JP2004014795A - Submount for nitride semiconductor laser, and nitride semiconductor laser using this - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体レーザ用サブマウントおよびこれを用いた窒化物半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体レーザの分野において、紫外から青色の領域の発光を得ることができる窒化物半導体よりなる窒化物半導体レーザの開発が盛んに行われている。この窒化物半導体レーザは、赤色,赤外等の半導体レーザに比べて高エネルギーの光を放出するので、消費電力が大きくなり、そのため発熱量が大きくなる。
【0003】
このような窒化物半導体レーザで発生する熱が外部に効果的に放熱されるように、レーザチップの基板の裏面側には、銅(Cu)あるいは鉄(Fe)などの金属よりなるヒートシンクが放熱部材として設けられている。更に、レーザチップとヒートシンクとの間には、熱膨張係数の差によるストレスや歪みなどが発生しないよう、レーザチップの基板材料と比較的熱膨張係数が近い材料として熱伝導性のよい窒化アルミニウム(AlN)などを用いたサブマウントが設けられている。
【0004】
図12は、サブマウントの両面にヒートシンクおよびレーザチップをそれぞれ設けるための従来の方法を概略的に表している。レーザチップ110は、例えばサファイアよりなる基板上に活性層を含む窒化物半導体層が形成された窒化物半導体レーザチップであり、活性層が形成されている側にp側電極111、活性層が形成されていない側にn側電極112がそれぞれ形成されている。また、レーザチップ110にはストライプ構造が形成されており、p側電極111から供給された電流は、n側電極112寄りの活性層の一部に部分的に注入され、その部分に閉じ込められて増幅したレーザ光が、発光点113から放出されるようになっている。
【0005】
サブマウント120の上面には、ワイヤボンディングのための配線層121A,121Bが形成されており、この配線層121A,121Bの上に、レーザチップ110のn側電極112およびp側電極111に対応して溶着層122が形成されている。サブマウント120の下面には、ヒートシンク130を設けるための溶着層140が形成されている。
【0006】
このようなサブマウント120の両面にレーザチップ110およびヒートシンク130をそれぞれ設けるためには、ヒートシンク130の上にサブマウント120およびレーザチップ110を順に精度良く位置合わせをして載せて、最後に、加熱装置を用いて各々の位置精度を確保しながら溶着させるようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のサブマウント120では、溶着層122は、配線層121A,121Bの上に直接形成されていた。しかも、溶着層122の幅W122は、n側電極112の幅W112およびp側電極111の幅W111と同じであった。このため、従来では、レーザチップ110に荷重を加えながら加熱して溶着させる際に、ある確率で次のような問題が生じるのを防ぐことができなかった。
【0008】
例えば、図13に示したように、溶着層122がレーザチップ110のフロント側にはみ出し、ボール状に固まってしまう。これにより、発光点113から放出されたレーザ光がボール状に固まった溶着層122に当たって直進できず、測定で非発光として不良品になっていた。
【0009】
また、例えば、図14に示したように、p側電極111およびn側電極112がレーザチップ110の片面に形成されている場合には、はみ出した溶着層122がp側電極111とn側電極112とをショートさせてしまう虞があった。
【0010】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、不良品率を低減させ、電極間のショートを防止することができるようにした窒化物半導体レーザ用サブマウントおよびこれを用いた窒化物半導体レーザを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明による窒化物半導体レーザ用サブマウントは、活性層を含む窒化物半導体層および一対の電極を有する窒化物半導体レーザに用いられるものであって、基体と、この基体の一方の側に、窒化物半導体レーザの一対の電極のうち一方の電極よりも狭い幅で形成された溶着層と、この溶着層の基体側の面に接して溶着層になじまない金属により形成されると共に、溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って溶着層で被覆されない露出領域を有するはみ出し防止層とを備えたものである。
【0012】
本発明による窒化物半導体レーザは、活性層を含む窒化物半導体層および一対の電極を有するレーザチップと、このレーザチップが配設されたサブマウントとを有するものであって、サブマウントは、基体と、この基体の一方の側に、レーザチップの一対の電極のうち少なくとも一方の電極を固定させている溶着層と、この溶着層の基体側の面に接して溶着層になじまない金属により形成されると共に、溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って溶着層で被覆されない露出領域を有するはみ出し防止層とを備えたものである。
【0013】
本発明による窒化物半導体レーザ用サブマウントでは、溶着層が、窒化物半導体レーザの一対の電極のうち一方の電極よりも狭い幅で形成されていると共に、この溶着層の基体側の面に接して、溶着層になじまない金属からなるはみ出し防止層が設けられており、このはみ出し防止層に、溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って溶着層で被覆されない露出領域が設けられているので、溶着層が窒化物半導体レーザの電極間にはみ出すことが防止される。よって、不良品率が低減され、ショートが防止される。ここで、一対の電極のうち一方の電極は、活性層が形成されている側の電極であることが好ましい。
【0014】
本発明による窒化物半導体レーザでは、サブマウントの溶着層が、レーザチップの一対の電極のうち少なくとも一方の電極を固定させていると共に、この溶着層の基体側の面に接して、溶着層になじまない金属からなるはみ出し防止層が設けられており、このはみ出し防止層に、溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って溶着層で被覆されない露出領域が設けられているので、溶着層がレーザチップの電極間にはみ出すことが防止される。よって、不良品率が低減され、ショートが防止される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1および図3は、本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ10の断面構成を表すものである。また、図2は、この窒化物半導体レーザ10が構成要素として含まれる窒化物半導体発光装置70の全体構成を表している。
【0017】
窒化物半導体発光装置70は、例えば、円盤状の支持体71と中空円筒状の蓋体72とを有している。支持体71は、例えば銅あるいは鉄などの金属によりヒートシンク30と一体成型されている。蓋体72の一端部は開放されており、他端部は閉鎖されている。蓋体72の閉端部には、内部に収納された窒化物半導体レーザ10から射出されたレーザビームを窒化物半導体発光装置70の外部に取り出すための取り出し窓72Aが設けられている。蓋体72は、例えば銅あるいは鉄などの金属により構成されており、取り出し窓72Aは、窒化物半導体レーザ10から射出されるレーザビームを透過することのできる材料、例えば、ガラスあるいはプラスチックにより構成されている。
【0018】
支持体71には、支持体71の面内とは垂直な方向に、一対のピン73,74が設けられている。各ピン73,74は、銅または鉄などの金属により構成されており、表面には金(Au)などよりなる薄膜が被着されている。支持体71と各ピン73,74との間にはガラスなどよりなる絶縁リング73A,74Aがそれぞれ配設されており、支持体71と各ピン73,74とは電気的にそれぞれ絶縁されている。ピン74には、例えば太さが20μmの金よりなるワイヤ76Aの一端部が接合されている。このワイヤ76Aの他端部は配線層21Aに接合されており、ピン74と配線層21Aとが電気的に接続される。支持体71には、更に、支持体71およびヒートシンク30と電気的に接続されたピン75が形成されている。
【0019】
ヒートシンク30は、例えば銅あるいは鉄などの金属により構成されている。このヒートシンク30は、窒化物半導体レーザ10の図示しない電源に対して電気的に接続されると共に、窒化物半導体レーザ10で発生した熱を放散する役割を有している。
【0020】
ヒートシンク30の上には、溶着層40および補助接着層50を間にして、例えば厚さ200μm程度の窒化アルミニウムからなる基体20Aを有するサブマウント20が設けられている。
【0021】
補助接着層50は、例えば厚さ0.05μmのチタン(Ti)層51,厚さ0.3μmの白金(Pt)層52および厚さ0.6μmの金層53がサブマウント20側から順に積層されたものである。ヒートシンク30側に設けられている溶着層40は、例えば厚さ5.0μmのスズ(Sn)ペーストからなる。
【0022】
サブマウント20の基体20Aのヒートシンク30が設けられない側には、配線層21A,21B,はみ出し防止層23および溶着層22を間にして、レーザチップ60が設けられている。レーザチップ60は、例えば厚さ100μm程度のサファイア(α−Al2O3)よりなる基板60Aを備えている。この基板60Aのc面には、活性層を含む窒化物半導体層60Bが形成されている。
【0023】
なお、ここでいう窒化物半導体とは、ガリウム(Ga)と窒素(N)とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えば窒化ガリウム(GaN),窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)混晶,あるいは窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム(AlGaInN)混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてシリコン(Si),ゲルマニウム(Ge),酸素(O),セレン(Se)などのIV族およびVI族元素からなるn型不純物、または、マグネシウム(Mg),亜鉛(Zn),炭素(C)などのII族およびIV族元素からなるp型不純物を含有している。
【0024】
窒化物半導体層60Bの上には、活性層が形成されている側にp側電極61、活性層が形成されていない側にn側電極62がそれぞれ形成されている。また、レーザチップ60の窒化物半導体層60Bには図示しないストライプ構造が形成されており、p側電極61から供給された電流は、n側電極62寄りの活性層の一部に部分的に注入され、その部分が発光点63となっている。p側電極61は、例えば、パラジウム(Pd),白金および金を基板60A側から順に積層した構成を有している。
【0025】
レーザチップ60の両端面には、図3に示したように、一対の劈開鏡面64,65が形成されている。劈開鏡面64には図示しない半透明反射鏡、劈開鏡面65には図示しない完全反射鏡がそれぞれ設けられており、これらの劈開鏡面64,65により共振器長Lの共振器構造が形成され、発光点63からの光出力が劈開鏡面64の半透明反射鏡を介して取り出される。
【0026】
このような構成を有するレーザチップ60は、p側電極61およびn側電極62が形成されている側がサブマウント20の基体20Aに対向するように、サブマウント20の基体20A上に設置されている。
【0027】
配線層21Aは、例えば厚さ0.05μmのチタン層21A1および厚さ1.0μmのアルミニウム(Al)層21A2が基体20A側から順に積層されたものであり、レーザチップ60のn側電極62の下方に位置する。配線層21Bは、例えば厚さ0.05μmのチタン層21B1および厚さ1.0μmのアルミニウム層21B2が基体20A側から順に積層されたものであり、p側電極61の下方に位置する。配線層21A,21Bは、共振器長Lよりも長くなるように形成されており、その差d21は、例えば約100μm程度となっている。なお、配線層21Bには、例えば太さが20μmの金よりなるワイヤ76Bの一端部が接合されている。ワイヤ76Bの他端部は、ヒートシンク30に接合されており、これにより配線層21Bがヒートシンク30を介して図示しない電源に接続される。
【0028】
溶着層22は、例えばスズ層を含む複数の金属層を積層してなる高融点半田が用いられる。p側電極61とはみ出し防止層23との間の溶着層22の厚さは極めて薄くなっており、図3に示したように、劈開鏡面65側に余分な溶着層22がはみ出した状態となっているが、劈開鏡面65は図示しない完全反射鏡によって絶縁性が確保されているので、問題は生じない。一方、n側電極62とはみ出し防止層23との間の溶着層22は、n側電極62をはみ出し防止層23に固定させると共に、レーザチップ60のp側電極61側とn側電極62側との段差を調整している。
【0029】
はみ出し防止層23は、溶着層22の下面に接して溶着層22になじまない金属により形成されており、荷重をかけながら加熱してレーザチップ60をサブマウント20に設置する際に溶着層22がレーザチップ60のフロント側またはp側電極61とn側電極との間などにはみ出すことを防止するものである。はみ出し防止層23の材料としては、例えばアルミニウム,ニッケル(Ni)または白金などが好ましい。本実施の形態では、はみ出し防止層23は、例えば厚さ2.0μmのアルミニウム層により構成されている。
【0030】
図4ないし図6は、レーザチップ60が配設される前のサブマウント20を表している。サブマウント20は、例えば基体20Aの一面に、例えば真空蒸着法などにより、配線層21A,21B,はみ出し防止層23および溶着層22が、基体20A側から順に所定のパターンで形成されたものである。
【0031】
溶着層22は、例えばチタン層22A,銀層22Bおよびスズ層22Cがサブマウント20側から順に積層されている。なお、本実施の形態では、レーザチップ60のp側電極61側とn側電極62側との段差を、溶着層22の厚さによって調整しているので、例えば、p側電極61側の溶着層22は、チタン層22Aの厚さが0.05μm、銀層22Bの厚さが1.5μmおよびスズ層22Cの厚さが4.0μmとなっている。また、n側電極62側の溶着層22は、チタン層22Aの厚さが0.05μm、銀層22Bの厚さが1.5μmおよびスズ層22Cの厚さが6.0μmとなっている。なお、レーザチップ60のp側電極61側とn側電極62側との段差調整は、はみ出し防止層23の厚みを調整することによって行うようにしてもよい。
【0032】
p側電極61に対応する溶着層22の幅Wsは、p側電極61の幅よりも狭くなっている。溶着層22の下のはみ出し防止層23には、溶着層22の対向する2辺22D,22Eおよびこれらに交差する辺22Fに沿って、溶着層22で被覆されない露出領域23Aが設けられている。はみ出し防止層23は、上述のように溶着層22になじまない金属により形成されているので、露出領域23Aによって、溶着層22が辺22D,22E,22Fにおいてはみ出すことを防止することができる。よって、p側電極61とn側電極62との間にはみ出した溶着層22によってショートが起こる虞がなくなる。また、辺22Dからはみ出した溶着層22が、窒化物半導体層60Bの側面に露出したPN接合に接触することに起因するショートも防止することができる。
【0033】
さらに、露出領域23Aは、溶着層22で被覆されず、p側電極61に直接接触した状態となるので、レーザの発熱をはみ出し防止層23を介して放散させ、高温動作の安定性などのレーザ特性を向上させることもできる。このとき、はみ出し防止層23の材料として、上述したように溶着層22になじまない金属であることに加えて、さらに、溶着層22と同等以上の熱伝導率を有するもの、例えばアルミニウム,白金またはニッケルなどを用いるようにすれば、このような効果を一層高めることができ、好ましい。
【0034】
また、溶着層22の対向する2辺22D,22Eに交差する辺22Fは、レーザチップ60のフロント側、すなわち、レーザチップ60の光出力が取り出される側の端面である劈開鏡面64に対応していることが好ましい。溶融した溶着層22が、辺22Fからレーザチップ60のフロント側へはみ出してレーザ光出力を妨げるのを防止することができるからである。
【0035】
さらに、溶着層22の対向する2辺22D,22Eに交差する他の辺22Gでは、溶着層22がはみ出し防止層23を被覆すると共にはみ出し防止層23を越えて延長された逃げ領域22Hが設けられていることが好ましい。これにより、p側電極61とはみ出し防止層23との間から排出された不要な溶着層22が逃げるための領域を形成することができるからである。
【0036】
このような露出領域23Aの幅W23Aは、例えば2μm以上10μm以下とすることが好ましい。2μmよりも狭いと、はみ出し防止の効果が十分に得られず、また10μmより広いと、溶着層22の量が少なくなって必要な溶着力が得られなくなるからである。
【0037】
また、はみ出し防止層23の厚さは、溶着層22の厚さに応じて適宜設定することができるが、溶着層22の合計厚さ(チタン層22A,銀層22Bおよびスズ層22Cの合計の厚さ)よりも薄いことが好ましく、具体的には溶着層22の合計厚さよりも例えば2μm程度薄いことが好ましい。この場合、溶着層22の合計厚さがp側電極61側とn側電極62側とで異なる場合には、その薄い方の溶着層22の合計厚さを基準とする。
【0038】
n側電極62に対応する溶着層22の幅Wtは、例えば、n側電極62の幅Wnよりも狭くなっている。n側電極62に対応する溶着層22の下のはみ出し防止層23には、p側電極61側の溶着層22と同様に三本の辺22D,22E,22Fに露出領域23Aが設けられていてもよいが、例えば、溶着層22の二本の辺22D,22Fに沿って露出領域23Aが設けられると共に、辺22Eには、はみ出し防止層23と同じ材料からなるはみ出し防止枠23Bが形成され、はみ出し防止層23とはみ出し防止枠23Bとの間には、間隙23Cが設けられていることが好ましい。本実施の形態のようにn側電極62に対応する溶着層22の厚みが大きい場合には、辺22Gのみに溶着層22を排出させることが難しいからである。ただし、この場合でも、フロント側すなわち光出力が取り出される側の劈開鏡面64に対応する辺22Fでは、はみ出し防止層23は、間隙23Cによって断絶されず、図3に示したように連続して一体に設けられていることが好ましい。間隙23Cから溶着層22がフロント側にはみ出してしまうことを防止できるからである。また、辺22Gには、余分な溶着層22を排出して逃がすための逃げ領域22Hを設ける。
【0039】
なお、はみ出し防止枠23Bの幅W23Bおよび間隙23Cの幅W23Cは、例えば、露出領域23Aの幅W23Aと同じとすることができる。
【0040】
このような構成を有する窒化物半導体レーザ10は、次のようにして製造することができる。
【0041】
まず、図7に示したように、例えば厚さ200μm程度の窒化アルミニウムよりなる基体20Aを用意する。この基体20Aの一方の面、すなわちヒートシンク30が設けられる面に、例えば真空蒸着法で厚さ0.05μmのチタン層51,厚さ0.3μmの白金層52,厚さ0.6μmの金層53を順に蒸着し、補助接着層50を形成する。
【0042】
続いて、基体20Aのもう一方の面、すなわちレーザチップ60が設けられる面に、例えば真空蒸着法で厚さ0.05μmのチタン層21A1,21B1を形成する。次に、チタン層21A1,21B1の上に、厚さ1.0μmのアルミニウム層21A2,21B2を蒸着する。以上のようにして、チタン層21A1,21B1およびアルミニウム層21A2,21B2からなる配線層21A,21Bを形成する。
【0043】
次に、配線層21A,21Bの上に、例えば真空蒸着法で、厚さ2.0μmのアルミニウム層からなるはみ出し防止層23を形成する。さらに、はみ出し防止層23の上に、溶着層22を形成する。このとき、溶着層22の幅Ws,Wtは、それぞれp側電極61およびn側電極62の幅Wp,Wnよりも狭くなるようにし、溶着層22の辺22Gには逃げ領域22Hを形成しておくと共に、はみ出し防止層23には、露出領域23A,はみ出し防止枠23Bおよび間隙23Cをそれぞれ設ける。こうして、基体20Aの一方の面に配線層21A,21B、はみ出し防止層23および溶着層22が形成され、他方の面に補助接着層50が形成されたサブマウント20を形成する。
【0044】
次いで、図8に示したように、ピン73,74,75が配設された支持体71に一体成型されたヒートシンク30を用意する。このヒートシンク30の上に、例えばスタンピングあるいはニードルを用いて、スズペーストからなる接着層40を形成する。
【0045】
続いて、図9に示したように、サブマウント20を、補助接着層50が形成された面を対向させて、接着層40が形成されたヒートシンク30の上に載せて位置合わせを精度よく行う。
【0046】
次いで、図10に示したように、基板60Aの一面側に、活性層を含む窒化物半導体層60Bと、一対の電極であるp側電極61およびn側電極62が形成されたレーザチップ60を用意する。このレーザチップ60のp側電極61およびn側電極62を有する側と、サブマウント20の基体20Aにおいて溶着層22が形成されている側とを対応させ、位置合わせを精度よく行い、サブマウント20の上にレーザチップ60を載せる。このとき、溶着層22の厚さは、レーザチップ60のp側電極61側とn側電極62側との段差を調整するようになっているので、配線層21Aがn側電極62の下方に位置するようにすると共に、配線層21Bがp側電極61の下方に位置するようにすると、レーザチップ60がサブマウント20に対して水平に載置することができる。
【0047】
次に、このレーザチップ60の基板60A側から図示しないコレット装置により荷重を加え、ヒートシンク30側から例えば加熱装置で加熱処理を施すことにより、レーザチップ60,サブマウント20およびヒートシンク30を接着させる。
【0048】
続いて、配線層21Aとピン74との間にワイヤ76Aを接合すると共に、配線層21Bとヒートシンク30との間にワイヤ76Bを接合する。これにより、図1に示した窒化物半導体レーザ10が完成する。次に、例えば乾燥窒素雰囲気中において、別途形成した蓋体72を窒化物半導体レーザ10の支持体71に配設する。これにより、図2に示した窒化物半導体発光装置70が完成する。
【0049】
このように本実施の形態では、p側電極61に対応する溶着層22の幅Wsが、p側電極61の幅よりも狭くなっており、溶着層22の下のはみ出し防止層23には、溶着層22の対向する2辺22D,22Eおよびこれらに交差する辺22Fに沿って、溶着層22で被覆されない露出領域23Aが設けられているので、例えば図10に一点鎖線で示したように溶着層22がはみ出そうとしたとしても、露出領域23Aによって、溶着層22が辺22D,22E,22Fにおいてはみ出すことを効果的に防止することができる。よって、溶着層22によるp側電極61とn側電極62との間でのショートの虞がなくなる。また、辺22Dからはみ出した溶着層22が、窒化物半導体層60Bの側面に露出したPN接合に接触することに起因するショートも防止することができる。
【0050】
さらに、露出領域23Aは、溶着層22で被覆されず、p側電極61に直接接触した状態となるので、レーザの発熱をはみ出し防止層23を介して放散させ、高温動作の安定性などのレーザ特性を向上させることができる。
【0051】
また、はみ出し防止層23の材料として、上述したように溶着層22になじまない金属であることに加えて、さらに、溶着層22と同等以上の熱伝導率を有するものを用いれば、レーザの発熱を放散させる効果を一層高めることができる。
【0052】
また、溶着層22の対向する2辺22D,22Eに交差する辺22Fは、レーザチップ60のフロント側、すなわち、レーザチップ60の光出力が取り出される側の端面である劈開鏡面64に対応しているので、溶融した溶着層22が、辺22Fからレーザチップ60のフロント側へはみ出してレーザ光出力を妨げるのを防止することができる。
【0053】
さらに、溶着層22の対向する2辺22D,22Eに交差する他の辺22Gでは、溶着層22がはみ出し防止層23を被覆すると共にはみ出し防止層23を越えて延長された逃げ領域22Hが設けられているので、p側電極61とはみ出し防止層23との間から排出された不要な溶着層22が逃げるための領域を形成することができる。
【0054】
また、n側電極62に対応する溶着層22の幅Wtが、n側電極62の幅Wnよりも狭くなっており、その下のはみ出し防止層23には、溶着層22の二本の辺22D,22Fに沿って露出領域23Aが設けられると共に、辺22Eには、はみ出し防止層23と同じ材料からなるはみ出し防止枠23Bが形成され、はみ出し防止層23とはみ出し防止枠23Bとの間には、間隙23Cが設けられているので、n側電極62に対応する溶着層22の厚みが大きい場合であっても、溶着層22がはみ出すことを防止することができる。
【0055】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、サブマウント20の基体20Aとして窒化アルミニウムを用いたが、シリコン(Si)やダイヤモンド(C)でもよい。また、上記実施の形態では、配線層21A,21Bを基体20A側から順にチタン層21A1,21B1およびアルミニウム層21A2,21B2よりなるようにしたが、アルミニウム層21A2,21B2の代わりに金層としてもよい。更に、補助接着層50をサブマウント20の基体20A側から順にチタン層51,白金層52および金層53よりなるようにしたが、金層53の代わりにアルミニウム層としてもよい。また、上記実施の形態においては、各層の構成あるいは材料またはその厚みを具体的な例と共に示したが、他の層を備えていても良く、材料も他の材料としてもよい。また、厚みも適宜変更または調整することが可能である。
【0056】
さらに、本実施の形態では、n側電極62に対応する溶着層22の幅Wtをn側電極62の幅Wnよりも狭く形成するようにした例について説明したが、n側電極62側の溶着層22では、はみ出し防止枠23Bおよび間隙23Cが設けられていれば、溶着層22の幅Wtをn側電極62の幅Wnと同じとしてもよい。
【0057】
また、本実施の形態では、レーザチップ60のp側電極61側とn側電極62側との段差調整を溶着層22の厚みを調整することによって行うようにしたが、この段差調整を、はみ出し防止層23の厚みを調整することによって行うようにした場合には、溶着層22の厚みはp側電極61側とn側電極62側とで等しくすることができるので、n側電極62側のはみ出し防止層23の辺22Eには、はみ出し防止枠23Bを設けないで、p側電極61側と同様に露出領域23Aを設けるようにしてもよい。
【0058】
加えて、本実施の形態では、レーザチップ60の基板60Aとしてサファイア基板を用い、その片面側にp側電極61およびn側電極62が設けられている場合について説明したが、本発明は、例えば図11に示したように、基板60Aとして窒化ガリウム基板を用い、p側電極61Aおよびn側電極62Aを基板60Aの異なる面に配置した場合についても適用することができる。その場合には、サブマウント20の基体20Aのレーザチップ60が設けられる面には、配線層21Bとその上のはみ出し防止層23および溶着層22のみを形成すればよい。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント、または請求項11ないし請求項16のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザによれば、溶着層が、窒化物半導体レーザまたはレーザチップの一方の電極よりも狭い幅で形成され、はみ出し防止層には、溶着層の対向する2辺およびこれらに交差する1辺に沿って、溶着層で被覆されない露出領域が設けられているので、この露出領域によって、溶着層がはみ出すことを防止することができる。よって、溶着層による電極間でのショートの虞がなくなる。また、はみ出した溶着層が、窒化物半導体レーザの側面に露出したPN接合に接触することに起因するショートも防止することができる。
【0060】
特に、請求項12記載の窒化物半導体レーザによれば、露出領域は、溶着層で被覆されず、電極に直接接触した状態となっているので、レーザの発熱をはみ出し防止層を介して放散させ、高温動作の安定性などのレーザ特性を向上させることができる。
【0061】
また、特に、請求項3記載の窒化物半導体レーザ用サブマウントまたは請求項15記載の窒化物半導体レーザによれば、はみ出し防止層の材料として、溶着層と同等以上の熱伝導率を有するものを用いるようにしたので、レーザの発熱を放散させる効果を一層高めることができる。
【0062】
加えて、特に、請求項4記載の窒化物半導体レーザ用サブマウントまたは請求項16記載の窒化物半導体レーザによれば、溶着層の対向する2辺に交差する1辺は、レーザ光出力が取り出される側の端面に対応しているので、溶融した溶着層が、レーザのフロント側へはみ出してレーザ光出力を妨げるのを防止することができる。
【0063】
また、特に、請求項7記載の窒化物半導体レーザ用サブマウントでは、溶着層の対向する2辺に交差する他の1辺では、溶着層がはみ出し防止層を被覆すると共にはみ出し防止層を越えて延長された逃げ領域が設けられているので、電極とはみ出し防止層との間から排出された不要な溶着層が逃げるための領域を形成することができる。
【0064】
特に、請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ用サブマウントでは、窒化物半導体レーザの他方の電極に対応する他の溶着層の幅が、その他方の電極よりも狭い幅あるいは同じ幅で形成され、はみ出し防止層には、他の溶着層の対向する2辺のうち少なくとも1辺およびこの対向する2辺に交差する1辺に沿って露出領域が設けられているので、この露出領域によって、溶着層がはみ出すことを防止することができる。よって、溶着層による電極間でのショートの虞がなくなる。
【0065】
特に、請求項9または請求項10記載の窒化物半導体レーザ用サブマウントでは、他の溶着層の対向する2辺のうち露出領域が設けられていない辺に沿って、はみ出し防止枠が形成され、はみ出し防止層とはみ出し防止枠との間に、間隙が設けられているので、他方の電極に対応する溶着層の厚みが大きい場合であっても、溶着層がはみ出すことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図2】
図1に示した窒化物半導体レーザを構成要素として含む窒化物半導体発光装置
の全体構成を表す斜視図である。
【図3】
図1に示した窒化物半導体レーザのIII−III線に沿った断面図である。
【図4】
図1に示したサブマウントの、レーザチップが配設される前の状態を、レーザ
チップが設けられる側の面から見た平面図である。
【図5】
図4のV−V線に沿った断面図である。
【図6】
図4のVI−VI線に沿った断面図である。
【図7】
図1に示した窒化物半導体レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。
【図8】
図7に続く工程を表す断面図である。
【図9】
図8に続く工程を表す断面図である。
【図10】
図9に続く工程を表す断面図である。
【図11】
図1に示した窒化物半導体レーザの変形例を表す断面図である。
【図12】
従来の窒化物半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図13】図12に示した製造方法の問題の例を説明するための断面図である。
【図14】図12に示した製造方法の問題の他の例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10…窒化物半導体レーザ、20…サブマウント、20A…基体、21A,21B…配線層、22…溶着層、23…はみ出し防止層、23A…露出領域、23B…はみ出し防止枠、23C…間隙、22D,22E,22F,22G…辺、22H…逃げ領域、30…ヒートシンク、40…溶着層、50…補助接着層、60…レーザチップ、61A…基板、60B…窒化物半導体層、61,61A…p側電極、62,62A…n側電極、63…発光点、70…窒化物半導体発光装置、71…支持体、72…蓋体、72A…取り出し窓、73,74,75…ピン、73A,74A…絶縁リング、76A,76B…ワイヤ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor laser submount and a nitride semiconductor laser using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of semiconductor lasers, nitride semiconductor lasers made of nitride semiconductors that can emit light in the ultraviolet to blue region have been actively developed. Since the nitride semiconductor laser emits light with higher energy than red, infrared and other semiconductor lasers, the power consumption increases, and therefore the heat generation increases.
[0003]
A heat sink made of a metal such as copper (Cu) or iron (Fe) is radiated on the back side of the substrate of the laser chip so that the heat generated by such a nitride semiconductor laser is effectively radiated to the outside. It is provided as a member. Further, between the laser chip and the heat sink, aluminum nitride having good thermal conductivity is used as a material having a relatively close thermal expansion coefficient to the substrate material of the laser chip so that stress or distortion due to a difference in thermal expansion coefficient does not occur. A submount using AlN) or the like is provided.
[0004]
FIG. 12 schematically shows a conventional method for providing a heat sink and a laser chip on both surfaces of a submount, respectively. The
[0005]
[0006]
In order to provide the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0008]
For example, as shown in FIG. 13, the
[0009]
For example, as shown in FIG. 14, when the p-
[0010]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to use a nitride semiconductor laser submount and a nitride semiconductor laser submount capable of reducing a defective product rate and preventing a short circuit between electrodes. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A submount for a nitride semiconductor laser according to the present invention is used for a nitride semiconductor laser having a nitride semiconductor layer including an active layer and a pair of electrodes. The submount includes a base and one side of the base. A welding layer formed with a width narrower than one of a pair of electrodes of the target semiconductor laser, and a metal which is in contact with the base-side surface of the welding layer and does not adapt to the welding layer, and A protrusion prevention layer having an exposed region which is not covered with a welding layer along two opposing sides and one side intersecting the two sides.
[0012]
A nitride semiconductor laser according to the present invention includes a laser chip having a nitride semiconductor layer including an active layer and a pair of electrodes, and a submount on which the laser chip is provided. And a welding layer fixing at least one of a pair of electrodes of the laser chip on one side of the substrate, and a metal that is in contact with the surface of the welding layer on the substrate side and does not adapt to the welding layer. And a protrusion prevention layer having an exposed region which is not covered with the welding layer along two opposing sides of the welding layer and one side intersecting the two sides.
[0013]
In the nitride semiconductor laser submount according to the present invention, the welding layer is formed to have a width smaller than one of the pair of electrodes of the nitride semiconductor laser, and is in contact with the surface of the welding layer on the substrate side. A protruding prevention layer made of a metal that does not fit into the welding layer is provided. The protruding preventing layer is provided with an exposed portion that is not covered with the welding layer along two opposing sides of the welding layer and one side intersecting the two sides. Since the region is provided, the deposited layer is prevented from protruding between the electrodes of the nitride semiconductor laser. Therefore, the defective product rate is reduced, and a short circuit is prevented. Here, one of the pair of electrodes is preferably the electrode on the side where the active layer is formed.
[0014]
In the nitride semiconductor laser according to the present invention, the welding layer of the submount fixes at least one electrode of the pair of electrodes of the laser chip, and is in contact with the surface of the welding layer on the base side, and A protrusion prevention layer made of a metal that does not fit is provided, and the protrusion prevention layer is provided with an exposed region that is not covered with the welding layer along two opposing sides of the welding layer and one side intersecting the two sides. Therefore, the welding layer is prevented from protruding between the electrodes of the laser chip. Therefore, the defective product rate is reduced, and a short circuit is prevented.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
1 and 3 show a cross-sectional configuration of a
[0017]
The nitride semiconductor
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
On the
[0021]
The
[0022]
On the side of the
[0023]
Here, the nitride semiconductor is a gallium nitride-based compound containing gallium (Ga) and nitrogen (N). For example, gallium nitride (GaN), aluminum nitride-gallium nitride (AlGaN) mixed crystal, Alternatively, a mixed crystal of aluminum nitride, gallium, and indium (AlGaInN) is used. These may be, if necessary, n-type impurities comprising Group IV and VI elements such as silicon (Si), germanium (Ge), oxygen (O), selenium (Se), or magnesium (Mg), zinc (Zn). ), Carbon (C) and other p-type impurities comprising Group II and Group IV elements.
[0024]
On the
[0025]
As shown in FIG. 3, a pair of cleavage mirror surfaces 64 and 65 are formed on both end surfaces of the
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
As the
[0029]
The
[0030]
4 to 6 show the
[0031]
The
[0032]
The width Ws of the
[0033]
Further, since the exposed
[0034]
A
[0035]
Further, on the
[0036]
The width W of such an exposed
[0037]
Further, the thickness of the
[0038]
The width Wt of the
[0039]
In addition, the width W of the
[0040]
The
[0041]
First, as shown in FIG. 7, a
[0042]
Subsequently, on the other surface of the
[0043]
Next, on the wiring layers 21A and 21B, a
[0044]
Next, as shown in FIG. 8, the
[0045]
Subsequently, as shown in FIG. 9, the
[0046]
Next, as shown in FIG. 10, a
[0047]
Next, a load is applied from the
[0048]
Subsequently, the
[0049]
As described above, in the present embodiment, the width Ws of the
[0050]
Further, since the exposed
[0051]
In addition, as the material of the
[0052]
A
[0053]
Further, on the
[0054]
Also, the width Wt of the
[0055]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified. For example, in the above embodiment, aluminum nitride is used as the
[0056]
Further, in the present embodiment, an example in which the width Wt of the
[0057]
In the present embodiment, the step between the p-
[0058]
In addition, in the present embodiment, the case where a sapphire substrate is used as the
[0059]
【The invention's effect】
As described above, the nitride semiconductor laser submount according to any one of claims 1 to 10, or the nitride semiconductor laser according to any one of claims 11 to 16, According to this, the welding layer is formed with a width smaller than one electrode of the nitride semiconductor laser or the laser chip, and the protruding prevention layer has two sides facing the welding layer and one side intersecting these sides. Since the exposed region that is not covered with the welding layer is provided, the exposed region can prevent the welding layer from protruding. Therefore, there is no danger of a short circuit between the electrodes due to the welding layer. Further, it is possible to prevent a short circuit caused by the protruding welding layer coming into contact with the PN junction exposed on the side surface of the nitride semiconductor laser.
[0060]
In particular, according to the nitride semiconductor laser according to the twelfth aspect, the exposed region is not covered with the welding layer and is in a state of being in direct contact with the electrode, so that the heat generated by the laser is radiated through the protrusion prevention layer. In addition, laser characteristics such as high-temperature operation stability can be improved.
[0061]
In addition, in particular, according to the nitride semiconductor laser submount according to claim 3 or the nitride semiconductor laser according to claim 15, a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the welding layer is used as the material of the protrusion prevention layer. Since it is used, the effect of dissipating the heat generated by the laser can be further enhanced.
[0062]
In addition, in particular, according to the nitride semiconductor laser submount according to the fourth aspect or the nitride semiconductor laser according to the sixteenth aspect, the laser beam output is extracted from one side crossing the two opposing sides of the welding layer. Therefore, it is possible to prevent the molten welding layer from protruding toward the front side of the laser and hindering the laser light output.
[0063]
In addition, in particular, in the nitride semiconductor laser submount according to claim 7, on the other side crossing the two opposing sides of the welding layer, the welding layer covers the protrusion prevention layer and extends beyond the protrusion prevention layer. Since the extended escape area is provided, an area for the unnecessary welding layer discharged from between the electrode and the protrusion prevention layer to escape can be formed.
[0064]
In particular, in the nitride semiconductor laser submount according to any one of claims 8 to 10, the width of the other welding layer corresponding to the other electrode of the nitride semiconductor laser is larger than that of the other electrode. Is formed with a narrow width or the same width, and the protrusion prevention layer is provided with an exposed region along at least one of two opposing sides of another welding layer and one side intersecting the two opposing sides. Therefore, it is possible to prevent the welding layer from protruding by the exposed region. Therefore, there is no danger of a short circuit between the electrodes due to the welding layer.
[0065]
In particular, in the nitride semiconductor laser submount according to the ninth or tenth aspect, the protrusion prevention frame is formed along the side where the exposed region is not provided among the two opposing sides of the other welding layer, Since the gap is provided between the protrusion prevention layer and the protrusion prevention frame, even if the thickness of the welding layer corresponding to the other electrode is large, it is possible to prevent the welding layer from protruding.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a nitride semiconductor laser according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2
Nitride semiconductor light emitting device including nitride semiconductor laser shown in FIG. 1 as a constituent element
It is a perspective view showing the whole structure of.
FIG. 3
FIG. 3 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser shown in FIG. 1 along the line III-III.
FIG. 4
The state of the submount shown in FIG.
It is the top view seen from the surface by the side in which a chip is provided.
FIG. 5
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 4.
FIG. 6
FIG. 6 is a cross-sectional view along the line VI-VI in FIG. 4.
FIG. 7
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the nitride semiconductor laser illustrated in FIG. 1 in a process order.
FIG. 8
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 7.
FIG. 9
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 8.
FIG. 10
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 9.
FIG. 11
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a modification of the nitride semiconductor laser illustrated in FIG. 1.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view for describing a conventional method for manufacturing a nitride semiconductor laser.
13 is a cross-sectional view for explaining an example of a problem of the manufacturing method shown in FIG.
14 is a cross-sectional view for explaining another example of the problem of the manufacturing method shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (16)
基体と、
この基体の一方の側に、前記窒化物半導体レーザの一対の電極のうち一方の電極よりも狭い幅で形成された溶着層と、
この溶着層の前記基体側の面に接して前記溶着層になじまない金属により形成されると共に、前記溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って前記溶着層で被覆されない露出領域を有するはみ出し防止層と
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ用サブマウント。A submount for a nitride semiconductor laser used for a nitride semiconductor laser having a nitride semiconductor layer including an active layer and a pair of electrodes,
A substrate;
On one side of the base, a welding layer formed with a narrower width than one of the pair of electrodes of the nitride semiconductor laser,
The welding layer is formed of a metal that is in contact with the surface of the base material side and does not adapt to the welding layer, and is covered with the welding layer along two opposing sides of the welding layer and one side intersecting the two sides. A submount for a nitride semiconductor laser, comprising: a protrusion prevention layer having an exposed region that is not exposed.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。2. The nitride semiconductor laser submount according to claim 1, wherein said one electrode is an electrode on a side where said active layer is formed.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。The submount for a nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the protrusion prevention layer is formed of a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the welding layer.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。2. The submount for a nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein one side intersecting the two opposing sides corresponds to an end face on a side from which light output of the nitride semiconductor laser is taken out.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。2. The submount for a nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the width of the exposed region is 2 μm or more and 10 μm or less.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。2. The submount for a nitride semiconductor laser according to claim 1, wherein the thickness of the protrusion prevention layer is smaller than the thickness of the welding layer.
ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。The other side intersecting the two opposite sides, the welding layer covers the protrusion prevention layer, and a relief region extending beyond the protrusion prevention layer is provided. 2. The submount for a nitride semiconductor laser according to 1.
この他の溶着層の前記基体側の面に接して前記他の溶着層になじまない金属により形成されると共に、前記他の溶着層の対向する2辺のうち少なくとも1辺および前記対向する2辺に交差する1辺に沿って前記他の溶着層で被覆されない露出領域を有する他のはみ出し防止層と
を備えたことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。On the same side as the welding layer of the base, another welding layer formed with a smaller width or the same width as the other electrode of the pair of electrodes of the nitride semiconductor laser,
The other welding layer is formed of a metal that is in contact with the surface on the substrate side of the other welding layer and is not compatible with the other welding layer, and at least one of the two opposite sides of the other welding layer and the two opposite sides. 2. A submount for a nitride semiconductor laser according to claim 1, further comprising another protrusion prevention layer having an exposed region which is not covered with said another welding layer along one side intersecting with the other.
ことを特徴とする請求項8記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。The other protrusion prevention layer has a protrusion prevention frame along a side where the exposed region is not provided among two opposing sides of the other welding layer, and the protrusion prevention frame and the protrusion prevention layer 9. The submount for a nitride semiconductor laser according to claim 8, wherein a gap is provided between the submounts.
ことを特徴とする請求項9記載の窒化物半導体レーザ用サブマウント。10. The nitride semiconductor laser according to claim 9, wherein the other protrusion prevention layer is provided continuously and integrally on one side intersecting the two opposite sides without being disconnected by the gap. For submount.
基体と、
この基体の一方の側に、前記レーザチップの一対の電極のうち少なくとも一方の電極を固定させている溶着層と、
この溶着層の前記基体側の面に接して前記溶着層になじまない金属により形成されると共に、前記溶着層の対向する2辺およびこの2辺に交差する1辺に沿って前記溶着層で被覆されない露出領域を有するはみ出し防止層と
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ。A laser chip having a nitride semiconductor layer including an active layer and a pair of electrodes, and a submount provided with the laser chip, wherein the submount is
A substrate;
On one side of the base, a welding layer fixing at least one electrode of the pair of electrodes of the laser chip,
The welding layer is formed of a metal that is in contact with the surface of the base material side and does not adapt to the welding layer, and is covered with the welding layer along two opposing sides of the welding layer and one side intersecting the two sides. A nitride semiconductor laser comprising: a protrusion prevention layer having an exposed region that is not exposed.
ことを特徴とする請求項11記載の窒化物半導体レーザ。The nitride semiconductor laser according to claim 11, wherein the exposed region is in direct contact with the one electrode.
ことを特徴とする請求項11記載の窒化物半導体レーザ。The nitride semiconductor laser according to claim 11, wherein a heat radiating member is provided on a side of the submount opposite to a side on which the laser chip is provided.
ことを特徴とする請求項11記載の窒化物半導体レーザ。The nitride semiconductor laser according to claim 11, wherein the one electrode is an electrode on a side on which the active layer is formed.
ことを特徴とする請求項11記載の窒化物半導体レーザ。The nitride semiconductor laser according to claim 11, wherein the protrusion prevention layer is formed of a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the welding layer.
ことを特徴とする請求項11記載の窒化物半導体レーザ。12. The nitride semiconductor laser according to claim 11, wherein one side intersecting the two opposing sides corresponds to an end face on a side from which light output of the nitride semiconductor laser is extracted.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080312 |
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A02 | Decision of refusal |
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