JP2011040490A

JP2011040490A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2011040490A
Application number: JP2009184932A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ichikawa; 弘之市川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】半導体レーザの熱を効率良く放熱可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ装置は、放熱部材１４、半導体レーザ１２、及び半田１４ｃを備えている。半導体レーザは、放熱部材上に搭載されている。半田は、半導体レーザと放熱部材との間に介在して、半導体レーザと放熱部材とを接合している。半導体レーザは、半導体基板１２ａ及び電極１２ｋを含んでいる。この電極は、半導体基板の一主面に形成されており、Ａｕを含んでおり、半田に接している。電極は、少なくとも一部分において他の部分より厚みの大きい部分を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関するものである。

半導体レーザ装置としては、特許文献１〜３に記載されているように、半導体レーザがヒートシンクといった放熱部材上に搭載されたものが知られている。これら特許文献に記載された半導体レーザ装置においては、接合部材が、半導体レーザの電極とヒートシンクとの間に介在して、ヒートシンクに半導体レーザを接合している。

特開２０００−２６１０８８号公報特開２００８−２２７１０４号公報特開平７−１９３３１５号公報

一般に、半田は、半導体レーザの電極より熱伝導率が低い。したがって、従来の半導体レーザ装置では、半田が介在することにより、半導体レーザの熱を放熱部材に効率良く放熱することが困難であった。

本発明は、半導体レーザの熱を効率良く放熱可能な半導体レーザ装置を提供することを目的としている。

本発明の半導体レーザ装置は、放熱部材、半導体レーザ、及び半田を備えている。半導体レーザは、放熱部材上に搭載されている。半田は、半導体レーザと放熱部材との間に介在して、半導体レーザと放熱部材とを接合している。半導体レーザは、半導体基板及び電極を含んでいる。この電極は、半導体基板の一主面に形成されており、Ａｕを含んでおり、半田に接している。電極は、他の部分より厚みの大きい部分を含んでいる。

かかる半導体レーザ装置では、電極がその少なくとも一部分において他の部分より厚みの大きい部分を含んでいるので、放熱部材と電極との間に半田の厚みが少ない部分が存在する。本半導体レーザ装置は、このような半田の厚みが少ない部分を介することにより、半導体レーザの熱を効率良く放熱可能である。

本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザが、光の共振方向における一端及び他端に位置する一端面及び他端面を含んでおり、電極が、一端面から他端面に向かう方向に順に第１、第２、及び第３領域を有しており、第１及び第３の領域の電極の厚みが、第２の領域における電極の厚みより大きいことが好適である。ここで、第１の領域は、一端面を含む半導体レーザの一端部に含まれる電極内の領域であり、第３の領域は、他端面を含む半導体レーザの他端部に含まれる電極内の領域であることが好適である。

本願発明者は、半導体レーザについて研究した結果、半導体レーザのＡＲ面での熱が高くなり、ＡＲ面で半導体レーザの劣化が生じるという知見を得ている。上述した半導体レーザ装置の好適な一形態は、かかる知見に基づいており、ＡＲ面といった端面近傍で電極の厚みが厚くなっているので、半導体レーザの端面の熱を効率良く放熱することができる。また、この形態の半導体レーザ装置では、第２の領域の面積を大きくすることにより、半導体レーザと放熱部材との接合を強固なものとすることができる。また、この形態の半導体レーザ装置では、両端面近傍で電極が厚くなっているので、半導体レーザを安定してヒートシンク上に搭載することができる。

以上説明したように、本発明によれば、半導体レーザの熱を効率良く放熱可能な半導体レーザ装置が提供される。

一実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１に示す半導体レーザの電極を当該電極側から見た場合の斜視図である。別の実施形態に係る下面電極を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、図１においては、ＡＲ膜及びＨＲ膜は省かれている。図１及び図２に示す半導体レーザ装置１０は、半導体レーザ１２、及び、ヒートシンク１４を備えている。半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ１２が、ヒートシンク１４上に搭載されている。半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ１２によって発生する熱がヒートシンク１４へと放熱されるようになっている。

半導体レーザ１２は、本実施形態では、リッジ型の半導体レーザであり、また、回折格子層を有するＤＦＢ半導体レーザとなっている。しかしながら、半導体レーザ１２としては、任意のタイプの半導体レーザを用いることが可能である。

半導体レーザ１２は、半導体基板１２ａ、回折格子層１２ｂ、クラッド層１２ｃ、活性層１２ｄ、クラッド層１２ｆ、コンタクト層１２ｇ、上面電極１２ｊ、及び、下面電極１２ｋを有している。

半導体基板１２ａは、第１導電型の半導体基板であり、本例では、ｎ型ＩｎＰ基板である。半導体基板１２ａの一方の主面上には、回折格子層１２ｂが設けられている。回折格子層１２ｂは、半導体レーザ１２における光の共振方向において周期的に設けられた凹凸を有している。回折格子層１２ｂは、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ半導体層である。

回折格子層１２ｂ上には、第１導電型のクラッド層１２ｃが設けられている。本例では、クラッド層１２ｃは、ｎ型ＩｎＰ半導体層である。このクラッド層１２ｃ上には、活性層１２ｄが設けられている。活性層１２ｄは、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層である。

活性層１２ｄ上には、リッジ１２ｅが設けられている。リッジ１２ｅは、半導体レーザ１２における光の共振方向に延在している。リッジ１２ｅは、半導体レーザ１２における光の共振方向に直交し、且つ、半導体基板１２ａの主面に平行な方向において、半導体レーザ１２の略中央に位置している。リッジ１２ｅは、クラッド層１２ｆ、及び、当該クラッド層１２ｆ上に設けられたコンタクト層１２ｇを含んでいる。クラッド層１２ｆは、第２導電型の半導体層であり、本例では、ｐ型ＩｎＰ半導体層である。コンタクト層１２ｇは、本例では、ｐ型のＧａＩｎＡｓ半導体層である。

半導体レーザ１２では、リッジ１２ｅの側面及び活性層１２ｄに沿うように、絶縁膜１２ｈが設けられている。絶縁膜１２ｈは、例えば、ＳｉＯ_２から構成されている。絶縁膜１２ｈ上には、リッジ１２ｅの両脇の領域を埋め込むように、埋込領域１２ｉが設けられている。埋込領域１２ｉは、例えば、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）やポリイミドといった樹脂により構成され得る。

リッジ１２ｅ上、即ち、コンタクト層１２ｇ上には、上面電極１２ｊが設けられている。上面電極１２ｊは、Ａｕ、Ｇｅ、及びＮｉによる多層膜として構成することが可能である。一方、半導体基板１２ａの他方の主面には、下面電極１２ｋが設けられている。下面電極１２ｋは、Ａｕを含む金属材料から構成され得る。例えば、下面電極１２ｋは、Ａｕ、Ｇｅ、及びＮｉによる多層膜として構成することが可能である。

また、半導体レーザ１２は、光の共振方向における一端に一端面１２ｍを有し、同方向における他端に他端面１２ｎを有している。一端面１２ｍには、ＡＲ膜（反射防止膜）１２ｐがコーティングされており、他端面１２ｎには、ＨＲ膜（高反射膜）１２ｑがコーティングされている。

図３は、図１に示す半導体レーザの電極を当該電極側から見た場合の斜視図である。この半導体レーザ１２では、下面電極１２ｋが、光の共振方向において一端面１２ｍから他端面１２ｎに向かう方向へ順に、第１の領域１２ｒ、第２の領域１２ｓ、及び第３の領域１２ｔを有している。第１の領域１２ｒは、一端面１２ｍを含む半導体レーザ１２の一端部に含まれる領域である。第３の領域１２ｔは、他端面１２ｎを含む半導体レーザ１２の他端部に含まれる領域である。第２の領域１２ｓは、第１の領域１２ｒと第３の領域１２ｔの間に位置している。

下面電極１２ｋでは、第１の領域１２ｒの電極の厚み、及び、第３の領域１２ｔの電極の厚みが、第２の領域１２ｓの電極の厚みより大きくなっている。例えば、第１の領域１２ｒ及び第３の領域１２ｔにおける電極の厚みは、第２の領域１２ｓにおける電極の厚みより、３〜５μｍ程度大きくなっている。かかる下面電極１２ｋは、半導体基板１２ａの他方の主面に一様に金属膜を形成した後に、第２の領域１２ｓをマスクし、形成した金属膜上に更にＡｕを含む金属膜をメッキすることにより、形成することができる。

なお、第１の領域１２ｒ及び第３の領域１２ｔの領域幅（光の共振方向における長さ）は、半導体レーザ１２の共振器長の約１／１０程度の長さであることが好ましい。

本半導体レーザ装置１０では、このような構造の半導体レーザ１２が、下面電極をヒートシンク１４に対面させるように、当該ヒートシンク１４上に搭載される。このヒートシンク１４は、板状のベース１４ａを有している。ベース１４ａは、例えば、ＡｌＮから構成され得る。

ベース１４ａの一方の主面上及び他方の主面上にはそれぞれ、金属膜１４ｂ及び金属膜１４ｄが形成されている。金属膜１４ｂ及び金属膜１４ｄは、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから構成される金属多層膜である。

金属膜１４ｂ上には、半導体レーザ１２を搭載するための一部の領域に半田１４ｃが設けられている。本例では、上述した光の共振方向の一端側の領域に、半田１４ｃが設けられている。一方、金属膜１４ｄ上には、その全面に、半田１４ｅが設けられている。半田１４ｃ及び半田１４ｅは、例えば、ＡｕとＳｎの合金である。

本半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ１２の下面電極１２ｋとヒートシンク１４との間に半田１４ｃが介在し、半導体レーザ１２とヒートシンク１４を接合する。半導体レーザ１２とヒートシンク１４が接続された状態では、第２の領域１２ｓとヒートシンク１４との間においては、半田１４ｃの厚みは大きくなる。一方、第１の領域１２ｒとヒートシンク１４との間、また、第３の領域１２ｔとヒートシンク１４との間では、半田１４ｃの厚みが、第２の領域１２ｓとヒートシンク１４との間における半田の厚みより、小さくなる。これは、第１の領域１２ｒの電極の厚み、及び、第３の領域１２ｔの電極の厚みが、第２の領域１２ｓの電極の厚みより大きくなっているからである。

このように、本半導体レーザ装置１０では、半導体レーザ１２の下面電極１４ｋとヒートシンク１４との間に介在する半田の厚みが部分的に薄くなる。したがって、そのような部分を介して、半導体レーザ１２からの熱を効率良く放熱することが可能である。特に、半導体レーザ１２において高温となりやすい部分である一端面１２ｍ（ＡＲ面）といった半導体レーザの両端面に発生する熱を効率良くヒートシンク１４へと放熱することが可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、下面電極は、他の部分より厚みの大きい部分を有してればよい。図４は、別の実施形態に係る下面電極を示す図である。図４に示すように、下面電極１２ｋは、半導体レーザ１２の一端部及び他端部とは異なる部分において、他の部分より厚みの大きな部分を有している。このような下面電極を用いても、厚みの大きな部分により、半導体レーザからの熱を効率良く放熱することが可能である。

また、上述した実施形態では、ヒートシンク１４が半導体レーザ１２に対する放熱部材となっているが、半導体レーザ１２がこれを収容する金属製パッケージに直接接合されることにより、当該パッケージが放熱部材として機能していてもよい。

１０…半導体レーザ装置、１２…半導体レーザ、１２ａ…半導体基板、１２ｂ…回折格子層、１２ｃ…クラッド層、１２ｄ…活性層、１２ｅ…リッジ、１２ｆ…クラッド層、１２ｇ…コンタクト層、１２ｈ…絶縁膜、１２ｉ…埋込領域、１２ｊ…上面電極、１２ｋ…下面電極、１２ｍ…一端面、１２ｎ…他端面、１２ｐ…ＡＲ膜、１２ｑ…ＨＲ膜、１２ｒ…第１の領域、１２ｓ…第２の領域、１２ｔ…第３の領域、１４…ヒートシンク（放熱部材）、１４ａ…ベース、１４ｂ…金属膜、１４ｃ…半田、１４ｄ…金属膜、１４ｅ…半田、１４ｋ…下面電極。

Claims

放熱部材と、
前記放熱部材上に搭載される半導体レーザと、
前記半導体レーザと前記放熱部材との間に介在して、該半導体レーザと該放熱部材とを接合する半田と、
を備え、
前記半導体レーザは、
半導体基板と、
前記半導体基板の一主面に形成され電極であって、Ａｕを含み、前記半田に接する該電極と、
を含んでおり、
前記電極は、他の部分より厚みの大きい部分を含んでいる、
半導体レーザ装置。
前記半導体レーザは、光の共振方向における一端及び他端に位置する一端面及び他端面を含んでおり、
前記電極は、前記一端面から前記他端面に向かう方向に順に第１、第２、及び第３領域を有しており、
前記第１及び第３の領域の前記電極の厚みが、前記第２の領域における前記電極の厚みより大きい、
請求項１に記載の半導体レーザ装置。