JP5280119B2 - 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、マルチビーム半導体レーザ装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a technique effective when applied to a multi-beam semiconductor laser device.
レーザプリンタなどの情報処理機器の光源として利用されているマルチビーム半導体レーザ装置は、一次元または二次元に配列された複数の発光部を有している。そのため、走査ビーム数を増やすことができ、高速印字が可能となるという利点があることから、その需要が急速に高まっている。 A multi-beam semiconductor laser device used as a light source for information processing equipment such as a laser printer has a plurality of light emitting units arranged one-dimensionally or two-dimensionally. Therefore, there is an advantage that the number of scanning beams can be increased and high-speed printing is possible, so that the demand is rapidly increasing.
マルチビーム半導体レーザ装置は、GaAsなどからなる半導体基板(以下、単に基板という)の主面上に複数の発光部を有する半導体層が積層されたレーザチップを備えている。このレーザチップの主面にはp型電極が形成され、裏面にはn型電極が形成されている。また、p型電極の上部には放熱用のAuメッキ層が形成されている。レーザチップの主面は、Au−Sn合金などからなる半田を介してサブマウント(支持基板)の一面に接続されている。また、サブマウントの他の面には、Cuなどからなるヒートシンクが半田によって接続されている。サブマウントは、ヒートシンクとレーザチップとの線膨張係数差による熱応力を緩和し、かつ放熱性を向上させる役割がある。そのため、サブマウントの材料としては、熱伝導性がよく、熱膨張係数が基板のそれに近い材料、例えばSiC、Si、CuW、AlNなどが用いられる。 The multi-beam semiconductor laser device includes a laser chip in which a semiconductor layer having a plurality of light emitting portions is stacked on a main surface of a semiconductor substrate made of GaAs or the like (hereinafter simply referred to as a substrate). A p-type electrode is formed on the main surface of the laser chip, and an n-type electrode is formed on the back surface. Further, a heat-dissipating Au plating layer is formed on the p-type electrode. The main surface of the laser chip is connected to one surface of the submount (support substrate) via solder made of Au—Sn alloy or the like. A heat sink made of Cu or the like is connected to the other surface of the submount by solder. The submount has a role of relieving thermal stress due to a difference in linear expansion coefficient between the heat sink and the laser chip and improving heat dissipation. Therefore, as the material for the submount, a material having good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of the substrate, for example, SiC, Si, CuW, AlN, or the like is used.
レーザチップの主面をサブマウント側に向けて実装する上記の方式は、ジャンクションダウン方式と呼ばれ、発光部で発生した熱を効率よくサブマウントに逃がすことができる利点がある。しかし、このジャンクションダウン方式は、レーザチップとサブマウントの接合部に応力が加わり易いので、実装時の熱応力によって発光部に歪みが加わり、光学特性にばらつきが生じることが知られている。特に、マルチビーム半導体レーザ装置の場合は、偏光角のビーム間差を抑え、均一な光特性を持ったレーザ素子を実現ことが要求されるため、実装時の熱応力を低減し、発光部に加わる歪みのビーム間差を低減することが重要な課題となる。 The above-described method for mounting the main surface of the laser chip toward the submount side is called a junction down method, and has an advantage that the heat generated in the light emitting part can be efficiently released to the submount. However, it is known that in this junction down method, stress is easily applied to the joint between the laser chip and the submount, so that the light emitting portion is distorted by the thermal stress during mounting, resulting in variations in optical characteristics. In particular, in the case of a multi-beam semiconductor laser device, it is required to suppress a difference in polarization angle between beams and to realize a laser element with uniform optical characteristics. It is an important issue to reduce the difference between applied distortion beams.
ところが、例えば一次元的に配列されたマルチビーム半導体レーザ装置を作製すると、各ビームの偏光方向にばらつきが生じ、偏光角(半導体層内の活性層に平行な方向に対するレーザ光の偏光方向のずれ)のビーム間差が生じるという問題がある。そして、半導体層に剪断歪みが加わると、この剪断歪みに比例してビームの偏光方向が回転することが知られており(M.A.Fritz, IEEE Trans.Comp.Package.Technol., 27(2004) p147)、上記の偏光角のビーム間差は、各発光部での剪断歪みのビーム間差が原因になっていると考えられる。 However, for example, when a multi-beam semiconductor laser device arranged one-dimensionally is manufactured, the polarization direction of each beam varies, and the polarization angle (the deviation of the polarization direction of the laser beam from the direction parallel to the active layer in the semiconductor layer) is generated. There is a problem that a difference between beams is generated. It is known that when shear strain is applied to a semiconductor layer, the polarization direction of the beam rotates in proportion to the shear strain (MAFritz, IEEE Trans.Comp.Package.Technol., 27 (2004) p147 ), It is considered that the difference in polarization angle between the beams is caused by the difference in shear strain between the light emitting portions.
上記した剪断歪みの相対差について、図13および図14を参照しながら説明する。なお、ここでは、基板の線膨張係数がサブマウントのそれよりも大きい場合について考察する。 The relative difference in shear strain described above will be described with reference to FIGS. 13 and 14. Here, a case where the linear expansion coefficient of the substrate is larger than that of the submount will be considered.
レーザチップ1は、200℃〜300℃の温度下でAu−Snなどの半田によってサブマウントに接合される。半田接合後(実装後)に温度が室温まで下がると、サブマウントが基板3よりも収縮し難い(線膨張係数が小さい)ため、サブマウントに近い側(p型電極8およびAuメッキ層9が形成された主面側)では半導体層5が水平方向の外向きに引っ張られるが、n型電極2が形成された裏面側では半導体層5が水平方向の内向きに圧縮される(図13参照)。ここで、水平方向とは、半導体層5と基板3との接合面に平行な方向であり、垂直方向とは、半導体層5と基板3との接合面に垂直な方向、すなわちレーザチップ1の共振器方向に垂直な方向と定義する。
The laser chip 1 is bonded to the submount with solder such as Au—Sn at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. When the temperature drops to room temperature after solder bonding (after mounting), the submount is less likely to shrink than the substrate 3 (the coefficient of linear expansion is small), so the side closer to the submount (the p-
図13の斜線で示した平行四辺形は、各発光部6での剪断変形の様子を表しており、この各発光部6での剪断歪みをプロットすると図14のようになる。なお、図13および図14では、左端の発光部6から順にLD1、LD2…と番号を付けた。図13から分かるように、実装後の垂直・水平剪断歪みは、発光部6ごとに方向と大きさが異なり、剪断歪みのビーム間差が生じることが分かる。なお、基板3の線膨張係数がサブマウントのそれより小さい場合には、図14の発光部6における剪断歪みの符号が逆になる。このように、実装後には各発光部6に対して異なる剪断歪みが加わることから、マルチビーム半導体レーザ装置では、ビーム毎の偏光角が異なり、偏光角のビーム間差が生じる。
The parallelograms indicated by the diagonal lines in FIG. 13 represent the state of shear deformation in each
上記した偏光角の回転を抑える方法および、実装後の発光部に加わる歪みを低減する方法として、例えば特開2002−246696号公報(特許文献1)には、レーザチップの活性層に平行な方向に対するレーザ光の偏光方向のずれを改善する手段が提案されている。この提案は、光射出点をチップの幅方向の中央位置から意図的に変位させた位置に配置することによって、偏光方向のずれを改善するものである。 As a method for suppressing the rotation of the polarization angle and a method for reducing distortion applied to the light emitting part after mounting, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-246696 (Patent Document 1) discloses a direction parallel to the active layer of a laser chip. Means for improving the deviation of the polarization direction of the laser beam with respect to the laser beam have been proposed. This proposal improves the deviation of the polarization direction by arranging the light emission point at a position intentionally displaced from the center position in the width direction of the chip.
また、特開平07−202323号公報(特許文献2)には、複数の半導体レーザ素子が形成された領域の外側に、使用時に発光しない疑似レーザ素子を形成し、この疑似レーザ素子に熱応力を吸収させることによって、均一な光特性を有するマルチビーム半導体レーザ装置を得る手段が提案されている。
本発明者の検討によれば、特許文献1に記載された提案は、一つの半導体基板上に等間隔に配置される複数の発光点を有し、かつビーム毎の偏光角が異なるマルチビーム半導体レーザ装置には適用することができない。また、特許文献2に記載されたような疑似レーザ素子を形成する方法は、本発明者らの研究によると、直歪みのビーム間差を低減することはできるが、図13および図14で示したような剪断歪みのビーム間差に関しては、十分な低減効果が得られない。
According to the study of the present inventor, the proposal described in Patent Document 1 is a multi-beam semiconductor having a plurality of light emitting points arranged at equal intervals on one semiconductor substrate and having different polarization angles for each beam. It cannot be applied to a laser device. Further, according to the research of the present inventors, the method of forming a pseudo laser element as described in
また、本発明者の検討によれば、半田を介してレーザチップをサブマウントに実装した場合、ビーム毎の偏光角のばらつきは、レーザチップのAuメッキ層と半田との界面における半田の濡れ量の不均一によっても生じることが見出された。 Further, according to the study of the present inventor, when the laser chip is mounted on the submount via the solder, the variation in the polarization angle for each beam is the amount of solder wetting at the interface between the Au plating layer of the laser chip and the solder. It has been found that it is also caused by non-uniformity of
本発明の目的は、実装後の発光部に加わる剪断歪みのビーム間差を抑制し、偏光角ビーム間差の小さいマルチビーム半導体レーザ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a multi-beam semiconductor laser device that suppresses a difference in shear strain between beams applied to a light emitting portion after mounting and has a small difference in polarization angle between beams.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本願の一発明による半導体レーザ装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成された第1導電型のカソード電極と、前記半導体基板の第2の面上に形成され、かつ、その内部に複数の発光部を有する半導体層と、前記複数の発光部のそれぞれの上方に形成された第2導電型のアノード電極と、前記アノード電極のそれぞれの表面に形成された放熱用のメッキ層とを有するマルチビーム構造の半導体チップを備え、
前記メッキ層のそれぞれが半田を介して支持基板の第1の面に接合されることによって、前記半導体チップが前記支持基板に実装され、
前記メッキ層と前記半田との界面の一部には、前記半田に対して濡れ性を有する材料で構成されたメタル層が介在し、前記界面の他部には、前記半田に対して濡れ性を有しない材料で構成されたバリアメタル層が介在しているものである。
A semiconductor laser device according to an invention of the present application is formed on a semiconductor substrate, a first conductivity type cathode electrode formed on a first surface of the semiconductor substrate, a second surface of the semiconductor substrate, and A semiconductor layer having a plurality of light emitting portions therein, a second conductivity type anode electrode formed above each of the plurality of light emitting portions, and a heat dissipation plating formed on each surface of the anode electrode A multi-beam semiconductor chip having a layer,
Each of the plated layers is bonded to the first surface of the support substrate via solder, whereby the semiconductor chip is mounted on the support substrate,
A metal layer made of a material having wettability with respect to the solder is interposed in part of the interface between the plating layer and the solder, and wettability with respect to the solder is interposed in the other part of the interface. A barrier metal layer made of a material that does not have a gap is interposed.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
[メタル層と半田の接触面積:バリアメタル層と半田の接触面積の比]を発光部ごとに制御することにより、偏光角のビーム位置依存性が相殺されるので、偏光角ビーム間差の小さいマルチビーム半導体レーザ装置を実現することができる。 By controlling [the ratio of the contact area between the metal layer and the solder: the contact area between the barrier metal layer and the solder] for each light emitting portion, the beam position dependency of the polarization angle is canceled out, so the difference between the polarization angle beams is small. A multi-beam semiconductor laser device can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
(実施の形態1)
本実施の形態では、凸状のリッジ部を有するマルチビーム半導体レーザ装置に本発明を適用した例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a multi-beam semiconductor laser device having a convex ridge portion will be described.
図1は、本実施の形態のマルチビーム半導体レーザ装置の要部断面図である。図1に示すように、半導体レーザ装置のレーザチップ1は、GaAs(線膨張係数=6.4×10−6/K)からなる基板3の主面上に、複数個(本実施の形態では2個)の凸状のリッジ部4を備えた半導体層5を積層したものであり、2個のリッジ部4のそれぞれの下方の半導体層5内には発光部6が形成されている。2個のリッジ部4は、レーザチップ1の共振器方向に延在し、電流が狭窄されて供給される給電部となっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the multi-beam semiconductor laser device of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a plurality of laser chips 1 (in this embodiment, in the present embodiment) are formed on a main surface of a
上記リッジ部4の両側面とその近傍の半導体層5上には絶縁層7が形成されており、絶縁層7の上部には、独立電極であるp型電極(アノード電極)8がリッジ部4の上面と接するように形成されている。また、p型電極8の表面には、放熱用のAuメッキ層9が形成されている。一方、基板3の裏面には、共通電極であるn型電極(カソード電極)2が形成されている。n型電極2は、例えばTi層と、このTi層の上にPt層およびAu層を順次積層した金属膜からなる。
An
上記レーザチップ1は、SiC(線膨張係数=4.0×10−6/K)、またはAlN(線膨張係数=4.8×10−6/K)からなるサブマウント(支持基板)13の下面に半田10によって実装されている。半田10は、例えばAu−Sn合金からなる。なお、図示は省略するが、サブマウント13の上面には、Cuからなるヒートシンクが半田によって接続されている。
The laser chip 1 has a submount (support substrate) 13 made of SiC (linear expansion coefficient = 4.0 × 10 −6 / K) or AlN (linear expansion coefficient = 4.8 × 10 −6 / K). It is mounted on the lower surface with
本実施の形態の半導体レーザ装置は、レーザチップ1とサブマウント13の接続部が、以下のような構造になっている。すなわち、レーザチップ1のAuメッキ層9の表面には、上記半田10に対して濡れ性を有しない材料で構成されたバリアメタル層11が形成されており、このバリアメタル層11の表面の一部には、半田10に対して濡れ性を有する材料で構成されたメタル層12が積層されている。半田10に対して濡れ性を有しないバリアメタル層11は、例えばTi層と、このTi層の上に積層されたPt層とで構成されている。また、半田10に対して濡れ性を有するメタル層12は、Auからなる。
In the semiconductor laser device of the present embodiment, the connection portion between the laser chip 1 and the
従って、レーザチップ1とサブマウント13の間に介在する半田10は、その一部がバリアメタル層11と接しており、他の一部がメタル層12と接している。ここで、バリアメタル層11は半田10に対して濡れ性を有しないので、バリアメタル層11と半田10は、互いに接触しているが接合はしていない。これに対し、メタル層12と半田10が接している領域では、メタル層12(=Au)が半田10(=Au−Sn)に対して濡れ性を有しているので、メタル層12と半田10は、Au−Sn合金結合によって互いに接合されている。なお、図1では、メタル層12と半田10が互いに分離しているように示されているが、実際は、メタル層12が半田10中に溶融した状態になっているので、両者の境界は不明瞭である。
Therefore, a part of the
一方、サブマウント13の下面には、レーザチップ1の2個のリッジ部4と対向するように2個のサブマウント電極14が形成されており、これらのサブマウント電極14と半田10が互いに接触している。サブマウント電極14は、例えばTi層と、このTi層の上に積層されたPt層と、このPt層の上に積層されたAu層とで構成されている。すなわち、サブマウント電極14の表面は、半田10(=Au−Sn)に対して濡れ性を有する材料(=Au)で構成されているので、サブマウント電極14と半田10は、Au−Sn合金結合によって互いに接合されている。
On the other hand, two
このように、レーザチップ1と半田10が互いに接触している領域では、メタル層12と半田10の接触面のみが互いに接合されており、バリアメタル層11と半田10の接触面は、熱や電気を伝えるが、互いに接合されていない。
As described above, in the region where the laser chip 1 and the
前述したように、半田10を介してレーザチップ1をサブマウント13に実装した場合、ビームの偏光角が発光部6ごとにばらつく一因は、各発光部6に形成されたAuメッキ層9と半田10との界面における半田10の濡れ量の不均一である。
As described above, when the laser chip 1 is mounted on the
そこで、本実施の形態では、前記図13に示した各発光部6における剪断歪みの方向と大きさとを考慮し、[メタル層12と半田10の接触面積:バリアメタル層11と半田10の接触面積]の比を発光部6ごとに制御する。これにより、偏光角のビーム位置依存性が相殺されるので、偏光角ビーム間差の小さいマルチビーム半導体レーザ装置を実現することができる。
Therefore, in the present embodiment, the direction and magnitude of the shear strain in each
次に、図2を用いて、レーザチップ1の半導体層5の詳細な構造を説明する。図2は、レーザチップ1の素子一個分の領域を示す拡大断面図である。
Next, the detailed structure of the
レーザチップ1は、例えばn型のGaAsからなる基板3を有しており、その主面には、半導体層5が形成されている。半導体層5は、主面に垂直な方向に沿って順次積層されたn型クラッド層15、多重量子井戸構造(multi-quantum well)を備えた活性層16、p型第1クラッド層17、p型エッチングストップ層18によって構成されている。また、半導体層5の上部のリッジ部4は、p型第2クラッド層19およびp型コンタクト層20によって構成されている。
The laser chip 1 has a
ここで、上記半導体層5の材料および厚さの一例を示す。n型クラッド層15は、厚さ2.0μmのAlGaInPで形成されている。活性層16は、障壁層の厚さが5nmのAlGaInP層からなり、井戸層は、厚さ6nmのGaInP層からなり、3層となる多重量子井戸構造となっている。p型第1クラッド層17、p型エッチングストップ層18およびp型第2クラッド層19は、いずれもAlGaInPで形成されている。p型第1クラッド層17は、厚さ0.3μm、p型エッチングストップ層18は、厚さ20nm、p型第2クラッド層19は、厚さ1.2μmである。また、p型コンタクト層20は、厚さ0.4μmのGaAsで形成されている。
Here, an example of the material and thickness of the
基板3の主面側には、リッジ部4の表面(上面)を除いて絶縁層7が形成されている。絶縁層7は、例えば酸化シリコン膜と、この酸化シリコン膜上に形成されたPSG膜とで構成されている。絶縁層7は、リッジ部4の各側面(両側面)を含み、かつ基板3の上面の一部を覆う構造になっているが、リッジ部4の表面(上面)を除き、基板3の上面全体を覆っていてもよい。
An insulating
リッジ部4の上部および絶縁層7の上部には、p型電極8が形成されている。p型電極8の一部は、リッジ部4のp型コンタクト層20に接続されている。また、p型電極8の端部は、基板3の両側縁にまで至らないように、絶縁層7の上で終端している。すなわち、p型電極8は、絶縁層7の上で分離された独立電極となっており、各半導体レーザ素子のリッジ部4に個別に電圧を印加することができるようになっている。p型電極8は、例えばTi層と、このTi層の上にPt層およびAu層を順次積層した金属膜からなり、全体の厚さは、0.5μmである。
A p-
p型電極8の上部には、基板3よりも熱伝導率が高いAuメッキ層9が形成されている。Auメッキ層9は、3μm〜7μmと厚く形成されている。一方、基板3の裏面には、n型電極2が形成されている。n型電極2は、例えばTi、PtおよびAuを順次積層した金属多層膜からなり、全体の厚さは、0.5μmである。
An
次に、上記レーザチップ1をサブマウント13に実装する方法について、図3〜図8を用いて説明する。ここで、図3〜図8は、ウエハ状態にある基板3のレーザ素子1個分の領域を示す断面図である。
Next, a method for mounting the laser chip 1 on the
まず、図3に示すように、周知のウエハプロセスに従って、基板3の主面に凸状のリッジ部4を有する半導体層5を形成した後、リッジ部4の上面を除く半導体層5の上部に絶縁層7を形成し、続いて絶縁層7の上部にp型電極8を形成する。
First, as shown in FIG. 3, a
次に、図4に示すように、Auメッキ層9が形成される領域を開口したフォトレジスト膜22をp型電極8の上部に形成した後、図5に示すように、電解メッキ法を用いてp型電極8の上部にAuメッキ層9を形成する。このとき、Auメッキ層9は、フォトレジスト膜22で覆われていない領域のp型電極8上に形成される。
Next, as shown in FIG. 4, after a
次に、図6に示すように、Auメッキ層9の上部にTi層とPt層とからなるバリアメタル層11を蒸着形成し、続いてこのバリアメタル層11の上部にAu層からなるメタル層12を蒸着形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、フォトレジスト膜22を除去した後、図7に示すように、メタル層12の一部が露出するフォトレジスト膜23を基板3上に形成し、フォトレジスト膜23の底部に露出したメタル層12をウェットエッチングで除去する。
Next, after removing the
次に、フォトレジスト膜23を除去した後、図8に示すように、p型電極8をパターニングして素子ごとに分離し、さらに基板3の裏面にn型電極2を形成する。その後、ウエハ状態にある基板3を劈開することによってレーザチップ1に個片化し、このレーザチップ1を半田10によってサブマウント13の下面に実装することにより、図1に示す半導体レーザ装置が得られる。
Next, after removing the
図9は、本実施の形態のマルチビーム半導体レーザ装置の全体構成を示す要部破断斜視図、図10は、図9の一部を拡大して示す斜視図である。 FIG. 9 is a fragmentary perspective view showing the overall configuration of the multi-beam semiconductor laser device of the present embodiment, and FIG. 10 is an enlarged perspective view showing a part of FIG.
マルチビーム半導体レーザ装置は、円盤状のステム30と、このステム30の上面を覆うキャップ31とを備えたパッケージ(封止容器)を有しており、キャップ31の内部にはレーザチップ1が封止されている。ステム30は、直径が5.6mm程度、厚さが1.2mm程度のFe合金からなる。キャップ31の底部の外周に設けられたフランジ部32は、ステム30の上面に固定されている。また、キャップ31の上面の中央部分には、透明なガラス板33が接合された丸穴34が設けられている。
The multi-beam semiconductor laser device has a package (sealing container) including a disc-shaped
ステム30の上面の中央近傍には、例えばCuのような熱伝導性が良好な金属からなるヒートシンク35が搭載されている。このヒートシンク35は、ロウ材(図示せず)を介してステム30の上面に接合されている。ヒートシンク35の一側面には、半田(図示せず)を介してサブマウント13が固定されており、このサブマウント13の一面にレーザチップ1が実装されている。
Near the center of the upper surface of the
レーザチップ1の一面には、図9および図10には示さないn型電極2が形成されており、このn型電極2とヒートシンク35とがAuワイヤ36によって電気的に接続されている。すなわち、レーザチップは、発光部6が形成された主面側をサブマウント13と対向させるジャンクションダウン方式によって、サブマウント13の表面に実装されている。
An n-
レーザチップ1は、その両端部(図1では上端部および下端部)からレーザ光を出射する。そのため、レーザチップ1を支持するサブマウント13は、チップ実装面がステム30の上面に対して垂直な方向を向くようにヒートシンク35に固定されている。レーザチップ1の上端部から放射されたレーザ光は、キャップ31の丸穴34を通じて外部に放射される。
The laser chip 1 emits laser light from its both ends (upper end and lower end in FIG. 1). Therefore, the
ステム30の下面には、6本のリード37a、37b、37c、37d、37e、37fが取り付けられている。ステム30の上面側に突出したリード37a、37b、37e、37fのそれぞれの上端部とヒートシンク35は、Auワイヤ38によって電気的に接続されている。また、リード37cは、ステム30の下面に固定されており、ステム30と電気的に等電位状態になっている。
Six
(実施の形態2)
図11は、本実施の形態のマルチビーム半導体レーザ装置の要部断面図である。本実施の形態のマルチビーム半導体レーザ装置は、前記実施の形態1と同様、レーザチップ1とサブマウント13の間に介在する半田10の一部がバリアメタル層11と接しており、他の一部がメタル層12と接している。すなわち、メタル層12は半田10に対して濡れ性を有する材料で構成されているので、メタル層12と半田10の接触面は互いに接合されている。一方、バリアメタル層11は半田10に対して濡れ性を有しない材料で構成されているので、バリアメタル層11と半田10の接触面は、熱や電気を伝えるが、互いに接合されていない。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of the multi-beam semiconductor laser device according to the present embodiment. In the multi-beam semiconductor laser device of the present embodiment, a part of the
また、本実施の形態のマルチビーム半導体レーザ装置は、上記の構成に加え、各リッジ部4におけるAuメッキ層9の中心位置が、その下方の発光部6の中心位置に対して意図的に変位されている。すなわち、各リッジ部4において、Auメッキ層9は、リッジ部4の中心位置に対して非対称に形成されている。
Further, in the multi-beam semiconductor laser device of the present embodiment, in addition to the above configuration, the center position of the
このようにすると、レーザチップ1をサブマウント13に実装する前の段階において、実装後に加わる剪断歪みとは逆方向の剪断歪みを発光部6に加えることができるので、レーザチップ1をサブマウント13に実装した後に発光部6に加わる剪断歪みを低減することができる。これにより、偏光角ビーム間差がさらに小さいマルチビーム半導体レーザ装置を実現することができる。
In this way, in the stage before the laser chip 1 is mounted on the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
前記実施の形態では、凸状のリッジ部4を備えたレーザチップ1を有するマルチビーム半導体レーザ装置に適用した例を説明したが、例えば図12に示すように、リッジ部4から外れた領域のp型エッチングストップ層18上にp型第2クラッド層19およびp型コンタクト層20が存在するようなレーザチップ1を有するマルチビーム半導体レーザ装置に適用することもできる。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a multi-beam semiconductor laser device having a laser chip 1 having a convex ridge portion 4 has been described. However, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a multi-beam semiconductor laser device having the laser chip 1 in which the p-type
また、前記実施の形態では、レーザチップ1のp型電極8の表面にAuメッキ層9を形成し、Auメッキ層9の表面には、Au−Sn合金からなる半田10に対して濡れ性を有しないTi層/Pt層からなるバリアメタル層11を形成し、このバリアメタル層11の表面の一部には、半田10に対して濡れ性を有するAuで構成されたメタル層12を形成したが、メッキ層、半田、メタル層およびバリアメタル層は、上記の材料に限定されるものではない。
In the above embodiment, the
また、前記実施の形態では、2個の発光部を備えた2ビーム半導体レーザ装置に本発明を適用した例を例を説明したが、本発明は、3個以上の発光部を備えたマルチビーム半導体レーザ装置に適用できることはもちろんである。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-beam semiconductor laser device including two light emitting units has been described. However, the present invention is a multi-beam including three or more light emitting units. Of course, it can be applied to a semiconductor laser device.
また、前記実施の形態では、基板3の線膨張係数がサブマウント13のそれよりも小さいマルチビーム半導体レーザ装置に適用した例を説明したが、基板3の線膨張係数がサブマウント13のそれよりも大きいマルチビーム半導体レーザ装置に適用できることはもちろんである。このようなマルチビーム半導体レーザ装置として、CuW(線膨張係数=6.5×10−6/K〜8.3×10−6/K)からなるサブマウントにGaAsからなるレーザチップを実装したマルチビーム半導体レーザ装置を例示することができる。
In the above embodiment, the example in which the linear expansion coefficient of the
また、前記実施の形態では、複数個の発光部を備えたマルチビーム半導体レーザ装置に適用した例を例を説明したが、本発明は、単一の発光部を備えたシングルビーム半導体レーザ装置に適用することもできる。すなわち、シングルビーム半導体レーザ装置においては、偏光角のビーム間差という問題は生じないが、偏光角の製造ばらつきの中心値が0(ゼロ)からずれた場合の補正手段として、[メタル層と半田の接触面積:バリアメタル層と半田の接触面積の比]を制御するという本発明の構成を適用することが可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a multi-beam semiconductor laser device having a plurality of light-emitting portions has been described. However, the present invention is applied to a single-beam semiconductor laser device having a single light-emitting portion. It can also be applied. That is, in the single beam semiconductor laser device, the problem of the difference in polarization angle between the beams does not occur, but as a correction means when the center value of the manufacturing variation of the polarization angle is deviated from 0 (zero), [metal layer and solder It is possible to apply the configuration of the present invention in which the ratio of the contact area of the barrier metal layer to the solder] is controlled.
本発明は、マルチビーム半導体レーザ装置に適用して有効なものである。 The present invention is effective when applied to a multi-beam semiconductor laser device.
1 レーザチップ
2 n型電極(カソード電極)
3 半導体基板
4 リッジ部
5 半導体層
6 発光部
7 絶縁層
8 p型電極(アノード電極)
9 Auメッキ層
10 半田
11 バリアメタル層
12 メタル層
13 サブマウント(支持基板)
14 サブマウント電極
15 n型クラッド層
16 活性層
17 p型第1クラッド層
18 p型エッチングストップ層
19 p型第2クラッド層
20 p型コンタクト層
22、23 フォトレジスト膜
30 ステム
31 キャップ
32 フランジ部
33 ガラス板
34 丸穴
35 ヒートシンク
36 Auワイヤ
37a、37b、37c、37d、37e、37f リード
38 Auワイヤ
1 Laser chip 2 n-type electrode (cathode electrode)
3 Semiconductor substrate 4
9
14 submount electrode 15 n-
Claims (6)
前記複数のメッキ層のそれぞれが半田を介して支持基板の第1の面に接合されることによって、前記半導体チップが前記支持基板に実装された半導体レーザ装置であって、
前記複数のメッキ層と前記半田とのそれぞれの界面の一部には、前記半田に対して濡れ性を有する材料で構成されたメタル層が介在し、前記界面の他部には、前記半田に対して濡れ性を有しない材料で構成されたバリアメタル層が介在しており、
前記半導体基板の線膨張係数は、前記支持基板の線膨張係数より大きく、
前記第1リッジ部上の前記メタル層は、前記第2リッジ部側に寄った位置に配置され、
前記第2リッジ部上の前記メタル層は、前記第1リッジ部側に寄った位置に配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor substrate, a first conductivity type cathode electrode formed on the first surface of the semiconductor substrate, and a semiconductor formed on the second surface of the semiconductor substrate and having a plurality of light emitting portions therein A region, a plurality of ridge portions formed above each of the plurality of light emitting portions and having a first ridge portion and a second ridge portion adjacent to each other, and an upper portion of each of the plurality of ridge portions A multi-beam semiconductor chip having a plurality of anode electrodes of the second conductivity type formed on the surface and a plurality of heat-dissipating plating layers formed on the respective surfaces of the anode electrodes;
Each of the plurality of plating layers is bonded to the first surface of the support substrate via solder, whereby the semiconductor chip is mounted on the support substrate,
A metal layer made of a material having wettability with respect to the solder is interposed in a part of each interface between the plurality of plating layers and the solder, and the other part of the interface is connected to the solder. On the other hand, a barrier metal layer composed of a material that does not have wettability is interposed,
The linear expansion coefficient of the semiconductor substrate is larger than the linear expansion coefficient of the support substrate,
The metal layer on the first ridge portion is disposed at a position close to the second ridge portion side,
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the metal layer on the second ridge portion is disposed at a position close to the first ridge portion side .
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