半导体激光器装置的制作方法

专利名称：半导体激光器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以射出多种不同波长光的半导体激光器装置和它的 制造方法。
背景技术：
现在在CD (紧凑式光盘)/CD-R (紧凑式光盘记录装置两面用) 驱动器中，作为光源使用射出波长780nm左右红外光的半导体激光元 件(红外半导体激光元件)。此外在DVD (数字通用光盘)驱动器中， 作为光源使用射出波长650nm左右红色光的半导体激光元件(红色半 导体激光元件)。另一方面近年来正在开发使用波长405nm左右的蓝紫色光，可以 进行记录和再现的DVD。为了用于这样的DVD进行记录和再现，同 时也正在进行开发使用射出波长405nm左右的蓝紫色光的半导体激光 元件(蓝紫色半导体激光元件)的DVD驱动器。在此DVD驱动器中， 对于现在的CD/CD _ R和DVD的互换性是非常必要。这种情况下，利用设置向DVD驱动器分别射出红外光、红色光和 蓝紫色光的多个光拾取器装置的方法、或在1个光拾取器装置内设置 红外半导体激光元件、红色半导体激光元件和蓝紫色半导体激光元件 的方法，可以实现对现在的CD、 DVD和新的DVD的互换性。可是由 于用这些方法会导致部件个数的增加，难以实现DVD驱动器的小型 化、结构简化和降低成本。为了防止这种部件个数增加，把红外半导体激光元件和红色半导 体激光元件集成在1个芯片上的半导体激光元件得到实际应用。由于红外半导体激光元件和红色半导体激光元件都是在GaAs基板上形成，所以可以集成在1个芯片上，但是由于蓝紫色半导体激光元件不能在GaAs基板上形成，把蓝紫色半导体激光元件和红外半导体 激光元件、红色半导体激光元件一起集成在1个芯片上非常困难。因此提出了制作红色半导体激光元件芯片并制作蓝紫色半导体激 光元件的芯片，具有在蓝紫色半导体激光元件的芯片上层叠红色半导 体激光元件的芯片的结构的集成化半导体发光装置的方案(例如参照 特开2002 - 118331号公报)。可是在上述集成化半导体发光装置驱动时，由于红色半导体激光 元件的散热是通过蓝紫色半导体激光元件进行的，集成化半导体发光 装置本身难以有效地进行散热。因此指出了由于不能充分进行散热造 成的集成化半导体发光装置的可靠性降低的问题。发明内容本发明的目的是提供可以有效地进行多个半导体激光元件的散 热，而且可靠性高的半导体激光器装置和它的制造方法。按本发明的一种方式的半导体激光器装置具有在第一基板上有射出第一波长的光的第一半导体层的第一半导体激光元件、在第二基板上有射出第二波长的光的第二半导体层的第二半导体激光元件，第一和第二波长分别不同，是以在与第一基板的一个面垂直的方向上与第一半导体激光元件的发光点不重叠的方式把第二半导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上的半导体激光器装置。在此半导体激光器装置中，以在与第一基板的一个面垂直的方向 上与第一半导体激光元件的发光点不重叠的方式，把第二半导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上。这样在第一半导体激光元件的发光点生成的热不影响第二半导体 激光元件，可以有效地散热。此外由第二半导体激光元件生成的热不 影响第-一半导体激光元件的发光点，可以有效地散热。其结果温度特 性提高，可靠性提高。第一半导体激光元件具有由上层面和下层面构成的台阶，第一半 导体层的发光点设在上层面的下方，第二半导体激光元件可层叠在第一半导体激光元件的下层面上。这种情况下，通过第二半导体激光元件层叠在第一半导体激光元 件的下层面上，第一半导体激光元件的上层面和层叠的第二半导体激 光元件的上面大体成同一个面。这样可以使第一半导体激光元件上层 面和第二半导体激光元件的上面接触平坦的散热体。其结果由于可以 使用平坦而且便宜的散热体，可以降低制造成本。此外由于第一半导体激光元件的第一半导体层的发光点位于上层 面的下方，第二半导体激光元件的第二半导体层的发光点位于下层面 的上方，所以可以在与第一基板的一面平行的方向上，使第一半导体 激光元件的发光点和第二半导体激光元件的发光点并排布置。这样半 导体激光器装置和光拾取器装置的设计变得容易。第二半导体激光元件可以以使第二半导体层侧位于第一半导体层 侧的方式层叠在第一半导体激光元件上。这种情况下，由于第二半导 体激光元件以使第二半导体层侧位于第一半导体层侧的方式层叠在第 一半导体激光元件上，第一半导体激光元件和第二半导体激光元件的 发光点之间的间隔变短。这样第一和第二半导体激光元件的发光点可 以都处于半导体激光器装置的中心附近。其结果在用透镜等聚光激光 的情况下，第一和第二半导体激光元件的光取出效率都提高。第一半导体层和第二半导体层的某一方可以由氮化物类半导体构 成。这种情况下，由于第一半导体层或第二半导体层的某一方由导热 率高的氮化物类半导体构成，第一半导体激光元件或第二半导体激光 元件的某一方的半导体层的散热性能提高。这样第一半导体激光元件 或第二半导体激光元件的某一方的温度特性提高，可靠性提高。此外 可以射出短波长的蓝紫色激光。第一基板可以是透光性的基板。其中透光性的基板具有通过第一 基板可以看到第二半导体激光元件的透射系数和厚度。这种情况下， 由于第一基板是透光性的基板，在把第二半导体激光元件层叠在第一 半导体激光元件上时，通过第一基板可以看到第二半导体激光元件。 这样第二半导体激光元件的位置容易确定。其结果可以正确地进行层 叠位置的调整。因此可以使第一和第二半导体激光元件的发光点的位 置精度提高。第二半导体激光元件可以以第一半导体层位于第二半导体激光元 件侧的方式层叠在第一半导体激光元件上。这种情况下，由于第二半导体激光元件以第一半导体层位于第二 半导体激光元件侧的方式层叠在第一半导体激光元件上，第一半导体 激光元件和第二半导体激光元件的发光点之间的间隔变短。这样可以 使第一和第二半导体激光元件的发光点都在半导体激光器装置的中心 附近。其结果例如在用透镜等聚光激光的情况下，第一和第二半导体 激光元件的光取出效率都提高。第一半导体层和第二半导体层的某一方可以含有镓砷系半导体或 镓铟磷系半导体。在第一半导体层和第二半导体层的某一方含有镓砷 系半导体的情况下，半导体激光器装置可以射出长波长的红外激光。 此外在第一半导体层和第二半导体层的某一方含有镓铟磷系半导体的 情况下，半导体激光器装置可以射出长波长的红色激光。可以以与跟第一半导体层的发光点重叠的第一半导体激光元件上 的区域和与第一半导体激光元件相反侧的第二半导体激光元件的面接 合的方式设置散热体。这种情况下，通过在跟第一半导体层的发光点重叠的第一半导体 激光元件上的区域和与第一半导体激光元件相反侧的第二半导体激光 元件的面设置散热体，在第一半导体层的发光点生成的热和在第二半 导体激光元件的第二半导体层的发光点生成的热可以有效地传递给散 热体。这样第一和第二半导体激光元件的散热性能提高，可靠性提高。通过把第二半导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上，形成 由第一半导体激光元件的一个面和第二半导体激光元件的一个面构成 的台阶，散热体也可以具有由与第一半导体激光元件的一个面相接的 第一面和与第二半导体激光元件的一个面相接的第二面构成的台阶。这种情况下，在第一半导体层的发光点生成的热从第一面有效地 向散热体传递。此外在第二半导体层的发光点生成的热从第二面有效 地向散热体传递。这样第一和第二半导体激光元件的散热性能提高， 可靠性提高。在第三基板上还包括具有射出第三波长光的第三半导体层的第三 半导体激光元件，第三半导体激光元件可以在与第一基板的一个面平行的方向上，在除了与第一半导体激光元件的发光点重叠的区域以外 的第一半导体激光元件上层叠。这种情况下，第三半导体激光元件被以在与第一基板的一面平行 的方向上，以不与第一半导体激光元件的发光点重叠的方式层叠在第 一半导体激光元件上。这样在第一半导体激光元件发光点生成的热不影响第三半导体激 光元件，可以有效地散热。此外由第三半导体激光元件生成的热不影 响第一半导体激光元件的发热点，可以有效地散热。其结果温度特性 提高，可靠性提高。也可以以第一半导体层位于第二和第三半导体激光元件侧的方 式，把第二和第三半导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上。这种情况下，通过以第一半导体层位于第二和第三半导体激光元 件一侧的方式，把第二和第三半导体激光元件层叠在第一半导体激光 元件上，可以縮短第一半导体激光元件和第二、第三半导体激光元件 的发光点之间的间隔。这样第一、第二和第三半导体激光元件的发光 点都位于半导体激光器装置的中心附近。其结果例如用透镜等聚光激 光的情况下，第一、第二和第三的半导体激光元件的光取出效率都提 咼。也可以以第二半导体层侧位于第一半导体层侧的方式，把第二半 导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上。这种情况下，通过以第 二半导体层侧位于第一半导体层侧的方式，把第二半导体激光元件层 叠在第一半导体激光元件上，可以縮短第一和第二半导体激光元件的 发光点之间的间隔。这样第一和第二半导体激光元件的发光点都位于 半导体激光器装置的中心附近。其结果例如用透镜等聚光激光的情况 下，第一和第二半导体激光元件的光取出效率都提高。也可以以第三半导体层侧位于第一半导体层侧的方式，把第三半 导体激光元件层叠在第一半导体激光元件上。这种情况下，通过以第 三半导体层侧位于第一半导体层侧的方式，把第三半导体激光元件层 叠在第-一半导体激光元件上，第一半导体激光元件和第三半导体激光 元件的发光点之间的间隔变短。这样第一和第三半导体激光元件的发 光点都位于半导体激光器装置的中心附近。其结果例如用透镜等聚光激光的情况下，第一和第三的半导体激光元件的光取出效率都提高。第一、第二和第三的波长分别不同，第一、第二和第三的半导体 层可以含有氮化物系半导体、镓砷系半导体或镓铟磷系半导体的任一 种。由于第一、第二和第三的半导体层分别含有氮化物系半导体、镓 砷系半导体或镓铟磷系半导体的任一种，半导体激光器装置可以射出 短波长的蓝紫色激光、长波长的红外激光和长波长的红色激光。可以设置散热体，使之和与第一半导体层的发光点重叠的第一半 导体激光元件上的区域、与第一半导体激光元件相反一侧的第二半导 体激光元件的面和与第一半导体激光元件相反一侧的第三半导体激光 元件的面相接。这种情况下，通过在与第一半导体层的发光点重叠的第一半导体 激光元件上的区域、与第一半导体激光元件相反一侧的第二半导体激 光元件的面和与第一半导体激光元件相反一侧的第三半导体激光元件 的面上设置散热体，在第一半导体层的发光点生成的热、在第二半导 体激光元件的第二半导体层的发光点生成的热和在第三半导体激光元 件的第三半导体层的发光点生成的热可以有效地传递到散热体。这样 第一、第二和第三的半导体激光元件的散热性能提高，可靠性提高。按本发明的其他方式的半导体激光器装置的制造方法是具有在 第一基板上按照具有射出第一波长光的多个第一发光点的方式形成第 一半导体层的工序；在由与第一基板不同的材料构成的第二基板上按 照具有射出与第一波长不同的第二波长光的多个第二发光点的方式形 成第二半导体层的工序；以把第二半导体层层叠在第一半导体层上的 方式接合第一基板和第二基板的工序；把第二基板和第二半导体层进 行蚀刻，使在多个第一发光点上方的第一半导体层的区域露出的工序； 和把第一基板、第一半导体层、第二基板和第二半导体层的层叠结构 分割成多个半导体激光器装置的工序。在此半导体激光器装置的制造方法中，以在第一基板上有多个第 一发光点的方式形成第一半导体层，以在第二基板上有多个第二发光 点的方式形成第二半导体层，把第一基板和第二基板接合，使第二半 导体层层叠在第一半导体层上，把第二基板和第二半导体层进行蚀刻，使在多个第一发光点上方的第一半导体层的区域露出，把第一基板、 第一半导体层、第二基板和第二半导体层的层叠结构分割为多个半导 体激光器装置。这样可以得到以在与第一基板的一面平行的方向上，与第一半导 体激光元件的发光点不重叠的方式，把第二半导体激光元件层叠在第 一半导体激光元件上的半导体激光器装置。在此半导体激光器装置中，在第一半导体激光元件的第一发光点 生成的热不影响第二半导体激光元件，可以有效地散热。此外在第二 半导体激光元件的第二发光点生成的热不影响第一半导体激光元件的 发热点，可以有效地散热。其结果温度特性提高，可靠性提高。


图1为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置的一个示例的 截面图。图2为示意表示的把图1半导体激光器装置组装到散热器上的截 面图。图3为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置制造方法的一 个示例的工序截面图。图4为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置制造方法的一 个示例的工序截面图。图5为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置制造方法的一 个示例的工序截面图。图6为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置制造方法的一 个示例的工序截面图。图7是表示用于说明蓝紫色半导体激光元件详细结构的示意截面图。图8是表示用于说明红色半导体激光元件的详细结构的示意截面图。图9为把第二实施方式的半导体激光器装置组装到散热器上的示 意截面图。图10为把第二实施方式的其他示例的半导体激光器装置组装到散热器上的示意截面图。图11为把第三实施方式的半导体激光器装置组装到散热器上的示 意截面图。图12为把第四实施方式的半导体激光器装置组装到散热器上的示 意截面图。
具体实施方式
下面对本发明的一个实施方式的半导体激光器装置和它的制造方 法进行说明。(第一实施方式)图1为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置一个示例的截 面图。本实施方式的半导体激光器装置1000A具有射出波长约400nm激 光的半导体激光元件(下面称为蓝紫色半导体激光元件)1、射出波长 约650nm激光的半导体激光元件(下面称为红色半导体激光元件)2。在本实施方式中，利用在GaN基板上形成半导体层制作蓝紫色半 导体激光元件1。利用在GaAs基板上形成半导体层制作红色半导体激 光元件2。后面详细叙述。如图1所示，在蓝紫色半导体激光元件1中，在上面形成p电极 12，在下面形成n电极15。在蓝紫色半导体激光元件1上形成p型半 导体和n型半导体的接合面的pn接合面10。在红色半导体激光元件2的上面形成n电极23，在下面形成p电 极22。在红色半导体激光元件2上形成p型半导体和n型半导体的接 合面的pn接合面20。蓝紫色半导体激光元件1的p电极12上面一部分形成焊料膜H。 红色半导体激光元件2的p电极22通过焊料膜H接合在p电极12上。 没有形成焊料膜(焊锡膜)H的p电极12的一部分露出。这样蓝紫色半导体激光元件1的p电极12和红色半导体激光元件 2的p电极22进行电连接。这样蓝紫色半导体激光元件1的p电极12 和红色半导体激光元件2的p电极22成为共同的电极。在图1中，把箭头X、 Y、 Z所示的相互垂直的3个方向定为X方向、Y方向、Z方向。X方向和Y方向为平行蓝紫色半导体激光元件1和红色半导体激光元件2的pn接合面10、 20的方向。Z方向为垂直 蓝紫色半导体激光元件1和红色半导体激光元件2的pn接合面10、 20的方向。通过在蓝紫色半导体激光元件1的p电极12和n电极15之间施 加电压，从在pn接合面IO上的规定区域(下面称为蓝紫色发光点) 11在X方向射出波长约为400nm的激光。此蓝紫色发光点11位于在 Y方向与红色半导体激光元件2的接合位置不同的部位。通过在红色半导体激光元件2的p电极22和n电极23之间施加 电压，从在pn接合面20上的规定区域(下面称为红色发光点)21在 X方向射出波长约为650nm的激光。图2为示意表示的把图1半导体激光器装置1000A组装到散热器 上的截面图。在把图1的半导体激光器装置IOOOA用于光拾取器装置 中的情况下，如图2所示，把半导体激光器装置1000A安装在由A1N、 SiC、 Si或金刚石等导热性优良的绝缘性材料构成的散热器500上。其中在图2的散热器500的上面设有台阶。在散热器500的上层 面和下层面分别形成图案电极61、 62。图案电极61、 62相互电分离。在图案电极61、 62上面的一部分形成焊料膜H。蓝紫色半导体激 光元件1的p电极12和红色半导体激光元件2的p电极22通过焊料 膜H接合在上层面的图案电极61上，红色半导体激光元件2的n电极 23通过焊料膜H接合在下层面的图案电极62上。这样蓝紫色半导体激光元件1的p电极12、红色半导体激光元件 2的p电极22和散热器500的图案电极61进行电连接。此外红色半导 体激光元件2的n电极23与散热器500的图案电极62进行电连接。在此状态下，用导线1WR、 2WR、 3WR进行蓝紫色半导体激光元 件1的p电极12和n电极15以及红色半导体激光元件2的p电极22 和n电极23的配线。与蓝紫色半导体激光元件1的p电极12和红色半导体激光元件2 的p电极22进行电连接的图案电极61用导线1WR连接在图中没有表 示的驱动电路上。蓝紫色半导体激光元件1的n电极15用导线2WR 连接在图中没有表示的驱动电路上。接合在红色半导体激光元件2的n电极23上的图案电极62用导线3WR连接在图中没有表示的驱动电路 上。利用施加在导线1WR和2WR之间的电压可以驱动蓝紫色半导体 激光元件1，利用施加在导线1WR和3WR之间的电压可以驱动红色 半导体激光元件2。这样蓝紫色半导体激光元件1和红色半导体激光元 件2可以分别独立驱动。对本实施方式的半导体激光器装置1000A的制造方法进行说明。 图3 图6为示意表示第一实施方式的半导体激光器装置制造方法的 一个示例的工序截面图。在图3 图6中，也定义有图1的X、 Y、 Z 方向。如图3 (a)所示，为了制作蓝紫色半导体激光元件1，在n-GaN 基板ls的一个面上形成具有层叠结构的半导体层lt。此外为了把红色 半导体激光元件2接合在蓝紫色半导体激光元件1上，在形成p电极 12后，在半导体层lt上的规定区域形成由Au-Sn构成的焊料膜H。在半导体层It的Y方向上的规定部位，形成沿X方向延伸的截面 为凸起状的隆起部分(图中没有表示)。在半导体层lt的隆起部分的 下方形成蓝紫色半导体激光元件1的蓝紫色发光点11。形成焊料膜H 的规定区域被设定为除了蓝紫色发光点11的上方。蓝紫色半导体激光 元件1的n电极15在后面的工序中形成。如图3 (b)所示，为了制作红色半导体激光元件2，在n-GaAs 基板50的一个面上形成由AlGaAs构成的蚀刻终止层51，在蚀刻终止 层51上形成n - GaAs接触层5。然后在n _ GaAs接触层5上形成具有AlGalnP系层叠结构的半导 体层2t。再在半导体层2t上的一部分形成p电极22。红色半导体激光 元件2的n电极23在后面的工序中形成。在半导体层2t的Y方向上的规定部位，形成沿X方向延伸的截面 为凸起状的隆起部分(图中没有表示)。在半导体层2t的隆起部分的 下方形成红色半导体激光元件2的红色发光点21 。 P电极22至少在隆 起部分的上方形成。然后如图4 (c)所示，把在半导体层2t上形成的p电极22通过 焊料膜H接合在半导体层lt上的p电极12的规定区域(形成焊料膜H的区域)上。此时n - GaN基板Is禾卩n - GaAs基板50都有约300 500 y m左 右厚度。这样n - GaN基板Is禾Q n - GaAs基板50的处理容易，容易 进行p电极22向p电极12的接合。此外蓝紫色半导体激光元件1的n-GaN基板Is是透明的。n-GaN基板Is具有通过此n - GaN基板Is可以看到红色半导体激光元件 2的透射系数和厚度。这样由于可以通过此n-GaN基板Is由目视确 认把p电极22向p电极12上接合的位置。这样容易确定在蓝紫色半 导体激光元件1上的第二半导体激光元件2的位置。结果可得到正确 的发光点的位置精度。在本实施方式中，蓝紫色半导体激光元件1的基板并不限定为n -GaN基板ls，可以使用其他导电性而且透光性的基板。这种情况下 如上所述，在蓝紫色半导体激光元件1上的第二半导体激光元件的位 置容易确定，所以发光点的位置精度准确。如图4 (d)所示，在利用蚀刻或研磨把n - GaAs基板50加工成 规定厚度后，蚀刻到蚀刻终止层51。此后如图5 (e)所示，去除蚀刻终止层51后，在半导体层2t上 方的n _ GaAs接触层5上的区域布图形成n电极23。此后如图5 (f)所示，对位于半导体层It的蓝紫色发光点11的上 方的n - GaAs接触层5和半导体层2t进行蚀刻。此蚀刻进行到半导体 层lt上的p电极12露出。这样制作成红色半导体激光元件2。红色半 导体激光元件2的详细结构在后面叙述。此后如图6 (g)所示，在用研磨把n-GaN基板ls磨薄后，在n -GaN基板ls下面形成n电极15。这样制作成蓝紫色半导体激光元件 1。蓝紫色半导体激光元件1的详细结构在后面叙述。在上述的图3 图6的说明中，蓝紫色半导体激光元件1的n - GaN 基板ls和半导层lt沿Y方向延伸，以规定间隔形成多个蓝紫色发光 点11 。此外红色半导体激光元件2的n - GaAs接触层5和半导体层2t 沿Y方向延伸，以规定间隔形成多个红色发光点21。最后通过把上述那样制作的蓝紫色半导体激光元件1和红色半导 体激光元件2在Y方向劈开后分离成棒状，形成谐振器端面。在谐振器端面形成保护膜后，进一步细加工成芯片状，沿X方向细裁断。这 样本实施方式的半导体激光器装置1000A完成。以图7为基础，对蓝紫色半导体激光元件1的详细结构进行说明，同时对制作方法也进行说明。图7是示意表示的用于说明蓝紫色半导体激光元件1详细结构的 截面图。在下面的说明中也与图1 一样定义X方向、Y方向、Z方向。在制造蓝紫色半导体激光元件1时，象上述那样在n-GaN基板 ls上形成有层叠结构的半导体层U。如图7 (a)所示，作为有层叠结构的半导体层lt，在n-GaN基 板ls上顺序形成n - GaN层101、 n - AlGaN覆盖层102、 n - GaN导 光层103、 MQW (多重量子阱)活性层104、未掺杂AlGaN帽层105、 未掺杂GaN导光层106、 p - AlGaN覆盖层107和未掺杂GalnN接触 层108。这些各层的形成例如可以用MOCVD法(有机金属化学气相 沉积法)进行。如图7 (b)所示，MQW活性层104具有4个未掺杂GalnN阻挡 层104a和3个未掺杂GalnN阱层104b相互层叠的结构。其中例如n - AlGaN覆盖层102的Al成分为0.15， Ga成分为0.85。 在n-GaN层101、 n - AlGaN覆盖层102、 n - GaN导光层103中掺杂 Si。此外未掺杂GalnN阻挡层104a的Ga成分为0.95， In成分为0.05。 未掺杂GalnN阱层104b的Ga成分为0.90， In成分为0.10。 p - AlGaN 帽层105的Al成分为0.30， Ga成分为0.70。此外p-AlGaN覆盖层107的A1成分为0.15， Ga成分为0.85。在 p - AlGaN覆盖层107中掺杂Mg。未掺杂GalnN接触层108的Ga成 分为0.95， In成分为0.05。上述半导体层lt中，在p-AlGaN覆盖层107中，形成沿X方向 延伸的窄带条状的隆起部分Ri。 p-AlGaN覆盖层107中的隆起部分 Ri宽度约有1.5 txm。未掺杂GalnN接触层108在p - AlGaN覆盖层107中的隆起部分 Ri的上面形成。在p - AlGaN覆盖层107和未掺杂GalnN接触层108上面形成由Si02构成的绝缘膜4，在未掺杂GalnN接触层108上面形成的绝缘膜4 用蚀刻去除。然后在露在外面的未掺杂GalnN接触层108上面形成由 Pd/Pt/Au构成的p电极110。再用喷镀法、真空蒸镀法或电子束蒸镀法 形成p电极12，覆盖在p电极110的上面和绝缘膜4的上面。这样在n-GaN基板ls的一面侧形成具有层叠结构的半导体层lt。 再在n-GaN基板ls的另一面侧形成由Ti/Pt/Au构成的n电极15。在此蓝紫色半导体激光元件1中，在隆起部分Ri下面的MQW活 性层104的位置上形成蓝紫色发光点11。此外，在本例中，MQW活 性层104相当于图1的pn接合面10。以图8为基础，对红色半导体激光元件2的详细结构进行说明， 同时对制作方法也进行说明。图8示意表示的用于说明红色半导体激光元件2详细结构的截面 图。在下面的说明中也与图1 一样定义X方向、Y方向、Z方向。此 外在本实施方式中，红色半导体激光元件2通过在n - GaAs接触层5 上形成半导体层2t来制造，在下面的说明中，替代n-GaAs接触层5， 在n - GaAs基板5X上形成半导体层2t。在此n - GaAs基板5X中掺 杂Si。如图8 (a)所示，作为具有层叠结构的半导体层2t，在n-GaAs 基板5X上顺序形成n - GaAs层201 、 n - AlGalnP覆盖层202、未掺杂 AlGalnP导光层203、 MQW (多重量子阱)活性层204、未掺杂AlGalnP 导光层205、 p - AlGalnP第一覆盖层206、 p - InGaP蚀刻终止层207、 p - AlGalnP第二覆盖层208和p接触层209。这些各层的形成例如可 以用MOCVD法(有机金属化学气相沉积法)进行。如图8 (b)所示，MQW活性层204具有2个未掺杂AlGalnP阻 挡层204a和3个未掺杂InGaP阱层204b相互层叠的结构。其中例如n-AlGalnP覆盖层202的Al成分为0.70， Ga成分为0.30， In成分为0.50， P成分为0.50。在n - GaAs层201禾Q n - AlGalnP覆盖 层202中掺杂Si。未掺杂AlGalnP导光层203的Al成分为0.50， Ga成分为0.50， In 成分为0.50， P成分为0.50。此外未掺杂AlGalnP阻挡层204a的Al成分为0.50， Ga成分为0.50，In成分为0.50， P成分为0.50。未掺杂InGaP阱层204b的In成分为 0.50， Ga成分为0.50。未掺杂AlInGaP导光层205的Al成分为0.50， Ga成分为0.50， In成分为0.50， P成分为0.50。此外p-AlGalnP第一覆盖层206的A1成分为0.70， Ga成分为0.30， In成分为0.50， P成分为0.50。 p - InGaP蚀刻终止层207的In成分为 0.50， Ga成分为0.50。p _ AlGalnP第二覆盖层208的Al成分为0.70， Ga成分为0.30， In成分为0.50， P成分为0.50。p -接触层209具有p - GalnP层和p - GaAs层的层叠结构。此p -GalnP的Ga成分为0.5， In成分为0.5。上述AlGalnP系材料的成分用通式(AlaGab) Q.5InePd表示时的a 为A1的成分，b为Ga的成分，c为In的成分，d为P的成分。在p - AlGalnP第一覆盖层206、 p - InGaP蚀刻终止层207、 p -AlGalnP第二覆盖层208和p接触层209的p - GalnP和p - GaAs中惨 杂Zn。在上述中，在p - InGaP蚀刻终止层207上的p - AlGalnP第二覆 盖层208的形成仅在一部分(中央部分)p _ InGaP蚀刻终止层207上 进行。然后在p _ AlGalnP第二覆盖层208上形成p -接触层209。这样在上述半导体层2t中，利用p - AlGalnP第二覆盖层208和p -接触层209，形成沿X方向延伸的窄带条状的隆起部分Ri。由p _ AlGalnP第二覆盖层208和p -接触层209构成的隆起部分Ri宽度约 有2.5 u m。在p _ InGaP蚀刻终止层207上面、p - AlGalnP第二覆盖层208 的侧面和p _接触层209的上面和侧面形成由Si02构成的绝缘膜210， 在p _接触层209上形成的绝缘膜210用蚀刻去除。然后在露在外面的 p-接触层209上形成由Cr/Au构成的p电极211。再用喷镀法、真空 蒸镀法或电子束蒸镀法形成p电极22，覆盖在p电极211上面和绝缘 膜210上面。这样在n - GaAs基板5X的一面侧形成具有层叠结构的半导体层 2t。再在n - GaAs基板5X的另一面侧形成由AuGe/Ni/Au构成的n电 极23。在此红色半导体激光元件2上，在隆起部分Ri下面的MQW活性 层204的位置上形成红色发光点21。此外在本示例中，MQW活性层 204相当于图1的pn接合面20。以上是在本实施方式的半导体激光器装置1000A中，在以在垂直 于n-GaN基板ls的一个面的Z方向上，以不与蓝紫色半导体激光元 件1的蓝紫色发光点11重叠的方式，在蓝紫色半导体激光元件1上层 叠红色半导体激光元件2。这样在把图2所示的半导体激光器装置1000A安装在散热器500 上的情况下，在蓝紫色半导体激光元件1的蓝紫色发光点11上生成的 热不影响红色半导体激光元件2，可以有效地使散热器500散热。此外 由红色半导体激光元件2生成的热不影响蓝紫色半导体激光元件l，可 以有效地散热到散热器500。其结果温度特性提高，可靠性提高。此外在本实施方式中，红色半导体激光元件2以半导体层2t侧位 于半导体层lt侧的方式层叠在蓝紫色半导体激光元件1上。这种情况 下，通过以半导体层2t侧位于半导体层lt侧的方式，把红色半导体激 光元件2层叠在蓝紫色半导体激光元件1上，蓝紫色半导体激光元件1 和红色半导体激光元件2的发光点之间的间隔变短。这样可以使蓝紫 色半导体激光元件1和红色半导体激光元件2的发光点都在半导体激 光器装置1000A的中心附近。其结果在用透镜等聚光激光的情况下， 蓝紫色半导体激光元件1和红色半导体激光元件2的光取出效率都提 咼。此外在上述中，半导体层lt由氮化物类半导体构成。这种情况下， 由于半导体层lt由导热率高的氮化物半导体构成，蓝紫色半导体激光 元件1的半导体层U的散热性能提高。这样蓝紫色半导体激光元件1 的温度特性提高，可靠性提高。此外可以射出短波长的蓝紫色激光。在本实施方式中，半导体激光器装置1000A利用把蓝紫色半导体 激光元件1和红色半导体激光元件2集成来制作。可是并不限定于此， 不限制集成的半导体激光元件的数量。此外多个半导体激光元件也可 以是射出其他波长光的半导体激光元件。如图2所示，在本实施方式中把半导体激光器装置1000A安装在 散热器500上，半导体激光器装置IOOOA也可以安装在由A1N、 SiC、Si或金刚石等的绝缘材料或Cu、 CuW或Al等的导电材料构成的散热器500上。此外在本实施方式中，希望散热器500由绝缘材料形成。 在散热器500中使用导电材料的情况下，需要在表面形成绝缘膜。作为半导体激光器装置1000A的封装体，可以使用金属制的壳封 装件或树脂制的架封装件等，只要是可以容纳半导体激光器装置1000A 就可以。(第二实施方式)图9为示意表示的把第二实施方式的半导体激光器装置组装到散 热器上的截面图。在下面的说明中，定义与图1相同的X方向、Y方 向、Z方向。第二实施方式的半导体激光器装置1000B在以下方面在结构上与 第一实施方式的半导体激光器装置IOOOA不同。如图9所示，在本实施方式中，在蓝紫色半导体激光元件1的一 面侧设有由上层面J和下层面G形成的台阶。此外在蓝紫色半导体激 光元件1上，在一面侧形成从上层面J向下层面G连续延伸的p电极 12，另一面侧形成n电极15。在蓝紫色半导体激光元件1中，在Z方向上的上层面J和下层面G 之间规定部位形成沿Y方向延伸的pn接合面10，在pn接合面10的 规定区域形成蓝紫色发光点11。在下层面G的一部分上形成焊料膜H，蓝紫色半导体激光元件1 的下层面G通过焊料膜H与红色半导体激光元件2的p电极22接合。在红色半导体激光元件2中，以和在蓝紫色半导体激光元件1上 形成的pn接合面10大体成一个平面的方式形成pn接合面20。这样形 成蓝紫色发光点11和红色发光点21并排在Y方向上。此外利用红色半导体激光元件2接合在蓝紫色半导体激光元件1 的下层面G上，它的相反侧的面(n电极23)在X方向和Y方向上与 蓝紫色半导体激光元件1的上层面J大体成一平面。另一方面，作为半导体激光器装置1000B组装对象的散热器500， 在X方向和Y方向有平坦的上面，在它的一部分上形成2个分开的图 案电极61、 62。此外象上述那样，由于散热器500至少表面由绝缘材 料形成，图案电极61、 62相互实现电分离。图案电极61的一部分上形成焊料膜H，图案电极62的一部分上 形成焊料膜H。这样蓝紫色半导体激光元件1的p电极12的上层面J通过焊料膜 H接合在图案电极61上。接合在蓝紫色半导体激光元件1上的红色半 导体激光元件2的n电极23通过焊料膜H接合在图案电极62上。象上述那样，在蓝紫色半导体激光元件1的p电极12从上层面J 向下层面G连续形成。这样蓝紫色半导体激光元件1的p电极12、红色半导体激光元件 2的p电极22和图案电极61进行电连接。此外红色半导体激光元件2 的n电极23和图案电极62进行电连接。在此状态下，用导线1WR、 2WR、 3WR进行蓝紫色半导体激光元 件1的p电极12、 n电极15和红色半导体激光元件2的p电极22、 n 电极23的配线。与蓝紫色半导体激光元件1的p电极12和红色半导体激光元件2 的p电极22接合的图案电极61用导线1WR连接在图中没有表示的驱 动电路上。蓝紫色半导体激光元件1的n电极15用导线2WR连接在 图中没有表示的驱动电路上。与红色半导体激光元件2的n电极23接 合的图案电极62用导线3WR连接在图中没有表示的驱动电路上。通过在导线1WR和导线2WR之间施加电压，可以驱动蓝紫色半 导体激光元件1，通过在导线1WR和导线3WR之间施加电压，可以 驱动红色半导体激光元件2。这样蓝紫色半导体激光元件1和红色半导 体激光元件2可以分别单独驱动。以上，在本实施方式的半导体激光器装置1000B中，蓝紫色半导 体激光元件1有由上层面J和下层面G形成的台阶，半导体层lt的蓝 紫色发光点11设在上层面J的Z方向上的规定位置，红色半导体激光 元件2层叠在蓝紫色半导体激光元件1的下层面G上。这种情况下，通过在蓝紫色半导体激光元件1的下层面G上层叠 红色半导体激光元件2，可以使蓝紫色半导体激光元件1的上层面J和 层叠的红色半导体激光元件2的n电极23侧的面大体成一平面。这样 可以使蓝紫色半导体激光元件1的上层面J和红色半导体激光元件2 的n电极23侧的面与平坦的散热器500接触。其结果由于可以使用平坦而且便宜的散热器，所以可以降低半导体激光器装置1000B和光拾 取器装置的制造成本。此外利用蓝紫色半导体激光元件1的半导体层It的蓝紫色发光点11在Z方向位于上层面J和下层面G之间，红色半导体激光元件2的 半导体层2t的红色发光点21在Z方向位于的蓝紫色半导体激光元件1 的上层面J和下层面G之间，可以在与n - GaN基板Is的一个面平行 的方向上，使蓝紫色半导体激光元件1的蓝紫色发光点11和红色半导 体激光元件2的红色发光点21并排布置。这样半导体激光器装置1000B 和光拾取器装置的设计容易。在本实施方式中，由于红色半导体激光元件2被直接接合在散热 器500上，所以散热性能提高。此外对于蓝紫色半导体激光元件1来 说，也直接接合在散热器500上，而且由于蓝紫色发光点ll位于靠近 散热器500和p电极12的接合部位附近，所以散热性能提高。在本实施方式中，象上述那样，蓝紫色半导体激光元件1有台阶， 红色半导体激光元件2被接合在蓝紫色半导体激光元件1的下层面G 上，但不限定于此，如图10所示，也可以把蓝紫色半导体激光元件1 接合在有台阶的红色半导体激光元件2的下层面G上。图10为示意表示的把第二实施方式的其他示例的半导体激光器装 置组装到散热器上的截面图。在这种情况下也是蓝紫色半导体激光元件1和红色半导体激光元 件2的散热性能提高。而蓝紫色发光点11和红色发光点21的位置关 系相反。(第三实施方式)图ll为示意表示的把第三实施方式的半导体激光器装置组装到散 热器上的截面图。在以下的说明中也与图1同样定义X方向、Y方向、 Z方向。第三实施方式的半导体激光器装置1000C在以下方面在结构上与 第一实施方式的半导体激光器装置IOOOA不同。如图11所示，在本实施方式中，蓝紫色半导体激光元件1的p电 极12通过焊料膜H被接合在红色半导体激光元件2的p电极22的一 部分上。红色半导体激光元件2的p电极22通过焊料膜H被接合到在散热 器500的上层面上形成的图案电极61上。蓝紫色半导体激光元件1的 n电极15通过焊料膜H被接合到在散热器500的下层面上形成的图案 电极62上。红色半导体激光元件2的半导体层2t的红色发光点21形成在从与 蓝紫色半导体激光元件1的接合部在Y方向离开的部位。这样由于在 本实施方式中也是在红色发光点21生成的热不影响蓝紫色半导体激光 元件1而向散热器500的上层面散热，所以红色半导体激光元件2的 散热性能提高。在蓝紫色发光点11生成的热不影响红色半导体激光元件2而向散 热器500的下层面散热，所以蓝紫色半导体激光元件1的散热性能提咼。(第四实施方式)图12为示意表示的把第四实施方式的半导体激光器装置组装到散 热器上的截面图。在以下的说明中也是与图1相同定义X方向、Y方 向、Z方向。第四实施方式的半导体激光器装置1000D在以下方面在结构上与 第一实施方式的半导体激光器装置1000A不同。此半导体激光器装置1000D含有蓝紫色半导体激光元件1、红色 半导体激光元件2以及射出波长780nm激光的半导体激光元件(下面 称为红外半导体激光元件)3。红外半导体激光元件3是利用在GaAs基板上形成半导体层制作。具体说，在掺杂有Si的n-GaAs基板上形成半导体层。作为具有 层叠结构的半导体层，在n-GaAs基板上顺序形成n-GaAs层、n-AlGaAs覆盖层、未掺杂AlGaAs导光层、MQW (多重量子阱)活性层、 未掺杂AlGaAs导光层、p - AlGaAs第一覆盖层、p - AlGaAs蚀刻终止 层、p-AlGaAs第二覆盖层和p-GaAs接触层。其中各层的形成例如 可以用MOCVD法(有机金属化学气相沉积法)进行。MQW活性层例如具有2个未掺杂AlGaAs阻挡层和3个未掺杂 AlGaAs阱层相互层叠的结构。如图12所示，在红外半导体激光元件3中，在一个面上形成p电极32，在另一个面上形成n电极33。在红外半导体激光元件3上形成 作为p型半导体和n型半导体的接合面的pn接合面30。在pn接合面 30的规定部位形成红外发光点31。在本实施方式中，红色半导体激光元件2的p电极22和红外半导 体激光元件3的p电极32经焊料膜H与蓝紫色半导体激光元件1的p 电极12上的一部分接合。其中红色半导体激光元件2和红外半导体激光元件3与蓝紫色半 导体激光元件1的接合部位被设定在在Y方向离开蓝紫色半导体激光 元件1的蓝紫色发光点11的位置上。散热器500在X方向形成截面为凸起的形状。在散热器500的凸 起部位的上层面上形成图案电极61，通过焊料膜H接合蓝紫色半导体 激光元件1的p电极12。在散热器500的凸起部位的一方侧(Y方向)的下层面上形成图 案电极62，通过焊料膜H接合红色半导体激光元件2的n电极23。在散热器500的凸起部位的另一侧(Y方向)的下层面上形成图 案电极63，通过焊料膜H接合红外半导体激光元件3的n电极33。散热器500的图案电极61在X方向的规定位置露出。露出的图案 电极61用导线1WR连接在图中没有表示的驱动电路上。图案电极61 与蓝紫色半导体激光元件1的p电极12、红色半导体激光元件2的p 电极22、红外半导体激光元件3的p电极32进行电连接。与第一实施方式相同，蓝紫色半导体激光元件1的n电极15用导 线2WR连接在图中没有表示的驱动电路上。与红色半导体激光元件2 的n电极23接合的图案电极62用导线3WR连接在图中没有表示的驱 动电路上。与红外半导体激光元件3的n电极33接合的图案电极63 用导线4WR连接在图中没有表示的驱动电路上。利用施加在导线1WR和2WR之间的电压可以驱动蓝紫色半导体 激光元件1，利用施加在导线1WR和3WR之间的电压可以驱动红色 半导体激光元件2。此外利用施加在导线1WR和4WR之间的电压可 以驱动红外半导体激光元件3。这样蓝紫色半导体激光元件1、红色半 导体激光元件2和红外半导体激光元件3可以分别独立驱动。在本实施方式的半导体激光器装置1000D中，红色半导体激光元件2和红外半导体激光元件3以在Y方向上除了与蓝紫色半导体激光 元件1的蓝紫色发光点11重叠的区域以外的方式接合在蓝紫色半导体 激光元件1上。这样在蓝紫色半导体激光元件1的蓝紫色发光点11上生成的热不影响红色半导体激光元件2和红外半导体激光元件3，可以有效地散热。因红色半导体激光元件2和红外半导体激光元件3生成的热不影 响蓝紫色半导体激光元件1的蓝紫色发光点11，可以有效地散热。其 结果温度特性提高，可靠性提高。在第一 第四的实施方式中，n-GaN基板ls相当于第一基板， 波长约400nm的激光相当于第一波长光，半导体层lt相当于第一半导 体层，蓝紫色半导体激光元件l相当于第一半导体激光元件。此外n-GaAs接触层5、 n - GaAs基板50、 5X相当于第二基板， 波长约650nm的激光相当于第二波长光，半导体层2t相当于第二半导 体层，红色半导体激光元件2相当于第二半导体激光元件。红外半导体激光元件3的GaAs基板相当于第三基板，波长约 780nm的激光相当于第三波长光，红外半导体激光元件3相当于第三 半导体激光元件。蓝紫色发光点11、红色发光点21和红外发光点31相当于发光点， 上层面J相当于上层面，下层面G相当于下层面，散热器500相当于 散热体。n - GaN基板ls相当于透光性基板，图2的散热器500的上层面 和图11的散热器500的下层面相当于第一面，图2的散热器的下层面 和图11的散热器500的上层面相当于第二面，在红外半导体激光元件 3的GaAs基板上形成的半导体层相当于第三半导体层。
权利要求
1.一种半导体激光器装置，其特征在于，包括在第一基板上具有射出第一波长光的第一半导体层的第一半导体激光元件；和在第二基板上具有射出第二波长光的第二半导体层的第二半导体激光元件，所述第一和第二波长各自不同，所述第一和第二基板材料各自不同，以在与第一基板的一面垂直的方向上与所述第一半导体激光元件的发光点不重叠的方式，把所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上，第一发光点的上部露出。
2. 如权利要求l所述的半导体激光器装置，其特征在于， 所述第一半导体激光元件具有由上层面和下层面形成的台阶，所述第一半导体层的发光点设在所述上层面的下方，所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件的下层 面上。
3. 如权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于， 以使所述第二半导体层侧位于所述第一半导体层侧的方式，把所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上。
4. 如权利要求l所述的半导体激光器装置，其特征在于， 所述第一半导体层和所述第二半导体层的任一个由氮化物类半导体构成。
5. 如权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于， 所述第一基板为透光性基板。
6. 如权利要求l所述的半导体激光器装置，其特征在于，以所述第一半导体层位于所述第二半导体激光元件侧的方式，把 所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上。
7. 如权利要求1所述的半导体激光器装置，其特征在于， 所述第一半导体层和所述第二半导体层的任一个含有镓砷系半导体或镓铟磷系半导体。
8. 如权利要求l所述的半导体激光器装置，其特征在于， 以与跟所述第一半导体层的发光点重叠的所述第一半导体激光元件上的区域和与所述第一半导体激光元件相反侧的所述第二半导体激 光元件的面相接的方式，设置散热体。
9. 如权利要求8所述的半导体激光器装置，其特征在于，通过把所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件 上，形成由所述第一半导体激光元件的一面和所述第二半导体激光元 件的一面构成的台阶，所述散热体具有由与所述第一半导体激光元件的一面相接的第一 面和与所述第二半导体激光元件的一面相接的第二面构成的台阶。
10. 如权利要求l所述的半导体激光器装置，其特征在于，还包括在第三基板上具有射出第三波长光的第三半导体层的第三 半导体激光元件，在与所述第一基板的一面平行的方向，在除了与所述第一半导体 激光元件的发光点重叠的区域以外，把所述第三半导体激光元件层叠 在所述第一半导体激光元件上。
11. 如权利要求10所述的半导体激光器装置，其特征在于，以所述第一半导体层位于所述第二和第三半导体激光元件侧的方 式，把所述第二和第三半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元 件上。
12. 如权利要求IO所述的半导体激光器装置，其特征在于，以所述第二半导体层侧位于所述第一半导体层侧的方式，把所述 第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上。
13. 如权利要求IO所述的半导体激光器装置，其特征在于， 以所述第三半导体层侧位于所述第一半导体层侧的方式，把所述第三半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上。
14. 如权利要求10所述的半导体激光器装置，其特征在于， 所述第一、第二和第三波长各自不同，所述第一、第二和第三半导体层含有氮化物系半导体、镓砷系半导体或镓铟磷系半导体的任一 种。
15. 如权利要求10所述的半导体激光器装置，其特征在于，以和与所述第一半导体层的发光点重叠的所述第一半导体激光元 件上的区域、与所述第一半导体激光元件相反侧的所述第二半导体激 光元件的面和与所述第一半导体激光元件相反侧的所述第三半导体激 光元件的面相接的方式，设置散热体。
全文摘要
本发明提供一种半导体激光器装置，其包括在第一基板上具有射出第一波长光的第一半导体层的第一半导体激光元件；和在第二基板上具有射出第二波长光的第二半导体层的第二半导体激光元件，所述第一和第二波长各自不同，所述第一和第二基板材料各自不同，以在与第一基板的一面垂直的方向上与所述第一半导体激光元件的发光点不重叠的方式，把所述第二半导体激光元件层叠在所述第一半导体激光元件上，第一发光点的上部露出。
文档编号H01S5/022GK101232152SQ20081000893
公开日2008年7月30日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月30日
发明者井上大二朗, 别所靖之, 山口勤, 畑雅幸 申请人:三洋电机株式会社