JP2011035130A - Semiconductor laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とを備えた半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device including a first semiconductor laser element and a second semiconductor laser element.
従来、CD/CD−Rドライブには、波長が約780nmの赤外光を出射する赤外半導体レーザ素子が光源に用いられてきた。また、DVDドライブには、波長が約650nmの赤色光を出射する赤色半導体レーザ素子が光源に用いられてきた。 Conventionally, in a CD / CD-R drive, an infrared semiconductor laser element that emits infrared light having a wavelength of about 780 nm has been used as a light source. Further, in a DVD drive, a red semiconductor laser element that emits red light having a wavelength of about 650 nm has been used as a light source.
一方、近年では、青紫色光を用いて記録/再生が可能なDVDの開発が進められている。このようなDVDの記録/再生のために、約405nmの波長を有する青紫色半導体レーザ素子を用いた青色DVDドライブの開発も同時に進められている。このDVDドライブでは、従来のCD/CD−RおよびDVDに対する互換性が必要とされる。 On the other hand, in recent years, a DVD that can be recorded / reproduced using blue-violet light has been developed. For such DVD recording / reproduction, a blue DVD drive using a blue-violet semiconductor laser element having a wavelength of about 405 nm is being developed at the same time. This DVD drive requires compatibility with conventional CD / CD-R and DVD.
この場合、DVDドライブに赤外光、赤色光および青紫色光を個別に出射する光ディスク用ピックアップを複数設ける方法や、1つの光ディスク用ピックアップ内に赤外、赤色および青紫色レーザ素子を個別に設ける方法などにより、従来のCD、DVD、および、記録/再生が可能なDVDに対する互換性が実現される。しかしながら、この方法では部品点数の増加を招くため、ピックアップ装置の小型化、構成の簡素化および低価格化が困難である場合があった。 In this case, a method of providing a plurality of optical disk pickups for individually emitting infrared light, red light, and blue-violet light in a DVD drive, or individually providing infrared, red, and blue-violet laser elements in one optical disk pickup Depending on the method, compatibility with conventional CDs, DVDs and recordable / reproducible DVDs is realized. However, since this method increases the number of parts, it may be difficult to reduce the size of the pickup device, simplify the configuration, and reduce the price.
このような部品点数の増加を抑制するために、従来では、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とを1チップに集積化した2波長半導体レーザ素子が実用化されている。これに対し、青紫色レーザ素子はGaAs基板上などに形成されないため、青紫色レーザ素子を赤外および赤色レーザ素子とともに1チップ化するのは非常に困難であった。そこで、従来では、青紫色レーザ素子に、赤色レーザ素子と赤外レーザ素子とを接合した集積型半導体レーザ素子が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In order to suppress such an increase in the number of components, conventionally, a two-wavelength semiconductor laser element in which an infrared laser element and a red laser element are integrated on one chip has been put into practical use. On the other hand, since the blue-violet laser element is not formed on a GaAs substrate or the like, it is very difficult to make the blue-violet laser element into one chip together with the infrared and red laser elements. Therefore, conventionally, an integrated semiconductor laser element in which a red laser element and an infrared laser element are joined to a blue-violet laser element has been proposed (for example, see Patent Document 1).
上記特許文献1には、青紫色半導体レーザ素子の表面上に赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とを接合して集積化した半導体レーザ装置が開示されている。この特許文献1に記載の半導体レーザ装置では、赤色半導体レーザ素子および赤外半導体レーザ素子の各々のp側パッド電極が、青紫色半導体レーザ素子の半導体層(窒化物系のp型半導体層)上に形成されたSiO2からなる絶縁膜の表面上に接合されることにより、各々のレーザ素子が互いに電気的に絶縁された状態で駆動されるように構成されている。なお、青紫色半導体レーザ素子の絶縁膜は、素子(p型クラッド層)の端部から、素子の中央部に形成されたリッジ(凸部)の側面まで延びるように形成されている。これにより、絶縁膜は、リッジ(凸部)に電流通路部を形成するための電流ブロック層としての機能を有している。
しかしながら、上記特許文献1に開示された半導体レーザ装置では、一般的には、青紫色半導体レーザ素子における窒化物系半導体層とSiO2からなる絶縁膜との密着性がそれ程良好ではないにも拘わらず、赤色半導体レーザ素子および赤外半導体レーザ素子の各々のp側パッド電極が、青紫色半導体レーザ素子の半導体層上に形成された絶縁膜(電流ブロック層)の表面上に接合されるため、赤色および赤外半導体レーザ素子が、青紫色半導体レーザ素子の絶縁膜(電流ブロック層)とともに青紫色半導体レーザ素子から剥離しやすいという問題点がある。また、製造プロセスにおいて、青紫色レーザ素子のウェハと赤色/赤外レーザ素子のウェハとを貼り合わせた後、劈開やチップ化のために分割する際に応力が加わったときに、上記理由に起因して、絶縁膜を介して貼り合わされた赤色/赤外レーザ素子のウェハが、青紫色レーザ素子のウェハから剥離しやすいという問題点がある。
However, in the semiconductor laser device disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、接合された半導体レーザ素子が互いに剥離するのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of suppressing separation of bonded semiconductor laser elements from each other. Is to provide.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ装置は、第1導電型の第1半導体層、第1活性層および第2導電型の第2半導体層の順に積層された第1半導体レーザ素子と、第1導電型または第2導電型の一方の第3半導体層、第2活性層および第1導電型または第2導電型の他方の第4半導体層の順に積層され、第4半導体層側と電気的に接続される第1電極を含む第2半導体レーザ素子と、第1半導体レーザ素子の第2半導体層の表面に直接接触して形成される配線用電極とを備え、配線用電極の第1半導体レーザ素子とは反対側の表面に、第2半導体レーザ素子の第1電極側が接合されている。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to an aspect of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer, a first active layer, and a second conductive type second semiconductor layer stacked in this order. A first semiconductor laser element, a third semiconductor layer of a first conductivity type or a second conductivity type, a second active layer, and a fourth semiconductor layer of the other of the first conductivity type or the second conductivity type; A second semiconductor laser element including a first electrode electrically connected to the semiconductor layer side; and a wiring electrode formed in direct contact with the surface of the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element, The first electrode side of the second semiconductor laser element is bonded to the surface of the wiring electrode opposite to the first semiconductor laser element.
この発明の一の局面による半導体レーザ装置では、上記のように、第1半導体レーザ素子と、第2半導体レーザ素子と、第1半導体レーザ素子の第2半導体層の表面に直接接触して形成される配線用電極とを備え、配線用電極の第1半導体レーザ素子とは反対側の表面に、第2半導体レーザ素子の第1電極側が接合されている。すなわち、第2半導体レーザ素子は、第2半導体層の表面に直接接触して形成された金属からなる配線用電極の部分で第1半導体レーザ素子側と接合されるので、たとえば、配線用電極が、第2半導体層の表面上に積層されるSiO2などからなる絶縁膜を介して形成される場合と異なり、第2半導体層と、絶縁膜よりも密着性が良好な金属からなる配線用電極とが直接接触する分、密着性を向上させることができる。これにより、配線用電極に第1電極の部分が接合された第2半導体レーザ素子が、第1半導体レーザ素子側から剥離するのを抑制することができる。なお、製造プロセスにおいても、第1半導体レーザ素子のウェハと第2半導体レーザ素子のウェハとを貼り合わせた後の劈開工程やチップ化工程において、ウェハに応力が加えられた際にウェハが互いに剥離するのを抑制することができる。 In the semiconductor laser device according to one aspect of the present invention, as described above, the semiconductor laser device is formed in direct contact with the surface of the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element. And the first electrode side of the second semiconductor laser element is bonded to the surface of the wiring electrode opposite to the first semiconductor laser element. That is, the second semiconductor laser element is joined to the first semiconductor laser element side at the portion of the wiring electrode made of metal formed in direct contact with the surface of the second semiconductor layer. Unlike the case of being formed through an insulating film made of SiO 2 or the like laminated on the surface of the second semiconductor layer, the wiring electrode made of metal having better adhesion than the second semiconductor layer and the insulating film Adhesiveness can be improved by the amount of direct contact. As a result, it is possible to prevent the second semiconductor laser element having the first electrode portion bonded to the wiring electrode from peeling from the first semiconductor laser element side. In the manufacturing process, the wafers are separated from each other when stress is applied to the wafer in the cleaving process or chip forming process after bonding the wafer of the first semiconductor laser element and the wafer of the second semiconductor laser element. Can be suppressed.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、配線用電極は、第1半導体レーザ素子の第2半導体層に対してショットキー接触した状態で形成されている。このように構成すれば、第1半導体レーザ素子の第2半導体層と配線用電極とがショットキー障壁により互いに絶縁されるので、第2半導体レーザ素子が第1半導体レーザ素子側から剥離するのを抑制しつつ、互いに接合された半導体レーザ素子間を絶縁することができる。 In the semiconductor laser device according to the above aspect, the wiring electrode is preferably formed in a Schottky contact with the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element. With this configuration, since the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element and the wiring electrode are insulated from each other by the Schottky barrier, the second semiconductor laser element can be separated from the first semiconductor laser element side. While suppressing, it is possible to insulate the semiconductor laser elements joined to each other.
この場合、好ましくは、第2導電型は、p型であり、第2半導体層は、窒化物系半導体からなり、配線用電極は、少なくともTi、Al、Hf、TaおよびMoのいずれかを含む。このように構成すれば、p型の窒化物系半導体からなる第2半導体層の表面に対して、配線用電極を確実にショットキー接触した状態で形成することができる。また、窒化物系半導体からなる第2半導体層と配線用電極を構成する上記金属との密着性は、窒化物系半導体からなる第2半導体層とSiO2などからなる絶縁膜との密着性よりも大きいので、第1半導体レーザ素子に対する第2半導体レーザ素子の剥離を有効に抑制することができる。 In this case, preferably, the second conductivity type is p-type, the second semiconductor layer is made of a nitride-based semiconductor, and the wiring electrode includes at least one of Ti, Al, Hf, Ta, and Mo. . If comprised in this way, the electrode for wiring can be formed in the state which carried out the Schottky contact reliably with respect to the surface of the 2nd semiconductor layer which consists of a p-type nitride-type semiconductor. In addition, the adhesion between the second semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor and the metal constituting the wiring electrode is greater than the adhesion between the second semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor and an insulating film made of SiO 2 or the like. Therefore, peeling of the second semiconductor laser element from the first semiconductor laser element can be effectively suppressed.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、第1半導体レーザ素子の第2半導体層は、配線用電極が接触する側の表面に高抵抗領域を含む。このように構成すれば、第2半導体層の高抵抗領域によって、第1半導体レーザ素子と配線用電極とが互いに絶縁されるので、第2半導体レーザ素子が第1半導体レーザ素子側から剥離するのを抑制しつつ、互いに接合された半導体レーザ素子間の絶縁性を高めることができる。 In the semiconductor laser device according to the aforementioned aspect, the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element preferably includes a high resistance region on the surface on the side in contact with the wiring electrode. According to this configuration, the first semiconductor laser element and the wiring electrode are insulated from each other by the high resistance region of the second semiconductor layer, so that the second semiconductor laser element is peeled off from the first semiconductor laser element side. Insulating property between the semiconductor laser elements bonded to each other can be improved.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、第1半導体レーザ素子は、第2半導体層の電流通路部において第2半導体層側と電気的に接続されるとともに、配線用電極が形成されていない領域の第2半導体層の表面に直接接触して形成される第2電極を含む。このように構成すれば、金属からなる第2電極は、電流通路部において第1半導体レーザ素子と電気的に接続されるとともに、電流通路部以外の部分において第2半導体層の表面に直接接触して形成されるので、電流通路部以外の領域において、第2半導体層と絶縁膜よりも密着性が良好な金属からなる第2電極とが直接接触する分、第2半導体層と第2電極との密着性を向上させることができる。これにより、第2電極が、第1半導体レーザ素子の第2半導体層表面から剥離するのを抑制することができる。 In the semiconductor laser device according to the above aspect, preferably, the first semiconductor laser element is electrically connected to the second semiconductor layer side in the current path portion of the second semiconductor layer, and a wiring electrode is formed. A second electrode formed in direct contact with the surface of the second semiconductor layer in the non-region; According to this structure, the second electrode made of metal is electrically connected to the first semiconductor laser element in the current path portion and directly contacts the surface of the second semiconductor layer in a portion other than the current path portion. Since the second semiconductor layer and the second electrode made of a metal having better adhesion than the insulating film are in direct contact with each other in the region other than the current passage portion, the second semiconductor layer and the second electrode It is possible to improve the adhesion. Thereby, it can suppress that a 2nd electrode peels from the 2nd semiconductor layer surface of a 1st semiconductor laser element.
上記一の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、第1半導体レーザ素子の第2半導体レーザ素子と対向する側の表面には、光導波路が形成されるとともに、第2半導体レーザ素子は、光導波路の両側にそれぞれ1つずつ設けられ、配線用電極は、光導波路の両側における各々の第2半導体層の表面に直接接触するように2つ形成されており、各々の配線用電極の第1半導体レーザ素子とは反対側の表面に、各々の第2半導体レーザ素子の第1電極側が接合されることにより、3波長半導体レーザ素子として構成されている。このように構成すれば、第1半導体レーザ素子と2つの第2半導体レーザ素子の各々との絶縁が図られた状態で3波長半導体レーザ素子を形成することができるので、個々のレーザ素子を電気的に独立させて駆動させることができる。 In the semiconductor laser device according to the first aspect, preferably, an optical waveguide is formed on a surface of the first semiconductor laser element facing the second semiconductor laser element, and the second semiconductor laser element is an optical waveguide. One wiring electrode is provided on each side of the optical waveguide, and two wiring electrodes are formed so as to be in direct contact with the surface of each second semiconductor layer on both sides of the optical waveguide, and the first semiconductor of each wiring electrode is formed. The first electrode side of each second semiconductor laser element is bonded to the surface opposite to the laser element to constitute a three-wavelength semiconductor laser element. With this configuration, the three-wavelength semiconductor laser element can be formed in a state in which the first semiconductor laser element and each of the two second semiconductor laser elements are insulated from each other. Can be driven independently.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による半導体レーザ装置の概略的な構成について、半導体レーザ素子40を例として説明する。
First, with reference to FIG. 1, before describing a specific embodiment of the present invention, a schematic configuration of a semiconductor laser device according to the present invention will be described by taking a
本発明による半導体レーザ装置は、図1に示すような半導体レーザ素子40により構成される。また、半導体レーザ素子40は、第1半導体レーザ素子10の表面上に第2半導体レーザ素子20が接合された集積型の半導体レーザ素子である。
The semiconductor laser device according to the present invention includes a
第1半導体レーザ素子10は、第1導電型の半導体層1と、活性層2と、少なくとも一部が第2導電型の半導体層3とを順次積層した構造を有する。半導体層1は、活性層2よりもバンドギャップの大きい第1導電型クラッド層などからなる。ここで、pn接合型の第1半導体レーザ素子10では、半導体層1と半導体層3とは互いに異なる導電型を有する。半導体層1がp型であり半導体層3がn型であってもよいし、半導体層1がn型であり半導体層3がp型であってもよい。なお、半導体層1および半導体層3は、それぞれ、本発明の「第1導電型の第1半導体層」および「第2導電型の第2半導体層」の一例である。
The first
活性層2は、単層あるいは単一量子井戸(SQW)構造または多重量子井戸(MQW)構造からなる。また、活性層2は、アンドープでもよいしドーピングされていてもよい。半導体層3は、活性層2よりもバンドギャップの大きい第2導電型クラッド層などからなる。なお、半導体層1と活性層2との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。また、活性層2とは反対側の半導体層3上に、コンタクト層を設けてもよい。この場合、コンタクト層は、半導体層3よりもバンドギャップが小さい半導体からなるのが好ましい。また、活性層2と半導体層3との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。
The active layer 2 has a single layer, a single quantum well (SQW) structure, or a multiple quantum well (MQW) structure. The active layer 2 may be undoped or doped. The semiconductor layer 3 is composed of a second conductivity type cladding layer having a band gap larger than that of the active layer 2. Note that a light guide layer, a carrier block layer, or the like may be formed between the
また、本発明において、半導体層1は、基板または半導体層により構成されていてもよいし、基板と半導体層との両方により構成されていてもよい。半導体層1が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板は、半導体層1の半導体層3が形成される側とは反対側(半導体層1の下面側)に形成される。
Moreover, in this invention, the
また、平坦な半導体層3の表面上に、共振器方向(A方向)に沿って延びるストライプ状のオーミック電極層4が形成されている。そして、半導体層3の平坦部の上面上と、オーミック電極層4の両側面上とに電流ブロック層5が形成されている。これにより、オーミック電極層4の下部領域の活性層2に、光導波路が構成される。なお、オーミック電極層4は、少なくとも、Pt、Pd、RhおよびNiのいずれかを含む金属層を有する。また、電流ブロック層5は、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、Ta2O5、La2O3、Si、AlN、AlGaNおよびSiNなどからなる。また、電流ブロック層5を、上記材料を用いて積層構造を有するように形成してもよい。
Further, on the surface of the flat semiconductor layer 3, a striped
ここで、本発明では、図1に示すように、B2側の電流ブロック層5aは、オーミック電極層4からB2側の端部までの半導体層3の表面上の略全ての領域に形成される一方、B1側の電流ブロック層5bは、オーミック電極層4からB1方向の半導体層3の表面上の一部の領域にのみ形成される。また、B1側の電流ブロック層5bが形成されていない領域には、配線用電極11が、半導体層3の上面上に直接接触して形成されている。この配線用電極11は、第2半導体レーザ素子20が接合される際の引き出し用配線として設けられている。
Here, in the present invention, as shown in FIG. 1, the
また、本発明では、金属からなる配線用電極11が、電流ブロック層5b(SiO2などからなる絶縁膜)を介さずに半導体層3の上面上に直接接触して形成されているので、配線用電極11と半導体層3とは、密着性が良好な状態となっている。そして、第2半導体レーザ素子20の電極層26が、AuSn半田などの導電性接着層30を介して第1半導体レーザ素子10側に設けられた配線用電極11に接合されている。ここで、半導体層3を窒化物系半導体により構成した場合、半導体層3と金属からなる配線用電極11との密着性は、半導体層3と電流ブロック層5bとの密着性よりも大きいので、第1半導体レーザ素子10に対する第2半導体レーザ素子20の剥離を有効に抑制することが可能である。また、本発明では、導電性接着層を、Au、Sn、In、Pb、Ge、Ag、CuまたはSiなどの半田材料またはその合金材料からなるように構成してもよい。また、半田を用いない他の接合方法を用いてもよい。
In the present invention, the
ここで、半導体層3の表面がp型である場合、配線用電極11は、半導体層3との接触面側に、少なくとも、Ti、Al、Hf、TaおよびMoのいずれかを含む金属層を有するのが好ましい。これにより、配線用電極11は、半導体層3に対してショットキー接触した状態で形成される。すなわち、配線用電極11と半導体層3とが接触する界面にショットキー障壁が存在するので、半導体層3側から配線用電極11に向かって電流が流れにくくなり、半導体層3と配線用電極11との絶縁が図られる。また、半導体層3がn型である場合、配線用電極11は、半導体層3との接触面側に、少なくとも、Au、Pd、Ni、IrおよびPtのいずれかを含む金属層を有するのが好ましい。これにより、配線用電極11は、半導体層3に対してショットキー接触した状態で形成される。
Here, when the surface of the semiconductor layer 3 is p-type, the
なお、半導体層3は、配線用電極11が接触する側の表面に高抵抗領域を含んでいてもよい。この場合、製造プロセスにおいて、H2ガスやH2を含むガス(NH3ガスなど)からなる雰囲気中で水素拡散を行うことにより、p型またはn型のドーパント(MgまたはSi)が不活性化されるので、半導体層中に高抵抗領域を形成することが可能である。また、N2ガス、O2ガスまたはArガスなどの不活性ガス中にH2を含んだ雰囲気中においても半導体層3に高抵抗領域を形成することが可能である。
The semiconductor layer 3 may include a high resistance region on the surface on the side where the
また、製造プロセスにおいて、半導体層3の表面にp型またはn型のドーパントを不活性化する不純物をイオン注入することにより、p型またはn型のドーパント(MgまたはSi)が不活性化されるので、半導体層中に高抵抗領域を形成することが可能である。ここで、半導体層3がp型である場合、C、B、SiおよびPのいずれかの不純物をイオン注入するのが好ましい。また、半導体層3がn型である場合、C、BおよびPのいずれかの不純物をイオン注入するのが好ましい。なお、半導体層3の表面に高抵抗領域を形成する場合、半導体層3がp型であろうとn型であろうとショットキー接触になるので、配線用電極11には、Ti、Al、Hf、Ta、Mo、Ag、Pt、Pd、Rh、NiおよびAuなどを用いて構成することが可能である。
Further, in the manufacturing process, the p-type or n-type dopant (Mg or Si) is deactivated by ion-implanting an impurity that deactivates the p-type or n-type dopant into the surface of the semiconductor layer 3. Therefore, it is possible to form a high resistance region in the semiconductor layer. Here, when the semiconductor layer 3 is p-type, it is preferable to ion-implant any of C, B, Si, and P impurities. Further, when the semiconductor layer 3 is n-type, it is preferable to ion-implant any of C, B, and P impurities. Note that when a high resistance region is formed on the surface of the semiconductor layer 3, a Schottky contact is made regardless of whether the semiconductor layer 3 is p-type or n-type, and therefore, the
また、オーミック電極層4および電流ブロック層5(5aおよび5b)の所定領域上に、A方向に延びる電極層6(パッド電極)が形成されている。また、電極層6の上面上に、第2半導体レーザ素子20の電極層26との接触を防止するためのSiO2からなる絶縁層7が形成されている。また、半導体層1の下面上には、電極層8が形成されている。なお、電極層6は、本発明の「第2電極」の一例であり、電極層26は、本発明の「第1電極」の一例である。
An electrode layer 6 (pad electrode) extending in the A direction is formed on predetermined regions of the
第2半導体レーザ素子20は、図1に示すように、第1導電型の半導体層21と、活性層22と、第2導電型の半導体層23とを順次積層した構造を有する。ここで、pn接合型の第2半導体レーザ素子20では、半導体層21と半導体層23とは互いに異なる導電型を有する。半導体層21がp型であり半導体層23がn型であってもよいし、半導体層21がn型であり半導体層23がp型であってもよい。なお、半導体層21および半導体層23は、それぞれ、本発明の「第1導電型または第2導電型の一方の第3半導体層」および「第1導電型または第2導電型の他方の第4半導体層」の一例である。
As shown in FIG. 1, the second
半導体層21は、活性層22よりもバンドギャップの大きいクラッド層などからなる。活性層22は、単層あるいはSQW構造またはMQW構造からなる。また、活性層22は、アンドープでもよく、ドーピングされていてもよい。半導体層23は、活性層22よりもバンドギャップの大きいクラッド層などからなる。なお、半導体層21と活性層22との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。また、活性層22とは反対側の半導体層23上に、コンタクト層を設けてもよい。この場合、コンタクト層は、半導体層23よりもバンドギャップが小さい半導体からなるのが好ましい。また、活性層22と半導体層23との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。
The
また、半導体層21は、基板または半導体層により構成されていてもよいし、基板と半導体層との両方により構成されていてもよい。半導体層21が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板は、半導体層21の半導体層23が形成される側とは反対側(半導体層21の上面側)に形成される。
Moreover, the
また、平坦な半導体層23の表面(下面)上に、共振器方向(A方向)に沿って延びるストライプ状のオーミック電極層24が形成されている。そして、半導体層23の平坦部の下面上と、オーミック電極層24の両側面上とに電流ブロック層25が形成されている。これにより、オーミック電極層24の上部領域の活性層22に、光導波路が構成される。なお、電流ブロック層25は、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、Ta2O5、La2O3、Si、AlN、AlGaNおよびSiNなどからなる。また、電流ブロック層25を、上記材料を用いて積層構造を有するように形成してもよい。
Further, on the surface (lower surface) of the
また、第1半導体レーザ素子10および第2半導体レーザ素子20には、共振器方向(図1の紙面に垂直な方向)の両端部に、光出射面と光反射面とがそれぞれ形成される。また、各半導体レーザ素子の光出射面には、低反射率の誘電体多層膜が形成されているとともに、光反射面には、高反射率の誘電体多層膜が形成される。ここで、誘電体多層膜としては、GaN,AlN、BN,Al2O3、SiO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、La2O3、SiN、AlONおよびMgF2や、これらの混成比の異なる材料であるTi3O5やNb2O3などからなる多層膜を用いることができる。
Further, in the first
また、オーミック電極層24および電流ブロック層25の所定領域上に、A方向に延びる電極層26(パッド電極)が形成されている。また、半導体層21の上面上には、電極層27が形成されている。
An electrode layer 26 (pad electrode) extending in the A direction is formed on predetermined regions of the
本発明による半導体レーザ素子40では、上記のように、第1半導体レーザ素子10と、第2半導体レーザ素子20と、第1半導体レーザ素子10の半導体層3の表面に直接接触して形成される配線用電極11とを備え、配線用電極11の第1半導体レーザ素子10とは反対側の表面に、第2半導体レーザ素子20の電極層26側が接合されている。すなわち、第2半導体レーザ素子20は、半導体層3の表面に直接接触して形成された金属からなる配線用電極11の部分で第1半導体レーザ素子10側と接合されるので、たとえば、配線用電極11が、半導体層3の表面上に設けられるSiO2などからなる絶縁膜を介して形成される場合と異なり、半導体層3と絶縁膜よりも密着性が良好な金属からなる配線用電極11とが直接接触している分、密着性を向上させることができる。これにより、配線用電極11に電極層26の部分が接合された第2半導体レーザ素子20が、第1半導体レーザ素子10側から剥離するのを抑制することができる。なお、製造プロセスにおいても、第1半導体レーザ素子10のウェハと第2半導体レーザ素子20のウェハとを貼り合わせた後の劈開工程やチップ化工程において、ウェハに応力が加えられた際にウェハが互いに剥離するのを抑制することができる。
In the
また、本発明による半導体レーザ素子40では、配線用電極11を、第1半導体レーザ素子10の半導体層3に対してショットキー接触した状態で形成することによって、第1半導体レーザ素子10の半導体層3と配線用電極11とがショットキー障壁により互いに絶縁されるので、第2半導体レーザ素子20が第1半導体レーザ素子10側から剥離するのを抑制しつつ、互いに接合された半導体レーザ素子間を絶縁することができる。
Further, in the
(第1実施形態)
まず、図2〜図4を参照して、本発明の第1実施形態による半導体レーザ装置100の構造について説明する。なお、図2は、図3の1000−1000線に沿った断面図である。
(First embodiment)
First, the structure of the
本発明の半導体レーザ装置100では、図2に示すように、約405nmの発振波長を有する青紫色半導体レーザ素子50の表面上に、約650nmの発振波長を有する赤色半導体レーザ素子70が接合された2波長半導体レーザ素子90が、AuSn半田などからなる導電性接着層31を介して基台(サブマウント)91上に固定されている。なお、青紫色半導体レーザ素子50および赤色半導体レーザ素子70は、それぞれ、本発明の「第1半導体レーザ素子」および「第2半導体レーザ素子」の一例である。
In the
また、図2に示すように、青紫色半導体レーザ素子50は、約100μmの厚みを有するn型GaN基板51の上面上に、Siドープのn型Al0.15Ga0.85Nからなるn型クラッド層52、In組成の高いInGaNからなる量子井戸層とIn組成の低いInGaNからなる障壁層とが交互に積層されたMQW構造を有する活性層53、および、約400nmの厚みを有するMgドープのp型Al0.07Ga0.93Nからなるp型クラッド層54が形成されている。なお、n型GaN基板51およびn型クラッド層52は、本発明の「第1導電型の第1半導体層」であり、p型クラッド層54は、本発明の「第2導電型の第2半導体層」および「窒化物系半導体」の一例である。
In addition, as shown in FIG. 2, the blue-violet
また、図2に示すように、p型クラッド層54は、素子の幅方向(B方向)の略中央部に形成された凸部54aと、凸部54aの両側(B方向)に延びる平坦部54bとを有している。また、p型クラッド層54の凸部54a上には、約10nmの厚みを有するMgドープのp型In0.02Ga0.98Nからなるp側コンタクト層55と、p側コンタクト層55から近い順に、Pt層、Pd層およびPt層の順に積層されたp側オーミック電極56が形成されている。また、p型クラッド層54の凸部54aとp側コンタクト層55とp側オーミック電極56とによって、活性層53に光導波路を構成するためのリッジ60が形成されている。また、リッジ60は、B方向に約1.5μmの幅を有するとともに共振器方向(A方向)に沿って延びるように形成されている。なお、p側コンタクト層55は、本発明の「第2導電型の第2半導体層」の一例である。
As shown in FIG. 2, the p-
また、p型クラッド層54の平坦部54bの一部の上面上とリッジ60の側面上とに、SiO2からなる電流ブロック層57が形成されている。
A
ここで、第1実施形態では、リッジ60を中心としたB2側の電流ブロック層57aは、平坦部54bのB2側の端部までの全ての領域上に形成される一方、B1側の電流ブロック層57bは、リッジ60の側面およびB1側の平坦部54bの一部の領域にのみ形成されている。また、B1側の平坦部54bの電流ブロック層57bが形成されていない領域には、配線用電極61が、平坦部54bの上面上に直接接触するように形成されている。これにより、金属からなる配線用電極61が、電流ブロック層57bを介さずにp型クラッド層54の平坦部54b上に直接接触して形成されているので、配線用電極61とp型クラッド層54とは、密着性が良好な状態となっている。
Here, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、赤色半導体レーザ素子70の後述するp側パッド電極78が、導電性接着層32を介して配線用電極61の上面上に接合されることにより2波長半導体レーザ素子90が構成されている。
Further, in the first embodiment, a p-side pad electrode 78 (to be described later) of the red
また、配線用電極61は、図4に示すように、p側コンタクト層55から近い順に、約10nm以上約50nm以下の厚みを有するTi層61a、約100nm以上約200nm以下の厚みを有するPd層61bおよび約500nmの厚みを有するAu層61cがこの順に積層されて構成されている。これにより、配線用電極61は、p型クラッド層54(平坦部54b)に対してショットキー接触した状態で形成されている。すなわち、配線用電極61(Ti層61a)とp型クラッド層54とが接触する界面にショットキー障壁が存在するので、p型クラッド層54側から配線用電極61に向かって電流が流れにくくなるように構成されている。また、ショットキー接触により、p型クラッド層54と配線用電極61との絶縁が図られている。
Further, as shown in FIG. 4, the
また、配線用電極61は、図3に示すように、青紫色半導体レーザ素子50の赤色半導体レーザ素子70(外形を二点鎖線で示す)が接合される領域の平坦部54b上を共振器方向(A方向)に沿って覆うとともに、A方向の略中央部からB1方向に凸状に突出して延びるワイヤボンド領域61dを有するように形成されている。なお、図3では、便宜的に、赤色半導体レーザ素子70の外形形状を二点鎖線で示すことにより、青紫色半導体レーザ素子50の表面上に形成される配線用電極61やp側パッド電極58などの形状を示している。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、図3に示すように、リッジ60上および電流ブロック層57上の所定の領域を覆うようにAuなどからなるp側パッド電極58が形成されている。また、p側パッド電極58は、リッジ60上を共振器方向(A方向)に沿って延びるとともに、A方向の略中央部からB2方向に凸状に突出して延びるワイヤボンド領域58aを有している。また、図2に示すように、p側パッド電極58上に、赤色半導体レーザ素子70のp側パッド電極78などとの接触を防止するためのSiO2からなる絶縁層62が形成されている。また、絶縁層62は、ワイヤボンド領域58aを除いたp側パッド電極58の表面上を覆うように形成されている。なお、p側パッド電極58は、本発明の「第2電極」の一例であり、p側パッド電極78は、本発明の「第1電極」の一例である。
Also, as shown in FIG. 3, a p-
また、n型GaN基板51の下面上に、n型GaN基板51から近い順に、Al層、Pd層およびAu層の順に積層されたn側電極59が形成されている。
Further, on the lower surface of the n-
また、図2に示すように、赤色半導体レーザ素子70は、約100μmの厚みを有するn型GaAs基板71の下面上に、AlGaInPからなるn型クラッド層72と、GaInPからなる量子井戸層とAlGaInPからなる障壁層とが交互に積層されたMQW構造を有する活性層73と、AlGaInPからなるp型クラッド層74とが形成されている。なお、n型GaAs基板71およびn型クラッド層72は、本発明の「第1導電型の第3半導体層」であり、p型クラッド層74は、本発明の「第2導電型の第4半導体層」の一例である。
As shown in FIG. 2, the red
また、図2に示すように、p型クラッド層74は、素子の略中央部からB1側に寄せられた位置に形成された凸部74aと、凸部74aの両側(B方向)に延びる平坦部74bとを有している。また、p型クラッド層74の凸部74a上には、p側コンタクト層75と、p側コンタクト層75から近い順に、Cr層およびAu層の順に積層されたp側オーミック電極76とが形成されている。このp型クラッド層74の凸部74aとp側コンタクト層75とp側オーミック電極76とによって、活性層73に光導波路を構成するためのリッジ80が形成されている。また、リッジ80は、B方向に約2μmの幅を有するとともに共振器方向(A方向)に沿って延びるように形成されている。なお、p側コンタクト層75は、本発明の「第2導電型の第4半導体層」の一例である。
Further, as shown in FIG. 2, the p-
また、p型クラッド層74の平坦部74bの下面上とリッジ80の側面上とに、SiO2からなる電流ブロック層77が形成されている。また、リッジ80および電流ブロック層77の下面上に、約200nmの厚みを有するPt層と約3μmの厚みを有するAu層とが積層されたp側パッド電極78が形成されている。
A
また、n型GaAs基板71の上面上に、n型GaAs基板71から近い順に、AuGe層、Ni層およびAu層の順に積層されたn側電極79が形成されている。
On the upper surface of the n-
また、図2に示すように、青紫色半導体レーザ素子50は、p側パッド電極58のワイヤボンド領域58aにボンディングされた金属線92を介してリード端子に接続されるとともに、n側電極59がAuSn半田などの導電性接着層31を介して基台91に電気的に固定される。また、赤色半導体レーザ素子70は、配線用電極61のワイヤボンド領域61dにボンディングされた金属線93を介してリード端子に接続されるとともに、n側電極79にボンディングされた金属線94を介して基台91に電気的に固定される。これにより、2波長半導体レーザ素子90は、各半導体レーザ素子のp側パッド電極58および78が、互いに絶縁されたリード端子に接続されるとともに、n側電極59および79が基台91を介して共通の負極側リード端子に接続される状態(カソードコモン)に構成されている。
As shown in FIG. 2, the blue-violet
次に、図2〜図12を参照して、第1実施形態による半導体レーザ装置100の製造プロセスについて説明する。
A manufacturing process for the
第1実施形態による半導体レーザ装置100の製造プロセスでは、まず、図5に示すように、MOCVD法を用いて、n型GaN基板51の上面上に、n型クラッド層52、活性層53およびp型クラッド層54およびp側コンタクト層55を積層して半導体層を形成する。その後、真空蒸着法を用いて、p側コンタクト層55の上面上に、p側オーミック電極56を形成する。
In the manufacturing process of the
その後、図5に示すように、p側オーミック電極56の上面上に、フォトリソグラフィを用いてA方向(紙面に垂直な方向)にストライプ状に延びるレジスト65をパターニングするとともに、そのレジスト65をマスクとしてp側オーミック電極56、p側コンタクト層55およびp型クラッド層54の一部をC1側に向かってドライエッチングすることにより、半導体層にリッジ60を形成する。
After that, as shown in FIG. 5, a resist 65 extending in a stripe shape in the A direction (direction perpendicular to the paper surface) is patterned on the upper surface of the p-
その後、第1実施形態の製造プロセスでは、図6に示すように、エッチングされたp型クラッド層54の平坦部54bのうちの所定の領域上に、フォトリソグラフィを用いてA方向(紙面に垂直な方向)にストライプ状に延びるレジスト66をパターニングする。そして、この状態で、プラズマCVD法などを用いて、p型クラッド層54の表面上に電流ブロック層57を形成する。これにより、リッジ60のB1側に電流ブロック層57aが形成されるとともに、B2側に電流ブロック層57bが形成される。
Thereafter, in the manufacturing process of the first embodiment, as shown in FIG. 6, photolithography is applied to a predetermined region of the
レジスト65を除去した後、図7に示すように、フォトリソグラフィおよび真空蒸着法を用いて、電流ブロック層57の所定の領域上およびリッジ60の上面を連続的に覆うように、p側パッド電極58をパターニングする。これにより、図3に示すような形状のp側パッド電極58が形成される。
After removing the resist 65, as shown in FIG. 7, the p-side pad electrode is continuously covered on a predetermined region of the
その後、図8に示すように、フォトリソグラフィおよび真空蒸着法を用いて、レジスト66が除去されたp型クラッド層54の表面上に配線用電極61をパターニングする。この際、図4に示すように、まず、p型クラッド層54の表面上に約10nm以上約50nm以下の厚みを有するTi層61aを形成した後、約100nm以上約200nm以下の厚みを有するPd層61bと、約500nmの厚みを有するAu層61cとをこの順に積層して配線用電極61を形成する。これにより、配線用電極61は、p型クラッド層54との接触界面にTi層61aを介して形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 8, the
その後、フォトリソグラフィおよびプラズマCVD法などを用いて、p側パッド電極58の所定の領域上を覆うように絶縁層62(図8参照)を形成する。このようにして、n側電極59を除く青紫色半導体レーザ素子50が形成されたウェハが作製される。
Thereafter, the insulating layer 62 (see FIG. 8) is formed so as to cover a predetermined region of the p-
次に、図9に示すように、n型GaAs基板71の上面上に、n型クラッド層72、活性層73、p型クラッド層74、p側コンタクト層75およびp側オーミック電極76を順次形成した後、リッジ80および電流ブロック層77を形成する。その後、真空蒸着法を用いて、リッジ80の両側面および電流ブロック層77の上面を覆うように、p側パッド電極78を形成する。これにより、n側電極79を除く赤色半導体レーザ素子70が形成されたウェハが作製される。
Next, as shown in FIG. 9, an n-
その後、図10に示すように、青紫色半導体レーザ素子50が形成されたウェハと、赤色半導体レーザ素子70が形成されたウェハとを、配線用電極61およびp側パッド電極78を対向させながら導電性接着層32を用いて接合する。これにより、赤色半導体レーザ素子70のp側パッド電極78が配線用電極61側に引き出される。
After that, as shown in FIG. 10, the wafer on which the blue-violet
その後、図11に示すように、n型GaAs基板71が約100μmの厚みを有するようにn型GaAs基板71の上面を研磨した後、真空蒸着法およびフォトリソグラフィを用いて、n型GaAs基板71の上面上にn側電極79を形成する。続いて、n型GaN基板51が約100μmの厚みを有するようにn型GaN基板51の下面を研磨した後、真空蒸着法およびフォトリソグラフィを用いて、n型GaN基板51の下面上の所定の領域にn側電極59を形成する。
Then, as shown in FIG. 11, after polishing the upper surface of the n-
その後、図12における赤色半導体レーザ素子70側に示された分離位置において、GaAs基板71の表面(上面)をダイヤモンドポイントを用いてA方向にスクライブすることにより、素子分割のための分離溝81を形成する。なお、図11は、図12の1100−1100線に沿った断面図である。
Thereafter, at the separation position shown on the red
その後、図12に示す劈開位置においてウェハをB方向に沿ってバー状に劈開することにより、各半導体レーザ素子の共振器面を形成する。なお、配線用電極61とp型クラッド層54との密着性が高いので、劈開の際に、赤色半導体レーザ素子70のウェハが、青紫色半導体レーザ素子50のウェハから剥離することが抑制される。そして、光出射側の共振器面に低反射率の誘電体多層膜を形成するとともに、光反射側の共振器面に高反射率の誘電体多層膜を形成する。その後、図12に示す素子分割位置においてバーを共振器方向(A方向)に沿って素子分割する。この際、青紫色半導体レーザ素子50が形成されたウェハは素子分割位置に沿ってB方向に分割されるとともに、赤色半導体レーザ素子70が形成されたウェハは、配線用電極61に接合されているレーザ素子の部分(図11に示した分離溝81にB方向に挟まれた部分)が残される。このようにして、2波長半導体レーザ素子90(図2参照)のチップが形成される。
After that, the wafer is cleaved in a bar shape along the B direction at the cleavage position shown in FIG. 12, thereby forming the resonator surface of each semiconductor laser element. In addition, since the adhesion between the
その後、セラミック製のコレットを用いて、2波長半導体レーザ素子90の青紫色半導体レーザ素子50側を下にして、導電性接着層31を介して基台91に対して押圧することにより2波長半導体レーザ素子90を基台91に固定する。これにより、n側電極59が基台91を介して負極側リード端子に電気的に接続される。
Thereafter, using a ceramic collet, the two-wavelength
その後、図2に示すように、青紫色半導体レーザ素子50のp側パッド電極58(ワイヤボンド領域58a)とリード端子とを金属線92により接続する。また、赤色半導体レーザ素子70の配線用電極61(ワイヤボンド領域61d)とリード端子とを金属線93により接続する。また、赤色半導体レーザ素子70のn側電極79と基台91とを金属線94により接続する。このようにして、第1実施形態による2波長半導体レーザ素子90を備えた半導体レーザ装置100が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the p-side pad electrode 58 (
第1実施形態では、上記のように、配線用電極61を、青紫色半導体レーザ素子50のp型クラッド層54に対してショットキー接触した状態で形成することによって、青紫色半導体レーザ素子50のp型クラッド層54と配線用電極61とがショットキー障壁により互いに絶縁されるので、赤色半導体レーザ素子70が青紫色半導体レーザ素子50側から剥離するのを抑制しつつ、互いに接合された半導体レーザ素子間を絶縁することができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、p型クラッド層54が窒化物系半導体であるとともに、配線用電極61がTi層61aを含む金属材料からなることによって、窒化物系半導体からなるp型クラッド層54の平坦部54bに対して、配線用電極61を確実にショットキー接触した状態で形成することができる。また、窒化物系半導体からなるp型クラッド層54と配線用電極61を構成するTi層61aとの密着性は、窒化物系半導体からなるp型クラッド層54とSiO2などからなる絶縁膜(電流ブロック層)との密着性よりも大きいので、青紫色半導体レーザ素子50に対する赤色半導体レーザ素子70の剥離を有効に抑制することができる。
In the first embodiment, the p-
(第2実施形態)
図3および図13を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、青紫色半導体レーザ素子150のp側パッド電極158が、p型クラッド層54の表面上に直接接触して形成される場合について説明する。なお、青紫色半導体レーザ素子150は、本発明の「第1半導体レーザ素子」の一例であり、p側パッド電極158は、本発明の「第2電極」の一例である。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 13. In the second embodiment, unlike the first embodiment, a case where the p-
本発明の第2実施形態における半導体レーザ装置200では、図13に示すように、青紫色半導体レーザ素子150の表面上に赤色半導体レーザ素子70が接合された2波長半導体レーザ素子180が、導電性接着層31を介して基台91上に固定されている。
In the
ここで、第2実施形態では、リッジ60のB2側の電流ブロック層57cは、リッジ60の側面およびB2側のp型クラッド層54(平坦部54b)の一部の領域にのみ形成されている。また、B2側の平坦部54bのうちの電流ブロック層57cが形成されていない領域には、p側パッド電極158が、平坦部54bの上面上に直接接触するように形成されている。なお、p側パッド電極158の平面的な形状は、図3に示した上記第1実施形態のp側パッド電極58と同様である。
Here, in the second embodiment, the current blocking layer 57c on the B2 side of the
また、p側パッド電極158は、配線用電極61と同様に、p型クラッド層54から近い順に、約10nm以上約50nm以下の厚みを有するTi層、約100nm以上約200nm以下の厚みを有するPd層および約500nmの厚みを有するAu層がこの順に積層されて構成されている。これにより、p側パッド電極158は、p型クラッド層54に対してショットキー接触した状態で形成されている。すなわち、p側パッド電極158とp型クラッド層54とが接触する界面にショットキー障壁が存在するので、p側パッド電極158は平坦部54bにおいてp型クラッド層54との絶縁性が高められている。なお、リッジ60の部分では、p側パッド電極158は、p側オーミック電極56を介してp側コンタクト層55と接続されているので、この部分におけるp側パッド電極158から半導体層内部に向かって電流を注入することが可能に構成されている。
Similarly to the
なお、第2実施形態における半導体レーザ装置200のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。また、第2実施形態における半導体レーザ装置200の製造プロセスでは、図13に示すように、リッジ60のB2側におけるp型クラッド層54(平坦部54b)のうちの所定の領域にのみ共振器方向に沿って延びる電流ブロック層57cを形成した後、電流ブロック層57cが形成されていない平坦部54bの表面上に直接接触するように、リッジ60の上部からB2方向に延びるp側パッド電極158を形成する。なお、その他の製造プロセスについては、上記第1実施形態と同様である。
In addition, the other structure of the
第2実施形態では、上記のように、青紫色半導体レーザ素子150のp側パッド電極158が、p型クラッド層54のp側オーミック電極56が形成された電流通路部(リッジ60)においてp型クラッド層54側と電気的に接続され、かつ、配線用電極61が形成されていない領域(B2側)のp型クラッド層54の平坦部54bに直接接触して形成されている。したがって、金属からなるp側パッド電極158は、電流通路部において青紫色半導体レーザ素子150と電気的に接続される一方、電流通路部以外の部分においてp型クラッド層54の平坦部54bに直接接触して形成されるので、電流通路部以外の領域において、p型クラッド層54と絶縁膜よりも密着性が良好な金属からなるp側パッド電極158とが直接接触する分、p型クラッド層54とp側パッド電極158との密着性を向上させることができる。これにより、青紫色半導体レーザ素子150においても、p側パッド電極158がp型クラッド層54の表面から剥離するのを抑制することができる。
In the second embodiment, as described above, the p-
また、第2実施形態では、p側パッド電極158がTiを含む金属材料からなることによって、p型クラッド層54のB2側の平坦部54bに対して、p側パッド電極158を確実にショットキー接触した状態で形成することができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, the p-
(第3実施形態)
図14および図15を参照して、第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第2実施形態と異なり、青紫色半導体レーザ素子150に対して、赤色および赤外半導体レーザ素子からなるモノリシック型の2波長半導体レーザ素子350を接合して3波長半導体レーザ素子360を形成する場合について説明する。なお、図14は、図15の3000−3000線に沿った断面図である。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. In the third embodiment, unlike the second embodiment, a monochromatic type two-wavelength
本発明の第3実施形態における半導体レーザ装置300では、図14に示すように、青紫色半導体レーザ素子150の表面上に、赤色半導体レーザ素子370および赤外半導体レーザ素子380からなるモノリシック型の2波長半導体レーザ素子350が接合された3波長半導体レーザ素子360が、導電性接着層31を介して基台91上に固定されている。なお、赤色半導体レーザ素子370、赤外半導体レーザ素子380および2波長半導体レーザ素子350は、本発明の「第2半導体レーザ素子」の一例である。
In the
ここで、第3実施形態では、2波長半導体レーザ素子350は、青紫色半導体レーザ素子150のリッジ60の上方をB方向に跨いだ状態で青紫色半導体レーザ素子150側と接合されている。また、3波長半導体レーザ素子360を平面的に見た場合、図15に示すように、青紫色半導体レーザ素子150のp側パッド電極158は、ワイヤボンド領域158aがp型クラッド層54のA1側の領域に寄せられて形成されている。そして、ワイヤボンド領域158aが形成されていないA2側の領域には、赤外半導体レーザ素子380を接合するための配線用電極63が、p型クラッド層54(平坦部54b)に直接接触するように形成されている。なお、図15では、便宜的に、2波長半導体レーザ素子350の外形形状を二点鎖線で示すことにより、青紫色半導体レーザ素子150の表面上に形成される配線用電極63やp側パッド電極158などの形状を示している。
Here, in the third embodiment, the two-wavelength
また、配線用電極63は、配線用電極61と同様に、p型クラッド層54から近い順に、約10nm以上約50nm以下の厚みを有するTi層、約100nm以上約200nm以下の厚みを有するPd層および約500nmの厚みを有するAu層がこの順に積層されて構成されている。これにより、配線用電極63は、p型クラッド層54(平坦部54b)に対してショットキー接触した状態で形成されている。すなわち、配線用電極63とp型クラッド層54とが接触する界面にショットキー障壁が存在するので、p型クラッド層54側から配線用電極63に向かって電流が流れにくくなるように構成されている。また、ショットキー接触により、p型クラッド層54と配線用電極63との絶縁が図られている。
Similarly to the
また、配線用電極63は、図15に示すように、青紫色半導体レーザ素子150の赤外半導体レーザ素子380(外形を破線で示す)が接合される領域の平坦部54b上を共振器方向(A方向)に沿って覆うとともに、B2方向に凸状に突出して延びるワイヤボンド領域63dを有するように形成されている。
Further, as shown in FIG. 15, the
また、図14に示すように、2波長半導体レーザ素子350を構成する赤外半導体レーザ素子380は、n型GaAs基板71の下面上に、AlGaAsからなるn型クラッド層382と、Al組成の低いAlGaAsからなる量子井戸層とAl組成の高いAlGaAsからなる障壁層とが交互に積層されたMQW構造を有する活性層383と、AlGaAsからなるp型クラッド層384とが形成されている。なお、n型クラッド層382は、本発明の「第1導電型の第3半導体層」であり、p型クラッド層384は、本発明の「第2導電型の第4半導体層」の一例である。
As shown in FIG. 14, the infrared
また、p型クラッド層384は、素子の略中央部からB2側に寄せられた位置に形成された凸部384aと、凸部384aの両側(B方向)に延びる平坦部384bとを有している。また、p型クラッド層384の凸部384a上には、p側コンタクト層385と、p側オーミック電極386とが形成されている。このp型クラッド層384の凸部384aとp側コンタクト層385とp側オーミック電極386とによって、活性層383に光導波路を構成するためのリッジ390が形成されている。また、リッジ390は、B方向に約2μmの幅を有するとともに共振器方向(A方向)に沿って延びるように形成されている。なお、p側コンタクト層385は、本発明の「第2導電型の第4半導体層」の一例である。
The p-
また、p型クラッド層384の平坦部384bの下面上とリッジ390の側面上とに、SiO2からなる電流ブロック層87が形成されている。また、リッジ390および電流ブロック層87の下面上に、p側パッド電極388が形成されている。なお、p側パッド電極388は、本発明の「第1電極」の一例である。
Further, a current blocking layer 87 made of SiO 2 is formed on the lower surface of the
また、2波長半導体レーザ素子350を構成する赤色半導体レーザ素子370は、赤外半導体レーザ素子380と凹部391を隔ててn型GaAs基板71の下面上に形成されている。なお、赤色半導体レーザ素子370は、上記第1実施形態の赤色半導体レーザ素子70と同じ素子構造を有している。
The red
また、図14に示すように、青紫色半導体レーザ素子150は、p側パッド電極158のワイヤボンド領域158aにボンディングされた金属線92を介してリード端子に接続されるとともに、n側電極59が基台91に電気的に固定される。また、赤色半導体レーザ素子370は、ワイヤボンド領域61dにボンディングされた金属線93を介してリード端子に接続されるとともに、n側電極79にワイヤボンディングされた金属線94を介して基台91に電気的に固定される。また、赤外半導体レーザ素子380は、配線用電極63のワイヤボンド領域63dにボンディングされた金属線395を介してリード端子に接続される。これにより、3波長半導体レーザ素子360は、各半導体レーザ素子のp側パッド電極が、互いに絶縁されたリード端子に接続されるとともに、各半導体レーザ素子のn側電極が基台91を介して共通の負極側リード端子に接続される。
As shown in FIG. 14, the blue-violet
なお、第3実施形態における半導体レーザ装置300のその他の構成は、上記第2実施形態と同様である。
In addition, the other structure of the
また、第3実施形態における半導体レーザ装置300の製造プロセスでは、上記第2実施形態と同様の製造プロセスにより、リッジ60の両側にそれぞれ配線用電極61および63が形成された青紫色半導体レーザ素子150のウェハと、2波長半導体レーザ素子350が形成されたウェハとを接合する。この際、図14に示すように、配線用電極61と赤色半導体レーザ素子370のp側パッド電極78とを対向させるとともに、配線用電極63と赤外半導体レーザ素子380のp側パッド電極388とを対向させながら、双方のウェハを接合する。これにより、図15に示すように、赤色半導体レーザ素子370のp側パッド電極78が配線用電極61側に引き出されるとともに、赤外半導体レーザ素子380のp側パッド電極388が配線用電極63側に引き出される。その後、ウェハの劈開および素子分割を行うことにより3波長半導体レーザ素子360のチップを形成する。
Further, in the manufacturing process of the
なお、2波長半導体レーザ素子350のウェハ形成では、まず、n型GaAs基板71の上面上に、赤外半導体レーザ素子380となるn型クラッド層382、活性層383、p型クラッド層384、p側コンタクト層385およびp側オーミック電極386を順次形成する。その後、上記半導体層の一部をエッチングしてn型GaAs基板71の一部を露出させて、その露出した部分の一部に、凹部391となる領域を残して、赤色半導体レーザ素子370となるn型クラッド層72、活性層73、p型クラッド層74、p側コンタクト層75およびp側オーミック電極76を順次形成する。その後、リッジ80および390、電流ブロック層77およびp側パッド電極78および388をそれぞれ形成する。このようにして、n側電極79を除く2波長半導体レーザ素子350のウェハが作製される。なお、その他の製造プロセスについては、上記第1実施形態と同様である。
いて接合する。
In forming the wafer of the two-wavelength
And join.
第3実施形態では、上記のように、2波長半導体レーザ素子350を構成する赤色半導体レーザ素子370が、青紫色半導体レーザ素子150のB1側のp型クラッド層54の表面上に直接接触して形成された配線用電極61の表面上に接合されるとともに、赤外半導体レーザ素子380が、青紫色半導体レーザ素子150のB2側のp型クラッド層54上に直接接触して形成された配線用電極63の表面上に接合されて3波長半導体レーザ素子360が構成されている。これにより、青紫色半導体レーザ素子150と2波長半導体レーザ素子350との絶縁が図られた状態で3波長半導体レーザ素子360を形成することができるので、個々のレーザ素子を電気的に独立させて駆動させることができる。なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第2実施形態と同様である。
In the third embodiment, as described above, the red
(第4実施形態)
図5〜図8および図16〜図19を参照して、第4実施形態について説明する。この第4実施形態では、上記第1実施形態と異なり、配線用電極61が接合される側のp型クラッド層54の表層部に、高抵抗領域54cが形成される場合について説明する。なお、図16は、図17の4000−4000線に沿った断面図である。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8 and FIGS. 16 to 19. In the fourth embodiment, unlike the first embodiment, the case where the
すなわち、第4実施形態では、図16に示すように、青紫色半導体レーザ素子50のB1側のp型クラッド層54(平坦部54b)の表面近傍に、所定の厚みを有する高抵抗領域54cが形成されている。そして、配線用電極61は、高抵抗領域54cを介してp型クラッド層54に接触するように構成されている。これにより、赤色半導体レーザ素子70が接合される配線用電極61と青紫色半導体レーザ素子50との絶縁性がより高められるように構成されている。
That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 16, a
また、図17に示すように、高抵抗領域54cは、平面的に見て、配線用電極61の平面積よりも大きな平面積を有した状態で、配線用電極61の下方を共振器方向(A方向)に沿って短冊状に延びるように形成されている。したがって、赤色半導体レーザ素子70(図16参照)が接合される配線用電極61は、高抵抗領域54cによってp型クラッド層54に対して完全に絶縁されるように構成されている。なお、第4実施形態における半導体レーザ装置400のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
Further, as shown in FIG. 17, the
また、第4実施形態における半導体レーザ装置400の製造プロセスでは、青紫色半導体レーザ素子50のウェハを形成する際、n型GaN基板51の上面上に、n型クラッド層52からp型クラッド層54までを積層した後、電気炉内のN2雰囲気中において、ウェハに対する熱処理を行い、半導体層内のH2を脱離することによりp型化を行う。その際の熱処理温度は、約600℃以上約1000℃以下に設定されるとともに、熱処理時間は、約5分以上約60分以下に設定される。
In the manufacturing process of the
次に、図18に示すように、p型クラッド層54の上面上にフォトリソグラフィを用いてSiO2からなるマスク67をパターニングする。なお、マスク67は、約100nm以上約500nm以下の厚みに形成されるのが好ましい。その後、電気炉内のH2を含む雰囲気中において、ウェハに対する熱処理を行う。この際、熱処理温度は、約300℃以上約1000℃以下に設定されるとともに、熱処理時間は、約5分以上60分以下に設定される。この熱処理により、パターニングされたマスク67から露出するp型クラッド層54内にH2が拡散されて、p型のドーパント(Mg)が不活性化されるので、p型クラッド層54の表層部に高抵抗領域54cが形成される。このとき、マスク67の下部のp型クラッド層54は、SiO2からなるマスクによって覆われているので、内部にH2が拡散されずに高抵抗化されない。なお、p側オーミック電極56(図16参照)を形成する部分以外のp型クラッド層54をSiO2からなるマスクで覆った状態で、上記したN2雰囲気中における熱処理を行ってもよい。この場合、p側オーミック電極56を形成する部分のみのp型クラッド層54がH2脱離されてp型化される。
Next, as shown in FIG. 18, a
第4実施形態では、上記の製造プロセスを用いることにより、p型クラッド層54のみでは、約2Ωcm以上4Ωcm以下の電気抵抗率を有するのに対して、高抵抗領域54cの部分では、約10Ωcm以上1000Ωcm以下の電気抵抗率を有するようにp型クラッド層54の表層部が高抵抗化される。
In the fourth embodiment, by using the manufacturing process described above, the p-
熱処理後、マスク67が除去されたp型クラッド層54の上面上に、p側コンタクト層55およびp側オーミック電極56を形成した後、図19に示すように、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、高抵抗領域54cが形成されていない領域の半導体層にリッジ60を形成する。その後、上記第1実施形態と同様の製造プロセスにより、図8に示す青紫色半導体レーザ素子50のウェハを形成する。
After the heat treatment, a p-
ここで、p型クラッド層54の高抵抗領域54cを、以下に示す方法により形成することも可能である。すなわち、図5〜図7に示した製造プロセスによりp側パッド電極58までを形成した後、図20に示すように、p側パッド電極58をマスクとして、p型クラッド層54に、約100keV以上約200keV以下の注入エネルギ、および、約2×1015cm−2のドーズ量に設定された条件下でホウ素(B)をイオン注入する。これにより、p型クラッド層54の表層部に含まれるp型のドーパント(Mg)が不活性化されるので、p型クラッド層54の上面から約0.1μm以上約0.3μm以下の深さの領域に、約1020cm−3の不純物濃度を有する高抵抗領域54cが形成される。なお、イオン注入される不純物の元素としては、上記ホウ素以外に、C、SiまたはPを用いてもよい。このようにしても、p型クラッド層54(平坦部54b)の表面近傍に、高抵抗領域54cを形成することが可能である。なお、第4実施形態におけるその他の製造プロセスについては、上記第1実施形態と同様である。
Here, the
第4実施形態では、上記のように、配線用電極61が接触する側のp型クラッド層54の表層部に高抵抗領域54cを形成することによって、この高抵抗領域54cにより、青紫色半導体レーザ素子50と配線用電極61とが互いに絶縁されるので、赤色半導体レーザ素子70が青紫色半導体レーザ素子50側から剥離するのを抑制しつつ、互いに接合された半導体レーザ素子間の絶縁性をより高めることができる。なお、第4実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
In the fourth embodiment, as described above, the
(第5実施形態)
図21を参照して、第5実施形態について説明する。この第5実施形態では、上記第2実施形態と異なり、p側パッド電極158が接合されるp型クラッド層54の表層部に、高抵抗領域54cが形成される場合について説明する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, unlike the second embodiment, the case where the
すなわち、上記第4実施形態と同様に、青紫色半導体レーザ素子150のB1側のp型クラッド層54(平坦部54b)の表面近傍に、所定の厚みを有する高抵抗領域54cが形成されている。そして、配線用電極61は、高抵抗領域54cを介してp型クラッド層54に接触するように構成されている。これにより、赤色半導体レーザ素子70が接合される配線用電極61と青紫色半導体レーザ素子150との絶縁性がより高められている。
That is, as in the fourth embodiment, a
なお、第5実施形態における半導体レーザ装置500のその他の構成は、上記第2実施形態と同様であり、第5実施形態における製造プロセスは、上記第4実施形態と同様である。また、第5実施形態の効果についても、上記第2および第4実施形態と同様である。
The remaining structure of the
(第6実施形態)
図22を参照して、第6実施形態について説明する。この第6実施形態では、上記第3実施形態と異なり、配線用電極61および63の各々が接合されるp型クラッド層54の表層部に、高抵抗領域54cがそれぞれ形成される場合について説明する。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment will be described with reference to FIG. In the sixth embodiment, unlike the third embodiment, a case will be described in which
すなわち、第6実施形態では、図22に示すように、青紫色半導体レーザ素子150のB1側およびB2側の両方のp型クラッド層54(平坦部54b)の表面近傍に、所定の厚みを有する高抵抗領域54cが形成されている。そして、配線用電極61および63は、それぞれ、高抵抗領域54cを介してp型クラッド層54に接触するように構成されている。これにより、赤色半導体レーザ素子370が接合される配線用電極61と青紫色半導体レーザ素子150との絶縁性がより高められるとともに、赤外半導体レーザ素子380が接合される配線用電極63と青紫色半導体レーザ素子150との絶縁性がより高められている。
That is, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 22, the blue-violet
なお、第6実施形態における半導体レーザ装置600のその他の構成は、上記第3実施形態と同様であり、第6実施形態における製造プロセスは、上記第4実施形態と同様である。また、第6実施形態の効果についても、上記第3および第4実施形態と同様である。
The remaining configuration of the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第3および第6実施形態では、本発明の「第1半導体レーザ素子」である青紫色半導体レーザ素子上に、本発明の「第2半導体レーザ素子」である赤色・赤外2波長半導体レーザ素子を接合した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第1半導体レーザ素子」として青色半導体レーザ素子および緑色半導体レーザ素子からなる2波長半導体レーザ素子上に、本発明の「第2半導体レーザ素子」である赤色半導体レーザ素子を接合して、RGB3波長半導体レーザ素子を形成してもよい。 For example, in the third and sixth embodiments, the red / infrared two-wavelength that is the “second semiconductor laser element” of the present invention is placed on the blue-violet semiconductor laser element that is the “first semiconductor laser element” of the present invention. Although an example in which a semiconductor laser element is bonded is shown, the present invention is not limited to this. For example, as the “first semiconductor laser element” of the present invention, a red semiconductor laser element which is the “second semiconductor laser element” of the present invention is joined to a two-wavelength semiconductor laser element composed of a blue semiconductor laser element and a green semiconductor laser element. Then, an RGB three-wavelength semiconductor laser element may be formed.
また、上記第1〜第6実施形態では、本発明の「第1半導体レーザ素子」である青紫色半導体レーザ素子のp型クラッド層に直接形成された配線用電極の表面上に、本発明の「第2半導体レーザ素子」である赤色半導体レーザ素子などを接合した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第1半導体レーザ素子」としての赤色半導体レーザ素子のp型クラッド層に直接形成された配線用電極の表面に、本発明の「第2半導体レーザ素子」としての青紫色半導体レーザ素子などを接合してもよい。 In the first to sixth embodiments, the wiring electrode formed directly on the p-type cladding layer of the blue-violet semiconductor laser element, which is the “first semiconductor laser element” of the present invention, is formed on the surface of the present invention. Although an example in which a red semiconductor laser element or the like which is a “second semiconductor laser element” is bonded is shown, the present invention is not limited to this. For example, the blue-violet semiconductor as the “second semiconductor laser element” of the present invention is formed on the surface of the wiring electrode directly formed on the p-type cladding layer of the red semiconductor laser element as the “first semiconductor laser element” of the present invention. A laser element or the like may be bonded.
1 半導体層(第1導電型の第1半導体層)
3 半導体層(第2導電型の第2半導体層)
6 電極層(第2電極)
21 半導体層(第1導電型の第3半導体層)
23 半導体層(第2導電型の第4半導体層)
26 電極層(第1電極)
10 第1半導体レーザ素子
11、61、63 配線用電極
20 第2半導体レーザ素子
50、150 青紫色半導体レーザ素子(第1半導体レーザ素子)
51 n型GaN基板(第1導電型の第1半導体層)
52 n型クラッド層(第1導電型の第1半導体層)
54 p型クラッド層(第2導電型の第2半導体層、窒化物系半導体)
54c 高抵抗領域
55 p側コンタクト層(第2導電型の第2半導体層)
58、158 p側パッド電極(第2電極)
70、370 赤色半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)
71 n型GaAs基板(第1導電型の第3半導体層)
72、382 n型クラッド層(第1導電型の第3半導体層)
74、384 p型クラッド層(第2導電型の第4半導体層)
75、385 p側コンタクト層(第2導電型の第4半導体層)
78、388 p側パッド電極(第1電極)
350 2波長半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)
360 3波長半導体レーザ素子
380 赤外半導体レーザ素子(第2半導体レーザ素子)
1 Semiconductor layer (first conductivity type first semiconductor layer)
3 Semiconductor layer (second conductivity type second semiconductor layer)
6 Electrode layer (second electrode)
21 Semiconductor layer (first conductivity type third semiconductor layer)
23 Semiconductor layer (second conductivity type fourth semiconductor layer)
26 Electrode layer (first electrode)
DESCRIPTION OF
51 n-type GaN substrate (first conductivity type first semiconductor layer)
52 n-type cladding layer (first conductive type first semiconductor layer)
54 p-type cladding layer (second semiconductor layer of second conductivity type, nitride-based semiconductor)
54c high resistance region 55 p-side contact layer (second conductivity type second semiconductor layer)
58, 158 p-side pad electrode (second electrode)
70, 370 Red semiconductor laser element (second semiconductor laser element)
71 n-type GaAs substrate (first conductivity type third semiconductor layer)
72,382 n-type cladding layer (first conductive type third semiconductor layer)
74, 384 p-type cladding layer (second conductivity type fourth semiconductor layer)
75, 385 p-side contact layer (second conductivity type fourth semiconductor layer)
78, 388 p-side pad electrode (first electrode)
350 Two-wavelength semiconductor laser element (second semiconductor laser element)
360 Three-wavelength
Claims (6)
第1導電型または第2導電型の一方の第3半導体層、第2活性層および前記第1導電型または前記第2導電型の他方の第4半導体層の順に積層され、前記第4半導体層側と電気的に接続される第1電極を含む第2半導体レーザ素子と、
前記第1半導体レーザ素子の前記第2半導体層の表面に直接接触して形成される配線用電極とを備え、
前記配線用電極の前記第1半導体レーザ素子とは反対側の表面に、前記第2半導体レーザ素子の前記第1電極側が接合されている、半導体レーザ装置。 A first semiconductor laser element in which a first semiconductor layer of a first conductivity type, a first active layer, and a second semiconductor layer of a second conductivity type are sequentially stacked;
One third semiconductor layer of the first conductivity type or the second conductivity type, a second active layer, and the other fourth semiconductor layer of the first conductivity type or the second conductivity type are stacked in this order, and the fourth semiconductor layer A second semiconductor laser element including a first electrode electrically connected to the side;
A wiring electrode formed in direct contact with the surface of the second semiconductor layer of the first semiconductor laser element,
A semiconductor laser device, wherein the first electrode side of the second semiconductor laser element is bonded to a surface of the wiring electrode opposite to the first semiconductor laser element.
前記第2半導体層は、窒化物系半導体からなり、
前記配線用電極は、少なくともTi、Al、Hf、TaおよびMoのいずれかを含む、請求項2に記載の半導体レーザ装置。 The second conductivity type is p-type,
The second semiconductor layer is made of a nitride-based semiconductor,
The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the wiring electrode includes at least one of Ti, Al, Hf, Ta, and Mo.
前記配線用電極は、前記光導波路の両側における各々の前記第2半導体層の表面に直接接触するように2つ形成されており、
各々の前記配線用電極の前記第1半導体レーザ素子とは反対側の表面に、各々の前記第2半導体レーザ素子の第1電極側が接合されることにより、3波長半導体レーザ素子として構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 An optical waveguide is formed on the surface of the first semiconductor laser element facing the second semiconductor laser element, and one second semiconductor laser element is provided on each side of the optical waveguide. ,
Two wiring electrodes are formed so as to be in direct contact with the surface of each of the second semiconductor layers on both sides of the optical waveguide,
Each of the wiring electrodes is configured as a three-wavelength semiconductor laser element by bonding the first electrode side of each of the second semiconductor laser elements to the surface opposite to the first semiconductor laser element of each wiring electrode. The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009179340A JP2011035130A (en) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Semiconductor laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2009179340A JP2011035130A (en) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Semiconductor laser apparatus |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2011035130A true JP2011035130A (en) | 2011-02-17 |
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ID=43763915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2009179340A Withdrawn JP2011035130A (en) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Semiconductor laser apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2011035130A (en) |
-
2009
- 2009-07-31 JP JP2009179340A patent/JP2011035130A/en not_active Withdrawn
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