CN101022207A - 半导体激光元件、其安装结构、其制造方法及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体激光元件、半导体激光元件的安装结构、半导体激光元件的制造方法以及半导体激光元件的安装方法。在N型GaAs衬底(2)上，形成N型GaAs缓冲层(4)、N型GaInP中间层(6)、N型AlGaInP包层(8)、非掺杂MQW有源层(10)、P型AlGaInP包层(12)、P型AlGaInP包层(14)、P型GaAs盖层(16)。P型包层(14)以及P型盖层(16)在脊部(15)上形成。窄幅部(17)在N型衬底(2)的上部及所述各层中形成，在脊部(15)的侧面、窄幅部(17)的表面、和N型衬底(2)的台阶部(2a)的表面形成SiO₂膜(18)。在脊部(15)和窄幅部(17)的表面形成的SiO₂膜(18)的上面形成P侧电极层(23)。

Description

半导体激光元件、其安装结构、其制造方法及其安装方法

技术领域

本发明涉及半导体激光元件、半导体激光元件的安装结构、半导体激光元件的制造方法以及半导体激光元件的安装方法。

背景技术

目前，作为光盘的读取以及写入用的光源，使用半导体激光元件。图8A以及图8B是表示在用作DVD(数字多用途盘)写入用光源的现有半导体激光元件的截面图。该半导体激光元件是脉冲功率是200mW级的AlGaInP基的红色半导体激光元件。图8A是用一次结晶生长工序制造的气脊型(エァリッジタィプ)，图8B是用二次结晶生长工序制造的再生长埋入型。图9A以及图9B分别表示在子支架(サブマゥント)上安装图8A以及图8B的半导体激光元件100、130的状态的截面图。

图8A的半导体激光元件100，在N-GaAs衬底102上具有N-GaAs缓冲层104、N-GaInP中间层106、N-AlInGaP包层108、非掺杂MQW(多重量子阱)有源层110、P-AlGaInP包层112、P-GaInP蚀刻停止层114、P-AlGaInP包层116、P-GaAs盖层(包含GaInP中间层)118，在宽度方向中央，有在包含GaInP中间层的所述P-GaAs盖层118和P-AlGaInP包层116上形成的脊部128。该脊部128的宽度和高度均约为2μm，在该脊部128的宽度方向两侧，形成宽度约为20μm的沟槽129。在所述脊部128的侧面、所述沟槽129的内侧面、和所述P-GaAs盖层118的表面形成由SiO2构成的电介质膜120，在所述脊部128内进行宽度方向的光学约束。在所述电介质膜120的表面和脊部128的P-GaAs盖层118的表面，形成P侧电极122，在该P侧电极122上形成约3μm厚的P侧镀Au电极124。通过该P侧镀Au电极124，释放由激光振荡而产生的热量，另外，缓和通过焊料熔接在子支架上安装时的应力应变。在所述N型GaAs衬底102的下侧面形成N侧电极126。该半导体激光元件100的宽度为180～250μm，厚度约100μm，谐振器长度约1000μ～2000μm。

图8B的半导体激光元件130，其在脊部158以下的部分和图8A的半导体激光元件100同样形成。即，在N-GaAs衬底132上形成N-GaAs缓冲层134、N-GaInP中间层136、N-AlInGaP包层138、非掺杂MQW有源层140、P-AlGaInP包层142、P-GaInP蚀刻停止层144。在该P-GaInP蚀刻停止层144上的宽度方向中央形成由P-AlGaInP包层145、P-GaAs盖层(包含GaInP中间层)146构成的脊部158。在该脊部158的宽度方向两侧，通过再生长形成N-AlInP阻断层148以及N-GaAs阻断层149。在该N-GaAs阻断层149的表面形成P侧电极150，在该P侧电极150上形成P侧镀Au电极152。另外，在所述N型GaAs衬底132的下侧面形成N侧电极154。该半导体激光元件130，和图8A的半导体激光元件100同样，具有宽度180～250μm、厚度约100μm、谐振器长度约1000μ～2000μm。

所述现有的半导体激光元件100、130，如图9A以及图9B所示，P侧镀Au电极124、152，通过焊料166、176熔接在子支架160、170上的P侧电极162、172上而被安装。在该安装状态下，所述半导体激光元件的有源层110、140的侧面向外部露出。此外，在图9A以及图9B中，164以及174是N侧电极。

另外，目前，作为输出功率为200mW级的AlGaInP基的红色大功率半导体激光器，有一种半导体激光器，其在n-GaAs衬底上具有n-GaAs缓冲层、n-AlGaInP包层、AlGaInP光导层、InGaP/AlGaInP-MQW有源层、AlGaInP光导层、p-AlGaInP包层、p-InGaP蚀刻停止层，在该蚀刻停止层上具有由p-AlGaInP包层、p-InGaP中间层以及p-GaA s接触层形成的脊部(参照特开2005-093726号公报)。该半导体激光元件，具有覆盖脊部的宽度方向的两侧面和在脊部的宽度方向的两侧露出的蚀刻停止层表面的电流阻止层、和覆盖该电流阻止层的表面和接触层30的上面的P侧电极。该半导体激光元件具有宽度200～300μm、厚度约100～110μm、长度约1000μ～1500μm。另外，该半导体激光元件，把P侧电极连接在子支架的电极上而被安装，在该安装状态下，有源层的侧面向外部露出。

但是，所述现有的半导体激光元件存在难于减小尺寸这样的问题。详细地说，当减小所述现有的半导体激光元件的宽度时，由于有源层的宽度减小，有源层对于其他层的接触面积减小，散热性降低，其结果，会引起寿命缩短，或者引起发光波长以及光量不稳定这样的不良情况。此外，由于会引起谐振模式的变化，所以不能减小半导体激光元件的谐振器长方向的长度(纵深方向尺寸)。

发明内容

因此，本发明的课题是提供一种能够防止散热性降低同时实现小型化的半导体激光元件。

为解决所述课题，本发明的半导体激光元件的特征在于，具有：

衬底，

在所述衬底上形成的下部包层，

在所述下部包层上形成的有源层，

在所述有源层上形成的第一上部包层，

覆盖所述第一上部包层、有源层以及下部包层的侧面的电介质膜，

覆盖所述电介质膜、并且电连接所述第一上部包层的电极层。

根据所述结构，通过从所述电极层供给的电流，向所述有源层注入载流子，通过受激发射放大生成激光。在该有源层中伴随激光的生成而产生的热量，向与有源层的厚度方向连接的其他层释放。除此之外，所述有源层的热量从该有源层的侧面通过所述电介质膜和电极层向外部释放。另外，向所述有源层的厚度方向释放的、向第一上部包层以及下部包层传导的热量，从该第一上部包层以及下部包层的侧面，通过所述电介质膜和电极层向外部释放。因此，由于所述有源层的热量以比现有元件更高的效率被释放，所以能够得到和现有元件同等的散热效率的同时，能够把有源层的宽度减小为比现有元件更小。其结果，半导体激光元件能够比现有元件更加小型，从一个晶片可制造的个数比现有元件增多，能够降低制造成本。

此外，所谓有源层的宽度，指半导体激光元件的射出端面中的有源层的长方向的尺寸。

另外，所谓所述第一上部包层、有源层以及下部包层的侧面，指连接半导体激光元件的射出端面、和该射出端面大致成直角的面。换言之，指与半导体激光元件的谐振器长方向平行且所述各层延伸的平面大致成直角的面。

在一个实施方式的半导体激光元件中，所述电极层的厚度，在1μm以上50μm以下。

根据所述实施方式，能够高效地向外部释放所述有源层的热量。而且，因为所述电极层的厚度在1μm以上50μm以下，所以能够充分确保晶片强度，而且即使在电极层上使用Au也几乎不会引起成本上升。

一个实施方式的半导体激光元件，在所述第一上部包层和所述电极层之间，具有含有第二上部包层以及盖层的脊部。

根据所述实施方式，通过所述脊部能够形成波导。

一个实施方式的半导体激光元件，在所述第一上部包层、有源层、下部包层上，形成宽度比所述衬底的下部的宽度小的窄幅部，

所述电介质膜，覆盖所述窄幅部的侧面。

根据所述实施方式，能够有效削减有源层的宽度，实现半导体激光元件的小型化。

在一个实施方式的半导体激光元件中，所述窄幅部在所述衬底的上部形成。

根据所述实施方式，能够实现半导体激光元件的小型化。

在一个实施方式的半导体激光元件中，所述电介质膜覆盖连接所述窄幅部的台阶部的表面，并且覆盖所述衬底的上部和下部之间的台阶部的表面。

根据所述实施方式，能够确实地使所述衬底和电极层之间电绝缘。

在一个实施方式的半导体激光元件中，所述电极层覆盖至少一部分覆盖在所述台阶部表面的所述电介质膜。

根据所述实施方式，通过所述电极层能够把半导体激光元件高效率地以热方式连接到例如子支架上，而且能够对于所述子支架及电极层有效地绝缘所述衬底。

本发明的半导体激光元件的安装结构，具有所述半导体激光元件和具有在内侧面上形成电极的凹部的子支架，

其特征为，在所述子支架的凹部内，插入所述半导体激光元件的形成电极层的部分，该半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极电连接。

根据所述结构，在所述半导体激光元件的有源层中产生的热量，通过所述半导体激光元件的电极层，高效地传递到所述子支架。因此，能够确保散热性，并且能够实现所述半导体激光元件的小型化，进而能够使半导体激光元件的安装结构小型化。

一个实施方式的半导体激光元件的安装结构，具有在所述凹部内设置的、熔接所述半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极的焊料。

根据所述实施方式，在所述半导体激光元件的有源层中产生的热量，通过所述焊料高效地传递到子支架。

在一个实施方式的半导体激光元件的安装结构中，所述子支架的、与所述半导体激光元件的谐振器长方向平行的方向的长度，比所述半导体激光元件的谐振器长度短。

根据所述实施方式，在所述子支架上搭载半导体激光元件的状态下，所述半导体激光元件的射出端面从所述子支架的端面突出。由此，能够降低由于连接所述半导体激光元件和子支架的例如焊料引起的、对于半导体激光元件的射出端面的影响。

本发明的半导体激光元件的制造方法的特征在于，具有：

在晶片上形成下部包层的工序，

在所述下部包层上形成有源层的工序，

在所述有源层上形成第一上部包层的工序，

形成至少到达所述下部包层的沟槽的沟槽形成工序，

在所述沟槽的内侧面上形成电介质膜的电介质膜形成工序，

在所述电介质膜的表面上形成电连接所述第一上部包层的电极层的工序，

沿所述沟槽的底面分割形成所述下部包层、有源层、第一上部包层、电介质膜以及电极层的晶片的工序。

根据所述结构，在晶片上形成下部包层、有源层、第一上部包层，形成至少到达所述下部包层的沟槽。在所述沟槽内形成电介质膜、在该电介质膜的表面形成电极层。该电极层与所述第一上部包层电连接。沿所述沟槽的底面分割形成有所述下部包层、有源层、第一上部包层、电介质膜以及电极层的晶片。由此，制造在所述下部包层、有源层、及第一上部包层的侧面通过电介质膜形成电极层的半导体激光元件。

本发明的半导体激光元件的安装方法的特征在于，具有：

在具有内侧面上形成电极的凹部的子支架的所述凹部内配置焊料的工序，

把所述半导体激光元件形成的所述电极层的部分插入所述子支架的凹部内的工序，

加热所述焊料，使所述半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极熔接的工序。

根据所述结构，在具有内侧面上形成电极的凹部的子支架的所述凹部内，配置焊料，把所述半导体激光元件的形成所述电极层的部分插入该凹部内。加热所述焊料，使所述半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极熔接。这样安装的半导体激光元件，在所述有源层中产生的热量，能够通过所述电极层和焊料高效地传递到子支架。因此，在确保散热性的同时，能够安装小型的半导体激光元件。

如上所述，本发明的半导体激光元件，因为具有覆盖在衬底上形成的下部包层、有源层以及第一上部包层的侧面的电介质膜、和覆盖该电介质膜的电极层，所以在所述有源层中伴随激光的生成产生的热量能够从该有源层的侧面、经由所述电介质膜和电极层向外部释放，另外，能够把在所述有源层的厚度方向上释放、传递到第一上部包层以及下部包层的热，从该第一上部包层以及下部包层的侧面，经由所述电介质膜和电极层向外部释放。因此，因为能够以比现有元件高的效率放出有源层的热量，在得到和现有元件同等的散热效率的同时，能够比现有元件更加减小有源层的宽度，其结果，能够使半导体激光元件比现有元件更加小型化，能够降低制造成本。

通过以下详细的说明和添加的附图能够充分理解本发明。所添加的附图仅用于说明的目的，而不限制本发明。

附图说明

图1是表示第一实施方式的半导体激光元件的截面图；

图2A到2D是表示第一实施方式的半导体激光元件的制造工序的图；

图3E到3H是接续图2D表示半导体激光元件的制造工序的图；

图4是接续图3H表示半导体激光元件的制造工序的图；

图5是表示在子支架上安装半导体激光元件的状态的图；

图6是表示第二实施方式的半导体激光元件的截面图；

图7是表示第三实施方式的半导体激光元件的截面图；

图8A以及8B是表示现有半导体激光元件的截面图；

图9A以及9B是表示在子支架上安装现有半导体激光元件的状态的截面图。

具体实施方式

以下通过图示的实施方式详细说明本发明。

图1是表示本发明第一实施方式的半导体激光元件的截面图。该半导体激光元件1具有200mW级的脉冲输出功率，是由AlGaInP(铝·镓·铟·磷)基半导体形成的、发红色光的半导体激光元件。

该半导体激光元件1，在N型GaAs(镓·砷)衬底2上形成厚度为0.25μm的N型GaAs缓冲层4、厚度为0.25μm的N型GaInP中间层6、厚度为3.0μm的作为下部包层的N型AlGaInP包层8、厚度为0.2μm的非掺杂MQW有源层10、厚度为0.25μm的作为第一上部包层的P型AlGaInP包层12、厚度为1.2μm的作为第二上部包层的P型AlGaInP包层14、厚度为0.5μm的P型GaAs盖层16。此外，虽然未图示，但是在所述P型GaAs盖层16内包含厚度为0.035μm的P型GaInP中间层。另外，虽然未图示，但是在所述P型AlGaInP包层12和P型AlGaInP包层14之间，形成厚度为0.01μm的P型GaInP蚀刻停止层。另外，虽然未图示，但是在所述非掺杂MQW有源层10的上面以及下面，分别形成厚度为0.035μm的非掺杂AlGaInP引导层。所述非掺杂MQW有源层10，是顺序形成厚度为0.005μm的非掺杂GaInP阱层、和厚度为0.006μm的非掺杂AlGaInP阻挡层的多重量子阱结构。

在宽度比所述GaAs衬底2的下部的宽度小的窄幅部17上，形成从所述GaAs衬底2的上部到所述P型GaInP蚀刻停止层的各层。由此，在所述GaAs衬底2的上部和下部之间形成台阶部2a。另外，所述P型AlGaInP包层14和P型GaAs盖层16在宽度比所述窄幅部17小的脊部15上形成。

在所述GaAs衬底2的台阶部的表面、所述窄幅部17的表面、和所述脊部15的侧面，形成作为电介质膜的SiO₂(氧化硅)膜18。在该SiO₂膜18的表面和所述P型GaAs盖层16的表面形成P侧电极层23。该P侧电极层23由连接所述SiO₂膜18的Ti(钛)/Au(金)层、在该Ti/Au层上形成的镀Au层、和在所述P型GaAs盖层16的表面由AuZn(金锌化合物)形成的欧姆电极构成。该P侧电极层23形成为3μm的厚度，虽然未图示，但是在除去从谐振器长方向的两端面朝向内侧7.5μm的范围的区域外形成。此外，所述P侧电极层23的厚度如果在1μm以上50μm以下，则在热释放、强度、成本这些方面有利。在GaAs衬底2的背面形成N侧电极22。

所述半导体激光元件1的尺寸，宽度为40μm，高度为60μm，谐振器长度(垂直于图1的纸面的方向的尺寸)为1260μm。所述窄幅部17形成为25μm的宽度，在该窄幅部17的两侧形成的台阶部形成为7.5μm的宽度。所述脊部15形成为2.0μm的宽度。

参照图2至图4，说明所述半导体激光元件1的制造方法。

首先，如图2A所示，在GaAs衬底2上形成N型GaAs缓冲层4、N型GaInP中间层6、N型AlGaInP包层8。图2A的GaAs衬底2，选出GaAs晶片的一部分描绘。在所述N型AlGaInP包层8上形成未图示的非掺杂AlGaInP引导层，在该引导层上交替形成多层非掺杂GaInP阱层和非掺杂AlGaInP阻挡层而形成MQW有源层10，在该MQW有源层10上形成未图示的非掺杂AlGaInP引导层。在该非掺杂AlGaInP引导层上形成P型AlGaInP包层12、P型GaInP蚀刻停止层13、P型AlGaInP包层14、未图示的P型GaInP中间层、P型GaAs盖层16。

从所述N型GaAs缓冲层4到P型GaAs盖层16的各层通过使用MOCVD(有机金属化学气相生长)法的结晶生长而形成。

接着，如图2B所示，通过光刻法和蚀刻除去P型GaAs盖层16、P型GaInP中间层以及P型AlGaInP包层14的一部分，形成成为波导的脊部15。该脊部15互相相隔30μm而形成。

接着，如图2C所示，在射出端面、和对应于与该射出端面相对的端面的附近部分的有源层上，例如使用锌(Zn)扩散法进行混晶化，形成窗结构。该混晶化的工序也可以在形成脊部15之前进行。

接着，如图2D所示，在脊部15的两侧，保留从该脊部15的中央到两侧为10μm的部分，形成到达GaAs衬底2的上部的沟槽T。该沟槽T形成为宽度10μm，相互间隔30μm。该沟槽T的深度形成为，在P型GaInP蚀刻停止层13、P型AlGaInP包层12、非掺杂AlGaInP引导层、非掺杂MQW有源层10、非掺杂AlGaInP引导层、N型AlGaInP包层8、N型GaInP中间层6以及N型GaAs缓冲层4的合计厚度约4μm之上，加上N型GaAs衬底2的上部的10μm，共计14μm的深度。该沟槽T的形成，使用光刻法和通过化学药液的腐蚀或者干式蚀刻进行。此外，也可以通过切削形成沟槽T。

接着，如图3E所示，在P型GaInP蚀刻停止层13的表面、脊部15的侧面以及上面、沟槽T的整个内侧面上形成厚度为0.2μm的SiO₂膜18。通过在所述脊部15的侧面上设置的SiO₂膜18，由从所述脊部15注入的电流而在有源层中生成的光，由于有源层内的折射率差而在宽度方向被限制。在本实施方式中，电介质膜用SiO₂膜18形成，但是也可以使用例如SiN(氮化硅)膜等其他材料。另外，电介质膜的材料或厚度，可以考虑折射率或者散热性等适当选择。另外，所述电介质膜需要在所述沟槽T内形成均匀的厚度。在本实施方式中，使用P-CVD形成SiO₂膜18。

接着，使用光刻法和蚀刻除去SiO₂膜的脊部15的上侧面的部分，在露出来的脊部15的上侧面形成AuZn膜，进行约400℃的热处理。由此，形成对于P型GaAs盖层16欧姆连接的欧姆电极20。

接着，在所述SiO₂膜18上通过溅射法顺序形成厚度为0.15μm的Ti膜和厚度为0.2μm的Au膜。此后，对于所述Ti以及Au进行腐蚀，除去所述沟槽T的底面的宽度方向中央的部分。该除去Ti以及Au的区域为两条边界线之间的区域，该边界线为分别从所述沟槽T的底面的宽度方向两侧的边缘，即从连接所述窄幅部17的侧面的两侧的边缘、朝向沟槽T的底面的宽度方向中央相距2.5μm的位置处划定的边界线。这样除去了Ti以及Au的宽度方向中央部分，形成图3F所示那样的Ti/Au层19。通过所述Ti，得到对于SiO2膜18高的粘接性。此外，代替所述Ti也可以使用Mo(钼)，另外，代替Au也可以使用Pt(铂)。

接着，如图3G所示，在所述Ti/Au层19上，形成3μm厚的镀Au层21。该镀Au层21，和所述Ti/Au层19同样，在沟槽T的底面的宽度方向中央部分上不形成。即，在所述Ti/Au层19以及沟槽T的底面的中央露出的SiO₂膜18上，施行镀Au后，在沟槽T的底面，通过腐蚀除去所述镀Au的宽度方向中央部分。该除去的区域，和所述Ti/Au层19同样，为两条边界线之间的区域，该边界线为分别从与窄幅部17连接的所述沟槽T的底面的宽度方向两侧的边缘、朝向沟槽T的底面的宽度方向中央相距2.5μm的位置处划定的边界线。另外，在谐振器长方向上，从射出端面以及相对射出端面的端面朝向内侧离开10μm的区域不形成镀Au层21。由此，在切割晶片形成条时，或者切割条形成芯片时，能够防止由于在该切割线或者分割线上存在金属膜产生的精度降低等不良情况。

此外，也可以不形成所述镀Au层21构成半导体激光元件，在该半导体激光元件的芯片接合(ダィボンド)时，可以作为表面电极设置Au电极。但是，在晶片加工时形成厚度比较大的镀Au层21，有利于提高半导体激光元件的散热特性、或者芯片接合时的应力应变的缓和特性。特别是，通过把所述镀Au层21形成为1μm以上的厚度，能够有效提高散热效果，另外，能够有效缓和芯片接合时焊料粘合时的应力。

接着，通过背面研磨方式的切削或者蚀刻除去GaAs衬底2的背面部分，使从GaAs衬底2的背面到P侧电极层23的表面的厚度成为60μm。由于本实施方式的半导体激光元件的芯片宽度为40μm，所以即使做成比现有元件的厚度100μm薄的60μm，在制造工序中途或者半导体激光元件的成品状态下，由于成为稳定的形状，没有问题。此外，在制造工序中途的晶片的状态下，当厚度过小时，因为容易产生发生碎裂等不良情况，所以需要根据制造装置或者制造工序的条件设定最佳的厚度。

接着，在所述N型GaAs衬底的背侧面，使用溅射法蒸镀AuGe(金锗)和Ni(镍)，施加热处理后形成欧姆连接。进而，通过溅射法形成Mo和Au膜。然后，如图3H所示，在与切割线以及分割线相距规定的距离的整个区域上腐蚀除去所述AuGe、Ni、Mo以及Au膜，以在切割条以及分割芯片时不产生精度降低的方式形成N例电极22。

此后，把形成所述各层的晶片从P型侧分割为条状，在所述有源层被混晶化后的部分上形成射出端面和与该射出端面相对的端面。在该射出端面(以下称前端面)和与该射出端面相对的端面(以下称后端面)的附近，通过把所述有源层混晶化，形成所谓的窗部。在所述前端面和后端面上，形成非对称的包覆膜。详细地说，在前端面上形成Al₂O₃(氧化铝)膜，在后端面上形成Al₂O₃(氧化铝)和Si(硅)的多层膜。在所述后端面上，也可以形成Ta₂O₅(氧化钽)和SiO₂多层膜、或TiO₂(氧化钛)和Al₂O₃的多层膜等。由此，所述前端面的反射率成为5％，后端面的反射率成为95％。

在把所述晶片切割为条状时，在切割线的附近存在P侧电极层的Ti/Au层19。如果考虑射出端面的散热性，优选在Ti/Au层19上存在镀Au层，但是在切割时，软的镀Au层在端面上产生滴流(ダレ)等，会产生妨碍激光射出等不良情况。因此，在所述射出端面的附近，优选不设置镀Au层。关于射出端面的散热性，在后述的芯片接合时，通过在射出端面附近的Ti/Au层19的表面上紧密附着焊料，能够实现散热性的提高。

接着，把所述条状的晶片分割为芯片状。详细地说，在沟槽T底面的宽度方向中央、也是P侧电极23相互分离的区域的宽度方向中央，从在该区域上露出的SiO₂膜用金刚石切割器加工划线。然后，从N侧电极22侧通过板将衬底2向上推，沿所述划线割裂衬底2，分割为芯片状。在红色半导体激光的情况下，因为一般使用5～15度切断(オフ)的GaAs衬底2，所以如图4所示，形成相对于衬底2的平面倾斜5～15度的分割面。考虑该分割面的倾斜，需要决定芯片的N侧电极22侧的上推位置。此外，也可以在衬底2的N侧电极22侧加工划线，从衬底2的P侧电极层23侧上推。另外，设置划线的部分或者为进行分割被上推的部分，在P侧电极23侧为SiO₂膜18的表面，而在N侧电极22侧是衬底2的背面。这样，通过在电极22、23、特别是在不存在Mo或Ti等硬的电极材料的部分进行分割，能够得到没有金属材料滴流或者不整齐的良好的分割面。

通过这样的制造工序制造的半导体激光元件1，作为最大宽度的GaAs衬底2的下部的宽度比现有半导体激光元件的宽度显著减小。具体地说，相对于现有半导体激光元件的宽度为200～300μm，本实施方式的半导体激光元件1的最大宽度是40μm。由此，本实施方式的半导体激光元件1能够使从和现有技术相同尺寸的晶片可制造的数目比现有元件大幅度增加，其结果，能够降低半导体激光元件1的成本。而且，本实施方式的半导体激光元件1，通过在有源层10的侧面上具有电介质膜18以及电极层23，能够有效地向外部释放在所述有源层10中产生的热量，因此，可以比现有元件大幅度地减小有源层10的宽度。

图5是表示在子支架上安装所述实施方式的半导体激光元件1的状态的图，如图5所示，子支架24具有插入所述半导体激光元件1的凹部25。所述凹部25的深度为18μm，宽度为35μm。所谓该凹部25的宽度，是与在该凹部25中插入的半导体激光元件1的射出端面的宽度平行的宽度。所述子支架24的纵深方向的尺寸是1610μm，比插入所述凹部25中的半导体激光元件1的谐振器的长度1620μm短10μm。所述子支架24由导热性良好的AlN(氮化铝)形成。在所述子支架24的形成凹部25一侧的表面、和平坦的背面(图5中的下侧的面)形成Ti/Pt/Au膜。所述子支架24表面侧的Ti/Pt/Au膜，是子支架的P侧电极26，该P侧电极26在凹部25的内侧面上延伸。在所述子支架的凹部25的内侧面上均匀蒸镀厚度为3μm的、由Au(70wt％)以及Sn(30wt％)形成的焊料28。在所述凹部25内插入半导体激光元件1的形成P侧电极层23的部分，通过加热所述凹部25内的AuSn焊料28使其熔融，使熔解的AuSn焊料28无间隙地连接在所述半导体激光元件1的P侧电极层23上。

半导体激光元件1向所述子支架24的安装如下进行。即，在把子支架24固定在工作台上的同时，用夹套保持所述半导体激光元件1。接着，把所述子支架24加热到规定温度，熔融凹部25内的AuSn焊料28。然后，控制所述夹套的位置，在所述熔融的焊料28存在于内侧的凹部25内，插入由所述半导体激光元件1的P侧电极层23覆盖的部分。此时，控制半导体激光元件1向凹部25内的插入量，使所述熔融的焊料28与半导体激光元件1的由SiO₂膜覆盖的面连接。由此，能够防止焊料与GaAs衬底等接触发生泄漏电流。另外，控制所述半导体激光元件1向凹部25内的插入量，以使在所述半导体激光元件1中不发生过剩应力。由此，可以防止在承受过剩应力的状态下进行芯片接合而引起的应力应变等。

在所述子支架2 4上搭载的半导体激光元件1，前端面和后端面分别从子支架24的端面突出5μm。这里，在安装工序中，控制AuSn焊料28的加热温度以及加热时间，以使熔融的AuSn焊料覆盖半导体激光元件1的P侧电极层23的表面。即，熔融的AuSn焊料28，从子支架24的凹部25的端部沿半导体激光元件1的P侧电极层23的表面，到该P侧电极层23的前端面侧的边缘和后端面侧的边缘充分浸湿，另外，与所述P侧电极23的表面部分反应。由此，从半导体激光元件1的前端面到后端面，在P侧电极23的表面熔接AuSn焊料28，通过该AuSn焊料28，形成从半导体激光元件1到子支架2的散热路径。其结果，能够把伴随所述半导体激光元件1的激光振荡的热量，从有源层10的侧面，通过SiO₂膜18、P侧电极23以及AuSn焊料28传递到子支架24，得到充分的散热性能。特别是，能够把发热量比其他部分大的射出端面(前端面)附近的热量有效地向子支架24散发。

图6是表示本发明第二实施方式的半导体激光元件的截面图。该半导体激光元件31，对于在脊部激光的宽度方向的光学约束，不是像图1的半导体激光元件1那样由电介质膜18进行，而是通过埋入层进行。该半导体激光元件31，在GaAs衬底32上形成N型GaAs缓冲层34、N型GaInP中间层36、作为下部包层的N型AlGaInP包层38、非掺杂MQW有源层40、作为第一上部包层的P型AlGaInP包层42、作为第二上部包层的P型AlGaInP包层48、和P型GaAs盖层50。所述P型AlGaInP包层48和P型GaAs盖层50在脊部39形成。从所述GaAs衬底32到P型GaAs盖层50，和图1的半导体激光元件1同样形成。在所述脊部的两侧，在所述P型AlGaInP包层42的表面形成的未图示的蚀刻停止层上，通过再生长形成N-AlInP阻挡层44以及N-GaAs阻挡层46。在本实施方式的半导体激光元件31中，与图1的半导体激光元件1同样，形成宽度为20μm的窄幅部37。该窄幅部37，从所述GaAs衬底32的上部，跨越N-GaAs阻挡层46以及P型GaAs盖层50而形成，在所述GaAs衬底32的上部的两侧，形成具有对于GaAs衬底32的下部的台阶的台阶部32a。所述台阶部32a和所述窄幅部37的上端之间的厚度方向的距离，形成为14μm。在所述窄幅部37的侧面和台阶部32a的表面形成作为电介质膜的SiO₂膜58，在所述窄幅部37的侧面形成的该SiO₂膜58的表面、和所述窄幅部37的上面形成P侧电极层52。该P侧电极层52，也与图1的半导体激光元件1的P侧电极层23相同，由连接SiO₂膜58的Ti/Au层、在该Ti/Au层表面形成的镀Au层、和在所述P型GaAs盖层50的表面由AuZn形成的欧姆电极构成。在GaAs衬底32的背面形成N侧电极59。

本实施方式的半导体激光元件31，和图1的半导体激光元件1同样，能够通过在有源层40的侧面形成的SiO₂膜58和P侧电极层52向安装该半导体激光元件31的子支架高效率地进行散热。其结果，所述半导体激光元件31，在确保现有元件的振荡特性和可靠性的同时，能够把包含所述有源层40的窄幅部37做成40μm左右的宽度，能够比现有元件大幅度实现小型化，降低制造成本。

图7是表示本发明第三实施方式的半导体激光元件的截面图。

该半导体激光元件61，最大宽度和图1以及图6的脊部15、39的宽度大体相同，形成为2.0μm的宽度。该半导体激光元件61，在N型GaAs衬底62上，形成N型GaAs缓冲层64、N型GaInP中间层66、作为下部包层的N型AlGaInP包层68、非掺杂AlGaInP引导层70、非掺杂MQW有源层72、非掺杂AlGaInP引导层74、作为第一上部包层的P型AlGaInP包层76、P型InGaP中间层78以及P型GaAs盖层80。所述N型GaAs衬底62的下部的外侧面，通过N侧欧姆电极88与N侧电镀电极86连接。所述P型GaAs盖层80的上侧面，通过P侧欧姆电极82与作为电极层的P侧电镀电极84连接。跨越从所述N型GaAs衬底62的上部到P型GaAs盖层80，侧面由电介质膜85覆盖。该电介质膜85在所述N侧电镀电极86的表面延伸，在和该电介质膜85的N侧电镀电极86相反的一侧，所述P侧电镀电极84延伸。即，从所述N型GaAs衬底62的上部到P型GaAs盖层80之间的各层、与所述P侧电镀电极84由电介质膜85绝缘，并且由电介质膜85绝缘所述P侧电镀电极84和N侧电镀电极86。

本实施方式的半导体激光元件61，通过连接所述有源层72的两侧面的电介质膜85进行由有源层72生成的激光的宽度方向封闭。在该电介质膜85的表面，通过设置充分厚的P侧电镀电极84，通过在该P侧电镀电极84上熔接的焊料，向通过该焊料安装半导体激光元件61的子支架进行高效率的散热。由此，为得到稳定的振荡特性具有充分的散热特性，而且能够使半导体激光元件61的宽度做成2.0μm，比现有元件大幅度减小。其结果能够使半导体激光元件61的制造成本显著降低。

在所述各实施方式中，举例表示出使用AlGaInP基半导体的发红色光的半导体激光元件，但是也可以构成使用其他半导体材料的半导体激光元件。另外，半导体激光元件的输出功率不限于200mW级。

另外，有源层的结构，不限于MQW(多重量子阱)。

以上说明了本发明的实施方式，但是显而易见，对它也可以进行各种变更。这样的变更，不应该认为脱离了本发明的主旨和范围，对于本领域技术人员显而易见的变更被包含在权利要求的范围中。

Claims (12)

1.一种半导体激光元件，其特征在于，具有：

衬底；

在所述衬底上形成的下部包层；

在所述下部包层上形成的有源层；

在所述有源层上形成的第一上部包层；

覆盖所述第一上部包层、有源层以及下部包层的侧面的电介质膜；

覆盖所述电介质膜、并且电连接所述第一上部包层的电极层。

2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，

所述电极层的厚度在1μm以上50μm以下。

3.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，

在所述第一上部包层和所述电极层之间，具有包含第二上部包层以及盖层的脊部。

4.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，

在所述第一上部包层、有源层、下部包层上，形成宽度比所述衬底的下部宽度小的窄幅部，

所述电介质膜覆盖所述窄幅部的侧面。

5.根据权利要求4所述的半导体激光元件，其特征在于，

所述窄幅部在所述衬底的上部形成。

6.根据权利要求5所述的半导体激光元件，其特征在于，

所述电介质膜覆盖连接所述窄幅部的台阶部的表面，并且覆盖所述衬底的上部和下部之间的台阶部的表面。

7.根据权利要求6所述的半导体激光元件，其特征在于，

所述电极层覆盖至少一部分覆盖在所述台阶部表面的电介质膜。

8.一种半导体激光元件的安装结构，其特征在于，

具有根据权利要求1所述的半导体激光元件，和

具有内侧面上形成电极的凹部的子支架，

在所述子支架的凹部内，插入所述半导体激光元件的形成电极层的部分、该半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极电连接。

9.根据权利要求8所述的半导体激光元件的安装结构，其中，

具有在所述凹部内设置的、熔接所述半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极的焊料。

10.根据权利要求8所述的半导体激光元件的安装结构，其中，

所述子支架的与所述半导体激光元件的谐振器长方向平行的方向的长度，比所述半导体激光元件的谐振器长度短。

11.一种半导体激光元件的制造方法，其特征在于，具有：

在晶片上形成下部包层的工序，

在所述下部包层上形成有源层的工序，

在所述有源层上形成第一上部包层的工序，

形成至少到达所述下部包层的沟槽的沟槽形成工序，

在所述沟槽的内侧面形成电介质膜的电介质膜形成工序，

在所述电介质膜的表面形成电连接所述第一上部包层的电极层的工序，

沿所述沟槽的底面分割形成有所述下部包层、有源层、第一上部包层、电介质膜以及电极层的晶片的工序。

12.一种半导体激光元件的安装方法，其特征在于，具有：

在具有内侧面上形成电极的凹部的子支架的所述凹部内配置焊料的工序，

把根据权利要求1所述的半导体激光元件的、形成所述电极层的部分插入所述子支架的凹部内的工序，

加热所述焊料，使所述半导体激光元件的电极层和所述子支架的电极熔接的工序。

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