JP3618989B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor laser device of a long life wherein a good heat dissipation structure is realized and light emitting property, temperature property and reliability are improve, by connecting a semiconductor laser element and an electrode terminal, and an electrode pad and an electrode terminal by a plurality of wires. SOLUTION: A semiconductor laser 10A has a semiconductor laser element 20A, electrode terminals 50, 60A and a plurality of wires 70, 70,..., and 80, 80.... A semiconductor laser element 20A is a laser element which comprises a gallium nitride compound semiconductor and has a p-side electrode 30 and an n-side electrode 40. The electrode terminals 50, 60A are electrode terminals for supplying a driving current to the semiconductor laser element 20A. The p-side electrode 30 of the laser element 20A and the electrode terminal 50 are connected by a plurality of wires 70, 70,.... The n-side electrode 40 of the laser element 20A and the electrode terminal 60A are connected by a plurality of wires 80, 80,.... As a result, heat dissipation efficiency can be improved greatly.

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、半導体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device. より詳しくは、本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置であって、素子の活性層からの放熱特性を顕著に改善することができる半導体レーザ装置に関する。 More particularly, the present invention relates to a semiconductor laser device capable of a semiconductor laser device having a gallium nitride-based compound semiconductor laser element, significantly improves the heat radiation characteristics of the active layer of the device.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
近年、青色から紫外域の発光ダイオード(LED)や半導体レーザ用の材料としてGaN、InGaN、GaAlNなど窒化ガリウム系化合物半導体を用いたものが実現されつつある。 Recently, there GaN, InGaN, being realized that using a gallium nitride compound semiconductor such as GaAlN as a material for a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser in the ultraviolet range from the blue. 窒化ガリウム系化合物半導体は、直接遷移型のバンド構造を有することから高い発光効率を得られるために注目されている。 Gallium nitride compound semiconductor has been noted to obtain a high luminous efficiency since it has a direct transition type band structure.
【0003】 [0003]
この材料系を用いた半導体レーザは、その発振波長が短いがゆえに高密度の情報処理用の光源としての応用が期待されている。 Semiconductor laser using this material system, applications are expected in the oscillation wavelength as short but because the light source for high-density information processing. 例えば、光ディスク記録装置の光源として用いれば、記録密度を倍増することが可能となる。 For example, using as a light source of an optical disc recording apparatus, it is possible to double the recording density.
【0004】 [0004]
なお、本明細書において「窒化ガリウム系化合物半導体」とは、Ga Al In 1−x−y−z N(x≦1,y≦1,z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y、及びzをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。 Note that the "gallium nitride-based compound semiconductor" in this specification, Ga x Al y In z B 1-x-y-z N (x ≦ 1, y ≦ 1, z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) becomes Formula the composition ratio x, is intended to include y, and the semiconductor of all compositions was varied within each of z in. 例えば、GaInN(x=0.6、y=0、z=0.4)も「窒化ガリウム系化合物半導体」に含まれるものとする。 For example, GaInN (x = 0.6, y = 0, z = 0.4) is also included in "gallium nitride-based compound semiconductor."
【0005】 [0005]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかし、これらの窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体レーザは、その活性層で発生する熱を効率良く外部に逃がすことが困難であるという問題があった。 However, the semiconductor laser using these gallium nitride-based compound semiconductor may be release heat generated in the active layer efficiently outside there is a problem that it is difficult. 以下、この問題について詳述する。 It will be described in detail on this issue.
【0006】 [0006]
まず、窒化ガリウム系化合物半導体として代表的な窒化ガリウム(GaN)を例に挙げると、そのバンドギャップエネルギーは3.4eVである。 First, taking as an example a typical gallium nitride (GaN) as a gallium nitride-based compound semiconductor, the band gap energy is 3.4 eV. そのため、半導体レーザの動作電圧はそれ以上の値とならざるを得ない。 Therefore, the operating voltage of the semiconductor laser is inevitably a more values. 一方で、半導体レーザにおいては、活性層への電流の集中が要求される。 Meanwhile, in the semiconductor laser, concentration of current to the active layer is required. 従って、駆動電流値が同じであるとしても、発光ダイオード(LED)と半導体レーザとでは、電流密度の点で大きく異なる。 Therefore, even if the driving current values ​​are the same, the light emitting diode (LED) and semiconductor lasers, greatly different current densities.
【0007】 [0007]
ここで、発熱量は駆動電圧と駆動電流密度との積によって決まるものである。 Here, the heating value are those determined by the product of the drive voltage and the drive current density. すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体で半導体レーザを構成した場合、その発熱量は他の材料系と比べて大きく、しかも、その発熱は活性層の発振領域に集中することとなる。 That is, when a semiconductor laser of a gallium nitride-based compound semiconductor, the amount of heat generated is large compared to other material systems, moreover, the heat generation becomes possible to focus on the oscillation region of the active layer.
【0008】 [0008]
一方、窒化ガリウム系化合物半導体材料の積層構造を形成する際には、成長用基板としてサファイアが用いられることが一般的である。 On the other hand, when forming the laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor material, it is common for sapphire is used as the growth substrate. しかしながら、サファイアは熱伝導率が非常に低く放熱には適さない材料である。 However, sapphire is a material thermal conductivity is not suitable for heat dissipation very low. しかも、発熱量がもっとも大きい領域は、活性層のうちの発振領域であり、これは通常、基板から比較的遠く、むしろ表面に近い箇所にある。 Moreover, the largest area is the heating value is the oscillation region of the active layer, which is typically relatively far from the substrate, but rather at a position close to the surface. 従って、このような通常用いられる素子構成は、基板側から熱を逃すという点では望ましいものではない。 Therefore, such conventional element structure used is not desirable in terms of heat away from the substrate side.
【0009】 [0009]
以上説明したように、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置では、活性層の発振領域において高い密度で発生する熱を効率よく外部へ逃がすことができないという問題点があった。 As described above, in the conventional gallium nitride-based compound semiconductor laser device has a problem that it is impossible to escape the heat generated at a high density in the oscillation region of the active layer efficiently to the outside.
【0010】 [0010]
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。 The present invention has been made in view of the foregoing. すなわち、その目的は、良好な放熱構造を実現することにより、発光特性、温度特性や信頼性が改善され、長寿命な半導体レーザ装置を提供することにある。 That is, its object by implementing a good heat dissipation structure, light emission characteristics are improved temperature characteristics and reliability, to provide a semiconductor laser device long service life.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
すなわち、本発明による半導体レーザ装置は、窒化ガリウム系化合物半導体を含み、少なくともひとつの電極パッドを有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子に電流を供給する電極端子と、前記電極パッドと前記電極端子とを接続する複数のワイアと、を備えたことを特徴とし、複数のワイアを介して、効率的に放熱することができるようになる。 That is, the semiconductor laser device according to the present invention comprises a gallium nitride-based compound semiconductor, and a semiconductor laser element having at least one electrode pad, the electrode terminals for supplying a current to the semiconductor laser device, the electrode terminal and the electrode pad characterized by including a plurality of wires connecting the door, via a plurality of wires, it is possible to radiate efficiently.
【0012】 [0012]
さらに具体的には、本発明の半導体レーザ装置は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、活性層と、p型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、p側電極と、n側電極と、を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子に電流を供給する電極端子と、前記p側電極と前記電極端子とを接続する複数のワイアと、を備えたことを特徴とし、活性層において発生する熱をp側電極を介して効率的に放出することができる。 More specifically, the semiconductor laser device of the present invention, the n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, an active layer, a p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, and the p-side electrode, and the n-side electrode, a semiconductor laser device having the to the semiconductor laser element electrode for supplying a current to the terminals, a plurality of wires for connecting the electrode terminal and the p-side electrode, comprising the, generated in the active layer heat can be efficiently released through the p-side electrode.
【0013】 [0013]
また、本発明による半導体レーザ装置は、基板と、前記基板上に形成されたn型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記n型の窒化ガリウム系化合物半導体層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成されたp型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、n側電極と、p側電極と、を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子に電流を供給する電極端子と、前記p側電極と前記電極端子とを接続する複数のワイアと、を備えたことを特徴とし、活性層において発生する熱を基板を介して効率的に放出することができないようなレーザ素子においても、複数のワイアを介して効率的に放熱することができるようになる。 The semiconductor laser device according to the present invention includes a substrate and, with the gallium nitride-based compound of n-type formed on the substrate a semiconductor layer, an active layer formed on the n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer , said active gallium nitride-based compound of p-type formed on the layer semiconductor layer, and the n-side electrode, and the p-side electrode, and a semiconductor laser element having an electrode terminal for supplying a current to said semiconductor laser element , characterized by including a plurality of wires for connecting the electrode terminal and the p-side electrode, in the laser element which can not be heat generated in the active layer is efficiently released through the substrate also, it is possible to radiate efficiently through multiple wires.
【0014】 [0014]
ここで、前記基板は、サファイアであり、前記複数のワイアは、前記半導体レーザ素子の前記p側電極のうちの発振領域の上の部分に接続されていることを特徴とすることにより、熱伝導率の低い基板を有するレーザ素子において、効率的に放熱することができる。 Wherein said substrate is sapphire, the plurality of wires, by characterized in that connected to the upper part of the oscillating region of the p-side electrode of the semiconductor laser device, heat conduction in the laser device having a low rate board can be radiated efficiently.
【0015】 [0015]
または、前記複数のワイアは、前記半導体レーザ素子のストライプ状に存在する前記発振領域に沿って接続されていることを特徴とすることにより、活性層の発振領域において発生する熱を効率的に放出することができるようになる。 Alternatively, the plurality of wires, said by, characterized in that it is connected along the oscillating region existing in the semiconductor laser element stripe, the heat generated in the oscillation region of the active layer efficiently released so that it is able to.
【0016】 [0016]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子のp側電極に複数のワイアを接続することにより、半導体レーザ素子の活性層の発振領域において高い密度で発生する熱を効率的に外部に放出することができる半導体レーザ装置を提案するものである。 The present invention, by connecting a plurality of wires on the p-side electrode of the semiconductor laser element gallium nitride compound, to dissipate heat generated by high density in the oscillation region of the active layer of the semiconductor laser element efficiently to the outside It proposes a semiconductor laser device capable.
【0017】 [0017]
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。 With reference to the accompanying drawings, of embodiments of the present invention.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ装置の要部を表す概略説明図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the principal part of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. また、図2は、その半導体レーザ素子の断面構造を例示する概略図である。 2 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of the semiconductor laser element.
【0018】 [0018]
本発明の半導体レーザ装置10Aは、半導体レーザ素子20Aと電極端子50及び60Aと、複数のワイア70、70、・・・及び80、80、・・・を備える。 The semiconductor laser device 10A of the present invention includes a semiconductor laser device 20A and the electrode terminals 50 and 60A, a plurality of wires 70, 70, ... and 80, 80, a,. これらの要素は、例えば、リードフレーム、ステム、チップキャリア、或いは絶縁性基板や導電性基板などの図示しない部材の上に適宜配置することができる。 These elements can be, for example, lead frame, stem, appropriately placed over the member (not shown) such as a chip carrier or the insulating substrate or a conductive substrate.
【0019】 [0019]
半導体レーザ素子20Aは、窒化ガリウム系化合物半導体を含むレーザ素子であり、p側電極30とn側電極40とを有する。 The semiconductor laser device 20A is a laser device including a gallium nitride-based compound semiconductor, and a p-side electrode 30 and the n-side electrode 40.
【0020】 [0020]
電極端子50、60Aは、半導体レーザ素子20Aに駆動電流を供給するための電極端子である。 Electrode terminals 50,60A is an electrode terminal for supplying a drive current to the semiconductor laser device 20A. その具体例としては、例えば、図示しないリードフレームのインナー・リード部や、ステムの電極端子、或いは絶縁性の基板上に形成された配線パターンの一部などを挙げることができる。 As specific examples, for example, can be cited and inner lead portions of the lead frame (not shown), the stem of the electrode terminals, or the like part of the wiring pattern formed on the insulating substrate. また、図示しない増幅素子、抵抗素子、容量素子、或いはインダクタなど電気素子の入出力端子であっても良い。 Further, the amplification element (not shown), a resistor, a capacitor, or an inductor etc. may be input and output terminals of the electrical element.
【0021】 [0021]
レーザ素子20Aのp側電極30と電極端子50とは、複数のワイア70、70、・・・によって接続されている。 The laser element 20A p-side electrode 30 and the electrode terminals 50 of a plurality of wires 70, 70 are connected by .... ここで、ワイア70の数は、図示した3本に限定されず、2本以上の複数であれば良い。 Here, the number of wires 70 is not limited to three shown, it may be a plurality of two or more.
また、レーザ素子20Aのn側電極40と電極端子60Aとは、複数のワイア80、80、・・・により接続されている。 Further, the n-side electrode 40 and the electrode terminal 60A of the laser element 20A, a plurality of wires 80 and 80 are connected by .... ここで、n側のワイア80は、図示した例に限定されず、1本であっても良い。 Here, wires 80 of the n-side is not limited to the illustrated example, may be one.
【0022】 [0022]
本発明によれば、このようにレーザ素子20Aのp側電極30と電極端子50とを複数のワイア70、70、・・・で接続することにより、放熱効率を大幅に改善することができる。 According to the present invention, thus laser element 20A of the p-side electrode 30 and the electrode terminal 50 and a plurality of wires 70, 70, by connecting in ..., it is possible to greatly improve the heat radiation efficiency.
【0023】 [0023]
この効果を図2に示したレーザ素子20Aの断面図を参照しつつ説明する。 With reference to the cross-sectional view of a laser device 20A shown this effect in Figure 2 will be described. すなわち、レーザ素子20Aは、c面を主面とする厚さ約60μmのサファイア基板上に形成されている。 That is, the laser element 20A is formed on a sapphire substrate having a thickness of about 60μm to a c-plane as its major surface. サファイア基板101Aの上には、まず、窒化ガリウム(GaN)バッファ層102が形成され、その上にGaN品質改善層103、n型GaNコンタクト層104が積層されている。 On a sapphire substrate 101A, first, gallium nitride (GaN) buffer layer 102 is formed, GaN quality improving layer 103, n-type GaN contact layer 104 is laminated thereon. さらに、その上に部分的に、n型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)クラッド層105、アンドープGaNガイド層106、多重量子井戸(MQW)構造の活性層107、p型GaNガイド層108、p型AlGaNクラッド層109、p型GaN第1コンタクト層110が積層されている。 Furthermore, partially, n-type aluminum gallium nitride (AlGaN) clad layer 105, an undoped GaN guide layer 106, the active layer 107 of multiple quantum well (MQW) structure, p-type GaN guide layer 108, p-type AlGaN cladding thereon layer 109, p-type GaN first contact layer 110 are stacked. さらに、活性層の発振領域、すなわち電流が注入されてレーザ発振が生ずる領域に注入電流を狭窄するためのn型電流ブロック層111が設けられている。 Further, the oscillation region of the active layer, that is, the n-type current blocking layer 111 for current confinement the injection current is injected to the area where the laser oscillation occurs is provided. そして、それを覆うようにp型GaN第2コンタクト層112、さらに最上層として高キャリア濃度p型GaN第3コンタクト層113が形成されている。 Then, p-type GaN second contact layer 112 so as to cover it, a high carrier concentration p-type GaN third contact layer 113 is formed as the uppermost layer further. また、n型コンタクト層104からp型第3コンタクト層までの側面を保護するようにSiO 膜120が形成されている。 Further, SiO 2 film 120 is formed to protect the sides of the n-type contact layer 104 to the p-type third contact layer.
【0024】 [0024]
また、p型コンタクト層113の上にはp側電極30が形成され、n型コンタクト層104の上にははn側電極40が形成されている。 Further, on the p-type contact layer 113 p-side electrode 30 is formed, on top of the n-type contact layer 104 is n-side electrode 40 is formed. ここで、p側電極30は、例えば、半導体側からPt、Ti、Pt、Auの4層からなる積層構造とすることができる。 Here, p-side electrode 30, for example, can be a semiconductor side Pt, Ti, Pt, a laminated structure consisting of four layers of Au. また、n側電極40は、半導体層側からTi、Auの積層構造とすることができる。 Further, n-side electrode 40 may be a semiconductor layer side Ti, a laminated structure of Au.
【0025】 [0025]
本発明によれば、このような窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子20Aのp側電極30に対して、図示したように複数のワイア70、70、・・を接続する。 According to the present invention, the p-side electrode 30 of such a gallium nitride-based compound semiconductor laser device 20A, a plurality of wires 70, 70 as shown, to connect .... さらに具体的には、この複数のワイア70、70、・・・は、活性層107のストライプ状の発振領域Lの直上において、ストライプに沿ってボンディングすることが望ましい。 More specifically, the plurality of wires 70, 70, ... are directly above the stripe-shaped oscillating region L of the active layer 107, it is desirable to bond along the stripe.
【0026】 [0026]
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子は、図2に例示したように、注入電流が狭窄されレーザ発振が生ずる活性層107の発振領域Lにおいて高い密度で熱が発生する。 Gallium nitride-based compound semiconductor laser device, as illustrated in FIG. 2, the injection current heat is generated at a high density in the oscillation region L of the active layer 107 of the laser oscillation is confined occurs. ここで、例えば、図2における発振領域Lからp側電極30までの距離は1〜3μm程度であるのに対し、Lから基板101Aの下面までは基板厚に半導体層の厚さを加えた65μm程度、Lからn側電極までの距離は横方向の寸法から30μm程度である。 Here, for example, the distance from the oscillating region L to the p-side electrode 30 in FIG. 2 to the range of about 1 to 3 [mu] m, from L to the lower surface of the substrate 101A plus the thickness of the semiconductor layer on the substrate thickness 65μm degree, the distance L to the n-side electrode is 30μm order of the transverse dimension. このような距離関係を考えても分かるように、発振領域Lの直上にあるp側電極30は、発生した熱の放出経路として極めて有効に作用する。 As can be considered such a distance relationship, p-side electrode 30 located immediately above the oscillation region L acts very effectively as a discharge path of the generated heat.
【0027】 [0027]
一方、複数のワイア70、70、・・・を接続することにより、電気的な抵抗を下げ、また、容量やインダクタンスを調節することができるという効果も併せて得られる。 On the other hand, a plurality of wires 70, 70, by connecting ..., lowering the electrical resistance, also obtained together effect that can modulate capacity and inductance. すなわち、ワイア部分の抵抗、電気容量、インダクタンスを低下することにより、レーザ素子を従来よりも高速で変調することができるようになり、情報の送信速度を増大することができるようになる。 That is, the resistance of the wire portion, the capacitance, by lowering the inductance, the laser element than before can now be modulated at high speed, it is possible to increase the transmission rate of information.
【0028】 [0028]
ここで、ガリウム砒素系やインジウムリン系などの材料系を用いたレーザ素子の場合には、活性層の直上にワイア・ボンディングを施すと活性層に欠陥が誘起され、素子劣化の原因となる。 Here, in the case of a laser device using the material system such as gallium arsenide-based or indium phosphide system, defects in the active layer when subjected to wire bonding immediately above the active layer is induced, causing device degradation. これに対して、窒化ガリウム系化合物半導体は、欠陥密度が比較的高い場合でも素子劣化が生じにくいという特性を有する。 In contrast, a gallium nitride-based compound semiconductor has a property that device degradation even when the defect density is relatively high is less likely to occur. すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体系の半導体レーザにおいては、素子の劣化を生じさせることなく、活性層の直上に複数のワイア・ボンディングを施すことができるという利点を有する。 That is, in the semiconductor laser of gallium nitride compound semiconductor has the advantage that the degradation of the device without causing, can be subjected to a plurality of wire bonding directly on the active layer.
【0029】 [0029]
ここで、本発明において用いるボンディング・ワイアの径は、通常の100μmΦでも良いが、放熱効率を考慮した場合には、それ以上の太さ、例えば150μmΦ以上であることが望ましい。 Here, the diameter of the bonding wires used in the present invention, may be any ordinary 100Myuemufai, when considering the heat dissipation efficiency, more thickness is desirably example 150μmΦ more. このように、活性層の真上に所定の太さの複数のワイアをボンディングすることにより、従来よりも大幅に放熱性を改善し、半導体レーザ素子の初期特性と信頼性とを向上させることができる。 In this manner, by bonding a plurality of wires having a predetermined thickness just above the active layer, and significantly improve heat dissipation than conventional, be improved and the reliability initial characteristics of the semiconductor laser element it can.
【0030】 [0030]
本発明者の実験の結果、120μmΦの4本のワイアを発振領域の直上にボンディングしたレーザ装置においては、従来よりも電流−発光強度特性におけるスロープ効率が約30%改善された。 Results of the experiments conducted by the present inventors, the laser device bonding the four wires of 120μmΦ immediately above the oscillation region than conventional current - slope efficiency in emission intensity characteristics are improved by about 30%. 同時に、レーザの最大発光強度が約15%上昇した。 At the same time, the maximum emission intensity of the laser is increased by about 15%. さらに、実用的なレーザ発振光が得られる上限温度も従来の40℃から65℃に改善された。 Further, the upper limit temperature at which practical laser oscillation light can be obtained which is improved in 65 ° C. from the conventional 40 ° C.. 例えば、DVD装置の光ピックアップとして使用する際には、最大定格温度として65℃付近におけるレーザ発振動作が要求される場合が多い。 For example, when used as an optical pickup for DVD devices often lasing operation is required at around 65 ° C. as the maximum rated temperature. 本発明によれば、素子の放熱効率を改善することにより、従来よりも動作条件温度を上昇させ、半導体レーザ装置の応用範囲を顕著に広げることができる。 According to the present invention, by improving the heat radiation efficiency of the device increases the operating condition temperature than conventional, it is possible to widen the application range of the semiconductor laser device significantly.
【0031】 [0031]
さらに、本発明によれば、レーザ素子の寿命も伸ばすことができる。 Furthermore, according to the present invention, it can be extended also the life of the laser device. 本発明者の実験の結果、従来の単一のボンディングと比べて約3倍の寿命を得ることができた。 Results of the experiments conducted by the present inventors, it was possible to obtain approximately 3 times longer than a conventional single bond.
【0032】 [0032]
また、本発明によれば、複数のワイアをボンディングを施すことにより、電極の接触抵抗を下げ、付着強度を改善する効果も得られる。 Further, according to the present invention, by performing the bonding multiple wires, lowering the contact resistance of the electrode, there is also an effect of improving the adhesion strength. すなわち、ワイア・ボンディング工程においては、通常、加熱状態において所定の荷重で電極にワイアを押しつけると共に、超音波を印加する。 That is, in the wire bonding process, typically, with pressing the wire to the electrode at a predetermined load in the heating state, ultrasonic waves are applied. このようなワイア・ボンディングを複数箇所で行なうことにより、電極とその下のコンタクト層との付着力が改善され、同時に接触抵抗も低減させることができる。 By performing such wire bonding at a plurality of locations, an improved adhesion between the electrode and the contact layer under it, it is possible to reduce contact resistance at the same time. 窒化ガリウム系化合物半導体の場合には、特にp側において電極の接触抵抗や付着強度が十分でない場合が多い。 In the case of a gallium nitride-based compound semiconductor is often contact resistance and adhesion strength of the electrode is not sufficient, particularly in the p-side. 従って、本発明のこの効果は顕著である。 Therefore, the effect of the present invention is remarkable.
【0033】 [0033]
本発明者の実験によれば、従来と比較して、p側電極30の接触抵抗を約1/5に低下させ、電極の付着強度を50%向上することができた。 According to the inventor's experiment, as compared to conventional, to reduce the contact resistance of the p-side electrode 30 to about 1/5, the adhesion strength of the electrode can be improved by 50%.
【0034】 [0034]
ここで、本発明の主眼は窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を用いたレーザ装置における電極へのワイア・ボンディングを複数にすることであり、レーザ素子内部の積層構造にはよらない。 Here, the focus of the present invention is to a wire bonding to the electrodes in the laser device using a semiconductor laser element gallium nitride-based compound in a plurality, it does not depend on the layered structure of the internal laser element. しかし、いわゆるBH(buried hetero:埋め込みヘテロ)構造のように注入電流をより絞った構造においては発振領域における発熱密度がさらに上がるので、本発明を適用してより顕著な効果を得ることができる。 However, so-called BH (buried hetero: buried heterostructure) so in a more squeezed structure the injection current as the structure further increases heat generation density in the oscillation region, may apply the present invention to obtain a more remarkable effect.
【0035】 [0035]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a second embodiment of the present invention.
【0036】 [0036]
図3は、本発明の第2の半導体レーザ装置10Bの要部を表す概略説明図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing the principal part of the second semiconductor laser device 10B of the present invention.
【0037】 [0037]
ここで、本発明の半導体レーザ装置10Bは、半導体レーザ素子20Bと電極端子50及び60Bと、複数のワイア70、70、・・・と、を備える。 Here, the semiconductor laser device 10B of the present invention includes a semiconductor laser device 20B and the electrode terminals 50 and 60B, a plurality of wires 70, 70, and ..., and. 前述した第1実施形態と同様に、レーザ素子20Bの電極30と電極端子50とは、複数のワイア70、70、・・・により接続されている。 Similar to the first embodiment described above, the electrode 30 and the electrode terminals 50 of the laser device 20B has a plurality of wires 70, 70 are connected by ....
【0038】 [0038]
ここで、本実施形態が前述した第1実施形態と相違する点は、レーザ素子20Bが電極端子60Bの上に直接マウントされ、ワイアを介することなく接続されていることである。 Here, The present embodiment is different from the first embodiment described above, the laser device 20B is mounted directly on the electrode terminal 60B, it is that it is connected without passing through the wire. すなわち、レーザ素子20Bの裏面側にn側電極40が形成されている。 Ie, n side electrode 40 is formed on the back side of the laser element 20B. これは、レーザ素子20Bの基板101Bとして導電性の材料を用いることにより実現することができる。 This can be realized by using a conductive material as the substrate 101B of the laser element 20B. そのような材料の具体例としては、例えば、炭化珪素(SiC)を挙げることができる。 Specific examples of such materials, for example, a silicon carbide (SiC). すなわち、基板101BとしてSiC基板を用いることにより、その上に所定の品質の結晶性を有する窒化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長することができ、さらに基板101Bを介して電流を流すことができる。 That is, by using the SiC substrate as the substrate 101B, the above predetermined gallium nitride-based compound semiconductor layer having crystallinity of quality can be epitaxially grown, current can flow further through the substrate 101B.
【0039】 [0039]
ここで、基板として用いるSiCの結晶型としては、いわゆる「6H型」よりも「4H型」或いは「2H型」であることが望ましい。 Here, the crystal form of SiC used as substrate, it is desirable that the so-called "4H type" than "6H type" or "2H type". 窒化ガリウム系化合物半導体層とのヘテロ障壁をより小さくして、電流に対する抵抗を下げることができるからである。 Hetero barrier between the gallium nitride-based compound semiconductor layer is smaller, because it is possible to reduce the resistance to current flow.
【0040】 [0040]
また、基板101Bの裏面に形成するn側電極としては、基板側から、ニッケル(Ni)と金(Au)とをこの順序に積層したものを用いることができる。 As the n-side electrode formed on the back surface of the substrate 101B, from the substrate side, it is possible to use a material obtained by laminating a nickel (Ni) and gold (Au) in this order. または、白金(Pt)と金(Au)とをこの順序に積層したものでも良い。 Or it may be a stack of platinum (Pt) and gold (Au) in this order. さらに、これらの金(Au)の代わりに金(Au)とゲルマニウム(Ge)またはシリコン(Si)との合金を用いることもできる。 It is also possible to use an alloy of gold (Au) and germanium (Ge) or silicon (Si) in place of these gold (Au).
【0041】 [0041]
なお、基板101Bの上に形成する窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造は、図2に例示したものと概略同様とすることができる。 Incidentally, the laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor formed on the substrate 101B can be the same exemplified ones and schematically in FIG. 或いは、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた各種の半導体レーザ素子の構造を同様に採用することができる。 Alternatively, it is possible to adopt the structure of various semiconductor laser device using a gallium nitride-based compound semiconductor as well.
【0042】 [0042]
本実施形態においても、図1に関して前述した種々の効果を同様に得ることができる。 In the present embodiment, it is possible to obtain the same various effects as described above with respect to FIG. さらに、本実施形態によれば、n側のワイア・ボンディングが不要となり、構成を簡略化するとともに、装置の小型化、製造工程の簡略化などの効果も併せて得ることができる。 Further, according to this embodiment, wire bonding of the n-side is not required, it is possible as well as simplify the configuration, size of the apparatus can together also effects such as simplifying the manufacturing process.
【0043】 [0043]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a third embodiment of the present invention.
【0044】 [0044]
図4は、本発明の第3の半導体レーザ装置10Cの要部を表す概略説明図である。 Figure 4 is a schematic diagram showing the principal part of the third semiconductor laser device 10C of the present invention.
【0045】 [0045]
ここで、半導体レーザ装置10Cは、半導体レーザ素子20Cと電極端子50、60Cと、複数のワイア70、70、・・・とを備える。 Here, the semiconductor laser device 10C includes a semiconductor laser device 20C and the electrode terminal 50,60C, a plurality of wires 70, 70, and .... 前述した第1実施形態と同様に、レーザ素子20Cの電極30と電極端子50とは、複数のワイア70、70、・・・により接続されている。 Similar to the first embodiment described above, the electrode 30 and the electrode terminals 50 of the laser device 20C includes a plurality of wires 70, 70 are connected by ....
【0046】 [0046]
ここで、本実施形態においても、前述した第2実施形態と同様にレーザ素子20Cの裏面側にn側電極40が形成され、電極端子60Cの上に直接マウントすることによりワイアを介することなく接続されている。 Here, also in this embodiment, the connection without using wires by n-side electrode 40 is formed similarly to the second embodiment described above on the back side of the laser element 20C, directly mounted on the electrode terminal 60C It is. 但し、本実施形態においては、レーザ素子20Cは、基板を有しない。 However, in the present embodiment, the laser element 20C has no substrate. すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造のみにより構成されている。 That is constituted only by a laminated structure of the gallium nitride-based compound semiconductor.
【0047】 [0047]
例えば、レーザ素子20Cは、図2に表したコンタクト層104から上の積層構造体とすることができる。 For example, the laser device 20C may be a laminated structure of the upper from the contact layer 104 shown in FIG. このようなレーザ素子20Cは、図示しない基板上に積層構造体を形成した後に、その基板を除去することによって得られる。 Such laser device 20C, after forming a laminated structure on a substrate, not shown, it is obtained by removing the substrate. 具体的には、サファイアやSiCなどの基板の上に、特定のエッチング条件でエッチングされやすい結晶層を介して、窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造体をエピタキシャル成長する。 Specifically, on a substrate such as sapphire or SiC, through the crystal layer is etched easily in certain etching conditions, epitaxially growing a stacked structure of a gallium nitride-based compound semiconductor. その後に、エッチングされやすい結晶層をエッチング除去することにより、基板と積層構造体と分離することができる。 Thereafter, the etched easily, and the crystalline layer is removed by etching, it can be separated from the substrate and the multilayer structure. このように特定のエッチング条件においてエッチングされやすい結晶層としては、例えば、ZnO、SiO 、MgO、AlNなどを挙げることができる。 As the crystalline layer easily etched in this way certain etching conditions, for example, can be cited ZnO, SiO 2, MgO, AlN and the like.
【0048】 [0048]
基板を除去した後に、さらに、バッファ層や品質改善層などをエッチング除去してn型コンタクト層104を素子の裏面に露出させることにより、n側電極40を素子の裏面に形成することができる。 After removal of the substrate, further, by causing the buffer layer or the like and quality improving layer is etched away to expose the n-type contact layer 104 on the back surface of the element, it is possible to form the n-side electrode 40 on the back surface of the element. あるいは、バッファ層や品質改善層に適量のドーピングを施すことによりn型コンタクト層としての働きを持たせることも可能である。 Alternatively, it is possible to provide the function of the n-type contact layer by applying an appropriate amount of doping in the buffer layer and the quality improving layer.
【0049】 [0049]
本実施形態においても、図1に関して前述した種々の効果を同様に得ることができる。 In the present embodiment, it is possible to obtain the same various effects as described above with respect to FIG. さらに、本実施形態によれば、n側のワイア・ボンディングが不要となり、構成を簡略化するとともに、装置の小型化、製造工程の簡略化などの効果も併せて得ることができる。 Further, according to this embodiment, wire bonding of the n-side is not required, it is possible as well as simplify the configuration, size of the apparatus can together also effects such as simplifying the manufacturing process.
【0050】 [0050]
また、図4に示した例の他にも、基板を有しないレーザ素子において、図1の場合と同様にn型コンタクト層104の一部を露出させ、n側電極40をn型コンタクト層104の上側に形成しても良い。 Further, in addition to the example shown in FIG. 4, the laser device having no substrate, to expose a part of the case of FIG. 1 as well as the n-type contact layer 104, the n-side electrode 40 n-type contact layer 104 of it may be formed on the upper side. この場合には、図1の場合と同様に、電極端子60Cをレーザ素子20Cとは別の位置に設け、ワイアを介してn側電極40と接続すれば良い。 In this case, as in the case of FIG. 1, provided with an electrode terminal 60C in a different position from the laser element 20C, it may be connected to the n-side electrode 40 via a wire.
【0051】 [0051]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a fourth embodiment of the present invention.
【0052】 [0052]
図5は、本発明の第4の半導体レーザ装置10Dの要部を表す概略説明図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing the principal part of the fourth semiconductor laser device 10D of the present invention. ここで、半導体レーザ装置10Dは、半導体レーザ素子20Dと電極端子50、60Dと、複数のワイア70、70、・・・と、複数のワイア80、80、・・・と、を備える。 Here, the semiconductor laser device 10D includes a semiconductor laser element 20D and the electrode terminal 50,60D, a plurality of wires 70, 70, and ..., a plurality of wires 80 and 80, and ..., and. 前述した第1の実施形態と同様に、レーザ素子20Dの電極30と電極端子50とは、複数のワイア70、70、・・・により接続されている。 Like the first embodiment described above, the electrode 30 and the electrode terminals 50 of the laser element 20D has a plurality of wires 70, 70 are connected by .... また、レーザ素子20Dの電極40と電極端子60Dとは、複数のワイア80、80、・・・により接続されている。 Further, the electrode 40 and the electrode terminal 60D of the laser element 20D, a plurality of wires 80 and 80 are connected by ....
【0053】 [0053]
本実施形態においては、電極30のワイア・ボンディングは発振領域Lの直上には形成されていない。 In this embodiment, wire bonding of the electrode 30 is not formed directly on the oscillating region L. この理由を以下に説明する。 The reason for this will be explained below. すなわち、レーザ素子の基板101Aとしてサファイア基板を用いた場合、サファイアが絶縁性であるため、窒化ガリウム系化合物半導体が積層された構造の一部をエッチング除去することによってn側のコンタクトを確保することが一般的である。 That is, when using a sapphire substrate as the substrate 101A of the laser element, since sapphire is an insulating, ensuring the contact of the n-side by a gallium nitride compound semiconductor is partially removed by etching of the stacked structure There is common. この時、積層面と平行な方向に流れる電流成分が必ず生ずる。 At this time, always caused a current component flowing in the lamination plane direction parallel. その距離は層構造の厚さや抵抗率、構造にも依存するが、一般にこの距離が長すぎることは、それだけ横方向の抵抗が大きくなり、抵抗低減の観点からは望ましいものではない。 The thickness and resistivity of the distance layer structure, but also on the structure, generally it this distance is too long, large that much of the lateral resistance, undesirable from the viewpoint of reducing resistance. また、短すぎることもエッチングの制御性からくる発振領域へのダメージの影響、あるいは電極形成プロセスの制御性からくる電極金属のはいあがりに伴うリーク電流の発生、などの観点から望ましいものではない。 Also, undesirable in view of the influence of damage to the oscillation area coming from the control of the etching, or the leakage current due to Haiagari electrode metal coming from the control of the electrode forming process occurs, also too short.
【0054】 [0054]
以上説明したような理由により、発振領域Lはメサ領域の側面90からの距離を10〜20μm程度に設定することが望ましい場合もある。 Thus reasons as described, the oscillation region L may it may be desirable to set the distance from the side surface 90 of the mesa region of about 10 to 20 [mu] m. このような場合に、発振領域Lの直上にワイア・ボンディングを施すと、側面90へのボンディングの回り込みが発生し、密着性が低下するおそれがある。 In such a case, when subjected to wire bonding directly on the oscillation region L, occurs wraparound bonding of the side surface 90, the adhesion may decrease. 従って、ボンディングの回り込みが生じないように側面90から離し、且つ、発振領域Lの直上にできるだけ近いようにボンディングを施すことが必要となる。 Thus, apart from the side 90 as wraparound bonding does not occur, and, it is necessary to apply a bonding so as close as possible directly above the oscillation region L. このような構造にしたものが図5である。 Those in such a structure is a FIG. すなわち、同図に例示した構造にすると、発振領域の直上にボンディングを施した場合と比較して約20%程度、放熱性が低下するが、本願の主旨を逸脱することなく、一定の効果を得ることが可能となる。 That is, when the illustrated structure in the figure, about 20% of compared to when subjected to bonding directly on the oscillation region, but the heat dissipation is lowered, without departing from the gist of the present application, a certain effect It can be obtained to become.
【0055】 [0055]
以上、本発明の実施の形態について具体例を示しつつ説明した。 It has been described with reference to specific examples of embodiments of the present invention. しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。 However, the present invention is not limited to these specific examples.
【0056】 [0056]
例えば、レーザ素子の電極30に接続するワイアの本数は、図示した3本に限定されることなく、レーザやワイアの寸法、活性層における発熱量、その他の種々のパラメータを考慮して適宜決定することができる。 For example, the number of wires to be connected to the electrode 30 of the laser device is not limited to three shown, it is suitably determined in consideration of the size of the laser or wire, heating value in the active layer, various other parameters be able to.
【0057】 [0057]
また、レーザ素子20Aの基板101はサファイアに限定されず、その他、SiCや、Si、GaAsなどの各種の材料を用いることができる。 The substrate 101 of the laser element 20A is not limited to sapphire, and other, can be used SiC and, Si, various materials, such as GaAs. 但し、本発明によれば、熱伝導率が低い基板を用いた場合において、より顕著な効果を得ることができる。 However, according to the present invention, when the thermal conductivity using low substrate, it is possible to obtain a more remarkable effect. このような基板としては、前述したサファイアの他に、例えば、スピネル、ScAlMgO 、(LaSr)(AlTa)O などを挙げることができる。 Examples of such a substrate, in addition to sapphire as described above, for example, can be cited spinel, ScAlMgO 4, etc. (LaSr) (AlTa) O 3 . ここで、ScAlMgO 基板の場合には、(0001)面、(LaSr)(AlTa)O 基板の場合には(111)面を用いることが望ましい。 Here, in the case of ScAlMgO 4 substrate, (0001) plane, (LaSr) (AlTa) O 3 in the case of the substrate it is desirable to use the (111) plane.
【0058】 [0058]
また、レーザ素子の構造やその導電型も前述した具体例には、限定されず、例えば、p型とn型とを反転した構造であっても良い。 Further, specific examples structure and the conductivity type of the laser device also described above are not limited, for example, it may be an inverted structure and the p-type and n-type.
【0059】 [0059]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。 The present invention is implemented in the form as described above, the effect described below.
【0060】 [0060]
まず、本発明によれば、活性層の発振領域の直上に複数のワイヤーボンディングを施すことにより、レーザ素子の放熱性を改善することができる。 First, according to the present invention, by performing a plurality of wire bonding directly on the oscillation region of the active layer, it is possible to improve the heat dissipation of the laser element. その結果として、半導体レーザ装置の諸特性を改善し、信頼性や寿命を延ばすことができ、応用範囲を大幅に広げることができる。 As a result, to improve the characteristics of the semiconductor laser device, it is possible to extend the reliability and life, it is possible to widen the range of applications considerably.
【0061】 [0061]
また、本発明によれば、複数のワイアをボンディングすることによって、レーザ素子の電極の接触抵抗および付着強度を改善することもできる。 Further, according to the present invention, by bonding a plurality of wires, it is also possible to improve the contact resistance and adhesion strength of the electrode of the laser element. その結果として、駆動電流を低下させ、発光特性を安定化させると共に、振動や衝撃などに対する機械的強度も改善することができる。 As a result, the driving current is lowered, the emission characteristics along with stabilizing the mechanical strength against vibration or impact can be improved.
【0062】 [0062]
複数のワイアを接続することにより、電気的な抵抗を下げ、また、容量やインダクタンスを調節することができるという効果も併せて得られる。 By connecting a plurality of wires, lowering the electrical resistance, also obtained together effect that can modulate capacity and inductance. すなわち、ワイアの発熱を抑制しつつ、窒化ガリウム系化合物半導体のレーザを高出力で動作させ、レーザ素子を従来よりも高速で変調することができるようになり、情報の送信速度を増大することができるようになる。 That is, while suppressing the heat generation of the wire, that a laser of gallium nitride compound semiconductor is operated at high power, the laser element than conventionally able to be modulated at high speed, to increase the transmission rate of information become able to.
【0063】 [0063]
このように、本発明によれば、高性能で高信頼性を有する半導体レーザ装置を提供することができるようになり、産業上のメリットは多大である。 Thus, according to the present invention, it becomes possible to provide a semiconductor laser device with high reliability in performance, the benefits of the industry is enormous.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体レーザ装置の概略説明図である。 1 is a schematic illustration of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】レーザ素子20Aの断面を表す概略図である。 2 is a schematic view showing a cross section of the laser element 20A.
【図3】本発明の第2実施形態に係る半導体レーザ装置の概略説明図である。 3 is a schematic illustration of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施形態に係る半導体レーザ装置の概略説明図である。 4 is a schematic illustration of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4実施形態に係る半導体レーザ装置の概略説明図である。 5 is a schematic illustration of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
10A、10B、10C、10D 半導体レーザ装置20A、20B、20C、20D 半導体レーザ素子30、40 電極50、60 電極端子70、80 ワイア90 メサ側面101A 基板102 バッファ層103 品質改善層104 コンタクト層105、109 クラッド層106、108 ガイド層107 活性層110 第1コンタクト層111 ブロック層112 第2コンタクト層113 第3コンタクト層120 保護膜L 発振領域 10A, 10B, 10C, 10D semiconductor laser device 20A, 20B, 20C, 20D semiconductor laser element 30, 40 electrode 50, 60 electrode terminals 70, 80 wire 90 side of the mesa 101A substrate 102 a buffer layer 103 quality improving layer 104 a contact layer 105, 109 cladding layer 106 and 108 guide layer 107 active layer 110 first contact layer 111 blocking layer 112 second contact layer 113 third contact layer 120 protective film L oscillating region

Claims (2)

  1. 基板と、前記基板上に形成されたn型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記n型の窒化ガリウム系化合物半導体層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成されたp型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、n側電極と、p側電極と、を有する半導体レーザ素子と、 A substrate, said formed on a substrate an n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, an active layer formed on the n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, formed on said active layer and a p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, a semiconductor laser device having the n-side electrode, and the p-side electrode,
    前記半導体レーザ素子に電流を供給する電極端子と、 And the electrode terminals for supplying a current to the semiconductor laser element,
    前記p側電極と前記電極端子とを接続する複数のワイアと、 A plurality of wires for connecting the electrode terminal and the p-side electrode,
    を備え、前記複数のワイアは、前記半導体レーザ素子の前記p側電極のうちの前記半導体レーザ素子のストライプ状に存在する発振領域の上の部分に沿って接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 Wherein the plurality of wires includes a semiconductor, characterized in that it is connected along the upper part of the oscillating region existing stripe of the semiconductor laser element of the p-side electrode of the semiconductor laser element laser device.
  2. 前記基板は、サファイアまたはSiCから形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 The substrate, a semiconductor laser device according to claim 1, characterized in that it is formed of sapphire or SiC.
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