JPH02237185A - マルチビーム半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信用光源、情報処理端末装置用光源、及
び各種計測器用光源等に広く利用されている半導体レー
ザ装置に係わり、特に、独立駆動可能な撥数の発光部を
有するマルチビーム半導体レーザ素子と上記発光部の昇
温を防止する放熱体とを備える半導体レーザ装置の改良
に関するものである。

［従来の技術Ｊ この種の半導体レーザＲｌａとしては、例えば、第８図
に示すようにｎ　−　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｍの基板（ａ）
と、この基板（ａ）上に設けられたｎ−Ｇａ　ｏ、５Ａ
Ｉ　　　ＡＳ製のクラッド層（ｂ１）と、このクラ０．
５ ッド層（ｂ１）上に設けられた”’−ＧａＯ．８４△ｉ
）ｏ．１６Ａｓ’ｌｕの活性１（ｃ）と、この活性Ａ（
Ｃ）上に設けられたｐ−Ｇａ　　　Ａｌｌ　　　Ａｓｏ
．ｓ　　　　　ｏ．ｓ 製のクラッドＦｉ（ｂ２）と、このクラッド層（ｂ２）
上に設けられたｐ−ＧａＡＳ製のキャップＩＩ（ｄ）と
でその主要部が構成され、かつ、ｎ−ＧａＡＳ製基板（
ａ）の背面側にｎ側共通電極（ｅ）が、他方のｐ−Ｇａ
Ａｓ製キャップ層（ｄ）上に絶縁層（ｆ）を介してｐ側
駆動用電極（Ｑ）が形成されたものが知られている。

そして、この半導体レーザ装置においては、上記活性層
（Ｃ）中で′，１ｆ極（ｅ）（Ｑ）を介して注入された
キャリアの再結合が起こり、この時生じたエネルギの一
部が光に変換されてレーデ光として出力されると共に、
残りのエネルギが熱に変換されるものであった。

ところで、上記エネルギの熱変換により活性層（Ｃ）の
温度が上昇した場合、キャリアの再結合によって生じた
エネルギの光に変換される割合が減少し、レーザ光の出
力が低下してしまう欠点があった。

このため、この種の半導体レーザ装置において発光効率
を上げるためには上記活性１（ｃ）の昇温を防止する必
要があり、この防止方法として特開昭６３−１４１３８
５号公報に記載されている放熱体を利用する方払が知ら
れている。

すなわち、特開昭６３−１４１３８５号公報に開示され
ている半導体レーザ装置は、第９図〜第１１図に示すよ
うに独立駆動可能な複数の発光部と各発光部に対応する
独立駆動用電極（ク１）〜（ｇ３）を右するマルチビー
ム半導体レーザ素子（ｈ）と、このマルチビーム半尋体
レーザ索子（ｈ）の独立駆動用電極（ｇ１）〜（ｇ３）
が配置された面側に接合されマルチビーム半導体レーザ
素子（ｈ）の発光部の昇温を防止する放熱体（ｊ）とで
その主要部が構成されており、上記放熱体（ｊ＞に設け
られた配線部（ｋ）とマルチビーム半導体レーザ素子（
ｈ）の独立駆動用電極（ｇ１）〜（ｇ３）とが個々に接
続されて上記配線部（ｋ）を介し各独立駆動用電ｉ（ａ
ｌ）〜（ｇ３）へ通電できるようになっているものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の半導体レーザ装置において上記マル
チビーム半導体レーザ素子（ｈ）の小型化や発光部数の
増大を図るためには上記独立駆動用電極（ｇ１）〜（ｇ
３）の微細化が必要となるが、この独立駆動用電極（ｇ
１）〜（ｇ３）の微細化に伴って独立駆動用電極（ｇ１
）〜（ｇ３）の間隔が１０μｍ以下になった場合、これ
等独立駆動用電極（ｇ１＞　＝　（ｇ３）と上記放熱体
（ｊ）に設けられた配線部（ｋ）との位置合せが難しく
なってその組立て作業が繁雑となる問題点があり、かつ
、上記独立駆動用電極（ｇ１）〜（Ｑ３）と配線部（ｋ
）とが個々に接続され無い場合があって組立てられた半
導体レーザ装置が適正に機能しなくなる問題点があった
。

一方、これ等の問題点を解消するため、第１２図に示１
ようにマルチビーム半η体レーザ素子（ｈ）の共通ｆｆ
ｉｇｉ（ｅｌ側に上記放熱体（ｊ）を接合させ、上記独
立駆動用電極（ｇ１）〜（ｇ３）と配線部（ｋ）との位
ｎ合せを必要としない組立て方法も一部において利用さ
れている。

しかし、マルチビーム半導体レーザ素子（ｈ）の共通電
極（ｅ゛）と放熱体（ｊ）の配線部（ｋ）とを接合させ
る上記のような方法を採った場合、活性ｍ＜ｃ＞内に生
じた熱エネルギは上記基板（ａ）を介して放熱体（ｊ）
から放出されることになるため、その分放熱効率が悲く
なって活性層（Ｃ）の昇瀉を充分に防止でぎなくなり、
経時的にレーザ光の出力が低下し、かつ、その寿命にも
悪影響を及ぼしてしまう問題点があった。

尚、第１１図と第１２図中（Ｗ）は配線部（ｋ）や独立
駆動用電極（ｇ１）〜（ｇ３）等に接続された通電ワイ
ヤを示している。

［課題を解決するための千段］ 本発明は以上の問題点に着目してなされたもので、その
課題どするところは、組立て操作が簡便で、しかも経時
的にレーザ光の出力が低下しないマルヂピーム竿導体レ
ーザ装置を提供することにある。

すなわち本発明は、独立駆動可能な複数の発光部と各発
光部に対応する独立駆動用電極を右υ゜るマルチビーム
半導体レーデ素子と、このマルチビーム半導体レーザ索
子の独立駆動用電極が配置された面側に接合され上記発
光部の昇温を防止ずる放熱体とを備え、上記放熱体に設
けられた配線部を介してマルチビーム半導体レーザ素子
の各独立駆動用電極へ通電するマルチビーム半導体レー
ザ装置を前提とし、 上記マルチビーム半導体レーザ素子の独立駆動用電極が
配置された面上に、独立駆動用電極に接続されたボンデ
イングパッド部を各々設けると共に、上記放熱体のマル
チビーム半尋休レーザ累子との接合面の上記ボンディン
グバツド部と対応ずる部位に、上記配線部に接続された
放熱体側ボンディングパッド部を設けたことを特徴とす
るものである。

このような技術的手段において、上記マルチビーム半導
体レーザ素子にお（ノる基板のクラツド層やキャップ層
等に非電流領域を形成して活性層に複数の発光部を形成
する子段については仔意であり、例えば、エッチング法
にてクラツド層等にＶ満を設けて非電流領域を形成する
方法や、キャップ層やクラツド層内に亜鉛やケイ素等を
拡散さびて非電流領域を形成する方法等が利用できる。

また、上記マルチビーム半導体レーザ素子の独立駆動用
電極が配置された面上に設けられるボンディングパッド
部については、従来、半導体装置等においてボンディン
グパッド材として広く利用されている良尋電性の金属、
合金等でこれを構成することができ、かつ、その形成部
位については、独立駆動用電極の配設個数、その微細化
の程度、並びに上記放熱体に設けられる放熱体側ボンデ
ィングパッド部との位置合せ具合等を考慮して適宜決定
される。

一方、マルチピーム半導体レーザ素子に接合される放熱
体については、熱導電率の高い材料、例えば、ダイヤモ
ンド、シリコンカーバイド、ボロンブイトライド等にＪ
：り構成されるもので、その一面上に配設される配線部
や放熱体側ボンディングバツド部の形成具合、並びに放
熱効率等を考虞して適宜形状に設定されるものである。

また、この放熱体に設けられるボンディングパッド部は
、上記マルチビーム半導体レーザ素子に設【プられるボ
ンディングパッド部と同一の材料でこれを描成すること
ができる。更に、上記マルチビーム半導体レーザ索子の
独立駆動用電極が配置された面に接合させる放熱体に加
えて，これとは反対側の共通電極が配置された面にも別
の放熱体を接合させてもよい。

また、上記マルチビーム半導体レーザ素子に設けられる
ボンディングパッド部と放熱体に設けられる放熱体側ボ
ンデイングバツド部との接合手段についでは任意であり
、例えば、良導電性で結合力が強く、かつ、低温で融着
する△ｕ−Ｓｎ合金、△ｏ−ｓｎ合金、△ｕ−Ｇｅ−Ｎ
ｉ合金、ＡＵ３ｉ合金、）ｎ−△！合金、及び）ｎ等の
材斜を介装した方法が適用できる。

［作用コ このような技術的手段によれば、マルチビーム半尋休レ
ーｆ糸子の独立駆動用゛市棒が配置された面上に独立駆
動用電極に接続されたボンディングパッド部を各々設け
、かつ、放熱体のマルチビーム半導体レーブ素子との接
合面の上記ボンデイングパッド部と対応する部位に配線
部に接続された放熱体側ボンディングバツド部を設けて
いるため、マルチビーム崖導体レーザ素子における独立
駆動用電極の微細化に拘らずこれ等独立駆動用電極と放
熱体における配線部とを確実に接続させることが可能と
なり、かつ、活性層内に生じた熱エネルギは上記独立駆
動用電極を介して放熱体から放出され上記活性層の昇一
を確実に防止り゛るこどが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実席例について図面を参照して詳細に説
明する。

◎第一実施例 この実施例に係るマルチビーム半導体レーザ装置（１）
は、第１図に示づように４の独立駆動可能な発光部を右
ケるマルチビーム半導体レーザ素子（２）と、このマル
チビーム手導休レーデ素イ（２）に接合された放熱体（
３）とでその主要部が構成されているものである。

まず、上記マルチビーム半導体レーザ素子（２〉は、第
２図に示ずようにｎ−ＧａＡｓの基板（２０）と、この
基板（２０）上にｆｌｉ！１層された厚さ　１．５μｍ
のｎ−ＡＩ　　　　Ｇａ　　　　Ａｓのクラット層０．
８５　　　　０．１５ （２１）と、このクラッド層（２１）上に積層された厚
さ、１０００オングストロームの”’０．３５Ｇａ　ｏ
６５ＡＳのコンファインメントＪｆ’ｊ（２２）と、こ
のコンファインメント｝ｆｆｌ（２２）上に積層された
厚さ、７０オングストロームのｐ−ＧａΔＳの井戸層（
２３）と、この井戸層（２３）上に積層された厚さ、１
１０オングストロームのｐＡｎ　　（３３５Ｇａ　　　
　ＡＳのバリアー層（２４）と、このパリ０．６５ アー層（２４）上に積層された厚さ、７０オングストロ
ームのｐ−ＧａＡｓの井戸ＦＪ（２５）と、この井戸！
（２５）上に８！ｉｎされた厚さ、１０００オングスト
ロームのｐＡＩ　　　Ｇａ　　　　Ａｓのコンフ０．　
３５　　　　０．　６５ ア，インメントａ（２Ｇ）と、このコンノアインメント
層（２６）Ｊ二に積層された厚さ、０．８μｍのｐ−Ａ
Ｉ　　　Ｇａ　　　　ＡｓのクラッドｒｊｆＩ（２７）
ト、０．８５　　　　０．１５ このクラッドｆｆｌ（２７）上に積層された厚さ、０．
１μｍのｐ＋−ＧａＡｓのキｔｙ　’／ブＦ９（２８）
とでその主要部が構成され、ｎ−ＧａＡｓの基板（２０
）の背面側にＡｕ−Ｇｅ合金製のｎ側共通電極（２ａ）
が、一方、ｐ　　−ＧａＡｓのキｔ−　ツブ｝Ｍ（２８
）上にＡｕ−Ｚｎ合金にて構成された４のｐ側独立駆動
用電極（２ｂ〉〜（２ｅ）が形成されていると共に、上
記キャップＪＷ（２８）からクラッド層（２１）の仝層
にＵってＩ　．　　Ｉ　．　Ｄ　（Ｔｍｐｕｒｔｔｙ　
ＩｎｄｕｃｅｄＤｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）法によりＳｉ
が拡散された非電流領域（２ｆ）〜（２ｊ）が形成され
これによって４の発光部（２ｋ）〜（２ｐ》が形成され
ている。尚、このマルチビーム半導体レーザ索子（２）
においては、上記２の井戸１　（２３）　　（２５）と
これ等↓１戸層（２３）　　（２５）に挟まれたバリア
ー層（２４）と′Ｃ活性層が構成されており、上記非電
流領域（２ｆ）〜（２ｊ）間を通して矢印（２）方向か
ら電流が注入されると、上記活性層である井戸１ｉ　（
２３）　　（２５）とバリアーｍ（２４）中にレーザ允
振が生じて４のレーザスポット（２ｋ’）〜（２ｐ’　
）が出力されるようになってい。

また、このマルチビーム半導体レーザ素子（２）の独立
駆動用電極（２ｂ）〜（２ｅ）が配置された面上には、
第３図〜第４図に示すようにその四隅に４のボンディン
グパッド部（４１）〜（４４）が配設されており、かつ
、各独立駆動用電ＶＭ（２ｂ）〜（２ｅ）とボンディン
グパッド部（４１）〜（４４）間は配線（４）により接
続されている。尚、これ等ボンディングパッド部（４１
》〜（４４）と配ｔＱ（４）は、上記独立駆動用電極（
２ｂ）〜（２ｅ）と同一のＡＩＪ−７，ｎ合金により形
成されている。

一方、このマルチビーム半導体レーザ索子（２）に接合
される上記放熱休（３〉は直方体状のダイヤモンドにて
構成されており、第５図〜第６図に示すようにそのマル
チビーム半導体レーザ素子（２）との接合面の上記ボン
ディングパッド部（４１）〜（４４）と対応する部位に
放熱体側ボンディングパッド部（５１）〜（５４）が配
段されており、かつ、これ等放熱体側ボンディングパッ
ド部（５１）〜（５４）は配線（５）を介して通電用の
配線部（６１）〜（６４）に夫々接続されている。尚、
これ等放熱体側ボンディングパッド部（５１》〜（５４
）や配線部（５）等は、順次積層された△ｕ／Ｐｔ／Ｔ
ｉの３層材料にて各々構成されている。

そして、上記ボンディングパッド部（４１）〜（４４）
と放熱体側ボンディングパッド部（５１）〜（５４）と
をＡＵ−Ｓｎ合金を介して接着させ、上記マルチビーム
半導体レーザ素子（２）と放熱体（３）とが接合されて
マルチビーム半導体レーザ装置（１）は成るものである
。

このように構成されたマルチビーム半導体レーザｖｔ置
（１》においては、通電ワイア（７）〜（７）、独立駆
動用電極（２ｂ》〜（２ｅ）、及び共通電極（２ａ）を
介して各非電流領域（２ｆ》〜（２ｊ）間に電流が注入
されると、活性層である井戸層（２３）　　（２５）と
バリアー層（２４）中にレーザ発振が生じて４のレーザ
スポット（２ｋ’　）〜（２ｐ’　）が出力される。

この時、エネルギの一部が熱に変換されて活性層内の温
度が上昇しても、この熱エネルギは上記独立駆動用電極
（２ｂ）〜（２ｅ）を介し放熱体（３）から放出されて
活性居内の温度上昇を大幅に抑制することができるため
、レーザ光の出力がｌ！時的に低下しない利点を有して
いる。

しかも、マルチビーム半導体レーザ素子（２）の独立駆
動用電極（２ｂ）〜（２ｅ）と上記放熱体（３）の配線
部（６１）〜（６４）との電気的接合を、マルチビーム
半導体レーザ素子（２）側に設けられたボンディングパ
ッド部（４１）〜（４４）と放熱体（３）側に設けられ
た放熱体側ボンディングパッド部（５１）〜（５４）と
の接合により行っているため、その位置合せが容易にな
ってマルチビーム半導体レーザ装置（１）の製造が簡便
′化される利点を有している。

『マルチビーム半導体レーザ装置の製造Ｊ以下、この実
施例に係るマルチピーム半導体レーザ装置の製造法につ
いて簡単に訳明する。

まず、このマルチビーム半導体レーザ装置（１）の一部
を構成するマルチビーム半尋休レーザ素子（２）は、第
２図に示すようにｎ−ＧａＡＳの塁板（２０）上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法（右機金属化学的気相成長法）にてクラッド
層（２１）を構成する１．５ａｍのｎ−ＡＩ　　　　Ｑ
ａ　　　　Ａｓと、コンフ０．８５　　　　　　０．１
５ アインメントｆｆ（２２）を構成する１０００オングス
トロームのＡρ　　　Ｑａ　　　　Ａｓと、井戸Ｋづ０
．３５　　　　０．６５ （２３）を構成する７０オングストロームのＧ　ａ　Ａ
　Ｓと、バリアー層（２４）を構成する１１０オングス
トロームのＡｎ　　　　Ｇａ　　　　Ａｓと、井戸層０
．３５　　　　０．６５ （２５）を構成する７０オングストロームのＧａＡＳと
、コンファインメント層（２６）を構成する１０００オ
ングストロームのＡＩ　　　　Ｇａ　　　　Ａｓと、０
．３５　　　　０．６５ クラッド層（２７）を構成する０，８μｍのｐ−ＡＩ　
　　　Ｇａ　　　　Ａｓ，及びキｔ”ｙブＩＩ（２８）
０．８５　　　　０、１５ を構成する０．１ｆｌｍのｐ”　−ＧａＡＳを連続的に
順次積層する。

次いで、上記キャップ層（２８）上に厚さ１０００オン
グストロームのＳ１３Ｎ４をＣＶＤ法（化学的気相成長
法）にて着模し、この８１３Ｎ４をフォトリソグラフィ
ー法によりエッチングして幅７μｍのスリット窓を７μ
ｍ間隔で５個形成すると共に、この面上に５００オング
ストロ・−ム厚の８１と、ｉｏｏｏオングストローム厚
のＳｉ３Ｎ４を連続的に着膜する。

そして、８５０℃、１．５時間の加熱処理を施して上記
Ｓｉ３Ｎ４｝９ｆのスリット窓から８１をキャップ層（
２８）からクラッド層（２１）の全層に亘って拡散させ
、上記井戸層（２３）　　（２５）とバリアー層（２４
）とで構成される活性層を破壊して非電流領域（２ｆ）
〜（２ｊ）を形成ずると共に４の発光領域を形成し、各
光ビームの発振モードを整える。

次に、上記キャップｚ（２８）表面に着膜ざ『たＳｉ　
Ｎ　とＳｉとをＣＦ４を用いたドライエツチング法にて
除去した後、キャップ層（２８）の表面全体にｚｎを拡
散させ、ｎ−ｔ’／Ｉ）ｅｓ　ｉとｐ−　ｔｙｐｅｚｎ
により補償させてｐ　−　ｎ　ｊｕｎｃｔｉｏｎを形成
し、非電流領域（２ｆ）〜（２ｊ）に電流が流れないよ
うに調整する。

最後に、上記キャップＥＣ２８）表面にＡＬＪ−Ｚｎ合
金を一様に着膜し、フォトリソグラノイー法を用いたウ
エットエッチング処理により、第４図に示すようなボン
ディングバツド部（４１）〜（４４）　、配線（４）、
及び独立駆動用電極（２ｂ）〜（２ｅ）を夫々形成して
マルチビーム半導体レーザ素子（２）が得られる。

一方、上記放熱体（３》はむ′方体状のダイヤモンド表
面に、その下側からエレクトロンビーム蒸着器によりＡ
ｕ／Ｐｔ／Ｔ　ｉの各金属を順次乞膜し、かつ、リフト
オフ法によりバターニングして第６図に示すような表面
に放熱体側ボンディングパッド部（５１）〜（５４）と
配線（５）を有する放熱体（３冫を得る。

そして、上記ボンディングパッド部（４１）〜（４４）
と放熱体側ボンディングパッド部（５１）〜（５４）と
をＡｕ−Ｓｎ合金を介して接着させ、上記マルチビーム
崖導休レーザ索子（２）と放熱体（３）とが接合された
マルチビーム半導体レーザ装ｆＭ（１）が完成する。

◎第二実施例 この実施例に係るマルチビーム半導体レーザ装置（１）
は、第７図に示すようにマルチビーム半導休レーザ索子
（２）の共通電極（２ａ）側にも第二放熱体（８）を配
設した点を除き第一実施例に係るマルヂピーム半導体レ
ーザ装置と略同一である。

すなわち、−１ニ記第二放熱体（８）は直方体状のダイ
ヤモンドにて構成され、その外周而にＡＬＪ−Ｓｎ合金
が着膜されて成るもので、上記マルチビーム半導体レー
ザ累子（２）の共通電極（２ａ）にＡｕ−Ｓｎハンダを
介して接合されているものである。

そして、このマルチビーム半導体レーザ装置（１）にお
いては活性層内の熱エネル−１＝が放熱体（３）と第二
放熱体（８）から放出され、第一実施例に係るマルチビ
ーム半導体レーザ装置より放熱効率が優れているため、
活性層内の温度上昇を大幅に抑制１゛ることができる利
点を右している。

［発明の効果］ 本発明は以上のように、マルチビーム半導体レーザ索子
の独立駆動用電極が配置された面上に独立駆動用電極に
接続されたボンディングパッド部を各々設け、かつ、放
熱体の７ルチビーム半尋体レーザ素子どの接合面の上記
ボンディングパッド部と対応する部位に配線部に接続さ
れた放熱体側ボンディングパッド部を設けているため、
マルチビーム半導体レーザ素子にお（ノる独立駆動用電
極の微細化に拘らずこれ等独立駆動用電極と放熱体にお
ける配線部とを確実に接続させることが可能となり、か
つ、活性層内に生じた熱エネルギは上記独立駆動用電極
を介して放熱体から放出され上記活性層の昇編を確実に
防止づ゛ることが可能となる。

従って、レーザ光の出力が経時的に低下しない効果を有
していると共に、このようなマルチビーム半導体レーゾ
装置を簡便に製造できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示しており、第１図
は第一実施例に係るマルチビーム半導体レーザ装置の構
成斜視図、第２図はこの装置の一部を構成するマルチビ
ーム半導体レーザ素子の斜視図、第３図はその底面斜視
図、第４図はその底面図、第５図は上記マルチビーム半
尋休レーザ装置の一部を構成する放熱体の斜視図、第６
図はその平面図、第７図は第二実施例に係るマルチビー
ム半導体レーザ装置の構成斜視図を人々示し、また、第
８図〜第１２図は従来例を示し、第８図は放熱体を備え
ない半導体レーザ装置の斜視図、第９図はマルチビーム
半導体レーザ素子の斜視図、第１０図はこのマルチビー
ム半導体レーザ累子に接合される放熱体の斜視図、第１
１図及び第１２図は放熱体を備えるマルヂピーム半導体
レーザ装置の構成斜視図を示している。 ［符号説明コ （１）・・・マルチビーム半導体レーザ装置（２）・・
・マルチビーム半導体レーザ累子（３）・・・放熱体 （８）・・・第二放熱体 （４１）〜（４４）・・・ボンディングパッド部（５１
）〜（５４）・・・放熱体側ボンディングパッド部（６
１）〜（６４）・・・配線部 第１図 第 図 第 図 ム 第 図 第 図 第 図 第 図 第１０図 ８：第二放熱体 第 図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　独立駆動可能な複数の発光部と各発光部に対応する独
   立駆動用電極を有するマルチビーム半導体レーザ素子と
   、このマルチビーム半導体レーザ素子の独立駆動用電極
   が配置された面側に接合され上記発光部の昇温を防止す
   る放熱体とを備え、上記放熱体に設けられた配線部を介
   してマルチビーム半導体レーザ素子の各独立駆動用電極
   へ通電するマルチビーム半導体レーザ装置において、上
   記マルチビーム半導体レーザ素子の独立駆動用電極が配
   置された面上に、独立駆動用電極に接続されたボンディ
   ングパッド部を各々設けると共に、上記放熱体のマルチ
   ビーム半導体レーザ素子との接合面の上記ボンディング
   パッド部と対応する部位に、上記配線部に接続された放
   熱体側ボンディングパッド部を設けたことを特徴とする
   マルチビーム半導体レーザ装置。