JP5521611B2 - 光装置および光機器 - Google Patents

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Description

本発明は、同一のパッケージに複数の光素子を収容した光装置およびそれを備えた光機器に関する。
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。）を用いた半導体レーザは、既存の光学系を使用して記録・再生が可能な光ディスクの限界波長とされている４００ｎｍ前後（例えば、４０５ｎｍ）の発振波長が得られることから、Blu-ray （ブルーレイ）などの次世代光ディスク用の記録・再生装置の光源として利用されている。
次世代光ディスク用の記録・再生装置は、市場の要望に応えるためマルチフォーマット対応とされているものが多い。すなわち、これらは次世代光ディスクだけでなく、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）またはＣＤ（Compact Disk），ＣＤ−Ｒ（CD Recordable ），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable ）あるいはＭＤ（Mini Disk ）など、既存の光ディスクの記録・再生にも対応可能である。このことは、現在急速に普及しているＤＶＤ用の記録・再生装置においても同様で、それらのほとんどはＤＶＤ以前のＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の記録・再生にも対応している。
そのようなマルチフォーマット対応の光ディスク装置の光源として、４００ｎｍ帯の光を発生する半導体レーザと、ＤＶＤの記録・再生に用いられる６００ｎｍ帯（例えば、６６０ｎｍ）またはＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の記録・再生に用いられる７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）の光を発生する半導体レーザとを一つのパッケージに収容した多波長レーザの開発が進められている。多波長レーザを用いることにより、種々の光ディスクを記録・再生するための対物レンズやビームスプリッタなどの光学系の部品点数を減らして光学系の構成を簡素化し、光ディスク装置の小型化・薄型化および低コスト化を実現することができる。
ここで、６００ｎｍ帯の半導体レーザと７００ｎｍ帯の半導体レーザとはいずれもＧａＡｓ基板に形成されるので、１チップ内に作り込むこと（いわゆるモノリシック化）が可能である。一方、４００ｎｍ帯の半導体レーザの基板としては、サファイア，ＳｉＣ，ＺｎＯあるいはＧａＮ基板が用いられているが、ＧａＡｓ基板を用いることはできない。そのため、従来では、４００ｎｍ帯の半導体レーザを取り込んだ多波長レーザは、例えば図１５に示したように、ＧａＮ基板２１１を用いた４００ｎｍ帯の半導体レーザ２１０と、ＧａＡｓ基板２２１を用いた６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯のモノリシック型の半導体レーザ２２０とを支持基体２３０上に重ねて実装した、いわゆるハイブリッド型とされている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ハイブリッド型の多波長レーザを作製する際に、二つの半導体レーザ同士の接合をフリップチップ接合により行うことも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、従来のハイブリッド型の多波長レーザでは、ＧａＮ基板２１１の裏面にワイヤＷ１，Ｗ２を接合してパッケージ（図示せず）への電気的接続を行うので、半導体レーザ２１０の寸法を大きくする必要があった。ところが、当時、良質なＧａＮ基板を製造可能な基板メーカは少なく、かつ技術的にも難しかったので、ＧａＮ基板は高価格であった。そのため、半導体レーザ２１０の寸法を大きくすることはそのまま原料コスト増大につながってしまうという問題があった。
図１６に示したように、半導体レーザ２１０，２２０の積層順序を逆にすれば半導体レーザ２１０の寸法を小さくしてもワイヤの接合が可能になる。しかし、この場合、半導体レーザ２２０のＧａＡｓ基板側を支持基体２３０に対向させて実装すると、ＧａＡｓ基板の熱伝導性が乏しいので、放熱性能が低下して寿命が確保できなくなってしまい、一方、ＧａＡｓ基板側を半導体レーザ２１０側に対向させて実装すると、各波長帯の独立駆動のための実装工程が難しくなってしまっていた。
そこで、本出願人は、半導体レーザ２１０の寸法を小さくした上で、半導体レーザ２１０，２２０を図１５と同様の積層順序で支持基体２３０上に重ね、半導体レーザ２２０のうち庇状に張り出した部分をバンプ（図示せず）で支持することを特許文献３で提案している。これにより、原料コストを低く抑えつつ、放熱性能を高めることができる。
特開２００１−２３０５０２号公報 特開平１１−３４０５８７号公報
ところで、特許文献３では、半導体レーザ２１０と半導体レーザ２２０とを互いに接合するために溶着層（図示せず）が用いられている。溶着層は、半導体レーザ２１０，２２０に使用されている材料の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有している。そのため、半導体レーザ２１０，２２０および溶着層の温度が半導体レーザ２１０，２２０の駆動によって上昇すると、半導体レーザ２１０，２２０および溶着層はそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張し、半導体レーザ２１０，２２０のうち溶着層で固定された箇所は線膨脹係数差による引っ張り歪が発生する。その結果、半導体レーザ２１０，２２０のバンド構造に変化が生じ、ＴＭモードの偏光成分が増大するので、ＴＥモードの偏光比が低下する虞がある。
この偏光比の低下は、多波長レーザを光ディスク装置の光源として用いた場合に、特に問題となり得る。すなわち、光ディスク装置では、光源と光ディクスとの間に、戻り光ノイズ抑制のためのλ/4板が介在しており、光ディクスからの信号光は、このλ/4板を介して受光素子に導かれる。従って、光ディクスからの信号光のうち主にＴＥモードの成分が受光素子で検出されることになるので、温度上昇によってＴＥモードの偏光比が低下すると、受光素子で検出できる光強度が低下してしまう。
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、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することの可能な光装置およびそれを備えた光機器を提供することにある。
本発明の光装置は、第１面の近傍に第１発光領域を有するとともに、第１面のうち少なくとも第１発光領域との非対向領域に接する第１金属層を有する光素子を備えたものである。この光装置は、光素子の第１面側に支持体を備えており、さらに、第１面と支持体との間であって、かつ第１発光領域との非対向領域だけに、第１金属層および支持体を互いに接合する溶着層を備えている。この光装置において、第１金属層は、第１面のうち第１発光領域との対向領域にも接しており、かつ第１発光領域に電流注入する電極として機能する。光素子は、第１金属層の支持体側の表面のうち第１発光領域との対向領域に接する白金層または絶縁層を有している。支持体は、溶着層側の第２面の近傍に第２発光領域および第３発光領域を有し、さらに、第１発光領域、第２発光領域および第３発光領域との非対向領域だけに設けられた第４金属層とを有している。溶着層は、第１金属層と第４金属層とを互いに接合しており、白金層または絶縁層と支持体との間が空隙となっている。本発明の光機器は、上記の光装置を光源として備えたものである。
本発明の第１の光装置および第１の光機器では、第１発光領域との非対向領域に、第１金属層および支持体を互いに接合する溶着層が設けられている。これにより、光素子および溶着層の温度が光素子の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、第１発光領域において、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。
本発明の光装置ならびに光機器によれば、光素子および溶着層がそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域において、線膨脹係数差による歪の発生を抑制するようにした。これにより、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置において第１および第２の光装置を光源として用いた場合は、受光素子で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を表す断面図である。 図１の発光領域を規定するレーザ構造の一例を表す断面図である。 図１の発光領域を規定するレーザ構造の他の例を表す断面図である。 図１の半導体レーザ装置の第１の変形例を表す断面図である。 図１の半導体レーザ装置の構成の第２の変形例を表す断面図である。 図２の半導体レーザ装置の構成の第３の変形例を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を表す断面図である。 図７の半導体レーザ装置の構成の第１の変形例を表す断面図である。 図７の半導体レーザ装置の構成の第２の変形例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装置の構成の一例を表す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を表す断面図である。 図１０の半導体レーザ装置の構成の他の例を表す断面図である。 図１１の半導体レーザ装置の構成の他の例を表す断面図である。 本適用例に係る光ディスク記録再生装置の概略構成の一例を表すものである。 従来の半導体レーザ装置の構成の一例を表す断面図である。 従来の半導体レーザ装置の他の構成の一例を表す断面図である。
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。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（発光領域との対向領域に溶着層なし）
２．第１の実施の形態の変形例
３．第２の実施の形態（発光領域との対向領域に耐歪層あり）
４．第２の実施の形態の変形例
５．第３の実施の形態（３波長レーザ、発光領域との対向領域に溶着層なし）
６．第４の実施の形態（３波長レーザ、発光領域との対向領域に耐歪層あり）
７．適用例（光ディスク記録再生装置）
＜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装置１（光装置）の断面構造の一例を表すものである。この半導体レーザ装置１は、支持体１０上に、半導体レーザ２０（光素子）を配設したものである。支持体１０と半導体レーザ２０との間には、支持体１０および半導体レーザ２０を互いに接合する溶着層３０が設けられている。
支持体１０は、半導体レーザ２０のうち後述の面２１Ｂ（第１面）側に配置されている。この支持体１０は、例えば、半導体レーザ２０を支持するヒートシンクもしくはサブマウント、または半導体レーザなどの光素子である。ヒートシンクおよびサブマウントは、半導体レーザ２０において発生した熱を放散する放熱部材としての機能を有している。ヒートシンクは、例えば、Ｃｕなどの金属により構成されており、サブマウントは、例えばＳｉまたはＡｌＮにより構成されている。
半導体レーザ２０は、例えば、支持体１０側の面２１Ｂの近傍に発光領域２１Ａ（第１発光領域）を有するレーザ部２１を備えている。この半導体レーザ２０は、さらに、例えば、レーザ部２１の面２１Ｂ側に電極２２（金属層）を備えており、レーザ部２１の面２１Ｂとは反対の面側に電極２３を備えている。電極２２は、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域（発光領域２１Ａとの非対向領域）に接している。
ここで、レーザ部２１は、例えば、図２、図３に示したように、基板１１、クラッド層１２、活性層１３、クラッド層１４およびコンタクト層１５を含んで構成されたものである。クラッド層１２、活性層１３、クラッド層１４およびコンタクト層１５は、基板１１上にこの順に積層されており、ダブルへテロ構造をなしている。発光領域２１Ａは、活性層１３のうち電極２２，２３間を流れる電流が注入される領域に対応しており、電流注入により活性層１３のバンドギャップに対応した波長の光を発する領域である。レーザ部２１が、例えば、図２に示したようなインデックスガイド構造を備えている場合は、凸状のリッジストライプ１６の上面（コンタクト層１７の上面）が電極２２と接しており、リッジストライプ１６の側面および裾野は絶縁層１７で覆われている。従って、この場合には、発光領域２１Ａは、活性層１３のうち、凸状のリッジストライプ１６との対向領域に形成される。また、レーザ部２１が、例えば、図３に示したようなゲインガイド構造を備えている場合は、コンタクト層１５の上面うち絶縁層１７の開口１７Ａ内に露出している部分が電極２２と接しており、コンタクト層１５の上面うちそれ以外の部分は絶縁層１７で覆われている。従って、この場合には、発光領域２１Ａは、活性層１３のうち、絶縁層１７の開口１７Ａとの対向領域に形成される。
半導体レーザ２０が、発光領域２１Ａから例えば４００ｎｍ帯（例えば４０５ｎｍ）のレーザ光を射出する半導体レーザである場合は、クラッド層１２、活性層１３、クラッド層１４およびコンタクト層１５は、例えば、ＧａＮ系の化合物半導体により構成されている。このとき、半導体レーザ２０の基板１１としては、例えば、熱伝導率が約１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い値を示すＧａＮ基板が用いられる。半導体レーザ２０が、発光領域２１Ａから例えば６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）のレーザ光を射出する半導体レーザである場合は、クラッド層１２、活性層１３、クラッド層１４およびコンタクト層１５は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体により構成されている。半導体レーザ２０が、発光領域２１Ａから例えば７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）のレーザ光のレーザ光を射出する半導体レーザである場合は、クラッド層１２、活性層１３、クラッド層１４およびコンタクト層１５は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体により構成されている。半導体レーザ２０がＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体により構成されている場合、これらの半導体レーザ２０の基板１１としては、例えば、熱伝導率が約５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）という低い値を示すＧａＡｓ基板が用いられる。
電極２２，２３は、発光領域２１Ａに電流注入する電極として機能するとともに、半導体レーザ２０において発生した熱を放散する放熱部材としての機能も有している。電極２２，２３は、例えば、伝導率の高い金属材料により形成されている。電極２２は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＰｄによって形成されている。なお、電極２２は、複数の金属材料の積層体となっていてもよく、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕをレーザ部２１側から順に積層して構成されていてもよい。電極２３は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金、Ｎｉ、またはＡｕによって形成されている。また、例えば、電極２３は、Ｔｉ、Ｐｔ、またはＡｕによって形成されている。なお、電極２３は、複数の金属材料の積層体となっていてもよく、例えば、ＡｕとＧｅとの合金、ＮｉおよびＡｕをレーザ部２１側から順に積層して構成されていてもよい。電極２３は、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕをレーザ部２１側から順に積層して構成されていてもよい。絶縁層１７は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどによって形成されている。
次に、溶着層３０について説明する。溶着層３０は、電極２２と支持体１０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの非対向領域に形成されている。溶着層３０は、例えば、図１に示したように、電極２２と支持体１０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの対向領域の両脇に、ストライプ状に形成されている。溶着層３０は、電極２２の表面のうち発光領域２１Ａとの非対向領域と、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの非対向領域とに接して形成されている。つまり、溶着層３０は、電極２２の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域と、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域とには接触していない。電極２２と支持体１０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの対向領域は、例えば、空隙となっている。なお、図示しないが、この領域が支持体１０および半導体レーザ２０の線膨張係数と同等もしくはそれよりも小さな材料によって充填されていてもよい。
ここで、溶着層３０が半導体レーザ２０を支持体１０に単に固定するためだけのものである場合には、溶着層３０は、導電性および絶縁性のいずれの電気的性質を有する材料によって形成されていてもよい。つまり、この場合には、溶着層３０は、例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂などの絶縁性接着剤によって構成されていてもよいし、半田などの導電性接合材料によって構成されていてもよい。なお、半田の種類としては、例えば、Ｓｎ、ＡｕとＳｎとの合金、ＺｎとＳｎとの合金、またはＡｇとＳｎとの合金などが挙げられる。
さらに、支持体１０の表面に引き出し電極（図示せず）が設けられ、溶着層３０が電極２２と引き出し電極との導通を取るための配線としても用いられるものである場合には、溶着層３０は、例えば、半田などの導電性接合材料によって構成されている。なお、このときの半田の材料には、上記と同様の材料が用いられる。
溶着層３０の線膨張係数は、特に限定されないが、支持体１０および半導体レーザ２０の線膨張係数よりも大きくなっていてもよいし、支持体１０および半導体レーザ２０の線膨張係数と同等もしくはそれよりも小さくなっていてもよい。なお、溶着層３０として上述の半田が用いられている場合には、溶着層３０の線膨張係数は、支持体１０および半導体レーザ２０の線膨張係数よりも大きくなっている。
本実施の形態では、発光領域２１Ａとの非対向領域に、金属層２２および支持体１０を互いに接合する溶着層３０が設けられている。これにより、半導体レーザ２０および溶着層３０の温度が半導体レーザ２０の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域２１Ａにおいて、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。その結果、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置１を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
＜第１の実施の形態の変形例＞
上記実施の形態では、電極２２は、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に接していたが、半導体レーザ２０が電流注入用の電極を電極２２以外に有している場合は、電極２２は、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの非対向領域にだけ接していてもよい。
また、上記実施の形態では、溶着層３０は、例えば、図１に示したように、電極２２と支持体１０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの対向領域の両脇に、ストライプ状に形成されていた。しかし、例えば、図４に示したように、溶着層３０が、発光領域２１Ａとの対向領域の片側にだけ、ストライプ状に形成されていてもよい。
また、上記実施の形態およびその変形例では、電極２２のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面には溶着層３０が接していなかったが、製造過程において溶着層３０がその表面にまで濡れ広がるのを抑える機構が設けられていることが好ましい。そのような機構としては、例えば、図５、図６に示したように、電極２２のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面に、溶着層３０との関係で濡れ性の悪い非着層２４が設けられていてもよい。非着層２４は、例えば、Ｐｔなどの濡れ性の悪い金属や、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどの絶縁材料などを含んで構成されている。
また、上記実施の形態およびその変形例では、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面には溶着層３０が接していなかったが、製造過程において溶着層３０がその表面にまで濡れ広がるのを抑える機構が設けられていることが好ましい。そのような機構としては、例えば、図示しないが、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面に、溶着層３０との関係で濡れ性の悪い非着層が設けられていてもよい。この非着層は、例えば、Ｐｔなどの濡れ性の悪い金属や、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどの絶縁材料などを含んで構成されている。
＜第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置２（光装置）の断面構造の一例を表すものである。この半導体レーザ装置２は、支持体１０上に、溶着層３０を介して半導体レーザ２０（光素子）を配設した点で、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と共通する。しかし、この半導体レーザ装置２は、溶着層３０が、支持体１０と半導体レーザ２０との間であって、かつ少なくとも発光領域２１Ａとの対向領域に配置されている点で、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。さらに、この半導体レーザ装置２は、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域と溶着層３０との間に、耐歪層３１が設けられている点でも、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
本実施の形態では、溶着層３０は、支持体１０と半導体レーザ２０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に設けられている。この溶着層３０は、電極２２の支持体１０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に接しており、かつ支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に接している。
耐歪層３１は、例えば、図７に示したように、電極２２内に形成されている。耐歪層３１の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、発光領域２１Ａの形状と同一形状となっている。耐歪層３１の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、発光領域２１Ａの大きさよりも大きくなっている。耐歪層３１は、電極２２の線膨張係数よりも小さな線膨張係数の材料を含んで構成されており、好ましくはレーザ部２１の線膨張係数と同じか、またはそれよりも小さな線膨張係数の材料を含んで構成されている。これにより、耐歪層３１は、溶着層３０と電極２２との線膨張係数差による歪の発生を抑制するようになっている。耐歪層３１は、例えば、線膨張係数がおよそ１．７ｐｐｍ／℃のＳｉＮ、または、線膨張係数がおよそ０．５ｐｐｍ／℃のＳｉＯ2を含んで構成されている。
本実施の形態では、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域と溶着層３０との間に、耐歪層３１が設けられている。これにより、半導体レーザ２０および溶着層３０の温度が半導体レーザ２０の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域２１Ａにおいて、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。その結果、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置２を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
＜第２の実施の形態の変形例＞
上記第２の実施の形態では、耐歪層３１は、電極２２内に形成されていたが、例えば、図８に示したように電極２２と溶着層３０との間に形成されていてもよいし、例えば、図９に示したように電極２２とレーザ部２１の面２１Ｂとの間に形成されていてもよい。ただし、耐歪層３１が電極２２とレーザ部２１の面２１Ｂとの間に形成されている場合には、耐歪層３１の大きさは、発光領域２１Ａの大きさよりもある程度小さくなっていることが好ましい。
＜第３の実施の形態＞
[構成]
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ装置３（光装置）の断面構造の一例を表すものである。この半導体レーザ装置３は、光ディスクの記録・再生等を行う光ディスク装置（光機器）の光源として好適に用いられるものである。
半導体レーザ装置３は、半導体レーザ２０と半導体レーザ４０とをこの順に重ねて支持基体５０上に配置したものであり、多波長レーザとしての機能を有している。半導体レーザ２０，４０は、チップ状の半導体レーザであり、半導体レーザ４０の横幅（共振器方向と直交する方向の幅）が半導体レーザ２０の横幅よりも広くなっている。半導体レーザ２０，４０は、それぞれの光射出側の端面（図示せず）が同一面内に配置されるように重ね合わされている。半導体レーザ２０，４０の後ろ側の端面（図示せず）は、同一面内に配置されていてもよいし、互いに異なる面内に配置されていてもよい。なお、半導体レーザ２０，４０の後ろ側の端面が同一面内に配置されている場合には、半導体レーザ２０，４０の共振器長が互いに等しいことを意味している。一方、半導体レーザ２０，４０の後ろ側の端面が互いに異なる面内に配置されている場合には、半導体レーザ２０，４０の共振器長が互いに異なっていることを意味している。
半導体レーザ２０は、光射出側の端面のうち発光領域２１Ａに対応する領域（発光点）から例えば４００ｎｍ帯（例えば４０５ｎｍ）のレーザ光を射出する半導体レーザであり、ＧａＮ系の化合物半導体により構成されている。この半導体レーザ２０では、熱伝導率が約１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い値を示すＧａＮ基板が用いられ、このＧａＮ基板が半導体レーザ２０，４０の内部で発生した熱を放熱するヒートシンクとして機能する。半導体レーザ２０では、半導体レーザ２０の下面側（ＧａＮ基板側）に電極２３が、半導体レーザ２０の上面側（半導体レーザ４０側）に電極２２がそれぞれ設けられている。
半導体レーザ４０は、モノリシック型の多波長レーザであり、光射出側の端面のうち２つの発光領域４１Ａ，４１Ｂに対応する領域（発光点）から例えば６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）のレーザ光と７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）のレーザ光を射出する２種類の半導体レーザ構造を含んでいる。この半導体レーザ４０は、２つの発光点が半導体レーザ２０の発光点に近づくように所謂ジャンクションダウン方式で、半導体レーザ２０および支持基体５０上に配置されている。例えば、発光領域４１Ｂに対応する発光点と、発光領域２１Ａに対応する発光点とが互いに最も近接するように、半導体レーザ４０が半導体レーザ２０および支持基体５０上に配置されている。６００ｎｍ帯のレーザ構造はＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体により構成されており、７００ｎｍ帯のレーザ構造はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体により構成されている。この半導体レーザ４０では、熱伝導率が約５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）という低い値を示すＧａＡｓ基板が用いられている。すなわち、本実施の形態では、半導体レーザ４０の内部で発生した熱は、ＧａＡｓ基板側ではなく、半導体レーザ２０と、バンプ３３，３４とを通じて支持基体５０側に伝わるようになっている。
半導体レーザ４０では、ＧａＡｓ基板上に、２つの発光領域４１Ａ，４１Ｂを含むＧａＡｓ系のレーザ部４１が設けられている。半導体レーザ４０の下面側（半導体レーザ２０側）に２つの電極４２，４３と、引出電極４６とが設けられている。なお、電極４３および引出電極４６は、絶縁層４５を介して積層されており、互いに電気的に分離されている。電極４３は引出電極４６よりも半導体レーザ４０に近接して配置されている。半導体レーザ４０の上面側（ＧａＡｓ基板側）に電極４４が設けられている。この電極４４にはワイヤ３５が接合されている。電極４２は発光領域４１Ａ側のレーザの電極として機能するものであり、電極４３は発光領域４１Ｂ側のレーザの電極として機能するものである。電極４４は発光領域４１Ａ側のレーザおよび発光領域４１Ｂ側のレーザの双方に共通する電極として機能するものである。電極４２，４３，４４および引出電極４６は、例えば金等の熱伝導率の高い金属材料を含んで形成されている。
半導体レーザ２０，４０は、溶着層３０を介して互いに接合されている。図１０に示したように、半導体レーザ２０の電極２２と、半導体レーザ４０の引出電極４６とが溶着層３０を介して互いに接合されると共に互いに電気的に接続されている。半導体レーザ２０は、溶着層３２を介して支持基体５０（後述のサブマウント５２）に接合されている。
半導体レーザ４０は、溶着層３０、半導体レーザ２０および溶着層３２を介して支持基体５０（後述のサブマウント５２）に接合され、さらに、バンプ３３、３４を介して支持基体５０に接合されている。ところで、上述したように、半導体レーザ２０の幅方向の寸法は、半導体レーザ４０の幅方向の寸法よりも小さくなっており、半導体レーザ４０は、半導体レーザ２０との関係で、積層面内方向に庇状に張り出している。半導体レーザ４０のうち積層面内方向に庇状に張り出している部分は、バンプ３３，３４と、図示しないバンプとを介して支持基体５０（後述のサブマウント５２）に接合されている。具体的には、半導体レーザ４０の電極４２がバンプ３３を介して支持基体５０（後述の引出電極５２Ｅ）に接合されており、半導体レーザ４０の引出電極４６がバンプ３４を介して支持基体５０（後述の引出電極５２Ｆ）に接合されている。さらに、半導体レーザ４０の電極４３が図示しないバンプを介して支持基体５０（後述の図示しない引出電極）に接合されている。
ここで、半導体レーザ４０が支持体１０に相当し、引出電極４６の表面が支持体１０の半導体レーザ２０側の表面に相当すると考えた場合、溶着層３０の位置、接着部位、材料などは、第１の実施の形態で説明した通りである。また、溶着層３２は、例えば、溶着層３０と同一の材料によって構成されている。バンプ３３，３４は、例えば、半田によって構成されている。
支持基体５０は、ヒートシンク５１およびサブマウント５２を溶着層５３を介して互いに接合したものである。ヒートシンク５１は、半導体レーザ２０，４０において発生した熱を放散する放熱部材としての機能を有しており、Ｃｕなどの金属によって構成されている。このヒートシンク５１は、また、図示しない外部電源に対して電気的に接続されており、半導体レーザ２０を外部電源に対して電気的に接続する役割も有している。
サブマウント５２は、ヒートシンク５１への熱伝導性を確保して駆動時のチップ温度上昇を防ぎ、長寿命を得るためのものであり、例えばＳｉやＡｌＮなどによって構成されている。サブマウント５２の半導体レーザ２０側の表面には、バンプ３３およびワイヤ３６と接合された引出電極５２Ｅと、バンプ３４およびワイヤ３８と接合された引出電極５２Ｆとが設けられている。サブマウント５２の半導体レーザ２０側の表面には、さらに、上述の図示しないバンプおよび図示しないワイヤと接合された図示しない引出電極が設けられている。バンプ３３，３４は、絶縁層５２Ｃ，５２Ｄを介してサブマウント５２の表面に配置されており、サブマウント５２とは電気的に分離されている。同様に、上述の図示しないバンプも、図示しない絶縁層を介してサブマウント５２の表面に配置されており、サブマウント５２とは電気的に分離されている。
引出電極５２Ｅ，５２Ｆの最表面には、少なくともＡｕが露出していることが好ましい。バンプ３３，３４を半田により構成した場合に、バンプ３３，３４を引出電極５２Ｅ，５２Ｆに確実に接合することができるからである。引出電極５２Ｅ，５２Ｆは、例えば、Ａｌ、ＮｉおよびＡｕをサブマウント５２側から順に積層した構造を有している。
［作用］
次に、本実施の形態の半導体レーザ装置３の作用について説明する。半導体レーザ装置３では、電源からの電圧がワイヤ３８と、ヒートシンク５１に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）とを介して半導体レーザ２０の電極２２，２３間に印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域２１Ａに対応する発光点（図示せず）から４００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。同様に、電源からの電圧がワイヤ３５，３６を介して、７００ｎｍ帯のレーザ光を射出するレーザ構造に設けられた電極４２，４４間に印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域４１Ａに対応する発光点（図示せず）から７００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。さらに同様に、電源からの電圧がワイヤ３５と、電極４３に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して、６００ｎｍ帯のレーザ光を射出するレーザ構造に設けられた電極４３，４４間に電圧が印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域４１Ｂに対応する発光点（図示せず）から６００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。すなわち、半導体レーザ装置３からは、４００ｎｍ、６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯のうちのいずれか１つの帯域のレーザ光が射出される。
[効果]
本実施の形態では、上述したように、放熱性能の高い半導体レーザ２０が支持基体５０側に配置されており、かつ半導体レーザ４０の周縁が熱伝導性の良いバンプ３３，３４等を介して支持基体５０に連結されている。これにより、放熱性能の相対的に低い半導体レーザ４０で発生した熱を効率よく支持基体５０に導くことができる。その結果、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置１を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。また、本実施の形態では、半導体レーザ２０の寸法が小さくなっているので、原料コストを抑えることができる。
また、本実施の形態では、発光領域２１Ａとの非対向領域に、金属層２２および支持体１０を互いに接合する溶着層３０が設けられている。これにより、半導体レーザ２０および溶着層３０の温度が半導体レーザ２０の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域２１Ａにおいて、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。その結果、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置３を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
＜第４の実施の形態＞
[構成]
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ装置４（光装置）の断面構造の一例を表すものである。この半導体レーザ装置４は、半導体レーザ装置３と同様、光ディスクの記録・再生等を行う光ディスク装置（光機器）の光源として好適に用いられるものである。
半導体レーザ装置４は、半導体レーザ４０と半導体レーザ２０とをこの順に重ねて支持基体５０上に配置したものであり、半導体レーザ２０，４０の積層順番の点で上記第３の実施の形態の半導体レーザ装置３の構成と主に相違する。
半導体レーザ２０は、１つの発光点が半導体レーザ４０の２つの発光点に近づくように所謂ジャンクションダウン方式で、半導体レーザ４０および支持基体５０上に配置されている。半導体レーザ２０は、溶着層３０、半導体レーザ４０および溶着層３９を介して支持基体５０（サブマウント５２）に接合されている。半導体レーザ２０の電極２３はワイヤ６１に接合されており、半導体レーザ２０の電極２２は溶着層３０、引出電極４６を介してワイヤ６２に電気的に接続されている。一方、半導体レーザ４０は、溶着層３９を介して支持基体５０（サブマウント５２）に接合されている。半導体レーザ４０の電極４４は溶着層３９と、サブマウント５２の半導体レーザ４０側の表面に形成された引出電極５２Ｇとを介してワイヤ６４に電気的に接続されている。半導体レーザ４０の電極４２はワイヤ６３に接合されており、半導体レーザ４０の電極４３は図示しないワイヤに接合されている。
［作用］
次に、本実施の形態の半導体レーザ装置４の作用について説明する。半導体レーザ装置４では、電源からの電圧がワイヤ６１，６２を介して半導体レーザ２０の電極２２，２３間に印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域２１Ａに対応する発光点（図示せず）から４００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。同様に、電源からの電圧がワイヤ６３，６４を介して、７００ｎｍ帯のレーザ光を射出するレーザ構造に設けられた電極４２，４４間に印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域４１Ｂに対応する発光点（図示せず）から７００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。さらに同様に、電源からの電圧が図示しないワイヤとワイヤ６４とを介して、６００ｎｍ帯のレーザ光を射出するレーザ構造に設けられた電極４３，４４間に電圧が印加される。すると、光射出側の端面のうち発光領域４１Ａに対応する発光点（図示せず）から６００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。すなわち、半導体レーザ装置４からは、４００ｎｍ、６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯のうちのいずれか１つの帯域のレーザ光が射出される。
[効果]
本実施の形態では、発光領域２１Ａとの非対向領域に、金属層２２および支持体１０を互いに接合する溶着層３０が設けられている。これにより、半導体レーザ２０および溶着層３０の温度が半導体レーザ２０の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域２１Ａにおいて、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。その結果、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置４を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
＜第３および第４の実施の形態の変形例＞
上記第３および第４の実施の形態では、電極２２のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面には溶着層３０が接していなかったが、製造過程において溶着層３０がその表面にまで濡れ広がるのを抑える機構が設けられていることが好ましい。そのような機構としては、例えば、図５、図６に示したような非着層２４が設けられていてもよい。
また、上記第３および第４の実施の形態およびそれらの変形例では、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面には溶着層３０が接していなかったが、製造過程において溶着層３０がその表面にまで濡れ広がるのを抑える機構が設けられていることが好ましい。そのような機構としては、例えば、図示しないが、支持体１０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域の表面に、溶着層３０との関係で濡れ性の悪い非着層が設けられていてもよい。この非着層は、例えば、Ｐｔなどの濡れ性の悪い金属や、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどの絶縁材料などを含んで構成されている。
また、上記第３および第４の実施の形態およびそれらの変形例では、溶着層３０が、支持体１０と半導体レーザ２０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの非対向領域に配置されている場合が例示されていた。しかし、溶着層３０は、図１２、図１３に示しように、支持体１０と半導体レーザ２０との間であって、かつ少なくとも発光領域２１Ａとの対向領域に配置されていてもよい。ただし、この場合には、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域と溶着層３０との間に、耐歪層３１が設けられていることが必要である。
本変形例では、溶着層３０は、半導体レーザ２０と半導体レーザ４０との間であって、かつ発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に設けられている。この溶着層３０は、電極２２の半導体レーザ４０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に接しており、かつ半導体レーザ４０の半導体レーザ２０側の表面のうち発光領域２１Ａとの対向領域およびその周辺領域に接している。耐歪層３１は、例えば、図１２、図１３に示したように、電極２２内に形成されている。これにより、耐歪層３１は、溶着層３０と電極２２との線膨張係数差による歪の発生を抑制するようになっている。耐歪層３１は、例えば、線膨張係数がおよそ１．７ｐｐｍ／℃のＳｉＮ、または、線膨張係数がおよそ０．５ｐｐｍ／℃のＳｉＯ2を含んで構成されている。
本変形例では、レーザ部２１の面２１Ｂのうち発光領域２１Ａとの対向領域と溶着層３０との間に、耐歪層３１が設けられている。これにより、半導体レーザ２０および溶着層３０の温度が半導体レーザ２０の駆動によって上昇し、これらがそれぞれの線膨脹係数に応じて熱膨張した場合であっても、発光領域２１Ａにおいて、線膨脹係数差による歪の発生が抑制される。その結果、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができる。また、ＴＥモードの偏光比の低下を抑制することができることから、例えば、光ディスク装置（図示せず）において半導体レーザ装置４を光源として用いた場合は、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。
＜適用例＞
次に、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る半導体レーザ装置１〜４の一適用例について説明する。本適用例に係る光ディスク記録再生装置は、所定の波長の光を用いて光ディスクＤに記録されている情報を再生したり、光ディスクＤに情報を記録したりするためのものである。図１４は、本適用例に係る光ディスク記録再生装置１００の概略構成の一例を表すものである。光ディスク記録再生装置１００は、半導体レーザ装置１〜４と、半導体レーザ装置１〜４から射出された所定の波長の射出光Ｌoutを光ディスクＤへ導くと共に、光ディスクＤからの信号光（反射光Ｌref）を読み取るための光学系とを備えている。この光学系には、例えば、ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１１、戻り光ノイズ抑制のためのλ／４板１１２、立上ミラー１１３、対物レンズ１１４、ならびに受光素子および信号光再生回路（いずれも図示せず）などを含む信号光検出器１１５が含まれる。
この光ディスク記録再生装置１００では、半導体レーザ装置１〜４から射出された高出力の射出光Ｌoutは、ビームスプリッタ１１１で反射されるとともに立上ミラー１１３で反射される。この立上ミラー１１３で反射された射出光Ｌoutは、対物レンズ１１４により集光されて光ディスクＤに入射する。これにより、光ディスクＤに情報が書き込まれる。また、半導体レーザ装置１〜４から射出された低出力の射出光Ｌoutは、上述したように各光学系を経て光ディスクＤに入射したのち、光ディスクＤで反射される。この反射光Ｌrefは、対物レンズ１１４、立上ミラー１１３およびビームスプリッタ１１１を経て、信号光検出器１１５の受光素子に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路において光ディスクＤに書き込まれた情報の再生が行われる。
本適用例では、例えば、放熱性能の高い半導体レーザ２０が支持体５０側に配置されており、かつ半導体レーザ４０の周縁が熱伝導性の良いバンプ３３，３４等を介して支持体５０に連結されている。また、例えば、放熱性能の相対的に低い半導体レーザ４０が支持体５０側に配置されている。これにより、半導体レーザ４０で発生した熱を効率よく支持体５０に導くことができる。その結果、受光素子（図示せず）で検出できる光強度の低下を抑制することができる。また、本適用例では、半導体レーザ２０の寸法が小さくなっているので、原料コストを抑えることができる。その結果、光ディスク記録再生装置１００の低コスト化を実現することができる。
また、光源として用いられている半導体レーザ装置１〜４では、４００ｎｍ前後，６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯の３波長の発光が得られる。これにより、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory），ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＭＤ，ＤＶＤ−ＲＯＭなどの既存の各種光ディスクは勿論のこと、Blu-rayなどの次世代光ディスクについても、記録・再生を行うことが可能となる。このような次世代の記録可能な大容量ディスクを利用することができれば、映像データを録画することができると共に、録画したデータ（画像）を良好な画質で操作性よく再生することができる。
なお、半導体レーザ装置１〜４は、光ディスク再生装置、光ディスク記録装置、光磁気ディスク（ＭＯ；Magneto-optical disk）などの記録・再生を行うための光磁気ディスク装置あるいは光通信装置などの光機器全般に適用することができる。また、半導体レーザ装置１〜４は、高温で動作する必要のある車載用の機器などにも適用可能である。
また、半導体レーザ装置１〜４が、光学系とは別体に形成されていてもよいし、光学系の一部と一体に形成されていてもよい。半導体レーザ装置１〜４が光学系の一部と一体に形成されている場合には、半導体レーザ装置１〜４と光学系の一部とを一体化した集積光学素子（レーザ・カプラ）を光機器や車載用の機器などに搭載することができる。
１〜４…半導体レーザ装置、１０…支持体、１１…基板、１２，１４…クラッド層、１３…活性層、１５…コンタクト層、１６…リッジストライプ、１７，４５，５２Ｃ，５２Ｄ…絶縁層、１７Ａ…開口、２０，４０…半導体レーザ、２１，４１…レーザ部、２１Ａ，４１Ａ，４１Ｂ…発光領域、２１Ｂ…面、２２，２３，４２，４３，４４…電極、２４…非着層、３０，３２，３９，５３…溶着層、３１…耐歪層、３３，３４…バンプ、３５，３６，３８，６１，６２，６３，６４…ワイヤ、４６，５２Ｂ，５２Ｅ，５２Ｆ，５２Ｇ…引出電極、５０…支持基体、５１…ヒートシンク、５２…サブマウント、５２Ａ…金属層、１００…光ディスク記録再生装置、１１１…ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１１２…λ/4板、１１３…立上ミラー、１１４…対物レンズ、１１５…信号光検出器。

Claims (3)

  1. 第１面の近傍に第１発光領域を有するとともに、前記第１面のうち少なくとも前記第１ 発光領域との非対向領域に接する第１金属層を有する光素子と、
    前記光素子の前記第１面側に配置された支持体と、
    前記第１面と前記支持体との間であって、かつ前記第１発光領域との非対向領域だけに配置されるとともに、前記第１金属層および前記支持体を互いに接合する溶着層と
    を備え、
    前記第１金属層は、前記第１面のうち前記第１発光領域との対向領域にも接しており、かつ前記第１発光領域に電流注入する電極として機能し、
    前記光素子は、前記第１金属層の前記支持体側の表面のうち前記第１発光領域との対向領域に接する白金層または第１絶縁層を有し、
    前記支持体は、前記溶着層側の第２面の近傍に第２発光領域および第３発光領域を有し、さらに、前記第１発光領域、前記第２発光領域および前記第３発光領域との非対向領域だけに設けられた第２金属層とを有し、
    前記溶着層は、前記第１金属層と前記第２金属層とを互いに接合し、
    前記白金層または前記第１絶縁層と前記支持体との間が空隙となっている
    光装置。
  2. 前記溶着層の線膨張係数は、前記光素子および前記支持体の線膨張係数よりも大きくなっている
    請求項１に記載の光装置。
  3. 光源として光装置を備え、
    前記光装置は、
    第１面の近傍に第１発光領域を有するとともに、前記第１面のうち少なくとも前記第１発光領域との非対向領域に接する第１金属層を有する光素子と、
    前記光素子の前記第１面側に配置された支持体と、
    前記第１面と前記支持体との間であって、かつ前記第１発光領域との非対向領域だけに配置されるとともに、前記第１金属層および前記支持体を互いに接合する溶着層と
    を備え、
    前記第１金属層は、前記第１面のうち前記第１発光領域との対向領域にも接しており、かつ前記第１発光領域に電流注入する電極として機能し、
    前記光素子は、前記第１金属層の前記支持体側の表面のうち前記第１発光領域との対向領域に接する白金層または第１絶縁層を有し、
    前記支持体は、前記溶着層側の第２面の近傍に第２発光領域および第３発光領域を有し、さらに、前記第１発光領域、前記第２発光領域および前記第３発光領域との非対向領域だけに設けられた第２金属層とを有し、
    前記溶着層は、前記第１金属層と前記第２金属層とを互いに接合し、
    前記白金層または前記第１絶縁層と前記支持体との間が空隙となっている
    光機器。
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