JP2007027181A - Nitride semiconductor laser apparatus - Google Patents

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Teruyoshi Takakura
輝芳 高倉
Yuzo Tsuda
有三 津田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser apparatus with good heat dissipation properties and with high reliability by preventing a ridge strive from being damaged in the apparatus. <P>SOLUTION: In the nitride semiconductor laser apparatus where a nitride semiconductor laser element is joined with a submount or a stem junction down; the nitride semiconductor laser element comprises a p-type nitride semiconductor layer, a p-type electrode, and a metal film. A double channel structure is provided, in which a narrowed ridge strive is formed in an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, and a trench is provided on opposite sides along the ridge strive. The p-type electrode makes contact with the top of the ridge strive and is formed, adapted to the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer. The metal film is formed on the p-type electrode without having a cavity between the metal film and the p-type electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置に関し、より詳細には、リッジストライプの両脇に形成された溝部が金属膜により埋め込まれた窒化物半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser device, and more particularly, to a nitride semiconductor laser device in which grooves formed on both sides of a ridge stripe are filled with a metal film.

半導体レーザ装置の放熱性を向上させるための方法として、ジャンクションダウン接合が知られている。ジャンクションダウン接合とは、リッジストライプが形成された面をサブマウントに接合する方法である。   Junction-down junction is known as a method for improving the heat dissipation of a semiconductor laser device. The junction down junction is a method of joining the surface on which the ridge stripe is formed to the submount.

第1の例として、従来の窒化物半導体レーザ装置の概略断面図を図3に示す。図3において、従来の窒化物半導体レーザ装置は、基板100上に、n型窒化物半導体層110、窒化物半導体活性層120、p型窒化物半導体層130がこの順で形成されている。さらにp型窒化物半導体層130に凸形状のリッジストライプ140が形成され、前記リッジストライプ140直上部分を除いて、p型窒化物半導体層130は絶縁膜170で被覆されている。   As a first example, a schematic cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor laser device is shown in FIG. In FIG. 3, in the conventional nitride semiconductor laser device, an n-type nitride semiconductor layer 110, a nitride semiconductor active layer 120, and a p-type nitride semiconductor layer 130 are formed in this order on a substrate 100. Further, a convex ridge stripe 140 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 130, and the p-type nitride semiconductor layer 130 is covered with an insulating film 170 except for a portion immediately above the ridge stripe 140.

さらに、リッジストライプ直上部分およびその周囲の絶縁膜170を被覆するようにp型電極180が形成され、基板100の底面にn型電極200が形成されている。p型電極180とサブマウント210とはジャンクションダウンで接合されている。また、p型電極180とサブマウント210との接合にあたっては、ハンダ220を用いている。   Further, a p-type electrode 180 is formed so as to cover the portion immediately above the ridge stripe and the surrounding insulating film 170, and an n-type electrode 200 is formed on the bottom surface of the substrate 100. The p-type electrode 180 and the submount 210 are joined by junction-down. Solder 220 is used for joining the p-type electrode 180 and the submount 210.

上記第1の例では、窒化物半導体レーザ素子が、基板の熱膨張係数より大きい材質のサブマウント210に接合をすることにより、窒化物半導体レーザ素子に圧縮応力を与え、閾値電流Ithが低減される。 In the first example, the nitride semiconductor laser device, by bonding to a submount 210 of larger material than the thermal expansion coefficient of the substrate, prestressed to the nitride semiconductor laser device, the threshold current I th is reduced Is done.

第2の例として、特許文献2には、AlGaInAs/InP系半導体レーザ装置のジャンクションダウン接合の際に、ハンダが半導体レーザ素子の側面への回り込むことによって生じる電流のリークを防止する方法が記載されている。   As a second example, Patent Document 2 describes a method for preventing current leakage caused by solder wrapping around a side surface of a semiconductor laser element during junction down junction of an AlGaInAs / InP semiconductor laser device. ing.

特許文献2記載されているAlGaInAs/InP系半導体レーザ装置の一例を図4に示す。図4において、基板500上に、n型半導体層510、活性層520、p型半導体層530が順次積層されている。さらに、p型半導体層にリッジ型導波路540と前記リッジ型導波路540の両側に溝部550が形成され、ダブルチャネル構造が形成されている。   An example of the AlGaInAs / InP semiconductor laser device described in Patent Document 2 is shown in FIG. In FIG. 4, an n-type semiconductor layer 510, an active layer 520, and a p-type semiconductor layer 530 are sequentially stacked on a substrate 500. Further, a ridge waveguide 540 and grooves 550 are formed on both sides of the ridge waveguide 540 in the p-type semiconductor layer to form a double channel structure.

さらに、前記リッジ型導波路540の直上部分を除いて、SiOよりなる絶縁膜560が形成され、溝部550を除いた領域の上面にp電極570が形成されている。また、半導体レーザの基板側にn電極580が形成されている。引き続き、リッジ型導波路540を有する面に、溝部550を埋め込まないように空洞620が形成されたエアブリッジ型のp型メッキ電極590が形成され、前記p型メッキ電極590とサブマウント600がジャンクションダウン接合されている。また、p型メッキ電極590とサブマウント600の接合にあたっては、ハンダ610を用いている。 Further, an insulating film 560 made of SiO 2 is formed except for the portion directly above the ridge-type waveguide 540, and a p-electrode 570 is formed on the upper surface of the region excluding the groove 550. An n-electrode 580 is formed on the substrate side of the semiconductor laser. Subsequently, an air bridge type p-type plated electrode 590 having a cavity 620 formed so as not to fill the groove 550 is formed on the surface having the ridge-type waveguide 540, and the p-type plated electrode 590 and the submount 600 are joined to each other. Down joined. Solder 610 is used to join the p-type plating electrode 590 and the submount 600.

上記第2の例の半導体レーザ装置では、エアブリッジ型のp型メッキ電極590を介してサブマウント600と接合することで、ハンダの盛り上がりによる電流リークの防止と、溝部550をハンダ610が埋め込みを防止している。また、半導体層とハンダ610の熱膨張係数差によるリッジ型導波路540が受けるストレスを抑制している。   In the semiconductor laser device of the second example, by joining to the submount 600 through the air bridge type p-type plating electrode 590, current leakage due to the rise of the solder is prevented and the groove 550 is embedded in the solder 610. It is preventing. Further, the stress received by the ridge waveguide 540 due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor layer and the solder 610 is suppressed.

このようにジャンクションダウン接合された半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の窒化物半導体層を積層した面から放熱することができるため、放熱性に優れている。   The semiconductor laser device bonded in this way has excellent heat dissipation because it can radiate heat from the surface of the semiconductor laser element on which the nitride semiconductor layers are laminated.

しかしながら、リッジストライプは電流を狭窄注入するために幅が細く損傷を受け易いため、損傷を受けてしまった場合、発光特性の低下など、窒化物半導体レーザ素子の信頼性を低下させる原因となる。また、窒化物半導体レーザ素子の高出力化に伴って、リッジストライプの直下の発光領域付近では温度上昇が特に顕著となり、窒化物半導体レーザ素子の劣化を促進させるなどの信頼性低下の原因となる。   However, since the ridge stripe is narrow and easily damaged because current is confined, if it is damaged, it causes a decrease in the reliability of the nitride semiconductor laser device, such as a decrease in light emission characteristics. In addition, as the output of the nitride semiconductor laser device is increased, the temperature rise is particularly noticeable in the vicinity of the light emitting region immediately below the ridge stripe, which causes a decrease in reliability such as promoting the deterioration of the nitride semiconductor laser device. .

例えば、第1の例の窒化物半導体レーザ装置では、窒化物半導体レーザ素子を製造するプロセスにおいて、突出したリッジストライプを形成した後、ウェーハから個々の窒化物半導体レーザ素子(チップ)に分割する際に、ウェーハをスクライブや分割する工程において、リッジストライプの形成された面をステージ等に接触させたり、圧力を加えたりすることによってリッジストライプを損傷させてしまうことがあった。   For example, in the nitride semiconductor laser device of the first example, in the process of manufacturing a nitride semiconductor laser element, after a protruding ridge stripe is formed, the wafer is divided into individual nitride semiconductor laser elements (chips). In addition, in the process of scribing or dividing the wafer, the ridge stripe may be damaged by bringing the surface on which the ridge stripe is formed into contact with a stage or applying pressure.

また、ジャンクションダウン接合を行う際に、窒化物半導体レーザ素子のn電極側から一定の圧力を加えて、サブマウントに接合させるため、凸形状になっているリッジストライプに不要な応力を与え損傷させてしまうことがある。さらに、サブマウントに窒化物半導体レーザ素子が傾いて接合され、素子特性を低下させる原因となっている。さらに、この傾きの方向と傾き具合は窒化物半導体レーザ装置毎に異なり、この傾きの不整合により放熱性に違いが生じ、発光特性のばらつきを生じさせる原因ともなる。   In addition, when performing junction-down bonding, a certain pressure is applied from the n-electrode side of the nitride semiconductor laser element to bond it to the submount, so that the ridge stripe having a convex shape is damaged by applying unnecessary stress. May end up. Furthermore, the nitride semiconductor laser element is tilted and joined to the submount, which causes the element characteristics to deteriorate. Further, the direction and degree of inclination of this tilt differs for each nitride semiconductor laser device. Due to the mismatch of the tilt, a difference in heat dissipation occurs, which causes variations in light emission characteristics.

第2の例の半導体レーザ装置では、リッジ型導波路540とその両脇に溝部550を形成されたダブルチャネル構造を有し、その上方に溝部550に空洞を有するエアブリッジ型のp型メッキ電極590が形成されている。第2の例の様に溝部550を埋め込まないエアブリッジ形状や、溝部550の底面にメッキ電極が接して形成されておらず空洞となっている場合においては、発光領域で生じた熱の殆どはリッジ型導波路の半導体層を介してp型メッキ電極へ伝導するしかなく、放熱性が良好でないため、温度上昇が顕著となり半導体層の劣化が促進され素子寿命の低下させる原因となる。
特開2004−140141号公報
In the semiconductor laser device of the second example, an air bridge type p-type plating electrode having a double channel structure in which a groove 550 is formed on both sides of the ridge waveguide 540 and a cavity in the groove 550 above the ridge waveguide 540. 590 is formed. In the case of an air bridge shape in which the groove portion 550 is not embedded as in the second example, or when the plating electrode is not formed in contact with the bottom surface of the groove portion 550 and is hollow, most of the heat generated in the light emitting region is Since it only conducts to the p-type plating electrode through the semiconductor layer of the ridge-type waveguide, and the heat dissipation is not good, the temperature rises remarkably and the deterioration of the semiconductor layer is promoted, leading to a reduction in the device life.
JP 2004-140141 A

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。この発明の目的は、上記窒化物半導体レーザ装置において、リッジストライプの損傷を防止し、且つ放熱性が良好で信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser device that prevents damage to the ridge stripe and has good heat dissipation and high reliability in the nitride semiconductor laser device.

本発明の1つの局面によれば、窒化物半導体レーザ素子がサブマウントまたはステムにジャンクションダウンで接合された窒化物半導体レーザ装置において、窒化物半導体レーザ素子は、p型窒化物半導体層と、p型電極と、金属膜とを含み、p型窒化物半導体層上面に、狭窄化されたリッジストライプが形成され、かつ、リッジストライプに沿って両脇に溝部が設けられたダブルチャネル構造が設けられ、p型電極は前記リッジストライプの頂上部に接し、かつp型窒化物半導体層上面の形状に適合するように形成され、金属膜はp型電極上に形成され、かつ金属膜とp型電極との間に空洞がないことを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, in a nitride semiconductor laser device in which a nitride semiconductor laser element is joined to a submount or a stem by junction down, the nitride semiconductor laser element includes a p-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer. A double channel structure including a constricted ridge stripe formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer and a groove provided on both sides along the ridge stripe. The p-type electrode is in contact with the top of the ridge stripe and is formed to match the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, the metal film is formed on the p-type electrode, and the metal film and the p-type electrode There is provided a nitride semiconductor laser device characterized in that there is no cavity therebetween.

好ましくは、溝部の幅が10μm以上である。
好ましくは、金属膜の膜厚が1μm以上10μm以下である。
Preferably, the width of the groove is 10 μm or more.
Preferably, the thickness of the metal film is 1 μm or more and 10 μm or less.

好ましくは、p型電極の最表面が、Au、Ag、Cu、AlまたはMoのいずれかで形成されている。   Preferably, the outermost surface of the p-type electrode is formed of any one of Au, Ag, Cu, Al, or Mo.

好ましくは、金属膜は、Au、Ag、CuまたはAlの少なくとも1つ材料が含まれるメッキであるか、あるいはAu、Ag、Cu、AlまたはMoのいずれかよりなる金属膜である。   Preferably, the metal film is a plating containing at least one material of Au, Ag, Cu, or Al, or a metal film made of any of Au, Ag, Cu, Al, or Mo.

好ましくは、p型電極の最表面と前記金属膜とが同一材料である。   Preferably, the outermost surface of the p-type electrode and the metal film are made of the same material.

本発明の窒化物半導体レーザ装置によれば、リッジストライプの損傷を防止し、放熱性が良好で信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。   According to the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is possible to provide a nitride semiconductor laser device that prevents damage to the ridge stripe, has good heat dissipation, and is highly reliable.

本発明の窒化物半導体レーザ装置によれば、窒化物半導体レーザ素子がサブマウントまたはステムにジャンクションダウンで接合され、窒化物半導体レーザ素子は、p型窒化物半導体層と、p型電極と、金属膜とを含み、p型窒化物半導体層上面に、狭窄化されたリッジストライプが形成され、かつ、リッジストライプに沿って両脇に溝部が設けられたダブルチャネル構造が設けられ、p型電極は前記リッジストライプの頂上部に接し、かつp型窒化物半導体層上面の形状に適合するように形成され、金属膜はp型電極上に形成され、かつ金属膜とp型電極との間に空洞がないことを特徴とする。   According to the nitride semiconductor laser device of the present invention, the nitride semiconductor laser element is joined to the submount or the stem by junction down, and the nitride semiconductor laser element includes a p-type nitride semiconductor layer, a p-type electrode, a metal A double channel structure in which a narrowed ridge stripe is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer and grooves are provided on both sides along the ridge stripe. The metal film is formed on the p-type electrode and is in contact with the top of the ridge stripe and conforms to the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, and a cavity is formed between the metal film and the p-type electrode. It is characterized by not having.

これにより、狭窄化されたリッジストライプが損傷を受けることを防止し、発光領域より放出される熱を効率よく逃がし、放熱特性が改善されることによって、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を得ることができる。   As a result, the narrowed ridge stripe is prevented from being damaged, the heat released from the light emitting region is efficiently released, and the heat dissipation characteristics are improved, thereby improving the reliability of the nitride semiconductor laser device. Obtainable.

以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子について、図を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。   Hereinafter, the nitride semiconductor laser device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor laser device of the present invention.

図1において、基板100上に、n型窒化物半導体層110、窒化物半導体活性層120およびp型窒化物半導体層130がこの順で形成されている。ここで、p型窒化物半導体層130には、リッジストライプ140と、前記リッジストライプ140に沿ってその両脇に形成された丘部160と、前記リッジストライプ140と前記丘部160との間の溝部150とが形成されている。   In FIG. 1, an n-type nitride semiconductor layer 110, a nitride semiconductor active layer 120, and a p-type nitride semiconductor layer 130 are formed on a substrate 100 in this order. Here, the p-type nitride semiconductor layer 130 includes a ridge stripe 140, hill portions 160 formed on both sides of the ridge stripe 140, and a space between the ridge stripe 140 and the hill portion 160. A groove 150 is formed.

また、p型窒化物半導体層130の上面には、リッジストライプ140の頂上部を除いて絶縁膜170で被覆し、続いてリッジストライプ140上およびに絶縁膜170上にp型電極180、金属膜190をこの順で被覆しており、基板100の底面にn型電極200が形成されている。さらに、金属膜190はサブマウント210とをジャンクションダウン接合されている。また、接合にはハンダ220を用いている。   The upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 is covered with an insulating film 170 except for the top of the ridge stripe 140. Subsequently, the p-type electrode 180 and the metal film are formed on the ridge stripe 140 and on the insulating film 170. 190 are covered in this order, and an n-type electrode 200 is formed on the bottom surface of the substrate 100. Further, the metal film 190 is joined to the submount 210 by junction down. Solder 220 is used for joining.

絶縁膜170はリッジストライプ140のみに電流が狭窄注入されるために設けられた絶縁膜である。   The insulating film 170 is an insulating film provided so that a current is constricted and injected only into the ridge stripe 140.

図1において、ダブルチャネル構造とは、p型窒化物半導体層130の上面に形成され、リッジストライプ140に沿って両脇に溝部150が設けられた構造のことをいう。また、p型電極180は、前記リッジストライプ140の頂上部に接し、かつp型窒化物半導体層130上面の形状に適合するように形成されている。ここで、当該形状に適合するように形成されているとは、p型窒化物半導体層130の上面の形状と実質的に同様の形状にという意味である。具体的には、p型窒化物半導体層130の上面の形状は、図1の左側から順に、丘部160、溝部150、リッジストライプ140、溝部150、丘部160という形状を有するが、p型電極180の形状も同様な凹凸形状を有するという意味である。なお、図1にからわかるように、金属膜190はp型電極180上に形成され、かつ金属膜190とp型電極180との間に空洞がないことを特徴とする。   In FIG. 1, the double channel structure refers to a structure formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 and provided with groove portions 150 on both sides along the ridge stripe 140. The p-type electrode 180 is formed so as to be in contact with the top of the ridge stripe 140 and conform to the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130. Here, being formed so as to conform to the shape means that the shape is substantially the same as the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130. Specifically, the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 has a shape of a hill portion 160, a groove portion 150, a ridge stripe 140, a groove portion 150, and a hill portion 160 in order from the left side of FIG. This means that the shape of the electrode 180 has a similar uneven shape. As can be seen from FIG. 1, the metal film 190 is formed on the p-type electrode 180 and there is no cavity between the metal film 190 and the p-type electrode 180.

次に、図1に示す本発明の窒化物半導体レーザ装置を作製するための手順について図2を用いて説明する。   Next, a procedure for manufacturing the nitride semiconductor laser device of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図2(a)は、リッジストライプ140が設けられた窒化物半導体レーザ素子の上に絶縁膜が形成される前の一実施形態を模式的に表した断面図である。図2(a)の窒化物半導体レーザ素子において、基板100上に、当該分野で公知の手順により、n型窒化物半導体層110、窒化物半導体活性層120、p型窒化物半導体層130がこの順で形成されている。   FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing an embodiment before an insulating film is formed on a nitride semiconductor laser element provided with a ridge stripe 140. In the nitride semiconductor laser device of FIG. 2A, the n-type nitride semiconductor layer 110, the nitride semiconductor active layer 120, and the p-type nitride semiconductor layer 130 are formed on the substrate 100 by a procedure known in the art. It is formed in order.

また、p型窒化物半導体層130にリッジストライプ140と、前記リッジストライプ140に沿ってその両脇に形成された丘部160と、前記リッジストライプ部140と前記丘部160との間の溝部150が形成されている。当該溝部150はダブルチャネル構造を有している。これらの形成方法としては、反応性イオンエッチング(RIE)、ICP(Inductively Coupled Plasma)などを挙げることができる。   Further, the p-type nitride semiconductor layer 130 has a ridge stripe 140, hill portions 160 formed on both sides of the ridge stripe 140, and a groove portion 150 between the ridge stripe portion 140 and the hill portion 160. Is formed. The groove 150 has a double channel structure. Examples of these forming methods include reactive ion etching (RIE) and ICP (Inductively Coupled Plasma).

次いで、図2(b)に示すように、リッジストライプ140の頂上部を除いてp型窒化物半導体層130の上面を絶縁膜170で当該半導体層130の形状に適合するように被覆し、続いて、窒化物半導体レーザ素子上の全面をp型電極180を上記半導体層130の上面の形状と適合するように被覆し、さらに金属膜190を被覆する。ここで、適合するとは上記で説明したとおりであり、実質的に半導体層130の上面と同一の形状を有する。   Next, as shown in FIG. 2B, the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 except the top of the ridge stripe 140 is covered with an insulating film 170 so as to conform to the shape of the semiconductor layer 130, and then Then, the entire surface of the nitride semiconductor laser element is covered with the p-type electrode 180 so as to match the shape of the upper surface of the semiconductor layer 130, and the metal film 190 is further covered. Here, conforming is as described above, and has substantially the same shape as the upper surface of the semiconductor layer 130.

また、図2(b)において、発光領域300は、リッジストライプ140の下付近に位置する窒化物半導体活性層120中で、実質的に発光に寄与する領域のことである。   In FIG. 2B, the light emitting region 300 is a region that substantially contributes to light emission in the nitride semiconductor active layer 120 located near the bottom of the ridge stripe 140.

このようにして形成された本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の1つの特徴は、溝部150に空洞が出来ないように金属膜190で埋め込まれていることである。当該金属膜190が形成されることにより、窒化物半導体レーザ素子の製造工程において、リッジストライプ140が形成された面に傷などの損傷を受けたとしても、金属膜190に傷が生じるだけで、リッジストライプに損傷を受けることを防止することができる。   One feature of the nitride semiconductor laser device according to the present invention formed as described above is that the trench 150 is filled with a metal film 190 so that a cavity is not formed. By forming the metal film 190, even if the surface on which the ridge stripe 140 is formed is damaged in the manufacturing process of the nitride semiconductor laser element, the metal film 190 is only damaged. It is possible to prevent damage to the ridge stripe.

本発明において、図2(a)に示される溝部150の幅Wbは、10μm以上好ましい。例えば、溝部150底面の幅Wbが10μm未満である場合、溝部150が埋め込まれずに空洞が生じることによって、熱が遮断され、放熱効率が悪くなり、窒化物半導体レーザ素子の温度上昇が顕著となるためである。また、溝部150が埋め込まれ空洞が生じてない場合においても、活性層付近の金属膜の熱容量が乏しく放熱効率が良好ではないため好ましいとは言えない。   In the present invention, the width Wb of the groove 150 shown in FIG. 2A is preferably 10 μm or more. For example, when the width Wb of the bottom surface of the groove 150 is less than 10 μm, the groove 150 is not embedded and a cavity is generated, so that heat is cut off, heat dissipation efficiency is deteriorated, and the temperature rise of the nitride semiconductor laser device becomes remarkable. Because. Even when the groove 150 is buried and no cavity is formed, it is not preferable because the heat capacity of the metal film near the active layer is poor and the heat dissipation efficiency is not good.

溝部150の幅Wbは十分な幅を有していることによって、放熱効率は優位になるが、たとえば、溝幅150の幅が50μmを超えても、放熱効率の顕著な向上はない。   Although the width Wb of the groove 150 has a sufficient width, the heat dissipation efficiency is superior. For example, even if the width of the groove width 150 exceeds 50 μm, the heat dissipation efficiency is not significantly improved.

さらに、本発明において、図2(a)に示すように、溝部150底面の幅Wbと、リッジストライプ140底面の幅Rbとの関係がRb/Wb≦0.1を満たしていることが好ましい。これにより、良好な放熱性が得られるためである。良好な放熱性が得られる理由は、熱が生じる発光領域300の付近より、広範囲にわたって金属膜を有する領域を形成させることによって、熱伝導性の良い金属膜の熱容量が増加するため、発光領域300で生じる熱の殆どを金属膜190へ逃がすことが出来るためである。   Furthermore, in the present invention, as shown in FIG. 2A, the relationship between the width Wb of the bottom surface of the groove 150 and the width Rb of the bottom surface of the ridge stripe 140 preferably satisfies Rb / Wb ≦ 0.1. This is because good heat dissipation is obtained. The reason why good heat dissipation can be obtained is that the heat capacity of the metal film having good thermal conductivity is increased by forming a region having a metal film over a wide range from the vicinity of the light emitting region 300 where heat is generated. This is because most of the heat generated in the step can be released to the metal film 190.

なお、リッジストライプ140の幅Rbとは、リッジストライプ底部の幅、つまり、リッジストライプを挟んだ一方の溝底部の端からもう一方の溝底部の端までの間隔のことを示す。   The width Rb of the ridge stripe 140 indicates the width of the bottom of the ridge stripe, that is, the interval from the end of one groove bottom across the ridge stripe to the end of the other groove bottom.

また溝部150の幅Wpの上限は特に指定は無いが、サブマウント210と窒化物半導体レーザ素子を均等に接合するという点から、丘部160の幅が少なくとも50μm以上であることが好ましい。窒化物半導体レーザ素子チップの幅と丘部の幅を考慮した溝部150の幅Wpであればよい。   The upper limit of the width Wp of the groove 150 is not particularly specified, but the width of the hill 160 is preferably at least 50 μm or more from the viewpoint that the submount 210 and the nitride semiconductor laser element are evenly bonded. The width Wp of the groove 150 may be sufficient considering the width of the nitride semiconductor laser element chip and the width of the hill.

リッジストライプ140の幅Rbは、少なくとも1.8μm以下にすることが好ましい。これは窒化物半導体レーザ素子の高出力化に伴って、キンクレベルを向上させる必要が有あるためである。また、溝部150側面の形状は、矩形形状、順メサ形状、逆メサ構造いずれであってもよい。   The width Rb of the ridge stripe 140 is preferably at least 1.8 μm or less. This is because it is necessary to improve the kink level as the output of the nitride semiconductor laser element increases. Further, the shape of the side surface of the groove 150 may be any of a rectangular shape, a forward mesa shape, and a reverse mesa structure.

なお、図2(b)において、リッジストライプ140の頂上部を除いて絶縁膜170で被覆され、続いて、窒化物半導体レーザ素子上の全面をp型電極180、金属膜190の順で被覆されている。本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の1つの特徴は、溝部150に空洞が出来ないように金属膜190で埋め込まれていることである。   In FIG. 2B, the insulating film 170 is covered except for the top of the ridge stripe 140, and then the entire surface of the nitride semiconductor laser element is covered in the order of the p-type electrode 180 and the metal film 190. ing. One feature of the nitride semiconductor laser device according to the present invention is that the groove 150 is filled with the metal film 190 so that a cavity is not formed.

絶縁膜170には、酸化シリコン(SiOなど)や窒化シリコン(SiNなど)の他、珪素、チタン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物または窒化物でも構わない。 The insulating film 170 may be silicon oxide (SiO 2 or the like) or silicon nitride (SiN x or the like), or an oxide or nitride such as silicon, titanium, zirconia, tantalum, or aluminum.

また、金属膜190の膜厚が1μm以上10μm以下であることが好ましい。金属膜190が1μm以上の膜厚であることで、金属膜190がリッジストライプに与える応力を緩衝することが出来る。例えば、製造プロセス時に金属膜190表面が損傷を受けたとしても、絶縁膜170やp型電極180およびリッジストライプ140が損傷を受けにくいため、電流の狭窄注入を正常に行うことが出来る。また、一般的な窒化物半導体レーザ素子であれば、リッジストライプの高さが0.4〜0.6μm程度であるため溝部150を完全に埋め込むことができ、良好な放熱性を得うることが出来る。また、金属膜190の膜厚が厚すぎると、窒化物半導体レーザ素子ウェーハの劈開が困難になってしまうため、10μm以下が好ましい。   In addition, the thickness of the metal film 190 is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. When the metal film 190 has a thickness of 1 μm or more, the stress applied to the ridge stripe by the metal film 190 can be buffered. For example, even if the surface of the metal film 190 is damaged during the manufacturing process, the insulating film 170, the p-type electrode 180, and the ridge stripe 140 are not easily damaged, so that the current can be injected normally. Further, in the case of a general nitride semiconductor laser element, since the height of the ridge stripe is about 0.4 to 0.6 μm, the groove 150 can be completely filled, and good heat dissipation can be obtained. I can do it. Further, if the metal film 190 is too thick, it becomes difficult to cleave the nitride semiconductor laser element wafer.

絶縁膜170は例えば以下の方法で形成することが出来る。まず、p型窒化物半導体層130にリッジストライプ140を形成する。次にリッジストライプ140の上面にのみレジストによるマスクを形成した後、スパッタ法などを用いて窒化シリコンを形成する。最後に前記レジストを除去して絶縁膜170を完成させる。   The insulating film 170 can be formed by the following method, for example. First, the ridge stripe 140 is formed in the p-type nitride semiconductor layer 130. Next, after forming a resist mask only on the upper surface of the ridge stripe 140, silicon nitride is formed by sputtering or the like. Finally, the resist is removed to complete the insulating film 170.

p型電極180はリッジストライプ部140および絶縁膜170の上面に接して形成された後、金属膜190を形成する。p型電極180は、リッジストライプ140が形成された面の全面に渡って形成されていることが好ましい。これは、p型電極180はリッジストライプ140に電流を注入させるための電極としての作用のほかに、金属膜の成長を促進させる作用も兼ね備えているためである。この作用を好ましく用いるためには、p型電極180の最表面は金属膜190と同様の金属であることが好適である。   The p-type electrode 180 is formed in contact with the top surfaces of the ridge stripe portion 140 and the insulating film 170, and then a metal film 190 is formed. The p-type electrode 180 is preferably formed over the entire surface where the ridge stripe 140 is formed. This is because the p-type electrode 180 has the function of promoting the growth of the metal film in addition to the function as an electrode for injecting current into the ridge stripe 140. In order to preferably use this action, it is preferable that the outermost surface of the p-type electrode 180 is made of the same metal as the metal film 190.

例えば、p型電極180の最表面がAuで被覆された、Pd/Mo/Au、Ni/Au、Pd/Pt/Au、Pd/Au等などを用いる場合に好ましい金属膜は、Auである。また、p型電極180の最表面をAg,Cu、Al,Moなどのいずれかとした場合においても、金属膜190はp電極180と同じ、金(Au),銀(Ag),銅(Cu)の少なくとも1つ材料が含まれるメッキか、Ag,Cu,Al,Moなどの何れかの金属膜で形成することが好ましい。   For example, a preferable metal film is Au when using Pd / Mo / Au, Ni / Au, Pd / Pt / Au, Pd / Au, or the like in which the outermost surface of the p-type electrode 180 is coated with Au. Further, even when the outermost surface of the p-type electrode 180 is any one of Ag, Cu, Al, Mo, etc., the metal film 190 is the same as the p-electrode 180, and is gold (Au), silver (Ag), copper (Cu). It is preferable to form a plating containing at least one of the above materials or any metal film such as Ag, Cu, Al, or Mo.

このようなp型電極180および金属膜190は例えば以下のようにして形成することが出来る。絶縁膜170を形成した後、EB蒸着によりp型電極180を形成する。続いて電気メッキにより膜厚5μmの金属膜(メッキ)190を完成させる。   Such p-type electrode 180 and metal film 190 can be formed as follows, for example. After forming the insulating film 170, the p-type electrode 180 is formed by EB vapor deposition. Subsequently, a metal film (plating) 190 having a thickness of 5 μm is completed by electroplating.

金属膜190を形成する方法は、電気メッキ、浸せきメッキ、合金メッキ、EB蒸着、スパッタ−法、ECR法などを用いることができる。   As a method for forming the metal film 190, electroplating, immersion plating, alloy plating, EB deposition, sputtering, ECR, or the like can be used.

リッジストライプ140上の金属膜190上面が丘部160上の金属膜190上面よりも低くすることによって、製造プロセスにおけるリッジストライプ140の損傷や、サブマウント210にジャンクションダウンで接合するときに、リッジストライプ140の損傷が防止することができるため、より好ましい。また、サブマウント210にジャンクションダウンで接合する際にリッジストライプ140上に金属膜190が形成されているため放熱効率も良好である。   By making the upper surface of the metal film 190 on the ridge stripe 140 lower than the upper surface of the metal film 190 on the hill portion 160, the ridge stripe 140 may be damaged when the ridge stripe 140 is damaged in the manufacturing process or when the junction is bonded to the submount 210. 140 is more preferable because damage to 140 can be prevented. In addition, since the metal film 190 is formed on the ridge stripe 140 when joining to the submount 210 by junction down, the heat dissipation efficiency is also good.

次いで、基板100を裏面より研磨もしくはエッチングを行うことにより、基板100の一部を除去しウェーハの厚さを80〜200μm程度まで薄くする。その後、n型電極200を例えばEB蒸着により、Hf/Alが形成される。   Next, the substrate 100 is polished or etched from the back surface to remove a part of the substrate 100 and reduce the thickness of the wafer to about 80 to 200 μm. Thereafter, Hf / Al is formed on the n-type electrode 200 by, for example, EB vapor deposition.

なお、n電極200に用いる材料は、これに限定されるものではなく、Hf/Al/Mo/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/W/Au、Hf/Au、Hf/Mo/Au、などを用いても構わない。または、これらの材料で、HfをTi、またはZrに置き換えた電極材料を用いても構わない。   The material used for the n-electrode 200 is not limited to this, and Hf / Al / Mo / Au, Hf / Al / Pt / Au, Hf / Al / W / Au, Hf / Au, Hf / Mo / Au or the like may be used. Alternatively, an electrode material in which Hf is replaced with Ti or Zr with these materials may be used.

続いて、このように形成された窒化物半導体レーザ素子をサブマウント210(またはステム)と接合する。このとき、サブマウント210と金属膜190が向かい合うようにハンダ220を用いて、ジャンクションダウンで接合される。   Subsequently, the nitride semiconductor laser element thus formed is bonded to the submount 210 (or stem). At this time, the submount 210 and the metal film 190 are joined by junction down using the solder 220 so as to face each other.

本発明において、サブマウントは主にSiCまたはAlNが好ましく用いられ、これらは金属との密着性が悪いために光沢金属膜が効果的である。また、本発明において、サブマウントと金属膜とをハンダを介して接合することができる。この際に用いるハンダは、In,Sn,Pd,Auの少なくとも1種類を含むものを用いることが出でき、好ましくはAu−Snである。またその比率は約、Au:Sn=70:30であることが好ましい。   In the present invention, SiC or AlN is preferably used mainly for the submount, and since these have poor adhesion to metal, a glossy metal film is effective. In the present invention, the submount and the metal film can be joined via solder. The solder used at this time can be one containing at least one of In, Sn, Pd, and Au, and is preferably Au—Sn. The ratio is preferably about Au: Sn = 70: 30.

上述の接合では、窒化物半導体レーザ素子をサブマウントに接合した場合を説明されたが直接ステムに接合してもかまわない。   In the above-described bonding, the case where the nitride semiconductor laser element is bonded to the submount has been described. However, the nitride semiconductor laser element may be directly bonded to the stem.

また本発明において、基板としては、GaN基板またはAlN基板を用いることができる。また、窒化物半導体とは具体的には、AlGaN、InGaN、GaNなどである。また、金属膜(メッキ)は、シアン系金メッキあるいは亜硫酸系金メッキを用いることができる。亜硫酸系金メッキは硬度が高いため、変形を引き起こしにくいため特に好ましい。また、光沢金メッキを施すと表面の粒子がより細かくなるため、サブマウントとの密着性が良好になるため好適である。   In the present invention, a GaN substrate or an AlN substrate can be used as the substrate. Further, the nitride semiconductor is specifically AlGaN, InGaN, GaN, or the like. The metal film (plating) can be cyan gold plating or sulfite gold plating. Sulfurous acid gold plating is particularly preferable because it has high hardness and hardly causes deformation. Moreover, since the surface particle | grains become finer when glossy gold plating is performed, since adhesiveness with a submount becomes favorable, it is suitable.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造プロセスを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor laser element of this invention. 従来の窒化物半導体レーザ装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional nitride semiconductor laser apparatus. 従来の半導体レーザ装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional semiconductor laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

100、500 基板、110 n型窒化物半導体層、120 窒化物半導体活性層、120 p型窒化物半導体層、140 リッジストライプ部、150,550 溝部、160 丘部、170,560 絶縁膜、180,570 p電極、190 金属膜、200,580 n電極、210,600 サブマウント、220,610 ハンダ、300 発光領域、510 n型半導体層、520 活性層、530 p型半導体層、540 リッジ型導波路、590 p型メッキ電極、620 空洞。   100, 500 substrate, 110 n-type nitride semiconductor layer, 120 nitride semiconductor active layer, 120 p-type nitride semiconductor layer, 140 ridge stripe portion, 150,550 groove portion, 160 hill portion, 170,560 insulating film, 180, 570 p electrode, 190 metal film, 200,580 n electrode, 210,600 submount, 220,610 solder, 300 light emitting region, 510 n-type semiconductor layer, 520 active layer, 530 p-type semiconductor layer, 540 ridge-type waveguide 590 p-type plated electrode, 620 cavity.

Claims (6)

窒化物半導体レーザ素子がサブマウントまたはステムにジャンクションダウンで接合された窒化物半導体レーザ装置において、
前記窒化物半導体レーザ素子は、p型窒化物半導体層と、p型電極と、金属膜とを含み、
前記p型窒化物半導体層上面に、狭窄化されたリッジストライプが形成され、かつ、該リッジストライプに沿って両脇に溝部が設けられたダブルチャネル構造が設けられ、
前記p型電極は前記リッジストライプの頂上部に接し、かつ前記p型窒化物半導体層上面の形状に適合するように形成され、
前記金属膜はp型電極上に形成され、かつ該金属膜とp型電極との間に空洞がないことを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
In a nitride semiconductor laser device in which a nitride semiconductor laser element is joined to a submount or a stem by junction down,
The nitride semiconductor laser element includes a p-type nitride semiconductor layer, a p-type electrode, and a metal film,
A narrow channel ridge stripe is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, and a double channel structure in which grooves are provided on both sides along the ridge stripe is provided.
The p-type electrode is in contact with the top of the ridge stripe and is formed to match the shape of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor laser device, wherein the metal film is formed on a p-type electrode, and there is no cavity between the metal film and the p-type electrode.
前記溝部の幅が10μm以上であることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a width of the groove is 10 μm or more. 前記金属膜の膜厚が1μm以上10μm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体レーザ装置。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the metal film has a thickness of 1 μm to 10 μm. 前記p型電極の最表面が、Au、Ag、Cu、AlまたはMoのいずれかで形成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an outermost surface of the p-type electrode is formed of any one of Au, Ag, Cu, Al, or Mo. 前記金属膜は、Au、Ag、CuまたはAlの少なくとも1つ材料が含まれるメッキであるか、あるいはAu、Ag、Cu、AlまたはMoのいずれかよりなる金属膜であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。   The metal film is a plating containing at least one material of Au, Ag, Cu, or Al, or a metal film made of any of Au, Ag, Cu, Al, or Mo. The nitride semiconductor laser device according to claim 1. 前記p型電極の最表面と前記金属膜とが同一材料であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。   6. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the outermost surface of the p-type electrode and the metal film are made of the same material.
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