JP2008153713A

JP2008153713A - Semiconductor laser device

Info

Publication number: JP2008153713A
Application number: JP2008071022A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kobayashi; 康宏小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2008-07-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-wavelength semiconductor laser device which has a low cost, small size, and good heat dissipation by devising a formation position of an isolation groove to mutually change connection areas which are portions electrically connected with a plurality of other integrated semiconductor laser devices. <P>SOLUTION: A connection area S1 of a red semiconductor laser 3 made up of a semiconductor material whose mean value of heat conductivity is κ1 is made larger than a connection area S2 of an infrared semiconductor laser made up of a semiconductor material whose mean value of heat conductivity is a heat conductivity κ2 which is higher than κ1; and accordingly, heat dissipation property of the whole semiconductor laser device can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ装置、特に２種類の半導体レーザを集積して２波長のレーザを出力する半導体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device that integrates two types of semiconductor lasers and outputs a two-wavelength laser.

現在、コンパクトディスク（ＣＤ）用の光源として用いられる発振波長が７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）の赤外半導体レーザと、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）用の光源として用いられる発振波長が６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）の赤色半導体レーザとを集積した２波長の半導体レーザ装置は、低コスト、小型化という観点から新しい光ピックアップの光源として注目されており、特許文献１や特許文献２などに開示されている。 At present, an infrared semiconductor laser having an oscillation wavelength of 700 nm (for example, 780 nm) used as a light source for a compact disk (CD) and an oscillation wavelength of 600 nm (for example, an optical wavelength used as a light source for a digital video disk (DVD)) A two-wavelength semiconductor laser device integrated with a red semiconductor laser of 650 nm) has been attracting attention as a light source for a new optical pickup from the viewpoint of low cost and downsizing, and is disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and the like. .

以下、従来の２波長の半導体レーザ装置について図６を参照しながら説明する。 A conventional two-wavelength semiconductor laser device will be described below with reference to FIG.

図６（ａ）は、従来の２波長の半導体レーザ装置を示す外観斜視図であり、図６（ｂ）は、その従来の２波長の半導体レーザ装置をヒートシンクに実装したときの外観斜視図である。 FIG. 6A is an external perspective view showing a conventional two-wavelength semiconductor laser device, and FIG. 6B is an external perspective view when the conventional two-wavelength semiconductor laser device is mounted on a heat sink. is there.

図６（ａ）に示すように、従来の２波長の半導体レーザ装置１０１は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１０２上に、発振波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色半導体レーザ１０３と発振波長が７８０ｎｍ帯のＧａＡｓ系材料からなる赤外半導体レーザ１０４が分離溝１０５を介して集積されている。 As shown in FIG. 6A, a conventional two-wavelength semiconductor laser device 101 includes a red semiconductor laser 103 made of an AlGaInP-based material having an oscillation wavelength of 650 nm and an oscillation wavelength on a substrate 102 made of n-type GaAs. An infrared semiconductor laser 104 made of a GaAs-based material having a 780 nm band is integrated via a separation groove 105.

赤色半導体レーザ１０３は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１０２上に、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１０６、活性層１０７、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１０８、ｎ型のＧａＡｓからなる電流ブロック層１０９及びｐ型の電極１１０が順次積層されて形成されている。 The red semiconductor laser 103 includes a clad layer 106 made of n-type AlGaInP, an active layer 107, a clad layer 108 made of p-type AlGaInP, and a current blocking layer made of n-type GaAs on a substrate 102 made of n-type GaAs. 109 and a p-type electrode 110 are sequentially stacked.

一方、赤外半導体レーザ１０４においては、基板１０２上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１１１、活性層１１２、ｐ型のＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１１３、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層１１４及びｐ型の電極１１５が順次積層されて形成されている。 On the other hand, in the infrared semiconductor laser 104, on the substrate 102, a clad layer 111 made of n-type AlGaAs, an active layer 112, a clad layer 113 made of p-type AlGaAs, a current blocking layer 114 made of n-type AlGaAs, and P-type electrodes 115 are sequentially stacked.

また、基板１０２の半導体レーザが形成されていない側の面には、ｎ型の電極１１６が形成されている。 An n-type electrode 116 is formed on the surface of the substrate 102 where the semiconductor laser is not formed.

以上のような２波長の半導体レーザ装置１０１は、赤色半導体レーザ１０３のチップ幅Ｗと赤外半導体レーザ１０４のチップ幅Ｗが同じになるように、分離溝１０５が設けられている。分離溝１０５により、同一基板上に結晶成長により形成した赤色半導体レーザ部分と赤外半導体レーザ部分とがエッチングにより電気的に分離している。 The two-wavelength semiconductor laser device 101 as described above is provided with the separation groove 105 so that the chip width W of the red semiconductor laser 103 and the chip width W of the infrared semiconductor laser 104 are the same. By the separation groove 105, the red semiconductor laser portion and the infrared semiconductor laser portion formed by crystal growth on the same substrate are electrically separated by etching.

また、図６（ｂ）に示すように、赤色半導体レーザ１０３及び赤外半導体レーザ１０４のそれぞれに対応した放熱材であるヒートシンク１１７、１１８の上にジャンクションダウンで実装することでそれぞれの半導体レーザの独立駆動を可能としている。
特開平０１−２７２１７７号公報特開平１１−１８６６５１号公報 Further, as shown in FIG. 6B, each semiconductor laser is mounted on a heat sink 117, 118, which is a heat dissipation material corresponding to each of the red semiconductor laser 103 and the infrared semiconductor laser 104, by junction-down. Independent drive is possible.
Japanese Patent Laid-Open No. 01-272177 Japanese Patent Laid-Open No. 11-186651

ところで、一般に半導体レーザは、温度上昇に伴って光出力が低下するという特性を有する。従って、半導体レーザの駆動時における半導体レーザ自身が発生する熱を十分に放熱させる必要があるため、熱伝導率の高いヒートシンクにジャンクションダウンで実装される。その際、ヒートシンクに接している半導体レーザの面積が大きいほど放熱が良くなることは明らかであるが、２波長の半導体レーザ装置の場合、２つの半導体レーザを単に接触して並べたのでは、２つの半導体レーザが電気的に接続されてしまうため、２つの半導体レーザの間には、分離溝を設ける必要がある。しかし、２つの半導体レーザを並べたものと同じ寸法の２波長の半導体レーザ装置を作製すると、その分離溝により放熱する面積が低減し、放熱の効率が低下してしまうという問題があった。 By the way, in general, a semiconductor laser has a characteristic that the light output decreases as the temperature rises. Accordingly, since it is necessary to sufficiently dissipate the heat generated by the semiconductor laser itself when the semiconductor laser is driven, the semiconductor laser is mounted on a heat sink having high thermal conductivity in a junction-down manner. At that time, it is clear that the heat radiation improves as the area of the semiconductor laser in contact with the heat sink increases. However, in the case of a two-wavelength semiconductor laser device, if two semiconductor lasers are simply placed in contact with each other, 2 Since two semiconductor lasers are electrically connected, it is necessary to provide a separation groove between the two semiconductor lasers. However, when a two-wavelength semiconductor laser device having the same size as that of two semiconductor lasers is fabricated, there is a problem that the heat radiation area is reduced by the separation groove, and the heat radiation efficiency is lowered.

また、放熱を良くしようと各々の半導体レーザの面積を大きくしてしまうと、小型化が可能であるという２波長の半導体レーザ装置の特徴が失われてしまう。 Further, if the area of each semiconductor laser is increased in order to improve heat dissipation, the characteristic of the two-wavelength semiconductor laser device that the size can be reduced is lost.

特に、この分離溝を設けて放熱面積を小さくすることによる放熱効率の低下は、赤色半導体レーザのように半導体材料の熱伝導率が小さい場合などは深刻である。 In particular, the reduction in heat dissipation efficiency due to the provision of the separation groove to reduce the heat dissipation area is serious when the semiconductor material has a low thermal conductivity such as a red semiconductor laser.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、分離溝の形成位置を工夫し、集積された複数の半導体レーザの他の装置との電気的接続部分である接続面積を互いに変えることで、低コスト、小型でかつ放熱の良い２波長の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and devised the formation position of the separation groove to change the connection area which is an electrical connection portion with other devices of the integrated semiconductor lasers. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a two-wavelength semiconductor laser device that is low in cost, small in size, and good in heat dissipation.

本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、半導体層で構成され、かつ赤色光を放射する第１の半導体レーザと、半導体層で構成され、かつ赤外光を放射する第２の半導体レーザとを有する半導体レーザ装置であって、第１の半導体レーザの表面積は第２の半導体レーザの表面積より大きいことを特徴とするものである。 A first semiconductor laser device according to the present invention includes a first semiconductor laser configured with a semiconductor layer and emitting red light, and a second semiconductor laser configured with a semiconductor layer and emitting infrared light. The surface area of the first semiconductor laser is larger than the surface area of the second semiconductor laser.

第１の半導体レーザ装置では、熱伝導率が小さい材料で構成されている方の半導体レーザの部位の接続面積を熱伝導率が大きい材料で構成されている方の半導体レーザの部位よりも大きくすることで、半導体レーザ装置全体の大きさを大きくすることなく、集積された２つの半導体レーザとも十分に放熱することができる。 In the first semiconductor laser device, the connection area of the portion of the semiconductor laser made of a material having a smaller thermal conductivity is made larger than the portion of the semiconductor laser made of a material having a larger thermal conductivity. Thus, the two integrated semiconductor lasers can sufficiently dissipate heat without increasing the overall size of the semiconductor laser device.

本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、半導体層で構成される第１の半導体レーザと第２の半導体レーザとを有する半導体レーザ装置であって、前記第１の半導体レーザが他の装置と接続される第１部位を有し、前記第２の半導体レーザが他の装置と接続される第２部位を有し、前記第１部位と他の装置とが接続する接続面積をＳ３、前記第２部位と他の装置とが接続する接続面積をＳ４、ある電流値に対する前記第１の半導体レーザの光出力値をＰ１、前記電流値に対する前記第２の半導体レーザの光出力値をＰ２とすると、Ｐ１≧Ｐ２、かつ、Ｓ３＞Ｓ４の関係が成立することを特徴とするものである。 A second semiconductor laser device according to the present invention is a semiconductor laser device having a first semiconductor laser and a second semiconductor laser each composed of a semiconductor layer, and the first semiconductor laser is different from other devices. A first portion to be connected; a second portion to which the second semiconductor laser is connected to another device; and a connection area where the first portion and the other device are connected is defined as S3, Assuming that the connection area between the two parts and another device is S4, the optical output value of the first semiconductor laser for a certain current value is P1, and the optical output value of the second semiconductor laser for the current value is P2. , P1 ≧ P2 and S3> S4 are satisfied.

第２の半導体レーザ装置では、ある電流値に対して動作電流が大きい方の半導体レーザの部位の面積を動作電流の小さい方の半導体レーザの部位の接続面積よりも大きくすることで、集積された２つの半導体レーザとも十分に放熱させることができる。 In the second semiconductor laser device, integration was performed by making the area of the portion of the semiconductor laser having a larger operating current with respect to a certain current value larger than the connection area of the portion of the semiconductor laser having a smaller operating current. Both semiconductor lasers can sufficiently dissipate heat.

以上のように本発明によれば、熱伝導率がκ１の半導体材料で構成された第１の半導体レーザの接続面積Ｓ１を、熱伝導率がκ１よりも大きい熱伝導率κ２の半導体材料で構成された第２の半導体レーザの接続面積Ｓ２より大きくすることで、半導体レーザ装置全体の放熱性を良くすることができる。従って、一方の半導体レーザがもう一方の半導体レーザよりも早く劣化することを防ぐことができ、長寿命の半導体レーザ装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, the connection area S1 of the first semiconductor laser made of the semiconductor material having the thermal conductivity κ1 is made of the semiconductor material having the thermal conductivity κ2 having the thermal conductivity larger than κ1. By making it larger than the connection area S2 of the second semiconductor laser, the heat dissipation of the entire semiconductor laser device can be improved. Therefore, one semiconductor laser can be prevented from deteriorating faster than the other semiconductor laser, and a long-life semiconductor laser device can be realized.

また、動作電流が大きくなる高出力の半導体レーザの接続面積Ｓ３を、低出力の半導体レーザの接続面積Ｓ４よりも大きくすることでも、半導体レーザ装置全体の放熱性を良くすることができる。従って、一方の半導体レーザがもう一方の半導体レーザよりも早く劣化することを防ぐことができ、長寿命の半導体レーザ装置を実現することができる。 Also, the heat dissipation of the entire semiconductor laser device can be improved by increasing the connection area S3 of the high-power semiconductor laser that increases the operating current to be larger than the connection area S4 of the low-power semiconductor laser. Therefore, one semiconductor laser can be prevented from deteriorating faster than the other semiconductor laser, and a long-life semiconductor laser device can be realized.

以下、本発明の半導体レーザ装置における実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図１を参照しながら説明する。なお、図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１の外観斜視図である。 (First embodiment)
The semiconductor laser device according to the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is an external perspective view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment.

図１に示すように、同じｎ型のＧａＡｓからなる基板２上に、発振波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色半導体レーザ（第１の半導体レーザ）３と発振波長が７８０ｎｍ帯のＧａＡｓ系材料からなる赤外半導体レーザ（第２の半導体レーザ）４とが形成されている。赤色半導体レーザ３と赤外半導体レーザ４とは分離溝５を介して形成されている。 As shown in FIG. 1, on a substrate 2 made of the same n-type GaAs, a red semiconductor laser (first semiconductor laser) 3 made of an AlGaInP material with an oscillation wavelength of 650 nm and a GaAs system with an oscillation wavelength of 780 nm. An infrared semiconductor laser (second semiconductor laser) 4 made of a material is formed. The red semiconductor laser 3 and the infrared semiconductor laser 4 are formed via a separation groove 5.

赤色半導体レーザ３は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板２上に、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層６、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量子井戸構造の活性層７及びｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層８が順次積層されて形成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層８中にはストライプ状の電流経路が形成されるようにｎ型のＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層９が設けられ、活性層７に注入される電流を狭窄する構造が形成されている。 The red semiconductor laser 3 includes a clad layer 6 made of n-type AlGaInP, an active layer 7 having a multiple quantum well structure made of AlGaInP and GaInP, and a clad layer 8 made of p-type AlGaInP on a substrate 2 made of n-type GaAs. Are sequentially stacked. In addition, a current blocking layer 9 made of n-type AlInP is provided in the clad layer 8 made of p-type AlGaInP so as to form a stripe-shaped current path so as to confine the current injected into the active layer 7. A structure is formed.

一方、赤外半導体レーザ４は、基板２上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１０、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓからなる多重量子井戸構造の活性層１１、及びｐ型のＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１２が順次積層されて形成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１２中にはストライプ状の電流経路が形成されるようにｎ型のＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層１３が設けられ、活性層１１に注入される電流を狭窄する構造が形成されている。 On the other hand, in the infrared semiconductor laser 4, a clad layer 10 made of n-type AlGaAs, an active layer 11 having a multiple quantum well structure made of AlGaAs and GaAs, and a clad layer 12 made of p-type AlGaAs are sequentially laminated on a substrate 2. Has been formed. In addition, a current blocking layer 13 made of n-type AlGaAs is provided in the clad layer 12 made of p-type AlGaAs so as to form a stripe-shaped current path, and the current injected into the active layer 11 is narrowed. A structure is formed.

また、基板１における赤色半導体レーザ３及び赤外半導体レーザ４が形成されていない側の面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉからなるｎ型の電極１４が形成されている。さらに、赤色半導体レーザ３のクラッド層８の上には、ｐ型の電極１５が形成され、赤外半導体レーザ４のクラッド層１２の上には、ｐ型の電極１６が形成されている。ｐ型の電極１５、１６は、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕからなる。 An n-type electrode 14 made of AuGe / Ni is formed on the surface of the substrate 1 where the red semiconductor laser 3 and the infrared semiconductor laser 4 are not formed. Further, a p-type electrode 15 is formed on the cladding layer 8 of the red semiconductor laser 3, and a p-type electrode 16 is formed on the cladding layer 12 of the infrared semiconductor laser 4. The p-type electrodes 15 and 16 are made of Cr / Pt / Au.

また、赤色半導体レーザ３及び赤外半導体レーザ４の各半導体層におけるＡｌ組成及び膜厚を表１に示す。なお、赤色半導体レーザ３では（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＡｌ組成、赤外半導体レーザ４ではＡｌ_XＧａ_1-XのＡｌ組成を示している。 Table 1 shows the Al composition and film thickness of each semiconductor layer of the red semiconductor laser 3 and the infrared semiconductor laser 4. In red semiconductor laser _{_{3 (Al X Ga 1-X}} ) 0.5 In 0.5 P Al composition shows the Al composition of the infrared semiconductor laser 4 in the Al _{_X} Ga _{_1-X.}

次に、上述のように構成された半導体レーザ装置１をジャンクションダウンにより放熱材であるヒートシンクに実装した場合の放熱について説明する。このとき、第１部位となる赤色半導体レーザ３のｐ型の電極１５及び第２部位となる赤外半導体レーザ４のｐ型の電極１６のそれぞれがヒートシンク（放熱材）に接続される。 Next, heat dissipation when the semiconductor laser device 1 configured as described above is mounted on a heat sink as a heat dissipation material by junction down will be described. At this time, each of the p-type electrode 15 of the red semiconductor laser 3 serving as the first part and the p-type electrode 16 of the infrared semiconductor laser 4 serving as the second part are connected to a heat sink (heat dissipation material).

ここで、第１部位及び第２部位とは、半導体レーザ装置とヒートシンクあるいは半導体レーザが接続されるその他の装置（以下、「ヒートシンク等」という）とを接続するときにおける両半導体レーザのヒートシンク等と接続される部分のことをいう。第１の実施形態における部位は、前述のように、電極１５（第１部位）及び電極１６（第２部位）をいう。 Here, the first part and the second part are a heat sink or the like of both semiconductor lasers when connecting the semiconductor laser device and a heat sink or other device to which the semiconductor laser is connected (hereinafter referred to as “heat sink or the like”). The part to be connected. The site | part in 1st Embodiment says the electrode 15 (1st site | part) and the electrode 16 (2nd site | part) as mentioned above.

また、部位とは、各半導体レーザから発生する熱を半導体レーザの外部に放熱する部分をいい、接続面積とは、その部位とヒートシンク等とが接続されて接触する実質的な接触面積のことをいう。赤色半導体レーザ３から発生する熱を放熱する電極１５の接続面積Ｓ１は、赤色半導体レーザ３における共振器長をＬ１、チップ幅をＷ１とするとＬ１とＷ１の積で表される。さらに、赤外半導体レーザ４から発生する熱を放熱する電極１６の接続面積Ｓ２は、赤外半導体レーザ４における共振器長をＬ２、チップ幅をＷ２とするとＬ２とＷ２の積で表される。 Also, the part refers to a part that radiates heat generated from each semiconductor laser to the outside of the semiconductor laser, and the connection area refers to a substantial contact area where the part is connected to and contacted with a heat sink or the like. Say. The connection area S1 of the electrode 15 that dissipates heat generated from the red semiconductor laser 3 is represented by the product of L1 and W1, where the resonator length in the red semiconductor laser 3 is L1 and the chip width is W1. Further, the connection area S2 of the electrode 16 that dissipates heat generated from the infrared semiconductor laser 4 is represented by the product of L2 and W2 where the resonator length in the infrared semiconductor laser 4 is L2 and the chip width is W2.

なお、赤色半導体レーザ３及び赤外半導体レーザ４の各々の接続面積の大きさは、赤色半導体レーザ３及び赤外半導体レーザ４の間の分離溝５の形成位置を変えることで決定される。 The size of the connection area of each of the red semiconductor laser 3 and the infrared semiconductor laser 4 is determined by changing the position where the separation groove 5 is formed between the red semiconductor laser 3 and the infrared semiconductor laser 4.

また、赤色半導体レーザ３の熱抵抗をＲth1、赤外半導体レーザ４の熱抵抗をＲth2とする。一般的に、薄膜材料の熱抵抗Ｒthは材料の熱伝導率をκ、膜厚をｄ、面積をＳとすると、Ｒth=（１／κ）×（ｄ／Ｓ）と定義され、特に半導体レーザの場合には、主な発熱源である活性層からヒートシンクまでの各層の熱抵抗の和で近似される。なお、赤色半導体レーザ３における熱抵抗Ｒth1、Ｓ１、膜厚の和ｄ１から求められる赤色半導体レーザ３の熱伝導率κ１は、赤外半導体レーザ３の各半導体層の熱伝導率の平均値であり、実質的な赤色半導体レーザ３の熱伝導率である。同様に、赤外半導体レーザ４における熱抵抗Ｒth2、Ｓ２、膜厚の和ｄ２から求められる赤外半導体レーザ４の熱伝導率κ２は、赤外半導体レーザ４の各半導体層の熱伝導率の平均値であり、実質的な赤外半導体レーザ４の熱伝導率である。 The thermal resistance of the red semiconductor laser 3 is Rth1, and the thermal resistance of the infrared semiconductor laser 4 is Rth2. In general, the thermal resistance Rth of a thin film material is defined as Rth = (1 / κ) × (d / S) where κ is the thermal conductivity of the material, d is the film thickness, and S is the area. In this case, it is approximated by the sum of the thermal resistance of each layer from the active layer as the main heat source to the heat sink. The thermal conductivity κ1 of the red semiconductor laser 3 obtained from the thermal resistances Rth1 and S1 and the film thickness d1 of the red semiconductor laser 3 is an average value of the thermal conductivity of each semiconductor layer of the infrared semiconductor laser 3. This is the thermal conductivity of the red semiconductor laser 3 substantially. Similarly, the thermal conductivity κ2 of the infrared semiconductor laser 4 obtained from the thermal resistances Rth2 and S2 and the film thickness sum d2 in the infrared semiconductor laser 4 is the average of the thermal conductivity of each semiconductor layer of the infrared semiconductor laser 4. This value is a substantial thermal conductivity of the infrared semiconductor laser 4.

このときの各半導体レーザの接続面積Ｓ１、Ｓ２と熱抵抗Ｒth1、Ｒth2の関係を図２に示す。なお、横軸は赤色半導体レーザ３の接続面積Ｓ１と赤色及び赤外半導体レーザ３、４の接続面積の和（Ｓ１＋Ｓ２）との面積比である。 FIG. 2 shows the relationship between the connection areas S1 and S2 of each semiconductor laser and the thermal resistances Rth1 and Rth2 at this time. The horizontal axis represents the area ratio between the connection area S1 of the red semiconductor laser 3 and the sum of the connection areas of the red and infrared semiconductor lasers 3 and 4 (S1 + S2).

図２において、面積比が０．５、即ちＳ１＝Ｓ２の場合、赤色半導体レーザ３の熱抵抗Ｒth1の値はＡ点で示され、赤外半導体レーザ４の熱抵抗Ｒth2の値はＢ点で示される。この場合、Ｒth1＞Ｒth2となっているが、これは赤色半導体レーザ３を構成するＡｌＧａＩｎＰ系の材料の熱伝導率（例えば、ＧａＩｎＰの熱伝導率は０．０５３Ｗ／Ｋｃｍである）が、赤外半導体レーザ４を構成するＧａＡｓ系の材料の熱伝導率（例えば、ＧａＡｓの熱伝導率は０．４８Ｗ／Ｋｃｍ）よりも小さいためである。従って、Ｓ１＝Ｓ２となるように分離溝５を形成した場合、赤色半導体レーザ３の熱抵抗が大きくなるので、駆動時の発熱を十分に放熱できず光出力が低下してしまうことになる。 In FIG. 2, when the area ratio is 0.5, that is, S1 = S2, the value of the thermal resistance Rth1 of the red semiconductor laser 3 is indicated by point A, and the value of the thermal resistance Rth2 of the infrared semiconductor laser 4 is indicated by point B. Indicated. In this case, Rth1> Rth2 is satisfied. This is because the thermal conductivity of the AlGaInP-based material constituting the red semiconductor laser 3 (for example, the thermal conductivity of GaInP is 0.053 W / Kcm) is infrared. This is because the thermal conductivity of the GaAs-based material constituting the semiconductor laser 4 (for example, the thermal conductivity of GaAs is 0.48 W / Kcm). Therefore, when the separation groove 5 is formed so that S1 = S2, the thermal resistance of the red semiconductor laser 3 increases, so that the heat generated during driving cannot be sufficiently dissipated and the optical output decreases.

図２に示すように、赤色半導体レーザ３の熱抵抗Ｒth1を小さくするためには、面積比を大きく（Ｓ１＞Ｓ２）すればよい。この場合、逆に赤外半導体レーザ４の熱抵抗Ｒth2は大きくなってしまうが、赤外半導体レーザ４の熱抵抗は元々小さいので、赤外半導体レーザ４の熱抵抗Ｒth2があまり大きくならない範囲で熱抵抗Ｒth2を選べばよい。例えば図２におけるＣ点（Ｒth1＝Ｒth2）はそのような場合の一例である。Ｃ点における各半導体レーザの接続面積を選択することにより、赤色半導体レーザ３の熱抵抗を赤外半導体レーザ４の熱抵抗と同程度まで低減でき、十分な放熱特性を実現できる。 As shown in FIG. 2, in order to reduce the thermal resistance Rth1 of the red semiconductor laser 3, the area ratio may be increased (S1> S2). In this case, on the contrary, the thermal resistance Rth2 of the infrared semiconductor laser 4 is increased, but the thermal resistance of the infrared semiconductor laser 4 is originally small, so that the thermal resistance Rth2 of the infrared semiconductor laser 4 is not increased so much. A resistor Rth2 may be selected. For example, point C (Rth1 = Rth2) in FIG. 2 is an example of such a case. By selecting the connection area of each semiconductor laser at the point C, the thermal resistance of the red semiconductor laser 3 can be reduced to the same level as the thermal resistance of the infrared semiconductor laser 4, and sufficient heat dissipation characteristics can be realized.

なお、図２に示すように、面積比は、０．５から０．８の範囲となるようにすれば、従来における半導体レーザ装置（面積比をＳ１＝Ｓ２とした場合）よりも優れた効果が現れていることが分かる。 As shown in FIG. 2, if the area ratio is in the range of 0.5 to 0.8, the effect is superior to the conventional semiconductor laser device (when the area ratio is S1 = S2). Can be seen.

次に、ｐ型の電極１５あるいは電極１６の厚さと熱抵抗の関係について、図３を用いて説明する。図３は、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ型の電極の厚さと熱抵抗の関係を示す図である。 Next, the relationship between the thickness of the p-type electrode 15 or 16 and the thermal resistance will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the p-type electrode made of Cr / Pt / Au and the thermal resistance.

図３に示すように、電極の厚さが約１μｍより厚い領域では、前述の熱抵抗の定義Ｒth=（１／κ）×（ｄ／Ｓ）により決まるように、電極の厚さｄに比例して熱抵抗が大きくなっていることがわかる。しかし、電極の主要材料であるＡｕの熱伝導率（３．２Ｗ／Ｋｃｍ）は、半導体層の材料に比べて１桁以上大きいので電極の厚さの増加による熱抵抗の増加は全体の熱抵抗に比して小さく無視できる。ところが図３に示すように、電極の厚さが約１μｍより薄くなってくると、放熱効果の大きい（熱伝導率の大きい）金属電極による放熱が十分行われなくなるので、熱抵抗としては逆に大きくなり無視できなくなってくる。従って、電極の厚さとしては約１μｍ以上が望ましい。 As shown in FIG. 3, in the region where the thickness of the electrode is greater than about 1 μm, it is proportional to the thickness d of the electrode as determined by the above-mentioned definition of thermal resistance Rth = (1 / κ) × (d / S). It can be seen that the thermal resistance is increased. However, the thermal conductivity (3.2 W / Kcm) of Au, which is the main material of the electrode, is an order of magnitude larger than that of the semiconductor layer material, so the increase in the thermal resistance due to the increase in the electrode thickness is the overall thermal resistance. It can be ignored compared to However, as shown in FIG. 3, when the thickness of the electrode becomes thinner than about 1 μm, heat radiation by the metal electrode having a large heat radiation effect (high thermal conductivity) is not performed sufficiently, so that the thermal resistance is conversely It gets bigger and can't be ignored. Accordingly, the thickness of the electrode is preferably about 1 μm or more.

以上より、熱伝導率が小さい赤色半導体レーザ３の接続面積Ｓ１を、赤外半導体レーザ４の接続面積Ｓ２よりも大きくするように分離溝５の形成位置を変えることにより、半導体レーザ装置１の大きさを大きくすることなく熱抵抗による弊害を改善し、熱伝導率の良い赤外半導体レーザ４と同程度の放熱特性を有する２波長の半導体レーザ装置を実現することができる。 As described above, the size of the semiconductor laser device 1 can be increased by changing the formation position of the separation groove 5 so that the connection area S1 of the red semiconductor laser 3 having a low thermal conductivity is larger than the connection area S2 of the infrared semiconductor laser 4. The adverse effect due to the thermal resistance can be improved without increasing the thickness, and a two-wavelength semiconductor laser device having a heat radiation characteristic comparable to that of the infrared semiconductor laser 4 with good thermal conductivity can be realized.

また、第１の実施形態において部位となるｐ型の電極１５、１６の厚さを１μｍ以上とすることで熱抵抗の増加を防ぎ、低熱抵抗特性を維持することができるという利点がある。 In addition, there is an advantage that an increase in thermal resistance can be prevented and low thermal resistance characteristics can be maintained by setting the thicknesses of the p-type electrodes 15 and 16 serving as parts in the first embodiment to 1 μm or more.

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図４を参照しながら説明する。なお、図４は、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置１７の外観斜視図である。 (Second Embodiment)
A semiconductor laser device according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is an external perspective view of the semiconductor laser device 17 according to the second embodiment.

第２の実施形態では、同じｎ型のＧａＡｓからなる基板１８上に、発振波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる高出力の赤色半導体レーザ（第１の半導体レーザ）１９及び低出力の赤色半導体レーザ（第２の半導体レーザ）２０が分離溝２１を介して形成されている。 In the second embodiment, a high-power red semiconductor laser (first semiconductor laser) 19 made of an AlGaInP-based material having an oscillation wavelength of 650 nm band and a low-power red semiconductor on a substrate 18 made of the same n-type GaAs. A laser (second semiconductor laser) 20 is formed via a separation groove 21.

高出力の赤色半導体レーザ１９は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１８上に、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２２、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量子井戸構造の活性層２３及びｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２４が順次積層されて形成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２４中にはストライプ状の電流経路が形成されるようにｎ型のＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層２５が設けられ、活性層２３に注入される電流を狭窄する構造が形成されている。 The high-power red semiconductor laser 19 is formed of a clad layer 22 made of n-type AlGaInP, an active layer 23 having a multiple quantum well structure made of AlGaInP and GaInP, and a p-type AlGaInP on a substrate 18 made of n-type GaAs. The clad layer 24 is formed by sequentially laminating. In addition, a current blocking layer 25 made of n-type AlInP is provided in the clad layer 24 made of p-type AlGaInP so as to form a stripe-shaped current path so as to confine the current injected into the active layer 23. A structure is formed.

一方、低出力の赤色半導体レーザ２０は、基板１８上に、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２６、ＡｌＧａＩｎＰからなるバルク活性層２７及びｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２８が順次積層されて形成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層２８中にはストライプ状の電流経路が形成されるようにｎ型のＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層２９が設けられ、バルク活性層２７に注入される電流を狭窄する構造が形成されている。 On the other hand, the low-power red semiconductor laser 20 is formed by sequentially laminating a clad layer 26 made of n-type AlGaInP, a bulk active layer 27 made of AlGaInP, and a clad layer 28 made of p-type AlGaInP on a substrate 18. ing. Further, a current blocking layer 29 made of n-type AlInP is provided in the clad layer 28 made of p-type AlGaInP so as to form a stripe-shaped current path, and the current injected into the bulk active layer 27 is narrowed. A structure is formed.

また、基板１８における赤色半導体レーザ１９、２０が形成されていない側の面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉからなるｎ型の電極３０が形成されている。さらに、高出力の赤色半導体レーザ１９のクラッド層２４の上には、第１部位であるｐ型の電極３１が形成され、低出力の赤色半導体レーザ２０のクラッド層２８の上には、第２部位であるｐ型の電極３２が形成されている。ｐ型の電極３１、３２は、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕからなる。 An n-type electrode 30 made of AuGe / Ni is formed on the surface of the substrate 18 where the red semiconductor lasers 19 and 20 are not formed. Further, a p-type electrode 31 which is a first portion is formed on the cladding layer 24 of the high-power red semiconductor laser 19, and the second region is formed on the cladding layer 28 of the low-power red semiconductor laser 20. A p-type electrode 32 which is a part is formed. The p-type electrodes 31 and 32 are made of Cr / Pt / Au.

ここで、第１部位及び第２部位とは、半導体レーザ装置とヒートシンク等とを接続するときにおける両半導体レーザのヒートシンク等と接続される部分のことをいう。第２の実施形態における部位は、電極３１（第１部位）及び電極３２（第２部位）をいう。 Here, the first part and the second part refer to parts connected to the heat sinks and the like of both semiconductor lasers when the semiconductor laser device and the heat sink and the like are connected. The site | part in 2nd Embodiment says the electrode 31 (1st site | part) and the electrode 32 (2nd site | part).

また、第２の実施形態に係る高出力の赤色半導体レーザ１９から発生する熱を放熱する電極３１の接続面積Ｓ３は、赤色半導体レーザ１９における共振器長をＬ３、チップ幅をＷ３とするとＬ３とＷ３の積で表される。さらに、低出力の赤色半導体レーザ２０から発生する熱を放熱する電極３２の接続面積Ｓ４は、赤色半導体レーザ２０における共振器長をＬ４、チップ幅をＷ４とするとＬ４とＷ４の積で表される。 The connection area S3 of the electrode 31 that dissipates heat generated from the high-power red semiconductor laser 19 according to the second embodiment is L3 when the resonator length in the red semiconductor laser 19 is L3 and the chip width is W3. Expressed by the product of W3. Further, the connection area S4 of the electrode 32 that dissipates heat generated from the low-power red semiconductor laser 20 is represented by the product of L4 and W4 where the resonator length in the red semiconductor laser 20 is L4 and the chip width is W4. .

なお、高出力の赤色半導体レーザ１９及び低出力の赤色半導体レーザ２０の各々の接続面積の大きさは、赤色半導体レーザ１９及び赤色半導体レーザ２０の間の分離溝２１の形成位置を変えることで決定される。 Note that the size of each of the connection areas of the high-power red semiconductor laser 19 and the low-power red semiconductor laser 20 is determined by changing the formation position of the separation groove 21 between the red semiconductor laser 19 and the red semiconductor laser 20. Is done.

次に、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置１７の動作について図５を参照しながら説明する。図５は、高出力の赤色半導体レーザ１９及び低出力の赤色半導体レーザ２０の光出力−電流特性を示す図である。 Next, the operation of the semiconductor laser device 17 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing optical output-current characteristics of the high-power red semiconductor laser 19 and the low-power red semiconductor laser 20.

バルク活性層を有する低出力の赤色半導体レーザ２０の電流の閾値は３０ｍＡであり、光出力が約９ｍＷ程度で熱飽和している。この低出力の赤色半導体レーザ２０は、光ディスクシステムの読み出し用に用いられ、通常５ｍＷの光出力で用いられる。図５に示すように、光出力が５ｍＷのときの動作電流は５０ｍＡである。 The threshold value of the current of the low-power red semiconductor laser 20 having the bulk active layer is 30 mA, and the light output is about 9 mW and is thermally saturated. This low-power red semiconductor laser 20 is used for reading out of an optical disk system, and is usually used with an optical output of 5 mW. As shown in FIG. 5, the operating current is 50 mA when the optical output is 5 mW.

一方、多重量子井戸活性層を有する高出力の赤色半導体レーザ１９の電流の閾値は２０ｍＡであり、３０ｍＷ以上の高い光出力を得ることができる。この高出力の赤色半導体レーザ２０は、光ディスクシステムの書き込み用に用いられ、通常３５ｍＷの光出力で用いられる。図５に示すように、光出力が３５ｍＷのときの動作電流は５８ｍＡである。 On the other hand, the high-power red semiconductor laser 19 having a multiple quantum well active layer has a current threshold of 20 mA, and a high light output of 30 mW or more can be obtained. This high-power red semiconductor laser 20 is used for writing in an optical disk system, and is usually used with a light output of 35 mW. As shown in FIG. 5, the operating current is 58 mA when the optical output is 35 mW.

以上のように、ある電流値に対する高出力の赤色半導体レーザ１９の光出力の値（光出力値）Ｐ１とその電流値に対する低出力の赤色半導体レーザ２０の光出力値Ｐ２を比べると、高出力半導体レーザ１９の方がその光出力値が大きい（Ｐ１＞Ｐ２）ことがわかる。また、高出力の赤色半導体レーザ１９の方が低出力の赤色半導体レーザ２０よりも動作電流は大きくなる。 As described above, when the light output value (light output value) P1 of the high-power red semiconductor laser 19 with respect to a certain current value is compared with the light output value P2 of the low-power red semiconductor laser 20 with respect to the current value, a high output is obtained. It can be seen that the semiconductor laser 19 has a larger light output value (P1> P2). Further, the operating current of the high-power red semiconductor laser 19 is larger than that of the low-power red semiconductor laser 20.

従って、高出力の赤色半導体レーザ１９の方が低出力の赤色半導体レーザ２０よりも発熱が大きくなるので、高出力の赤色半導体レーザ１９の接続面積Ｓ３を低出力の半導体レーザ２０の接続面積Ｓ４よりも大きくする（Ｓ３＞Ｓ４）ような位置に分離溝２１を形成する。 Accordingly, the high-power red semiconductor laser 19 generates more heat than the low-power red semiconductor laser 20, so the connection area S 3 of the high-power red semiconductor laser 19 is larger than the connection area S 4 of the low-power semiconductor laser 20. Also, the separation groove 21 is formed at a position where it is increased (S3> S4).

このように、分離溝２１の形成位置を変えて２つの半導体レーザの接続面積の大きさを変えることにより、半導体レーザ装置１７の大きさを大きくすることなく、高出力の赤色半導体レーザ１９の方の熱抵抗を下げることができ、高出力の赤色半導体レーザ１９の放熱特性は、低出力の赤色半導体レーザ２０の放熱特性よりも良くすることが可能となる。 In this way, by changing the formation position of the separation groove 21 and changing the size of the connection area of the two semiconductor lasers, the high-power red semiconductor laser 19 can be obtained without increasing the size of the semiconductor laser device 17. Therefore, the heat radiation characteristic of the high-power red semiconductor laser 19 can be improved compared to the heat radiation characteristic of the low-power red semiconductor laser 20.

なお、第２の実施形態では、赤色半導体レーザにおける高出力用半導体レーザと低出力用半導体レーザについて説明したが、赤色半導体レーザに限らず、赤外半導体レーザ、青紫色半導体レーザ等のその他の半導体レーザにおける高出力用、低出力用の半導体レーザにも応用できる。 In the second embodiment, the high-power semiconductor laser and the low-power semiconductor laser in the red semiconductor laser have been described. However, the semiconductor laser is not limited to the red semiconductor laser, but other semiconductors such as an infrared semiconductor laser and a blue-violet semiconductor laser. It can also be applied to high-power and low-power semiconductor lasers in lasers.

分離溝の形成位置を工夫し、集積された複数の半導体レーザの他の装置との電気的接続部分である接続面積を互いに変えることで、低コスト、小型でかつ放熱の良い２波長の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。 A two-wavelength semiconductor laser with low cost, small size, and good heat dissipation by devising the formation position of the separation groove and changing the connection area, which is an electrical connection portion with other devices of the integrated semiconductor lasers. An object is to provide an apparatus.

また、第１の実施形態と同様に、部位となるｐ型の電極３１、３２の厚さを１μｍ以上とすることで熱抵抗の増加を防ぎ、低熱抵抗特性を維持することができるという利点がある。 Similarly to the first embodiment, the thickness of the p-type electrodes 31 and 32 serving as the parts is set to 1 μm or more, thereby preventing an increase in thermal resistance and maintaining low thermal resistance characteristics. is there.

以上のように本発明によれば、半導体レーザ装置全体の放熱性を良くすることができる。従って、一方の半導体レーザがもう一方の半導体レーザよりも早く劣化することを防ぐことができ、長寿命の半導体レーザ装置を実現することができる有用な発明である。 As described above, according to the present invention, the heat dissipation of the entire semiconductor laser device can be improved. Therefore, it is a useful invention that can prevent one semiconductor laser from deteriorating faster than the other semiconductor laser and realize a long-life semiconductor laser device.

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の外観斜視図1 is an external perspective view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 半導体レーザの放熱面の面積と熱抵抗との関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the area of the heat dissipation surface of a semiconductor laser and the thermal resistance ｐ型の電極の厚さと熱抵抗の関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between p-type electrode thickness and thermal resistance 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の外観斜視図External perspective view of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention 高出力の赤色半導体レーザ及び低出力の赤色半導体レーザの光出力−電流特性を示す図Diagram showing optical output-current characteristics of a high-power red semiconductor laser and a low-power red semiconductor laser （ａ）は、従来の２波長の半導体レーザ装置を示す外観斜視図、（ｂ）は、従来の２波長の半導体レーザ装置を実装したときの外観斜視図(A) is an external perspective view showing a conventional two-wavelength semiconductor laser device, and (b) is an external perspective view when a conventional two-wavelength semiconductor laser device is mounted.

符号の説明Explanation of symbols

１、１７、１０１半導体レーザ装置
２、１８、１０２基板
３、１９、２０、１０３赤色半導体レーザ
４、１０４赤外半導体レーザ
５、２１、１０５分離溝
６、８、１０、１２、２２、２４、２６、２８、１０６、１０８、１１１、１１３クラッド層
７、１１、２３、１０７、１１２活性層
９、１３、２５、２９、１０９、１１４電流ブロック層
１４、１５、１６、３０、３１、３２、１１０、１１５、１１６電極
２７バルク活性層
１１７、１１８ヒートシンク 1, 17, 101 Semiconductor laser device 2, 18, 102 Substrate 3, 19, 20, 103 Red semiconductor laser 4, 104 Infrared semiconductor laser 5, 21, 105 Separation groove 6, 8, 10, 12, 22, 24, 26, 28, 106, 108, 111, 113 Cladding layer 7, 11, 23, 107, 112 Active layer 9, 13, 25, 29, 109, 114 Current blocking layer 14, 15, 16, 30, 31, 32, 110, 115, 116 Electrode 27 Bulk active layer 117, 118 Heat sink

Claims

半導体層で構成され、かつ赤色光を放射する第１の半導体レーザと、半導体層で構成され、かつ赤外光を放射する第２の半導体レーザとを有する半導体レーザ装置であって、
第１の半導体レーザの表面積は第２の半導体レーザの表面積より大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising: a first semiconductor laser configured with a semiconductor layer and emitting red light; and a second semiconductor laser configured with a semiconductor layer and emitting infrared light,
A semiconductor laser device characterized in that the surface area of the first semiconductor laser is larger than the surface area of the second semiconductor laser.

半導体層で構成され、かつ赤色光を放射する第１の半導体レーザと、半導体層で構成され、かつ赤外光を放射する第２の半導体レーザとを有する半導体レーザ装置であって、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとは同一基板上に形成され、かつ前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとはそれぞれ前記基板とは反対側に第１の部位および第２の部位が形成され、前記第１の部位の表面積は前記第２の部位の表面積より大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising: a first semiconductor laser that is composed of a semiconductor layer and that emits red light; and a second semiconductor laser that is composed of a semiconductor layer and that emits infrared light. The semiconductor laser and the second semiconductor laser are formed on the same substrate, and the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are respectively on the opposite side of the substrate from the first portion and the second semiconductor laser. And a surface area of the first part is larger than a surface area of the second part.

前記第１の半導体レーザを構成する半導体層がＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料であり、前記第２の半導体レーザを構成する半導体層がＡｌＧａＡｓ系半導体材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor layer constituting the first semiconductor laser is an AlGaInP semiconductor material, and the semiconductor layer constituting the second semiconductor laser is an AlGaAs semiconductor material. Semiconductor laser device.

前記第１部位及び前記第２部位が、電極であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the first part and the second part are electrodes.

前記第１部位及び前記第２部位が、半導体積層部の上面であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the first part and the second part are an upper surface of a semiconductor stacked portion.