-based material and emit laser light having a wavelength of 780 nm, but are not limited thereto. A material is appropriately selected according to a desired emission wavelength band, and an appropriate processing method is selected according to the selected material, and the semiconductor laser arrays LA and LAa having the structure of the present embodiment and the semiconductor laser device LD, LDa can be manufactured. For example, it is possible to manufacture a semiconductor laser array and semiconductor laser device made of an AlGaN-based material, and a semiconductor laser array and semiconductor laser device made of an InGaAsP material.
また、上述の実施形態における半導体レーザアレイLA、LAaおよび半導体レーザ装置LD、LDaは、電流狭窄の方法としてリッジ構造が採用されたが、これに限定されるものではなく、他の構造も採用可能である。例えば、前記特許文献2に開示されている、電流ブロック層210に埋め込まれた第1リッジストライプ209のように埋め込み構造であってもよい。このような埋め込み構造の場合では、例えば、図4(C)に示すように、リッジ6a、7aが形成された後に、リッジ6aを埋め込むように7a第1半導体レーザダイオード層2におけるクラッド層23上に、絶縁の電流ブロック層が形成されると共に、リッジ7aを埋め込むように第2半導体レーザダイオード層5におけるクラッド層53上に、絶縁の電流ブロック層が形成される。これによって埋め込み構造が形成される。
Further, although the semiconductor laser arrays LA and LAa and the semiconductor laser devices LD and LDa in the above-described embodiment adopt the ridge structure as the current confinement method, the present invention is not limited to this, and other structures can be adopted. It is. For example, a buried structure such as the
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. It is interpreted that it is included in
LA、LAa 半導体レーザアレイ
LD、LDa 半導体レーザ装置
ld 半導体レーザダイオード素子
1 基板
2、5 半導体レーザダイオード層
3 ストップ層
4、4a 絶縁層
6、7、8、9 電極
10 絶縁膜
LA, LAa Semiconductor laser array LD, LDa Semiconductor laser device ld Semiconductor
Claims (5)
前記基板の上方に形成され、互いに積層される複数の半導体レーザダイオード素子と、
前記複数の半導体レーザダイオード素子の素子間に形成される絶縁層とを備えること
を特徴とする半導体レーザ装置。 A substrate,
A plurality of semiconductor laser diode elements formed above the substrate and stacked on each other;
A semiconductor laser device comprising: an insulating layer formed between elements of the plurality of semiconductor laser diode elements.
を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein each of the plurality of semiconductor laser diode elements individually includes a pair of electrodes.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ装置。 3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein each of the plurality of semiconductor laser diode elements has a light emitting point for emitting the laser light formed at a different height from the substrate. apparatus.
を特徴とする半導体レーザアレイ装置。 A semiconductor laser array device comprising a plurality of semiconductor laser devices according to claim 1, wherein the substrates of the semiconductor laser devices are common.
前記複数の半導体レーザダイオード素子の素子間に絶縁層を形成する工程とを備えること
を特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 Forming a plurality of semiconductor laser diode elements on top of each other so as to be stacked on each other;
And a step of forming an insulating layer between elements of the plurality of semiconductor laser diode elements.
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