JP2006108262A - Semiconductor laser element and its manufacturing method, semiconductor laser device, optical disk device, and electronic equipment - Google Patents

Semiconductor laser element and its manufacturing method, semiconductor laser device, optical disk device, and electronic equipment Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high reliability by suppressing the influence of residual stress applied to a semiconductor laser element in the semiconductor laser element of a ridge striped structure capable of low current operation with a low threshold current. <P>SOLUTION: Residual stress due to a difference between temperatures upon die bond processing and upon semiconductor laser element operation happens owing to a difference between thermal expansion coefficients of a heat sink and a semiconductor laser element 10. The residual stress is more increased as a size L of the semiconductor laser element 10 in the direction of the resonator length of the same is more increased. A substantially square die bonding surface is formed by making equal the length L of the semiconductor laser element 10 in the direction of the resonator of the same, and a length W2 of the element in the widthwise direction of the element. Consequently, the residual stress due to the difference between temperatures upon die bonding processing and upon semiconductor laser element operation happens isotropically and is uniformly applied to the element owing to stress dispersion action. Consequently, the occurrence of deterioration, chipping, and crack of the element due to stress concentration is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば光ディスクの再生用光源などとして好適に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法、その半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置、その半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置、その半導体レーザ素子を用いた電子機器に関する。   The present invention relates to, for example, a semiconductor laser element suitably used as a light source for reproducing an optical disk, a manufacturing method thereof, a semiconductor laser device using the semiconductor laser element, an optical disk apparatus using the semiconductor laser element, and a semiconductor laser element. It relates to the electronic equipment used.

近年、光ディスク装置の小型化に伴って、携帯型光ディスク装置が搭載された電子機器が登場し、高温環境下においても、より消費電力が少ない半導体レーザ素子が再生用光源として求められている。   In recent years, with the miniaturization of optical disk devices, electronic devices equipped with portable optical disk devices have appeared, and semiconductor laser elements that consume less power even in high temperature environments have been demanded as light sources for reproduction.

この低消費電力の半導体レーザ素子としては、例えば特許文献1に開示されているようなリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子が知られている。これを図8に示している。   As this low power consumption semiconductor laser element, for example, a ridge buried type semiconductor laser element having a real guide structure as disclosed in Patent Document 1 is known. This is shown in FIG.

図8は、従来のリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子の構成例を示す断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional ridge embedded semiconductor laser device having a real guide structure.

図8に示すように、半導体レーザ素子100は、半導体基板101上に、第1クラッド層102、活性層103および第2クラッド層104がこの順に形成されている。第2クラッド層104の表面側には、平坦面とリッジ状の突出部(リッジストライプ部)とが存在し、このリッジストライプ部の側面上には電流ブロック層第1領域105および第2領域106が形成され、第2クラッド層104の平坦面上には電流ブロック層第3領域107が形成されている。電流ブロック層105〜107は、第2クラッド層104よりも屈折率が小さい材料からなっている。リッジストライプ部上にはバッファ層108およびp型キャップ層109が形成され、電流ブロック層第3領域107上にはn型キャップ層110が形成されている。その上に、p型キャップ層109および電流ブロック層106,107上にわたってコンタクト層111が形成されている。   As shown in FIG. 8, in the semiconductor laser device 100, a first cladding layer 102, an active layer 103, and a second cladding layer 104 are formed in this order on a semiconductor substrate 101. A flat surface and a ridge-shaped protrusion (ridge stripe portion) are present on the surface side of the second cladding layer 104, and the current blocking layer first region 105 and second region 106 are formed on the side surface of the ridge stripe portion. The current blocking layer third region 107 is formed on the flat surface of the second cladding layer 104. The current blocking layers 105 to 107 are made of a material having a refractive index smaller than that of the second cladding layer 104. A buffer layer 108 and a p-type cap layer 109 are formed on the ridge stripe portion, and an n-type cap layer 110 is formed on the current blocking layer third region 107. On top of that, a contact layer 111 is formed over the p-type cap layer 109 and the current blocking layers 106 and 107.

上記電流ブロック層105〜107は、活性層103よりもバンドギャップが大きく、レーザ光に対してほぼ透明となるため、導波路損失が小さく、低閾値で高効率なレーザ発振が可能となる。
特開2002−50830号公報
The current blocking layers 105 to 107 have a band gap larger than that of the active layer 103 and are almost transparent to the laser light, so that the waveguide loss is small and high-efficiency laser oscillation is possible with a low threshold.
JP 2002-50830 A

リアルガイド構造の低閾値半導体レーザ素子100を、さらに低電流動作させるためには、活性層103付近の温度が動作時に上昇しないようにするために、活性層103付近で発生するジュール熱を半導体レーザ素子100の外部へ放熱させる放熱構造が必要となる。   In order to operate the low-threshold semiconductor laser device 100 having the real guide structure at a lower current, Joule heat generated in the vicinity of the active layer 103 is generated in order to prevent the temperature in the vicinity of the active layer 103 from increasing during operation. A heat dissipation structure that dissipates heat to the outside of the element 100 is required.

このため、上記特許文献1では、リッジストライプ部上方に設けられたコンタクト層111の膜厚は3μm程度と薄く設定されている。この薄いコンタクト層111が、炭化珪素や窒化アルミニウムなどの高熱伝導材料からなるサブマウントと金−錫ろう材などによって接合され、活性層103での発熱をサブマウント経由で外部に逃がすような構造として使用されることが一般的であった。   For this reason, in Patent Document 1, the film thickness of the contact layer 111 provided above the ridge stripe portion is set as thin as about 3 μm. The thin contact layer 111 is bonded to a submount made of a high thermal conductivity material such as silicon carbide or aluminum nitride by a gold-tin brazing material or the like, and the heat generated in the active layer 103 is released to the outside via the submount. It was common to be used.

しかしながら、上記従来の構成では、半導体レーザ素子100と、これに接合されたヒートシンク(サブマウント)との熱膨張係数の差によって、金−錫ろう材の接合温度と半導体レーザ素子100の動作温度との温度差による残留応力が発生し、コンタクト層111が薄いためにこの残留応力によって活性層103にひずみが与えられるため、半導体レーザ素子100の信頼性を低下させる原因となっている。   However, in the conventional configuration described above, due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser element 100 and the heat sink (submount) bonded thereto, the bonding temperature of the gold-tin brazing material and the operating temperature of the semiconductor laser element 100 are Residual stress is generated due to this temperature difference, and since the contact layer 111 is thin, the residual layer is distorted by the residual stress, which causes the reliability of the semiconductor laser device 100 to be reduced.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、閾値電流が低く、低電流動作が可能で、素子に加えられる残留応力の影響を抑制できて高い信頼性を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法、これを用いた半導体レーザ装置、これを用いた光ディスク装置、その半導体レーザ素子を用いた電子機器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has a low threshold current, can be operated at a low current, can suppress the effect of residual stress applied to the element, and can obtain a high reliability. An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof, a semiconductor laser device using the same, an optical disk device using the same, and an electronic apparatus using the semiconductor laser element.

本発明の半導体レーザ素子は、レーザ発振のための共振器方向と平行に、電流を狭い領域に集中的に流すためのリッジストライプ構造が設けられた半導体レーザ素子において、
該共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとの一方が他方の長さのプラス・マイナス1割の範囲内に設定されており、そのことにより上記目的が達成される。
The semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device provided with a ridge stripe structure for allowing a current to flow intensively in a narrow region in parallel with a resonator direction for laser oscillation.
One of the element length in the resonator direction and the length in the element width direction orthogonal to the resonator direction is set within a range of plus / minus 10% of the other length. Achieved.

また、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとが等しく設定されている。   Preferably, the element length in the resonator direction of the semiconductor laser element of the present invention is set equal to the length in the element width direction orthogonal to the resonator direction.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における共振器方向および素子幅方向の各長さが200μm±20μmの範囲内に設定されている。   Further preferably, each length in the cavity direction and the element width direction in the semiconductor laser device of the present invention is set within a range of 200 μm ± 20 μm.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子において、発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚みよりも小さく設定可能とされている。   Further preferably, in the semiconductor laser device of the present invention, the thickness from the light emitting point to the outer surface closer to the light emitting point can be set smaller than the normal thickness.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における発光点に近い側の外形面の平坦度が、Rmax値で0.1μm以下に設定されている。   More preferably, the flatness of the outer surface near the light emitting point in the semiconductor laser device of the present invention is set to 0.1 μm or less in terms of Rmax value.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ構造は、高屈折率材料からなり、電流注入領域となるリッジストライプ部と、該リッジストライプ部と比べて屈折率が低く、かつ、少数キャリアの極性が該リッジストライプ部とは異なる半導体材料からなる電流阻止領域とが同一平面内に形成されたリアルガイド構造である。   Further preferably, the ridge stripe structure in the semiconductor laser device of the present invention is made of a high refractive index material, a ridge stripe portion serving as a current injection region, a refractive index lower than that of the ridge stripe portion, and a minority carrier. This is a real guide structure in which a current blocking region made of a semiconductor material having a polarity different from that of the ridge stripe portion is formed in the same plane.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の幅が1μm以上3μm以下に設定されている。   Further preferably, the width of the ridge stripe portion in the semiconductor laser device of the present invention is set to 1 μm or more and 3 μm or less.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の位置と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが、発光点に近い方の表面電極側およびその表面電極に対向する表面電極側の少なくともいずれか一方に設けられている。   Further preferably, the directionality identification mark capable of distinguishing the position of the ridge stripe portion in the semiconductor laser device of the present invention and the direction of the emission end face on the side where the light output from the ridge stripe portion is higher is closer to the light emitting point. Is provided on at least one of the surface electrode side and the surface electrode side facing the surface electrode.

さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における表面電極上にホログラムパターンが形成され、外部の特定方向から該ホログラムパターンに再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面に該ホログラムパターンの虚像として、前記リッジストライプ部の形状と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが再生可能とされている。   Further preferably, a hologram pattern is formed on the surface electrode in the semiconductor laser device of the present invention, and the hologram pattern is irradiated on the surface of the device as a virtual image of the hologram pattern by irradiating the hologram pattern with reproduction coherent light from a specific external direction. The directionality identification mark that can identify the shape of the ridge stripe portion and the direction of the emission end face on the side where the light output from the ridge stripe portion is high can be reproduced.

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、請求項5に記載の上記半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量(エッチング厚さ)の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマCVM(Chemical Vaporization Machining)法により、前記発光点に近い側の外形面の平坦度をRmax値で0.1μm以下に加工するし、そのことにより上記目的が達成される。   A semiconductor laser device manufacturing method according to the present invention is a semiconductor laser device manufacturing method for manufacturing the semiconductor laser device according to claim 5, wherein the surface irregularity shape measurement before processing, and the required processing amount based on the measurement result The plasma CVM (Chemical Vaporization Machining) method, which combines the calculation of (etching thickness) with the control of the processing position and processing amount, the flatness of the outer surface near the light emitting point is 0.1 μm in Rmax value. The following object is achieved by processing the following.

本発明の半導体レーザ装置は、請求項1〜9のいずれかに記載の上記半導体レーザ素子が、熱伝導性が良好で該半導体レーザ素子の熱膨張係数と同等の材料からなるサブマウント手段にダイボンドされており、そのことにより上記目的が達成される。   A semiconductor laser device according to the present invention is such that the semiconductor laser element according to any one of claims 1 to 9 is die-bonded to a submount means made of a material having a good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient equivalent to that of the semiconductor laser element. This achieves the above object.

また、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置における半導体レーザ素子とサブマウント手段とは、発光点に近い方の表面電極側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて電気的に接合されている。   Preferably, the semiconductor laser element and the submount means in the semiconductor laser device of the present invention are made of a brazing material containing at least one of a gold-based material and a tin-based material on the surface electrode side closer to the light emitting point. Electrically joined.

本発明の光ディスク装置は、請求項11または12に記載の上記半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは/および書き込みを行い、そのことにより上記目的が達成される。   An optical disc apparatus according to the present invention is equipped with the semiconductor laser device according to claim 11 or 12 and reads or / and writes information from an optical disc, thereby achieving the object.

本発明の電子機器は、請求項11または12に記載の上記半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは/および書き込みを行い、そのことにより上記目的が達成される。   An electronic apparatus according to the present invention is equipped with the semiconductor laser device according to claim 11 or 12, and reads or / and writes information from an optical disk, thereby achieving the object.

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。   The operation of the present invention will be described below with the above configuration.

ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時との温度差による残留応力は、ヒートシンクと半導体レーザ素子との熱膨張係数の差により発生する。したがって、幅寸法を一定とし、活性層の長さを幅寸法より長くする場合、活性層の長さが長いほど、即ち、半導体レーザ素子の共振器長方向の寸法が長いほど、残留応力が大きくなるため、共振器長を短くすることが好ましい。よって、本発明では、半導体レーザ素子の共振器方向の長さを幅方向の長さと同等にして、略正方形の面を有する直方体形状の半導体レーザ素子としている。   Residual stress due to a temperature difference between the die bonding process and the semiconductor laser element operation is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the heat sink and the semiconductor laser element. Therefore, when the width dimension is constant and the length of the active layer is longer than the width dimension, the residual stress increases as the length of the active layer increases, that is, as the dimension of the semiconductor laser element in the cavity length direction increases. Therefore, it is preferable to shorten the resonator length. Therefore, in the present invention, the length of the semiconductor laser element in the resonator direction is made equal to the length in the width direction, and the semiconductor laser element has a rectangular parallelepiped shape having a substantially square surface.

半導体レーザ素子がダイボンドされる面において、共振器方向の長さが素子幅方向の長さと等しくなると、ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時の温度差による残留応力が等方的に発生して素子に均等にかかる応力分散作用のため、応力集中による素子の劣化やかけ、割れなどの発生が低減されて信頼性が向上する。   If the length in the resonator direction is equal to the length in the element width direction on the surface where the semiconductor laser element is die-bonded, residual stress isotropically generated due to a temperature difference between the die bonding process and the semiconductor laser element operation. Due to the stress distribution action applied evenly to the element, deterioration of the element due to stress concentration, occurrence of cracks, cracks and the like are reduced and reliability is improved.

このように、残留応力を均等分散させることが可能であるため、応力の影響を受けやすい活性層(発光点)を素子の表面近傍(厚み方向の外形面近傍)に近付けることが可能である。よって、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させて、半導体レーザ素子の温度を低下させることが可能となる。   Since the residual stress can be evenly distributed in this way, the active layer (light emitting point) that is easily affected by the stress can be brought close to the surface of the element (near the outer surface in the thickness direction). Therefore, Joule heat generated in the vicinity of the active layer can be radiated efficiently, and the temperature of the semiconductor laser element can be lowered.

半導体レーザ素子の活性層(発光点)を従来の場合に比べて更に素子の表面近傍に形成し、発光点に近い表面をダイボンド側として、金−錫ろう材を用いて、熱伝導性が良好で半導体レーザ素子の熱膨張係数と差が少ない材料からなるサブマウント手段(以下、単にサブマウントという)上にダイボンドし、熱伝導性が良好なサブマウントの金属部分でステム上に固定することによって、パッケージングされた半導体レーザ装置とすることが可能となる。   Compared with the conventional case, the active layer (light emitting point) of the semiconductor laser device is formed near the surface of the device, and the surface close to the light emitting point is the die bond side, and gold-tin brazing material is used, and the thermal conductivity is good. By die-bonding on a submount means (hereinafter simply referred to as submount) made of a material having a small difference from the thermal expansion coefficient of the semiconductor laser element, and fixing on the stem with a metal portion of the submount having good thermal conductivity. Thus, a packaged semiconductor laser device can be obtained.

半導体レーザ素子の電気的接合用外部電極は、例えば、保管安定性が良好で延性および展性に優れ、応力緩和のための緩衝材として機能させるために金が表面に形成されている。よって、錫と金の合金作用を利用して、ダイボンド側表面近傍に形成された活性層との不要な電気伝導を発生させることなく、サブマウントと半導体レーザ素子との間に熱伝導性が良好な接合を形成することが可能となる。   The external electrode for electrical joining of the semiconductor laser element has, for example, good storage stability, excellent ductility and malleability, and gold is formed on the surface in order to function as a buffer material for stress relaxation. Therefore, the thermal conductivity between the submount and the semiconductor laser element is good without generating unnecessary electrical conduction with the active layer formed in the vicinity of the die bond side surface by utilizing the alloying action of tin and gold. It is possible to form a simple bond.

リアルガイド構造では、リッジストライプ部と電流阻止領域は材料物性値が微妙に異なるため、ダイボンド前の半導体レーザ素子においても、リッジストライプ形成部に応力が発生しやすい。本発明のように、共振器方向の長さを素子幅方向の長さと同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光が可能となる。   In the real guide structure, since the material property values of the ridge stripe portion and the current blocking region are slightly different, stress is easily generated in the ridge stripe formation portion even in the semiconductor laser element before die bonding. As in the present invention, by reducing the length in the resonator direction to be equal to the length in the element width direction, it is possible to emit light with high efficiency by the real guide structure while reducing instability of the transverse mode due to stress. .

リッジストライプ部の幅を1μm以上3μm以下に設定することによって、低雑音の自励発振型レーザ素子が得られ、発振効率を低下させる微分抵抗の増加も抑制することが可能となる。その幅が1μmよりも小さくなると放射特性が悪化する。   By setting the width of the ridge stripe part to 1 μm or more and 3 μm or less, a low-noise self-oscillation laser element can be obtained, and an increase in differential resistance that lowers the oscillation efficiency can be suppressed. When the width is smaller than 1 μm, the radiation characteristics are deteriorated.

埋め込み型のリッジストライプ構造素子では、リッジストライプ部の平坦部との段差の影響によりリッジストライプ部近傍の表面に段差が発生するが、発光点に近い側の外形面の平坦度をRmaxで0.1μm以下に設定することによって、半導体レーザ素子のダイボンド時にサブマウント表面と接触したときに半導体レーザ素子が受ける衝撃を低減させることが可能となる。さらに、表面に凹凸が少ないため、融解前のろう材と半導体レーザ素子の電極との接触面積が増加するため、ろう材との濡れ性も改善される。   In the embedded type ridge stripe structure element, a step is generated on the surface in the vicinity of the ridge stripe portion due to the step difference from the flat portion of the ridge stripe portion, but the flatness of the outer surface near the light emitting point is 0. By setting the thickness to 1 μm or less, it is possible to reduce the impact received by the semiconductor laser element when it contacts the submount surface during die bonding of the semiconductor laser element. Furthermore, since there are few irregularities on the surface, the contact area between the brazing material before melting and the electrode of the semiconductor laser element increases, so that the wettability with the brazing material is improved.

加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマCVM(Chemical Vaporization Machining)法により、発光点に近い側の外形面の平坦度をRmax値で0.1μm以下に設定することができる。プラズマCVM法は、加工対象の材料に対して化学反応性を有するガスを放電プラズマにより活性化して加工する方法であり、既存のウエットエッチング加工と同等に、加工処理による機械的なダメージは与えることがない。さらに、放電位置と加工処理時間とを精密に制御することができるため、除去すべきリッジストライプ部近傍の凸部のみ、選択的に加工することが可能である。なお、プラズマCVMとは、プラズマ中の反応性の高い中性ラジカルと加工物表面の化学反応を利用した超精密加工方法である。この加工法は、化学的であり材料本来の性質を損なうことなく、原子単位で幾何学的に優れた加工面を得ることができる。   Surface profile near the light emitting point by plasma CVM (Chemical Vaporization Machining) method combining measurement of surface irregularities before processing, calculation of required processing amount based on measurement results, and control of processing position and processing amount Can be set to an Rmax value of 0.1 μm or less. The plasma CVM method is a method in which a gas having chemical reactivity with respect to a material to be processed is activated by a discharge plasma and processed, and mechanical damage due to the processing treatment is given in the same manner as the existing wet etching processing. There is no. Furthermore, since the discharge position and the processing time can be precisely controlled, it is possible to selectively process only the convex portion near the ridge stripe portion to be removed. Note that the plasma CVM is an ultra-precise machining method using a chemical reaction between a neutral radical having high reactivity in plasma and the surface of a workpiece. This processing method is chemical, and a geometrically excellent processed surface can be obtained in atomic units without impairing the original properties of the material.

リッジストライプ部近傍の表面を平坦化して段差をなくすことにより、外観から素子内部の埋め込みリッジストライプ部の位置を検出することが困難になるが、素子表面に識別マークを形成しておくことにより、発光点をパッケージに対して精度良く位置決めして搭載することが可能となる。   By flattening the surface in the vicinity of the ridge stripe part and eliminating the step, it becomes difficult to detect the position of the embedded ridge stripe part inside the element from the appearance, but by forming an identification mark on the element surface, It becomes possible to accurately position and mount the light emitting point with respect to the package.

例えば、表面電極にホログラムパターンを形成して、特定方向から再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面にホログラムパターンの虚像として、リッジストライプ部の形状と、リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークを再生させることが可能となる。ホログラムパターンによる虚像を識別するため、リッジストライプのような微細パターンが高コントラストで再現されて識別することが可能となる。また、素子表面をつかむハンドリング作業において、ピックアップコレットなどによりホログラムパターンの一部が欠損しても、コントラストの低下が生じるだけで、虚像の位置識別精度には影響が少なく、安定してダイボンド位置制御を行うことが可能である。   For example, by forming a hologram pattern on the surface electrode and irradiating coherent light for reproduction from a specific direction, the shape of the ridge stripe part and the light output from the ridge stripe part are high as a virtual image of the hologram pattern on the element surface It is possible to reproduce the directionality identification mark that can identify the direction of the emission end face on the side. In order to identify a virtual image by a hologram pattern, a fine pattern such as a ridge stripe is reproduced with high contrast and can be identified. Also, in handling work to grab the element surface, even if a part of the hologram pattern is lost due to a pickup collet, etc., the contrast is only lowered, and the position identification accuracy of the virtual image is less affected and stable die bond position control. Can be done.

以上のように、本発明によれば、閾値電流が低く、発光効率が高いリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子において、共振器方向の長さと素子幅方向の長さとを略等しくして、ダイボンド面を略正方形とすることにより、半導体レーザ素子に加わる応力の影響を抑制し、信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができる。   As described above, according to the present invention, in a semiconductor laser device having a ridge stripe structure with a low threshold current and a high light emission efficiency, the length in the cavity direction and the length in the device width direction are made substantially equal, and the die bond surface By making the substantially square, the influence of the stress applied to the semiconductor laser element can be suppressed, and a highly reliable semiconductor laser device can be obtained.

また、応力の影響を受けやすい発光点を素子の表面近傍に近付けて、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させることにより、半導体レーザ素子の温度を低下させて低電流動作を可能とする。   In addition, by bringing the light emitting point that is easily affected by stress close to the surface of the device and efficiently dissipating the Joule heat generated near the active layer, the temperature of the semiconductor laser device can be lowered and low current operation is possible. To do.

さらに、共振器方向の長さを素子幅方向の長さと同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光を行うことができる。   Furthermore, by reducing the length in the resonator direction to be equal to the length in the element width direction, it is possible to perform high-efficiency light emission by the real guide structure while reducing instability of the transverse mode due to stress.

さらに、リッジストライプ部の幅を1μm以上3μm以下に設定することによって、低雑音の自励発振型レーザ素子を得ることができ、発振効率を低下させる微分抵抗の増加も抑制できる。その幅が1μmよりも小さくなると放射特性が悪化する。   Furthermore, by setting the width of the ridge stripe portion to 1 μm or more and 3 μm or less, a low-noise self-oscillation laser element can be obtained, and an increase in differential resistance that lowers the oscillation efficiency can be suppressed. When the width is smaller than 1 μm, the radiation characteristics are deteriorated.

さらに、発光点に近い側の外形面の平坦度をRmaxで0.1μm以下に設定することによって、ダイボンド時に半導体レーザ素子が受ける衝撃(応力)を低減させることができると共に、ろう材との濡れ性も改善される。   Furthermore, by setting the flatness of the outer surface close to the light emitting point to 0.1 μm or less by Rmax, it is possible to reduce the impact (stress) received by the semiconductor laser element during die bonding and to wet the brazing material. The sex is also improved.

さらに、素子表面に識別マークを形成しておくことにより、発光点をパッケージに対して精度良く位置決めして搭載することができて、発光点位置のばらつきが少ない半導体レーザ装置を得ることができる。   Furthermore, by forming an identification mark on the element surface, the light emitting point can be positioned and mounted with high accuracy with respect to the package, and a semiconductor laser device with little variation in the light emitting point position can be obtained.

以下に、本発明の半導体レーザ素子、半導体レーザ装置および光ディスク装置の実施形態1〜3について、図面を参照しながら説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る半導体レーザ素子の構成例を示す斜視図である。
Embodiments 1 to 3 of the semiconductor laser element, the semiconductor laser device, and the optical disk device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a semiconductor laser element according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、半導体レーザ素子10は、長さL方向にリッジ状の電流通路14Aが延伸しているリッジストライプ構造であり、n型GaAs基板11上にn型GaAlAs第1クラッド層12、p型GaAlAs活性層13およびp型GaAlAsの第2クラッド層14がこの順に順次積層されている。この第2クラッド層14の上表面には中央の凸状のリッジストライプ部14Aと両側の平坦部14Bとが形成されている。半導体レーザ素子10の発光点(活性層13)は、厚み方向のダイボンド側外形面近傍に位置している。また、リッジストライプ部14Aの幅W1は1μm以上3μm以下に設定されている。その幅が1μmよりも小さくなると放射特性が悪化する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 10 has a ridge stripe structure in which a ridge-shaped current path 14A extends in the length L direction, and an n-type GaAlAs first cladding layer 12 on an n-type GaAs substrate 11. The p-type GaAlAs active layer 13 and the p-type GaAlAs second cladding layer 14 are sequentially stacked in this order. On the upper surface of the second cladding layer 14, a central convex ridge stripe portion 14A and flat portions 14B on both sides are formed. The light emitting point (active layer 13) of the semiconductor laser element 10 is located in the vicinity of the outer surface of the die bond side in the thickness direction. Further, the width W1 of the ridge stripe portion 14A is set to 1 μm or more and 3 μm or less. When the width is smaller than 1 μm, the radiation characteristics are deteriorated.

この半導体レーザ素子10は、埋め込み型リアルガイド構造であり、第2クラッド層14の平坦部14B上にリッジストライプ部14Aを埋め込むようにn型GaAlAs電流阻止領域15が設けられている。さらに、リッジストライプ部14A上および電流阻止領域15上にわたってp型GaAsコンタクト層16が積層されている。厚み方向で発光点に近い側の外形面であるコンタクト層16の表面は、その平坦度が、Rmax値で0.1μm以下に設定されている。このコンタクト層16の表面にはAu系材料からなる表面電極としてのダイボンド用電極17が設けられ、基板11の裏面側には表面電極としてのワイヤボンド用電極18が形成されている。   This semiconductor laser device 10 has a buried type real guide structure, and an n-type GaAlAs current blocking region 15 is provided on the flat portion 14B of the second cladding layer 14 so as to bury the ridge stripe portion 14A. Further, a p-type GaAs contact layer 16 is stacked over the ridge stripe portion 14A and the current blocking region 15. The flatness of the surface of the contact layer 16 which is the outer surface close to the light emitting point in the thickness direction is set to 0.1 μm or less in terms of the Rmax value. A die-bonding electrode 17 as a surface electrode made of an Au-based material is provided on the surface of the contact layer 16, and a wire-bonding electrode 18 as a surface electrode is formed on the back side of the substrate 11.

半導体レーザ素子10の外形は、共振器方向の長さLと、共振器方向と直交する幅方向の長さW2とが略等しく設定されている。本実施形態1では、半導体レーザ素子10は、共振器長Lが200μm±20μm、チップ幅W2が200μm±20μmで略正方形の表面を有しており、半導体レーザ素子10の厚みtは65μm±10μmで、直方体形状になっている。この正方形面をダイボンド面とすることによって、共振器方向とチップ幅方向の残留応力が均等に半導体レーザ素子10に加わるように構成されている。   The external shape of the semiconductor laser element 10 is set such that the length L in the resonator direction is substantially equal to the length W2 in the width direction orthogonal to the resonator direction. In the first embodiment, the semiconductor laser element 10 has a cavity length L of 200 μm ± 20 μm, a chip width W2 of 200 μm ± 20 μm and a substantially square surface, and the thickness t of the semiconductor laser element 10 is 65 μm ± 10 μm. And it has a rectangular parallelepiped shape. By forming this square surface as a die-bonding surface, the residual stress in the cavity direction and the chip width direction is uniformly applied to the semiconductor laser element 10.

図2は、図1の半導体レーザ素子10の共振器長Lと動作電流値との関係を示すグラフである。図2では、縦軸は光出力Po、横軸は順方向電流Iopを示しており、細線は共振器長Lが180μmの場合、太線は共振器長Lが200μmの場合、点線は共振器長Lが250μmの場合のグラフである。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the resonator length L and the operating current value of the semiconductor laser device 10 of FIG. In FIG. 2, the vertical axis indicates the optical output Po, the horizontal axis indicates the forward current Iop, the thin line indicates the resonator length L is 180 μm, the thick line indicates the resonator length L is 200 μm, and the dotted line indicates the resonator length. It is a graph in case L is 250 micrometers.

図2に示すように、半導体レーザ素子10の共振器長Lが250μm→200μmの場合、共振器長の縮小の割合に比べて発振閾値の減少の割合が大きく、歪みの均等化の効果が現れている。一方、共振器長Lが200μm→180μmと短くした場合には共振器長の縮小の割合と発振閾値の減少の割合が略比例しており、この範囲では歪みの均等化の効果はそれほど無いことが分かる。共振器長Lをこの範囲に設定することによって、低電流駆動が可能で発振波長が770nm〜806nm領域にある赤外発光の光ディスク再生光源用半導体レーザ装置を実現することができた。   As shown in FIG. 2, when the resonator length L of the semiconductor laser element 10 is 250 μm → 200 μm, the reduction rate of the oscillation threshold is larger than the reduction rate of the resonator length, and the effect of strain equalization appears. ing. On the other hand, when the resonator length L is shortened from 200 μm to 180 μm, the rate of reduction of the resonator length and the rate of decrease of the oscillation threshold are substantially proportional, and the effect of strain equalization is not so much in this range. I understand. By setting the resonator length L within this range, it was possible to realize an infrared-emitting optical disk reproducing light source semiconductor laser device capable of driving at a low current and having an oscillation wavelength in the region of 770 nm to 806 nm.

歪みを均等化することにより発振閾値が共振器長に略比例して減少するのは、歪によるバンド構造の変化が発生しないためであると考えられる。その結果、出力レーザ光の偏光方向にも異常が発生しない。   The reason why the oscillation threshold decreases approximately proportionally to the resonator length by equalizing the strain is considered to be because the band structure does not change due to the strain. As a result, no abnormality occurs in the polarization direction of the output laser light.

但し、半導体レーザ素子10の共振器長Lを短くし過ぎると、長期通電動作時の信頼性が低下する傾向にある。これは、発振閾値電流密度が高くなるためと考えられる。よって、本実施形態1のように、共振器長Lが200μm、チップ幅W2が200μmの素子サイズが最適であった。また、素子サイズの縮小は、加工性を低下させることになるため、本実施形態1の素子サイズは生産の点でも適している。   However, if the resonator length L of the semiconductor laser element 10 is made too short, the reliability during a long-term energization operation tends to decrease. This is considered because the oscillation threshold current density is increased. Therefore, as in the first embodiment, the element size having the resonator length L of 200 μm and the chip width W2 of 200 μm is optimal. In addition, since the reduction of the element size decreases the workability, the element size of the first embodiment is also suitable in terms of production.

以下に、本実施形態1の半導体レーザ素子10の製造工程について、図3Aおよび図3Bを用いて詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor laser device 10 of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3A and 3B.

図3Aおよび図3Bは、図1の半導体レーザ素子10の各製造工程を説明するための断面図である。   3A and 3B are cross-sectional views for explaining each manufacturing process of the semiconductor laser device 10 of FIG.

まず、図3A(a)に示すように、n型GaAs基板11上にn型GaAlAs第1クラッド層12、p型GaAlAs活性層13さらにp型GaAlAs第2クラッド層14をこの順にMOCVD法(有機金属気相エピタキシャル成長法)により順次それぞれ形成する。   First, as shown in FIG. 3A (a), an n-type GaAlAs first cladding layer 12, a p-type GaAlAs active layer 13 and a p-type GaAlAs second cladding layer 14 are formed on an n-type GaAs substrate 11 in this order by MOCVD (organic). Each is formed sequentially by metal vapor phase epitaxy.

次に、図3A(b)に示すように、第2クラッド層14にリッジストライプ部14Aを残すために、3μm〜4μm幅のライン状でSiO等からなるストライプマスク19を形成した後に、ストライプマスク19をマスクとしてドライエッチングにより、第2クラッド層14を加工し、さらに、ウエットエッチングによりリッジストライプ部14Aの形状を整える。このとき、リッジストライプ部14Aの幅W1は、マスクサイズよりも狭くなるため、最終的には幅W1が1μm以上3μm以下のリッジストライプ部14Aが形成される。 Next, as shown in FIG. 3A (b), in order to leave the ridge stripe portion 14A in the second cladding layer 14, a stripe mask 19 made of SiO 2 or the like having a line shape with a width of 3 μm to 4 μm is formed. Using the mask 19 as a mask, the second cladding layer 14 is processed by dry etching, and the shape of the ridge stripe portion 14A is adjusted by wet etching. At this time, since the width W1 of the ridge stripe portion 14A is narrower than the mask size, the ridge stripe portion 14A having a width W1 of 1 μm or more and 3 μm or less is finally formed.

これに続いて、図3A(c)に示すように、第2クラッド層14の平坦部14Bおよびストライプマスク19上にn型GaAlAs電流阻止領域15をMOCVD法によりリッジストライプ部14Aの側面を埋め込むように形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 3A (c), the n-type GaAlAs current blocking region 15 is embedded on the flat portion 14B of the second cladding layer 14 and the stripe mask 19 by embedding the side surface of the ridge stripe portion 14A. To form.

さらに、図3B(d)に示すように、ストライプマスク19を除去した後に、p型GaAsコンタクト層16となる層16Aを形成する。ここで、リッジストライブ部14Aと電流阻止領域15にはμmオーダーの段差が残るため、その上から均等に結晶成長させた層16Aの表面側にも、この段差の影響によってリッジストライプ部14Aの近傍に盛り上がりが残っている。   Further, as shown in FIG. 3B (d), after removing the stripe mask 19, a layer 16A to be the p-type GaAs contact layer 16 is formed. Here, since a step in the order of μm remains in the ridge stripe portion 14A and the current blocking region 15, the vicinity of the ridge stripe portion 14A is also affected by the step on the surface side of the layer 16A on which the crystal is uniformly grown from above. The excitement remains.

そこで、本実施形態1では、図3B(d)に示すように、層16Aの表面形状(表面凹凸形状)を精密に計測し、リッジストライプ部(凸部)の加工位置と加工高さ(加工必要量)のデータを集計する。局所的な放電位置と加工量とを数値制御しながら、反応性ガス雰囲気中で放電により発生した中性ラジカルと加工物表面の化学反応を利用して選択的にドライエッチングにより表面凹凸を整えるプラズマCVM法(Chemical Vaporization Machining)を用いて、図3(e)に示すように、発光点に近い側の外形面の平坦度がRmaxで0.1μm以下の超平滑平坦面16Bに加工してp型GaAsコンタクト層16とする。   Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 3B (d), the surface shape (surface unevenness shape) of the layer 16A is accurately measured, and the processing position and processing height (processing height) of the ridge stripe portion (convex portion) are processed. (Required amount) data. Plasma that selectively adjusts surface irregularities by dry etching using chemical reaction between neutral radicals generated by discharge and reactive surface in reactive gas atmosphere while numerically controlling local discharge position and processing amount Using the CVM method (Chemical Vaporization Machining), as shown in FIG. 3 (e), the flatness of the outer surface near the light emitting point is processed into an ultra-smooth flat surface 16B with an Rmax of 0.1 μm or less. A type GaAs contact layer 16 is formed.

その後、リッジストライプ部14Aに近い側の表面にダイボンド用電極17を形成し、n型GaAs基板11の裏面側にはワイヤボンド用電極18を形成する。これらの電極17,18は、いずれも金系の金属材料によって形成される。   Thereafter, a die bond electrode 17 is formed on the surface close to the ridge stripe portion 14A, and a wire bond electrode 18 is formed on the back surface side of the n-type GaAs substrate 11. These electrodes 17 and 18 are both made of a gold-based metal material.

本実施形態1では、このワイヤボンド用電極18に対して、リッジストライプ部14Aの位置と、リッジストライプ部14Aからの光出力が高い側の出射端面方向(高出力側端面が反射膜の干渉色の関係で黄色〜青色に見える)とを識別可能な方向性識別マークを形成する。   In the first embodiment, the position of the ridge stripe portion 14A and the direction of the emission end surface on the side where the light output from the ridge stripe portion 14A is high (the high output side end surface is the interference color of the reflective film) Directional identification marks that can be identified as yellow to blue).

図4に示すように、ワイヤボンド用電極18上には、ホログラムパターン20が形成されている。このワイヤボンド用電極18に対して、半導体レーザ素子10などのホログラム再生用光源21から、コヒーレント平面波をホログラム再生光22として斜めから照射することによって、リッジストライプ部14Aの形状に相当する3μm〜10μm幅のリッジストライプホログラム像23が、半導体レーザ素子10の表面側に虚像としてホログラム再生される。本実施形態1では、CCDカメラによりパターン計測を行うため、ホログラム再生光22の光源波長は、CCDカメラでの感度を高くすることができるように、赤外光のレーザ光源を使用している。   As shown in FIG. 4, a hologram pattern 20 is formed on the wire bonding electrode 18. By irradiating a coherent plane wave as a hologram reproducing light 22 from a hologram reproducing light source 21 such as the semiconductor laser element 10 to the wire bonding electrode 18 at an angle, the wire bonding electrode 18 is 3 μm to 10 μm corresponding to the shape of the ridge stripe portion 14A. A ridge stripe hologram image 23 having a width is reproduced as a virtual image on the surface side of the semiconductor laser element 10. In the first embodiment, since the pattern measurement is performed by the CCD camera, the light source wavelength of the hologram reproduction light 22 uses an infrared laser light source so that the sensitivity of the CCD camera can be increased.

なお、方向性識別マークは、リッジストライプ部14Aの位置と、リッジストライプ部14Aからの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能なものであれば、これに限らず、また、発光点に近い方の表面側およびその表面に対向する表面側の少なくともいずれか一方に形成されていればよい。
(実施形態2)
図5は、図1の半導体レーザ素子10を用いた半導体レーザ装置の実施形態2の構成例を示す斜視図である。
The direction identification mark is not limited to this as long as it can identify the position of the ridge stripe portion 14A and the direction of the emission end surface on the side where the light output from the ridge stripe portion 14A is high. As long as it is formed on at least one of the surface side closer to the surface and the surface side facing the surface.
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of a semiconductor laser device using the semiconductor laser element 10 of FIG. 1 according to the second embodiment.

図5に示すように、半導体レーザ装置30は、半導体レーザ素子10がサブマウント31上に搭載されており、サブマウント31は金属製のステム32に搭載されている。ステム32には、半導体レーザ素子10、サブマウント31および受光素子33を保護するために金属製のキャップ34が溶着されている。キャップ34の開口面には、図7で後述する光ディスク1からの反射光を受光素子33に導くための回折格子が形成されたホログラム素子35がUV接着材などによって固定されている。   As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser device 30, the semiconductor laser element 10 is mounted on a submount 31, and the submount 31 is mounted on a metal stem 32. A metal cap 34 is welded to the stem 32 in order to protect the semiconductor laser element 10, the submount 31 and the light receiving element 33. A hologram element 35 on which a diffraction grating for guiding reflected light from the optical disk 1 described later in FIG. 7 to the light receiving element 33 is fixed to the opening surface of the cap 34 by a UV adhesive or the like.

半導体レーザ素子10は、電気伝導性と熱伝導性を考慮して、熱伝導性が良好で半導体レーザ素子10の熱膨張係数と差が同等の材料からなるサブマウント31と、発光点に近い方の表面側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて、発光点に近い方の表面をダイボンド面として、電気的および機械的に接合されてダイボンドされている。   The semiconductor laser element 10 includes a submount 31 made of a material having good thermal conductivity and a difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor laser element 10 in consideration of electric conductivity and thermal conductivity, and a side closer to the light emitting point. On the surface side, a solder material containing at least one of a gold-based material and a tin-based material is used, and the surface closer to the light emitting point is used as a die-bonding surface to be bonded electrically and mechanically.

例えば、図6に示すように、Auを70、Snを30の割合で含む70Au−30Snからなるろう材311が厚み3μm厚みに形成されたサブマウント31に半導体レーザ素子10のAu系材料からなるダイボンド用電極17側をダイボンドし、ろう材311を加熱溶解させて、半導体レーザ素子10のダイボンド用電極17と合金化することによって、半導体レーザ素子10とサブマウント31とを接合させることができる。また、このときの加工温度をより低くするために、Sn−3Ag−0.5Cuの3元素系ろう材が形成されたサブマウントを用いることも可能である。半導体レーザ素子10のワイヤボンド用電極18は、金線などによってサブマウント31上の電極とワイヤボンドされる。   For example, as shown in FIG. 6, the submount 31 in which a brazing material 311 made of 70Au-30Sn containing Au at a ratio of 70 and Sn at a ratio of 30 is formed with a thickness of 3 μm is made of an Au-based material of the semiconductor laser device 10. The semiconductor laser element 10 and the submount 31 can be bonded together by die-bonding the die-bonding electrode 17 side, heating and melting the brazing material 311, and alloying with the die-bonding electrode 17 of the semiconductor laser element 10. In order to lower the processing temperature at this time, it is also possible to use a submount on which a Sn-3Ag-0.5Cu three-element brazing material is formed. The wire bonding electrode 18 of the semiconductor laser element 10 is wire-bonded to the electrode on the submount 31 by a gold wire or the like.

サブマウント31としては、熱伝導性に優れ、絶縁性を有するSiC系セラミックスやAlN系セラミックスなどを使用することができる。また、半導体レーザ素子10からの光出力を、主出射面とは対向する裏面からの光をモニタフォトダイオードで受光して検出するために、Si材料を用いてモニタ用フォトダイオードが形成されたサブマウントを使用する場合もある。   As the submount 31, it is possible to use SiC-based ceramics or AlN-based ceramics having excellent thermal conductivity and insulating properties. In addition, in order to detect the light output from the semiconductor laser element 10 by receiving the light from the back surface opposite to the main emission surface with the monitor photodiode, the sub photodiode in which the monitor photodiode is formed using Si material is used. Sometimes a mount is used.

即ち、サブマウントとして金属材料を用いれば熱伝導が良いが線膨張係数が半導体レーザ素子と一桁以上異なるために応力破壊を起こす。また、サブマウントとしてセラミック材料を用いた場合、半導体材料より線膨張係数が数倍大きいものの応力破壊には至らない。サブマウントとしてSi材料のような半導体材料を用いた場合、線膨張係数は半導体レーザ素子と略等しくなるが熱伝導が悪くなる。
(実施形態3)
図7は、図5の半導体レーザ装置30が搭載された光ディスク装置の実施形態3の構成例を示す斜視図である。
In other words, if a metal material is used as the submount, heat conduction is good, but the linear expansion coefficient differs from that of the semiconductor laser element by one digit or more, so that stress breakdown occurs. In addition, when a ceramic material is used as the submount, it does not lead to stress breakdown although its linear expansion coefficient is several times larger than that of the semiconductor material. When a semiconductor material such as Si material is used as the submount, the linear expansion coefficient is substantially equal to that of the semiconductor laser element, but the heat conduction is deteriorated.
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of Embodiment 3 of the optical disk device on which the semiconductor laser device 30 of FIG. 5 is mounted.

図7に示すように、光ディスク装置40は、光ディスク1から情報を読み取るために、出射光源の半導体レーザ素子10が設けられた半導体レーザ装置30と、半導体レーザ装置30から出射された光を光ディスク1の表面に集光させるための光学系41とを有している。   As shown in FIG. 7, in order to read information from the optical disc 1, the optical disc device 40 includes a semiconductor laser device 30 provided with a semiconductor laser element 10 serving as an emission light source, and light emitted from the semiconductor laser device 30. And an optical system 41 for condensing light on the surface.

この光学系41は、半導体レーザ素子10からの出射光を平行光線に変換するコリメートレンズ411と、このコリメートレンズ411からの平行光線を光ディスク1側に方向を変えるための立ち上げミラー412と、この立ち上げミラー412からの平行光線を光ディスク1の表面上に集光させるための対物レンズ413とを有している。   The optical system 41 includes a collimating lens 411 that converts light emitted from the semiconductor laser element 10 into parallel light rays, a rising mirror 412 that changes the direction of the parallel light rays from the collimating lens 411 toward the optical disc 1, And an objective lens 413 for condensing parallel rays from the rising mirror 412 on the surface of the optical disc 1.

上記構成により、半導体レーザ素子10から出射された光は、コリメートレンズ411、立ち上げミラー412さらに対物レンズ423を通して光ディスク1の表面上に集光される。光ディスク1の表面によって反射された情報を含む情報光は、対物レンズ413、立ち上げミラー412さらにコリメートレンズ411を戻ってホログラム素子35に導かれ、ホログラム素子35の表面に設けられた回折格子によって回折させられて受光素子33上に入射される。受光素子33上に入射された情報光は、光ディスク1の表面上に記録された情報に応じて強弱が異なっており、受光素子33によってその情報光の強弱に応じた電気信号に変換されて、光ディスク1上に記録された情報が検出される。   With the above configuration, the light emitted from the semiconductor laser element 10 is condensed on the surface of the optical disc 1 through the collimating lens 411, the rising mirror 412, and the objective lens 423. Information light including information reflected by the surface of the optical disk 1 returns to the hologram element 35 through the objective lens 413, the rising mirror 412, and the collimator lens 411, and is diffracted by the diffraction grating provided on the surface of the hologram element 35. Is incident on the light receiving element 33. The information light incident on the light receiving element 33 has different strengths depending on the information recorded on the surface of the optical disc 1, and is converted into an electric signal according to the strength of the information light by the light receiving element 33. Information recorded on the optical disc 1 is detected.

以上のように、本実施形態1〜3によれば、光ディスク装置40の再生用光源として最適な赤外光光源において、共振器方向の長さLと幅方向の長さW2とを略等しくして、ダイボンド面を略正方形にすることによって、半導体レーザ素子10に加わる応力の影響を抑制できて、これを用いた信頼性の高い半導体レーザ装置30を得ることができる。   As described above, according to the first to third embodiments, the length L2 in the resonator direction and the length W2 in the width direction are made substantially equal in the infrared light source that is optimal as the light source for reproduction of the optical disc apparatus 40. Thus, by making the die bond surface substantially square, the influence of stress applied to the semiconductor laser element 10 can be suppressed, and a highly reliable semiconductor laser device 30 using this can be obtained.

また、リアルガイド構造によって閾値電流が低くかつ発光効率が高い半導体レーザ素子10において、応力の影響を抑制できるので、応力の影響を受けやすい発光点を半導体レーザ素子10の表面近傍に近付けて、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させることにより、半導体レーザ素子10の温度を低下させて低電流動作を実現することができる。また、半導体レーザ素子10は、共振器方向の長さLをチップ幅方向の長さW2と同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光が可能である。   In addition, since the effect of stress can be suppressed in the semiconductor laser device 10 having a low threshold current and high light emission efficiency due to the real guide structure, the light emitting point that is susceptible to the stress is brought close to the surface of the semiconductor laser device 10 to activate the semiconductor laser device 10. By efficiently dissipating the Joule heat generated in the vicinity of the layer, the temperature of the semiconductor laser element 10 can be lowered and a low current operation can be realized. Further, the semiconductor laser device 10 has a high efficiency by the real guide structure while reducing the instability of the transverse mode due to stress by reducing the length L in the resonator direction to be equal to the length W2 in the chip width direction. Light emission is possible.

さらに、半導体レーザ素子10は、素子サイズが生産工程において加工し易い寸法であることから、生産性を向上させて、低コストの半導体レーザ装置を供給することができる。   Furthermore, since the semiconductor laser element 10 has an element size that is easy to process in the production process, the productivity can be improved and a low-cost semiconductor laser device can be supplied.

さらに、発光点に近い側の外形面の平坦度をRmaxで0.1μm以下に設定することによって、ダイボンド時に半導体レーザ素子10が受ける衝撃(応力)を低減させることができると共に、ろう材との濡れ性も改善できる。   Furthermore, by setting the flatness of the outer surface near the light emitting point to 0.1 μm or less by Rmax, it is possible to reduce the impact (stress) received by the semiconductor laser device 10 during die bonding and The wettability can also be improved.

半導体レーザ装置30では、発光点が数μmサイズであり、発光位置をパッケージの外形に対してばらつかないように制御することが重要であるが、本実施形態2によれば、素子表面に形成された識別マークによって、半導体レーザ素子10のダイボンド時にリッジストライプ部の位置の識別精度を向上させて、発光点位置のばらつきが少ない半導体レーザ装置30を得ることができる。   In the semiconductor laser device 30, the light emitting point is several μm in size, and it is important to control the light emitting position so as not to vary with respect to the outer shape of the package. However, according to the second embodiment, the light emitting point is formed on the element surface. With the identification mark thus formed, the identification accuracy of the position of the ridge stripe portion can be improved at the time of die bonding of the semiconductor laser element 10, and the semiconductor laser device 30 with little variation in the light emitting point position can be obtained.

本発明の半導体レーザ素子10からの出射光は、特に、光ディスク装置40の再生用光源として適している。また、光ディスク装置40の小型化により携帯型光ディスク装置が搭載された携帯型電子情報機器などの電子機器に対しても、消費電力が少ない本発明の半導体レーザ素子10は光源として適している。   The light emitted from the semiconductor laser device 10 of the present invention is particularly suitable as a reproduction light source for the optical disc apparatus 40. In addition, the semiconductor laser device 10 of the present invention that consumes less power is suitable as a light source for electronic devices such as portable electronic information devices equipped with a portable optical disk device due to the downsizing of the optical disk device 40.

なお、上記実施形態1では、共振器方向の素子長さLと、この共振器方向と直交する素子幅方向の長さW2とが略等しくなるように設定したが、これに限らず、共振器方向の素子長さLと、この共振器方向と直交する素子幅方向の長さW2との一方が他方の長さのプラス・マイナス1割の範囲内に設定した場合、信頼性には有意な差はみられなかった。また、偏光方向にも異常が発生せず、低い発振閾値が実現された。

また、上記実施形態1では、発光点が厚み方向の外形面近傍に位置する場合について説明したが、要は、発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚み(従来のものの厚み)よりも小さく設定可能とされている。
In the first embodiment, the element length L in the resonator direction and the length W2 in the element width direction orthogonal to the resonator direction are set to be approximately equal to each other. When one of the element length L in the direction and the length W2 in the element width direction orthogonal to the resonator direction is set within a range of plus / minus 10% of the other length, it is significant for reliability. There was no difference. Also, no abnormality occurred in the polarization direction, and a low oscillation threshold was realized.

In the first embodiment, the case where the light emitting point is located near the outer surface in the thickness direction has been described. In short, the thickness from the light emitting point to the outer surface closer to the light emitting point is a normal thickness (the thickness of the conventional one). It is possible to set a smaller value.

以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜3を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜3に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜3の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-3 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-3. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 3 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、例えば光ディスクの再生用光源などとして好適に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法、半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置の分野において、閾値電流が低く、発光効率が高いリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子に対して、共振器方向の長さと素子幅方向の長さとを略等しくして、ダイボンド面を略正方形とすることによって、半導体レーザ素子に加わる応力の影響を抑制し、信頼性の高い半導体レーザ素子およびこれを用いた半導体レーザ装置、さらにこれを用いた光ディスク装置を得ることができる。本発明の半導体レーザ素子は、消費電力が少ない光源として半導体レーザ装置が搭載された光ディスク装置や、携帯型光ディスク装置を用いた電子機器に好適に用いることができる。   The present invention provides a ridge stripe structure having a low threshold current and a high light emission efficiency in the field of a semiconductor laser element suitably used as, for example, a light source for reproducing an optical disk, a manufacturing method thereof, and a semiconductor laser device using the semiconductor laser element. By making the length in the cavity direction and the length in the element width direction substantially equal to the semiconductor laser element, and making the die bond surface substantially square, the influence of stress applied to the semiconductor laser element is suppressed and reliability is improved. Semiconductor laser device having a high level, a semiconductor laser device using the same, and an optical disk device using the same can be obtained. The semiconductor laser device of the present invention can be suitably used in an optical disk device on which a semiconductor laser device is mounted as a light source with low power consumption, or an electronic apparatus using a portable optical disk device.

本発明の実施形態1に係る半導体レーザ素子の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the semiconductor laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の半導体レーザ素子の電気光学的動作特性を説明するためのグラフであって、共振器長と動作電流値との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph for explaining electro-optical operation characteristics of the semiconductor laser device of FIG. 1 and showing a relationship between a resonator length and an operating current value. FIG. (a)〜(c)は、図1の半導体レーザ素子の各製造工程(その1)を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating each manufacturing process (the 1) of the semiconductor laser element of FIG. (d)〜(e)は、図1の半導体レーザ素子の各製造工程(その2)を説明するための断面図である。(D)-(e) is sectional drawing for demonstrating each manufacturing process (the 2) of the semiconductor laser element of FIG. 図1の半導体レーザ素子に設けられたリッジストライプ部の位置識別マークについて説明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining a position identification mark of a ridge stripe portion provided in the semiconductor laser element of FIG. 1. 図1の半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置の実施形態2の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of Embodiment 2 of the semiconductor laser apparatus using the semiconductor laser element of FIG. 図1の半導体レーザ素子のサブマウントへのダイボンドを説明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining die bonding to a submount of the semiconductor laser element of FIG. 1. 図5の半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置の実施形態2の構成例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration example of Embodiment 2 of an optical disk device using the semiconductor laser device of FIG. 5. 従来のリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the ridge embedding type | mold semiconductor laser element of the conventional real guide structure.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体レーザ素子
11 基板
12 第1クラッド層
13 活性層
14 第2クラッド層
14A リッジストライプ部
14B 平坦部
15 電流阻止領域
16 コンタクト層
17 ダイボンド用電極
18 ワイヤボンド用電極
19 ストライプマスク
20 ホログラムパターン電極
21 ホログラム再生光源
22 ホログラム再生光
23 リッジストライプホログラム像
30 半導体レーザ装置
31 サブマウント
311 ろう材
32 ステム
33 受光素子
34 キャップ
35 ホログラム素子
40 光ディスク装置
41 光学系
411 コリメートレンズ
412 立ち上げミラー
413 対物レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor laser element 11 Substrate 12 1st clad layer 13 Active layer 14 2nd clad layer 14A Ridge stripe part 14B Flat part 15 Current blocking area 16 Contact layer 17 Die-bonding electrode 18 Wire-bonding electrode 19 Stripe mask 20 Hologram pattern electrode 21 Hologram reproduction light source 22 Hologram reproduction light 23 Ridge stripe hologram image 30 Semiconductor laser device 31 Submount 311 Brazing material 32 Stem 33 Light receiving element 34 Cap 35 Hologram element 40 Optical disk device 41 Optical system 411 Collimating lens 412 Rising mirror 413 Objective lens

Claims (14)

レーザ発振のための共振器方向と平行に、電流を狭い領域に集中的に流すためのリッジストライプ構造が設けられた半導体レーザ素子において、
該共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとの一方が他方の長さのプラス・マイナス1割の範囲内に設定されている半導体レーザ素子。
In a semiconductor laser device provided with a ridge stripe structure for allowing a current to flow intensively in a narrow region in parallel to the resonator direction for laser oscillation,
A semiconductor laser element in which one of the element length in the resonator direction and the length in the element width direction orthogonal to the resonator direction is set within a range of plus or minus 10% of the other length.
前記共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとが等しく設定されている請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the element length in the resonator direction and the length in the element width direction orthogonal to the resonator direction are set to be equal. 前記共振器方向および素子幅方向の各長さが200μm±20μmの範囲内に設定されている請求項1に記載の半導体レーザ素子。   2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein each length in the resonator direction and the element width direction is set within a range of 200 μm ± 20 μm. 発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚みよりも小さく設定可能とされている請求項1〜3のいずれかにに記載の半導体レーザ素子。   The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness from the light emitting point to the outer surface on the near side can be set smaller than a normal thickness. 前記発光点に近い側の外形面の平坦度が、Rmax値で0.1μm以下に設定されている請求項4に記載の半導体レーザ素子。   5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the flatness of the outer surface near the light emitting point is set to 0.1 μm or less in terms of an Rmax value. 前記リッジストライプ構造は、高屈折率材料からなり、電流注入領域となるリッジストライプ部と、該リッジストライプ部と比べて屈折率が低く、かつ、少数キャリアの極性が該リッジストライプ部とは異なる半導体材料からなる電流阻止領域とが同一平面内に形成されたリアルガイド構造である請求項1に記載の半導体レーザ素子。   The ridge stripe structure is made of a high refractive index material, a ridge stripe portion serving as a current injection region, and a semiconductor having a refractive index lower than that of the ridge stripe portion and having a minority carrier polarity different from that of the ridge stripe portion. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current blocking region made of a material has a real guide structure formed in the same plane. 前記リッジストライプ部の幅が1μm以上3μm以下に設定されている請求項6に記載の半導体レーザ素子。   The semiconductor laser device according to claim 6, wherein a width of the ridge stripe portion is set to 1 μm or more and 3 μm or less. 前記リッジストライプ部の位置と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが、発光点に近い方の表面電極側およびその表面電極に対向する表面電極側の少なくともいずれか一方に設けられている請求項6または7に記載の半導体レーザ素子。   A direction identification mark that can identify the position of the ridge stripe portion and the direction of the emission end face on the side where the light output from the ridge stripe portion is high faces the surface electrode side closer to the light emitting point and the surface electrode. 8. The semiconductor laser device according to claim 6, wherein the semiconductor laser device is provided on at least one of the surface electrode sides. 前記表面電極上にホログラムパターンが形成され、外部の特定方向から該ホログラムパターンに再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面に該ホログラムパターンの虚像として、前記リッジストライプ部の形状と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが再生可能とされている請求項8に記載の半導体レーザ素子。   A hologram pattern is formed on the surface electrode, and the hologram pattern is irradiated with reproduction coherent light from a specific external direction to form a virtual image of the hologram pattern on the element surface, and the shape of the ridge stripe portion and the ridge 9. The semiconductor laser device according to claim 8, wherein a directionality identification mark that can distinguish the direction of the emission end face on the side having a higher light output from the stripe portion is reproducible. 請求項5に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマCVM(Chemical Vaporization Machining)法により、前記発光点に近い側の外形面の平坦度をRmax値で0.1μm以下に加工する半導体レーザ素子の製造方法。
A semiconductor laser device manufacturing method for manufacturing the semiconductor laser device according to claim 5, comprising:
The outer shape near the light emitting point is obtained by a plasma CVM (Chemical Vaporization Machining) method combining measurement of the surface irregularity shape before processing, calculation of the required processing amount based on the measurement result, and control of the processing position and processing amount. A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the flatness of a surface is processed to an Rmax value of 0.1 μm or less.
請求項1〜9のいずれかに記載の半導体レーザ素子が、熱伝導性が良好で該半導体レーザ素子の熱膨張係数と同等の材料からなるサブマウント手段にダイボンドされている半導体レーザ装置。   10. A semiconductor laser device, wherein the semiconductor laser device according to claim 1 is die-bonded to submount means made of a material having good thermal conductivity and having a thermal expansion coefficient equivalent to that of the semiconductor laser device. 前記半導体レーザ素子とサブマウント手段とは、発光点に近い方の表面電極側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて電気的に接合されている請求項11に記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser element and the submount means are electrically joined to each other on the surface electrode side closer to the light emitting point using a brazing material containing at least one of a gold-based material and a tin-based material. The semiconductor laser device described. 請求項11または12に記載の半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは/および書き込みを行う光ディスク装置。   13. An optical disc apparatus that reads and / or writes information from or on an optical disc by mounting the semiconductor laser device according to claim 11 or 12. 請求項11または12に記載の半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは/および書き込みを行う電子機器。   13. An electronic device that reads and / or writes information from or on an optical disk by mounting the semiconductor laser device according to claim 11 or 12.
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