JP5779214B2 - マルチビーム半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチビーム半導体レーザ装置に関し、特に、レーザダイオード素子が形成された半導体チップから出射されるレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子を内蔵したマルチビーム半導体レーザ装置に関するものである。

光通信システムの光源や情報処理機器の光源として多用されているレーザダイオード(Laser Diode；ＬＤ)素子は、ＧａＡｓなどからなる化合物半導体基板の主面にＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓなどからなる多層の半導体層をエピタキシャル成長させた構造になっている。

上記多層の半導体層の一部にはストライプ状の活性層が設けられており、この活性層を挟む層の一方を第１導電型（ｎ型）の半導体層とし、他方を第２導電型（ｐ型）の半導体層とすることによって、ｐｎ接合（ｐｎジャンクション）を形成している。また、レーザ発振をさせるための共振器（光導波路）を形成するために、リッジ構造を採用するなど、種々の構造が採用されている。

上記のようなレーザダイオード素子が形成された化合物半導体基板（チップ）は、パッケージ内に配置されたサブマウントと呼ばれる熱伝導性の良好な材料（例えばＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷなど）からなる支持基板に半田で固定されて使用される。また、レーザダイオード素子の発光時に発生する熱を効率的に外部に放散するために、熱発生源となるｐｎ接合を支持基板に近接させた状態で固定するジャンクションダウン方式で実装する。また、レーザダイオード素子の前方から出射される光出力を制御するために、レーザダイオード素子の後方にフォトダイオード素子を配置し、変換電流値をモニタする。

特許文献１（特開２００８−２４４４４０号公報）に記載されたマルチビーム半導体レーザ装置は、ストライプ状の各活性領域から発生する熱を効率よく放熱する構造を開示している。この半導体レーザ装置は、複数のストライプ状活性領域の近傍の第１の面に隣接して形成されると共に、上記活性領域のそれぞれに対応するレーザ素子の複数のストライプ状レーザ電極のそれぞれに電気的に接続された複数の配線が形成された基台を備えており、上記複数のレーザ電極のそれぞれと上記複数の配線との複数の接続箇所から上記活性領域に電流が注入される構造になっている。この構造によれば、各ストライプ状活性領域からの発熱が各レーザ電極を介して接続された配線と基台とから効率よく放熱される。また、各活性領域に注入される電流は、複数接続された配線との接続箇所から均一に注入される。

特開２００８−２４４４４０号公報

前述したように、マルチビーム半導体レーザ装置は、特性のビーム間差が小さいこと、すなわち各ビームの特性にばらつきのないことが要求される。なかでも、フォトダイオードのモニタ電流値は、前方光の光出力制御に密接に関連するため、そのばらつき低減が特に要求される。

図１８（ａ）は、この電流値モニタ方法を説明するマルチビーム半導体レーザ装置の概略平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、ここでは、半導体チップ内に４個のレーザダイオード素子が形成された４ビーム半導体レーザ装置を例に説明する。

セラミック製のサブマウント１０の上面には、レーザダイオード素子が形成された半導体チップ（レーザチップ１１）がジャンクションダウン方式によって実装されている。このレーザチップ１１の裏面（上面）には、裏面電極１２が形成されている。また、サブマウント１０と対向するレーザチップ１１の表面（下面）には、４個のレーザダイオード素子に対応する４個の表面電極（図示せず）が形成されている。

一方、サブマウント１０の上面には、４本の電極パターン１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が形成されている。４本の電極パターン１３のそれぞれの一端部は、ワイヤを接続するためのボンディングパッド１３Ｐを構成し、他端部は、Ａｕ−Ｓｎ半田（図示せず）などを介してレーザチップ１１の表面電極に電気的に接続されている。電極パターン１３は、例えばＴｉ膜の上にＰｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した多層金属膜で構成されている。

上記レーザチップ１１から出射される後方光の延長線上には、この後方光を受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された半導体チップ（フォトダイオードチップ１４）が配置されている。

マルチビーム半導体レーザ装置において、前方光の光出力を制御する際には、レーザチップ１１に形成された４個のレーザダイオード素子（発光部）のそれぞれから出射される後方光を個別に順次フォトダイオードチップ１４で受光して電流に変換し、４個の発光部の電流値をモニタ比較する。そして、それぞれの電流値が等しくなるようにする。

しかしながら、本発明者の検討によると、上記した電流値モニタ方法では、レーザチップ１１から出射される後方光の光量が同一であっても、サブマウント１０と後方光との相対的な位置に依存して電流値が変動する可能性のあることが判明した。

一般に、レーザチップの両端面から出射されるレーザービーム（前方光、後方光）の光量は、正規分布に近似できる角度分布を持っており、一例として、水平方向の半値全幅は１０度程度であり、垂直方向の半値全幅は２０度程度である。

また、上記図１８に示す構造において、サブマウント１０の上面からレーザチップ１１の発光点までの高さは、一例として数μｍ〜１００μｍ程度であり、後方光の発光点からサブマウント１０の後端部までの距離（数１００μｍ〜数１０００μｍ）に比較して小さい。そのため、レーザチップ１１から出射された後方光の一部は、サブマウント１０の上面で反射してからフォトダイオードチップ１４に入射する。すなわち、フォトダイオードチップ１４に入射する光は、レーザチップ１１から直接フォトダイオードチップ１４に入射する光と、サブマウント１０の上面で反射してからフォトダイオードチップ１４に入射する光の和である。従って、フォトダイオードチップ１４に入射する光量は、レーザチップ１１から出射される後方光の光量が同一であっても、サブマウント１０の表面状態、すなわちサブマウント１０の上面の光反射率によって変動することになる。

例えば図１８（ｂ）に示すように、レーザチップ１１の中央部近傍に位置する発光部から出射された後方光の反射光は、その大部分が電極パターン１３ｂの表面で反射した反射光である。これに対し、図１８（ｃ）に示すように、レーザチップ１１の周辺部近傍に位置する発光部から出射された後方光の反射光は、その相当部分がサブマウント１０の表面で反射した反射光である。

前述したように、電極パターン１３は、金属材料で構成されているのに対し、サブマウント１０は、金属材料よりも光反射率の低いセラミック材料で構成されている。そのため、電極パターン１３の表面で反射してフォトダイオードチップ１４に入射する光量は、サブマウント１０の表面で反射してフォトダイオードチップ１４に入射する光量よりも多くなる。その結果、上記２箇所の発光部から出射される後方光の光量が同じであったとしても、フォトダイオードチップ１４に入射する光量は、レーザチップ１１の中央部近傍の発光部から出射された後方光の方が多くなり、その電流値も高くなる。

マルチビーム半導体レーザ装置では、電極パターン１３やボンディングパッド１３Ｐのレイアウトの制約、レーザービームの電気的特性による制約、サブマウント１０やパッケージ全体のデザイン上の制約などにより、電極パターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの配線長を同一にすることが困難であり、通常、レーザチップ１１の周辺部近傍の発光部に接続される電極パターン１３ａ、１３ｃの配線長は、中央部近傍の発光部に接続される電極パターン１３ｂ、１３ｄの配線長よりも短くなる。従って、前述したように、フォトダイオードチップ１４でモニタする電流値は、レーザチップ１１の中央部近傍の発光部から出射された後方光よりも、レーザチップ１１の周辺部近傍の発光部から出射された後方光の方が、小さくなる。

このように、上記したマルチビーム半導体レーザ装置においては、サブマウント１０の表面状態によって、その表面で反射してフォトダイオードに入射する光量がばらつき、変換電流値がばらつくために、後方光の光出力を精度良くモニタすることができないという問題がある。

本発明の目的は、レーザチップから出射される後方光を受光してその電流値をモニタする際に、レーザチップが実装されたサブマウントの表面状態によって電流値がばらつく不具合を抑制することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本願発明の好ましい一態様は、複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、前記サブマウントのチップ実装面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンと、前記サブマウントの近傍に配置され、前記第１半導体チップの一端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、前記サブマウントの前記チップ実装面に、前記第１半導体チップの一端面から出射された前記複数のレーザビームの反射率を均一化するための補助電極パターンが形成されているものである。

本願発明の他の好ましい一態様は、複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、前記サブマウントのチップ実装面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンと、前記サブマウントの近傍に配置され、前記第１半導体チップの一端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、前記電極パターンの表面の一部に、前記第１半導体チップの一端面から出射された前記複数のレーザビームの反射率を均一化するための反射率低減膜が形成されているものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップから出射されるレーザビームをフォトダイオード素子で受光してその電流値をモニタする際に、第１半導体チップが実装されたサブマウントの表面状態によって電流値がばらつく不具合を抑制することのできるので、マルチビーム半導体レーザ装置のビーム間差を抑制することができる。

本発明の実施の形態１である４ビーム半導体レーザ装置の全体構成を示す要部破断斜視図である。 サブマウントに実装されたレーザチップの断面図である。 サブマウントのチップ実装面を示す斜視図である。 図１に示す４ビーム半導体レーザ装置の等価回路図である。 （ａ）はサブマウントのチップ実装面を示す概略平面図、ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 フォトダイオードチップによるモニタ電流の電極パターン依存性の計算モデルおよび計算パラメータを示す図である。 レーザチップの後方の電極パターン長とモニタ電流ビーム間差との関係を示すグラフである。 レーザチップの後方の電極パターン長が４０μｍである場合における入射光量の角度分布を示すグラフである。 レーザチップの後方の電極パターン長が６３０μｍである場合における入射光量の角度分布を示すグラフである。 レーザチップの後方の電極パターン長が４０μｍであるときに本発明を適用した場合における入射光量の角度分布を示すグラフである。 補助電極パターンのレイアウトの別例を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の実施の形態１を８ビーム半導体レーザ装置に適用した例を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の実施の形態２である４ビーム半導体レーザ装置を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の実施の形態２を８ビーム半導体レーザ装置に適用した例を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の実施の形態３である８ビーム半導体レーザ装置を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の他の実施の形態である４ビーム半導体レーザ装置を示すサブマウントの概略平面図である。 本発明の他の実施の形態である４ビーム半導体レーザ装置を示すサブマウントの概略平面図である。 （ａ）はマルチビーム半導体レーザ装置の電流値モニタ方法を説明する概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態は、凸状のリッジ部を有する４ビーム半導体レーザ装置に適用したものであり、図１は、この４ビーム半導体レーザ装置の全体構成を示す要部破断斜視図である。

本実施の形態の４ビーム半導体レーザ装置は、例えば直径が９．０ｍｍ程度、厚さが１．２ｍｍ程度のＦｅ合金からなる円盤状のステム３０と、このステム３０の上面を覆うキャップ３１とを備えたパッケージ（封止容器）を有している。キャップ３１の底部の外周に設けられたフランジ部３２は、ステム３０の上面に固定されている。また、キャップ３１の上面の中央部分には、レーザビームを透過するガラス板３３が接合された丸穴３４が設けられている。

キャップ３１で覆われたステム３０の上面の中央部近傍には、例えばＣｕのような熱伝導性が良好な金属からなるヒートシンク３５が搭載されている。このヒートシンク３５は、ロウ材（図示せず）を介してステム３０の上面に接合されており、その一面には、サブマウント１０が半田（図示せず）を介して固定されている。

サブマウント１０は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷなどのセラミックで構成されており、その一面には、４個のレーザダイオード素子が形成されたレーザチップ１１がジャンクションダウン方式によって実装されている。サブマウント１０は、レーザダイオード素子の発光時に発生する熱をレーザチップ１１の外部に放散するための放熱板と、レーザチップ１１を支持するための支持基板とを兼ねている。

サブマウント１０に実装されたレーザチップ１１は、その両端面（図１では上端面および下端面）からレーザビームを出射する。そのため、レーザチップ１１を支持するサブマウント１０は、そのチップ実装面がステム３０の上面に対して垂直な方向を向くようにヒートシンク３５に固定されている。レーザチップ１１の上端面から出射されたレーザビーム（前方光）は、キャップ３１の丸穴３４を通じて外部に出射される。また、レーザチップ１１の下端面から出射されたレーザビーム（後方光）は、ステム３０の上面の中央部近傍に実装されたフォトダイオードチップ１４によって受光され、電流に変換される。

図２は、サブマウント１０に実装されたレーザチップ１１の断面図である。図２に示すように、ＧａＡｓ基板２の主面上には複数の半導体層が積層されている。半導体層は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって堆積されたｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型第１クラッド層５、ｐ型第２クラッド層６およびｐ型コンタクト層７からなる。これらの半導体層のうち、ｎ型クラッド層３は、ＡｌＧａＩｎＰで構成されている。活性層４は、ＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とＧａＩｎＰ層からなる井戸層とを交互に積層した多重量子井戸(Multi Quantum Well：ＭＱＷ)構造で構成されている。ｐ型第１クラッド層５およびｐ型第２クラッド層６は、それぞれＡｌＧａＩｎＰで構成され、ｐ型コンタクト層７は、ＧａＡｓで構成されている。

上記ｐ型第２クラッド層６には、凸形の断面形状を有し、互いに平行に延在する４本のリッジ部（メサストライプ）８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）が形成されている。そして、これら４本のリッジ部８のそれぞれの上部には、ｐ型コンタクト層７が形成されている。また、４本のリッジ部８の間には、酸化シリコンからなるパッシベーション膜９が形成されている。パッシベーション膜９は、ｐ型コンタクト層７の表面（上面）を除き、ｐ型第２クラッド層６の全面を覆うように形成されている。

上記ｐ型コンタクト層７の上面およびパッシベーション膜９の上面には、ｐ型コンタクト層７にオーミック接続されたｐ型の表面電極１５が形成されている。また、表面電極１５の上面には放熱用のＡｕメッキ層１６が形成されている。一方、ＧａＡｓ基板２の裏面には、ｎ型の裏面電極１２が形成されている。表面電極１５および裏面電極１２のそれぞれは、例えばＴｉ膜の上にＰｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した多層金属膜で構成されている。

上記のように構成されたレーザチップ１１は、表面電極１５と裏面電極１２とに所定の電圧を印加したときに、４個のリッジ部８のそれぞれの下部の活性層４（発光部）において、例えば６５０ｎｍの発振波長を有する赤色レーザビームが発振する。これらの赤色レーザビームは、リッジ部８の延在方向に直交するレーザチップ１１の両端面から出射され、前方光が前記図１に示したキャップ３１の丸穴３４を通じてＣＡＮパッケージの外部に出射される。

一方、サブマウント１０のチップ実装面には、例えばＴｉ膜の上にＰｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した多層金属膜からなる４本の電極パターン１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が形成されている。これらの電極パターン１３は、レーザチップ１１をサブマウント１０に実装した時にレーザチップ１１のリッジ部８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）と対向するように配置され、例えばＡｕ−Ｓｎ合金からなる半田層２２およびＡｕメッキ層１６を介してリッジ部８上の表面電極１５に電気的に接続されている。また、これらの電極パターン１３とサブマウント１０との間には、電極パターン１３同士の短絡を防ぐために、酸化シリコンなどからなる絶縁層１７が形成されている。

図３は、サブマウント１０のチップ実装面を示す斜視図である。サブマウント１０のチップ実装面には、それぞれの一端部が前記図２に示したレーザチップ１１のリッジ部８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）上の表面電極１５に電気的に接続された４本の電極パターン１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）、およびこれらの電極パターン１３とは電気的に分離された２個の補助電極パターン１３Ｓ（１３Ｓａ、１３Ｓｃ）が形成されている。補助電極パターン１３Ｓは、電極パターン１３と同一の多層金属膜で構成されており、その表面の光反射率も、電極パターン１３のそれと同一である。

補助電極パターン１３Ｓａは、電極パターン１３ａと電極パターン１３ｂとの間の領域に配置されている。すなわち、補助電極パターン１３Ｓａは、電極パターン１３ａに電気的に接続されたレーザダイオード素子（図２に示すリッジ部８ａの下部の活性層４）から出射される後方光の光路に位置するサブマウント１０の上面を覆っている。一方、補助電極パターン１３Ｓｃは、電極パターン１３ｃと電極パターン１３ｄとの間の領域に配置されている。すなわち、補助電極パターン１３Ｓｃは、電極パターン１３ｃに電気的に接続されたレーザダイオード素子（図２に示すリッジ部８ｃの下部の活性層４）から出射される後方光の光路に位置するサブマウント１０の表面を覆っている。

４本の電極パターン１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）のそれぞれの他端部は、ボンディングパッド１３Ｐを構成しており、その表面には、Ａｕワイヤ３６の一端がボンディングされている。図１に示すように、ステム３０の下面には６本のリード３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆが取り付けられており、上記４個のボンディングパッド１３Ｐに接続された４本のＡｕワイヤ３６のそれぞれの他端は、リード３９ａ、３９ｂ、３９ｅ、３９ｆに電気的に接続されている。残り２本のリード３９ｃ、３９ｄのうち、リード３９ｃは、ステム３０の下面に固定されており、ステム３０と電気的に等電位状態になっている。また、リード３９ｄは、Ａｕワイヤ３８を介してフォトダイオードチップ１４の裏面電極１２に電気的に接続されている。

図４は、上記した４ビーム半導体レーザ装置の等価回路図である。ここで、符号ＬＤ_１、ＬＤ_２、ＬＤ_３、ＬＤ_４は、図２に示したレーザチップ１１のリッジ部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに形成されたレーザダイオード素子を示し、ＰＤは、フォトダイオードチップ１４に形成されたフォトダイオード素子を示している。

図５（ａ）は、サブマウント１０のチップ実装面を示す概略平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線に沿った断面図である。

レーザチップ１１から出射してフォトダイオードチップ１４に入射する後方光は、レーザチップ１１から直接フォトダイオードチップ１４に入射する光と、サブマウント１０の上面で反射してからフォトダイオードチップ１４に入射する光の和である。

図５（ｂ）に示すように、レーザチップ１１の中央部近傍に位置するレーザダイオード素子（例えば図４のレーザダイオード素子ＬＤ_２）から出射された後方光の反射光は、その大部分が電極パターン１３ｂの表面で反射した後、フォトダイオードチップ１４に入射する。また、図５（ｃ）に示すように、レーザチップ１１の周辺部近傍に位置するレーザダイオード素子（例えば図４のレーザダイオード素子ＬＤ_１）から出射された後方光の反射光は、その大部分が補助電極パターン１３Ｓａまたは電極パターン１３ａの表面で反射した後、フォトダイオードチップ１４に入射する。

前述したように、補助電極パターン１３Ｓの表面の光反射率は、電極パターン１３のそれと同一である。従って、レーザチップ１１から出射する後方光の光路に位置するサブマウント１０の表面に補助電極パターン１３Ｓを設けた場合には、レーザチップ１１の４個の発光部（レーザダイオード素子）から出射したそれぞれの後方光がサブマウント１０の表面状態に依存することなくフォトダイオードチップ１４に入射する。これにより、サブマウント１０の表面状態による電流値のばらつきが抑制され、電流値を精度良くモニタすることが可能となる。

一般に、補助電極パターン１３Ｓの配置と面積は、ΔＰ_ｍａ＝本発明の適用前（補助電極パターンなし）のビーム間差、ΔＰ_ｍｂ＝本発明の適用後（補助電極パターンあり）のビーム間差としたときに、下記の式１に示す条件を満たすように設計する。

ΔＰ_ｍａ−ΔＰ_ｍｂ≧１％ （１）
ここで、Ｐ_ｍは、各ビーム位置に対応する光量加重面積であり、下記の数１で定義される。

また、ΔＰ_ｍは、下記の式２に示す光量加重面積のビーム間差である。ΔＰ_ｍ＝｛ＭＡＸ（Ｐ_ｍ）−ＭＩＮ（Ｐ_ｍ）｝／ＭＡＸ（Ｐ_ｍ）×１００％ （２）
ただし、ＭＡＸ（Ｐ_ｍ）＝全ビームの中で最大のＰ_ｍ、ＭＩＮ（Ｐ_ｍ）＝全ビームの中で最小のＰ_ｍである。

次に、フォトダイオードチップ１４によるモニタ電流の電極パターン依存性について行った計算結果について説明する。図６に、計算のモデルおよび計算のパラメータ（表１）を示す。

モデルは、サブマウント１０の上面（チップ実装面）に対して垂直方向の後方光のみを考慮し、水平方向の後方光は、ビーム位置依存性がないとして無視した。後方光量の角度分布は、標準偏差１０度（ｄｅｇ）の正規分布とした（垂直方向のFar Field Pattern半値全幅として、２０ｄｅｇ程度に相当）。出射光は、有限の出射点高さ（ここでは、発光点の高さ(ｈ)＝１０μｍとした）から拡がりをもって出射され、下方向（＝出射角度（θｖ）が負の方向）の一部はサブマウント１０の上面で反射してフォトダイオードチップ１４に入射する。また、上方向は直接フォトダイオードチップ１４に入射する。サブマウント１０の上面において、電極パターン１３が存在している領域の反射率（Ｒ１）＝１．０とし、サブマウント１０が露出している領域の反射率（Ｒ２）＝０．８３とした。

このモデルにおいて、レーザチップ１１の後方の電極パターン長（Ｌ１）を変えたときにフォトダイオードチップ１４に入射する受光量（全角度の積分値）を求めた。図７に電極パターン長（Ｌ１）を変えたときのモニタ電流ビーム間差を示す。ビーム間差については、最も長い電極長が６３０μｍの場合のモニタ電流値を基準とした。

これによると、電極パターン長が１００μｍ程度より短くなると、モニタ電極のビーム間差の増加が顕著になっている。これは、（１）ｔａｎθｖ＝ｈ／Ｌ１であるため、Ｌ１の減少に対してθの変化が大きいことと、（２）出射光の角度分布は正規分布であるため、累積分布は半値半角付近から顕著になることに起因している（ｈ＝１０μｍ、θｖ＝１０ｄｅｇのとき、Ｌ１＝５７μｍである）。

一例として、図８〜図１０にＬ１＝４０μｍ、６３０μｍ、およびＬ１＝４０μｍで本発明（補助電極パターン１３Ｓを配置）を適用した場合の入射光量の角度分布を示す。なお、電極パターン１３と補助電極パターン１３Ｓとのギャップは３０μｍとした。分布グラフの斜線部の面積がフォトダイオードチップ１４に入射する受光量であり、モニタ電極はこれに比例する。また、正規分布に対して凹みとなって現れている部分がサブマウント１０の露出領域での反射に相当する。計算結果から、本発明の適用によって、Ｌ１＝４０μｍと６３０μｍのモニタ電流ビーム間差を６．６％から２．０％に改善できることが分かる。

上記補助電極パターン１３Ｓ（１３Ｓａ、１３Ｓｃ）は、サブマウント１０のチップ実装面に電極パターン１３を形成する工程で同時に形成すればよいので、従来構造に比べて製造工程が増加することはない。また、電極パターン１３ａ〜１３ｄのそれぞれの長さは、従来構造と同一でよいので、レーザービームの電気的特性や高周波特性に悪影響を及ぼすこともない。

上記補助電極パターン１３Ｓ（１３Ｓａ、１３Ｓｃ）は、例えば図１１に示すように、レーザチップ１１の周辺部近傍に位置する発光部から出射される後方光の光路に位置する領域のみに配置してもよい。

図１２は、８個のレーザダイオード素子が形成されたレーザチップ２１をサブマウント１０に実装した８ビーム半導体レーザ装置に適用した例である。

サブマウント１０のチップ実装面には、それぞれの一端部がレーザチップ２１に形成された８個のレーザダイオード素子に電気的に接続された８本の電極パターン２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ）が形成されている。電極パターン２３のそれぞれの他端部は、図示しないＡｕワイヤの一端がボンディングされるボンディングパッド２３Ｐを構成している。また、サブマウント１０のチップ実装面には、上記電極パターン２３とは電気的に分離された２個の補助電極パターン２３Ｓが形成されている。

図１２に示すように、レーザチップ２１から出射される後方光の光路に平行な方向に沿った８本の電極パターン２３ａ〜２３ｈの長さは、レーザチップ２１の中央部から周辺部に向かうに従って短くなっている。これに対して、後方光の光路に平行な方向に沿った補助電極パターン２３Ｓの長さは、レーザチップ２１の中央部から周辺部に向かうに従って長くなっている。

サブマウント１０のチップ実装面に上記のような補助電極パターン２３Ｓを形成することにより、レーザチップ２１の８個の発光部（レーザダイオード素子）から出射したそれぞれの後方光がサブマウント１０の表面状態に依存することなくフォトダイオードチップ１４に入射するので、サブマウント１０の表面状態による電流値のばらつきが抑制され、電流値を精度良くモニタすることが可能となる。

この場合も、補助電極パターン２３Ｓの配置と面積は、前記の式１に示す条件を満たすように設計すればよい。

（実施の形態２）
図１３は、本実施の形態の４ビーム半導体レーザ装置におけるサブマウントのチップ実装面を示す概略平面図である。

前記実施の形態１では、サブマウント１０のチップ実装面に電極パターン１３と同一の光反射率を有する補助電極パターン１３Ｓを形成したが、本実施の形態では、これとは逆に、レーザチップ１１の中央部近傍に位置するレーザダイオード素子に電気的に接続された電極パターン１３ｂ、１３ｄのそれぞれの表面の一部にサブマウント１０の表面と同程度の光反射率を有する反射率低減膜１８を形成している。

電極パターン１３ｂ、１３ｄのそれぞれの表面の一部に上記のような反射率低減膜１８を形成することにより、レーザチップ１１から出射される後方光の光路に平行な方向に沿った４本の電極パターン１３ａ〜１３ｄの長さを同じにしたことと同一の効果が得られる。これにより、前記実施の形態１と同様、レーザチップ１１の４個のレーザダイオード素子から出射したそれぞれの後方光がサブマウント１０の表面状態に依存することなくフォトダイオードチップ１４に入射するので、サブマウント１０の表面状態による電流値のばらつきが抑制され、電流値を精度良くモニタすることが可能となる。

反射率低減膜１８は、例えばサブマウント１０の表面と同程度の光反射率を有するテープ基材を電極パターン１３ｂ、１３ｄの所定箇所に貼り付けることによって形成することができる。また、サブマウント１０の表面と同程度の光反射率を有する基材を電極パターン１３ｂ、１３ｄの所定箇所の表面に塗布あるいは印刷ことによって形成することもできる。また、半田層パターンを電極パターンに沿ってレーザチップ後方へ延長してもよい。半田表面は電極表面より反射率が低いため反射率低減膜として機能する。さらに、電極パターン１３ｂ、１３ｄの所定箇所の表面の平滑度を低下させることによって、その領域の光反射率をサブマウント１０の表面と同程度まで低下させてもよい。

本実施の形態においても、反射率低減膜１８の配置と面積は、前記の式１に示す条件を満たすように設計すればよい。また、電極パターン１３ａ〜１３ｄのそれぞれの長さは、従来構造と同一でよいので、レーザービームの電気的特性や高周波特性に悪影響を及ぼすこともない。

図１４は、８ビーム半導体レーザ装置の電極パターン１３の一部に上記反射率低減膜１８を形成することによって、レーザチップ２１から出射される後方光の光路に平行な方向に沿った８本の電極パターン２３ａ〜２３ｈの長さを同じにしたことと同一の効果が得られるようにした例である。

（実施の形態３）
図１５は、本実施の形態の８ビーム半導体レーザ装置におけるサブマウントのチップ実装面を示す概略平面図である。

本実施の形態では、レーザチップ２１から出射された後方光の反射光のうち、フォトダイオードチップ１４に入射する割合の多い領域（図１５に示すレーザチップ２１の後端面から後方光の光路に平行な方向の距離Ｌａまでの領域）で８本の電極パターン２３ａ〜２３ｈの長さを同じにする。

ここで、Ｌａは、下記の式３で定義される距離（単位はμｍ）である。

Ｌａ＝１７０×ｈ／θ_{ＦＷＨＭ−Ｖ} （３）
ただし、ｈ（μｍ）＝サブマウントの上面（チップ実装面）からレーザチップの発光点までの高さ、θ_{ＦＷＨＭ−Ｖ}（ｄｅｇ）＝レーザチップの垂直方向のビーム拡がりの半値全幅である。

本実施の形態によれば、レーザチップ２１の８個の発光部（レーザダイオード素子）から出射したそれぞれの後方光がサブマウント１０の表面状態に依存することなくフォトダイオードチップ１４に入射するので、前記実施の形態１、２と同様、サブマウント１０の表面状態による電流値のばらつきが抑制され、電流値を精度良くモニタすることが可能となる。

また、本実施の形態では、サブマウント１０のチップ実装面に補助電極パターン１３Ｓを形成したり（実施の形態１）、電極パターン１３の表面の一部に反射率低減膜１８を形成したり（実施の形態２）せず、電極パターン２３ａ〜２３ｈの長さを制御するだけで済むので、配線設計も容易である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態１では、電極パターン１３と補助電極パターン１３Ｓを電気的に分離したが、例えば図１６に示すように、電極パターン１３ａ、１３ｃのそれぞれと補助電極パターン１３Ｓとを一体に形成してもよい。また、例えば図１７に示すように、電極パターン１３ａ、１３ｃのそれぞれの一部の線幅を広くすることによって、補助電極パターン１３Ｓを形成してもよい。

前記実施の形態では、４ビーム半導体レーザ装置および８ビーム半導体レーザ装置に本発明を適用したが、マルチビーム半導体レーザ装置一般に適用できることは勿論である。

本発明は、マルチビーム半導体レーザ装置に適用することができる。

２ ＧａＡｓ基板、３ ｎ型クラッド層、４ 活性層、５ ｐ型第１クラッド層、６ ｐ型第２クラッド層、７ ｐ型コンタクト層、８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ リッジ部（メサストライプ）、９ パッシベーション膜、１０ サブマウント、１１ レーザチップ，１２ 裏面電極、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 電極パターン、１３Ｓ，１３Ｓａ，１３Ｓｃ 補助電極パターン、１３Ｐ ボンディングパッド、１４ フォトダイオードチップ、１５ 表面電極、１６ Ａｕメッキ層、１７ 絶縁層、１８ 反射率低減膜、２１ レーザチップ、２３，２３ａ〜２３ｈ 電極パターン、２３Ｐ ボンディングパッド、２３ 補助電極パターン、３０ ステム、３１ キャップ、３２ フランジ部、３３ ガラス板、３４ 丸穴、３５ ヒートシンク、３６，３７，３８ Ａｕワイヤ、３９，３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ，３９ｆ リード、ＬＤ_１，ＬＤ_２，ＬＤ_３，ＬＤ_４ レーザダイオード素子、ＰＤ フォトダイオード素子。

Claims (7)

1. 複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、
   前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、
   前記第１半導体チップの第１端面側に配置され、前記第１端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記複数個のレーザダイオード素子は、４個以上であり、
   前記サブマウントは、前記第１半導体チップが実装された面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンと、補助電極パターンとを有し、
   前記複数個の電極パターンはそれぞれ、前記第１半導体チップの前記第１端面から出射された前記複数のレーザビームの光路に沿った第１電極領域と、前記第１電極領域から屈曲し前記第１半導体チップの周辺部方向へ延びた第２電極領域と、前記第２電極領域と接続されたボンディングパッド部とを含み、
   前記複数の第１電極領域の長さは、前記第１半導体チップの中央部より周辺部のほうが短く、
   前記補助電極パターンは、前記複数個の電極パターンと同一の光反射率であり、かつ、前記複数個の電極パターンの第１電極領域の長さが異なることに基づく前記サブマウント上における前記複数のレーザビームの各々の反射量の相違を均一とするように、前記周辺部の第２電極領域と前記中央部の第２電極領域との間であって、前記周辺部の前記第１電極領域を延伸した領域に配置され、
   前記補助電極パターンは、前記第１半導体チップと、前記第２半導体チップとの間に配置される、
   ことを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
2. 複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、
   前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、
   前記第１半導体チップの第１端面側に配置され、前記第１端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記複数個のレーザダイオード素子は、４個以上であり、
   前記サブマウントは、前記第１半導体チップが実装された面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンと、補助電極パターンとを有し、
   前記複数個の電極パターンはそれぞれ、前記第１半導体チップの前記第１端面から出射された前記複数のレーザビームの光路に沿った第１電極領域と、前記第１電極領域から屈曲し前記第１半導体チップの周辺部方向へ延びた第２電極領域と、前記第２電極領域と接続されたボンディングパッド部とを含み、
   前記複数の第１電極領域の長さは、前記第１半導体チップの中央部より周辺部のほうが短く、
   前記補助電極パターンは、前記複数個の電極パターンと同一の光反射率であり、かつ、前記複数個の電極パターンの第１電極領域の長さが異なることに基づく前記サブマウント上における前記複数のレーザビームの反射量の相違を均一とするように、前記複数個の電極パターンに対して前記第１半導体チップと反対側に配置され、前記第１半導体チップの中央部から周辺部に向かうに従って前記光路に沿った方向に、距離が長く、
   前記補助電極パターンは、前記第１半導体チップと、前記第２半導体チップとの間に配置される、
   ことを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
3. 複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、
   前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、
   前記第１半導体チップの第１端面側に配置され、前記第１端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記複数個のレーザダイオード素子は、４個以上であり、
   前記サブマウントは、前記第１半導体チップが実装された面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンと、補助電極パターンとを有し、
   前記複数個の電極パターンはそれぞれ、前記第１半導体チップの前記第１端面から出射された前記複数のレーザビームの光路に沿った第１電極領域と、前記第１電極領域から屈曲し前記第１半導体チップの周辺部方向へ延びた第２電極領域と、前記第２電極領域と接続されたボンディングパッド部とを含み、
   前記複数の第１電極領域の長さは、前記第１半導体チップの中央部より周辺部のほうが短く、
   前記補助電極パターンは、前記複数個の電極パターンと同一の光反射率であり、かつ、前記複数個の電極パターンの第１電極領域の長さが異なることに基づく前記サブマウント上における前記複数のレーザビームの各々の反射量の相違を均一とするように、前記周辺部の第２電極領域の隣であって、前記周辺部の第１電極領域と一体となって配置され、
   前記補助電極パターンは、前記第１半導体チップと、前記第２半導体チップとの間に配置され、
   前記第１電極領域の幅は、前記第１半導体チップの中央部より周辺部のほうが大きい、
   ことを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
4. 請求項１または２に記載のマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記補助電極パターンは、前記電極パターンと電気的に分離されていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
5. 請求項１に記載のマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記補助電極パターンは、前記周辺部の電極パターンと一体に構成されていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
6. 複数個のレーザダイオード素子が形成された第１半導体チップと、
   前記第１半導体チップが実装されたサブマウントと、
   前記第１半導体チップの第１端面側に配置され、前記第１端面から出射された複数のレーザビームを受光して電流に変換するフォトダイオード素子が形成された第２半導体チップとを備えたマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記複数個のレーザダイオード素子は、４個以上であり、
   前記サブマウントは、前記第１半導体チップが実装された面に形成され、前記複数個のレーザダイオード素子のそれぞれと電気的に接続された複数個の電極パターンを有し、
   前記複数個の電極パターンはそれぞれ、前記第１半導体チップの前記第１端面から出射された前記複数のレーザビームの光路に沿った第１電極領域と、前記第１電極領域から屈曲し前記第１半導体チップの周辺部方向へ延びた第２電極領域と、前記第２電極領域と接続されたボンディングパッド部とを含み、
   前記複数の第１電極領域の長さは、前記第１半導体チップの中央部より周辺部のほうが短く、
   前記複数個の電極パターンの第１電極領域の長さが異なることに基づく前記サブマウント上における前記複数のレーザビームの各々の反射量の相違を均一とするように、前記中央部の第１電極領域の一部には、前記第１半導体チップの前記第１端面から出射された前記複数のレーザビームの反射率を低減する反射率低減膜が形成され、
   前記反射率低減膜は、前記第１半導体チップと、前記第２半導体チップとの間に配置される、
   ことを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマルチビーム半導体レーザ装置であって、
   前記第１半導体チップは、ジャンクションダウン方式によって前記サブマウントの前記チップ実装面に実装されていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザ装置。

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