JP4318583B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、放熱特性を向上させた半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device with improved heat dissipation characteristics.

冷却機構を備えた半導体レーザ装置が従来から知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser device provided with a cooling mechanism is known.

たとえば、特開2003−188462号公報(従来例1)においては、半導体レーザ素子の共振方向に延びる溝が表面に複数形成された基体と、板状の蓋体とからなるステム(レーザダイオード用冷却装置)上に半導体レーザ素子を取り付けた半導体レーザ装置が開示されている。   For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-188462 (conventional example 1), a stem (cooling for laser diodes) comprising a base having a plurality of grooves extending in the resonance direction of a semiconductor laser element formed on the surface and a plate-like lid. A semiconductor laser device is disclosed in which a semiconductor laser element is mounted on the device.

また、特開2002−158393号公報および特開2001−291924号公報(従来例2,3)においては、一方の電極を備えた基板上に、活性層を含む半導体層と他方の電極とを積層して構成した半導体レーザ素子において、基板における半導体層が形成された面と反対側の面から半導体層が形成された面に達する溝を設け、該溝の表面に上記一方の電極が形成された半導体レーザ装置が開示されている。上記溝は、冷媒用通路として用いられる。   In JP-A-2002-158393 and JP-A-2001-291924 (conventional examples 2 and 3), a semiconductor layer including an active layer and the other electrode are stacked on a substrate provided with one electrode. In the semiconductor laser device configured as described above, a groove reaching the surface on which the semiconductor layer is formed from the surface opposite to the surface on which the semiconductor layer is formed in the substrate is provided, and the one electrode is formed on the surface of the groove A semiconductor laser device is disclosed. The groove is used as a refrigerant passage.

一方、後述する非特許文献1(従来例4)においては、半導体素子に溝を設け、該溝をカバー部材で覆うことにより冷媒用流路を形成した半導体装置(VLSI:Very Large−Scale Integration)が開示されている。
特開2003−188462号公報 特開2002−158393号公報 特開2001−291924号公報 D.B.TUCKERMAN、他1名,「High-Performance Heat Sinking for VLSI」,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,IEEE,1981年5月,第2巻,第5号,p126−129
On the other hand, in Non-Patent Document 1 (conventional example 4) to be described later, a semiconductor device (VLSI: Very Large-Scale Integration) in which a groove is formed in a semiconductor element and a groove for the coolant is formed by covering the groove with a cover member. Is disclosed.
JP 2003-188462 A JP 2002-158393 A JP 2001-291924 A DBTUCKERMAN, 1 other, "High-Performance Heat Sinking for VLSI", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, IEEE, May 1981, Vol. 2, No. 5, p126-129

しかしながら、上記のような半導体レーザ装置においては、以下のような問題があった。   However, the semiconductor laser device as described above has the following problems.

従来例1においては、熱源となるレーザダイオードと流路を構成する基体との間に蓋体が取り付けられるため、少なくとも蓋体の厚み分だけ、熱源と冷媒用流路とが離間し、結果として、放熱特性の向上が制限される場合がある。   In Conventional Example 1, since the lid is attached between the laser diode serving as the heat source and the base constituting the flow path, the heat source and the coolant flow path are separated by at least the thickness of the lid, and as a result In some cases, improvement in heat dissipation characteristics may be limited.

また、従来例2,3においては、冷媒用流路を構成する溝部が発光層の近傍にまで達するため、流路内の冷媒の圧力により発光層に歪みが生じ、結果として、半導体レーザ素子の寿命を短縮する場合がある。   In the conventional examples 2 and 3, since the groove part constituting the refrigerant flow path reaches the vicinity of the light emitting layer, the light emitting layer is distorted by the pressure of the refrigerant in the flow path. Life may be shortened.

従来例4においては、従来例2,3と同様に、半導体素子に溝を設ける旨が開示されているものの、デバイスの信頼性を考慮した具体的構造についての記載がなく、上記思想を、単純に半導体レーザ装置に適用することはできない。   In the conventional example 4, as in the conventional examples 2 and 3, it is disclosed that a groove is provided in the semiconductor element, but there is no description of a specific structure considering the reliability of the device, and the above idea is simplified. It cannot be applied to a semiconductor laser device.

また、上記とは別の観点では、従来例1〜4において、半導体素子(半導体レーザ素子)に取付けられる蓋(カバー)に溝を設けるという思想は開示されていない。   Further, from the viewpoint different from the above, in the conventional examples 1 to 4, the idea of providing a groove in a lid (cover) attached to the semiconductor element (semiconductor laser element) is not disclosed.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発光層の歪みを抑制しながら放熱特性を向上させた半導体レーザ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having improved heat dissipation characteristics while suppressing distortion of a light emitting layer.

本発明に係る半導体レーザ装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された発光層と、発光層上に形成された第1電極と、半導体基板の裏面側に発光層と離間して設けられた凹部と、少なくとも凹部の底面上に形成された第2電極と、凹部との間で冷媒用の流路を形成するように半導体基板の裏面上に取付けられる蓋部とを備え、流路の側壁上に凹凸部を有するA semiconductor laser device according to the present invention is provided with a semiconductor substrate, a light emitting layer formed on the semiconductor substrate, a first electrode formed on the light emitting layer, and a light emitting layer separated from the light emitting layer on the back surface side of the semiconductor substrate. A recess portion, at least a second electrode formed on the bottom surface of the recess portion, and a lid portion attached on the back surface of the semiconductor substrate so as to form a coolant channel between the recess portion , An uneven portion is provided on the side wall .

本発明によれば、半導体レーザ装置において、発光層の歪みを抑制しながら放熱特性を向上させることができる。   According to the present invention, in a semiconductor laser device, heat dissipation characteristics can be improved while suppressing distortion of the light emitting layer.

以下に、本発明に基づく半導体レーザ装置の実施の形態について、図1から図12を用いて説明する。   Embodiments of a semiconductor laser device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。また、図2は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図2(a)は、図1におけるA−A断面を示し、図2(b)は、図1におけるB−B断面を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view showing the semiconductor laser device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of this semiconductor laser device. 2A shows an AA section in FIG. 1, and FIG. 2B shows a BB section in FIG.

図1,図2を参照して、本実施の形態における半導体レーザ装置は、n−GaAs基板2A(基板)およびn−GaAs基板2A上に形成された発光層2Bを含む半導体レーザ素子2と、発光層2B上に形成された第1電極1(上部電極)と、n−GaAs基板2Aの裏面側(図2,図3中の下側)に発光層2Bと離間して設けられた凹部20Aと、凹部20Aの底面上からn−GaAs基板2Aの裏面上に形成された第2電極5(下部電極)と、凹部20Aとの間で冷媒用の流路3を形成するようにn−GaAs基板2Aの裏面上に封止材6を介して取付けられる蓋体4(蓋部)とを備える。   1 and 2, a semiconductor laser device according to the present embodiment includes an n-GaAs substrate 2A (substrate) and a semiconductor laser element 2 including a light emitting layer 2B formed on the n-GaAs substrate 2A, A first electrode 1 (upper electrode) formed on the light emitting layer 2B and a recess 20A provided on the back surface side (lower side in FIGS. 2 and 3) of the n-GaAs substrate 2A and spaced apart from the light emitting layer 2B. N-GaAs so that the coolant channel 3 is formed between the second electrode 5 (lower electrode) formed on the bottom surface of the recess 20A and the back surface of the n-GaAs substrate 2A and the recess 20A. A lid 4 (lid) attached to the back surface of the substrate 2A via a sealing material 6 is provided.

流路3内に冷媒を流すことによって、半導体レーザ装置の冷却を行なうことができる。冷媒の循環は、典型的には、数百ミリ気圧から数気圧の加圧力を有するポンプを用いて行なわれるが、たとえば比較的低圧力のヒートパイプ方式などを用いてもよい。   The semiconductor laser device can be cooled by flowing a coolant through the flow path 3. The circulation of the refrigerant is typically performed using a pump having a pressurizing force of several hundred milli-atmospheric pressure to several atmospheric pressure, but for example, a relatively low-pressure heat pipe system may be used.

冷媒としては、典型的には、エチレングリコールと水との混合液体が用いられるが、その他にも、純水、炭化水素系の物質(たとえばメタノール、アセトンおよびエタノール)、二酸化炭素、窒素、希ガス(たとえばヘリウム)、HFC(Hydrofluorocarbon)などが使用可能である。また、冷媒に封止材6に対する防錆材を添加することで、封止部の信頼性を向上させることができる。   As the refrigerant, a mixed liquid of ethylene glycol and water is typically used, but other than that, pure water, hydrocarbon substances (for example, methanol, acetone and ethanol), carbon dioxide, nitrogen, rare gas (For example, helium), HFC (Hydrofluorocarbon), etc. can be used. Moreover, the reliability of a sealing part can be improved by adding the antirust material with respect to the sealing material 6 to a refrigerant | coolant.

封止材6および蓋体4は、導電性の材料により構成されている。これにより、蓋体4と半導体レーザ素子2とが電気的に接続される。   The sealing material 6 and the lid 4 are made of a conductive material. Thereby, the lid 4 and the semiconductor laser element 2 are electrically connected.

たとえば封止材6としては金−錫合金、銅−錫合金、錫−銀−銅合金(重量比1:3:0.5)などからなるはんだ、導電性接着剤、カーボンナノチューブと接着剤との混合体などが用いられる。比較的封止性能が高い封止材と比較的導電性が高い封止材とを組み合わせて用いることもできる。   For example, as the sealing material 6, a solder composed of a gold-tin alloy, a copper-tin alloy, a tin-silver-copper alloy (weight ratio 1: 3: 0.5), a conductive adhesive, a carbon nanotube and an adhesive Or a mixture thereof. A sealing material having a relatively high sealing performance and a sealing material having a relatively high conductivity can also be used in combination.

一方、蓋体4としては、銅−タングステン合金を用いたが、その他にも、銅、タングステンなどが適用可能である。   On the other hand, although the copper-tungsten alloy was used as the cover body 4, copper, tungsten, etc. are applicable to others.

上記のように、封止材6を介してn−GaAs基板2Aに蓋体4を取付けることで、流路3内の冷媒が外部に漏れるのを防止することができる。なお、図2においては、複数の流路3が互いに連通することなく形成されているが、冷媒が流路3の外部に漏れることがない限り、複数の流路3が互いに連通していてもよい。   As described above, by attaching the lid 4 to the n-GaAs substrate 2A via the sealing material 6, it is possible to prevent the refrigerant in the flow path 3 from leaking to the outside. In FIG. 2, the plurality of flow paths 3 are formed without communicating with each other. However, as long as the refrigerant does not leak outside the flow paths 3, the plurality of flow paths 3 may be communicated with each other. Good.

蓋体4と第1電極1とに通電することにより、第1と第2電極1,5間における発光層2B(図2(b)中における発光点11)においてレーザ光が発生する。この際、電気−光変換効率は一般的には40%程度であり、与えられた電気エネルギーの60%程度が熱となる。したがって、半導体レーザ装置においては、放熱特性の向上が重要な問題となる。   By energizing the lid 4 and the first electrode 1, laser light is generated in the light emitting layer 2 </ b> B (the light emitting point 11 in FIG. 2B) between the first and second electrodes 1 and 5. At this time, the electro-optical conversion efficiency is generally about 40%, and about 60% of the applied electric energy becomes heat. Therefore, in the semiconductor laser device, improvement of heat dissipation characteristics becomes an important problem.

蓋体4には、冷媒導入口7と外部導入口9とを結ぶ流路と、冷媒排出口8と外部排出口10とを結ぶ流路とが形成されている。冷却された冷媒は、外部導入口9から冷媒導入口7を経由して流路3内に導かれ、冷媒排出口8から外部排出口10を経由して、半導体レーザ装置の外部に排出される。その後、冷媒は、熱交換器において熱を放出し、冷却された後再び外部導入口9に達する。このようなサイクルによって、半導体レーザ素子2において発生した熱を外部へと伝達することができる。   The lid 4 is formed with a flow path connecting the refrigerant inlet 7 and the external inlet 9 and a flow path connecting the refrigerant outlet 8 and the external outlet 10. The cooled refrigerant is guided into the flow path 3 from the external inlet 9 via the refrigerant inlet 7 and is discharged from the refrigerant outlet 8 to the outside of the semiconductor laser device via the external outlet 10. . Thereafter, the refrigerant releases heat in the heat exchanger, and after being cooled, reaches the external inlet 9 again. Through such a cycle, the heat generated in the semiconductor laser element 2 can be transmitted to the outside.

ここで、半導体レーザ素子2に凹部20Aを形成し、該凹部内に冷媒用流路を形成するため、流路3と発光層2B(熱源)との距離が小さくなり、放熱特性が向上する。   Here, since the recess 20A is formed in the semiconductor laser element 2 and the coolant channel is formed in the recess, the distance between the channel 3 and the light emitting layer 2B (heat source) is reduced, and the heat dissipation characteristics are improved.

また、封止材6はn−GaAs基板2Aの裏面上にのみ形成され、凹部20A内には達しない。したがって、封止材6によって流路3の幅が狭くなることはなく、冷媒に対する圧力損失の小さい流路構造が実現される。   The sealing material 6 is formed only on the back surface of the n-GaAs substrate 2A and does not reach the recess 20A. Therefore, the width of the flow path 3 is not narrowed by the sealing material 6, and a flow path structure with a small pressure loss with respect to the refrigerant is realized.

なお、図2においては、図示および説明の便宜上、1つの発光点11の下部に複数形成された流路を、1つの流路(流路3)として表示している。   In FIG. 2, for the sake of illustration and explanation, a plurality of channels formed below one light emitting point 11 are displayed as one channel (channel 3).

図3は、図2における1つの発光点11近傍の詳細を示した断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of the vicinity of one light emitting point 11 in FIG.

図3を参照して、n−GaAs基板2A上にn−InGaP光導波層14Bと、InGaAsP活性層15と、p−InGaP光導波層14Aと、p−GaAs層13とがこの順で積層され、発光層2Bを構成している。発光層2B上に第1電極1が設けられる。   Referring to FIG. 3, an n-InGaP optical waveguide layer 14B, an InGaAsP active layer 15, a p-InGaP optical waveguide layer 14A, and a p-GaAs layer 13 are stacked in this order on an n-GaAs substrate 2A. The light emitting layer 2B is configured. The first electrode 1 is provided on the light emitting layer 2B.

p−GaAs層13の両側には高抵抗層12が形成され、共振方向(図3中における紙面に垂直な前後方向)に直交する方向(図3中の左右方向)の電流分布を帯状(ストライプ状)に制限している。これにより、半導体レーザ装置をより少ない電流で動作させることができる。   High resistance layers 12 are formed on both sides of the p-GaAs layer 13, and a current distribution in a direction (left and right direction in FIG. 3) perpendicular to the resonance direction (front and rear direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3) is striped (stripe). Status). As a result, the semiconductor laser device can be operated with less current.

n−GaAs基板2Aは、凹部20Aを有する。該凹部20Aと蓋体4(図3においては図示せず)により、流路3が形成される。流路3は、発光点11の直下において、共振方向に沿って形成される。これにより、発熱位置に近い位置で、熱を冷媒に伝達することができるので、高い放熱特性を得ることができる。   The n-GaAs substrate 2A has a recess 20A. The flow path 3 is formed by the recess 20A and the lid body 4 (not shown in FIG. 3). The flow path 3 is formed along the resonance direction immediately below the light emitting point 11. Thereby, since heat can be transmitted to the refrigerant at a position close to the heat generation position, high heat dissipation characteristics can be obtained.

また、凹部20Aの壁面には凸部16が形成されている。これにより、流路3の側壁上に凹凸部が形成され、流路3の壁面の表面積が増大する。この結果、流路3内の冷媒による熱交換の効率が向上する。なお、凸部16が極端に大きくなると、流路抵抗が増大して放熱特性が低下するため、凹部20A上における凸部16の形状は、要求される放熱量に応じて適宜調整される。   Moreover, the convex part 16 is formed in the wall surface of 20 A of recessed parts. Thereby, an uneven part is formed on the side wall of the flow path 3, and the surface area of the wall surface of the flow path 3 increases. As a result, the efficiency of heat exchange with the refrigerant in the flow path 3 is improved. Note that if the convex portion 16 becomes extremely large, the flow path resistance increases and the heat dissipation characteristics deteriorate, so the shape of the convex portion 16 on the concave portion 20A is appropriately adjusted according to the required heat dissipation amount.

図3においては、流路3の側壁上にのみ凸部16が形成されているが、流路3の底面に凸部16を形成することも可能である。流路3の底面上にも凹凸部を形成することで、放熱特性がさらに向上する。   In FIG. 3, the convex portion 16 is formed only on the side wall of the flow channel 3, but the convex portion 16 may be formed on the bottom surface of the flow channel 3. By forming the concavo-convex portion on the bottom surface of the flow path 3, the heat dissipation characteristics are further improved.

凹部20Aの底面上からn−GaAs基板2Aの裏面上を覆うように第2電極5が形成される。第1と第2電極1,5に通電することで、InGaAsP活性層15内の発光点11において発光する。   Second electrode 5 is formed so as to cover the bottom surface of recess 20A and the back surface of n-GaAs substrate 2A. When the first and second electrodes 1 and 5 are energized, light is emitted at the light emitting point 11 in the InGaAsP active layer 15.

凹部20Aの底面上に第2電極5を形成することで、発光点11を挟んでほぼ平行に第1と第2電極1,5を形成することができる.この結果、電場が発光層2Bに対して平行になり、局所的な電界集中が発生しないため、発光層2Bの劣化が抑制され、安定した寿命の長い半導体レーザ装置が得られる。   By forming the second electrode 5 on the bottom surface of the recess 20A, the first and second electrodes 1 and 5 can be formed substantially in parallel with the light emitting point 11 in between. As a result, since the electric field is parallel to the light emitting layer 2B and local electric field concentration does not occur, the deterioration of the light emitting layer 2B is suppressed, and a semiconductor laser device having a stable and long life can be obtained.

上述した半導体レーザ装置の製造方法について、以下に説明する。   A method for manufacturing the semiconductor laser device described above will be described below.

n−GaAs基板2A上にn−InGaP光導波層14Bと、InGaAsP活性層15と、p−InGaP光導波層14Aと、p−GaAs層とを順次積層する。   An n-InGaP optical waveguide layer 14B, an InGaAsP active layer 15, a p-InGaP optical waveguide layer 14A, and a p-GaAs layer are sequentially stacked on the n-GaAs substrate 2A.

次に、p−GaAs層上にマスクパターンを形成し、該パタンをマスクとしてH+イオン注入を行なうことで、イオンが注入されていないp−GaAs層13とイオンが注入された高抵抗層12とが形成される。高抵抗層12によって隔てられた個々のp−GaAs層13を覆うように、第1電極1が形成される。なお、p−GaAs層13は、100μm程度の幅をもって、200μm程度の周期で形成される。すなわち、発光点11は、200μm周期で形成されることになる。   Next, a mask pattern is formed on the p-GaAs layer, and H + ion implantation is performed using the pattern as a mask, so that the p-GaAs layer 13 in which ions are not implanted and the high resistance layer 12 in which ions are implanted Is formed. The first electrode 1 is formed so as to cover the individual p-GaAs layers 13 separated by the high resistance layer 12. The p-GaAs layer 13 is formed with a width of about 100 μm and a period of about 200 μm. That is, the light emitting points 11 are formed with a period of 200 μm.

次に、n−GaAs基板2Aの裏面に薄膜加工を施すことにより、n−GaAs基板2Aの厚みを100μm程度にする。そして、n−GaAs基板2Aの裏面上に、第1電極1に対応する位置に開口を有するレジストパターンが形成される。該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、凹部20Aを形成する。凹部20Aの底面上からn−GaAs基板2Aの裏面上を覆うように、Ni−Auめっきによる第2電極5が形成される。さらに、第2電極5上に封止材6を介して蓋体4が取付けられる。n−GaAs基板2A上の第2電極5と蓋体4とによって囲まれた領域が、冷媒用の流路3となる。   Next, thin film processing is performed on the back surface of the n-GaAs substrate 2A, so that the thickness of the n-GaAs substrate 2A is about 100 μm. Then, a resist pattern having an opening at a position corresponding to the first electrode 1 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 2A. The recess 20A is formed by dry etching using the resist pattern as a mask. The second electrode 5 is formed by Ni—Au plating so as to cover the bottom surface of the recess 20A and the back surface of the n-GaAs substrate 2A. Further, the lid body 4 is attached on the second electrode 5 via the sealing material 6. A region surrounded by the second electrode 5 and the lid 4 on the n-GaAs substrate 2 </ b> A becomes the coolant flow path 3.

封止材6による接合方法としては、典型的には、所定の位置(最終的に封止材6が形成される位置)に直接溶融はんだを載置して蓋体4を設置する方法が用いられるが、その他にも、導電性の感光性材料を封止材として用いて、n−GaAs基板2Aの裏面上全体に感光性材料を転載した後に該感光性材料をパターニングすることで所定の位置に封止材6を形成する方法や、n−GaAs基板2A上の所定の位置にNiなどのはんだに対する濡れ性を向上させる層を設けた後にはんだによる接合を行なう方法などが用いられる。   As a joining method using the sealing material 6, typically, a method in which the molten solder is directly placed at a predetermined position (position where the sealing material 6 is finally formed) and the lid body 4 is installed is used. In addition, by using a conductive photosensitive material as a sealing material and transferring the photosensitive material over the entire back surface of the n-GaAs substrate 2A, the photosensitive material is patterned to a predetermined position. For example, a method of forming the sealing material 6 on the n-GaAs substrate 2A, a method of forming a layer for improving wettability with respect to solder such as Ni at a predetermined position on the n-GaAs substrate 2A, and a method of performing bonding with solder are used.

開口部20Aを形成する際に、塩素系ガスなどによるエッチングとC48ガスなどの堆積性を有するガスによるエッチングとが交互に併用される。塩素系ガスによるエッチングにおいては、凹部20Aの底面および側壁の両方がエッチングされ、堆積性を有するガスによるエッチングにおいては、凹部20Aの底面のみがエッチングされる。結果として、流路3の側壁に凹凸部を形成することができる。また、凹部20Aの底面上に凸部16を形成する場合は、該底面上に微小なマイクロマスクを形成してからドライエッチングを行なう。 When the opening 20A is formed, etching using a chlorine-based gas or the like and etching using a gas having a deposition property such as C 4 F 8 gas are alternately used in combination. In the etching with the chlorine-based gas, both the bottom surface and the side wall of the recess 20A are etched, and in the etching with the gas having deposition properties, only the bottom surface of the recess 20A is etched. As a result, an uneven portion can be formed on the side wall of the flow path 3. Further, when the convex portion 16 is formed on the bottom surface of the concave portion 20A, dry etching is performed after forming a micro-mask on the bottom surface.

図3において、流路3の幅(W1)は15μm程度、流路3の側壁部の厚みは10μm程度である。したがって、流路3は、25μm程度の周期(W3)で形成されることになる。また、流路3の深さ(H)は70μm程度であり、該流路3は、発光層2Bには達していない。   In FIG. 3, the width (W1) of the flow path 3 is about 15 μm, and the thickness of the side wall of the flow path 3 is about 10 μm. Therefore, the flow path 3 is formed with a period (W3) of about 25 μm. Further, the depth (H) of the flow path 3 is about 70 μm, and the flow path 3 does not reach the light emitting layer 2B.

なお、上述したとおり、p−GaAs層13は160μm程度の幅を有するため、実際には1つのp−GaAs層13の下部に7〜8本の流路3が形成されるが、図3においては、図示および説明の便宜上、3本の流路3のみを表示している。   As described above, since the p-GaAs layer 13 has a width of about 160 μm, 7 to 8 flow paths 3 are actually formed below one p-GaAs layer 13. For convenience of illustration and explanation, only three flow paths 3 are displayed.

本願発明者らが研究を進めたところ、流路3の幅(W1)に対する流路底面から第1電極1の下面までの高さ(h)の比(h/W1)を一定の範囲内に設定することが望ましいということが分かった。なお、以下では、上記比率(α=h/W1)をアスペクト比と称する。   As a result of research conducted by the inventors of the present application, the ratio (h / W1) of the height (h) from the bottom surface of the first electrode 1 to the bottom surface of the first electrode 1 with respect to the width (W1) of the flow channel 3 is within a certain range. I found it desirable to set. Hereinafter, the ratio (α = h / W1) is referred to as an aspect ratio.

アスペクト比が極端に小さい場合、流路3内の冷媒の圧力による半導体レーザ素子2における発光層2B周辺の歪みが大きくなる。一方、アスペクト比が極端に大きい場合、すなわち、熱源となる発光層2Bから流路3までの距離が流路3の幅に対して極端に大きい場合、流路3内を流れる冷媒による冷却効果が阻害される。   When the aspect ratio is extremely small, the distortion around the light emitting layer 2B in the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant in the flow path 3 increases. On the other hand, when the aspect ratio is extremely large, that is, when the distance from the light emitting layer 2B serving as the heat source to the flow path 3 is extremely large with respect to the width of the flow path 3, the cooling effect by the refrigerant flowing in the flow path 3 is obtained. Be inhibited.

図4は、上記アスペクト比αと、発光層2B周辺の半導体レーザ素子2の歪みεとの関係を示した図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio α and the strain ε of the semiconductor laser element 2 around the light emitting layer 2B.

εとαとの関係は、一般的には、下記の式により表される。
ε=βP/α2/E
ここで、βは比例定数であり、Pは流路3内における冷媒の圧力であり、Eは流路3上に位置する半導体レーザ素子2のヤング率である。図4においては、β=5×107、P=5atm(0.51MPa)、E=86GPa(GaAsのヤング率)として表している。
The relationship between ε and α is generally expressed by the following equation.
ε = βP / α 2 / E
Here, β is a proportional constant, P is the pressure of the refrigerant in the flow path 3, and E is the Young's modulus of the semiconductor laser element 2 positioned on the flow path 3. In FIG. 4, β = 5 × 10 7 , P = 5 atm (0.51 MPa), and E = 86 GPa (GaAs Young's modulus).

図4を参照して、アスペクト比αが大きくなるにつれて、半導体レーザ素子2の歪みεが小さくなる。したがって、アスペクト比αは一定の値以上であることが望ましい。   Referring to FIG. 4, as the aspect ratio α increases, the strain ε of the semiconductor laser element 2 decreases. Therefore, it is desirable that the aspect ratio α is greater than a certain value.

半導体レーザ素子2においては、発光層2Bの発熱によっても歪みが生じる。たとえば、冷媒圧力による歪みεを、発光層2Bの発熱による歪みよりも小さくすることで、半導体レーザ素子2の歪みをある程度の範囲内に抑えることができる。   In the semiconductor laser element 2, distortion is caused by heat generation of the light emitting layer 2B. For example, by setting the strain ε due to the refrigerant pressure to be smaller than the strain due to heat generation of the light emitting layer 2B, the strain of the semiconductor laser element 2 can be suppressed within a certain range.

半導体レーザ素子2は、その動作中にある一定の範囲内(たとえば10℃以上40℃以下程度)で温度上昇する。半導体レーザ素子2の温度が、10℃,20℃,40℃で上昇した場合の該半導体レーザ素子2の歪みは、GaAsの熱膨張率が5.73ppm/℃であることから、それぞれ57.3ppm,114.6ppm,229.2ppmと求められる。図4において、この歪み量を生じさせるアスペクト比αは、それぞれ0.31,0.16,0.11である。   The temperature of the semiconductor laser element 2 rises within a certain range (for example, about 10 ° C. to 40 ° C.) during its operation. The distortion of the semiconductor laser device 2 when the temperature of the semiconductor laser device 2 is increased at 10 ° C., 20 ° C., and 40 ° C. is 57.3 ppm because the thermal expansion coefficient of GaAs is 5.73 ppm / ° C. 114.6 ppm and 229.2 ppm. In FIG. 4, the aspect ratios α that cause this distortion are 0.31, 0.16, and 0.11, respectively.

したがって、アスペクト比αは、0.11以上程度(より好ましくは0.16以上程度、さらに好ましくは0.31以上程度)であることが好ましい。   Therefore, the aspect ratio α is preferably about 0.11 or more (more preferably about 0.16 or more, and further preferably about 0.31 or more).

これにより、一定の冷媒圧力下において、該冷媒圧力による半導体レーザ素子2の歪み量εを、発光層2Bの発熱による歪み量よりも小さくすることができる。結果として、半導体レーザ素子2の歪みが小さく、信頼性が高く、寿命の長い高出力の半導体レーザ装置が提供される。   Thereby, under a constant refrigerant pressure, the distortion amount ε of the semiconductor laser element 2 due to the refrigerant pressure can be made smaller than the distortion amount due to heat generation of the light emitting layer 2B. As a result, there is provided a high-power semiconductor laser device in which the distortion of the semiconductor laser element 2 is small, the reliability is high, and the life is long.

一方、冷媒による熱輸送能力(冷却能力)は、アスペクト比が大きくなるほど低下する。すなわち、流路3の幅(W1)を一定とすると、流路底面から第1電極1の下面までの高さ(h)が大きくなるほど流路と発熱部との間の距離が大きくなるので冷却能力が低下し、流路底面から第1電極1の下面までの高さ(h)を一定とすると、流路3の幅(W1)が小さくなるほど冷媒が流れにくくなるので冷却能力が低下する。   On the other hand, the heat transport capability (cooling capability) by the refrigerant decreases as the aspect ratio increases. That is, if the width (W1) of the flow path 3 is constant, the distance between the flow path and the heat generating portion increases as the height (h) from the flow path bottom surface to the lower surface of the first electrode 1 increases. If the capacity decreases and the height (h) from the bottom surface of the flow path to the lower surface of the first electrode 1 is constant, the cooling capacity decreases because the refrigerant becomes difficult to flow as the width (W1) of the flow path 3 decreases.

熱輸送能力の大きさの指標として、熱抵抗(単位熱量を伝達するためのレーザ素子温度と冷媒温度との温度差)が用いられる。すなわち、熱抵抗が小さいほど、高い熱輸送能力が備えられていることを意味する。   Thermal resistance (temperature difference between the laser element temperature and the refrigerant temperature for transmitting the unit heat quantity) is used as an index of the magnitude of the heat transport capability. In other words, the smaller the thermal resistance, the higher the heat transport capability.

たとえば、上記温度差が60℃,45℃である場合に150W以上の放熱特性を備えるためには、上記熱抵抗がそれぞれ0.4℃/W以下,0.3℃/W以下である必要がある。   For example, when the temperature difference is 60 ° C. and 45 ° C., the thermal resistance needs to be 0.4 ° C./W or less and 0.3 ° C./W or less, respectively, in order to provide a heat dissipation characteristic of 150 W or more. is there.

図5は、アスペクト比αと、所定の熱抵抗(0.4℃/W,0.3℃/W)を得るための流路3の幅(W1)との関係を示した図である。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio α and the width (W1) of the flow path 3 for obtaining a predetermined thermal resistance (0.4 ° C./W, 0.3 ° C./W).

図5において、「□」は、0.4℃/Wを実現したシミュレーション結果に係る(アスペクト比α,流路幅W1)をプロットしたものであり、「◇」は、0.3℃/Wを実現したシミュレーション結果に係る(アスペクト比α,流路幅W1)をプロットしたものである。また、図5中の曲線は、上記プロットの分布から、W1=a×αの式で求められたフィッティング曲線である。なお、「□」,「◇」に対して、(a,b)の値は、それぞれ(18.6,−0.237),(15.96,−0.221)である。 In FIG. 5, “□” is a plot of (aspect ratio α, channel width W1) related to the simulation result realizing 0.4 ° C./W, and “◇” is 0.3 ° C./W. (Aspect ratio α, flow path width W1) according to the simulation result that realizes the above is plotted. The curve in Figure 5, the distribution of the plot, a fitting curve obtained by the equation W1 = a × α b. For “□” and “◇”, the values of (a, b) are (18.6, −0.237) and (15.96, −0.221), respectively.

図5を参照して、流路3の幅(W1)を一定とすると、アスペクト比αを小さくすることで、熱抵抗が小さくなる。したがって、アスペクト比αは一定の値以下であることが望ましい。   Referring to FIG. 5, when the width (W1) of the flow path 3 is constant, the thermal resistance is reduced by reducing the aspect ratio α. Therefore, it is desirable that the aspect ratio α is not more than a certain value.

本実施の形態においては、流路3の幅(W1)は15μm程度であるので、0.4℃/Wの熱抵抗を実現するためのアスペクト比αは2.4程度であり、0.3℃/Wの熱抵抗を実現するためのアスペクト比αは1.1程度である。   In this embodiment, since the width (W1) of the flow path 3 is about 15 μm, the aspect ratio α for realizing a thermal resistance of 0.4 ° C./W is about 2.4, and 0.3 The aspect ratio α for realizing a thermal resistance of ° C./W is about 1.1.

したがって、アスペクト比αは、2.4以下程度(さらに好ましくは1.1以下程度)であることが好ましい。   Accordingly, the aspect ratio α is preferably about 2.4 or less (more preferably about 1.1 or less).

ところで、流路3の幅(W1)とアスペクト比αとが一定の場合であっても、複数の流路3間の側壁部の厚みにより熱抵抗に差異が生じる。   By the way, even if the width (W1) of the flow path 3 and the aspect ratio α are constant, the thermal resistance varies depending on the thickness of the side wall portion between the plurality of flow paths 3.

図6は、複数の流路3間の壁の厚さ(W2)と、熱抵抗との関係を示した図である。なお、図6に示すデータは、流路3の幅(W1)が15μm程度の場合において得られたものである。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the wall thickness (W2) between the plurality of flow paths 3 and the thermal resistance. The data shown in FIG. 6 is obtained when the width (W1) of the flow path 3 is about 15 μm.

図6を参照して、熱抵抗は、壁の厚さ(W2)が10μm程度である場合において極小となる。したがって、本実施の形態においては、側壁部の厚み(W2)は、流路3の幅(W1=15μm)よりも小さく、5μm以上15μm以下程度(典型的には10μm程度)であるのが好ましい。   Referring to FIG. 6, the thermal resistance is minimized when the wall thickness (W2) is about 10 μm. Therefore, in the present embodiment, the thickness (W2) of the side wall portion is preferably smaller than the width of the flow path 3 (W1 = 15 μm) and about 5 μm to 15 μm (typically about 10 μm). .

これにより、熱抵抗を一定の値(α1)以下程度とすることができ、放熱特性に優れた半導体レーザ装置が得られる。   As a result, the thermal resistance can be reduced to a certain value (α1) or less, and a semiconductor laser device having excellent heat dissipation characteristics can be obtained.

上述した構成を採用することにより、共振方向に平行な長さ方向に1mm、共振方向に直行する幅方向に10mmの平面寸法を有し、厚みが100μmの半導体レーザ素子を用いた場合に、2×107W/m2の放熱特性を得ることができる。すなわち、レーザ素子の面積10mm2において、200Wの放熱能力を得ることができるので、光出力100W程度(電気−光変換効率を40%程度とすると発熱量は150W程度)の半導体レーザ装置において、十分な放熱特性を得ることができる。 By adopting the above-described configuration, when a semiconductor laser element having a planar dimension of 1 mm in the length direction parallel to the resonance direction and 10 mm in the width direction perpendicular to the resonance direction and having a thickness of 100 μm is used, 2 A heat dissipation characteristic of × 10 7 W / m 2 can be obtained. That is, since a heat dissipation capability of 200 W can be obtained when the area of the laser element is 10 mm 2 , it is sufficient in a semiconductor laser device having an optical output of about 100 W (a calorific value of about 150 W when the electric-light conversion efficiency is about 40%). Heat dissipation characteristics can be obtained.

このように、本実施の形態においては、許容される温度上昇が一定であれば光出力が向上し、光出力が一定であれば温度上昇が抑制される。結果として、高出力で信頼性が高く、寿命の長い半導体レーザ装置が得られる。   Thus, in this embodiment, the light output is improved if the allowable temperature rise is constant, and the temperature rise is suppressed if the light output is constant. As a result, a semiconductor laser device with high output, high reliability, and long life can be obtained.

なお、上述したn−GaAs基板2Aの代わりに、GaN基板、またはSiCなどのセラミック材料からなる基板を用いて半導体レーザ装置を構成した場合も、上記と同様に放熱特性を向上させることが可能である。   Even when the semiconductor laser device is configured using a GaN substrate or a substrate made of a ceramic material such as SiC instead of the above-described n-GaAs substrate 2A, the heat dissipation characteristics can be improved in the same manner as described above. is there.

(実施の形態2)
図7は、実施の形態2に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。また、図8は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図8(a)は、図7におけるA'−A'断面を示し、図8(b)は、図7におけるB'−B'断面を示す。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a top view showing the semiconductor laser device according to the second embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view of this semiconductor laser device. 8A shows the A′-A ′ cross section in FIG. 7, and FIG. 8B shows the B′-B ′ cross section in FIG. 7.

本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図8に示すように、半導体レーザ素子2に凹部20A(第1凹部)を形成するとともに、蓋体4に凹部40A(第2凹部)を形成している。   The semiconductor laser device according to the present embodiment is a modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, a recess 20A (first recess) is formed in the semiconductor laser element 2. The recess 4A (second recess) is formed in the lid 4.

図8(b)を参照して、凹部40A内において、蓋体4とn−GaAs基板2Aとの間に冷媒用の流路3が形成されている。また、n−GaAs基板2Aの一部(少なくとも一部、すなわち全部であってもよい。)は、凹部40A内に嵌め込まれている。   Referring to FIG. 8B, in the recess 40A, a coolant flow path 3 is formed between the lid 4 and the n-GaAs substrate 2A. Further, a part of the n-GaAs substrate 2A (at least a part, that is, all) may be fitted in the recess 40A.

図8(a)を参照して、蓋体4内には、流路3と接続され、流路3の延在方向に沿って流路3からの流れを受け入れる流路30(他の流路)が設けられている。   Referring to FIG. 8A, in lid 4, a flow path 30 (other flow paths) is connected to flow path 3 and receives a flow from flow path 3 along the extending direction of flow path 3. ) Is provided.

本実施の形態においては、蓋体4に凹部40Aを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。   In the present embodiment, by forming the recess 40 </ b> A in the lid 4, it is possible to ensure a certain heat dissipation characteristic while suppressing distortion of the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant.

たとえば、図8(a)に示すように、半導体レーザ素子2の下部に流路3の屈曲部が形成されない。したがって、半導体レーザ素子2の下部において冷媒の流れの淀み点が生じるのを防ぐことができる。この結果として、冷媒の流量が増大し、半導体レーザ装置の放熱特性が向上する。換言すると、凹部20Aの深さを比較的浅くしても一定の放熱特性を確保することができる。したがって、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制することができる。   For example, as shown in FIG. 8A, the bent portion of the flow path 3 is not formed below the semiconductor laser element 2. Therefore, it is possible to prevent the stagnation point of the refrigerant flow from occurring in the lower part of the semiconductor laser element 2. As a result, the flow rate of the refrigerant increases and the heat dissipation characteristics of the semiconductor laser device are improved. In other words, a certain heat radiation characteristic can be ensured even if the depth of the recess 20A is relatively shallow. Therefore, distortion of the semiconductor laser element 2 due to the refrigerant pressure can be suppressed.

また、冷媒の流れが半導体レーザ素子2に直接衝突することがないので、その衝撃力により半導体レーザ素子2の信頼性などが損なわれるのを抑制することができる。   Moreover, since the flow of the refrigerant does not directly collide with the semiconductor laser element 2, it is possible to suppress the reliability of the semiconductor laser element 2 from being impaired by the impact force.

なお、本実施の形態において、上述した実施の形態1と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。   In the present embodiment, detailed description of the same matters as those of the first embodiment described above will not be repeated.

(実施の形態3)
図9は、実施の形態3に係る半導体レーザ装置を示した断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の上面図は、図1に示すとおりであり、図9(a)は、図1中のA−A断面に相当し、図9(b)は、図1中のB−B断面に相当する。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the semiconductor laser device according to the third embodiment. The top view of the semiconductor laser device according to the present embodiment is as shown in FIG. 1, FIG. 9A corresponds to the AA cross section in FIG. 1, and FIG. It corresponds to the BB cross section in FIG.

本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図9に示すように、半導体レーザ素子2に凹部20A(第1凹部)を形成するとともに、蓋体4に凹部40A(第2凹部)を形成している。   The semiconductor laser device according to the present embodiment is a modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment, and as shown in FIG. 9, a recess 20A (first recess) is formed in the semiconductor laser element 2. The recess 4A (second recess) is formed in the lid 4.

図9(a),(b)を参照して、流路3は、凹部20Aと凹部40Aとを対向させて形成されている。   Referring to FIGS. 9A and 9B, the flow path 3 is formed with the recess 20A and the recess 40A facing each other.

本実施の形態においても、蓋体4に凹部40Aを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。   Also in the present embodiment, by forming the recess 40 </ b> A in the lid 4, it is possible to ensure a certain heat radiation characteristic while suppressing distortion of the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant.

たとえば、上記のような構造を採用することにより、流路3の面積を大きくし、冷媒の流量を増大させることができる。結果として、半導体レーザ装置の放熱特性が向上する。換言すると、凹部20Aの深さを比較的浅くしても一定の放熱特性を確保することができる。したがって、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制することができる。   For example, by adopting the above structure, the area of the flow path 3 can be increased and the flow rate of the refrigerant can be increased. As a result, the heat dissipation characteristics of the semiconductor laser device are improved. In other words, a certain heat radiation characteristic can be ensured even if the depth of the recess 20A is relatively shallow. Therefore, distortion of the semiconductor laser element 2 due to the refrigerant pressure can be suppressed.

また、凹部40Aを形成しない場合と比較して、流路3の面積を等しくする場合は、凹部20A,40Aの深さを比較的浅くすることができる。したがって、凹部20A,40Aを形成するための加工が容易となる。   Further, when the area of the flow path 3 is made equal as compared with the case where the recess 40A is not formed, the depth of the recesses 20A and 40A can be made relatively shallow. Therefore, processing for forming the recesses 20A and 40A is facilitated.

なお、本実施の形態において、上述した実施の形態1,2と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。   In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the first and second embodiments will not be repeated.

(実施の形態4)
図10は、実施の形態4に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。また、図11は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図11(a)は、図10におけるA''−A''断面を示し、図11(b)は、図10におけるB''−B''断面を示す。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a top view showing the semiconductor laser device according to the fourth embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of this semiconductor laser device. 11A shows the A ″ -A ″ cross section in FIG. 10, and FIG. 11B shows the B ″ -B ″ cross section in FIG. 10.

本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図11に示すように、半導体レーザ素子2に凹部20A(第1凹部)を形成するとともに、蓋体4に凹部40A(第2凹部)を形成している。   The semiconductor laser device according to the present embodiment is a modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment. As shown in FIG. 11, a recess 20A (first recess) is formed in the semiconductor laser element 2. The recess 4A (second recess) is formed in the lid 4.

図11(b)を参照して、凹部20A,40Aの深さが等しい。また、流路3は凹部20Aの一部と凹部40Aの一部とを重ね合わせて形成される。   With reference to FIG.11 (b), the depth of 20 A of recessed parts and 40A is equal. The flow path 3 is formed by overlapping a part of the recess 20A and a part of the recess 40A.

本実施の形態においても、蓋体4に凹部40Aを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。   Also in the present embodiment, by forming the recess 40 </ b> A in the lid 4, it is possible to ensure a certain heat radiation characteristic while suppressing distortion of the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant.

たとえば、互いに深さが等しい凹部20Aの一部と凹部40Aの一部とを重ね合わせることで、図11(b)に示すように、半導体レーザ素子2における凹部20Aを蓋体4における凸部(凹部40Aが形成されていない部分)で支持することができる。結果として、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を得ることができる。   For example, by overlapping a part of the recess 20A having the same depth with a part of the recess 40A, as shown in FIG. 11B, the recess 20A in the semiconductor laser element 2 is changed to a protrusion ( It can be supported by a portion where the recess 40A is not formed. As a result, constant heat dissipation characteristics can be obtained while suppressing distortion of the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant.

また、図11(b)に示すように、半導体レーザ素子2および蓋体4に形成される凹部20A,40Aの(深さ)/(幅)の値を小さくすることができる。したがって、凹部20A,40Aを形成するための加工が容易となる。   Further, as shown in FIG. 11B, the (depth) / (width) values of the recesses 20A and 40A formed in the semiconductor laser element 2 and the lid 4 can be reduced. Therefore, processing for forming the recesses 20A and 40A is facilitated.

なお、本実施の形態において、上述した実施の形態1〜3と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。   In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the first to third embodiments will not be repeated.

(実施の形態5)
図12は、実施の形態5に係る半導体レーザ装置を示した断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の上面図は、図1に示すとおりであり、図12(a)は、図1中のA−A断面に相当し、図12(b)は、図1中のB−B断面に相当する。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to the fifth embodiment. The top view of the semiconductor laser device according to the present embodiment is as shown in FIG. 1, FIG. 12 (a) corresponds to the AA cross section in FIG. 1, and FIG. It corresponds to the BB cross section in FIG.

本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態1に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図12に示すように、第1電極1を下部電極とし、第2電極5を上部電極としている。   The semiconductor laser device according to the present embodiment is a modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment. As shown in FIG. 12, the first electrode 1 is a lower electrode and the second electrode 5 is an upper electrode. It is said.

図12を参照して、本実施の形態においては、半導体レーザ素子2には凹部は形成されないが、蓋体4に凹部40Aを形成することで、流路3を形成している。半導体レーザ素子2と蓋体4とは、封止材6を介して接合される。   Referring to FIG. 12, in the present embodiment, no recess is formed in semiconductor laser element 2, but channel 3 is formed by forming recess 40 </ b> A in lid 4. The semiconductor laser element 2 and the lid 4 are joined via a sealing material 6.

ここで、第1電極1と流路3とが接するため、発光点11から流路3までの距離を従来よりも小さい距離(たとえば数μm程度)にすることができる。したがって、半導体レーザ素子2に凹部を形成しなくとも、従来よりも優れた放熱特性を得ることができる。換言すると、冷媒の圧力による半導体レーザ素子2の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を得ることができる。   Here, since the 1st electrode 1 and the flow path 3 contact | connect, the distance from the light emission point 11 to the flow path 3 can be made into a distance (for example, about several micrometers) smaller than before. Therefore, even if the recess is not formed in the semiconductor laser element 2, it is possible to obtain a heat dissipation characteristic superior to that of the prior art. In other words, a certain heat radiation characteristic can be obtained while suppressing distortion of the semiconductor laser element 2 due to the pressure of the refrigerant.

上述した半導体レーザ装置について要約すると、以下のようになる。   The above-described semiconductor laser device is summarized as follows.

本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、n−GaAs基板2Aと、n−GaAs基板2A上(図12中の下側)に発光層2Bと、発光層2B上に形成された第1電極1(下部電極)と、n−GaAs基板2Aの裏面上(図12中の上側)に形成された第2電極5(上部電極)と、凹部40Aを有し、第1電極1との間で流路3を形成し、発光層2Bを覆うように設けられる蓋体4(蓋部)とを備える。   The semiconductor laser device according to the present embodiment includes an n-GaAs substrate 2A, a light emitting layer 2B on the n-GaAs substrate 2A (lower side in FIG. 12), and a first electrode 1 formed on the light emitting layer 2B. (Lower electrode), a second electrode 5 (upper electrode) formed on the back surface (upper side in FIG. 12) of the n-GaAs substrate 2A, and a recess 40A. A path 3 is formed, and a lid body 4 (lid section) is provided so as to cover the light emitting layer 2B.

なお、本実施の形態において、上述した実施の形態1〜4と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。   In the present embodiment, detailed description of the same matters as in the first to fourth embodiments will not be repeated.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施例の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiment of the present invention has been described above, it is planned from the beginning to appropriately combine the characteristic portions of the above-described embodiments. Moreover, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態1,3,5に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。1 is a top view showing a semiconductor laser device according to first, third, and fifth embodiments of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、(a)は図1におけるA−A断面を示し、(b)は図1におけるB−B断面を示す。2A and 2B are cross-sectional views showing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows a cross-section AA in FIG. 1 and FIG. 1B shows a cross-section BB in FIG. 図2におけす発光点近傍の詳細を示した図である。It is the figure which showed the detail of the light emission point vicinity in FIG. 流路上に位置する半導体レーザ素子のアスペクト比と、半導体レーザ素子の歪みとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the aspect-ratio of the semiconductor laser element located on a flow path, and the distortion of a semiconductor laser element. 流路上に位置する半導体レーザ素子のアスペクト比と、所定の熱抵抗を得るための流路の幅との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the aspect-ratio of the semiconductor laser element located on a flow path, and the width | variety of the flow path for obtaining predetermined | prescribed thermal resistance. 流路間の壁の厚さと、熱抵抗との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the thickness of the wall between flow paths, and thermal resistance. 本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。It is the top view which showed the semiconductor laser apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、(a)は図7におけるA'−A'断面を示し、(b)は図7におけるB'−B'断面を示す。8A and 8B are cross-sectional views illustrating a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a cross-sectional view taken along line A′-A ′ in FIG. 7, and FIG. Show. 本発明の実施の形態3に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、(a)は図1におけるA−A断面を示し、(b)は図1におけるB−B断面を示す。It is sectional drawing which showed the semiconductor laser apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention, (a) shows the AA cross section in FIG. 1, (b) shows the BB cross section in FIG. 本発明の実施の形態4に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。It is the top view which showed the semiconductor laser apparatus based on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、(a)は図10におけるA''−A''断面を示し、(b)は図10におけるB''−B''断面を示す。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention, where FIG. 10A is a cross-sectional view taken along line A ″ -A ″ in FIG. 10, and FIG. '' Show cross section. 本発明の実施の形態5に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、(a)は図1におけるA−A断面を示し、(b)は図1におけるB−B断面を示す。6A and 6B are cross-sectional views illustrating a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1電極、2 半導体レーザ素子、2A n−GaAs基板、2B 発光層、3 流路、4 蓋体、5 下部電極、6 封止材、7 冷媒導入口、8 冷媒排出口、9 外部導入口、10 外部排出口、11 発光点、12 高抵抗層、13 p−GaAs層、14A p−InGaP光導波層、14B n−InGaP光導波層、15 InGaAsP活性層、16 凸部、20A,40A 凹部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st electrode, 2 Semiconductor laser element, 2A n-GaAs substrate, 2B Light emitting layer, 3 flow path, 4 Cover body, 5 Lower electrode, 6 Sealing material, 7 Refrigerant inlet, 8 Refrigerant outlet, 9 External introduction Mouth, 10 external outlet, 11 emission point, 12 high resistance layer, 13 p-GaAs layer, 14A p-InGaP optical waveguide layer, 14B n-InGaP optical waveguide layer, 15 InGaAsP active layer, 16 convex portion, 20A, 40A Recess.

Claims (1)

基板と、
前記基板上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第1電極と、
前記基板の裏面側に前記発光層と離間して設けられた凹部と、
少なくとも前記凹部の底面上に形成された第2電極と、
前記凹部との間で冷媒用の流路を形成するように前記基板の裏面上に取付けられる蓋部とを備え
前記流路の側壁上に凹凸部を有する、半導体レーザ装置。
A substrate,
A light emitting layer formed on the substrate;
A first electrode formed on the light emitting layer;
A recess provided on the back side of the substrate and spaced apart from the light emitting layer;
A second electrode formed on at least the bottom surface of the recess;
A lid attached on the back surface of the substrate so as to form a flow path for the refrigerant with the recess ,
A semiconductor laser device having an uneven portion on a side wall of the flow path .
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