CN101582564A - 半导体激光器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可进行红色和红外发光的半导体激光器装置，能够避免输出和特性的恶化，缩小元件幅度。半导体激光器装置(50)在基板(10)上具有红色激光器元件(1)和红外激光器元件(2)。红色激光器元件(1)具备双异质结构，InGaP类或AlGaInP类的活性层(13)被第(1)导电型包覆层(12)和有脊(14a)的第2导电型包覆层(14)夹持；红外激光器元件(2)具备双异质结构，GaAs类或AlGaAs类的活性层(23)被第1导电型包覆层(22)和有脊(24a)的第2导电型包覆层(24)夹持。当第1电极(31)在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W1，第2电极(32)在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W2时，满足W1＞W2以及80μm≥W2≥60μm的关系。

Description

半导体激光器装置
技术领域
本发明涉及一种在光盘装置的光拾取器用光源、其它电子装置、信息处理装置等中作为必要光源使用的红色和红外区域的半导体激光器。double hetero junction
背景技术
以往，可以进行高密度记录的大容量多功能数码光盘(DVD)以及DVD再生装置已在市场上出售，作为未来需求越来越大的商品备受关注。由于DVD是高密度记录的，所以记录和再生用激光光源就使用了发光波长为650nm的AlGaInP类半导体激光器。这样，现有的DVD装置的光学拾取器，就无法记录·再生使用发光波长为780nm的AlGaAs类半导体激光器记录·再生的可写光盘(CDR)。
因此，采用了一种搭载双波长激光器的光学拾取器，分别将发光波长为650nm频带的AlGaInP类半导体激光器(红色激光器)和发光波长为780nm频带的AlGaAs类半导体激光器(红外激光器)组装到不同的封装件(package)来作为激光器芯片。这样，就实现了DVD和CDR均可记录·再生的装置。
但是，由于上述光学拾取器搭载了两个封装件：AlGaInP类半导体激光器和AlGaAs类半导体激光器，所以尺寸就会变大。因此，采用这种光学拾取器的DVD装置的尺寸也就会变大。
相对于此，已知一种集成型半导体发光装置，包括多种半导体发光元件，由同一基板上生长的半导体层形成发光元件构造，且发光波长彼此不同。特开平11-186651号公报(下称文献1)的半导体装置就是这样的例子。
图9表示文献1所述的一例集成型半导体发光装置。如图9所示，现有的集成型半导体激光器装置100，在同一n型GaAs基板101上，以彼此分离的状态，集成了发光波长为700nm频带(例如780nm)的AlGaAs类半导体激光器LD1和发光波长为600nm频带(例如650nm)的AlGaInP类半导体激光器LD2。
这里，n型GaAs基板101，例如是具有(100)面方位，或者以偏离(100)面例如5～15°的面为主面。
此外，AlGaAs类半导体激光器LD1中，在n型GaAs基板101上按照以下顺序，依次叠层了n型GaAs缓冲层111、n型AlGaAs包覆层112、具有单一量子阱(SQW)构造或多重量子阱(MQW)构造的活性层113、p型AlGaAs包覆层114和p型GaAs覆盖(cap)层115。
p型AlGaAs包覆层114的上部以及p型GaAs覆盖层115，构成了向一个方向延伸的条形。在这样的条形部的两侧部分，设有n型GaAs限流层(电流狭窄层)116，这样就形成了限流结构(电流狭窄结构)。在条状的p型GaAs覆盖层115以及n型GaAs限流层116上，设有p侧电极117，与p型GaAs覆盖层115形成接触电阻。p侧电极117，例如使用了Ti/Pt/Au电极。
此外，在AlGaInP类半导体激光器LD2中，在n型GaAs基板101上按照以下顺序，依次叠层了n型GaAs缓冲层121、n型AlGaInP包覆层122、具有SQW构造或MQW构造的活性层123、p型AlGaInP包覆层124、p型GaInP中间层125和p型GaAs覆盖层126。
p型AlGaInP包覆层124的上部、p型GaInP中间层125以及p型GaAs覆盖层126构成了向一个方向延伸的条形。在这样的条形部的两侧部分，设有n型GaAs限流层127，这样就形成了限流结构。在条状的p型GaAs覆盖层126以及n型GaAs限流层127上设有p侧电极128，与p型GaAs覆盖层126形成接触电阻。p侧电极128例如使用了Ti/Pt/Au电极。
另外，在n型GaAs基板101背面设有n侧电极129，与n型GaAs基板101形成接触电阻。n侧电极129例如使用了AuGe/Ni电极或In电极。
此外，AlGaAs类半导体激光器LD1的p侧电极117和AlGaInP类半导体激光器LD2的p侧电极128，分别被用AuSn等，焊接在外壳基座(package base)130上彼此以电分离状态设置的散热器H1和散热器H2上。
根据如上构成的现有的集成型半导体激光器装置100，通过在p侧电极117与n侧电极129之间电流流动，就可以驱动AlGaAs类半导体激光器LD1。此外，通过在p侧电极128与n侧电极129之间电流流动，就可以驱动AlGaInP类半导体激光器LD2。这时，通过驱动AlGaAs类半导体激光器LD1，就可以取出波长为700nm频带(例如780nm)的激光，同时，通过驱动AlGaInP类半导体激光器LD2就可以取出波长为600nm频带(例如650nm)的激光。可以通过切换外部开关等，选择驱动AlGaAs类半导体激光器LD1还是驱动AlGaInP类半导体激光器LD2。
如上所述，根据现有的集成型半导体激光器装置100，通过在同一基板上，存在：发光波长为700nm频带的AlGaAs类半导体激光器LD1和发光波长为600nm频带的AlGaInP类半导体激光器LD2，从而，可以相互独立地取出DVD用激光和CD用激光。这样，将集成型半导体激光器装置100作为激光光源搭载在DVD装置的光学拾取器上，就可以再生和记录DVD和CD中的任意一个。
对于这些AlGaAs类半导体激光器LD1和AlGaInP类半导体激光器LD2，由于激光器构造由生长在同一n型GaAs基板101上的半导体层形成，所以上述集成型半导体激光器装置用一个封装件就可以解决。由此，就可以实现光学拾取器的小型化，DVD装置的小型化也就可以实现。
在以上那种以往的集成型半导体激光器装置100的情况下，设置有分离沟140，使得作为红色半导体激光器的AlGaInP类的半导体激光器LD2的芯片宽度与作为红外半导体激光器的AlGaAs类的半导体激光器LD2的芯片宽度相同。通过由蚀刻等形成的分离沟140，在同一基板上由结晶生长形成的红色半导体激光器部分和红外半导体激光器部分被电分离。
然而，一般来说半导体激光器具有以下特性：随着温度上升，光输出降低。因此，在半导体激光器驱动时，需要使半导体激光器自身产生的热量充分发散，为了达到这一目的，热传导率高的散热器被下方连接(Junction-Down)安装。这时，很明显，与散热器接触的半导体激光器的面积越大，散热越好。
但是，在双波长半导体激光器装置的情况下，假设两个半导体激光器只是互相接触地排列，那么两个半导体激光器就会形成电连接。因此，为了避免这种情况，需要在两个半导体激光器之间设置分离沟。但是，如果制作与并置两个半导体激光器的尺寸相同的双波长半导体激光器装置，那么散热面积会减少与无助于散热的分离沟大小相应的量，散热效率将会下降。
此外，如果为了改善散热而加大各半导体激光器的面积，又会失去可以小型化的这一双波长半导体激光器装置的特性。
特别是对于红色激光器，设置分离沟，减小散热面积，散热效率会因此显著降低。其理由是，红色半导体激光器与红外半导体激光器相比，活性层与p型包覆层的界面上，传导带的带能阶跃(ΔEc)较小。也就是说，由于ΔEc较小，所以会出现一种注入活性层的载流子被热激励、向p型包覆层漏出的现象-即载流子溢出，它所带来影响是很大的。其结果，红色半导体激光器相比红外半导体激光器，在高温工作的情况下，更容易因热饱和而发生最高光输出饱和。
为了以16倍速以上的高倍速进行DVD记录，需要在85℃的高温下，进行350mW以上的高输出，如果因热饱和而发生光输出饱和，会成为很大障碍。
因此，特开2002-190649号公报(以下称为文献2)所公开的发明中，对分离沟的形成位置进行了研究，对被集成的多个半导体激光器与其它装置之间的电连接部分，使其接触面积在每个半导体激光器中都不相同。
图10表示这种双波长激光器装置的例子。图10的半导体激光器装置301，在由相同的n型GaAs组成的基板302上，具备：振荡波长是650nm频带的由AlGaInP类材料组成的红色半导体激光器(第1半导体激光器)303；和振荡波长为780nm频带的由GaAs类材料组成的红外半导体激光器(第2半导体激光器)304。这里，在红色半导体激光器303与红外半导体激光器304之间设有分离沟305。
另外，红色半导体激光器303具有以下构造：在由n型的GaAs组成的基板302上依次叠层由n型的AlGaInP组成的包覆层306；由AlGaInP和GaInP组成的多重量子阱构造的活性层307；和由p型的AlGaInP组成的包覆层308。再有，在由p型的AlGaInP组成的包覆层308中，以形成条状的电流路径的方式，还设有由n型的AlInP组成的电流阻挡层309，构成限制电流注入活性层307的结构(使电流窄化)。
此外，在包覆层308上还叠层有p型电极315，p型电极315与散热器(散热材料)连接。这里，与散热器的接触面积是S1(＝共振器长度L1×宽度W1)。
另一方面，红外半导体激光器304具有以下构造：在基板302上，依次叠层由n型AlGaAs组成的包覆层310；由AlGaAs和GaAs组成的多重量子阱构造的活性层311；和由p型AlGaAs组成的包覆层312。另外，在由p型的AlGaAs组成的包覆层312中，以形成条状的电流路径的方式，还设有由n型的AlGaAs组成的电流阻挡层313，构成限制电流注入活性层311的构造(使电流窄化)。
此外，在包覆层312上还叠层有p型电极316，p型电极316与散热器连接。这里，与散热器的接触面积是S2(＝共振器长度L2×宽度W2)。另外，L1＝L2。
在以上说明的半导体激光器装置301中，p型包覆层的热传导率小于红外半导体激光器304，ΔEc也较小的红色半导体激光器303的芯片宽度W1被加大，大于红外半导体激光器304的芯片宽度W2。由于各共振器长度L1和L2是相等的，所以与散热器相接触而有益于散热的面积就为S1＞S2，红色半导体激光器303和红外半导体激光器304都可以实现良好的温度特性。
对于半导体激光器元件而言，希望削减制造成本是理所当然的。为此，减小每一个元件的尺寸(面积)是很有效的。这是因为元件尺寸越小，由一片晶圆制造出来的元件数量越大。
这里，半导体激光器元件的尺寸，是由元件的共振器长度和宽度(垂直于该共振器长度方向且平行于基板的方向上的尺寸)决定的。
其中的共振器长度是决定注入活性层的载流子密度、共振器损耗等的重要参数，直接影响振荡阈值电流、外部微分量子效率、工作电流值等。一般，共振器长度越长、活性层的可动载流子密度越小，所以在高温下工作时，能够减少载流子的溢出，实现更高温下的激光器振荡。这样，共振器的长度就会极大影响所希望的高温高输出动作的实现，需要先于元件宽度来决定。
另一方面，元件的宽度虽与解决工作中元件发热的散热面积有关，但与上述的共振器长度相比，对高温特性的影响是很小的。工作中元件的发热区域是电子注入区及其附近区域，发热区域产生的热量在电流注入条左右几十μm的区域中扩散。如果半导体激光器元件的宽度比该热扩散区域大，那么从散热性的观点看，元件面积就足够大了。因此，元件宽度与共振器长度相比，对高温特性的影响较小。
因此，为了削减双波长激光器的制造成本，在相同的共振器长度下，在红色激光器和红外激光器都能保证高温特性的范围内，尽量减小元件宽度是极为有效的。
但是，在用Junction-Down将双波长激光器装置安装在散热材料的情况下，如果过于缩小元件的宽度，那么很明显，光输出就会降低，信号量就会减小，SN比就会降低。在实际应用中，这种情况已成为重大障碍，所以其解决方法就成为一个课题。
另外，文献2所示的发明仅仅公开了以下内容：仅使温度特性上有利的红外激光器宽度小于红色激光器宽度。完全没有公开减小激光器宽度就会使光输出降低的内容。
发明内容
鉴于以上情形，以下对一种半导体激光器装置进行说明：红色激光器和红外激光器被集成在同一基板，能以各自的波长发光，在削减制造成本的同时，红色激光器、红外激光器都具有良好的高温特性且输出功率较高。
本案的发明者们对缩小激光器元件的宽度就会使光输出降低的原因进行了探讨。结果表明：若激光器元件宽度过窄，偏振比(TE(TransverseElectric)模式强度与TM(Transverse Magnetic)模式强度之比)就会降低。一般来说，构成光拾取器的光学***的元件，使用的是偏振光束分光器。所以，若偏振比降低，光输出就会降低，信号量就会减少，进而，SN比就会降低。
另外，本案的发明者们还发现：若令激光器元件宽度过窄，红色激光器和红外激光器各自的用于注入电流的条部就会产生应力，导致偏振比降低。在以Junction-Down方式将激光器装置安装在散热材料的情况下，由于激光器元件材料与散热材料之间存在热膨胀系数差的缘故，在从安装时熔化焊料所需的高温状态降至室温时，该应力就会发生。
基于这种新见解，本发明的半导体激光器装置就是一种红色半导体激光器元件和红外半导体激光器元件被集成在同一基板上的半导体激光器装置。红色半导体激光器元件具备双异质结构，由InGaP类或AlGaInP类材料组成的红色侧活性层被红色侧第1导电型包覆层和具有用来注入电流的脊的红色侧第2导电型包覆层夹持；红外半导体激光器元件具备双异质结构，由GaAs类或AlGaAs类材料组成的红外侧活性层被红外侧第1导电型包覆层和具有用来注入电流的脊的红外侧第2导电型包覆层夹持。当设形成在红色侧第2导电型包覆层上的第1电极在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W1，设形成在红外侧第2导电型包覆层上的第2电极在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W2时，满足W1＞W2以及80μm≥W2≥60μm的关系。
在本发明的半导体激光器装置中，具备由InGaP类或AlGaInP类材料组成的红色侧活性层的红色半导体激光器元件的宽度(方向是垂直于第1电极的共振器长度方向且平行于基板的尺寸W1)大于具备由GaAs类或AlGaAs类材料组成的红外侧活性层的红外半导体激光器元件的宽度(方向是垂直于第2电极的共振器长度方向且平行于基板的尺寸W2)。
因此，在用Junction-Down将该半导体激光器装置安装在散热器上时，对于在高温工作时因热饱和而更容易发生最高光输出饱和(与红外半导体激光器元件相比)的红色半导体激光器元件，增加与散热器的接触面积(与红外半导体激光器元件相比)，就可以提高散热效率。此外，使第2电极宽度W2小于第1电极宽度W1，就会抑制半导体激光器装置整体变大。
另外，设定第2电极宽度W2的范围(80μm≥W2≥60μm)，确保了所希望的激光器元件的偏振比。
另外，红色侧第1导电型包覆层、红色侧第2导电型包覆层、红外侧第1导电型包覆层和红外侧第2导电型包覆层都可以由AlGaInP类材料组成。
此外，红色侧第1导电型包覆层、红色侧第2导电型包覆层和红外侧第2导电型包覆层都可以由AlGaInP类材料组成，红外侧第1导电型包覆层可以由AlGaAs类材料组成。
各个包覆层都可以使用这种材料。
此外，优选：还满足90μm≥W1≥70μm的关系。
为了在不使散热性和偏振特性降低的情况下，缩小红色半导体激光器元件的元件面积，最好将第1电极的宽度W1设为这样的值。
此外，优选：通过在由AlN、Si或SiC组成的衬底上连接第1电极和第2电极来进行安装。
也就是说，优选：以接近红色侧活性层和红外侧活性层一侧的面焊接在衬底上的形式，用所谓的Junction-Down来安装半导体激光器装置。这里，散热器的衬底可以使用AlN、Si或SiC来形成。
通过以上这种构成，就可以使红色半导体激光器元件和红外半导体激光器元件都维持较高的偏振比和良好的高温工作特性，同时，可以缩小半导体激光器装置的元件宽度。
如上所述，根据本发明的半导体激光器装置，设定红色半导体激光器元件和红外半导体激光器元件的各个宽度，就可以使它们保持良好的温度特性和较高的偏振比，同时，缩小元件的面积，从而实现小型、高输出的半导体激光器装置。
附图说明
图1(a)是示意地表示本发明的第1实施方式的半导体激光器装置的截面图，图1(b)和(c)是表示其红色激光器和红外激光器中活性层的构造图。
图2是表示用Junction-Down方式安装本发明的第1和第2实施方式的半导体激光器装置的状态图。
图3(a)和(b)依次表示第1实施方式的红色激光器和红外激光器的工作电流值的电极宽度依赖性测定结果。
图4表示第1实施方式中，活性层上发生的应力分布对电极宽度的依赖性的计算结果。
图5表示使用不同衬底时活性层产生的应力对电极宽度的依赖性的计算结果。
图6表示本发明的第1实施方式的红外激光器的偏振比对电极宽度的相关性的测定结果。
图7是本发明的第2实施方式的半导体激光器的截面构造示意图。
图8(a)和(b)是本发明的第1和第2实施方式的红色激光器和红外激光器在85℃、50ns、脉冲占空比为33％条件下的电流-光输出特性的测定结果。
图9是一例现有的双波长半导体激光器装置的示意图。
图10是另一例现有的双波长半导体激光器装置的示意图。
图中：
1-红色激光器，2-红外激光器，10-GaAs基板，10-n型GaAs基板，11-n型缓冲层，12-n型包覆层，13-活性层，13b1～132-间隔层(barriar layer)，13g-第1引导层，13g-第2引导层，13w1～13w3-势阱层，14-p型包覆层，14a-脊部，14b-沟部，15-保护层，16-p型接触层，17-电流阻挡膜，21-n型缓冲层，22-n型包覆层，23-活性层，23b1-间隔层，23g-第1引导层，23g-第2引导层，23w1、23w2-势阱层，24-p型包覆层，24a-脊部，24b-沟部，25-保护层，26-p型接触层，27-电流阻挡膜，31、32、33-电极，34、35-焊接层，36、37-电极，38-衬底，40-n型包覆层，50-半导体激光器装置，51-半导体激光器装置，W1、W2-电极宽度。
具体实施方式
(第1实施方式)
下面，参照附图，对本发明的第1实施方式的半导体装置进行说明。
图1(a)是表示本实施方式的半导体激光器装置50的截面构造示意图。
半导体激光器装置50，是能以多个波长(这里是两个波长)发光的半导体激光器装置，红色激光器1和红外激光器2作为以不同波长发光的两个发光部，被集成在从(100)面往[011]方向倾斜10度的面为主面的n型GaAs基板10上。另外，在n型GaAs基板10的背面(与红色激光器1等相反一侧的面)，形成有电极33。
首先，从红色激光器1的构造起进行说明。红色激光器1具有以下构造：在n型GaAs基板10上，自下依次叠层由n型GaAs组成的n型缓冲层11(膜厚为0.5μm)、由n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P组成的n型包覆层12(膜厚为2.0μm)、具有应变量子阱构造的活性层13、由p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P组成的p型包覆层14、由p型Ga0.51In0.49P组成的p型保护层15(膜厚为50nm)、和由p型GaAs组成的p型接触层16(膜厚为0.4μm)。
这里，p型包覆层14上形成有两个沟部14b，它们之间的部分是脊部14a。p型保护层15和p型接触层16，形成在p型包覆层14中沟部14b以外的部分(包含脊部14a上)上。此外，以覆盖p型接触层16上和沟部14b内的方式，形成有由SiN组成的电流阻挡膜17。该电流阻挡膜17覆盖脊部14a的侧面，且为了注入电流而在上面开口。
另外，在电流阻挡膜17和脊部14a上的电流阻挡膜17的开口部上，还形成有电极31。这样，驱动红色激光器1的电流，就可以流过电极31和n型GaAs基板10背面的电极33。
另外，对于p型包覆层14，脊部14a的上端至活性层13的距离是1.4μm，脊部14a下端至活性层13的距离dp1是0.2μm。此外，设电极31的宽度(相对于红色激光器1的共振器长度方向垂直、且与n型GaAs基板10的上面平行的方向上的宽度)是W1。
此外，活性层13是应变量子阱活性层，具有图1(b)所示的构造。也就是说，具有以下叠层构造：由GaInP组成的3层势阱层13w1、13w2、13w3；分别夹在其间的由(AlGa)InP组成的2层间隔层13b1、13b2(膜厚分别为5nm)；和在上下夹住以上总共为5层的这些层、且都由(AlGa)InP组成的第1引导层13g1和第2引导层13g2(膜厚为50nm)。
在上述构造中，由于电流阻挡膜17只使得脊部14a的部分狭窄，所以从p型接触层16注入的电流就会集中在位于脊部14a下方部分的活性层13上，而注入电流。其结果，激光器振荡所需要的载流子的翻转分布状态，就可通过几十mA左右的小的注入电流而实现。
这样，对于因注入活性层13的载流子的再结合而发出的光，在n型包覆层12和p型包覆层14的作用下，会在垂直于活性层13的方向上被光截留。与此同时，由于电流阻挡膜17的折射率比n型包覆层12和p型包覆层14低，所以电流阻挡膜17进行平行于活性层13的方向上的光截留。
此外，电流阻挡膜17，由于相对于激光器振荡光是透明的，所以可以实现无光吸收、低损耗的导波路。另外，通过控制dp1的大小，可以将长条(stripe)内外的有效折射率差Δn精密控制在10-3数量级上。
由此，红色激光器1就成为可精密控制光分布、低工作电流、高输出的半导体激光器。
接着，对于红外激光器2，除了活性层构造以外，其余的构成与红色激光器1相同；除了发光波长以外，其余的动作也相同。下面，进行详细说明。
红外激光器2具有以下构造：在与红色激光器1相同的n型GaAs基板10上，自下依次叠层由n型GaAs组成的n型缓冲层21(膜厚为0.5μm)、由n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P组成的n型包覆层22(膜厚为2.0μm)、具有量子阱构造的活性层23、由p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P组成的p型包覆层24、由p型Ga0.51In0.49P组成的保护层25(膜厚为50nm)、和由p型GaAs组成的p型接触层26(膜厚为0.4μm)。
这里，p型包覆层24中，也形成有两个沟部24b，它们之间的部分是脊部24a。p型保护层25和p型接触层26，形成在p型接触层26中沟部24b以外的部分上。此外，以覆盖p型接触层26上和沟部24b内的方式，形成有由SiN组成的电流阻挡膜27。该电流阻挡膜27，覆盖脊部24a的侧面，且为了注入电流而在上面开口。
另外，在电流阻挡膜27和脊部24a上的电流阻挡膜27的开口部上，形成有电极32。这样，驱动红色激光器2的电流就可以流过电极32和n型GaAs基板10背面的电极33。
另外，对于p型包覆层24，设脊部24a上端至活性层23的距离是1.4μm，脊部24a下端至活性层23的距离dp2是0.24μm。此外，电极32的宽度(与红色激光器2的共振器长度方向垂直、且与n型GaAs基板10的上面平行的方向上的宽度)是W2。
此外，活性层23是量子阱活性层，具有图1(c)所示的构造。也就是说，具有以下叠层构造：由GaAs组成的2层势阱层23w1、23w2；夹在其间的由AlGaAs组成的1层间隔层23b1；和上下夹住以上总共为3层的这些层、且都由AlGaAs组成的第1引导层23g1和第2引导层23g2。
在上述构造中，与红色激光器1的情况相同，由于电流阻挡膜27只使得脊部24a的部分狭窄，所以从p型接触层26注入的电流就会集中在位于脊部24a下方部分的活性层23上，而注入电流，激光器振荡所需要的载流子的翻转分布状态可通过几十mA左右的小的注入电流而实现。
此外，因注入活性层23的载流子的再结合而在此时发生的光截留，也与红色激光器1同样进行。也就是说，借助n型包覆层22和p型包覆层24，在垂直于活性层23的方向上进行光截留。与此同时，由于电流阻挡膜27的折射率比n型包覆层22和p型包覆层24低，所以电流阻挡膜27会在平行于活性层23的方向上进行光截留。
此外，电流阻挡膜27相对于激光器振荡光仍旧是透明的，所以可以实现无光吸收、低损耗的导波路。另外，与红色激光器1同样，通过控制dp2的大小，可以将长条内外的有效折射率差Δn精密控制在10-3数量级上。
由此，红外激光器2就成为可精密控制光分布、低工作电流、高输出的半导体激光器。
此外，为了在进行例如80℃的高温动作时提高散热性，如果是350mW以上的高输出激光器，就要将共振器长度设为1500μm以上，由此降低工作电流密度。具体而言，在本实施方式的情况下，在红色激光器1和红外激光器2中，共振器长度都设为1500μm。
此外，不论是红色激光器1还是红外激光器2，都用电介质膜进行涂敷(coating)，使共振面的前端面相对于红色激光和红外激光的反射率为7％，使后端面相对于红色激光和红外激光的反射率为94％。
接下来，图2示出了用Junction-Down将图1(a)～(c)所示的半导体激光器装置50安装在成为散热器的衬底(submount)38上的状态。这里，所谓Junction-Down，是指将比电极33更接近活性层13和23的电极31和32，面向散热器一侧安装的结构。由此，电极31和32通过焊接层34和35被安装在分别形成在衬底38上的电极36和37上。若像这样以Junction-Down方式进行安装，成为散热器的衬底38与活性层13和23之间的间隔就可以缩小到几微米的距离，使活性层13和23的热量高效发散到衬底38上。
活性层13和23的热量，发生在脊部14a和24a附近的光分布区域，通过电极31和32，向衬底38散热，所以红色激光器1和红外激光器2的散热性会受到电极31和32宽度W1和W2的影响。电极宽度较窄时，散热性就会下降，导致元件的热电阻增大，在高温动作时工作电流值增大。
但是，如果为了提高散热性而增加电极宽度，元件面积就会增大，结果半导体激光器装置50的制造成本就会增大。
下面，就与此有关的图1(a)所示的电极31和32的宽度W1和W2进行说明。另外，对于红色激光器1，由于设有沟部14b，所以宽度W1中相当于沟部14b的部分，不与电极37(焊接层35)相接。但由于沟部14b的宽度与电极31的宽度W1相比小得多，所以可以忽略不计。对于红外激光器2，也可以忽略沟部24b的宽度，只考虑电极32的宽度W2。
在本实施方式中，红色激光器1的n型包覆层12和p型包覆层14，使用的是AlGaInP类的包覆层，活性层13使用的是由GaInP和AlGaInP组成的量子阱活性层。此外，红外激光器2的n型包覆层22和p型包覆层24使用的是AlGaInP包覆层，活性层23使用的是由AlGaAs和GaAs组成的量子阱活性层。
这里，注入活性层的载流子发生载流子溢出这一被热激励后漏出到包覆层的现象，是由电子这一有效质量小于空穴的载流子对p型包覆层的溢出主导的。为了抑制这种电子溢出，增大活性层与p型包覆层之间的禁制带宽的能量差所产生的传带异质结势垒的能量(ΔEc)是很有效的。
在本实施方式中，由于红色激光器1和红外激光器2都是使用材料系列相同的AlGaInP包覆层，所以，具备由AlGaAs类材料组成的活性层23的红外激光器2的ΔEc，比具备由AlGaInP类材料组成的活性层13的红色激光器1的ΔEc大几百meV。
这样，红外激光器2与红色激光器1相比，在高温动作时也更能抑制载流子溢出的发生，不易使光输出降低。如上所述，由于散热性依赖于电极宽度，所以为了在半导体激光器装置50整个宽度固定的情况下，使红色激光器1和红外激光器2的高温特性都是良好状态，可以将红色激光器1的电极宽度W1设置得大于红外激光器2的电极宽度W2。
首先，对红色激光器1的电极宽度W1进行说明。如图1(a)所示，电极31的宽度W1，需要比红色激光器1的宽度更窄，其程度至少为元件制作过程中所需要的边缘(margin)。例如与掩膜精度、蚀刻精度等对应的边缘。但是，由于若过窄则散热面积就会减少，元件的热电阻就会增大。所以，在图1(a)所示的半导体激光器装置50中，设红色激光器1端至电极31端的距离ΔW的大小为5μm以上、且为15μm以下。在本实施方式中，作为一例，设ΔW是10μm。另外，为了在两端分别保留边缘ΔW，红色激光器1的宽度要比电极31的宽度W1大2倍的ΔW。
对于红色激光器1的构造，图3(a)表示共振器长度为固定的1500μm、ΔW为10μm、并在W1变化情况下温度为85℃、脉冲为50ns、占空率为33％、以300mW工作时的工作电流值。如图3(a)所示，可知本实施方式的红色激光器1在电极宽度W1小于70μm时，工作电流值增大。对此，可以认为，当减小电极宽度W1时，散热性就会降低，热电阻就会增大，结果会造成高温特性恶化，工作电流值增大。
由此可知，为了使红色激光器1不因热电阻增大而导致高温特性恶化，电极宽度W1需要在70μm以上。但是，如果电极宽度W1过大，半导体激光器装置50的整体面积就会变大，半导体激光器装置50的制造成本就会增大。因此，对于红色激光器1，为了尽可能在减小元件面积的同时，使散热性保持良好，例如最好将电极宽度W1制作成在70μm以上、90μm以下的范围内。在本实施方式所示的例子中，设W1是80μm。
其次，对红外激光器2的电极宽度W2进行说明。如图1(a)所示，与红色激光器1同样，电极32的宽度W2需要比红外激光器2的宽度窄，其程度至少为元件制作过程中所需要的边缘。但是，同样，由于若过窄则散热面积就会减少，元件的热电阻就会增大。所以，在图1(a)所示的半导体激光器装置50中，设红外激光器2的宽度与电极32的宽度W2之间的差ΔW的大小为5μm以上、15μm以下。在本实施方式中，作为一例，设ΔW是10μm。
对于这种红外激光器2的构造，图3(b)表示共振器长度为固定的1500μm、ΔW为10μm、在W2变化情况下温度为85℃、脉冲为100ns、占空率为50％、以350mW工作时的工作电流值。如图3(b)所示，可知本实施方式的红外激光器2，即使电极宽度W2从130μm窄到30μm，工作电流值也不增大。可以认为，这是由于虽然减小电极宽度W2，散热性就会降低，元件的工作温度就会上升，但由于p型包覆层上使用的是AlGaInP包覆层，所以ΔEc较大，载流子的溢出受到抑制。因此，可以认为，即使电极宽度W2减小到30μm，也不会因散热性的降低而带来高温工作电流值的增大(高温特性恶化)。
但是，焊接安装时的高温状态与安装后的室温状态存在温度差，由于衬底38和GaAs基板10的热膨胀系数不同，半导体激光器装置50会因上述温度差而在安装后产生应力。这样，一旦应力产生，半导体材料的折射率就会变化，折射率发生异向性，其结果，导致偏振比降低。
图4表示电极宽度设定在30μm到130μm的范围，使用AuSn焊料图形化后得到的AlN衬底、在350℃下进行安装时活性层发生的应力的分布的计算结果。这里，横轴中将电极的宽度方向的中心设为0，宽度方向的一边为正、另一边为负时的位置。
由图4可知，当电极宽度为30、50、70、90、110和130μm中任何一个时，电极两端附近的区域应力最大。其理由如下。
如图2所示，在用Junction-Down方式安装半导体激光器装置50的情况下，电极部(31或32)会被焊料固定在衬底(34或35)上。这时，在脊(14a或24a)附近区域的活性层(13或23)上，由于衬底(34或35)材料与激光器元件材料之间的热膨胀系数存在差异，所以与焊料熔点与室温的温度差相当的应力就会产生。
由于电极端附近，是电极被焊料固定的区域、与没被固定的区域的边界区域，所以激光器元件容易变形，活性层上产生的应力最大。当应力发生时，构成激光器元件的包覆层的折射率就会产生异向性，使偏振比降低。如图4所示，可以认为，当电极宽度减小时，电极端附近应力最大的区域就会与脊相接近，所以，偏振性降低。
接下来，图5表示红外激光器2中，电极宽度(W2)与偏振比之间的关系。具体而言，就是表示在衬底材料为Si、SiC或AlN；焊料使用AuSn；在350℃下安装、然后恢复室温状态的情况下，对脊中央部附近活性层的应力大小进行计算的结果。可知，当SiC衬底上电极宽度为55μm左右，Si衬底或AlN衬底上电极宽度窄于60μm时，脊附近的活性层所产生的应力就会增大。这里，GaAs、Si、AlN和SiC的热膨胀系数，依次为6×10-6/K、2.6×10-6/K、3×10-6/K、4.7×10-6/K。SiC的情况与其它衬底材料相比，发生应力增大的电极宽度较窄的原因被认为是，SiC的热膨胀系数最接近GaAs，电极端附近发生的应力与其它衬底材料的情况相比相对较小。
接下来，图6表示衬底材料为AlN、焊料使用AuSn、在350℃下进行安装、室温、CW(Continuous Wave)且3mW时的红外激光器的偏振比对电极宽度的相关性(实验结果)。由图6可知，当使电极的宽度小于60μm左右时，偏振比就会降低。
根据以上内容，要使本实施方式的红外激光器2，在尽可能减小元件宽度的同时还兼具良好的温度特性和较高的偏振特性，可以在衬底材料使用Si、SiC或AlN的情况下，考虑元件制作过程的余地(margin)，将电极宽度W2设为70±10μm。具体例是设为70μm。
此外，可以认为上述的应力与电极宽度的关系不仅对红外激光器2，对红色激光器1也成立。这是由于，红色激光器1除了由超薄膜层构成的活性层之外，其余都由与红外激光器2相同的材料构成。也就是说，应力容易受到膜厚较厚的层的影响，在本实施方式的例子中，膜厚约为100μm的相对较厚的GaAs基板10的影响，要比几μm厚的AlGaInP的包覆层和厚约10nm的由超薄膜层构成的活性层的影响大得多。因此，对于红色激光器1和红外激光器2，由于除活性层13和23以外，其它构造相同，所以可以认为应力是相同的。
由此可知：红色激光器1在衬底材料使用Si、SiC或AlN的情况下，为了避免偏振比的降低，可以将电极31的宽度W1至少设为约60μm以上。但是，红色激光器1与红外激光器2相比，ΔEc较小，温度特性较差。因此，为了不降低散热性和偏振比，而尽可能减小元件面积，可以像图3(a)所示的那样，将电极宽度W1设在70μm以上、90μm以下的范围。本实施方式的例子是设W1为80μm。
此外，本实施方式采取的是一种通过设置沟部14b、24b来形成脊部14a、24a的构造。但也可以取而代之，就像作为现有技术的图9所示的半导体激光器装置那样，采取脊部以外的部分是包覆层薄，而电流阻挡层厚的构造。对于这种构造的半导体激光器装置，通过设定电极31、32的宽度也可以发挥相同效果。
(第2实施方式)
下面，参照附图，对第2实施方式的半导体激光器装置进行说明。图7所示的本实施方式的半导体激光器装置51，除下述各点，其余构造与图1(a)～(c)所示的第1实施方式的半导体激光器装置50相同。
也就是说，这里的半导体激光器装置也像图1(a)所示的那样，是红色激光器1和红外激光器2被集成在n型GaAs基板10上的半导体激光器装置。另外，红色激光器1的构造与第1实施方式的情况相同。
对于红外激光器2，在第1实施方式的情况下，n型包覆层22是由(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P组成的。而在图7所示的本实施方式的半导体激光器装置中，n型包覆层40使用的是由n型Al0.75Ga0.25As组成的包覆层。
此外，在红外激光器2的p型包覆层24中，在第1实施方式的情况下，脊部24a下端至活性层23的距离dp2是0.24μm，而在本实施方式的情况下，dp2是0.26μm。
除以上各点，本实施方式的半导体激光器装置与第1实施方式的半导体激光器装置50相同，所以，省略详细说明。
另外，关于活性层13和23，具有与在第1实施方式中图1(b)和(c)所示相同的量子阱构造。此外，本实施方式中，电极31的宽度W1是80μm，电极32的宽度W2是70μm。
决定红外激光器2温度特性的是，从活性层23往p型包覆层24的电子溢出，这种电子溢出由ΔEc的大小决定。另外，ΔEc的大小由活性层23和p型包覆层24决定。因此，在n型包覆层40使用AlGaAs类的包覆层、而不是AlGaInP类的情况下，也可以实现良好的温度特性，不会影响电子溢出。
所以，与第1实施方式的情况相同，即便使红外激光器2的电极32的宽度W2减小20μm左右，也可以实现良好的温度特性。此外，为了避免偏振特性的降低，可以设电极宽度W2为60μm以上。因此，要想在保持良好的温度特性和较高的偏振比的同时，尽可能减小红外激光器2的面积，只要将电极32的宽度W2设为70±10μm即可。
此外，红色激光器1也可以与第1实施方式相同，将电极31的宽度W1设为80±10μm，这样就可以在保持良好的温度特性和较高的偏振比的同时，尽可能减小红色激光器1的面积。
图8(a)和(b)分别示出了以85℃、50ns、脉冲占空比为33％的条件工作时红色激光器1和红外激光器2的电流-光输出特性。由图可知，红色激光器1在光输出为400mW之前不发生扭结(kink)。红外激光器2的电流-光输出特性具有极好的线性，扭结水平为500mW以上。第1实施方式和第2实施方式，均可以得到相同特性。
产业上的利用可能性
本发明的半导体激光器装置，具有被集成在同一基板上的红色激光器和红外激光器，分别可以在保持良好温度特性和较高偏振比的同时，缩小面积。因此，作为小型、高输出、且能以多波长发光的半导体激光器装置非常有用，尤其作为光盘装置的光拾取器用光源，其它的电子装置、信息处理装置等需要的光源十分有用。

Claims (5)

1.一种半导体激光器装置，红色半导体激光器元件和红外半导体激光器元件被集成在同一基板上构成，其特征在于，
所述红色半导体激光器元件具备如下双异质结构，由InGaP类或AlGaInP类材料组成的红色侧活性层位于红色侧第1导电型包覆层和具有用来注入电流的脊的红色侧第2导电型包覆层之间，
所述红外半导体激光器元件具备如下双异质结构，由GaAs类或AlGaAs类材料组成的红外侧活性层位于红外侧第1导电型包覆层和具有用来注入电流的脊的红外侧第2导电型包覆层之间，
当设形成在所述红色侧第2导电型包覆层上的第1电极在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W1，
设形成在所述红外侧第2导电型包覆层上的第2电极在垂直于共振器长度方向的方向上宽度为W2时，
满足W1＞W2以及80μm≥W2≥60μm的关系。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述红色侧第1导电型包覆层、所述红色侧第2导电型包覆层、所述红外侧第1导电型包覆层和所述红外侧第2导电型包覆层，都是由AlGaInP类材料组成。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
所述红色侧第1导电型包覆层、所述红色侧第2导电型包覆层和所述红外侧第2导电型包覆层，都是由AlGaInP类材料组成，
所述红外侧第1导电型包覆层由AlGaAs类材料组成。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
还满足90μm≥W1≥70μm的关系。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于，
通过在由AlN、Si或SiC组成的衬底上连接所述第1电极和所述第2电极，来进行安装。
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