JP4726572B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本発明は、波長の異なる半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device including semiconductor laser elements having different wavelengths.
近年、パーソナルコンピュータおよびマルチメディア機器の高性能化に伴い、処理対象となる情報量が著しく増加している。情報量の増加に伴い、情報処理の高速化および大容量化に対応した光学式記録媒体およびその駆動装置が開発されている。 In recent years, as the performance of personal computers and multimedia devices has increased, the amount of information to be processed has increased remarkably. As the amount of information increases, an optical recording medium and a driving device for the same have been developed to cope with higher speed and larger capacity of information processing.
この光学式記録媒体の具体例として、コンパクトディスク(以下、CDと呼ぶ。)およびデジタル多目的ディスク(以下、DVDと呼ぶ。)がある。それらの光学式記録媒体の再生および記録を行なう駆動装置の具体例として、CD用の半導体レーザ装置およびDVD用の半導体レーザ装置がある。CD用の半導体レーザ装置は、CDの再生または記録を行なう際に用いる赤外レーザ光(波長790nm付近)の出射が可能であり、DVD用の半導体レーザ装置は、DVDの再生または記録を行なう際に用いる赤色レーザ光(波長658nm付近)の出射が可能である。 Specific examples of the optical recording medium include a compact disc (hereinafter referred to as a CD) and a digital multipurpose disc (hereinafter referred to as a DVD). Specific examples of driving devices for reproducing and recording these optical recording media include a semiconductor laser device for CD and a semiconductor laser device for DVD. The semiconductor laser device for CD can emit infrared laser light (wavelength of about 790 nm) used when reproducing or recording a CD, and the semiconductor laser device for DVD is used when reproducing or recording a DVD. The red laser light (wavelength around 658 nm) used in the above can be emitted.
以下の説明において、赤外レーザ光(波長790nm付近)を出射する半導体レーザ素子を赤外半導体レーザ素子と呼び、赤色レーザ光(波長658nm付近)を出射する半導体レーザ素子を赤色半導体レーザ素子と呼ぶ。 In the following description, a semiconductor laser element that emits infrared laser light (wavelength around 790 nm) is called an infrared semiconductor laser element, and a semiconductor laser element that emits red laser light (around wavelength 658 nm) is called a red semiconductor laser element. .
また、光学式記録媒体の駆動装置として、CDおよびDVDの再生または記録を行なうことができる半導体レーザ装置がある。この半導体レーザ装置は、赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子を備え、CD用の赤外レーザ光およびDVD用の赤色レーザ光の出射が可能である。 As a drive device for an optical recording medium, there is a semiconductor laser device capable of reproducing or recording a CD and a DVD. This semiconductor laser device includes an infrared semiconductor laser element and a red semiconductor laser element, and can emit an infrared laser beam for CD and a red laser beam for DVD.
この半導体レーザ装置を用いた場合、CD用の半導体レーザ装置およびDVD用の半導体レーザ装置を併用する場合と比較して部品点数を減少させることができるので、光学式記録媒体の駆動装置の簡素化を図ることができる。 When this semiconductor laser device is used, the number of parts can be reduced as compared with the case where a semiconductor laser device for CD and a semiconductor laser device for DVD are used in combination, so that the drive device for the optical recording medium can be simplified. Can be achieved.
赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子は、ともにGaAs基板上に作製することができる。したがって、赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子をともにGaAs基板上に形成して1チップ化することにより、モノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子が作製される。このように作製されたモノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子を上記の半導体レーザ装置に設けた場合、赤外レーザ光および赤色レーザ光の発光点間隔を精密に制御することができる。 Both the infrared semiconductor laser device and the red semiconductor laser device can be fabricated on a GaAs substrate. Therefore, a monolithic red / infrared semiconductor laser element is manufactured by forming both an infrared semiconductor laser element and a red semiconductor laser element on a GaAs substrate to form a single chip. When the monolithic red / infrared semiconductor laser element manufactured in this way is provided in the above-described semiconductor laser device, the interval between the emission points of the infrared laser light and the red laser light can be precisely controlled.
一方、光ディスクシステムにおける記録密度向上のために発振波長の短い青紫色レーザ光(波長400nm付近)を出射する次世代DVD用の半導体レーザ素子が開発されている。また、この青紫色レーザ光を出射する半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザ装置の開発も行われている。 On the other hand, semiconductor laser elements for next-generation DVDs that emit blue-violet laser light (wavelength around 400 nm) with a short oscillation wavelength have been developed to improve recording density in optical disc systems. In addition, a semiconductor laser device equipped with a semiconductor laser element that emits the blue-violet laser light has been developed.
以下の説明において、青紫色レーザ光(波長400nm付近)を出射する半導体レーザ素子を青紫色半導体レーザ素子と呼ぶ。 In the following description, a semiconductor laser element that emits blue-violet laser light (having a wavelength of about 400 nm) is referred to as a blue-violet semiconductor laser element.
この青紫色半導体レーザ素子は、赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子と異なり、GaAs基板上に形成されない。したがって、青紫色半導体レーザ素子を赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子とともに1チップ化することは非常に困難である。 This blue-violet semiconductor laser element is not formed on a GaAs substrate, unlike an infrared semiconductor laser element and a red semiconductor laser element. Therefore, it is very difficult to make the blue-violet semiconductor laser element into one chip together with the infrared semiconductor laser element and the red semiconductor laser element.
そこで、赤外半導体レーザ素子および赤色半導体レーザ素子を同一チップに形成することによりモノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子を作製するとともに、青紫色半導体レーザ素子を別個のチップに形成した後、青紫色半導体レーザ素子のチップとモノリシック赤色/赤外半導体レーザ素子のチップとを積み重ねた構造を有する半導体レーザ装置が提案されている(特許文献1参照)。 Therefore, a monolithic red / infrared semiconductor laser element is manufactured by forming an infrared semiconductor laser element and a red semiconductor laser element on the same chip, and a blue-violet semiconductor laser element is formed on a separate chip, and then a blue-violet semiconductor is formed. A semiconductor laser device having a structure in which a laser element chip and a monolithic red / infrared semiconductor laser element chip are stacked has been proposed (see Patent Document 1).
特許文献1に記載された半導体レーザ装置について説明する。図28は、特許文献1に記載された半導体レーザ装置900を示す模式図である。
The semiconductor laser device described in
図28に示すように、青紫色半導体レーザ素子901がパッケージ本体903と一体化した支持部材903a上に融着層905を介して接着される。この青紫色半導体レーザ素子901は、機械的および電気的に支持部材903aと接続されている。
As shown in FIG. 28, the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子901上の一部には電極901bおよび絶縁層904が形成されている。絶縁層904上には電極901aが形成されている。電極901a上に融着層906を介して赤外半導体レーザ素子902aが接着され、電極901b上に融着層907を介して赤色半導体レーザ素子902bが接着されている。
An electrode 901b and an
この赤外半導体レーザ素子902aおよび赤色半導体レーザ素子902bは、同一基板上にモノリシックに集積化した集積型半導体レーザ素子902を構成している。集積型半導体レーザ素子902上には電極902cが形成されている。
The infrared
赤外半導体レーザ素子902aが接続された電極901aは、絶縁層904を挟んで青紫色半導体レーザ素子901上に形成されている。これにより、赤外半導体レーザ素子902aおよび赤色半導体レーザ素子902bのいずれか一方の独立駆動が可能となる。
The
給電ピン909a〜909cは、絶縁リング908a〜908cによりパッケージ本体903と絶縁するように形成されている。
The
ここで、電極901aは赤外半導体レーザ素子902aのp電極として用いられ、電極901bは青紫色半導体レーザ素子901のn電極および赤色半導体レーザ素子902bのp電極として用いられ、電極902cは赤外半導体レーザ素子902aおよび赤色半導体レーザ素子902bのn電極として用いられる。
Here, the
電極901a,901b,902cは、それぞれ給電ピン909a〜909cにワイヤJWa〜JWcにより接続されている。また、支持部材903aは、パッケージ本体903に接続された給電ピン903bから給電される。
The
それにより、図28の半導体レーザ装置900は、赤外レーザ光、赤色レーザ光および青紫色レーザ光のいずれか1つを選択して出射することができる。
図29は、図28の半導体レーザ装置900の電気的配線を示す回路図である。
FIG. 29 is a circuit diagram showing electrical wiring of the
図29に示すように、青紫色半導体レーザ素子901を駆動するためには、一般に接地して使用されるパッケージ本体903に対して、給電ピン909bに負の電圧を印加する必要がある。また、赤色半導体レーザ素子902bを駆動するためには、給電ピン909bに給電ピン909cよりも高い電圧を印加する必要がある。さらに、赤外半導体レーザ素子902aを駆動するためには、給電ピン909aに給電ピン909cよりも高い電圧を印加する必要がある。
As shown in FIG. 29, in order to drive the blue-violet
したがって、図28の半導体レーザ装置900においては、各半導体レーザ素子を個別に駆動する場合、駆動電圧の制御が煩雑となる。
Therefore, in the
また、赤外半導体レーザ素子902aを交流電圧により駆動する場合、図28の電極901aに接する絶縁層904は、図29に破線で示すように誘電体として作用する。これにより、絶縁層904を介して赤色半導体レーザ素子902bに電流が流れ、赤外半導体レーザ素子902aの高周波特性が劣化する場合がある。
When the infrared
ここで、赤外半導体レーザ素子902aの高周波特性の劣化を十分に抑制するためには、絶縁層904に発生する容量値をできる限り小さくする必要がある。絶縁層904に発生する容量値は、例えば絶縁層904の厚みを大きくすることにより小さくすることができる。
Here, in order to sufficiently suppress the deterioration of the high-frequency characteristics of the infrared
上述のように、青紫色半導体レーザ素子901上に接着された赤外半導体レーザ素子902aおよび赤色半導体レーザ素子902bで発生する熱は、青紫色半導体レーザ素子901を通じて支持部材903aにより放熱される。
As described above, the heat generated in the infrared
青紫色半導体レーザ素子901は、窒化物系半導体からなる。この窒化物系半導体は熱伝導率が高い。例えば、窒化物系半導体として用いられるGaNの熱伝導率は、約130W/m・Kである。
The blue-violet
一方、電極901aと青紫色半導体レーザ素子901の半導体層との電気的な接続を遮断する絶縁層904には、一般的にはSiO2 が用いられる。SiO2 の熱伝導率は、約1.5W/m・Kである。
On the other hand, generally, SiO 2 is used for the
したがって、熱伝導率が低い材料からなる絶縁層904の厚みを大きくした場合には、赤外半導体レーザ素子902aで発生する熱が、十分に青紫色半導体レーザ素子901に伝達されない。その結果、赤外半導体レーザ素子902aの放熱性が低下する。
Therefore, when the thickness of the
本発明の目的は、放熱性が良好な半導体レーザ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device with good heat dissipation.
本発明の他の目的は、放熱性が良好でかつ駆動電圧の制御が容易な半導体レーザ装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having good heat dissipation and easy control of drive voltage.
本発明のさらに他の目的は、放熱性が良好でかつ絶縁性の層の影響による半導体レーザ素子の高周波特性の劣化を十分に抑制することができる半導体レーザ装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that has good heat dissipation and can sufficiently suppress deterioration of high-frequency characteristics of a semiconductor laser element due to the influence of an insulating layer.
(1) 本発明に係る半導体レーザ装置は、導電性の支持部材と、第1の光導波路を有しかつ第1の波長の光を出射する第1の半導体レーザ素子と、絶縁層と、第2の光導波路を有しかつ第2の波長の光を出射する第2の半導体レーザ素子とを順に備え、第2の光導波路の少なくとも光出射端面側の領域に対応する絶縁層の第1の部分が、第1の部分を除く絶縁層の第2の部分よりも高い熱伝導性を有するものである。 (1) A semiconductor laser device according to the present invention includes a conductive support member, a first semiconductor laser element having a first optical waveguide and emitting light of a first wavelength, an insulating layer, A second semiconductor laser element having two optical waveguides and emitting light of a second wavelength in order, and a first insulating layer corresponding to at least a region on the light emitting end face side of the second optical waveguide The portion has a higher thermal conductivity than the second portion of the insulating layer excluding the first portion.
ここで、第2の光導波路の両端面から光が出射される場合、光出射端面とは、他方の端面に比べて多くの光を出射する端面をいう。 Here, when light is emitted from both end faces of the second optical waveguide, the light emitting end face refers to an end face that emits more light than the other end face.
この発明に係る半導体レーザ装置においては、第1の半導体レーザ素子の駆動時に、第1の光導波路で第1の波長の光が発生するとともに、光出射側の端面から第1の波長の光が出射される。このとき、第1の光導波路で発生する熱は、支持部材へと伝達され、支持部材により放熱される。 In the semiconductor laser device according to the present invention, when the first semiconductor laser element is driven, light having the first wavelength is generated in the first optical waveguide, and light having the first wavelength is emitted from the end surface on the light emitting side. Emitted. At this time, the heat generated in the first optical waveguide is transmitted to the support member and radiated by the support member.
また、第2の半導体レーザ素子の駆動時に、第2の光導波路で第2の波長の光が発生するとともに、光出射側の端面から第2の波長の光が出射される。このとき、第2の光導波路で発生する熱は、絶縁層および第1の半導体レーザ素子を通じて、支持部材へと伝達され、支持部材により放熱される。第2の光導波路のうち、光出射端面側の領域は他の領域に比べて発熱量が大きい。 Further, when the second semiconductor laser element is driven, light having the second wavelength is generated in the second optical waveguide, and light having the second wavelength is emitted from the end surface on the light emitting side. At this time, the heat generated in the second optical waveguide is transmitted to the support member through the insulating layer and the first semiconductor laser element, and is radiated by the support member. Of the second optical waveguide, the region on the light emitting end face side generates a larger amount of heat than other regions.
これにより、第2の光導波路のうち光出射端面側の領域に集中して発生する熱が、高い熱伝導性を有する絶縁層の第1の部分を通じて、効率よく第1の半導体レーザ素子に伝達される。 As a result, heat generated in a concentrated manner in the region on the light emitting end face side of the second optical waveguide is efficiently transmitted to the first semiconductor laser element through the first portion of the insulating layer having high thermal conductivity. Is done.
したがって、第1の半導体レーザ素子と第2の半導体レーザ素子との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、第2の半導体レーザ素子の放熱性が局部的に向上される。その結果、半導体レーザ装置の放熱性が良好となる。 Therefore, electrical insulation between the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element is ensured, and the heat dissipation of the second semiconductor laser element is locally improved. As a result, the heat dissipation of the semiconductor laser device is improved.
(2) 絶縁層の第1の部分は、第2の部分よりも小さな厚みを有してもよい。この場合、絶縁層の第1の部分の熱伝導性が、第2の部分の熱伝導性よりも高くなる。したがって、絶縁層の第1の部分の熱伝導性を容易に第2の部分の熱伝導性よりも高くすることができる。また、第2の部分の厚みが第1の部分の厚みより大きいので、第1の部分の厚みが小さくても、絶縁層の全体的な絶縁性の低下が小さく抑えられる。 (2) The first portion of the insulating layer may have a smaller thickness than the second portion. In this case, the thermal conductivity of the first portion of the insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second portion. Therefore, the thermal conductivity of the first portion of the insulating layer can be easily made higher than the thermal conductivity of the second portion. Further, since the thickness of the second portion is larger than the thickness of the first portion, even if the thickness of the first portion is small, the overall deterioration of the insulating property of the insulating layer can be suppressed to a small level.
(3) 絶縁層の第1の部分は、第1の熱伝導率を有する第1の材料を含み、絶縁層の第2の部分は、第1の部分よりも低い第2の熱伝導率を有する第2の材料を含んでもよい。この場合、絶縁層の第1の部分の熱伝導性を容易に第2の部分の熱伝導性よりも高くすることができる。また、第1の材料を選択することにより、絶縁層の全体的な絶縁性の低下が小さく抑えられる。 (3) The first portion of the insulating layer includes a first material having a first thermal conductivity, and the second portion of the insulating layer has a second thermal conductivity lower than that of the first portion. The second material may be included. In this case, the thermal conductivity of the first portion of the insulating layer can be easily made higher than the thermal conductivity of the second portion. Further, by selecting the first material, it is possible to suppress a decrease in overall insulation of the insulating layer.
さらに、第1の材料および第2の材料を選択することにより、第1の部分の厚みと第2の部分の厚みとを略同一とすることができる。 Furthermore, by selecting the first material and the second material, the thickness of the first portion and the thickness of the second portion can be made substantially the same.
(4) 半導体レーザ装置は、絶縁層と第2の半導体レーザ素子との間に設けられる導電層をさらに備え、第1の半導体レーザ素子は、第1の光導波路に流入する電流を狭窄する第1の電流狭窄層を含み、導電層直下における絶縁層に発生する容量値は、第1の電流狭窄層に発生する容量値以下であってもよい。 (4) The semiconductor laser device further includes a conductive layer provided between the insulating layer and the second semiconductor laser element, and the first semiconductor laser element narrows the current flowing into the first optical waveguide. The capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer including one current confinement layer may be equal to or less than the capacitance value generated in the first current confinement layer.
この場合、第1の半導体レーザ素子の駆動時において、絶縁性の第1の電流狭窄層および絶縁層は誘電体として作用する。ここで、導電層直下における絶縁層に発生する容量値は第1の電流狭窄層に発生する容量値以下である。このように、絶縁層の容量値が小さいので、絶縁層の影響による第1の半導体レーザ素子の遮断周波数の低下が十分に小さくなる。その結果、半導体レーザ装置の放熱性が良好となるとともに、絶縁層の影響による第1の半導体レーザ素子の高周波特性の劣化が十分に抑制される。 In this case, when the first semiconductor laser element is driven, the insulating first current confinement layer and the insulating layer act as a dielectric. Here, the capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer is equal to or less than the capacitance value generated in the first current confinement layer. Thus, since the capacitance value of the insulating layer is small, the decrease in the cutoff frequency of the first semiconductor laser element due to the influence of the insulating layer is sufficiently small. As a result, the heat dissipation of the semiconductor laser device is improved, and deterioration of the high frequency characteristics of the first semiconductor laser element due to the influence of the insulating layer is sufficiently suppressed.
(5) 半導体レーザ装置は、絶縁層と第2の半導体レーザ素子との間に設けられる導電層をさらに備え、第2の半導体レーザ素子は、第2の光導波路に流入する電流を狭窄する第2の電流狭窄層を含み、導電層直下における絶縁層に発生する容量値は、第2の電流狭窄層に発生する容量値以下であってもよい。 (5) The semiconductor laser device further includes a conductive layer provided between the insulating layer and the second semiconductor laser element, and the second semiconductor laser element constricts a current flowing into the second optical waveguide. The capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer including the two current confinement layers may be equal to or less than the capacitance value generated in the second current confinement layer.
この場合、第2の半導体レーザ素子の駆動時において、絶縁性の第2の電流狭窄層および絶縁層は誘電体として作用する。ここで、導電層直下における絶縁層に発生する容量値は第2の電流狭窄層に発生する容量値以下である。このように、絶縁層の容量値が小さいので、絶縁層の影響による第2の半導体レーザ素子の遮断周波数の低下が十分に小さくなる。その結果、半導体レーザ装置の放熱性が良好となるとともに、絶縁層の影響による第2の半導体レーザ素子の高周波特性の劣化が十分に抑制される。 In this case, when the second semiconductor laser element is driven, the insulating second current confinement layer and the insulating layer act as a dielectric. Here, the capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer is equal to or less than the capacitance value generated in the second current confinement layer. Thus, since the capacitance value of the insulating layer is small, the decrease in the cutoff frequency of the second semiconductor laser element due to the influence of the insulating layer is sufficiently small. As a result, the heat dissipation of the semiconductor laser device is improved, and the deterioration of the high-frequency characteristics of the second semiconductor laser element due to the influence of the insulating layer is sufficiently suppressed .
(7) 半導体レーザ装置は、第2の半導体レーザ素子と導電層との間に形成される導電性の融着層をさらに備えてもよい。これにより、第2の半導体レーザ素子と導電層との間の接合部分に隙間がある場合でも、その隙間に融着層が充填される。それにより、第2の半導体レーザ素子と導電層との間で空隙が発生することを防止できる。 ( 7) The semiconductor laser device may further include a conductive fusion layer formed between the second semiconductor laser element and the conductive layer. As a result, even if there is a gap at the junction between the second semiconductor laser element and the conductive layer, the gap is filled with the fusion layer. Thereby, it is possible to prevent a gap from being generated between the second semiconductor laser element and the conductive layer.
その結果、第2の半導体レーザ素子の駆動時に、第2の半導体レーザ素子で発生する熱が、融着層を通じて効率よく第1の半導体レーザ素子に伝達され、支持部材により放熱される。したがって、半導体レーザ装置の放熱性がさらに良好となる。 As a result, when the second semiconductor laser element is driven, heat generated by the second semiconductor laser element is efficiently transmitted to the first semiconductor laser element through the fusion layer and is radiated by the support member. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor laser device is further improved.
(8) 第1の部分は、第2の光導波路と平行に第2の半導体レーザ素子の一端面から他端面に延びるように設けられてもよい。これにより、第2の光導波路で発生された熱が、効率よく第1の半導体レーザ素子に伝達され、支持部材により放熱される。 (8) The first portion may be provided so as to extend from one end surface of the second semiconductor laser element to the other end surface in parallel with the second optical waveguide. Thereby, the heat generated in the second optical waveguide is efficiently transmitted to the first semiconductor laser element and is radiated by the support member.
(9) 半導体レーザ装置は、支持部材と第1の半導体レーザ素子との間に挿入される所定の厚みを有する副基板をさらに備えてもよい。この場合、第1および第2の半導体レーザ素子の発光点位置を調整することが可能である。 (9) The semiconductor laser device may further include a sub-substrate having a predetermined thickness inserted between the support member and the first semiconductor laser element. In this case, it is possible to adjust the light emitting point positions of the first and second semiconductor laser elements.
(10) 第1の半導体レーザ素子は窒化物系半導体を含んでもよい。窒化物系半導体は熱伝導率が高い。これにより、第1の半導体レーザ素子の放熱性が向上する。また、第1の半導体レーザ素子上に第2の半導体レーザ素子が積層されているので、第2の半導体レーザ素子の放熱性も向上する。 (10) The first semiconductor laser element may include a nitride semiconductor. Nitride semiconductors have high thermal conductivity. Thereby, the heat dissipation of the first semiconductor laser element is improved. In addition, since the second semiconductor laser element is stacked on the first semiconductor laser element, the heat dissipation of the second semiconductor laser element is also improved.
(11) 第1の半導体レーザ素子は、第1の基板上に形成された第1の半導体層、第1の半導体層に形成された第1の一方電極および第1の基板に形成された第1の他方電極を備え、第2の半導体レーザ素子は、第2の基板上に形成された第2の半導体層、第2の半導体層に形成された第2の一方電極および第2の基板に形成された第2の他方電極を備え、第2の半導体レーザ素子の第2の他方電極は第1の半導体レーザ素子の第1の他方電極と電気的に接続されてもよい。 (11) The first semiconductor laser element includes a first semiconductor layer formed on the first substrate, a first one electrode formed on the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the first substrate. And the second semiconductor laser element includes a second semiconductor layer formed on the second substrate, a second one electrode formed on the second semiconductor layer, and a second substrate. The second other electrode formed may be provided, and the second other electrode of the second semiconductor laser element may be electrically connected to the first other electrode of the first semiconductor laser element.
このように、第1の他方電極と第2の他方電極とが電気的に接続されているので、電圧を第1および第2の一方電極にそれぞれ印加することにより、第1および第2の半導体レーザ素子を個別に駆動することができる。その結果、半導体レーザ装置の放熱性が良好となるとともに、第1および第2の半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。 Thus, since the first other electrode and the second other electrode are electrically connected, the first and second semiconductors can be obtained by applying a voltage to the first and second one electrodes, respectively. Laser elements can be driven individually. As a result, the heat dissipation of the semiconductor laser device is improved and the drive voltage of the first and second semiconductor laser elements can be easily controlled.
本発明の半導体レーザ装置によれば、駆動電圧の制御が容易で、かつ絶縁性の層の影響による半導体レーザ素子の高周波特性の劣化を十分に抑制するとともに、放熱性の低下を十分に低減することができる。 According to the semiconductor laser device of the present invention, it is easy to control the driving voltage, sufficiently suppress the deterioration of the high frequency characteristics of the semiconductor laser element due to the influence of the insulating layer, and sufficiently reduce the decrease in heat dissipation. be able to.
以下、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。 Hereinafter, a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention will be described.
1.第1の実施の形態
(1) 半導体レーザ装置の構成
第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置は、第1の半導体レーザ素子および第2の半導体レーザ素子を備える。第1の半導体レーザ素子が出射するレーザ光の波長と、第2の半導体レーザ素子が出射するレーザ光の波長とは異なる。
1. 1. First Embodiment (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a first embodiment includes a first semiconductor laser element and a second semiconductor laser element. The wavelength of the laser beam emitted from the first semiconductor laser element is different from the wavelength of the laser beam emitted from the second semiconductor laser element.
以下の説明では、第1の半導体レーザ素子として青紫色レーザ光(波長400nm付近)を出射する半導体レーザ素子(以下、青紫色半導体レーザ素子と呼ぶ。)を用いる。 In the following description, a semiconductor laser element that emits blue-violet laser light (having a wavelength of about 400 nm) (hereinafter referred to as a blue-violet semiconductor laser element) is used as the first semiconductor laser element.
また、第2の半導体レーザ素子として赤色レーザ光(波長658nm付近)を出射する半導体レーザ素子(以下、赤色半導体レーザ素子と呼ぶ。)を用いる。 A semiconductor laser element that emits red laser light (having a wavelength of about 658 nm) (hereinafter referred to as a red semiconductor laser element) is used as the second semiconductor laser element.
図1は第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す外観斜視図である。 FIG. 1 is an external perspective view showing the semiconductor laser device according to the first embodiment.
図1において、半導体レーザ装置500は、導電性のパッケージ本体3、給電ピン1a,1b,2および蓋体4を備える。
In FIG. 1, the
パッケージ本体3には、後述する複数の半導体レーザ素子が設けられ、蓋体4により封止されている。蓋体4には、取り出し窓4aが設けられている。取り出し窓4aは、レーザ光を透過する材料からなる。また、給電ピン2は、機械的および電気的にパッケージ本体3と接続されている。給電ピン2は接地端子として用いられる。
The
半導体レーザ装置500の詳細について説明する。以下、半導体レーザ素子からのレーザ光が出射される方向を正面として説明する。
Details of the
図2は図1の半導体レーザ装置500の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図3は図1の半導体レーザ装置500の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。また、図4は図2の一部拡大正面図である。
2 is a schematic front view showing a state where the
以下の説明では、図2および図3に示すように、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20からのレーザ光の出射方向をX方向と定義し、X方向に垂直な面内で互いに直交する2方向をY方向およびZ方向と定義する。
In the following description, as shown in FIGS. 2 and 3, the emission direction of the laser light from the blue-violet
図2に示すように、パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、導電性の融着層Hが形成されている。支持部材5は導電性および熱伝導性に優れた材料からなり、融着層HはAuSn(金錫)からなる。
As shown in FIG. 2, a conductive fusion layer H is formed on the
融着層H上には、上面および下面に導電層31a,31bを備える絶縁性の副基板31が設けられている。副基板31はAlN(窒化アルミニウム)からなる。副基板31の厚みは、例えば約200μmである。また、導電層31a,31bはAuを含む。
On the fusion layer H, an insulating
副基板31の導電層31a上には、AuSnからなる融着層Hを介して青紫色半導体レーザ素子10が接着されている。
On the
青紫色半導体レーザ素子10は、p側パッド電極10a、n側パッド電極10bおよび電流ブロック層10cを含む積層構造を有する。青紫色半導体レーザ素子10は、p側パット電極10aが支持部材5側となるように設けられている。
The blue-violet
図2において、青紫色半導体レーザ素子10の上面側にn側パッド電極10bが位置し、青紫色半導体レーザ素子10の下面側にp側パッド電極10aが位置している。また、青紫色半導体レーザ素子10は、p側パッド電極10a上にX方向に延びるリッジ部Riを有し、リッジ部Riの両側に電流ブロック層10cを有している。青紫色半導体レーザ素子10の詳細は後述する。
In FIG. 2, the n-
青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b上にSiO2 (酸化ケイ素)からなる絶縁層32が設けられている。絶縁層32上には、後述するように、赤色半導体レーザ素子20が接着される。この絶縁層32は、接着される赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。
An insulating
以下の説明では、半導体レーザ素子のリッジ部Riおよびその近傍を含む領域をリッジ部形成領域と呼ぶ。図2では、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に位置する絶縁層32の部分が点線で囲まれている。
In the following description, a region including the ridge portion Ri and its vicinity of the semiconductor laser element is referred to as a ridge portion formation region. In FIG. 2, the portion of the insulating
赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に位置する絶縁層32の部分を、放熱用絶縁層320と称する。また、リッジ部形成領域以外の領域に位置する絶縁層32の部分を低容量絶縁層321と称する。
A portion of the insulating
リッジ部形成領域の部分の拡大図が、図4に示されている。図4に示すように、以下の説明では、低容量絶縁層321の厚みをt321とし、放熱用絶縁層320の厚みをt320とする。また、放熱用絶縁層320の幅(Y方向)をw320とする。
An enlarged view of the portion of the ridge portion forming region is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the following description, the thickness of the low-
低容量絶縁層321および放熱用絶縁層320の厚みt321,t320、ならびに放熱用絶縁層320の幅w320の詳細は後述する。
Details of the thicknesses t321 and t320 of the low-
絶縁層32上にはAuを含む導電層32aが形成されている。導電層32a上には、AuSnからなる融着層Hを介して赤色半導体レーザ素子20が接着されている。
A
赤色半導体レーザ素子20は、p側パッド電極20a、n側パッド電極20bおよび第1の電流ブロック層20cを含む積層構造を有する。赤色半導体レーザ素子20は、p側パット電極20aが支持部材5側となるように設けられている。
The red
図2において、赤色半導体レーザ素子20の上面側にn側パッド電極20bが位置し、赤色半導体レーザ素子20の下面側にp側パッド電極20aが位置している。また、赤色半導体レーザ素子20は、p側パッド電極20a上にX方向に延びるリッジ部Riを有し、リッジ部Riの両側に第1の電流ブロック層20cを有している。
In FIG. 2, the n-
赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riは、第2の絶縁層52の形成領域に配置される。したがって、本実施の形態では、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域が一致する。赤色半導体レーザ素子20の詳細は後述する。
The ridge portion Ri of the red
青紫色半導体レーザ素子10は、蓋体4の取り出し窓4a(図1参照)の中央部に位置するように設けられる。
The blue-violet
(2) 半導体レーザ装置の結線
図2および図3に示すように、給電ピン1a,1bは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。給電ピン1aはワイヤW4を介して副基板31上の導電層31aと電気的に接続されている。給電ピン1bはワイヤW1を介して絶縁層32上の導電層32aと電気的に接続されている。
(2) Connection of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 2 and 3, the power feed pins 1a and 1b are electrically insulated from the
一方、支持部材5の露出した上面と青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bとがワイヤW3により電気的に接続され、支持部材5の露出した上面と赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bとがワイヤW2により電気的に接続されている。これにより、給電ピン2は青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bと電気的に接続されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。
On the other hand, the exposed upper surface of the
給電ピン1a,2間および給電ピン1b,2間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。したがって、半導体レーザ装置500は青紫色レーザ光および赤色レーザ光の2種類のレーザ光を選択的に出射することができる。
By applying a voltage between the power supply pins 1a and 2 and between the power supply pins 1b and 2, the blue-violet
(3) 絶縁層の寸法
上述のように、絶縁層32において、低容量絶縁層321の厚みt321と、放熱用絶縁層320の厚みt320とが異なる。ここで、放熱用絶縁層320の厚みt320は、低容量絶縁層321の厚みt321の約1/2以下の大きさを有することが好ましい。
(3) Dimensions of insulating layer As described above, in the insulating
半導体レーザ装置500において、低容量絶縁層321の厚みt321は例えば0.3μmである。したがって、放熱用絶縁層320の厚みt320は0.15μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、放熱用絶縁層320の厚みt320を例えば0.05μmに設定する。
In the
また、放熱用絶縁層320の幅w320は、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの幅に対して約2倍以上の大きさを有することが好ましく、絶縁層32および導電層32aの約1/10以下の大きさを有することが好ましい。
In addition, the width w320 of the heat-dissipating
半導体レーザ装置500において、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの幅は後述するように約2.5μmである。したがって、放熱用絶縁層320の幅w320は5μm以上であることが好ましい。
In the
また、絶縁層32および導電層32aのY方向の幅は約300μmである。したがって、放熱用絶縁層320の幅w320は30μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、放熱用絶縁層320の幅w320を例えば15μmに設定する。
The width in the Y direction of the insulating
(4) 放熱性に関する効果
半導体レーザ装置500において、青紫色半導体レーザ素子10の駆動時には青紫色半導体レーザ素子10のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(後述のMQW活性層104)が主に発熱する。この場合、青紫色半導体レーザ素子10で発生する熱は、融着層H、副基板31および導電層31a,31bを通じて支持部材5に伝達され、放熱される。
(4) Effects on Heat Dissipation In the
また、赤色半導体レーザ素子20の駆動時には赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(後述のMQW活性層204)が主に発熱する。この場合、赤色半導体レーザ素子20で発生する熱は、絶縁層32、青紫色半導体レーザ素子10、融着層H、副基板31および導電層31a,31bを通じて支持部材5に伝達され、放熱される。
Further, when the red
このように、赤色半導体レーザ素子20で発生する熱は、青紫色半導体レーザ素子10で発生する熱に比べて、絶縁層32および青紫色半導体レーザ素子10分長い経路で支持部材5に伝達される。したがって、赤色半導体レーザ素子20は青紫色半導体レーザ素子10よりも放熱性が悪い。
As described above, the heat generated in the red
ここで、青紫色半導体レーザ素子10は後述するように窒化物系半導体を含む。この窒化物系半導体は、一般に熱伝導性が高いことが知られている。例えば、窒化物系半導体として用いられるGaNの熱伝導率は、約130W/m・Kである。
Here, the blue-violet
一方、電気的な接続を遮断する絶縁層32は、熱伝導率が窒化物系半導体よりも低い。例えば、絶縁層32として用いられるSiO2 の熱伝導率は、約1.5W/m・Kである。
On the other hand, the insulating
本実施の形態では、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に薄い放熱用絶縁層320を配置する。また、その他の領域に放熱用絶縁層320よりも厚い低容量絶縁層321を配置する。
In the present embodiment, a thin heat
これにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(後述のMQW活性層204)で発生された熱が、薄い放熱用絶縁層320を通って効率よく青紫色半導体レーザ素子10に伝達される。
As a result, the heat generated in the ridge Ri of the red
すなわち、薄い放熱用絶縁層320により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。
That is, the thin heat-dissipating
図4に示すように、放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321の厚みがそれぞれ異なることにより、絶縁層32はその上面側で凹部を有する。それにより、絶縁層32の上面に沿って形成される導電層32aも凹部を有する。
As shown in FIG. 4, the insulating
青紫色半導体レーザ素子10上への赤色半導体レーザ素子20の接着時には、上述のように導電層32a上に融着層Hが形成される。この場合、融着層Hは導電層32aの凹部に隙間なく充填される。
When the red
したがって、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間で空隙が発生することが十分に防止される。その結果、赤色半導体レーザ素子20で発生した熱が、融着層Hを通じて効率よく青紫色半導体レーザ素子10に伝達される。
Therefore, the generation of a gap between the blue-violet
上述のように、本実施の形態では、薄い放熱用絶縁層320をリッジ部形成領域にのみ配置し、他の領域に厚い低容量絶縁層321を配置しているが、その理由については後述する。
As described above, in this embodiment, the thin heat-dissipating
(5) 半導体レーザ装置の電気的配線
図5は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線を示す回路図である。
(5) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device FIG. 5 is a circuit diagram showing electrical wiring of the
上述のように、給電ピン2は支持部材5と電気的に接続されるとともに、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bと電気的に接続されている。
As described above, the
一方、青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aおよび赤色半導体レーザ素子20のp側パッド電極20aは支持部材5、すなわち給電ピン2から電気的に絶縁されている。
On the other hand, the p-
第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、接地電位よりも高い電圧を給電ピン1a,1bのいずれかに与えることにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。その結果、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。
In the
(6) 副基板および絶縁層の誘電体としての作用
ところで、上記の半導体レーザ装置500は光ピックアップ装置等に設けられる。一般に、光ピックアップ装置は交流電圧により駆動される。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20は交流電圧により駆動される。この場合、図2の副基板31および絶縁層32は誘電体として作用する。
(6) Action of Sub-Substrate and Insulating Layer as Dielectric The
図6は、図2の副基板31および絶縁層32の誘電体としての作用を説明するための等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for explaining the action of the sub-substrate 31 and the insulating
図6(a)が青紫色半導体レーザ素子10を駆動する場合の等価回路図を示し、図6(b)が赤色半導体レーザ素子20を駆動する場合の等価回路図を示す。
6A shows an equivalent circuit diagram when the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10を交流電圧により駆動する場合、青紫色半導体レーザ素子10はリッジ部Riを抵抗とし、電流ブロック層10cを誘電体として図6(a)のように表される。この場合、絶縁性の副基板31は青紫色半導体レーザ素子10と並列に接続された誘電体として作用する。
When the blue-violet
一般に、絶縁性の層に発生する容量値は次式で表される。 In general, the capacitance value generated in the insulating layer is expressed by the following equation.
C1=εs・ε0・S/d ・・・(1)
C1は絶縁性の層に発生する容量値であり、εsは絶縁性の層の比誘電率であり、ε0は真空の誘電率である。また、Sは絶縁性の層の面積であり、dは絶縁性の層の厚みである。
C1 = εs · ε0 · S / d (1)
C1 is a capacitance value generated in the insulating layer, εs is a relative dielectric constant of the insulating layer, and ε0 is a vacuum dielectric constant. S is the area of the insulating layer, and d is the thickness of the insulating layer.
第1の実施の形態において、絶縁性の層である電流ブロック層10cは0.5μmの厚み(Z方向)を有する。また、青紫色半導体レーザ素子10は約350μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。
In the first embodiment, the
また、SiO2 からなる電流ブロック層10cの比誘電率は4であり、真空の誘電率は8.854×10-12 F/mである。
The relative permittivity of the
青紫色半導体レーザ素子10に形成されるリッジ部Riの幅(Y方向)は青紫色半導体レーザ素子10の幅に比べて非常に小さい。そこで、電流ブロック層10cの厚み、幅および長さを0.5μm、350μmおよび600μmとする。この場合、電流ブロック層10cに発生する容量値を式(1)に基づいて求めると、電流ブロック層10cに発生する容量値は約15pFとなる。
The width (Y direction) of the ridge Ri formed in the blue-violet
これに対して、副基板31の厚みは約200μmである。青紫色半導体レーザ素子10の幅(Y方向)が約350μmで、かつ長さ(X方向)が約600μmである場合、副基板31に発生する容量値を式(1)に基づいて求めると、青紫色半導体レーザ素子10の駆動時に副基板31に発生する容量値は約100fF以下となる。
On the other hand, the thickness of the sub-board 31 is about 200 μm. When the width (Y direction) of the blue-violet
このように、第1の実施の形態において、副基板31に発生する容量値は青紫色半導体レーザ素子10の電流ブロック層10cに発生する容量値と比べて非常に小さい値を示す。
As described above, in the first embodiment, the capacitance value generated in the sub-substrate 31 is much smaller than the capacitance value generated in the
したがって、青紫色半導体レーザ素子10のみを駆動する場合に副基板31および電流ブロック層10cに発生する容量値の合計(以下、実効容量値と呼ぶ。)は、電流ブロック層10cに発生する容量値とほぼ等しくなる。
Therefore, when only the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10の遮断周波数は、実効容量値に基づいて算出される。遮断周波数が高いほど、半導体レーザ素子の駆動時における高周波特性がよい。
The cutoff frequency of the blue-violet
半導体レーザ素子の遮断周波数は簡易的に次式で表される。 The cutoff frequency of the semiconductor laser element is simply expressed by the following equation.
fTは半導体レーザ素子の遮断周波数であり、Lは半導体レーザ素子のインダクタンスであり、Cは半導体レーザ素子の駆動時における実効容量値である。 fT is a cutoff frequency of the semiconductor laser element, L is an inductance of the semiconductor laser element, and C is an effective capacitance value when the semiconductor laser element is driven.
この場合、式(2)に示すように、青紫色半導体レーザ素子10の遮断周波数は実効容量値の1/2乗に反比例する。したがって、青紫色半導体レーザ素子10の実効容量値が小さいほど遮断周波数は高くなる。
In this case, as shown in Expression (2), the cutoff frequency of the blue-violet
上述のように、副基板31で発生する容量値が電流ブロック層10cで発生する容量値に比べて非常に小さい場合、副基板31の影響による遮断周波数の低下は十分に小さくなる。その結果、副基板31の影響による青紫色半導体レーザ素子10の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
As described above, when the capacitance value generated in the sub-board 31 is very small compared to the capacitance value generated in the
一方、赤色半導体レーザ素子20を交流電圧により駆動する場合、赤色半導体レーザ素子20はリッジ部Riを抵抗とし、第1の電流ブロック層20cを誘電体として図6(b)のように表される。この場合、絶縁層32は赤色半導体レーザ素子20と並列に接続された誘電体として作用する。
On the other hand, when the red
第1の実施の形態において、空乏層として働く第1の電流ブロック層20cは0.5μmの厚み(Z方向)を有する。また、赤色半導体レーザ素子20は約200μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。なお、空乏層として働く第1の電流ブロック層20cはAlInPからなる。
In the first embodiment, the first
赤色半導体レーザ素子20に形成されるリッジ部Riの幅(Y方向)は赤色半導体レーザ素子20の幅に対して非常に小さい。そこで、第1の電流ブロック層20cの厚み、幅および長さを0.5μm、200μmおよび600μmとする。また、AlInPの比誘電率は約13である。この場合、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値を式(1)に基づいて求めると、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値は約28pFとなる。
The width (Y direction) of the ridge Ri formed in the red
ここで、絶縁層32の寸法は、絶縁層32に発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように設定される。
Here, the dimension of the insulating
上述のように、絶縁層32は、リッジ部形成領域でX方向に延びる放熱用絶縁層320と、その他の領域でX方向に延びる低容量絶縁層321とが、Y方向に並んだ構成を有する。
As described above, the insulating
したがって、放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321は、ともに赤色半導体レーザ素子20と並列に接続された誘電体として作用する。
Therefore, both the heat-dissipating
これにより、放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321からなる絶縁層32に発生する容量値は次式で表される。
Thereby, the capacitance value generated in the insulating
C32=C320+C321 ・・・(3)
C32は絶縁層32に発生する容量値であり、C320は放熱用絶縁層320に発生する容量値であり、C321は低容量絶縁層321に発生する容量値である。
C32 = C320 + C321 (3)
C32 is a capacitance value generated in the insulating
さらに、式(3)の放熱用絶縁層320に発生する容量値C320を式(1)を用いて表す。
Furthermore, the capacitance value C320 generated in the heat-dissipating
C320=εs1・ε0・Sa/da ・・・(4)
εs1は絶縁層32の比誘電率である。また、Saは放熱用絶縁層320の面積であり、daは放熱用絶縁層320の厚みである。
C320 = εs1 · ε0 · Sa / da (4)
εs1 is the relative dielectric constant of the insulating
第1の実施の形態において、放熱用絶縁層320は0.05μmの厚みt320を有する。また、放熱用絶縁層320は15μmの幅w320を有し、約600μmの長さを有する。SiO2 からなる絶縁層32の比誘電率は4である。この場合、放熱用絶縁層320に発生する容量値を式(4)に基づいて求めると、その容量値は約6pFとなる。
In the first embodiment, the heat
また、式(3)の低容量絶縁層321に発生する容量値C321を式(1)を用いて表す。
Further, the capacitance value C321 generated in the low-
C321=εs1・ε0・Sb/db ・・・(5)
εs1は絶縁層32の比誘電率である。また、Sbは低容量絶縁層321の面積であり、dbは低容量絶縁層321の厚みである。
C321 = εs1 · ε0 · Sb / db (5)
εs1 is the relative dielectric constant of the insulating
第1の実施の形態において、低容量絶縁層321は0.3μmの厚みt321を有する。また、低容量絶縁層321は285μmの幅w321を有し、約600μmの長さを有する。この場合、低容量絶縁層321に発生する容量値を式(5)に基づいて求めると、その容量値は約20pFとなる。
In the first embodiment, the low-
したがって、第1の実施の形態において、絶縁層32に発生する容量値を式(3)に基づいて求めると、その容量値は約26pFとなる。
Accordingly, in the first embodiment, when the capacitance value generated in the insulating
このように、第1の実施の形態においては、放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321が上記の寸法を有することにより、絶縁層32に発生する容量値が赤色半導体レーザ素子20の第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となる。
Thus, in the first embodiment, since the heat-dissipating
この場合の実効容量値は、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値と絶縁層32に発生する容量値との加算値であるため、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値の2倍以下となる。
The effective capacitance value in this case is the sum of the capacitance value generated in the first
式(2)によれば、赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数は実効容量値の1/2乗に反比例する。その結果、絶縁層32に発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下である場合の赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30の遮断周波数は、絶縁層32が設けられない場合の遮断周波数から最大でも約3割の低下にとどめられる。
According to Equation (2), the cutoff frequency of the red
このように、絶縁層32に発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように、絶縁層32の寸法を設定することにより、絶縁層32の影響による赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数の低下が十分に小さくなる。すなわち、赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
Thus, by setting the dimension of the insulating
なお、第1の実施の形態において、青紫色半導体レーザ素子10を交流電圧により駆動する場合、絶縁層32が接するn側パッド電極10bを接地する。したがって、青紫色半導体レーザ素子10の遮断周波数は絶縁層32による影響をほとんど受けない。
In the first embodiment, when the blue-violet
(7) 青紫色半導体レーザ素子の構造の詳細
図7に基づいて青紫色半導体レーザ素子10の構造の詳細について作製方法とともに説明する。
(7) Details of the structure of the blue-violet semiconductor laser device The details of the structure of the blue-violet
図7は、青紫色半導体レーザ素子10の構造の詳細を説明するための模式的断面図である。以下の説明においても、図2および図3と同様にX方向、Y方向およびZ方向を定義する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining details of the structure of the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10の製造時においては、n−GaN基板1s上に積層構造を有する半導体層が形成される。n−GaN基板1sは(0001)Ga面を表面とし、約100μmの厚みを有する。また、n−GaN基板1sにはO(酸素)がドープされている。
At the time of manufacturing the blue-violet
図7(a)に示すように、n−GaN基板1s上には、積層構造を有する半導体層として、n−GaN層101、n−AlGaNクラッド層102、n−GaN光ガイド層103、MQW(多重量子井戸)活性層104、アンドープAlGaNキャップ層105、アンドープGaN光ガイド層106、p−AlGaNクラッド層107およびアンドープGaInNコンタクト層108が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。
As shown in FIG. 7A, an n-
図7(b)に示すように、MQW活性層104は4つのアンドープGaInN障壁層104aと3つのアンドープGaInN井戸層104bとが、交互に積層された構造を有する。
As shown in FIG. 7B, the MQW
ここで、例えば、n−AlGaNクラッド層102のAl組成は0.15であり、Ga組成は0.85である。n−GaN層101およびn−AlGaNクラッド層102にはSiがドープされている。
Here, for example, the Al composition of the n-
また、アンドープGaInN障壁層104aのGa組成は0.95であり、In組成は0.05である。アンドープGaInN井戸層104bのGa組成は0.90であり、In組成は0.10である。p−AlGaNキャップ層105のAl組成は0.30であり、Ga組成は0.70である。
The undoped
さらに、p−AlGaNクラッド層107のAl組成は0.15であり、Ga組成は0.85である。p−AlGaNクラッド層107にはMgがドープされている。アンドープGaInNコンタクト層108のGa組成は0.95であり、In組成は0.05である。
Further, the p-
上記の半導体層のうち、p−AlGaNクラッド層107には、X方向に延びるストライプ状のリッジ部Riが形成される。p−AlGaNクラッド層107のリッジ部Riは約1.5μmの幅を有する。
Among the semiconductor layers described above, the p-
アンドープGaInNコンタクト層108は、p−AlGaNクラッド層107のリッジ部Riの上面に形成される。さらに、その上にはPd/Pt/Auからなるp電極110が形成される。
The undoped
p−AlGaNクラッド層107の平坦部上面およびリッジ部Riの側面、アンドープGaInNコンタクト層108の側面ならびにp電極110の上面および側面に、SiO2 からなる電流ブロック層10cが形成され、p電極110上に形成された電流ブロック層10cがエッチングにより除去される。そして、外部に露出したp電極110および電流ブロック層10cの上面を覆うように、スパッタ法、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法によりp側パッド電極10aが形成される。
A
このように、n−GaN基板1sの一面側に積層構造を有する半導体層が形成される。また、n−GaN基板1sの他面側にはTi/Pt/Auからなるn側パッド電極10bが形成される。さらに、n側パッド電極10b上の一部の領域には、SiO2 からなる絶縁層32が形成され、絶縁層32上にAuを含む導電層32aが形成される。
In this way, a semiconductor layer having a stacked structure is formed on one surface side of the n-GaN substrate 1s. An n-
なお、上述のように、絶縁層32は、薄い放熱用絶縁層320および厚い低容量絶縁層321からなる。したがって、放熱用絶縁層320は予め設定された一部の領域に形成される。また、低容量絶縁層321はその他の領域に形成される。
As described above, the insulating
上述のように、第1の実施の形態において、SiO2 からなる電流ブロック層10cは、例えば0.5μmの厚みを有する。また、放熱用絶縁層320は例えば0.05μmの厚みを有し、低容量絶縁層321は例えば0.3μmの厚みを有する。
As described above, in the first embodiment, the
この青紫色半導体レーザ素子10では、リッジ部Riの下方におけるMQW活性層104の位置に青紫色発光点が形成される。なお、MQW活性層104は青紫色半導体レーザ素子10のpn接合面に相当する。
In the blue-violet
(8) 赤色半導体レーザ素子の構造の詳細
図8に基づいて赤色半導体レーザ素子20の構造の詳細について作製方法とともに説明する。
(8) Details of Structure of Red Semiconductor Laser Element The details of the structure of the red
図8は、赤色半導体レーザ素子20の構造の詳細を説明するための模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the details of the structure of the red
赤色半導体レーザ素子20の製造時においては、n−GaAs基板5X上に積層構造を有する半導体層が形成される。このn−GaAs基板5XにはSiがドープされている。
When the red
図8(a)に示すように、n−GaAs基板5X上には、積層構造を有する半導体層として、n−GaAs層201、n−AlGaInPクラッド層202、アンドープAlGaInP光ガイド層203、MQW(多重量子井戸)活性層204、アンドープAlGaInP光ガイド層205、p−AlGaInP第1クラッド層206、p−InGaPエッチングストップ層207、p−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。
As shown in FIG. 8A, on the n-
図8(b)に示すように、MQW活性層204は2つのアンドープAlGaInP障壁層204aと3つのアンドープInGaP井戸層204bとが、交互に積層された構造を有する。
As shown in FIG. 8B, the MQW
ここで、例えば、n−AlGaInPクラッド層202のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。n−GaAs層201およびn−AlGaInPクラッド層202にはSiがドープされている。
Here, for example, the Al composition of the n-
アンドープAlGaInP光ガイド層203のAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
The undoped AlGaInP
また、アンドープAlGaInP障壁層204aのAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。アンドープInGaP井戸層204bのIn組成は0.50であり、Ga組成は0.50である。アンドープAlGaInP光ガイド層205のAl組成は0.50であり、Ga組成は0.50であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
The undoped
さらに、p−AlGaInP第1クラッド層206のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。p−InGaPエッチングストップ層207のIn組成は0.50であり、Ga組成は0.50である。
Furthermore, the Al composition of the p-AlGaInP
p−AlGaInP第2クラッド層208のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30であり、In組成は0.50であり、P組成は0.50である。
The p-AlGaInP
p−コンタクト層209は、p−GaInP層とp−GaAs層との積層構造を有する。このp−GaInP層のGa組成は0.5であり、In組成は0.5である。
The p-
なお、上記したAlGaInP系材料の組成は、一般式(Ala Gab )0.5 Inc Pd で表した時のaがAl組成であり、bがGa組成であり、cがIn組成であり、dがP組成である。 The composition of the AlGaInP-based material described above is such that a is an Al composition, b is a Ga composition, and c is an In composition when represented by the general formula (Al a Ga b ) 0.5 Inc c d . d is a P composition.
p−AlGaInP第1クラッド層206、p−InGaPエッチングストップ層207、p−AlGaInP第2クラッド層208ならびにp−コンタクト層209のp−GaInPおよびp−GaAsにはZnがドープされている。
The p-AlGaInP
p−InGaPエッチングストップ層207上のp−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209は、一部の領域(中央部)を除いてエッチング除去されている。
The p-AlGaInP
これにより、上記の半導体層のうち、p−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209により、X方向に延びるストライプ状のリッジ部Riが形成される。p−AlGaInP第2クラッド層208およびp−コンタクト層209からなるリッジ部Riは約2.5μmの幅を有する。
As a result, of the semiconductor layers, the p-AlGaInP
p−InGaPエッチングストップ層207の上面、p−AlGaInP第2クラッド層208の側面ならびにp−コンタクト層209の側面に、厚みが約0.5μmからなる第1の電流ブロック層20cと厚みが約0.3μmからなる第2の電流ブロック層20dとが積層して選択的に形成される。そして、外部に露出しているp−コンタクト層209の上面および第2の電流ブロック層20dの上面を覆うように、スパッタ法、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法によりCr/Auからなるp側パッド電極20aが形成される。
On the upper surface of the p-InGaP
なお、第1の電流ブロック層20cはアンドープAlInPからなり、空乏層として働く。また、第2の電流ブロック層20dはn−GaAsからなる。
The first
このように、n−GaAs基板5Xの一面側に積層構造を有する半導体層が形成される。さらに、n−GaAs基板5Xの他面側にはAuGe/Ni/Auからなるn側パッド電極20bが形成される。
Thus, a semiconductor layer having a laminated structure is formed on one surface side of the n-
この赤色半導体レーザ素子20では、リッジ部Riの下方におけるMQW活性層204の位置に赤色発光点が形成される。なお、MQW活性層204は赤色半導体レーザ素子20のpn接合面に相当する。
In the red
上記第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、第2の半導体レーザ素子として赤外レーザ光(波長790nm付近)を出射する半導体レーザ素子(以下、赤外半導体レーザ素子と呼ぶ。)を用いてもよい。この場合、図2、図4、図5および図6の括弧に示すように、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b上に赤外半導体レーザ素子30のp側パッド電極が接着される。
In the
(9) 赤外半導体レーザ素子の構造の詳細
図9に基づいて赤外半導体レーザ素子30の構造の詳細について作製方法とともに説明する。
(9) Details of Structure of Infrared Semiconductor Laser Element The details of the structure of the infrared
図9は、赤外半導体レーザ素子30の構造の詳細を説明するための模式的断面図である。赤外半導体レーザ素子30の製造時においては、n−GaAs基板5X上に積層構造を有する半導体層が形成される。このn−GaAs基板5XにはSiがドープされている。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining details of the structure of the infrared
図9(a)に示すように、n−GaAs基板5X上には、積層構造を有する半導体層として、n−GaAs層301、n−AlGaAsクラッド層302、アンドープAlGaAs光ガイド層303、MQW(多重量子井戸)活性層304、アンドープAlGaAs光ガイド層305、p−AlGaAs第1クラッド層306、p−AlGaAsエッチングストップ層307、p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309が順に形成される。これら各層の形成は、例えば、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)により行われる。
As shown in FIG. 9A, on the n-
図9(b)に示すように、MQW活性層304は2つのアンドープAlGaAs障壁層304aと3つのアンドープAlGaAs井戸層304bとが、交互に積層された構造を有する。
As shown in FIG. 9B, the MQW
ここで、例えば、n−AlGaAsクラッド層302のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。n−GaAs層301およびn−AlGaAsクラッド層302にはSiがドープされている。
Here, for example, the Al composition of the n-
アンドープAlGaAs光ガイド層303のAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。また、アンドープAlGaAs障壁層304aのAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。アンドープAlGaAs井戸層304bのAl組成は0.10であり、Ga組成は0.90である。アンドープAlGaAs光ガイド層305のAl組成は0.35であり、Ga組成は0.65である。
The undoped AlGaAs
さらに、p−AlGaAs第1クラッド層306のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。p−AlGaAsエッチングストップ層307のAl組成は0.70であり、Ga組成は0.30である。
Further, the Al composition of the p-AlGaAs
p−AlGaAs第2クラッド層308のAl組成は0.45であり、Ga組成は0.55である。
The p-AlGaAs
p−AlGaAs第1クラッド層306、p−AlGaAsエッチングストップ層307、p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309にはZnがドープされている。
The p-AlGaAs
上記において、p−AlGaAsエッチングストップ層307上へのp−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309は、一部の領域(中央部)を除いてエッチング除去される。
In the above, the p-AlGaAs
これにより、上記の半導体層のうち、p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309により、X方向に延びるストライプ状のリッジ部Riが形成される。p−AlGaAs第2クラッド層308およびp−GaAsコンタクト層309からなるリッジ部Riは約2.8μmの幅を有する。
As a result, of the semiconductor layers, the p-AlGaAs
p−AlGaAsエッチングストップ層307の上面、p−AlGaAs第2クラッド層308の側面ならびにp−GaAsコンタクト層309の側面に、厚みが約0.5μmからなる第1の電流ブロック層30cと厚みが約0.3μmからなる第2の電流ブロック層30dとが積層して選択的に形成される。そして、外部に露出しているp−GaAsコンタクト層309の上面および第2の電流ブロック層30dの上面を覆うように、スパッタ法、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法によりCr/Auからなるp側パッド電極30aが形成される。
On the upper surface of the p-AlGaAs
なお、第1の電流ブロック層30cはアンドープAlGaAsからなり、空乏層として働く。また、第2の電流ブロック層20dはn−GaAsからなる。第1の電流ブロック層30cのAl組成は0.65であり、Ga組成は0.35である。
The first
このように、n−GaAs基板5Xの一面側に積層構造を有する半導体層が形成される。さらに、n−GaAs基板5Xの他面側にはAuGe/Ni/Auからなるn側パッド電極30bが形成される。
Thus, a semiconductor layer having a laminated structure is formed on one surface side of the n-
赤外半導体レーザ素子30も、赤色半導体レーザ素子20と同様に約200μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。
Similarly to the red
この赤外半導体レーザ素子30では、リッジ部Riの下方におけるMQW活性層304の位置に赤外発光点が形成される。なお、MQW活性層304は赤外半導体レーザ素子30のpn接合面に相当する。
In the infrared
第2の半導体レーザ素子として赤外レーザ光(波長790nm付近)を出射する赤外半導体レーザ素子30を用いた場合でも、放熱用絶縁層320の厚みt320を0.05μmに設定し、放熱用絶縁層320の幅w320を15μmに設定し、低容量絶縁層321の厚みt321を0.3μmに設定することにより、絶縁層32に発生する容量値は赤色半導体レーザ素子30の第1の電流ブロック層30cに発生する容量値以下とすることができる。
Even when the infrared
それにより、本例の半導体レーザ装置500は青紫色レーザ光および赤外レーザ光の2種類のレーザ光を選択的に出射することができる。また、この半導体レーザ装置500によれば、第2の半導体レーザ素子として赤色半導体レーザ素子20を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
As a result, the
(10) 半導体レーザ装置の効果のまとめ
(10−a) 主な効果
第1の実施の形態においては、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に薄い放熱用絶縁層320を配置する。これにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(図8のMQW活性層204)で発生された熱が、薄い放熱用絶縁層320を通って効率よく青紫色半導体レーザ素子10に伝達される。
(10) Summary of Effects of Semiconductor Laser Device (10-a) Main Effects In the first embodiment, a thin heat
その結果、薄い放熱用絶縁層320により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。
As a result, the thin insulating
上述のように、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。したがって、接地電位よりも高い電圧を給電ピン1a,1bのいずれかに与えることにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。
As described above, in the
それにより、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。その結果、半導体レーザ装置500は、青紫色レーザ光および赤色レーザ光の2種類のレーザ光を選択的に出射することができる。
This facilitates control of the driving voltage of each semiconductor laser element. As a result, the
第1の実施の形態において、絶縁層32に発生する容量値は第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下である。これにより、絶縁性の層の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制されている。
In the first embodiment, the capacitance value generated in the insulating
(10−b) その他の効果
さらに、複数の青紫色半導体レーザ素子10が形成されたウェハと、複数の赤色半導体レーザ素子20が形成されたウェハとを重ね合わせることにより、複数の半導体レーザ装置500を同時に作製することができる。この場合、各青紫色半導体レーザ素子10と各赤色半導体レーザ素子20との位置精度が向上する。その結果、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の発光点の位置決め精度が向上する。
(10-b) Other Effects Further, a plurality of
また、支持部材5と青紫色半導体レーザ素子10との間に副基板31を設けることにより青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の発光点位置が調整できる。
Further, by providing the sub-substrate 31 between the
第1の半導体レーザ素子として窒化物系半導体を含む青紫色半導体レーザ素子10を用いることにより、青紫色半導体レーザ素子10の放熱性が向上する。また、青紫色半導体レーザ素子10上に赤色半導体レーザ素子20が積層されているので、赤色半導体レーザ素子20の放熱性も向上する。
By using the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20で発生する熱は支持部材5から放熱される。第1の実施の形態においては、p側パッド電極10aが支持部材5側に位置するように支持部材5上に青紫色半導体レーザ素子10が設けられている。これにより、青紫色半導体レーザ素子10の発光点が支持部材5に近づく。その結果、青紫色半導体レーザ素子10の放熱性が向上する。
Heat generated by the blue-violet
赤色半導体レーザ素子20は、p側パット電極20aが支持部材5側となるように設けられている。それにより、赤色半導体レーザ素子20の発光点が支持部材5に近づくので放熱性が向上する。
The red
上記では、第1の半導体レーザ素子である青紫色半導体レーザ素子10上に、第2の半導体レーザ素子である赤色半導体レーザ素子20が積層されている。しかしながら、青紫色半導体レーザ素子10上には、1つの半導体レーザ素子のみならず複数の半導体レーザ素子がY方向に併設されてもよい。この場合、半導体レーザ装置500から出射されるレーザ光の種類(波長)および数を増加させることができる。
In the above description, the red
また、上記では、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bが、ともに支持部材5に接続されている。しかしながら、n側パッド電極10b,20bと支持部材5とが電気的に絶縁されてもよい。
In the above description, the n-
この場合、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のフローティングされた結線が実現できる。それにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極10b,20bと電気的に接続される給電ピンに任意の電圧を印加することができる。その結果、半導体レーザ装置500の駆動装置による青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の駆動電圧の制御が容易となる。
In this case, floating connection of the blue-violet
(11) 他の構成例
(11−a) XY平面における放熱用絶縁層の形状
第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500において、XY平面における放熱用絶縁層320の形状は以下のように設定してもよい。
(11) Other Configuration Examples (11-a) Shape of Heat Dissipation Insulating Layer in XY Plane In
図10は、XY平面における放熱用絶縁層320の形状を説明するための図1の半導体レーザ装置500の上面図である。図10では、説明を容易にするため支持部材5上に設けられる副基板31、青紫色半導体レーザ素子10、絶縁層32および赤色半導体レーザ素子20からなる積層体のみを図示する。
FIG. 10 is a top view of the
また、図10では、赤色半導体レーザ素子20から出射される赤色レーザ光の出射方向が太い矢印により示されている。
In FIG. 10, the emission direction of the red laser light emitted from the red
図10(a)に示すように、上記では、X方向に延びる赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Ri(点線部)に沿って、均一な幅でX方向に延びる放熱用絶縁層320(一点鎖線部)を形成する旨について説明した。
As shown in FIG. 10 (a), in the above, along the ridge portion Ri (dotted line portion) of the red
放熱用絶縁層320が上記のように形成されることにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riで発生する熱が効率よく放熱される。
By forming the heat
しかしながら、XY平面における放熱用絶縁層320の形状はこれに限られない。例えば、放熱用絶縁層320は、赤色半導体レーザ素子20の赤色レーザ光が出射される一端面(レーザ出射端面20T)から他端面にかけて連続的または段階的に幅が狭くなるように形成されてもよい。この一例が、図10(b)の一点鎖線部に示されている。
However, the shape of the heat
赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riにおいては、赤色レーザ光の出射時にレーザ出射端面20Tの近傍の光密度が高くなる。そのため、レーザ出射側端面20Tの近傍のリッジ部Riでは、他の部分のリッジ部Riに比べて発熱量が高くなっている。
In the ridge portion Ri of the red
したがって、放熱用絶縁層320の形状をレーザ出射側端面20Tの近傍で広く設定することにより、発熱量が高い部分のリッジ部Riの放熱性が向上する。
Therefore, by setting the shape of the heat
放熱用絶縁層320の形状は、さらにこれに限られない。例えば、放熱用絶縁層320は、X方向に延びるリッジ部Riのレーザ出射端面20Tの近傍のみに形成してもよい。
The shape of the heat
図10(b)に示すように放熱用絶縁層320の形状を設定する場合においても、放熱用絶縁層320の寸法は、絶縁層32に発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように設定される。
Even when the shape of the heat
(11−b) 絶縁層の他の構成例
第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500において、絶縁層32としては、SiO2 の他、Al2 O3 またはZrO2 等の酸化物からなる無機絶縁性材料を用いて形成してもよいし、SiNまたはAlN等の窒化物からなる無機絶縁性材料を用いて形成してもよい。
(11-b) Other Configuration Examples of Insulating Layer In the
また、絶縁層32は、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料からなる無機絶縁性材料を用いて形成してもよいし、ポリイミド等の有機絶縁性材料を用いて形成してもよい。さらに、絶縁層32は、これらの材料からなる多層膜により形成してもよい。
The insulating
表1に、SiO2 、SiN、Al2 O3 、AlN、ZrO2 、ダイヤモンドライクカーボンおよびポリイミドの比誘電率および熱伝導率を示す。表1では、参考のために青紫色半導体レーザ素子10に用いられるGaNの比誘電率および熱伝導率も示している。
Table 1 shows the relative dielectric constant and thermal conductivity of SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , diamond-like carbon and polyimide. Table 1 also shows the relative dielectric constant and thermal conductivity of GaN used for the blue-violet
例えば、絶縁層32にSiO2 (熱伝導率1.5W/m・K)よりも熱伝導率が高いAlN(熱伝導率200W/m・K)を用いる。この場合、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの下方に位置する半導体層(図8のMQW活性層204)で発生された熱が、青紫色半導体レーザ素子10を通じて効率的に支持部材5へと伝達される。
For example, AlN (thermal conductivity 200 W / m · K) having a higher thermal conductivity than SiO 2 (thermal conductivity 1.5 W / m · K) is used for the insulating
しかしながら、AlNの比誘電率は9であり、SiO2 の比誘電率である4のおよそ2倍以上である。したがって、SiO2 の絶縁層32により得られる半導体レーザ装置500と同じ赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数を得るためには、AlNからなる絶縁層32は低容量絶縁層321の厚みをSiO2 の場合の厚みに比べて約2倍以上にする。
However, the relative dielectric constant of AlN is 9, which is approximately twice or more than 4 which is the relative dielectric constant of SiO 2 . Therefore, in order to obtain the same cutoff frequency of the red
図11〜図13は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500の絶縁層32の他の構成例を示す一部拡大正面図である。
11 to 13 are partially enlarged front views showing other configuration examples of the insulating
図11および図12において、絶縁層32は、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域で第1の絶縁層323からなる単層構造を有し、他の領域で第1の絶縁層323および第2の絶縁層324からなる2層構造を有する。
11 and 12, the insulating
図11の例では、n側パッド電極10b上のリッジ部形成領域を除く領域に、選択エッチングまたはリフトオフにより所定のパターンで第2の絶縁層324を形成する。
In the example of FIG. 11, the second insulating
その後、露出したn側パッド電極10bおよび第2の絶縁層324の上面に第1の絶縁層323を形成する。それにより、リッジ部形成領域で赤色半導体レーザ素子20の放熱性を向上させることが可能な絶縁層32が完成する。
Thereafter, the first insulating
一方、図12の例では、n側パッド電極10b上の一部の領域に第1の絶縁層323を形成する。その後、第1の絶縁層323上のリッジ部形成領域を除く領域に、選択エッチングまたはリフトオフにより所定のパターンで第2の絶縁層324を形成する。それにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域で赤色半導体レーザ素子20の放熱性を局部的に向上させることが可能な絶縁層32が完成する。
On the other hand, in the example of FIG. 12, the first insulating
このように、図11および図12で示す絶縁層32は、選択エッチングまたはリフトオフ等のパターニング技術を用いることにより容易にn側パッド電極10b上に形成することができる。
As described above, the insulating
本例において、絶縁層32を構成する第1および第2の絶縁層323,324は、ともに同じ材料を用いてもよいし、互いに異なる材料を用いてもよい。
In this example, the first and second insulating
なお、第1および第2の絶縁層323,324に用いる材料は、表1に示した絶縁性材料であることが好ましい。
Note that the material used for the first and second insulating
この他、絶縁層32は、熱伝導率の高い材料からなる第1の絶縁層323と、比誘電率の小さい材料からなる第2の絶縁層324とから構成されてもよい。
In addition, the insulating
この場合、図13に示すように、第1の絶縁層323を赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に配置し、第2の絶縁層324をその他の領域に配置する。これにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域で赤色半導体レーザ素子20の放熱性を局部的に向上させることが可能となる。
In this case, as shown in FIG. 13, the first insulating
例えば、第1の絶縁層323にAlNを用い、第2の絶縁層324にSiO2 を用いる。
For example, AlN is used for the first insulating
この場合、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(図8のMQW活性層204)で発生する熱は、AlNからなる第1の絶縁層323を通じて効率的に青紫色半導体レーザ素子10へと伝達される。
In this case, the heat generated in the ridge portion Ri of the red
また、リッジ部形成領域を除く領域においては、SiO2 の比誘電率が低いので、赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化を防止するために必要な厚みが小さくなる。したがって、第2の絶縁層324がAlNからなる場合に必要な厚みと比べて、約1/2程度の厚みでも赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化を防止することができる。
Further, in the region excluding the ridge portion formation region, the relative dielectric constant of SiO 2 is low, so that the thickness necessary for preventing deterioration of the high frequency characteristics of the red
このように、リッジ部形成領域とその他の領域とで絶縁層32の材料を適宜選択することにより、絶縁層32の上面を面一とすることもできる。
Thus, the upper surface of the insulating
2. 第2の実施の形態
(1)半導体レーザ装置の構成
第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置は、以下の点で第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と構成および動作が異なる。
2. 2. Second Embodiment (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a second embodiment is different in configuration and operation from the
図14は第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図15は第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。
FIG. 14 is a schematic front view showing a state in which the
図14に示すように、パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、導電性の融着層Hが形成されている。
As shown in FIG. 14, a conductive fusion layer H is formed on a
融着層H上には、n側パッド電極10bが支持部材5側となるように青紫色半導体レーザ素子10が接着されている。
On the fusion layer H, the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10a上にSiO2 からなる絶縁層32が設けられている。第2の実施の形態においても、絶縁層32は第1の実施の形態と同様の構成を有する。すなわち、絶縁層32は、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域で厚みが薄く形成されている(放熱用絶縁層320)。また、絶縁層32は、その他の領域で厚みが厚く形成されている(低容量絶縁層321)。
An insulating
絶縁層32上にはAuを含む導電層32aが形成されている。導電層32a上には、p側パッド電極20aが支持部材5側となるようにAuSnからなる融着層Hを介して赤色半導体レーザ素子20が接着されている。
A
図14の括弧に示すように、青紫色半導体レーザ素子10上には、赤色半導体レーザ素子20に代えて赤外半導体レーザ素子30が積層されてもよい。なお、青紫色半導体レーザ素子10上に赤外半導体レーザ素子30が積層される場合、赤外半導体レーザ素子30はp側パッド電極30aが支持部材5側となるように設けられる。
As shown in parentheses in FIG. 14, an infrared
(2) 半導体レーザ装置の電気的配線
図14および図15に示すように、給電ピン1a,1bは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。給電ピン1aはワイヤW3を介して青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと電気的に接続されている。給電ピン1bはワイヤW1を介して絶縁層32上の導電層32aと電気的に接続されている。支持部材5の露出した上面と赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bとがワイヤW2により電気的に接続されている。
(2) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 14 and 15, the power feed pins 1a and 1b are electrically insulated from the
青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bは支持部材5上で融着層Hを介して電気的に接続されている。これにより、給電ピン2は青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bと電気的に接続されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。
The n-
給電ピン1a,2間および給電ピン1b,2間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線は図5と同じである。したがって、第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においても、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易となっている。
By applying a voltage between the power supply pins 1a and 2 and between the power supply pins 1b and 2, the blue-violet
(3) 絶縁層の寸法および効果
第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態で用いられる絶縁層32においても、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域で、薄い放熱用絶縁層320が形成されている。また、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域を除く領域で、厚い低容量絶縁層321が形成されている。
(3) Dimension and effect of insulating layer As in the first embodiment, the insulating
したがって、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、放熱用絶縁層320により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上されている。
Therefore, also in the present embodiment, as in the first embodiment, electrical insulation between the blue-violet
(4) 絶縁層の誘電体としての作用
第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置500を交流電圧により駆動する場合、図14の絶縁層32は第1の実施の形態と同様に誘電体として作用する。
(4) Action of Insulating Layer as Dielectric Material When the
図16は、図14の絶縁層32の誘電体としての作用を説明するための等価回路図である。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram for explaining the action of the insulating
図16(a)が青紫色半導体レーザ素子10を駆動する場合の等価回路図を示し、図16(b)が赤色半導体レーザ素子20を駆動する場合の等価回路図を示す。
FIG. 16A shows an equivalent circuit diagram when the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10を交流電圧により駆動する場合、青紫色半導体レーザ素子10はリッジ部Riを抵抗とし、電流ブロック層10cを誘電体として図16(a)のように表される。また、赤色半導体レーザ素子20はリッジ部Riを抵抗とし、第1の電流ブロック層20cを誘電体とし、pn接合面を誘電体として図16(a)のように表される。さらに、第1の実施の形態と同様に絶縁層32は誘電体として作用する。
When the blue-violet
このように、交流電圧による青紫色半導体レーザ素子10の駆動時においては、絶縁層32と赤色半導体レーザ素子20との直列回路が青紫色半導体レーザ素子10に並列に接続される。なお、図16(a)に示すように、絶縁層32は放熱用絶縁層320と低容量絶縁層321とが並列に接続された構成で表される。
Thus, when the blue-violet
一方、赤色半導体レーザ素子20を交流電圧により駆動する場合、赤色半導体レーザ素子20はリッジ部Riを抵抗とし、第1の電流ブロック層20cを誘電体として図16(b)のように表される。また、青紫色半導体レーザ素子10はリッジ部Riを抵抗とし、電流ブロック層10cを誘電体とし、pn接合面を誘電体として図16(b)のように表される。この場合においても、絶縁層32は誘電体として作用する。ここでも、絶縁層32は放熱用絶縁層320と低容量絶縁層321とが並列に接続された構成で表される。
On the other hand, when the red
図16(a),(b)に示すように、一方の半導体レーザ素子を駆動する際に、絶縁層32と直列に他方の電流ブロック層およびpn接合面が接続される。それにより、絶縁層32および他方の半導体レーザ素子の電流ブロック層およびpn接合面による合成容量値が低減される。その結果、絶縁層32が一方の半導体レーザ素子へ与える影響が低減される。
As shown in FIGS. 16A and 16B, when one semiconductor laser element is driven, the other current blocking layer and the pn junction surface are connected in series with the insulating
また、第1の実施の形態で説明したように、青紫色半導体レーザ素子10の駆動時に電流ブロック層10cに発生する容量値は約15pFである。これにより、青紫色半導体レーザ素子10の駆動時においては、絶縁層32に発生する容量値が約15pF以下とすることが好ましい。この場合、絶縁層32の影響による青紫色半導体レーザ素子10の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
Further, as described in the first embodiment, the capacitance value generated in the
例えば、この場合の実効容量値は電流ブロック層10cに発生する容量値の2倍以下となる。その結果、絶縁層32に発生する容量値が電流ブロック層10cに発生する容量値以下である場合の青紫色半導体レーザ素子10の遮断周波数は、絶縁層32が設けられない場合の遮断周波数から最大でも約3割の低下にとどめられる。
For example, the effective capacitance value in this case is not more than twice the capacitance value generated in the
また、赤色半導体レーザ素子20の駆動時に第1の電流ブロック層20cに発生する容量値は約28pFである。これにより、赤色半導体レーザ素子20の駆動時においては、絶縁層32に発生する容量値が約28pF以下とすることが好ましい。この場合、絶縁層32の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
The capacitance value generated in the first
例えば、この場合の実効容量値は、電流ブロック層20cに発生する容量値の2倍以下となる。その結果、絶縁層32に発生する容量値が電流ブロック層20cに発生する容量値以下である場合の赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数は、絶縁層32が設けられない場合の遮断周波数から最大でも約3割の低下にとどめられる。
For example, the effective capacitance value in this case is not more than twice the capacitance value generated in the
上記より、絶縁層32に発生する容量値を約15pF以下とすることにより、絶縁層32の影響による青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のそれぞれの高周波特性の劣化を十分に抑制することができる。
From the above, by setting the capacitance value generated in the insulating
このように、絶縁層32に発生する容量値が電流ブロック層10c,20cに発生する容量値以下となるように、絶縁層32を構成する放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321の寸法および材料等を設定することにより、絶縁層32の影響による青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数の低下が十分に小さくなる。すなわち、絶縁層32の影響による青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化がともに十分に抑制される。
As described above, the dimensions of the heat-dissipating
第2の実施の形態において、絶縁層32は他の構成を有してもよい。例えば、絶縁層32の材料として、SiO2 の代わりに、Al2 O3 またはZrO2 等の酸化物からなる無機絶縁性材料を用いてもよいし、SiNまたはAlN等の窒化物からなる無機絶縁性材料を用いてもよい。
In the second embodiment, the insulating
また、絶縁層32の材料として、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料からなる無機絶縁性材料を用いてもよいし、ポリイミド等の有機絶縁性材料を用いてもよい。さらに、絶縁層32は、これらの材料からなる多層膜により形成してもよい。絶縁層32は、図11〜図13で説明した構成を有してもよい。
Further, as the material of the insulating
(5) 半導体レーザ装置の効果
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。また、半導体レーザ装置500においては、カソードコモンの結線が実現されている。したがって、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。
(5) Effect of Semiconductor Laser Device In the second embodiment, the heat radiation property of the red
絶縁層32に発生する容量値を電流ブロック層10cに発生する容量値の容量値以下に設定する。これにより、青紫色半導体レーザ素子10の駆動電圧の制御が容易になるとともに、絶縁層32の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
The capacitance value generated in the insulating
第2の実施の形態において、絶縁層32に発生する容量値は第1の電流ブロック層20cに発生する容量値の容量値以下に設定する。これにより、赤色半導体レーザ素子20の駆動電圧の制御が容易になるとともに、絶縁層32の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
In the second embodiment, the capacitance value generated in the insulating
また、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20が、p側パッド電極10aおよびp側パッド電極20aとが絶縁層32を介して対向するように配置されている。それにより、青紫色半導体レーザ素子10の半導体層と、赤色半導体レーザ素子20の半導体層とが近づくので、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の発光点を互いに近づけることができる。それにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20より出射されるレーザ光を集光レンズに透過する際に、レンズによる収差を抑制することができる。
Further, the blue-violet
第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、支持部材5および青紫色半導体レーザ素子10間に副基板31が設けられていないが、支持部材5および青紫色半導体レーザ素子10間に副基板31が設けられてもよい。
In the
この場合、副基板31の厚みにより青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30の各発光点の位置調整を行うことができる。
In this case, the position of each light emitting point of the blue-violet
また、支持部材5および青紫色半導体レーザ素子10間に副基板31を設ける場合、副基板31により青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bと支持部材5とが電気的に絶縁されてもよい。この場合、青紫色半導体レーザ素子10のフローティングされた結線が実現できる。それにより、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bと電気的に接続される給電ピンに任意の電圧を印加することができる。その結果、半導体レーザ装置500の駆動装置による青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の駆動電圧の制御が容易となる。
Further, when the sub-substrate 31 is provided between the
3. 第3の実施の形態
(1)半導体レーザ装置の構成
第3の参考の形態に係る半導体レーザ装置は、以下の点で第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と構成および動作が異なる。
3. 3. Third Embodiment (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a third reference embodiment is different in configuration and operation from the
図17は第3の参考の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図18は第3の参考の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。
FIG. 17 is a schematic front view showing a state in which the
図17に示すように、パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、導電性の融着層Hが形成されている。融着層H上には、n側パッド電極10bが支持部材5側となるように青紫色半導体レーザ素子10が接着されている。
As shown in FIG. 17, a conductive fusion layer H is formed on the
第3の参考の形態において、青紫色半導体レーザ素子10の幅(Y方向)および長さ(X方向)は第1の実施の形態における青紫色半導体レーザ素子10よりも大きい。具体的には、青紫色半導体レーザ素子10の幅(Y方向)および長さ(X方向)は、それぞれ約500μmおよび約600μmである。
In the third reference embodiment, the width (Y direction) and the length (X direction) of the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aは半導体層に形成される電流ブロック層10cの一部領域に形成されている。これにより、電流ブロック層10cは、p側パッド電極10a下で青紫色半導体レーザ素子10に流れる電流を狭窄する。すなわち、p側パッド電極10a下にリッジ部Riが形成される。上述のように、電流ブロック層10cはSiO2 からなる。
The p-
なお、図17の半導体レーザ装置500において、p側パッド電極10aはY方向の軸に垂直な青紫色半導体レーザ素子10の一側面側に形成されている。p側パッド電極10aの幅(Y方向)および長さ(X方向)は、それぞれ約200μmおよび約600μmである。
In the
電流ブロック層10c上には、後述するように、赤色半導体レーザ素子20が接着される。この電流ブロック層10cは、接着される赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。
As will be described later, the red
赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に位置する電流ブロック層10cの部分を、放熱用ブロック層330と称する。また、リッジ部形成領域以外の領域に位置する電流ブロック層10cの部分を低容量ブロック層331と称する。放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331の詳細は後述する。
The portion of the
XY平面において、p側パッド電極10aと離間した状態で、電流ブロック層10cの他の領域にAuを含む導電層33が形成されている。XY平面における導電層33の形成領域を導電層形成領域と呼ぶ。
In the XY plane, a
導電層形成領域は、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域を含み、Y方向の軸に垂直な青紫色半導体レーザ素子10の他側面側に配置されている。導電層形成領域、すなわち導電層33の幅(Y方向)および長さ(X方向)は、それぞれ約280μmおよび約600μmである。
The conductive layer formation region includes the ridge portion formation region of the red
導電層33上には、p側パッド電極20aが支持部材5側となるようにAuSnからなる融着層Hを介して赤色半導体レーザ素子20が接着されている。なお、本実施の形態で用いられる赤色半導体レーザ素子20は、第1の実施の形態で説明した図7の赤色半導体レーザ素子20と同じである。したがって、赤色半導体レーザ素子20の幅(Y方向)および長さ(X方向)は、それぞれ約200μmおよび約600μmである。
On the
図17の括弧に示すように、青紫色半導体レーザ素子10上には、赤色半導体レーザ素子20に代えて赤外半導体レーザ素子30が積層されてもよい。
As shown in parentheses in FIG. 17, an infrared
(2) 半導体レーザ装置の電気的配線
図17および図18に示すように、給電ピン1a,1bは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。給電ピン1aはワイヤW3を介して青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと電気的に接続されている。給電ピン1bはワイヤW1を介して導電層33と電気的に接続されている。支持部材5の露出した上面と赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bとがワイヤW2により電気的に接続されている。
(2) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 17 and 18, the power supply pins 1a and 1b are electrically insulated from the
青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bは支持部材5上で融着層Hを介して電気的に接続されている。これにより、給電ピン2は青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bと電気的に接続されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。
The n-
給電ピン1a,2間および給電ピン1b,2間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。
By applying a voltage between the power supply pins 1a and 2 and between the power supply pins 1b and 2, the blue-violet
第3の参考の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線は図5と同じである。したがって、第3の参考の形態に係る半導体レーザ装置500においても、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易となっている。
Electrical wiring of the
(3) 電流ブロック層の寸法
電流ブロック層10cの放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331について説明する。これら放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331は、それぞれ第1および第2の実施の形態で説明した絶縁層32の放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321と同じ役割を果たす。
(3) Dimensions of Current Block Layer The heat
したがって、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に位置する放熱用ブロック層330は、他の領域に位置する低容量ブロック層331よりも薄い厚みを有する。
Therefore, the heat
以下の説明では、低容量ブロック層331の厚みをt331とし、放熱用ブロック層330の厚みをt330とする。また、放熱用ブロック層330の幅(Y方向)をw330とする。
In the following description, the thickness of the low-
ここで、放熱用ブロック層330の厚みt330は、低容量ブロック層331の厚みt331の約1/2以下の大きさを有することが好ましい。
Here, the thickness t330 of the heat-dissipating
図17の半導体レーザ装置500において、低容量ブロック層331の厚みt331は例えば0.5μmである。したがって、放熱用ブロック層330の厚みt330は0.25μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、放熱用ブロック層330の厚みt330を例えば0.05μmに設定する。
In the
また、放熱用ブロック層330の幅w330は、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの幅に対して約2倍以上の大きさを有することが好ましく、導電層33の幅の約1/10以下の大きさを有することが好ましい。
The width w330 of the heat
図17の半導体レーザ装置500において、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの幅は第1の実施の形態で用いられた赤色半導体レーザ素子20と同じで約2.5μmである。したがって、放熱用ブロック層330の幅w330は5μm以上であることが好ましい。
In the
また、導電層33のY方向の幅は約280μmである。したがって、放熱用ブロック層330の幅w330は28μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、放熱用ブロック層330の幅w330を例えば15μmに設定する。
The width of the
(4) 放熱性に関する効果
上述のように、本参考の形態では、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域に薄い放熱用ブロック層330を配置する。また、その他の領域に放熱用ブロック層330よりも厚い低容量ブロック層331を配置する。
(4) as effect described above regarding heat dissipation, in this reference embodiment, disposing the thin heat radiating
これにより、赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riおよびその下方に位置する半導体層(図8のMQW活性層204)で発生された熱が、薄い放熱用ブロック層330を通って効率よく青紫色半導体レーザ素子10に伝達される。
As a result, the heat generated in the ridge Ri of the red
すなわち、薄い放熱用ブロック層330により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。
That is, the thin heat-dissipating
(5) 電流ブロック層の誘電体としての作用
ここで、第3の参考の形態においても、交流電圧による赤色半導体レーザ素子20の駆動時には、導電層形成領域の電流ブロック層10cが誘電体として作用する。したがって、第3の参考の形態では、導電層形成領域の電流ブロック層10cに発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように設定する。
(5) Action of Current Block Layer as Dielectric Material Here, also in the third reference embodiment, when the red
この電流ブロック層10cに発生する容量値の設定は、電流ブロック層10cの低容量ブロック層331の厚みを調整することにより行ってもよいし、低容量ブロック層331の材質、幅および長さを設定することにより、電流ブロック層10cに発生する容量値を調整してもよい。
The capacitance value generated in the
第3の参考の形態において、導電層形成領域に位置する電流ブロック層10cで発生する容量値を式(3)〜(5)に基づいて求めると、その容量値は約18pFとなる。
In the third reference embodiment, when the capacitance value generated in the
一方、第1の実施の形態において説明したように、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値を式(1)に基づいて求めると、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値は約28pFとなる。
On the other hand, as described in the first embodiment, when the capacitance value generated in the first
したがって、本参考の形態に係る半導体レーザ装置500においては、導電層形成領域に位置する電流ブロック層10cで発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となっている。
Accordingly, in the
この場合の実効容量値は、第1の電流ブロック層20cに発生する容量値の2倍以下となる。その結果、電流ブロック層10cに発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下である場合の赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数は、電流ブロック層10cが設けられない場合の遮断周波数から最大でも約3割の低下にとどめられる。
The effective capacitance value in this case is not more than twice the capacitance value generated in the first
このように、電流ブロック層10cに発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように、電流ブロック層10cの厚みを設定することにより、電流ブロック層10cの影響による赤色半導体レーザ素子20の遮断周波数の低下が十分に小さくなる。すなわち、電流ブロック層10cの影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
Thus, by setting the thickness of the
また、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20が、p側パッド電極10aおよびp側パッド電極20aとが対向するように配置されている。それにより、青紫色半導体レーザ素子10の半導体層と、赤色半導体レーザ素子20の半導体層とが近づくので、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の発光点を互いに近づけることができる。それにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20より出射されるレーザ光を集光レンズに透過する際に、レンズによる収差を抑制することができる。
Further, the blue-violet
第3の参考の形態において、電流ブロック層10cは他の構成を有してもよい。例えば、電流ブロック層10cの材料として、SiO2 の代わりに、Al2 O3 またはZrO2 等の酸化物からなる無機絶縁性材料を用いてもよいし、SiNまたはAlN等の窒化物からなる無機絶縁性材料を用いてもよい。
In the third reference embodiment, the
また、電流ブロック層10cは、これらの材料からなる多層膜により形成してもよい。電流ブロック層10cは、図11〜図13で説明した構成を有してもよい。
Further, the
4. 第4の実施の形態
(1)半導体レーザ装置の構成
第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置は、以下の点で第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と構成および動作が異なる。
4). 4. Fourth Embodiment (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a fourth embodiment is different in configuration and operation from the
図19は第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す外観斜視図である。 FIG. 19 is an external perspective view showing a semiconductor laser device according to the fourth embodiment.
図19において、第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置500は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500に加えて給電ピン1cをさらに備える。
In FIG. 19, the
図20は図19の半導体レーザ装置500の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図21は図19の半導体レーザ装置500の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。
20 is a schematic front view showing a state where the
図20に示すように、パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と同様に、複数の融着層Hを介して副基板31、青紫色半導体レーザ素子10、絶縁層32および赤色半導体レーザ素子20が順に積層されている。
As shown in FIG. 20, on the
また、第1の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、絶縁層32は薄い放熱用絶縁層320および厚い低容量絶縁層321からなる。
As in the first embodiment, also in this embodiment, the insulating
なお、本例においても、副基板31は上面および下面に導電層31a,31bを備える。絶縁層32上には導電層32aが形成されている。
Also in this example, the sub-board 31 includes
図20の括弧に示すように、青紫色半導体レーザ素子10上には、赤色半導体レーザ素子20に代えて赤外半導体レーザ素子30が積層されてもよい。
As shown in parentheses in FIG. 20, an infrared
(2) 半導体レーザ装置の電気的配線
図20および図21に示すように、給電ピン1a,1b,1cは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。
(2) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 20 and 21, the power supply pins 1a, 1b, and 1c are electrically insulated from the
給電ピン1aはワイヤW4を介して副基板31上の導電層31aと電気的に接続されている。これにより、給電ピン1aは青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと電気的に接続される。
The
給電ピン1bはワイヤW1を介して絶縁層32上の導電層32aと電気的に接続されている。これにより、給電ピン1bは赤色半導体レーザ素子20のp側パッド電極20aと電気的に接続される。
The
給電ピン1cはワイヤW2を介して赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bと電気的に接続されるとともに、ワイヤW3を介して青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bに電気的に接続されている。これにより、給電ピン1cは青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20の共通のn側パッド電極として作用する。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。
The
特に、第4の実施の形態では、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20が、それぞれ導電性の支持部材5から電気的に絶縁されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20が支持部材5からフローティング状態で結線されている。
In particular, in the fourth embodiment, the blue-violet
給電ピン1a,1c間および給電ピン1b,1c間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20を個別に駆動することができる。
By applying a voltage between the power supply pins 1a and 1c and between the power supply pins 1b and 1c, the blue-violet
図22は、第4の実施の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線を示す回路図である。
FIG. 22 is a circuit diagram showing electrical wiring of the
上述のように、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20はともに、支持部材5から電気的に絶縁されている。この場合、給電ピン1cに任意の電圧を印加することができる。
As described above, both the blue-violet
例えば、赤色半導体レーザ素子20の駆動時においては、給電ピン1cに接地電位を与え、給電ピン1aに接地電位よりも高い電圧を印加する。一方、赤色半導体レーザ素子20よりも駆動電圧が高い青紫色半導体レーザ素子10の駆動時においては、給電ピン1cに負の電圧を印加し、給電ピン1aに赤色半導体レーザ素子20の駆動時と同じ電圧を印加する。
For example, when the red
このように、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20が支持部材5から電気的に絶縁されている。また、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極10b,20bと電気的に接続されている給電ピン1aに任意の電圧を印加することができるので、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易となっている。
Thus, the blue-violet
第4の実施の形態において、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bは互いに電気的に接続されるとともに、支持部材5と電気的に絶縁されている。この場合、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bおよび赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bにそれぞれ電圧を印加することができる。
In the fourth embodiment, the n-
5. 第5の実施の形態
(1)半導体レーザ装置の構成
第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置は、以下の点で第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と構成および動作が異なる。第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置の外観は図19の半導体レーザ装置500と同じであり、第4の実施の形態と同様に、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500に加えて、給電ピン1cをさらに備える。
5. 5. Fifth Embodiment (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a fifth embodiment is different in configuration and operation from the
図23は第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図24は第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。
FIG. 23 is a schematic front view showing a state in which the
パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と同様に、複数の融着層Hを介して副基板31および青紫色半導体レーザ素子10が順に積層されている。第5の実施の形態においても、副基板31は上面および下面に導電層31a,31bを備える。
Similar to the
青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b上の一部領域(以下、第1の絶縁領域と呼ぶ。)にSiO2 からなる絶縁層34が設けられている。絶縁層34上には、後述するように、赤色半導体レーザ素子20が接着される。この絶縁層34は、接着される赤色半導体レーザ素子20のリッジ部形成領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。
An insulating
すなわち、本実施の形態においても、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間に位置する絶縁層34は、薄い放熱用絶縁層340および厚い低容量絶縁層341からなる。絶縁層34上にはAuを含む導電層34aが形成されている。
That is, also in the present embodiment, the insulating
さらに、第1の絶縁領域を除く青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b上の一部領域(以下、第2の絶縁領域と呼ぶ。)にSiO2 からなる絶縁層35が設けられている。絶縁層35上には、後述するように、赤外半導体レーザ素子30が接着される。この絶縁層35は、接着される赤外半導体レーザ素子30のリッジ部形成領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。
Furthermore, an insulating
すなわち、本実施の形態においても、青紫色半導体レーザ素子10と赤外半導体レーザ素子30との間に位置する絶縁層35は、薄い放熱用絶縁層350および厚い低容量絶縁層351からなる。絶縁層35上にはAuを含む導電層35aが形成されている。
That is, also in the present embodiment, the insulating
上記の第1の絶縁領域および第2の絶縁領域はn側パッド電極10b上で、互いに離間している。したがって、絶縁層34,35上の導電層34a,35aは電気的に絶縁されている。
The first insulating region and the second insulating region are separated from each other on the n-
導電層34a上では、融着層Hを介して赤色半導体レーザ素子20が、p側パッド電極20aが支持部材5側となるように接着されている。導電層35a上では、融着層Hを介して赤外半導体レーザ素子30が、p側パッド電極30aが支持部材5側となるように接着されている。
On the
ここで、第5の実施の形態において、青紫色半導体レーザ素子10は約700μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。赤色半導体レーザ素子20は約200μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。赤外半導体レーザ素子30は約200μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。
Here, in the fifth embodiment, the blue-violet
さらに、絶縁層34,35は第1の実施の形態の絶縁層32と同様に約300μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。
Further, the insulating
(2) 半導体レーザ装置の電気的配線
図23および図24に示すように、給電ピン1a,1b,1cは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。
(2) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 23 and 24, the power supply pins 1a, 1b, and 1c are electrically insulated from the
給電ピン1aはワイヤW6を介して副基板31上の導電層31aと電気的に接続されている。これにより、給電ピン1aは青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと電気的に接続される。
The
給電ピン1bはワイヤW1を介して絶縁層34上の導電層34aと電気的に接続されている。これにより、給電ピン1bは赤色半導体レーザ素子20のp側パッド電極20aと電気的に接続される。
The
給電ピン1cはワイヤW4を介して絶縁層35上の導電層35aと電気的に接続されている。これにより、給電ピン1bは赤外半導体レーザ素子30のp側パッド電極30aと電気的に接続される。
The
支持部材5の露出した上面と青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bとがワイヤW2により電気的に接続され、支持部材5の露出した上面と赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bとがワイヤW3により電気的に接続され、支持部材5の露出した上面と赤外半導体レーザ素子30のn側パッド電極30bとがワイヤW5により電気的に接続されている。
The exposed upper surface of the supporting
これにより、給電ピン2は青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b、赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bおよび赤外半導体レーザ素子30のn側パッド電極30bと電気的に接続されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。
As a result, the
給電ピン1a,2間、給電ピン1b,2間および給電ピン1c,2間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30を個別に駆動することができる。それにより、本例の半導体レーザ装置500は青紫色レーザ光、赤色レーザ光および赤外レーザ光の3種類のレーザ光を選択的に出射することができる。
By applying a voltage between the power supply pins 1 a and 2, between the power supply pins 1 b and 2, and between the power supply pins 1 c and 2, the blue-violet
図25は、第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線を示す回路図である。
FIG. 25 is a circuit diagram showing electrical wiring of a
上述のように、給電ピン2は支持部材5と電気的に接続されるとともに、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b、赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bおよび赤外半導体レーザ素子30のn側パッド電極30bと電気的に接続されている。
As described above, the
一方、青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10a、赤色半導体レーザ素子20のp側パッド電極20aおよび赤外半導体レーザ素子30のp側パッド電極30aは支持部材5、すなわち給電ピン2と電気的に絶縁されている。
On the other hand, the p-
これにより、青紫色半導体レーザ素子10を駆動するためには、給電ピン2に対して、給電ピン1aに接地電位よりも高い電圧を印加する必要がある。また、赤色半導体レーザ素子20を駆動するためには、給電ピン2に対して、給電ピン1bに接地電位よりも高い電圧を印加する必要がある。さらに、赤外半導体レーザ素子30を駆動するためには、給電ピン2に対して、給電ピン1cに接地電位よりも高い電圧を印加する必要がある。
Thus, in order to drive the blue-violet
このように、第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、接地電位よりも高い電圧を給電ピン1a,1b,1cのいずれかに与えることにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30を個別に駆動することができる。その結果、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。
As described above, in the
(3) 副基板および絶縁層の誘電体としての作用
第5の実施の形態において、交流電圧による青紫色半導体レーザ素子10の駆動時には副基板31が誘電体として作用する。しかしながら、第1の実施の形態と同様に、副基板31の厚みは約200μmであり、電流ブロック層10cの0.5μmの厚みに比べて著しく大きい。したがって、副基板31が青紫色半導体レーザ素子10に与える影響はほぼ無視することができる。
(3) Action of Sub-Substrate and Insulating Layer as Dielectric In the fifth embodiment, sub-board 31 acts as a dielectric when driving blue-violet
一方、交流電圧による赤色半導体レーザ素子20の駆動時には絶縁層34が誘電体として作用する。第5の実施の形態において、第1の電流ブロック層20cの形状は第1の実施の形態で説明した第1の電流ブロック層20cの形状と同じである。また、絶縁層34の形状は第1の実施の形態で説明した絶縁層32の形状と同じである。
On the other hand, the insulating
すなわち、絶縁層34の放熱用絶縁層340および低容量絶縁層341が、第1の実施の形態における絶縁層32の放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321に相当する。その結果、絶縁性の層の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
That is, the heat
他方、交流電圧による赤外半導体レーザ素子30の駆動時には絶縁層35が誘電体として作用する。第5の実施の形態において、第1の電流ブロック層30cの形状は第1の実施の形態で説明した第1の電流ブロック層20cの形状と同じである。また、絶縁層35の形状は第1の実施の形態で説明した絶縁層32の形状と同じである。
On the other hand, the insulating
すなわち、絶縁層35の放熱用絶縁層350および低容量絶縁層351が、第1の実施の形態における絶縁層32の放熱用絶縁層320および低容量絶縁層321に相当する。その結果、絶縁性の層の影響による赤外半導体レーザ素子30の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
That is, the heat
(4) 半導体レーザ装置の効果
(4−a) 主な効果
第5の実施の形態においては、薄い放熱用絶縁層340により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。
(4) Effects of Semiconductor Laser Device (4-a) Main Effects In the fifth embodiment, electricity between the blue-violet
さらに、薄い放熱用絶縁層350により、青紫色半導体レーザ素子10と赤外半導体レーザ素子30との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤外半導体レーザ素子30の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。
Further, the thin heat-insulating insulating
上述のように、第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置500においては、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。したがって、接地電位よりも高い電圧を給電ピン1a,1b,1cのいずれかに与えることにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30を個別に駆動することができる。
As described above, in the
それにより、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。その結果、半導体レーザ装置500は、青紫色レーザ光、赤色レーザ光および赤外レーザ光の3種類のレーザ光を選択的に出射することができる。
This facilitates control of the driving voltage of each semiconductor laser element. As a result, the
第5の実施の形態において、絶縁層34に発生する容量値は第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下である。これにより、絶縁性の層の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制されている。
In the fifth embodiment, the capacitance value generated in the insulating
第5の実施の形態において、絶縁層35に発生する容量値は第1の電流ブロック層30cに発生する容量値以下である。これにより、絶縁性の層の影響による赤外半導体レーザ素子30の高周波特性の劣化が十分に抑制されている。
In the fifth embodiment, the capacitance value generated in the insulating
(4−b) その他の効果
第5の実施の形態において、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30は互いに同一の基板上に作製されてもよい。この場合、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30がモノリシック構造を有することにより、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30の赤色発光点および赤外発光点の間隔の精度を著しく向上させることができる。
(4-b) Other Effects In the fifth embodiment, the red
6. 第6の参考の形態
(1)半導体レーザ装置の構成
第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置は、以下の点で第5の実施の形態に係る半導体レーザ装置500と構成および動作が異なる。第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置の外観は第5の実施の形態と同様に、図19の半導体レーザ装置500と同じである。
6). Sixth Reference Mode (1) Configuration of Semiconductor Laser Device A semiconductor laser device according to a sixth reference mode is different in configuration and operation from the
図26は第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的正面図であり、図27は第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置の蓋体4を外した状態を示す模式的上面図である。
Figure 26 is a schematic front view showing a state in which the cover body is removed 4 of the semiconductor laser device according to a sixth reference embodiment, the
図26に示すように、パッケージ本体3と一体化された導電性の支持部材5上には、導電性の融着層Hが形成されている。融着層H上には、n側パッド電極10bが支持部材5側となるように青紫色半導体レーザ素子10が接着されている。
As shown in FIG. 26, a conductive fusion layer H is formed on the
第6の参考の形態において、青紫色半導体レーザ素子10は幅(Y方向)が約800μmであり、長さ(X方向)が約600μmである。
In the sixth reference embodiment, the blue-violet
青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aは半導体層に形成される電流ブロック層10cの一部領域に形成されている。第3の参考の形態と同様に、p側パッド電極10a下には青紫色半導体レーザ素子10のリッジ部Riが形成されており、電流ブロック層10cはSiO2 からなる。
The p-
なお、第6の参考の形態において、p側パッド電極10aが形成される一部領域は、XY平面における青紫色半導体レーザ素子10全体の大きさの約1/4である。例えば、p側パッド電極10aは幅(Y方向)が約200μmであり、長さ(X方向)が約600μmである。図26の半導体レーザ装置500では、p側パッド電極10aはY方向における青紫色半導体レーザ素子10の中央部でストライプ状に形成されている。
In the sixth reference embodiment, the partial region where the p-
電流ブロック層10c上には、後述するように、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30が接着される。電流ブロック層10cは、接着される赤色半導体レーザ素子20のリッジ部Riの領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。また、電流ブロック層10cは、接着される赤外半導体レーザ素子30のリッジ部Riの領域と、その他の領域とで厚み(Z方向)が異なる。
As will be described later, the red
第3の参考の形態と同様に、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30のリッジ部形成領域に位置する電流ブロック層10cの部分を、放熱用ブロック層330と称する。また、リッジ部形成領域以外の領域に位置する電流ブロック層10cの部分を低容量ブロック層331と称する。
Similarly to the third reference embodiment, the portion of the
XY平面において、p側パッド電極10aと離間した状態で、電流ブロック層10cの他の領域にAuを含む導電層36,37が形成されている。XY平面における導電層36の形成領域を第1の導電層形成領域と呼ぶ。XY平面における導電層37の形成領域を第2の導電層形成領域と呼ぶ。Y方向において、p側パッド電極10aは第1および第2の導電層形成領域間に位置する。
On the XY plane,
導電層36,37は、ともに幅(Y方向)が約280μmであり、長さ(X方向)が約600μmである。
The
導電層36上には、p側パッド電極20aが支持部材5側となるようにAuSnからなる融着層Hを介して赤色半導体レーザ素子20が接着されている。
On the
導電層37上には、p側パッド電極30aが支持部材5側となるようにAuSnからなる融着層Hを介して赤外半導体レーザ素子30が接着されている。
On the
第5の実施の形態と同様に、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30は、約200μmの幅(Y方向)を有し、約600μmの長さ(X方向)を有する。
Similar to the fifth embodiment, the red
(2) 半導体レーザ装置の電気的配線
図26および図27に示すように、給電ピン1a,1b,1cは、それぞれ絶縁リング1zによりパッケージ本体3と電気的に絶縁されている。
(2) Electrical Wiring of Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 26 and 27, the power supply pins 1a, 1b, and 1c are electrically insulated from the
給電ピン1aはワイヤW5を介して導電層37と電気的に接続されている。これにより、給電ピン1aは赤外半導体レーザ素子30のp側パッド電極30aと電気的に接続される。
The
給電ピン1bはワイヤW1を介して導電層36と電気的に接続されている。これにより、給電ピン1bは赤色半導体レーザ素子20のp側パッド電極20aと電気的に接続される。
The
給電ピン1cはワイヤW3を介して青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと電気的に接続されている。
The
支持部材5の露出した上面と赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bとがワイヤW2により電気的に接続されている。支持部材5の露出した上面と赤外半導体レーザ素子30のn側パッド電極30bとがワイヤW4により電気的に接続されている。
The exposed upper surface of the
第6の参考の形態において、青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10bは支持部材5上に融着層Hを介して電気的に接続されている。これにより、給電ピン2は青紫色半導体レーザ素子10のn側パッド電極10b、赤色半導体レーザ素子20のn側パッド電極20bおよび赤外半導体レーザ素子30のn側パッド電極30bと電気的に接続されている。すなわち、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30のカソードコモンの結線が実現されている。
In a sixth reference embodiment, n-
給電ピン1c,2間、給電ピン1b,2間および給電ピン1a,2間のそれぞれに電圧を印加することにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30を個別に駆動することができる。第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置500の電気的配線は図25と同じである。なお、図25においては、括弧内に第6の参考の形態に係る給電ピンの符号が示されている。このように、第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置500においても、各半導体レーザ素子10,20,30の駆動電圧の制御が容易となっている。
By applying a voltage between the power supply pins 1c and 2, between the power supply pins 1b and 2, and between the power supply pins 1a and 2, the blue-violet
(3) 電流ブロック層の誘電体としての作用
交流電圧による赤色半導体レーザ素子20の駆動時には、第1の導電層形成領域の電流ブロック層10cが誘電体として作用する。したがって、第6の参考の形態では、第1の導電層形成領域の電流ブロック層10cに発生する容量値が第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下となるように設定する。
(3) Operation of the current blocking layer as a dielectric When the red
第6の参考の形態において、第1の導電層形成領域、すなわち導電層36の形状は、第3の参考の形態の導電層形成領域、すなわち導電層33の形状と同じである。
In the sixth reference form, the shape of the first conductive layer formation region, that is, the
したがって、本例では、第1の導電層形成領域の電流ブロック層10cの形状を、第3の参考の形態における導電層形成領域の電流ブロック層10cの形状と同じに設定する。
Therefore, in this example, the shape of the
この場合、第1の導電層形成領域の放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331が、第3の参考の形態の導電層形成領域の放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331に相当する。その結果、絶縁性の層の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
In this case, the heat
交流電圧による赤色半導体レーザ素子30の駆動時には、第2の導電層形成領域の電流ブロック層10cが誘電体として作用する。したがって、第6の参考の形態では、第1の導電層形成領域の電流ブロック層10cに発生する容量値が第1の電流ブロック層30cに発生する容量値以下となるように設定する。
When the red
第6の参考の形態において、第2の導電層形成領域、すなわち導電層37の形状は、第3の参考の形態の導電層形成領域、すなわち導電層33の形状と同じである。
In the sixth reference form, the shape of the second conductive layer formation region, that is, the
したがって、本例では、第2の導電層形成領域の電流ブロック層10cの形状を、第3の参考の形態の導電層形成領域の電流ブロック層10cの形状と同じに設定する。
Therefore, in this example, the shape of the
この場合、第2の導電層形成領域の放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331が、第3の参考の形態の導電層形成領域の放熱用ブロック層330および低容量ブロック層331に相当する。その結果、絶縁性の層の影響による赤外半導体レーザ素子30の高周波特性の劣化が十分に抑制される。
In this case, the heat
(4) 半導体レーザ装置の効果
(4−a) 主な効果
第6の参考の形態においては、薄い放熱用ブロック層330により、青紫色半導体レーザ素子10と赤色半導体レーザ素子20との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤色半導体レーザ素子20の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。
(4) semiconductor laser effect (4-a) of the device in the form of a main effect sixth reference, thin by the
さらに、薄い放熱用ブロック層330により、青紫色半導体レーザ素子10と赤外半導体レーザ素子30との間の電気的な絶縁が確保されるとともに、赤外半導体レーザ素子30の放熱性が局部的に向上される。したがって、放熱性の低下が十分に低減される。
Further, the thin heat-dissipating
上述のように、第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置500においては、青紫色半導体レーザ素子10および赤色半導体レーザ素子20のカソードコモンの結線が実現されている。したがって、接地電位よりも高い電圧を給電ピン1a,1b,1cのいずれかに与えることにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30を個別に駆動することができる。
As described above, in the
それにより、各半導体レーザ素子の駆動電圧の制御が容易になる。その結果、半導体レーザ装置500は、青紫色レーザ光、赤色レーザ光および赤外レーザ光の3種類のレーザ光を選択的に出射することができる。
This facilitates control of the driving voltage of each semiconductor laser element. As a result, the
第6の参考の形態において、電流ブロック層10cに発生する容量値は第1の電流ブロック層20cに発生する容量値以下である。これにより、絶縁性の層の影響による赤色半導体レーザ素子20の高周波特性の劣化が十分に抑制されている。
In the sixth reference embodiment, the capacitance value generated in the
第6の参考の形態において、電流ブロック層10cに発生する容量値は第1の電流ブロック層30cに発生する容量値以下である。これにより、絶縁性の層の影響による赤外半導体レーザ素子30の高周波特性の劣化が十分に抑制されている。
In the sixth reference embodiment, the capacitance value generated in the
(4−b) その他の効果
上述のように、第6の参考の形態に係る半導体レーザ装置500においては、青紫色半導体レーザ素子10のp側パッド電極10aと赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30のp側パッド電極20a,30aとが対向するように配置されている。
(4-b) as other advantages described above, in the
これにより、青紫色半導体レーザ素子10、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30のそれぞれの発光点をYZ平面内でほぼ同一直線上に配置することが可能となっている。
As a result, the emission points of the blue-violet
第6の参考の形態において、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30は互いに同一の基板上に作製されてもよい。この場合、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30がモノリシック構造を有することにより、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30の赤色発光点および赤外発光点の間隔の精度を著しく向上させることができる。
In the sixth reference embodiment, the red
7. 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
第1〜第6の実施の形態および参考の形態においては、青紫色レーザ光が第1の波長の光に相当し、青紫色半導体レーザ素子10が第1の半導体レーザ素子に相当し、赤色レーザ光および赤外レーザ光が第2の波長の光に相当し、赤色半導体レーザ素子20および赤外半導体レーザ素子30が第2の半導体レーザ素子に相当する。
7). Correspondence between Each Component of Claim and Each Part in Embodiment In the first to sixth embodiments and the reference embodiment , the blue-violet laser light corresponds to the light of the first wavelength, and the blue-violet
また、青紫色半導体レーザ素子10のMQW活性層104のうちリッジ部Riの下方に位置する部分(図7参照)が第1の光導波路に相当し、赤色半導体レーザ素子20のMQW活性層204のうちリッジ部Riの下方に位置する部分(図8参照)、および赤外半導体レーザ素子30のMQW活性層304のうちリッジ部Riの下方に位置する部分(図9参照)が第2の光導波路に相当する。
In addition, a portion of the MQW
さらに、絶縁層32,34,35および電流ブロック層10cが絶縁層に相当し、レーザ出射端面20Tが光出射端面に相当し、放熱用絶縁層320,340,350および放熱用ブロック層330が絶縁層の第1の部分に相当し、低容量絶縁層321,341,351および低容量ブロック層331が絶縁層の第2の部分に相当する。
Further, the insulating
また、電流ブロック層10cが第1の電流狭窄層に相当し、第1の電流ブロック層20c,30cが第2の電流狭窄層に相当し、n−GaN基板1sが第1の基板に相当し、n−GaN基板1s上の半導体層が第1の半導体層に相当し、p側パッド電極10aが第1の一方電極に相当し、n側パッド電極10bが第1の他方電極に相当する。
The
さらに、n−GaAs基板5Xが第2の基板に相当し、n−GaAs基板5X上の半導体層は第2の半導体層に相当し、p側パッド電極20aおよびp側パッド電極30aが第2の一方電極に相当し、n側パッド電極20bおよびn側パッド電極30bが第2の他方電極に相当する。
Further, the n-
本発明は、情報処理の高速化および大容量化に対応した光学式記録媒体の駆動装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optical recording medium driving device that supports high speed information processing and large capacity.
1s n−GaN基板
5 支持部材
5X n−GaAs基板
10 青紫色半導体レーザ素子
10a,20a,30a p側パッド電極
10b,20b,30b n側パッド電極
10c 電流ブロック層
20 赤色半導体レーザ素子
20c,30c 第1の電流ブロック層
20T レーザ出射端面
30 赤外半導体レーザ素子
32,34,35 絶縁層
32a,33,34a,35a,36,37 導電層
104,204,304 MQW活性層
320,340,350 放熱用絶縁層
321,341,351 低容量絶縁層
330 放熱用ブロック層
331 低容量ブロック層
500 半導体レーザ装置
Ri リッジ部
1s n-
Claims (10)
前記支持部材上に接着され、第1の光導波路を有しかつ第1の波長の光を出射する第1の半導体レーザ素子と、
前記第1の半導体レーザ素子上に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられる導電層と、
前記導電層上に接着され、第2の光導波路を有しかつ第2の波長の光を出射する第2の半導体レーザ素子とを備え、
前記第2の光導波路の少なくとも光出射端面側の領域に対応する前記絶縁層の第1の部分が、前記第1の部分を除く前記絶縁層の第2の部分よりも高い熱伝導性を有し、
前記絶縁層の前記第1の部分は、第1の熱伝導率を有する第1の材料を含み、
前記絶縁層の前記第2の部分は、前記第1の部分よりも低い第2の熱伝導率を有する第2の材料を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。 A conductive support member;
A first semiconductor laser element bonded onto the support member , having a first optical waveguide and emitting light of a first wavelength;
An insulating layer provided on the first semiconductor laser element;
A conductive layer provided on the insulating layer;
The bonded to the conductive layer, Bei example a second semiconductor laser element for emitting a second has an optical waveguide and light of the second wavelength,
The first portion of the insulating layer corresponding to at least the region on the light emitting end face side of the second optical waveguide has higher thermal conductivity than the second portion of the insulating layer excluding the first portion. And
The first portion of the insulating layer includes a first material having a first thermal conductivity;
The semiconductor laser device , wherein the second portion of the insulating layer includes a second material having a second thermal conductivity lower than that of the first portion .
前記支持部材上に接着され、第1の光導波路を有しかつ第1の波長の光を出射する第1の半導体レーザ素子と、A first semiconductor laser element bonded onto the support member, having a first optical waveguide and emitting light of a first wavelength;
前記第1の半導体レーザ素子上に設けられる絶縁層と、An insulating layer provided on the first semiconductor laser element;
前記絶縁層上に設けられる導電層と、A conductive layer provided on the insulating layer;
前記導電層上に接着され、第2の光導波路を有しかつ第2の波長の光を出射する第2の半導体レーザ素子とを備え、A second semiconductor laser element bonded on the conductive layer, having a second optical waveguide and emitting light of a second wavelength;
前記第2の光導波路の少なくとも光出射端面側の領域に対応する前記絶縁層の前記第1の部分は、前記第1の部分を除く前記絶縁層の第2の部分よりも小さな厚みを有することを特徴とする半導体レーザ装置。The first portion of the insulating layer corresponding to at least a region on the light emitting end face side of the second optical waveguide has a smaller thickness than the second portion of the insulating layer excluding the first portion. A semiconductor laser device.
前記絶縁層の前記第2の部分は、前記第1の部分よりも低い第2の熱伝導率を有する第2の材料を含むことを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ装置。 The first portion of the insulating layer includes a first material having a first thermal conductivity;
3. The semiconductor laser device according to claim 2 , wherein the second portion of the insulating layer includes a second material having a second thermal conductivity lower than that of the first portion.
前記導電層直下における前記絶縁層に発生する容量値は、前記第1の電流狭窄層に発生する容量値以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 Before SL first semiconductor laser element includes a first current confinement layer for confining current flowing into the first optical waveguide,
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer is equal to or less than a capacitance value generated in the first current confinement layer.
前記導電層直下における前記絶縁層に発生する容量値は、前記第2の電流狭窄層に発生する容量値以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 Before Stories second semiconductor laser element includes a second current confinement layer for confining current flowing into the second optical waveguide,
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a capacitance value generated in the insulating layer immediately below the conductive layer is equal to or less than a capacitance value generated in the second current confinement layer.
前記第2の半導体レーザ素子は、第2の基板上に形成された第2の半導体層、前記第2の半導体層に形成された第2の一方電極および前記第2の基板に形成された第2の他方電極を備え、
前記第2の半導体レーザ素子の前記第2の他方電極は前記第1の半導体レーザ素子の前記第1の他方電極と電気的に接続されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 The first semiconductor laser element includes a first semiconductor layer formed on a first substrate, a first one electrode formed on the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer formed on the first substrate. 1 with the other electrode,
The second semiconductor laser element includes a second semiconductor layer formed on a second substrate, a second one electrode formed on the second semiconductor layer, and a second semiconductor layer formed on the second substrate. Two other electrodes,
Wherein the second of the other electrode of the second semiconductor laser element to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is the first of the other electrode electrically connected to the first semiconductor laser element The semiconductor laser device described.
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