多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置
【課題】 消費電力が少なく、熱的機械的に安定な多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子１２と、第１半導体レーザ素子１２と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、第１半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１より短い共振器長Ｌ２を具備し、特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子１３と、第１および第２半導体レーザ素子１２、１３の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極１７、１８、１９と、第１半導体レーザ素子１２の光軸と平行な側面および第２半導体レーザ素子１３の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜２０が形成された凸部１４と、を有する。
【解決手段】 基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子１２と、第１半導体レーザ素子１２と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、第１半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１より短い共振器長Ｌ２を具備し、特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子１３と、第１および第２半導体レーザ素子１２、１３の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極１７、１８、１９と、第１半導体レーザ素子１２の光軸と平行な側面および第２半導体レーザ素子１３の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜２０が形成された凸部１４と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置に係わり、特に消費電力を低減するのに好適な構造を備えた半導体レーザ素子および半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（digital versatile disk）の記録・再生装置にはＣＤ（Compact disk）の再生あるいは記録機能も備えている。例えば、一台の光ディスク駆動装置でＤＶＤ媒体への記録・再生とＣＤ媒体の再生の機能を実現するために、光ピックアップヘッド（Optical Pick Up Head；ＰＵＨ）にはＤＶＤ記録再生用光源並びにＣＤ再生用光源として、それぞれ発振波長が６５０ｎｍ帯の高出力赤色半導体レーザと７８０ｎｍ帯の低出力赤外半導体レーザが搭載される。
【０００３】
しかし、個別の６５０ｎｍ帯の高出力半導体レーザ素子と７８０ｎｍ帯の低出力半導体レーザ素子の両方を搭載した光ピックアップヘッドでは、組み立て工程において６５０ｎｍ帯半導体レーザ素子の光軸と７８０ｎｍ帯半導体レーザ素子の光軸を個別に調整する必要があるため、組み立て工程が煩雑となり、精度良く組み立てることが困難であった。
【０００４】
そのため、６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を同一の基板に集積した多波長半導体レーザ素子を用いることにより、組立て調整の容易化が図られている。
【０００５】
従来、複数の半導体レーザ素子が同一の基板にモノリシックに集積された多波長半導体レーザ素子が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に開示された多波長半導体レーザ素子は、ステップ状構造を有する傾斜基板上に、ステップ状構造の段差からの距離が相互に異なるように配置され、ステップ状構造の高領域の段差近傍に形成された複数のインデックスガイド構造の光導波路と、劈開により形成された互いに長さが等しい複数の共振器とを有している。
【０００７】
ステップ状構造を有する基板上にＩｎを含む多重量子井戸構造の活性層を成長させたとき、活性層中のＩｎ濃度がステップ状構造の段差に近いほど高く、遠ざかるにつれて低くなることを利用してＩｎ濃度に応じて発振波長を徐々に変化させている。
【０００８】
然しながら、特許文献１に開示された共振器の長さが互いに等しい多波長半導体レーザ素子では、高出力が必要な６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と低出力で十分な７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を同一の基板にモノリシックに集積する場合に、低出力で十分な７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子の共振器長が最適値よりも長くなり過ぎるので、閾値電流が高くなり消費電力が無駄になるという問題がある。
【０００９】
これに対して、互いに長さの異なる共振器を有する複数の半導体レーザ素子が、同一基板にモノリシックに集積された多波長半導体レーザ素子が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【００１０】
特許文献２に開示された多波長半導体レーザ素子は、同一の活性層を用いて横方向にアレイ状に形成された複数のインデックスガイド構造の光導波路と、複数のバンドギャップに相当する波長光を発振するようにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により形成された互いに長さが異なる複数の共振器長とを有している。
【００１１】
半導体レーザの活性層の利得スペクトルは注入電流レベルに対して著しく変化するため、共振器の長さを変えてしきい利得を変化させることにより数十〜百数十ｎｍ程度発振波長を変化させている。
【００１２】
然しながら、特許文献２に開示された共振器の長さが互いに異なる多波長半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子として動作させない光導波路を全て除去している。
【００１３】
従って、多波長半導体レーザ素子の光導波路側をサブマウントに載置、所謂ジャンクションダウンマウントする場合に、共振器の長さにより半導体レーザ素子がサブマウントに当接する面積が異なるので、各半導体レーザ素子にかかる応力が不均一になる問題がある。
【００１４】
特に、共振器長の短い７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子に過大な応力が掛かり、特性が劣化する恐れがある。
【特許文献１】特開２００４−８７５６４（６−７頁、図１）
【特許文献２】特開平４−２４５４９４（５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、消費電力が少なく、熱的機械的に安定な多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様の多波長半導体レーザ素子では、基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と、を有することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の一態様の多波長半導体レーザ装置では、基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と、を有する多波長半導体レーザ素子と、前記多波長半導体レーザの前記第1、第２半導体レーザおよび前記凸部の主面上に載置されたサブマウントと、前記電極と電気的接続されたリードピンと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、消費電力が少なく、熱的機械的に安定な多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断し、矢印方向に眺めた断面図、図３乃至図５は多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、多波長半導体レーザ素子１０は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の主面に形成された発振波長が６５０ｎｍ帯の可視半導体レーザ素子１２と、７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザ素子１３と、赤外半導体レーザ素子１３と同じ層構造を有するが、レーザ素子として利用しないダミー赤外半導体レーザ素子からなる凸部１４とを有している。
【００２２】
可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３は発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、分離溝１５により素子分離されている。
【００２３】
凸部１４は可視半導体レーザ素子１２の光軸と平行な側面および赤外半導体レーザ素子１３の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、可視半導体レーザ素子１２と分離溝１５により素子分離され、赤外半導体レーザ素子１３と分離溝１６により素子分離されている。
【００２４】
可視半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１は所定の高出力光が得られる長さに、また赤外半導体レーザ素子１３の共振器Ｌ２は所定の低出力光が得られる範囲内で閾値電流が小さくなる長さに、それぞれ独立に設定されている。
【００２５】
可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の活性層に電気的導通を取るために、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｎ側電極１７が形成され、可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の上面にはｐ側電極１８、１９がそれぞれ形成されている。
【００２６】
凸部１４を構成する赤外半導体レーザ素子の活性層への電気的導通を防止するために、凸部１４の上面には絶縁膜２０、例えばシリコン酸化膜が形成されている。これにより、赤外半導体レーザ素子として機能しないダミー赤外半導体レーザ素子が構成される。
【００２７】
図２に示すように、可視半導体レーザ素子１２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、例えばＡｌの組成が０．７のｎ−Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐクラッド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層と記す）４２と、例えばＡｌの組成が０．６のｎ−Ｉｎ０．５（Ｇａ０．４Ａｌ０．６）０．５Ｐ光ガイド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層と記す）４３と、例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）Ｐ０．５のＭＱＷ（Multi-Quantum Well）活性層４４と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４５と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４６とが形成されている。
【００２８】
更に、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４６上に、ｐ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチングストップ層（以下、ＩｎＧａＰエッチングストップ層と記す）５０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層５１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層５２とを具備するストライプ状のリッジ導波路５３が形成されている。
【００２９】
リッジ導波路５３の上面以外の部分にｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６が形成され、リッジ導波路５３はｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６を介してｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８で埋め込まれて平坦な表面が形成されている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上にはｐ側電極１８が形成されている。
【００３０】
同様にして、赤外半導体レーザ素子１３は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、例えばＡｌの組成が０．２のＧａ０．８Ａｌ０．２Ａｓ（以下、ＧａＡｌＡｓ活性層と記す）６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６とが形成されている。
【００３１】
更に、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６上に、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２とを具備するストライプ状のリッジ導波路７３が形成されている。
【００３２】
リッジ導波路７３の上面以外の部分にｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層６７が形成され、リッジ導波路７３はｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６を介してｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８で埋め込まれて平坦な表面が形成されている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上にはｐ側電極１９が形成されている。
【００３３】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が可視光半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１とは独立に最適値に設定できるので、閾値電流が低減し無駄な消費電力を削減することが可能である。
【００３４】
凸部１４は、赤外半導体レーザ１３と同様に、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、ＧａＡｌＡｓ活性層６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１およびｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２を具備するストライプ状のリッジ導波路７３と、ｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８とを有し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上面に絶縁膜２０が形成されている。これにより、ＧａＡｌＡｓ活性層６４には、通電されず、ダミー赤外半導体レーザとして機能する。
【００３５】
次に、多波長半導体レーザ素子１０の可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の具体的な製造方法について詳しく説明する。
【００３６】
始めに、赤外半導体レーザ素子１３のレーザ構造が形成される。
図３（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、ＧａＡｌＡｓ活性層６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２と、ｎ−ＧａＡｓキャップ層７４までをこの順に全面的にエピタキシャル成長させる。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６１を残して、ｎ−ＧａＡｓキャップ層７４からｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２の一部を選択的に除去する。
【００３８】
次に、図３（ｃ）に示すように、可視半導体レーザ素子１２のレーザ構造を形成する。例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２からｎ−ＧａＡｓキャップ層５４までを順次、エピタキシャル成長させる。なお、可視半導体レーザ構造において、本実施例では活性層としてＭＱＷ構造を用いており、さらにそのＭＱＷを挟むように、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４３とｐ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４５を形成している。ＭＱＷ活性層を用いることにより、バルク活性層よりも高い光出力が得られる。
【００３９】
次に、図３（ｄ）に示すように、赤外半導体レーザ構造の上に積層した可視半導体レーザ構造を除去する。即ち、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ｎ−ＧａＡｓキャップ層５４からｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２の一部を除去する。
【００４０】
次に、図４（ａ）に示すように、赤外半導体レーザ構造、可視半導体レーザ構造の上にストライプ状のＳｉＯ２マスク７５を形成する。ＳｉＯ２マスク７５の間隔Ｌ３が発光点間隔となり、その距離は例えば１１０μｍである。その上でウェットエッチング法を用いてｎ−ＧａＡｓキャップ層５４、７４、ｐ−ＩｎＧａP通電容易層５２、７２、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌPクラッド層５１、７１をエッチングにより除去する。なおこのエッチングは、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層５０および７０に達したときに止まる。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６とｎ−ＧａＡｓキャップ層７７を選択的にエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、可視および赤外半導体レーザ素子上部のＳｉＯ２マスク７５とｎ−ＧａＡｓキャップ層５４、７４、７７をエッチングにより除去する。その後、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８をエピタキシャル成長させる。
【００４３】
次に、図４（ｄ）に示すように、分離溝１５を形成することで、赤外半導体レーザ素子と可視半導体レーザ素子とを互いに分離する。具体的には、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、選択的にエッチングする。
【００４４】
次に、赤外半導体レーザ素子の共振器長を定める。先ず図５（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８の上に、フォトリソグラフィ法を用いて赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が得られる位置に、例えば共振器方向に幅１μｍ以上、５μｍ程度の開口部８４を持つようなレジスト膜８３を形成する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示すように、p−ＧａＡｓコンタクト層７８からｎ−ＧａＡｓ基板１１の一部分までをＲＩＥ法により基板に対してほぼ垂直な分離溝１６を形成する。
【００４６】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５が形成され、凸部１４が赤外半導体レーザ素子１３から分離形成される。
【００４７】
最後に、図５（ｃ）に示すように、p−ＧａＡｓコンタクト層７８の上面にｐ側電極１９と、可視半導体レーザ素子のｐ側電極１８（図示せず）と、凸部１４の上面に絶縁膜２０とを形成する。
【００４８】
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板１１を研磨により薄くした後、ｎ側電極１７を形成する。この後熱処理を施すことで、ｐ側電極１８、１９の合金化を行う。
【００４９】
このように作製されたウエハを、ストライプに対して垂直な面でバー状に劈開し、バーをチップごとに分離することで、図２に示す多波長半導体レーザ素子１０が完成する。
【００５０】
本実施例では、赤外半導体レーザ素子１３と凸部１４との間にある分離溝１６は、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３との間に形成した分離溝１５を形成した後に形成している。勿論、分離溝１６は、分離溝１５と同時に形成しても何ら差し支えない。
【００５１】
実験によれば、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３との発光点の間隔が、例えば１１０μｍ、共振器長Ｌ１、Ｌ２がともに１５００μｍの場合に、赤外半導体レーザ素子１３の光出力を７ｍＷで駆動させると、その消費電力は約１４０ｍWである。また、単体の赤外半導体レーザ素子において共振器長が４００μｍの場合は、同一光出力を得るための消費電力は約７０ｍＷである。このことから、共振器長が短い方が消費電力の低減に対して有利である。
【００５２】
図６は、図１に示す多波長半導体レーザ素子１０を用いた多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図６（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図６（ｂ）は多波長半導体レーザ素子１０がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図である。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、本実施例の多波長半導体レーザ装置１００は、４本のリ−ドピン１０１が電気的絶縁されて植設された金属製のステム１０２に多波長半導体レーザ素子１０及びレーザ光をモニタするためのモニタフォトダイオード１０３が固定されている。
【００５４】
多波長半導体レーザ素子１０は絶縁性サブマウント１０４にマウントされ、ステム１０２の対向側にレーザ光を取り出すようにステム１０２と垂直に固定されている。
【００５５】
また、モニタフォトダイオード１０３は、多波長半導体レーザ素子１０の下方においてステム１０２に固定されている。
【００５６】
これら多波長半導体レーザ素子１０及びモニタフォトダイオード１０３は、ワイヤ等によりリードピン１０１と電気的接続されている。
【００５７】
また、金属製のキャップ１０５が多波長半導体レーザ素子１０、モニタフォトダイオード１０３を内包してステム１０２に封着されている。
【００５８】
このキャップ１０５の頂部には、レーザ光を取り出すためのウィンドウガラス１０６が設けられ、多波長半導体レーザ素子１０からの可視レーザ光１０７および赤外レーザ光１０８は、多波長半導体レーザ素子１０の一方の端面からウィンドウガラス１０６を通して外囲器の外部に向けて放射され、他方の端面からのレーザ光は、発光を制御するためのモニタフォトダイオード１０３に入射する。
【００５９】
図６（ｂ）に示すように、多波長半導体レーザ素子１０は、ｐ側電極１８、１９が、例えば金錫共晶ハンダにより絶縁性サブマウント１０４に固着され、ジャンクションダウンマウントされている。
【００６０】
ここで、凸部１４は絶縁性サブマウント１０４に固着せずとも当接するので、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力を均等化することが可能である。
【００６１】
以上説明したように、本実施例によれば、赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が可視光半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１とは独立に最適値に設定できるので、赤外半導体レーザ素子１３の閾値電流が低減し無駄な消費電力を削減することができる。
【００６２】
更に、多波長半導体レーザ素子１０をジャンクションダウンマウントした場合に、凸部１４により可視光半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力を均一化することができる。
【００６３】
これにより、消費電力が少なく、熱的機械的に安定した多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供することができる。
【００６４】
ここでは、凸部１４の上面に絶縁膜２０を形成した場合について説明したが、更に絶縁膜２０上に、ｐ側電極１８、１９と同じ材料の金属膜を形成しておけば、電気的絶縁性を保ったまま凸部１４も同時に共晶ハンダにより絶縁性サブマウント１０４に固着されるので、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力をより均等化することが可能である。
【００６５】
また、赤外半導体レーザ素子１３を形成した後、可視半導体レーザ素子１２を形成した場合について説明したが、逆に可視半導体レーザ素子１２を形成した後、赤外半導体レーザ素子１３を形成しても構わない。
【００６６】
更に、多波長半導体レーザ素子１０が気密性のある所謂キャンパッケージに収納された場合について説明したが、気密性の無いパッケージ、例えばリードフレーム型パッケージに収納しても構わない。その場合に、モニタフォトダイオード１０３は内包しなくてもよい。
【実施例２】
【００６７】
図７乃至図９は、本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００６８】
本実施例が実施例１と異なる点は、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５に対向する凸部１４の端面が傾斜していることにある。
【００６９】
即ち、図７に示すように、多波長半導体レーザ素子１２０は、後端面８５と対向し、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で外側面へ広がるように傾斜した端面１２１を有している。
【００７０】
傾斜した端面１２１は、図５に示すレジスト膜８３をフォトリソグラフィ法により赤外半導体レーザ素子１３の外側面へ広がるパターン開口部８４を形成した後、ＲＩＥ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１に対して垂直な分離溝１２２を形成することにより得られる。
【００７１】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５から出射された赤外レーザ光ａは傾斜した端面１２１で光軸に対して斜め方向に反射されるので、赤外半導体レーザ素子１３への戻り光が防止される。
【００７２】
従って、戻り光の干渉により赤外半導体レーザ素子１３の縦モードがモードホッピングを起こし、赤外レーザ光の出力が揺らぐノイズを抑制することが可能である。
【００７３】
端面１２１の傾斜角度は赤外レーザ光の出力が揺らぐノイズが抑制できる範囲内であれば特に限定されないが、０度より大きく４５度以下程度が好ましい。
【００７４】
以上説明したように、実施例２係る半導体レーザ素子１２０では、上記実施例１と同様の効果以外に、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５と対向する凸部１４の端面１２１を傾斜面にしたので、赤外半導体レーザ素子１３への戻り光が防止される。従って、戻り光の干渉による赤外レーザ光のノイズを抑制できる利点がある。
【００７５】
ここでは、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で外側面へ広がるように傾斜させた場合について説明したが、図８に示すように、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で内側面、即ち可視半導体レーザ素子１２側へ広がるように傾斜させても良い。
【００７６】
また、図９に示すように、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して垂直な方向で上面側へ広がるように傾斜させても構わない。上面側へ広がるように傾斜させるには、例えば図５（ｂ）に示す基板に垂直な分離溝１６を形成した後、分離溝１５、１６を埋めるように全面にレジスト膜を形成し、上面側へ広がるように傾斜した端面１４１を形成する領域にレジスト開口部を形成する。次に、順メサになるようにメサエッチングを行うことにより形成することができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０は、本発明の実施例３係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す図で、図１０（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図１０（ｂ）は多波長半導体レーザ素子がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図である。
【００７８】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００７９】
本実施例が実施例１と異なる点は、多波長半導体レーザ装置が記録媒体に記録された情報を読み出す機能を一体に備えたことにある。
【００８０】
即ち、図１０に示すように、本実施例の多波長半導体レーザ装置２００は、多波長半導体レーザ素子１０の前方の送信方向光軸上に配置された波長選択性を有する光路分岐手段２０１と、光路分岐手段２０１を透過し、光路分岐手段２０１の前方の送信方向光軸上に設けられた反射板（図示せず）で反射された光が、光路分岐手段に入射して分岐された光信号を検出する受光素子２０２とを有することにある。
【００８１】
光路分岐手段２０１は、例えばガラスなどの表面に細かい溝を多数刻んだ回折格子で、ホログラムとも呼ばれている。回折格子の境界面を通過したレーザ光は、回折作用によりそのまま直進する０次回折光、左右に曲げられる±１次回折光などの複数のビームに分離される。
【００８２】
受光素子２０２は、例えば可視から近赤外領域まで受光感度を有するシリコンフォトダイオードで、絶縁性サブマウント１０４を載置する台座部２０３の送信方向側面にマウントされて反射板（図示せず）で反射されて戻ってきたレーザ光１０７あるいはレーザ光１０８を受光する。台座部２０３はヒートシンクとしても機能している。
【００８３】
図１１は、多波長半導体レーザ装置２００の動作原理を示す図である。図１１（ａ）に示すように、多波長半導体レーザ素子１０から出たレーザ光１０７または１０８は光路分岐手段２０１をまっすぐに透過して（０次回折光）、レンズ２０４により平行光になり、レンズ２０５により集光されて記録媒体２０６面に達する。
【００８４】
次に、図１１（ｂ）に示すように、記録媒体２０６面に達したレーザ光１０７または１０８は記録媒体２０６面で反射され、記録媒体２０６の反射率の差による記録情報を有する信号として同じ光路を通って戻ってくる。
【００８５】
戻ってきたレーザ光１０７または１０８は、光路分岐手段２０１によって曲げられて（１次回折光）、受光素子２０２に達し、電気信号に変換されて外部に取り出される。
【００８６】
ＤＶＤ記録媒体に記録された情報を読み出す場合に可視半導体レーザ素子１２が、ＣＤ記録媒体に記録された情報を読み出す場合に赤外半導体レーザ素子１３がそれぞれ駆動され、受光素子２０２により記録された情報がそれぞれ読み出される。
【００８７】
以上説明したように、本実施例によれば、上記実施例1と同様の効果以外に記録媒体２０６に記録された情報を読み出す機能を一体に備えた多波長半導体レーザ装置２００の消費電力を低減できる利点がある。従って、無駄な発熱により精密光学部品である回折格子の特性に影響を及ぼす恐れが無い。
【００８８】
上述した実施例においては、多波長半導体レーザ素子１０が可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３の２の波長の異なる半導体レーザ素子を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、３以上の半導体レーザ素子を有する多波長半導体レーザに適用しても構わない。
【００８９】
更に、凸部１４が赤外半導体レーザ素子１３として機能させないダミー赤外半導体レーザ素子構造である場合について説明したが、このダミー赤外半導体レーザ素子構造を除去した領域に絶縁性樹脂、例えばポリイミド樹脂やシリコン樹脂などをｐ側電極１８と同一平面になるように充填したものであっても構わない。これによれば、凸部１４の電気的絶縁性が向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図６】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図６（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図７（ｂ）は多波長半導体レーザ素子がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図。
【図７】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）はその平面図。
【図８】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図８（ａ）はその斜視図、図８（ｂ）はその平面図。
【図９】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）はその平面図。
【図１０】本発明の実施例３に係る多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図１０（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図１０（ｂ）は受光素子が台座部にマウントされた部分を示す斜視図。
【図１１】本発明の実施例３に係る多波長半導体レーザ装置の動作原理を示す図。
【符号の説明】
【００９１】
１０、１２０、１３０、１４０ 多波長半導体レーザ素子
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ 可視半導体レーザ素子
１３ 赤外半導体レーザ素子
１４ 凸部
１５、１６、１２２、１３２、１４２ 分離溝
１７ ｎ側電極
１８、１９ ｐ側電極
２０ 絶縁膜
Ｌ１、Ｌ２ 共振器長
Ｌ３ 発光点間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置に係わり、特に消費電力を低減するのに好適な構造を備えた半導体レーザ素子および半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（digital versatile disk）の記録・再生装置にはＣＤ（Compact disk）の再生あるいは記録機能も備えている。例えば、一台の光ディスク駆動装置でＤＶＤ媒体への記録・再生とＣＤ媒体の再生の機能を実現するために、光ピックアップヘッド（Optical Pick Up Head；ＰＵＨ）にはＤＶＤ記録再生用光源並びにＣＤ再生用光源として、それぞれ発振波長が６５０ｎｍ帯の高出力赤色半導体レーザと７８０ｎｍ帯の低出力赤外半導体レーザが搭載される。
【０００３】
しかし、個別の６５０ｎｍ帯の高出力半導体レーザ素子と７８０ｎｍ帯の低出力半導体レーザ素子の両方を搭載した光ピックアップヘッドでは、組み立て工程において６５０ｎｍ帯半導体レーザ素子の光軸と７８０ｎｍ帯半導体レーザ素子の光軸を個別に調整する必要があるため、組み立て工程が煩雑となり、精度良く組み立てることが困難であった。
【０００４】
そのため、６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を同一の基板に集積した多波長半導体レーザ素子を用いることにより、組立て調整の容易化が図られている。
【０００５】
従来、複数の半導体レーザ素子が同一の基板にモノリシックに集積された多波長半導体レーザ素子が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に開示された多波長半導体レーザ素子は、ステップ状構造を有する傾斜基板上に、ステップ状構造の段差からの距離が相互に異なるように配置され、ステップ状構造の高領域の段差近傍に形成された複数のインデックスガイド構造の光導波路と、劈開により形成された互いに長さが等しい複数の共振器とを有している。
【０００７】
ステップ状構造を有する基板上にＩｎを含む多重量子井戸構造の活性層を成長させたとき、活性層中のＩｎ濃度がステップ状構造の段差に近いほど高く、遠ざかるにつれて低くなることを利用してＩｎ濃度に応じて発振波長を徐々に変化させている。
【０００８】
然しながら、特許文献１に開示された共振器の長さが互いに等しい多波長半導体レーザ素子では、高出力が必要な６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と低出力で十分な７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を同一の基板にモノリシックに集積する場合に、低出力で十分な７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子の共振器長が最適値よりも長くなり過ぎるので、閾値電流が高くなり消費電力が無駄になるという問題がある。
【０００９】
これに対して、互いに長さの異なる共振器を有する複数の半導体レーザ素子が、同一基板にモノリシックに集積された多波長半導体レーザ素子が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【００１０】
特許文献２に開示された多波長半導体レーザ素子は、同一の活性層を用いて横方向にアレイ状に形成された複数のインデックスガイド構造の光導波路と、複数のバンドギャップに相当する波長光を発振するようにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により形成された互いに長さが異なる複数の共振器長とを有している。
【００１１】
半導体レーザの活性層の利得スペクトルは注入電流レベルに対して著しく変化するため、共振器の長さを変えてしきい利得を変化させることにより数十〜百数十ｎｍ程度発振波長を変化させている。
【００１２】
然しながら、特許文献２に開示された共振器の長さが互いに異なる多波長半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子として動作させない光導波路を全て除去している。
【００１３】
従って、多波長半導体レーザ素子の光導波路側をサブマウントに載置、所謂ジャンクションダウンマウントする場合に、共振器の長さにより半導体レーザ素子がサブマウントに当接する面積が異なるので、各半導体レーザ素子にかかる応力が不均一になる問題がある。
【００１４】
特に、共振器長の短い７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子に過大な応力が掛かり、特性が劣化する恐れがある。
【特許文献１】特開２００４−８７５６４（６−７頁、図１）
【特許文献２】特開平４−２４５４９４（５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、消費電力が少なく、熱的機械的に安定な多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様の多波長半導体レーザ素子では、基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と、を有することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の一態様の多波長半導体レーザ装置では、基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と、を有する多波長半導体レーザ素子と、前記多波長半導体レーザの前記第1、第２半導体レーザおよび前記凸部の主面上に載置されたサブマウントと、前記電極と電気的接続されたリードピンと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、消費電力が少なく、熱的機械的に安定な多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断し、矢印方向に眺めた断面図、図３乃至図５は多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、多波長半導体レーザ素子１０は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の主面に形成された発振波長が６５０ｎｍ帯の可視半導体レーザ素子１２と、７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザ素子１３と、赤外半導体レーザ素子１３と同じ層構造を有するが、レーザ素子として利用しないダミー赤外半導体レーザ素子からなる凸部１４とを有している。
【００２２】
可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３は発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、分離溝１５により素子分離されている。
【００２３】
凸部１４は可視半導体レーザ素子１２の光軸と平行な側面および赤外半導体レーザ素子１３の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、可視半導体レーザ素子１２と分離溝１５により素子分離され、赤外半導体レーザ素子１３と分離溝１６により素子分離されている。
【００２４】
可視半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１は所定の高出力光が得られる長さに、また赤外半導体レーザ素子１３の共振器Ｌ２は所定の低出力光が得られる範囲内で閾値電流が小さくなる長さに、それぞれ独立に設定されている。
【００２５】
可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の活性層に電気的導通を取るために、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｎ側電極１７が形成され、可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の上面にはｐ側電極１８、１９がそれぞれ形成されている。
【００２６】
凸部１４を構成する赤外半導体レーザ素子の活性層への電気的導通を防止するために、凸部１４の上面には絶縁膜２０、例えばシリコン酸化膜が形成されている。これにより、赤外半導体レーザ素子として機能しないダミー赤外半導体レーザ素子が構成される。
【００２７】
図２に示すように、可視半導体レーザ素子１２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、例えばＡｌの組成が０．７のｎ−Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐクラッド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層と記す）４２と、例えばＡｌの組成が０．６のｎ−Ｉｎ０．５（Ｇａ０．４Ａｌ０．６）０．５Ｐ光ガイド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層と記す）４３と、例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）Ｐ０．５のＭＱＷ（Multi-Quantum Well）活性層４４と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４５と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４６とが形成されている。
【００２８】
更に、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４６上に、ｐ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチングストップ層（以下、ＩｎＧａＰエッチングストップ層と記す）５０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層５１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層５２とを具備するストライプ状のリッジ導波路５３が形成されている。
【００２９】
リッジ導波路５３の上面以外の部分にｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６が形成され、リッジ導波路５３はｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６を介してｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８で埋め込まれて平坦な表面が形成されている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上にはｐ側電極１８が形成されている。
【００３０】
同様にして、赤外半導体レーザ素子１３は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、例えばＡｌの組成が０．２のＧａ０．８Ａｌ０．２Ａｓ（以下、ＧａＡｌＡｓ活性層と記す）６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６とが形成されている。
【００３１】
更に、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６上に、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２とを具備するストライプ状のリッジ導波路７３が形成されている。
【００３２】
リッジ導波路７３の上面以外の部分にｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層６７が形成され、リッジ導波路７３はｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６を介してｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８で埋め込まれて平坦な表面が形成されている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上にはｐ側電極１９が形成されている。
【００３３】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が可視光半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１とは独立に最適値に設定できるので、閾値電流が低減し無駄な消費電力を削減することが可能である。
【００３４】
凸部１４は、赤外半導体レーザ１３と同様に、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、ＧａＡｌＡｓ活性層６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１およびｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２を具備するストライプ状のリッジ導波路７３と、ｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８とを有し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８上面に絶縁膜２０が形成されている。これにより、ＧａＡｌＡｓ活性層６４には、通電されず、ダミー赤外半導体レーザとして機能する。
【００３５】
次に、多波長半導体レーザ素子１０の可視半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３の具体的な製造方法について詳しく説明する。
【００３６】
始めに、赤外半導体レーザ素子１３のレーザ構造が形成される。
図３（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層６１と、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２と、ＧａＡｌＡｓ活性層６４と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６６と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層７０と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７１と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層７２と、ｎ−ＧａＡｓキャップ層７４までをこの順に全面的にエピタキシャル成長させる。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６１を残して、ｎ−ＧａＡｓキャップ層７４からｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２の一部を選択的に除去する。
【００３８】
次に、図３（ｃ）に示すように、可視半導体レーザ素子１２のレーザ構造を形成する。例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２からｎ−ＧａＡｓキャップ層５４までを順次、エピタキシャル成長させる。なお、可視半導体レーザ構造において、本実施例では活性層としてＭＱＷ構造を用いており、さらにそのＭＱＷを挟むように、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４３とｐ−ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層４５を形成している。ＭＱＷ活性層を用いることにより、バルク活性層よりも高い光出力が得られる。
【００３９】
次に、図３（ｄ）に示すように、赤外半導体レーザ構造の上に積層した可視半導体レーザ構造を除去する。即ち、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ｎ−ＧａＡｓキャップ層５４からｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４２の一部を除去する。
【００４０】
次に、図４（ａ）に示すように、赤外半導体レーザ構造、可視半導体レーザ構造の上にストライプ状のＳｉＯ２マスク７５を形成する。ＳｉＯ２マスク７５の間隔Ｌ３が発光点間隔となり、その距離は例えば１１０μｍである。その上でウェットエッチング法を用いてｎ−ＧａＡｓキャップ層５４、７４、ｐ−ＩｎＧａP通電容易層５２、７２、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌPクラッド層５１、７１をエッチングにより除去する。なおこのエッチングは、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層５０および７０に達したときに止まる。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層７６とｎ−ＧａＡｓキャップ層７７を選択的にエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、可視および赤外半導体レーザ素子上部のＳｉＯ２マスク７５とｎ−ＧａＡｓキャップ層５４、７４、７７をエッチングにより除去する。その後、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８をエピタキシャル成長させる。
【００４３】
次に、図４（ｄ）に示すように、分離溝１５を形成することで、赤外半導体レーザ素子と可視半導体レーザ素子とを互いに分離する。具体的には、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、選択的にエッチングする。
【００４４】
次に、赤外半導体レーザ素子の共振器長を定める。先ず図５（ａ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７８の上に、フォトリソグラフィ法を用いて赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が得られる位置に、例えば共振器方向に幅１μｍ以上、５μｍ程度の開口部８４を持つようなレジスト膜８３を形成する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示すように、p−ＧａＡｓコンタクト層７８からｎ−ＧａＡｓ基板１１の一部分までをＲＩＥ法により基板に対してほぼ垂直な分離溝１６を形成する。
【００４６】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５が形成され、凸部１４が赤外半導体レーザ素子１３から分離形成される。
【００４７】
最後に、図５（ｃ）に示すように、p−ＧａＡｓコンタクト層７８の上面にｐ側電極１９と、可視半導体レーザ素子のｐ側電極１８（図示せず）と、凸部１４の上面に絶縁膜２０とを形成する。
【００４８】
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板１１を研磨により薄くした後、ｎ側電極１７を形成する。この後熱処理を施すことで、ｐ側電極１８、１９の合金化を行う。
【００４９】
このように作製されたウエハを、ストライプに対して垂直な面でバー状に劈開し、バーをチップごとに分離することで、図２に示す多波長半導体レーザ素子１０が完成する。
【００５０】
本実施例では、赤外半導体レーザ素子１３と凸部１４との間にある分離溝１６は、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３との間に形成した分離溝１５を形成した後に形成している。勿論、分離溝１６は、分離溝１５と同時に形成しても何ら差し支えない。
【００５１】
実験によれば、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３との発光点の間隔が、例えば１１０μｍ、共振器長Ｌ１、Ｌ２がともに１５００μｍの場合に、赤外半導体レーザ素子１３の光出力を７ｍＷで駆動させると、その消費電力は約１４０ｍWである。また、単体の赤外半導体レーザ素子において共振器長が４００μｍの場合は、同一光出力を得るための消費電力は約７０ｍＷである。このことから、共振器長が短い方が消費電力の低減に対して有利である。
【００５２】
図６は、図１に示す多波長半導体レーザ素子１０を用いた多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図６（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図６（ｂ）は多波長半導体レーザ素子１０がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図である。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、本実施例の多波長半導体レーザ装置１００は、４本のリ−ドピン１０１が電気的絶縁されて植設された金属製のステム１０２に多波長半導体レーザ素子１０及びレーザ光をモニタするためのモニタフォトダイオード１０３が固定されている。
【００５４】
多波長半導体レーザ素子１０は絶縁性サブマウント１０４にマウントされ、ステム１０２の対向側にレーザ光を取り出すようにステム１０２と垂直に固定されている。
【００５５】
また、モニタフォトダイオード１０３は、多波長半導体レーザ素子１０の下方においてステム１０２に固定されている。
【００５６】
これら多波長半導体レーザ素子１０及びモニタフォトダイオード１０３は、ワイヤ等によりリードピン１０１と電気的接続されている。
【００５７】
また、金属製のキャップ１０５が多波長半導体レーザ素子１０、モニタフォトダイオード１０３を内包してステム１０２に封着されている。
【００５８】
このキャップ１０５の頂部には、レーザ光を取り出すためのウィンドウガラス１０６が設けられ、多波長半導体レーザ素子１０からの可視レーザ光１０７および赤外レーザ光１０８は、多波長半導体レーザ素子１０の一方の端面からウィンドウガラス１０６を通して外囲器の外部に向けて放射され、他方の端面からのレーザ光は、発光を制御するためのモニタフォトダイオード１０３に入射する。
【００５９】
図６（ｂ）に示すように、多波長半導体レーザ素子１０は、ｐ側電極１８、１９が、例えば金錫共晶ハンダにより絶縁性サブマウント１０４に固着され、ジャンクションダウンマウントされている。
【００６０】
ここで、凸部１４は絶縁性サブマウント１０４に固着せずとも当接するので、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力を均等化することが可能である。
【００６１】
以上説明したように、本実施例によれば、赤外半導体レーザ素子１３の共振器長Ｌ２が可視光半導体レーザ素子１２の共振器長Ｌ１とは独立に最適値に設定できるので、赤外半導体レーザ素子１３の閾値電流が低減し無駄な消費電力を削減することができる。
【００６２】
更に、多波長半導体レーザ素子１０をジャンクションダウンマウントした場合に、凸部１４により可視光半導体レーザ素子１２および赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力を均一化することができる。
【００６３】
これにより、消費電力が少なく、熱的機械的に安定した多波長半導体レーザ素子および多波長半導体レーザ装置を提供することができる。
【００６４】
ここでは、凸部１４の上面に絶縁膜２０を形成した場合について説明したが、更に絶縁膜２０上に、ｐ側電極１８、１９と同じ材料の金属膜を形成しておけば、電気的絶縁性を保ったまま凸部１４も同時に共晶ハンダにより絶縁性サブマウント１０４に固着されるので、可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３にかかる応力をより均等化することが可能である。
【００６５】
また、赤外半導体レーザ素子１３を形成した後、可視半導体レーザ素子１２を形成した場合について説明したが、逆に可視半導体レーザ素子１２を形成した後、赤外半導体レーザ素子１３を形成しても構わない。
【００６６】
更に、多波長半導体レーザ素子１０が気密性のある所謂キャンパッケージに収納された場合について説明したが、気密性の無いパッケージ、例えばリードフレーム型パッケージに収納しても構わない。その場合に、モニタフォトダイオード１０３は内包しなくてもよい。
【実施例２】
【００６７】
図７乃至図９は、本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００６８】
本実施例が実施例１と異なる点は、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５に対向する凸部１４の端面が傾斜していることにある。
【００６９】
即ち、図７に示すように、多波長半導体レーザ素子１２０は、後端面８５と対向し、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で外側面へ広がるように傾斜した端面１２１を有している。
【００７０】
傾斜した端面１２１は、図５に示すレジスト膜８３をフォトリソグラフィ法により赤外半導体レーザ素子１３の外側面へ広がるパターン開口部８４を形成した後、ＲＩＥ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１に対して垂直な分離溝１２２を形成することにより得られる。
【００７１】
これにより、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５から出射された赤外レーザ光ａは傾斜した端面１２１で光軸に対して斜め方向に反射されるので、赤外半導体レーザ素子１３への戻り光が防止される。
【００７２】
従って、戻り光の干渉により赤外半導体レーザ素子１３の縦モードがモードホッピングを起こし、赤外レーザ光の出力が揺らぐノイズを抑制することが可能である。
【００７３】
端面１２１の傾斜角度は赤外レーザ光の出力が揺らぐノイズが抑制できる範囲内であれば特に限定されないが、０度より大きく４５度以下程度が好ましい。
【００７４】
以上説明したように、実施例２係る半導体レーザ素子１２０では、上記実施例１と同様の効果以外に、赤外半導体レーザ素子１３の共振器の後端面８５と対向する凸部１４の端面１２１を傾斜面にしたので、赤外半導体レーザ素子１３への戻り光が防止される。従って、戻り光の干渉による赤外レーザ光のノイズを抑制できる利点がある。
【００７５】
ここでは、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で外側面へ広がるように傾斜させた場合について説明したが、図８に示すように、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して水平な方向で内側面、即ち可視半導体レーザ素子１２側へ広がるように傾斜させても良い。
【００７６】
また、図９に示すように、赤外半導体レーザ素子１３の光軸に対して垂直な方向で上面側へ広がるように傾斜させても構わない。上面側へ広がるように傾斜させるには、例えば図５（ｂ）に示す基板に垂直な分離溝１６を形成した後、分離溝１５、１６を埋めるように全面にレジスト膜を形成し、上面側へ広がるように傾斜した端面１４１を形成する領域にレジスト開口部を形成する。次に、順メサになるようにメサエッチングを行うことにより形成することができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０は、本発明の実施例３係る多波長半導体レーザ装置の構造を示す図で、図１０（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図１０（ｂ）は多波長半導体レーザ素子がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図である。
【００７８】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００７９】
本実施例が実施例１と異なる点は、多波長半導体レーザ装置が記録媒体に記録された情報を読み出す機能を一体に備えたことにある。
【００８０】
即ち、図１０に示すように、本実施例の多波長半導体レーザ装置２００は、多波長半導体レーザ素子１０の前方の送信方向光軸上に配置された波長選択性を有する光路分岐手段２０１と、光路分岐手段２０１を透過し、光路分岐手段２０１の前方の送信方向光軸上に設けられた反射板（図示せず）で反射された光が、光路分岐手段に入射して分岐された光信号を検出する受光素子２０２とを有することにある。
【００８１】
光路分岐手段２０１は、例えばガラスなどの表面に細かい溝を多数刻んだ回折格子で、ホログラムとも呼ばれている。回折格子の境界面を通過したレーザ光は、回折作用によりそのまま直進する０次回折光、左右に曲げられる±１次回折光などの複数のビームに分離される。
【００８２】
受光素子２０２は、例えば可視から近赤外領域まで受光感度を有するシリコンフォトダイオードで、絶縁性サブマウント１０４を載置する台座部２０３の送信方向側面にマウントされて反射板（図示せず）で反射されて戻ってきたレーザ光１０７あるいはレーザ光１０８を受光する。台座部２０３はヒートシンクとしても機能している。
【００８３】
図１１は、多波長半導体レーザ装置２００の動作原理を示す図である。図１１（ａ）に示すように、多波長半導体レーザ素子１０から出たレーザ光１０７または１０８は光路分岐手段２０１をまっすぐに透過して（０次回折光）、レンズ２０４により平行光になり、レンズ２０５により集光されて記録媒体２０６面に達する。
【００８４】
次に、図１１（ｂ）に示すように、記録媒体２０６面に達したレーザ光１０７または１０８は記録媒体２０６面で反射され、記録媒体２０６の反射率の差による記録情報を有する信号として同じ光路を通って戻ってくる。
【００８５】
戻ってきたレーザ光１０７または１０８は、光路分岐手段２０１によって曲げられて（１次回折光）、受光素子２０２に達し、電気信号に変換されて外部に取り出される。
【００８６】
ＤＶＤ記録媒体に記録された情報を読み出す場合に可視半導体レーザ素子１２が、ＣＤ記録媒体に記録された情報を読み出す場合に赤外半導体レーザ素子１３がそれぞれ駆動され、受光素子２０２により記録された情報がそれぞれ読み出される。
【００８７】
以上説明したように、本実施例によれば、上記実施例1と同様の効果以外に記録媒体２０６に記録された情報を読み出す機能を一体に備えた多波長半導体レーザ装置２００の消費電力を低減できる利点がある。従って、無駄な発熱により精密光学部品である回折格子の特性に影響を及ぼす恐れが無い。
【００８８】
上述した実施例においては、多波長半導体レーザ素子１０が可視半導体レーザ素子１２と赤外半導体レーザ素子１３の２の波長の異なる半導体レーザ素子を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、３以上の半導体レーザ素子を有する多波長半導体レーザに適用しても構わない。
【００８９】
更に、凸部１４が赤外半導体レーザ素子１３として機能させないダミー赤外半導体レーザ素子構造である場合について説明したが、このダミー赤外半導体レーザ素子構造を除去した領域に絶縁性樹脂、例えばポリイミド樹脂やシリコン樹脂などをｐ側電極１８と同一平面になるように充填したものであっても構わない。これによれば、凸部１４の電気的絶縁性が向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図６】本発明の実施例１に係る多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図６（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図７（ｂ）は多波長半導体レーザ素子がジャンクションダウンマウントされた状態を示す斜視図。
【図７】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）はその平面図。
【図８】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図８（ａ）はその斜視図、図８（ｂ）はその平面図。
【図９】本発明の実施例２に係る多波長半導体レーザ素子の構造を示す図で、図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）はその平面図。
【図１０】本発明の実施例３に係る多波長半導体レーザ装置の構成を示す図で、図１０（ａ）は外囲器の一部が切欠された斜視図、図１０（ｂ）は受光素子が台座部にマウントされた部分を示す斜視図。
【図１１】本発明の実施例３に係る多波長半導体レーザ装置の動作原理を示す図。
【符号の説明】
【００９１】
１０、１２０、１３０、１４０ 多波長半導体レーザ素子
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ 可視半導体レーザ素子
１３ 赤外半導体レーザ素子
１４ 凸部
１５、１６、１２２、１３２、１４２ 分離溝
１７ ｎ側電極
１８、１９ ｐ側電極
２０ 絶縁膜
Ｌ１、Ｌ２ 共振器長
Ｌ３ 発光点間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、
前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、
前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面に対向した前記凸部の端面が、前記端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記凸部は、前記第２半導体レーザと同一構成を有することを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部とを有する多波長半導体レーザ素子と、
前記多波長半導体レーザの前記第1、第２半導体レーザ素子および前記凸部の主面上に載置されたサブマウントと、
前記電極と電気的接続されたリードピンと
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部とを有する多波長半導体レーザ素子と、
前記多波長半導体レーザ素子の前方の送信方向光軸上に設けられた波長選択性を有する光路分岐手段と、
前記光路分岐手段を透過し、前記光路分岐手段の前方の送信方向光軸上に設けられた反射板で反射された光が、前記光路分岐手段に入射して分岐された光信号を検出する受光素子と
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
【請求項１】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、
前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、
前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部と
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面に対向した前記凸部の端面が、前記端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記凸部は、前記第２半導体レーザと同一構成を有することを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部とを有する多波長半導体レーザ素子と、
前記多波長半導体レーザの前記第1、第２半導体レーザ素子および前記凸部の主面上に載置されたサブマウントと、
前記電極と電気的接続されたリードピンと
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
基板の主面に形成され、特定波長の発振光を放射する第１半導体レーザ素子と、
前記第１半導体レーザ素子と発振光の光軸が実質的に同一光軸をなすように光軸平行に近接して配置され、前記第１半導体レーザ素子の共振器より長さが短い共振器を具備し、前記特定波長と異なる波長の発振光を放射する第２半導体レーザ素子と、前記第１および第２半導体レーザ素子の活性層にそれぞれ電気的導通を取るための電極と、前記第１半導体レーザ素子の光軸と平行な側面および前記第２半導体レーザ素子の光軸と垂直な端面にそれぞれ近接して配置され、上面に絶縁膜が形成された凸部とを有する多波長半導体レーザ素子と、
前記多波長半導体レーザ素子の前方の送信方向光軸上に設けられた波長選択性を有する光路分岐手段と、
前記光路分岐手段を透過し、前記光路分岐手段の前方の送信方向光軸上に設けられた反射板で反射された光が、前記光路分岐手段に入射して分岐された光信号を検出する受光素子と
を有することを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−９３４６６（Ｐ２００６−９３４６６Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７８２８９（Ｐ２００４−２７８２８９）
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０４１３６８７８）東芝ディスクリートテクノロジー株式会社 (95)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０４１３６８７８）東芝ディスクリートテクノロジー株式会社 (95)
【Ｆターム（参考）】
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