JP4466503B2 - 半導体レーザ - Google Patents

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Description

本発明は、２波長レーザ，３波長レーザなどの複数の発光素子を備えた半導体レーザに関する。
近年、半導体レーザ（ＬＤ；laser diode ）の分野では、同一基板（または基体）上に発光波長が異なる複数の発光部を有する多波長レーザの開発が活発に行われている。この多波長レーザは、例えば光ディスク装置の光源として用いられる。
このような光ディスク装置では、７００ｎｍ帯のレーザ光がＣＤ（Compact Disk）の再生に用いられると共に、ＣＤ−Ｒ（CD Recordable ），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable ）あるいはＭＤ（Mini Disk ）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる。また、６００ｎｍ帯のレーザ光がＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられている。多波長レーザを光ディスク装置に搭載することにより、既存の複数種類の光ディスクのいずれに関しても、記録または再生が可能となる。更に、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶およびＧａＩｎＮ混晶に代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、ＧａＮ系の半導体ともいう。）を用いた短波長（４００ｎｍ帯）のレーザも実現され、より高密度の光ディスクの光源として実用化が図られている。この短波長レーザも含めて多波長化することにより、より用途を拡げることができる。
このようなＧａＮ系のレーザ発振部を有する３波長レーザ素子として、従来、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる基板の上にＧａＮ系半導体を成長させて４００ｎｍ帯（例えば、４０５ｎｍ）の波長の第１発光素子を作製する一方、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）からなる同一基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体の成長による６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）の素子、およびＡｌＧａＡｓ系半導体の成長による７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）の素子を並設して第２発光素子を作製し、これら第１発光素子および第２発光素子を支持基体（ヒートシンク）上にこの順に重ねて配設した構造のものが提案されている（特許文献１）。これにより、第２発光素子で発生する熱が熱伝導性に優れたＧａＮや、支持基体から放散されるので、放熱効率を向上させることができる。
特開２００３−２９８１９３号公報
しかし、特許文献１の構造では、第１発光素子と第２発光素子との発光点距離がＧａＮ基板の厚さだけ少なくとも離れるので、光学ピックアップの設計マージンが非常に狭く、高度な組立精度が要求される。また、第２発光素子の電極パッドは一般に第１発光素子上に形成されるので、少なくともその電極パッドの分だけ第１発光素子のサイズを大きくすることが必要となるが、ＧａＮ基板は材料費がＧａＡｓ基板よりも極めて高額な基板なので、第１発光素子のサイズを大きくすると材料費が極めて高額になる。このように、特許文献１の構造では、組立しにくい上に、材料費が極めて高額になるという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低材料費で、簡易に組立することの可能な半導体レーザを提供することにある。
本発明の半導体レーザは、第１基板上にレーザ構造を有する第１発光素子と、第２基板上にレーザ構造を有する第２発光素子と、支持基体とを備えたものである。これら第１発光素子および第２発光素子は、それぞれのレーザ構造が対向する態様で支持基体上にこの順に重ねて配設されている。第１発光素子は、第２発光素子側に当該第１発光素子のレーザ構造と電気的に接続された第１電極を有するとともに、支持基体側に第１基板と電気的に接続された第２電極を有している。第２発光素子は、第１発光素子とは反対側に第２基板と電気的に接続された第３電極を有している。第２発光素子は、さらに、支持基体側に、当該第２発光素子のレーザ構造と電気的に接続された第４電極と、当該第２発光素子のレーザ構造と電気的に分離されるとともに第１電極と電気的に接続された第１導電性接着層とを有している。支持基体は、第１電極と電気的に接続された第１引出電極と、第１導電性接着層と電気的に接続された第１柱状導電部と、第１柱状導電部と電気的に接続された第２引出電極と、第３電極と電気的に接続された第２柱状導電部と、第２柱状導電部と電気的に接続された第３引出電極とを有している。
本発明の半導体レーザでは、第１発光素子および第２発光素子に電気的に接続された支持基体側から電力を供給すると、所定の波長のレーザ光が第１発光素子および第２発光素子からそれぞれ出射される。このように、支持基体側から電力を供給する場合は、電源から引き出されたワイヤを接続するための領域を第１発光素子上に設ける必要がない。
本発明の半導体レーザによれば、第１発光素子の第１基板側および第２発光素子のレーザ構造側を支持基体と電気的に接続することにより、支持基体側からの電力供給を可能としたので、電源から引き出されたワイヤを接続するための領域を第１発光素子上に設ける必要がない。これにより、第１発光素子のサイズをその分だけ小さくすることが可能となる。このとき、例えば、第１基板をＧａＮ基板で構成し、第２基板をＧａＡｓ基板で構成した場合は、相対的に材料費の高額なＧａＮ基板のサイズを小さくすることができるので、材料費を低く抑えることができる。
また、第１発光素子および第２発光素子を、それぞれのレーザ構造が対向する態様で支持基体上にこの順に重ねて配設することにより、第１発光素子と第２発光素子との発光点距離を狭くしたので、光学ピックアップの設計マージンに余裕を持たせることができ、簡易に組立することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成を、図２は図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。図１の断面構成は、図２のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成に対応している。また、図３および図４は、本実施の形態の半導体レーザ装置９の上面構成および側面構成をそれぞれ表すものである。この半導体レーザ装置９は、図１の半導体レーザ１をヒートブロック６０および接続端子７０に取り付けて構成したものである。なお、図１ないし図４は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。
この半導体レーザ１は、支持基体３０上にチップ状の第１発光素子１０および第２発光素子２０をこの順に重ねて配設した素子である。第１発光素子１０は発光点１１をなすレーザ構造１２を備え、次世代光ディスク用の４００ｎｍ前後の波長（例えば４０５ｎｍ）の光を出射可能な発光素子である。一方、第２発光素子２０は発光素子２０Ａと発光素子２０Ｂとを備える。発光素子２０Ａは発光点２１Ａをなすレーザ構造２２Ａを有し、ＤＶＤ用の６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光を出射することの可能な発光素子であり、発光素子２０Ｂは発光点２１Ｂをなすレーザ構造２２Ｂを有し、ＣＤ用の７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のレーザ光を出射することの可能な発光素子である。したがって、この半導体レーザ１は３波長レーザ素子としての機能を有する。
ここで、第２発光素子２０は、その発光点２１Ａが発光点１１と極力近づくように、逆さにして（基板側を上にして）第１発光素子１０に重ね合わされている。これは、発光点１１および発光点２１Ａ，２１Ｂからそれぞれ発するレーザ光が同一光路を通過し共通のレンズ系（図示せず）を適用できるようにするためである。
以下、支持基体３０の構成について説明したのち、第１発光素子１０および第２発光素子２０を順次説明する。
（支持基体３０）
支持基体３０は、熱伝導部３１と、熱伝導部３１上に設けられた柱状ポスト３２（３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ）（柱状導電部）と、各柱状ポスト３２上に設けられた接着層３３（導電性接着層）と、熱伝導部３１上に設けられた接着層３４と、互いに異なる柱状ポスト３２と接するように設けられた引出電極３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃと、接着層３４と接するように設けられた引出電極３５Ｄとを備える。なお、上記した柱状ポスト３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ、引出電極３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄを総称する際は、柱状ポスト３２、引出電極３５とそれぞれ記載するものとする。
熱伝導部３１は、例えば、焼成されたＡｌＮからなり、後述のヒートブロック６０と接続されている。このＡｌＮは約２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高い熱伝導率を有する熱伝導性に優れた材料であることから、熱伝導部３１としてＡｌＮを用いた場合には、半導体レーザ１内で発生した熱を放散するヒートシンクとして機能するようになっている。
柱状ポスト３２は、例えば、タングステン（Ｗ）や、銅（Ｃｕ）を焼成して形成されたものであり、第２発光素子２０を支持するようになっている。この柱状ポスト３２は、支持基体３０側からの電力を第２発光素子２０に供給する機能を有する。ここで、タングステン（Ｗ）は約１７７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、銅（Ｃｕ）は約４０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）といずれも高い熱伝導率を有する熱伝導性に優れた材料であることから、柱状ポスト３２として焼成されたタングステン（Ｗ）や、銅（Ｃｕ）を用いた場合には、接着層３３を介して接続された第２発光素子２０で発生した熱を放熱するヒートシンクとしても機能するようになっている。
接着層３３は、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金あるいは錫を含んで構成され、柱状ポスト３２と電気的に接続されている。接着層３４は、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金あるいは錫を含んで構成され、第１発光素子１０のｎ側電極１５（後述）と電気的に接続されている。
これより、柱状ポスト３２Ａは接着層３３を介して発光素子２０Ａのｐ側電極２４Ａ（後述）と接続され、柱状ポスト３２Ｂは接着層３３を介して発光素子２０Ｂのｐ側電極２４Ｂ（後述）と接続され、柱状ポスト３２Ｃは接着層３３および接着層３６を介して第１発光素子１０のｐ側電極１４（後述）と接続されている。なお、柱状ポスト３２Ｄは第２発光素子２０をバランス良く支持することを目的として設けられたものであり、第１発光素子１０や第２発光素子２０と絶縁層３７を介して電気的に絶縁されている。
ここで、接着層３６は、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金あるいは錫を含んで構成されたものである。絶縁層３７は、例えば３００ｎｍ程度の膜厚の、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）、ＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮ（アルミガリウムインジウムチッソ）などの、主材料として酸素を含有していない絶縁材料を含み、ＳｉＯ２やＺｒＯｘなどと比べて高い熱伝導率を有する。
引出電極３５は、例えば、主に金（Ａｕ）を含んで構成される。引出電極３５の一端は帯状の形状となっており、引出電極３５Ａの一端は柱状ポスト３２Ａと、引出電極３５Ｂの一端は柱状ポスト３２Ｂと、引出電極３５Ｃの一端は柱状ポスト３２Ｃと、引出電極３５Ｄの一端は接着層３４とそれぞれ電気的に接続されている。したがって、引出電極３５Ａの一端は発光素子２０Ａのｐ側電極２４Ａと、引出電極３５Ｂの一端は発光素子２０Ｂのｐ側電極２４Ｂと、引出電極３５Ｃの一端は第１発光素子１０のｐ側電極１４と、引出電極３５Ｄの一端は第１発光素子１０のｎ側電極１５とそれぞれ電気的に接続されている。一方、引出電極３５の他端はパッド状の形状となっており、接続端子７０から引き出されたワイヤと電気的に接続されている。この接続端子７０は、第１発光素子１０および第２発光素子２０に電力を供給する電源（図示せず）と接続されるようになっており、引出電極３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの他端が電源の正極に、引出電極３５Ｄの他端が電源の負極にそれぞれ接続されるようになっている。つまり、広い面積を必要とする引出電極３５は支持基体３０に設けられており、第１発光素子１０には設けられていない。
（第１発光素子１０）
次に、第１発光素子１０の構成について説明する。第１発光素子１０は、４００ｎｍ前後の波長（例えば４０５ｎｍ）の光を出射可能な発光素子であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成される。ここでいう窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、短周期型周期率表における３Ｂ族元素群のうちの少なくとも１種と、短周期型周期率表における５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含むものを指す。
この第１発光素子１０は、基板１３（第１基板）上にレーザ構造１２を成長させたものである。このレーザ構造１２内には、例えば、ｎ型クラッド層，活性層，ｐ型クラッド層およびｐ側コンタクト層が含まれる。
具体的には、基板１３は、例えばｎ型ＧａＮにより構成され、その積層方向における厚さ（以下、単に厚さという。）は例えば８０〜１００μｍである。このＧａＮは約１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高い熱伝導率を有する熱伝導性に優れた材料であることから、基板１３としてｎ型ＧａＮを用いた場合には、半導体レーザ１内で発生した熱を放散するヒートシンクとしても機能するようになっている。
ｎ型クラッド層は、例えば厚さが１μｍのｎ型ＡｌＧａＮにより構成される。活性層は、例えば厚さが３０ｎｍの、互いに組成の異なるＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（但し、ｘ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層は、例えば厚さが０．７μｍのｐ型ＡｌＧａＮにより構成される。ｐ側コンタクト層は、例えば厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮにより構成される。
ｐ型クラッド層の一部およびｐ側コンタクト層は、紙面に対し垂直方向（共振器方向）に延在してなる帯状のリッジ部（図示せず）となっており、電流狭窄を行うようになっている。なお、活性層のうちリッジ部に対応する領域が発光点１１となっている。
リッジ部の側面からｐ型クラッド層の表面までの連続した表面、すなわちリッジ部の上面以外の表面上には、絶縁層（図示せず）が設けられている。この絶縁層は、上記した絶縁層３６と同様の構成となっており、電流がリッジ部の上面からしか活性層へ流れ込めないようになっている。したがって、この絶縁層は電流狭窄機能を有する。
リッジ部上面、すなわち、ｐ側コンタクト層の表面上にはｐ側電極１４が設けられており、ｐ側コンタクト層と電気的に接続されている。このｐ側電極１４は、第２発光素子２０側に設けられた接着層３６にも電気的に接続されており、この接着層３６を介して電源の正極に接続されている。基板１３の裏面には、ｎ側電極１５が設けられており、基板１３と電気的に接続されている。このｎ側電極１５は、支持基体３０の接着層３４にも電気的に接続されており、この接着層３４を介して電源の負極に接続されている。ここで、ｐ側電極１４およびｎ側電極１５は、例えば、厚さ５０ｎｍのＰｄ（パラジウム）／厚さ１００ｎｍのＰｔ（白金）をこの順に積層してなる多層構造を有する。
リッジ部の延在方向（軸方向）に対して垂直な面には、一対の反射鏡膜（図示せず）が形成されている。一対の反射鏡膜の一方（主出射側）は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）により構成され、低反射率となるように調整されている。これに対して他方の反射鏡膜は、例えば酸化アルミニウム層と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）層とを交互に積層して構成され、高反射率となるように調整されている。これにより、活性層の発光点１１において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からビームとして射出されるようになっている。
このように、第１発光素子１０には、引出電極３５が設けられておらず、接着層３６および絶縁層３７を介して第２発光素子２０と接するｐ側電極１４が上面に、接着層３４を介して支持基体３０と接するｎ側電極１５が底面にそれぞれ設けられているだけである。したがって、第１発光素子１０は、ワイヤボンディングできるほど大きな面積を必要とせず、また、引出電極の設けられていた従来の素子と比べて、引出電極を設けるのに必要な領域の分だけ小さなサイズで済む。
（第２の発光素子２０内の発光素子２０Ａ）
次に、発光素子２０Ａの構成について説明する。発光素子２０Ａは、６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）の光を出射可能な発光素子であり、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡｌＧａＩｎＰ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成される。ここでいうアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含むものを指す。
この発光素子２０Ａは、基板２３（第２基板）上にレーザ構造２２Ａを成長させたものである。このレーザ構造２２Ａ内には、ｎ型クラッド層，活性層，ｐ型クラッド層およびｐ側コンタクト層が含まれる。
具体的には、基板２３は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成され、厚さは例えば１００μｍ程度である。このＧａＡｓは、上記したＧａＮやＡｌＮと比べて、約１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低い熱伝導率を有する熱伝導性の悪い材料である。そのため、本実施の形態では、上述したように、第２発光素子２０を逆さにして（基板２３側を上にして）第１発光素子１０のレーザ構造１２側と重ね合わせると共に、支持基体３０上に第１発光素子１０および第２発光素子２０をこの順に重ねて配設することにより、発光素子２０Ａ（および後述の発光素子２０Ｂ）で発生した熱が、熱伝導性に優れた第１発光素子１０および柱状ポスト３２から放散されたり、これらを介して支持基体３０およびヒートブロックなどから放散されるようになっている。
ｎ型クラッド層は、例えば厚さが１．５μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰにより構成される。活性層は、例えば厚さが４０ｎｍの、互いに組成の異なるＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ≧０かつｙ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層は、例えば厚さが１．５μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰにより構成される。ｐ側コンタクト層は、例えば厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＰにより構成される。ｐ型クラッド層の一部およびｐ側コンタクト層は、共振器方向に延在するストライプ状のリッジ部を有しており、これにより電流狭窄がなされるようになっている。なお、活性層のうちリッジ部に対応する領域が発光点２１Ａとなっている。
リッジ部の側面からｐ型クラッド層の表面までの連続した表面、すなわちリッジ部の上面以外の表面上には、絶縁層（図示せず）が設けられている。この絶縁層は、上記した絶縁層３６と同様の構成となっており、電流がリッジ部の上面からしか活性層へ流れ込めないようになっている。したがって、この絶縁層は電流狭窄機能を有する。
リッジ部上面、すなわち、ｐ側コンタクト層の表面上にはｐ側電極２４Ａが設けられており、ｐ側コンタクト層と電気的に接続されている。このｐ側電極２４Ａは、柱状ポスト３２Ａ上に設けられた接着層３３にも電気的に接続されており、この接着層３３を介して電源の正極に接続されている。基板２３の裏面には、ｎ側電極２５が設けられており、基板２３と電気的に接続されている。このｎ側電極２５は、パッド状の形状となっており、接続端子７０から引き出されたワイヤと電気的に接続されている。この接続端子７０は、上記と同様に、電源と接続されるようになっており、ｎ側電極２５が電源の負極に接続されるようになっている。なお、ｎ側電極２５は、発光素子２０Ａおよび発光素子２０Ｂの共通電極である。ここで、ｐ側電極２４およびｎ側電極２５は、例えば、厚さ１５ｎｍのＴｉ（チタン）／厚さ５０ｎｍのＰｔ（白金）／厚さ３００ｎｍのＡｕ（金）をこの順に積層してなる多層構造を有する。
また、リッジ部の延在方向（軸方向）に対して垂直な面には、一対の反射鏡膜（図示せず）が形成されている。一対の反射鏡膜は、上記した第１発光素子１０の端面に形成された一対の反射鏡膜と同様の構成となっており、これにより、活性層の発光点２１Ａにおいて発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からビームとして射出されるようになっている。
（第２の発光素子２０内の発光素子２０Ｂ）
次に、発光素子２０Ｂの構成について説明する。この発光素子２０Ｂは、７００帯（例えば、７８０ｎｍ）の光を出射可能な発光素子であり、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成される。ここでいうガリウム・ヒ素系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むものを指す。
この発光素子２０Ｂは、発光素子２０Ａと共通の基板（基板２３）上にレーザ構造２２Ｂを成長させたものである。このレーザ構造２２Ｂ内には、ｎ型クラッド層，活性層，ｐ型クラッド層およびｐ側コンタクト層が含まれる。
具体的には、ｎ型クラッド層は、例えば厚さが１．５μｍのｎ型ＡｌＧａＡｓにより構成される。活性層は、例えば厚さが３５ｎｍの、互いに組成の異なるＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（但し、ｘ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層は、例えば厚さが１．０μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓにより構成される。ｐ側コンタクト層は、例えば厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＡｓにより構成される。ｐ型クラッド層の一部およびｐ側コンタクト層は、共振器方向に延在するストライプ状のリッジ部を有しており、これにより電流狭窄がなされるようになっている。なお、活性層のうちリッジ部に対応する領域が発光点２１Ｂとなっている。
リッジ部の側面からｐ型クラッド層の表面までの連続した表面、すなわちリッジ部の上面以外の表面上には、絶縁層（図示せず）が設けられている。この絶縁層は、上記した絶縁層３６と同様の構成となっており、電流がリッジ部の上面からしか活性層へ流れ込めないようになっている。したがって、この絶縁層は電流狭窄機能を有する。
リッジ部上面、すなわち、ｐ側コンタクト層の表面上にはｐ側電極２４Ｂが設けられており、ｐ側コンタクト層と電気的に接続されている。このｐ側電極２４Ｂは、柱状ポスト３２Ｂ上に設けられた接着層３３にも電気的に接続されており、この接着層３３を介して電源の正極に接続されている。なお、ｐ側電極２４Ｂは、発光素子２０Ａのｐ側電極２４Ａとは絶縁層３７で電気的に絶縁されている。ここで、ｐ側電極２４Ｂは、上記したｐ側電極２４Ａと同様の構成となっている。
このように、第２発光素子２０は、柱状ポスト３２によって支えられるので、第１発光素子１０のサイズが第２発光素子２０のサイズより小さくても、第２発光素子２０を第１発光素子１０上に容易に配設することができるようになっている。また、この柱状ポスト３２は、放熱機能と電力供給機能とを兼ね備えているので、第２発光素子２０で発生した熱を効率よく放出すると共に、ワイヤボンディングできるほど大きなｐ側の引出電極が第２発光素子２０上に設けられていなくても電力を供給することができるようになっている。したがって、第２発光素子２０は、第１発光素子１０および柱状ポスト３２と接することの可能な最低限のサイズを有していればよい。
このような構成を有する半導体レーザ装置９は、例えば次のようにして製造することができる。
まず、第１発光素子１０を製造する。具体的には、基板１３上に、ｎ側コンタクト層，ｎ型クラッド層，活性層，ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をこの順に積層したのち、ｐ側コンタクト層およびｐ型クラッド層を例えばドライエッチング法により細い帯状の凸部となるようにパターンニングし、レーザ構造１２を形成する。次に、レーザ構造１２上に、例えばＡｌＮを蒸着またはスパッタリングにより堆積させたのち、リッジ部の上面に対応する部分をエッチングにより除去して絶縁層を形成する。次に、上記絶縁層上およびリッジ部の上面に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に堆積させてｐ側電極１４を形成し、同様にして、基板１３の裏面にもｎ側電極１５を形成する。
次に、第１発光素子１０と同様の手順で、第２発光素子２０を形成したのち、第２発光素子２０のレーザ構造２２Ａ，２２Ｂ側の表面に、例えばＡｌＮを蒸着またはスパッタリングにより堆積させる。続いて、柱状ポスト３２と対向することとなる部分をエッチングにより除去して絶縁層３７を形成する。
次に、絶縁層３７のうち第１発光素子１０のｐ側電極１４と対向することとなる領域と、その領域および柱状ポスト３２Ｃを結ぶ領域との上に、例えば金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金を堆積させて接着層３６を形成する。さらにｐ側電極２４Ａ，２４Ｂのうち絶縁層３７が除去されて露出している領域上に、例えば金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金を堆積させて接着層３３を形成する。その後、接着層３６と、第１発光素子１０のｐ側電極１４とを重ね合わせる。これにより、第１発光素子１０および第２発光素子２０が、レーザ構造１２側とレーザ構造２２Ａとが互いに対向するように重ね合わされる。
次に、支持基体３０を製造する。具体的には、例えばＡｌＮ基板上に、例えば印刷法によりタングステン（Ｗ）を所定の位置に配置したのち、ＡｌＮ基板およびタングステン（Ｗ）を焼成して熱伝導部３１および柱状ポスト３２を一括形成する。続いて、柱状ポスト３２上に接着層３３を、熱伝導部３１のうち第１発光素子１０のｎ側電極１５と対向することとなる領域に接着層３４を、柱状ポスト３２と接するように引出電極３５をそれぞれ形成する。
次に、重ね合わされた第１発光素子１０および第２発光素子２０を、第１発光素子１０を下にして、支持基体３０上に配設する。このとき、第１発光素子１０のｎ側電極１５が支持基体３０の接着層３４と、第２発光素子２０のｐ側電極２４Ａ，２４Ｂが支持基体３０の接着層３３とそれぞれ電気的に接続されるように配設する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
さらに、半導体レーザ１をヒートブロック６０に取り付けると共に、例えば、図３および図４に示したように、接続端子７０から引き出されたワイヤを引出電極３５およびｎ側電極２５にそれぞれ接続する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ装置９が製造される。
このようにして製造された半導体レーザ装置９では、電源からの電圧が接続端子７０を介してｐ側電極１４とｎ側電極１５との間に印加されると、活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じ、第１発光素子１０の発光点１１から４００ｎｍ前後の波長（例えば４０５ｎｍ）のレーザ光が出射される。同様にして、ｐ側電極２４Ａとｎ側電極２５との間に印加されると、発光素子２０Ａの発光点２１Ａから６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光が出射され、ｐ側電極２４Ｂとｎ側電極２５との間に印加されると、発光素子２０Ｂの発光点２１Ｂから７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のレーザ光が出射される。このように、第１発光素子１０、発光素子２０Ａおよび発光素子２０Ｂは互いに異なる波長のレーザ光を独立に出射することができる。
このとき、半導体レーザ素子内では、高電流密度によるジュール熱が発生している。第１発光素子１０内で発生した熱は、支持基体３０およびヒートブロック６０から放散されると共に、絶縁層３７を介して第２発光素子２０側へ放散される。一方、第２発光素子２０内で発生した熱は、基板２３側へ放散されると共に、絶縁層３７を介して第１発光素子１０側へ放散される。
このように、本実施の形態の半導体レーザ素子では、第１発光素子１０および第２発光素子２０を、それぞれのレーザ構造１２，２２Ａ，２２Ｂが対向する態様で支持基体３０上にこの順に重ねて配設すると共に、放熱性の考慮された絶縁層３７を備えることにより、半導体レーザ素子内の熱を充分に放散することができるようにしたので、熱抵抗が低下し、放熱性が良くなり、その結果、放熱性を向上させることができる。したがって、半導体レーザ素子の特性および信頼性を向上させることができる。
また、第１発光素子１０および第２発光素子２０を、それぞれのレーザ構造１２，２２Ａ，２２Ｂが対向する態様で支持基体３０上にこの順に重ねて配設することにより、第１発光素子１０と第２発光素子２０との発光点距離が狭くなるようにしたので、光学ピックアップの設計マージンに余裕を持たせることができ、その結果、簡易に組立することが可能となる。
また、本実施の形態では、第１発光素子１０の基板１３側および第２発光素子２０のレーザ構造２２Ａ，２２Ｂ側を支持基体３０と電気的に接続することにより、支持基体３０側から電力を供給できるようにしたので、引出電極３５を第１発光素子１０上に設ける必要はない。これにより、第１発光素子１０のサイズ、すなわち、ＧａＮ基板のサイズを小さくすることが可能となるので、材料費を低く抑えることができる。
〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構成を表すものである。なお、図５では、第１発光素子１０および第２発光素子２０の内部構成は省略されている。
この半導体レーザ２は、柱状ポスト３２および接着層３３の代わりにバンプ４２（変形可能な導電部）を備える点で、上記第１の実施の形態と相違する。そこで、以下、第１の実施の形態との相違点を主に説明し、第１の実施の形態と同様の構成・作用・効果については適宜省略する。
バンプ４２は、可塑性の導電材料、例えば、金（Ａｕ）を含んで構成される。このバンプ４２は、上記実施の形態の柱状ポスト３２と同様、第２発光素子２０を支持するようになっており、さらに、支持基体３０側からの電力を第２発光素子２０に供給するようになっている。ここで、金（Ａｕ）は約３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高い熱伝導率を有する熱伝導性に優れた材料であることから、バンプ４２として金（Ａｕ）を用いた場合には、第２発光素子２０で発生した熱を放熱するヒートシンクとしても機能するようになっている。
このバンプ４２は上記したように可塑性を有することから、第１発光素子１０および第２発光素子２０を支持基体３０上に配設する前のバンプ４２の高さが第１発光素子１０、接着層３４および接着層３６の合計の厚さより高くても、バンプ４２を第２発光素子２０で押しつぶすことが可能である。これより、第２発光素子２０で押しつぶされる前のバンプ４２が、少なくとも第１発光素子１０、接着層３４および接着層３６の合計の厚さより高ければ、仮にこれらの厚さがばらついていたとしても、第２発光素子２０のｐ側電極２４Ａ，２４Ｂと、支持基体３０とを確実に電気的に接合することが可能となる。
なお、図６に示したように、バンプ４２の上部に接着層３３を設けることにより、第２発光素子２０のｐ側電極２４Ａ，２４Ｂとの電気的な接触性を高めるようにしてもよい。
また、図７に示したように、柱状ポスト３２の上にバンプ４２を設けることにより、本実施の形態の場合よりもバンプ４２の高さが低くなるようにしてもよいし、さらに、図８に示したように、バンプ４２の上部に接着層３３を設けることにより、第２発光素子２０のｐ側電極２４Ａ，２４Ｂとの電気的な接触性を高めるようにしてもよい。
〔第３の実施の形態〕
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ３の断面構成を表すものである。図１０は、支持基体４０上に第１発光素子１０および第２発光素子２０を配設する工程を表すものである。なお、図９および図１０では、第１発光素子１０および第２発光素子２０の内部構成は省略されている。
この半導体レーザ３は、柱状ポスト３２を設ける代わりに、溝部４１Ａの設けられた熱伝導部４１を備える点で、上記第１の実施の形態と相違する。そこで、以下、第１の実施の形態との相違点を主に説明し、第１の実施の形態と同様の構成・作用・効果については適宜省略する。
熱伝導部４１は、第１発光素子１０と対向する領域に設けられた溝部４１Ａと、その溝部４１Ａの両脇に設けられた側溝部４１Ｂとを有する。溝部４１Ａは、第１発光素子１０の全体または一部を挿入することができる程度の深さｄ１の溝で構成されており、底面で第１発光素子１０を支持するようになっている。側溝部４１Ｂは、溝部４１Ａと同じか、溝部４１Ａよりも深い深さｄ２の溝で構成されており、溝部４１Ａの底面に第１発光素子１０を配設する際に溝部４１Ａから押し出された接着層３４を溜め込むようになっている。
ここで、溝部４１Ａの深さｄ１が第１発光素子１０の全体を挿入することができる程度に深い場合、例えば、第１発光素子１０の厚さに接着層３６の厚さを加算した値よりも大きい場合は、第１発光素子１０の厚さや、溝部４１Ａの深さにばらつきがあったとしても、接着層３４と第１発光素子１０のｎ側電極１４との間に隙間ができないようにすることが必要である。このような隙間が生じないようにするには、例えば、接着層３４の厚さを、第１発光素子１０の厚さや、溝部４１Ａの深さのばらつきを考慮した厚さにしておくことが好ましい。このように、接着層３４の厚さをばらつきを考慮した厚さにすると、第１発光素子１０を溝部４１Ａに挿入する際に、接着層３４が溝部４１Ａから押し出されることもあるが、接着層３４のうち押し出された部分は側溝部４１Ｂに溜まるので、接着層３４が引出電極４５と電気的に接触する虞はない。
逆に、溝部４１Ａの深さｄ１が第１発光素子１０の全体を挿入することができない程度に浅い場合、例えば、第１発光素子１０の厚さに接着層３４および接着層３６の厚さを加算した値よりも小さい場合は、支持基体４０の引出電極４５と接着層３３との間に隙間ができないようにすることが必要である。このような隙間が生じないようにするには、例えば、接着層３３や引出電極３５の厚さを厚くしたり、または、図１１に示したように、バンプ４２を設けたり、さらに、図１２に示したように、バンプ４２の上部に接着層４３を設けることが好ましい。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく種々変形可能である。
例えば、上記実施の形態では、熱伝導部３１，４１上に柱状ポスト３２やバンプ４２を形成した後に、支持基体３０と、第１発光素子１０および第２発光素子２０とを電気的に接続していたが、第２発光素子２０上、または熱伝導部３１，４１上および第２発光素子２０上に柱状ポスト３２やバンプ４２を形成した後に、支持基体３０と、第１発光素子１０および第２発光素子２０とを電気的に接続してもよい。
また、上記実施の形態では、第１発光素子１０として窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザを、第２発光素子２０としてガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザをそれぞれ挙げ、それらの組成および構成について具体的に例示して説明したが、本発明は、他の組成や構造を有する半導体レーザについても同様に適用することができるものである。
また、上記実施の形態では、第１発光素子１０が単一のレーザ構造１２を、第２発光素子２０が２つのレーザ構造２４Ａ，２４Ｂをそれぞれ備えた半導体レーザについて説明したが、本発明は、他の構造を有する半導体レーザについても同様に適用することができるものである。
本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を表す断面図である。 図１の半導体レーザの概略構成を表す他の断面図である。 半導体レーザの適用例を表す上面図である。 半導体レーザの適用例を表す側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を表す断面図である。 図５の半導体レーザの一変形例の概略構成を表す断面図である。 半導体レーザの他の変形例の概略構成を表す断面図である。 半導体レーザの他の変形例の概略構成を表す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を表す断面図である。 図９の半導体レーザの一変形例の概略構成を表す断面図である。 半導体レーザの一変形例の概略構成を表す断面図である。 半導体レーザの他の変形例の概略構成を表す断面図である。
符号の説明
１，２，３…半導体レーザ、９…半導体レーザ装置、１０…第１発光素子、１１，２１Ａ，２１Ｂ…発光点、１２，２２Ａ，２２Ｂ…レーザ構造、１３，２３…基板、１４，２４Ａ，２４Ｂ…ｐ側電極、１５，２５…ｎ側電極、２０…第２発光素子、２０Ａ，２０Ｂ…発光素子、３０，４０…支持基体、３１，４１…熱伝導部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…柱状ポスト、３３，３４，３６…接着層、３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，４５，４５Ａ，４５Ｂ…引出電極、３７…絶縁層、４１Ａ…溝部、４１Ｂ…側溝部、４２，４２Ａ，４２Ｂ…バンプ、６０…ヒートブロック、７０…接続端子。

Claims (6)

  1. 第１基板上にレーザ構造を有する第１発光素子と、第２基板上にレーザ構造を有する第２発光素子と、支持基体とを備え、
    前記第１発光素子および第２発光素子は、それぞれのレーザ構造が対向する態様で前記支持基体上にこの順に重ねて配設されており、
    前記第１発光素子は、前記第２発光素子側に当該第１発光素子のレーザ構造と電気的に接続された第１電極を有するとともに、前記支持基体側に前記第１基板と電気的に接続された第２電極を有し、
    前記第２発光素子は、前記第１発光素子とは反対側に前記第２基板と電気的に接続された第３電極を有し、かつ、前記支持基体側に、当該第２発光素子のレーザ構造と電気的に接続された第４電極と、当該第２発光素子のレーザ構造と電気的に分離されるとともに前記第１電極と電気的に接続された第１導電性接着層とを有し、
    前記支持基体は、前記第１電極と電気的に接続された第１引出電極と、前記第１導電性接着層と電気的に接続された第１柱状導電部と、前記第１柱状導電部と電気的に接続された第２引出電極と、前記第３電極と電気的に接続された第２柱状導電部と、前記第２柱状導電部と電気的に接続された第３引出電極とを有する
    ことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 前記第３電極と前記第２柱状導電部との間に第２導電性接着層を備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
  3. 前記第１柱状導電部および前記第２柱状導電部は、柱状ポストまたは変形可能なバンプである
    こと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。
  4. 前記第１柱状導電部および前記第２柱状導電部は、柱状ポストおよび変形可能なバンプを前記支持基体側から順に積層したものである
    こと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。
  5. 前記第１基板はＧａＮ基板により、前記第２基板はＧａＡｓ基板によりそれぞれ構成される
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  6. 前記第２発光素子は、互いに異なる波長の光を出射する複数の発光点を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
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