JP3755178B2 - Semiconductor laser - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに関し、例えば光記録再生装置や光通信装置の光源として用いることができるものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
従来、光記録再生装置用においては、少なくとも記録ビーム用と再生ビーム用に2波長の光源が必要となる。この種の光記録再生装置としては、特開昭58−146038号公報に開示されたものがあり、2つの独立配置した半導体レーザを用いて2波長必要な光学系を構成している。
【0003】
しかしながら、このものは、2つの独立配置した半導体レーザを用いているため、光学系が複雑になるとともに、光軸の調整を必要とするという問題がある。本発明は上記問題に鑑みたもので、1つの半導体レーザから波長の異なる2以上のレーザ光を出力し、かつそれらの光軸を高精度に設定できるようにすることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1乃至4に記載の発明においては、第1、第2の半導体レーザチップを、1つの基板に形成されたガイド溝に沿って設置したことを特徴としている。従って、ガイド溝を光軸に合わせて形成しておくことにより、第1、第2の半導体レーザチップをガイド溝に沿って設置するだけで、容易にかつ高精度に所望の光軸を得ることができる。
【0005】
また、請求項1乃至4に記載の発明では、ガイド溝内の端部に合わせて第1、第2の半導体レーザチップの一面を位置決めすることにより、光軸を一層高精度に設定することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態を示す半導体レーザの斜視図である。
記録用のレーザ光(波長a)を出力する第1の半導体レーザチップ1と、再生用のレーザ光(波長b)を出力する第2の半導体レーザチップ2とが、放熱基板3の上面に並列配置されている。
【0008】
ここで、放熱基板3には、ガイド溝3a、3bが平行に形成されており、ガイド溝3a、3b内に第1、第2の半導体レーザチップ1、2が設置される。従って、第1、第2の半導体レーザチップ1、2をガイド溝3a、3bに沿って設置するだけで、容易かつ高精度に平行な光軸を得ることができる。
次に、上記した半導体レーザの製造方法について説明する。
【0009】
まず、放熱基板3となるシリコン基板を用意し、その上にシリコン酸化膜をスパッタ法により堆積する。その上にホトリソグラフィによりフォトレジストをパターニングし、レジストをマスクとしてシリコン酸化膜をフッ酸などによりエッチングする。
次に、パターニングしたシリコン酸化膜をマスクとして、シリコン基板をエッチングし、ガイド溝3a、3bを形成する。この場合、半導体レーザチップの装着を容易にするため、半導体レーザチップの幅よりもガイド溝の幅を大きくしておく。例えば、半導体レーザチップの幅を300μmとすると、ガイド溝の幅を305μm程度にしておく。
【0010】
次に、ガイド溝3a、3bを形成したシリコン基板の表面にチタン、ニッケルおよび金の薄膜をこの順に形成する。これらは、第1、第2の半導体レーザチップ1、2のそれぞれの下部電極と電気的に接続される共通電極となる。
この後、金錫はんだを用いて第1、第2の半導体レーザチップ1、2を、ガイド溝3a、3bに沿って取り付ける。この場合、図2(図1に示す半導体レーザを光出力方向からみた平面図)に示すように、第1、第2の半導体レーザチップ1、2のそれぞれの一方の側面(レーザビームと平行になる面)をガイド溝3a、3bの一方の端部に合わせる、例えば図に示すように、ガイド溝3a、3bの左側端部A、Bに半導体レーザチップ1、2の左側側面を合わせることにより、第1、第2の半導体レーザチップ1、2間の距離を一定にして取り付け精度を高くすることができる。
【0011】
なお、第1、第2の半導体レーザチップ1、2のそれぞれの上部電極は、ワイヤボンディングにより、図示しない駆動回路と電気的に接続される。
上記した構成によれば、ガイド溝3a、3bは、上述した半導体技術を用いて精度よく作製できるため、第1、第2の半導体レーザチップ1、2を高精度に配置でき、それぞれの光軸を平行にすることができる。
【0012】
なお、第1、第2の半導体レーザチップ1、2から記録用レーザ光と再生用レーザ光を同時に出力すれば、光記録再生装置において、記録と再生を同時に行うことができる。
図3に、上記した実施形態の変形例を示す。この変形例では、放熱基板3に1つのガイド溝3cを形成し、その両端部C、Dに第1、第2の半導体レーザチップ1、2の左側側面、右側側面を位置合わせして、第1、第2の半導体レーザチップ1、2を取り付けるようにしている。このような構成としても、第1、第2の半導体レーザチップ1、2間の距離を一定にして取り付け精度を高くすることができる。
【0013】
図4に、さらに他の変形例を示す。この変形例では、放熱基板3の両面にガイド溝3c、3dを形成し、第1、第2の半導体レーザチップ1、2を放熱基板3の両面に取り付けるようにしている。この場合、2つの半導体レーザチップ1、2の距離は放熱基板3の厚さとガイド溝3c、3dの深さによって決まるが、どちらも精度よく作製することができるので、半導体レーザチップ1、2間の距離も精度よくすることができる。
【0014】
図5に、さらに他の変形例を示す。この変形例では、ガイド溝3e、3fを、断面が三角形になるように形成し、その一面において第1、第2の半導体レーザチップ1、2の底面を取り付けている。このような配置にすると、それぞれの半導体レーザチップからの出力光の偏光方向が異なるように配置できるので、偏光方向の違いを利用する光学系に用いることが可能となる。
【0015】
なお、上述した実施形態において、放熱基板3にガイド溝3a、3b等を形成する場合、放熱基板3に突起を形成したり、放熱基板3に他の基板を張りつけるなどして、突起間あるいは他の基板間でガイド溝を形成するようにしてもよい。また、放熱基板3は、その表面において上記した金等の導電性材料膜を有するものに限らず、放熱基板3全体を導電性材料にて構成してもよい。また、放熱基板3の下に銅製のヒートシンクを設けてもよい。さらに、ガイド溝を形成する基板は、必ずしも放熱基板とする必要はなく、ガイド溝を形成する半導体レーザチップ設置用の基板を放熱基板上に設けるようにしてもよい。
(第2実施形態)
半導体レーザの発振波長は、活性層のバンドギャップで決まる。従って、バンドギャップが異なる2つの活性層を100μm程度以下の狭い間隔で並べると、1素子サイズで、波長の異なる2つのレーザ光を出力する半導体レーザが実現できる。
【0016】
本実施形態では、混晶化技術を用いて2つの活性層のバンドギャップを異ならせて2波長発光型の半導体レーザを実現している。ここで、混晶化とは、不純物原子を熱拡散したり、あるいはイオン注入によって不純物を導入した後に熱処理を行うことにより、ヘテロ界面によって空間内に隔てられていた構成元素が混じり合って結晶変態が変化する現象である。この混晶化技術を使い、低しきい値電流でかつ横モードが制御された半導体レーザを実現することができる。
【0017】
以下、この実施形態について詳述する。
図6に本実施形態に係る半導体レーザの斜視図を示す。図に示すように、GaAsウェハ11上に、n型GaAsのバッファ層12、n型AlGaAsのクラッド層13、GaAsの活性層14、p型AlGaAsのクラッド層15、およびp型GaAsのキャップ層16が積層形成されている。ここで、クラッド層15、およびキャップ層16は、2つに分離された素子領域を形成するリッジ構造となっており、それぞれの素子領域のキャップ層16上に開口部を有して絶縁層(SiO2 層)17が形成され、その上に上部電極18が形成されている。また、GaAsウェハ11には下部電極19が形成されている。
【0018】
ここで、上記した2つの素子領域における活性層14は、混晶化技術を用いて互いにバンドギャップが異なるように形成されており、これによって、それぞれの素子領域から異なる波長のレーザ光が出力される。
次に、上記半導体レーザの製造方法について図7の工程図を基に説明する。
〔図7(a)の薄膜堆積工程〕
まず、GaAsウェハ11にn型GaAsのバッファ層12を2μm、n型AlGaAsのクラッド層13を1μm、さらにGaAsの活性層14を0.1μm、p型AlGaAsのクラッド層15を1μm、さらにp型GaAsのキャップ層16を1μm、それぞれMOCVD法により堆積する。AlGaAsのGaに対するAl組成は0.5とする。
〔図7(b)のリッジ形成工程〕
フォトリソ工程により、クラッド層15およびキャップ層16を幅4μmのリッジ構造とし、横モードを制御する(横方向への電流の流れを制限して発光領域を規定する)。この工程により、2つに分離されたリッジ領域(素子領域)が形成される。
〔図7(c)のSi薄膜形成工程〕
右側のリッジ領域にSi薄膜20を真空蒸着する。
〔図7(d)の熱処理工程〕
675℃、5時間の熱処理を施す。この熱処理は、活性層14にSi原子を熱拡散させて結晶変態を起こさせるために行う。この工程によって、右側のリッジ領域の点線で示す範囲でSi原子が熱拡散して混晶化が生じる。その結果、右側のリッジ領域と左側のリッジ領域において活性層14のバンドギャップが異なることになる。
〔図7(e)の電極形成工程〕
SiO2 層17を成膜し、窓開けを行ってそれぞれに上部電極18を形成するとともに、裏面に下部電極19を形成する。
【0019】
そして、素子長400μmに劈開し、図6の半導体レーザを作製する。このようにして作製された半導体レーザにおいて、駆動電流100mAにおける各領域からの発光波長は、混晶化しない領域で約800nm、混晶化した領域で約700nmであった。
なお、上記図7(c)に示す工程では、混晶化を行うためにSi薄膜20を真空蒸着して全体に熱処理を施すものを示したが、右側のリッジ領域にSiをイオン注入し全体に熱処理を施して、Si原子を活性層14に導入し混晶化を行うようにしてもよい。
【0020】
また、上記第2実施形態に示す半導体レーザは、図示しない放熱基板上に設置されるが、その場合に、第1実施形態に示す放熱基板3上に、第2実施形態の半導体レーザを複数設置するようにすれば、それらの光軸合わせを高精度に行うとともに、より多くの波長を有するレーザ光を出力することができる。
また、上記第2実施形態において、左右のリッジ領域に混晶化を行うとともにその混晶化の程度を異ならせて、それぞれのバンドギャップを異ならせるようにしてもよい。
【0021】
さらに、上述した種々の実施形態において、第1実施形態に示す半導体レーザチップの数、および第2実施形態に示す素子領域の数は、2つに限ることなく3つ以上にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す半導体レーザの斜視図である。
【図2】図1に示す半導体レーザの光出力方向からみた平面図である。
【図3】図1に示す半導体レーザの変形例を示す平面図である。
【図4】図1に示す半導体レーザの他の変形例を示す平面図である。
【図5】図1に示す半導体レーザのさらに他の変形例を示す平面図である。
【図6】本発明の第2実施形態を示す半導体レーザの斜視図である。
【図7】図6に示す半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
1…第1の半導体レーザチップ、2…第2の半導体レーザチップ、
3…放熱基板、11…GaAsウェハ、12…n型バッファ層、
13…n型AlGaAsクラッド層、14…GaAs活性層、
15…p型AlGaAsクラッド層、16…p型GaAsキャップ層、
17…SiO2 層、18…上部電極、19…下部電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser and can be used, for example, as a light source of an optical recording / reproducing apparatus or an optical communication apparatus.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in an optical recording / reproducing apparatus, a light source having two wavelengths is required for at least a recording beam and a reproducing beam. An optical recording / reproducing apparatus of this type is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-146038, and an optical system that requires two wavelengths is configured by using two independently arranged semiconductor lasers.
[0003]
However, since this uses two independently arranged semiconductor lasers, there are problems that the optical system becomes complicated and the optical axis needs to be adjusted. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to output two or more laser beams having different wavelengths from one semiconductor laser and to set their optical axes with high accuracy.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventions according to
[0005]
Further, in the first to fourth aspects of the invention, the optical axis can be set with higher accuracy by positioning one surface of the first and second semiconductor laser chips according to the end portion in the guide groove. it can.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser showing a first embodiment of the present invention.
A first
[0008]
Here,
Next, a method for manufacturing the above-described semiconductor laser will be described.
[0009]
First, a silicon substrate to be the
Next, using the patterned silicon oxide film as a mask, the silicon substrate is etched to form
[0010]
Next, thin films of titanium, nickel and gold are formed in this order on the surface of the silicon substrate on which the
Thereafter, the first and second
[0011]
The upper electrodes of the first and second
According to the configuration described above, the
[0012]
If the recording laser beam and the reproducing laser beam are simultaneously output from the first and second
FIG. 3 shows a modification of the above-described embodiment. In this modification, one
[0013]
FIG. 4 shows still another modification. In this modification,
[0014]
FIG. 5 shows still another modification. In this modification, the
[0015]
In the above-described embodiment, when the guide grooves 3a, 3b and the like are formed in the
(Second Embodiment)
The oscillation wavelength of the semiconductor laser is determined by the band gap of the active layer. Therefore, when two active layers having different band gaps are arranged at a narrow interval of about 100 μm or less, a semiconductor laser that outputs two laser beams having different wavelengths with one element size can be realized.
[0016]
In the present embodiment, a two-wavelength emission type semiconductor laser is realized by using a mixed crystallization technique to make the band gaps of the two active layers different. Here, mixed crystallization refers to a crystal transformation in which constituent elements separated in the space by a heterointerface are mixed by thermally diffusing impurity atoms, or by performing heat treatment after introducing impurities by ion implantation. Is a phenomenon that changes. By using this mixed crystallization technique, a semiconductor laser having a low threshold current and a controlled transverse mode can be realized.
[0017]
Hereinafter, this embodiment will be described in detail.
FIG. 6 is a perspective view of the semiconductor laser according to the present embodiment. As shown in the figure, an n-type
[0018]
Here, the
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser will be described based on the process diagram of FIG.
[Thin Film Deposition Process in FIG. 7A]
First, the n-type
[Ridge forming step of FIG. 7B]
By the photolithography process, the
[Si thin film forming step in FIG. 7C]
A Si
[Heat treatment step of FIG. 7 (d)]
Heat treatment is performed at 675 ° C. for 5 hours. This heat treatment is performed in order to cause Si atoms to thermally diffuse in the
[Electrode forming step of FIG. 7 (e)]
A SiO 2 layer 17 is formed, a window is opened to form an
[0019]
Then, the device is cleaved to an element length of 400 μm, and the semiconductor laser of FIG. 6 is manufactured. In the semiconductor laser fabricated as described above, the emission wavelength from each region at a driving current of 100 mA was about 800 nm in the non-mixed region and about 700 nm in the mixed crystal region.
In the process shown in FIG. 7 (c), the Si
[0020]
The semiconductor laser shown in the second embodiment is installed on a heat dissipation substrate (not shown). In that case, a plurality of semiconductor lasers of the second embodiment are installed on the
In the second embodiment, the left and right ridge regions may be crystallized and the degree of the crystallization may be varied to vary the band gaps.
[0021]
Furthermore, in the various embodiments described above, the number of semiconductor laser chips shown in the first embodiment and the number of element regions shown in the second embodiment are not limited to two and may be three or more.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser showing a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view seen from the light output direction of the semiconductor laser shown in FIG. 1. FIG.
3 is a plan view showing a modification of the semiconductor laser shown in FIG. 1. FIG.
4 is a plan view showing another modification of the semiconductor laser shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing still another modification of the semiconductor laser shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a perspective view of a semiconductor laser showing a second embodiment of the present invention.
7 is a process diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser shown in FIG. 6; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
3 ... heat dissipation substrate, 11 ... GaAs wafer, 12 ... n-type buffer layer,
13 ... n-type AlGaAs cladding layer, 14 ... GaAs active layer,
15 ... p-type AlGaAs cladding layer, 16 ... p-type GaAs cap layer,
17 ... SiO 2 layer, 18 ... upper electrode, 19 ... lower electrode.
Claims (4)
前記基板には前記第1、第2の半導体レーザチップが設置される1つのガイド溝(3c)が形成されており、前記第1、第2の半導体レーザチップが前記ガイド溝に沿って設置されている半導体レーザであり、
前記ガイド溝は底面が平坦で、前記ガイド溝内には位置決め用の両端部(C、D)が平行に形成されており、
前記第1、第2の半導体レーザチップの一面が前記両端部にそれぞれ位置決めされて前記第1、第2の半導体レーザチップの光軸が平行とされているとともに、前記第1、第2の半導体レーザチップの前記一面に対向する他面は前記ガイド溝内の側面からそれぞれ離間されており、
かつ前記位置決め箇所を除いて前記第1、第2の半導体レーザチップの前記一面は前記ガイド溝内の側面からそれぞれ離間されていることを特徴とする半導体レーザ。A semiconductor laser in which first and second semiconductor laser chips (1, 2) are installed on one substrate (3), and laser beams having different wavelengths are output from the first and second semiconductor laser chips. Because
One guide groove (3c) in which the first and second semiconductor laser chips are installed is formed in the substrate, and the first and second semiconductor laser chips are installed along the guide grooves. A semiconductor laser ,
The guide groove has a flat bottom surface, and both end portions (C, D) for positioning are formed in parallel in the guide groove.
One surface of each of the first and second semiconductor laser chips is positioned at each of the both ends , and the optical axes of the first and second semiconductor laser chips are made parallel, and the first and second semiconductors The other surface facing the one surface of the laser chip is spaced apart from the side surface in the guide groove,
The semiconductor laser is characterized in that the one surface of the first and second semiconductor laser chips is separated from the side surface in the guide groove except for the positioning portion.
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