JP2014072495A - Semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ、例えば高温または高出力で動作する半導体レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser, for example, a semiconductor laser operating at high temperature or high output.
従来、DVD(デジタル万能ディスク)の情報読み取りまたは情報書き込み用光源として用いられる半導体レーザ素子としては、特開2002−9382号公報(特許文献1)に記載されているものがある。 Conventionally, as a semiconductor laser element used as a light source for reading or writing information on a DVD (digital universal disk), there is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9382 (Patent Document 1).
以下、図5(a),図5(b)を用いて、本発明の課題を明確にするために便宜上提示する半導体レーザ素子について説明する。 Hereinafter, a semiconductor laser device presented for convenience in order to clarify the problem of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b).
図5(a)は、上記半導体レーザ素子を共振器長方向に垂直な面で切った断面を模式的に示す図である。図5(b)は、上記半導体レーザ素子の上面を模式的に示す図である。ただし、図5(b)では、SiO2膜1010およびTiAu/Auメッキ電極1011の図示は省略している。なお、図5(a)の断面を模式的に示す部分が図5(b)のどこの部分に対応するかが判るように、図5(a)と図5(b)の間に点線を引いている。
FIG. 5A is a diagram schematically showing a cross section of the semiconductor laser element taken along a plane perpendicular to the cavity length direction. FIG. 5B is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser element. However, in FIG. 5B, the SiO 2 film 1010 and the TiAu /
上記半導体レーザ素子は、n型GaAs基板1001上に形成されたn型GaAsバッファ層1002、n型AlGaInP下クラッド層1003、アンドープAlGaInP下ガイド層1004、アンドープGaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層1005、アンドープAlGaInP上ガイド層1006、p型AlGaInP上クラッド層1007、p型GaInP中間層1008およびp型GaAsキャップ層1009を備えている。
The semiconductor laser element includes an n-type
また、上記p型AlGaInP上クラッド層1007およびp型GaAsキャップ層1009には、リッジ部1051およびテラス部1052,1053が形成されている。このテラス部1052,1053の上面は平坦面になっている。
The p-type AlGaInP
また、SiO2膜1010が、リッジ部1051の側面と、テラス部1052,1053の上面および側面とを覆っている。 Further, the SiO 2 film 1010 covers the side surface of the ridge portion 1051 and the upper surface and side surfaces of the terrace portions 1052 and 1053.
また、上記半導体レーザ素子では、Ti/Auメッキ電極1011が上部電極として形成されていると共に、AuGeNi電極1012が下部電極として形成されている。このTi/Auメッキ電極1011はリッジ部1051の上面に接続されている。
In the semiconductor laser element, the Ti /
上記半導体レーザ素子を製造する場合、まず、n型GaAs基板1001上に、n型GaAsバッファ層1002、n型AlGaInP下クラッド層1003、アンドープAlGaInP下ガイド層1004、アンドープGaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層1005、アンドープAlGaInP上ガイド層1006、p型AlGaInP上クラッド層およびp型GaInP中間層およびp型GaAsキャップ層
を例えば有機金属気相成長法により順次成長させる。
When manufacturing the semiconductor laser device, first, an n-type
次に、フォトリソ工程により、p型AlGaInP上クラッド層およびp型GaAsキャップ層の一部を除去して、共振器長方向に延びるリッジ部1151を形成する。このとき、テラス部1152,1153も形成される。
Next, a part of the p-type AlGaInP upper cladding layer and the p-type GaAs cap layer are removed by a photolithography process, and a
次に、上記テラス部1152,1153のp型GaAsキャップ層1009の上面と、p型AlGaInP上クラッド層1007、p型GaInP中間層1008およびp型GaAsキャップ層1009においてフォトリソ工程で露出した面とをSiO2膜1010で覆った後、メッキ電極1011および電極1012を形成する。このとき、メッキ電極1011は、TiAuなどのオーミック電極を形成した後、熱放散のため、例えば2.0μmの厚みでAuメッキ電極を形成して得る。
Next, the upper surface of the p-type
最後に、素子分割工程により、複数の半導体レーザ素子を得る。 Finally, a plurality of semiconductor laser elements are obtained by the element dividing step.
このように製造した半導体レーザ素子は、放熱部品であるサブマウント(図示せず)にAuSnなどの半田層(図示せず)を介して固着される。このとき、発熱源である活性層1005に近いp型GaAsキャップ層1009側がサブマウントに近くなるように、半導体レーザ素子の固着を行う。
The semiconductor laser device manufactured in this way is fixed to a submount (not shown), which is a heat dissipation component, via a solder layer (not shown) such as AuSn. At this time, the semiconductor laser element is fixed so that the p-type
上記半導体レーザ素子は、温度上昇とともに、動作電流が増加する性質があり、サブマウントへ放熱することで、この温度上昇による動作電流の増加を低減している。 The semiconductor laser element has a property that the operating current increases as the temperature rises, and heat dissipation to the submount reduces the increase in operating current due to this temperature rise.
また、上記リッジ部1051に電流を流すと、リッジ部1051下に光が閉じ込められて、リッジ部1051下の活性層1005を中心にレーザ光が発生する。
Further, when a current is passed through the ridge portion 1051, light is confined under the ridge portion 1051, and laser light is generated around the
仮に、上記テラス部1052,1053を形成しなかったなら、サブマウントへの固着時にリッジ部1051に大きな応力が加わり、半導体レーザ素子の信頼性悪化などの不具合が発生してしまう。 If the terrace portions 1052 and 1053 are not formed, a large stress is applied to the ridge portion 1051 at the time of fixing to the submount, and problems such as deterioration of the reliability of the semiconductor laser element occur.
この不具合の発生を防ぐために、リッジ部1051の一側方に例えば幅5μmの溝を介してテラス部1052を形成すると共に、リッジ部1051の他側方に例えば幅5μmの溝を介してテラス部1053を形成する。これにより、上記サブマウントに半導体レーザ素子を固着したときに、テラス部1052,1053が支えとなって、リッジ部1051に大きな応力が加わることを防ぐことができる。 In order to prevent the occurrence of this problem, the terrace portion 1052 is formed on one side of the ridge portion 1051 through a groove having a width of 5 μm, for example, and the terrace portion is formed on the other side of the ridge portion 1051 through a groove having a width of 5 μm, for example. 1053 is formed. Thereby, when the semiconductor laser element is fixed to the submount, the terraces 1052 and 1053 can be supported to prevent a large stress from being applied to the ridge 1051.
ところで、上記参考例の半導体レーザ素子では、リッジ部1051下の活性層1005で発生する熱、または、電流通路であるリッジ部1051で発生する熱を、Ti/Auメッキ電極1011からサブマウントへ逃がしているが、このような放熱では不十分だという問題がある。
By the way, in the semiconductor laser device of the above reference example, the heat generated in the
特に、AlGaInP系半導体結晶で構成される赤色半導体レーザ素子では、発振波長を短く設定するほど、活性層と障壁層の間のエネルギー障壁が低くなり、高温で活性層のキャリアが障壁層へ逃げる割合が増加する。その結果、高温で動作電流が増加することが著しくなり、高温動作の妨げになっている。 In particular, in a red semiconductor laser device composed of an AlGaInP-based semiconductor crystal, the energy barrier between the active layer and the barrier layer becomes lower as the oscillation wavelength is set shorter, and the rate at which carriers in the active layer escape to the barrier layer at higher temperatures. Will increase. As a result, the operating current is remarkably increased at high temperatures, which hinders high temperature operation.
そこで、本発明の課題は、高温動作での電流の増加を低減できる半導体レーザ素子を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of reducing an increase in current in a high temperature operation.
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子は、
基板と、
上記基板上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成されたリッジ部と、
上記リッジ部の側方に形成されたテラス部と、
上記テラス部上に形成された金属と
を備え、
上記テラス部の上面には凹部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the semiconductor laser device of the present invention is
A substrate,
An active layer formed on the substrate;
A ridge formed on the active layer;
A terrace formed on the side of the ridge,
A metal formed on the terrace part,
A concave portion is formed on the upper surface of the terrace portion.
上記構成によれば、上記テラス部の上面に凹部を形成しているので、テラス部の上面が平坦面であるときよりも、テラス部と金属の接合面積が大きくなる。これにより、上記リッジ部下の活性層で発生する熱、または、リッジ部で発生する熱を、テラス部を介して金属に効率良く伝えることができる。したがって、上記金属を例えばサブマウントに固着した場合、金属は熱伝導率が良好であるので、金属からサブマウントへ熱を効率良く逃がすことができる。その結果、上記活性層の実効的な温度を低く保つことができるので、高温動作での電流の増加を低減できる。 According to the above configuration, since the concave portion is formed on the upper surface of the terrace portion, the bonding area between the terrace portion and the metal becomes larger than when the upper surface of the terrace portion is a flat surface. Thereby, the heat generated in the active layer under the ridge portion or the heat generated in the ridge portion can be efficiently transmitted to the metal through the terrace portion. Therefore, when the metal is fixed to, for example, the submount, the metal has good thermal conductivity, so that heat can be efficiently released from the metal to the submount. As a result, the effective temperature of the active layer can be kept low, so that an increase in current during high-temperature operation can be reduced.
なお、上記テラス部と金属の接合面積とは、テラス部において金属に直接的または間接的に接合される部分の面積を意味する。 Note that the bonding area between the terrace portion and the metal means an area of a portion where the terrace portion is directly or indirectly bonded to the metal.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が共振器長方向に対して平行な方向に延在している。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The recess extends in a direction parallel to the resonator length direction.
上記実施形態によれば、上記金属を例えばサブマウントに固着した場合、凹部が共振器長方向に対して平行な方向に延在するので、テラス部で発生する応力が分散し、リッジ部へ加わる応力は低下する。その結果、上記半導体レーザ素子の偏光特性の悪化、または、半導体レーザ素子の放射パターンの形状の乱れを低減できる。 According to the above embodiment, when the metal is fixed to, for example, a submount, the concave portion extends in a direction parallel to the resonator length direction, so that the stress generated in the terrace portion is dispersed and applied to the ridge portion. Stress is reduced. As a result, it is possible to reduce deterioration of the polarization characteristics of the semiconductor laser element or disturbance of the radiation pattern of the semiconductor laser element.
これに対して、上記参考例の半導体レーザ素子をサブマウントに固着した場合、基板の熱膨張係数がサブマウントの熱膨張係数と異なるために、固着後、共振器長方向と垂直な方向の応力がリッジ部に働く。その結果、上記参考例の半導体レーザ素子の偏光特性が悪化したり、上記参考例の半導体レーザ素子の放射パターンの形状が乱れたりしてしまう。 On the other hand, when the semiconductor laser device of the above reference example is fixed to the submount, the thermal expansion coefficient of the substrate is different from the thermal expansion coefficient of the submount. Works in the ridge. As a result, the polarization characteristics of the semiconductor laser device of the reference example are deteriorated, or the shape of the radiation pattern of the semiconductor laser device of the reference example is disturbed.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が共振器長方向に対して垂直な方向に延在している。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The concave portion extends in a direction perpendicular to the resonator length direction.
上記実施形態によれば、上記金属を例えばサブマウントに固着した場合、凹部が共振器長方向に対して垂直な方向に延在しているので、固着による応力が低下する。したがって、上記半導体レーザ素子の共振器方向のそりによる信頼性の低下、または、半導体レーザ素子の割れを防ぐことができる。 According to the above embodiment, when the metal is fixed to, for example, a submount, the concave portion extends in a direction perpendicular to the resonator length direction, so that stress due to the fixing is reduced. Therefore, it is possible to prevent a decrease in reliability due to warpage of the semiconductor laser element in the resonator direction or a crack of the semiconductor laser element.
これに対して、上記参考例の半導体レーザ素子をサブマウントに固着した場合、基板の熱膨張係数がサブマウントの熱膨張係数と異なるために、固着後、上記参考例の半導体レーザ素子に応力が働く。その結果、上記参考例の半導体レーザ素子に共振器方向のそりが発生して信頼性が低下したり、上記参考例の半導体レーザ素子が割れたりしてしまう。 On the other hand, when the semiconductor laser element of the above reference example is fixed to the submount, the thermal expansion coefficient of the substrate is different from the thermal expansion coefficient of the submount. work. As a result, the semiconductor laser element of the above reference example is warped in the cavity direction and the reliability is lowered, or the semiconductor laser element of the above reference example is cracked.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が、上記テラス部の上記リッジ部側の端から上記リッジ部から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに形成されている。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The concave portion is formed only in a portion within 30.0 μm from the end of the terrace portion on the ridge portion side in a direction away from the ridge portion.
上記実施形態によれば、上記テラス部のリッジ部側の端からリッジ部から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに、凹部を形成するので、リッジ部下の活性層の熱や、リッジ部の熱を金属へ効果的に逃すことができると共に、テラス部の強度低下によるかけの発生を防ぐことができる。 According to the embodiment, since the recess is formed only in the portion within 30.0 μm from the end of the terrace portion on the ridge portion side in the direction away from the ridge portion, the heat of the active layer below the ridge portion, The heat of the portion can be effectively released to the metal, and the occurrence of overhang due to the strength reduction of the terrace portion can be prevented.
一実施形態の半導体レーザ素子は、
共振器長方向に対して垂直であり、レーザ光を出射する出射端面を備え、
上記凹部が、上記テラス部の上記出射端面から上記出射端面から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに形成されている。
The semiconductor laser device of one embodiment
It is perpendicular to the resonator length direction and includes an emission end face that emits laser light.
The concave portion is formed only in a portion within 300.0 μm in the direction away from the emission end face from the emission end face of the terrace portion.
上記実施形態によれば、レーザ光の取り出し効率を高くするため、出射端面側の反射率を小さくし、出射端面とは反対側の反射率を大きくする場合、素子内部では共振器長さ方向で非対称な光分布になり、出射端面に近いほど光強度が大きくなる。このとき、上記出射端面近傍の温度が上がっても、テラス部の出射端面から出射端面から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに、凹部を形成しているので、出射端面のCOD(光学損傷)を防ぐことができると共に、テラス部の強度低下によるかけの発生を防ぐことができる。 According to the above embodiment, in order to increase the extraction efficiency of the laser beam, when the reflectance on the emission end face side is reduced and the reflectance on the side opposite to the emission end face is increased, the inside of the element is in the resonator length direction. The light intensity increases as the light distribution becomes asymmetric and the closer to the exit end face. At this time, even if the temperature in the vicinity of the emission end face rises, the recess is formed only in a portion within 300.0 μm from the emission end face of the terrace portion in the direction away from the emission end face. (Optical damage) can be prevented, and occurrence of overhang due to a decrease in strength of the terrace portion can be prevented.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記金属は、Auを含み、厚みが1.0μm以上4.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The metal contains Au and has a thickness of 1.0 μm or more and 4.0 μm or less.
上記実施形態によれば、上記金属は、Auを含み、厚みが1.0μm以上4.0μm以下であるので、金属の放熱効果を大きくすることができると共に、素子内部で生じる応力による偏光特性の悪化を防ぐことができる。 According to the above embodiment, the metal contains Au and has a thickness of 1.0 μm or more and 4.0 μm or less, so that the heat dissipation effect of the metal can be increased and the polarization characteristics due to the stress generated inside the element can be increased. Deterioration can be prevented.
もし、上記金属が、Auを含み、厚みが1.0μm未満であると、金属の放熱効果が小さくなってしまう一方、金属が、Auを含み、厚みが4.0μmを越えると、金属の状態により応力が発生し易くなり、偏光特性が悪化してしまう。 If the metal contains Au and the thickness is less than 1.0 μm, the heat dissipation effect of the metal is reduced. On the other hand, if the metal contains Au and the thickness exceeds 4.0 μm, the state of the metal As a result, stress is easily generated, and polarization characteristics are deteriorated.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部は、上記凹部の底が上記活性層の上面よりも上側に位置するように形成されている。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The recess is formed such that the bottom of the recess is located above the upper surface of the active layer.
上記実施形態によれば、上記凹部の底が上記活性層の上面よりも上側に位置するように、凹部を形成するので、リッジ部の形成工程で、リッジ部と同時に凹部を形成することができる。したがって、上記凹部を形成するためだけの工程を追加しなくて済む。 According to the embodiment, since the recess is formed so that the bottom of the recess is located above the upper surface of the active layer, the recess can be formed simultaneously with the ridge in the ridge formation process. . Therefore, it is not necessary to add a process only for forming the recess.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部は上記テラス部の上面に複数形成されており、
上記各凹部の幅は0.5μm以上2.0μm以下であり、
隣り合う上記凹部同士の間隔が上記凹部の深さ以上2.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
A plurality of the concave portions are formed on the upper surface of the terrace portion,
The width of each recess is 0.5 μm or more and 2.0 μm or less,
The interval between the adjacent recesses is not less than the depth of the recess and not more than 2.0 μm.
上記実施形態によれば、上記各凹部の幅が0.5μm以上であるので、エッチング工程で各凹部を深くして、放熱面積を拡大する効果を大きくすることができる。 According to the above embodiment, since the width of each recess is 0.5 μm or more, the effect of enlarging each recess in the etching process and expanding the heat radiation area can be increased.
また、上記各凹部の幅が2.0μm以下であるので、テラス部の支えの効果が小さくなるのを防ぐことができる。したがって、上記リッジ部への応力の増加を防ぐことができる。 Further, since the width of each of the concave portions is 2.0 μm or less, it is possible to prevent the effect of supporting the terrace portion from being reduced. Therefore, an increase in stress on the ridge portion can be prevented.
また、上記隣り合う凹部同士の間隔が凹部の深さ以上であるので、凹部同士間の部分の強度が高くなり、その部分がかけるのを防ぐことができる。 Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed parts is more than the depth of a recessed part, the intensity | strength of the part between recessed parts becomes high, and it can prevent that part applying.
また、上記隣り合う凹部同士の間隔が2.0μm以下であるので、凹部が形成されていない領域が減少し、放熱面積を拡大する効果が大きくすることができる。 Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed part is 2.0 micrometers or less, the area | region in which the recessed part is not formed reduces, and the effect which expands a thermal radiation area can be enlarged.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記リッジ部と上記テラス部との間隔が4.0μm以上10.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The distance between the ridge portion and the terrace portion is 4.0 μm or more and 10.0 μm or less.
上記実施形態によれば、上記リッジ部とテラス部との間隔が4.0μm以上であるので、テラス部がレーザ光の分布に悪影響を及ぼし難くなり、レーザ光の放射角が所定角からずれるのを防ぐことができる。 According to the above embodiment, since the distance between the ridge portion and the terrace portion is 4.0 μm or more, the terrace portion is unlikely to adversely affect the distribution of the laser beam, and the radiation angle of the laser beam deviates from a predetermined angle. Can be prevented.
また、上記リッジ部とテラス部との間隔が10.0μm以下であるので、リッジ部下の活性層の熱や、リッジ部の熱を、金属へ効果的に逃すことができる。 In addition, since the distance between the ridge portion and the terrace portion is 10.0 μm or less, the heat of the active layer under the ridge portion and the heat of the ridge portion can be effectively released to the metal.
一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記活性層へ向かう電流を狭窄するために形成され、上記リッジ部の側面と上記凹部の底面および側面とを覆う誘電体膜を備え、
上記誘電体膜において、上記リッジ部の側面を覆う部分の厚みが、100nm以上200nm以下である。
The semiconductor laser device of one embodiment
A dielectric film is formed to confine current flowing toward the active layer, and covers a side surface of the ridge portion and a bottom surface and a side surface of the recess.
In the dielectric film, the thickness of the portion covering the side surface of the ridge portion is not less than 100 nm and not more than 200 nm.
上記実施形態によれば、上記誘電体膜において、リッジ部の側面を覆う部分の厚みが、100nm以上であるので、レーザ光が誘電体膜の上部に形成される金属まで広がらず、金属の吸収損失による電流増加を防止できる。 According to the embodiment, since the thickness of the portion covering the side surface of the ridge portion in the dielectric film is 100 nm or more, the laser beam does not spread to the metal formed on the dielectric film, and the metal absorption Current increase due to loss can be prevented.
また、上記誘電体膜において、リッジ部の側面を覆う部分の厚みが、200nm以下であるので、誘電体膜の熱抵抗により放熱が悪化することを防止できる。 Further, in the dielectric film, since the thickness of the portion covering the side surface of the ridge portion is 200 nm or less, it is possible to prevent heat dissipation from deteriorating due to the thermal resistance of the dielectric film.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記誘電体膜において、上記凹部の底面および側面を覆う部分の厚みが、100nm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
In the dielectric film, the thickness of the portion covering the bottom and side surfaces of the recess is 100 nm or less.
上記実施形態によれば、上記誘電体膜において、凹部の底面および側面を覆う部分の厚みが、100nm以下であるので、その部分を介して金属へ効果的に放熱できる。 According to the embodiment, since the thickness of the portion covering the bottom surface and the side surface of the recess is 100 nm or less in the dielectric film, heat can be effectively radiated to the metal through the portion.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記金属は、上記テラス部に直接的に接合されており、
上記金属と上記テラス部との直接的な接合はショットキー接合である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The metal is directly joined to the terrace part,
Direct bonding between the metal and the terrace portion is a Schottky junction.
上記実施形態によれば、上記テラス部に金属を直接的に接合しているので、テラス部から金属への放熱効率を非常に高くすることができる。 According to the embodiment, since the metal is directly joined to the terrace portion, the heat dissipation efficiency from the terrace portion to the metal can be extremely increased.
また、上記金属とテラス部との直接的な接合はショットキー接合であるので、ショットキバリアを形成し、金属とテラス部との間を電流が流れない。したがって、上記活性層へ向かう電流を確実に狭窄することができる。 Further, since the direct bonding between the metal and the terrace portion is a Schottky junction, a Schottky barrier is formed, and no current flows between the metal and the terrace portion. Therefore, the current flowing toward the active layer can be reliably narrowed.
本発明の半導体レーザ素子は、基板と、この基板上に形成された活性層と、この活性層上に形成されたリッジ部と、このリッジ部の側方に形成されたテラス部と、このテラス部上に形成された金属とを備え、テラス部の上面には凹部が形成されているという構成によって、テラス部の上面が平坦面であるときよりも、テラス部と金属の接合面積が大きくなるので、リッジ部下の活性層で発生する熱、または、リッジ部で発生する熱を、テラス部を介して金属に効率良く伝えることができる。したがって、上記金属から外部へ熱を効率良く逃がすことができるので、活性層の実効的な温度を低く保つことができる結果、高温動作での電流の増加を低減できる。 The semiconductor laser device of the present invention includes a substrate, an active layer formed on the substrate, a ridge formed on the active layer, a terrace formed on the side of the ridge, and the terrace. The surface area of the terrace portion and the metal is larger than when the top surface of the terrace portion is a flat surface. Therefore, the heat generated in the active layer under the ridge portion or the heat generated in the ridge portion can be efficiently transmitted to the metal through the terrace portion. Therefore, heat can be efficiently released from the metal to the outside, and the effective temperature of the active layer can be kept low. As a result, an increase in current during high-temperature operation can be reduced.
以下、本発明の半導体レーザ素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。 The semiconductor laser device of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.
〔実施例1〕
図1(a)は、本発明の実施例1の半導体レーザ素子を共振器長方向に垂直な面で切った断面を模式的に示す図である。図1(b)は、上記半導体レーザ素子の上面を模式的に示す図である。ただし、図1(b)では、SiO2膜112およびTiAu/Auメッキ電極113の図示は省略している。なお、図1(a)の断面を模式的に示す部分が図1(b)のどこの部分に対応するかが判るように、図1(a)と図1(b)の間に点線を引いている。
[Example 1]
FIG. 1A is a diagram schematically showing a cross section of the semiconductor laser device according to Example 1 of the present invention taken along a plane perpendicular to the cavity length direction. FIG. 1B is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser element. However, in FIG. 1B, the SiO 2 film 112 and the TiAu /
上記半導体レーザ素子は、図1(a),図1(b)に示すように、n型GaAs基板101と、この基板101上に有機金属気相エピタキシ法で形成されたn型GaInP(厚み0.25μm)バッファ層102、n型AlGaInP(Al組成比0.7、厚み3.0μm)下クラッド層103、アンドープAlGaInP(Al組成比0.55、厚み20nm)下ガイド層104、アンドープGaInP(厚み4nm)/AlGaInP(Al組成比0.55、厚み6nm)多重量子井戸活性層105、アンドープAlGaInP(Al組成比0.55、厚み20nm)上ガイド層106、p型AlGaInP(Al組成比0.7、厚み0.15μm)第1上クラッド層107、p型GaInP(厚み13nm)エッチングストップ層108、p型AlGaInP(Al組成比0.7、厚み1.0μm)第2上クラッド層109、p型GaInP(厚み35nm)中間層110およびp型GaAs(厚み0.3μm)キャップ層111を備えている。なお、基板101は基板の一例であり、多重量子井戸活性層105は活性層の一例である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor laser element includes an n-
また、上記半導体レーザ素子の基板101側とは反対側には、フォトリソ工程により、リッジ部151と、リッジ部151を横方向から挟むテラス部152,153とが形成されている。このリッジ部151およびテラス部152,153は、それぞれ、第2上クラッド層109、中間層110およびキャップ層111の一部からなっている。
On the opposite side of the semiconductor laser element from the
上記テラス部152の上面の全体にわたって、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の溝状の凹部152aを形成している。また、テラス部153の上面にも全体にわたって、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の溝状の凹部153aを形成している。
A plurality of groove-shaped
本実施例1では、p型AlGaInP層、p型GaInP層およびp型GaAs層をこの順で積層した後、 エッチングストップ層108の上方までドライエッチングを実施した後、エッチングストップ層108でエッチングが停止するまでウエットエッチングを実施して、リッジ部151およびテラス部152,153を形成している。
In Example 1, a p-type AlGaInP layer, a p-type GaInP layer, and a p-type GaAs layer are stacked in this order, and then dry etching is performed above the
また、上記リッジ部151の側面と、テラス部152,153の上面および側面とを、SiO2膜112で覆っている。このSiO2膜112において、リッジ部151の側面を覆う部分の厚みは100nmである。また、SiO2膜112において、リッジ部151の側面を覆う部分の厚みも100nmである。なお、SiO2膜112は誘電体膜の一例である。
In addition, the side surface of the
また、上記SiO2膜112上およびリッジ部151上には、TiAu/Auメッキ電極113を形成している。一方、基板101下にはAuGeNi電極114を形成している。なお、TiAu/Auメッキ電極113は金属の一例である。
A TiAu /
また、上記リッジ部151の幅(共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の長さ)は1.7μmで、リッジ部151とテラス部152,153との間隔は5.0μmで、レーザの共振器長は1500μmで、チップ幅は110μmである。また、レーザ光の発振波長は640nmである。なお、チップ幅とは、半導体レーザ素子の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の長さを意味する。
The width of the ridge 151 (the length in the resonator length direction and the direction perpendicular to the layer thickness direction) is 1.7 μm, and the distance between the
また、上記リッジ部151を形成するフォトリソ工程において、リッジ部151と同時に複数の凹部152a,153aを形成している。この各凹部152a,153aの幅は2.0μmである。また、隣り合う凹部152a同士の間隔、および、隣り合う凹部153a同士の間隔は、2.0μmである。また、凹部152aおよび凹部153aの深さは、リッジ部151の高さと同じ1.3μmである。
In the photolithography process for forming the
また、上記凹部152a,153aの形成後、電極形成工程により、凹部152a,153a内にSiO2膜112を介してメッキ電極113の一部を埋め込んでいる。このメッキ電極113の最も厚い部分の厚みは2.5μmである。
In addition, after the formation of the
なお、図1(b)において、161は出射端面の一例としての前端面であり、162は後端面である。
In FIG. 1B,
上記構成の半導体レーザ素子によれば、テラス部152,153の上面に凹部152a,153aを形成しているので、テラス部152,153の上面が平坦面であるときよりも、テラス部152,153とメッキ電極113の接合面積が大きくなる。これにより、上記リッジ部151下の多重量子井戸活性層105で発生する熱、または、リッジ部151で発生する熱を、テラス部152,153を介して金属に効率良く伝えることができる。したがって、上記メッキ電極113を例えばサブマウントに固着した場合、メッキ電極113は熱伝導率が良好であるので、メッキ電極113からサブマウントへ熱を効率良く逃がすことができる。その結果、多重量子井戸活性層105の実効的な温度を低く保つことができるので、高温動作での電流の増加を低減できる。
According to the semiconductor laser device having the above configuration, since the
また、上記半導体レーザ素子は、テラス部に凹部がない従来の半導体レーザ素子と比べて、例えば100mWの連続発振駆動で動作温度を10℃高くでき、70℃で動作できた。 In addition, the semiconductor laser device can be operated at a temperature of 10 ° C. and can be operated at 70 ° C. by continuous oscillation driving of 100 mW, for example, as compared with a conventional semiconductor laser device having no recess in the terrace portion.
また、上記メッキ電極113を例えばサブマウントに固着した場合、凹部152a,153aが共振器長方向に対して平行な方向に延在するので、テラス部152,153で発生する応力が分散し、リッジ部151へ加わる応力は低下する。その結果、上記半導体レーザ素子の偏光特性の悪化、または、半導体レーザ素子の放射パターンの形状の乱れを低減できる。
Further, when the plated
また、上記メッキ電極113は、Auを含み、最も厚い部分の厚みが2.5μmであるので、メッキ電極113の放熱効果を大きくすることができると共に、素子内部で生じる応力による偏光特性の悪化を防ぐことができる。
Further, since the
また、上記各凹部152a,153aの幅が2.0μmであるので、エッチング工程で各凹部152a,153aを深くして、放熱面積を拡大する効果を大きくすることができる。
Further, since the width of each of the
また、上記各凹部152a,153aの幅が2.0μmであるので、テラス部152,153の支えの効果が小さくなるのを防ぐことができる。したがって、リッジ部151への応力の増加を防ぐことができる。
In addition, since the width of each of the
また、上記隣り合う凹部152a同士の間隔が、凹部152aの深さ以上の2.0μmであるので、凹部152a同士間の部分の強度が高くなり、その部分がかけるのを防ぐことができる。
Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed
また、上記隣り合う凹部152a同士の間隔が、2.0μmであるので、凹部152aが形成されていない領域が減少し、放熱面積を拡大する効果が大きくすることができる。
Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed
また、上記隣り合う凹部153a同士の間隔が、凹部153aの深さ以上の2.0μmであるので、凹部153a同士間の部分の強度が高くなり、その部分がかけるのを防ぐことができる。
Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed
また、上記隣り合う凹部153a同士の間隔が、2.0μmであるので、凹部153aが形成されていない領域が減少し、放熱面積を拡大する効果が大きくすることができる。
Moreover, since the space | interval of the said adjacent recessed
また、上記リッジ部151とテラス部152,153との間隔が5.0μmであるので、テラス部152,153がレーザ光の分布に悪影響を及ぼし難くなり、レーザ光の放射角が所定角からずれるのを防ぐことができる。
In addition, since the distance between the
また、上記リッジ部151とテラス部152,153との間隔が10.0μm以下であるので、リッジ部151下の多重量子井戸活性層105の熱や、リッジ部151の熱を、メッキ電極113へ効果的に逃すことができる。
Further, since the interval between the
また、上記SiO2膜112において、リッジ部151の側面を覆う部分の厚みが、100nmであるので、レーザ光がSiO2膜112の上部に形成されるメッキ電極113まで広がらず、メッキ電極113の吸収損失による電流増加を防止できると共に、SiO2膜112の熱抵抗により放熱が悪化することを防止できる。
In addition, since the thickness of the portion covering the side surface of the
また、上記SiO2膜112において、凹部152a,153aの底面および側面を覆う部分の厚みが、100nmであるので、その部分を介してメッキ電極113へ効果的に放熱できる。
Further, in the SiO 2 film 112, the thickness of the portions covering the bottom surfaces and the side surfaces of the
上記実施例1では、SiO2膜212を誘電体膜の一例として用いていたが、例えば、SiNまたはAl2O3誘電体膜の一例として用いてもよい。 In the first embodiment, the SiO 2 film 212 is used as an example of a dielectric film, but may be used as an example of an SiN or Al 2 O 3 dielectric film.
上記実施例1では、テラス部152の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の溝状の凹部152aを形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する単数の溝状の凹部を形成してもよい。あるいは、テラス部152の上面に、円柱状または四角柱状の凹部を単数または複数形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of groove-shaped
上記実施例1では、テラス部153の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の溝状の凹部153aを形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する単数の溝状の凹部を形成してもよい。あるいは、テラス部153の上面に、円柱状または四角柱状の凹部を単数または複数形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of groove-
上記実施例1では、テラス部152の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部152aを同じ幅で形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部を異なる幅で形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of
上記実施例1では、テラス部153の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部153aを同じ幅で形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部を異なる幅で形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of
上記実施例1では、テラス部152の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部152aを同じ間隔で形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部を異なる間隔で形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of
上記実施例1では、テラス部153の上面に、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部153aを同じ間隔で形成していたが、共振器長方向に対して平行な方向に延在する複数の凹部を異なる間隔で形成してもよい。
In the first embodiment, the plurality of
上記実施例1では、リッジ部151とテラス部152,153との間隔は、5.0μmの間隔にしていたが、4.0μm以上10.0μm以下かつ5.0μm以外の間隔にしてもよい。
In the first embodiment, the interval between the
上記実施例1では、各凹部152aの幅は、2.0μmの幅にしていたが、0.5μm以上2.0μm以下かつ2.0μm以外の幅にしてもよい。
In the first embodiment, the width of each
上記実施例1では、各凹部153aの幅は、2.0μmの幅にしていたが、0.5μm以上2.0μm以下かつ2.0μm以外の幅にしてもよい。
In the first embodiment, the width of each
上記実施例1では、隣り合う凹部152a同士の間隔は、2.0μmの間隔にしていたが、凹部152aの深さ以上2.0μm以下2.0μm以外の間隔にしてもよい。
In the first embodiment, the interval between the
上記実施例1では、隣り合う凹部153a同士の間隔は、2.0μmの間隔にしていたが、凹部153aの深さ以上2.0μm以下2.0μm以外の間隔にしてもよい。
In the first embodiment, the interval between the
上記実施例1では、メッキ電極113の最も厚い部分の厚みは、2.5μmの厚みにしていたが、1.0μm以上4.0μm以下かつ2.5μm以外の厚みにしてもよい。
In the first embodiment, the thickness of the thickest part of the
上記実施例1では、半導体レーザ素子の上側に、メッキ電極113を形成していたが、メッキ電極113以外であっても、Auを含む金属であれば形成してもよい。
In the first embodiment, the
上記実施例1では、SiO2膜112において、リッジ部151の側面を覆う部分の厚みは、100nmの厚みにしていたが、100nm以上200nm以下かつ100nm以外の厚みにしてもよい。
In the first embodiment, the thickness of the portion covering the side surface of the
上記実施例1では、SiO2膜112において、凹部152aの底面および側面を覆う部分の厚みは、100nmの厚みにしていたが、100nm未満の厚みにしてもよい。
In the first embodiment, the thickness of the portion covering the bottom surface and the side surface of the
上記実施例1では、SiO2膜112において、凹部153aの底面および側面を覆う部分の厚みは、100nmの厚みにしていたが、100nm未満の厚みにしてもよい
〔実施例2〕
図2(a)は、本発明の実施例2の半導体レーザ素子を共振器長方向および層厚方向に平行な面で切った断面を模式的に示す図である。図2(b)は、上記半導体レーザ素子の上面を模式的に示す図である。ただし、図2(b)では、SiO2膜212およびTiAu/Auメッキ電極213の図示は省略している。なお、図2(a)の断面を模式的に示す部分が図2(b)のどこの部分に対応するかが判るように、図2(a)と図2(b)の間に点線を引いている。また、図2(a),図2(b)において、図1(a),図1(b)に示した実施例1の構成部と同一構成部は、実施例1の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。
In the first embodiment, the thickness of the portion covering the bottom surface and the side surface of the
FIG. 2A is a diagram schematically showing a cross section of the semiconductor laser element according to Example 2 of the present invention, taken along a plane parallel to the cavity length direction and the layer thickness direction. FIG. 2B is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser element. However, in FIG. 2B, the SiO 2 film 212 and the TiAu /
上記半導体レーザ素子は、図2(a),図2(b)に示すように、n型GaAs基板101と、この基板101上に有機金属気相エピタキシ法で形成されたn型GaInP(厚み0.25μm)バッファ層102、n型AlGaInP(Al組成比0.7、厚み3.0μm)下クラッド層103、アンドープAlGaInP(Al組成比0.55、厚み20nm)下ガイド層104、アンドープGaInP(厚み4nm)/AlGaInP(Al組成比0.55、厚み6nm)多重量子井戸活性層105、アンドープAlGaInP(Al組成比0.55、厚み20nm)上ガイド層106、p型AlGaInP(Al組成比0.7、厚み1.5μm)上クラッド層207、p型GaInP(厚み35nm)中間層110およびp型GaAs(厚み0.3μm)キャップ層111を備えている。
2A and 2B, the semiconductor laser element includes an n-
また、上記半導体レーザ素子の基板101側とは反対側には、フォトリソ工程により、リッジ部251と、リッジ部251を横方向から挟むテラス部252,253とが形成されている。このリッジ部251およびテラス部252,253は、それぞれ、上クラッド層207、中間層110およびキャップ層111の一部からなっている。
Further, a
また、上記テラス部252の上面の全体にわたって、共振器長方向に対して垂直な方向に延在する複数の凹部252aを形成している。また、上記テラス部253の上面にも全体にわたって、共振器長方向に対して垂直な方向に延在する複数の凹部253aを形成している。
A plurality of
また、上記リッジ部251の側面と、テラス部252,253の上面および側面とを、SiO2(厚み100nm)膜212で覆っている。なお、SiO2膜212は誘電体膜の一例である。
Further, the side surfaces of the
また、上記SiO2膜212上およびリッジ部251上には、TiAu/Auメッキ電極213を形成する。一方、基板101下にはAuGeNi電極114を形成する。なお、TiAu/Auメッキ電極213は金属の一例である。
A TiAu /
また、上記リッジ部251の幅(共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の長さ)は1.7μmで、リッジ部251とテラス部252,253との間隔は5.0μmで、レーザの共振器長は1500μmで、チップ幅は110μmである。また、レーザ光の発振波長は640nmである。
The width of the ridge portion 251 (the length in the resonator length direction and the direction perpendicular to the layer thickness direction) is 1.7 μm, and the distance between the
また、上記リッジ部251を形成するフォトリソ工程において、リッジ部251と同時に複数の凹部252a,253aを形成する。この各凹部252a,253aの幅は2.0μmである。また、隣り合う凹部252a同士の間隔、および、隣り合う凹部253a同士の間隔は、2.0μmである。また、凹部252aおよび凹部253aの深さは、リッジ部251の高さと同じ1.3μmである。
In the photolithography process for forming the
また、上記凹部252a,253aの形成後、電極形成工程により、凹部252a,253a内にSiO2膜212を介してメッキ電極213の一部を埋め込む。このメッキ電極213の最も厚い部分の厚みは2.0μmである。
In addition, after the formation of the
なお、図2(b)において、261は出射端面の一例としての前端面であり、262は後端面である。
In FIG. 2B,
上記構成の半導体レーザ素子によれば、テラス部252,253の上面に凹部252a,253aを形成しているので、テラス部252,253の上面が平坦面であるときよりも、テラス部252,253とメッキ電極213の接合面積が大きくなる。これにより、上記リッジ部251下の多重量子井戸活性層105で発生する熱、または、リッジ部251で発生する熱を、テラス部252,253を介して金属に効率良く伝えることができる。したがって、上記メッキ電極213を例えばサブマウントに固着した場合、メッキ電極213は熱伝導率が良好であるので、メッキ電極213からサブマウントへ熱を効率良く逃がすことができる。その結果、多重量子井戸活性層105の実効的な温度を低く保つことができるので、高温動作での電流の増加を低減できる。
According to the semiconductor laser device having the above configuration, since the
また、上記半導体レーザ素子は、テラス部に凹部がない従来の半導体レーザ素子と比べて、例えば100mWの連続発振駆動で動作温度を10℃高くでき、70℃で動作できた。 In addition, the semiconductor laser device can be operated at a temperature of 10 ° C. and can be operated at 70 ° C. by continuous oscillation driving of 100 mW, for example, as compared with a conventional semiconductor laser device having no recess in the terrace portion.
また、上記メッキ電極213を例えばサブマウントに固着した場合、凹部252a,253aが共振器長方向に対して垂直な方向に延在しているので、固着による応力が低下する。したがって、上記半導体レーザ素子の共振器方向のそりによる信頼性の低下、または、半導体レーザ素子の割れを防ぐことができる。
Further, when the
〔実施例3〕
図3(a)は、本発明の実施例3の半導体レーザ素子を共振器長方向に垂直な面で切った断面を模式的に示す図である。図3(b)は、上記半導体レーザ素子の上面を模式的に示す図である。ただし、図3(b)では、SiO2膜312およびTiAu/Auメッキ電極313の図示は省略している。なお、図3(a)の断面を模式的に示す部分が図3(b)のどこの部分に対応するかが判るように、図3(a)と図2(b)の間に点線を引いている。また、図3(a),図3(b)において、図1(a),図1(b)に示した実施例1の構成部と同一構成部は、実施例1の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。
Example 3
FIG. 3A is a diagram schematically showing a cross section of the semiconductor laser device according to Example 3 of the present invention taken along a plane perpendicular to the cavity length direction. FIG. 3B is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser element. However, in FIG. 3B, the SiO 2 film 312 and the TiAu /
上記実施例3の半導体レーザ素子は、実施例1の製造プロセスと同様の製造プロセスで得られる。この半導体レーザ素子は、図3(a),図3(b)に示すように、エピ構造が上記実施例1のエピ構造と同じであるが、テラス部352,353の凹部352a,353aの形成範囲が上記実施例1のテラス部152,153の凹部152a,153aの形成範囲と異なっている。
The semiconductor laser device of Example 3 is obtained by the same manufacturing process as that of Example 1. As shown in FIGS. 3A and 3B, this semiconductor laser device has the same epi structure as that of the first embodiment, but the formation of the
より詳しくは、上記凹部352a,353aは、テラス部352,353のリッジ部151側の端からリッジ部151から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに形成されている。
More specifically, the
また、上記リッジ部151の側面と、テラス部352,353の上面および側面とを、SiO2膜312で覆っている。なお、SiO2膜312は誘電体膜の一例である。
Further, the side surface of the
上記SiO2膜312において、リッジ部151とテラス部352,353の間の部分の厚みは200nmにしているが、テラス部352,353の上面と、凹部352a,353aの底面および側面とを覆う部分の厚みは50nmにしている。このようなSiO2膜312は、実施例1のSiO2膜112を形成した後、リッジ部151およびその両側の一部をレジストでカバーした後、エッチングを実施することで得られる。
In the SiO 2 film 312, the thickness between the
なお、図3(b)において、361は出射端面の一例としての前端面であり、362は後端面である。
In FIG. 3B,
上記構成の半導体レーザ素子によれば、テラス部352,353のリッジ部151側の端からリッジ部151から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに、凹部352a,353aを形成しているので、リッジ部151下の多重量子井戸活性層105の熱や、リッジ部151の熱をメッキ電極313へ効果的に逃すことができると共に、テラス部352,353の強度低下によるかけの発生を防ぐことができる。
According to the semiconductor laser device having the above configuration, the
また、上記SiO2膜312において、凹部352a,353aの底面および側面とを覆う部分の厚みを、50nmにしているので、実施例1よりも効果的に凹部352a,353aから放熱することができる。
In addition, since the thickness of the portion covering the bottom and side surfaces of the
〔実施例4〕
図4(a)は、本発明の実施例4の半導体レーザ素子を共振器長方向および層厚方向に平行な面で切った断面を模式的に示す図である。図4(b)は、上記半導体レーザ素子の上面を模式的に示す図である。ただし、図4(b)では、SiO2膜およびTiAu/Auメッキ電極413の図示は省略している。なお、図4(a)の断面を模式的に示す部分が図4(b)のどこの部分に対応するかが判るように、図4(a)と図4(b)の間に点線を引いている。また、図4(a),図4(b)において、図2(a),図2(b)に示した実施例2の構成部と同一構成部は、実施例2の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。また、以下の説明においても、図2(a),図2(b)に示した実施例2の構成部と同一構成部は、実施例2の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。
Example 4
FIG. 4A is a diagram schematically showing a cross section of the semiconductor laser element according to Example 4 of the present invention cut along a plane parallel to the cavity length direction and the layer thickness direction. FIG. 4B is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser element. However, in FIG. 4B, the SiO 2 film and the TiAu /
上記実施例4の半導体レーザ素子は、実施例2の製造プロセスと同様の製造プロセスで得られるものである。この半導体レーザ素子は、図4(a),図4(b)に示すように、エピ構造が上記実施例2のエピ構造と同じであるが、テラス部452,453の凹部452a,453aの形成範囲が上記実施例2のテラス部252,253の凹部252a,253aの形成範囲と異なっている。
The semiconductor laser device of Example 4 is obtained by the same manufacturing process as that of Example 2. As shown in FIGS. 4A and 4B, this semiconductor laser device has the same epi structure as that of the second embodiment, but formation of
より詳しくは、上記凹部452a,453aが、テラス部452,453の前端面461から前端面461から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに形成されている。なお、前端面461は出射端面の一例である。
More specifically, the
また、上記テラス部452,453とリッジ部251の間にはSiO2膜(厚み200nm)を形成しているが、テラス部452,453上にはSiO2膜を形成していない。すなわち、上記リッジ部251の側面はSiO2膜で覆っているが、テラス部452,453の上面と、凹部452a,453aの底面および側面とは、SiO2膜で覆っていない。
An SiO 2 film (thickness 200 nm) is formed between the
上記テラス部452,453は、それぞれ、上クラッド層207の一部からなっている。このテラス部452,453は中間層110およびキャップ層111を含んでいない。
Each of the
より詳しくは、実施例1の製造プロセスで、SiO2膜112を形成した後、リッジ部251とその両側の一部をレジストで覆って、レジストで覆われていないSiO2膜112、キャップ層111および中間層110をエッチングで除去して、テラス部452,453を形成している。
More specifically, after the SiO 2 film 112 is formed by the manufacturing process of the first embodiment, the
その後、上記リッジ部251およびテラス部452,453上にTiAu/Auメッキ電極413を形成する。このメッキ電極413の下部を成すTiAuは、リッジ部251の上部を成すGaAsに対してはオーミック接合するので、リッジ部251へは例えば2V程度のバイアス電圧で電流が流れる。一方、上記TiAuは、テラス部452,453の上部を成すAlGaInPに対してはショットキー接合するので、電流が流れない。これにより、リッジ部251には電流を流すが、テラス部452,453には電流を流さない電流狭窄が得られるようになっている。
Thereafter, a TiAu /
なお、図4(b)において、462は後端面である。
In FIG. 4B,
上記構成の半導体レーザ素子によれば、前端面461近傍の温度が上がっても、テラス部の前端面461から前端面461から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに、凹部452a,453aを形成しているので、前端面461のCODを防ぐことができると共に、テラス部452,453の強度低下によるかけの発生を防ぐことができる。
According to the semiconductor laser device having the above configuration, even if the temperature in the vicinity of the
本実施例4では、前端面461の反射率が5%、後端面462の反射率が95%になるように、端面上に誘電体膜(例えば、前端面461をAl2O3,後端面462をAl2O3とTiOの多層膜)を形成している。この場合、レーザ内部では前端面461側の方が後端面462側よりも光強度が高くなっており、光強度が高い方のテラス部452,453に凹部452a,453aを形成することでこの領域の発熱によるCOD低下を効果的に抑えることができる。
In the fourth embodiment, a dielectric film (for example, the
また、上記メッキ電極413がテラス部452,453に直接的に接合しているので、テラス部452,453からメッキ電極413への放熱効率を非常に高くすることができる。
Further, since the
また、上記メッキ電極413とテラス部452,453との直接的な接合はショットキー接合であるので、メッキ電極413とテラス部452,453との間を電流が流れない。したがって、多重量子井戸活性層105へ向かう電流を確実に狭窄することができる。
In addition, since direct bonding between the plating
上記実施例1〜3において、AlGaInP系半導体結晶を用いた赤色半導体レーザ素子に本発明を適用した一例について説明したが、他の結晶系、例えばAlGaAs系またはAlGaInAs系などを用いた半導体レーザ素子にも本発明を適用してもよい。 In the first to third embodiments, an example in which the present invention is applied to a red semiconductor laser element using an AlGaInP-based semiconductor crystal has been described. However, the semiconductor laser element using another crystal system such as an AlGaAs-based or AlGaInAs-based semiconductor laser element has been described. The present invention may also be applied.
また、上記実施例1〜3およびその変形例を適宜組み合わせたものを本発明の一実施例としてもよい。 Moreover, what combined suitably the said Examples 1-3 and its modification is good also as one Example of this invention.
すなわち、本発明の半導体レーザ素子は、
基板と、
上記基板上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成されたリッジ部と、
上記リッジ部の側方に形成されたテラス部と、
上記テラス部上に形成された金属と
を備え、
上記テラス部の上面には凹部が形成されている。
That is, the semiconductor laser element of the present invention is
A substrate,
An active layer formed on the substrate;
A ridge formed on the active layer;
A terrace formed on the side of the ridge,
A metal formed on the terrace part,
A concave portion is formed on the upper surface of the terrace portion.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が共振器長方向に対して平行な方向に延在している。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The recess extends in a direction parallel to the resonator length direction.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が共振器長方向に対して垂直な方向に延在している。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The concave portion extends in a direction perpendicular to the resonator length direction.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部が、上記テラス部の上記リッジ部側の端から上記リッジ部から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに形成されている。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The concave portion is formed only in a portion within 30.0 μm from the end of the terrace portion on the ridge portion side in a direction away from the ridge portion.
一実施形態の半導体レーザ素子は、
共振器長方向に対して垂直であり、レーザ光を出射する出射端面を備え、
上記凹部が、上記テラス部の上記出射端面から上記出射端面から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに形成されている。
The semiconductor laser device of one embodiment
It is perpendicular to the resonator length direction and includes an emission end face that emits laser light.
The concave portion is formed only in a portion within 300.0 μm in the direction away from the emission end face from the emission end face of the terrace portion.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記金属は、Auを含み、厚みが1.0μm以上4.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The metal contains Au and has a thickness of 1.0 μm or more and 4.0 μm or less.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部は、上記凹部の底が上記活性層の上面よりも上側に位置するように形成されている。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The recess is formed such that the bottom of the recess is located above the upper surface of the active layer.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記凹部は上記テラス部の上面に複数形成されており、
上記各凹部の幅は0.5μm以上2.0μm以下であり、
隣り合う上記凹部同士の間隔が上記凹部の深さ以上2.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
A plurality of the concave portions are formed on the upper surface of the terrace portion,
The width of each recess is 0.5 μm or more and 2.0 μm or less,
The interval between the adjacent recesses is not less than the depth of the recess and not more than 2.0 μm.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記リッジ部と上記テラス部との間隔が4.0μm以上10.0μm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
The distance between the ridge portion and the terrace portion is 4.0 μm or more and 10.0 μm or less.
一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記活性層へ向かう電流を狭窄するために形成され、上記リッジ部の側面と上記凹部の底面および側面とを覆う誘電体膜を備え、
上記誘電体膜において、上記リッジ部の側面を覆う部分の厚みが、100nm以上200nm以下である。
The semiconductor laser device of one embodiment
A dielectric film is formed to confine current flowing toward the active layer, and covers a side surface of the ridge portion and a bottom surface and a side surface of the recess.
In the dielectric film, the thickness of the portion covering the side surface of the ridge portion is not less than 100 nm and not more than 200 nm.
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記誘電体膜において、上記凹部の底面および側面を覆う部分の厚みが、100nm以下である。
In the semiconductor laser device of one embodiment,
In the dielectric film, the thickness of the portion covering the bottom and side surfaces of the recess is 100 nm or less.
一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記金属は、上記テラス部に直接的に接合されており、
上記金属と上記テラス部との直接的な接合はショットキー接合である。
The semiconductor laser device of one embodiment
The metal is directly joined to the terrace part,
Direct bonding between the metal and the terrace portion is a Schottky junction.
101 n型GaAs基板
102 n型GaInPバッファ層
103 n型AlGaInP下クラッド層
104 アンドープAlGaInP下ガイド層
105 アンドープGaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層
106 アンドープAlGaInP上ガイド層
107 p型AlGaInP第1上クラッド層
108 p型GaInPエッチングストップ層
109 p型AlGaInP第2上クラッド層
110 p型GaInP中間層
111 p型GaAsキャップ層
112,212,312 SiO2膜
113,213,313,413 TiAu/Auメッキ電極
114 AuGeNi電極
151,251リッジ部
152,153,252,253,352,353,452,453 テラス部
152a,153a,252a,253a,352a,353a,452a,453a 凹部
207 p型AlGaInP上クラッド層
101 n-type GaAs substrate 102 n-type GaInP buffer layer 103 n-type AlGaInP
Claims (5)
上記基板上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成されたリッジ部と、
上記リッジ部の側方に形成されたテラス部と、
上記テラス部上に形成された金属と
を備え、
上記テラス部の上面には凹部が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 A substrate,
An active layer formed on the substrate;
A ridge formed on the active layer;
A terrace formed on the side of the ridge,
A metal formed on the terrace part,
A semiconductor laser device, wherein a concave portion is formed on an upper surface of the terrace portion.
上記凹部が共振器長方向に対して平行な方向に延在していることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser element, wherein the recess extends in a direction parallel to the cavity length direction.
上記凹部が共振器長方向に対して垂直な方向に延在していることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser element, wherein the recess extends in a direction perpendicular to the cavity length direction.
上記凹部が、上記テラス部の上記リッジ部側の端から上記リッジ部から離れる方向に向かって30.0μm以内の部分のみに形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor laser device, wherein the concave portion is formed only in a portion within 30.0 μm from the end of the terrace portion on the ridge portion side in a direction away from the ridge portion.
共振器長方向に対して垂直であり、レーザ光を出射する出射端面を備え、
上記凹部が、上記テラス部の上記出射端面から上記出射端面から離れる方向に向かって300.0μm以内の部分のみに形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4,
It is perpendicular to the resonator length direction and includes an emission end face that emits laser light.
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the concave portion is formed only in a portion within 300.0 [mu] m in a direction away from the emission end face from the emission end face of the terrace portion.
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JP2019212898A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element |
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Cited By (7)
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JP2019518336A (en) * | 2016-06-13 | 2019-06-27 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | Semiconductor laser diode |
US11245246B2 (en) | 2016-06-13 | 2022-02-08 | Osram Oled Gmbh | Semiconductor laser diode |
JP2019212898A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element |
CN110581438A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-17 | 夏普株式会社 | Semiconductor laser element |
US10707651B2 (en) | 2018-06-08 | 2020-07-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element |
CN110581438B (en) * | 2018-06-08 | 2021-06-15 | 夏普株式会社 | Semiconductor laser element |
JP7407027B2 (en) | 2020-03-09 | 2023-12-28 | パナソニックホールディングス株式会社 | semiconductor light emitting device |
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