JPH10200203A - Semiconductor laser element and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor laser element and manufacturing method thereof

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JPH10200203A
JPH10200203A JP35888796A JP35888796A JPH10200203A JP H10200203 A JPH10200203 A JP H10200203A JP 35888796 A JP35888796 A JP 35888796A JP 35888796 A JP35888796 A JP 35888796A JP H10200203 A JPH10200203 A JP H10200203A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
electrode
layer
peltier effect
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JP35888796A
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Japanese (ja)
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Yoshiaki Watabe
義昭 渡部
Kiyoshi Takei
清 武井
Nou Chin
農 陳
Kiyobumi Chikuma
清文 竹間
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size by incorporating a Peltier effect element in a semiconductor laser element to directly cool heating parts. SOLUTION: A semiconductor laser element 120 comprises a p-clad layer 102, a guide layer 103, an active layer 104, a guide layer 105, an n-clad layer 106, a contact layer 107, and an emission driving electrode 108 on a p-type substrate 101. The n-clad layer 106 has ridges at the center and both ends on which a common electrode 109a and electrodes 109b, 109c to be driving anodes of a Peltier effect element are provided. A voltage V1 is applied to the electrode 108 and the common electrode 109a to drive the semiconductor laser element 120. A voltage V2 is applied to the common electrode 109a and electrodes 109b, 109c to flow a current I2 from the electrodes 109b, 109c to the common electrode 109a, resulting in a cooling action at the region of the common electrode 109a and heating action at the regions of the electrodes 109b, 109c due to the Peltier effect, thereby efficiently cooling a light emission part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子は、光通信用や光記録
再生用等によく用いられており、特に最近の通信の大容
量化及び高速化の要求に対し高出力で安定性の優れた半
導体レーザ素子が要求されている。高出力の半導体レー
ザ素子を安定に動作させるためにはその発光部における
発熱の冷却放熱が必要となり、一般にはペルチェ効果素
子による素子温度制御が用いられている。
2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices are often used for optical communication and optical recording / reproduction, and in particular, have high output and excellent stability in response to recent demands for large capacity and high speed communication. Laser elements are required. In order to stably operate a high-output semiconductor laser device, it is necessary to cool and radiate heat generated in a light emitting portion of the semiconductor laser device. In general, device temperature control using a Peltier effect device is used.

【0003】図5は、従来から用いられているペルチェ
効果素子を用いた半導体レーザ素子の冷却装置の構成例
を示す図である。半導体レーザ素子501は放熱部材5
02上に良好な熱伝導性を保つように取り付けられ、半
導体レーザ素子501が発生する熱を一般には銅等の金
属やシリコン、ダイヤモンド等の熱伝導性の良い放熱部
材502へ伝達する。放熱部材502はペルチェ効果素
子503上に良好な熱伝導性を保つように取り付けら
れ、ペルチェ効果素子503は他の放熱部材504上に
良好な熱伝導性を保つように取り付けられている。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional cooling device for a semiconductor laser device using a Peltier effect device. The semiconductor laser element 501 is provided with the heat radiation member 5.
The semiconductor laser device 501 is mounted on the semiconductor device 02 so as to maintain good thermal conductivity, and generally transmits heat generated by the semiconductor laser element 501 to a heat-radiating member 502 having good thermal conductivity such as metal such as copper, silicon, and diamond. The heat radiation member 502 is mounted on the Peltier effect element 503 so as to maintain good thermal conductivity, and the Peltier effect element 503 is mounted on another heat radiation member 504 so as to maintain good heat conductivity.

【0004】ペルチェ効果素子503は良く知られてい
るように導電型の異なる半導体が直列に電気接続された
ものをセラミックス等の板材で挟み込んだ板状構成で、
電流を流す向きにより板面の一方を吸熱体、他方を発熱
体とする熱ポンプ素子であり、図示しない駆動回路から
電流が通電されると、ジュール熱以外に熱の発生又は吸
収を生ずる。
As is well known, the Peltier effect element 503 has a plate-like configuration in which semiconductors of different conductivity types are electrically connected in series and sandwiched by a plate material such as ceramics.
A heat pump element having one of a plate surface as a heat absorber and the other as a heat generator depending on the direction in which the current flows. When a current is supplied from a drive circuit (not shown), heat is generated or absorbed in addition to Joule heat.

【0005】図5においては、ペルチェ効果素子503
の上部が冷却され、下部が発熱又はその反対になるよう
に通電することが可能で、この電流を制御することで、
素子と放熱部材502を一定の温度に制御するようにし
たものである。また、放熱部材504は発生した熱を最
終的に外部に放出するために図示しない冷却ファン等で
冷却される。
In FIG. 5, a Peltier effect element 503 is shown.
It is possible to conduct electricity so that the upper part is cooled and the lower part generates heat or vice versa, and by controlling this current,
The element and the heat radiating member 502 are controlled at a constant temperature. Further, the heat radiating member 504 is cooled by a cooling fan (not shown) or the like in order to finally release the generated heat to the outside.

【0006】上述のような構成の冷却手段を有する半導
体レーザ素子501は、発光駆動電流により発生した熱
は、半導体レーザ素子501から放熱部材502へ伝導
し、放熱部材502はペルチェ効果素子503により冷
却され、ペルチェ効果素子503が発生する熱は放熱部
材504により大気中へ放散される。
In the semiconductor laser device 501 having the cooling means having the above-described structure, heat generated by the light emission drive current is conducted from the semiconductor laser device 501 to the heat radiating member 502, and the heat radiating member 502 is cooled by the Peltier effect element 503. The heat generated by the Peltier effect element 503 is dissipated into the atmosphere by the heat dissipation member 504.

【0007】次に、一般的な半導体レーザ素子の構造と
動作を図6を参照して説明する。InPの基板601上
にp−クラッド層602、ガイド層603、発光部とな
る活性層604、ガイド層605、n−クラッド層60
6、コンタクト層607の順に、所定のエピタキシャル
成長方法、液相成長法、有機金属気相成長法、分子線成
長法等で成長積層されている。InPの基板601の下
部に電極608、コンタクト層607の上部に電極60
9が形成され、電極609を陽極、電極608を陰極と
して、図示しない外部駆動回路から所定の電流がpn接
合となるダイオードに通電されると図に示す矢印の方向
に電流が流れ、活性層604のうち電極608の下の部
分から紙面に垂直な方向にレーザ光が放射され、通電に
より熱を発生する。
Next, the structure and operation of a general semiconductor laser device will be described with reference to FIG. On an InP substrate 601, a p-cladding layer 602, a guide layer 603, an active layer 604 serving as a light emitting portion, a guide layer 605, and an n-cladding layer 60 are formed.
6, a contact layer 607 is grown and stacked in a predetermined order by an epitaxial growth method, a liquid phase growth method, a metal organic chemical vapor deposition method, a molecular beam growth method, or the like. An electrode 608 is provided below the InP substrate 601 and an electrode 60 is provided above the contact layer 607.
When a predetermined current is supplied from an external drive circuit (not shown) to a diode serving as a pn junction with the electrode 609 serving as an anode and the electrode 608 serving as a cathode, a current flows in the direction of the arrow shown in FIG. The laser light is radiated from a portion below the electrode 608 in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and generates heat when energized.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように構成された半導体レーザ素子の冷却方法では、半
導体レーザ素子の発生する熱は、第1の放熱部材への熱
伝導、第1の放熱部材の冷却、ペルチェ効果素子の発熱
を第2の放熱部材への熱伝導、第2の放熱部材の冷却と
いった過程を必要とし、半導体レーザ素子の冷却効率や
温度制御の時間応答性が良くないという問題があった。
また、冷却のための部材が複雑な構成になり冷却装置を
含めた半導体レーザ装置が小型にできないことや、その
ためにコスト高になる等の問題があった。
However, in the cooling method for a semiconductor laser device constructed as described above, the heat generated by the semiconductor laser device is transferred to the first heat radiating member by the first heat radiating member. Cooling, cooling of the Peltier effect element, heat conduction to the second heat radiating member, and cooling of the second heat radiating member require a process, and the cooling efficiency of the semiconductor laser element and the time response of temperature control are not good. was there.
In addition, there are problems that the cooling member has a complicated structure, and the semiconductor laser device including the cooling device cannot be downsized, and the cost increases.

【0009】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
であって、ペルチェ効果素子を半導体素子内に組み込み
ペルチェ効果素子と半導体レーザ素子を一体化すること
により、発熱部を直接冷却することができ、小型化が可
能で冷却効率の良い半導体レーザ素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to directly cool a heat generating portion by incorporating a Peltier effect element in a semiconductor element and integrating the Peltier effect element with the semiconductor laser element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device which can be miniaturized, has high cooling efficiency, and a method for manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項1に記載の半導体レーザ素子は、半
導体レーザ素子内にペルチェ効果素子を組み込んだこと
を特徴とする。また、本発明の請求項2に記載の半導体
レーザ素子は、請求項1に記載の半導体レーザ素子であ
って、p型半導体材料からなる基板及びp型層と、活性
層と、n型半導体材料からなるn型層と、電極と、から
なり、ペルチェ効果素子がn型層に形成されたことを特
徴とする。
In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention is characterized in that a Peltier effect device is incorporated in a semiconductor laser device. A semiconductor laser device according to a second aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the first aspect, wherein a substrate and a p-type layer made of a p-type semiconductor material, an active layer, and an n-type semiconductor material are provided. And an electrode, wherein the Peltier effect element is formed on the n-type layer.

【0011】また、本発明の請求項3に記載の半導体レ
ーザ素子は、請求項2に記載の半導体レーザ素子であっ
て、電極は半導体レーザ素子駆動用の電流を流すための
電極と、ペルチェ効果素子駆動用の電流を流すための電
極と、からなることを特徴とする。
A semiconductor laser device according to a third aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the second aspect, wherein the electrode includes an electrode for flowing a current for driving the semiconductor laser device, and a Peltier effect. And an electrode for flowing a current for driving the element.

【0012】また、本発明の請求項4に記載の半導体レ
ーザ素子は、請求項2又は3に記載の半導体レーザ素子
であって、n型層はn型クラッド層とn型コンタクト層
からなることを特徴とする。
A semiconductor laser device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the second or third aspect, wherein the n-type layer comprises an n-type cladding layer and an n-type contact layer. It is characterized by.

【0013】また、本発明の請求項5に記載の半導体レ
ーザ素子は、請求項4に記載の半導体レーザ素子であっ
て、n型クラッド層の半導体レーザ素子駆動用の電流を
流すための電極周辺が吸熱作用を有し、ペルチェ効果素
子駆動用の電流を流すための電極周辺が放熱作用を有す
ることを特徴とする。
A semiconductor laser device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor laser device according to the fourth aspect, wherein the periphery of the electrode for flowing a current for driving the semiconductor laser device of the n-type cladding layer is provided. Have an endothermic effect, and the periphery of the electrode for passing a current for driving the Peltier effect element has a heat dissipating effect.

【0014】また、本発明の請求項6に記載の半導体レ
ーザ素子の製造方法では、半導体レーザ素子の製造方法
において、p型半導体材料からなる基板及びp型層と、
活性層と、n型半導体材料からなるn型層とをそれぞれ
積層させる工程と、n型層にリッジを形成する工程と、
リッジ形成後のn型層上に半導体レーザ素子駆動用の電
流を流すための電極とペルチェ効果素子駆動用の電流を
流すための電極を形成する工程と、を含むことを特徴と
する。
According to a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor laser device, a substrate and a p-type layer made of a p-type semiconductor material are provided.
A step of laminating an active layer and an n-type layer made of an n-type semiconductor material, and a step of forming a ridge on the n-type layer.
Forming an electrode for flowing a current for driving a semiconductor laser element and an electrode for flowing a current for driving a Peltier effect element on the n-type layer after the ridge is formed.

【0015】[0015]

【作用】本発明は上述のようにペルチェ効果素子と半導
体レーザ素子を一体化することにより、発熱部を直接冷
却することができ、小型化が可能で冷却効率の良い半導
体レーザ素子及びその製造方法を提供することが可能と
なる。
According to the present invention, by integrating the Peltier effect element and the semiconductor laser element as described above, the heat generating portion can be directly cooled, the semiconductor laser element can be reduced in size and has a high cooling efficiency, and a method of manufacturing the same. Can be provided.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ素子構成材の一部を用いペルチェ効果素子を半導
体レーザ素子の発光部に近接して配置し、半導体レーザ
素子の発光による発熱部を直接ペルチェ効果素子により
冷却し、ペルチェ効果素子の発生する熱を半導体レーザ
素子の外部へ外部装置により放熱することで効果的な半
導体レーザ素子の冷却を実現している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a semiconductor laser device according to the present invention,
The Peltier effect element is arranged close to the light emitting part of the semiconductor laser element using a part of the laser element constituent material, and the heat generated by the light emission of the semiconductor laser element is directly cooled by the Peltier effect element, and the heat generated by the Peltier effect element is generated. Is effectively radiated to the outside of the semiconductor laser device by an external device, thereby effectively cooling the semiconductor laser device.

【0017】図1は、このような構成の一実施の形態を
示している。図1において、本発明による半導体レーザ
素子120は、p型基板101上にp−クラッド層10
2、ガイド層103、活性層104、ガイド層105、
n−クラッド層106、コンタクト層107がそれぞれ
結晶成長により積層され、p型基板101側に半導体レ
ーザ素子の発光駆動陽極となる電極108が設けられ、
n−クラッド層106の発光部に対応する中央部分、両
端部分にそれぞれリッジを形成し、それぞれのリッジに
発光駆動陰極及びペルチェ効果素子陰極となる共通電極
109a、ペルチェ効果素子の駆動陽極となる電極10
9b,109cが設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment of such a configuration. In FIG. 1, a semiconductor laser device 120 according to the present invention includes a p-type cladding layer 10 on a p-type substrate 101.
2, guide layer 103, active layer 104, guide layer 105,
An n-cladding layer 106 and a contact layer 107 are respectively laminated by crystal growth, and an electrode 108 serving as a light emission driving anode of the semiconductor laser device is provided on the p-type substrate 101 side.
A ridge is formed at each of a central portion and both end portions corresponding to the light emitting portion of the n-cladding layer 106, and a common electrode 109a serving as a light emission driving cathode and a Peltier effect device cathode, and an electrode serving as a Peltier effect device driving anode are formed on each ridge. 10
9b and 109c are provided.

【0018】このような構成の半導体レーザ素子120
の電極109aをグランド電位に接続し、電極108に
発光駆動電流I1を流すように電圧V1を印加し、電極
108からp−クラッド層102、n−クラッド層10
6で構成されるpn接合ダイオードを通して電極109
aに発光駆動電流が流れる。
The semiconductor laser device 120 having such a configuration is described.
Electrode 109a is connected to the ground potential, and a voltage V1 is applied to the electrode 108 so that a light emission drive current I1 flows, and the p-cladding layer 102 and the n-cladding layer 10
Electrode 109 through a pn junction diode composed of
A light emission drive current flows through a.

【0019】一方、電極109b,109cはペルチェ
効果素子の駆動電流を流すために共通電極109aとの
間に電圧V2を印加する。すると、電流は電極109
b,109cから共通電極109aへ向かってI2とし
て流れる。n−クラッド層106の半導体層はペルチェ
効果により、この電流I2が流れ込む側の電極109
b,109cの周辺部分(電極109b,109cに接
しているn−クラッド層付近)が発熱作用を生じ、I2
が流れ出す電極109aの周辺部分(電極109aに接
しているn−クラッド層付近)、すなわち半導体レーザ
素子の発光部の上部が冷却作用を生ずる。
On the other hand, a voltage V2 is applied to the electrodes 109b and 109c between the electrodes 109b and 109c to drive the Peltier effect element. Then, the current is applied to the electrode 109.
b, 109c flows toward the common electrode 109a as I2. The semiconductor layer of the n-cladding layer 106 has an electrode 109 on the side into which the current I2 flows due to the Peltier effect.
b, 109c (near the n-cladding layer in contact with the electrodes 109b, 109c) generates heat, and I2
The cooling action occurs in the peripheral portion of the electrode 109a from which the semiconductor flows out (near the n-clad layer in contact with the electrode 109a), that is, above the light emitting portion of the semiconductor laser device.

【0020】従って、電極109b,109cに接して
いるn−クラッド層から、ペルチェ効果により発生した
熱を外部へ伝導させ放熱することにより、半導体レーザ
素子の発光部の冷却を極めて効率的に行うことが可能に
なる。
Therefore, the heat generated by the Peltier effect is conducted to the outside from the n-cladding layer in contact with the electrodes 109b and 109c and radiated, thereby cooling the light emitting portion of the semiconductor laser device extremely efficiently. Becomes possible.

【0021】このとき、電極109b,109cの電圧
V2がn−クラッド層106、p−クラッド層102で
構成されるnp接合のダイオードの降伏電圧Ve(通常
の半導体レーザ素子では10V程度)を越える電圧にな
ると、大きな逆電流が電極109b,109cから電極
108へ流れ、素子破壊を起こし易いのでV2はこの降
伏電圧を越えてはならない。
At this time, the voltage V2 of the electrodes 109b and 109c exceeds the breakdown voltage Ve of the np junction diode composed of the n-cladding layer 106 and the p-cladding layer 102 (about 10 V in a normal semiconductor laser device). Then, a large reverse current flows from the electrodes 109b and 109c to the electrode 108, and the element is likely to be destroyed. Therefore, V2 must not exceed this breakdown voltage.

【0022】また、レーザ駆動電流がペルチェ駆動電極
へ流れ込まないためにペルチェ駆動電圧がレーザ駆動電
圧より常に大きくなければならない。しかも、降伏電圧
Veより小さくなければならない。つまりV2を、V1
<V2<Veとなる範囲にて設定する。
Further, the Peltier drive voltage must always be higher than the laser drive voltage so that the laser drive current does not flow into the Peltier drive electrode. Moreover, it must be lower than the breakdown voltage Ve. That is, V2 is replaced by V1
Set within the range of <V2 <Ve.

【0023】図2は、上述した半導体レーザ素子をチッ
プキャリア201にはんだ付けにより実装した例を示し
ている。本発明による半導体レーザ素子210は、チッ
プキャリア201に搭載され、半導体レーザ素子210
の両側面を絶縁物203、金属導体204を介してはん
だ付けによりチップキャリア201にはんだ付けするよ
うにしている。従って、半導体レーザ素子210の中央
部に位置する発光部の上部がペルチェ効果素子への図示
しない外部駆動回路からの通電によって直接冷却され、
半導体レーザ素子210の両側面がペルチェ効果素子の
発熱部として発生した熱をはんだ202を通してチップ
キャリア201へ伝導し、チップキャリア201から大
気中へ放熱する。図2の例は一例であり、放熱の方法は
ファンによる強制空冷や液冷等種々の方法があり、本実
施の形態により制限されるものではない。
FIG. 2 shows an example in which the above-described semiconductor laser device is mounted on a chip carrier 201 by soldering. The semiconductor laser device 210 according to the present invention is mounted on the chip carrier 201, and the semiconductor laser device 210
Are soldered to the chip carrier 201 via the insulator 203 and the metal conductor 204 by soldering. Therefore, the upper part of the light emitting unit located at the center of the semiconductor laser element 210 is directly cooled by the power supply from the external drive circuit (not shown) to the Peltier effect element,
Heat generated on both sides of the semiconductor laser element 210 as a heat generating portion of the Peltier effect element is conducted to the chip carrier 201 through the solder 202 and is radiated from the chip carrier 201 to the atmosphere. The example of FIG. 2 is an example, and there are various methods of heat radiation, such as forced air cooling by a fan and liquid cooling, and are not limited by the present embodiment.

【0024】次に上述した構造の半導体レーザ素子の製
造方法について図3及び図4を参照して詳細に説明す
る。図3及び図4は、本発明における半導体レーザ素子
の製造工程を示す図である。図3(a)は、図3(a)
〜(e)及び図4(a)〜(c)の積層された各層の材
料を示している。従来の半導体レーザ素子では一般に基
板301にはn−InPの基板を用いこの基板に接続さ
れた電極が陰極としてグランド電位に用いられ、他方の
電極を陽極として使用する場合が多いが、本発明ではペ
ルチェ効果素子と一体化するために基板301にはp−
InPの基板を使用する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device having the above-described structure will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 and FIG. 4 are views showing the manufacturing process of the semiconductor laser device according to the present invention. FIG. 3 (a)
4 (e) and the materials of the respective stacked layers of FIGS. 4 (a) to 4 (c). In a conventional semiconductor laser device, generally, an n-InP substrate is used as a substrate 301, and an electrode connected to this substrate is used as a cathode at a ground potential, and the other electrode is often used as an anode. In order to integrate with the Peltier effect element, p-type
An InP substrate is used.

【0025】p−InPの基板の上には、InGaAs
Pのガイド層302、InGaAsPの活性層303、
InGaAsPのガイド層304、n−InPのクラッ
ド層305、n−InGaAsPの層306、n−In
GaAsのコンタクト層307がそれぞれ積層されてい
る。
On a p-InP substrate, InGaAs is formed.
A P guide layer 302, an InGaAsP active layer 303,
Guide layer 304 of InGaAsP, cladding layer 305 of n-InP, layer 306 of n-InGaAsP, n-In
GaAs contact layers 307 are respectively stacked.

【0026】図3(b)は、これらの材料による各層が
結晶成長により形成された状態を示している。図3
(b)が完成された次の工程として図3(c)に示すよ
うに、マスク308を用いて、図3(d)の如くエッチ
ングによりリッジ312a,312b,312cを形成
する。
FIG. 3B shows a state in which each layer made of these materials is formed by crystal growth. FIG.
As shown in FIG. 3C, the ridges 312a, 312b, 312c are formed by etching using a mask 308 as shown in FIG.

【0027】次に図3(e)に示すように、マスク30
8を除去した後、各リッジ312a,312b,312
cの間を埋めるように絶縁物309を埋め込み上部を平
滑面とする。その後さらに、絶縁物309をエッチング
し、図4(a)に示すようにn−InGaAsのコンタ
クト層307の面を露出させる。
Next, as shown in FIG.
8 are removed, each ridge 312a, 312b, 312
An insulator 309 is buried so as to fill the space between c and the upper part is made a smooth surface. Thereafter, the insulator 309 is further etched to expose the surface of the n-InGaAs contact layer 307 as shown in FIG.

【0028】次に図4(b)に示すように、電極膜31
0,311を上下端にそれぞれ蒸着等により形成し、図
4(c)のように電極311をパターニングにより電極
311a、電極311b、電極311cの三つに分離し
て本発明の半導体レーザ素子が完成する。ここで電極3
11aはレーザ駆動用、311b,cはペルチェ駆動用
である。
Next, as shown in FIG.
0 and 311 are formed on the upper and lower ends by vapor deposition or the like, respectively, and as shown in FIG. 4C, the electrode 311 is separated into three electrodes 311a, 311b and 311c by patterning to complete the semiconductor laser device of the present invention. I do. Here electrode 3
11a is for laser driving, and 311b and c are for Peltier driving.

【0029】上述したように本発明による半導体レーザ
素子は、ペルチェ効果素子を半導体レーザ素子に一体化
して、半導体レーザ素子の最も発熱する部分である発光
部の近傍にペルチェ効果素子の冷却部を配置することに
より冷却効率を格段に高めたことを特徴としている。し
かも、製造方法においても従来の結晶成長による積層方
法自体はそのまま利用できる。また、上述の説明ではI
nP系半導体レーザ素子で説明したがInP系に限ら
ず、半導体材料であればペルチェ効果を有するので他の
半導体材料を用いた半導体レーザ素子にももちろん応用
できる。
As described above, in the semiconductor laser device according to the present invention, the Peltier effect device is integrated with the semiconductor laser device, and the cooling portion of the Peltier effect device is arranged in the vicinity of the light-emitting portion which is the most heat-generating portion of the semiconductor laser device. By doing so, the cooling efficiency is significantly improved. In addition, the conventional lamination method using crystal growth can be used as it is in the manufacturing method. In the above description, I
Although the description has been given of the nP-based semiconductor laser device, the present invention is not limited to the InP-based semiconductor laser device, and can be applied to a semiconductor laser device using another semiconductor material because it has a Peltier effect if it is a semiconductor material.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、直接ペル
チェ効果素子により半導体レーザ素子の発熱部を冷却す
ることができ、小型化が可能で冷却効率が良いペルチェ
効果素子と半導体レーザ素子を一体化した半導体レーザ
素子を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the heat generating portion of the semiconductor laser element can be directly cooled by the Peltier effect element, and the Peltier effect element and the semiconductor laser element which can be reduced in size and have high cooling efficiency can be provided. It is possible to provide an integrated semiconductor laser device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における半導体レーザ素子の構造を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser device according to the present invention.

【図2】本発明における半導体レーザ素子を用いた冷却
方法の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a cooling method using a semiconductor laser device according to the present invention.

【図3】本発明における半導体レーザ素子の製造工程を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser device according to the present invention.

【図4】図3に続く半導体レーザ素子の製造工程を示す
図である。
FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of the semiconductor laser device following FIG. 3;

【図5】従来から用いられているペルチェ効果素子を用
いた半導体レーザ素子の冷却装置の構成例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a cooling device for a semiconductor laser device using a Peltier effect device which has been conventionally used.

【図6】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a conventional semiconductor laser device.

【主要部分の符号の説明】[Description of Signs of Main Parts]

101 ・・・・ 基板 102 ・・・・ p−InPクラッド層 103,105 ・・・・ ガイド層 104 ・・・・ 活性層 106 ・・・・ n−クラッド層 107 ・・・・ コンタクト層 108,109a,109b,109c ・・・・ 電
極 120 ・・・・ 半導体レーザ素子 201 ・・・・ チップキャリア 202 ・・・・ はんだ 203 ・・・・ 絶縁物 204 ・・・・ 金属導体 210 ・・・・ 半導体レーザ素子 301 ・・・・ p−InP基板 302,304 ・・・・ InGaAsPガイド層 303 ・・・・ InGaAsP活性層 305 ・・・・ n−InPクラッド層 306 ・・・・ n−InGaAsP 307 ・・・・ n−InGaAsコンタクト層 308 ・・・・ マスク 309 ・・・・ 絶縁物 310,311 ・・・・ 電極膜 311a,311b,311c ・・・・ 電極 501 ・・・・ ・・・・ 半導体レーザ素子 502,504 ・・・・ 放熱部材 503 ・・・・ ペルチェ効果素子 601 ・・・・ 基板 602 ・・・・ p−クラッド層 603,605 ・・・・ ガイド層 604 ・・・・ 活性層 606 ・・・・ n−クラッド層 607 ・・・・ コンタクト層 608,609 ・・・・ 電極
101 ··· Substrate 102 ··· p-InP cladding layer 103, 105 ··· Guide layer 104 ··· Active layer 106 ··· n-cladding layer 107 ··· Contact layer 108 109a, 109b, 109c Electrode 120 Semiconductor laser element 201 Chip carrier 202 Solder 203 Insulator 204 Metal conductor 210 Semiconductor laser device 301 p-InP substrate 302, 304 InGaAsP guide layer 303 InGaAsP active layer 305 n-InP clad layer 306 n-InGaAsP 307 ··· n-InGaAs contact layer 308 ··· mask 309 ··· insulators 310 and 311 ··· ... Electrode films 311a, 311b, 311c ... Electrode 501 ... Semiconductor laser element 502,504 ... Heat dissipation member 503 ... Peltier effect element 601 ... 602 p-clad layer 603 605 guide layer 604 active layer 606 n-clad layer 607 contact layer 608 609

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹間 清文 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kiyofumi Takema 6-1-1, Fujimi, Tsurugashima-shi, Saitama Pref.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザ素子内にペルチェ効果素子
を組み込んだことを特徴とする半導体レーザ素子。
1. A semiconductor laser device having a Peltier effect device incorporated in a semiconductor laser device.
【請求項2】 前記半導体レーザ素子は、p型半導体材
料からなる基板及びp型層と、活性層と、n型半導体材
料からなるn型層と、電極と、からなり、 前記ペルチェ効果素子が前記n型層に形成されたことを
特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
2. The semiconductor laser device comprises: a substrate and a p-type layer made of a p-type semiconductor material; an active layer; an n-type layer made of an n-type semiconductor material; and an electrode. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein said semiconductor laser device is formed on said n-type layer.
【請求項3】 前記電極は半導体レーザ素子駆動用の電
流を流すための電極と、ペルチェ効果素子駆動用の電流
を流すための電極と、からなることを特徴とする請求項
2記載の半導体レーザ素子。
3. The semiconductor laser according to claim 2, wherein said electrode comprises an electrode for flowing a current for driving a semiconductor laser element, and an electrode for flowing a current for driving a Peltier effect element. element.
【請求項4】 前記n型層はn型クラッド層とn型コン
タクト層からなることを特徴とする請求項2又は3記載
の半導体レーザ素子。
4. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein said n-type layer comprises an n-type cladding layer and an n-type contact layer.
【請求項5】 前記n型クラッド層の半導体レーザ素子
駆動用の電流を流すための電極周辺が吸熱作用を有し、
ペルチェ効果素子駆動用の電流を流すための電極周辺が
放熱作用を有することを特徴とする請求項4記載の半導
体レーザ素子。
5. An electrode surrounding the n-type cladding layer for flowing a current for driving a semiconductor laser device has an endothermic effect,
5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the periphery of the electrode through which a current for driving the Peltier effect element flows has a heat radiation effect.
【請求項6】 前記半導体レーザ素子の製造方法におい
て、 p型半導体材料からなる基板及びp型層と、活性層と、
n型半導体材料からなるn型層とをそれぞれ積層させる
工程と、 前記n型層にリッジを形成する工程と、 前記リッジ形成後のn型層上に半導体レーザ素子駆動用
の電流を流すための電極とペルチェ効果素子駆動用の電
流を流すための電極を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a substrate and a p-type layer made of a p-type semiconductor material;
a step of laminating an n-type layer made of an n-type semiconductor material, a step of forming a ridge in the n-type layer, and a step of passing a current for driving a semiconductor laser element on the n-type layer after the ridge is formed. Forming an electrode and an electrode through which a current for driving a Peltier effect element flows.
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