JP2012212734A - Semiconductor laser device - Google Patents

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孝寛 大湯
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device with a new open-package structure that can obtain high quality laser light in good yield and with further stability.SOLUTION: A semiconductor laser device comprises: a semiconductor laser element that has an emission portion of laser light on an end face of a semiconductor layer having an upper surface and a lower surface; an open package that has a support to which the lower surface of the semiconductor laser element is bonded; and a translucent member that is bonded onto the end face of the semiconductor layer including the emission portion via adhesive. The distance of the emission portion from the lower surface of the semiconductor laser element is shorter than the distance from the upper surface of the semiconductor laser element.

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device having an open package structure in which a semiconductor laser element comes into contact with outside air.

従来、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子のフロント側端面に接着材を介して透光性部材が接合される半導体レーザ装置が提案された（特許文献１参照）。この半導体レーザ装置によれば、紫外〜青色領域のレーザ光であっても、光集塵しにくくすることができ、高品質なレーザ光を得ることができる。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor laser device having an open package structure in which a semiconductor laser element is in contact with the outside air, a semiconductor laser device in which a translucent member is bonded to a front side end surface of a semiconductor laser element via an adhesive has been proposed (Patent Document 1). reference). According to this semiconductor laser device, even with laser light in the ultraviolet to blue region, light collection can be made difficult, and high-quality laser light can be obtained.

特開２０１１−３８８９号公報JP 2011-3889 A

しかしながら、今後、紫外〜青色領域の半導体レーザ装置の用途が拡がるにつれて、一層高品質なレーザ光が得られる半導体レーザ装置を、歩留まりよく、より安定して供給できることが求められることもあり得る。   However, as the use of semiconductor laser devices in the ultraviolet to blue region expands in the future, it may be required that a semiconductor laser device capable of obtaining a higher quality laser beam can be supplied more stably with a high yield.

そこで、本発明は、高品質なレーザ光を得ることができる新たなオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置を、歩留まりよく、より安定して提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having a new open package structure capable of obtaining high-quality laser light with a high yield and more stably.

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。   According to the present invention, the above problem is solved by the following means.

本発明は、上面と下面とを有する半導体層の端面にレーザ光の出射部を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の下面が接合される支持体を有するオープンパッケージと、を有する半導体レーザ装置であって、前記出射部を含む半導体層の端面に、接着材を介して接合される透光性部材を有し、前記出射部は、前記半導体レーザ素子の上面との距離よりも、前記下面との距離が小さいことを特徴とする半導体レーザ装置である。   The present invention relates to a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element having a laser beam emitting portion on an end face of a semiconductor layer having an upper surface and a lower surface; and an open package having a support to which the lower surface of the semiconductor laser element is bonded. The light-transmitting member is bonded to an end face of the semiconductor layer including the emission part via an adhesive, and the emission part is lower than the distance from the upper surface of the semiconductor laser element. Is a semiconductor laser device characterized in that the distance between

また、本発明は、前記接着材は、シリコーンオイル変性部材である上記の半導体レーザ装置である。   Moreover, this invention is said semiconductor laser apparatus whose said adhesive material is a silicone oil modified | denatured member.

また、本発明は、前記シリコーンオイル変性部材は、変性前の粘度が４．５〜１００ｃＰである上記の半導体レーザ装置である。   Further, the present invention is the above semiconductor laser device, wherein the silicone oil-modified member has a viscosity before modification of 4.5 to 100 cP.

本発明によれば、高品質なレーザ光を得ることができる新たなオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置を、歩留まりよく、より安定して提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor laser apparatus of the new open package structure which can obtain a high quality laser beam can be provided more stably with a sufficient yield.

本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring attached drawing.

［本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置］
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。 [Semiconductor Laser Device According to an Embodiment of the Present Invention]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置であって、ステム１０と、ステム１０に取り付けられた基体１１と、基体１１に取り付けられた支持体１２と、支持体１２に接合された半導体レーザ素子１３と、半導体レーザ素子１３のフロント側端面１３ａに接着材１４を介して接合された透光性部材１５と、開口Ａを有するキャップ１６と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention is a semiconductor laser device having an open package structure in which a semiconductor laser element comes into contact with outside air, and includes a stem 10 and a base body 11 attached to the stem 10. A support 12 attached to the base 11, a semiconductor laser element 13 bonded to the support 12, and a translucent member 15 bonded to the front side end surface 13a of the semiconductor laser element 13 via an adhesive 14 And a cap 16 having an opening A.

本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１において、接着材１４は、半導体レーザ素子１３のフロント側端面１３ａの略全面に設けられており、透光性部材１５は、この接着材１４を介して、半導体レーザ素子１３のフロント側端面１３ａの略全面に接合されている。   In the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, the adhesive material 14 is provided on substantially the entire front end surface 13 a of the semiconductor laser element 13, and the translucent member 15 is interposed via the adhesive material 14. The semiconductor laser element 13 is bonded to substantially the entire front end face 13a.

また、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１において、半導体レーザ素子１３は、ｐ型半導体層側を支持体１２に接合させる下面とし、ｎ型半導体層または基板を上面として実装されており、発光層（出射部）１７は、半導体レーザ素子１３の上面との距離よりも、下面との距離が小さくなるよう支持体１２に接合されている。   Further, in the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, the semiconductor laser element 13 is mounted with the p-type semiconductor layer side as the lower surface bonded to the support 12 and the n-type semiconductor layer or substrate as the upper surface, The light emitting layer (emission part) 17 is joined to the support 12 so that the distance from the lower surface is smaller than the distance from the upper surface of the semiconductor laser element 13.

このような本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、高品質なレーザ光を得ることができる。   According to the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, high-quality laser light can be obtained.

すなわち、接着材１４の量が少ない場合は、半導体レーザ素子１３の発光層（出射部）１７が接着材１４のフィレット１８に近くなる場合がある。その場合、フィレット１８の形状によっては、レーザ光の一部が、フィレット１８から接着材１４の外部（例えば空気中）に出射してしまい、他のレーザ光の光路（例えば、発光層１７−接着材１４−透光性部材１５）とは異なる光路（例えば、発光層１７−接着材１４−空気−透光性部材１５）を進むことがある。   That is, when the amount of the adhesive 14 is small, the light emitting layer (emission part) 17 of the semiconductor laser element 13 may be close to the fillet 18 of the adhesive 14. In that case, depending on the shape of the fillet 18, a part of the laser light is emitted from the fillet 18 to the outside of the adhesive 14 (for example, in the air), and the optical path of other laser light (for example, the light emitting layer 17 -bonding). The light path (for example, the light emitting layer 17-adhesive 14-air-translucent member 15) may be different from the material 14-translucent member 15).

また、接着材１４の量が適量であっても、その粘度や塗布条件によっては透光性部材１５や半導体レーザ素子１３の表面上などへの拡がり量（這い上がり）が多くなり、半導体レーザ素子１３の発光層（出射部）１７の近傍に接着材１４のフィレット１８が形成されやすくなる場合がある。   Even if the amount of the adhesive 14 is an appropriate amount, depending on the viscosity and application conditions, the amount of spread (climbing) on the surface of the translucent member 15 or the semiconductor laser element 13 increases, and the semiconductor laser element In some cases, the fillet 18 of the adhesive 14 is easily formed in the vicinity of the 13 light emitting layers (light emitting portions) 17.

しかしながら、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、半導体レーザ素子１３の発光層（出射部）１７が、半導体レーザ素子１３の上面よりも、半導体レーザ素子１３が接合されている支持体１２（ここでは、サブマウントの上面）側に近い位置に設けられている。   However, according to the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, the light emitting layer (emitter) 17 of the semiconductor laser element 13 is supported so that the semiconductor laser element 13 is bonded to the upper surface of the semiconductor laser element 13. It is provided at a position close to the body 12 (here, the upper surface of the submount).

これにより、接着材１４の量のバラツキによってフィレット１８が半導体層の上面に近い位置に形成される場合であっても、そのフィレット１８から発光層（出射部）１７が離れるため、フィレット１８から接着材１４の外部に出射してしまうレーザ光の割合が小さくなる。   As a result, even when the fillet 18 is formed at a position close to the upper surface of the semiconductor layer due to the variation in the amount of the adhesive material 14, the light emitting layer (light emitting portion) 17 is separated from the fillet 18, so The ratio of laser light that is emitted to the outside of the material 14 is reduced.

よって、本発明の実施形態によれば、同一の光路（例えば、発光層１７−接着材１４−透光性部材１５）を進むレーザ光の割合が多くなり、半導体レーザ素子１３が外気に触れるオープンパッケージ構造の半導体レーザ装置１において、高品質なレーザ光を得ることができるようになる。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, the ratio of the laser light traveling along the same optical path (for example, the light emitting layer 17-the adhesive 14-the translucent member 15) is increased, and the semiconductor laser element 13 is open to be exposed to the outside air. In the semiconductor laser device 1 having the package structure, high-quality laser light can be obtained.

［半導体レーザ装置が備える各部材］
次に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１が備える各部材について詳細に説明する。 [Each member of semiconductor laser device]
Next, each member with which the semiconductor laser apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is provided is demonstrated in detail.

（ステム）
ステム１０としては、例えば、金属製のものを用いる。 (Stem)
As the stem 10, for example, a metal one is used.

（基体）
基体１１としては、半導体レーザ素子１３と線膨張係数（熱膨張係数）が近似しているものを用いるのが好ましい。したがって、例えば、半導体レーザ素子１３としてＧａＮ系半導体を用いる場合は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁部材や、Ｓｉ、ダイヤモンドなどの半導体部材や、Ｃｕなどの金属部材（導電部材）を基体１１として用いることが好ましい。 (Substrate)
As the substrate 11, it is preferable to use a substrate whose linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) is close to that of the semiconductor laser element 13. Therefore, for example, when a GaN-based semiconductor is used as the semiconductor laser element 13, an insulating member such as AlN or Al 2 O 3 , a semiconductor member such as Si or diamond, or a metal member (conductive member) such as Cu is used as the base 11. It is preferable to use as.

（支持体）
支持体１２としては、基体１１と同様の部材を用いることが好ましい。 (Support)
As the support 12, it is preferable to use a member similar to the base 11.

（半導体レーザ素子）
半導体レーザ素子１３としては、例えば、紫外〜青色領域のレーザ光を出射するものを用いる。半導体レーザ素子１３は、フロント側端面１３ａとリア側端面１３ｂとを有しており、フロント側端面１３ａとリア側端面１３ｂとのうち発光層の端面となる領域からレーザ光を出射する。 (Semiconductor laser element)
As the semiconductor laser element 13, for example, one that emits laser light in the ultraviolet to blue region is used. The semiconductor laser element 13 has a front-side end surface 13a and a rear-side end surface 13b, and emits laser light from a region serving as an end surface of the light-emitting layer among the front-side end surface 13a and the rear-side end surface 13b.

（接着材）
接着材１４としては、シリコーンオイル変性部材又は熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物を用いることが特に好ましい。これらを用いれば、硬化後はほぼ透明無機材料であるため、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。 (Adhesive)
As the adhesive 14, it is particularly preferable to use a silicone oil-modified member or a thermosetting silicon-containing resin composition. If these are used, since they are almost transparent inorganic materials after curing, the laser light propagating in the adhesive can be efficiently and stably emitted.

（透光性部材）
透光性部材１５としては、半導体レーザ素子１３から出射するレーザ光を透過する部材を用いる。具体的には、例えば、無機ガラス、有機ガラス、透明樹脂などを用いることができる。 (Translucent member)
As the translucent member 15, a member that transmits laser light emitted from the semiconductor laser element 13 is used. Specifically, for example, inorganic glass, organic glass, transparent resin, or the like can be used.

（キャップ）
キャップ１６としては、例えば、金属製のものを用いる。 (cap)
As the cap 16, for example, a metal one is used.

［シリコーンオイル変性部材、熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物］
次に、シリコーンオイル変性部材と熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物について詳細に説明する。 [Silicone oil modified member, thermosetting silicon-containing resin composition]
Next, the silicone oil-modified member and the thermosetting silicon-containing resin composition will be described in detail.

（シリコーンオイル変性部材）
シリコーンオイル変性部材とは、シリコーンオイルが変性（硬化や石英化など）した部材をいう。シリコーンオイル変性部材は、シリコーンオイルの変性途中で生成された中間生成物（半硬化物など）や未変性のシリコーンオイルが混在しているものを含んでいてもよい。 (Silicone oil modified member)
The silicone oil-modified member refers to a member in which silicone oil is modified (cured or quartzized). The silicone oil-modified member may include an intermediate product (semi-cured product or the like) generated during the modification of the silicone oil or a mixture of unmodified silicone oil.

＜シリコーンオイル＞
シリコーンオイルとしては、［ＳｉＯ（ＣＨ３）２］ｎを含むシリコーンオイルが好ましく、特にｎが２０００以下程度で常温において流動性を有するものが好ましい。また、変性前の粘度が４．５〜１００ｃＰ程度のものが好ましく、更に、９．３〜２９ｃＰ程度のものが好ましい。 <Silicone oil>
As the silicone oil, a silicone oil containing [SiO (CH 3 ) 2 ] n is preferable, and one having n of about 2000 or less and fluidity at room temperature is preferable. The viscosity before modification is preferably about 4.5 to 100 cP, more preferably about 9.3 to 29 cP.

このようなシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルシリコーンオイル、これらフッ素変性シリコーンオイル、又はこれらの少なくとも２つを含むものを一例として挙げることができる。   Examples of such silicone oils include dimethyl silicone oil, methyl silicone oil, these fluorine-modified silicone oils, or those containing at least two of these.

なお、シリコーンオイル中に、拡散材や波長変換部材等を混入させてもよい。   In addition, you may mix a diffusion material, a wavelength conversion member, etc. in silicone oil.

＜変性＞
変性は、例えば、流動性のある液状又はゾル状のシリコーンオイルに光を照射し、シリコーンオイルを活性酸素と反応させることにより行う。 <Modification>
The modification is performed, for example, by irradiating a liquid or sol-like silicone oil having fluidity with light and reacting the silicone oil with active oxygen.

具体的には、例えば、半導体レーザ素子１３のフロント側端面１３ａと透光性部材１５との間にシリコーンオイル設けた後、主として真空紫外〜紫外領域の波長の光を照射することで変性（硬化、石英化）させる。   Specifically, for example, after silicone oil is provided between the front-side end face 13a of the semiconductor laser element 13 and the translucent member 15, modification (curing) is performed by irradiating light mainly in the vacuum ultraviolet to ultraviolet range. ).

なお、光だけでなく熱を併用して変性させてもよい。   Note that not only light but also heat may be used in combination.

シリコーンオイル変性部材を接着材１４として用いれば、硬化後はほぼ透明無機材料であるため、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。   If the silicone oil-modified member is used as the adhesive material 14, since it is a substantially transparent inorganic material after curing, the laser light propagating through the adhesive material can be emitted efficiently and stably.

（熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物）
熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物としては、ポリシロキサン、ポリシラザンのうちの少なくとも１つを含むものを用いることができる。 (Thermosetting silicon-containing resin composition)
As the thermosetting silicon-containing resin composition, one containing at least one of polysiloxane and polysilazane can be used.

熱硬化性ケイ素含有樹脂組成物を接着材として用いれば、硬化後はほぼ透明無機材料であるため、接着材中を伝播するレーザ光を効率よく安定して放射することができる。   If the thermosetting silicon-containing resin composition is used as an adhesive, since it is a substantially transparent inorganic material after curing, laser light propagating through the adhesive can be efficiently and stably emitted.

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these description is related with an example of this invention, and this invention is not limited at all by these description.

１ 半導体レーザ装置
１０ ステム
１１ 基体
１２ 支持体
１３ 半導体レーザ素子
１３ａ フロント側端面
１３ｂ リア側端面
１４ 接着材
１５ 透光性部材
１６ キャップ
１７ 発光層
１８ フィレット
Ａ 開口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser apparatus 10 Stem 11 Base | substrate 12 Support body 13 Semiconductor laser element 13a Front side end surface 13b Rear side end surface 14 Adhesive material 15 Translucent member 16 Cap 17 Light emitting layer 18 Fillet A Opening

Claims (3)

上面と下面とを有する半導体層の端面にレーザ光の出射部を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の下面が接合される支持体を有するオープンパッケージと、
を有する半導体レーザ装置であって、
前記出射部を含む半導体層の端面に、接着材を介して接合される透光性部材を有し、
前記出射部は、前記半導体レーザ素子の上面との距離よりも、前記下面との距離が小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor laser element having a laser beam emitting portion on an end face of a semiconductor layer having an upper surface and a lower surface;
An open package having a support to which the lower surface of the semiconductor laser element is bonded;
A semiconductor laser device comprising:
A light-transmitting member bonded to the end face of the semiconductor layer including the emitting portion via an adhesive;
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the emitting portion has a distance from the lower surface that is smaller than a distance from the upper surface of the semiconductor laser element. 前記接着材は、シリコーンオイル変性部材である請求項１記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the adhesive is a silicone oil-modified member. 前記シリコーンオイル変性部材は、変性前の粘度が４．５〜１００ｃＰである請求項２記載の半導体レーザ装置。   The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the silicone oil-modified member has a viscosity before modification of 4.5 to 100 cP.
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