JP2003179297A - Gallium nitride based compound semiconductor laser - Google Patents

Gallium nitride based compound semiconductor laser

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JP2003179297A
JP2003179297A JP2001379737A JP2001379737A JP2003179297A JP 2003179297 A JP2003179297 A JP 2003179297A JP 2001379737 A JP2001379737 A JP 2001379737A JP 2001379737 A JP2001379737 A JP 2001379737A JP 2003179297 A JP2003179297 A JP 2003179297A
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JP
Japan
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gallium nitride
layer
compound semiconductor
based compound
pad electrode
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JP2001379737A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Umemoto
整 梅本
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Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gallium nitride based semiconductor laser suitable for long time use and exhibiting excellent heat dissipation properties and a long lifetime. <P>SOLUTION: The gallium nitride based semiconductor laser comprises a plurality of gallium nitride based semiconductor layers formed on a substrate, and opposite pad electrodes formed on the gallium nitride based semiconductor layer side. It is bonded to a heat sink on the substrate side and at least one pad electrode is bonded with at least one metal wire for heat dissipation in addition to a metal wire for conduction. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱性を向上させ
た窒化ガリウム系化合物半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor laser having improved heat dissipation.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザは、DVDなど大容量・高密度の情報記録・再生が可
能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高くな
っている。特に、デジタル画像データを扱う次世代DV
Dには、波長の短い青色レーザが必要不可欠と考えられ
ている。青色半導体レーザとしては、窒化ガリウム系半
導体化合物レーザが最も有力である。
2. Description of the Related Art Today, a semiconductor laser using a nitride semiconductor is required to be used in an optical disk system capable of recording / reproducing information with a large capacity and a high density such as a DVD. In particular, next-generation DV that handles digital image data
A blue laser having a short wavelength is considered to be indispensable for D. A gallium nitride-based semiconductor compound laser is the most promising blue semiconductor laser.

【0003】窒化ガリウム系化合物半導体レーザは今後
さらに利用範囲が広がる。そのためには高出力、長寿
命、安定した出力が可能なレーザの要求も高まる。
The application range of gallium nitride-based compound semiconductor lasers will be further expanded in the future. For that purpose, there is an increasing demand for a laser capable of high output, long life and stable output.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】高出力で使用されるレ
ーザは寿命が短くなる傾向が強いが、これはレーザ発振
時に発生する高熱が一因である。高温状態になったレー
ザは、素子内の欠陥の増殖、端面の破壊などの劣化が進
み、特に放熱性の悪いレーザを高出力で長時間に渡って
連続使用すると、レーザの寿命は著しく縮む。
A laser used at high power tends to have a short life, which is partly due to the high heat generated during laser oscillation. A laser that has reached a high temperature is prone to deterioration such as a proliferation of defects in the device and destruction of the end face. Especially, if a laser with poor heat dissipation is continuously used for a long time at a high output, the life of the laser shortens remarkably.

【0005】そこで、本発明は、放熱性がよく、長寿命
でかつ高出力・長時間使用に適した窒化ガリウム系化合
物半導体レーザを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a gallium nitride-based compound semiconductor laser having good heat dissipation, long life, high output, and suitable for long-term use.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザは、基板上に複数の窒化ガリウム系
化合物半導体層を積層し、窒化ガリウム系化合物半導体
側に両極のパッド電極が形成されてなるレーザチップが
基板側でヒートシンクに接着されており、パッド電極上
に通電を目的とした金属線以外に少なくとも1本の放熱
用金属線が接着されていることを特徴とする。
A gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention has a structure in which a plurality of gallium nitride-based compound semiconductor layers are stacked on a substrate, and bipolar electrode pads are formed on the gallium nitride-based compound semiconductor side. The laser chip is bonded to the heat sink on the substrate side, and at least one metal wire for heat radiation is bonded on the pad electrode in addition to the metal wire for the purpose of conducting electricity.

【0007】本発明に係る放熱フィンは金属線で形成さ
れているため、体積が小さい割に表面積が広く、また表
面に凹みを有さないために冷却媒体が滞らずに流動す
る、といった特長を有している。また、熱の放出経路と
して導電経路を用いることで、放熱の効率を向上させる
ことが可能である。
Since the radiating fin according to the present invention is formed of a metal wire, it has a feature that it has a large surface area in spite of its small volume and that the cooling medium flows without delay because it has no dents on the surface. Have Further, the efficiency of heat dissipation can be improved by using the conductive path as the heat discharge path.

【0008】また、放熱フィンは、良接着が確実に行え
るワイヤボンディング法を用いてパッド電極に接着され
ていると好ましい。放熱フィンの形成が通電用金属線の
ワイヤボンディングと同工程で行える利点もある。この
とき、通電用ワイヤボンディングに用いる金属線を、放
熱用にそのまま用いてもよいし、異なる金属線を用いて
もよい。放熱フィンを形成する金属線は、熱伝導性のよ
い金から成る金線であると、より好ましい。
Further, it is preferable that the heat radiation fin is adhered to the pad electrode by using a wire bonding method capable of ensuring good adhesion. There is also an advantage that the radiation fin can be formed in the same process as the wire bonding of the current-carrying metal wire. At this time, the metal wire used for the current wire bonding may be used as it is for heat dissipation, or a different metal wire may be used. It is more preferable that the metal wire forming the heat radiation fin is a gold wire made of gold having good thermal conductivity.

【0009】活性領域直上のパッド電極上に放熱フィン
を形成すると、放熱フィンと発熱源との距離が短くなり
放熱効率が向上する。すなわち、放熱用金属線のうち、
少なくとも1本は活性領域の直上に接着されていると好
ましい。活性領域の直上に放熱用金属線を接着すると、
接着する時の熱や振動によって活性領域内部に欠陥が入
るので、パッド電極を厚く形成して接着時の影響を緩和
すると好ましい。特に、パッド電極を厚さ0.5μm以
上に形成すると顕著な効果があるのでよい。
When the heat radiation fin is formed on the pad electrode immediately above the active region, the distance between the heat radiation fin and the heat source is shortened, and the heat radiation efficiency is improved. That is, of the metal wires for heat dissipation
At least one of them is preferably adhered immediately above the active region. If a heat-dissipating metal wire is bonded directly above the active area,
Since defects are introduced into the active region due to heat and vibration during bonding, it is preferable to form the pad electrode thick to mitigate the influence during bonding. In particular, it is preferable that the pad electrode is formed to have a thickness of 0.5 μm or more because a remarkable effect can be obtained.

【0010】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザでは、放熱用金属線の接着されたパッド電極が金を含
んでいると好ましい。例えば窒化ガリウム系化合物半導
体レーザでは、パッド電極が複数の金属膜の積層で形成
される場合が多いので、放熱フィンが接着されるパッド
電極では、複数の金属層のうち少なくとも1層が、熱伝
導性の高い金から成ると望ましい。また、パッド電極を
形成する複数の金属層のうち、金層を特に厚膜に形成し
て成ると、パッド電極の熱伝導性がよくなるので好まし
い。
In the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention, it is preferable that the pad electrode to which the metal wire for heat dissipation is adhered contains gold. For example, in gallium nitride-based compound semiconductor lasers, the pad electrode is often formed by laminating a plurality of metal films. Therefore, in the pad electrode to which the heat radiation fin is bonded, at least one of the plurality of metal layers is made of a heat conductive material. It is preferable that it is made of highly-precious gold. Further, among the plurality of metal layers forming the pad electrode, it is preferable to form the gold layer in a particularly thick film because the pad electrode has good thermal conductivity.

【0011】窒化ガリウム系化合物半導体レーザがリッ
ジストライプ構造を有する場合には、pパッド電極は、
リッジストライプ構造の段差を覆って表面がほぼ平らに
なるように形成されていると好ましい。リッジストライ
プに起因する段差があると、段差の上段平坦部と下段平
坦部とをつないでいる垂直部分もしくは傾斜部分には放
熱フィンを形成しにくい場合がある。そのため、リッジ
ストライプ構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザでは、他のストライプ構造のレーザに比べて放熱フ
ィンが形成できる数が少なく、相対的に放熱効率が低く
なる場合がある。そこで、pパッド電極は、リッジ両側
を厚くして、その表面が平坦になるように形成すると、
放熱フィンの形成個数を増やすことができる。
When the gallium nitride compound semiconductor laser has a ridge stripe structure, the p-pad electrode is
It is preferably formed so as to cover the steps of the ridge stripe structure and have a substantially flat surface. If there is a step due to the ridge stripe, it may be difficult to form a heat radiation fin at a vertical portion or an inclined portion connecting the upper flat portion and the lower flat portion of the step. Therefore, in a gallium nitride-based compound semiconductor laser having a ridge stripe structure, the number of radiating fins that can be formed is smaller than that in a laser having another stripe structure, and the heat radiation efficiency may be relatively low. Therefore, if the p-pad electrode is formed so that both sides of the ridge are thick and the surface thereof is flat,
The number of radiating fins formed can be increased.

【0012】ここで、ワイヤボンディングで形成できる
放熱フィンを2種類例示する。1つは、金属線の一端を
パッド電極に接着し、長さ50μm〜500μmを残し
て切断して形成される放熱フィンである。金属線片が、
パッド電極表面から突き出したような形態の放熱フィン
となり、このような放熱フィンを捨て打ちタイプの放熱
フィンと称する。もう1つの例は、第1ボンドで一端を
パッド電極上に接着し、第2ボンドで他端をステム上に
接着し切断して形成する放熱フィンで、通電用のワイヤ
ボンドと同じ形態となる。このような放熱フィンを、ル
ープタイプの放熱フィンと称する。本発明で用いること
のできる放熱フィンは上記2つの形状に限定されず、電
気的な短絡を引き起こさなければ、いかなる形状の金属
線であっても適用可能である。
Here, two types of heat radiation fins that can be formed by wire bonding will be illustrated. One is a heat radiation fin formed by adhering one end of a metal wire to a pad electrode and cutting the metal wire leaving a length of 50 μm to 500 μm. Metal wire pieces
The heat dissipation fin has a form protruding from the surface of the pad electrode, and such a heat dissipation fin is called a throw-away type heat dissipation fin. Another example is a radiation fin formed by adhering one end onto a pad electrode with a first bond and adhering the other end onto a stem with a second bond, and cutting the fin, which has the same form as a wire bond for energization. . Such a radiation fin is called a loop type radiation fin. The radiating fin that can be used in the present invention is not limited to the above two shapes, and any shape of metal wire can be applied as long as it does not cause an electrical short circuit.

【0013】捨て打ちタイプの放熱フィンは、密集して
形成しやすい形状であり、多数の放熱フィンを形成する
ことができるので好ましい。また、捨て打ちタイプの放
熱フィンは、密集して多数形成した場合でも、隣接する
放熱フィンの先端部の間には冷却媒体が通過できる十分
な隙間が存在しているために、放熱性がよく好ましい。
The discarding type heat radiation fins are preferable because they have a shape that can be easily formed densely and a large number of heat radiation fins can be formed. In addition, even when a large number of waste heat radiation fins are formed densely, there is a sufficient gap between the tips of the adjacent heat radiation fins for the cooling medium to pass through, so that the heat radiation performance is good. preferable.

【0014】捨て打ちタイプの放熱フィンでは、フィン
先端部が長く形成されていると表面積が広くなるので放
熱性は向上するが、長くしすぎると電気的短絡の可能性
や、パッド電極との接着部が機械的負担によって剥離す
る可能性がある。よって好ましい長さは50μm以上5
00μm以下、さらに好ましい範囲は50μm以上15
0μm以下である。
In the discarding type radiation fin, the heat dissipation is improved because the surface area becomes large when the fin tip is formed long, but if it is made too long, there is a possibility of electrical short circuit and adhesion to the pad electrode. The parts may peel off due to mechanical load. Therefore, the preferred length is 50 μm or more 5
00 μm or less, more preferably 50 μm or more 15
It is 0 μm or less.

【0015】ループタイプの放熱フィンは、他端がステ
ム電極に接着されているため、ステムを介して放熱が促
進され放熱効果が高くなっていることから、放熱フィン
として好ましい形態である。すなわち、放熱フィンは、
その一端がパッド電極と接着され、他端がステム電極に
接着されていると、より好ましい。全ての放熱フィンを
ループタイプで形成するのが困難である場合には、ルー
プタイプと捨て打ちタイプとを混在させて形成していて
もよい。
Since the other end of the loop type radiation fin is adhered to the stem electrode, heat radiation is promoted through the stem and the heat radiation effect is enhanced, so that it is a preferable form as the radiation fin. That is, the radiation fin is
More preferably, one end thereof is bonded to the pad electrode and the other end is bonded to the stem electrode. If it is difficult to form all the radiation fins in the loop type, the loop type and the discarding type may be mixed and formed.

【0016】放熱フィンが形成できる数はパッド電極の
面積に依存しているので、パッド電極の面積は広ければ
広いほどよい。よって、nパッド電極とpパッド電極の
面積の総計が、レーザチップの上部面積の80%以上と
なるように形成されることが好ましい。
Since the number of radiating fins that can be formed depends on the area of the pad electrode, the wider the area of the pad electrode, the better. Therefore, it is preferable that the total area of the n-pad electrode and the p-pad electrode is 80% or more of the upper area of the laser chip.

【0017】さらに、pパッド電極の面積が、レーザチ
ップの上部面積の60%以上となるように形成されてい
ると好ましい。p型窒化ガリウム系化合物半導体は抵抗
率が大きいので、p型窒化ガリウム系化合物半導体層
は、閾値電圧を下げるために薄膜に形成される。そのた
めpパッド電極と活性領域とは近接しており、pパッド
電極上に放熱フィンを形成するほうが、nパッド電極上
に形成するより放熱効果が高い。よって、pパッド電極
の面積を大きくして、その上に設ける放熱フィンの数を
多くすると放熱効果が向上するので好ましい。
Further, it is preferable that the area of the p pad electrode is formed to be 60% or more of the upper area of the laser chip. Since the p-type gallium nitride-based compound semiconductor has a high resistivity, the p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer is formed as a thin film to reduce the threshold voltage. Therefore, the p pad electrode and the active region are close to each other, and the heat radiation effect is higher when the heat radiation fin is formed on the p pad electrode than when it is formed on the n pad electrode. Therefore, it is preferable to increase the area of the p pad electrode and increase the number of heat radiation fins provided thereon, since the heat radiation effect is improved.

【0018】本発明の放熱フィンを空冷で用いる場合、
放熱フィンに接触する空気が十分に循環することが望ま
しい。そこで、キャップなどレーザ素子を封止する構造
にせず、さらに空冷ファンを備えてレーザチップに送風
し強制的に空気循環させるとより好ましい。さらに、空
冷ファンで発生する風をレーザチップに集中して導き、
放熱効率を向上させるために、レーザチップから空冷フ
ァンに向かって広げて配置される複数の導風板を備えて
いると、より好ましい。
When the radiation fin of the present invention is used in air cooling,
It is desirable that the air contacting the radiating fins be sufficiently circulated. Therefore, it is more preferable that a structure such as a cap that seals the laser element is not provided, and that an air cooling fan is further provided to blow air to the laser chip and forcibly circulate air. Furthermore, the wind generated by the air-cooled fan is concentrated and guided to the laser chip,
In order to improve the heat dissipation efficiency, it is more preferable to include a plurality of air guide plates that are arranged so as to be widened from the laser chip toward the air cooling fan.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】[実施の形態1]図1は、本発明
の実施の形態に係るレーザ1の概略図である。基板上に
複数の窒化ガリウム系化合物半導体層を積層し、窒化ガ
リウム系化合物半導体層側に両極のパッド電極38、3
9が形成されてなるレーザチップ3が、基板側の面でヒ
ートシンク2にマウントされる。パッド電極上に、通電
用金属線130および捨て打ちタイプの放熱フィン11
0が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a schematic view of a laser 1 according to an embodiment of the present invention. A plurality of gallium nitride-based compound semiconductor layers are stacked on the substrate, and the pad electrodes 38 and 3 of both electrodes are provided on the gallium nitride-based compound semiconductor layer side.
The laser chip 3 formed with 9 is mounted on the heat sink 2 on the surface on the substrate side. On the pad electrode, the metal wire 130 for energization and the heat radiation fin 11 of the throw-away type
0 is formed.

【0020】レーザ発振用の導電経路は熱伝導経路とし
ても有効であるため、活性領域で発生した熱は、導電経
路を経由してパッド電極に到達する。放熱フィン110
はパッド電極上に形成され、レーザチップ内部から、外
部の冷却媒体へと熱を放出する。さらに効率よく放熱さ
せるには、放熱フィン110の表面に冷却媒体が滞らず
流動するようにされているとよい。本発明に係る放熱フ
ィン110は、表面に凹みがないため冷却媒体が滞る場
所がなく、また隣接する放熱フィン110の間には隙間
があるため冷却媒体が流動しやすい。よって、金属線で
形成された放熱フィンを備えた、本発明の窒化ガリウム
系化合物半導体レーザは、従来のレーザに比べて放熱効
率が格段に向上される。
Since the conductive path for laser oscillation is also effective as a heat conductive path, the heat generated in the active region reaches the pad electrode via the conductive path. Heat dissipation fin 110
Is formed on the pad electrode and radiates heat from the inside of the laser chip to an external cooling medium. In order to dissipate heat more efficiently, it is preferable that the cooling medium flows on the surface of the radiation fins 110 without delay. In the heat dissipation fin 110 according to the present invention, since the surface is not dented, there is no place where the cooling medium stays, and because there is a gap between the adjacent heat dissipation fins 110, the cooling medium easily flows. Therefore, the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention provided with the radiation fin formed of the metal wire has a significantly improved radiation efficiency as compared with the conventional laser.

【0021】放熱フィン110の接着方法にワイヤボン
ディングを用いると、放熱フィン110がパッド電極と
良接触して放熱性が向上するので好ましい。放熱フィン
110には、熱圧着ボンディング、超音波ワイヤボンデ
ィング、超音波併用熱圧着ワイヤボンディングなどの方
法が適用できる。
It is preferable to use wire bonding as the bonding method of the radiation fins 110 because the radiation fins 110 make good contact with the pad electrodes to improve the radiation performance. A method such as thermocompression bonding, ultrasonic wire bonding, and ultrasonic combined thermocompression bonding can be applied to the radiation fin 110.

【0022】放熱フィン110は金属線で形成される
が、熱伝導性のよい金線で形成されるとより好ましい。
通電用金属線130として金線が用いられる場合、通電
用金線と放熱フィンとを同時に形成して、工程短縮およ
び製造時間短縮を図ることもできる。
The radiating fin 110 is formed of a metal wire, but it is more preferably formed of a gold wire having good thermal conductivity.
When a gold wire is used as the current-carrying metal wire 130, the current-carrying gold wire and the heat radiation fins may be formed at the same time to shorten the process and the manufacturing time.

【0023】また、放熱用金属線のうち少なくとも1本
が活性領域の直上に接着されていると、放熱フィンが活
性領域に接近して設置されることになるため、活性領域
で発生した熱がスムーズに放熱フィン110に伝導され
るので、好ましい。
Further, if at least one of the heat radiation metal wires is bonded directly above the active region, the heat radiation fins are installed close to the active region, so that heat generated in the active region is generated. It is preferable because it is smoothly conducted to the radiation fin 110.

【0024】パッド電極には、放熱フィンの接着時の熱
や振動による結晶への欠陥発生を押さえる機能があるの
で、活性領域の直上に放熱フィンを形成する場合は、パ
ッド電極を特に厚くして、活性領域への欠陥発生を押さ
えるのが望ましい。このとき、パッド電極の厚さが0.
5μm以上に形成されていると、活性領域の受けるダメ
ージを低減する効果が顕著となるので好ましい。
Since the pad electrode has a function of suppressing the generation of defects in the crystal due to heat or vibration when the heat radiation fin is bonded, when the heat radiation fin is formed immediately above the active region, the pad electrode should be made particularly thick. It is desirable to suppress the occurrence of defects in the active region. At this time, the pad electrode has a thickness of 0.
The thickness of 5 μm or more is preferable because the effect of reducing damage to the active region becomes remarkable.

【0025】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザでは、nパッド電極39はNi、Ti、Auなどから
選択されるの金属膜の積層体から形成されており、pパ
ッド電極38はRhO、Pt、Auなどから選択される
の金属膜の積層体から形成されている。放熱性を向上さ
せるためには、放熱ファン110が接着されるパッド電
極が、高熱伝導性の金から成る膜を含んでいるとよい。
すなわち、放熱用金属線の接着されたパッド電極が金を
含んでいると好ましい。さらに、金の膜厚を厚くして、
パッド電極の金含有量を増加させると、パッド電極の熱
伝導率がよくなるので好ましい。
In the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention, the n pad electrode 39 is formed of a laminated body of metal films selected from Ni, Ti, Au, etc., and the p pad electrode 38 is RhO, Pt, It is formed of a laminated body of metal films selected from Au or the like. In order to improve heat dissipation, the pad electrode to which the heat dissipation fan 110 is bonded preferably includes a film made of gold having high thermal conductivity.
That is, it is preferable that the pad electrode to which the metal wire for heat dissipation is adhered contains gold. Furthermore, increase the gold film thickness,
Increasing the gold content of the pad electrode is preferable because it improves the thermal conductivity of the pad electrode.

【0026】形成する放熱フィン110の個数が増える
と、放熱フィンの総表面積が増加し、放熱効果が向上す
る。そこで、放熱フィン110が接着されるパッド電極
を広く形成して、放熱フィン110を多数形成するのが
望ましい。従来のレーザでは、パッド電極は、通電用金
属線を接着できるだけの面積があればよく、pパッド電
極38およびnパッド電極39の面積の和は、チップの
上部面積に対して50〜60%程度の割合であった。本
発明では、その割合が80%以上となるようにパッド電
極が広く形成されているのが好ましい。
When the number of radiating fins 110 to be formed is increased, the total surface area of the radiating fins is increased and the heat radiation effect is improved. Therefore, it is desirable to form a wide pad electrode to which the heat radiation fins 110 are bonded and to form a large number of the heat radiation fins 110. In the conventional laser, the pad electrode has only to have an area capable of adhering the current-carrying metal wire, and the sum of the areas of the p-pad electrode 38 and the n-pad electrode 39 is about 50 to 60% of the upper area of the chip. Was the ratio. In the present invention, it is preferable that the pad electrode is widely formed so that the ratio is 80% or more.

【0027】さらに、pパッド電極38に接着される放
熱フィン110の個数を増やすため、pパッド電極38
の面積を広くすると好ましい。p型窒化ガリウム系化合
物半導体は電気抵抗が大きいので、薄膜に形成されて素
子抵抗を低く押さえている。よって、pパッド電極と活
性領域とは非常に近接して形成されることになり、結果
としてpパッド電極38上の放熱フィンは、nパッド電
極39上の放熱フィンよりも放熱効果が高くなる。すな
わち、pパッド電極上の放熱フィンの数を多くするため
にpパッド電極38を広く形成するとよく、特にpパッ
ド電極38が形成される面積の割合が、レーザチップの
表面積の60%以上となるように形成されているのが好
ましい。
Further, in order to increase the number of heat radiation fins 110 bonded to the p pad electrode 38, the p pad electrode 38
It is preferable to widen the area. Since the p-type gallium nitride-based compound semiconductor has a large electric resistance, it is formed in a thin film to suppress the device resistance to a low level. Therefore, the p pad electrode and the active region are formed very close to each other, and as a result, the heat radiation fin on the p pad electrode 38 has a higher heat radiation effect than the heat radiation fin on the n pad electrode 39. That is, in order to increase the number of heat radiation fins on the p-pad electrode, the p-pad electrode 38 may be formed wide, and the ratio of the area where the p-pad electrode 38 is formed is 60% or more of the surface area of the laser chip. It is preferably formed as follows.

【0028】図2は、捨て打ちタイプの放熱フィン11
0の一例の拡大図である。通常のワイヤボンディングで
は2回のボンドで、レーザチップの電極とステムの電極
端子との間を金属線で接続する。ワイヤボンダの設定を
変えずに捨て打ちフィンを形成する場合には、第1ボン
ドと第2ボンドとの間で引き出す金属線を短くし、かつ
第1ボンドと第2ボンドを同位置で行うことで1つの接
着部111を形成する。このように形成された放熱フィ
ン110の接着部111の形状は、図に示したように2
つのボールを重ねて押し潰したような形状となる。また
第1ボンドと第2ボンドとの間の金属線は接着部111
に取り込まれ、外部形状には現れない。接着部111を
形成後、ワイヤボンダのキャピラリから金属線を繰り出
しながらキャピラリを接着面と垂直の方向に持ち上げ、
さらに金属線を所定の長さの残して切断することでフィ
ン先端部112が形成される。フィン先端部112が第
2ボンド後に金属線を引き切ることによって切断され形
成される場合には、その端部は図2に示すような先細の
形状となる。
FIG. 2 shows a throw-away type heat radiation fin 11
It is an enlarged view of an example of 0. In normal wire bonding, a metal wire is used to connect the electrode of the laser chip and the electrode terminal of the stem with two bonds. When forming the discarding fin without changing the setting of the wire bonder, by shortening the metal wire drawn between the first bond and the second bond, and by making the first bond and the second bond at the same position. One adhesive part 111 is formed. The shape of the adhesive portion 111 of the heat dissipation fin 110 formed in this way is 2 as shown in the figure.
It becomes a shape that two balls are stacked and crushed. Further, the metal wire between the first bond and the second bond is the bonding portion 111.
It is captured by and does not appear in the external shape. After forming the bonding portion 111, while raising the metal wire from the capillary of the wire bonder, the capillary is lifted in the direction perpendicular to the bonding surface,
Further, the fin tip portion 112 is formed by cutting the metal wire leaving a predetermined length. When the fin tip portion 112 is formed by cutting the metal wire after the second bond, the end portion has a tapered shape as shown in FIG.

【0029】放熱フィンの個数が多いと、その個数に比
例して、レーザ当りの放熱フィンの総表面積を増加する
ことができるので好ましいが、その点では、捨て打ちタ
イプの放熱フィン110は、図2からもわかるように密
集して形成するのに適した形状であり、放熱フィンを多
数形成しやすいという利点を有している。また、多数の
放熱フィンを形成した場合でも、隣接するフィン先端部
112同士の間には冷却媒体が通過できる十分な隙間が
存在しているため、熱がこもりにくく、放熱効率のよい
放熱フィンであるといえる。
A large number of heat radiation fins is preferable because the total surface area of the heat radiation fins per laser can be increased in proportion to the number of heat radiation fins. As can be seen from FIG. 2, the shape is suitable for dense formation, and has an advantage that many heat radiation fins can be easily formed. Further, even when a large number of radiating fins are formed, there is a sufficient gap between the adjacent fin tips 112 to allow the cooling medium to pass therethrough. It can be said that there is.

【0030】捨て打ちタイプの放熱フィン110は、フ
ィン先端部112の長さによって表面積を調節できる。
フィン先端部112が長く形成されているほど、放熱フ
ィン110の放熱性は向上するが、長くしすぎると電気
的短絡の可能性や、接着部111が機械的負担によって
剥離する可能性があるため、好ましい長さは50μm以
上500μm以下、さらに好ましい範囲は50μm以上
150μm以下である。
The surface area of the discarding type heat radiation fin 110 can be adjusted by the length of the fin tip 112.
The longer the fin tip 112 is formed, the better the heat dissipation performance of the heat dissipation fin 110. However, if the fin tip 112 is too long, there is a possibility of electrical short circuit and the adhesive portion 111 may be peeled off due to mechanical load. The preferable length is 50 μm or more and 500 μm or less, and the more preferable range is 50 μm or more and 150 μm or less.

【0031】本発明に係る、放熱フィンを有するレーザ
が空冷で用いられる場合、放熱フィンに接触する空気が
十分に循環すると、放熱フィンからの熱放出効率が上昇
するので望ましい。そこで、キャップなどレーザ素子を
封止する構造は形成せず、また空冷ファンを備えてレー
ザチップに送風し強制的に空気循環させるとより好まし
い。さらに、空冷ファンで発生する風をレーザチップに
集中して導くために、レーザチップから空冷ファンに向
かって広げて配置される複数の導風板を備えていると、
放熱効率がより向上するのでさらに好ましい。
When the laser having the radiation fin according to the present invention is used in air cooling, it is desirable that the air contacting the radiation fin is sufficiently circulated so that the efficiency of heat radiation from the radiation fin is increased. Therefore, it is more preferable not to form a structure for sealing the laser element such as a cap and to provide an air-cooling fan to blow air to the laser chip to forcibly circulate the air. Furthermore, in order to concentrate and guide the wind generated by the air-cooling fan to the laser chip, it is provided with a plurality of air guide plates that are arranged so as to spread from the laser chip toward the air-cooling fan.
It is more preferable because the heat radiation efficiency is further improved.

【0032】図3は、本発明の実施の形態1にかかる窒
化ガリウム系化合物半導体レーザチップを示す斜視図で
ある。基板31上には、InGa1-xN(0≦x<
1)から成る活性層344が、n側AlGa1−y
(0≦y<1)層33と、p側AlGa1−zN(0
≦z<1)層35とによって挟まれており、いわゆるダ
ブルヘテロ構造が形成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser chip according to the first embodiment of the present invention. On the substrate 31, In x Ga 1-x N (0 ≦ x <
The active layer 344 composed of 1) is an n-side Al y Ga 1-y N
(0 ≦ y <1) layer 33 and p-side Al z Ga 1-z N (0
≦ z <1) It is sandwiched by the layer 35, and a so-called double hetero structure is formed.

【0033】以下、図3の窒化ガリウム系化合物半導体
レーザチップの詳細な断面図を図4に示して、その構造
を説明する。基板31としては、GaNを用いることが
好ましいが、窒化ガリウム系化合物半導体と異なる異種
基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、C
面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイ
ア、スピネル(MgA124のような絶縁性基板、Si
C(6H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、Ga
As、Si、及び窒化ガリウム系化合物半導体と格子整
合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが
可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基
板材料を用いることができる。好ましい異種基板として
は、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基
板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ
状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムから
なる下地層が結晶性よく成長するため好ましい。更に、
異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成
前の下地層となる窒化ガリウム系化合物半導体を成長さ
せた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒
化ガリウム系化合物半導体の単体基板として素子構造を
形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を
除去する方法でも良い。
The structure of the gallium nitride-based compound semiconductor laser chip shown in FIG. 3 will be described below with reference to FIG. Although GaN is preferably used as the substrate 31, a different substrate different from the gallium nitride-based compound semiconductor may be used. As the heterogeneous substrate, for example, C
Surface, R surface, or A surface having sapphire as a main surface, spinel (an insulating substrate such as MgA1 2 O 4 , Si,
C (including 6H, 4H, 3C), ZnS, ZnO, Ga
It is possible to grow a nitride semiconductor, such as an oxide substrate that lattice-matches As, Si, and a gallium nitride-based compound semiconductor, and it has been known in the past, and a substrate material different from the nitride semiconductor can be used. Examples of preferable different substrates include sapphire and spinel. The heterogeneous substrate may be off-angled, and in this case, it is preferable to use a step-shaped off-angled substrate because the underlayer made of gallium nitride grows with good crystallinity. Furthermore,
When a heterogeneous substrate is used, after growing a gallium nitride-based compound semiconductor as an underlayer before forming an element structure on the heterogeneous substrate, the heterogeneous substrate is removed by a method such as polishing to remove the gallium nitride-based compound semiconductor. The element structure may be formed as a single substrate, or a different substrate may be removed after the element structure is formed.

【0034】異種基板を用いる場合には、バッファ層
(低温成長層)32、窒化ガリウム系化合物半導体(好
ましくはGaN)からなる下地層(図示せず)を介し
て、素子構造を形成すると、窒化ガリウム系化合物半導
体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上に設け
る下地層(成長基板)として、その他に、ELOG(Epitaxi
ally Laterally Overgrowth)成長させた窒化ガリウム系
化合物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得ら
れる。ELOG成長層の具体例としては、異種基板上に、窒
化ガリウム系化合物半導体層を成長させ、その表面に窒
化ガリウム系化合物半導体の成長が困難な保護膜を設け
るなどして形成したマスク領域と、窒化ガリウム系化合
物半導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に
設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させる
ことで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が
成されることにより、マスク領域にも窒化ガリウム系化
合物半導体が成長して成膜された層などがある。その他
の形態では、異種基板上に成長させた窒化ガリウム系化
合物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方
向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
When a heterogeneous substrate is used, when a device structure is formed through a buffer layer (low temperature growth layer) 32 and an underlayer (not shown) made of a gallium nitride-based compound semiconductor (preferably GaN), nitriding is performed. The growth of the gallium compound semiconductor is improved. In addition, as a base layer (growth substrate) provided on a heterogeneous substrate, ELOG (Epitaxi
A growth substrate with good crystallinity can be obtained by using a gallium nitride-based compound semiconductor grown by ally laterally overgrowth. As a specific example of the ELOG growth layer, a mask region formed by growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer on a heterogeneous substrate and providing a protective film on the surface of which a growth of a gallium nitride-based compound semiconductor is difficult, By providing the non-mask region for growing the gallium nitride-based compound semiconductor in a stripe shape and growing the nitride semiconductor from the non-mask region, the growth in the lateral direction is performed in addition to the growth in the film thickness direction. As a result, the mask region also has a layer formed by growing a gallium nitride-based compound semiconductor. In another form, the gallium nitride-based compound semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate may be provided with an opening, and the film may be grown by lateral growth from the side surface of the opening.

【0035】基板31上には、バッファ層32を介し
て、n側窒化ガリウム系化合物半導体層33を構成する
n側コンタクト層331、クラック防止層(図示せ
ず)、n側クラッド層332、及びn側光ガイド層33
3が形成されている。n側クラッド層332を除く他の
層は、素子によっては省略することもできる。n側窒化
物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分において
活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要で
あり、そのためにAlを含む組成であることが好まし
い。また、各層は、n型不純物をドープしながら成長さ
せてn型としても良いし、アンドープで成長させてn型
としても良い。
On the substrate 31, the n-side contact layer 331 forming the n-side gallium nitride compound semiconductor layer 33, the crack prevention layer (not shown), the n-side cladding layer 332, and the buffer layer 32 are provided. n-side light guide layer 33
3 is formed. The layers other than the n-side clad layer 332 may be omitted depending on the device. The n-side nitride semiconductor layer needs to have a bandgap wider than that of the active layer at least in a portion in contact with the active layer, and therefore, it is preferable that the composition includes Al. Further, each layer may be grown while being doped with n-type impurities to be n-type, or may be grown undoped to be n-type.

【0036】n側窒化ガリウム系化合物半導体層33の
上には、活性層344が形成されている。活性層344
は、Inx1Ga1-x2N井戸層(0<x<1)とI
Ga1-x2N障壁層(0≦x<1、x
)が適当な回数だけ交互に繰り返し積層されたMQ
W構造を有しており、活性層の両端はいずれも障壁層と
なっている。井戸層は、アンドープで形成されており、
最終障壁層を除く全ての障壁層はSi、Sn等のn型不
純物が好ましくは1×1017〜1×1019cm −3
の濃度でドープして形成されている。
Of the n-side gallium nitride-based compound semiconductor layer 33
An active layer 344 is formed on the top. Active layer 344
Is Inx1Ga1-x2N well layer (0 <x1<1) and I
nx TwoGa1-x2N barrier layer (0 ≦ xTwo<1, x1>
xTwo) MQ is repeatedly laminated by an appropriate number of times.
It has a W structure, and both ends of the active layer are barrier layers.
Has become. The well layer is formed undoped,
All barrier layers except the final barrier layer are n-type non-doped, such as Si and Sn.
Pure is preferably 1 × 1017~ 1 x 1019cm -3
It is formed by doping with a concentration of.

【0037】活性層344の上には、p側窒化ガリウム
系化合物半導体35として、p型電子閉じ込め層35
1、p側光ガイド層352、p側クラッド層353、p
側コンタクト層354が形成されている。p側クラッド
層353を除く他の層は、素子によっては省略すること
もできる。p側窒化ガリウム系化合物半導体層は、少な
くとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバ
ンドギャップを有することが必要であり、そのためにA
lを含む組成であることが好ましい。また、各層は、p
型不純物をドープしながら成長させてp型としても良い
し、隣接する他の層からp型不純物を拡散させてp型と
しても良い。
On the active layer 344, a p-type electron confinement layer 35 is formed as a p-side gallium nitride compound semiconductor 35.
1, p-side optical guide layer 352, p-side cladding layer 353, p
The side contact layer 354 is formed. The layers other than the p-side cladding layer 353 may be omitted depending on the device. The p-side gallium nitride-based compound semiconductor layer needs to have a wider bandgap than that of the active layer, at least in the portion in contact with the active layer.
A composition containing 1 is preferable. Also, each layer is p
It may be grown to be p-type while being doped with a type impurity, or may be p-type by diffusing p-type impurities from another adjacent layer.

【0038】p型窒化物半導体層のうち、p側光ガイド
層352の途中までリッジストライプが形成され、さら
に、絶縁体膜40、p側電極36、n側電極37、pパ
ット電極38、及びnパット電極39が形成されて窒化
ガリウム系化合物半導体レーザチップが構成されてい
る。レーザチップはヒートシンクにダイボンドされたの
ち、ワイヤボンダによってパッド電極上に捨て打ちタイ
プの放熱フィン110および通電用金属線130が形成
されて、本発明にかかるレーザが完成する。図1ではp
パッド電極38に2列、nパッド電極39に1列の配列
で放熱フィンを形成しているが、放熱フィンの配置は図
示したものに限られない。なお、放熱フィン110の少
なくとも1つは、リッジストライプの直上に形成される
と好ましい。また、放熱フィンの代わりに通電用金属線
130がリッジの上に形成されていてもよい。レーザチ
ップをカバーするキャップは用いず、レーザチップを空
気中にさらして放熱性を高めると好ましい。
In the p-type nitride semiconductor layer, a ridge stripe is formed up to the middle of the p-side light guide layer 352, and further, the insulator film 40, the p-side electrode 36, the n-side electrode 37, the p-pad electrode 38, and The n-pad electrode 39 is formed to form a gallium nitride-based compound semiconductor laser chip. After the laser chip is die-bonded to the heat sink, the heat sink fin 110 and the metal wire 130 for energization are formed on the pad electrode by the wire bonder to complete the laser according to the present invention. In Figure 1, p
Although the heat radiation fins are formed in two rows on the pad electrode 38 and one row on the n pad electrode 39, the arrangement of the heat radiation fins is not limited to that shown in the drawing. At least one of the heat radiation fins 110 is preferably formed immediately above the ridge stripe. Moreover, the metal wire 130 for electricity supply may be formed on the ridge instead of the radiation fin. It is preferable to enhance the heat dissipation by exposing the laser chip to the air without using a cap that covers the laser chip.

【0039】[実施の形態2]図5では、実施の形態1
における捨て打ちタイプの放熱フィン110を、一部ル
ープタイプの放熱フィン120に置き換えて形成した窒
化ガリウム系化合物半導体レーザである。ループタイプ
の放熱フィン120は、金属製の電極端子22にも放熱
できるため、捨て打ちタイプの放熱フィン110に比べ
てフィン1本当りの放熱の効率がよい。ループタイプの
放熱フィン120は、通電用金属線130と同様に、第
1ボンドでパッド電極と接着され、第2ボンドでステム
の電極端子22と接着したのちに切断されて形成する。
ループタイプの放熱フィン120は、通電用金属線とし
ても機能するので、特に通電用金属線と同じ金属線で形
成された場合は、通電用金属線と識別できない。そこ
で、図5では同一金線を用いた形態として、通電用金属
線を特に区別せず全てループタイプの放熱フィン120
として記載している。しかし、用いる金属線の材質や太
さを変えるなど、ループタイプの放熱フィンと通電用金
属線との差別化を図っても差し支えない。
[Second Embodiment] FIG. 5 shows the first embodiment.
Is a gallium nitride-based compound semiconductor laser formed by partially replacing the heat radiation fin 110 of the throw-away type with the heat radiation fin 120 of a loop type. Since the loop type heat radiation fin 120 can also radiate heat to the metal electrode terminal 22, the heat radiation efficiency per fin is higher than that of the discarding type heat radiation fin 110. Similar to the conducting metal wire 130, the loop-type heat dissipation fin 120 is formed by being bonded to the pad electrode by the first bond and being bonded to the electrode terminal 22 of the stem by the second bond and then being cut.
Since the loop-type radiating fin 120 also functions as a current-carrying metal wire, it cannot be distinguished from the current-carrying metal wire especially when it is formed of the same metal wire as the current-carrying metal wire. Therefore, in FIG. 5, the same gold wire is used, and the metal wires for energization are not particularly distinguished, and all of them are loop type heat radiation fins 120.
It has been described as. However, it is possible to make a distinction between the loop-type heat radiation fin and the current-carrying metal wire by changing the material and thickness of the metal wire used.

【0040】ループタイプの放熱フィン120は放熱の
効率がよいが、電極端子22の面積が限られているため
に、接着できる放熱フィンの数が制限される。また、全
てをループタイプの放熱フィン120にすると、ループ
同士が絡み合ってレーザチップから剥がれ落ちる可能性
もある。そこで、図5に示すように、ループタイプの放
熱フィン120と捨て打ちタイプの放熱フィン110と
を混在して形成してもよい。もちろん、電極端子22の
面積を大きくする、ループの長さを適宜変えて絡み合わ
ないようにするなどの工夫をして、放熱フィンを全てル
ープタイプで形成してもよい。
Although the loop type heat radiation fin 120 has a high heat radiation efficiency, the number of heat radiation fins that can be bonded is limited because the area of the electrode terminal 22 is limited. Further, if all of the loop type heat radiation fins 120 are used, the loops may be entangled with each other and peeled off from the laser chip. Therefore, as shown in FIG. 5, the loop type heat radiation fins 120 and the discarding type heat radiation fins 110 may be formed in a mixed manner. Of course, all the radiation fins may be formed as a loop type by devising such as increasing the area of the electrode terminal 22 and appropriately changing the length of the loop so as not to be entangled.

【0041】[実施の形態3]図6および7は、実施の
形態3に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの概略
図である。図7に示したようにpパッド電極38を形成
する以外は、実施の形態1又は2と同様に形成する。
[Third Embodiment] FIGS. 6 and 7 are schematic views of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to a third embodiment. 7A and 7B, except that the p-pad electrode 38 is formed as shown in FIG.

【0042】実施の形態1および2では、リッジ部の凸
形状に沿って一定の厚みのpパッド電極が形成されてい
るので、pパッド電極の表面は凸部を有する。ワイヤボ
ンディングで放熱フィンを形成する場合、大きな段差を
有さない平坦な面にのみ良好な接着が行えるので、段差
部分には放熱フィンが形成できない。そこで、図6に示
すように、リッジ部以外のpパッド電極の厚みを増して
pパッド電極表面を平坦に形成するとよい。すなわち、
窒化ガリウム系化合物半導体レーザがリッジストライプ
構造を有する場合には、pパッド電極38がリッジスト
ライプ構造の段差を覆って表面がほぼ平らになるように
形成されていると好ましい。このように形成されたpパ
ッド電極では、たとえば図7に示すように、捨て打ちタ
イプの放熱フィン110を密に形成することが可能とな
る。放熱フィンは、図7に示す以外の配置でもよく、ま
たループタイプであってもよい。
In the first and second embodiments, since the p pad electrode having a constant thickness is formed along the convex shape of the ridge portion, the surface of the p pad electrode has a convex portion. When the radiation fin is formed by wire bonding, good adhesion can be achieved only on a flat surface having no large step, so that the radiation fin cannot be formed on the step portion. Therefore, as shown in FIG. 6, it is preferable to increase the thickness of the p pad electrode other than the ridge portion to form the p pad electrode surface flat. That is,
When the gallium nitride-based compound semiconductor laser has a ridge stripe structure, it is preferable that the p pad electrode 38 is formed so as to cover the steps of the ridge stripe structure and have a substantially flat surface. With the p-pad electrode formed in this way, it is possible to densely form the heat-dissipating fins 110 of a discarding type as shown in FIG. 7, for example. The radiation fins may be arranged other than those shown in FIG. 7 and may be of a loop type.

【0043】[実施の形態4]実施の形態4は、nパッ
ド電極およびpパッド電極の形状が異なる以外は、実施
の形態1ないし3と同様に形成される。pパッド電極
は、nパッド電極より活性領域からの熱が伝導しやすい
ので、pパッド電極の面積を広くして接着できる放熱用
フィンの数を増やすと、全体として放熱の効率が向上す
る。図8は、pパッド電極を広くした形態の1例であ
る。nパッド電極は、少なくとも通電用金属線130を
接着できるだけの大きさを有している。nパッド電極が
形成される位置は、図8のような隅部に限らず、どこに
形成されてもよいが、電極端子22に近い素子辺部に形
成されていると、通電用金属線を形成しやすいので好ま
しい。
[Fourth Embodiment] The fourth embodiment is formed in the same manner as the first to third embodiments, except that the n pad electrode and the p pad electrode have different shapes. Since heat from the active region is more easily conducted to the p-pad electrode than to the n-pad electrode, increasing the area of the p-pad electrode to increase the number of heat-dissipating fins that can be bonded improves the efficiency of heat dissipation as a whole. FIG. 8 shows an example of a mode in which the p pad electrode is widened. The n-pad electrode is large enough to bond at least the current-carrying metal wire 130. The position where the n pad electrode is formed is not limited to the corner portion as shown in FIG. 8, and may be formed anywhere. However, when the n pad electrode is formed on the element side portion near the electrode terminal 22, a metal wire for conduction is formed. It is preferable because it is easy to do.

【0044】[0044]

【実施例】[実施例1]サファイア(C面)よりなる基
板31を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置
換した後、水素を流しながら、基板の温度を1050℃
まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。基板31に
はサファイアC面の他、R面、A面を主面とするサファ
イア、その他、スピネル(MgA12O4)のような絶縁
性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Z
nS、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基板を用い
ることができる。絶縁性基板を用いた場合は、p電極と
n電極とは同一面側から取り出されるが、導電性基板の
場合は基板裏面側からn電極を形成することもできる。
但し導電性基板を用いても、同一面側に正と負の電極を
取り出す構造としても良い。
Example 1 A substrate 31 made of sapphire (C-face) is set in a reaction vessel, the inside of the vessel is sufficiently replaced with hydrogen, and then the temperature of the substrate is kept at 1050 ° C. while flowing hydrogen.
And clean the substrate. The substrate 31 includes sapphire C plane, sapphire having R plane and A plane as main surfaces, an insulating substrate such as spinel (MgA1 2 O4), SiC (including 6H, 4H, 3C), Z
A semiconductor substrate made of nS, ZnO, GaAs, GaN or the like can be used. When an insulating substrate is used, the p electrode and the n electrode are taken out from the same surface side, but in the case of a conductive substrate, the n electrode can be formed from the back surface side of the substrate.
However, a conductive substrate may be used or a structure in which positive and negative electrodes are taken out on the same surface side.

【0045】(バッファ層32)続いて、温度を510
℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニ
アとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板31
上にGaNよりなるバッファ層32を約200Åの膜厚
で成長させる。バッファ層32はAlN、GaN、Al
GaN等が、900℃以下の温度で、0.1μm以下、
好ましくは数十Å〜数百Åで形成できる。このバッファ
層は基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和するた
めに形成されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の種
類等によっては省略することも可能である。
(Buffer layer 32) Subsequently, the temperature is changed to 510.
C., hydrogen was used as a carrier gas, and ammonia and TMG (trimethylgallium) were used as source gases.
A buffer layer 32 made of GaN is grown on top of it to a film thickness of about 200Å. The buffer layer 32 is AlN, GaN, Al
GaN, etc., at a temperature of 900 ° C. or less, 0.1 μm or less,
Preferably, it can be formed by several dozen Å to several hundred Å. This buffer layer is formed in order to mitigate the lattice constant irregularity between the substrate and the nitride semiconductor, but it may be omitted depending on the growth method of the nitride semiconductor, the type of the substrate, and the like.

【0046】(n側コンタクト層331)バッファ層3
2の成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで
上昇させる。1050℃になったら、同じく原料ガスに
TMG、アンモニアガス、不純物ガスとしてシランガス
を用い、Siを1×1019/cmドープしたn型Ga
Nよりなるn側コンタクト層331を6μmの膜厚で成
長させる。n側コンタクト層331はn型のInAl
Ga1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で構
成でき、その組成は特に問うものではないが、好ましく
はn型GaN、y値が0.1以下のAlGa1-x
とするとn電極37と良好なオーミックが得られやす
い。
(N-side contact layer 331) Buffer layer 3
After the growth of 2, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reached 1050 ° C., n-type Ga doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 was also used, using TMG, ammonia gas as the source gas, and silane gas as the impurity gas.
An n-side contact layer 331 made of N is grown to a film thickness of 6 μm. The n-side contact layer 331 is an n-type In x Al.
y Ga 1-x-y N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1), and its composition is not particularly limited, but preferably n-type GaN and Al having a y value of 0.1 or less. x Ga 1-x N
Then, it is easy to obtain a good ohmic contact with the n-electrode 37.

【0047】(クラック防止層)次に、温度を800℃
にして、原料ガスにTMG、TMI(トリメチルインジ
ウム)、アンモニア、シランガスを用い、Siを1×1
19/cmドープしたIn0.10Ga0.90Nよ
りなるクラック防止層を500Åの膜厚で成長させる。
このクラック防止層はInを含むn型の窒化物半導体、
好ましくはInGaNで成長させることにより、Alを
含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止するこ
とができる。なおこのクラック防止層は100Å以上、
0.5μm以下の膜厚で成長させることが好ましい。1
00Åよりも薄いと前記のようにクラック防止として作
用しにくく、0.5μmよりも厚いと、結晶自体が黒変
する傾向にある。なお、このクラック防止層は成長方
法、成長装置等の条件によっては省略することもでき
る。
(Crack prevention layer) Next, the temperature is set to 800.degree.
Then, TMG, TMI (trimethylindium), ammonia, and silane gas are used as source gases, and Si is 1 × 1.
A crack prevention layer made of In 0.10 Ga 0.90 N doped with 0 19 / cm 3 is grown to a film thickness of 500 Å.
The crack prevention layer is an n-type nitride semiconductor containing In,
The growth of InGaN preferably prevents cracks from forming in the nitride semiconductor layer containing Al. This crack prevention layer is 100 Å or more,
It is preferable to grow the film with a thickness of 0.5 μm or less. 1
If it is thinner than 00Å, it is difficult to act as a crack preventive as described above, and if it is thicker than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack prevention layer may be omitted depending on the conditions such as the growth method and the growth apparatus.

【0048】(n側クラッド層332)次に温度を10
50℃にして、原料ガスにTMA(トリメチルアルミニ
ウム)、TMG、NH、SiHを用い、Siを1×
1019/cmドープしたn型Al0.20Ga
0.80Nよりなる第1の層を20ÅとSiを1×10
19/cmドープしたn型GaNよりなる第2の層を2
0Å成長させる。そしてこのペアを125回成長させ、
総膜厚0.5μm(5000Å)の多層膜よりなるn側
クラッド層332を成長させる。このn側クラッド層3
32はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作
用し、Alを含む窒化物半導体、好ましくはAlGa
N、若しくはGaNまたはInGaNを含む第1の層
と、第1の層と組成の異なる窒化物半導体よりなる第2
の層との積層構造からなる多層膜層を成長させることが
望ましい。このように単一膜厚が100Å以下、さらに
好ましくは70Å以下、最も好ましくは50Å以下の互
いに組成の異なる窒化物半導体層を積層成長させた超格
子構造とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限
界膜厚以下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に
室温で連続発振する。このクラッド層としての超格子層
は、活性層よりも外側にあるn側窒化ガリウム系化合物
半導体層、若しくはp型窒化物半導体層の内の少なくと
も一方の層に存在させ、好ましくは両方の層に存在させ
ることが望ましい。n側クラッド層332全体の膜厚は
100Å以上、2μm以下、さらに好ましくは500Å
以上、1μm以下で成長させることが望ましい。
(N-side clad layer 332) Next, the temperature is raised to 10
The temperature is set to 50 ° C., TMA (trimethylaluminum), TMG, NH 3 , and SiH 4 are used as a source gas, and Si is 1 ×.
10 19 / cm 3 doped n-type Al 0.20 Ga
The first layer of 0.80 N has 20Å and Si has 1 × 10
The second layer of n-type GaN doped with 19 / cm 3
To grow 0Å. And grow this pair 125 times,
An n-side cladding layer 332 made of a multilayer film having a total film thickness of 0.5 μm (5000 Å) is grown. This n-side clad layer 3
32 acts as a carrier confinement layer and a light confinement layer, and is a nitride semiconductor containing Al, preferably AlGa.
A first layer containing N or GaN or InGaN, and a second layer made of a nitride semiconductor having a composition different from that of the first layer.
It is desirable to grow a multi-layer film having a layered structure with the above layers. As described above, when a superlattice structure is formed by stacking and growing nitride semiconductor layers having different compositions of 100 Å or less, more preferably 70 Å or less, and most preferably 50 Å or less, a single nitride semiconductor layer The film thickness becomes less than the critical limit film thickness, the crystallinity becomes very good, and continuous oscillation easily occurs at room temperature. The superlattice layer as the cladding layer is present in at least one of the n-side gallium nitride compound semiconductor layer or the p-type nitride semiconductor layer outside the active layer, and preferably in both layers. Desirable to be present. The total film thickness of the n-side cladding layer 332 is 100 Å or more and 2 μm or less, more preferably 500 Å
As described above, it is desirable to grow it at a thickness of 1 μm or less.

【0049】(n側光ガイド層333)続いて、105
0℃でSiを1×1019/cmドープしたn型GaN
よりなるn側光ガイド層333を0.2μmの膜厚で成
長させる。このn側光ガイド層333は、活性層の光ガ
イド層として作用し、GaN、InGaNを成長させる
ことが望ましく、通常100Å〜5μm、さらに好まし
くは200Å〜1μmの膜厚で成長させることが望まし
い。以上説明したように、本発明において基板上部のn
側窒化ガリウム系化合物半導体層33とは、多層のn側
窒化ガリウム系化合物半導体層(331〜333)より
なるものも含む。なお本実施例のように基板とn側窒化
ガリウム系化合物半導体層との間にバッファ層32を介
しても良い。
(N-side light guide layer 333) Subsequently, 105
N-type GaN doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 at 0 ° C.
The n-side light guide layer 333 is grown to a thickness of 0.2 μm. This n-side light guide layer 333 acts as a light guide layer of an active layer, and it is desirable to grow GaN and InGaN, and it is desirable to grow it to a film thickness of usually 100 Å to 5 μm, more preferably 200 Å to 1 μm. As described above, in the present invention, n
The side gallium nitride-based compound semiconductor layer 33 also includes a layer formed of multiple layers of n-side gallium nitride-based compound semiconductor layers (331 to 333). A buffer layer 32 may be interposed between the substrate and the n-side gallium nitride compound semiconductor layer as in this embodiment.

【0050】(活性層34)次に、原料ガスにTMG、
TMI、アンモニア、シランガスを用いて活性層34を
成長させる。活性層34は温度を800℃に保持して、
まずSiを8×10 18/cmでドープしたIn
0.20Ga0.80Nよりなる井戸層を25Åの膜厚
で成長させる。次にTMIのモル比を変化させるのみで
同一温度で、Siを8×1018/cmドープしたIn
0.05Ga0.95Nよりなる障壁層を50Åの膜厚
で成長させる。この操作を2回繰り返し、最後に井戸層
を積層した多重量子井戸構造とする。活性層にドープす
る不純物は本実施例のように井戸層、障壁層両方にドー
プしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。なお
n型不純物をドープすると閾値が低下する傾向にある。
(Active layer 34) Next, the source gas is TMG,
The active layer 34 is formed by using TMI, ammonia, and silane gas.
Grow. The active layer 34 maintains the temperature at 800 ° C.,
First, Si is 8 × 10 18/cmThreeIn doped with
0.20Ga0.80The well layer made of N has a film thickness of 25 Å
Grow with. Then just change the molar ratio of TMI
8 × 10 Si at the same temperature18/cmThreeDoped In
0.05Ga0.95The barrier layer made of N has a film thickness of 50Å
Grow with. This operation is repeated twice, and finally the well layer
To have a multiple quantum well structure. Dope the active layer
Impurities that do not enter the well layer and the barrier layer as in this example.
Or one of them may be doped. Note that
Doping with n-type impurities tends to lower the threshold value.

【0051】(p側電子閉じ込め層351)次に、温度
を1050℃に上げ、TMG、TMA、アンモニア、C
Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用
い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、
Mgを1×1020/cmドープしたp型Al0.10
Ga .90Nよりなるp側電子閉じ込め層351を3
00Åの膜厚で成長させる。このp側電子閉じ込め層3
51はp型としたが、膜厚が薄いため、n型不純物をド
ープしてキャリアが補償されたi型としても良く、最も
好ましくはp型とする。p側電子閉じ込め層351の膜
厚は0.1μm以下、さらに好ましくは500Å以下、
最も好ましくは300Å以下に調整する。0.1μmよ
り厚い膜厚で成長させると、p側電子閉じ込め層351
中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半
導体層が成長しにくいからである。またキャリアがこの
エネルギーバリアをトンネル効果により通過できなくな
る。Alの組成比が大きいAlGaN程薄く形成すると
レーザ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が0.2
以上のAlGa1-yNであれば500Å以下に調整
することが望ましい。p側電子閉じ込め層351の膜厚
の下限は特に限定しないが、10Å以上の膜厚で形成す
ることが望ましい。
(P-side electron confinement layer 351) Next, the temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia, C
p 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used, and the band gap energy is larger than that of the active layer.
P-type Al 0.10 doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3
Ga 0 . The p-side electron confinement layer 351 made of 90 N
Grow with a film thickness of 00Å. This p-side electron confinement layer 3
51 is p-type, but since it has a small film thickness, it may be i-type in which carriers are compensated by doping n-type impurities, and most preferably p-type. The thickness of the p-side electron confinement layer 351 is 0.1 μm or less, more preferably 500 Å or less,
Most preferably, it is adjusted to 300Å or less. When grown to a thickness greater than 0.1 μm, the p-side electron confinement layer 351
This is because cracks are likely to occur inside, and a nitride semiconductor layer with good crystallinity is difficult to grow. Also, carriers cannot pass through this energy barrier due to the tunnel effect. If the AlGaN having a larger Al composition ratio is formed thinner, the laser element is likely to oscillate. For example, Y value is 0.2
For the above Al y Ga 1-y N, it is desirable to adjust it to 500 Å or less. The lower limit of the film thickness of the p-side electron confinement layer 351 is not particularly limited, but it is desirable to form the p-side electron confinement layer 351 with a film thickness of 10 Å or more.

【0052】(p側光ガイド層352)続いて、105
0℃で、Mgを1×1020/cmドープしたキャップ
層よりもバンドギャップエネルギーが小さいMgドープ
p型GaNよりなるp側光ガイド層352を0.2μm
の膜厚で成長させる。このp側光ガイド層352は、n
側光ガイド層333と同じく、活性層の光ガイド層とし
て作用し、GaN、InGaNを成長させることが望ま
しく、通常0.01μm以上、5μm以下、さらに好ま
しくは0.02μm以上、1μm以下の膜厚で成長させ
ることが望ましい。
(P-side light guide layer 352) Then, 105
At 0 ° C., the p-side optical guide layer 352 made of Mg-doped p-type GaN having a bandgap energy smaller than that of the cap layer doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is 0.2 μm.
To grow. This p-side light guide layer 352 is n
Similar to the side light guide layer 333, it is desirable to act as a light guide layer of an active layer and grow GaN and InGaN. Usually, the film thickness is 0.01 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0.02 μm or more and 1 μm or less. It is desirable to grow in.

【0053】(p側クラッド層353)続いて1050
℃で、Mgを1×1020/cmドープしたp型Al
0.20Ga0.80Nよりなる第1の層を20Åと、
Mgを1×1020/cmドープしたn型GaNよりな
る第2の層を20Å成長させる。そしてこのペアを12
5回成長させ、総膜厚0.5μm(5000Å)の多層
膜よりなるp側クラッド層353を成長させる。このp
側クラッド層353も、n側クラッド層332と同じ
く、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用
し、AlGaN若しくはGaN又はInGaNよりなる
第1の層と、第1の層と異なる組成を有する窒化物半導
体よりなる第2の層との積層構造からなる多層膜層を成
長させることが望ましい。このようにクラッド層を超格
子構造とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限
界膜厚以下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に
室温で連続発振する。また活性層の発光を閉じ込めるた
めの光閉じ込め層としても非常に効果的である。p側ク
ラッド層353全体の膜厚は0.01μm以上、2μm
以下、さらに好ましくは0.05μm以上、1μm以下
で成長させることが望ましい。
(P-side clad layer 353) Then 1050
P-type Al doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 at ℃
The first layer of 0.20 Ga 0.80 N is 20Å,
A second layer of n-type GaN doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown by 20Å. And this pair 12
It is grown five times to grow a p-side clad layer 353 made of a multilayer film having a total film thickness of 0.5 μm (5000 Å). This p
Like the n-side cladding layer 332, the side-cladding layer 353 also acts as a carrier confinement layer and an optical confinement layer, and has a first layer made of AlGaN, GaN, or InGaN, and a nitride having a composition different from that of the first layer. It is desirable to grow a multilayer film layer having a laminated structure with a second layer made of a semiconductor. When the clad layer has a superlattice structure as described above, the film thickness of the single nitride semiconductor layer becomes equal to or less than the critical limit film thickness, crystallinity becomes very good, and continuous oscillation is easily performed at room temperature. It is also very effective as a light confinement layer for confining the light emission of the active layer. The total film thickness of the p-side cladding layer 353 is 0.01 μm or more and 2 μm.
Hereafter, it is desirable to grow at a thickness of 0.05 μm or more and 1 μm or less.

【0054】本実施例のように量子構造の井戸層を有す
る活性層を有するダブルへテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層34に接して、活性層34よりもバンド
ギャップエネルギーが大きい膜厚0.1μm以下の窒化
物半導体よりなるキャップ層、好ましくはAlを含む窒
化物半導体よりなるp側電子閉じ込め層351を設け、
そのp側電子閉じ込め層351よりも活性層から離れた
位置に、p側電子閉じ込め層351よりもバンドギャッ
プエネルギーが小さいp側光ガイド層352を設け、そ
のp側光ガイド層352よりも活性層から離れた位置
に、p側光ガイド層352よりもバンドギャップが大き
い窒化ガリウム系化合物半導体、好ましくはAlを含む
窒化ガリウム系化合物半導体を含むp側クラッド層35
3を設けることは非常に好ましい。しかもp側電子閉じ
込め層351の膜厚を0.1μm以下と薄く設定してあ
るため、キャリアのバリアとして作用することはなく、
p層から注入された正孔が、トンネル効果によりp側電
子閉じ込め層351を通り抜けることができて、活性層
で効率よく再結合し、レーザの出力が向上する。つま
り、注入されたキャリアは、p側電子閉じ込め層351
のバンドギャップエネルギーが大きいため、半導体素子
の温度が上昇しても、あるいは注入電流密度が増えて
も、キャリアは活性層をオーバーフローせず、p側電子
閉じ込め層351で阻止されるため、キャリアが活性層
に貯まり、効率よく発光することが可能となる。
In the case of a semiconductor device having a double hetero structure having an active layer having a quantum well layer as in the present embodiment, the film thickness having a band gap energy larger than that of the active layer 34 is in contact with the active layer 34. A cap layer made of a nitride semiconductor having a thickness of 0.1 μm or less, preferably a p-side electron confinement layer 351 made of a nitride semiconductor containing Al, is provided.
A p-side light guide layer 352 having a bandgap energy smaller than that of the p-side electron confinement layer 351 is provided at a position farther from the active layer than the p-side electron confinement layer 351. A p-side cladding layer 35 containing a gallium nitride-based compound semiconductor having a band gap larger than that of the p-side light guide layer 352, preferably a gallium nitride-based compound semiconductor containing Al.
Providing 3 is highly preferred. Moreover, since the thickness of the p-side electron confinement layer 351 is set as thin as 0.1 μm or less, it does not act as a carrier barrier,
The holes injected from the p-layer can pass through the p-side electron confinement layer 351 due to the tunnel effect, are efficiently recombined in the active layer, and the laser output is improved. That is, the injected carriers are the p-side electron confinement layer 351.
Has a large band gap energy, the carriers do not overflow in the active layer and are blocked by the p-side electron confinement layer 351 even if the temperature of the semiconductor element rises or the injection current density increases. It can be stored in the active layer and can efficiently emit light.

【0055】(p側コンタクト層354)最後に、p側
クラッド層353の上に、1050℃でMgを1×10
20/cm ドープしたp型GaNよりなるp側コンタク
ト層354を150Åの膜厚で成長させる。p側コンタ
クト層354はp型のInAlGa1-x-yN(0
≦x、0≦y、x+y≦1)で構成することができ、好
ましくはMgをドープしたGaN、若しくはMgをドー
プしたY値が0.1以下のAlGa1-yNとすれば、
p電極36と最も好ましいオーミック接触が得られる。
p側コンタクト層354の膜厚は500Å以下、さらに
好ましくは300Å以下、最も好ましくは200Å以下
に調整することが望ましい。
(P-side contact layer 354) Finally, p-side
On the clad layer 353, Mg was added at 1 × 10 at 1050 ° C.
20/cm ThreeP-side contact made of doped p-type GaN
Layer 354 is grown to a film thickness of 150Å. p side contour
Layer 354 is p-type InxAlyGa1-x-yN (0
≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1)
More preferably, Mg-doped GaN or Mg-doped
Al with a Y value of 0.1 or lessyGa1-yIf N,
The most preferable ohmic contact with the p-electrode 36 is obtained.
The thickness of the p-side contact layer 354 is 500 Å or less,
Preferably less than 300Å, most preferably less than 200Å
It is desirable to adjust to.

【0056】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700
℃でアニーリングを行い、p型窒化ガリウム系化合物半
導体で形成されている層を低抵抗化する。
After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is further heated in a nitrogen atmosphere in a reaction vessel at 700 ° C.
Annealing is performed at 0 ° C. to reduce the resistance of the layer formed of the p-type gallium nitride compound semiconductor.

【0057】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、RIE装置でエッチングを行い、図4に示す
ように最上層のp側コンタクト層354と、p側クラッ
ド層353とをエッチングして、4μmのストライプ幅
を有するリッジストライプを形成する。リッジストライ
プを形成する際は、予めストライプ幅の中心が後に形成
するn電極37に接近しているように設計する。リッジ
ストライプを形成する場合、特に活性層よりも上にある
Alを含むp側窒化ガリウム系化合物半導体層以上の層
をリッジ形状とすることにより、活性層の発光がリッジ
下部に集中して、横モードが単一化しやすく、閾値が低
下しやすい。
After the annealing, the wafer is taken out of the reaction container and etched by the RIE apparatus to etch the uppermost p-side contact layer 354 and the p-side clad layer 353 as shown in FIG. A ridge stripe having a width is formed. When forming the ridge stripe, it is designed so that the center of the stripe width is close to the n electrode 37 to be formed later. In the case of forming a ridge stripe, by making the layer above the p-side gallium nitride-based compound semiconductor layer containing Al, which is above the active layer, into a ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated under the ridge, It is easy to unify the modes and the threshold value tends to decrease.

【0058】次に、リッジストライプの表面と露出して
いるp側クラッド層353の表面とにマスクを形成し、
同じくRIEでエッチングを行い、図4に示すようにn
電極37を形成すべきn側コンタクト層331の表面を
露出させる。表面露出後、最上層にあるp側コンタクト
層354のリッジストライプの最上層全面にNiとAu
よりなるp電極36を形成する。なお、p側コンタクト
層354と好ましいオーミックが得られるp電極36の
材料としては、例えばNi、Pd、Ag、Ni/Au等
を挙げることができる。一方、先ほど露出させたn側コ
ンタクト層331に、TiとAlよりなるn電極37を
リッジストライプと平行に形成する。n側コンタクト層
331と好ましいオーミックが得られるn電極37の材
料としては、Al、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In
等の金属若しくは合金を挙げることができる。
Next, a mask is formed on the surface of the ridge stripe and the exposed surface of the p-side cladding layer 353,
Similarly, etching is performed by RIE, and as shown in FIG.
The surface of the n-side contact layer 331 on which the electrode 37 is to be formed is exposed. After the surface is exposed, Ni and Au are formed on the entire upper surface of the ridge stripe of the p-side contact layer 354 which is the uppermost layer.
The p-electrode 36 is formed. Note that examples of the material of the p-electrode 36 that can obtain a preferable ohmic contact with the p-side contact layer 354 include Ni, Pd, Ag, Ni / Au, and the like. On the other hand, the n-electrode 37 made of Ti and Al is formed in parallel with the ridge stripe on the n-side contact layer 331 exposed earlier. Materials for the n-side contact layer 331 and the n-electrode 37 that can obtain a preferable ohmic property include Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, and In.
Metals or alloys such as

【0059】次に、p電極36及びn電極37を形成し
た位置を除く窒化物半導体層の表面全面にSiOより
なる絶縁体膜40を形成する。絶縁体膜40形成後、A
uよりなるpパッド電極38を、p電極36の上および
絶縁体膜40の上に、p電極36と電気的に接続させて
形成する。同様に、Auよりなるnパッド電極39を、
n電極37の上および絶縁体膜40の上に、n電極37
と電気的に接続させて形成する。pパッド電極38の面
積と、nパッド電極表面積との比は、約2:1とする。
このように形成されたpパッド電極38の表面は、図3
および図4に示すように、リッジの形状に起因する段差
を有している。図1の破線aは、段差の位置を示してい
る。
Next, an insulator film 40 made of SiO 2 is formed on the entire surface of the nitride semiconductor layer except the positions where the p electrode 36 and the n electrode 37 are formed. After forming the insulator film 40, A
A p pad electrode 38 made of u is formed on the p electrode 36 and the insulator film 40 by being electrically connected to the p electrode 36. Similarly, the n pad electrode 39 made of Au is
On the n-electrode 37 and the insulator film 40, the n-electrode 37
It is formed by being electrically connected to. The ratio of the area of the p-pad electrode 38 to the surface area of the n-pad electrode is about 2: 1.
The surface of the p-pad electrode 38 thus formed is shown in FIG.
Also, as shown in FIG. 4, there is a step due to the shape of the ridge. The broken line a in FIG. 1 indicates the position of the step.

【0060】以上のようにして、n電極37とp電極3
6とを形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモ
ンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側
の基板31をラッピングし、基板の厚さを100μmと
する。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で1μmポリ
シングして基板表面を鏡面状とする。
As described above, the n-electrode 37 and the p-electrode 3
The wafer on which No. 6 is formed is transferred to a polishing apparatus, and the substrate 31 on the side on which the nitride semiconductor is not formed is lapped by using a diamond abrasive to make the thickness of the substrate 100 μm. After lapping, the substrate surface is mirror-finished by polishing with 1 μm with a finer polishing agent.

【0061】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開
面に共振器長500μmの共振器を作製する。共振器面
にSiOとTiOよりなる誘電体多層膜を形成し、
最後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切断し
てレーザチップとする。
After polishing the substrate, scribe the polishing surface side,
Cleavage is performed in a bar shape in a direction perpendicular to the ridge stripe, and a resonator having a resonator length of 500 μm is manufactured on the cleavage plane. A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is formed on the resonator surface,
Finally, the bar is cut in the direction parallel to the ridge stripe to form a laser chip.

【0062】さらにこのレーザチップをフェースアップ
(基板とヒートシンクとが対向した状態)でヒートシン
クに固定し、それぞれのパッド電極とステムの電極端子
とを通電用の金線130でボンディングする。さらに、
接着部111の直径を約70μm、フィン先端部112
の長さを100μmとした放熱フィン110を、nパッ
ド電極39およびpパッド電極38の上にワイヤボンデ
ィングで複数接着する。このときリッジ側部の段差に
は、放熱フィン110は形成されない。また、放熱の効
果を高めるため、レーザチップ保護用のキャップは設け
ない。
Further, the laser chip is fixed face up (the substrate and the heat sink are opposed to each other) to the heat sink, and the respective pad electrodes and the electrode terminals of the stem are bonded by the gold wire 130 for conduction. further,
The diameter of the adhesive portion 111 is about 70 μm, and the fin tip portion 112
A plurality of heat radiation fins 110 having a length of 100 μm are bonded onto the n pad electrode 39 and the p pad electrode 38 by wire bonding. At this time, the radiating fins 110 are not formed on the steps on the side of the ridge. Further, a cap for protecting the laser chip is not provided in order to enhance the effect of heat dissipation.

【0063】このように形成されたレーザの発振を試み
たところ、室温において、閾値電流密度3kA/c
、閾値電圧4Vで、発振波長405nmの連続発振
が確認され、12000時間以上の寿命を示した。
When the oscillation of the laser thus formed was tried, the threshold current density was 3 kA / c at room temperature.
At m 2 and a threshold voltage of 4 V, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed, and a lifetime of 12,000 hours or more was shown.

【0064】[実施例2]図5に示す通り、実施例1の捨
て打ちタイプの放熱フィン110の半数を、ループタイ
プの放熱フィン120に置き換えて形成する以外は、実
施例1と同様に形成する。このように形成された、本発
明にかかるレーザの発振を試みたところ、室温におい
て、閾値電流密度3kA/cm、閾値電圧4Vで、発
振波長405nmの連続発振が確認され、14000時
間以上の寿命を示した。
[Embodiment 2] As shown in FIG. 5, it is formed in the same manner as in Embodiment 1 except that half of the discarding type heat radiation fins 110 of the first embodiment are replaced with loop type heat radiation fins 120. To do. When the oscillation of the laser according to the present invention thus formed was tried, continuous oscillation of an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at room temperature with a threshold current density of 3 kA / cm 2 and a threshold voltage of 4 V, and a lifetime of 14,000 hours or more. showed that.

【0065】[実施例3]図6および図7に示すように、
実施例1および2で形成されるpパッド電極38を、そ
の表面が平坦になるように形成する。このとき、リッジ
直上のpパッド電極の厚みを0.8μmにして形成す
る。pパッド電極38の表面が平坦であると、放熱フィ
ンを密に形成して個数を増やすことができる。図7は、
密に形成する場合の放熱フィンの配置パターンの一例で
あり、これ以外の配置でもよい。また図7における打ち
捨てタイプの放熱フィン110の一部もしくは全てを、
ループタイプの放熱フィン120としてもよい。このよ
うに形成されたレーザの発振を試みたところ、室温にお
いて、閾値電流密度3kA/cm、閾値電圧4Vで、
発振波長405nmの連続発振が確認され、15000
時間以上の寿命を示した。
Example 3 As shown in FIGS. 6 and 7,
The p-pad electrode 38 formed in Examples 1 and 2 is formed so that its surface is flat. At this time, the p-pad electrode immediately above the ridge is formed with a thickness of 0.8 μm. If the surface of the p-pad electrode 38 is flat, the heat radiation fins can be densely formed to increase the number. Figure 7
This is an example of the arrangement pattern of the radiation fins when they are densely formed, and other arrangements may be used. In addition, a part or all of the abandonment type radiation fin 110 in FIG.
A loop type heat radiation fin 120 may be used. When an attempt was made to oscillate the laser thus formed, at room temperature, the threshold current density was 3 kA / cm 2 , the threshold voltage was 4 V, and
Continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed, and 15,000
It has a life span of more than an hour.

【0066】[比較例]放熱フィンが形成されていない以
外は、実施例1と同様に形成した比較例のレーザを比較
例として形成した。このレーザの発振を試みたところ、
室温において、閾値電流密度3kA/cm、閾値電圧
4Vで、発振波長405nmの連続発振が確認され、1
0000時間以上の寿命を示した。
[Comparative Example] A comparative laser formed in the same manner as in Example 1 was formed as a comparative example except that the radiation fins were not formed. When I tried to oscillate this laser,
At room temperature, a threshold current density of 3 kA / cm 2 and a threshold voltage of 4 V were observed, and continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed.
It showed a life of 0000 hours or more.

【発明の効果】本発明による窒化ガリウム系化合物半導
体レーザは、放熱性の高い放熱フィンをレーザの電極上
に備えていることによって、長寿命・高出力・長時間使
用が可能となっている。さらに、本発明の放熱フィン
は、通電用金属線のワイヤボンディング時に形成するこ
とが可能で、短時間で形成でき低コストであるという利
点も有する。
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present invention is provided with a radiation fin having a high radiation performance on the electrode of the laser, so that it can be used for a long time, at a high output and for a long time. Further, the heat dissipation fin of the present invention has an advantage that it can be formed at the time of wire bonding of the current-carrying metal wire and can be formed in a short time and at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施形態を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の放熱フィンの一例であるFIG. 2 is an example of a radiation fin of the present invention.

【図3】 本発明の一実施形態を示す斜視図であるFIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の一実施形態を示す断面図であるFIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の一実施形態を示す概略図であるFIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の一実施形態を示す断面図であるFIG. 6 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の一実施形態を示す概略図であるFIG. 7 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の一実施形態を示す概略図であるFIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・レーザ 2・・・ステム 3・・・レーザチップ 21・・・ヒートシンク 22・・・電極端子 23・・・ステム支持棒 31・・・基板 32・・・バッファ層 33・・・n側窒化ガリウム系化合物半導体層 34・・・活性層 35・・・p側窒化ガリウム系化合物半導体層 36・・・p電極 37・・・n電極 38・・・pパッド電極 39・・・nパッド電極 40・・・絶縁体膜 110・・・捨て打ちタイプの放熱フィン 111・・・フィン接着部 112・・・フィン先端部 120・・・ループタイプの放熱フィン 130・・・通電用金属線 331・・・n側コンタクト層 332・・・n側クラッド層 333・・・n側光ガイド層 351・・・p側電子閉じ込め層 352・・・p側光ガイド層 353・・・p側クラッド層 354・・・p側コンタクト層 a・・・pパッド電極の段差 1 ... Laser 2 ... Stem 3 ... Laser chip 21 ... Heat sink 22 ... Electrode terminal 23 ... Stem support rod 31 ... substrate 32 ... Buffer layer 33 ... N-side gallium nitride-based compound semiconductor layer 34 ... Active layer 35 ... P-side gallium nitride compound semiconductor layer 36 ... p electrode 37 ... n electrode 38 ... p pad electrode 39 ... n pad electrode 40 ... Insulator film 110 ... Discard type heat dissipation fin 111 ... Fin bonded part 112 ... fin tip 120 ... Loop type heat radiation fin 130 ... Metal wire for electricity 331 ... n-side contact layer 332 ... N-side clad layer 333: n-side light guide layer 351 ... p-side electron confinement layer 352 ... P-side light guide layer 353 ... P-side clad layer 354 ... P-side contact layer a ... step of p pad electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に複数の窒化ガリウム系化合物半
導体層を積層し、前記窒化ガリウム系化合物半導体層側
に両極のパッド電極が形成されてなる窒化ガリウム系化
合物半導体レーザであって、 前記基板側でヒートシンクに接着されており、前記パッ
ド電極のすくなくとも一方に、通電を目的とした金属線
以外に少なくとも1本の放熱用金属線が接着されている
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
1. A gallium nitride-based compound semiconductor laser in which a plurality of gallium nitride-based compound semiconductor layers are stacked on a substrate and bipolar pad electrodes are formed on the gallium nitride-based compound semiconductor layer side. A gallium nitride compound semiconductor laser characterized in that at least one metal wire for heat radiation is bonded to at least one of the pad electrodes in addition to the metal wire intended for energization. .
【請求項2】 前記放熱用金属線が、ワイヤボンディン
グによって接着されていることを特徴とする請求項1に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
2. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the heat radiation metal wire is bonded by wire bonding.
【請求項3】 前記放熱用金属線が金線であることを特
徴とする請求項1又は2に記載の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザ。
3. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the heat radiation metal wire is a gold wire.
【請求項4】 前記放熱用金属線のうち、少なくとも1
本は活性領域の直上に接着されていることを特徴とする
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体レーザ。
4. At least one of the heat dissipation metal wires
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the book is bonded directly on the active region.
【請求項5】 前記放熱用金属線の接着された前記パッ
ド電極の厚さが0.5μm以上であることを特徴とする
請求項4に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
5. The gallium nitride based compound semiconductor laser according to claim 4, wherein the thickness of the pad electrode to which the heat radiation metal wire is adhered is 0.5 μm or more.
【請求項6】 前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
がリッジストライプ構造を有しており、前記パッド電極
が、前記リッジストライプ構造の段差を覆って表面がほ
ぼ平らになるように形成されていることを特徴とする請
求項1ないし5のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
6. The gallium nitride-based compound semiconductor laser has a ridge stripe structure, and the pad electrode is formed so as to cover a step of the ridge stripe structure and have a substantially flat surface. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記放熱用金属線の一端は前記パッド電
極と接着され、他端はステム電極に接着されていること
を特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
7. The gallium nitride according to claim 1, wherein one end of the heat radiation metal wire is adhered to the pad electrode and the other end is adhered to the stem electrode. -Based compound semiconductor laser.
【請求項8】 前記パッド電極の両極を合計した面積
が、チップ面積の80%以上であることを特徴とする請
求項1ないし7のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
8. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein a total area of both electrodes of the pad electrode is 80% or more of a chip area.
【請求項9】 p側半導体上に形成されている前記パッ
ド電極の面積が、チップ面積の60%以上であることを
特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ。
9. The gallium nitride-based material according to claim 1, wherein an area of the pad electrode formed on the p-side semiconductor is 60% or more of a chip area. Compound semiconductor laser.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014792A (en) * 2009-07-03 2011-01-20 Sony Corp Semiconductor laser device

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