JP2011199137A

JP2011199137A - 多波長半導体レーザ装置

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Publication number: JP2011199137A
Application number: JP2010066256A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Nishida; 武弘西田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】赤色レーザダイオードと赤外レーザダイオードからなる２波長レーザと青紫レーザダイオードを横に並べて３波長半導体レーザ装置を構成する場合、２波長レーザの２つのレーザの発光点間の距離には制約があるためチップサイズが大きくなる。また、２波長レーザと青紫レーザを縦に積層した場合には、アセンブリプロセスが複雑になり、製造コストが高くなる。
【解決手段】２波長レーザダイオードの２つのレーザ間に青紫レーザダイオードを積層して３波長半導体レーザ装置を構成する。チップサイズが小さく、且つ製造が容易な３波長半導体レーザ装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、波長の異なる光を放射する複数のレーザダイオードを有する多波長半導体レーザ装置に関するものである。

ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）などの光ディスクは、大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。これらの光ディスクの記録・再生に用いられるレーザダイオード（以下、ＬＤという）の発振波長はそれぞれ異なり、ＣＤ用ＬＤの発振波長は７８０ｎｍ帯（赤外）、ＤＶＤ用ＬＤの発振波長は６５０ｎｍ帯（赤色）、ＢＤ用ＬＤの発振波長は４０５ｎｍ帯（青紫色）である。したがって、１つの光ディスク装置でＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの情報を取り扱うためには、赤外、赤色、青紫色の３つの光源が必要となる。

波長の異なるＬＤチップを横に並べて多波長半導体レーザ装置を構成する場合、特に赤色ＬＤと赤外ＬＤからなる２波長ＬＤと青紫ＬＤを横に並べて３波長半導体レーザ装置を構成する場合、２波長ＬＤの２つのレーザの発光点間の距離に、機器上の制約があるためチップサイズが大きくなる。そのため、従来の多波長半導体レーザ装置として、ヒートシンク上に設置された青紫色ＬＤ上に赤色ＬＤと赤外ＬＤを接着して並置することにより、１つの光ディスク装置でＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの情報を取り扱うことができるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５９４７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の多波長レーザ装置においては、赤外ＬＤと赤色ＬＤが青紫色ＬＤ上に接着して配置されているため、赤外ＬＤおよび赤色ＬＤが動作時に発する熱をヒートシンクに効率的に放熱することができないという問題があった。また、アセンブリプロセスが複雑になり、製造コストが高くなるという問題があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、チップサイズが小さく光学設計が容易で、且つ製造が容易な多波長半導体レーザ装置を提供するものである。

この発明に係る多波長半導体レーザ装置は、第１の基板上に、第１の発振波長の光を出射する第１のレーザ部と、第２の発振波長の光を出射する第２のレーザ部と、前記第１のレーザ部と前記第２のレーザ部の間の溝とを有する第１のレーザダイオードと、第２の基板上に半導体積層構造を有し、第３の発振波長の光を出射する第２のレーザダイオードとを備え、前記第２のレーザダイオードは、前記溝の底面に前記第２の基板の裏面が接するように配置されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、チップサイズが小さく光学設計が容易で、且つ製造が容易な多波長半導体レーザ装置を得ることができる。

この発明の一実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略斜視図である。この発明の一実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略断面図である。この発明の一実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略斜視図である。この発明のもう一つの実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略断面図である。この発明のもう一つの実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略斜視図である。この発明のもう一つの実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略断面図である。この発明のもう一つの実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略上面図である。この発明のもう一つの実施の形態に係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す概略断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る多波長半導体レーザ装置の斜視図である。また、図２は本実施の形態１の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す断面図である。実施の形態における多波長半導体レーザ装置は、金属板材を円板状に成形したステム１０１と、ステム１０１の上面に載置されたブロック１０３と、ブロック１０３を構成する一平面に載置されたサブマウント１０５とを有する。サブマウント１０５上には、２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の積層構造が搭載される。２波長ＬＤ１０７は、第１の基板２１７上に半導体積層構造を有し、第１のレーザ部として波長７８０ｎｍの赤外レーザ光を出射する赤外レーザ部２０１と、第２のレーザ部として波長６５０ｎｍの赤色レーザ光を出射する赤色レーザ部２０３とがモノリシックに形成されている。赤外レーザ部２０１と赤色レーザ部２０３の間には溝２０５が形成され、裏面には第１の裏面ｎ側電極２０７が形成されている。溝２０５は、２波長ＬＤ１０７の赤外レーザ部２０１と赤色レーザ部２０３がそれぞれ形成された後にエッチングで形成され、赤外レーザ部２０１と赤色レーザ部２０３の２つのレーザ領域を分離している。青紫ＬＤ１０９は、第２の基板２１９上に窒化物系半導体が積層されたもので、溝２０５上に設置され、波長４０５ｎｍの青紫レーザ光を出射する。ステム１０１を貫通して設けられたリードピン１１１は、２波長ＬＤ１０７および青紫ＬＤ１０９とボンディングワイヤ１１３を介して電気的に接続され、接地ピン１１５はステム１０１を貫通し、ステム１０１と電気的に接続されている。

ブロック１０３は、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料で形成されており、２波長ＬＤ１０７および青紫ＬＤ１０９で発生した熱を効率よく放熱する。

ブロック１０３に載置されたサブマウント１０５上に２波長ＬＤ１０７がはんだ付けされている。２波長ＬＤ１０７の溝２０５には上面ｎ電極１１７が形成されており、この上面ｎ電極１１７と青紫ＬＤ１０９の裏面の第２の裏面ｎ側電極２０９が接して電気的に接続されるように、溝２０５上に青紫ＬＤ１０９が搭載される。２波長ＬＤ１０７および青紫ＬＤ１０９から放出されるレーザ光は、同一方向に放射されるように配置されている。なお、ブロック１０３、サブマウント１０５、２つのＬＤの設置順は特に限定されない。

リードピン１１１は、絶縁体を介してステム１０１を貫通しており、２波長ＬＤ１０７および青紫ＬＤ１０９のｐ側電極（図示せず）とボンディングワイヤ１１３で電気的に接続される。

接地ピン１１５はステム１０１と溶接で接合されており、２波長ＬＤ１０７の第１の裏面ｎ側電極２０７は、ステム１０１およびブロック１０３を介して接地ピン１１５と電気的に接続されている。また、青紫ＬＤ１０９の第２のｎ側電極２０９は、この青紫ＬＤ１０９の第２のｎ側電極２０９と電気的に接合される２波長ＬＤ１０７の溝２０５上に形成された上面ｎ電極１１７へのボンディングワイヤ１１３を介して接地ピン１１５と電気的に接続されている。２波長ＬＤ１０７は、上面ｎ型電極１１７とオーミックコンタクトを取るためのｎ型コンタクト層を有し、その上に活性層、ｐ型層を含む積層構造を有している。

このように多波長半導体レーザ装置を構成することにより、２波長ＬＤ１０７の２つのレーザの発光点間の距離の制約を満たした状態でチップサイズが小さい多波長半導体レーザ装置を得ることができる。

さらに本実施の形態１では、２波長ＬＤ１０７の２つのレーザの共振器と青紫ＬＤ１０９の共振器は同方向となっており、また、図２に示すように２波長ＬＤ１０７の２つのレーザの発光点２１１、２１３と青紫ＬＤ１０９の発光点２１５が共振器方向において同一平面上に揃っている。そのため、モニタＰＤの配置などの光学設計を容易にすることができる。

また、本実施の形態では、青紫ＬＤ１０９より２波長ＬＤ１０７の共振器長の方が長く、青紫ＬＤ１０９の後端面側の上面ｎ電極１１７上にワイヤボンディングがなされている。図３は本実施の形態１の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す斜視図である。共振器長が短い青紫ＬＤ１０９を、共振器長が長い２波長ＬＤ１０７の溝２０５に積層し、青紫ＬＤ１０９の共振器方向後方の溝２０５の底面上にボンディングワイヤ１１３でワイヤボンディングしている。２波長ＬＤ１０７は半導体積層構造中にｎコンタクト層３０１を有し、溝２０５はｎコンタクト層３０１まで達するように形成される。溝２０５の底面には上面ｎ電極１１７が形成されている。この上面ｎ電極１１７上にワイヤボンディングがなされており、上面ｎ電極１１７と青紫ＬＤ１０９の基板の裏面電極である第２の裏面ｎ側電極２０９が接合され、ワイヤを通じて電気的に接続（接地）されている。

このように多波長半導体レーザ装置を構成することにより、青紫ＬＤ１０９のｎ電極へ給電するためのワイヤを容易にボンディングすることができる。

本実施の形態１によれば、多波長半導体レーザ装置を、２つのレーザの発光点間の距離に制約がある２波長ＬＤの発光点間に形成された溝に青紫ＬＤを載置するように構成したので、レーザ動作時に発する熱をヒートシンクに効率的に放熱することができる多波長半導体レーザ装置を得ることができる。また、２波長ＬＤ１０７の２つのレーザの共振器と青紫ＬＤ１０９の共振器は同方向となっており、２波長ＬＤ１０７の２つの発光点と青紫ＬＤ１０９の発光点が共振器方向において同一平面上に揃っているので、光学設計を容易にすることができる。さらに本実施の形態１によれば、多波長半導体レーザ装置を、共振器長が短い青紫ＬＤ１０９を共振器長が長い２波長ＬＤ１０７上に積層し、青紫ＬＤ１０９の共振器方向後方にワイヤボンディングされるように構成したので、青紫ＬＤ１０９の第２の裏面ｎ側電極２０９へ給電（接地）するためのワイヤボンディングが容易となり、製造が容易な多波長半導体レーザ装置を得ることができる。

また本実施の形態１では、上面ｎ電極１１７とともに、２波長ＬＤ１０７の基板の裏面に第１の裏面ｎ側電極２０７を有しているが、上面ｎ電極１１７上へワイヤボンディングして２つのＬＤを接地する場合には、第１の裏面ｎ側電極２０７を省くこともできる。また、逆に第１の裏面ｎ側電極２０９を介して２つのＬＤを接地する場合は、上面ｎ電極へのワイヤボンディングを省くことが可能である。例えば、青紫ＬＤ１０９と青紫ＬＤ１０９の共振器長に差がなく、上面ｎ電極へのワイヤボンディングが困難な場合などは第１の裏面ｎ側電極２０９を介して２つのＬＤを接地することができる。

実施の形態２．
図４は本発明の他の実施の形態２の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す断面図である。

本実施の形態２に係る多波長半導体レーザ装置は、２波長ＬＤ１０７の２つの発光点２１１、２１３と青紫ＬＤ１０９の発光点２１５の、共振器方向に対して鉛直断面上における水平位置を揃えず、青紫ＬＤ１０９の発光点２１５を２波長ＬＤ１０７の２つの発光点２１１、２１３を結ぶ直線上から外したものである。本実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、２波長ＬＤ１０７の赤外レーザ部２０１と赤色レーザ部２０３の２つのレーザ領域の間に形成された溝２０５の深さを調節することによって、青紫ＬＤ１０９の光軸の断面上の水平位置と２波長ＬＤ１０７の２つの光軸の水平位置とをずらしている。そのため、青紫ＬＤ１０９の光軸の水平位置を２波長ＬＤ１０７の各光軸から切り離し、２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の光学設計を分けて行うことができる。したがって、青紫ＬＤ１０９の光学系を２波長ＬＤ１０７と分離して構成する場合に光学設計を容易にすることができる。

本実施の形態２によれば、多波長半導体レーザ装置を、青紫ＬＤ１０９の光軸の断面上の水平位置と２波長ＬＤ１０７の２つの光軸の水平位置とをずらし、２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の光学設計を分けて行うことができるように構成したので、青紫ＬＤ１０９の光学系を２波長ＬＤと分離して構成する場合に光学設計が容易な多波長半導体レーザ装置を得ることができる。

実施の形態３．
図５は本発明の他の実施の形態３の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す斜視図である。本実施の形態３に係る多波長半導体レーザ装置は、２波長ＬＤ１０７のレーザ光出射端面５０１と青紫ＬＤ１０９のレーザ光出射端面５０３を同一平面上に揃えず、出射端面５０１と出射端面５０３との間に間隔を有するように２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の積層構造を形成している。その他の構成は実施の形態１と同様である。出射端面５０１と出射端面５０３との間の間隔Ｌは２〜１０μｍが望ましい。

このように多波長半導体レーザ装置を構成することにより、２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の光学設計を分けて行うことができる。したがって、青紫ＬＤ１０９の光学系を２波長ＬＤ１０７と分離して構成する場合に光学設計を容易にすることができる。また、青紫ＬＤ１０９の光軸と２波長ＬＤ１０７の各光軸の水平位置を揃えたまま、２波長ＬＤ１０７と青紫ＬＤ１０９の光学設計を分けて行うことができる。

実施の形態４．
図６および図７は本発明の他の実施の形態の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す概略図である。図６は本実施の形態４の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造の概略断面図、図７は概略上面図である。本実施の形態４に係る多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤは、青紫ＬＤ１０９を配置する溝から溝の側面を介して、２波長ＬＤ１０７の２つのレーザ部のうち、片方のレーザ部の上面の頂部６０１に渡って形成される上面ｎ電極６０３を有している。この上面ｎ電極６０３の頂部上の領域にワイヤ６０５がボンディングされている。このワイヤ６０５を通して青紫ＬＤ１０９のｎ電極２０９へ給電（接地）される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このように多波長半導体レーザ装置を構成することにより、青紫ＬＤ１０９のｎ電極２０９へ給電するためのワイヤ６０５を容易にボンディングすることができる。

本実施の形態４によれば、多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤを、青紫ＬＤ１０９を配置する溝２０５から２波長ＬＤ１０７の片方の頂部６０１に渡って形成される上面ｎ電極６０３を有し、この上面ｎ電極６０３の頂部上の領域にワイヤ６０５がボンディングされるように構成したので、青紫ＬＤ１０９のｎ電極２０９へ給電（接地）するためのワイヤボンディングが容易な多波長半導体レーザ装置を得ることができる。したがってこのような多波長半導体レーザ装置であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図８は本発明の他の実施の形態の多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤと青紫ＬＤの積層構造を示す概略図である。本実施の形態５に係る多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤ１０７には、裏面から青紫ＬＤ１０９を配置する溝２０５に達するビアホール８０１が形成され、このビアホール８０１を含む裏面に第１の裏面ｎ側電極８０３が形成されている。この第１の裏面電極８０３を通して青紫ＬＤ１０９の第２の裏面ｎ側電極２０９へ給電（接地）される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このように多波長半導体レーザ装置を構成することにより、青紫ＬＤ１０９のｎ電極２１０９の給電を容易にすることができる。

本実施の形態５によれば、多波長半導体レーザ装置に搭載される２波長ＬＤを、裏面から青紫ＬＤ１０９を配置する溝２０５にまで達するビアホール８０１を有し、このビアホール８０１を通して青紫ＬＤ１０９のｎ電極２０９へ給電（接地）されるように構成したので、青紫ＬＤ１０９のｎ電極２０９へ給電（接地）が容易な多波長半導体レーザ装置を得ることができる。したがってこのような多波長半導体レーザ装置であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

本明細書の各実施の形態では、赤外レーザおよび赤色レーザの２波長ＬＤと青紫ＬＤを積層させて多波長半導体レーザ装置を構成したが、各レーザの波長はこれに限定されない。例えば赤色、緑色、青色の三つの波長のレーザを組み合わせて本発明の多波長半導体レーザ装置を構成してもよい。

なお、図面および明細書では本発明の典型的な好ましい実施形態を開示しており、特定の用語を使用しているが、それらは一般的かつ記述的な意味合いでのみ使用しており、本明細書に記載の特許請求の範囲を限定することを目的とするものではないことは言うまでもない。

１０７２波長ＬＤ
１０９青紫ＬＤ
１１７上面ｎ電極
２０１第１のレーザ部
２０３第２のレーザ部
２０５溝
２０７第１の裏面ｎ電極
２０９第２の裏面ｎ電極
２１１、２１３、２１５発光点
２１７第１の基板
２１９第２の基板
３０１ｎコンタクト層
５０１、５０３レーザ光出射端面
６０３上面ｎ電極
６０５ボンディングワイヤ
８０１ビアホール
８０３裏面ｎ電極

Claims

第１の基板上に、第１の発振波長の光を出射する第１のレーザ部と、第２の発振波長の光を出射する第２のレーザ部と、前記第１のレーザ部と前記第２のレーザ部の間の溝とを有する第１のレーザダイオードと、
第２の基板上に半導体積層構造を有し、第３の発振波長の光を出射する第２のレーザダイオードとを備え、
前記第２のレーザダイオードは、前記溝の底面に前記第２の基板の裏面が接するように配置されていることを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
前記第１のレーザ部の発光点と前記第２のレーザ部の発光点と前記第２のレーザダイオードの発光点が共振器方向の一平面上に揃っていることを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記第１のレーザ部の発光点と前記第２のレーザ部の発光点と前記第２のレーザダイオードの発光点が共振器方向に対する鉛直断面上で異なる位置にあることを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記第１のレーザダイオードのレーザ光出射端面と前記第２のレーザダイオードのレーザ光出射端面とが所定の間隔を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記第２のレーザダイオードの共振器長が前記第１のレーザダイオードの前記溝の長さより短く、前記溝の、前記第２のレーザダイオードの共振器方向後端面の後側の部分にワイヤボンディングがなされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記第１のレーザダイオードの前記第１の基板上にｎコンタクト層を有し、前記溝が、該溝の底面に形成された上面ｎ電極を介して前記ｎコンタクト層まで達していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記上面ｎ電極が前記溝の側面を介して前記第１のレーザ部あるいは前記第２のレーザ部の上面にまで延在していることを特徴とする請求項６に記載の多波長半導体レーザ装置。
前記第１のレーザダイオードの裏面にビアホールと、該ビアホールを覆う第１の裏面ｎ電極を有し、該第１の裏面ｎ電極が前記第２のレーザダイオードの裏面に形成された第２の裏面ｎ電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ装置。