(57)【要約】【課題】本発明は、小型化に適した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】本発明に係る半導体レーザ装置は、活性層１６と、該活性層を挟むように形成された複数の半導体層と、を有する半導体レーザ素子１４と、該複数の半導体層の一部に形成されたＰＮ接合ダイオード３２と、を備える。そして、該ＰＮ接合ダイオードは該半導体レーザ素子に逆並列に接続されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、前記活性層を挟むように形成された複数の半導体層と、を有する半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体層の一部に形成されたＰＮ接合ダイオードと、を備え、
前記ＰＮ接合ダイオードは前記半導体レーザ素子に逆並列に接続されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記複数の半導体層は、
ｐ型キャップ層と、
前記ｐ型キャップ層に接するｎ型キャップ層と、を備え、
前記ｐ型キャップ層と前記ｎ型キャップ層で前記ＰＮ接合ダイオードを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
絶縁体と前記絶縁体の上に形成された表面金属層とを有するサブマウントと、
上面電極と、前記表面金属層に接続された下面電極とを有する半導体レーザ素子と、
第１電極と第２電極を有し、前記半導体レーザ素子の上に設けられたコンデンサと、
前記第１電極と前記表面金属層を接続するワイヤと、を備え、
前記第２電極は前記上面電極に接続されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記上面電極の一部を前記第２電極として用いることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記コンデンサはＭＩＭ構造を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
金属板と、
誘電体と、前記誘電体の上面側に形成された第１金属及び第２金属と、前記誘電体の下面側に形成され前記金属板と接する第３金属と、を有するサブマウントと、
上面電極と、前記第１金属に接続された下面電極とを有する半導体レーザ素子と、
前記上面電極と前記第２金属を接続する第１ワイヤと、
前記第１金属と前記金属板を接続する第２ワイヤと、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スキャナー等のセンサー用途、ＣＤ・ＤＶＤ・ＢＤメディア等の読み出し及び記録用途、光通信用途、レーザ加工機用途、又はプロジェクタ又はＴＶのバックライト等のディスプレイ用途に用いられる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電気又は電源のオーバーシュートなどにより半導体レーザ素子にサージ電圧が印加されると、過発光、絶縁層のダメージ、ＰＮ接合のダメージにより半導体レーザ素子が劣化することがあった。特許文献１には、サージ電圧による半導体レーザ素子の劣化を抑制する技術が開示されている。この技術は、半導体レーザ素子の上に半導体レーザ素子の保護回路として機能するダイオードを設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１７８７８４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４１２８１号公報
【特許文献３】特開平７−２５４７４２号公報
【特許文献４】特開平７−２５４７４３号公報
【特許文献５】特開平６−９７５７４号公報
【特許文献６】特開平１１−２２０２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子をサージ電圧から保護する部分と、を有する半導体レーザ装置は、できるだけ小型化して提供することが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子とダイオードが別部品となっているので、半導体レーザ装置を小型化できない問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型化に適した半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明に係る半導体レーザ装置は、活性層と、該活性層を挟むように形成された複数の半導体層と、を有する半導体レーザ素子と、該複数の半導体層の一部に形成されたＰＮ接合ダイオードと、を備え、該ＰＮ接合ダイオードは該半導体レーザ素子に逆並列に接続されたことを特徴とする。
【０００７】
本願の発明に係る他の半導体レーザ装置は、絶縁体と該絶縁体の上に形成された表面金属層とを有するサブマウントと、上面電極と、該表面金属層に接続された下面電極とを有する半導体レーザ素子と、第１電極と第２電極を有し、該半導体レーザ素子の上に設けられたコンデンサと、該第１電極と該表面金属層を接続するワイヤと、を備え、該第２電極は該上面電極に接続されたことを特徴とする。
【０００８】
本願の発明に係る他の半導体レーザ装置は、金属板と、誘電体と、該誘電体の上面側に形成された第１金属及び第２金属と、該誘電体の下面側に形成され該金属板と接する第３金属と、を有するサブマウントと、上面電極と、該第１金属に接続された下面電極とを有する半導体レーザ素子と、該上面電極と該第２金属を接続する第１ワイヤと、該第１金属と該金属板を接続する第２ワイヤと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体レーザ素子をサージ電圧から保護するための構造を、半導体レーザ素子内に設けたり、半導体レーザ素子の直上に設けたり、半導体レーザ素子の一部を利用して形成したりしたため、小型化に適した半導体レーザ装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の等価回路図である。
【図３】変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図５】図４の半導体レーザ装置の等価回路図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図７】変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置１０の断面図である。半導体レーザ装置１０は、サブマウント１２とサブマウント１２の上に形成された半導体レーザ素子１４を備えている。半導体レーザ素子１４は活性層１６を備えている。活性層１６の下面側にｐ型クラッド層１８が形成されている。ｐ型クラッド層１８の下面側にｐ型キャップ層２０が形成されている。
【００１３】
ｐ型キャップ層２０の下面側にはｐ型キャップ層２０の一部と接するようにｎ型キャップ層２１が形成されている。ｐ型キャップ層２０とｎ型キャップ層２１は例えば以下のように形成される。まずｐ型キャップ層２０とｎ型キャップ層２１が形成される予定の領域にｐ型不純物を注入し、その後、ｎ型キャップ層２１となる部分にｎ型不純物を注入する。このように、ｎ型キャップ層２１は既存の不純物拡散プロセスにより容易かつ低コストに形成できる。
【００１４】
図１の活性層１６の上面側にはｎ型クラッド層２２が形成されている。ｎ型クラッド層２２の上面側にはｎ型基板２４が設けられている。このように、活性層１６を挟むように複数の半導体層（ｐ型クラッド層１８、ｐ型キャップ層２０、ｎ型キャップ層２１、ｎ型クラッド層２２、及びｎ型基板２４）が形成されている。
【００１５】
ｎ型基板２４の上面側には上面電極２６が形成されている。上面電極２６にはワイヤ２７が固定されている。ｐ型キャップ層２０の下面側には、開口を有する絶縁層２８が形成されている。そして、当該開口から露出したｐ型キャップ層２０の下面、絶縁層２８の下面、及びｎ型キャップ層２１の下面に接するように下面電極３０が形成されている。
【００１６】
上述した複数の半導体層の一部にはＰＮ接合ダイオード３２が形成されている。ＰＮ接合ダイオード３２は、ｐ型キャップ層２０の一部２０ａとｎ型キャップ層２１で形成されている。ＰＮ接合ダイオード３２は半導体レーザ素子１４に逆並列に接続されている。「逆並列」とは、２つの素子が並列に接続されており、かつ２つの素子の導通方向が相互に反対であることをいう。
【００１７】
図２は、図１の半導体レーザ装置１０の等価回路図である。半導体レーザ素子１４とＰＮ接合ダイオード３２が逆並列に接続されている。半導体レーザ素子１４に順方向サージ電圧が印加された場合について説明する。半導体レーザ素子１４に順方向サージ電圧が印加されるとＰＮ接合ダイオード３２に一定以上の逆電圧が印加され、ＰＮ接合ダイオード３２にアバランシェ降伏が発生する。これにより、ＰＮ接合ダイオード３２にサージ電流を通して、半導体レーザ素子１４に過大な電流が流れることによる半導体レーザ素子１４の劣化を防止することができる。
【００１８】
なお、ＰＮ接合ダイオードを半導体レーザ素子に「並列」に接続した場合は、半導体レーザ素子の順方向ＯＮ電圧によってＰＮ接合ダイオードに無視できない電流が流れるので、半導体レーザ素子の動作に影響を与えてしまう。しかし、ＰＮ接合ダイオード３２を半導体レーザ素子１４と逆並列に接続すれば、半導体レーザ素子１４の順方向ＯＮ電圧によってＰＮ接合ダイオード３２に流れる電流は無視できる程度となるので、半導体レーザ素子の動作に影響を与えずにすむ。
【００１９】
ＰＮ接合ダイオード３２のアバランシェ降伏が起こる電圧は、ｎ型キャップ層２１の不純物濃度を調整することにより制御することができる。例えば、アバランシェ降伏が起こる電圧と、半導体レーザ素子１４の順方向ＯＮ電圧との差を小さくすることで、低い順方向サージ電圧によって半導体レーザ素子１４が劣化することを防止できる。
【００２０】
次に、半導体レーザ素子１４に逆方向サージ電圧が印加された場合について説明する。半導体レーザ素子１４に逆方向サージ電圧が印加されると、ＰＮ接合ダイオード３２に順方向電圧が印加されＰＮ接合ダイオード３２がＯＮ状態となる。これにより、ＰＮ接合ダイオード３２にサージ電流を通して、半導体レーザ素子１４に過大な電流が流れることによる半導体レーザ素子１４の劣化を防止することができる。
【００２１】
このように、半導体レーザ素子１４の順方向サージ電圧と逆方向サージ電圧による過大な電流をＰＮ接合ダイオード３２に逃がすことで、半導体レーザ素子１４の劣化を防止できる。しかも、ＰＮ接合ダイオード３２は複数の半導体層の一部に形成されているので、半導体レーザ装置１０は小型化に適している。また、既存のプロセスの一部を変更するのみでＰＮ接合ダイオード３２を形成できるので、低コストで半導体レーザ装置１０を製造できる。
【００２２】
複数の半導体層を構成する半導体層は上記したものに限定されない。例えば複数の半導体層は光ガイド層を備えていても良い。ＰＮ接合ダイオードは、複数の半導体層の一部に形成されていればよく、必ずしもｐ型キャップ層２０を利用するものでなくてもよい。半導体レーザ素子１４の構造は特に限定されず、例えばリッジ型でもよいし、埋め込み型でもよい。また、半導体レーザ素子１４の駆動方式はＣＷ駆動方式でもよいし、パルス駆動方式でもよい。
【００２３】
図３は、変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。この半導体レーザ装置は、図１の半導体レーザ素子１４を逆さまにしてサブマウント１２に固定したものである。図３の半導体レーザ装置は機能的には図１の半導体レーザ装置１０と同じである。なお、これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体レーザ装置にも応用できる。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置５０の断面図である。半導体レーザ装置５０はサブマウント５２を備えている。サブマウント５２は、絶縁体５２ａと絶縁体５２ａの上に形成された表面金属層５２ｂとを有している。サブマウント５２の上には半導体レーザ素子５４が設けられている。半導体レーザ素子５４は上面電極５４ａと、表面金属層５２ｂに接続された下面電極５４ｂとを有している。      
【００２５】
半導体レーザ素子５４の上にはコンデンサ５８が設けられている。コンデンサ５８は、上面側に第１電極５８ａを有し、下面側に第２電極５８ｂを有している。第２電極５８ｂは上面電極５４ａに接続されている。第１電極５８ａと表面金属層５２ｂはワイヤ６０で接続されている。
【００２６】
図５は、図４の半導体レーザ装置５０の等価回路図である。コンデンサ５８は半導体レーザ素子５４に並列接続されている。コンデンサ５８により、半導体レーザ素子５４の順方向サージ電圧又は逆方向サージ電圧によるサージ電流を逃がし、半導体レーザ素子５４に過大な電流が流れることを防止できる。さらに、コンデンサ５８の電気容量を調整することで、時定数の長い電流のみを選択して半導体レーザ素子５４に印加できるため、ＣＷ駆動に限らずパルス駆動も可能である。
【００２７】
本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置５０は、コンデンサ５８を半導体レーザ素子５４の上部にアセンブリしたので半導体レーザ装置５０の外形寸法の増加を最小限に抑制できる。よって、半導体レーザ装置５０は小型化に適している。また、半導体レーザ素子５４、コンデンサ５８、及びサブマウント５２をまとめてパッケージにアセンブリすることで工数を増やすことなく半導体レーザ装置を製造できる。
【００２８】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置１００の断面図である。サブマウント５２の上には半導体レーザ素子１０２が設けられている。半導体レーザ素子１０２の上にコンデンサ１０４が形成されている。コンデンサ１０４は、上面電極２６の一部２６ａの上に形成された絶縁層１０６と、絶縁層１０６の上に形成された第１電極１０８を備えている。上面電極２６の一部２６ａはコンデンサ１０４の第２電極として機能する。
【００２９】
このように、コンデンサ１０４は、第２電極２６ａ、絶縁層１０６、及び第１電極１０８で形成されるＭＩＭ構造を有している。ＭＩＭ構造のコンデンサ１０４は、既存の蒸着、スパッタリング及びＣＶＤプロセスを使用して低コストで形成できる。第１電極１０８と表面金属層５２ｂはワイヤ１０９で接続されている。そのため、コンデンサ１０４は半導体レーザ素子１０２に並列接続されている。
【００３０】
半導体レーザ装置１００によれば、半導体レーザ素子１０２の順方向サージ電圧又は逆方向サージ電圧による過大な電流をコンデンサ１０４に逃がすことができるので、半導体レーザ素子１０２の劣化を防止できる。そして、コンデンサ１０４の絶縁層１０６の厚さ、又は第１電極１０８及び第２電極２６ａの寸法等を調整して時定数の長い電流のみを選択して半導体レーザ素子１０２に印加することができる。そのため、半導体レーザ素子１０２はＣＷ駆動に限らずパルス駆動も可能である。さらに、コンデンサ１０４を半導体レーザ素子１０２の上部にアセンブリすることで外形寸法の増加を最小限に抑えた、小型化に適した半導体レーザ装置を供給できる。
【００３１】
図７は、変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。この半導体レーザ装置は、コンデンサ１１０を備えている。コンデンサ１１０は、下面電極３０の一部３０ａを第２電極として用いる。コンデンサ１１０は、第２電極３０ａと、第２電極３０ａの上の絶縁層１１２と、絶縁層１１２の上の第１電極１１４を備えている。図７の半導体レーザ装置は機能的には図６の半導体レーザ装置１００と同じである。
【００３２】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置１５０の断面図である。半導体レーザ装置１５０は金属板１５２を備えている。金属板１５２の上にはサブマウント１５４が設けられている。サブマウント１５４は、誘電体１５４ａと、第１〜第３金属１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄを有している。第１金属１５４ｂ及び第２金属１５４ｃは誘電体１５４ａの上面側に形成されている。第３金属１５４ｄは、誘電体１５４ａの下面側に形成され金属板１５２と接している。
【００３３】
サブマウント１５４の上には、半導体レーザ素子５４が設けられている。半導体レーザ素子５４の下面電極５４ｂは第１金属１５４ｂに接続されている。半導体レーザ素子５４の上面電極５４ａと第２金属１５４ｃは第１ワイヤ１６０で接続されている。第１金属１５４ｂと金属板１５２は第２ワイヤ１６２で接続されている。
【００３４】
従って、サブマウント１５４の第２金属１５４ｃ、誘電体１５４ａ、及び第３金属１５４ｄでコンデンサ１５６が形成されている。このコンデンサ１５６は半導体レーザ素子５４に並列接続されている。これにより、半導体レーザ素子５４の順方向サージ電圧と逆方向サージ電圧による過大な電流をコンデンサ１５６に逃がすことができるので、半導体レーザ素子５４の劣化を防止できる。
【００３５】
誘電体１５４ａの材料又は厚さ、及び第２金属１５４ｃの寸法（形状）を変更することで、容易にコンデンサ１５６の電気容量を変更できる。これにより、例えば時定数の長い電流を半導体レーザ素子５４に印加できる。そのため、半導体レーザ素子５４はＣＷ駆動に限らずパルス駆動も可能である。さらに、サブマウント１５４の一部でコンデンサ１５６を形成したので、コンデンサ１５６を設けることによる部品点数の増加が無い。よって、低コストで半導体レーザ装置１５０を製造できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  半導体レーザ装置、  １２  サブマウント、  １４  半導体レーザ素子、  １６  活性層、  １８  ｐ型クラッド層、  ２０  ｐ型キャップ層、  ２０ａ  ｐ型キャップ層の一部、  ２１  ｎ型キャップ層、  ２２  ｎ型クラッド層、  ２４  ｎ型基板、  ２６  上面電極、  ２８  絶縁層、  ３０  下面電極、  ３２  ＰＮ接合ダイオード、  ５２  サブマウント、  ５２ａ  絶縁体、  ５２ｂ  表面金属層、  ５４  半導体レーザ素子、  ５４ａ  上面電極、  ５４ｂ  下面電極、  ５８  コンデンサ、  ５８ａ  第１電極、  ５８ｂ  第２電極、  １００  半導体レーザ装置、  １０２  半導体レーザ素子、  １０４  コンデンサ、  １０６  絶縁層、  １０８  第１電極、  １１０  コンデンサ、  １５４  サブマウント、  １５４ａ  誘電体、  １５４ｂ  第１金属、  １５４ｃ  第２金属、  １５４ｄ  第３金属、  １５６  コンデンサ
【図１】
2015072941.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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