JP3814950B2 - スタック型半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに係り、特に、大出力のレーザ光を得るに適したスタック型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザを用いて自動車間の距離を計測し、車間距離を一定に保ったり、前方の自動車に接近し過ぎた場合に、警報を発するようにしたレーザレーダシステムが提案されている。
このシステムでは、１００ｍ先の物体を検知することが不可欠である。このような仕様を満足させるために、半導体レーザでは、パルス駆動で４０乃至８０Ｗの光出力が要求されている。
【０００３】
現在、一般に市販されている１チップの半導体レーザ素子では、実用上最大でも１０乃至２０Ｗ程度の出力しか得られないため、この半導体レーザ素子を縦方向にいくつも積み重ね、ろう材金属で接合してスタック化することで、光出力を増加させるようにしている。
図７は上記スタック型半導体レーザの従来例を示す（特開平５−４１５６１号公報参照）。この半導体レーザは、Ｐ型或いはＮ型の基板１***に、半導体レーザ素子２、３及び４をろう材金属を介しスタック状に積層することで構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような半導体レーザにおいては、半導体レーザ素子３が半導体レーザ素子２の基板とは別の基板上に発光層を形成して構成されており、また、半導体レーザ素子４が半導体レーザ素子２及び３の各基板とは別の基板上に発光層を形成して構成されている。
【０００５】
このことは、両半導体レーザ素子２及び３は、基板と発光層とを同じ順序で上方へ単に２段積み重ねたにすぎないことを意味する。
このため、両半導体レーザ素子２、３の各発光層の間の間隔Ｄ１は、図７及び図８で示すごとく基板の厚さだけ離れてしまい、通常、約１００μｍである。
このような半導体レーザの両半導体レーザ素子３、４でもって、図８にて示すごとく、実際の光学系を用いレンズ５の前方にレーザ光を照射した場合、両ビームパターン６、７が得られる。これら各ビームパターン６、７は、各半導体レーザ素子３、４からのレーザ光により形成される。
【０００６】
即ち、半導体レーザ素子３のレーザ光が、光路Ｐ１に沿いレンズ５を通り図８にて示す位置にビームパターン６を形成する。一方、半導体レーザ素子４のレーザ光が、光路Ｐ２に沿いレンズ５を通り図８にて示す位置にビームパターン７を形成する。
ここで、スタック型半導体レーザが測距用レーザレーダシステムに使用される場合、両半導体レーザ素子３、４とレンズ５との間の距離Ｌ１は、レンズ５と両ビームパターン６、７との間の距離Ｌ２に比べて非常に短い。例えば、自動車用とした場合、距離Ｌ１は約２０ｍｍであり、距離Ｌ２としては最大で１００ｍが要求される。
【０００７】
しかして、間隔Ｄ１は、レンズ５の前方１００ｍの距離の位置では、両ビームパターンの各中心の間隔Ｄ２として現れる。ここで、単純な光学系の場合、Ｄ２は、次の数１の式により与えられる。
【０００８】
【数１】
Ｄ２＝Ｄ１×Ｌ２／Ｌ１
この式に、Ｌ１＝２０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍ、Ｄ１＝１００μｍを代入すると、Ｄ２は５０ｃｍとなる。
このことは、二つのレーザ光の重なりが５０ｃｍだけずれることになり、図９にて示すように、レンズ５の前方におけるレーザ光の強度が不均一になる領域が非常に広くなることを意味する。このため、測距精度が低下するという不具合がある。
【０００９】
これに対し、本発明者等は、複数の半導体レーザ素子の積層構造に工夫を加えることにより、各半導体レーザ素子のレーザ光によるビームパターン間の重なりをできる限り大きくすることにつき種々検討を加えてみた。
これによれば、例えば、二つの半導体レーザ素子の積層構造において、両半導体レーザ素子の各発光層の間隔は、両半導体レーザ素子における基板と発光層の積層順序を互いに逆にすれば、上述のように基板と発光層の積層順序を同一にする場合に比べて狭くなることが分かった。
【００１０】
また、両半導体レーザ素子の各基板を同一導電型基板、例えば、Ｎ型基板とすれば、互いに異なる基板とする場合に比べ、両半導体レーザ素子の電気的接続構成の自由度をあげ得ることが分かった。
そこで、本発明は、以上のようなことに着目して、複数の半導体レーザ素子の積層構造に工夫を加えることにより、各半導体レーザ素子のレーザ光によるビームパターン間の重なりをできる限り大きくし、かつ、電気的接続構成の自由度の高いスタック型半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明によれば、第１半導体レーザ素子が、台座上に接合された下側電極と、この下側電極上に順次積層状に位置する導電型基板、発光層及び上側電極とを備える。また、第２半導体レーザ素子が、上記上側電極上に順次積層状に位置する下側電極、発光層、導電型基板及び上側電極を備える。そして、第２半導体レーザ素子の下側電極が絶縁層を介し第１半導体レーザ素子の上側電極上に接合されている。
【００１２】
また、両導電型基板が同一の導電型基板であり、第１及び第２の半導体レーザ素子が電気的に直列接続されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、１００μｍ以上の幅の電流注入領域をそれぞれ有する。
以上により、両半導体レーザ素子が、その各発光層にて近接するように、接合されることとなる。このため、実際の光学系において両半導体レーザ素子の各レーザ光を前方に向け照射した場合、両レーザ光による各照射光パターンの間の重なりが大きくなる。
【００１３】
従って、当該各照射光パターンにおけるレーザ光の強度の不均一な領域が減少する。その結果、かかるスタック型半導体レーザを自動車の測距用レーザレーダシステムの適用した場合、その測距精度が大幅に向上する。
この場合、本発明によれば、半導体レーザは、同一の導電型基板からなる半導体レーザ素子のみの積層でもって構成されているから、半導体レーザの製造が、Ｐ型基板を有する半導体レーザ素子と、Ｎ型基板を有する半導体レーザ素子の双方を利用する場合に比べ、容易となる。
【００１４】
また、両半導体レーザ素子が上述のように電気的に直列接続されているから、各半導体レーザ素子には、外部から流入する電流がほぼそのまま流れる。このため、各半導体レーザ素子の出力容量、ひいては半導体レーザの出力容量を大幅に向上できる。
また、上述のごとく、第１及び第２の半導体レーザ素子の各電流注入領域の幅は、１００μｍ以上と非常に広い。このため、これら両半導体レーザ素子の各々のレーザ出力がより一層増大し得る。
【００１５】
また、請求項１に記載の発明によれば、ろう材金属層（６０Ａ）が前記絶縁層上に設けられており、前記第２半導体レーザ素子の下側電極が前記ろう材金属層よりも狭い表面積を有するように形成されて当該ろう材金属層上に接合されており、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成されており、前記各上側電極のボンディング接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電流分布が偏らないように、複数箇所にて行われている。また、請求項２に記載の発明によれば、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成され、前記各上側電極のボンディング接続が、複数箇所にて行われている。よって、半導体レーザ素子の光出力をより一層効率よく均一な出力とすることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、各導電型基板が共にＮ型基板であれば、Ｐ型基板を採用する場合に比べ、半導体レーザの製造が容易となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は、自動車車間距離測距用レーザレーダシステムに採用するに適した本発明に係る大出力のスタック型半導体レーザを示している。
この半導体レーザは、台座１０を備えており、この台座１０の上面１１には、金メッキが施されている。なお、台座１０は、銅製であって、電流経路の他、ヒートシンクとしての役割をも果たす。
【００２１】
また、半導体レーザは、量子井戸構造の両半導体レーザ素子２０、３０を備えており、これら両半導体レーザ素子２０、３０は、台座１０の表面１１上に、順次、積層して接合されている。
半導体レーザ素子２０は、ＧａＡｓからなるＮ型基板２１を備えており、このＮ型基板２１の上面には、ＡｌＧａＡｓからなるＮ型クラッド層２２、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの超格子からなる発光層２３、ＡｌＧａＡｓからなるＰ型クラッド層２４が、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＣＶＤ）、或いは液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）等の各種のエピタキシャル方法により、順次、成膜されている。
【００２２】
なお、場合によっては、Ｎ型基板２１の上面に、ＧａＡｓからなるＮ型バッファ層（図示しない）や、Ｐ型クラッド層２４の上面にＧａＡｓからなるＰ型バッファ層（図示しない）が成膜されてもよい。
また、Ｎ型クラッド層２２、発光層２３及びＰ型クラッド層２４の組成比やキャリア濃度、並びに発光層２３上記Ｎ型バッファ層及びＰ型バッファ層のキャリア濃度は、従来技術の範囲で設定される。
【００２３】
また、Ｐ型クラッド層２４の上面には、ＳｉＯ2 からなる絶縁層２５が所定の形状にパターニング形成されている。また、半導体レーザ素子２０の上部電極となるＰ型電極２６は、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層２５を介しＰ型クラッド層２４の上面に真空蒸着法により形成するとともに当該薄膜に約３６０℃にて熱処理を施しオーミックコンタクトをとって形成されている。
【００２４】
一方、半導体レーザ素子２０の下部電極となるＮ型電極２７は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜を真空蒸着法でＮ型基板２１の下面に形成するとともに当該薄膜に熱処理を施し、オーミックコンタクトをとって形成されている。
このＮ型電極２７の下面には、台座１０の表面１１と接合するためのはんだ層４０が真空蒸着方法により形成されている。このはんだ層４０は、ＳｕとＡｕとの各薄膜により構成されており、Ｓｕの膜厚及びＡｕの膜厚は、それぞれ、８００ｎｍ及び２００ｎｍである。
【００２５】
以上のように構成した半導体レーザ素子２０においては、Ｐ型電極２６の上面から発光層２３までの間隔はたかだか５μｍ程度である。
半導体レーザ素子２０のＰ型電極２６の上面には、絶縁層５０が、酸化シリコンや窒化シリコンを用いて、パターニングにより、１００μｍ以上の幅の電流注入領域を確保できる形状に形成されており、この絶縁層５０は両半導体レーザ素子２０、３０の間を電気的に絶縁する役割を果たす。
【００２６】
ここで、半導体レーザ素子２０の電流注入領域の幅を上述のごとく１００μｍ以上と非常に広くしたのは、半導体レーザ素子２０のレーザ出力をより一層増大させるためである。
また、この絶縁層５０の図１にて図示右側部からは、Ｐ型電極２６の右側部が露呈し半導体レーザ素子３０と電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００２７】
はんだ層６０は、半導体レーザ素子３０と接合するためのもので、絶縁層５０の上面に厚さ１．６μｍにて真空蒸着方法により形成されている。
半導体レーザ素子３０は、ＧａＡｓからなるＮ型基板３１を備えており、このＮ型基板３１の下面には、ＡｌＧａＡｓからなるＮ型クラッド層３２、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの超格子からなる発光層３３、ＡｌＧａＡｓからなるＰ型クラッド層３４が、半導体レーザ素子２０のＮ型クラッド層２２、発光層２３、Ｐ型クラッド層２４の形成方法と同様の方法により、順次、成膜されている。
【００２８】
また、Ｎ型クラッド層３４の下面には、ＳｉＯ2 からなる絶縁層３５が１００μｍ以上の幅の電流注入領域を確保できる形状にパターニング形成されている。半導体レーザ素子３０の下部電極となるＰ型電極３６は、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層３５を介しＰ型クラッド層３４の下面に真空蒸着法により形成するとともに当該薄膜に上述と同様に熱処理を施し、オーミックコンタクトをとって形成されている。
【００２９】
ここで、半導体レーザ素子３０の電流注入領域の幅を上述のごとく１００μｍ以上と非常に広くしたのは、半導体レーザ素子２０と同様に半導体レーザ素子３０のレーザ出力をより一層増大させるためである。
このＰ型電極３６は、その下面にて、はんだ層６０の上面に接合されている。
一方、半導体レーザ素子３０の上部電極となるＮ型電極３８は、Ｎ型電極２７の形成方法と同様の方法で、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜をＮ型基板３１の上面に形成し、当該薄膜に熱処理を施してオーミックコンタクトをとって形成されている。また、Ｎ型電極３８の上面には、ボンディング電極３９がＡｕの薄膜を真空蒸着法により形成されている。
【００３０】
以上のように構成した半導体レーザ素子３０においては、Ｐ型電極３６の下面から発光層３３までの間隔は、たかだか略５μｍ程度である。
但し、半導体レーザ素子３０の表面積は、図１から容易に理解されるごとく、はんだ層６０の表面積よりも狭くなっており、Ｐ型電極電極３６から図１にて図示左方へ露呈するはんだ層６０の左側部分は、外部回路との電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００３１】
次に上述のように構成した半導体レーザにおいて、両半導体レーザ素子２０、３０を台座１０上に積層する方法について説明する。
半導体レーザ素子２０をはんだ層４０を介し台座１０の表面１１上に載置し、ダイボンド装置により上方から半導体レーザ素子２０に荷重を加えながら、約３７０℃の温度条件にてはんだ層４０を台座１０の表面１１に溶接することにより、半導体レーザ素子２０を台座１０に接合する。
【００３２】
ついで、半導体レーザ素子３０をそのＰ型電極３６にて、半導体レーザ素子２０のＰ型電極２６上に絶縁層４０を介し形成したはんだ層６０上に、図１にて示す位置にて載置する。そして、半導体レーザ素子２０の台座１０に対する接合方法と同様の方法により、はんだ層６０を絶縁層５０を介しＰ型電極２６にロー付けすることにより、半導体レーザ素子３０を半導体レーザ素子２０にスタック状に接合する。
【００３３】
これにより、両半導体レーザ素子２０、３０の各発光層の間隔が約１０μｍ（図３にて符号Ｄ３参照）に短縮される。但し、両半導体レーザ素子２０、３０の接合は、両者のレーザ光出射面が同一方向になるように行う。
次に、ボンディング電極３９の上面中央とＰ型電極２６の右側部の中央とを金のワイヤ７０でもってワイヤボンディング装置によりボンディング接続する。また、Ｐ型電極２６の左側部上には、外部回路に接続するための金のワイヤ８０を上述と同様にボンディング接続する。
【００３４】
しかして、両半導体レーザ素子２０、３０が絶縁層５０により絶縁されているため、半導体レーザを発光させるときこの半導体レーザのワイヤ８０に流入する電流は、はんだ層６０、半導体レーザ素子３０、ワイヤ７０及び半導体レーザ素子２０を通り台座１０に流れ込むという経路をとる。
このことは、両半導体レーザ素子２０、３０は、電気的に直列接続されていることを意味する。
【００３５】
このように接続したスタック型半導体レーザに実際の光学系に適用した場合の作用効果を、図２及び図３を使用し、図８及び図９と比較しながら説明する。
本発明に係るスタック型半導体レーザの両半導体レーザ素子２０、３０により、図２にて示すごとく、実際の光学系を用いてレンズ５の前方にレーザ光を照射した場合、両ビームパターン２０ａ、３０ａが得られる。
【００３６】
これら各ビームパターン２０ａ、３０ａは、各半導体レーザ素子２０、３０からのレーザ光により形成されるものである。即ち、半導体レーザ素子２０のレーザ光が、光路Ｐ３に沿いレンズ５を通り図２にて示す位置にビームパターン２０ａを形成する。一方、半導体レーザ素子３０のレーザ光が、光路Ｐ４に沿いレンズ５を通り図２にて示す位置にビームパターン３０ａを形成する。
【００３７】
ここで、本発明に係るスタック型半導体レーザでは、上述したごとく、両半導体レーザ素子２０、３０が、各発光層の間隔をＤ３＝１０μｍとするように、近接して接合されている。このため、レンズ５の前方の両ビームパターン２０ａ、３０ａの各中心間隔Ｄ４は、図８にて示す場合に比べて非常に狭くなる。
例えば、図８にて示す従来の場合と同様に、Ｌ１＝２０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍとし、これらをＤ３＝１０μｍとともに数１の式に代入すると、レンズ５の前方１００ｍの距離の位置では、図２では、両ビームパターン２０ａ、３０ａの中心間隔Ｄ４は、５ｃｍとなり、従来のスタック型半導体レーザの場合と比べて１／１０に改善される。
【００３８】
これにより、両ビームパターン２０ａ、３０ａのずれが、図８の両ビームパターン６、７のずれに比べて大幅に減少する。換言すれば、両ビームパターン２０ａ、３０ａの重なりが、図８の両ビームパターン６、７の重なりに比べて大幅に増大する。その結果、レンズ５の前方におけるレーザ光の強度の不均一領域が、従来（図９参照）に比べて、図３にて示すごとく、大幅に減少し、出射レーザ光の強度が均一となり、レーザレーダシステムの測距精度が著しく向上する。
【００３９】
また、本第１実施形態における半導体レーザは、上述のごとく、Ｎ型基板を有する半導体レーザ素子のみの積層でもって構成されているから、半導体レーザの製造が、Ｐ型基板を有する半導体レーザ素子を利用する場合に比べ、容易となる。
また、本第１実施形態における半導体レーザでは、両半導体レーザ素子２０、３０が上述のように電気的に直列接続されているから、各半導体レーザ素子２０、３０には、ワイヤ８０から流入する電流がほぼそのまま流れる。このため、各半導体レーザ素子２０、３０の出力容量、ひいては、半導体レーザの出力容量を大幅に向上できる。
【００４０】
図４及び図５は、上記第１実施形態の変形例を示している。
この変形例においては、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａが、図４にて示すごとく、上記第１実施形態にて述べた絶縁層５０及びはんだ層６０に代えて、両半導体レーザ素子２０、３０の間に形成接合されている。
ここで、半導体レーザ素子２０は、Ｐ型電極２６の図４及び図５にて図示左側部において、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａの各左側部よりも左方に露呈している。一方、半導体レーザ素子２０は、Ｐ型電極２６の図示右側部において、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａの各右側部よりも右方に露呈している。
【００４１】
これにより、Ｐ型電極２６の左右両側部は、半導体レーザ素子３０と電気的に接続するためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
また、はんだ層６０Ａは、絶縁層５０Ａと共に、その左右両側部にて、半導体レーザ素子３０のＰ型電極３６の左右両側部から左右方向へ露呈している。これにより、はんだ層６０Ａの左右両側部は、外部回路との電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００４２】
しかして、この変形例では、上記第１実施形態にて述べたワイヤ７０に代えて、金のワイヤ７０ａが、図５にて示すごとく、ボンディング電極３９の右側部上方とＰ型電極２６の右側部上方との間にボンディング接続されているとともに、金のワイヤ７０ｂが、ボンディング電極３９の左側部下方とＰ型電極２６の左側部下方との間にボンディング接続されている。
【００４３】
また、この変形例では、上記第１実施形態にて述べたワイヤ８０に代えて、両金のワイヤ８０ａ、８０ｂが採用されており、両ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ、はんだ層６０Ａの左右両側部中央にボンディング接続されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
この変形例によれば、半導体レーザを発光させるときこの半導体レーザに流れる電流は、ワイヤ８０ａ、はんだ層６０Ａの右側部、半導体レーザ素子３０の右側部、ワイヤ７０ａ及び半導体レーザ素子２０の右側部を通り台座１０に流れ込むと共に、ワイヤ８０ｂ、はんだ層６０Ａの左側部、半導体レーザ素子３０の左側部、ワイヤ７０ｂ及び半導体レーザ素子２０の左側部を通り台座１０に流れ込むという両経路をとる。このことは、当該両経路でもって、両半導体レーザ素子２０、３０は、それぞれ、電気的に直列接続されていることを意味する。
【００４４】
このため、両半導体レーザ素子２０、３０を流れる電流は、両半導体レーザ素子２０、３０の内部を左右対称的に流れる。従って、両ワイヤ８０ａ、８０ｂからの電流は両半導体レーザ素子２０、３０の内部を均一に流れることとなる。
よって、半導体レーザ素子の光出力をその出射面からより一層効率よく均一な出力とすることができる。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。
【００４５】
また、半導体レーザ３０から半導体レーザ２０へのワイヤ７０ａ、７０ｂは、半導体レーザ２０における電流分布を均一にすべく、図５にて示すように平面的に見て、互いに異なる位置でボンディング電極３９とＰ型電極２６とに接続されている。
他の例として、ワイヤ７０ａ、７０ｂをボンディング電極３９の左右において、ボンディング電極３９の中央と、Ｐ型電極２６の左右における中央とに接続し、ワイヤ８０ａ、８０ｂをはんだ層６０Ａの左右両側部のそれぞれ上方、下方（図５中、図示Ｂ１、Ｂ２の位置）としてもよい。
【００４６】
或いは、ワイヤ７０ａ、７０ｂは、図５にて示す位置とし、ワイヤ８０ａ、８０ｂを図中のＢ１、Ｂ２の位置にワイヤボンディング接続するようにしてもよい。
さらに、ボンディング電極３９とＰ型電極３６とを接続するワイヤ７０をさらに２本増大して、レーザの出射方向（図５中の図示矢印方向）に対して対称となるようにワイヤ７０を配置するようにしてもよい。これらワイヤボンディング接続の位置や数は、電流分布を考慮して適宜設定すればよい。
【００４７】
図６は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べた絶縁層５０が廃止されており、両電極２６、３６が、はんだ層６０を介し直接接合されている。また、上記第１実施形態にて述べたワイヤ７０に代えて、金のワイヤ７０ｃが採用されており、このワイヤ７０ｃは、ボンディング電極３９と台座１０の上面１１との間にボンディング接続されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００４８】
このように構成した本第２実施形態によれば、ワイヤ８０に流入する電流は、はんだ層６０を通り両半導体レーザ素子２０、３０内に分流し、半導体レーザ素子２０から台座１０に直接流入するとともに、半導体レーザ素子３０及びワイヤ７０ｃを通り台座１０に流入するという両経路をとる。
このことは、両半導体レーザ素子２０、３０が電気的に並列接続されていることを意味する。
【００４９】
これにより、各半導体レーザ素子２０、３０に流れる各電流が、ワイヤ８０に流入する電流の約半分となる。その結果、両半導体レーザ素子２０、３０の各出力容量は減少するものの、これら両半導体レーザ素子２０、３０の寿命を大幅に向上できる。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。
また、上記各実施形態にて述べたように、Ｎ型基板、つまり同一の導電型基板のみの利用によって、両半導体レーザ素子２０、３０を直列接続或いは並列接続した半導体レーザを構成できる。従って、本発明によれば、電気的接続構成の自由度の高いスタック型半導体レーザを提供できる。
【００５０】
なお、上記第２実施形態において、半導体レーザの出力容量を第１実施形態と同様にするには、ワイヤ８０に流入する電流を２倍にすればよい。
また、本発明の実施にあたり、上記第２実施形態にて述べた両半導体レーザ素子２０、３０を上下反対に積層して実施してもよい。
また、本発明の実施にあたり、両半導体レーザ素子２０、３０の基板を共にＮ型基板とした例について説明したが、これに限らず、両半導体レーザ素子２０、３０の基板は共に同一の導電型基板であればよく、Ｐ型基板のみにより両半導体レーザ素子２０、３０の基板を構成してもよい。
【００５１】
また、本発明の実施にあたっては、超格子を有する量子井戸構造の半導体レーザ素子を有するスタック型半導体レーザに限ることなく、例えば、ＰＮ接合構造やダブルヘテロ接合構造の半導体レーザ素子等の各種の半導体レーザ素子を有するスタック型半導体レーザに本発明を適用して実施してもよい。また、半導体レーザ素子に使用する基板も、ＧａＡｓ基板に限ることなく、例えば、ＩｎＰ基板を、半導体レーザ素子に使用する基板として採用して実施してもよい。
【００５２】
また、本発明の実施にあたり、上記各実施形態にて述べたワイヤによるボンディング接続に代えて、薄膜等による接続で代用してもよい。
また、本発明の実施にあたっては、はんだ層３７に限ることなく、これに代えて、ろう材金属層を採用して実施してもよい。
また、本発明の実施にあたり、両半導体レーザ素子２０、３０の製造は、エピタキシャル成長方法に限ることなく、積層できる方法であればよい。
【００５３】
また、本発明の実施にあたり、ボンディング電極３９は廃止して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスタック型半導体レーザの第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合の効果を説明するための模式図である。
【図３】図１の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合のレンズの前方におけるレーザ光の強度分布を表すグラフである。
【図４】上記第１実施形態の変形例を示す要部断面図である。
【図５】上記変形例の平面図である。
【図６】本発明に係るスタック型半導体レーザの第２実施形態を示す要部断面図である。
【図７】従来のスタック型半導体レーザの正面図である。
【図８】図７の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合の不具合を指摘するための模式図である。
【図９】従来のスタック型半導体レーザを実際の光学系に適用した場合のレンズ前方のレーザ光の強度分布を表すグラフである。
【符号の説明】
１０…台座、２０、３０…半導体レーザ素子、２１、３１…Ｎ型基板、
２３、３３…発光層、２６、３８…Ｐ型電極、２７、３６…Ｎ型電極、
４０、６０、６０Ａ…はんだ層、５０、５０Ａ…絶縁層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに係り、特に、大出力のレーザ光を得るに適したスタック型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザを用いて自動車間の距離を計測し、車間距離を一定に保ったり、前方の自動車に接近し過ぎた場合に、警報を発するようにしたレーザレーダシステムが提案されている。
このシステムでは、１００ｍ先の物体を検知することが不可欠である。このような仕様を満足させるために、半導体レーザでは、パルス駆動で４０乃至８０Ｗの光出力が要求されている。
【０００３】
現在、一般に市販されている１チップの半導体レーザ素子では、実用上最大でも１０乃至２０Ｗ程度の出力しか得られないため、この半導体レーザ素子を縦方向にいくつも積み重ね、ろう材金属で接合してスタック化することで、光出力を増加させるようにしている。
図７は上記スタック型半導体レーザの従来例を示す（特開平５−４１５６１号公報参照）。この半導体レーザは、Ｐ型或いはＮ型の基板１***に、半導体レーザ素子２、３及び４をろう材金属を介しスタック状に積層することで構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような半導体レーザにおいては、半導体レーザ素子３が半導体レーザ素子２の基板とは別の基板上に発光層を形成して構成されており、また、半導体レーザ素子４が半導体レーザ素子２及び３の各基板とは別の基板上に発光層を形成して構成されている。
【０００５】
このことは、両半導体レーザ素子２及び３は、基板と発光層とを同じ順序で上方へ単に２段積み重ねたにすぎないことを意味する。
このため、両半導体レーザ素子２、３の各発光層の間の間隔Ｄ１は、図７及び図８で示すごとく基板の厚さだけ離れてしまい、通常、約１００μｍである。
このような半導体レーザの両半導体レーザ素子３、４でもって、図８にて示すごとく、実際の光学系を用いレンズ５の前方にレーザ光を照射した場合、両ビームパターン６、７が得られる。これら各ビームパターン６、７は、各半導体レーザ素子３、４からのレーザ光により形成される。
【０００６】
即ち、半導体レーザ素子３のレーザ光が、光路Ｐ１に沿いレンズ５を通り図８にて示す位置にビームパターン６を形成する。一方、半導体レーザ素子４のレーザ光が、光路Ｐ２に沿いレンズ５を通り図８にて示す位置にビームパターン７を形成する。
ここで、スタック型半導体レーザが測距用レーザレーダシステムに使用される場合、両半導体レーザ素子３、４とレンズ５との間の距離Ｌ１は、レンズ５と両ビームパターン６、７との間の距離Ｌ２に比べて非常に短い。例えば、自動車用とした場合、距離Ｌ１は約２０ｍｍであり、距離Ｌ２としては最大で１００ｍが要求される。
【０００７】
しかして、間隔Ｄ１は、レンズ５の前方１００ｍの距離の位置では、両ビームパターンの各中心の間隔Ｄ２として現れる。ここで、単純な光学系の場合、Ｄ２は、次の数１の式により与えられる。
【０００８】
【数１】
Ｄ２＝Ｄ１×Ｌ２／Ｌ１
この式に、Ｌ１＝２０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍ、Ｄ１＝１００μｍを代入すると、Ｄ２は５０ｃｍとなる。
このことは、二つのレーザ光の重なりが５０ｃｍだけずれることになり、図９にて示すように、レンズ５の前方におけるレーザ光の強度が不均一になる領域が非常に広くなることを意味する。このため、測距精度が低下するという不具合がある。
【０００９】
これに対し、本発明者等は、複数の半導体レーザ素子の積層構造に工夫を加えることにより、各半導体レーザ素子のレーザ光によるビームパターン間の重なりをできる限り大きくすることにつき種々検討を加えてみた。
これによれば、例えば、二つの半導体レーザ素子の積層構造において、両半導体レーザ素子の各発光層の間隔は、両半導体レーザ素子における基板と発光層の積層順序を互いに逆にすれば、上述のように基板と発光層の積層順序を同一にする場合に比べて狭くなることが分かった。
【００１０】
また、両半導体レーザ素子の各基板を同一導電型基板、例えば、Ｎ型基板とすれば、互いに異なる基板とする場合に比べ、両半導体レーザ素子の電気的接続構成の自由度をあげ得ることが分かった。
そこで、本発明は、以上のようなことに着目して、複数の半導体レーザ素子の積層構造に工夫を加えることにより、各半導体レーザ素子のレーザ光によるビームパターン間の重なりをできる限り大きくし、かつ、電気的接続構成の自由度の高いスタック型半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明によれば、第１半導体レーザ素子が、台座上に接合された下側電極と、この下側電極上に順次積層状に位置する導電型基板、発光層及び上側電極とを備える。また、第２半導体レーザ素子が、上記上側電極上に順次積層状に位置する下側電極、発光層、導電型基板及び上側電極を備える。そして、第２半導体レーザ素子の下側電極が絶縁層を介し第１半導体レーザ素子の上側電極上に接合されている。
【００１２】
また、両導電型基板が同一の導電型基板であり、第１及び第２の半導体レーザ素子が電気的に直列接続されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、１００μｍ以上の幅の電流注入領域をそれぞれ有する。
以上により、両半導体レーザ素子が、その各発光層にて近接するように、接合されることとなる。このため、実際の光学系において両半導体レーザ素子の各レーザ光を前方に向け照射した場合、両レーザ光による各照射光パターンの間の重なりが大きくなる。
【００１３】
従って、当該各照射光パターンにおけるレーザ光の強度の不均一な領域が減少する。その結果、かかるスタック型半導体レーザを自動車の測距用レーザレーダシステムの適用した場合、その測距精度が大幅に向上する。
この場合、本発明によれば、半導体レーザは、同一の導電型基板からなる半導体レーザ素子のみの積層でもって構成されているから、半導体レーザの製造が、Ｐ型基板を有する半導体レーザ素子と、Ｎ型基板を有する半導体レーザ素子の双方を利用する場合に比べ、容易となる。
【００１４】
また、両半導体レーザ素子が上述のように電気的に直列接続されているから、各半導体レーザ素子には、外部から流入する電流がほぼそのまま流れる。このため、各半導体レーザ素子の出力容量、ひいては半導体レーザの出力容量を大幅に向上できる。
また、上述のごとく、第１及び第２の半導体レーザ素子の各電流注入領域の幅は、１００μｍ以上と非常に広い。このため、これら両半導体レーザ素子の各々のレーザ出力がより一層増大し得る。
【００１５】
また、請求項１に記載の発明によれば、ろう材金属層（６０Ａ）が前記絶縁層上に設けられており、前記第２半導体レーザ素子の下側電極が前記ろう材金属層よりも狭い表面積を有するように形成されて当該ろう材金属層上に接合されており、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成されており、前記各上側電極のボンディング接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電流分布が偏らないように、複数箇所にて行われている。また、請求項２に記載の発明によれば、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成され、前記各上側電極のボンディング接続が、複数箇所にて行われている。よって、半導体レーザ素子の光出力をより一層効率よく均一な出力とすることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、各導電型基板が共にＮ型基板であれば、Ｐ型基板を採用する場合に比べ、半導体レーザの製造が容易となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は、自動車車間距離測距用レーザレーダシステムに採用するに適した本発明に係る大出力のスタック型半導体レーザを示している。
この半導体レーザは、台座１０を備えており、この台座１０の上面１１には、金メッキが施されている。なお、台座１０は、銅製であって、電流経路の他、ヒートシンクとしての役割をも果たす。
【００２１】
また、半導体レーザは、量子井戸構造の両半導体レーザ素子２０、３０を備えており、これら両半導体レーザ素子２０、３０は、台座１０の表面１１上に、順次、積層して接合されている。
半導体レーザ素子２０は、ＧａＡｓからなるＮ型基板２１を備えており、このＮ型基板２１の上面には、ＡｌＧａＡｓからなるＮ型クラッド層２２、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの超格子からなる発光層２３、ＡｌＧａＡｓからなるＰ型クラッド層２４が、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＣＶＤ）、或いは液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）等の各種のエピタキシャル方法により、順次、成膜されている。
【００２２】
なお、場合によっては、Ｎ型基板２１の上面に、ＧａＡｓからなるＮ型バッファ層（図示しない）や、Ｐ型クラッド層２４の上面にＧａＡｓからなるＰ型バッファ層（図示しない）が成膜されてもよい。
また、Ｎ型クラッド層２２、発光層２３及びＰ型クラッド層２４の組成比やキャリア濃度、並びに発光層２３上記Ｎ型バッファ層及びＰ型バッファ層のキャリア濃度は、従来技術の範囲で設定される。
【００２３】
また、Ｐ型クラッド層２４の上面には、ＳｉＯ2 からなる絶縁層２５が所定の形状にパターニング形成されている。また、半導体レーザ素子２０の上部電極となるＰ型電極２６は、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層２５を介しＰ型クラッド層２４の上面に真空蒸着法により形成するとともに当該薄膜に約３６０℃にて熱処理を施しオーミックコンタクトをとって形成されている。
【００２４】
一方、半導体レーザ素子２０の下部電極となるＮ型電極２７は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜を真空蒸着法でＮ型基板２１の下面に形成するとともに当該薄膜に熱処理を施し、オーミックコンタクトをとって形成されている。
このＮ型電極２７の下面には、台座１０の表面１１と接合するためのはんだ層４０が真空蒸着方法により形成されている。このはんだ層４０は、ＳｕとＡｕとの各薄膜により構成されており、Ｓｕの膜厚及びＡｕの膜厚は、それぞれ、８００ｎｍ及び２００ｎｍである。
【００２５】
以上のように構成した半導体レーザ素子２０においては、Ｐ型電極２６の上面から発光層２３までの間隔はたかだか５μｍ程度である。
半導体レーザ素子２０のＰ型電極２６の上面には、絶縁層５０が、酸化シリコンや窒化シリコンを用いて、パターニングにより、１００μｍ以上の幅の電流注入領域を確保できる形状に形成されており、この絶縁層５０は両半導体レーザ素子２０、３０の間を電気的に絶縁する役割を果たす。
【００２６】
ここで、半導体レーザ素子２０の電流注入領域の幅を上述のごとく１００μｍ以上と非常に広くしたのは、半導体レーザ素子２０のレーザ出力をより一層増大させるためである。
また、この絶縁層５０の図１にて図示右側部からは、Ｐ型電極２６の右側部が露呈し半導体レーザ素子３０と電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００２７】
はんだ層６０は、半導体レーザ素子３０と接合するためのもので、絶縁層５０の上面に厚さ１．６μｍにて真空蒸着方法により形成されている。
半導体レーザ素子３０は、ＧａＡｓからなるＮ型基板３１を備えており、このＮ型基板３１の下面には、ＡｌＧａＡｓからなるＮ型クラッド層３２、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの超格子からなる発光層３３、ＡｌＧａＡｓからなるＰ型クラッド層３４が、半導体レーザ素子２０のＮ型クラッド層２２、発光層２３、Ｐ型クラッド層２４の形成方法と同様の方法により、順次、成膜されている。
【００２８】
また、Ｎ型クラッド層３４の下面には、ＳｉＯ2 からなる絶縁層３５が１００μｍ以上の幅の電流注入領域を確保できる形状にパターニング形成されている。半導体レーザ素子３０の下部電極となるＰ型電極３６は、Ｃｒ／Ａｕからなる薄膜を絶縁層３５を介しＰ型クラッド層３４の下面に真空蒸着法により形成するとともに当該薄膜に上述と同様に熱処理を施し、オーミックコンタクトをとって形成されている。
【００２９】
ここで、半導体レーザ素子３０の電流注入領域の幅を上述のごとく１００μｍ以上と非常に広くしたのは、半導体レーザ素子２０と同様に半導体レーザ素子３０のレーザ出力をより一層増大させるためである。
このＰ型電極３６は、その下面にて、はんだ層６０の上面に接合されている。
一方、半導体レーザ素子３０の上部電極となるＮ型電極３８は、Ｎ型電極２７の形成方法と同様の方法で、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる薄膜をＮ型基板３１の上面に形成し、当該薄膜に熱処理を施してオーミックコンタクトをとって形成されている。また、Ｎ型電極３８の上面には、ボンディング電極３９がＡｕの薄膜を真空蒸着法により形成されている。
【００３０】
以上のように構成した半導体レーザ素子３０においては、Ｐ型電極３６の下面から発光層３３までの間隔は、たかだか略５μｍ程度である。
但し、半導体レーザ素子３０の表面積は、図１から容易に理解されるごとく、はんだ層６０の表面積よりも狭くなっており、Ｐ型電極電極３６から図１にて図示左方へ露呈するはんだ層６０の左側部分は、外部回路との電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００３１】
次に上述のように構成した半導体レーザにおいて、両半導体レーザ素子２０、３０を台座１０上に積層する方法について説明する。
半導体レーザ素子２０をはんだ層４０を介し台座１０の表面１１上に載置し、ダイボンド装置により上方から半導体レーザ素子２０に荷重を加えながら、約３７０℃の温度条件にてはんだ層４０を台座１０の表面１１に溶接することにより、半導体レーザ素子２０を台座１０に接合する。
【００３２】
ついで、半導体レーザ素子３０をそのＰ型電極３６にて、半導体レーザ素子２０のＰ型電極２６上に絶縁層４０を介し形成したはんだ層６０上に、図１にて示す位置にて載置する。そして、半導体レーザ素子２０の台座１０に対する接合方法と同様の方法により、はんだ層６０を絶縁層５０を介しＰ型電極２６にロー付けすることにより、半導体レーザ素子３０を半導体レーザ素子２０にスタック状に接合する。
【００３３】
これにより、両半導体レーザ素子２０、３０の各発光層の間隔が約１０μｍ（図３にて符号Ｄ３参照）に短縮される。但し、両半導体レーザ素子２０、３０の接合は、両者のレーザ光出射面が同一方向になるように行う。
次に、ボンディング電極３９の上面中央とＰ型電極２６の右側部の中央とを金のワイヤ７０でもってワイヤボンディング装置によりボンディング接続する。また、Ｐ型電極２６の左側部上には、外部回路に接続するための金のワイヤ８０を上述と同様にボンディング接続する。
【００３４】
しかして、両半導体レーザ素子２０、３０が絶縁層５０により絶縁されているため、半導体レーザを発光させるときこの半導体レーザのワイヤ８０に流入する電流は、はんだ層６０、半導体レーザ素子３０、ワイヤ７０及び半導体レーザ素子２０を通り台座１０に流れ込むという経路をとる。
このことは、両半導体レーザ素子２０、３０は、電気的に直列接続されていることを意味する。
【００３５】
このように接続したスタック型半導体レーザに実際の光学系に適用した場合の作用効果を、図２及び図３を使用し、図８及び図９と比較しながら説明する。
本発明に係るスタック型半導体レーザの両半導体レーザ素子２０、３０により、図２にて示すごとく、実際の光学系を用いてレンズ５の前方にレーザ光を照射した場合、両ビームパターン２０ａ、３０ａが得られる。
【００３６】
これら各ビームパターン２０ａ、３０ａは、各半導体レーザ素子２０、３０からのレーザ光により形成されるものである。即ち、半導体レーザ素子２０のレーザ光が、光路Ｐ３に沿いレンズ５を通り図２にて示す位置にビームパターン２０ａを形成する。一方、半導体レーザ素子３０のレーザ光が、光路Ｐ４に沿いレンズ５を通り図２にて示す位置にビームパターン３０ａを形成する。
【００３７】
ここで、本発明に係るスタック型半導体レーザでは、上述したごとく、両半導体レーザ素子２０、３０が、各発光層の間隔をＤ３＝１０μｍとするように、近接して接合されている。このため、レンズ５の前方の両ビームパターン２０ａ、３０ａの各中心間隔Ｄ４は、図８にて示す場合に比べて非常に狭くなる。
例えば、図８にて示す従来の場合と同様に、Ｌ１＝２０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍとし、これらをＤ３＝１０μｍとともに数１の式に代入すると、レンズ５の前方１００ｍの距離の位置では、図２では、両ビームパターン２０ａ、３０ａの中心間隔Ｄ４は、５ｃｍとなり、従来のスタック型半導体レーザの場合と比べて１／１０に改善される。
【００３８】
これにより、両ビームパターン２０ａ、３０ａのずれが、図８の両ビームパターン６、７のずれに比べて大幅に減少する。換言すれば、両ビームパターン２０ａ、３０ａの重なりが、図８の両ビームパターン６、７の重なりに比べて大幅に増大する。その結果、レンズ５の前方におけるレーザ光の強度の不均一領域が、従来（図９参照）に比べて、図３にて示すごとく、大幅に減少し、出射レーザ光の強度が均一となり、レーザレーダシステムの測距精度が著しく向上する。
【００３９】
また、本第１実施形態における半導体レーザは、上述のごとく、Ｎ型基板を有する半導体レーザ素子のみの積層でもって構成されているから、半導体レーザの製造が、Ｐ型基板を有する半導体レーザ素子を利用する場合に比べ、容易となる。
また、本第１実施形態における半導体レーザでは、両半導体レーザ素子２０、３０が上述のように電気的に直列接続されているから、各半導体レーザ素子２０、３０には、ワイヤ８０から流入する電流がほぼそのまま流れる。このため、各半導体レーザ素子２０、３０の出力容量、ひいては、半導体レーザの出力容量を大幅に向上できる。
【００４０】
図４及び図５は、上記第１実施形態の変形例を示している。
この変形例においては、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａが、図４にて示すごとく、上記第１実施形態にて述べた絶縁層５０及びはんだ層６０に代えて、両半導体レーザ素子２０、３０の間に形成接合されている。
ここで、半導体レーザ素子２０は、Ｐ型電極２６の図４及び図５にて図示左側部において、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａの各左側部よりも左方に露呈している。一方、半導体レーザ素子２０は、Ｐ型電極２６の図示右側部において、絶縁層５０Ａ及びはんだ層６０Ａの各右側部よりも右方に露呈している。
【００４１】
これにより、Ｐ型電極２６の左右両側部は、半導体レーザ素子３０と電気的に接続するためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
また、はんだ層６０Ａは、絶縁層５０Ａと共に、その左右両側部にて、半導体レーザ素子３０のＰ型電極３６の左右両側部から左右方向へ露呈している。これにより、はんだ層６０Ａの左右両側部は、外部回路との電気的接続のためのボンディングパッドとしての役割を果たす。
【００４２】
しかして、この変形例では、上記第１実施形態にて述べたワイヤ７０に代えて、金のワイヤ７０ａが、図５にて示すごとく、ボンディング電極３９の右側部上方とＰ型電極２６の右側部上方との間にボンディング接続されているとともに、金のワイヤ７０ｂが、ボンディング電極３９の左側部下方とＰ型電極２６の左側部下方との間にボンディング接続されている。
【００４３】
また、この変形例では、上記第１実施形態にて述べたワイヤ８０に代えて、両金のワイヤ８０ａ、８０ｂが採用されており、両ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ、はんだ層６０Ａの左右両側部中央にボンディング接続されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
この変形例によれば、半導体レーザを発光させるときこの半導体レーザに流れる電流は、ワイヤ８０ａ、はんだ層６０Ａの右側部、半導体レーザ素子３０の右側部、ワイヤ７０ａ及び半導体レーザ素子２０の右側部を通り台座１０に流れ込むと共に、ワイヤ８０ｂ、はんだ層６０Ａの左側部、半導体レーザ素子３０の左側部、ワイヤ７０ｂ及び半導体レーザ素子２０の左側部を通り台座１０に流れ込むという両経路をとる。このことは、当該両経路でもって、両半導体レーザ素子２０、３０は、それぞれ、電気的に直列接続されていることを意味する。
【００４４】
このため、両半導体レーザ素子２０、３０を流れる電流は、両半導体レーザ素子２０、３０の内部を左右対称的に流れる。従って、両ワイヤ８０ａ、８０ｂからの電流は両半導体レーザ素子２０、３０の内部を均一に流れることとなる。
よって、半導体レーザ素子の光出力をその出射面からより一層効率よく均一な出力とすることができる。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。
【００４５】
また、半導体レーザ３０から半導体レーザ２０へのワイヤ７０ａ、７０ｂは、半導体レーザ２０における電流分布を均一にすべく、図５にて示すように平面的に見て、互いに異なる位置でボンディング電極３９とＰ型電極２６とに接続されている。
他の例として、ワイヤ７０ａ、７０ｂをボンディング電極３９の左右において、ボンディング電極３９の中央と、Ｐ型電極２６の左右における中央とに接続し、ワイヤ８０ａ、８０ｂをはんだ層６０Ａの左右両側部のそれぞれ上方、下方（図５中、図示Ｂ１、Ｂ２の位置）としてもよい。
【００４６】
或いは、ワイヤ７０ａ、７０ｂは、図５にて示す位置とし、ワイヤ８０ａ、８０ｂを図中のＢ１、Ｂ２の位置にワイヤボンディング接続するようにしてもよい。
さらに、ボンディング電極３９とＰ型電極３６とを接続するワイヤ７０をさらに２本増大して、レーザの出射方向（図５中の図示矢印方向）に対して対称となるようにワイヤ７０を配置するようにしてもよい。これらワイヤボンディング接続の位置や数は、電流分布を考慮して適宜設定すればよい。
【００４７】
図６は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べた絶縁層５０が廃止されており、両電極２６、３６が、はんだ層６０を介し直接接合されている。また、上記第１実施形態にて述べたワイヤ７０に代えて、金のワイヤ７０ｃが採用されており、このワイヤ７０ｃは、ボンディング電極３９と台座１０の上面１１との間にボンディング接続されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００４８】
このように構成した本第２実施形態によれば、ワイヤ８０に流入する電流は、はんだ層６０を通り両半導体レーザ素子２０、３０内に分流し、半導体レーザ素子２０から台座１０に直接流入するとともに、半導体レーザ素子３０及びワイヤ７０ｃを通り台座１０に流入するという両経路をとる。
このことは、両半導体レーザ素子２０、３０が電気的に並列接続されていることを意味する。
【００４９】
これにより、各半導体レーザ素子２０、３０に流れる各電流が、ワイヤ８０に流入する電流の約半分となる。その結果、両半導体レーザ素子２０、３０の各出力容量は減少するものの、これら両半導体レーザ素子２０、３０の寿命を大幅に向上できる。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。
また、上記各実施形態にて述べたように、Ｎ型基板、つまり同一の導電型基板のみの利用によって、両半導体レーザ素子２０、３０を直列接続或いは並列接続した半導体レーザを構成できる。従って、本発明によれば、電気的接続構成の自由度の高いスタック型半導体レーザを提供できる。
【００５０】
なお、上記第２実施形態において、半導体レーザの出力容量を第１実施形態と同様にするには、ワイヤ８０に流入する電流を２倍にすればよい。
また、本発明の実施にあたり、上記第２実施形態にて述べた両半導体レーザ素子２０、３０を上下反対に積層して実施してもよい。
また、本発明の実施にあたり、両半導体レーザ素子２０、３０の基板を共にＮ型基板とした例について説明したが、これに限らず、両半導体レーザ素子２０、３０の基板は共に同一の導電型基板であればよく、Ｐ型基板のみにより両半導体レーザ素子２０、３０の基板を構成してもよい。
【００５１】
また、本発明の実施にあたっては、超格子を有する量子井戸構造の半導体レーザ素子を有するスタック型半導体レーザに限ることなく、例えば、ＰＮ接合構造やダブルヘテロ接合構造の半導体レーザ素子等の各種の半導体レーザ素子を有するスタック型半導体レーザに本発明を適用して実施してもよい。また、半導体レーザ素子に使用する基板も、ＧａＡｓ基板に限ることなく、例えば、ＩｎＰ基板を、半導体レーザ素子に使用する基板として採用して実施してもよい。
【００５２】
また、本発明の実施にあたり、上記各実施形態にて述べたワイヤによるボンディング接続に代えて、薄膜等による接続で代用してもよい。
また、本発明の実施にあたっては、はんだ層３７に限ることなく、これに代えて、ろう材金属層を採用して実施してもよい。
また、本発明の実施にあたり、両半導体レーザ素子２０、３０の製造は、エピタキシャル成長方法に限ることなく、積層できる方法であればよい。
【００５３】
また、本発明の実施にあたり、ボンディング電極３９は廃止して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスタック型半導体レーザの第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合の効果を説明するための模式図である。
【図３】図１の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合のレンズの前方におけるレーザ光の強度分布を表すグラフである。
【図４】上記第１実施形態の変形例を示す要部断面図である。
【図５】上記変形例の平面図である。
【図６】本発明に係るスタック型半導体レーザの第２実施形態を示す要部断面図である。
【図７】従来のスタック型半導体レーザの正面図である。
【図８】図７の半導体レーザを実際の光学系に適用した場合の不具合を指摘するための模式図である。
【図９】従来のスタック型半導体レーザを実際の光学系に適用した場合のレンズ前方のレーザ光の強度分布を表すグラフである。
【符号の説明】
１０…台座、２０、３０…半導体レーザ素子、２１、３１…Ｎ型基板、
２３、３３…発光層、２６、３８…Ｐ型電極、２７、３６…Ｎ型電極、
４０、６０、６０Ａ…はんだ層、５０、５０Ａ…絶縁層。
Claims (5)
- 台座（１０）と、
この台座上に設けられた第１半導体レーザ素子であって１００μｍ以上の幅の電流注入領域を有する第１半導体レーザ素子（２０）と、
この第１半導体レーザ素子と同一の光出射方向を有する第２半導体レーザ素子であって１００μｍ以上の幅の電流注入領域を有する第２半導体レーザ素子（３０）とを備えたスタック型半導体レーザであって、
前記第１半導体レーザ素子が、前記台座上に接合された下側電極（２７）と、この下側電極上に順次積層状に位置する導電型基板（２１）、発光層（２３）及び上側電極（２６）とを備え、
前記第２半導体レーザ素子が、前記上側電極上に順次積層状に位置する下側電極（３６）、発光層（３３）、導電型基板（３１）及び上側電極（３８）を備え、前記第２半導体レーザ素子の下側電極が絶縁層（５０、５０Ａ）を介し前記第１半導体レーザ素子の上側電極上に接合されており、
前記両導電型基板が同一の導電型基板であり、
前記第１及び第２の半導体レーザ素子が電気的に直列接続されており、
ろう材金属層（６０Ａ）が前記絶縁層上に設けられており、
前記第２半導体レーザ素子の下側電極が前記ろう材金属層よりも狭い表面積を有するように形成されて当該ろう材金属層上に接合されており、
前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成されており、
前記各上側電極のボンディング接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電流分布が偏らないように、複数箇所にて行われていることを特徴とするスタック型半導体レーザ。 - 台座（１０）と、
この台座上に設けられた第１半導体レーザ素子であって１００μｍ以上の幅の電流注入領域を有する第１半導体レーザ素子（２０）と、
この第１半導体レーザ素子と同一の光出射方向を有する第２半導体レーザ素子であって１００μｍ以上の幅の電流注入領域を有する第２半導体レーザ素子（３０）とを備えたスタック型半導体レーザであって、
前記第１半導体レーザ素子が、前記台座上に接合された下側電極（２７）と、この下側電極上に順次積層状に位置する導電型基板（２１）、発光層（２３）及び上側電極（２６）とを備え、
前記第２半導体レーザ素子が、前記上側電極上に順次積層状に位置する下側電極（３６）、発光層（３３）、導電型基板（３１）及び上側電極（３８）を備え、前記第２半導体レーザ素子の下側電極が絶縁層（５０、５０Ａ）を介し前記第１半導体レーザ素子の上側電極上に接合されており、
前記両導電型基板が同一の導電型基板であり、
前記第１及び第２の半導体レーザ素子が電気的に直列接続されており、
前記第１及び第２の半導体レーザ素子の電気的直列接続が、前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各上側電極のボンディング接続でもって達成され、前記各上側電極のボンディング接続が、複数箇所にて行われていることを特徴とするスタック型半導体レーザ。 - 前記各導電型基板が共にＮ型基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスタック型半導体レーザ。
- 前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各電流注入領域の幅がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のスタック型半導体レーザ。
- 前記第１及び第２の半導体レーザ素子の各電流注入領域の幅が共に同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のスタック型半導体レーザ。
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