JP3642535B2 - 半導体レーザアレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体レーザアレイ、特に並列に発光される各レーザ光をモニタする受光素子をそれぞれ有する半導体レーザアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、光ファイバ通信を中心にした通信分野、あるいは光ディスクファイル，ディジタルオーディオディスク，ビデオディスク，レーザビームプリンタ等を中心とする情報端末分野等の光源として使用されている。
【０００３】
光磁気ディスク等の光メモリディスクを内蔵する情報端末機器にあっては、組み込まれる半導体レーザは、システムの高速化のため、書き込み用に高出力レーザ、読み出し用に低雑音レーザが用いられている。たとえば、オプトロニクス社発行「オプトロニクス」１９８６年５月号、５月１０日発行、Ｐ７３〜Ｐ７９に記載されているように、ビデオディスクにあっては、組み込まれる半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）は、高出力化，低雑音化が要請されている旨記載されている。また、この文献には、二つの平行なリッジ上に極めて薄い結晶層、すなわち、クラッド層と活性層を形成するとともに、前記クラッド層と活性層との屈折率差を調整して半導体レーザの高出力化を図る技術が開示されている。
【０００４】
また、工業調査会発行「電子材料」1987年６月号、同年６月１日発行、P107〜P111には、3 ビーム半導体レーザについて記載されている。この文献には、モノリシック形３ビーム半導体レーザにおいて、ＬＤの出射角が非常に大きいことから、ビーム間のクロストーク（ビームが他の受光素子に漏れる量）を防止するため、レーザチップとホトダイオードとの間にアイソレータを配置した構造が開示されている。
【０００５】
一方、特開平5-359582号公報には、２ビームアレイＬＤチップから出射される２つのモニタ光をそれぞれ独立したモニタ用フオトダイオードで受光し，それぞれ独立したＡＰＣ駆動を行える半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置では、ＬＤチップを支持する支持板（サブマウント）の面に対して受光面が垂直となるとともに、受光面はレーザ光の光軸に対して傾斜した面となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人においても光ディスシステムの光源として半導体レーザアレイを使用している。この場合、半導体レーザチップを搭載するサブマウントの面の一部に受光素子を設ける構造としていることから、前記文献の場合と同様に、レーザ光のビーム間のクロストークが問題となる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明者はレーザ光のビーム間のクロストークが起きないように、受光素子間に遮光体となるリッジを形成することを思い立ち本発明をなした。
【０００８】
本発明の目的は、レーザ光のビーム間のクロストークが発生しない半導体レーザアレイを提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、本発明の半導体レーザアレイは、サブマウントと、前記サブマウントの主面の一部に固定されかつ半導体レーザ部を複数並列した半導体レーザアレイチップと、前記半導体レーザアレイチップの各半導体レーザ部から発光される後方レーザ光を受光するように前記サブマウントの主面表層部に形成された受光素子部とを有する半導体レーザアレイであって、前記各受光素子と受光素子との間のサブマウント主面には隣接する半導体レーザ部から発光されたレーザ光の交わりを防止する突条（リッジ）からなる遮光体が配設されている。また、遮光体は棒状となり、前記半導体レーザアレイ部から受光素子の外れにまで延在している。このため、前記半導体レーザアレイチップには溝が設けられ、前記溝に前記遮光体が嵌合されている。
【００１１】
【作用】
上記した手段によれば、本発明の半導体レーザアレイは、前記サブマウント上の一部に複数の半導体レーザアレイ部を有する半導体レーザチップが搭載されるとともに、前記サブマウントの表層部に受光素子を有する構造となり、かつ前記半導体レーザアレイ部から受光素子の外れにまで延在する遮光体を有していることから、前記半導体レーザアレイ部の一つから出射された後方出射光は、前記サブマウントの主面に沿って広がっても、前記リッジに阻まれて隣の受光素子面には到達しなくなり、レーザ光のビーム間のクロストークが防止できる。
【００１２】
また、本発明の半導体レーザアレイにおいては、前記遮光体はリッジからなるとともに、このリッジは半導体レーザアレイチップに設けられた溝に嵌合される構造となり、半導体レーザアレイチップをサブマウントに固定する際の位置決めとして使用でき、組立が容易となる。
【００１３】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する。図１は本発明の一実施例による半導体レーザアレイの要部を示す模式的斜視図、図２は同じく半導体レーザアレイの一部を切り欠いた状態を示す斜視図、図３は同じくサブマウントと半導体レーザアレイチップとを示す分解斜視図、図４は半導体レーザチップの模式的断面図、図５は同じく半導体レーザアレイの要部を示す模式的断面図である。
【００１４】
本実施例では、光素子として、２本のレーザ光（２ビーム）を発光する半導体レーザ部を有する半導体レーザアレイチップを組み込んだ半導体レーザアレイ（半導体レーザ装置）に本発明を適用した例について説明する。
【００１５】
半導体レーザアレイ１は、図４に示されるような半導体レーザアレイチップ６を有している。前記半導体レーザアレイチップ６は、ｐ型のＧａＡｓからなるｐ型半導体基板２０と、このｐ型半導体基板２０上に設けられた多層成長層２１と、前記多層成長層２１を区画（アイソレート）する溝２２とからなっている。また、この溝２２は半導体レーザアレイチップ６を組み立てる際使用される。
【００１６】
図１に示すように、前記溝２２によって２つの半導体レーザ部４ａ，４ｂが並列状態で形成されることになり、各半導体レーザ部４ａ，４ｂからそれぞれレーザ光１９ａ，１９ｂを発光するようになっている。なお、図４において、前記溝２２の表面および表面に連なる半導体基板２０の主面側の一部は絶縁膜２３で覆われている。
【００１７】
ここで、両半導体レーザ部４ａ，４ｂ（図４において右側が半導体レーザ部４ａ、左側が半導体レーザ部４ｂ）の構成について説明する。半導体レーザ部４ａ，４ｂは、それぞれ内部電流狭窄型のＣＳＰ（Channeld-Substrate-Planar)構造となっている。ＣＳＰ構造は、厚さ９０μｍ程度のｐ型半導体基板２０の主面中央にはチャネル（溝）２５を有する構造となっている。そして、前記チャネル２５の両側には、前記ｐ型半導体基板２０の主面に設けられたｎ型ＧａＡｓからなる電流狭窄層２６が位置している。前記電流狭窄層２６の厚さは１μｍ程度となっている。前記チャネル２５は、ｐ型半導体基板２０の表層部にまで到達している。また、前記電流狭窄層２６の上には、厚さ０．２μｍ程度のｐ型のＧａＡｌＡｓからなるｐ型クラッド層２７が設けられている。このｐ型クラッド層２７は、前記チャネル２５を埋め尽くす構造となっている。したがって、前記チャネル２５の部分では、前記ｐ型クラッド層２７の厚さは厚くなっている。
【００１８】
前記ｐ型クラッド層２７の上には、ｐ型のＧａＡｌＡｓからなる厚さ０．５μｍ程度の活性層２８が設けられている。レーザ光１９ａ，１９ｂは、前記チャネル２５上の活性層２８部分の両端から発光されるようになる。
【００１９】
前記活性層２８の上には、厚さ１．５μｍ程度のｎ型のＧａＡｌＡｓからなるｎ型クラッド層２９が設けられているとともに、このｎ型クラッド層２９上には、厚さ５μｍ程度のｎ型のＧａＡｓからなるｎ型キャップ層３０が設けられている。
【００２０】
前記多層成長層２１は、前記電流狭窄層２６，ｐ型クラッド層２７，活性層２８，ｎ型クラッド層２９，ｎ型キャップ層３０によって構成されている。ただし、これら各層は連続して形成されるわけではなく、前記ｐ型半導体基板２０上に電流狭窄層２６を形成した後チャネル２５が設けられ、その後ｐ型クラッド層２７，活性層２８，ｎ型クラッド層２９，ｎ型キャップ層３０を連続して形成される。
【００２１】
また、前記ｎ型キャップ層３０の表面には、たとえば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電極３１ａ，３１ｂが設けられている。また、ｎ型電極３１ａ，３１ｂが設けられない領域は、前述のように絶縁膜２３で被われている。また、図４において、ｐ型半導体基板２０の下面には、Ｍｏ／Ａｕからなるｐ型電極３２が形成されている。
【００２２】
一方、前記半導体レーザアレイチップ６は、図１に示すように、２つの受光素子部２ａ，２ｂを主面表層部に有するサブマウント５の主面に固定される。前記サブマウント５は、前記半導体レーザアレイチップ６を載置固定する領域と、前記半導体レーザアレイチップ６の後方レーザ光（モニタ光７ａ，７ｂ）を受光する受光素子部２ａ，２ｂが設けられた領域とを有している。また、前記半導体レーザアレイチップ６を搭載固定する領域から、受光素子部２ａ，２ｂが設けられる領域全長に亘って突条（リッジ）３が設けられている。
【００２３】
前記リッジ３は、サブマウント５の中央に沿って設けられるとともに、前記半導体レーザアレイチップ６の中央部分に沿って設けられた溝２２に丁度一致して嵌合するように形成されている。
【００２４】
前記リッジ３は、図１に示すように、半導体レーザアレイチップ６から発光されるモニタ光７ａ，７ｂを隣接する受光素子部２ａ，２ｂに到達させない遮光体として作用する。これにより、半導体レーザ部４ａ，４ｂから発光されるレーザ光１９ａ，１９ｂにおけるビーム間のクロストークが防止される。
【００２５】
また、前記サブマウント５は、２００μｍ程度の厚さのｐ型のシリコン板で形成され、主面には、図５に示すように絶縁膜４０が形成されている。前記半導体レーザアレイチップ６が搭載される部分は、前記絶縁膜４０が全面に設けられるとともに、ＡｕおよびＰｂ−Ｓｎからなる電極１０ａ，１０ｂが設けられている。この電極１０ａ，１０ｂ上には、図５に示すように、前記半導体レーザアレイチップ６のｎ型電極３１ａ，３１ｂが重ねられて固定される。
【００２６】
前記受光素子部２ａ，２ｂは、前記ｐ型のサブマウント５と、サブマウント５の主面に部分的に設けられたｎ型領域４１とによるｐｎ接合によって形成される。また、前記サブマウント５の主面側には、図１および図５に示すように、前記ｎ型領域４１に電気的に繋がるｎ型電極１３ａ，１３ｂが設けられている。また、前記サブマウント５の裏面には、図５に示すように、ｐ型電極４２が設けられている。
【００２７】
前記ｐ型電極４２部分は、後述するヒートシンク９の先端側面に設けられた導電性からなる接合層４３に機械的かつ電気的に接続される。
【００２８】
つぎに、前記半導体レーザアレイチップ６を組み込んだ半導体レーザアレイ（半導体レーザ装置）１について、図１および図２を参照しながら説明する。半導体レーザアレイ１は、熱放散性の良好な金属で形成される矩形のステム８の主面中央部に、熱放散性の良好な金属で形成されるヒートシンク９を鑞材で固定した構造となっている。
【００２９】
前記ヒートシンク９の先端側面には、図５に示すように、半導体レーザアレイチップ６を搭載したサブマウント５が、接合層４３を介して接続される。前記受光素子部２ａ，２ｂのｐ型電極４２は、ヒートシンク９およびステム８と電気的に接続される。
【００３０】
一方、前記ステム８には、５本のリードが接続されている。２本のリードはレーザダイオード用リード（ＬＤ用リード１１ａ，１１ｂ）であり、他の２本のリードは受光素子用リード（ＰＤ用リード１４ａ，１４ｂ）となる。また、残りの１本のリード１６は、直接ステム８に電気的かつ機械的に接続され、前記受光素子部２ａ，２ｂのｐ型電極４２および半導体レーザアレイチップ６の共用電極となるｐ型電極３２と同電位となる。前記ＬＤ用リード１１ａ，１１ｂおよびＰＤ用リード１４ａ，１４ｂは、電気的独立性を維持するため、絶縁性のガラス４５を介してステム８に固定されている。
【００３１】
他方、図２（図１参照）に示すように、前記半導体レーザアレイチップ６のｎ型電極３１ａ，３１ｂが接続された電極１０ａ，１０ｂ（図１では図面が微細となるため省略）と、ＬＤ用リード１１ａ，１１ｂとは、それぞれワイヤ１２ａ，１２ｂによって電気的に接続されている。また、半導体レーザアレイチップ６のｐ型電極３２と、ヒートシンク９とは、ワイヤ１７によって電気的に接続されている。また、ｎ型電極１３ａ，１３ｂ（図１では図面が微細となるため省略）と、ＰＤ用リード１４ａ，１４ｂとはワイヤ１５ａ，１５ｂによって電気的に接続されている。これにより、ＬＤ用リード１１ａ，１１ｂとリード１６間に所定の電圧を印加することによって、半導体レーザ部４ａ，４ｂからレーザ光１９ａ，１９ｂが発光される。前記ＬＤ用リード１１ａ，１１ｂのいずれかを選択することによって半導体レーザ部４ａ，４ｂのいずれかが発光する。
【００３２】
また、前記半導体レーザ部４ａ，４ｂの発光によって、受光素子部２ａ，２ｂのいずれかあるいは両方部分はモニタ光７ａ，７ｂを受光するため、ＰＤ用リード１４ａ，１４ｂとリード１６間には所定の電流が流れる。したがって、この電流値を検出することによって、半導体レーザ部４ａ，４ｂから発光されるレーザ光１９ａ，１９ｂの光強度を検出することができる。したがって、この検出情報（モニタ情報）をフィードバックすることによって、所望強度のレーザ光１９ａ，１９ｂを発光させることができる。すなわち、ＡＰＣ駆動が可能となる。
【００３３】
前記ステム８の主面側のヒートシンク９，半導体レーザアレイチップ６および各リードの先端部分は、帽子型のキャップ１８で被われる。前記キャップ１８はリングウエルド等によってステム８に気密的に封止される。また、前記キャップ１８の天井部分には、円形の穴が設けられているとともに、この穴部分は透明板５０で塞がれるように取り付けられている。レーザ光１９ａ，１９ｂは、この透明板５０を透過してステム８と透明板５０とからなるパッケージの外に放射される。
【００３４】
また、前記ステム８には、半導体レーザアレイ１を所定箇所に取り付けるために用いられる取付孔５１が設けられている。
【００３５】
このような半導体レーザアレイ１では、たとえば、半導体レーザ部４ａを動作させて光ディスクシステムにおいて高出力のレーザ光によって書き込みを行い、半導体レーザ部４ｂの低出力のレーザ光によって読み取りを行う。
【００３６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、図６に示すように、サブマウント５に多数のリッジ３を配置し、多数の半導体レーザアレイチップ６を取り付ける構造とすれば、さらにレーザ光のビーム数の増大を図ることができる。図６は模式図であり、点々を施した領域が受光領域５３であり、図中受光領域５３の上方が半導体レーザアレイチップを搭載するためのＬＤ用電極部５４、図中受光領域５３の下方が受光素子用電極部５５である。
【００３７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。本発明の半導体レーザアレイによれば、モニタ光側に配置された受光素子部間には、突条となるリッジが設けられ、側方に進むモニタ光は前記リッジで遮光されるため、レーザ光のビーム間のクロストークが防止でき、各半導体レーザ部は高精度で制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による半導体レーザアレイの要部を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施例による半導体レーザアレイの一部を切り欠いた状態を示す斜視図である。
【図３】本実施例におけるサブマウントと半導体レーザアレイチップとを示す分解斜視図である。
【図４】本実施例における半導体レーザチップの模式的断面図である。
【図５】本実施例における半導体レーザアレイの要部を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるサブマウントを示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザアレイ（半導体レーザ装置）、２ａ，２ｂ…受光素子部、３…リッジ、４ａ，４ｂ…半導体レーザ部、５…サブマウント、６…半導体レーザアレイチップ、７ａ，７ｂ…モニタ光、８…ステム、９…ヒートシンク、１０ａ，１０ｂ…電極、１１ａ，１１ｂ…ＬＤ用リード、１２ａ，１２ｂ…ワイヤ、１３ａ，１３ｂ…ｎ型電極、１４ａ，１４ｂ…ＰＤ用リード、１５ａ，１５ｂ…ワイヤ、１６…リード、１７…ワイヤ、１８…キャップ、１９ａ，１９ｂ…レーザ光、２０…ｐ型半導体基板、２１…多層成長層、２２…溝、２３…絶縁膜、２５…チャネル、２６…電流狭窄層、２７…ｐ型クラッド層、２８…活性層、２９…ｎ型クラッド層、３０…ｎ型キャップ層、３１ａ，３１ｂ…ｎ型電極、３２…ｐ型電極、４０…絶縁膜、４１…ｎ型領域、４２…ｐ型電極、４３…接合層、４５…ガラス、５０…透明板、５１…取付孔。

Claims (1)

1. サブマウントと、前記サブマウントの主面の一部に固定されかつ半導体レーザ部を複数並列した半導体レーザアレイチップと、前記半導体レーザアレイチップの各半導体レーザ部から発光される後方レーザ光を受光するように前記サブマウントの主面表層部に形成された受光素子部とを有する半導体レーザアレイであって、
   前記各受光素子と受光素子との間のサブマウント主面には隣接する半導体レーザ部から発光されたレーザ光の交わりを防止する遮光体が配設され、
   前記遮光体は棒状となり、少なくとも前記半導体レーザアレイ部から受光素子の外れにまで延在し、
   半導体レーザアレイチップには溝が設けられるとともに、前記溝には前記遮光体が嵌合されていることを特徴とする半導体レーザアレイ。

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