JP4439463B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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実装部材と、
半導体からなる活性層を含む積層体と、前記積層体の第1主面に設けられた第1電極と、前記第1電極の上に設けられ前記実装部材と接着された第2電極と、を有し、前記実装部材の上に設けられた半導体レーザ素子と、
を備え、
前記第2電極の端部は、前記実装部材の端部と同一平面内にあるかまたは前記実装部材の前記端部よりも外側に突出し、かつ前記第1電極の端部よりも内側に後退していることを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
図1は、本発明の具体例にかかる半導体レーザ装置の模式部分断面図である。すなわち、同図は、レーザ光が放出される発光中心27を含む端部付近を共振方向に対して平行に切断した拡大断面図である。
窒化物系半導体からなる活性層を含む積層体10の活性層により近い側(図1の下側)にp側電極12が設けられ、その下にパッド電極14が設けられている。また他方の側(図1の上側)にはn側電極16が設けられている。このようにして、半導体レーザ素子17が構成されている。
発光中心27から放射されるレーザ光のうち上方へ向かうG1は直進するが、下方に向かうG2は、サブマウント第2主面21により進路をさえぎられる。この結果、光学系を経由したのち、光ディスク上のピット列へ本来の光強度分布を有するレーザ光を入射できず、正常な再生及び記録がなされない。これを防止するために、光出射端面26が、サブマウント端部30より突き出される。
GaN基板上に、InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1、x+y≦1)からなる多層膜が成長された積層体10が形成されている。活性層の上部には、例えばリッジ導波路構造を有するp型Al0.04Ga0.96Nクラッド層及びp+型GaNコンタクト層が形成されている。また、p+型GaNコンタクト層の上部にp側電極12が、さらにその上部にパッド電極14が配置される。もちろん、半導体レーザ素子17の構造はこれに限定されない。
α1、α2:線膨張係数、 T1,T2:温度
である。
図5は、AuSn半田(融点283℃)により接着後、室温まで冷却した半導体レーザ素子17の相当応力の共振器方向位置X(μm)依存性を表わすグラフ図である。なお、Aを20マイクロメータ、Bを10マイクロメータとした。また、サブマウント20には、厚み300マイクロメータのAlNを用いた。本具体例の相当応力を実線で表している。
図6は、Bが大である比較例にかかる半導体レーザ装置の模式部分断面図である。なお、図1と同様の構成要素には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
比較例においては、Aが20マイクロメータ、Bが40マイクロメータである。この場合、サブマウント20の端部30からパッド電極14のパッド電極端部28までの10マイクロメータの領域において、AuSn半田18がp側電極12まで届かないか、届いても濡れ性が不十分であるため放熱経路が形成できない。
B=40マイクロメータに相当する近傍において相当応力が最大となり、約175MPaとなっている。また、この相当応力は、表面に向かって低下し、表面では約40MPaとなっている。一方、X>100μmにおいてはほぼ一定値である100MPa前後となる。この応力最大値は、具体例の最大値の1.33倍と高いために、歪がより大となり電気的特性、光学的特性、長期信頼性を低下させる。
図7は、相対発熱量のストライプ状p側電極12の厚み依存性のシミュレーション結果を表わすグラフ図である。横軸は、p側電極12の厚み(μm)であり、縦軸はp側電極厚みが1.0マイクロメータの時の発熱量を1.0とした時の相対発熱量を表わす。p側電極12厚みを小とすると、相対発熱量が急激に増加する。従ってp側電極12の厚みは、0.20マイクロメータ以上が好ましく、0.40マイクロメータ以上であることがより好ましい。なお、本シミュレーションにおいて、Aは20マイクロメータ、Bは10マイクロメータである。
図8は、AlNをサブマウントに用いた場合の相当応力の共振器方向位置X(μm)依存性のシミュレーション結果を表わすグラフ図である。光出射端面26と、光反射端面において反射率が異なるために左右非対称となっている。X=0が光出射端面26に相当する。なお、光出射端面26における反射率は10%であり、光反射端面における反射率は90%とした。
実線で表される本具体例においては、突き出し量Aを20マイクロメータ、Bを10マイクロメータ、AlN厚みを400マイクロメータ、p側電極12の厚みを0.2マイクロメータとした。また、120mWの一定光出力駆動条件にて、周囲温度(Ta)を75℃とした場合の動作電流変化を縦軸に表わしている。
破線で表される比較例においては、Aを20マイクロメータ、Bを40マイクロメータ、AlNの厚みを400マイクロメータ、p側電極12の厚みを0.2マイクロメータとしており、その高温連続動作特性を表わしている。
図10は、具体例及び比較例の発振スペクトルの実測値を表わす模式図である。具体例においては波長404ナノメータ近傍にTEモードのみの発振スペクトルが観測できる。 また、比較例の発振スペクトルにおいては波長403.5ナノメータ近傍にTEモードが、波長401.5ナノメータ近傍に強度が小であるがTMモードが観測されている。このような発振においては、TEモードとTMモード間でモード競合を生じる。この結果、キンクを生じやすく高光出力を得るのが困難となる。比較例におけるように相当応力が大となると結晶歪みが大となる。その領域においては屈折率が変化しTeモードとTmモードの利得差が小となる。この結果、Tmモードが発生しやすくなる。一方、具体例においては、TMモードを生じないので、キンクフリーとなり高光出力を得るのが容易である。
図11は、本具体例にかかる半導体レーザ素子17及びサブマウント20の一例を表わす模式平面図であり、図4を上方から見た模式平面図である。
図11において、サブマウント端部30と光出射端面26とは平行とは限らない。両者またはそれらを延長した平面の交差角度αは、0≦α<30°であることが好ましく、1〜10°がより好ましい。また、平行であるα=0も含まれるが、下記のようなより広い用途に対応するには、0<αが好ましい。なお、αが30°以上であると放熱性が低下し、パッケージ内スペース効率も低下するので好ましくない。αが0でない場合、図1におけるAは、図11において光軸KK’がサブマウント端部30を含む平面と交差する点と発光中心27との距離で表わす。交差角度αが大となると、サブマント端部30が周辺領域において光出射端面26よりも突出することもある。しかし、発光中心27近傍においてはサブマント端部30より、パッド電極端部28が突出し、さらに光出射端面26が突出していれば良い。
しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、半導体レーザ素子の構造はリッジ導波路型に限定されない。また、発光層を含む半導体多層膜材料及び基板窒化物系半導体に限定されない。
17 半導体レーザ素子、18 第2金属半田、20 サブマウント、
21 サブマウント第2主面、22 第1金属半田、24 金属ヒートシンク、
26 光出射端面、27 発光中心、28 パッド電極端部、30 サブマウント端部、
32 レーザ光
Claims (5)
- 実装部材と、
半導体からなる活性層を含む積層体と、前記積層体の第1主面に設けられた第1電極と、前記第1電極の上に設けられ前記実装部材と接着された第2電極と、を有し、前記実装部材の上に設けられた半導体レーザ素子と、
を備え、
前記第2電極の端部は、前記実装部材の端部と同一平面内にあるかまたは前記実装部材の前記端部よりも外側に突出し、かつ前記第1電極の端部よりも内側に後退していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記半導体レーザ素子が設けられた主面とは反対側の前記実装部材の主面と接着されるヒートシンクをさらに備え、
前記活性層の熱膨張率と前記実装部材の熱膨張率との差は、前記活性層の熱膨張率と前記ヒートシンクの熱膨張率との差よりも小なることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。 - 前記第1電極は、前記積層体の端部まで延在し、
前記半導体レーザ素子の光軸が前記実装部材の前記端部と交差する点と、前記積層体の前記端部上の発光中心との距離が20マイクロメータ以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ装置。 - 前記半導体レーザ素子は窒化物系半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記実装部材の端部と前記積層体の端部との交差角度は0度以上30度以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
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