JP3617565B2 - Nitride semiconductor laser device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（Ｉｎ Ｘ Ａｌ Ｙ Ｇａ １−Ｘ−Ｙ Ｎ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温でのレーザ発振を発表した。（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ３５ （１９９６） ｐｐ．Ｌ７４−７６）
【０００３】
窒化物半導体は一般にサファイア、スピネルのような絶縁性基板の上に成長されることが多い。そのためレーザチップの電極は半導体層側から正負一対の電極が取り出されたいわゆるフリップチップ形式とされる。フリップチップ形式のレーザチップはヒートシンク、サブマウント、ステム等の熱伝導率の良い支持体にボンディングされてレーザ素子とされる。ボンディング手法にはチップの電極と支持体とが対向するようにしたフェースダウンボンディングと、チップの基板と支持体とが対向するようにしたフェースアップボンディングとの２種類の手法がある。
【０００４】
前記したように窒化物半導体が成長される基板は、総じて絶縁性のものが多く、また熱伝導率も低いものが多い。熱伝導率の低い基板をフェースアップでボンディングすると、発熱が基板を通じて支持体に十分伝導せず、チップ寿命を著しく短くしてしまう。
【０００５】
一方、電極とフェースダウンでボンディングを行うと、支持体に正電極部と、負電極部とを設ける必要があり、そのために絶縁性の支持体が多く採用される。絶縁性の支持体は、一般に金属よりなる支持体に比較して熱伝導率が悪い。このためチップの放熱が十分に行えずに、素子寿命を低下させてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザチップはチップの発熱が支持体を介して十分に放熱される必要がある。特に窒化物半導体よりなるレーザチップは紫外、青色等の高エネルギー光を放出するため、赤色、赤外等の半導体レーザに比べて、非常に発熱量が大きい。従来のパルス発振から、連続発振に進歩させるためには、チップの放熱の問題が非常に重要である。従って本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、窒化物半導体よりなるレーザチップを例えばヒートシンク、サブマウント等にボンディングするにあたり、主として、チップの放熱が十分に行われるレーザ素子の新規な構造を提供して、素子寿命を向上させ、連続発振できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ素子は、同一面側に正負一対の電極を有するレーザチップが、電極面側を支持体側と対向させるようにフェイスダウンでボンディングされてなるレーザ素子であって、前記支持体が金属からなり、前記支持体の表面には絶縁膜が形成されると共に、その絶縁膜の表面にリード電極が形成されており、前記レーザチップの負電極が前記リード電極にボンディングされていると共に、前記レーザチップの正電極が、前記支持体を外部電極とするように支持体表面に直接ボンディングされ、前記レーザチップの電極間に跨れた支持体の表面には、凹状の溝が形成され、前記絶縁膜が、支持体のボンディング面から溝の内部に連続して形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記レーザチップは、支持体のボンディング面に対して、ほぼ水平になるようにボンディングされていることを特徴とする。水平にボンディングするには、絶縁膜の厚さ、若しくはリード電極の厚さ、または支持体の厚さの内の少なくとも一つが調整されていることが望ましい。
【００１０】
さらにリード電極は、ボンディング面と対向する支持体の表面まで連続して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明のレーザ素子では、支持体にフェースダウンでボンディングされているため、チップの発熱が熱伝導性の良い電極を通って支持体に伝わるため、放熱効率がよい。さらに支持体表面に形成された絶縁膜は、同一面側に電極が設けられたチップの電極間のショートを防止すると共に、支持体にＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の導電性材料、およびＳｉ、ＧａＡｓ等の半導体材料の使用が可能となる。このため支持体に熱伝導率の高い材料が使用できるため、チップの放熱が非常に良くなる。また絶縁性の支持体表面がメタライズされたものも使用可能となる。
【００１２】
さらに、レーザチップは支持体のボンディング面に対して、ほぼ水平になるようにボンディングされていることより、レーザ光の出射位置が一定しているため、レーザ光をレンズ等で集光する場合にも、レンズ位置を容易に設定できる。
【００１３】
チップの水平を調整するためには、前記した絶縁膜の厚さ、リード電極の厚さ、または支持体の厚さの内の少なくとも一つを調整することが望ましい。例えば絶縁膜、リード電極、支持体の厚さは一定の膜厚で形成することが容易であり、ダイボンダーの圧力によりその厚さが変化することがない。これらの厚さを変えることにより、チップが安定した位置、角度でボンディングできるため、レーザ素子製造が容易にできるようになり生産性が向上する。
【００１４】
さらに、レーザチップの電極間に跨れた支持体の表面には、凹状の溝が形成されていることにより、電極間のショートを防止することができる。同一面側に正と負の電極が形成されたレーザチップは、通常半田、導電性ペースト等の導電性接着剤でフェースダウンボンディングされる。導電性材料が過熱された状態で、チップをダイボンドすると、過剰の導電性材料があれば、その過剰の導電性材料が片方の電極に接触するとチップ間でショートする恐れがある。しかし、本発明のように両電極が跨る箇所の支持体に凹状の溝を形成すると、過剰の導電性材料が他の電極に接触しにくくなるので、レーザ素子の信頼性が向上する。
【００１５】
また、リード電極は、ボンディング面と対向する支持体の表面まで連続して形成されていると、支持体を他の部材と接続する際に、ワイヤーボンディングせず、直接ダイボンドできるため、さらに放熱の効率が良くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のレーザ素子の一構造を示す模式的な模式的な断面図であり、１が支持体、２０は絶縁膜（以下、第一の絶縁膜という。）、３０が第一のリード電極（以下、第一のリード電極という。）、チップ側は１０が基板、１１はレーザ発振する窒化物半導体層、１２および１３は同一面側の窒化物半導体層に設けられた互いに極性の異なる電極、詳しく述べると１２はｎ層側の負電極、１３はｐ層側の正電極である。この図に示すようにレーザチップは電極面側が支持体面側と対向するフェースダウンの状態で、半田、銀ペースト等の導電性接着剤４０を介してダイボンドされている。なおこの図では負電極１２側は金線５０によりワイヤーボンディングされている。
【００１７】
レーザチップの基板１０には、サファイア、スピネル等の絶縁性基板の他、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等の導電性基板も使用できるが、一般的にはサファイアが使用されている。窒化物半導体層１１は基本的にｎ型コンタクト層、ｎ型光閉じこめ層、活性層、ｐ型光閉じこめ層、ｐ型コンタクト層が積層されたダブルへテロ構造を有しており、同一面側から電極を取り出すために、ｐ型コンタクト層、ｐ型光閉じこめ層、活性層およびｎ型光閉じこめ層の一部がエッチングにより除去されて、ｎ型コンタクト層が露出されている。正電極１３は最上層のｐ型コンタクト層に設けられ、負電極１２はエッチングにより露出されたｎ型コンタクト層の表面に設けられている。この構造はＬＥＤでも同様である。
【００１８】
支持体１とは、例えばサブマウント、ヒートシンク、ステム等、レーザチップをダイボンドする全ての部材を指し、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等の熱伝導率の高い金属性材料の他、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体材料を用いることもできる。またこの他、ダイアモンド、ＢＮ、ＡｌＮ等の半絶縁性材料で表面がメタライズされたものも使用することができるが、好ましくは金属材料を用いる。なお、図１の支持体は金属より成っているため、正電極１３に対応する外部電極は、負電極１２のようにワイヤーボンドで取り出す必要はなく、支持体１のどの場所から取り出しても良く、例えば支持体１を直接他の部材にダイボンドすることもできる。
【００１９】
第一の絶縁膜２０は、例えばＳｉＯ ２、Ａｌ ２ Ｏ ３ 等の酸化物、ＳｉＮ X等の窒化物、ＭｇＦ ２ 等のハロゲン化物等を好ましく形成することができ、これらの絶縁材料をスパッタリング、蒸着等の気相製膜装置を用いて形成することができる。またこの他ポリエチレン、ポリプロピレン等の有機物を形成しても良い。第一の絶縁膜２０の膜厚は特に問うものではないが、この図に示すように窒化物半導体の形状に合わせた膜厚で形成して、チップが支持体に対して水平となるようにすることが望ましく、例えば数百オングストローム〜十数μｍの膜厚で形成することが望ましい。絶縁膜の膜厚は使用する材料の熱伝導率によって適宜変更することができる。さらに、第一の絶縁膜２０は負電極１２に対応する支持体の表面に形成することが好ましい。なぜなら、窒化物半導体はｎ層の抵抗率よりも、ｐ層の抵抗率が高いことが多く、また活性層はｐ層とｎ層との間の狭い領域にある。従って、ｐ層側の発熱量の方がｎ層側より大きい傾向にあるため、ｐ層側に絶縁膜を形成すると、形成しないものに比較して放熱効率は悪くなる傾向にある。
【００２０】
第一の絶縁膜２０の表面に形成されている第一のリード電極３０は、負電極１２と電気的に接続されて、外部から例えばワイヤーボンド、ダイボンド等の電極接続手段を達成するために形成されるものであって、パターンメタライズされた線状の電極はもちろんのこと、第一の絶縁膜２０の表面のほぼ全面に形成された面状の電極でも良い。
【００２１】
さらに、図１のレーザチップは、支持体１の表面に形成された第一の絶縁膜２０と第一のリード電極３０とにより、支持体１のボンディング面とほぼ水平となっている。具体的には、正電極１３に対応する支持体１の表面には第一の絶縁膜２０が形成されず、負電極１２に対応する支持体１の表面に第一の絶縁膜２０が形成されることにより水平が調整されている。
【００２２】
このように、同一面側に電極が形成されたレーザチップの電極を、第一の絶縁膜２０の上に第一のリード電極３０が形成された支持体１とフェースダウンでダイボンドすると、チップの発熱は導電性接着剤４０を介して支持体１に効率よく伝わる。しかも支持体１のボンディング面には第一の絶縁膜２０を介してリード電極３０が形成されているので、支持体１に熱伝導率の高い金属、半導体を使用することができ、放熱効果が高まる。
【００２３】
図２は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一符号は同一部材を示している。このレーザ素子が図１のレーザ素子と異なる点は以下の通りである。
【００２４】
まず支持体１のボンディング面には、正電極１３に対応する絶縁膜２１（以下、第二の絶縁膜という。）が形成され、第二の絶縁膜２１の表面にリード電極３１（以下、第二のリード電極という。）が形成されている。しかも第一の絶縁膜２０を第二の絶縁膜２１よりも厚く形成することにより、レーザチップを水平にしている。
【００２５】
次に、第一のリード電極３０を支持体１の裏面、つまりボンディング面と反対側の面まで形成していることにより、裏面まで形成された第一のリード電極３０を他の部材に直接ダイボンドできる。このように、片方の電極をワイヤーボンディングし、もう一方の電極をダイレクトボンディングする構造のレーザ素子は、従来の赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザで用いられている製造装置がそのまま使用できるので生産技術上都合がよい。
【００２６】
さらに、レーザチップの負電極１２と正電極１３とが跨った箇所にある支持体１の表面に凹状の溝６０を形成している、この溝６０は過剰の導電性接着剤４０のはみ出しによる電極間のショートを防止している。溝６０は支持体１をウェットエッチング、若しくはドライエッチングすることで形成可能である。また電極間のショートをさらに防止するためには、後に示す図３のように溝６０の内部にまで絶縁膜を形成することが最も好ましい。
【００２７】
図３も本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。この素子が本発明の他のレーザ素子と異なるところは、まずチップを水平にするために、支持体１の厚さが、負電極１２に対応する部位と、正電極１３に対応する部位とで異なるようにしているところである。つまり支持体１の厚さを調整することにより、支持体１に段差を設けてチップを水平にしている。
【００２８】
次に、支持体１の表面に形成された第一の絶縁膜２０、第一のリード電極３０、および第二のリード電極３１を支持体１のボンディング面と反対側の面まで連続して形成している。このようにするとワイヤーボンディングなしに、支持体を他の部材にダイレクトボンディングできるため、素子の放熱性は最も良くなる。しかも、正電極１３側の第二のリード電極３１が支持体１に直接接しているので放熱効果も大きい。また、レーザチップの大きさが数百μｍ角であるのに対し、支持体１の大きさはチップに比べて数倍大きい。従って、チップのみをフェースダウンボンディングするには、非常に細かい作業を必要とするが、支持体をボンディングするにはそのサイズが大きくなっているため、細かい作業を必要とせずにボンディングできるので歩留まりも向上する。
【００２９】
次に、先にも述べたように、負電極１２と正電極１３とが跨った支持体１の表面に形成された溝６０の内部に、第一の絶縁膜２０を形成している。この図では第一の絶縁膜２０を溝の内部に形成しているが、第二の絶縁膜２１でもよいことは云うまでもない。また、第一の絶縁膜２０、第二の絶縁膜２１を一体と成して連続して形成しても良い。このように溝６０の内部まで絶縁膜を形成すると、いずれの導電性材料がはみ出してきてもショートすることがないので、素子の信頼性が向上する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ素子は、同一面側に電極が形成されたレーザチップの電極を、支持体とフェースダウンでダイボンドしているので、チップの発熱は支持体に効率よく伝わる。しかも支持体のボンディング面には絶縁膜を介してリード電極が形成されているので、支持体に熱伝導率の高い金属、半導体を使用することができ、放熱効果が高まる。従ってレーザ素子の寿命を長くすることができ、連続発振が可能となる。また本発明の他の要件を備えていることにより、レーザ光の出射位置の安定化をはかることができ、また電極間もショートしにくくなるため素子の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図。
【図２】本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図。
【図３】本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
１・・・・支持体
１０・・・・基板
１１・・・・窒化物半導体層
１２、１３・・・・電極
２０、２１・・・・絶縁膜
３０、３１・・・・リード電極
４０・・・・導電性接着剤
５０・・・・金線
６０・・・・溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a nitride semiconductor (In X Al Y Ga 1- X-Y N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) relates to a laser device made of.
[0002]
[Prior art]
A nitride semiconductor is known as a material for a laser element that emits light in the ultraviolet to blue region, and the present applicant has recently announced laser oscillation at room temperature with a pulse current using this material. (For example, Jpn. J. Appl. Phys. Vol35 (1996) pp. L74-76)
[0003]
In general, a nitride semiconductor is often grown on an insulating substrate such as sapphire or spinel. Therefore, the electrodes of the laser chip are of a so-called flip chip type in which a pair of positive and negative electrodes are taken out from the semiconductor layer side. A flip chip type laser chip is bonded to a support having good thermal conductivity such as a heat sink, a submount, and a stem to form a laser element. There are two types of bonding methods: face-down bonding in which the chip electrode and the support face each other, and face-up bonding in which the chip substrate and the support face each other.
[0004]
As described above, substrates on which nitride semiconductors are grown are generally insulative and often have low thermal conductivity. If a substrate having low thermal conductivity is bonded face up, heat generation is not sufficiently conducted to the support through the substrate, and the chip life is significantly shortened.
[0005]
On the other hand, when bonding is performed face down with the electrode, it is necessary to provide the support with a positive electrode portion and a negative electrode portion, and for this purpose, an insulating support is often employed. An insulating support generally has a lower thermal conductivity than a support made of metal. For this reason, the heat radiation of the chip cannot be sufficiently performed, and the lifetime of the element is reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The laser chip needs to sufficiently dissipate the heat generated by the chip through the support. In particular, a laser chip made of a nitride semiconductor emits high-energy light such as ultraviolet light and blue light, and thus generates a large amount of heat as compared with semiconductor lasers such as red light and infrared light. In order to advance from conventional pulse oscillation to continuous oscillation, the problem of heat dissipation of the chip is very important. Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to mainly dissipate the chip when bonding a laser chip made of a nitride semiconductor to, for example, a heat sink or a submount. It is an object of the present invention to provide a novel structure of a laser element that is sufficiently performed to improve the element life and enable continuous oscillation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The laser element of the present invention is a laser element in which a laser chip having a pair of positive and negative electrodes on the same surface side is bonded face down so that the electrode surface side faces the support side, and the support is a metal consists, on the surface of the support together with the insulating film is formed, and the lead electrode is formed on the surface of the insulating film, with the negative electrode of the laser chip is bonded to the lead electrode, the The positive electrode of the laser chip is directly bonded to the surface of the support so that the support is an external electrode, and a concave groove is formed on the surface of the support straddling between the electrodes of the laser chip, The insulating film is formed continuously from the bonding surface of the support to the inside of the groove .
[0008]
The laser chip is bonded so as to be substantially horizontal to the bonding surface of the support. For horizontal bonding, it is desirable to adjust at least one of the thickness of the insulating film, the thickness of the lead electrode, or the thickness of the support.
[0010]
Furthermore, the lead electrode is formed continuously to the surface of the support opposite to the bonding surface.
[0011]
[Action]
Since the laser element of the present invention is bonded face down to the support, the heat generation of the chip is transmitted to the support through an electrode having good thermal conductivity, so that the heat dissipation efficiency is good. Furthermore, the insulating film formed on the surface of the support prevents a short circuit between the electrodes of the chip provided with electrodes on the same surface side, and the support is made of a conductive material such as Al, Au, Cu, and Si, GaAs. It is possible to use semiconductor materials such as For this reason, since a material having a high thermal conductivity can be used for the support, the heat dissipation of the chip is greatly improved. Also, a metallized surface of an insulating support can be used.
[0012]
Furthermore, since the laser chip is bonded so as to be substantially horizontal with respect to the bonding surface of the support, the emission position of the laser light is constant. The lens position can be easily set.
[0013]
In order to adjust the level of the chip, it is desirable to adjust at least one of the thickness of the insulating film, the thickness of the lead electrode, or the thickness of the support. For example, it is easy to form the insulating film, the lead electrode, and the support with a constant thickness, and the thickness does not change due to the pressure of the die bonder. By changing these thicknesses, the chip can be bonded at a stable position and angle, so that the laser element can be easily manufactured and the productivity is improved.
[0014]
Furthermore, a short groove between the electrodes can be prevented by forming a concave groove on the surface of the support straddling between the electrodes of the laser chip. A laser chip having positive and negative electrodes formed on the same surface side is usually face-down bonded with a conductive adhesive such as solder or conductive paste. When the chip is die-bonded in a state where the conductive material is overheated, if there is an excess of the conductive material, there is a risk of short circuit between the chips if the excess conductive material contacts one of the electrodes. However, when a concave groove is formed in the support where the two electrodes are straddled as in the present invention, the excess conductive material is less likely to come into contact with other electrodes, so that the reliability of the laser element is improved.
[0015]
In addition, when the lead electrode is continuously formed up to the surface of the support opposite to the bonding surface, when the support is connected to another member, it can be directly die-bonded without wire bonding. Efficiency is improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one structure of a laser element of the present invention, wherein 1 is a support, 20 is an insulating film (hereinafter referred to as a first insulating film), and 30 is a first. A lead electrode (hereinafter referred to as a first lead electrode), 10 on the chip side is a substrate, 11 is a nitride semiconductor layer that oscillates laser, and 12 and 13 are polar ones provided on the nitride semiconductor layer on the same side. Different electrodes, more specifically, 12 is a negative electrode on the n-layer side, and 13 is a positive electrode on the p-layer side. As shown in this figure, the laser chip is die-bonded with a conductive adhesive 40 such as solder or silver paste in a face-down state where the electrode surface side faces the support surface side. In this figure, the negative electrode 12 side is wire-bonded with a gold wire 50.
[0017]
As the substrate 10 of the laser chip, in addition to an insulating substrate such as sapphire or spinel, a conductive substrate such as GaN, Si or SiC can be used, but sapphire is generally used. The nitride semiconductor layer 11 basically has a double hetero structure in which an n-type contact layer, an n-type optical confinement layer, an active layer, a p-type optical confinement layer, and a p-type contact layer are stacked. In order to extract the electrode from the n-type contact layer, the p-type contact layer, the p-type optical confinement layer, the active layer, and the n-type optical confinement layer are partially removed by etching. The positive electrode 13 is provided on the uppermost p-type contact layer, and the negative electrode 12 is provided on the surface of the n-type contact layer exposed by etching. This structure is the same for LEDs.
[0018]
The support 1 refers to all members for die-bonding a laser chip, such as a submount, a heat sink, and a stem, for example, a metal material having high thermal conductivity such as Al, Cu, and Ag, and a semiconductor such as Si and Ge. Materials can also be used. In addition, a metallized surface of a semi-insulating material such as diamond, BN, or AlN can be used, but a metal material is preferably used. Since the support in FIG. 1 is made of metal, the external electrode corresponding to the positive electrode 13 does not need to be taken out by wire bonding like the negative electrode 12 and may be taken out from any place on the support 1. For example, the support 1 can be directly die-bonded to another member.
[0019]
The first insulating film 20 can be preferably formed of, for example, an oxide such as SiO 2 or Al 2 O 3, a nitride such as SiN x , a halide such as MgF 2, and the like. It can be formed using a vapor deposition apparatus such as vapor deposition. In addition, organic substances such as polyethylene and polypropylene may be formed. The thickness of the first insulating film 20 is not particularly limited. However, as shown in this figure, the first insulating film 20 is formed with a thickness matching the shape of the nitride semiconductor so that the chip is horizontal to the support. For example, it is desirable to form with a film thickness of several hundred angstroms to several tens of micrometers. The thickness of the insulating film can be appropriately changed according to the thermal conductivity of the material used. Furthermore, the first insulating film 20 is preferably formed on the surface of the support corresponding to the negative electrode 12. This is because the nitride semiconductor often has a higher resistivity of the p layer than the resistivity of the n layer, and the active layer is in a narrow region between the p layer and the n layer. Therefore, the amount of heat generated on the p-layer side tends to be larger than that on the n-layer side. Therefore, when an insulating film is formed on the p-layer side, the heat radiation efficiency tends to be worse compared to those not formed.
[0020]
The first lead electrode 30 formed on the surface of the first insulating film 20 is electrically connected to the negative electrode 12 and formed to achieve electrode connection means such as wire bond and die bond from the outside. In addition to a linear electrode that has been subjected to pattern metallization, a planar electrode that is formed on almost the entire surface of the first insulating film 20 may also be used.
[0021]
Further, the laser chip of FIG. 1 is substantially horizontal to the bonding surface of the support 1 by the first insulating film 20 and the first lead electrode 30 formed on the surface of the support 1. Specifically, the first insulating film 20 is not formed on the surface of the support 1 corresponding to the positive electrode 13, and the first insulating film 20 is formed on the surface of the support 1 corresponding to the negative electrode 12. Therefore, the level is adjusted.
[0022]
As described above, when the electrode of the laser chip having the electrode formed on the same surface side is die-bonded face-down with the support 1 having the first lead electrode 30 formed on the first insulating film 20, Heat generation is efficiently transmitted to the support 1 through the conductive adhesive 40. In addition, since the lead electrode 30 is formed on the bonding surface of the support 1 through the first insulating film 20, a metal or semiconductor having high thermal conductivity can be used for the support 1, and the heat dissipation effect is improved. Rise.
[0023]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members. This laser element is different from the laser element of FIG. 1 as follows.
[0024]
First, an insulating film 21 (hereinafter referred to as a second insulating film) corresponding to the positive electrode 13 is formed on the bonding surface of the support 1, and a lead electrode 31 (hereinafter referred to as a first insulating film) is formed on the surface of the second insulating film 21. A second lead electrode). In addition, by forming the first insulating film 20 thicker than the second insulating film 21, the laser chip is leveled.
[0025]
Next, the first lead electrode 30 is formed up to the back surface of the support 1, that is, the surface opposite to the bonding surface, so that the first lead electrode 30 formed up to the back surface is directly die-bonded to another member. it can. In this way, the laser device with a structure in which one electrode is wire-bonded and the other electrode is directly-bonded can be used as it is with the manufacturing equipment used in conventional red semiconductor lasers and infrared semiconductor lasers. Convenient.
[0026]
Further, a concave groove 60 is formed on the surface of the support 1 at a position where the negative electrode 12 and the positive electrode 13 of the laser chip are straddled. This groove 60 is an electrode formed by protruding an excessive conductive adhesive 40. Prevent short circuit between. The groove 60 can be formed by wet etching or dry etching of the support 1. In order to further prevent a short circuit between the electrodes, it is most preferable to form an insulating film up to the inside of the groove 60 as shown in FIG.
[0027]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. The difference between this element and the other laser elements of the present invention is that the support 1 has a thickness corresponding to the negative electrode 12 and a position corresponding to the positive electrode 13 in order to level the chip. I am trying to make it different. That is, by adjusting the thickness of the support 1, a step is provided on the support 1 to level the chip.
[0028]
Next, the first insulating film 20, the first lead electrode 30, and the second lead electrode 31 formed on the surface of the support 1 are continuously formed up to the surface opposite to the bonding surface of the support 1. doing. In this case, since the support can be directly bonded to another member without wire bonding, the heat dissipation of the element is best. In addition, since the second lead electrode 31 on the positive electrode 13 side is in direct contact with the support 1, the heat dissipation effect is also great. Further, the size of the laser chip is several hundred μm square, whereas the size of the support 1 is several times larger than the chip. Therefore, very fine work is required to face-down bonding only the chip, but since the size is large for bonding the support, it can be bonded without requiring fine work, so the yield is also high. improves.
[0029]
Next, as described above, the first insulating film 20 is formed inside the groove 60 formed on the surface of the support 1 across which the negative electrode 12 and the positive electrode 13 are straddled. In this figure, the first insulating film 20 is formed inside the trench, but it goes without saying that the second insulating film 21 may be used. Further, the first insulating film 20 and the second insulating film 21 may be integrally formed continuously. When the insulating film is formed as far as the inside of the groove 60 in this way, no short circuit occurs even if any conductive material protrudes, so that the reliability of the element is improved.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the laser element of the present invention, the electrode of the laser chip having the electrode formed on the same surface side is die-bonded face down with the support, so that the heat generated by the chip is efficiently transmitted to the support. . Moreover, since the lead electrode is formed on the bonding surface of the support through an insulating film, a metal or semiconductor having high thermal conductivity can be used for the support, and the heat dissipation effect is enhanced. Accordingly, the lifetime of the laser element can be extended, and continuous oscillation is possible. In addition, since the other requirements of the present invention are provided, the emission position of the laser beam can be stabilized, and the reliability of the element is improved because it is difficult for the electrodes to be short-circuited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Support body 10 ... Substrate 11 ... Nitride semiconductor layer 12, 13 ... Electrode 20, 21 ... Insulating film 30, 31 ... Lead electrode 40 ... Conductive adhesive 50 ... Gold wire 60 ... Groove

Claims (4)

同一面側に正負一対の電極を有するレーザチップが、電極面側を支持体側と対向させるようにフェイスダウンでボンディングされてなるレーザ素子であって、
前記支持体が金属からなり、前記支持体の表面には絶縁膜が形成されると共に、その絶縁膜の表面にリード電極が形成されており、前記レーザチップの負電極が前記リード電極にボンディングされていると共に、
前記レーザチップの正電極が、前記支持体を外部電極とするように支持体表面に直接ボンディングされ、
前記レーザチップの電極間に跨れた支持体の表面には、凹状の溝が形成され、前記絶縁膜が、支持体のボンディング面から溝の内部に連続して形成されていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。A laser chip having a pair of positive and negative electrodes on the same surface side, which is bonded face down so that the electrode surface side faces the support side,
The support is made of metal, an insulating film is formed on the surface of the support, a lead electrode is formed on the surface of the insulating film, and the negative electrode of the laser chip is bonded to the lead electrode. and along with that,
The positive electrode of the laser chip is directly bonded to the support surface so that the support is an external electrode,
A concave groove is formed on the surface of the support straddling between the electrodes of the laser chip, and the insulating film is formed continuously from the bonding surface of the support to the inside of the groove. Nitride semiconductor laser device. 前記レーザチップは、支持体のボンディング面に対して、ほぼ水平になるようにボンディングされていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the laser chip is bonded so as to be substantially horizontal with respect to the bonding surface of the support. 絶縁膜の厚さ、若しくはリード電極の厚さ、または支持体の厚さの内の少なくとも一つが調整されて、レーザチップが水平にボンディングされていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。3. The nitriding according to claim 2, wherein at least one of the thickness of the insulating film, the thickness of the lead electrode, or the thickness of the support is adjusted, and the laser chip is bonded horizontally. Semiconductor laser device. 前記リード電極は、ボンディング面と対向する支持体の表面まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の内のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。4. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the lead electrode is continuously formed up to a surface of a support opposite to a bonding surface. 5.
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