JP2013115240A - Laser device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device which inhibits a conductive member from rising to an end surface of a laser element and achieves excellent heat radiation performance.SOLUTION: A laser device 100 includes: a substrate 10; a conductive member 11 provided on the substrate 10; a laser element 20 having an optical waveguide region 20a provided on the conductive member 11. The conductive member 11 has a narrow part 11a which is provided at an end part of the conductive member 11 and is narrower than the laser element 20 and a wide part 11b which is wider than the narrow part 11a. The narrow part 11a and the wide part 11b are provided immediately below the optical waveguide region 20a.

Description

本発明は、基板上にレーザ素子が配置されたレーザ装置に関する。   The present invention relates to a laser device in which a laser element is disposed on a substrate.

レーザ装置として、導電部材が形成された基板上にレーザ素子が固定されたものが用いられている。導電部材は、ろう材等のレーザ素子を接着可能な部材であり、導電部材を介してレーザ素子が基板にダイボンドされる。しかし、レーザ素子をダイボンドする際に、導電部材がレーザ素子の端面に這い上がることによって、リークが発生したり出射光が遮られたりするという問題があった。   A laser device in which a laser element is fixed on a substrate on which a conductive member is formed is used. The conductive member is a member capable of bonding a laser element such as a brazing material, and the laser element is die-bonded to the substrate via the conductive member. However, when the laser element is die-bonded, there is a problem that the conductive member crawls up to the end face of the laser element, thereby causing leakage or blocking emitted light.

そこで、図１０に示すように、破線で示したレーザチップ５１が、それよりも小さい面積のろう材５３を介してサブマウント５２にダイボンドされた半導体レーザ装置が提案されている（例えば特許文献１）。これによって、ろう材５３がレーザチップ５１の外周よりはみ出し這い上がることを抑制することができる。   Therefore, as shown in FIG. 10, there has been proposed a semiconductor laser device in which a laser chip 51 indicated by a broken line is die-bonded to a submount 52 via a brazing material 53 having a smaller area (for example, Patent Document 1). ). As a result, it is possible to suppress the brazing material 53 from protruding beyond the outer periphery of the laser chip 51.

特開平１１−２８４０９８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-284098

しかしながら、特許文献１に記載されている半導体レーザ装置のように導電部材をレーザ素子よりも小さくすると、導電部材とレーザ素子との接着面積が小さく、十分な放熱性を得ることができない。   However, if the conductive member is made smaller than the laser element as in the semiconductor laser device described in Patent Document 1, the bonding area between the conductive member and the laser element is small, and sufficient heat dissipation cannot be obtained.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、導電部材のレーザ素子の端面への這い上がりが抑制され、且つ、放熱性に優れたレーザ装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser device that suppresses creeping of the conductive member to the end face of the laser element and is excellent in heat dissipation.

一実施形態に係るレーザ装置は、基板と、基板上に設けられた導電部材と、導電部材上に設けられた光導波路領域を有するレーザ素子と、を備えるレーザ装置である。導電部材は、導電部材の端部に設けられ、且つ、レーザ素子よりも幅が狭い幅狭部と、幅狭部よりも幅が広い幅広部と、を有し、幅狭部及び幅広部は、光導波路領域の直下に設けられている。   A laser device according to an embodiment is a laser device including a substrate, a conductive member provided on the substrate, and a laser element having an optical waveguide region provided on the conductive member. The conductive member is provided at an end of the conductive member, and has a narrow portion that is narrower than the laser element, and a wide portion that is wider than the narrow portion. The narrow portion and the wide portion are It is provided directly under the optical waveguide region.

本発明によれば、幅狭部と幅広部とを有する導電部材を備えることで、導電部材のレーザ素子の端面への這い上がりを抑制でき、且つ、放熱性に優れたレーザ装置とすることができる。   According to the present invention, by providing the conductive member having the narrow portion and the wide portion, it is possible to suppress the creeping of the conductive member to the end face of the laser element and to provide a laser device excellent in heat dissipation. it can.

図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置の構造を説明するための概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the structure of a laser apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置の導電部材の構造を説明するための概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the structure of the conductive member of the laser apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図３は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図４は、導電部材の一例を示す一部拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view showing an example of the conductive member. 図５は、導電部材の一例を示す一部拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view showing an example of the conductive member. 図６は、導電部材の一例を示す一部拡大図である。FIG. 6 is a partially enlarged view showing an example of the conductive member. 図７は、導電部材の一例を示す一部拡大図である。FIG. 7 is a partially enlarged view showing an example of the conductive member. 図８は、本発明の実施の形態２に係るレーザ装置の構造を説明するための概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view for explaining the structure of the laser device according to the second embodiment of the present invention. 図９は、本発明の実施の形態３に係るレーザ装置の構造を説明するための概略平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view for explaining the structure of the laser apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 図１０は、従来のレーザ装置の構造を説明するための概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view for explaining the structure of a conventional laser device.

以下、本件発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ装置を例示するものであって、本発明はレーザ装置を以下のものに特定しない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a laser device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the laser device as follows. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るレーザ装置１００を上側から見た概略平面図であり、図２は、レーザ装置１００の導電部材１１の形状を示すためのものである。図１に示すように、レーザ装置１００は、基板１０と、その上に設けられた導電部材１１と、その上に設けられたレーザ素子２０と、を有する。レーザ素子２０は、光導波路領域２０ａが導電部材１１上に位置するように設けられている。なお、説明の便宜上、図１では光導波路領域２０ａを破線で示している。 <Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic plan view of laser device 100 according to Embodiment 1 as viewed from above, and FIG. 2 is a view for showing the shape of conductive member 11 of laser device 100. As shown in FIG. 1, the laser device 100 includes a substrate 10, a conductive member 11 provided thereon, and a laser element 20 provided thereon. The laser element 20 is provided so that the optical waveguide region 20 a is positioned on the conductive member 11. For convenience of explanation, the optical waveguide region 20a is shown by a broken line in FIG.

図２に示すように、基板１０の表面には金属層１０ａが設けられており、その上に設けられた導電部材１１は、レーザ素子２０よりも幅が狭い幅狭部１１ａと、幅狭部１１ａよりも幅が広い幅広部１１ｂと、を有する。幅狭部１１ａと幅広部１１ｂは、光導波路領域２０ａの直下に設けられている。本明細書において、幅狭部１１ａ及び幅広部１１ｂの幅とは、光導波路領域２０ａの延伸方向に垂直をなす方向の幅を意味する。なお、図２では、理解を容易にするためレーザ素子２０及び光導波路領域２０ａを破線で示している。   As shown in FIG. 2, a metal layer 10 a is provided on the surface of the substrate 10, and the conductive member 11 provided thereon has a narrow portion 11 a that is narrower than the laser element 20 and a narrow portion. And a wide portion 11b having a width wider than 11a. The narrow portion 11a and the wide portion 11b are provided immediately below the optical waveguide region 20a. In this specification, the widths of the narrow portion 11a and the wide portion 11b mean widths in a direction perpendicular to the extending direction of the optical waveguide region 20a. In FIG. 2, the laser element 20 and the optical waveguide region 20a are indicated by broken lines for easy understanding.

導電部材１１の一端側が幅狭部１１ａであることで、レーザ素子２０の端面側における導電部材１１の量を軽減でき、レーザ素子２０の端面への導電部材１１の這い上がりを軽減することができる。さらには、幅狭部１１ａのみでなく幅広部１１ｂも有することで、導電部材１１の面積を大きくでき、放熱性を向上させることができる。このように、幅狭部１１ａと幅広部１１ｂとを有する導電部材１１を設けることで、レーザ素子２０端面への導電部材１１の這い上がりが抑制でき、且つ、放熱性に優れたレーザ装置１００とすることができる。   Since the one end side of the conductive member 11 is the narrow portion 11a, the amount of the conductive member 11 on the end face side of the laser element 20 can be reduced, and the creep of the conductive member 11 on the end face of the laser element 20 can be reduced. . Furthermore, by having not only the narrow portion 11a but also the wide portion 11b, the area of the conductive member 11 can be increased and the heat dissipation can be improved. In this way, by providing the conductive member 11 having the narrow portion 11a and the wide portion 11b, the laser device 100 can suppress the creep of the conductive member 11 to the end face of the laser element 20 and has excellent heat dissipation. can do.

以下、各部材について詳述する。   Hereinafter, each member will be described in detail.

（基板１０）
基板１０は、レーザ素子２０を固定するサブマウントとして用いられる。その材料としては、セラミックス、金属又は半導体等の熱伝導性の高い部材（例えば、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ダイヤモンド、ＳｉＣ）が挙げられる。基板１０の表面には金属層１０ａを設けてもよい。金属層１０ａの表面には、例えば金属ワイヤがボンディングされ、外部電源と接続される。導電部材１１は接着用の部材であるため軟らかく、ワイヤボンディングに適さない。このため、特に基板１０が絶縁性である場合には、金属層１０ａを設け、この金属層１０ａにワイヤボンディングすることが好ましい。金属層１０ａを設ける場合、導電部材１１は多層構造とし、接着層（例えばＡｕ合金層）の下に接着層の材料の拡散を防止可能な材料を含有させた拡散防止層（例えばＰｔ含有層）を設けることが好ましい。これによって、接着層の金属層１０ａへの拡散を防止することができ、また、接着層の形成領域外への流出を防止することができる。基板１０が金属である場合にも同様に、このような拡散防止層を設けることが好ましい。 (Substrate 10)
The substrate 10 is used as a submount for fixing the laser element 20. Examples of the material include members having high thermal conductivity such as ceramics, metal, or semiconductor (for example, AlN, CuW, diamond, SiC). A metal layer 10 a may be provided on the surface of the substrate 10. For example, a metal wire is bonded to the surface of the metal layer 10a and connected to an external power source. Since the conductive member 11 is an adhesive member, it is soft and not suitable for wire bonding. Therefore, particularly when the substrate 10 is insulative, it is preferable to provide a metal layer 10a and wire bond to the metal layer 10a. When the metal layer 10a is provided, the conductive member 11 has a multilayer structure, and a diffusion prevention layer (for example, a Pt-containing layer) containing a material capable of preventing the diffusion of the material of the adhesion layer under the adhesion layer (for example, an Au alloy layer). Is preferably provided. Thereby, diffusion of the adhesive layer to the metal layer 10a can be prevented, and outflow to the outside of the adhesive layer forming region can be prevented. Similarly, when the substrate 10 is a metal, it is preferable to provide such a diffusion prevention layer.

（導電部材１１）
導電部材１１は、基板１０の上面に設けられ、レーザ素子２０と接合される。導電部材１１は、幅狭部１１ａと幅広部１１ｂとを有する。その材料としては、レーザ素子２０の電極２４と接着可能である導電性の部材を選択できる。例えば、Ｎｉ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の順に積層された電極２４に対して、導電部材１１の最表面をＡｕを含む合金層（例えばＡｕ−Ｓｎ合金）とし、この導電部材１１上に電極２４を載置し加熱することで、電極２４のＡｕ層と導電部材１１のＡｕ合金層とを合金化し、接合することができる。なお、電極２４のうち合金化されない層（上述の例ではＮｉ層〜Ｐｔ層）は、接合後も接合前と同様の形状で残存する。導電部材１１は、Ａｕ合金層の下に、基板１０との密着性が良好な材料等を含む下地層を設けることが好ましい。 (Conductive member 11)
The conductive member 11 is provided on the upper surface of the substrate 10 and is bonded to the laser element 20. The conductive member 11 has a narrow portion 11a and a wide portion 11b. As the material, a conductive member that can be bonded to the electrode 24 of the laser element 20 can be selected. For example, for the electrode 24 laminated in the order of Ni layer, Au layer, Pt layer, and Au layer, the outermost surface of the conductive member 11 is an alloy layer containing Au (for example, Au—Sn alloy), and the conductive member 11 By placing the electrode 24 on and heating it, the Au layer of the electrode 24 and the Au alloy layer of the conductive member 11 can be alloyed and bonded. In addition, the layer (Ni layer-Pt layer in the above-mentioned example) which is not alloyed among the electrodes 24 remains in the same shape as before the bonding even after the bonding. The conductive member 11 is preferably provided with a base layer containing a material having good adhesion to the substrate 10 under the Au alloy layer.

導電部材１１の膜厚は、例えば２μｍ〜５μｍ程度とすることができる。一例として、電極２４の膜厚が約１μｍであり半導体層２２の膜厚が約２〜３μｍである場合に、金属層１０ａ上に、Ｐｔ層とＡｕ−Ｓｎ合金層とをこの順序で積層し、約３μｍのＡｕ−Ｓｎ合金層を含む導電部材１１を形成する。このような導電部材１１は、レーザ素子２０の接着後、レーザ素子２０直下における厚みが接着前の半分程度となる。レーザ素子２０の共振器長方向における導電部材１１の長さは、少なくともレーザ素子２０と同じ長さとすることが好ましい。さらに好ましくは、レーザ素子２０よりも長くする。また、幅狭部１１ａや幅広部１１ｂは、導電部材１１そのものをこの形状で形成したものであることが好ましい。例えば、導電部材１１の端部の一部を絶縁膜で被覆し、見かけ上は幅の狭い部分を形成したとしても、レーザ素子２０接着時の加熱によって絶縁膜下の導電部材１１が絶縁膜の外へと流出するため、レーザ素子２０端面への這い上がり抑制効果は小さい。   The film thickness of the conductive member 11 can be, for example, about 2 μm to 5 μm. As an example, when the thickness of the electrode 24 is about 1 μm and the thickness of the semiconductor layer 22 is about 2 to 3 μm, a Pt layer and an Au—Sn alloy layer are stacked in this order on the metal layer 10a. Then, the conductive member 11 including an Au—Sn alloy layer of about 3 μm is formed. In such a conductive member 11, after bonding the laser element 20, the thickness immediately below the laser element 20 is about half that before bonding. The length of the conductive member 11 in the resonator length direction of the laser element 20 is preferably at least as long as the laser element 20. More preferably, it is longer than the laser element 20. Moreover, it is preferable that the narrow part 11a and the wide part 11b are what formed the electrically-conductive member 11 itself in this shape. For example, even if a part of the end portion of the conductive member 11 is covered with an insulating film and an apparently narrow portion is formed, the conductive member 11 under the insulating film is formed of the insulating film by heating when the laser element 20 is bonded. Since it flows out to the outside, the effect of suppressing the creeping up to the end face of the laser element 20 is small.

（幅狭部１１ａ）
幅狭部１１ａは、図２に示すように、導電部材１１の光導波路領域２０ａ延伸方向における端部に配置され、レーザ素子２０の端面に最も近い位置に配置される。ここで、各部材の幅（光導波路領域２０ａの延伸方向と直交する方向における幅）および長さ（光導波路領域２０ａの延伸方向に沿った長さ）について、図２および図３を用いて説明する。図３は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図であり、つまり、幅狭部１１ａを横断する位置で切断した概略断面図である。幅狭部１１ａの幅Ｗａはレーザ素子２０の幅Ｗ１よりも狭い。さらには、幅狭部１１ａの幅Ｗａはレーザ素子２０の電極２４の幅Ｗ２よりも狭いことが好ましく、より好ましくは、幅狭部１１ａの幅Ｗａを電極２４の幅Ｗ２の２分の１以下、さらに好ましくは３分の１以下とする。これによって、導電部材１１の這い上がりをさらに抑制することができる。特にレーザ素子２０をフェースダウン実装する場合に、このような範囲とすることが好ましい。また、レーザ素子２０を安定した状態で接合するためには、図２に示すように幅狭部１１ａの長さＬａを幅広部１１ｂの長さＬｂよりも短くすることが好ましい。また、幅狭部１１ａの長さＬａは、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がさらに好ましい。さらに幅狭部１１ａをレーザ素子実装する際の認識パターンとして利用する場合には、その長さＬａを１００μｍ以下とすることが好ましい。 (Narrow part 11a)
As shown in FIG. 2, the narrow portion 11 a is disposed at an end portion of the conductive member 11 in the extending direction of the optical waveguide region 20 a and is disposed at a position closest to the end surface of the laser element 20. Here, the width (width in the direction orthogonal to the extending direction of the optical waveguide region 20a) and the length (length along the extending direction of the optical waveguide region 20a) of each member will be described with reference to FIGS. To do. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, that is, a schematic cross-sectional view cut at a position crossing the narrow portion 11a. The width W a of the narrow portion 11 a is narrower than the width W 1 of the laser element 20. Furthermore, the width W a of the narrow portion 11 a is preferably narrower than the width W 2 of the electrode 24 of the laser element 20, and more preferably, the width W a of the narrow portion 11 a is 2 of the width W 2 of the electrode 24. 1/3 or less, more preferably 1/3 or less. Thereby, the creeping of the conductive member 11 can be further suppressed. In particular, when the laser element 20 is mounted face-down, such a range is preferable. Further, in order to bond the laser device 20 in a stable state is preferably shorter than the length L b of the wide portion 11b of the length L a of the narrow portion 11a, as shown in FIG. The length L a of the narrow portion 11a is preferably at least 20 [mu] m, and even more preferably 50 [mu] m. When using a more narrow part 11a as the recognition pattern when laser device packaging, it is preferable to its length L a and 100μm or less.

図２に示すように、幅狭部１１ａは、基板１０の一端に接して設けられることが好ましい。これによって、導電部材１１を基板１０の一端まで形成することができ、レーザ素子２０と導電部材１１との接続面積を増大でき、放熱性を向上させることができる。特に、レーザ素子２０の端面が基板１０の一端とほぼ一致するか、もしくはそれよりも突出して配置される場合に、放熱性向上の効果が大きい。なお、導電部材１１として用いられる金属は、ブレード等によって切断されてウエハ状態から個々の基板１０に個片化される際に切断方向やブレードの回転方向に沿ってバリが発生する。しかし、幅狭部１１であれば、バリが発生しても導電部材１１の元々の量が少ないので、導電部材１１のレーザ素子２０の端面への這い上がりを抑制することができる。   As shown in FIG. 2, the narrow portion 11 a is preferably provided in contact with one end of the substrate 10. Thus, the conductive member 11 can be formed up to one end of the substrate 10, the connection area between the laser element 20 and the conductive member 11 can be increased, and the heat dissipation can be improved. In particular, when the end face of the laser element 20 substantially coincides with one end of the substrate 10 or is protruded more than that, the effect of improving heat dissipation is great. When the metal used as the conductive member 11 is cut by a blade or the like and separated into individual substrates 10 from the wafer state, burrs are generated along the cutting direction and the rotation direction of the blade. However, if the narrow portion 11 is used, even if burrs are generated, the original amount of the conductive member 11 is small, so that the creeping of the conductive member 11 to the end face of the laser element 20 can be suppressed.

幅狭部１１ａは、幅広部１１ｂへ向かって拡がる領域を有してもよい。幅狭部１１ａは、幅広部１１ｂへ向かって階段状またはテーパー状に拡がった形状とすることもできる。このような形状とすることで、後述するレーザ素子２０を接合する際の導電部材１１の幅狭部１１ａから幅広部１１ｂへの移動が容易になるので、導電部材１１のレーザ素子２０端面への這い上がりをより抑制することができる。   The narrow portion 11a may have a region that expands toward the wide portion 11b. The narrow portion 11a can also have a shape that expands in a stepped or tapered manner toward the wide portion 11b. Such a shape facilitates the movement of the conductive member 11 from the narrow portion 11a to the wide portion 11b when the laser element 20 described later is joined. Crawling can be further suppressed.

具体例を図４〜図７に示す。図４〜図７は、幅狭部１１ａと幅広部１１ｂの一部を拡大した概略平面図である。なお、図４〜図７における一点鎖線は、幅狭部１１ａと幅広部１１ｂとの境界を説明するための仮想線である。図４は、幅狭部１１ａが幅広部１１ｂへ向かって階段状に拡がった形状である。図５は、幅狭部１１ａが幅広部１１ｂへ向かってテーパー状に拡がった形状である。図６は、幅狭部１１ａの幅広部１１ｂ側の一部が、幅広部１１ｂへ向かってテーパー状に拡がった形状である。図７は、幅狭部１１ａが幅広部１１ｂへ向かってテーパー状に拡がった形状であり、さらに幅狭部１１ａから連続する幅広部１１ｂの一部も同様にテーパー状に拡がった形状である。このように、幅広部１１ｂの幅狭部１１ａ側の一部をテーパー状や階段状とすることもできる。図７において、レーザ素子２０（破線で示す）よりも幅の狭い部分が幅狭部１１ａであり、レーザ素子２０よりも幅の広い部分が幅広部１１ｂである。また、導電部材１１は、幅狭部１１ａが設けられた導電部材１１端部において、幅狭部１１ａを挟むように幅広部１１ｂから延びた突出部や島状部などを有してもよい。これらは幅狭部１１ａから離間して設けられる。好ましくは、導電部材１１の端部には幅狭部１１ａのみを配置する。   Specific examples are shown in FIGS. 4-7 is the schematic plan view which expanded a part of the narrow part 11a and the wide part 11b. In addition, the dashed-dotted line in FIGS. 4-7 is a virtual line for demonstrating the boundary of the narrow part 11a and the wide part 11b. FIG. 4 shows a shape in which the narrow portion 11a is expanded stepwise toward the wide portion 11b. FIG. 5 shows a shape in which the narrow part 11a is tapered toward the wide part 11b. FIG. 6 shows a shape in which a part of the narrow part 11a on the wide part 11b side is tapered toward the wide part 11b. FIG. 7 shows a shape in which the narrow portion 11a is tapered toward the wide portion 11b, and a portion of the wide portion 11b continuing from the narrow portion 11a is also tapered. In this manner, a part of the wide portion 11b on the narrow portion 11a side can be tapered or stepped. In FIG. 7, the narrower portion than the laser element 20 (shown by a broken line) is the narrow portion 11a, and the wider portion than the laser element 20 is the wide portion 11b. Further, the conductive member 11 may have a protruding portion or an island-like portion that extends from the wide portion 11b so as to sandwich the narrow portion 11a at the end of the conductive member 11 provided with the narrow portion 11a. These are provided apart from the narrow portion 11a. Preferably, only the narrow portion 11 a is disposed at the end of the conductive member 11.

（幅広部１１ｂ）
図２に示すように、幅広部１１ｂの幅Ｗｂは幅狭部１１ａの幅Ｗａよりも大きい。これによって、放熱性を向上させることができる。幅広部１１ｂは、幅狭部１１ａから連続して設けられることが好ましい。幅狭部１１ａと連続する幅広部１１ｂを設けることで、放熱性だけでなく、レーザ素子２０を実装する際に、余分な導電部材１１を幅狭部１１ａから幅広部１１ｂへ移動させることができる。つまり、ダイボンド時の表面張力によって形成領域に留まっている導電部材１１は、表面張力を超えればレーザ素子２０の側面へ這い上がるが、幅広部１１ｂがあれば、幅狭部１１ａにおいて余分となった導電部材１１はレーザ素子２０側面への這い上がりよりも幅広部１１ｂへの移動を優先する。これによって、導電部材１１を基板１０の端部に接して配置した際の、導電部材１１のレーザ素子２０の側面、特に光出射端面や光反射端面への這い上がりを抑制することができるので、基板１０の端部においても光導波路領域２０ａの直下に導電部材１１を配置することができ、放熱性を向上させることができる。 (Wide part 11b)
As shown in FIG. 2, the width W b of the wide portion 11b is larger than the width W a of the narrow portion 11a. Thereby, heat dissipation can be improved. The wide portion 11b is preferably provided continuously from the narrow portion 11a. By providing the wide portion 11b continuous with the narrow portion 11a, not only heat dissipation but also the extra conductive member 11 can be moved from the narrow portion 11a to the wide portion 11b when the laser element 20 is mounted. . In other words, the conductive member 11 remaining in the formation region due to the surface tension at the time of die bonding rises to the side surface of the laser element 20 if the surface tension is exceeded, but if the wide portion 11b is present, it becomes extra in the narrow portion 11a. The conductive member 11 gives priority to movement to the wide portion 11b rather than scooping up the side surface of the laser element 20. As a result, when the conductive member 11 is disposed in contact with the end portion of the substrate 10, it is possible to suppress the creeping of the conductive member 11 to the side surface of the laser element 20, particularly the light emitting end surface and the light reflecting end surface Also at the end portion of the substrate 10, the conductive member 11 can be disposed immediately below the optical waveguide region 20a, and heat dissipation can be improved.

また、幅広部１１ｂの幅Ｗｂをレーザ素子２０の電極２４の幅Ｗ２よりも広くすることで、レーザ素子２０を安定した状態で接合することができる。さらに好ましくは、幅広部１１ｂの幅Ｗｂを電極２４の幅Ｗ２の１．５倍以上とし、より好ましくは２倍以上とする。さらには、幅広部１１ｂの幅Ｗｂをレーザ素子２０の幅Ｗ１よりも広くすることで、余分な導電部材１１をレーザ素子２０の外側の幅広部１１ｂに押し出すことができるので、レーザ素子２０側面への這い上がりをさらに抑制することができる。押し出された導電部材１１は、レーザ素子２０の外側の幅広部１１ｂにおいて表面張力による盛り上がり部を形成するので、レーザ素子２０の側面へ這い上がり難い。 In addition, by greater than the width W 2 of the electrode 24 of the laser element 20 width W b of the wide portion 11b, it is possible to bond the laser device 20 in a stable state. More preferably, the width W b of the wide portion 11b and 1.5 times the width W 2 of the electrode 24, more preferably at least 2 times. Furthermore, by making the width W b of the wide portion 11 b wider than the width W 1 of the laser element 20, the excess conductive member 11 can be pushed out to the wide portion 11 b outside the laser element 20. The creeping to the side can be further suppressed. Since the extruded conductive member 11 forms a raised portion due to surface tension in the wide portion 11 b outside the laser element 20, it is difficult to creep up to the side surface of the laser element 20.

また、図１に示すように、基板１０において、レーザ素子２０の光反射端面側の導電部材１１が幅広部１１ｂで構成されている場合は、導電部材１１のレーザ素子２０側面への這い上がり抑制のため、基板１０の他端と幅広部１１ｂとを離間して配置することが好ましい。幅広部１１ｂは、レーザ素子２０の光反射端面２０ｃと一致する位置か、それよりも基板１０の他端側に近い位置まで設けられていることが好ましい。これによって、レーザ素子２０と導電部材１１とが接する面積を大きくすることができるので放熱性を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 1, in the substrate 10, when the conductive member 11 on the light reflection end face side of the laser element 20 is configured by the wide portion 11 b, the rising of the conductive member 11 to the side surface of the laser element 20 is suppressed. For this reason, it is preferable that the other end of the substrate 10 and the wide portion 11b are spaced apart. The wide portion 11 b is preferably provided up to a position that coincides with the light reflection end face 20 c of the laser element 20 or a position closer to the other end side of the substrate 10 than that. Accordingly, the area where the laser element 20 and the conductive member 11 are in contact with each other can be increased, so that the heat dissipation can be improved.

（レーザ素子２０）
レーザ素子２０は、光導波路領域２０ａを有する。光導波路領域２０ａにおいては、素子内部で生じた光が光出射端面２０ｂ及び光反射端面２０ｃの一対の端面間で往来し共振する。例えば、光出射端面２０ｂ及び光反射端面２０ｃに所定の反射率のミラーを形成し、光反射端面２０ｃ側のミラーの反射率を光出射端面２０ｂ側のミラーよりも高くすることにより、光出射端面２０ｂ側からレーザ発振が可能なように構成されている。光出射端面側の高反射膜としては、例えばＺｒＯ２等の高屈折率膜とＳｉＯ２等の低屈折率膜とを交互に積層した誘電体多層膜を用いることができる。光出射端面側にはさらに、誘電体多層膜の表面に保護膜としてＳｉＯ２等の低屈折率膜をλ／２ｎ（λは発振波長、ｎは保護膜の屈折率）の膜厚で形成することもできる。 (Laser element 20)
The laser element 20 has an optical waveguide region 20a. In the optical waveguide region 20a, the light generated inside the element travels and resonates between a pair of end surfaces of the light emitting end surface 20b and the light reflecting end surface 20c. For example, by forming a mirror with a predetermined reflectance on the light emitting end face 20b and the light reflecting end face 20c, and making the reflectance of the mirror on the light reflecting end face 20c side higher than that on the light emitting end face 20b side, the light emitting end face The laser oscillation is possible from the 20b side. As the high reflection film on the light emitting end face side, for example, a dielectric multilayer film in which high refractive index films such as ZrO 2 and low refractive index films such as SiO 2 are alternately laminated can be used. Further, a low refractive index film such as SiO 2 is formed on the surface of the dielectric multilayer film with a film thickness of λ / 2n (λ is an oscillation wavelength, and n is a refractive index of the protective film) on the light emitting end face side. You can also.

図３は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図である。図３に示すように、レーザ素子２０は基板１０にフェースダウン実装されていることが好ましい。図３に示すレーザ素子２０は、上から順に、素子基板２１と、発光層を含む半導体層２２とを備える。半導体層２２には、光導波路領域２０ａを形成するリッジ２３が形成されており、リッジ２３の表面には、電極２４が設けられている。電極２４を幅狭部１１ａ（導電部材１１）に接合することで、レーザ素子２０がフェースダウン実装されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 3, the laser element 20 is preferably mounted face-down on the substrate 10. A laser element 20 shown in FIG. 3 includes an element substrate 21 and a semiconductor layer 22 including a light emitting layer in order from the top. The semiconductor layer 22 is formed with a ridge 23 that forms the optical waveguide region 20 a, and an electrode 24 is provided on the surface of the ridge 23. The laser element 20 is face-down mounted by joining the electrode 24 to the narrow portion 11a (conductive member 11).

このようにフェースダウン実装されることで、発熱源となる半導体層２２側が導電部材１１に接合され、放熱性をさらに向上させることができる。このように半導体層２２側を導電部材１１に接合する場合、発光層２８と導電部材１１との距離が小さくなるため、導電部材１１がレーザ素子２０の端面に這い上がると発光層２８が被覆されやすいが、本実施形態のレーザ装置１００では幅狭部１１ａを設けているため、導電部材１１の這い上がりを抑制することができる。   By face-down mounting in this way, the semiconductor layer 22 side serving as a heat generation source is joined to the conductive member 11, and the heat dissipation can be further improved. When the semiconductor layer 22 side is bonded to the conductive member 11 in this way, the distance between the light emitting layer 28 and the conductive member 11 becomes small. Therefore, when the conductive member 11 climbs to the end face of the laser element 20, the light emitting layer 28 is covered. Although easy, the laser device 100 according to the present embodiment has the narrow portion 11a, so that the conductive member 11 can be prevented from creeping up.

また、光導波路領域２０ａは、公知の構造が採用でき、例えばリッジ構造や電流狭窄構造によって形成できる。レーザ素子２０の一例を図３に示す。図３のレーザ素子２０は、上から順に、素子基板２１と、発光層を含む半導体層２２とを備え、半導体層２２には光導波路領域２０ａを形成するリッジ２３が形成され、リッジ２３の表面には電極２４が設けられている。リッジ２３は、例えば平面視においてストライプ状のリッジである。素子基板２１の表面には、電極２４と対になって正負電極を構成する第１電極２５が設けられている。   The optical waveguide region 20a can adopt a known structure, and can be formed by, for example, a ridge structure or a current confinement structure. An example of the laser element 20 is shown in FIG. The laser element 20 of FIG. 3 includes an element substrate 21 and a semiconductor layer 22 including a light emitting layer in order from the top, and a ridge 23 that forms an optical waveguide region 20a is formed on the semiconductor layer 22, and the surface of the ridge 23 Is provided with an electrode 24. The ridge 23 is, for example, a striped ridge in plan view. On the surface of the element substrate 21, a first electrode 25 that is paired with the electrode 24 to form a positive / negative electrode is provided.

半導体層２２としては、素子基板２１側から順に、第１導電型半導体層２７、発光層２８、第２導電型半導体層２９が積層されている。半導体層２２の材料としては、公知の材料を用いることができる。例えばＧａＮ系化合物半導体を用い、ｎ型ＧａＮ基板の表面にｎ型ＧａＮ系化合半導体層、発光層、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層を順に積層する。半導体層２２の表面や側面は絶縁膜２６で被覆されていてもよい。これによって、導電部材１１がやや這い上がったとしても、短絡を防止することができる。   As the semiconductor layer 22, a first conductive type semiconductor layer 27, a light emitting layer 28, and a second conductive type semiconductor layer 29 are stacked in order from the element substrate 21 side. A known material can be used as the material of the semiconductor layer 22. For example, a GaN-based compound semiconductor is used, and an n-type GaN-based compound semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type GaN-based compound semiconductor layer are sequentially stacked on the surface of the n-type GaN substrate. The surface and side surfaces of the semiconductor layer 22 may be covered with an insulating film 26. Thereby, even if the conductive member 11 rises slightly, a short circuit can be prevented.

フェースダウン実装する場合は特に、図１に示すように、レーザ素子２０の光出射側の先端を基板１０よりも突き出させることが好ましい。これは、レーザ素子２０の光出射端面２０ｂより放射されるビームが基板１０で反射され、ビーム形状に影響を及ぼすことを防止するためである。また、本実施形態では、幅狭部１１ａを設けることで基板１０の端部に接して導電部材１１を形成することを可能とし、その上に光導波路領域２０ａを配置しているため、レーザ素子２０の先端を突出させた場合でも導電部材１１と光導波路領域２０ａとの接する面積を十分に確保でき、放熱性を向上させることができる。また、これによって、図１０に示す従来のレーザ装置のように基板１０の端部にまで導電部材１１を設けない場合と比較して、レーザ素子の突出量がばらついたとしても比較的高い放熱性を確保できるため、突出量のばらつきに対する許容範囲を大きくでき、歩留まりを向上させることができる。なお、光反射端面２０ｃ側は、このような基板１０での反射によるビーム形状への影響を考慮する必要がないため、図１に示すように基板１０の内側に配置してもよい。   Particularly in the case of face-down mounting, as shown in FIG. 1, it is preferable to protrude the tip of the laser element 20 on the light emitting side from the substrate 10. This is to prevent the beam emitted from the light emitting end face 20b of the laser element 20 from being reflected by the substrate 10 and affecting the beam shape. Further, in the present embodiment, the conductive member 11 can be formed in contact with the end portion of the substrate 10 by providing the narrow portion 11a, and the optical waveguide region 20a is disposed thereon, so that the laser element Even when the tip of 20 is protruded, a sufficient contact area between the conductive member 11 and the optical waveguide region 20a can be ensured, and heat dissipation can be improved. Further, as compared with the case where the conductive member 11 is not provided up to the end of the substrate 10 as in the conventional laser device shown in FIG. 10, even if the protruding amount of the laser element varies, the heat dissipation is relatively high. As a result, it is possible to increase the allowable range with respect to the variation in the protrusion amount and improve the yield. The light reflection end face 20c side may be disposed inside the substrate 10 as shown in FIG. 1 because it is not necessary to consider the influence on the beam shape due to such reflection on the substrate 10.

＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２に係るレーザ装置２００の概略平面図である。図８では、上述の図２と同様に、レーザ素子２０及び光導波路領域２０ａを破線で示す。レーザ装置２００は、幅狭部３１ａを光反射端面２０ｃ側に配置した点で実施の形態１と異なる。また、図８に示すレーザ装置２００では金属層１０ａは省略するが、実施の形態１と同様に設けることができる。 <Embodiment 2>
FIG. 8 is a schematic plan view of the laser apparatus 200 according to the second embodiment. In FIG. 8, similarly to FIG. 2 described above, the laser element 20 and the optical waveguide region 20a are indicated by broken lines. The laser device 200 is different from the first embodiment in that the narrow portion 31a is disposed on the light reflection end face 20c side. Further, in the laser device 200 shown in FIG. 8, the metal layer 10a is omitted, but can be provided in the same manner as in the first embodiment.

このように、幅狭部３１ａは光反射端面２０ｃ側に配置することもできる。これによって、良好な放熱性を維持しながら、光反射端面２０ｃへの導電部材１１の這い上がりを抑制することができる。特に、光反射端面２０ｃに導電部材１１が這い上がることによりモニター光が遮られる場合があるが、レーザ装置２００であれば係る問題を軽減することができる。また、幅狭部３１ａを有することで、導電部材３１を基板１０の端部に接して設けることができるため、基板１０の光導波路領域２０ａ延伸方向における長さを短縮でき、省スペース化することができる。また、これによって基板１０の材料コストを低減することができる。特に、ＳｉＣ等の高価な材料を用いる場合には、コスト低減効果が大きい。好ましくは、図８に示すように、基板１０の端部が光反射端面２０ｃと一致するように設定する。ただし厳密に一致させる必要はなく、レーザ素子２０の実装精度のバラツキによって多少のズレがあってもよい。例えば、５〜１５μｍ程度のズレがあってもよい。   Thus, the narrow part 31a can also be arrange | positioned at the light reflection end surface 20c side. Thereby, the creeping of the conductive member 11 to the light reflecting end face 20c can be suppressed while maintaining good heat dissipation. In particular, the monitor light may be blocked by the conductive member 11 creeping up on the light reflecting end face 20c. However, the laser device 200 can alleviate such a problem. In addition, since the conductive member 31 can be provided in contact with the end portion of the substrate 10 by having the narrow portion 31a, the length of the substrate 10 in the extending direction of the optical waveguide region 20a can be shortened, and space saving is achieved. Can do. Moreover, the material cost of the board | substrate 10 can be reduced by this. In particular, when an expensive material such as SiC is used, the cost reduction effect is great. Preferably, as shown in FIG. 8, it sets so that the edge part of the board | substrate 10 may correspond with the light reflection end surface 20c. However, it is not necessary to exactly match, and there may be some deviation due to variations in mounting accuracy of the laser element 20. For example, there may be a deviation of about 5 to 15 μm.

＜実施の形態３＞
図９は、実施の形態３に係るレーザ装置３００の概略平面図である。図９では、上述の図２と同様に、レーザ素子２０及び光導波路領域２０ａを破線で示す。レーザ装置３００は、幅狭部４１ａを光出射端面２０ｂ側及び光反射端面２０ｃ側に配置した点で実施の形態１と異なる。また、図９に示すレーザ装置３００では金属層１０ａは省略するが、実施の形態１と同様に設けることができる。 <Embodiment 3>
FIG. 9 is a schematic plan view of a laser device 300 according to the third embodiment. In FIG. 9, similarly to FIG. 2 described above, the laser element 20 and the optical waveguide region 20a are indicated by broken lines. The laser device 300 is different from the first embodiment in that the narrow portion 41a is arranged on the light emitting end face 20b side and the light reflecting end face 20c side. In the laser device 300 shown in FIG. 9, the metal layer 10a is omitted, but can be provided in the same manner as in the first embodiment.

このように、幅狭部４１ａは光出射端面２０ｂ側と光反射端面２０ｃ側の両方に配置することもできる。これによって、放熱性を低下させることなく、光出射端面２０ｂと光反射端面２０ｃそれぞれへの導電性部材の這い上がりを抑制することができる。また、光出射端面２０ｂ側と光反射端面２０ｃ側の両方において導電部材１１を基板１０の端部に接して設け、光導波路領域２０ａ延伸方向における基板１０の長さを導電部材１１の長さと一致させることができるので、良好な放熱性を維持しながら、基板１０をさらに小面積化することができ、基板１０の材料コストをさらに低減することができる。基板１０の端部とレーザ素子２０の位置関係については、上述の実施の形態２と同様である。   As described above, the narrow portion 41a can be disposed on both the light emitting end face 20b side and the light reflecting end face 20c side. Accordingly, it is possible to suppress creeping of the conductive member on each of the light emitting end face 20b and the light reflecting end face 20c without reducing heat dissipation. Further, the conductive member 11 is provided in contact with the end portion of the substrate 10 on both the light emitting end face 20b side and the light reflecting end face 20c side, and the length of the substrate 10 in the extending direction of the optical waveguide region 20a coincides with the length of the conductive member 11 Accordingly, the substrate 10 can be further reduced in area while maintaining good heat dissipation, and the material cost of the substrate 10 can be further reduced. The positional relationship between the edge of the substrate 10 and the laser element 20 is the same as that in the second embodiment.

なお、実施の形態２及び実施の形態３において、幅狭部３１ａ，４１ａの位置以外は、実施の形態１と同様のものを採用することができる。例えば、幅狭部３１ａ，４１ａ及び幅広部３１ｂ，４１ｂの形状として、図４〜７の形状を採用することができる。   In the second and third embodiments, the same ones as in the first embodiment can be adopted except for the positions of the narrow portions 31a and 41a. For example, the shapes of FIGS. 4 to 7 can be employed as the shapes of the narrow portions 31a and 41a and the wide portions 31b and 41b.

本発明のレーザ装置は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。   The laser apparatus of the present invention can be used for optical disc applications, optical communication systems, printing presses, exposure applications, measurements, and the like.

１００，２００，３００ レーザ装置
１０ 基板
１０ａ 金属層
１１，３１，４１ 導電部材
１１ａ，３１ａ，４１ａ 幅狭部
１１ｂ，３１ｂ，４１ｂ 幅広部
２０ レーザ素子
２０ａ 光導波路領域、２０ｂ 光出射端面、２０ｃ 光反射端面
２１ 素子基板
２２ 半導体層
２７ 第１導電型半導体層、２８ 発光層、２９ 第２導電型半導体層
２３ リッジ
２４ 電極（第２電極）
２５ 第１電極
２６ 絶縁膜 100, 200, 300 Laser device 10 Substrate 10a Metal layers 11, 31, 41 Conductive members 11a, 31a, 41a Narrow portions 11b, 31b, 41b Wide portions 20 Laser element 20a Optical waveguide region, 20b Light emitting end surface, 20c Light reflection End face 21 Element substrate 22 Semiconductor layer 27 First conductive type semiconductor layer, 28 Light emitting layer, 29 Second conductive type semiconductor layer 23 Ridge 24 Electrode (second electrode)
25 First electrode 26 Insulating film

Claims (9)

基板と、該基板上に設けられた導電部材と、該導電部材上に設けられた光導波路領域を有するレーザ素子と、を備えるレーザ装置であって、
前記導電部材は、前記導電部材の端部に設けられ、且つ、前記レーザ素子よりも幅が狭い幅狭部と、前記幅狭部よりも幅が広い幅広部と、を有し、
前記幅狭部及び前記幅広部は、前記光導波路領域の直下に設けられていることを特徴とするレーザ装置。 A laser device comprising: a substrate; a conductive member provided on the substrate; and a laser element having an optical waveguide region provided on the conductive member,
The conductive member is provided at an end portion of the conductive member, and has a narrow portion narrower than the laser element, and a wide portion wider than the narrow portion,
The laser device, wherein the narrow portion and the wide portion are provided immediately below the optical waveguide region. 前記幅広部は、前記幅狭部から連続して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the wide portion is provided continuously from the narrow portion. 前記幅狭部は、前記基板の一端に接していることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the narrow portion is in contact with one end of the substrate. 前記レーザ素子は、前記基板にフェースダウン実装されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the laser element is mounted face-down on the substrate. 前記幅広部は、前記レーザ素子よりも幅が広いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the wide portion is wider than the laser element. 前記レーザ素子は、前記導電部材と接続される電極を有し、
前記幅狭部は、前記電極よりも幅が狭いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ装置。 The laser element has an electrode connected to the conductive member,
The laser device according to claim 1, wherein the narrow portion is narrower than the electrode. 前記幅狭部は、前記レーザ素子の光出射端面側に設けられており、
前記レーザ素子は、その光出射端面側が前記基板から突出していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ装置。 The narrow portion is provided on the light emitting end face side of the laser element,
The laser device according to claim 1, wherein the light emitting end face side of the laser element protrudes from the substrate. 前記幅狭部は、前記レーザ素子の光出射端面側及び光反射端面側の両方に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the narrow portion is disposed on both a light emitting end face side and a light reflecting end face side of the laser element. 前記幅狭部は、前記幅広部へ向かって拡がる領域を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the narrow portion has a region that expands toward the wide portion.
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