JP2003023200A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用の半導体
レーザ装置、特にリッジ導波路を有する半導体レーザダ
イオード（以下リッジ導波路型レーザ）を用いて構成さ
れ、構造が簡単で作り易く、低コスト化が容易な組立構
造を有する半導体レーザ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is constructed by using a semiconductor laser device for optical communication, particularly a semiconductor laser diode having a ridge waveguide (hereinafter referred to as a ridge waveguide type laser). The present invention relates to a semiconductor laser device having an assembly structure that can be easily manufactured at low cost.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバ通信網の普及が急速に
進み、通信用半導体レーザ装置の用途は幹線系から加入
者系へと拡大しつつある。また、インターネットの急速
な普及、コンピュータのネットワーク化が進展するにつ
れ、光ファイバを用いたＬＡＮ(Local Area Network）
の高速化に対するニーズが高まり、そのキーデバイスで
あるデータコム用半導体レーザ装置の性能向上、低コス
ト化への要求が高まりつつある。加入者系用として用い
られる半導体レーザ装置や、データコム用半導体レーザ
装置の低コスト化には、構造が簡単で製造コストを低く
できる半導体レーザ装置の組み立て構造、及び製造方法
が不可欠となる。2. Description of the Related Art In recent years, the spread of optical fiber communication networks has progressed rapidly, and the applications of semiconductor laser devices for communication are expanding from the trunk system to the subscriber system. In addition, with the rapid spread of the Internet and the progress of networking of computers, LAN (Local Area Network) using optical fiber
There is an increasing demand for higher speed, and there is an increasing demand for performance improvement and cost reduction of the semiconductor laser device for datacom, which is the key device. In order to reduce the cost of a semiconductor laser device used for a subscriber system and a semiconductor laser device for a datacom, an assembly structure of a semiconductor laser device which has a simple structure and can reduce the manufacturing cost, and a manufacturing method are indispensable.
【０００３】また、これらの半導体レーザ装置を用いた
光通信機器の低コスト化には、冷却装置を付加すること
なく、高温まで動作する半導体レーザ装置が必要であ
る。さらに、これらの半導体レーザ装置には、上記性能
に加え同時に、高い信頼性が要求される。Further, in order to reduce the cost of optical communication equipment using these semiconductor laser devices, it is necessary to use semiconductor laser devices that operate up to a high temperature without adding a cooling device. Further, these semiconductor laser devices are required to have high reliability in addition to the above performance.
【０００４】図７は従来の半導体レーザ装置の組立構造
を示すために模式的に描いた斜視図である。この従来の
半導体レーザ装置では、リッジ導波路型半導体レーザダ
イオード（チップ）の活性層３に近いチップ表面をヒー
トシンクであるサブマウント１３側に接着されたいわゆ
るジャンクションダウン組立構造を取っている。また、
その接着用ハンダとして、高融点で、比較的硬度の高い
（硬い）ＡｕＳｎ（金錫）ハンダを用いている。FIG. 7 is a perspective view schematically drawn to show the assembly structure of a conventional semiconductor laser device. This conventional semiconductor laser device has a so-called junction down assembly structure in which the chip surface of the ridge waveguide type semiconductor laser diode (chip) close to the active layer 3 is bonded to the submount 13 side which is a heat sink. Also,
As the bonding solder, AuSn (gold tin) solder having a high melting point and a relatively high hardness (hard) is used.
【０００５】この従来の組み立て構造では、活性層３が
ヒートシンク（サブマウント）に近いため、熱の放散性
に優れており、半導体レーザ装置の温度特性を向上でき
るという長所がある。また、硬度が高く、高融点のハン
ダを用いているため、接着強度は強いという長所もあ
る。In this conventional assembly structure, since the active layer 3 is close to the heat sink (submount), the heat dissipation is excellent, and the temperature characteristics of the semiconductor laser device can be improved. In addition, since the solder having high hardness and high melting point is used, there is an advantage that the adhesive strength is strong.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造では、組み立て工程においてハンダの融点（Ａｕ：
Ｓｎ＝８０：２０で２８０℃）から常用温度の室温（２
５℃）付近まで温度を下げた場合、ハンダの熱収縮によ
り活性領域６にストレス（歪み）を与えることになり、
半導体レーザ装置の信頼性が損われ、寿命が短くなると
いう問題があった。However, in the conventional structure, the melting point of the solder (Au:
Sn = 80: 20 at 280 ° C.) to room temperature (2
If the temperature is lowered to around 5 ° C., thermal contraction of the solder will give stress (strain) to the active region 6,
There is a problem that the reliability of the semiconductor laser device is impaired and the life is shortened.
【０００７】特に、リッジ導波路型半導体レーザダイオ
ードを用いた半導体レーザ装置においては、活性領域６
を挟んで両側に溝が形成されているため、この溝に硬い
ハンダが入り込んで収縮した場合、活性領域により大き
なストレスを与えることになる。このストレスにより半
導体レーザダイオードの動作中に活性領域６内に転位等
の結晶欠陥が発生して増殖し、素子としての信頼性（寿
命）が大幅に低下するという問題点があった。In particular, in the semiconductor laser device using the ridge waveguide type semiconductor laser diode, the active region 6
Since a groove is formed on both sides of the groove, when the hard solder enters the groove and contracts, a large stress is applied to the active region. Due to this stress, crystal defects such as dislocations are generated and proliferate in the active region 6 during the operation of the semiconductor laser diode, and there is a problem that the reliability (lifetime) of the device is significantly reduced.
【０００８】そこで、本発明は、リッジ導波路型半導体
レーザダイオードを用いたジャンクションダウン組み立
て構造の半導体レーザ装置において、半導体レーザダイ
オードに与えるストレス（歪み）を十分小さく抑えつつ
強い接着強度を確保できかつ簡単な構造で低コスト化に
適した組み立て構造を提供することにより、温度特性が
良好でかつ信頼性の高い半導体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。Therefore, the present invention can secure a strong adhesive strength while sufficiently suppressing the stress (distortion) applied to the semiconductor laser diode in the semiconductor laser device of the junction down assembly structure using the ridge waveguide type semiconductor laser diode. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device having good temperature characteristics and high reliability by providing an assembly structure having a simple structure and suitable for cost reduction.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体レーザ装置は、上面に素子電
極が形成されたリッジ導波路部を有する半導体レーザダ
イオードと一方の主面にサブマウント電極を有するサブ
マウントとを備え、上記リッジ導波路部の上面に形成さ
れた素子電極は、Ｉｎ，Ｐｂ及びＳｎからなる群から選
択された少なくとも１つを含むハンダからなる第１の接
合部材により上記サブマウント電極に電気的に導通する
ように接合され、上記リッジ導波路部の両側に位置する
上記半導体レーザダイオードの表面は第２の接合部材に
より上記サブマウントの一方の面に接合されていること
を特徴とする。このように構成された本発明に係る半導
体レーザ装置は、上記リッジ導波路部の上面に形成され
た素子電極は、Ｉｎ，Ｐｂ及びＳｎからなる群から選択
された少なくとも１つを含むハンダからなる柔らかい第
１の接合部材により上記サブマウント電極に電気的に導
通するように接合されているので、例えば熱変化によ
り、上記リッジ導波路部を介して活性領域にかかる機械
的なストレスを緩和することができる。In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to the present invention has a semiconductor laser diode having a ridge waveguide portion having an element electrode formed on the top surface and one main surface. A sub-mount having a sub-mount electrode, wherein the element electrode formed on the upper surface of the ridge waveguide portion is a first junction made of solder containing at least one selected from the group consisting of In, Pb and Sn. A member is joined to the submount electrode so as to be electrically conductive, and the surfaces of the semiconductor laser diodes located on both sides of the ridge waveguide are joined to one surface of the submount by a second joining member. It is characterized by In the thus configured semiconductor laser device according to the present invention, the element electrode formed on the upper surface of the ridge waveguide portion is made of solder containing at least one selected from the group consisting of In, Pb and Sn. Since it is joined to the submount electrode by a soft first joining member so as to be electrically conductive, it is possible to relieve mechanical stress applied to the active region via the ridge waveguide portion due to, for example, thermal change. You can
【００１０】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記サブマウントは、上記一方の主面には上記半導
体レーザダイオードのリッジ導波路部に対向するように
溝が形成され、該溝に形成された上記サブマウント電極
と上記素子電極とが接合されていることが好ましい。こ
のようにすると、上記リッジ導波路部を介して活性領域
にかかる機械的なストレスを効果的に緩和することがで
きる。In the semiconductor laser device of the present invention, the submount has a groove formed on the one main surface so as to face the ridge waveguide portion of the semiconductor laser diode, and the groove is formed in the groove. It is preferable that the submount electrode and the element electrode are joined together. With this configuration, mechanical stress applied to the active region via the ridge waveguide portion can be effectively relieved.
【００１１】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第１の接合部材は、上記リッジ導波路部に対向
するようにストライプ状に連続して形成されていてもよ
い。このようにすると、上記サブマウント電極と上記素
子電極とが接合抵抗を低くできる。In the semiconductor laser device of the present invention, the first joining member may be continuously formed in a stripe shape so as to face the ridge waveguide portion. With this configuration, the junction resistance between the submount electrode and the device electrode can be reduced.
【００１２】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第１の接合部材は上記リッジ導波路部に平行な
方向に配列された複数の接合部材により構成するように
してもよい。このようにすると、上記リッジ導波路部を
介して活性領域にかかる機械的なストレスをより効果的
に緩和することができる。In the semiconductor laser device of the present invention, the first joining member may be composed of a plurality of joining members arranged in a direction parallel to the ridge waveguide portion. By doing so, the mechanical stress applied to the active region via the ridge waveguide portion can be more effectively relieved.
【００１３】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第２の接合部材として、上記第１の接合部材よ
り高い融点を有するハンダを用いることができる。この
ようにすると、半導体レーザダイオードとサブマウント
とを強固に接合できる。In the semiconductor laser device of the present invention, solder having a melting point higher than that of the first joining member can be used as the second joining member. By doing so, the semiconductor laser diode and the submount can be firmly joined.
【００１４】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第２の接合部材として、Ａｕを主成分とするハ
ンダを用いることができる。これにより、容易かつ確実
に半導体レーザダイオードとサブマウントとを強固に接
合できる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, solder containing Au as a main component can be used as the second joining member. As a result, the semiconductor laser diode and the submount can be firmly bonded to each other easily and reliably.
【００１５】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第２の接合部材として、絶縁性の樹脂接着材を
用いることができる。これにより、半導体レーザダイオ
ードとサブマウントとの間に生じる寄生容量を小さくで
きる。In the semiconductor laser device of the present invention, an insulating resin adhesive material can be used as the second joining member. This can reduce the parasitic capacitance generated between the semiconductor laser diode and the submount.
【００１６】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記サブマウントの一方の面に、上記半導体レーザ
ダイオードの側面が対向して接する位置決め用の面が形
成されるように、段差が形成されていることが好まし
い。これにより、半導体レーザダイオードとサブマウン
トの位置合わせを容易にできる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, a step is formed on one surface of the submount so that a positioning surface with which the side surfaces of the semiconductor laser diode face and contact each other is formed. Is preferred. This facilitates the alignment of the semiconductor laser diode and the submount.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態の半導体レーザ装置について説明す
る。
実施の形態１．本発明に係る実施の形態１の半導体装置
は、図１に示すように、リッジ導波路型半導体レーザダ
イオードがサブマウント１３上に設けられた半導体レー
ザ装置てあって、半導体レーザダイオードのｐ電極１０
のうちリッジ導波路部７の上面に形成された部分は、Ｉ
ｎ等の低融点金属を含む硬度の低いハンダ材を用いてサ
ブマウント１３に接着され、リッジ導波路部７以外の部
分に形成されたｐ電極は、接着強度の強いＡｕＳｎ等の
高融点ハンダを用いて接着されている。本実施の形態１
の半導体レーザ装置は、低融点と高融点の２種類のハン
ダ材の組み合わせることにより、信頼性（寿命）の向上
と、半導体レーザダイオードとサブマウント１３との間
の接着強度の強化とを同時に満たすようにしたものであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Semiconductor laser devices according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is a semiconductor laser device in which a ridge waveguide type semiconductor laser diode is provided on a submount 13, and a p-electrode 10 of the semiconductor laser diode is provided.
Of the above, the portion formed on the upper surface of the ridge waveguide portion 7 is I
The p-electrode, which is adhered to the submount 13 using a solder material having a low hardness including a low melting point metal such as n and formed on a portion other than the ridge waveguide portion 7, is formed of a high melting point solder such as AuSn having high adhesive strength. It is glued using. Embodiment 1
The semiconductor laser device described in (1) simultaneously satisfies the improvement of reliability (lifetime) and the enhancement of the adhesive strength between the semiconductor laser diode and the submount 13 by combining two kinds of solder materials of low melting point and high melting point. It was done like this.
【００１８】以下、本実施の形態１の半導体レーザ装置
について、より具体的にかつ詳細に説明する。
（リッジ導波路型半導体レーザダイオード）本実施の形
態１において、リッジ導波路型半導体レーザダイオード
は、一方の面（下面）にｎ電極８が形成されたｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１の上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩ
ｎＡｓ多重量子井戸活性層３、ｐ型ＩｎＰクラッド層
４、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５を順に形成した
後、その中央部に一端から他端に至るストライプ形状の
リッジ導波路部７を形成することにより構成されてい
る。ここで、リッジ導波路部７はｐ型ＩｎＰクラッド層
４の途中まで達する深さの互いに平行な２つの溝を一端
から他端まで形成することにより、その２つの溝の間に
形成されている。Hereinafter, the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described more specifically and in detail. (Ridge Waveguide Type Semiconductor Laser Diode) In the first embodiment, the ridge waveguide type semiconductor laser diode is an n-type In having an n electrode 8 formed on one surface (lower surface).
On the P substrate 1, the n-type InP clad layer 2, AlGaI
After the nAs multiple quantum well active layer 3, the p-type InP clad layer 4, and the p-InGaAs contact layer 5 are sequentially formed, the stripe-shaped ridge waveguide portion 7 extending from one end to the other end is formed in the central portion thereof. It is configured. Here, the ridge waveguide portion 7 is formed between the two grooves by forming two parallel grooves having a depth reaching the middle of the p-type InP cladding layer 4 from one end to the other end. .
【００１９】（サブマウント）また、サブマウント１３
は例えばＳｉＣからなり、その一方の主面には、半導体
レーザ装置のリッジ導波路部７より広い幅（例えば、２
〜５μｍの幅）の溝１４が、半導体レーザダイオードが
マウントされた時にリッジ導波路部７と対向する位置に
形成され、さらに溝１４の内部を含む一方の主面全体に
サブマウント電極１５が形成されている。尚、溝１４の
深さは例えば１０μｍ程度に設定される。(Submount) Further, the submount 13
Is made of, for example, SiC, and one of its main surfaces has a width wider than that of the ridge waveguide portion 7 of the semiconductor laser device (for example, 2
A groove 14 having a width of ˜5 μm) is formed at a position facing the ridge waveguide portion 7 when the semiconductor laser diode is mounted, and a submount electrode 15 is formed on the entire one main surface including the inside of the groove 14. Has been done. The depth of the groove 14 is set to about 10 μm, for example.
【００２０】（組み立て構造）以上のように構成された
リッジ導波路型半導体レーザダイオードとサブマウント
１３は、以下のように接合される。まず、図２に示すよ
うに、サブマウント１３の溝１４の底面における半導体
レーザダイオードと対向する位置に、Ｉｎを主成分とす
る低融点ハンダ層１２をストライプ状に形成する。そし
て、サブマウント１３の溝１４の両側の表面に互いに平
行に、例えばＡｕＳｎなどのＡｕを主成分とする高融点
ハンダ層１１を形成する。(Assembled Structure) The ridge waveguide type semiconductor laser diode and the submount 13 configured as described above are joined as follows. First, as shown in FIG. 2, a low melting point solder layer 12 containing In as a main component is formed in a stripe shape at a position facing the semiconductor laser diode on the bottom surface of the groove 14 of the submount 13. Then, the high melting point solder layer 11 containing Au, such as AuSn, as a main component is formed in parallel with each other on the surfaces of both sides of the groove 14 of the submount 13.
【００２１】次に、半導体レーザダイオードのリッジ導
波路部７をサブマウント１３の溝１４の底面に形成した
低融点ハンダ１２に対向させるようにして、熱処理をす
ることにより半導体レーザダイオードとサブマウント１
３とを接合する。このようにして、リッジ導波路部７の
上面に形成されたｐ−電極は、低融点ハンダ（第１の接
合部材）によりサブマウント電極１５に電気的に導通す
るように接合され、リッジ導波路部７の両側に位置する
半導体レーザダイオードの表面は高融点ハンダ（第２の
接合部材）によりサブマウント１３の一方の面に接合さ
れる。Next, the ridge waveguide portion 7 of the semiconductor laser diode is made to face the low melting point solder 12 formed on the bottom surface of the groove 14 of the submount 13, and heat treatment is applied to the semiconductor laser diode and the submount 1.
Join 3 and. In this way, the p-electrode formed on the upper surface of the ridge waveguide portion 7 is joined to the submount electrode 15 by the low melting point solder (first joining member) so as to be electrically conducted, and the ridge waveguide portion 7 is formed. The surfaces of the semiconductor laser diodes located on both sides of the portion 7 are joined to one surface of the submount 13 by high melting point solder (second joining member).
【００２２】以上のようにして組み立てられた本実施の
形態１の半導体レーザ装置は、ｐ電極１０に＋（プラ
ス）、ｎ電極８に−（マイナス）の電圧を印加すること
により、電流はリッジ導波路７を経由してリッジ導波路
直下の活性層３の近傍に集中して流れ、電子とホールが
活性領域６に注入され、しきい値電流以上の電流を流す
ことにより、活性領域６においてレーザ発振が生じる。
この際、活性領域６やリッジ導波路７の近傍で大量の熱
が発生し、その放熱をいかに効率的に行うかが、半導体
レーザ装置において良好な温度特性を得るための一つの
大きなポイントとなるが、本実施の形態では、次のよう
にして効率的に放熱している。。In the semiconductor laser device of the first embodiment assembled as described above, the current is ridged by applying + (plus) voltage to the p-electrode 10 and- (minus) voltage to the n-electrode 8. In the active region 6, electrons and holes are injected into the active region 6 in a concentrated manner via the waveguide 7 in the vicinity of the active layer 3 directly below the ridge waveguide, and a current equal to or higher than a threshold current is flowed. Laser oscillation occurs.
At this time, a large amount of heat is generated near the active region 6 and the ridge waveguide 7, and how to efficiently dissipate the heat is one of the major points for obtaining good temperature characteristics in the semiconductor laser device. However, in the present embodiment, heat is efficiently dissipated as follows. .
【００２３】本実施の形態１の半導体レーザ装置では、
レーザ発振に伴って活性領域６やリッジ導波路７近傍で
発生した熱は、低融点ハンダ１２を通してヒートシンク
として機能するサブマウント１３に最短距離で流れる。
このため、活性領域６のＰＮ接合が必然的にヒートシン
クから離れることになる、基板側をサブマウントに接着
するいわゆるジャンクションアップ方式の組み立て構造
に比べ、熱放散が良好であり、発熱による活性層近傍の
温度上昇が抑えられる。その結果、本実施の形態１の半
導体レーザ装置の温度特性は、ジャンクションアップ方
式の組み立て構造に比べ、大幅な改善が図れる。さら
に、リッジ導波路７の上面に位置するｐ電極をＩｎ（イ
ンジウム）を主成分とする硬度の低い（柔らかい）低融
点ハンダを用いて、サブマウントに接着しているため、
活性領域６にかかるストレスを最小限に抑えることがで
きる。従って、本実施の形態１の半導体レーザ装置によ
れば、温度特性が良く、かつ信頼性の高い半導体レーザ
を実現出来る。In the semiconductor laser device according to the first embodiment,
Heat generated in the vicinity of the active region 6 and the ridge waveguide 7 due to the laser oscillation flows through the low melting point solder 12 to the submount 13 functioning as a heat sink in the shortest distance.
Therefore, the PN junction of the active region 6 is inevitably separated from the heat sink, and the heat dissipation is better than that of a so-called junction-up type assembly structure in which the substrate side is adhered to the submount. Suppresses temperature rise. As a result, the temperature characteristics of the semiconductor laser device of the first embodiment can be significantly improved as compared with the junction-up type assembly structure. Further, since the p electrode located on the upper surface of the ridge waveguide 7 is bonded to the submount by using low hardness (soft) low melting point solder containing In (indium) as a main component,
The stress applied to the active region 6 can be minimized. Therefore, according to the semiconductor laser device of the first embodiment, a semiconductor laser having good temperature characteristics and high reliability can be realized.
【００２４】さらに、本実施の形態１では、リッジ導波
路７の外側位置する、活性領域６から離れた部分におい
て、高融点ハンダ（ＡｕＳｎ）１１を用いて、広い面積
でサブマウントに接着されているため、活性領域６に大
きなストレスを与えることなく、強い接着強度を得るこ
とが出来る。従って、熱衝撃や機械的衝撃等により半導
体レーザチップがヒートシンクから剥がれたりすること
のない、信頼性の高い組み立て構造を実現できる。すな
わち、融点が低く、硬度の低い（柔らかい）Ｉｎ（融
点：１５７℃）等を含む低融点は、活性領域６にかかる
ストレスを最小限に抑えることができるが、一方では、
Ｉｎ等の低融点金属は接着強度が弱く、温度ストレスや
機械的な力が加わった場合に剥がれ易く、機械的強度に
関する信頼性が低いという問題がある。しかしながら、
本実施の形態１では、リッジ導波路７の外側位置する、
活性領域６から離れた部分において、高融点ハンダ（Ａ
ｕＳｎ）１１を用いて、広い面積でかつ強固にサブマウ
ントに接着されているため、活性領域６に大きなストレ
スを与えることなく、強い接着強度を得ることが出来
る。Further, according to the first embodiment, a portion of the ridge waveguide 7 located outside the active region 6 is bonded to the submount in a large area by using high melting point solder (AuSn) 11. Therefore, a strong adhesive strength can be obtained without giving a large stress to the active region 6. Therefore, it is possible to realize a highly reliable assembly structure in which the semiconductor laser chip is not peeled off from the heat sink due to thermal shock or mechanical shock. That is, a low melting point including low melting point and low hardness (soft) In (melting point: 157 ° C.) can minimize the stress applied to the active region 6, but on the other hand,
A low melting point metal such as In has a weak adhesive strength, is easily peeled off when a temperature stress or mechanical force is applied, and has a problem that reliability regarding mechanical strength is low. However,
In the first embodiment, it is located outside the ridge waveguide 7,
In the portion away from the active region 6, the high melting point solder (A
Since it is strongly bonded to the submount with a large area using uSn) 11, a strong bonding strength can be obtained without giving a large stress to the active region 6.
【００２５】実施の形態２．本発明に係る実施の形態２
の半導体レーザ装置は、実施の形態１の半導体レーザ装
置におけるリッジ導波路部７に対向するようにストライ
プ状に連続して形成した低融点ハンダ１２に代えて、図
３に示すように、リッジ導波路部７に平行な方向に複数
の低融点ハンダ１２ａを形成するようにしたものであ
る。尚、本実施の形態２の半導体レーザ装置において、
上述した以外は実施の形態１と同様に構成される。Embodiment 2. Embodiment 2 according to the present invention
In place of the low melting point solder 12 continuously formed in a stripe shape so as to face the ridge waveguide portion 7 in the semiconductor laser device of the first embodiment, the semiconductor laser device of FIG. A plurality of low melting point solders 12a are formed in a direction parallel to the waveguide section 7. In the semiconductor laser device of the second embodiment,
Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment.
【００２６】以上のように構成された実施の形態２の半
導体レーザ装置は、リッジ導波路部７の上の電極とサブ
マウント電極とを接合するための低融点ハンダを複数の
低融点ハンダ１２ａに分割してリッジ導波路部７の方向
に配列しているので、リッジ導波路部の長手方向に蓄積
される低融点ハンダによるストレスを、更に低減するこ
とができ、一層の低ストレス組み立てが可能となり、半
導体レーザダイオードを長期間高温で動作させた時の素
子の信頼性をさらに向上させることができ、さらなる長
寿命化を実現できる。In the semiconductor laser device of the second embodiment configured as described above, the low melting point solder for joining the electrode on the ridge waveguide portion 7 and the submount electrode to the plurality of low melting point solders 12a. Since they are divided and arranged in the direction of the ridge waveguide portion 7, the stress due to the low melting point solder accumulated in the longitudinal direction of the ridge waveguide portion can be further reduced, and further low stress assembly is possible. The reliability of the device when the semiconductor laser diode is operated at a high temperature for a long time can be further improved, and the life can be further extended.
【００２７】実施の形態３．本発明に係る実施の形態３
の半導体レーザ装置は、実施の形態１の半導体レーザ装
置において、図４及び図５に示すように、組み立て時に
半導体レーザダイオードを位置決めするための段差部１
６をサブマウント１３に形成した以外は実施の形態１と
同様に構成される。すなわち、本実施の形態３の半導体
レーザ装置では、サブマウント１３の一方の面におい
て、半導体レーザダイオードの一方の側面が対向して接
する位置決め用の面を、その段差部１６により形成して
いる。いうまでもなく、サブマウント１３の一方の面に
おける溝１４と段差部１６の位置関係は、半導体レーザ
ダイオードの外形及びリッジ導波路部７に対応して設定
される。Embodiment 3. Embodiment 3 according to the present invention
The semiconductor laser device according to the first embodiment is different from the semiconductor laser device according to the first embodiment in that, as shown in FIGS. 4 and 5, the step portion 1 for positioning the semiconductor laser diode during assembly is used.
The structure is the same as that of the first embodiment except that 6 is formed on the submount 13. That is, in the semiconductor laser device according to the third embodiment, the stepped portion 16 forms a positioning surface on one surface of the submount 13 to which one side surface of the semiconductor laser diode faces and contacts. Needless to say, the positional relationship between the groove 14 and the step portion 16 on one surface of the submount 13 is set according to the outer shape of the semiconductor laser diode and the ridge waveguide portion 7.
【００２８】以上のように構成された実施の形態３の半
導体レーザダイオードでは、このような段差部１６を設
けることにより、半導体レーザダイオード（チップ）の
サブマウントへの接着工程において、レーザチップの導
波路と平行な側面をこの段差部１６に押し当てることに
より、サブマウント１３上の所定の位置に配置されたハ
ンダのパターン（低融点ハンダ１２及び高融点ハンダ）
に対し、接着すべきリッジ導波路部７の位置決めを自動
的に、かつ高精度で行うことができる。このような位置
決め用の段差部１６を設けない場合、組み立て工程にお
いて、リッジ導波路部上のｐ電極と、ストライプ状の低
融点ハンダを、端から端まで位置ずれや角度ずれなく、
正確にリッジ導波路に整合させて接着することは難かし
い。これに対し、本実施の形態３の構成では、サブマウ
ント１３にあらかじめ、位置決め用段差部１６を設けて
いるため、位置ずれや角度ずれはほとんど発生せず、自
動的に高精度の組み立てが容易となる。In the semiconductor laser diode of the third embodiment configured as described above, by providing such a step portion 16, the laser chip is guided in the step of adhering the semiconductor laser diode (chip) to the submount. By pressing a side surface parallel to the waveguide against the step portion 16, a solder pattern (low melting point solder 12 and high melting point solder) arranged at a predetermined position on the submount 13
On the other hand, the ridge waveguide portion 7 to be bonded can be positioned automatically and with high accuracy. If such a step 16 for positioning is not provided, in the assembly process, the p-electrode on the ridge waveguide and the stripe-shaped low-melting-point solder are aligned from end to end without any positional deviation or angular deviation.
It is difficult to accurately align and bond to the ridge waveguide. On the other hand, in the configuration of the third embodiment, since the positioning step 16 is provided on the submount 13 in advance, there is almost no positional deviation or angular deviation, and automatic and highly accurate assembly is easy. Becomes
【００２９】実施の形態４．次に、図６を参照しながら
本実施の形態４の半導体レーザ装置について説明する。
リッジ導波路型半導体レーザダイオードにおいて、リッ
ジ導波路部７の上面以外の表面は、通常ＳｉＯ２等の絶
縁層９で被われているためその部分では電流は流れな
い。しかし、この絶縁層９の下にはｐ電極１０が形成さ
れているので、この絶縁層９の上に高融点ハンダ１１等
の導電性材料を設けると、半導体レーザダイオードのチ
ップ表面近傍において絶縁層９を挟む２つの電極により
寄生容量が発生する。この寄生容量の充放電の時定数が
大きいため、半導体レーザを高速で動作させることが困
難になるという問題を引き起こす。本実施の形態４の半
導体レーザ装置は、かかる問題を解決するための、本発
明に係る他の実施の形態である。Fourth Embodiment Next, the semiconductor laser device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In the ridge waveguide type semiconductor laser diode, the surface other than the upper surface of the ridge waveguide portion 7 is usually covered with the insulating layer 9 such as SiO 2 so that no current flows there. However, since the p-electrode 10 is formed under the insulating layer 9, if a conductive material such as high melting point solder 11 is provided on the insulating layer 9, the insulating layer is formed near the chip surface of the semiconductor laser diode. Parasitic capacitance is generated by the two electrodes sandwiching 9. Since the charging / discharging time constant of the parasitic capacitance is large, it causes a problem that it becomes difficult to operate the semiconductor laser at high speed. The semiconductor laser device according to the fourth embodiment is another embodiment according to the present invention for solving such a problem.
【００３０】すなわち、本実施の形態４の半導体レーザ
装置は、図４に示すように、実施の形態１の半導体レー
ザ装置において、高融点ハンダ１１に代えて、絶縁性の
樹脂接着剤１１ａを用いて接合している。本実施の形態
４の半導体レーザ装置において、上述以外の点は実施の
形態１の半導体レーザ装置と同様に構成されている。That is, as shown in FIG. 4, the semiconductor laser device of the fourth embodiment uses an insulating resin adhesive 11a in place of the high melting point solder 11 in the semiconductor laser device of the first embodiment. Are joined together. The semiconductor laser device of the fourth embodiment is configured similarly to the semiconductor laser device of the first embodiment except for the points described above.
【００３１】以上のように構成された実施の形態４の半
導体レーザ装置において、樹脂接着剤１１ａは通常、絶
縁性を有し、比較的厚い層（例えば５μｍ以上）を形成
することが容易であることから、サブマウントとレーザ
チップの間の発生する寄生容量を大幅に低減することが
出来る。これにより、本実施の形態４の半導体レーザ装
置を、例えば２．５Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓで高速動作
させることが可能になる。In the semiconductor laser device of the fourth embodiment configured as described above, the resin adhesive 11a usually has an insulating property, and it is easy to form a relatively thick layer (for example, 5 μm or more). Therefore, the parasitic capacitance generated between the submount and the laser chip can be significantly reduced. As a result, the semiconductor laser device of the fourth embodiment can be operated at high speed, for example, at 2.5 Gbps to 10 Gbps.
【００３２】以上、本発明に係る好ましい実施の形態に
ついて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限ら
れるものではなく、以下のように種々の変形が可能であ
る。
変形例１．以上の実施の形態１〜４の半導体レーザ装置
では、ＳｉＣからなるサブマウントを用いた例について
説明したが本発明はこれに限られるものではなく、サフ
ァイア、アルミナ等からなるセラミック等、種々の材料
からなるサブマウント１３を用いることができる。尚、
本発明では、熱伝導のよいサブマウントを用いることが
好ましいことはいうまでもない。The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made as follows. Modification 1. In the semiconductor laser devices of the above-described first to fourth embodiments, an example using a submount made of SiC has been described, but the present invention is not limited to this, and various materials such as ceramics made of sapphire, alumina, etc. The submount 13 composed of still,
Needless to say, in the present invention, it is preferable to use a submount having good thermal conductivity.
【００３３】変形例２．また、本実施の形態１〜４で
は、サブマウント１３の一方の面にストライプ状の溝１
４を形成した好ましい形態について説明したが、本発明
は溝１４が形成された構造に限られるものではなく、溝
１４が形成されていない平坦な一方の主面に低融点ハン
ダ１２、高融点ハンダ層１１を形成して半導体レーザダ
イオードを接合するようにしてもよい。Modification 2. In the first to fourth embodiments, the stripe-shaped groove 1 is formed on one surface of the submount 13.
4 has been described, the present invention is not limited to the structure in which the groove 14 is formed, and the low melting point solder 12 and the high melting point solder 12 are formed on one flat main surface where the groove 14 is not formed. Layer 11 may be formed to join the semiconductor laser diode.
【００３４】変形例３．以上の実施の形態１〜４におい
ては、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の多重量子井戸を有するＩｎ
Ｐ基板上のリッジ導波路型半導体レーザの組立構造につ
いて説明したが、ＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸を有
するＩｎＰ基板上のリッジ導波路型半導体レーザや、Ｉ
ｎＧａＡｓ系多重量子井戸を有するＧａＡｓ基板上のリ
ッジ導波路型半導体レーザ、ＡｌＧａＡｓ系多重量子井
戸を有するＧａＡｓ基板上のリッジ導波路型半導体レー
ザ、ＡｌＧａＩｎＰ及び、ＧａＩｎＰ系多重量子井戸を
有するＧａＡｓ基板上のリッジ導波路型半導体レーザ等
の材料系の異なる同様なデバイス構造を有するリッジ導
波路型半導体レーザにも適用できるのは言うまでもな
い。Modification 3. In the above first to fourth embodiments, In having an AlGaInAs-based multiple quantum well is used.
Although the assembly structure of the ridge waveguide type semiconductor laser on the P substrate has been described, the ridge waveguide type semiconductor laser on the InP substrate having the InGaAsP-based multiple quantum wells and the I
Ridge waveguide type semiconductor laser on GaAs substrate having nGaAs-based multiple quantum well, ridge waveguide type semiconductor laser on GaAs substrate having AlGaAs-based multiple quantum well, AlGaInP, and GaAs substrate having GaInP-based multiple quantum well It goes without saying that the present invention can also be applied to a ridge waveguide type semiconductor laser having a similar device structure with a different material system such as a ridge waveguide type semiconductor laser.
【００３５】また、本発明の実施の形態においては、高
融点ハンダとしてＡｕＳｎを用い、低融点ハンダとして
Ｉｎを用いた例を示したが、高融点ハンダとしてＡｕＳ
ｉ（金シリコン；ＡｕＳｉ＝９４：６の場合、融点３７
０℃）等、低融点ハンダとして、ＰｂＳｎ（鉛錫；Ｐ
ｂ：Ｓｎ＝４０：６０％の場合、融点２００℃）、Ｓｎ
（錫１００％）等を使うことができる。In the embodiment of the present invention, AuSn is used as the high melting point solder and In is used as the low melting point solder, but AuSn is used as the high melting point solder.
i (gold silicon; when AuSi = 94: 6, melting point 37)
PbSn (lead tin; P
b: when Sn = 40: 60%, melting point 200 ° C.), Sn
(100% tin) can be used.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る半導体レーザ装置は、上記リッジ導波路部の上面に
形成された素子電極は、Ｉｎ，Ｐｂ及びＳｎからなる群
から選択された少なくとも１つを含むハンダからなる第
１の接合部材により上記サブマウント電極に電気的に導
通するように接合されているので、熱変化により、上記
リッジ導波路部を介して活性領域にかかる機械的なスト
レスを緩和することができ、信頼性及び寿命を向上させ
ることができる。As described above in detail, in the semiconductor laser device according to the present invention, the element electrode formed on the upper surface of the ridge waveguide portion is selected from the group consisting of In, Pb and Sn. Since the first joining member made of solder containing at least one is joined so as to be electrically connected to the submount electrode, a mechanical change applied to the active region via the ridge waveguide portion due to thermal change. Stress can be relieved, and reliability and life can be improved.
【００３７】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記サブマウントは、上記一方の主面には上記半導
体レーザダイオードのリッジ導波路部に対向するように
溝が形成され、該溝に形成された上記サブマウント電極
と上記素子電極とが接合されていると、より効果的に上
記リッジ導波路部を介して活性領域にかかる機械的なス
トレスを緩和することができ、より信頼性及び寿命を向
上させることができる。In the semiconductor laser device of the present invention, a groove is formed on the one main surface of the submount so as to face the ridge waveguide portion of the semiconductor laser diode, and the submount is formed in the groove. When the submount electrode and the device electrode are joined together, the mechanical stress applied to the active region via the ridge waveguide portion can be alleviated more effectively, and the reliability and life are further improved. Can be made.
【００３８】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記第１の接合部材は、上記リッジ導波路部に対向
するようにストライプ状に連続して形成されていると、
上記サブマウント電極と上記素子電極とが接合抵抗を低
くできる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, the first joining member is continuously formed in a stripe shape so as to face the ridge waveguide portion.
The junction resistance between the submount electrode and the device electrode can be reduced.
【００３９】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記第１の接合部材は上記リッジ導波路部に平行な
方向に配列された複数の接合部材により構成すると、上
記リッジ導波路部を介して活性領域にかかる機械的なス
トレスをより効果的に緩和することができる。In the semiconductor laser device of the present invention, when the first joining member is composed of a plurality of joining members arranged in a direction parallel to the ridge waveguide portion, the first joining member is activated through the ridge waveguide portion. The mechanical stress on the area can be more effectively relieved.
【００４０】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記第２の接合部材として、上記第１の接合部材よ
り高い融点を有するハンダを用いると、半導体レーザダ
イオードとサブマウントとを強固に接合でき、機械的強
度を向上させることができる。In the semiconductor laser device of the present invention, if a solder having a melting point higher than that of the first joining member is used as the second joining member, the semiconductor laser diode and the submount can be firmly joined, The mechanical strength can be improved.
【００４１】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記第２の接合部材として、Ａｕを主成分とするハ
ンダを用いると、容易かつ確実に半導体レーザダイオー
ドとサブマウントとを強固に接合できる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, if a solder containing Au as a main component is used as the second joining member, the semiconductor laser diode and the submount can be firmly joined easily and reliably.
【００４２】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、上記第２の接合部材として、絶縁性の樹脂接着材を
用いると、半導体レーザダイオードとサブマウントとの
間に生じる寄生容量を小さくでき、高速動作させること
が可能になる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, if an insulating resin adhesive is used as the second joining member, the parasitic capacitance generated between the semiconductor laser diode and the submount can be reduced, and high speed operation can be achieved. It becomes possible to operate.
【００４３】また、本発明の半導体レーザ装置におい
て、上記サブマウントの一方の面に、上記半導体レーザ
ダイオードの側面が対向して接する位置決め用の面が形
成されるように、段差が形成されていると、半導体レー
ザダイオードとサブマウントの位置合わせを容易にで
き、組み立てコストを低減できる。Further, in the semiconductor laser device of the present invention, a step is formed on one surface of the submount so that a positioning surface is formed so that the side surfaces of the semiconductor laser diode face and contact each other. And, the semiconductor laser diode and the submount can be easily aligned with each other, and the assembly cost can be reduced.
【図１】 本発明に係る実施の形態１の半導体レーザ装
置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 実施の形態１のサブマウントの斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view of the submount according to the first embodiment.
【図３】 本発明に係る実施の形態２のサブマウントの
斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a submount according to a second embodiment of the present invention.
【図４】 本発明に係る実施の形態３の半導体レーザ装
置の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】 実施の形態３のサブマウントの斜視図であ
る。FIG. 5 is a perspective view of a submount according to a third embodiment.
【図６】 本発明に係る実施の形態４の半導体レーザ装
置の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】 従来の半導体レーザ装置の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a conventional semiconductor laser device.
１ ｎ−ＩｎＰ基板、２ ｎ−ＩｎＰクラッド層、３
ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸活性層、４ ｐ−ＩｎＰ
クラッド層、５ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、６
活性領域、７ リッジ導波路部、８ ｎ電極、９ Ｓｉ
Ｏ２層、１０ ｐ電極、１１ 高融点ハンダ、１１ａ
樹脂接着剤、１２ 低融点ハンダ、 １３サブマウン
ト、１４ サブマウントに形成された溝、１５ サブマ
ウント電極、１６ サブマウントの段差部。1 n-InP substrate, 2 n-InP clad layer, 3
AlGaInAs multiple quantum well active layer, 4 p-InP
Clad layer, 5 p-InGaAs contact layer, 6
Active region, 7 ridge waveguide, 8 n electrode, 9 Si
O 2 layer, 10 p electrode, 11 high melting point solder, 11a
Resin adhesive, 12 low melting point solder, 13 submount, groove formed in 14 submount, 15 submount electrode, step portion of 16 submount.
Claims (8)
路部を有する半導体レーザダイオードと一方の主面にサ
ブマウント電極を有するサブマウントとを備え、 上記リッジ導波路部の上面に形成された素子電極は、Ｉ
ｎ，Ｐｂ及びＳｎからなる群から選択された少なくとも
１つを含むハンダからなる第１の接合部材により上記サ
ブマウント電極に電気的に導通するように接合され、上
記リッジ導波路部の両側に位置する上記半導体レーザダ
イオードの表面は第２の接合部材により上記サブマウン
トの一方の面に接合されていることを特徴とする半導体
レーザ装置。1. A semiconductor laser diode having a ridge waveguide portion having an element electrode formed on an upper surface thereof, and a submount having a submount electrode on one main surface thereof, and being formed on the upper surface of the ridge waveguide portion. The device electrode is I
n, Pb, and Sn are electrically connected to the submount electrode by a first joining member made of solder containing at least one selected from the group consisting of n, Pb, and Sn, and are located on both sides of the ridge waveguide portion. The surface of the semiconductor laser diode is bonded to one surface of the submount by a second bonding member.
は上記半導体レーザダイオードのリッジ導波路部に対向
するように溝が形成され、該溝に形成された上記サブマ
ウント電極と上記素子電極とが接合された請求項１記載
の半導体レーザ装置。2. The submount has a groove formed on the one main surface so as to face the ridge waveguide portion of the semiconductor laser diode, and the submount electrode and the element electrode formed in the groove. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein and are joined together.
路部に対向するようにストライプ状に連続して形成され
た請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first joining member is continuously formed in a stripe shape so as to face the ridge waveguide portion.
部に平行な方向に配列された複数の接合部材からなる請
求項１又は２記載の半導体レーザ装置。4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first joining member comprises a plurality of joining members arranged in a direction parallel to the ridge waveguide portion.
部材より高い融点を有するハンダである請求項１〜４の
うちのいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second joining member is a solder having a melting point higher than that of the first joining member.
するハンダである請求項５に記載の半導体レーザ装置。6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the second joining member is a solder containing Au as a main component.
着材である請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の
半導体レーザ装置。7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second joining member is an insulating resin adhesive material.
導体レーザダイオードの側面が対向して接する位置決め
用の面が形成されるように、段差が形成された請求項１
〜７のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。8. A step is formed on one surface of the submount so as to form a positioning surface on which the side surfaces of the semiconductor laser diode face and are in contact with each other.
The semiconductor laser device according to any one of items 1 to 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001207697A JP2003023200A (en) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | Semiconductor laser device |
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