JP2004304111A

JP2004304111A - 多波長レーザ装置

Info

Publication number: JP2004304111A
Application number: JP2003097954A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kawakami; 俊之川上; Mototaka Tanetani; 元隆種谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28
Also published as: US7123642B2; US20040196877A1

Abstract

【課題】互いに異なった波長の光を出射する複数のレーザダイオードを含む多波長レーザ装置と単一光学系との関係を改善する。
【解決手段】青色レーザダイオード（１２）、赤色レーザダイオード（１４）、および赤外色レーザダイオード（１３）のうちで２以上のレーザダイオードが同一基体（１１）上で同一方向に配置された多波長レーザ装置において、より短い波長のレーザダイオードの順序でレーザ光出射点がその光出射方向に向いて前方に配置されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種の光ディスクの互換性を保つことが可能な光ピックアップ装置に関し、特に、複数の波長のレーザ光を出射することが可能な多波長レーザ装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録密度を向上させる記録媒体およびその記録再生装置の開発が盛んに行われている。例えば、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）は映像の記録媒体として多方面に普及しつつあり、今後の需要の増大が期待されるメディアである。したがって、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）や録再できるＣＤ（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ）等とＤＶＤとの互換性を維持し得る光ピックアップを開発する要望が高まっている。
【０００３】
現在、ＤＶＤの再生用光源には波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード（ＬＤ）が使用されており、ＣＤやＣＤ−Ｒには波長７８０ｎｍ帯のＬＤが使用されている。さらに、次世代のＤＶＤには、波長４１０ｎｍ帯のＬＤが使用される。ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、およびＤＶＤなどの規格ではディスク側の録再方式の相違も存在し、一種類のＬＤでそれらの異なる規格をカバーすることは不可能である。したがって、種々のデバィス間で録再の互換性を確実に維持するためには、複数種類の波長のレーザ光を読み書きできるピックアップを搭載することが望ましい。
【０００４】
この場合、それぞれの波長に対応するピックアップを一つの録再装置に３つ搭載するという手段もある。しかし、一つの録再装置に３つものピックアップを搭載すれば、その録再装置の大型化が避けられないのみならず、コストの増大を引き起こす。したがって、一つのピックアップによって３種類のメディアに関して読み書きできることが望ましい。そのためには、３つの波長を出射することが可能な多波長レーザ装置を光ピックアップに使用することが必要となる。具体的には、波長７８０ｎｍの赤外半導体ＬＤと、波長６５０ｎｍの赤色半導体ＬＤと、波長４１０ｎｍの青色半導体ＬＤとを近接して配置した半導体レーザ装置が望まれる。
【０００５】
図１８の模式的斜視図は、このように互いに発光波長が異なる３種類の半導体ＬＤを集積した多波長半導体レーザ装置の一例を示している（例えば、特許文献１の特開２０００−１７４３９８号公報参照）。図１８の装置では各ＬＤが個別に作製された後に集積されており、これはいわゆるハイブリッド型の多波長レーザ装置である。すなわち、ヒートシンク１３１の平坦な一側面に沿って、それぞれ赤外色、赤色、および青色の発光波長を有する半導体ＬＤ１３２、１３３、および１３４が、この順でそれらのレーザビームの出射方向が互いにほぼ平行になるようにマウントされている。それらのＬＤ１３２、１３３、および１３４にはそれぞれワイヤ１３５、１３６、および１３７が接続されており、それぞれのＬＤが独立に動作することができる。このようなハイブリッド型多波長レーザ装置では、一つのＬＤに不良が生じても良品のＬＤと交換できるので、多波長レーザ装置の歩留まりの低下を抑制し得るメリットがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７４３９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、互いに発光波長の異なる３つ以上のＬＤを集積する場合、それらのＬＤをどのように並べるべきかについて、これまでにあまり考慮されていない。しかし、複数のＬＤを集積して使用する場合、本発明者らの考えによれば、複数のＬＤの並べ方と光ピックアップの光学系との関係を考慮すべきであり、複数のＬＤの配置を適切に行うことが重要であると考えられる。
【０００８】
理想的には、一つの録再装置に３つのピックアップを搭載する場合と同様に、レーザの一波長に対応して一つの光学系を準備することが望ましいが、それでは複数のＬＤを集積して一つのピックアップにする利点が得られない。したがって、一つの発光波長のＬＤのみを搭載したピックアップの場合と同様に、複数のＬＤを含むピックアップにおいても単一の光学系を使用することが好ましい。他方、複数のＬＤが集積されたレーザ装置において、それら複数のＬＤのレーザ光出射点を１点に一致させることは物理的に不可能であるから、各波長のＬＤのそれぞれに最適な複数の光学系の役割を単一の光学系のみによって果たさせることは困難である。
【０００９】
このような従来技術の状況に鑑みて、本発明は、互いに異なった波長の光を出射する複数のＬＤを含む多波長レーザ装置と単一光学系との関係を改善することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、青色レーザダイオード、赤色レーザダイオード、および赤外色レーザダイオードのうちで２以上のレーザダイオードが同一基体上で同一方向に配置された多波長レーザ装置において、より短い波長のレーザダイオードの順序でレーザ光出射点がその光出射方向に向いて前方に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
なお、それら２以上のレーザダイオードは、同一基板上にモノリシックに形成されていてもよい。他方、２以上の個別のレーザダイオードが、それぞれ融点の異なる半田を用いて基体上にマウントされていてもよい。
【００１２】
基体には、各レーザダイオードからのレーザ光の通過を確保するための切り込みが設けられていることが好ましい。２以上のレーザダイオードがモノリシックに形成されている場合には、その基板において、各レーザダイオードのレーザ光の通過を確保するための切り込みが設けられていることが好ましい。レーザダイオードは、ｐサイドダウンで基体上にマウントされてもよい。
【００１３】
本発明による多波長レーザ装置を製造するための方法においては、２以上のレーザダイオードは、それぞれ融点の異なる半田を融点の高い順に使用して基体上にマウントされることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本明細書において、ＬＤの「フロント側」とは、ＬＤの共振器両端面のうちでレーザ光が放出される端面側を意味する。また、「レーザ光出射点」とは、ＬＤのフロント側の共振器端面とストライプ状の導波路とが交差する点を意味する。
【００１５】
本発明者らの検討によれば、異なる各波長のレーザ光を単一光学系で集光する場合の問題点の一つとして、波長の違いによる焦点距離の相違が存在する。光学系に使用されるレンズは波長に依存して屈折率が異なり、波長の短い青色に対しては焦点距離が短く、波長の長い赤外色に対しては焦点距離が長くなる。複数の光学系が準備できれば、異なるレンズを用いることによって、異なる波長の光の間で焦点距離の差をなくすことができる。しかし、単一光学系において、波長に依存する焦点距離の変動はディスク面における焦点ずれを生じ、読み書きエラーの原因になり得ることを意味する。
【００１６】
このような焦点距離の相違は光学系の設計によって変わるが、一般には青色ＬＤと赤外ＬＤとの間で数十μｍないし百μｍ程度の相違がある。これを考慮して、光学系の焦点距離の違いに伴う像点までの距離の違いを補正するように各波長のＬＤを配置することによって、すなわちレーザ光出射点位置を調整することによって、異なる波長間における焦点距離の相違の問題を解決することができる。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における多波長レーザ装置のヘッダの先端部を模式的に図解した斜視図である。ヘッダの先端部では支持基体１１の一主面上に青色ＬＤ１２、赤外ＬＤ１３、および赤色ＬＤ１４が配設されており、それらのＬＤはリッジストライプ２１２、３１２、および４１２をそれぞれ有し、ストライプ状の導波路を含んでいる。ＬＤ１２、１３、および１４には、それらが独立に動作し得るように電力を供給する第一のワイヤ１８、第二のワイヤ１９、および第三のワイヤ２０がそれぞれ接続されている。
【００１８】
支持基体１１は、銅を主成分とする金属からなっており、ヒートシンクとして作用する。支持基体１１上におけるそれぞれのＬＤは、それらが出射するレーザビームが互いにほぼ平行になるようにマウントされている。また、各ＬＤはｎ電極側が支持基体１１側になるように、すなわちｐサイドアップでマウントされており、ｐ電極側にワイヤが接続されている。これらのワイヤは、対応するＬＤのリッジストライプ２１２、３１２、および４１２の直上を避けた位置に接続され、ストライプ状導波路にワイヤボンディングによるダメージが入ることを防止している。各ＬＤのリア側には多層反射膜が形成されており、支持基体１１側およびワイヤ側から閾値以上の電流が注入されれば、そのフロント側からレーザ光が出射される。ここで、赤色ＬＤ１４はフロント側を向いて青色ＬＤ１２より５０μｍ後方に配置され、赤外ＬＤ１３は赤色ＬＤ１４よりさらに５０μｍ後方に配置されている。次に、図１の多波長レーザ装置の製造方法について説明する。
【００１９】
まず、図２を参照して、青色のレーザ光を出射する青色ＬＤ１２の作製について説明する。このＬＤ１２は複数のＧａＮ系半導体層を含み、ｎ型ＧａＮ基板２０１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）にて形成される。より具体的には、ｎ型ＧａＮ基板２０１の第一主面上に、ｎ型ＧａＮの下部コンタクト層２０２、ｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎの下部クラッド層２０３、ｎ型ＧａＮの下部ガイド層２０４、Ｉｎ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１ＮとＩｎ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（但しｘ１＞ｘ２）の交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層２０５、ｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎの蒸発防止層２０６、ｐ型ＧａＮの上部ガイド層２０７、ｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎの上部クラッド層２０８、およびｐ型ＧａＮの上部コンタクト層２１１を順に積層したウエハを成長させる。なお、活性層２０５は、波長約４０５ｎｍの光を放射するように、その組成および構造が設定される。
【００２０】
次に、フォト工程を利用して幅２μｍ程度のストライプ状レジスト（図示せず）を形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によって上部クラッド層２０８と上部コンタクト層２１１を含むリッジストライプ２１２を形成する。これによって、ストライプ状の導波路が構成される。続いて、酸化珪素膜を蒸着してリフトオフすることによって、電流注入をリッジストライプ２１２の頂部のみから行うための電流狭窄層２１３がリッジストライプ２１２の両側に形成される。さらに、リッジストライプ２１２上を覆うように、Ｐｄ／Ａｕをこの順に真空蒸着等により積層したｐ電極２１４が形成される。このｐ電極２１４は、ワイヤのボンディング領域を考慮して、リッジストライプ２１２上以外の幅広領域をも含むことが好ましい。
【００２１】
続いて、基板２０１の第二主面側を研磨等で削ることによって、ウエハ全体の厚みを調整する。その後、基板２０１の第二主面側にＴｉ／Ａｌをこの順で真空蒸着等により積層してｎ電極２１５を形成し、さらにＬＤのマウント時の密着性を向上させるためにＭｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着してウェハの形成を完了する。完成されたウェハは６５０μｍ幅で劈開され、レーザの共振器端面が形成される。その劈開後に、レーザバーのリア側に２種類以上の誘電体の積層からなる多層反射膜（図示せず）を形成し、レーザ光をフロント側から取り出せるようにする。さらにバー状に分割されたウェハが幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割され、これによって青色ＬＤ１２が得られる。
【００２２】
次に、図３を参照して、赤外のレーザ光を出射する赤外ＬＤ１３の作製について説明する。このＬＤ１３は複数のＡｌＧａＡｓ系半導体層を含み、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により形成される。より具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第一主面上に、ｎ型Ａｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ａｓの下部クラッド層３０３、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３ＡｓとＡｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ（但しｘ３＞ｘ４）の交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層３０５、ｐ型Ａｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ａｓの上部第一クラッド層３０８、ｐ型ＧａＡｓのエッチストップ層３０９、ｐ型Ａｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ａｓの上部第二クラッド層３１０、ｐ型ＧａＡｓの上部コンタクト層３１１を順に積層してウエハを成長させる。なお、活性層３０５は、波長約７８０ｎｍの光を放射するように、その組成および構造が設定される。
【００２３】
次に、フォト工程により幅５μｍ程度の酸化珪素や窒化珪素等のストライプ状マスク（図示せず）を形成後、エッチストップ層３０９に達するまでエッチングし、上部第二クラッド層３１０および上部コンタクト層３１１を含むリッジストライプ３１２を形成する。これによって、ストライプ形状の導波路が構成される。リッジストライプ３１２の両側には、光を閉じ込めるため、および電流注入をリッジストライプ３１２の頂部のみから行うためにｎ型ＧａＡｓの埋め込み層３１３が成長させられる。また、リッジストライプ３１２上を覆うように、Ｚｎ／Ａｕをこの順に真空蒸着等により積層したｐ電極３１４が形成される。このｐ電極３１４にも、ワイヤのボンディングを考慮した幅広領域を設けることが好ましい。
【００２４】
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第二主面側をウェットエッチング等で削ることによって、ウエハ全体の厚みを調整する。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第二主面側にＮｉ／Ｇｅ／Ａｕをこの順で真空蒸着等により積層してｎ電極３１５を形成し、さらにＬＤのマウント時の密着性を向上させるために、Ｍｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着してウェハの形成を完了する。完成されたウェハは２５０μｍ幅で劈開され、レーザの共振器端面が形成される。その劈開後に、レーザバーのリア側に２種類以上の誘電体の積層からなる多層反射膜（図示せず）を形成して、レーザ光をフロント側から取り出せるようにする。さらに、バー状に分割されたウェハが幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割され、これによって赤外ＬＤ１３が得られる。
【００２５】
次に、図４を参照して、赤色のレーザ光を出射する赤色ＬＤ１４の作製について説明する。このＬＤ１４は複数のＩｎＡｌＧａＰ系半導体層を含み、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１上にＭＢＥ法により形成される。より具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の第一主面上に、ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐの下部クラッド層４０３、ｎ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐの下部ガイド層４０４、Ｉｎ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ _５ＰとＡｌ_ｘ６Ｇａ_ｘ７Ｉｎ_{１−ｘ６−ｘ７}Ｐとの交互積層構造からなる多重量子井戸層構造を有する活性層４０５、ｐ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５０Ｐの上部ガイド層４０７、ｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５０Ｐの上部第一クラッド層４０８、ｐ型Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐのエッチストップ層４０９、ｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５０Ｐの上部第二クラッド層４１０、ｐ型ＧａＡｓの上部コンタクト層４１１を順に積層してウエハを成長させる。なお、活性層４０５は、波長６５０ｎｍの光を放射するように、その組成と構造が設定される。
【００２６】
次に、フォト工程により幅５μｍ程度の酸化珪素や窒化珪素等のストライプ状マスク（図示せず）を形成後に、エッチストップ層４０９に達するまでエッチングする。こうして上部第二クラッド層４１０と上部コンタクト層４１１を含むリッジストライプ４１２を形成し、光の導波を可能にする。リッジストライプ４１２の両側には、光を閉じ込めるため、および電流注入をリッジストライプ４１２の頂部のみから行うためにｎ型ＧａＡｓの埋め込み層４１３が成長させられる。また、リッジストライプ４１２上を覆うように、Ｚｎ／Ａｕをこの順に真空蒸着等により積層したｐ電極４１４が形成される。このｐ電極４１４にも、ワイヤのボンディングを考慮した幅広領域を設けることが好ましい。
【００２７】
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の第二主面側をウェットエッチング等で削ることによって、ウエハ全体の厚みを調整する。その後に、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の第二主面側にＮｉ／Ｇｅ／Ａｕをこの順で真空蒸着等により積層することでｎ電極４１５を形成し、さらにＬＤのマウント時に密着性を向上させるために、Ｍｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着してウェハの形成を完了する。完成したウェハは２５０μｍ幅で劈開され、レーザの共振器端面が形成される。その劈開後に、レーザバーのリア側に２種類以上の酸化物の積層からなる多層反射膜（図示せず）を形成し、レーザをフロント側から取り出せるようにする。さらにバー状に分割されたウェハが幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割され、これによって赤色ＬＤ１４が得られる。
【００２８】
なお、赤外ＬＤ１３と赤色ＬＤ１４のチップへの分割を、ＧａＡｓ基板３０１、４０１の劈開性を利用して行えば、レーザ光の出射方向であるリッジストライプ３１０、４１２の方向と平行な平面を形成することができ、この平面をＬＤのマウント時のアライメント基準として用いることができる。また、チップ分割を行う際には分割溝をバー状ウエハに設けることが必要となるが、この分割溝をフォト工程とエッチングを組み合わせて形成すれば、ＬＤのリッジストライプと側端との距離を規定できるので、発光点位置の制御に好ましい。このようなチップ分割溝は、ウェハをバー状に分割する前に形成することが可能である。
【００２９】
得られたＬＤは、支持基体１１にマウントされる。支持基体１１にまず青色ＬＤ１２を載せ、その近傍で青色ＬＤ１２のレーザ光出射点からフロント側を向いて後方１００μｍの位置に赤外ＬＤ１３のレーザ光出射点が来るように赤外ＬＤ１３をマウントする。そして、青色ＬＤ１２と赤外ＬＤ１３との間で、青色ＬＤ１２のレーザ光出射点からフロント側を向いて後方５０μｍの位置に赤色ＬＤ１４のレーザ光出射点が来るように赤色ＬＤ１４をマウントする。この時、それぞれのＬＤのストライプ方向が互いに平行になるように注意する。また。ＬＤ間で接触してショートしないように、ＬＤ間が１０〜数１０μｍ程度に設定される。
【００３０】
マウントにおいて、青色ＬＤ１２にはＡｕ_８０Ｓｎ_２０半田、赤外ＬＤ１３にはＡｕ_１０Ｓｎ_９０半田、そして赤色ＬＤ１４にはＩｎ半田を用い、融点の高い順にＡｕ_８０Ｓｎ_２０半田、Ａｕ_１０Ｓｎ_９０半田、およびＩｎ半田を用いてそれらのＬＤを支持基体１１に取り付ける。すなわち、まず耐熱性に優れる青色ＬＤ１２、次に赤外ＬＤ１３、そして最後に耐熱性の弱い赤色ＬＤ１４をマウントする。それぞれのＬＤに同じ半田材を使用することも不可能ではないが、このように融点の異なる半田を用いて複数のＬＤを支持基体１１に接続すれば、一つのＬＤをマウントする際に他のＬＤの位置ずれなどが起こりにくくて便利である。なお、種々の融点を有する半田材は、インジウム基、鉛基、錫基、アルミニウム基、金基などの種々の半田材から選択し得る。なお、図１では左から順に赤外ＬＤ１３、赤色ＬＤ１４、青色ＬＤ１２という並び方を示しているが、この順序を変えてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
次に、図５に示されているように、それぞれのＬＤにワイヤを接続し、外部から電力が供給できるようにする。なお、図５において、レーザ装置の内部をわかりやすくするために、透光材５１とキャップ５２は一部破断されて示されている。支持基体１１は、円形の放熱板１５と共にステム１０本体を構成し、ステム１０外部のリード４１に接続されていて電力が供給され得る。それぞれのＬＤのｐ側に電力を供給するピン３８、３９、４０はステム１０から絶縁され、外部のリード４８、４９、５０にそれぞれ直結している。各ＬＤのマウント後に、青色ＬＤ１２、赤外ＬＤ１３、および赤色ＬＤ１４は、ワイヤ１８、１９、および２０によってピン３８、３９、および４０へそれぞれ接続される。その後、レーザ光として出射される３つの波長の光を透過しうる透光材５１を有するキャップ５２をステム１０に接続し、これによって多波長レーザ装置１００が完成する。
【００３２】
図６において、この多波長レーザ装置１００の等価回路が示されている。すなわち、青色ＬＤ１２、赤外ＬＤ１３、および赤色ＬＤ１４のｎサイドはアースに接続され、ｐサイドにはそれぞれのＬＤを駆動する電力供給源が接続されており、それぞれのＬＤが独立に動作可能である。
【００３３】
本発明では、多波長レーザ装置に対して単一の光学系を使用する場合にそれぞれのレーザ光の焦点距離が異なるという問題が、レーザ光出射点位置を調整することによって解決され得る。前述のように、実施形態１では赤色ＬＤ１４のレーザ光出射点位置がフロント側に向いて青色ＬＤ１２に比べて５０μｍ後方で、赤外ＬＤ１３のレーザ光出射点位置がフロント側に向いて赤色ＬＤ１４に比べて５０μｍ後方にされた。しかし、光学系の設計に応じてこれらの距離を各ＬＤ間で変更してもよいことは言うまでもない。そのような距離の調整によって、光ピックアップの設計を容易にすることができる。また、光ピックアップの設計が容易になることによって光学系が簡素化され、そのピックアップのコストを低く押えることが可能となる。
【００３４】
（実施形態２）
図７は、実施形態２における多波長レーザ装置のステムの先端部を模式的に図解した斜視図である。なお、図７の実施形態２において、実施形態１と同一または相当する部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
本実施形態２は実施形態１に類似しているが、支持基体１１上で各ＬＤがｐサイドダウンでマウントされている点が特徴的である。このような構成では、支持基体１１からの発光点位置までの距離（高さ）の制御が行いやすい利点が得られる。他方、ｐサイドダウンでは発光点位置が支持基体１１に近づくので、放射されたレーザ光の一部が支持基体１１によって遮られる危険性が高くなる。したがって、支持基体１１に切り込み２１を設け、レーザ光が支持基体１１によって遮断されることを防止している。次に、この切り込み２１について説明する。
【００３６】
図８に示されているように、ＬＤのレーザ光出射点を原点として、レーザ光出射方向をｚ軸、ｚ軸に垂直でＬＤの活性層に平行な方向をｘ軸、同じく活性層に垂直な方向をｙ軸とすれば、ＬＤから出射されるレーザ光の水平放射角θ‖および垂直放射角θ⊥から、切り込み２１のＬＤからの位置や深さを算出することができる。具体的には、ｚ軸からｙ軸方向の距離Ｄに関しては、レーザ光出射点からのｚ軸方向の距離をＬ（ただしＬ≧０）として、
｜Ｄ｜＜Ｌ×ｔａｎ（θ⊥／２）・・・（１）
を満たすＤの範囲内に光の遮蔽物がないように溝を作ればよい。例えば、レーザ光出射点の支持基体１１からの距離（高さ）が１０μｍの場合に、ＬＤのθ‖＝１０°でθ⊥＝３０°であれば、Ｌが約３７μｍ以上の位置において、式（１）を満たすＤの範囲に溝を形成する必要がある。なお、溝の形状はその空間が直方体になるものに限られず、ｚ軸方向にスロープ状に形成されてもよい。
【００３７】
同様に、ｘ軸方向の距離Ｗに関しては、ｚ軸方向の距離Ｌ（Ｌ≧０）に対して
｜Ｗ｜＜Ｌ×ｔａｎ（θ‖／２）・・・（２）
を満たすＷの範囲内に遮蔽物がないようにＬＤをマウントすればよい。そのような遮蔽物としては隣接して配置されたＬＤが考えられるが、本実施形態では隣りのＬＤまでの距離が少なくとも１００μｍはあるので、常に式（２）の条件を満たす。なお、式（１）と（２）を満たせばレーザ光が遮蔽されないことが確実であるが、レーザ光の放射パターンは楕円形状であることを考慮して、溝２１のｙ軸に垂直な面（底面）と溝のｘ軸に垂直な面（側面）との交差領域を曲面に加工してもよいし、ｙ軸に垂直な面を傾斜させててもよい。他に楕円形状の放射パターンが遮蔽されない溝の形状としては、溝２１の底面をＶ字状に形成する、溝２１の側面を傾ける、溝２１のそれぞれの面を曲面に加工するなど、様々なバリエーションが考えられ得る。
【００３８】
なお、本実施形態２においても、実施形態１と同様の利点が得られることは言うまでもない。
【００３９】
（実施形態３）
図９は、実施形態３における多波長レーザ装置のステムの先端部を模式的に図解した斜視図である。なお、図９の実施形態３においても、実施形態１と同一または相当部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態３に特徴的な点は、支持基体１１上にマウントされるＬＤ３１が、同一基板上で異なった波長の光を出射し得るモノリシック型になっていることである。すなわち、ＬＤ３１においては、青レーザ部３２、赤外レーザ部３３、および赤レーザ部３４が同一基板上の結晶成長によって形成されている。レーザ部３２、３３、および３４はそれぞれに対応するストライプ状導波路２１２、３１２、および４１２を含み、それぞれのレーザ部には独立に電力が供給され得る。また、各レーザ部の共振器端面２２０、３２０および４２０はエッチドミラーであり、ＬＤ３１は分割線５０によって共振器に垂直な方向に分割されている。
【００４１】
図１０から図１５は、ＬＤ３１の製造工程を示す模式的な断面図である。ＬＤ３１は、ｎ型ＧａＡｓの基板３０１上にＭＯＣＶＤ法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により形成される。その際に、耐熱性の高い順に青レーザ部３２、赤外レーザ部３３、その後に赤レーザ部３４を作製し、耐熱性の低い赤レーザ部３４に大きい熱負荷がかかることを防止する。
【００４２】
より具体的には、図１０に示すように、まず青レーザ部３２をＭＯＣＶＤ法により形成する。最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にｎ型ＧａＮのバッファ層２１６を成膜する。これは、ＧａＡｓ基板上に格子定数の異なるＧａＮ系半導体層を結晶性よく成長させるためである。続いて、実施形態１における青色ＬＤと同様に、ｐ型ＧａＮの上部コンタクト層２１１まで形成する。次に、ＣＶＤや真空蒸着によって酸化珪素や窒化珪素等からなる保護膜３１８をウェハ全面上に形成し、この保護膜にフォト工程とエッチングにより帯状の開口部を設ける。帯状保護膜３１８とその開口部の幅は、２００μｍと５５０μｍにそれぞれ設定する。
【００４３】
そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングで帯状開口部を掘り下げて、青レーザ部３２となるべき帯状のメサを形成する。この結果、ウェハには青レーザ部３２となるべき帯状メサが周期的に存在し、それらの帯状メサ間において赤外レーザ部と赤レーザ部が形成されるべき谷間にｎ型ＧａＡｓ基板３０１が露出される。なお、図１０においては、青レーザ部３２となるべき一つのメサが示されるとともに、赤外レーザ部と赤レーザ部とが形成されるべき谷間が示されており、その他は図示省略されている。また、図示される範囲は、図１０から図１５までの各図で同様である。
【００４４】
次に、図１１に示すように、保護膜３１８を残したままで、露出されたｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に赤外レーザ部３３を形成する。まず、実施形態１における赤外ＬＤと同様に、ｐ型ＧａＡｓの上部コンタクト層３１１まで複数のＡｌＧａＡｓ系半導体層を結晶成長させる。この時、成長終了後の上部コンタクト層３１１の表面位置（高さ）が、青レーザ部３２における上部コンタクト層２１１の表面位置と概略等しくなるように、下部クラッド層３０３の厚みを変えるなどして調整する。続いて、ＣＶＤや真空蒸着によって酸化珪素や窒化珪素等からなる保護膜３１６をウェハ上全面に形成し、その保護膜３１６にフォト工程により帯状の開口部を設ける。この時残された帯状保護膜３１６の位置に、赤外レーザ部３３が形成される。帯状保護膜３１６とその開口部の幅は、２００μｍと５５０μｍにそれぞれ設定される。保護膜３１６は青レーザ部３２同士の間に形成され、その保護膜３１６の一方の側端は青レーザ部３２から３００μｍだけ離れた位置になるように設定される。そうすれば、自動的に、保護膜３１６の他方の側端は青レーザ部３２から５０μｍだけ離れた位置に来る。
【００４５】
図１１では、青レーザ部３２から左へ３００μｍだけ離れた保護膜３１６が示されている。次に、保護膜３１６の帯状開口部をウェットエッチングやドライエッチングの手法で掘り下げて、赤外レーザ部３３を設けるべき谷間を形成する。この工程において、赤外レーザ部を形成すべき領域上と青レーザ部３２上とに成長した複数のＡｌＧａＡｓ系半導体層を除去して、青レーザ部３２と赤外レーザ部３３を分離する。その結果、青レーザ部となるべきメサと赤外レーザ部となるべきメサとの間には、幅５０μｍ程度の狭い谷間と、幅３００μｍ程度の広い谷間とができる。この谷間にはｎ型ＧａＡｓ基板３０１が露出され、広い谷間に赤レーザ部３４が形成される。
【００４６】
次に、図１２に示すように、保護膜３１８、３１６を残したままで、露出されたｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に赤レーザ部３４を形成する。まず、実施形態１における赤色ＬＤと同様に、ｐ型ＧａＡｓの上部コンタクト層４１１まで複数のＩｎＧａＡｌＰ系半導体層を結晶成長させる。成長終了後の上部コンタクト層４１１の表面位置（高さ）が他のレーザ部における上部コンタクト層の表面位置と概略等しくなるように、下部コンタクト層４０３の厚みを変えるなどして調整する。続いて、赤外レーザ部３３と同様に保護膜３１７を形成し、さらにフォト工程によって帯状の開口部を設ける。保護膜３１７が残される場所は青レーザ部３２および赤外レーザ部３３から５０μｍ程度以上離れた位置であり、残される帯状保護膜３１７の幅は２００μｍである。この場所は、青レーザ部３２と赤外レーザ部３３との間の広い谷間に対応する。続いて、保護膜３１７の帯状開口部からドライエッチングやウェットエッチングを行えば、赤レーザ部３４を形成すると共に他のレーザ部との分離を行うことができる。
【００４７】
次に、図１３に示すように、赤外レーザ部３３および赤レーザ部３４のリッジストライプを形成する。まず、帯状保護膜３１６、３１７が、さらに細い幅４μｍ程度のストライプ状にフォト工程を利用して加工される。各レーザ部の高さが概略等しいので、このフォト工程を同時に行うことができる。続いて、エッチストップ層３０９、４０９に達するまで上部コンタクト層３１１、４１１および上部第二クラッド層３１０、４１０をウェットエッチングして、レーザ部３３、３４のリッジストライプ３１２、４１２を形成する。
【００４８】
さらに、図１４に示すように、リッジストライプ３１２、４１２をｎ型ＧａＡｓの埋め込み層３１３、４１３で埋め込み、リッジストライプ上に堆積した不要なｎ型ＧａＡｓ層を除去する。なお、レーザ部間を分離する谷間にｎ型ＧａＡｓ埋め込み層が成長した場合には、当然にこれも除去する。続いて、リッジストライプ３１２、４１２上と埋め込み層３１３、４１３上に、実施形態１と同様にＺｎ／Ａｕの順で蒸着してｐ電極３１４を形成する。赤外レーザ部３３と赤レーザ部３４におけるｐ電極は材料が同じであるから、同時に形成することができる。赤外レーザ部３３と赤レーザ部３４のリッジストライプ３１２、４１２を青レーザ部３２のリッジストライプ２１２より先に形成するのは、それらのリッジストライプ３１２、４１２をｎ型ＧａＡｓで埋め込む必要があるからである。すなわち、青レーザ部３２のｐ電極２１３が、過度に加熱されて劣化するのを防ぐためである。
【００４９】
次に、図１５に示すように、青レーザ部３２のリッジストライプ２１２を形成する。赤外レーザ部３３および赤レーザ部３４を保護する保護膜（図示せず）を形成し、フォト工程を利用して保護膜３１８を幅２μｍ程度の細いストライプ状に加工する。続いて、上部クラッド層２０８が厚さ０．０３μｍ程度に残るまで上部コンタクト層２１０と上部クラッド層２０８をＲＩＥにてエッチングして、リッジストライプ２１２を形成する。その上に、電流狭窄層２１３およびｐ電極２１４を形成して、青レーザ部３２が完成する。
【００５０】
こうして３種類のレーザ部が形成された後に、各レーザ部の共振器端面が形成される。共振器端面は、エッチドミラーとして形成される。その際に、青レーザ部３２のレーザ光出射点は赤レーザ部３４のレーザ光出射点より８０μｍ前方に、赤レーザ部３４のレーザ光出射点は赤外レーザ部３３のレーザ光出射点より６０μｍ前方になるように形成される。そのために、フォト工程によってレジストパターンを形成した上で、ウェットエッチングやドライエッチングまたはその両方を利用して、各リッジストライプ２１２、３１２、４１２に垂直な共振器端面を形成する。本実施形態３では、すべての共振器長が５００μｍに設定される。続いてｎ型ＧａＡｓ基板３０１の第二主面側を削って厚みを調整し、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕをこの順で蒸着してｎ電極３１５を形成し、さらにＬＤ３１のマウントを容易にするためにＭｏ／Ａｕをこの順で真空蒸着し、これによってウェハの形成が完了する。
【００５１】
その後、完成したウェハをバー状に劈開する。なお、ウェハをバー状に分割する際には、共振器端面を破損しないように劈開する必要がある。すなわち、共振器端面形成のエッチングの際にこの劈開用の十分な切り代も形成されるように設計する。本実施形態３において、具体的には、青レーザ部３２のフロント側共振器端面から前方へ２０μｍの幅と赤外レーザ部３３のリア側共振器端面から後方へ２０μｍの幅で、各リッジストライプに垂直な細幅領域を切り代として設けている。
【００５２】
次に、劈開されたバーのリア側に多層反射膜（図示せず）を形成する。この多層反射膜は、３種類のレーザ部が出射する光の波長のそれぞれに対して反射率が高くなるように設計する。多層反射膜に使用される材料としては、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２などの酸化物、さらに窒化物、硫化物、ハロゲン化合物などのように種々の屈折率を有する材料を使用でき、所望の多層反射膜の条件を満たす組み合わせは数多く考えることができる。なお、実際に使用される材料は、メサ端面にコーティングされる関係から、絶縁性でなければならない。最後に、隣り合う青レーザ部３２と赤外レーザ部３３との間でレーザバーを分割して、ＬＤ３１が完成する。この後、本実施形態３においても、実施形態１と同様にワイヤ１８、１９、２０を接続すればよい。
【００５３】
なお、本実施形態３においても、複数のレーザ部のレーザ光出射点がフロント側に向いて波長の短い順で前方に配置されているので、実施形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５４】
ところで、本実施形態３における複数のレーザ部の共振器端面２２０、３２０４２０は、前述のようにいずれもエッチドミラーである。図９を参照すればわかるように、エッチドミラーを利用したＬＤの場合、ＬＤの分割線５０とミラー端面とが一致しないので、それぞれの共振器端面２２０、３２０、４２０から出射された光が基板３０１の上面によって部分的に遮蔽されてしまう可能性がある。したがって、上述の式（１）および（２）を目安とした基準を用いて、レーザの放射パターンが遮蔽されないように基板面をエッチングする必要がある。具体的には、エッチドミラー形成時に十分深くエッチングを行なったり、フォト技術を利用してレーザ光の通過経路のみを深くエッチングすることなどが必要になる。
【００５５】
図１６の模式的な断面図において、フォト技術を利用してレーザ光の通過経路を形成する工程が赤外レーザ部３３を例にして示されている。図１６では、図１１に示された基板３０１上の複数の半導体層がエピ成長部３２１としてまとめて表示されている。なお、図１６は、図８のｙ−ｚ面に沿った断面図である。まず、図１６（ａ）に示すように、エピ成長部３２１上にレジストパターン３２２ａを形成する。図１６（ｂ）において、レジストパターン３２２ａをマスクとしてドライエッチングを施し、エピ成長部３２１を部分的に掘り込む。図１６（ｃ）において、レジストパターン３２２ａを剥離した後、新たなレジストパターン３２２ｂを形成する。図１６（ｄ）において、レジストパターン３２２ｂをマスクとして再度ドライエッチングによりエピ成長部３２１を部分的に深く掘り込んで、共振器端面３２０を形成する。共振器端面３２０は光出射端面であるので、出射されたレーザ光が遮蔽されないように、基板３０１に達するまでエッチングすることが必要である。その後にレジストパターン３２２ｂを剥離すれば、レーザ光を遮蔽することのないＬＤ３１が完成する。
【００５６】
（実施形態４）
図１７は、実施形態４における多波長レーザ装置のステムの先端部を模式的に図解した斜視図である。なお、本実施形態４においても、実施形態１と同一部分または相当部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５７】
本実施形態４は実施形態１に類似しているが、多波長レーザ装置が、青色ＬＤ１２と赤色ＬＤ１４とで構成されている点で特徴的である。青色ＬＤ１２のレーザ光出射点は、フロント側に向いて赤色ＬＤ１４のレーザ光出射点から４０μｍ前方に配置されている。
【００５８】
本実施形態４においても、レーザ部の波長が短い順に、レーザ光出射点がフロント側に向いて前方に配置されているので、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
以上、本発明による種々の実施形態について説明したが、各実施形態のそれぞれに特徴的な事項を適宜に組み合わせてもよい。またＬＤの並べ方として赤色ＬＤが他のＬＤに挟まれている例が示されたが、他のＬＤが中央に配置されてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、多波長レーザ装置における複数のレーザ光出射点位置が出射光波長の短い順にフロント側に向いて前方に配置されているので、波長の相違に影響されることなく一つの光学系によって同一距離の位置に焦点合わせすることができる。また、レーザ光出射点位置は用いられる光学系の要求に応じて簡単に変更することができるので、光ピックアップに組み入れられる場合に、その光学系を簡素化してコスト低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による多波長レーザ装置のステム先端部の模式的な斜視図である。
【図２】図１のヘッダ部に含まれる青色ＬＤの模式的な斜視図である。
【図３】図１のヘッダ部に含まれる赤外ＬＤの模式的な斜視図である。
【図４】図１のヘッダ部に含まれる赤色ＬＤの模式的な斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１による多波長レーザ装置の模式的な斜視図である。
【図６】図５の多波長レーザ装置の等価回路図である。
【図７】本発明の実施形態２による多波長レーザ装置のステム先端部の模式的な斜視図である。
【図８】図２に対応するＬＤを基準とした座標軸を表す図である。
【図９】本発明の実施形態３による多波長レーザ装置のステム先端部の模式的な斜視図である。
【図１０】図９における青レーザ部の製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１１】図９における赤外レーザ部の製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１２】図９における赤レーザ部の製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１２に続く製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１４】図１３に続く製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１４に続く製造工程を示す模式的な断面図である。
【図１６】図９における赤外レーザ部の端面形成工程を示す模式的な断面図である。
【図１７】本発明の実施形態４による多波長レーザ装置のステム先端部の模式的な斜視図である。
【図１８】従来技術によるハイブリッド型多波長レーザ装置の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１００レーザ装置、１０ヘッダ部、１１、１３１支持基体、２１切り込み、１２、１３２青色ＬＤ、１３、１３３赤外ＬＤ、１４、１３４赤色ＬＤ、３２青レーザ部、３３赤外レーザ部、３４赤レーザ部、１８、１９、２０、１３５、１３６、１３７ワイヤ、２０１、３０１、４０１基板、２０２下部コンタクト層、２０３、３０３、４０３、下部クラッド層、２０４、４０４下部ガイド層、２０５、３０５、４０５活性層、２０６蒸発防止層、２０７、４０７上部ガイド層、２０８、３０８、４０８上部第一クラッド層、３０９、４０９エッチストップ層、３１０、４１０上部第二クラッド層、２１１、３１１、４１１上部コンタクト層、２１２、３１２、４１２リッジストライプ、２１３電流狭窄層、３１３、４１３埋め込み層、２１４、３１４、４１４ｐ電極、２１５、３１５、４１５ｎ電極、３８、３９、４０ピン、４１、４８、４９、５０リード。

Claims

青色レーザダイオード、赤色レーザダイオード、および赤外色レーザダイオードのうちで２以上のレーザダイオードが同一基体上で同一方向に配置された多波長レーザ装置であって、より短い波長のレーザダイオードの順序でレーザ光出射点がその光出射方向に向いて前方に配置されていることを特徴とする多波長レーザ装置。
前記２以上のレーザダイオードは、同一基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザ装置。
前記２以上のレーザダイオードは、それぞれ融点の異なる半田を用いて前記基体上にマウントされていることを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザ装置。
前記基体には、前記各レーザダイオードからのレーザ光の通過を確保するための切り込みが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザ装置。
前記基板には、前記各レーザダイオードのレーザ光の通過を確保するための切り込みが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の多波長レーザ装置。
前記レーザダイオードは、ｐサイドダウンでマウントされていることを特徴とする請求項１または５に記載の多波長レーザ装置。
請求項１に記載された多波長レーザ装置を製造するための方法であって、前記２以上のレーザダイオードに対してそれぞれ融点の異なる半田を融点の高い順に使用して前記基体上にマウントすることを特徴とする多波長レーザ装置の製造方法。