JP2001156384A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2001156384A JP2001156384A JP33810399A JP33810399A JP2001156384A JP 2001156384 A JP2001156384 A JP 2001156384A JP 33810399 A JP33810399 A JP 33810399A JP 33810399 A JP33810399 A JP 33810399A JP 2001156384 A JP2001156384 A JP 2001156384A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 共振器長の長い半導体レーザでも、組立スト
レスを緩和し、信頼性の高いマウントを可能とする。 【解決手段】 半導体レーザのヒートシンクに融着する
電極面１１０にハニカム構造のＰＨＳ（プレーテッドヒ
ートシンク）電極１１１を設ける。
レスを緩和し、信頼性の高いマウントを可能とする。 【解決手段】 半導体レーザのヒートシンクに融着する
電極面１１０にハニカム構造のＰＨＳ（プレーテッドヒ
ートシンク）電極１１１を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関
し、特にＰＨＳ電極を備えた半導体レーザに関する。
し、特にＰＨＳ電極を備えた半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザのマウント時の機械的、熱
的ストレスを軽減することと、放熱特性の向上のため
に、プレーテッドヒートシンク（Ｐｌａｔｅｄ Ｈｅａ
ｔ Ｓｉｎｋ（以下、ＰＨＳと称す）電極を半導体レー
ザのマウント側電極に形成する技術は古くから知られて
いる。例えば、特開昭５７−２７０９０号公報、特開昭
５７−２７０９２号公報、特開昭５９−１６５４７４号
公報、特開昭５７−１９９２８６号公報、特開平６−１
５２０７４号公報等には、ＰＨＳ電極として、高熱伝導
性の金属である金や銀のメッキ層を厚膜電極として形成
することが開示されている。
的ストレスを軽減することと、放熱特性の向上のため
に、プレーテッドヒートシンク（Ｐｌａｔｅｄ Ｈｅａ
ｔ Ｓｉｎｋ（以下、ＰＨＳと称す）電極を半導体レー
ザのマウント側電極に形成する技術は古くから知られて
いる。例えば、特開昭５７−２７０９０号公報、特開昭
５７−２７０９２号公報、特開昭５９−１６５４７４号
公報、特開昭５７−１９９２８６号公報、特開平６−１
５２０７４号公報等には、ＰＨＳ電極として、高熱伝導
性の金属である金や銀のメッキ層を厚膜電極として形成
することが開示されている。
【０００３】最近では、半導体レーザの活性層に歪多重
量子井戸構造を用いることで半導体レーザの特性は飛躍
的に向上している。薄い量子井戸層でも大きな利得が得
られるため、量子井戸層への閉じこめ係数を小さくする
ことで量子井戸層でのロスを低減しつつ高利得を保ち低
閾値、高効率の半導体レーザが実現できるようになって
きている。
量子井戸構造を用いることで半導体レーザの特性は飛躍
的に向上している。薄い量子井戸層でも大きな利得が得
られるため、量子井戸層への閉じこめ係数を小さくする
ことで量子井戸層でのロスを低減しつつ高利得を保ち低
閾値、高効率の半導体レーザが実現できるようになって
きている。
【０００４】実動作においては電流注入によって発生し
た熱を活性層から逃がすために、熱伝導率の良いＰＨＳ
電極とする必要がある。熱的には半導体レーザの活性層
に近い電極側をヒートシンクに融着することが好ましい
ことはいうまでもない。
た熱を活性層から逃がすために、熱伝導率の良いＰＨＳ
電極とする必要がある。熱的には半導体レーザの活性層
に近い電極側をヒートシンクに融着することが好ましい
ことはいうまでもない。
【０００５】このとき半導体レーザには大きな熱的なス
トレスがかかる。この組立時のストレスは半導体基板
（ＩｎＰ、ＧａＡｓ等）、ヒートシンク（ダイヤモン
ド、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ等）、融着剤（ＳｎやＰｂの合
金）、電極金属（Ａｕ等）の熱膨張係数の差によって発
生する。特に融着剤と半導体基板との熱膨張係数の違い
は４〜５倍に及ぶので、ＰＨＳ電極の形成は有効であ
る。
トレスがかかる。この組立時のストレスは半導体基板
（ＩｎＰ、ＧａＡｓ等）、ヒートシンク（ダイヤモン
ド、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ等）、融着剤（ＳｎやＰｂの合
金）、電極金属（Ａｕ等）の熱膨張係数の差によって発
生する。特に融着剤と半導体基板との熱膨張係数の違い
は４〜５倍に及ぶので、ＰＨＳ電極の形成は有効であ
る。
【０００６】また、エルビウムがドープされたファイバ
アンプ（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅ
ｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の励起光源に用いられる１．
４８μｍの発振波長の高出力光源や、光ファイバの破断
点検知に用いられる破断点検出器（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉ
ｃａｌ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍ
ｅｔｏｒ）の光源である１．３１μｍ、１．５５μｍや
１．６５μｍの発振波長を有する高出力半導体レーザ光
源では量子井戸活性層を用いたことでロスを小さくでき
る為、より長い共振器を用いることが可能になってきて
いる。
アンプ（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅ
ｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の励起光源に用いられる１．
４８μｍの発振波長の高出力光源や、光ファイバの破断
点検知に用いられる破断点検出器（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉ
ｃａｌ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍ
ｅｔｏｒ）の光源である１．３１μｍ、１．５５μｍや
１．６５μｍの発振波長を有する高出力半導体レーザ光
源では量子井戸活性層を用いたことでロスを小さくでき
る為、より長い共振器を用いることが可能になってきて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザの共振器長が９００μｍを越える程長い場合は熱
膨張係数の差の与える影響が無視できないほどになって
くる。最悪の場合は組み立てただけで半導体レーザチッ
プにクラックが入ってしまうという不具合があった。融
着剤と半導体基板の中間の熱膨張係数を有する金メッキ
のＰＨＳを備えることで組立のストレスはある程度低減
できるものの十分ではないため、融着後に徐冷の時間が
必要で十分な組立スループットを確保できなかった。
レーザの共振器長が９００μｍを越える程長い場合は熱
膨張係数の差の与える影響が無視できないほどになって
くる。最悪の場合は組み立てただけで半導体レーザチッ
プにクラックが入ってしまうという不具合があった。融
着剤と半導体基板の中間の熱膨張係数を有する金メッキ
のＰＨＳを備えることで組立のストレスはある程度低減
できるものの十分ではないため、融着後に徐冷の時間が
必要で十分な組立スループットを確保できなかった。
【０００８】また、半導体レーザ内部に回折格子を備え
る分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ レーザ）や分布反射型レーザ（Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ レー
ザ）では組立時のストレスの為、単一縦モードの安定性
が崩れることなどから、熱的には不利な活性層に遠い電
極側をヒートシンクに融着することを余儀なくされてい
る。このような組立方法をもってしても従来のＰＨＳ電
極を単に採用しただけでは組立時に起因する縦単一軸モ
ードの変化を完全に抑制することは困難であった。
る分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ レーザ）や分布反射型レーザ（Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ レー
ザ）では組立時のストレスの為、単一縦モードの安定性
が崩れることなどから、熱的には不利な活性層に遠い電
極側をヒートシンクに融着することを余儀なくされてい
る。このような組立方法をもってしても従来のＰＨＳ電
極を単に採用しただけでは組立時に起因する縦単一軸モ
ードの変化を完全に抑制することは困難であった。
【０００９】また、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓ
ａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）用の赤色半導体レーザにおいて
も、組立時のストレスのため、駆動電流が変動したり、
信頼性に影響を与えることがあるため組立条件の最適化
が必要であり、十分な組立スループットを確保できなか
った。
ａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）用の赤色半導体レーザにおいて
も、組立時のストレスのため、駆動電流が変動したり、
信頼性に影響を与えることがあるため組立条件の最適化
が必要であり、十分な組立スループットを確保できなか
った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヒート
シンクに融着する電極面にＰＨＳ（プレーテッドヒート
シンク）電極を有する半導体レーザにおいて、前記ＰＨ
Ｓ電極がメッシュ構造を有していることを特徴とする半
導体レーザが得られる。
シンクに融着する電極面にＰＨＳ（プレーテッドヒート
シンク）電極を有する半導体レーザにおいて、前記ＰＨ
Ｓ電極がメッシュ構造を有していることを特徴とする半
導体レーザが得られる。
【００１１】また、前記メッシュ構造の開口部を囲む枠
が互いに直交しないパターンであることを特徴とする。
が互いに直交しないパターンであることを特徴とする。
【００１２】もしくは、前記メッシュ構造がハニカム構
造であることを特徴とし、前記ハニカム構造は、厚さが
２〜５μｍ、内側の正六角形の対角線の長さが５〜２０
μｍ、幅が５〜１０μｍであることを特徴とする。
造であることを特徴とし、前記ハニカム構造は、厚さが
２〜５μｍ、内側の正六角形の対角線の長さが５〜２０
μｍ、幅が５〜１０μｍであることを特徴とする。
【００１３】さらに、前記半導体レーザの活性層に歪多
重量子井戸構造を用いていることを特徴とする。
重量子井戸構造を用いていることを特徴とする。
【００１４】さらにまた、前記ＰＨＳ電極における開口
率は９％〜６０％であることを特徴とする。
率は９％〜６０％であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明の第一の実施の形態による半
導体レーザを模的に示す斜視図である。第一導電型半導
体基板１０１上に、第一導電型クラッド層、歪多重量子
井戸からなる活性層、第二伝導型クラッド層からなる導
波路層４０１を有し、その導波路以外の部分が第二導電
型ブロック層１０５、第一導電型ブロック層１０６で埋
め込まれ、更に全体が第二導電型クラッド層１０７、第
二伝導型キャップ層１０８で埋め込まれ、両側に電極１
０９、１１０を備える半導体レーザにおいて、活性層に
近い電極面にハニカム構造を有するＰＨＳ電極１１１を
備えている。このハニカム構造は、厚さが２〜５μｍ、
内側の正六角形の対角線の長さが５〜２０μｍ、幅が５
〜１０μｍである。その場合のＰＨＳ電極の開口率（開
口部の面積／ＰＨＳ電極全体の面積）は９％〜６０％に
なる。この開口率がこの範囲を超えて大きすぎると放熱
特性が劣化し、小さすぎるとストレス緩和効果が期待で
きないので、上記範囲に選ぶことが望ましい。
導体レーザを模的に示す斜視図である。第一導電型半導
体基板１０１上に、第一導電型クラッド層、歪多重量子
井戸からなる活性層、第二伝導型クラッド層からなる導
波路層４０１を有し、その導波路以外の部分が第二導電
型ブロック層１０５、第一導電型ブロック層１０６で埋
め込まれ、更に全体が第二導電型クラッド層１０７、第
二伝導型キャップ層１０８で埋め込まれ、両側に電極１
０９、１１０を備える半導体レーザにおいて、活性層に
近い電極面にハニカム構造を有するＰＨＳ電極１１１を
備えている。このハニカム構造は、厚さが２〜５μｍ、
内側の正六角形の対角線の長さが５〜２０μｍ、幅が５
〜１０μｍである。その場合のＰＨＳ電極の開口率（開
口部の面積／ＰＨＳ電極全体の面積）は９％〜６０％に
なる。この開口率がこの範囲を超えて大きすぎると放熱
特性が劣化し、小さすぎるとストレス緩和効果が期待で
きないので、上記範囲に選ぶことが望ましい。
【００１７】また、本発明のＰＨＳ電極は、半導体レー
ザの共振器長が大きい場合に特に有効であり、例えば９
００μｍ以上の場合などではストレスの原因となるソル
ダとの接触面積が増大し基板だけではそのストレスを吸
収しきれなくなるので、共振器長が９００μｍ以上の半
導体レーザへ本発明を適用するとその効果が顕著である
と言える。
ザの共振器長が大きい場合に特に有効であり、例えば９
００μｍ以上の場合などではストレスの原因となるソル
ダとの接触面積が増大し基板だけではそのストレスを吸
収しきれなくなるので、共振器長が９００μｍ以上の半
導体レーザへ本発明を適用するとその効果が顕著である
と言える。
【００１８】次に図２および図３を参照して具体的に説
明する。図２（ａ）に示すように、（１００）面を主面
とするｎ−ＩｎＰ基板１０１上に＜０１１＞方向に延在
する一対のＳｉＯ2 膜によるストライプマスク２１を形
成する。このときＳｉＯ2 マスクの幅は５μｍ程度で一
対のＳｉＯ2 マスクの間の開口部の幅は３μｍ程度であ
る。
明する。図２（ａ）に示すように、（１００）面を主面
とするｎ−ＩｎＰ基板１０１上に＜０１１＞方向に延在
する一対のＳｉＯ2 膜によるストライプマスク２１を形
成する。このときＳｉＯ2 マスクの幅は５μｍ程度で一
対のＳｉＯ2 マスクの間の開口部の幅は３μｍ程度であ
る。
【００１９】次に図２（ｂ）に示すように、有機金属気
相成長法によりｎ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18
ｃｍ-3：厚さ２００ｎｍ）１０２、及び多重量子井戸か
らなる活性層１０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度７ｘ
１０17ｃｍ-3：厚さ１５０ｎｍ）１０４で構成される光
導波路層４０１を選択成長する。
相成長法によりｎ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18
ｃｍ-3：厚さ２００ｎｍ）１０２、及び多重量子井戸か
らなる活性層１０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度７ｘ
１０17ｃｍ-3：厚さ１５０ｎｍ）１０４で構成される光
導波路層４０１を選択成長する。
【００２０】活性層１０３は図３に示すようにｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃ
ｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ）層（波長組成１．１３μｍ、濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3、厚さ３３ｎｍ）１、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰバリア
層（波長組成１．２μｍ、厚さ７ｎｍ）２、ｕｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪量子井戸層（波長組成１．４７μｍ、歪量
１％、厚さ４ｎｍ）３、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ
層（波長組成１．１３μｍ、厚さ３３ｎｍ）４からなり
歪量子井戸層の層数は３とする。この様な多重量子井戸
構造を採用することで波長１．４８μｍでレーザ発振す
る。言うまでもないが、上記の「ｕｎ−」はアンドープ
のことである。
ＧａＡｓＰ光閉じ込め（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃ
ｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ）層（波長組成１．１３μｍ、濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3、厚さ３３ｎｍ）１、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰバリア
層（波長組成１．２μｍ、厚さ７ｎｍ）２、ｕｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪量子井戸層（波長組成１．４７μｍ、歪量
１％、厚さ４ｎｍ）３、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ
層（波長組成１．１３μｍ、厚さ３３ｎｍ）４からなり
歪量子井戸層の層数は３とする。この様な多重量子井戸
構造を採用することで波長１．４８μｍでレーザ発振す
る。言うまでもないが、上記の「ｕｎ−」はアンドープ
のことである。
【００２１】次に図２（ｃ）に示すように、活性層を含
む導波路層の直上にのみＳｉＯ２マスク２１を形成した
あと、図２（ｄ）に示すように有機金属気相成長法によ
りｐ−ＩｎＰブロック層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3：厚さ
６００ｎｍ）１０５、ｎ−ＩｎＰブロック層（濃度１ｘ
１０18ｃｍ-3：厚さ６００ｎｍ）１０６を形成し、図２
（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2 マスク２１を除去し、全
体をｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18ｃｍ-3：厚
さ３μｍ）１０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層（濃度
５ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ０．２μｍ）１０８で埋め込
み、ｎ側およびｐ側に電極１０９および１１０をそれぞ
れ形成する。
む導波路層の直上にのみＳｉＯ２マスク２１を形成した
あと、図２（ｄ）に示すように有機金属気相成長法によ
りｐ−ＩｎＰブロック層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3：厚さ
６００ｎｍ）１０５、ｎ−ＩｎＰブロック層（濃度１ｘ
１０18ｃｍ-3：厚さ６００ｎｍ）１０６を形成し、図２
（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2 マスク２１を除去し、全
体をｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18ｃｍ-3：厚
さ３μｍ）１０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層（濃度
５ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ０．２μｍ）１０８で埋め込
み、ｎ側およびｐ側に電極１０９および１１０をそれぞ
れ形成する。
【００２２】更にフォトリソグラフィによりｐ側電極上
にハニカム構造を有するＰＨＳ電極を金メッキで形成す
る。すなわち、フォトレジストでハニカムパターンにｐ
側電極１０９を露出させ、露出部のみに選択電気メッキ
を施すものである。このときハニカム構造を形成する金
メッキの内側の正六角形の対角線の長さは２０μｍ、幅
５μｍ、厚さ３μｍである。劈開及びペレッタイズ用に
半導体レーザチップの周辺から２５μｍの幅領域には金
メッキを施さないことが望ましい。
にハニカム構造を有するＰＨＳ電極を金メッキで形成す
る。すなわち、フォトレジストでハニカムパターンにｐ
側電極１０９を露出させ、露出部のみに選択電気メッキ
を施すものである。このときハニカム構造を形成する金
メッキの内側の正六角形の対角線の長さは２０μｍ、幅
５μｍ、厚さ３μｍである。劈開及びペレッタイズ用に
半導体レーザチップの周辺から２５μｍの幅領域には金
メッキを施さないことが望ましい。
【００２３】共振器長が１５００μｍになる寸法で劈開
し、図示していないが、ＳｉＮの無反射膜（反射率２
％）、ＳｉＯ2 とアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）の多層
膜からなる高反射膜（反射率９５％）を両端面に形成し
て半導体レーザとする。
し、図示していないが、ＳｉＮの無反射膜（反射率２
％）、ＳｉＯ2 とアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）の多層
膜からなる高反射膜（反射率９５％）を両端面に形成し
て半導体レーザとする。
【００２４】図４に比較例としての従来形式のＰＨＳ電
極を備えた半導体レーザ４００の斜視図を示す。ＰＨＳ
電極の構成を除いて、半導体レーザの寸法や内部構成お
よび作製の方法は本実施形態例と同じである。ｐ側電極
の上に形成されている金メッキによるＰＨＳ電極は幅２
５０μｍ、長さ１４５０μｍ、厚さ３μｍのベタ電極層
である。同図では、半導体レーザの内部構造の図示を省
略している。
極を備えた半導体レーザ４００の斜視図を示す。ＰＨＳ
電極の構成を除いて、半導体レーザの寸法や内部構成お
よび作製の方法は本実施形態例と同じである。ｐ側電極
の上に形成されている金メッキによるＰＨＳ電極は幅２
５０μｍ、長さ１４５０μｍ、厚さ３μｍのベタ電極層
である。同図では、半導体レーザの内部構造の図示を省
略している。
【００２５】図４に示す比較例では、ヒートシンクにマ
ウントしただけで単一軸モード性が悪化したり、光出力
−駆動電流（Ｌ−Ｉ）特性曲線にキンクが発生するとい
う不良が１０〜１５％存在したが、本発明を用いること
で組み立て起因の特性変化による不良発生率は２％以下
に低減することができた。
ウントしただけで単一軸モード性が悪化したり、光出力
−駆動電流（Ｌ−Ｉ）特性曲線にキンクが発生するとい
う不良が１０〜１５％存在したが、本発明を用いること
で組み立て起因の特性変化による不良発生率は２％以下
に低減することができた。
【００２６】次に、本発明の実施の形態の動作について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００２７】ダイヤモンド等のヒートシンクへの半導体
レーザ素子の融着時、本発明のハニカム構造を有するＰ
ＨＳ電極では融着剤と半導体基板の熱膨張係数の中間の
熱膨張係数を有する金を用いていることでそのストレス
を緩和するのみならず、ハニカム構造自体が引っ張りや
圧縮のストレスを吸収するため、素子へのストレスの影
響を小さくすることができる。
レーザ素子の融着時、本発明のハニカム構造を有するＰ
ＨＳ電極では融着剤と半導体基板の熱膨張係数の中間の
熱膨張係数を有する金を用いていることでそのストレス
を緩和するのみならず、ハニカム構造自体が引っ張りや
圧縮のストレスを吸収するため、素子へのストレスの影
響を小さくすることができる。
【００２８】図５に示すように熱膨張係数の違いにより
融着後の冷却時にハニカム状の金メッキに加わる共振器
方向の圧縮の応力は３方向から１２０度で交わる点で分
散され、共振器に垂直方向に加わる圧縮の応力をうち消
す方向に働く。そのため、半導体レーザ素子自身には大
きな応力を与えないですむ。
融着後の冷却時にハニカム状の金メッキに加わる共振器
方向の圧縮の応力は３方向から１２０度で交わる点で分
散され、共振器に垂直方向に加わる圧縮の応力をうち消
す方向に働く。そのため、半導体レーザ素子自身には大
きな応力を与えないですむ。
【００２９】ＡｕＳｎのソルダを融着剤として用いた場
合には、金の合金化が進行するが厚さ２μｍ以上のＰＨ
Ｓ電極の厚みがあれば金の融点は１０６４℃であり通常
の融着時は溶融していないためハニカム構造でストレス
を吸収することができる。熱的には溶融したソルダがハ
ニカム構造の中に入り込むため十分な熱伝導度を確保す
ることができる。
合には、金の合金化が進行するが厚さ２μｍ以上のＰＨ
Ｓ電極の厚みがあれば金の融点は１０６４℃であり通常
の融着時は溶融していないためハニカム構造でストレス
を吸収することができる。熱的には溶融したソルダがハ
ニカム構造の中に入り込むため十分な熱伝導度を確保す
ることができる。
【００３０】次に第二の実施の形態について説明する。
図６は第二の実施形態例を説明するための半導体レーザ
を模式的に示す斜視図である。この例では導波路内部に
回折格子５１を有しており、ハニカム構造を有したＰＨ
Ｓ電極が基板側の電極１０９上に形成されていることに
特徴がある。
図６は第二の実施形態例を説明するための半導体レーザ
を模式的に示す斜視図である。この例では導波路内部に
回折格子５１を有しており、ハニカム構造を有したＰＨ
Ｓ電極が基板側の電極１０９上に形成されていることに
特徴がある。
【００３１】以下に図６を参照して１．３μｍ帯のλ／
４シフト分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｏｒ）についての具体例を説
明する。
４シフト分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｏｒ）についての具体例を説
明する。
【００３２】光導波路層４０１はｎ−ＩｎＧａＡｓＰガ
イド層（波長組成１．１３μｍ、厚さ６０ｎｍ）、ｎ−
ＩｎＰスペーサ層（濃度１ｘ１０18ｃｍ-3、厚さ２０ｎ
ｍ）、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層（波長組成１．１
３μｍ、濃度１ｘ１０18ｃｍ -3、厚さ３３ｎｍ）、ｕｎ
−ＩｎＧａＡｓＰバリア層（波長組成１．１３μｍ、厚
さ７ｎｍ）、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層（波長
組成１．２７μｍ、歪量１％、厚さ５ｎｍ）、ｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層（波長組成１．１３μｍ、厚さ
３３ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3、厚１５０ｎｍ）からなり活性層の歪量子井戸層の
層数は７とする。
イド層（波長組成１．１３μｍ、厚さ６０ｎｍ）、ｎ−
ＩｎＰスペーサ層（濃度１ｘ１０18ｃｍ-3、厚さ２０ｎ
ｍ）、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層（波長組成１．１
３μｍ、濃度１ｘ１０18ｃｍ -3、厚さ３３ｎｍ）、ｕｎ
−ＩｎＧａＡｓＰバリア層（波長組成１．１３μｍ、厚
さ７ｎｍ）、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層（波長
組成１．２７μｍ、歪量１％、厚さ５ｎｍ）、ｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層（波長組成１．１３μｍ、厚さ
３３ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3、厚１５０ｎｍ）からなり活性層の歪量子井戸層の
層数は７とする。
【００３３】この光導波路層には高さ２５ｎｍ、ピッチ
２０２．７ｎｍのλ／４シフト回折格子５１が作り込ま
れている。この様な多重量子井戸構造を取ることで波長
１．３１μｍで単一軸モードレーザ発振する。更にｐ−
ＩｎＰブロック層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3：厚さ６００
ｎｍ）１０５、ｕｎ−ＩｎＰからなる電流ブロック層
（厚さ２００ｎｍ）１１２、ｎ−ＩｎＰブロック層（濃
度１ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ６００ｎｍ）１０６を形成
し、全体をｐ−ＩｎＰクラッド層 （濃度１ｘ１０ 18ｃ
ｍ-3：厚さ２μｍ）１０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ
層（濃度５ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ０．２μｍ）１０８で
埋め込み、ｎ側およびｐ側に電極１０９および１１０を
それぞれ形成する。
２０２．７ｎｍのλ／４シフト回折格子５１が作り込ま
れている。この様な多重量子井戸構造を取ることで波長
１．３１μｍで単一軸モードレーザ発振する。更にｐ−
ＩｎＰブロック層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3：厚さ６００
ｎｍ）１０５、ｕｎ−ＩｎＰからなる電流ブロック層
（厚さ２００ｎｍ）１１２、ｎ−ＩｎＰブロック層（濃
度１ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ６００ｎｍ）１０６を形成
し、全体をｐ−ＩｎＰクラッド層 （濃度１ｘ１０ 18ｃ
ｍ-3：厚さ２μｍ）１０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ
層（濃度５ｘ１０18ｃｍ-3：厚さ０．２μｍ）１０８で
埋め込み、ｎ側およびｐ側に電極１０９および１１０を
それぞれ形成する。
【００３４】更にフォトリソグラフィによりｎ側電極上
にハニカム構造を有するＰＨＳ１１１を金メッキで形成
する。このときハニカム構造を形成する金メッキの内側
の正六角形の対角線の長さは１０μｍ、幅３μｍ、厚さ
２μｍである。
にハニカム構造を有するＰＨＳ１１１を金メッキで形成
する。このときハニカム構造を形成する金メッキの内側
の正六角形の対角線の長さは１０μｍ、幅３μｍ、厚さ
２μｍである。
【００３５】本例による半導体レーザの作製方法は、ま
ず半導体基板上に干渉露光法もしくは電子ビーム描画法
を用いてλ／４シフト回折格子５１を形成する。回折格
子の形成は基板全体に行っても良いし、活性層を含む導
波路層の直下にのみ形成しても良い。
ず半導体基板上に干渉露光法もしくは電子ビーム描画法
を用いてλ／４シフト回折格子５１を形成する。回折格
子の形成は基板全体に行っても良いし、活性層を含む導
波路層の直下にのみ形成しても良い。
【００３６】これ以降の作製方法は第一の実施形態例と
ほぼ同じである。回折格子のλ／４シフト位置が素子の
中央に来るように共振器長４５０μｍに劈開し両端面に
反射率１％以下の無反射（ＡＲ）コートを施す。この第
二の実施形態例の場合は基板側（ｎ側）をＡｌＮのヒー
トシンクにＡｕＳｎソルダを融着剤として用いてマウン
トする。
ほぼ同じである。回折格子のλ／４シフト位置が素子の
中央に来るように共振器長４５０μｍに劈開し両端面に
反射率１％以下の無反射（ＡＲ）コートを施す。この第
二の実施形態例の場合は基板側（ｎ側）をＡｌＮのヒー
トシンクにＡｕＳｎソルダを融着剤として用いてマウン
トする。
【００３７】次に第三の実施例について説明する。図７
は第三の実施例を説明するための斜めから見た赤色ＬＤ
の模式図である。この第三の実施例の特徴は金メッキで
はなく蒸着で全面に形成した厚めの金層をウェットエッ
チングによってハニカム構造にしたことである。
は第三の実施例を説明するための斜めから見た赤色ＬＤ
の模式図である。この第三の実施例の特徴は金メッキで
はなく蒸着で全面に形成した厚めの金層をウェットエッ
チングによってハニカム構造にしたことである。
【００３８】半導体レーザの構造は（５１１）面を主面
とするｎ−ＧａＡｓ基板３０１上にｐ−ＧａＡｓバッフ
ァ層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3、厚さ１μｍ）３０２、ｎ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０３、多重量子井戸から
なる活性層３０４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０
５、ｎ−ＧａＡｓブロック層３０６、ｐ−ＧａＡｓ埋め
込み層３０７を順次積層した構造となっている。活性層
の多重量子井戸はＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰ
バリア層からなっており層数は４層である。
とするｎ−ＧａＡｓ基板３０１上にｐ−ＧａＡｓバッフ
ァ層（濃度７ｘ１０17ｃｍ-3、厚さ１μｍ）３０２、ｎ
−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０３、多重量子井戸から
なる活性層３０４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０
５、ｎ−ＧａＡｓブロック層３０６、ｐ−ＧａＡｓ埋め
込み層３０７を順次積層した構造となっている。活性層
の多重量子井戸はＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰ
バリア層からなっており層数は４層である。
【００３９】ハニカム構造のＰＨＳ電極１１１はｐ側電
極１１０の最終層に厚さ２μｍの金を全面に蒸着によっ
て形成した後、フォトリソグラフィ法と金エッチによっ
て形成する。ハニカム構造の内側の正六角形の対角線の
長さは５μｍ、幅５μｍである。
極１１０の最終層に厚さ２μｍの金を全面に蒸着によっ
て形成した後、フォトリソグラフィ法と金エッチによっ
て形成する。ハニカム構造の内側の正六角形の対角線の
長さは５μｍ、幅５μｍである。
【００４０】共振器長５００μｍに劈開したあと、後方
に７０％、前方に３０％のコーティングを施し半導体レ
ーザチップとする。本発明の半導体レーザをＳｉヒート
シンクに融着する場合はＰＨＳ電極の構造が融着のスト
レスを吸収するため徐冷が全く不要になり融着に要する
時間は従来の５秒から２秒へと大幅に短縮できた。ま
た、このような大きなスループットを実現しても組立後
の特性の変化及び信頼度への影響は観測されなかった。
に７０％、前方に３０％のコーティングを施し半導体レ
ーザチップとする。本発明の半導体レーザをＳｉヒート
シンクに融着する場合はＰＨＳ電極の構造が融着のスト
レスを吸収するため徐冷が全く不要になり融着に要する
時間は従来の５秒から２秒へと大幅に短縮できた。ま
た、このような大きなスループットを実現しても組立後
の特性の変化及び信頼度への影響は観測されなかった。
【００４１】なお、上記した実施の形態では、ＰＨＳ電
極としてハニカム構造の例を最適例として説明し、その
開口形状も正六角形が最適例としたが、本発明はその一
例に限定されるものではない。例えば、開口形状が円
形、菱形、三角形、八角形等の網目構造電極でも効果は
期待できる。ただし、網目の格子が直交するような、例
えば四角形の開口形状のものは応力の分散が不十分であ
り、本発明のＰＨＳ電極としては不適である。
極としてハニカム構造の例を最適例として説明し、その
開口形状も正六角形が最適例としたが、本発明はその一
例に限定されるものではない。例えば、開口形状が円
形、菱形、三角形、八角形等の網目構造電極でも効果は
期待できる。ただし、網目の格子が直交するような、例
えば四角形の開口形状のものは応力の分散が不十分であ
り、本発明のＰＨＳ電極としては不適である。
【００４２】また、本発明のＰＨＳ電極の最適な材料
は、今のところ実施の形態で述べた金が最適であるが、
本発明が金に限定されるべき理由はなく、金と同等な性
質の材料が採用できることは言うまでもない。
は、今のところ実施の形態で述べた金が最適であるが、
本発明が金に限定されるべき理由はなく、金と同等な性
質の材料が採用できることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、ヒートシンクへの半導
体レーザ素子融着時に発生するストレスを緩和すること
ができ、組立起因の不良の発生を抑制することができ
る。
体レーザ素子融着時に発生するストレスを緩和すること
ができ、組立起因の不良の発生を抑制することができ
る。
【００４４】また、高出力用途の長共振器半導体レーザ
においては、ヒートシンクへの組立起因の不良（発振閾
値の増大や発振スペクトルのスプリット等）が比較例の
全面ベタ状のＰＨＳ電極の場合５〜８％あったが本発明
を適用することで２％以下になった。
においては、ヒートシンクへの組立起因の不良（発振閾
値の増大や発振スペクトルのスプリット等）が比較例の
全面ベタ状のＰＨＳ電極の場合５〜８％あったが本発明
を適用することで２％以下になった。
【００４５】さらに、比較例では熱伝導率は小さいがＩ
ｎＰと熱膨張係数の近いヒートシンク材（ＡｌＮやＢ
Ｎ）を用いなければ融着起因の不良発生率は更に増大し
たが、本発明の場合は熱膨張係数の差は大きいが熱伝導
率の大きなダイアモンドヒートシンクを用いることが可
能になった為、融着後の熱抵抗は下がり大電流注入時の
光出力や飽和光出力が増大した。
ｎＰと熱膨張係数の近いヒートシンク材（ＡｌＮやＢ
Ｎ）を用いなければ融着起因の不良発生率は更に増大し
たが、本発明の場合は熱膨張係数の差は大きいが熱伝導
率の大きなダイアモンドヒートシンクを用いることが可
能になった為、融着後の熱抵抗は下がり大電流注入時の
光出力や飽和光出力が増大した。
【００４６】組立作業時間も比較例は徐冷を含めて１０
分程度必要だったが本発明の適用により徐冷が不要とな
って１分以下になり組立のスループットを向上させるこ
とができた。
分程度必要だったが本発明の適用により徐冷が不要とな
って１分以下になり組立のスループットを向上させるこ
とができた。
【図１】本発明の半導体レーザを模式的に示す斜視図。
【図２】本発明の第一の実施の形態による作製工程を示
す断面図。
す断面図。
【図３】本発明の第一の実施の形態を説明するためのバ
ンドダイアグラム。
ンドダイアグラム。
【図４】比較例としての高出力レーザを模式的に示す斜
視図。
視図。
【図５】本発明によるハニカム構造の応力低減を説明す
る平面図。
る平面図。
【図６】本発明の第二実施の形態によるλ／４シフトＤ
ＦＢレーザを模式的に示す斜視図。
ＦＢレーザを模式的に示す斜視図。
【図７】本発明の第三の実施の形態による赤色レーザを
模式的に示す斜視図。
模式的に示す斜視図。
２１ ＳｉＯ2 膜 ５１ λ／４シフト回折格子 １０１ 半導体基板（ｎ−ＩｎＰ基板） １０２ ｎ型クラッド層（ｎ−ＩｎＰ） １０３ 歪多重量子井戸活性層 １０４ ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＰ） １０５ ｐブロック層（ｐ−ＩｎＰ） １０６ ｎブロック層（ｎ−ＩｎＰ） １０７ ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＰ） １０８ ｐ型キャップ層（ｐ−ＩｎＧａＡｓ） １０９ ｎ側電極 １１０ ｐ側電極 １１１ ＰＨＳ電極 １１２ 電流ブロック層（ｕｎ−ＩｎＰ） ３０１ 半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板） ３０２ ｎ型バッファ層（ｎ−ＧａＡｓ） ３０３ ｎ型クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ） ３０４ 歪多重量子井戸活性層 ３０５ ｐ型クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ） ３０６ ｎブロック層（ｎ−ＧａＡｓ） ３０７ ｐ埋め込み層（ｐ−ＧａＡｓ） ４０１ 光導波路層
Claims (9)
- 【請求項１】 ヒートシンクに融着する電極面にＰＨＳ
（プレーテッドヒートシンク）電極を有する半導体レー
ザにおいて、前記ＰＨＳ電極がメッシュ構造を有してい
ることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記メッシュ構造の開口部を囲む枠が互
いに直交しないパターンであることを特徴とする請求項
１記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記メッシュ構造がハニカム構造である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記ハニカム構造は、厚さが２〜５μ
ｍ、内側の正六角形の対角線の長さが５〜２０μｍ、幅
が５〜１０μｍであることを特徴とする請求項３記載の
半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記ＰＨＳ電極が金であることを特徴と
する請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記半導体レーザの共振器長が９００μ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項７】 前記半導体レーザの活性層に歪多重量子
井戸構造を用いていることを特徴とする請求項１記載の
半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記半導体レーザは内部に回折格子を備
えることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 前記ＰＨＳ電極における開口率は９％〜
６０％であることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33810399A JP2001156384A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33810399A JP2001156384A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001156384A true JP2001156384A (ja) | 2001-06-08 |
Family
ID=18314950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33810399A Pending JP2001156384A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001156384A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010133572A1 (de) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | Robert Bosch Gmbh | Wärmesenke für gepulste hochleistungslaserdiode |
| JP2011040490A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ装置 |
| CN105071220A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-11-18 | 山东华光光电子有限公司 | 一种消除波长双峰的808nm激光器及其制备方法 |
| WO2018012289A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置 |
-
1999
- 1999-11-29 JP JP33810399A patent/JP2001156384A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010133572A1 (de) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | Robert Bosch Gmbh | Wärmesenke für gepulste hochleistungslaserdiode |
| JP2012527754A (ja) * | 2009-05-22 | 2012-11-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | パルス制御される高出力レーザダイオード用のヒートシンク |
| US8891567B2 (en) | 2009-05-22 | 2014-11-18 | Robert Bosch Gmbh | Heat sink for a pulsed high-power laser diode |
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| CN105071220A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-11-18 | 山东华光光电子有限公司 | 一种消除波长双峰的808nm激光器及其制备方法 |
| WO2018012289A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置 |
| JPWO2018012289A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2019-04-25 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置 |
| US10892597B2 (en) | 2016-07-14 | 2021-01-12 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor laser and nitride semiconductor laser device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030826 |