JP2008130664A - Semiconductor light-emitting element and light-emitting apparatus - Google Patents
Semiconductor light-emitting element and light-emitting apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008130664A JP2008130664A JP2006311688A JP2006311688A JP2008130664A JP 2008130664 A JP2008130664 A JP 2008130664A JP 2006311688 A JP2006311688 A JP 2006311688A JP 2006311688 A JP2006311688 A JP 2006311688A JP 2008130664 A JP2008130664 A JP 2008130664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- stress relaxation
- semiconductor
- indium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、サブマウントを用いず支持体（ベース）に直接はんだで接合する、いわゆるダイレクトマウントに好適な半導体発光素子およびこれを用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element suitable for so-called direct mounting, which is directly bonded to a support (base) without using a submount, and a light emitting device using the same.
高出力の半導体レーザ装置として、複数の素子をレーザ光の射出方向がそろうように一列に配置した半導体レーザアレイが利用されている。このような半導体レーザアレイ１２０は、図５に示したように、サブマウント１４０を間にしてはんだ層１３１，１３２により、ベース（ヒートシンク）１１０に接合される場合もあるが、図６に示したように、はんだ層１３１によりベース１１０に直接実装される（ダイレクトマウント）場合もある。
ダイレクトマウントは、半導体レーザアレイ１２０の発熱を効果的に放散することができる一方、接合時に半導体レーザアレイ１２０とベース１１０との線膨張率差に起因する大きな熱応力が発生し、半導体レーザアレイ１２０にクラックが入ってしまうおそれがある。また、接合時に発生する熱応力は、活性層にストレスを与え、発光波長の変化や閾電流値の変化を招く。例えば赤色半導体レーザアレイの場合、図７に示したように、発振波長が８ｎｍ短波長化すると共に、発振閾電流値が２倍以上に増加してしまう。なお、図７は、半導体レーザアレイを炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなるサブマウントを間にして銅（Ｃｕ）よりなるベースに接合した場合のレーザ発振と、銅（Ｃｕ）よりなるベースにダイレクトマウントした場合のレーザ発振およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）発光とを対比して表したものである。
The direct mount can effectively dissipate the heat generated by the
このような問題に対処するため、従来では、はんだ層とヒートシンクとの間に、厚みが２μｍの厚い金（Ａｕ）層を設けることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、厚みが２μｍ程度の金（Ａｕ）層では、熱膨張係数差による大きなストレスを緩和することはできなかった。ストレス緩和のため、更に金（Ａｕ）層の厚みを例えば１０μｍ程度まで厚くすることも考えられるが、金（Ａｕ）層の成膜工程の作業時間が長くなってしまうことに加えて、原料コストも増加し、現実的ではなかった。 In order to cope with such a problem, conventionally, it has been proposed to provide a thick gold (Au) layer having a thickness of 2 μm between the solder layer and the heat sink (see, for example, Non-Patent Document 1). However, a gold (Au) layer having a thickness of about 2 μm cannot relieve a large stress due to a difference in thermal expansion coefficient. In order to relieve stress, it may be possible to further increase the thickness of the gold (Au) layer, for example, to about 10 μm. It also increased and was not realistic.
また、電極を、モリブデン（Ｍｏ）層と金（Ａｕ）層とを交互に積層した構成とし、ヒートシンクとレーザ素子との応力を緩和する緩衝材としての機能をもたせるという提案もある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、モリブデン（Ｍｏ）層は固い金属層であり、線膨張係数差による変位を吸収することはできない。したがって、ストレスの緩和は金（Ａｕ）層によって行われることになるが、一層の金（Ａｕ）層の厚みは５０ｎｍ（５００Å）と薄いので、変位を吸収することはできない。ストレスの緩和には数μｍの厚みが必要である。 There is also a proposal that the electrode has a structure in which a molybdenum (Mo) layer and a gold (Au) layer are alternately laminated, and has a function as a buffer material that relieves stress between the heat sink and the laser element (for example, a patent) Reference 1). However, the molybdenum (Mo) layer is a hard metal layer and cannot absorb displacement due to the difference in linear expansion coefficient. Therefore, the stress is relaxed by the gold (Au) layer, but the thickness of one gold (Au) layer is as thin as 50 nm (500 mm), so that the displacement cannot be absorbed. A thickness of several μm is required for stress relaxation.
なお、特許文献２には、熱伝導率の低いサファイア基板に形成されたレーザチップの放熱対策として、インジウム（Ｉｎ）はんだ材を用いてパッケージ本体にレーザチップを直接接続することが記載されている。しかしながら、インジウム系はんだは、濡れ性が悪く均一に広がりにくいので、隙間が生じやすくボイドができやすい。このボイドは熱伝導性に劣るので局所的な温度上昇と劣化の原因となってしまい、高い信頼性を得ることが難しかった。更に、インジウムはレーザチップの電極の金（Ａｕ）や、ベースの表面の金（Ａｕ）めっき層と反応し、合金化しやすい。この場合、インジウム（Ｉｎ）および金（Ａｕ）双方の拡散速度が大きく異なるので、接合界面にいわゆるカーケンダルボイドが生成し、強度低下や接合抵抗上昇をもたらしてしまっていた。 Patent Document 2 describes that a laser chip is directly connected to a package body using an indium (In) solder material as a heat dissipation measure for a laser chip formed on a sapphire substrate having low thermal conductivity. . However, indium-based solder has poor wettability and is difficult to spread uniformly. Since this void is inferior in thermal conductivity, it causes local temperature rise and deterioration, and it is difficult to obtain high reliability. Furthermore, indium easily reacts with the gold (Au) of the electrode of the laser chip and the gold (Au) plating layer on the surface of the base to form an alloy. In this case, since the diffusion rates of indium (In) and gold (Au) are greatly different, so-called Kirkendall voids are generated at the bonding interface, resulting in a decrease in strength and an increase in bonding resistance.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、熱放散を効率よく行うことができ、熱応力を緩和して高い信頼性を得ることができる半導体発光素子およびこれを用いた発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to use a semiconductor light-emitting element capable of efficiently performing heat dissipation and relaxing thermal stress to obtain high reliability, and the same. The object is to provide a light emitting device.
本発明による半導体発光素子は、活性層を含む半導体層を備えたものであって、半導体層の上面側に電極層を備え、電極層は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層を含むものである。 A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor layer including an active layer, and includes an electrode layer on the upper surface side of the semiconductor layer, and the electrode layer includes a stress relaxation layer made of a material containing indium (In). Is included.
本発明による発光装置は、活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子を支持体に接合したものであって、半導体発光素子は、半導体層の支持体との接合面側に電極層を備え、電極層は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層を含むものである。 A light-emitting device according to the present invention is obtained by bonding a semiconductor light-emitting element including a semiconductor layer including an active layer to a support, and the semiconductor light-emitting element includes an electrode layer on the bonding surface side of the semiconductor layer with the support. The electrode layer includes a stress relaxation layer made of a material containing indium (In).
本発明の半導体発光素子、または本発明の発光装置では、半導体発光素子と支持体との接合時に発生する熱応力は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層が塑性変形することにより緩和される。よって、半導体発光素子にかかるストレスが小さくなると共に、発熱が効率良く支持体に放散される。 In the semiconductor light emitting device of the present invention or the light emitting device of the present invention, the thermal stress generated when the semiconductor light emitting device and the support are joined is alleviated by plastic deformation of the stress relaxation layer made of a material containing indium (In). Is done. Therefore, the stress applied to the semiconductor light emitting element is reduced, and heat generation is efficiently dissipated to the support.
本発明の半導体発光素子によれば、半導体層の上面側、すなわち支持体との接合面側に設けられた電極層が、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層を含むようにしたので、半導体発光素子と支持体との接合時に発生する熱応力を緩和し、高い信頼性を得ることができる。よって、この半導体発光素子を支持体に接合して発光装置を構成することにより、熱放散効率および信頼性に優れた発光装置を実現することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the electrode layer provided on the upper surface side of the semiconductor layer, that is, the bonding surface side with the support includes the stress relaxation layer made of a material containing indium (In). Further, it is possible to relieve the thermal stress generated at the time of joining the semiconductor light emitting element and the support and to obtain high reliability. Therefore, by bonding the semiconductor light emitting element to a support to constitute a light emitting device, a light emitting device excellent in heat dissipation efficiency and reliability can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置の全体構成を表すものである。この発光装置は、レーザプロジェクタの赤色光源などとして用いられるものであり、例えば、支持体（ベース）１０に半導体レーザアレイ２０をはんだ層３０により接合した構成を有している。
FIG. 1 shows an overall configuration of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. This light emitting device is used as a red light source of a laser projector, and has a configuration in which, for example, a
ベース１０は、半導体レーザアレイ２０の発熱を放散させるヒートシンクとしての機能も有しており、例えば、銅（Ｃｕ）などの電気的および熱的な伝導性を有する材料により構成され、表面には金（Ａｕ）などよりなる薄膜が被着されている。熱伝導性は、半導体レーザアレイ２０から発生する大量の熱を放出させ、半導体レーザアレイ２０を適当な温度に維持するために必要な特性であり、電気伝導性は、電流を半導体レーザアレイ２０に効率よく伝導させるために必要な特性である。
The base 10 also has a function as a heat sink that dissipates heat generated by the
ベース１０上には、例えばベース１０と同一材料よりなる電極部材１１が、例えばネジ１１Ａ，１１Ｂにより固定されている。ベース１０と電極部材１１との間には例えばガラスまたはエポキシ等の絶縁樹脂よりなる絶縁板１２が設けられており、ベース１０と電極部材１１とは電気的に絶縁されている。電極部材１１には、半導体レーザアレイ２０側の一方の角に段部１１Ｃが設けられており、この段部１１Ｃには、例えば太さが５０μｍの金（Ａｕ）ワイヤまたは金（Ａｕ）箔よりなるワイヤ４０の一端部が接合されている。ワイヤ４０の他端部は半導体レーザアレイ２０に接合され、ワイヤ４０を介して電極部材１１と半導体レーザアレイ２０とが電気的に接続されている。なお、電極部材１１の段部１１Ｃには、ワイヤ４０および半導体レーザアレイ２０等を保護するため、ベース１０と同一材料よりなる保護部材１３がネジ１３Ａにより固定されるようになっている。
On the base 10, for example, an electrode member 11 made of the same material as the base 10 is fixed by
図２は、図１に示した半導体レーザアレイ２０の概略構成を表すものである。半導体レーザアレイ２０は、例えば、６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色レーザであり、複数の発光部２１が一列に配列されたものである。その寸法は長さ約１０ｍｍ、共振器長２００μｍないし１．５ｍｍ、具体的には約７００μｍ程度、厚み約１００μｍである。ここで、長さは、発光部２１の配列方向における寸法、共振器長は、発光部２１からの光ＬＢの出射方向すなわち共振器方向における寸法、厚みは、長さおよび共振器長の両方に直交する方向における寸法である。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
図３は、一つの発光部２１の断面構成を表したものである。各発光部２１は、例えば、基板５１上に、ｎ型クラッド層５２，第１光ガイド層５３，活性層５４，第２光ガイド層５５，第１ｐ型クラッド層５６，エッチストップ層５７，第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０がこの順に積層されたダブルへテロ（ＤＨ；Double Heterostructure）接合積層構造を有している。
FIG. 3 illustrates a cross-sectional configuration of one
基板５１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ基板により構成されている。また、この基板５１は、例えば、｛１００｝面から＜１００＞方向に所定の角度、例えば８°〜１６°程度オフした主面を有している。ｎ型クラッド層５２は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に厚みという）が１μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＡｌＩｎＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１光ガイド層５３は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１光ガイド層５３は、不純物を含まなくてもよいし、または、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物が添加されていてもよい。 The substrate 51 is composed of an n-type GaAs substrate to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added, for example. In addition, the substrate 51 has a main surface that is off from the {100} plane in a <100> direction by a predetermined angle, for example, about 8 ° to 16 °. The n-type cladding layer 52 has, for example, a thickness in the stacking direction (hereinafter simply referred to as a thickness) of 1 μm, and an n-type AlInP mixed crystal or AlGaInP mixed crystal to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added. It is composed of crystals. For example, the first light guide layer 53 has a thickness of 120 nm and is made of an AlGaInP mixed crystal. The first light guide layer 53 may not contain impurities, or may contain an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se).
活性層５４は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＩｎＰ混晶よりなる量子井戸構造（引っ張り歪み、−０．７％）を有している。 The active layer 54 is, for example, 10 nm thick and has a quantum well structure (tensile strain, −0.7%) made of a GaInP mixed crystal containing no impurities.
第２光ガイド層５５は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２光ガイド層５５は、不純物を含まなくてもよいし、または、マグネシウム（Ｍｇ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物が添加されていてもよい。第１ｐ型クラッド層５６は、例えば、厚みが０．１５μｍないし０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。エッチストップ層５７は、後述する製造工程において第１ｐ型クラッド層５６の厚みのばらつきを抑制するためのものである。エッチストップ層５７は、例えば、厚みが１０ｎｍないし５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２ｐ型クラッド層５８は、例えば、厚みが０．８μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。中間層５９は、例えば、厚みが０．０５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層６０は、例えば、厚みが０．３μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
The second light guide layer 55 has, for example, a thickness of 120 nm and is composed of an AlGaInP mixed crystal. The second light guide layer 55 may not contain impurities, or may be added with a p-type impurity such as magnesium (Mg) or zinc (Zn). The first p-type cladding layer 56 has, for example, a thickness of 0.15 μm to 0.5 μm and is composed of a p-type AlInP mixed crystal or an AlGaInP mixed crystal to which a p-type impurity such as zinc (Zn) or magnesium (Mg) is added. Has been. The
このうち第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０は、一方向に延長された細い帯状の突条部（リッジ）６１とされている。この突条部６１は、活性層５４への電流注入領域を規定するための突出部であり、活性層５４の突条部６１に対応する部分に電流が注入されるようになっている。
Of these, the second p-
突条部６１の両側のエッチストップ層５７の表面には、電流狭窄層６２が形成されている。電流狭窄層６２は、例えば、厚みが５０ｎｍないし２５０ｎｍであり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などにより構成されている。
A
突条部６１および電流狭窄層６２の上面には、例えば、各発光部２１に対応して、ｐ側電極層７０が形成されている。このｐ側電極層７０は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層７１を含む複数の層の積層構造を有している。半導体レーザアレイ２０は、この応力緩和層７１を含むｐ側電極層７０が設けられている側がベース１０に接合されている。これにより、この発光装置では、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力を応力緩和層７１により吸収、緩和して信頼性を高めると共に、熱放散を効率良く行うことができるようになっている。
On the top surfaces of the
応力緩和層７１は、例えば、インジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金、または、インジウム（Ｉｎ）により構成されていることが好ましい。特に、インジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金は、銀（Ａｇ）を含むことにより濡れ性を良くすることができる。また、スズ（Ｓｎ）−インジウム（Ｉｎ）合金（Ｉｎ＝５２％）でもよい。応力緩和層７１の厚みは、例えば、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ程度であればより好ましい。０．５μｍより薄いとストレス緩和効果がほとんどなくなり、５μｍより厚いと溶融した際にインジウム（Ｉｎ）が端の部分からはみ出しやすくなるからである。
The
ｐ側電極層７０は、応力緩和層７１の上側および下側に、応力緩和層７１に含まれるインジウム（Ｉｎ）の合金化を抑制する合金化防止層７２を有することが好ましい。インジウム（Ｉｎ）がｐ側電極層７０の他の層に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化するのを抑制することができるからである。合金化防止層７２は、インジウム（Ｉｎ）と合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成されていることが好ましい。また、合金化防止層７２の厚みは、例えば、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍよりも薄いと、合金化防止層７２を形成する際に島状になってしまい、インジウム（Ｉｎ）を十分に閉じ込められなくなるおそれがあるからである。
The p-
このようなｐ側電極層７０の具体的な構成としては、例えば、厚み５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層７３，厚み１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層７４，合金化防止層７２，応力緩和層７１，合金化防止層７２，厚み５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層７５，厚み１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層７６および厚み１μｍの金（Ａｕ）層７７をｐ側コンタクト層６０の側から順に積層したものが挙げられる。
Specific examples of such a p-
一方、基板５１の裏面には、例えば、各発光部２１に対応して、ｎ側電極層８０が設けられている。ｎ側電極層８０は、例えば、金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層を基板５１の側から順に積層した構成を有し、基板５１と電気的に接続されている。
On the other hand, on the back surface of the substrate 51, for example, an n-
更に、この半導体レーザアレイ２０では、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層５４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
Further, in the
はんだ層３０は、例えば、厚みが３μｍないし６μｍであり、金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）により構成されている。
For example, the
この半導体レーザアレイ２０および発光装置は、例えば、次のようにして製造することができる。
The
まず、例えば、上述した材料よりなる基板５１に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるｎ型クラッド層５２，第１光ガイド層５３，活性層５４，第２光ガイド層５５，第１ｐ型クラッド層５６，エッチストップ層５７，第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０を順に積層する。
First, for example, the n-type cladding layer 52 and the first light guide made of the above-described thickness and material are formed on the substrate 51 made of the above-described material by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The layer 53, the active layer 54, the second light guide layer 55, the first p-type cladding layer 56, the
次いで、エッチストップ層５７を用いたエッチングを行い、ｐ側コンタクト層６０，中間層５９および第２ｐ型クラッド層５８の一部を選択的に除去し、細い帯状の突条部６１とする。続いて、その両側に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、上述した材料よりなる電流狭窄層６２を形成する。
Next, etching using the
そののち、例えば、基板５１の裏側を研削して基板５１の厚さを１１０μｍ程度とし、基板５１の裏側にｎ側電極層８０を形成する。
After that, for example, the back side of the substrate 51 is ground to a thickness of the substrate 51 of about 110 μm, and the n-
また、電流狭窄層６２に、例えばエッチングにより、突条部６１に対応して開口を設け、突条部６１および電流狭窄層６２の上面に、例えば電子線蒸着により、上述した厚みおよび材料よりなるチタン（Ｔｉ）層７３，白金（Ｐｔ）層７４，合金化防止層７２，応力緩和層７１，合金化防止層７２，チタン（Ｔｉ）層７５，白金（Ｐｔ）層７６および金（Ａｕ）層７７をこの順に積層し、ｐ側電極層７０を形成する。
The
ｎ側電極層８０およびｐ側電極層７０を形成したのち、劈開により基板５１を所定の大きさのバー状に整える。その際、劈開の前に、例えばレーザスクライビング加工機を用いて、あらかじめビーム径を細く絞られたレーザ光を照射することによりｐ側電極層７０の厚み方向における一部または全部を切断しておくことが好ましい。ｐ側電極層７０が分離されやすくなり、いわゆるｐ側電極層７０の剥がれを生じるのを抑えることができるからである。この場合、ｐ側電極層７０の厚み方向における一部または全部を切断したのち、引き続いて劈開による分離を行うことができる。
After the n-
なお、レーザスクライビングに代えて、機械的な加工によりｐ側電極層７０の厚み方向における一部または全部を切断するようにしてもよい。すなわち、ダイヤモンド針で浅くｐ側電極層７０に傷をつけて分離しやすくする。この場合、ｐ側電極層７０に浅く傷をつける工程と、ｐ側電極層７０に加えてレーザウェーハにも達するよう深く傷をつける工程とが必要である。
Instead of laser scribing, part or all of the p-
また、機械的な加工のために、ｐ側電極層７０を形成する際に、素子の分離溝を設けてもよい。その場合は、ｐ側電極層７０を形成する前に、レジスト塗布、フォトリソグラフィを行い、ｐ側電極層７０を形成後にリフトオフによって分離溝を設ける一般的な方法を採ることができる。
Further, when forming the p-
最後に、突条部６１の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図２および図３に示した半導体レーザアレイ２０が形成される。
Finally, a reflecting mirror film (not shown) is formed on the pair of resonator end faces opposed to each other in the length direction of the
半導体レーザアレイ２０を形成したのち、上述した寸法および材料よりなるベース１０を用意し、このベース１０の半導体レーザアレイ２０が設けられる面に、例えば真空蒸着法またはめっきにより、金（Ａｕ）層およびスズ（Ｓｎ）層を順に積層することにより、はんだ層３０を形成する。
After forming the
ベース１０にはんだ層３０を形成したのち、半導体レーザアレイ２０のｐ側電極層７０とベース１０のはんだ層３０とを対向させ、位置合わせを精度よく行い、ベース１０の上に半導体レーザアレイ２０を載せる。続いて、ベース１０に対して加熱処理を施すことにより、はんだ層３０を溶融させ、ベース１０と半導体レーザアレイ２０とを接合する。ここでは、ｐ側電極層７０が、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層７１を含んでおり、半導体レーザアレイ２０のｐ側電極層７０が設けられている側をベース１０に接合するようにしたので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力は、応力緩和層７１が塑性変形することにより吸収、緩和される。よって、半導体レーザアレイ２０にかかるストレスが小さくなり、クラック等の発生が抑制される。
After the
また、この応力緩和層７１は、インジウムと合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる合金化防止層７２で挟まれているので、応力緩和層７１に含まれるインジウムが溶融してもｐ側電極層７０の白金（Ｐｔ）層７４，７６または金（Ａｕ）層７７に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化することが抑制される。よって、実装後に冷却することにより、応力緩和層７１のインジウムは反応、変質することなく、元の状態に戻る。
Further, since the
ベース１０と半導体レーザアレイ２０とを接合したのち、ベース１０上に絶縁板１２を間にして電極部材１１を固定し、ワイヤ４０の一端部を電極部材１１の段部１１Ｃに接合し、ワイヤ４０の他端部を半導体レーザアレイ２０のｎ側電極層８０に接合する。そののち、電極部材１１の段部１１Ｃに保護部材１３を固定する。以上により、図１に示した発光装置が完成する。
After joining the base 10 and the
この発光装置では、各発光部２１のｎ側電極層８０とｐ側電極層７０との間に所定の電圧が印加されると、活性層５４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、ｐ側電極層７０が、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層７１を含んでおり、半導体レーザアレイ２０のｐ側電極層７０が設けられている側がベース１０に接合されているので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力が緩和され、半導体レーザアレイ２０にかかるストレスが小さくなっている。よって、半導体レーザアレイ２０の信頼性が向上する。また、活性層５４にかかるストレスも低減され、発光波長の変化や閾電流値の変化も抑えられる。更に、半導体レーザアレイ２０が、サブマウントなしでベース１０に直接接合されているので、半導体レーザアレイ２０の発熱が効率良くベース１０に放散される。
In this light-emitting device, when a predetermined voltage is applied between the n-
このように本実施の形態では、ｐ側電極層７０が、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層７１を含むようにしたので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力を緩和し、高い信頼性を得ることができる。よって、この半導体レーザアレイ２０のｐ側電極層７０が設けられている側をベース１０に接合して発光装置を構成することにより、熱放散効率および信頼性に優れた発光装置を実現することができる。特に、６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色の半導体レーザアレイ２０において安定した特性を得ることができる。
Thus, in this embodiment, since the p-
また、はんだ層３０を金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだにより構成することができるので、従来のインジウム系はんだを用いたダイレクトマウントに比較して、信頼性を高めると共に強度を向上させ、接合抵抗を小さくすることができる。
Further, since the
更に、応力緩和層７１を、インジウムと合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる合金化防止層７２で挟むようにしたので、応力緩和層７１に含まれるインジウムが溶融してもｐ側電極層７０の他の層に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化することを抑制することができる。
Further, since the
（変形例）
図４は、本発明の変形例に係る半導体レーザアレイを構成する一つの発光部２１Ａの断面構成を表したものである。この発光部２１Ａは、７８０ｎｍないし８５０ｎｍの波長域に発振波長を有する赤外レーザであることを除いては、上記実施の形態に係る発光部２１と同様の構成を有し、同様の作用・効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
(Modification)
FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of one light emitting portion 21A constituting a semiconductor laser array according to a modification of the present invention. The light emitting unit 21A has the same configuration as that of the
発光部２１Ａは、例えば、基板９１上に、第１ｎ型バッファ層９２、第２ｎ型バッファ層９３，ｎ型クラッド層９４，第１光ガイド層９５，活性層９６，第２光ガイド層９７，第１ｐ型クラッド層９８，エッチストップ層９９，第２ｐ型クラッド層１００，中間層１０１およびｐ側コンタクト層１０２がこの順に積層されたダブルヘテロ（ＤＨ）接合積層構造を有している。
The light emitting unit 21A includes, for example, a first n-type buffer layer 92, a second n-type buffer layer 93, an n-
基板９１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ基板により構成されている。第１ｎ型バッファ層９２は、例えば、厚みが０．５μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。第２バッファ層９３は、例えば、厚みが０．５μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。ｎ型クラッド層９４は、例えば、厚みが１．８μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。
The substrate 91 is composed of an n-type GaAs substrate to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added, for example. The first n-type buffer layer 92 has, for example, a thickness of 0.5 μm and is made of n-type GaAs to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added. The second buffer layer 93 has, for example, a thickness of 0.5 μm and is composed of an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As mixed crystal to which an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se) is added. The n-
第１光ガイド層９５は、例えば、厚みが６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下であり、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。活性層９６は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ混晶により構成されている。第２光ガイド層９７は、例えば、厚みが６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下であり、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。
The first
第１ｐ型クラッド層９８は、例えば、厚みが０．１５μｍないし０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53 Ａｓ混晶により構成されている。エッチストップ層９９は、例えば、厚みが１０ｎｍないし５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２ｐ型クラッド層１００は、例えば、厚みが１．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。中間層１０１は、例えば、厚みが０．３μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層１０２は、例えば、厚みが０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
The first p-type cladding layer 98 has, for example, a thickness of 0.15 μm to 0.5 μm and is composed of a p-type Al 0.47 Ga 0.53 As mixed crystal to which a p-type impurity such as zinc (Zn) or magnesium (Mg) is added. Has been. The etch stop layer 99 has a thickness of 10 nm to 50 nm, for example, and is composed of a p-type GaInP mixed crystal to which a p-type impurity such as zinc (Zn) or magnesium (Mg) is added. The second p-
このうち第２ｐ型クラッド層１００，中間層１０１およびｐ側コンタクト層１０２は、上記実施の形態と同様に、細い帯状の突条部６１とされており、その両側のエッチストップ層９９の表面には、電流狭窄層６２が形成されている。突条部６１および電流狭窄層６２の上面には、上記実施の形態と同様に、ｐ側電極層７０が形成され、基板１１１の裏面には、上記実施の形態と同様に、ｎ側電極層８０が設けられている。
Among them, the second p-
ｐ側電極層７０は、上記実施の形態と同様に、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層７１を含む複数の層の積層構造を有し、応力緩和層７１の上側および下側には合金化防止層７２が設けられている。ｐ側電極層７０の具体的な構成は、上記実施の形態と同様である。
The p-
この発光部２１Ａを有する半導体レーザアレイは、第１バッファ層９２ないしｐ側コンタクト層１０２の厚みおよび材料が異なることを除いては、上記実施の形態と同様にして作製することができる。また、この発光部２１Ａを有する半導体レーザアレイは、上記実施の形態と同様にして、はんだ層３０によりベース１０に接合し、発光装置を構成することができる。
The semiconductor laser array having the light emitting portion 21A can be manufactured in the same manner as in the above embodiment except that the thickness and material of the first buffer layer 92 to the p-
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、発光装置がバー状の半導体レーザアレイ２０を備えている場合について説明したが、本発明は一つの発光部２１，２１Ａのみを有する半導体レーザ装置（半導体レーザチップ）にも適用可能である。
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the light emitting device includes the bar-shaped
また、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０が、ｐ側電極層７０をベース１０に対向させるようにして配設されており、ｐ側電極層７０に応力緩和層７１が設けられている場合について説明したが、ｐ型の基板に半導体レーザ素子を形成し、上面のｎ側電極層に応力緩和層を設け、この半導体レーザ素子を、ｎ側電極層をベースに対向させるようにして配設してもよい。
Further, for example, in the above embodiment, the
更に、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、はんだ層３０は、銀（Ａｇ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）またはスズ（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系のはんだでもよい。なお、はんだ層３０は、鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）により構成されていることが好ましいが、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）はんだなどの鉛系はんだにより構成されていてもよい。
Furthermore, for example, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, the film formation method and the film formation conditions are not limited, and other materials and thicknesses may be used, or other film formation methods and Film forming conditions may be used. For example, the
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０および発光部２１，２１Ａの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。例えば、上記実施の形態では、応力緩和層７１は、全面にわたって設けられている必要はなく、少なくとも突条部６１上に形成されていればよい。合金化防止層７２は、応力緩和層７１の上側または下側の少なくとも一方に設けられていればよい。また、突条部６１の幅は必ずしも延長方向全体にわたって一定でなくてもよく、部分的に幅の異なる部分があってもよい。
In addition, in the above embodiment, the configuration of the
加えて、例えば、上記実施の形態では、ＧａＡｓよりなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体よりなる半導体層を有する赤色レーザ、およびＡｌＧａＡｓ系化合物半導体よりなる半導体層を有する赤外レーザを例として説明したが、本発明は、例えばＧａＮ系（発振波長４００ｎｍないし５００ｎｍ）などの他の材料系にも適用可能である。ただし、特に、赤色レーザでは基板を構成するＧａＡｓとベース１０を構成する銅（Ｃｕ）との線膨張率の差が大きいことから、その効果が大きい。 In addition, for example, in the above-described embodiment, a red laser having a semiconductor layer made of an AlGaInP-based compound semiconductor on a substrate made of GaAs and an infrared laser having a semiconductor layer made of an AlGaAs-based compound semiconductor have been described as examples. The present invention can also be applied to other material systems such as a GaN system (oscillation wavelength of 400 nm to 500 nm). However, particularly in the case of a red laser, the effect is great because the difference in linear expansion coefficient between GaAs constituting the substrate and copper (Cu) constituting the base 10 is large.
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０を備えた光装置を例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、ＬＥＤまたはスーパールミネッセントダイオードなどの他の半導体発光素子を備えた発光装置にも適用可能である。その場合、活性層への電流注入領域を規定するための突出部の形状は、レーザの場合のような一方向に延長された突条部に限られない。また、応力緩和層は、突出部の周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。
In addition, in the above embodiment, the optical device including the
１０…ベース、１１…電極部材、１２…絶縁板、１３…保護部材、２０…半導体レーザアレイ、２１，２１Ａ…発光部、３０…はんだ層、４０…ワイヤ、５１，９１…基板、５２，９４…ｎ型クラッド層、５３，９５…第１光ガイド層、５４，９６…活性層、５５，９７…第２光ガイド層、５６，９８…第１ｐ型クラッド層、５７，９９…エッチストップ層、５８，１００…第２ｐ型クラッド層、５９，１０１…中間層、６０，１０２…ｐ側コンタクト層、７０…ｐ側電極層、７１…応力緩和層、７２…合金化防止層、８０…ｎ側電極層、９２…第１ｎ型バッファ層、９３…第２ｎ型バッファ層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base, 11 ... Electrode member, 12 ... Insulating plate, 13 ... Protection member, 20 ... Semiconductor laser array, 21, 21A ... Light emission part, 30 ... Solder layer, 40 ... Wire, 51, 91 ... Substrate, 52, 94 ... n-type cladding layer, 53, 95 ... first light guide layer, 54, 96 ... active layer, 55, 97 ... second light guide layer, 56, 98 ... first p-type cladding layer, 57, 99 ... etch stop layer , 58, 100 ... second p-type cladding layer, 59, 101 ... intermediate layer, 60, 102 ... p-side contact layer, 70 ... p-side electrode layer, 71 ... stress relaxation layer, 72 ... alloying prevention layer, 80 ... n Side electrode layer, 92 ... first n-type buffer layer, 93 ... second n-type buffer layer
Claims (9)
前記半導体層の上面側に電極層を備え、前記電極層は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device including a semiconductor layer including an active layer,
An electrode layer is provided on the upper surface side of the semiconductor layer, and the electrode layer includes a stress relaxation layer made of a material containing indium (In).
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of an indium (In) -silver (Ag) alloy.
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of indium (In).
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The electrode layer has an alloying prevention layer that suppresses alloying of indium (In) contained in the stress relaxation layer on at least one of the upper side and the lower side of the stress relaxation layer. The semiconductor light emitting element as described.
ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 4, wherein the alloying preventing layer includes aluminum (Al).
前記応力緩和層は、少なくとも前記突出部上に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 A protrusion for defining a current injection region to the active layer on the semiconductor layer;
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is formed on at least the protrusion.
前記活性層で発生した光を前記突条部の延長方向に往復させてレーザ発振を生じさせる半導体レーザである
ことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。 The protrusion is a ridge extending in one direction,
The semiconductor light emitting element according to claim 6, wherein the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser that causes laser oscillation by reciprocating light generated in the active layer in an extending direction of the protrusion.
ことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element according to claim 6, wherein the semiconductor light emitting element array includes a plurality of light emitting parts each having the protruding portion.
前記半導体発光素子は、前記半導体層の前記支持体との接合面側に電極層を備え、前記電極層は、インジウム（Ｉｎ）を含む材料よりなる応力緩和層を含む
ことを特徴とする発光装置。 A light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element including a semiconductor layer including an active layer is bonded to a support,
The semiconductor light emitting device includes an electrode layer on a side of the semiconductor layer bonded to the support, and the electrode layer includes a stress relaxation layer made of a material containing indium (In). .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006311688A JP2008130664A (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Semiconductor light-emitting element and light-emitting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006311688A JP2008130664A (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Semiconductor light-emitting element and light-emitting apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008130664A true JP2008130664A (en) | 2008-06-05 |
Family
ID=39556220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006311688A Pending JP2008130664A (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Semiconductor light-emitting element and light-emitting apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008130664A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8855161B2 (en) | 2012-03-16 | 2014-10-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser device, method of manufacturing semiconductor laser device, and semiconductor laser array |
-
2006
- 2006-11-17 JP JP2006311688A patent/JP2008130664A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8855161B2 (en) | 2012-03-16 | 2014-10-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser device, method of manufacturing semiconductor laser device, and semiconductor laser array |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8861561B2 (en) | Semiconductor laser chip, semiconductor laser device, and semiconductor laser chip manufacturing method | |
| JP4897133B2 (en) | Semiconductor light emitting device, method for manufacturing the same, and mounting substrate | |
| JP3889933B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| US20080267238A1 (en) | Semiconductor laser diode element and method of manufacturing the same | |
| US9385277B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2001168442A (en) | Method of manufacturing semiconductor laser element, installation substrate, and support substrate | |
| JPWO2013150715A1 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
| JP2006344743A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2006313907A (en) | Heat radiating structural body and light emitting assembly equipped therewith | |
| JP2009076730A (en) | Nitride semiconductor laser device | |
| JP2021170673A (en) | End face light emission type laser bar | |
| US20140341247A1 (en) | Laser Diode Device | |
| JPH07235729A (en) | Gallium nitride compound semiconductor laser element | |
| JP2009141094A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2006032406A (en) | Semiconductor laser device | |
| US20130272333A1 (en) | Laser Diode Device | |
| JP2007027572A (en) | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method | |
| JP5280119B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2004349595A (en) | Nitride semiconductor laser device and its manufacturing method | |
| KR20020087046A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP4573882B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2001230498A (en) | Group iii nitride-base compound semiconductor laser | |
| JP2007305977A (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
| JP2010050362A (en) | Multibeam semiconductor laser | |
| JP2005101149A (en) | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method |