JP4219147B2

JP4219147B2 - 多波長レーザ装置

Info

Publication number: JP4219147B2
Application number: JP2002279044A
Authority: JP
Inventors: 俊之川上; 元隆種谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2004119580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種の光ディスクに適用可能な光ピックアップ装置に関し、特に複数の波長のレーザ光を出射し得る多波長レーザ装置の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、記録密度を向上させる記録媒体およびそのための記録再生装置の開発が盛んに行われている。例えば、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）は映像の記録媒体として多方面に普及しつつあり、今後の需要の増大が期待されるメディアである。したがって、ＤＶＤ、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）、録再可能なＣＤ（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ）などのように多種の光ディスクに適用し得る光ピックアップを開発する需要が高まっている。
【０００３】
現在では、ＤＶＤの再生用光源には波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード（ＬＤ）が使用されており、ＣＤやＣＤ−Ｒには波長７８０ｎｍ帯のＬＤが使用されている。さらに、次世代のＤＶＤでは波長４１０ｎｍ帯のＬＤが使用される。ＤＶＤやＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの規格では、ディスク側において録再方式の違いも存在するが、それぞれのディスク間の共用性を確保するために、上述の３波長のレーザ光で読み書きできるピックアップを記録再生装置に搭載することが望ましい。
【０００４】
記録再生装置において、それぞれの波長に対応するピックアップを３つ搭載することも可能である。しかし、一つの再生装置に３つものピックアップを搭載すれば、装置の大型化が避けられないのみならず、コストの増大を引き起こす。したがって、一つのピックアップで３種類のメディアを読み書きできることが望ましい。このためには、光ピックアップに３つの波長を出射することが可能な多波長レーザ装置を使用することが必要となる。具体的には、波長７８０ｎｍの赤外半導体ＬＤと、波長６５０ｎｍの赤色半導体ＬＤと、波長４１０ｎｍの青色半導体ＬＤとを近接して配置した多波長半導体レーザ装置が挙げられる。また、ＤＶＤ間のみの記録再生方式の相違を考える場合には、赤色半導体ＬＤと青色半導体ＬＤとを近接して配置した多波長レーザ装置が必要となる。
【０００５】
図１５は、互いに発光波長が異なる複数種類の半導体ＬＤを集積した従来の多波長半導体レーザ装置の一例の主要部を模式的な斜視図で示している（例えば、特許文献１の特開２０００−１７４３９８号公報参照）。これは複数のＬＤを別個に作製した後にそれらを集積したいわゆるハイブリッド型の多波長レーザ装置である。支持基体１３１の平坦な支持面上で、それぞれ赤外色、赤色、青色の発光波長を有する半導体ＬＤ１３２、１３３、および１３４が、この順でそれらのレーザビームの出射方向が互いにほぼ平行になるようにマウントされている。それぞれの半導体ＬＤにはワイヤ１３５、１３６、および１３７が接続されており、各ＬＤは独立に動作できるようにされている。このようなハイブリッド型の多波長レーザ装置では、一つの半導体ＬＤに不良が生じても、その不良ＬＤを良品のＬＤと交換できるので、多波長レーザ装置の歩留まりの低下を抑制し得るメリットがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７４３９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、互いに発光波長の異なる複数のＬＤを集積する場合、それらのＬＤをどのように並べるべきかについて、これまであまり考慮されていない。しかし、複数のＬＤを集積して使用する場合、本発明者らの考えによれば、複数のＬＤの並べ方と光ピックアップの光学系との関係を考慮すべきであり、複数のＬＤの配置を適切に行うことが重要であると考えられる。
【０００８】
理想的には、３つのピックアップを搭載する場合と同様に、レーザの一波長に対応して一つの光学系を準備することが望ましいが、それでは複数のＬＤを集積して一つのピックアップにする利点が得られない。従って、光学系としては、一つの発光波長のＬＤを搭載したピックアップの場合と同様に、単一の光学系を使用することが好ましい。また、複数のＬＤが集積されたレーザ装置では、それら複数のＬＤのレーザ光出射点を１点に一致させることは不可能であるから、単一の光学系において、各波長のＬＤのそれぞれに最適な複数の光学系の役割を果たさせることは困難である。
【０００９】
このような従来技術における事情に鑑み、本発明は、互いに異なった波長の光を出射する複数のＬＤを集積した多波長レーザ装置と単一光学系との関係を改善することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電力供給源を兼ねる同一基体上で第一、第二、および第三のレーザダイオードを含んでいて青色と赤色と赤外色の波長の光を出射し得る多波長レーザ装置において、第二と第三のレーザダイオードの光出射点はレーザ光出射方向に垂直な実質的に同一平面上に位置し、第一のレーザダイオードの光出射点はその平面よりレーザ光出射方向に沿って後方に配置され、かつ第一のレーザダイオードからのレーザ出射光は第二と第三のレーザダイオードの側縁を通って放出され、第二のレーザダイオードと第三のレーザダイオードは一体の基板上に成長されたモノリシック型レーザ素子を構成し、このモノリシック型レーザ素子には第二のレーザダイオードと第三のレーザダイオードの間に第一のレーザダイオードの出射光を通すためのストライプ形状の溝が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明者らの検討によれば、多波長レーザ装置と単一光学系との関係を改善するためには、多波長レーザ装置の各素子の発光点を互いに近づけて配置することが望まれる。なぜならば、レーザ光を集光する際には各種のレンズ収差が問題となるが、これらの収差はレーザ光がレンズの光軸から離れるほど大きくなってレンズの精度が問題となる上に、収差を解消して歩留まりを確保するためにさらに複雑な設計をすることが余儀なくされるからである。また、多波長レーザ装置の製造方法に関しては、歩留まりの低下を防ぐために、ＬＤの集積法ができるだけ簡単で複雑な操作を必要としないことが望まれる。
【００１９】
しかしながら、多波長レーザ装置に含まれる各ＬＤは寸法的に従来と同様であるので、比較的容易と考えられる集積法を使用する図１５のハイブリッド型多波長レーザ装置においては、一つのＬＤのチップサイズとして、共振器に垂直な方向の幅が最低でも２００μｍ程度は必要となる。この幅は、ＬＤにワイヤを接続して電力を供給するスペースを確保すると共に、マウント時のハンドリング性をよくしてエラーによる歩留まり低下を防ぐなどのために望まれるものである。また、複数のＬＤを並列に配置するためには、ＬＤ間でショートを防止するための間隔を設ける必要もある。したがって、例えば３つのＬＤを単に並列に配置した場合、３つの発光点の端から端までの間隔は最低でも５００μｍ程度となり、このことが光学系の設計を複雑化させることになる。
【００２０】
本発明者らによる以上のような従来技術の検討結果に基づいてなされた本発明について、以下において本発明に密接に関連する参考形態とともに実施形態が図面を参照しつつ説明される。
【００２１】
（参考形態１）
図１は、本発明に密接に関連する参考形態１における多波長レーザ装置のヘッダ部１０の主要部を模式的に図解した斜視図である。なお、本願の図面において、同一または対応する部分に同一の符号を付し、その詳細な説明は繰り返されない。
【００２２】
ヘッダ部１０は、支持基体１１の上面側にｐサイドダウンで配設された青ＬＤ１２と、赤外ＬＤ１３と、赤ＬＤ１４とを含み、それぞれのＬＤがストライプ状導波路２１２、３１２、および４１２を備えている。ＬＤ１２、１３、および１４には、それらの素子が独立に動作しうるように電力を供給するための第一のワイヤ１８、第二のワイヤ１９、および第三のワイヤ２０が接続されている。
【００２３】
赤外ＬＤ１３と、赤ＬＤ１４とは、青ＬＤ１２の光出射面より前方（光出射側）に配置され、赤外ＬＤ１３と、赤ＬＤ１４との間隔は、青ＬＤ１２の幅よりも狭くなっている。この幅は青ＬＤ１２から出射されるレーザ光が阻害されない程度の幅に調整されており、支持基体１１においても青ＬＤから出射されるレーザ光が阻害されないように溝２１が形成されている。なお、素子１３と１４の間の幅および支持基体１１上の溝２１の形状については後に詳述する。赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４とのストライプ状導波路３１２と４１２は、それぞれの素子のレーザ光出射方向に沿った中心線よりも溝２１に近い位置に形成されており、発光点間隔を狭めるように配置されている。
【００２４】
支持基体１１は、銅を主成分とする金属からなっており、ヒートシンクとしての役割を兼ねている。支持基体１１の上に配設される複数のＬＤ１２、１３、および１４は、それらが出射するレーザビームがほぼ平行になるようにマウントされている。また、それぞれのＬＤはｐ型用電極側が支持基体１１側になるように、すなわちｐサイドダウンでマウントされており、ＬＤのｎ型用電極側にはワイヤ１８、ワイヤ１９、および、ワイヤ２０がそれぞれ接続されている。それぞれのＬＤにおいて、レーザ共振器のリア側に高反射膜が形成され、支持基体１１側とワイヤ側から閾値以上の電流が注入されれば、共振器のフロント側からレーザ光が出射される。次に、図１の多波長レーザ装置の製造方法に関して説明する。
【００２５】
まず、図２の模式的な斜視図を参照して、青ＬＤ１２は複数のＧａＮ系半導体層を含み、これらの層は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法にてｎ型ＧａＮ基板２０１上に堆積される。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板２０１の第一主面上に、ｎ型ＧａＮ下部コンタクト層２０２、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ下部クラッド層２０３、ｎ型ＧａＮ下部ガイド層２０４、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ｎの量子井戸層とＩｎ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ障壁層（但しｘ１＞ｘ２）の交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層２０５、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる蒸発防止層２０６、ｐ型ＧａＮ上部ガイド層２０７、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ上部クラッド層２０８、およびｐ型ＧａＮ上部コンタクト層２１１を順に積層する。活性層２０５は、波長約４０５ｎｍの光を放射するように組成と構造が設定される。
【００２６】
次に、フォト工程を利用して幅２μｍ程度のストライプ状レジスト（図示せず）を形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって上部クラッド層２０８と上部コンタクト層２１１を含むリッジストライプ２１２を形成し、光の導波が可能な構造を形成する。続いて酸化珪素膜を蒸着してリフトオフし、電流注入をリッジストライプ２１２の頂部のみから行うための電流狭窄層２１３をリッジストライプ２１２の両側に設ける。さらに、リッジストライプ２１２上には、Ｐｄ／Ａｕをこの順に真空蒸着などにより積層したｐ型用電極２１４が形成される。その後、ＬＤのマウント時に密着性を向上させるために、厚いＭｏ／Ａｕ積層をこの順で真空蒸着することが好ましい。
【００２７】
次に、基板２０１の第一主面と反対側の第二主面を研磨などで削ることによってウエハ全体の厚みを調整する。その後、基板２０１の第二主面側にＴｉ／Ａｌをこの順で真空蒸着などにより積層することによってｎ型用電極２１５を形成し、これによってウエハの形成を完了する。
【００２８】
その後、ウエハを幅６５０μｍの複数のレーザバーに劈開し、レーザ共振器端面を形成する。レーザバーのリア側には２種類以上の酸化物の積層体からなる高反射膜（図示せず）を形成して、レーザ光を共振器のフロント側から取り出せるようにする。さらにレーザバーを、幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割して、青ＬＤ１２を得る。
【００２９】
図３を参照して、赤外ＬＤ１３は複数のＡｌＧａＡｓ系半導体層を含み、これらの層はｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により堆積される。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第一主面上に、ｎ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａｓ下部クラッド層３０３、Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ障壁層とＡｌ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ量子井戸層（但しｘ３＞ｘ４）の交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層３０５、ｐ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａｓの第一上部クラッド層３０８、ｐ型ＧａＡｓエッチストップ層３０９、ｐ型Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａｓの第二上部クラッド層３１０、およびｐ型ＧａＡｓ上部コンタクト層３１１を順に積層する。活性層３０５は、波長約７８０ｎｍの光を放射できるように組成と構造が設定される。
【００３０】
次に、フォト工程により、５μｍ幅程度の酸化珪素または窒化珪素などのストライプ状マスク（図示せず）を形成する。そして、エッチストップ層３０９に達するまでエッチングして、第二上部クラッド層３１０と上部コンタクト層３１１を含むリッジストライプ３１２を形成することによって、光の導波が可能な構造を形成する。リッジストライプ３１２の両側には、光を閉じ込めるためと電流注入をリッジストライプ３１２の頂部のみから行うためのｎ型ＧａＡｓ埋め込み層３１３が成長させられる。リッジストライプ３１２上には、Ｚｎ／Ａｕをこの順に真空蒸着などにより積層したｐ型用電極３１４が形成される。
【００３１】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第二主面側をウェットエッチングなどで削ることによって、ウエハ全体の厚みを８０〜１６０μｍ程度に調整する。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第二主面側にＮｉ／Ｇｅ／Ａｕをこの順で真空蒸着などにより積層することでｎ型用電極３１５を形成する。続いて、ＬＤのマウント時に密着性を向上させるために、厚いＭｏ／Ａｕ積層をこの順で真空蒸着することが好ましい。これによってウエハの形成を完了する。
【００３２】
その後、ウエハを幅２５０μｍの複数のレーザバーに劈開し、レーザ共振器端面を形成する。レーザ共振器のリア側に２種類以上の酸化物の積層体からなる高反射膜（図示せず）を形成して、レーザ光を共振器のフロント側から取り出せるようにする。さらに、レーザバーを幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割して、赤外ＬＤ１３を得る。このとき、リッジストライプ３１２の位置は、赤外ＬＤ１３の光出射側の断面において、基板３０１を下側にした状態で素子の左側の分割線から５０μｍの位置に来るように設定される。
【００３３】
図４を参照して、赤色ＬＤ１４は複数のＩｎＡｌＧａＰ系半導体層を含み、これらの層はｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にＭＢＥ法により堆積される。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第一主面上に、ｎ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15Ｉｎ_0.50Ｐ下部クラッド層４０３、ｎ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.25Ｉｎ_0.5Ｐ下部ガイド層４０４、Ｉｎ_x5Ｇａ_1-x5Ｐ量子井戸層とＡｌ_x6Ｇａ_x7Ｉｎ_1-x6-x7Ｐ障壁層との交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層４０５、ｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.25Ｉｎ_0.50Ｐ上部ガイド層４０７、ｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15Ｉｎ_0.50Ｐの第一上部クラッド層４０８、ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐからなるエッチストップ層４０９、ｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15Ｉｎ_0.50Ｐの第二上部クラッド層４１０、およびｐ型ＧａＡｓ上部コンタクト層４１１を順に積層する。活性層４０５は、波長６５０ｎｍの光を放射するように組成と構造が設定される。
【００３４】
次に、フォト工程により５μｍ幅程度の酸化珪素または窒化珪素などのストライプ状マスク（図示せず）を形成する。その後、エッチストップ層４０９に達するまでエッチングし、第二上部クラッド層４１０と上部コンタクト層４１１を含むリッジストライプ４１２を形成し、光の導波が可能な構造を形成する。リッジストライプ４１２の両側には、光を閉じ込めるためと電流注入をリッジストライプ４１２の頂部のみから行うために、ｎ型ＧａＡｓ埋め込み層３１３が成長させられる。リッジストライプ４１２上には、Ｚｎ／Ａｕをこの順に真空蒸着などにより積層したｐ型用電極４１４が形成される。
【００３５】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の第二主面側をウェットエッチングなどで削ることによって、ウエハ全体の厚みを８０〜１６０μｍ程度に調整する。そして、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の第二主面側にＮｉ／Ｇｅ／Ａｕをこの順で真空蒸着などにより積層することによってｎ型用電極４１５を形成する。続いて、ＬＤのマウント時の密着性を向上させるために、厚いＭｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着することが好ましい。これによってウエハの形成を完了する。
【００３６】
その後、ウエハを２５０μｍ幅で複数のレーザバーに劈開し、レーザ共振器端面を形成する。レーザバー中の共振器のリア側に２種類以上の酸化物の積層体からなる高反射膜（図示せず）を形成して、レーザ光を共振器のフロント側から取り出せるようにする。さらに、レーザバーを幅２００〜３００μｍ程度の複数のチップに分割し、赤ＬＤ１４を得る。このとき、リッジストライプ４１２の位置は、赤ＬＤ１４の光出射方向の断面において、基板を下側にした状態で素子の右側の分割線から５０μｍの位置に来るように設定される。
【００３７】
なお、ＧａＡｓ基板３０１の劈開性を利用して赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４のチップ分割を行えば、レーザ光の出射方向たるリッジストライプ３１２と４１２の方向と平行な分割面を形成することができ、この分割面を素子マウント時のアライメント基準として用いることができる。また、チップ分割を行う際には分割溝をレーザバーに設けることが必要となるが、この分割溝をフォト工程とエッチングを組み合わせて形成すれば、リッジストライプと素子側面との距離を規定できるので、発光点位置の制御に有利である。このような分割溝は、ウエハをバー状に分割する前に形成することが可能である。
【００３８】
図１に戻って、これらのＬＤ１２、１３、および１４をマウントするための支持基体１１の中央部には、幅５０μｍで深さが７５μｍの溝２１が形成されている。溝２１は、青ＬＤ１２のレーザ光が通過しやすいように形成される。具体的には、青ＬＤ１２から出射されるレーザ光の水平放射角θ‖と垂直放射角θ⊥を考慮して設定される。
【００３９】
図５に示されているように青ＬＤ１２のレーザ光出射点を基準にしてｘｙｚ軸を設定すれば、溝２１の幅Ｗ（ｘ方向）はｙ軸方向の距離Ｌにおいて次式（１）
｜Ｗ｜＞２Ｌ・ｔａｎ（θ‖／２）・・・（１）
の条件を満たせばよく、また溝２１の深さＤ（ｚ方向）はｙ軸方向の距離Ｌにおいて次式（２）
｜Ｄ｜＞Ｌ・ｔａｎ（θ⊥／２）・・・（２）
の条件を満たせばよい。従って、溝の底をスロープ状にしてもよいし、溝の両側面間も先広がり状にしてもよい。本参考形態１では、Ｌとして赤外と赤のＬＤ１３と１４の共振器長２５０μｍを使用し、青ＬＤ１２の光放射各θ‖＝１０°とθ⊥＝３０°を用いて、溝の空間が直方体になるようにした。なお、赤外と赤のＬＤ１３と１４から青ＬＤ１２のｙ軸方向距離を大きく離す場合には、Ｌとして青ＬＤ１２のレーザ出射点のｙ座標から、赤ＬＤ１３または赤外ＬＤ１４の出射点のｙ座標までの距離のうちで遠い方を用いればよい。
【００４０】
ＬＤのマウントに関しては、支持基体１１の溝の後ろに青ＬＤ１２を載せ、その前方でかつ溝２１の両側に赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４とをマウントする。これらの素子１２、１３、および１４は、すべてｐサイドダウンにされている。なお、赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４との間隔は、支持基体１１に設けられた溝２１の幅Ｄ以上に設定する。このとき、幅Ｄのスペーサを溝２１にはめ込んで、赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４をスペーサの側面に接してマウントした後にそのスペーサを除去すれば、これら二つのＬＤの間隔を｜Ｄ｜にそろえることが容易になる。スペーサ側面に接する素子側面としては、チップへ分割する際の劈開面を使用することができる。
【００４１】
マウントに際しては、青ＬＤ１２にはＡｕ₈₀Ｓｎ₂₀半田を用い、赤外ＬＤ１３にはＡｕ₁₀Ｓｎ₉₀半田を用い、そして赤ＬＤ１４にはＩｎ半田を用いて、融点の高い順にＡｕ₈₀Ｓｎ₂₀半田、Ａｕ₁₀Ｓｎ₉₀半田、およびＩｎ半田の順番でＬＤを支持基体１１に取り付ける。すべてのＬＤに同じ半田材を使用することも不可能ではないが、このように融点の異なる半田を用いてマウントを行えば、一つの素子をマウントする際にマウント済みの他の素子の位置ずれなどが起こりにくくて便利である。なお、融点の異なる半田材としては、インジウム基、鉛基、錫基、アルミニウム基、金基など、種々の半田材から選択できる。また、マウントは最も融点の高い半田を使用する素子から順に行うようにする。
【００４２】
青ＬＤ１２と赤外ＬＤ１３の間、および青ＬＤ１２と赤ＬＤ１４の間は、互いに素子が接触してショートしないように１０〜数１０μｍ程度離して配置する。また、それぞれの光の出射方向は概略並行となるようにする。溝２１の両側に赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４を配置する際には、チップ分割時に形成された素子の劈開側面を利用すればよい。また、それぞれの素子のレーザ共振器端面たる劈開面をアライメント基準として使用してもよい。特に、青ＬＤ１２においては、共振器端面をアライメント基準にすれば便利である。
【００４３】
図６に示されているように、それぞれのＬＤには、外部から電力が供給され得るようにワイヤが接続される。支持基体１１は円形の放熱板１０とともにステム本体を構成し、ステム外部のリード４１からＬＤのｐ側に電力を供給できるようになっている。ＬＤのｎ側に電力を供給するピン３８、３９、および４０はステムとは絶縁され、外部のリード４８、４９、および５０にそれぞれ直結している。レーザ光として出射される３つの波長の光を透過しうる透光材５１を有するキャップ５２を放熱板１０に接続し、図６の多波長レーザ装置が完成する。なお、図６においては、多波長レーザ装置内部をわかりやすくするために、キャップ５２を切断した状態を示している。
【００４４】
図７においては、図６の多波長レーザ装置の等価回路が示されている。青ＬＤ１２、赤外ＬＤ１３、および赤ＬＤ１４のｐサイドはアースに接続され、ｎサイドにはそれぞれの素子を駆動する電力供給源が接続されており、それぞれの素子が独立に動作できるように構成されている。
【００４５】
本参考形態１では、３つのＬＤをマウントするのに従来に近い手法を用いながらも、光軸を中心として全ての素子の発光点位置間を１５０μｍ程度の範囲内に納めることができる。したがって、本参考形態１による多波長レーザ装置は従来のプロセスとの適合性がよく、製造が容易であるとともに、集光レンズの精度を高くすべき領域を狭くでき、光ピックアップの設計を容易にすることができる。また、光ピックアップの設計が容易になることによって、その光学系を簡素化することができ、コストを低く押えることが可能となる。さらには、レーザ光の出射位置が溝２１の位置を基準に決められるので、光ピックアップにＬＤを取り付ける際の位置合わせが容易となり、製造コストを低下させることが可能となる。
【００４６】
なお、溝の延長線上に配置されるＬＤを、本参考形態１では青ＬＤとしたが、赤ＬＤや赤外ＬＤを配置しても構わない。その場合、溝の両側に配置されるＬＤのリッジストライプの位置が、チップの側面から５０μｍ程度になるように調整することは、本参考形態１に述べたのと同様である。さらに、溝の両側に配置されるＬＤの位置を溝の側縁から離すようにしても構わない。この場合、レーザをマウントする際に使用するスペーサをＴ字型に加工し溝に嵌めればＬＤの配置が容易になる。
【００４７】
（参考形態２）
図８は、参考形態２における多波長レーザ装置のヘッダ部３０の主要部を模式的に図解した斜視図である。
【００４８】
本参考形態２に特徴的な一つ目の点は、ヘッダ部３０の支持基体３１の上面に溝が形成されていないことである。
【００４９】
また、本参考形態２に特徴的な二つ目の点は、赤外ＬＤ１３と、赤ＬＤ１４の共振器長が３５０μｍに調整されていることである。
【００５０】
さらに、本参考形態２に特徴的な三つ目の点は、青ＬＤ１２と赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４とがそれぞれ１２０μｍの厚みに調整され、かつどの素子もｐサイドアップで配設されている点である。なお各ＬＤの厚みは、その大半が基板の厚みになっている。青ＬＤ１２から出射されたレーザ光は、赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４との間を通り抜けて外部に達する。従って、赤外ＬＤ１３と赤ＬＤ１４との間の距離は、式（１）を満たすよう、６５μｍに調整される。また、素子の厚みは１２０μｍに調整されていて、素子がｐサイドアップで配設されているので、レーザ発光点と支持基体３１との距離は当然に式（２）を満たす。式（２）から判るように、素子の厚みが１２０μｍ程度であれば、Ｌが４５０μｍ程度までの大きさであっても、青ＬＤ１２からのレーザ出射光が支持基体３１の表面によって阻害されることがない。
【００５１】
さらに、本参考形態２に特徴的な四つ目の点は、それぞれのＬＤに対して、ストライプ状導波路２１２、３１２、および４１２から離れた位置にワイヤ１８、１９、および２０が接続され、ＬＤにダメージが入ることを防止できるように構成されていることである。
【００５２】
本参考形態２の構成では、支持基体３１上に溝がないので、青ＬＤ１２のマウント位置を自由に決定できるメリットがある。その他に、光学系の光軸に関して３つのＬＤの発光点が近づくことによるメリットは、参考形態１の場合と同様である。
【００５３】
（参考形態３）
図９は、参考形態３における多波長レーザ装置のヘッダ部６０の主要部を模式的に図解した斜視図である。また、図１０と図１１は、図９におけるＬＤ３２の製造工程を模式的に図解した断面図である。
【００５４】
本参考形態３に特徴的な一つ目の点は、ヘッダ部６０が、支持基体１１上の青ＬＤ１２と二波長ＬＤ３２を含み、二波長ＬＤ３２は赤色レーザ光と赤外レーザ光とを出射できるモノリシック型となっていることである。このようなモノリシック型ＬＤでは、フォト工程によりストライプ状導波路を形成できるので、ＬＤ内の複数の発光点位置を極めて正確に決定できる利点がある。二波長ＬＤ３２は、赤外発光部３３と、赤発光部３４とを含み（図１１（ｂ）参照）、それぞれに独立に電力供給できるように構成されてワイヤ１９と２０が接続されている。
【００５５】
このようなＬＤ３２は、図１０（ａ）と（ｂ）および図１１（ａ）と（ｂ）に図解されているような方法によって形成され得る。すなわち、二波長ＬＤ３２は、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を利用して形成され得る。熱に強い赤外ＬＤを先に作製し、その後に赤色ＬＤを作製することで、赤色ＬＤに熱負荷が大きくかかることを防止する。
【００５６】
具体的には、まず図１０（ａ）に示されているような赤外発光部３３を形成するために、参考形態１における赤外ＬＤと同様に、ｐ型ＧａＡｓ上部コンタクト層３１１までの複数のＡｌＧａＡｓ系半導体層を成長させる。続いて、ＣＶＤまたは真空蒸着などにより酸化珪素または窒化珪素などからなる保護膜３１６を形成し、この保護膜にフォト工程によりストライプ形状の開口部を設ける。保護膜３１６および開口部の幅は、２００および２５０μｍ程度とすればよい。この開口部からウェットエッチングやドライエッチングの手法で、赤外発光部３３となるメサを形成する。メサとメサとの間ではｎ型ＧａＡｓ基板３０１が露出するまでエッチングされ、メサ間の谷間に赤発光部３４が形成される。
【００５７】
すなわち、図１０（ｂ）に示されているように保護膜３１６を残したままで、露出されたｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に赤発光部３４を形成するために、参考形態１における赤ＬＤと同様に、ｐ型ＧａＡｓ上部コンタクト層４１１までの複数のＩｎＧａＡｌＰ系半導体層を成長させる。このとき、成長終了後の上部コンタクト層４１１の表面高さが、赤外発光部３３における上部コンタクト層３１１の表面高さと概略等しくなるように調整される。続いて、赤外発光部３３と同様に保護膜３１７を形成し、保護膜３１７にフォト工程により開口部を設ける。保護膜３１７および開口部の幅は、１５０および３００μｍ程度とすればよい。このときの開口部は、赤外発光部３３に対応する位置に設け、かつ保護膜３１７を形成する位置は赤外発光部３３となるメサの一方の端から２０μｍ程度とされる。この開口部からドライエッチングやウェットエッチングを行い、赤発光部３４を形成すると共に、赤外発光部３３との分離を行う。この結果、幅２０μｍの素子分離溝３１８と、幅８０μｍの素子分離溝３１９が形成される。
【００５８】
次に、図１１（ａ）に示されているようにリッジストライプを形成するために、保護膜３１６と３１７をフォト工程によって４μｍ程度のさらに細いストライプ形状に加工する。このとき、リッジストライプ３１２の位置を、素子分離溝３１８から２０μｍの距離とし、リッジストライプ４１２の位置を、素子分離溝３１９から５０μｍの位置とする。これは、発光点をできるだけ素子側面の一方に近づけるためである。なお、リッジストライプ４１２の位置は、ストライプ方向の素子分割時のダメージを避けられるように決定すればよく、５０μｍに限定されるものではない。ただし、リッジストライプ４１２に電力を供給するためのワイヤを接続するために、リッジストライプ３１２とリッジストライプ４１２の間隔は十分に確保する必要がある。本参考形態３では、これを１００μｍとした。続いて、エッチストップ層３０９と４０９に達するまでウエットエッチングし、赤外発光部３３と赤発光部３４との双方のリッジストライプ３１２と４１２を完成する。
【００５９】
次に、図１１（ｂ）に示されているように、双方のリッジストライプをｎ型ＧａＡｓ埋め込み層３１３で埋め込み、リッジストライプ上部に堆積したｎ型ＧａＡｓ層を除去する。なお、レーザ部３３と３４を分離した谷間３１８と３１９にｎ型ＧａＡｓ埋め込み層が成長した時には、これも除去する。双方のリッジストライプ上部および埋め込み層の上部には、参考形態１の場合と同様に、ｐ型用電極３１４が形成される。このとき、赤外発光部３３と赤発光部３４に対するｐ型用電極３１４を同時に形成することができる。その後、ｎ型用電極３１５を形成し、さらにＭｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着してウエハの形成を完了する。
【００６０】
次に、ウエハを３００μｍ幅でバー状に劈開してレーザ共振器端面を形成し、共振器のリア側に二つの波長のレーザ光を反射しうる高反射膜（図示せず）を形成する。そして、第二の素子分離溝３１９の赤発光部３４側でバーを分割し、二波長ＬＤ３２の形成を完了する（図１１（ｂ）参照）。以上のようにすれば、二波長ＬＤ３２では、素子側端から発光点までの距離が１９０μｍとなる。
【００６１】
本参考形態３に特徴的な二つ目の点は、図９に示されているように、支持基体１１に幅６０μｍで深さ１００μｍの溝２１が形成れており、青ＬＤ１２と二波長ＬＤ３２とがｐサイドアップでマウントされている点である。なお、青ＬＤが溝２１の後方に配置され、二波長ＬＤ３２が溝２１の側縁に沿って配置される点は参考形態１の場合と同様である。なお、青ＬＤ１２の発光点位置が支持基体１１の表面から十分離れていれば溝２１がなくとも式（２）を満たすことが可能であるが、本参考形態３では青ＬＤ１２が式（１）を満たすように二波長ＬＤ３２を正確に配置するために、参考形態１と同様な手法で溝を利用する。
【００６２】
本参考形態３では、青ＬＤ１２が溝２１の幅方向の中央線に沿って配置され、さらに赤色のレーザ光と赤外のレーザ光とを出射できるモノリシック型レーザ素子３２を使用しているので、複数の発光点間の距離は端から端までで２２０μｍとなる。この間隔でも、参考形態１と同様の効果が得られ得る。
【００６３】
（実施形態１）
図１２は、本発明の実施形態１における多波長レーザ装置のヘッダ部７０の主要部を模式的に図解した斜視図である。また図１３は図１２におけるＬＤ６２を模式的に図解した断面図である。
【００６４】
本実施形態１に特徴的な一つ目の点は、ヘッダ部７０が支持基体３１上の青ＬＤ１２と、赤色レーザ光および赤外レーザ光を出射し得るモノリシック型の二波長ＬＤ６２とを含み、かつ青ＬＤ１２からのレーザ光が二波長ＬＤ６２の赤外発光部３３と赤発光部３４（図１３参照）との間を通って出射される点である。そのために、図１２と図１３に示すように、二波長ＬＤ６２には溝６１が形成され、青ＬＤ１２からの光を阻害しないように配慮されている。このような溝６１は、参考形態３と同様の手法で二波長ＬＤ６２の素子分離溝３１８を形成する際に形成すればよく、そのサイズは式（１）および式（２）を満たすように設定する。この場合のＬについても、二波長ＬＤ６２の共振器長を使用すればよい。本実施形態１では、Ｌ＝３００μｍ、溝の幅Ｗ＝６０μｍ、そして溝の深さＤ＝８０μｍとした。
【００６５】
本実施形態１に特徴的な二つ目の点は、モノリシック型の二波長ＬＤ６２のリッジストライプ３１２と４１２が、溝６１から１０μｍの距離に作られている点である。溝６１は、二波長ＬＤ６２の作製途中にエッチングなどで形成すればよいので、リッジストライプの位置はフォト工程により正確に決定できる。なお、このような溝６１を形成すれば素子の強度が弱くなるが、素子の厚みを厚くしたり、素子の裏面側に分厚い金属層を形成して強度を向上させてもよい。その場合、青ＬＤ１２の発光点位置もそれに合わせるように配慮する必要がある。
【００６６】
本実施形態１では、複数の発光点間の距離は端から端までで８０μｍに押えることができ、発光点が光学系の光軸に近づくことによる効果が参考形態１と同様に得られる。
【００６７】
（参考形態４）
図１４は、参考形態４における多波長レーザ装置のヘッダ部８０の主要部を模式的に図解した斜視図である。
【００６８】
本参考形態４に特徴的な一つ目の点は、ヘッダ部８０が、青ＬＤ１２と赤外ＬＤ１３とで構成されている点である。
【００６９】
また、本参考形態４に特徴的な二つ目の点は、ヘッダ部８０の支持基体３１の上面に溝が形成されていないことである。従って、赤外ＬＤ１３は参考形態２と同様に構成する。
【００７０】
この場合、それぞれのレーザ素子の作製方法は、参考形態１と同様に行えばよい。本参考形態４ではＬＤが２つであるので、それらの発光点の間隔は光学系の光軸に直交する方向で７５μｍ程度となって、参考形態１と同様の効果を得ることが可能である。
【００７１】
なお、本参考形態４では、青色ＬＤを後方に配置し、赤外ＬＤを前方に配置するとしているが、これが逆でも構わない。また、青ＬＤと赤外ＬＤの組合わせ以外にも、青ＬＤと赤ＬＤ、赤外ＬＤと赤ＬＤのような組合せでも本参考形態４の思想を用いることができる。
【００７２】
また、本発明の実施形態中で使用された技術は、参考形態と組み合わせ得る場合があることは言うまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
本発明では、レーザ素子を光学系の光軸に近い位置に配置するので、複数のレーザ素子をマウントするのに従来に近い手法を用いながらも、全ての発光点位置をレーザビームに直交する方向で１５０μｍ程度の範囲内に納めることができる。したがって、本発明によるレーザ装置は従来のプロセスとの適合性がよくて製造が容易であるとともに、集光レンズの精度を高くすべき領域を狭くでき、光ピックアップの設計を容易にすることができる。また、光ピックアップの設計が容易になることによって、光学系を簡素化することができ、コストを低く押えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に密接に関連する参考形態１による多波長レーザ装置のヘッダ部の模式的な斜視図である。
【図２】図１のヘッダ部に含まれる青ＬＤの模式的な斜視図である。
【図３】図１のヘッダ部に含まれる赤外ＬＤの模式的な斜視図である。
【図４】図１のヘッダ部に含まれる赤ＬＤの模式的な斜視図である。
【図５】図２のレーザ素子を基準とした座標軸を表す図である。
【図６】参考形態１による多波長レーザ装置の模式的な斜視図である。
【図７】図６の多波長レーザ装置の等価回路図である。
【図８】本発明に密接に関連する参考形態２による多波長レーザ装置のヘッダ部の模式的な斜視図である。
【図９】本発明に密接に関連する参考形態３による多波長レーザ装置のヘッダ部の模式的な斜視図である。
【図１０】図９のヘッダ部に含まれる二波長ＬＤの製造方法を示す模式的な断面図である。
【図１１】図９のヘッダ部に含まれる二波長ＬＤの製造方法を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１による多波長レーザ装置のヘッダ部の模式的な斜視図である。
【図１３】図１２のヘッダ部に含まれる二波長ＬＤの模式的な断面図である。
【図１４】本発明に密接に関連する参考形態４による多波長レーザ装置のヘッダ部の模式的な斜視図である。
【図１５】従来技術に基づくハイブリッド型多波長レーザ装置の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１０、３０、６０、７０、８０ヘッダ部、１１、３１、１３１支持基体、１２、１３２青ＬＤ、１３、１３３赤外ＬＤ、１４、１３４赤ＬＤ、３２、６２二波長ＬＤ、１８、１９、２０ワイヤ、２０１、３０１基板、２０２下部コンタクト層、２０３、３０３、４０３下部クラッド層、２０４、４０４下部ガイド層、２０５、３０５、４０５活性層、２０６蒸発防止層、２０７、４０７上部ガイド層、２０８、３０８、４０８第一上部クラッド層、３０９、４０９エッチストップ層、３１０第二上部クラッド層、２１１、３１１、４１１上部コンタクト層、２１２、３１２、４１２リッジストライプ、２１３電流狭窄層、３１３、４１３埋め込み層、２１４、３１４、４１４ｐ型用電極、２１５、３１５、４１５ｎ型用電極、３８、３９、４０ピン、４１、４８、４９、５０リード。

Claims

電力供給源を兼ねた同一基体上で第一から第三のレーザダイオードを含んでいて青色と赤色と赤外色の波長の光を出射し得る多波長レーザ装置であって、前記第二と前記第三のレーザダイオードの光出射点はレーザ光出射方向に垂直な実質的に同一平面上に位置し、前記第一のレーザダイオードの光出射点は前記平面よりレーザ光出射方向に沿って後方に配置され、かつ前記第一のレーザダイオードからのレーザ出射光は前記第二と前記第三のレーザダイオードの側縁を通って放出され、
前記第二のレーザダイオードと前記第三のレーザダイオードは、一体の基板上に成長されたモノリシック型レーザ素子を構成し、
前記モノリシック型レーザ素子には、前記第二のレーザダイオードと前記第三のレーザダイオードの間に、前記第一のレーザダイオードの出射光を通すためのストライプ形状の溝が形成されていることを特徴とする多波長レーザ装置。