JP2013021022A

JP2013021022A - Semiconductor laser element

Info

Publication number: JP2013021022A
Application number: JP2011151068A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ichikawa; 弘之市川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2013-01-31

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in the inside of a resonator of a semiconductor laser element.SOLUTION: A semiconductor laser element 1 comprises: a semiconductor laminate 10 including an n-type lower clad layer 11 and an active layer 12 provided on the lower clad layer 11; a ridge 15 including a p-type upper clad layer 13 and extending on a principal surface 12a of the semiconductor laminate 10 in one direction; and an insulation film 21 covering the semiconductor laminate 10 and the ridge 15. The insulation film 21 is provided in a region of the principal surface 12a where the ridge 15 is not provided and on side walls of the ridge 15. The insulation film 21 includes a first part 21a, a second part 21b and a third part 21c and the first part 21a, the second part 21b and the third part 21c are sequentially arranged in an extension direction of the ridge 15. A thickness of the second part 21b is larger than a thickness of the first part 21a and larger than a thickness of the third part 21c.

Description

本発明は、半導体レーザ素子に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device.

リッジ型の半導体レーザ素子では、通電により共振器の端面が劣化することがある。下記の特許文献１〜４には、共振器の端面近傍に加わる応力を低減することにより、端面の劣化を抑制して高出力動作を可能とする半導体レーザ素子が記載されている。 In the ridge type semiconductor laser element, the end face of the resonator may be deteriorated by energization. The following Patent Documents 1 to 4 describe semiconductor laser devices that enable high-power operation by suppressing deterioration of the end face by reducing stress applied to the vicinity of the end face of the resonator.

特開平６−８５３８９号公報JP-A-6-85389 特開２００８−１３０８７６号公報JP 2008-130876 A 特開２００３−２８３０３９号公報JP 2003-283039 A 特開２００３−２５８３７０号公報JP 2003-258370 A

ところで、リッジ型半導体レーザ素子において通電を行ったところ、共振器内部が劣化するというこれまでに確認されていない劣化現象が見つかった。リッジ型半導体レーザ素子の信頼性を確保するためには、この共振器内部の劣化を抑制する必要がある。しかしながら、共振器内部の劣化は、共振器端面に加わる応力を低減する手法では抑制できない。このため、上記特許文献１〜４に記載の半導体レーザ素子では、共振器内部の劣化を抑制できない。 By the way, when energization was performed in the ridge type semiconductor laser element, an unprecedented deterioration phenomenon that the inside of the resonator deteriorated was found. In order to ensure the reliability of the ridge type semiconductor laser element, it is necessary to suppress the deterioration inside the resonator. However, deterioration inside the resonator cannot be suppressed by a technique for reducing the stress applied to the end face of the resonator. For this reason, the semiconductor laser elements described in Patent Documents 1 to 4 cannot suppress deterioration inside the resonator.

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、共振器内部の劣化を抑制する半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser element that suppresses deterioration inside the resonator.

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ素子は、第１導電型の第１半導体層と第１半導体層の上に設けられた活性層とを含む半導体積層と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２半導体層を含み、半導体積層の主面において一方向に延在するリッジ部と、半導体積層及びリッジ部を覆う絶縁膜と、を備え、絶縁膜は、主面におけるリッジ部が設けられていない領域と、リッジ部の側面と、に設けられ、絶縁膜は、第１部分、第２部分及び第３部分からなり、第１部分、第２部分及び第３部分は、リッジ部の延在方向に順に配置され、第２部分の厚さは、第１部分の厚さ及び第３部分の厚さよりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes a semiconductor stack including a first semiconductor layer of a first conductivity type and an active layer provided on the first semiconductor layer, a first conductivity type, A ridge portion including a second semiconductor layer of a second conductivity type having a different conductivity type and extending in one direction on a main surface of the semiconductor stack; and an insulating film covering the semiconductor stack and the ridge portion, The insulating film is provided in a region where the ridge portion is not provided on the main surface and on the side surface of the ridge portion, and the insulating film includes a first portion, a second portion, and a third portion, and the first portion, the second portion, and The third portion is sequentially arranged in the extending direction of the ridge portion, and the thickness of the second portion is larger than the thickness of the first portion and the thickness of the third portion.

この半導体レーザ素子においては、リッジ部の延在方向における端面側に設けられた第１部分の厚さ及び第３部分の厚さよりも、第１部分と第３部分との間に設けられた第２部分の厚さを大きくすることにより、第２部分が設けられたリッジ部に加わる応力を低減することができる。このため、共振器内部の劣化を抑制することが可能となる。 In this semiconductor laser device, the first portion provided between the first portion and the third portion is thicker than the thickness of the first portion and the third portion provided on the end face side in the extending direction of the ridge portion. By increasing the thickness of the two portions, the stress applied to the ridge portion provided with the second portion can be reduced. For this reason, it becomes possible to suppress degradation inside the resonator.

第２部分の厚さは、第１部分の厚さ又は第３部分の厚さの２倍であるのが好ましい。この場合、第２部分が設けられたリッジ部に加わる応力をさらに低減することができる。 The thickness of the second part is preferably twice the thickness of the first part or the third part. In this case, the stress applied to the ridge portion provided with the second portion can be further reduced.

第２部分の厚さは、第１部分の厚さ又は第３部分の厚さの４倍であるのが好ましい。この場合、第２部分が設けられたリッジ部に加わる応力をさらに低減することができる。 The thickness of the second part is preferably four times the thickness of the first part or the third part. In this case, the stress applied to the ridge portion provided with the second portion can be further reduced.

第１部分及び第３部分はそれぞれ、一端面及び他端面から５μｍ以上３０μｍ以下の範囲に設けられているのが好ましい。この場合、第１部分及び第３部分が設けられている範囲を一端面及び他端面の近傍とすることにより、共振器の内部に対応する部分の膜厚を大きくすることができ、共振器の内部において、リッジ部に加わる応力を低減することができる。このため、共振器内部の劣化を抑制することが可能となる。 The first part and the third part are preferably provided in a range of 5 μm to 30 μm from the one end face and the other end face, respectively. In this case, by setting the range where the first part and the third part are provided in the vicinity of the one end face and the other end face, the film thickness of the part corresponding to the inside of the resonator can be increased. Inside, stress applied to the ridge portion can be reduced. For this reason, it becomes possible to suppress degradation inside the resonator.

第１部分の厚さ及び第３部分の厚さは、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるのが好ましい。この場合、一端面近傍及び他端面近傍における放熱性の低下を抑制しつつ、第２部分が設けられたリッジ部に加わる応力を低減することができる。このため、共振器端面における信頼性を確保しつつ、共振器内部の劣化を抑制することが可能となる。 The thickness of the first portion and the thickness of the third portion are preferably 100 nm or more and 300 nm or less. In this case, the stress applied to the ridge portion provided with the second portion can be reduced while suppressing a decrease in heat dissipation near the one end surface and the other end surface. For this reason, it becomes possible to suppress deterioration inside the resonator while ensuring the reliability of the resonator end face.

本発明によれば、共振器内部の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, deterioration inside the resonator can be suppressed.

本実施形態に係る半導体レーザ素子を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor laser element which concerns on this embodiment. 図１の半導体レーザ素子の側面を示す図である。It is a figure which shows the side surface of the semiconductor laser element of FIG. （ａ）は図２のＩＩＩ（ａ）−ＩＩＩ（ａ）線に沿っての断面を示す図、（ｂ）は図３のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線に沿っての断面を示す図である。(A) is a figure which shows the cross section along the III (a) -III (a) line of FIG. 2, (b) shows the cross section along the III (b) -III (b) line of FIG. FIG. 図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor laser element of FIG. 図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor laser element of FIG. 絶縁膜の膜厚と応力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of an insulating film, and stress. 図６の計算に用いた半導体レーザ素子を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor laser element used for the calculation of FIG. 図６の計算に用いたパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter used for the calculation of FIG.

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、半導体レーザ素子を示す図である。半導体レーザ素子１は、リッジ型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１の幅は２５０μｍ程度、長さは２００〜２５０μｍ程度、高さ（積層方向の長さ）は１００μｍ程度である。図１に示されるように、半導体レーザ素子１は、半導体積層１０と、リッジ部１５と、絶縁膜２１と、埋込部２２と、第１電極３１と、第２電極３２とを備える。半導体積層１０は、下部クラッド層（第１半導体層）１１及び活性層１２を含む。下部クラッド層１１は、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばｎ型ＩｎＰにより構成される。この下部クラッド層１１は、基板の主面に積層された半導体層を含み、その厚さは、例えば１μｍ程度である。 FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor laser element. The semiconductor laser element 1 is a ridge type semiconductor laser element. The semiconductor laser element 1 has a width of about 250 μm, a length of about 200 to 250 μm, and a height (length in the stacking direction) of about 100 μm. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 includes a semiconductor stack 10, a ridge portion 15, an insulating film 21, a buried portion 22, a first electrode 31, and a second electrode 32. The semiconductor stack 10 includes a lower cladding layer (first semiconductor layer) 11 and an active layer 12. The lower cladding layer 11 is made of a first conductivity type III-V compound semiconductor, for example, n-type InP. The lower cladding layer 11 includes a semiconductor layer stacked on the main surface of the substrate, and the thickness thereof is, for example, about 1 μm.

活性層１２は、下部クラッド層１１の主面１１ａ上に設けられている。活性層１２は、例えば下部ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層と、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）活性層と、上部ＳＣＨ層とが順に積層された構造を有している。下部ＳＣＨ層は、III−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばノンドープＧａＩｎＡｓＰにより構成される。下部ＳＣＨ層の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度である。ＭＱＷ活性層は、III−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばノンドープＡｌＧａＩｎＡｓにより構成される。ＭＱＷ活性層の厚さは、例えば２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度である。上部ＳＣＨ層は、III−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばノンドープＧａＩｎＡｓＰにより構成される。上部ＳＣＨ層の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度である。 The active layer 12 is provided on the main surface 11 a of the lower cladding layer 11. The active layer 12 has a structure in which, for example, a lower SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer, an MQW (Multi Quantum Well) active layer, and an upper SCH layer are sequentially stacked. The lower SCH layer is made of a III-V group compound semiconductor, for example, non-doped GaInAsP. The thickness of the lower SCH layer is, for example, about 50 nm to 100 nm. The MQW active layer is made of a III-V compound semiconductor, for example, non-doped AlGaInAs. The thickness of the MQW active layer is, for example, about 200 nm to 300 nm. The upper SCH layer is made of a III-V group compound semiconductor, for example, non-doped GaInAsP. The thickness of the upper SCH layer is, for example, about 50 nm to 100 nm.

リッジ部１５は、活性層１２の主面１２ａに設けられ、一方向に延在している。リッジ部１５は、上部クラッド層（第２半導体層）１３及びコンタクト層１４を含む。リッジ部１５の高さは、例えば２．０μｍ程度であり、リッジ部１５の幅は、例えば１．５μｍ程度である。上部クラッド層１３は、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばｐ型ＩｎＰにより構成される。上部クラッド層１３の厚さは、例えば１．７μｍ程度である。コンタクト層１４は、上部クラッド層１３上に設けられている。コンタクト層１４は、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体により構成され、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓにより構成される。コンタクト層１４の厚さは、例えば０．３μｍ程度である。 The ridge portion 15 is provided on the main surface 12a of the active layer 12 and extends in one direction. The ridge portion 15 includes an upper clad layer (second semiconductor layer) 13 and a contact layer 14. The height of the ridge portion 15 is, for example, about 2.0 μm, and the width of the ridge portion 15 is, for example, about 1.5 μm. The upper cladding layer 13 is made of a second conductivity type III-V group compound semiconductor, for example, p-type InP. The thickness of the upper cladding layer 13 is, for example, about 1.7 μm. The contact layer 14 is provided on the upper cladding layer 13. The contact layer 14 is made of a second conductivity type III-V group compound semiconductor, for example, p-type InGaAs. The thickness of the contact layer 14 is, for example, about 0.3 μm.

絶縁膜２１は、半導体積層１０及びリッジ部１５を覆うように設けられている。絶縁膜２１は、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ_２）等の誘電体膜により構成される。絶縁膜２１の詳細については、後述する。 The insulating film 21 is provided so as to cover the semiconductor stack 10 and the ridge portion 15. The insulating film 21 is made of a dielectric film such as silicon oxide (for example, SiO ₂ ). Details of the insulating film 21 will be described later.

埋込部２２は、リッジ部１５の両側を埋め込むように、絶縁膜２１上に設けられている。埋込部２２は、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂により構成される。第１電極３１は、リッジ部１５の頂面を覆うように設けられ、リッジ部１５の幅方向において埋込部２２の頂面にまで延びている。第１電極３１は、コンタクト層１４に接合されている。第１電極３１は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属により構成される。第１電極３１の厚さは例えば０．６μｍ程度で、第１電極３１の幅は例えば３μｍ程度ある。また、第１電極３１は、電極パッド３１ｐを有してもよい。第２電極３２は、下部クラッド層１１の裏面１１ｂに設けられている。第２電極３２は、例えばＡｕＧｅ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属により構成され、第２電極３２の厚さは例えば１．０μｍ程度である。 The buried portion 22 is provided on the insulating film 21 so as to bury both sides of the ridge portion 15. The embedded portion 22 is made of, for example, BCB (benzocyclobutene) resin. The first electrode 31 is provided so as to cover the top surface of the ridge portion 15 and extends to the top surface of the embedded portion 22 in the width direction of the ridge portion 15. The first electrode 31 is joined to the contact layer 14. The first electrode 31 is made of a metal such as Ti, Pt, or Au. The thickness of the first electrode 31 is about 0.6 μm, for example, and the width of the first electrode 31 is about 3 μm, for example. The first electrode 31 may have an electrode pad 31p. The second electrode 32 is provided on the back surface 11 b of the lower cladding layer 11. The second electrode 32 is made of a metal such as AuGe, Au, or Ti, for example, and the thickness of the second electrode 32 is about 1.0 μm, for example.

半導体レーザ素子１は、さらにリッジ部１５の延在方向の前端面（一端面）１０ａ及び後端面（他端面）１０ｂにそれぞれ誘電体多層膜で構成された反射膜（不図示）を有している。これらの反射膜とリッジ部１５が設けられた位置に対応する活性層１２とで共振器が形成され、レーザ発振を行う。 The semiconductor laser device 1 further includes a reflection film (not shown) formed of a dielectric multilayer film on the front end face (one end face) 10a and the rear end face (other end face) 10b in the extending direction of the ridge portion 15, respectively. Yes. A resonator is formed by these reflective films and the active layer 12 corresponding to the position where the ridge portion 15 is provided, and performs laser oscillation.

続いて、上述した絶縁膜２１についてさらに詳細に説明する。図２は、半導体レーザ素子１の側面を示す図である。図３の（ａ）は図２のＩＩＩ（ａ）−ＩＩＩ（ａ）線に沿っての断面を示す図、（ｂ）は図２のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線に沿っての断面を示す図である。図２及び図３に示されるように、絶縁膜２１は、活性層１２の主面１２ａにおいてリッジ部１５が設けられていない領域、及び、リッジ部１５の側面に設けられている。また、絶縁膜２１は、リッジ部１５の延在方向の前端面１０ａから後端面１０ｂまで延びている。 Subsequently, the insulating film 21 described above will be described in more detail. FIG. 2 is a view showing a side surface of the semiconductor laser element 1. 3A is a view showing a cross section taken along line III (a) -III (a) in FIG. 2, and FIG. 3B is a view taken along line III (b) -III (b) in FIG. It is a figure which shows a cross section. As shown in FIGS. 2 and 3, the insulating film 21 is provided on the main surface 12 a of the active layer 12 in the region where the ridge portion 15 is not provided and on the side surface of the ridge portion 15. The insulating film 21 extends from the front end surface 10a in the extending direction of the ridge portion 15 to the rear end surface 10b.

この絶縁膜２１は、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃからなり、各部分は、リッジ部１５の延在方向に沿って前端面１０ａから順に配置されている。すなわち、第１部分２１ａは、前端面１０ａからリッジ部１５の延在方向に沿って一定の長さを有する。第３部分２１ｃは、後端面１０ｂからリッジ部１５の延在方向に沿って一定の長さを有する。第２部分２１ｂは、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃに挟まれている。リッジ部１５の延在方向において、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの長さは、リッジ部１５の長さの１０％以下である。第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの長さは、例えば５μｍ以上３０μｍ以下であって、１０μｍ程度である。第１部分２１ａの厚さＴａと第３部分２１ｃの厚さＴｃは、略同じであって、例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であって、１８０ｎｍ程度である。一方、第２部分２１ｂの厚さＴｂは、第１部分２１ａの厚さＴａ及び第３部分２１ｃの厚さＴｃよりも大きく、例えば３６０ｎｍ以上７２０ｎｍ以下の範囲である。なお、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃにおいて、活性層１２の主面１２ａに設けられた絶縁膜の厚さ及びリッジ部１５の側面に設けられた絶縁膜の厚さは略同じである。 The insulating film 21 includes a first portion 21a, a second portion 21b, and a third portion 21c, and each portion is sequentially arranged from the front end surface 10a along the extending direction of the ridge portion 15. That is, the first portion 21a has a certain length along the extending direction of the ridge portion 15 from the front end face 10a. The third portion 21 c has a certain length along the extending direction of the ridge portion 15 from the rear end surface 10 b. The second portion 21b is sandwiched between the first portion 21a and the third portion 21c. In the extending direction of the ridge portion 15, the lengths of the first portion 21 a and the third portion 21 c are 10% or less of the length of the ridge portion 15. The length of the first portion 21a and the third portion 21c is, for example, not less than 5 μm and not more than 30 μm, and is about 10 μm. The thickness Ta of the first portion 21a and the thickness Tc of the third portion 21c are substantially the same, for example, not less than 100 nm and not more than 300 nm, and about 180 nm. On the other hand, the thickness Tb of the second portion 21b is larger than the thickness Ta of the first portion 21a and the thickness Tc of the third portion 21c, for example, in a range of 360 nm or more and 720 nm or less. In the first portion 21a, the second portion 21b, and the third portion 21c, the thickness of the insulating film provided on the main surface 12a of the active layer 12 and the thickness of the insulating film provided on the side surface of the ridge portion 15 are as follows. It is almost the same.

続いて、半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。図４及び図５は、半導体レーザ素子１の製造方法を示す図である。図４及び図５において、Ａ１〜Ａ５は図２のＩＩＩ（ａ）−ＩＩＩ（ａ）線に沿っての断面を示す図、Ｂ１〜Ｂ５は図２のＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線に沿っての断面を示す図である。まず、半導体基板の主面に半導体エピタキシャル層（下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３、及び、コンタクト層１４）を順に成長させる。そして、半導体エピタキシャル層を加工して、リッジ部１５を形成する。具体的には、半導体エピタキシャル層のうちリッジ部１５を形成する部分の両側のコンタクト層１４及び上部クラッド層１３をウェットエッチング又はドライエッチングによりエッチングし、リッジ部１５を形成する（リッジ形成工程Ｓ０１）。その後、スパッタ又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の誘電体膜成膜装置を用いて、活性層１２の表面のリッジ部１５が形成されていない領域、及び、リッジ部１５の側面及び頂面に絶縁膜１６を成膜する（絶縁膜形成工程Ｓ０２）。 Then, the manufacturing method of the semiconductor laser element 1 is demonstrated. 4 and 5 are diagrams showing a method for manufacturing the semiconductor laser device 1. FIG. 4 and 5, A1 to A5 are diagrams showing a cross section taken along line III (a) -III (a) in FIG. 2, and B1 to B5 are lines III (b) -III (b) in FIG. It is a figure which shows the cross section along. First, a semiconductor epitaxial layer (lower cladding layer 11, active layer 12, upper cladding layer 13, and contact layer 14) is grown in this order on the main surface of the semiconductor substrate. Then, the ridge portion 15 is formed by processing the semiconductor epitaxial layer. Specifically, the contact layer 14 and the upper cladding layer 13 on both sides of the portion of the semiconductor epitaxial layer where the ridge portion 15 is to be formed are etched by wet etching or dry etching to form the ridge portion 15 (ridge forming step S01). . Thereafter, using a dielectric film forming apparatus such as sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition), insulation is performed on the surface of the active layer 12 where the ridge portion 15 is not formed and on the side surface and the top surface of the ridge portion 15. A film 16 is formed (insulating film forming step S02).

次に、リッジ部１５の延在方向において、両端面１０ａ，１０ｂから所定の範囲をマスク１７で覆う。そして、誘電体膜成膜装置を用いて、絶縁膜１６ｂを形成する（第２部分形成工程Ｓ０３）。その後、絶縁膜１６及び絶縁膜１６ｂから、リッジ部１５の頂面に形成された部分をそれぞれ除去して第１部分２１ａ（絶縁膜２１）及び第２部分２１ｂ（絶縁膜２１）とする。さらに、リッジ部１５の両側を覆うように、絶縁膜２１上に埋込部２２を形成し素子の平坦化がなされる（埋込部形成工程Ｓ０４）。そして、リッジ部１５の頂面に沿って第１電極３１を形成し、半導体基板（下部クラッド層１１）の裏面に第２電極３２を形成する（電極形成工程Ｓ０５）。なお、第１電極３１は、埋込部２２の頂面まで延びて設けられてもよい。以上の工程により、半導体レーザ素子１が製造される。 Next, in the extending direction of the ridge portion 15, a predetermined range is covered with a mask 17 from both end faces 10 a and 10 b. Then, the insulating film 16b is formed using the dielectric film forming apparatus (second partial formation step S03). Thereafter, the portions formed on the top surface of the ridge portion 15 are removed from the insulating film 16 and the insulating film 16b, respectively, to form a first portion 21a (insulating film 21) and a second portion 21b (insulating film 21). Further, the buried portion 22 is formed on the insulating film 21 so as to cover both sides of the ridge portion 15, and the element is planarized (buried portion forming step S04). Then, the first electrode 31 is formed along the top surface of the ridge portion 15, and the second electrode 32 is formed on the back surface of the semiconductor substrate (lower clad layer 11) (electrode formation step S05). The first electrode 31 may be provided to extend to the top surface of the embedded portion 22. The semiconductor laser device 1 is manufactured through the above steps.

続いて、半導体レーザ素子１の作用効果を説明する。上述したように、従来のリッジ型半導体レーザ素子では、通電を行った結果、共振器の内部が劣化するという現象が確認された。また、断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）分析の結果、共振器端面より共振器内部において、リッジ部の付け根部分（図７の点線部分）に欠陥が生じていることが判明した。さらに、計算モデルによる分析の結果、リッジ部の付け根部分に圧縮方向の応力が集中し、共振器端面よりも共振器内部において、特に応力が集中することが判明した。以上のことから、従来のリッジ型半導体レーザ素子における共振器の内部劣化は、リッジ部の付け根部分に圧縮方向の応力が加わることが一因であると考えられる。そこで、半導体レーザ素子１では、絶縁膜２１の膜厚を調整することにより、リッジ部１５の付け根部分に加わる応力を低減している。 Next, functions and effects of the semiconductor laser element 1 will be described. As described above, in the conventional ridge type semiconductor laser element, it was confirmed that the inside of the resonator deteriorates as a result of energization. Further, as a result of cross-sectional TEM (Transmission Electron Microscope) analysis, it was found that a defect occurred in the root portion of the ridge portion (dotted line portion in FIG. 7) in the resonator from the end face of the resonator. Furthermore, as a result of the analysis by the calculation model, it was found that stress in the compression direction is concentrated at the base portion of the ridge portion, and stress is particularly concentrated inside the resonator rather than the resonator end face. From the above, it is considered that the internal deterioration of the resonator in the conventional ridge type semiconductor laser element is due to the fact that a compressive stress is applied to the base portion of the ridge portion. Therefore, in the semiconductor laser element 1, the stress applied to the base portion of the ridge portion 15 is reduced by adjusting the film thickness of the insulating film 21.

図６は、絶縁膜２１の膜厚と共振器内部のリッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる応力との関係を示す図である。図７は、半導体レーザ素子１をモデル化した図である。図８は、図６の計算に用いたパラメータを示す図である。図６に示される関係は、図７に示される各材料に対し、図８の各パラメータを用いて計算を行った結果である。図８に示されるように、第１電極３１の表面に設けられたメッキ３１ａをヤング率が７８０００ＭＰａ、ポアソン比が０．４４、線膨張係数が０．０００１１％のＡｕメッキとし、第１電極３１をヤング率が１０１８８９ＭＰａ、ポアソン比が０．４１、線膨張係数が−０．００１４０６％のＯｈｍｉｃ金属とし、埋込部２２をヤング率が２９００ＭＰａ、ポアソン比が０．３４、線膨張係数が−０．０１１％のＢＣＢ樹脂とし、絶縁膜２１をヤング率が７００００ＭＰａ、ポアソン比が０．１７、線膨張係数が０．００１０７％のＳｉＯ_２として３次元の有限要素法を用いて計算を行った。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the insulating film 21 and the stress applied to the base portion 15a of the ridge portion 15 inside the resonator. FIG. 7 is a diagram modeling the semiconductor laser device 1. FIG. 8 is a diagram showing parameters used in the calculation of FIG. The relationship shown in FIG. 6 is the result of calculation for each material shown in FIG. 7 using the parameters shown in FIG. As shown in FIG. 8, the plating 31a provided on the surface of the first electrode 31 is Au plating with a Young's modulus of 78000 MPa, a Poisson's ratio of 0.44, and a linear expansion coefficient of 0.00011%. Is an Ohmic metal with a Young's modulus of 101889 MPa, a Poisson's ratio of 0.41, and a linear expansion coefficient of -0.001406%. The calculation was performed using a three-dimensional finite element method with a BCB resin of 0.011%, SiO ₂ with a Young's modulus of 70000 MPa, a Poisson's ratio of 0.17, and a linear expansion coefficient of 0.00107%.

図６に示されるグラフの横軸は、絶縁膜２１の膜厚［ｎｍ］を示し、縦軸はリッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる圧縮方向の応力［ＭＰａ］を示している。計算の結果、図６に示されるように、絶縁膜２１の膜厚が１８０ｎｍの場合、リッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる圧縮方向の応力は３５０ＭＰａであり、絶縁膜２１の膜厚が３６０ｎｍの場合、リッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる圧縮方向の応力は２９０ＭＰａであり、絶縁膜２１の膜厚が７２０ｎｍの場合、リッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる圧縮方向の応力は２５０ＭＰａであった。このように、絶縁膜２１の膜厚が大きくなるに従い、リッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる圧縮方向の応力は減少する傾向にあることが分かる。すなわち、絶縁膜２１の膜厚を大きくすることにより、リッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる応力を低減させることができる。 The horizontal axis of the graph shown in FIG. 6 represents the film thickness [nm] of the insulating film 21, and the vertical axis represents the compressive stress [MPa] applied to the root portion 15 a of the ridge portion 15. As a result of the calculation, as shown in FIG. 6, when the film thickness of the insulating film 21 is 180 nm, the compressive stress applied to the base portion 15a of the ridge 15 is 350 MPa, and the film thickness of the insulating film 21 is 360 nm. In this case, the compressive stress applied to the root portion 15a of the ridge portion 15 was 290 MPa. When the insulating film 21 had a thickness of 720 nm, the compressive stress applied to the root portion 15a of the ridge portion 15 was 250 MPa. Thus, it can be seen that as the film thickness of the insulating film 21 increases, the compressive stress applied to the base portion 15a of the ridge portion 15 tends to decrease. That is, by increasing the film thickness of the insulating film 21, the stress applied to the base portion 15a of the ridge portion 15 can be reduced.

一方、ＳｉＯ_２は、熱伝導率が１．４０×１０^−６［Ｗ／μｍ・℃］であり、半導体レーザ素子１を構成する他の材料と比較して熱伝導率が低い。このため、絶縁膜２１の厚さを大きくすると、放熱性が低下する場合がある。共振器内部における放熱性の低下は、半導体レーザ素子１の信頼性にほとんど影響ないと考えられるが、共振器端面にける放熱性の低下は、半導体レーザ素子１の信頼性に影響を及ぼす。そこで、半導体レーザ素子１では、端面１０ａ，１０ｂ近傍以外の領域で絶縁膜２１の厚さを大きくしている。例えば、前端面１０ａから２０μｍ以下の領域に設けられた第１部分２１ａの厚さＴａ、及び、後端面１０ｂから２０μｍ以下の領域に設けられた第３部分２１ｃの厚さＴｃは、従来の半導体レーザ素子における絶縁膜の厚さと同程度（例えば、１８０ｎｍ）である。そして、第１部分２１ａ及び第３部分２１ｃの間に設けられた第２部分２１ｂの厚さＴｂは、第１部分２１ａの厚さＴａ及び第３部分２１ｃの厚さＴｃより大きい。この第２部分２１ｂの厚さＴｂは、例えば第１部分２１ａの厚さＴａ及び第３部分２１ｃの厚さＴｃの２倍以上４倍以下（３６０ｎｍ以上７２０ｎｍ以下）の範囲とする。 On the other hand, SiO ₂ has a thermal conductivity of 1.40 × 10 ⁻⁶ [W / μm · ° C.], and has a lower thermal conductivity than other materials constituting the semiconductor laser device 1. For this reason, when the thickness of the insulating film 21 is increased, the heat dissipation may be reduced. Although it is considered that the decrease in heat dissipation within the resonator hardly affects the reliability of the semiconductor laser element 1, the decrease in heat dissipation at the end face of the resonator affects the reliability of the semiconductor laser element 1. Therefore, in the semiconductor laser element 1, the thickness of the insulating film 21 is increased in a region other than the vicinity of the end faces 10a and 10b. For example, the thickness Ta of the first portion 21a provided in the region of 20 μm or less from the front end surface 10a and the thickness Tc of the third portion 21c provided in the region of 20 μm or less from the rear end surface 10b are the conventional semiconductors. It is about the same as the thickness of the insulating film in the laser element (for example, 180 nm). The thickness Tb of the second portion 21b provided between the first portion 21a and the third portion 21c is larger than the thickness Ta of the first portion 21a and the thickness Tc of the third portion 21c. The thickness Tb of the second portion 21b is, for example, in the range of 2 to 4 times (360 nm to 720 nm) of the thickness Ta of the first portion 21a and the thickness Tc of the third portion 21c.

このようにすることで、前端面１０ａ近傍及び後端面１０ｂ近傍における放熱性の低下を抑制しつつ、第２部分２１ｂが設けられたリッジ部１５の付け根部分１５ａに加わる応力を低減することができる。その結果、半導体レーザ素子１では、共振器端面における信頼性を確保しつつ、共振器内部の劣化を抑制することが可能となる。 By doing in this way, the stress added to the base part 15a of the ridge part 15 in which the 2nd part 21b was provided can be reduced, suppressing the fall of heat dissipation in front end surface 10a vicinity and the rear end surface 10b vicinity. . As a result, in the semiconductor laser element 1, it is possible to suppress deterioration inside the resonator while ensuring reliability at the resonator end face.

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

１…半導体レーザ素子、１０…半導体積層、１０ａ…前端面（一端面）、１０ｂ…後端面（他端面）、１１…下部クラッド層（第１半導体層）、１２…活性層、１２ａ…主面、１３…上部クラッド層（第２半導体層）、１５…リッジ部、１５ａ…付け根部分、２１…絶縁膜、２１ａ…第１部分、２１ｂ…第２部分、２１ｃ…第３部分。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 10 ... Semiconductor lamination | stacking, 10a ... Front end surface (one end surface), 10b ... Rear end surface (other end surface), 11 ... Lower clad layer (1st semiconductor layer), 12 ... Active layer, 12a ... Main surface , 13 ... upper clad layer (second semiconductor layer), 15 ... ridge portion, 15a ... root portion, 21 ... insulating film, 21a ... first portion, 21b ... second portion, 21c ... third portion.

Claims

A semiconductor stack including a first semiconductor layer of a first conductivity type and an active layer provided on the first semiconductor layer;
A ridge portion including a second semiconductor layer of a second conductivity type that is different in conductivity type from the first conductivity type, and extending in one direction on the main surface of the semiconductor stack;
An insulating film covering the semiconductor stack and the ridge portion;
With
The insulating film is provided in a region of the main surface where the ridge portion is not provided and a side surface of the ridge portion,
The insulating film includes a first portion, a second portion, and a third portion,
The first portion, the second portion, and the third portion are sequentially arranged in the extending direction of the ridge portion,
The thickness of the second portion is larger than the thickness of the first portion and the thickness of the third portion.

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the second portion is twice the thickness of the first portion or the thickness of the third portion.

2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the second portion is four times the thickness of the first portion or the thickness of the third portion.

The said 1st part and the said 3rd part are each provided in the range of 5 micrometers or more and 30 micrometers or less from the one end surface and the other end surface in the extension direction of the said ridge part, respectively. The semiconductor laser device according to one item.

The thickness of the said 1st part and the thickness of the said 3rd part are 100 nm or more and 300 nm or less, The semiconductor laser element as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.