JP2008135629A

JP2008135629A - Semiconductor laser element and semiconductor laser device

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Publication number: JP2008135629A
Application number: JP2006321608A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Iga; 良彦伊賀; Hiroshi Moriya; 浩志守谷
Original assignee: Opnext Japan Inc
Current assignee: Opnext Japan Inc
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP5103008B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element and a semiconductor laser device having a good heat radiation efficiency. <P>SOLUTION: The semiconductor laser element includes a semiconductor substrate of a first conduction type having first and second surfaces; and also includes a cladding layer of the first conduction type, an active layer, a first cladding layer of a second conduction type as a semiconductor layer of the second conduction type, an etching stop layer as a semiconductor layer of the second conduction type, a second cladding layer of the second conduction type as a semiconductor layer of the second conduction type, and a contact layer as a semiconductor layer of the second conduction type, which are sequentially formed on the first surface of the semiconductor substrate. The semiconductor laser element also includes two grooves parallelly provided in a zone extended from the upper surface of the contact layer into the semiconductor substrate; an insulating layer covering a zone including the two grooves extended from side surfaces of a stripe-shaped ridge defined between the grooves, extended beyond the grooves and reaching the side edges of the semiconductor substrate; a first metal-made electrode covering the ridge and the insulating layer; a metal-plated layer provided to be overlapped with the first electrode and having a flat surface; and a second electrode formed on the second surface of the semiconductor substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置に係わり、特に、リッジ導波路型半導体レーザ素子の放熱性向上技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser element and a semiconductor laser device, and more particularly to a technique effective when applied to a heat dissipation improvement technique of a ridge waveguide type semiconductor laser element.

半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）素子の一つの構造として、電流通路が突条部（リッジストライプ）となるリッジ導波路型半導体レーザ素子が知られている（例えば、特許文献１）。 As one structure of a semiconductor laser (laser diode: LD) element, a ridge waveguide type semiconductor laser element in which a current path is a ridge (ridge stripe) is known (for example, Patent Document 1).

特許文献１には、放熱性を向上させる半導体レーザとして、半導体基板上に活性層を含む積層体と、この積層体上に順に積層されたクラッド層及びコンタクト層を有する構造が開示されている。リッジストライプ（単にリッジとも呼称する）は、積層体上のクラッド層とコンタクト層によって形成されている。このリッジの両側面からリッジを外れた積層体上に亘って電流阻止層が形成されている。また、リッジの上部を形成するコンタクト層の表面及び電流阻止層の表面には薄くメッキ給電用金属膜が形成され、さらに重ねて厚くメッキ金属層（Ａｕ）が形成されている。メッキ金属層の表面は略平坦となっている。積層体は、ｎ−ＧａＡｓ基板上に順次形成されるｎ−ＧａＩｎＰバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、エッチングストップ層からなる。また、積層体上のクラッド層はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層であり、コンタクト層はｐ−ＧａＡｓ層となっている。電流阻止層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_Ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３等の誘電体で形成されている。 Patent Document 1 discloses a structure having a stacked body including an active layer on a semiconductor substrate, and a cladding layer and a contact layer sequentially stacked on the stacked body as a semiconductor laser for improving heat dissipation. A ridge stripe (also simply referred to as a ridge) is formed by a clad layer and a contact layer on the laminate. A current blocking layer is formed over the stacked body that is off the ridge from both side surfaces of the ridge. Further, a thin metal film for plating power feeding is formed on the surface of the contact layer and the surface of the current blocking layer that form the upper part of the ridge, and a thick plated metal layer (Au) is further formed on the surface. The surface of the plated metal layer is substantially flat. The stacked body includes an n-GaInP buffer layer, an n-AlGaInP cladding layer, a quantum well active layer, a p-AlGaInP first cladding layer, and an etching stop layer that are sequentially formed on an n-GaAs substrate. The clad layer on the stacked body is a p-AlGaInP second clad layer, and the contact layer is a p-GaAs layer. The current blocking layer is formed of a dielectric material such as SiO ₂ , SiN _x , or Al ₂ O ₃ .

このリッジストライプ形状の電流導波路を有する半導体レーザ（以下、リッジ導波路型半導体レーザ素子と呼称する）は、半導体レーザ装置を構成するヒートシンクに固定される。この固定（搭載）構造はジャンクションダウン構造となり、ｐｎ接合で発生した熱はメッキ金属層を通って速やかにヒートシンクに伝達されるため、放熱性が向上する。 A semiconductor laser having a ridge stripe-shaped current waveguide (hereinafter referred to as a ridge waveguide type semiconductor laser element) is fixed to a heat sink constituting the semiconductor laser device. This fixed (mounting) structure is a junction-down structure, and heat generated at the pn junction is quickly transmitted to the heat sink through the plated metal layer, so that heat dissipation is improved.

一方、埋め込み型へテロ構造の半導体レーザの一つとして、メサストライプを形成した後、メサストライプの両側に、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層を形成して埋め込み型へテロ構造を形成し、メサストライプの両側のｐ−ＩｎＰ及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層部分にそれぞれ溝を形成する構造が知られている（例えば、特許文献２）。 On the other hand, after forming a mesa stripe as one of buried type semiconductor lasers, p-InP and n-InP current blocking layers are formed on both sides of the mesa stripe to form a buried type heterostructure. A structure is known in which grooves are respectively formed in p-InP and n-InP current blocking layer portions on both sides of a mesa stripe (for example, Patent Document 2).

特許文献２の半導体レーザでは、メサストライプの活性層で発生した熱を電流ブロック層を利用して横方向へ伝達させて放散することで、放熱性を向上させる構造になっている。 The semiconductor laser disclosed in Patent Document 2 has a structure in which heat dissipation is improved by transferring heat generated in the active layer of the mesa stripe to the lateral direction using the current blocking layer and dissipating it.

特開２００５−２１７２５５号公報JP 2005-217255 A 特開平８−３７３３５号公報JP-A-8-37335

リッジ導波路型半導体レーザ素子であるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ（ＬＤ）はデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）の読み取り用光源、書き込み用光源として広く用いられている。高出力が要求される半導体レーザ素子では、駆動電流が４００ｍＡ以上と大きいことから、素子抵抗を低減し、また放熱を促進することで素子の温度上昇を抑える必要がある。 AlGaInP-based semiconductor lasers (LDs), which are ridge waveguide type semiconductor laser elements, are widely used as reading light sources and writing light sources for digital versatile discs (DVDs). In a semiconductor laser element that requires high output, since the drive current is as large as 400 mA or more, it is necessary to reduce element resistance and promote heat dissipation to suppress the temperature rise of the element.

しかしながら、上記の従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子では、放熱のための熱伝達経路中に、メッキ金属層（例えば金の場合は熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の低いｐクラッド層（ＡｌＧａＩｎＰの場合は熱伝導率は７Ｗ／ｍ・Ｋ）や絶縁層（ＳｉＯ_２膜の場合は熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）が存在するので、リッジ部の放熱性を改善する余地があることが分かる。 However, in the conventional ridge waveguide semiconductor laser device described above, the thermal conductivity of the heat transfer path for heat dissipation is higher than that of the plated metal layer (for example, the thermal conductivity is 315 W / m · K in the case of gold). Since there is a low p-cladding layer (in the case of AlGaInP, the thermal conductivity is 7 W / m · K) and an insulating layer (in the case of the SiO ₂ film, the thermal conductivity is 1.4 W / m · K), the heat dissipation of the ridge portion It can be seen that there is room for improvement in sex.

また、上記の従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子では、上記埋め込み型へテロ構造の半導体レーザのように埋め込み層（例えばＩｎＰの場合は熱伝導率は６０Ｗ／ｍ・Ｋ）がないため、埋め込み型へテロ構造の半導体レーザとは違い、横方向への放熱は少ない。従って、特許文献１に記載されているようなクラッド層まで達する溝を有する構造では十分な放熱は得られない。従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子では発生した熱は、ｎクラッド層（ＡｌＧａＩｎＰの場合は熱伝導率７Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＧａＡｓ基板（熱伝導率は４４Ｗ／ｍ・Ｋ）を通り、ＧａＡｓ基板表面から外部に放熱される。従って、基板の放熱性を改善する余地があることがわかる。 Further, the conventional ridge waveguide semiconductor laser device does not have a buried layer (for example, thermal conductivity is 60 W / m · K in the case of InP) unlike the buried heterostructure semiconductor laser. Unlike semiconductor lasers with a type hetero structure, there is little heat dissipation in the lateral direction. Therefore, a structure having a groove reaching the cladding layer as described in Patent Document 1 cannot provide sufficient heat dissipation. The heat generated in the conventional ridge waveguide type semiconductor laser element passes through the n-cladding layer (in the case of AlGaInP, the thermal conductivity is 7 W / m · K), the GaAs substrate (the thermal conductivity is 44 W / m · K), and the GaAs Heat is radiated from the substrate surface to the outside. Therefore, it can be seen that there is room for improving the heat dissipation of the substrate.

本発明の目的は、放熱性が良好な半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほか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あきらかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser element and a semiconductor laser device with good heat dissipation.
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、下記のとおりである。
（１）半導体レーザ素子は、
第１の面及びこの第１の面の反対面となる第２の面を有する第１導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面上に形成される第１導電型の半導体層からなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第１クラッド層と、
前記第２導電型第１クラッド層上に形成される第２導電型の半導体層からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第２クラッド層と、
前記第２導電型第２クラッド層上に形成される第２導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
前記コンタクト層の上面から前記半導体基板内に亘って設けられる並列に配置される２本の溝と、
前記２本の溝に挟まれるリッジストライプ部の両側面からそれぞれ前記溝を含みかつ前記溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁層と、
前記リッジストライプ部及び前記絶縁層を覆う金属からなる第１の電極と、
前記第１の電極に重ねて設けられ、表面が平坦化された金属メッキ層と、
前記半導体基板の前記第２の面に形成される第２の電極とを有することを特徴とする。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
(1) The semiconductor laser element is
A semiconductor substrate of the first conductivity type having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A first conductivity type cladding layer comprising a first conductivity type semiconductor layer formed on a first surface of the semiconductor substrate;
An active layer formed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type first cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer;
An etching stop layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the second conductivity type first cladding layer;
A second conductivity type second cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the etching stop layer;
A contact layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the second conductivity type second cladding layer;
Two grooves arranged in parallel provided from the upper surface of the contact layer to the semiconductor substrate;
An insulating layer that includes the grooves from both side surfaces of the ridge stripe portion sandwiched between the two grooves and covers a portion that reaches the semiconductor substrate side edge beyond the grooves;
A first electrode made of a metal covering the ridge stripe portion and the insulating layer;
A metal plating layer provided to overlap the first electrode and having a flattened surface;
And a second electrode formed on the second surface of the semiconductor substrate.

また、前記活性層、前記第２導電型第１クラッド層、前記エッチングストップ層及び前記第２導電型第２クラッド層の熱伝導率が前記半導体基板よりも小さくなり、前記金属メッキ層は前記半導体基板よりも熱伝導率が大きい金属で形成されている。前記溝の前記半導体基板表面からの深さは５乃至２５μｍである。前記溝の幅は１０乃至３０μｍである。
このような半導体レーザ素子は半導体レーザ装置に組み込まれる。 Further, the thermal conductivity of the active layer, the second conductivity type first cladding layer, the etching stop layer, and the second conductivity type second cladding layer is smaller than that of the semiconductor substrate, and the metal plating layer is formed of the semiconductor. It is made of a metal having a higher thermal conductivity than the substrate. The depth of the groove from the surface of the semiconductor substrate is 5 to 25 μm. The width of the groove is 10 to 30 μm.
Such a semiconductor laser element is incorporated in a semiconductor laser device.

半導体レーザ装置は、
パッケージと、
前記パッケージの内外に亘って延在しかつ電気的にそれぞれ独立する複数のリードと、
前記パッケージ内に配置される導電性のサブマウントに取り付けられる半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の各電極と前記各電極に対応する前記リードを電気的に接続する接続手段と、
前記パッケージに設けられかつ前記半導体レーザ素子の出射面から出射されるレーザ光を前記パッケージの外部に案内する光学系とを有する。
前記半導体レーザ素子は、前記金属メッキ層が前記サブマウントに重なるように接合材で接続されている。 The semiconductor laser device
Package,
A plurality of leads extending in and out of the package and electrically independent from each other;
A semiconductor laser element attached to a conductive submount disposed in the package;
Connection means for electrically connecting each electrode of the semiconductor laser element and the lead corresponding to each electrode;
And an optical system for guiding laser light emitted from the emission surface of the semiconductor laser element to the outside of the package.
The semiconductor laser element is connected by a bonding material so that the metal plating layer overlaps the submount.

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。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

前記（１）の手段によれば、（ａ）リッジストライプ部の両側に設けられる溝は第１導電型クラッド層を貫通して半導体基板内（表層）まで設けられている。そして、これら溝内には、サブマウントに接合材を介して固定される金属メッキ層が埋め込まれている。活性層部分で発生した熱のサブマウントに至る経路は複数存在する。一つは第２導電型第１クラッド層、第１の電極及び金属メッキ層を経由するものである。一つは第２導電型第１クラッド層、絶縁層、第１の電極及び溝内のものをも含む金属メッキ層を経由するものである。一つは第１導電型クラッド層、絶縁層、第１の電極及び溝内のものをも含む金属メッキ層を経由するものである。一つは第１導電型クラッド層、半導体基板、絶縁層、第１の電極及び溝底内のものをも含む金属メッキ層を経由するものである（この経路を半導体基板・溝底経由と呼称）。これら４つの熱伝達経路のうち、前記半導体基板・溝底経由の熱伝達経路は、従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子の半導体基板を経由する熱伝達経路に比較して熱伝導が良好になり、放熱性が良好になる。 According to the means (1), (a) the grooves provided on both sides of the ridge stripe portion are provided through the first conductivity type cladding layer to the semiconductor substrate (surface layer). In these grooves, a metal plating layer fixed to the submount via a bonding material is embedded. There are multiple paths to the submount of heat generated in the active layer portion. One is via the second conductivity type first cladding layer, the first electrode and the metal plating layer. One is through the metal plating layer including the second conductivity type first cladding layer, the insulating layer, the first electrode, and the one in the groove. One is through the metal plating layer including the first conductivity type cladding layer, the insulating layer, the first electrode and the one in the groove. One is through the metal plating layer including the first conductivity type cladding layer, the semiconductor substrate, the insulating layer, the first electrode, and the one in the groove bottom (this path is referred to as the semiconductor substrate / via the groove bottom). ). Of these four heat transfer paths, the heat transfer path via the semiconductor substrate / groove bottom has better heat conduction than the heat transfer path via the semiconductor substrate of the conventional ridge waveguide type semiconductor laser device. , Heat dissipation becomes better.

即ち、従来の構造では、本発明の前記半導体基板・溝底経由に相当する活性層部分からヒートシンクに至る熱伝達経路は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層を通ってｎ−ＧａＡｓ基板に到達し、ｎ−ＧａＡｓ基板を流れた後再び積層体、電流阻止層及びメッキ給電用金属層を通過してメッキ金属層に至る経路である。 That is, in the conventional structure, the heat transfer path from the active layer portion corresponding to the semiconductor substrate / groove bottom of the present invention to the heat sink includes an n-AlGaInP clad layer, an n-AlGaInP clad layer, and an n-GaInP buffer layer. This is a path that reaches the n-GaAs substrate, flows through the n-GaAs substrate, passes through the laminate, the current blocking layer, and the plating power supply metal layer and reaches the plated metal layer again.

本発明の構造及び従来の構造も前記半導体基板・溝底経由に相当する熱伝達経路をＵ字状の曲線を描く同じ経路と仮定する。この場合、従来構造はそのＵ字状経路は主として半導体部分を通るのに対して、本発明の場合は溝を半導体基板内（表層）にまで到達させる構造となることから、一部は半導体よりも熱伝導率が大幅に良好となる金属メッキ層を通ることになり、従来構造に比較して熱の伝導性（伝達性）が格段に良好になる。即ち、各半導体層を形成するＡｌＧａＩｎＰの熱伝導率は７Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＧａＡｓの熱伝導率は４４Ｗ／ｍ・Ｋである。これに対して、金属メッキ層（メッキ金属層）を形成する金の熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ・Ｋと半導体に比較して大幅に熱伝導率は大きい。 In the structure of the present invention and the conventional structure, the heat transfer path corresponding to the semiconductor substrate / groove bottom is assumed to be the same path that draws a U-shaped curve. In this case, in the conventional structure, the U-shaped path mainly passes through the semiconductor portion, but in the case of the present invention, the groove reaches the inside of the semiconductor substrate (surface layer). However, the heat conductivity (transmissibility) is remarkably improved as compared with the conventional structure because it passes through the metal plating layer whose heat conductivity is significantly improved. That is, the thermal conductivity of AlGaInP forming each semiconductor layer is 7 W / m · K, and the thermal conductivity of GaAs is 44 W / m · K. In contrast, the thermal conductivity of gold forming the metal plating layer (plated metal layer) is 315 W / m · K, which is significantly higher than that of the semiconductor.

この結果、本発明の半導体レーザ素子を半導体レーザ装置に使用することによって、半導体レーザ装置の動作時の熱の放散性が良好となり、半導体レーザ装置は特性が安定した動作をするようになる。 As a result, by using the semiconductor laser element of the present invention in a semiconductor laser device, heat dissipation during operation of the semiconductor laser device is improved, and the semiconductor laser device operates with stable characteristics.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments of the invention, those having the same function are given the same reference numerals, and their repeated explanation is omitted.

実施例１では、例えば、発振波長が０．６３μｍ帯の半導体レーザに本発明を適用した例について説明する。図１乃至図９は本発明の実施例１である半導体レーザ素子に係わる図である。実施例１の半導体レーザ素子１は、図１乃至図３に示すような構造になっている。図１は半導体レーザ素子の概要を示す一部の断面図、図２は半導体レーザ素子の斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。 In the first embodiment, for example, an example in which the present invention is applied to a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 0.63 μm band will be described. 1 to 9 are diagrams relating to a semiconductor laser device which is Embodiment 1 of the present invention. The semiconductor laser device 1 of Example 1 has a structure as shown in FIGS. 1 is a partial cross-sectional view showing an outline of the semiconductor laser device, FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser device, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

実施例１の半導体レーザ素子１は、図１に示すように、幅１８０μｍ、厚さ（高さ）１００μｍ、長さ１５４０μｍの大きさになり、両端面の出射面からそれぞれレーザ光を出射する構造となっている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 of Example 1 has a width of 180 μm, a thickness (height) of 100 μm, and a length of 1540 μm, and emits laser light from the emission surfaces of both end surfaces. It has become.

半導体レーザ素子１は、図３に示すように、第１の面２ａ及びこの第１の面２ａの反対面となる第２の面２ｂを有する第１導電型（例えば、ｎ型）のＧａＡｓからなる半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）２を有している。このｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａには順次半導体層が積層形成されている。即ち、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａには、第１導電型クラッド層３、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなる活性層４、第２導電型（ｐ型）からなる第２導電型第１クラッド層５、ｐ型からなるエッチングストップ層６、ｐ型からなる第２導電型第２クラッド層７及びｐ型からなるコンタクト層８が順次形成されている。 As shown in FIG. 3, the semiconductor laser element 1 is made of a first conductivity type (for example, n-type) GaAs having a first surface 2a and a second surface 2b opposite to the first surface 2a. The semiconductor substrate (n-GaAs substrate) 2 is formed. Semiconductor layers are sequentially stacked on the first surface 2 a of the n-GaAs substrate 2. That is, on the first surface 2a of the n-GaAs substrate 2, a first conductivity type cladding layer 3, an active layer 4 made of a multiple quantum well structure (MQW), and a second conductivity type made of a second conductivity type (p type). A first type cladding layer 5, a p-type etching stop layer 6, a p-type second conductivity type second cladding layer 7, and a p-type contact layer 8 are sequentially formed.

ここで、各半導体層の材料及び厚さ等寸法の一例を示す。第１導電型クラッド層３は厚さ２．０μｍのＡｌＧａＩｎＰで形成されている。活性層４は、障壁層が厚さ５ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ層からなり、井戸層が厚さ６ｎｍのＧａＩｎＰ層からなり、井戸層が３層となる多重量子井戸構造となっている。第２導電型第１クラッド層５、エッチングストップ層６及び第２導電型第２クラッド層７はいずれもＡｌＧａＩｎＰで形成されている。第２導電型第１クラッド層５は厚さ０．３μｍ、エッチングストップ層６は厚さ２０ｎｍ、第２導電型第２クラッド層７は厚さ１．２μｍとなっている。コンタクト層８は厚さ０．４μｍのＧａＡｓで形成されている。 Here, an example of dimensions such as the material and thickness of each semiconductor layer is shown. The first conductivity type cladding layer 3 is made of AlGaInP having a thickness of 2.0 μm. The active layer 4 has a multiple quantum well structure in which the barrier layer is formed of an AlGaInP layer having a thickness of 5 nm, the well layer is formed of a GaInP layer having a thickness of 6 nm, and the well layer is formed of three layers. The second conductivity type first cladding layer 5, the etching stop layer 6, and the second conductivity type second cladding layer 7 are all made of AlGaInP. The second conductivity type first cladding layer 5 has a thickness of 0.3 μm, the etching stop layer 6 has a thickness of 20 nm, and the second conductivity type second cladding layer 7 has a thickness of 1.2 μm. The contact layer 8 is made of GaAs having a thickness of 0.4 μm.

また、各半導体層の一部の名称を導電型及び材料が分かるように下記のようにも呼称する。第１導電型クラッド層３をｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と呼称し、第２導電型第１クラッド層５をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５と呼称し、第２導電型第２クラッド層７をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７と呼称し、コンタクト層８をｐ−ＧａＡｓコンタクト層８と呼称する。 In addition, some names of each semiconductor layer are also called as follows so that the conductivity type and material can be understood. The first conductivity type cladding layer 3 is referred to as an n-AlGaInP cladding layer 3, the second conductivity type first cladding layer 5 is referred to as a p-AlGaInP first cladding layer 5, and the second conductivity type second cladding layer 7 is referred to as a second conductivity type second cladding layer 7. The p-AlGaInP second cladding layer 7 is called, and the contact layer 8 is called p-GaAs contact layer 8.

図１に示すように、半導体レーザ素子１の幅の中央部分において、エッチングストップ層６上のｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層８は中央の幅ａを除いて除去されている。前記幅ａは、例えば、１．４μｍとなる。この残された幅ａのリッジストライプ部１０は半導体レーザ素子１の長さ方向に延在し、電流が狭窄されて供給される給電部となる。また、リッジストライプ部１０の両側にはエッチングストップ層６の上面からｎ−ＧａＡｓ基板２内（表層）に亘って溝（分離溝）１１が形成されている。一対の溝１１は半導体レーザ素子１の長さ方向に沿って並列に配置されている。２本の溝１１に挟まれる突出したストライプ部分もリッジストライプ部を構成する。上部のリッジストライプ部１０と、ｎ−ＧａＡｓ基板２の表層部分、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５及びエッチングストップ層６で構成される下部のリッジストライプ部とを区別するときは、上部のリッジストライプ部１０と呼称し、下部を第２のリッジストライプ部１３と呼称する。実施例では、溝１１から外れたエッチングストップ層６上にはｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層８は存在しないが、存在しても特に支障はない。 As shown in FIG. 1, in the central portion of the width of the semiconductor laser device 1, the p-AlGaInP second cladding layer 7 and the p-GaAs contact layer 8 on the etching stop layer 6 are removed except for the central width a. Yes. The width a is, for example, 1.4 μm. The remaining ridge stripe portion 10 having a width extends in the length direction of the semiconductor laser device 1 and serves as a power feeding portion to which a current is constricted and supplied. Further, grooves (separation grooves) 11 are formed on both sides of the ridge stripe portion 10 from the upper surface of the etching stop layer 6 to the inside (surface layer) of the n-GaAs substrate 2. The pair of grooves 11 are arranged in parallel along the length direction of the semiconductor laser element 1. The protruding stripe portion sandwiched between the two grooves 11 also forms a ridge stripe portion. A lower ridge stripe portion composed of an upper ridge stripe portion 10, a surface layer portion of the n-GaAs substrate 2, an n-AlGaInP cladding layer 3, an active layer 4, a p-AlGaInP first cladding layer 5, and an etching stop layer 6. Are called the upper ridge stripe portion 10 and the lower portion is called the second ridge stripe portion 13. In the embodiment, the p-AlGaInP second clad layer 7 and the p-GaAs contact layer 8 do not exist on the etching stop layer 6 that is removed from the groove 11, but there is no particular problem even if it exists.

また、リッジストライプ部１０を細く形成し、かつ溝１１の影響を受けないようにするため、実施例ではリッジストライプ部を二段構成としている。なお、リッジストライプ部を単にリッジとも呼称する。 In addition, in order to make the ridge stripe portion 10 thin and not affected by the groove 11, the ridge stripe portion has a two-stage configuration in the embodiment. Note that the ridge stripe portion is also simply referred to as a ridge.

ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａ側には、リッジストライプ部１０の表面（上面）を除いて絶縁層１２が設けられている。絶縁層１２はＳｉＯ_２膜と、前記ＳｉＯ_２膜上に形成されるＰＳＧ膜で形成されている。絶縁層１２は、図１及び図３に示すように、リッジストライプ部１０の各側面（両側面）から溝１１を含みかつ溝１１を越えてｎ−ＧａＡｓ基板２の側縁に至る部分を覆う構造になっている。絶縁層１２の熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・Ｋとなる。 On the first surface 2 a side of the n-GaAs substrate 2, an insulating layer 12 is provided except for the surface (upper surface) of the ridge stripe portion 10. The insulating layer 12 is formed of a SiO ₂ film and a PSG film formed on the SiO ₂ film. As shown in FIGS. 1 and 3, the insulating layer 12 covers a portion including the groove 11 from each side surface (both side surfaces) of the ridge stripe portion 10 and extending to the side edge of the n-GaAs substrate 2 beyond the groove 11. It has a structure. The thermal conductivity of the insulating layer 12 is 1.4 W / m · K.

また、リッジストライプ部１０及び絶縁層１２上には第１の電極１４が形成されている。この第１の電極１４はアノード電極（ｐ型電極）となっている。第１の電極１４はリッジストライプ部１０のｐ−ＧａＡｓコンタクト層８に接着されている。また、第１の電極１４の端は、図３に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の両側縁にまで至らない絶縁層１２の上で止まっている。第１の電極１４は、例えば、チタン、モリブデン及び金を順次積層した金属多層膜からなり、全体の厚さは０．５μｍとなっている。 A first electrode 14 is formed on the ridge stripe portion 10 and the insulating layer 12. The first electrode 14 is an anode electrode (p-type electrode). The first electrode 14 is bonded to the p-GaAs contact layer 8 of the ridge stripe portion 10. Further, as shown in FIG. 3, the end of the first electrode 14 stops on the insulating layer 12 that does not reach both side edges of the n-GaAs substrate 2. The first electrode 14 is made of, for example, a metal multilayer film in which titanium, molybdenum, and gold are sequentially laminated, and has an overall thickness of 0.5 μm.

また、前記第１の電極１４上には、ｎ−ＧａＡｓ基板２よりも熱伝導率が高い金属、例えば、金によって金属メッキ層１５が形成されている。この金属メッキ層１５は、蒸着で形成され、表面（上面）は平坦になっている。金属メッキ層１５は５〜７μｍと厚く形成されている。 A metal plating layer 15 is formed on the first electrode 14 with a metal having a higher thermal conductivity than the n-GaAs substrate 2, for example, gold. The metal plating layer 15 is formed by vapor deposition, and the surface (upper surface) is flat. The metal plating layer 15 is formed as thick as 5 to 7 μm.

さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第２の面２ｂには、第２の電極１６が形成されている。この第２の電極１６はカソード電極（ｎ型電極）となっている。第２の電極１６は、例えば、チタン、モリブデン及び金を順次積層した金属多層膜からなり、全体の厚さは０．５μｍとなっている。 Furthermore, a second electrode 16 is formed on the second surface 2 b of the n-GaAs substrate 2. The second electrode 16 is a cathode electrode (n-type electrode). The second electrode 16 is made of, for example, a metal multilayer film in which titanium, molybdenum, and gold are sequentially laminated, and has an overall thickness of 0.5 μm.

実施例１では、溝１１には金属メッキ層１５が埋め込まれ、放熱用に使用される。溝１１がリッジストライプ部１０に近すぎると光特性に影響を及ぼし、半導体レーザ素子の信頼性が低下する。このため、図１に示すように、溝１１とリッジストライプ部１０との距離ｂは少なくとも所定長さが確保される。距離ｂは、例えば、５μｍである。レーザの光特性に影響を及ぼさない範囲であれば、５μｍ以下でも問題ない。なお、溝１１の表面は絶縁層１２で覆われているため、溝部分には電流は流れない。このため、溝１１の表面の絶縁層１２上に第１の電極１４を形成しない構造でも、レーザダイオードの光特性および放熱性には影響はない。 In Example 1, a metal plating layer 15 is embedded in the groove 11 and used for heat dissipation. If the groove 11 is too close to the ridge stripe portion 10, the optical characteristics are affected, and the reliability of the semiconductor laser device is lowered. For this reason, as shown in FIG. 1, at least a predetermined length is secured for the distance b between the groove 11 and the ridge stripe portion 10. The distance b is 5 μm, for example. There is no problem even if it is 5 μm or less as long as it does not affect the optical characteristics of the laser. Since the surface of the groove 11 is covered with the insulating layer 12, no current flows in the groove portion. For this reason, even in the structure in which the first electrode 14 is not formed on the insulating layer 12 on the surface of the groove 11, the optical characteristics and heat dissipation of the laser diode are not affected.

また、溝１１の深さｄは、ｎ−ＧａＡｓ基板２の表面（第１の面２ａ）から５〜２５μｍ程度となり、溝１１の幅ｗは１０〜３０μｍ程度となっている。 The depth d of the groove 11 is about 5 to 25 μm from the surface (first surface 2 a) of the n-GaAs substrate 2, and the width w of the groove 11 is about 10 to 30 μm.

つぎに、実施例１の半導体レーザ素子１の製造方法の一例について、図４及び図５を参照して説明する。 Next, an example of a manufacturing method of the semiconductor laser device 1 of Example 1 will be described with reference to FIGS.

図４（ａ）に示すように、数百μｍの厚さの半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）２を準備した後、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａに、既に説明したｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、多重量子井戸構造の活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５、エッチングストップ層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層８をＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）の多層成長によって形成する。 As shown in FIG. 4A, after preparing a semiconductor substrate (n-GaAs substrate) 2 having a thickness of several hundred μm, the n-AlGaInP described above is formed on the first surface 2a of the n-GaAs substrate 2. MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) is applied to the cladding layer 3, the active layer 4 having a multiple quantum well structure, the p-AlGaInP first cladding layer 5, the etching stop layer 6, the p-AlGaInP second cladding layer 7 and the p-GaAs contact layer 8. Method) by multi-layer growth.

つぎに、図４（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８上に幅約１．４μｍのＰＳＧからなるＰＳＧマスク２０を形成する。その後、ドライエッチとウェットエッチにより、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７をエッチングし、リッジストライプ部１０を形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, a PSG mask 20 made of PSG having a width of about 1.4 μm is formed on the p-GaAs contact layer 8. Thereafter, the p-GaAs contact layer 8 and the p-AlGaInP second cladding layer 7 are etched by dry etching and wet etching to form the ridge stripe portion 10.

つぎに、図４（ｃ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａ側全域にエッチングマスク素材を形成した後、このエッチングマスク素材を選択的にエッチング除去してマスク２１を形成する。エッチング除去部はリッジストライプ部１０の両側に設けられる。エッチング除去部はリッジストライプ部１０に沿った所定幅を持った溝である。つぎに、マスク２１をエッチング用マスクとして使用して多層成長層をエッチングして底がｎ−ＧａＡｓ基板２の表層（内部）にまで到達する溝１１を形成する。この一対の溝１１の間に存在する部分が第２のリッジストライプ部１３となる。リッジストライプ部１０の側面から溝１１の縁までの距離は、既に説明したように５μｍとなる。 Next, as shown in FIG. 4C, after forming an etching mask material over the entire area of the first surface 2a of the n-GaAs substrate 2, the etching mask material is selectively etched away to remove the mask 21. Form. Etching removal portions are provided on both sides of the ridge stripe portion 10. The etching removal portion is a groove having a predetermined width along the ridge stripe portion 10. Next, using the mask 21 as an etching mask, the multilayer growth layer is etched to form the groove 11 whose bottom reaches the surface layer (inside) of the n-GaAs substrate 2. A portion existing between the pair of grooves 11 becomes the second ridge stripe portion 13. The distance from the side surface of the ridge stripe portion 10 to the edge of the groove 11 is 5 μm as already described.

つぎに、マスク２１を除去する。その後、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａ側全体に絶縁層１２を形成し、ついでリッジストライプ部１０（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８）の上面部分の絶縁層１２をエッチング除去する。絶縁層１２は、例えば熱ＣＶＤ（気相化学成長法）で成膜されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）及びＰＳＧ膜で形成されている。なお、リッジストライプ部１０の上面は電流注入領域となっており、電極に電圧を印加した際には、電流はｐ−ＧａＡｓコンタクト層８及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７を通って流れることになる。 Next, the mask 21 is removed. Thereafter, as shown in FIG. 5A, the insulating layer 12 is formed on the entire first surface 2a side of the n-GaAs substrate 2, and then the upper surface portion of the ridge stripe portion 10 (p-GaAs contact layer 8) is formed. The insulating layer 12 is removed by etching. The insulating layer 12 is formed of, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ film) and a PSG film formed by thermal CVD (vapor chemical deposition). Note that the upper surface of the ridge stripe portion 10 is a current injection region, and when a voltage is applied to the electrodes, the current flows through the p-GaAs contact layer 8 and the p-AlGaInP second cladding layer 7. Become.

つぎに、図５（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第１の面２ａ側全域に電極素材を形成した後、一部をエッチング除去する。即ち、第１の面２ａにチタン、モリブデン、金からなる金属多層膜を蒸着する。第１の電極１４は、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８に接続され、かつリッジストライプ部１０の両側の溝１１を覆い溝１１の外側領域にまで延在している（図３参照）。 Next, as shown in FIG. 5B, after forming an electrode material over the entire area of the first surface 2a of the n-GaAs substrate 2, a part thereof is removed by etching. That is, a metal multilayer film made of titanium, molybdenum, and gold is deposited on the first surface 2a. The first electrode 14 is connected to the p-GaAs contact layer 8 and covers the grooves 11 on both sides of the ridge stripe portion 10 and extends to the outer region of the grooves 11 (see FIG. 3).

つぎに、図５（ｃ）に示すように、第１の電極１４上にｎ−ＧａＡｓ基板２よりも熱伝導率の高い金属、たとえば金を蒸着し、金属メッキ層１５を形成する。
最後に、図５（ｃ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の第２の面２ｂにチタン、モリブデン、金からなる金属多層膜を蒸着を形成して第２の電極１６を形成する。
以上のことより、実施例１の半導体レーザ素子１は以下の製造方法によって製造することができる。 Next, as shown in FIG. 5C, a metal having a higher thermal conductivity than the n-GaAs substrate 2, such as gold, is deposited on the first electrode 14 to form a metal plating layer 15.
Finally, as shown in FIG. 5C, the second electrode 16 is formed by forming a metal multilayer film made of titanium, molybdenum, and gold on the second surface 2b of the n-GaAs substrate 2 by vapor deposition.
From the above, the semiconductor laser device 1 of Example 1 can be manufactured by the following manufacturing method.

リッジ導波路型の半導体レーザ素子は、
半導体基板の第１の面に第１導電型の半導体層からなる第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型の半導体層からなる第２導電型第１クラッド層、第２導電型の半導体層からなるエッチングストップ層、第２導電型の半導体層からなる第２導電型第２クラッド層及び第２導電型の半導体層からなるコンタクト層を順次形成する工程と、
前記コンタクト層及び前記第２導電型第２クラッド層を選択除去して前記エッチングストップ層上に１本のリッジストライプを形成する工程と、
前記リッジストライプの両側の前記エッチングストップ層から前記半導体基板内にまで到達する溝を形成する工程と、
前記リッジストライプの各側面から前記溝を含みかつ前記溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記リッジストライプの露出する上面及び前記絶縁層の上面に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極上に表面が平坦化された金属メッキ層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第２の面に第２の電極を形成する工程とによって製造される。 The ridge waveguide type semiconductor laser element is
A first conductivity type cladding layer made of a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, a second conductivity type first clad layer made of a second conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type on a first surface of the semiconductor substrate. Sequentially forming an etching stop layer made of a semiconductor layer, a second conductivity type second cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer, and a contact layer made of a second conductivity type semiconductor layer;
Selectively removing the contact layer and the second conductivity type second cladding layer to form a ridge stripe on the etching stop layer;
Forming a groove reaching the semiconductor substrate from the etching stop layer on both sides of the ridge stripe;
Forming an insulating layer that covers the portion that includes the groove from each side surface of the ridge stripe and extends to the semiconductor substrate side edge beyond the groove;
Forming a first electrode on the exposed upper surface of the ridge stripe and the upper surface of the insulating layer;
Forming a metal plating layer having a planarized surface on the first electrode;
Forming a second electrode on the second surface of the semiconductor substrate.

また、前記半導体基板の第１の面に半導体層を順次形成する工程においては、例えば、半導体基板上にバッファ層，第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッチングストップ層、第２導電型第２クラッド層及びコンタクト層を順次形成する方法であってもよい。 Further, in the step of sequentially forming the semiconductor layer on the first surface of the semiconductor substrate, for example, a buffer layer, a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type first cladding layer, and etching are formed on the semiconductor substrate. A method of sequentially forming a stop layer, a second conductivity type second cladding layer, and a contact layer may be used.

また、レーザダイオードの特性によっては、コンタクト層から半導体基板の表層部分にまで到達する溝を２本形成して、半導体基板の表層部分からコンタクト層に至る各半導体層によるリッジストライプ部としてもよい。 Depending on the characteristics of the laser diode, two grooves reaching from the contact layer to the surface layer portion of the semiconductor substrate may be formed to form a ridge stripe portion formed by each semiconductor layer from the surface layer portion of the semiconductor substrate to the contact layer.

このような半導体レーザ素子１は、パッケージ（封止容器）に組み込まれて半導体レーザ装置として使用される。図６に半導体レーザ素子１を組み込んだ半導体レーザ装置３０の一例を示す。図７は半導体レーザ装置３０の構成部品であるヒートシンクとヒートシンクにサブマウントを介して固定された半導体レーザ素子を示す斜視図である。図６及び図７において半導体レーザ素子１は模式的に示す。 Such a semiconductor laser device 1 is incorporated in a package (sealing container) and used as a semiconductor laser device. FIG. 6 shows an example of a semiconductor laser device 30 incorporating the semiconductor laser element 1. FIG. 7 is a perspective view showing a heat sink which is a component of the semiconductor laser device 30 and a semiconductor laser element fixed to the heat sink via a submount. 6 and 7, the semiconductor laser element 1 is schematically shown.

半導体レーザ装置３０は、第１の面及びこの第１の面の反対面となる第２の面を有する金属板（円板）からなる数ｍｍの厚さのステム３１と、このステム３１の第１の面（図６では上面）を覆うように固定される帽子型のキャップ３２とを有している。このステム３１とキャップ３２によってパッケージ３３が形成される。 The semiconductor laser device 30 includes a stem 31 having a thickness of several millimeters made of a metal plate (disc) having a first surface and a second surface opposite to the first surface. 1 and a cap-shaped cap 32 that is fixed so as to cover one surface (the upper surface in FIG. 6). A package 33 is formed by the stem 31 and the cap 32.

キャップ３２の下部はフランジ部３４を有し、このフランジ部３４の下面が図示しない接合材によってステム３１に接続されている。キャップ３２の天井部分３５には穴が設けられるとともに、この穴を透明なガラス板３７で塞ぐことによって窓３８が形成されている。この窓３８からレーザ光がパッケージ３３の外部に放射される。天井部分３５はステム３１の第１の面に対面している。 The lower portion of the cap 32 has a flange portion 34, and the lower surface of the flange portion 34 is connected to the stem 31 by a bonding material (not shown). A hole is provided in the ceiling portion 35 of the cap 32, and a window 38 is formed by closing the hole with a transparent glass plate 37. Laser light is emitted from the window 38 to the outside of the package 33. The ceiling portion 35 faces the first surface of the stem 31.

ステム３１の第１の面の中央から外れた部分には銅製のヒートシンク３９が導電性の蝋材等で固定されている。ヒートシンク３９のステム３１の中央に面する側面の先端側には熱伝導性が良好でかつ導電性のサブマウント４０が接合材４１によって固定されている（図７参照）。サブマウント４０は、例えば、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍ・Ｋとなる厚さ２００μｍのＡｌＮで形成されている。サブマウント４０としてはＳｉＣ等でもよい。接合材４１は、例えば、熱伝導率が２４０Ｗ／ｍ・ＫとなるＡｕＳｎが使用される。接合材４１の厚さは３〜７μｍ程度である。接合材４１としてはＳｎＡｇ等でもよい。 A copper heat sink 39 is fixed to the portion of the stem 31 off the center of the first surface with a conductive wax material or the like. A heat-conducting submount 40 having a good thermal conductivity and an electrically conductive submount 40 is fixed to the front end of the side surface facing the center of the stem 31 of the heat sink 39 (see FIG. 7). The submount 40 is formed of, for example, AlN having a thickness of 200 μm with a thermal conductivity of 140 W / m · K. The submount 40 may be SiC or the like. For example, AuSn having a thermal conductivity of 240 W / m · K is used as the bonding material 41. The thickness of the bonding material 41 is about 3 to 7 μm. The bonding material 41 may be SnAg or the like.

サブマウント４０は半導体レーザ素子１よりも大きい矩形板からなっている。半導体レーザ素子１は細長く、その両端からレーザ光を出射するため、細長いサブマウント４０はステム３１に対して垂直な方向でヒートシンク３９に固定される。この結果、半導体レーザ素子１の出射面は窓３８に対面する構造になる。また、図示はしないが、サブマウント４０の表面には、チップ固定部と、このチップ固定部から延在し先端部分が幅広のワイヤ接続パッドとを構成する導体層が設けられている。 The submount 40 is made of a rectangular plate larger than the semiconductor laser element 1. Since the semiconductor laser element 1 is elongated and emits laser light from both ends thereof, the elongated submount 40 is fixed to the heat sink 39 in a direction perpendicular to the stem 31. As a result, the emission surface of the semiconductor laser element 1 has a structure facing the window 38. Although not shown, a conductor layer is provided on the surface of the submount 40 to form a chip fixing portion and a wire connection pad extending from the chip fixing portion and having a wide tip portion.

一方、ステム３１には３本のリード４５ａ，４５ｂ，４５ｃが固定されている。２本のリード４５ａ，４５ｂは絶縁体４６を介してステム３１に貫通状態で固定されている。残りの１本のリード４５ｃはステム３１の第１の面と反対面となる第２の面に突き合わせ状態で固定され、かつステム３１と電気的に等電位状態になっている。 On the other hand, three leads 45a, 45b, and 45c are fixed to the stem 31. The two leads 45a and 45b are fixed to the stem 31 through the insulator 46 in a penetrating state. The remaining one lead 45c is fixed in abutment with a second surface opposite to the first surface of the stem 31, and is electrically equipotential with the stem 31.

半導体レーザ素子１は符号は付さないが金属メッキ層１５の平坦面がサブマウント４０の電気的に独立したチップ固定部に導電性の接合材４７を介して固定されている。従って、半導体レーザ素子１の露出する面には第２の電極（ｎ電極）１６が位置する（図７参照）。そこで、第２の電極１６とヒートシンク３９を導電性のワイヤ４８で電気的に接続する。これにより、半導体レーザ素子１の第２の電極（ｎ電極）１６はリード４５ｃに電気的に接続されることになる。また、サブマウント４０の表面に設けられた前述の図示しないチップ固定部から延在した幅広のワイヤ接続パッドと、ステム３１を貫通するリード４５ｂのステム３１の第１の面側に突出する先端とを導電性のワイヤ４９で電気的に接続する。これにより、半導体レーザ素子１の第１の電極（ｐ電極）１４はリード４５ｂに電気的に接続されることになる。 Although the semiconductor laser element 1 is not denoted by a reference numeral, the flat surface of the metal plating layer 15 is fixed to an electrically independent chip fixing portion of the submount 40 via a conductive bonding material 47. Therefore, the second electrode (n electrode) 16 is located on the exposed surface of the semiconductor laser element 1 (see FIG. 7). Therefore, the second electrode 16 and the heat sink 39 are electrically connected by a conductive wire 48. As a result, the second electrode (n electrode) 16 of the semiconductor laser element 1 is electrically connected to the lead 45c. Further, a wide wire connection pad extending from the above-described chip fixing portion (not shown) provided on the surface of the submount 40, and a tip projecting toward the first surface of the stem 31 of the lead 45b penetrating the stem 31; Are electrically connected by a conductive wire 49. Thereby, the first electrode (p electrode) 14 of the semiconductor laser element 1 is electrically connected to the lead 45b.

以上のように、ステム３１の第１の面側のヒートシンク３９、リード４５ａ，４５ｂ、サブマウント４０、半導体レーザ素子１及びワイヤ４８，４９は、キャップ３２によって覆われる構造になる。 As described above, the heat sink 39, the leads 45a and 45b, the submount 40, the semiconductor laser element 1, and the wires 48 and 49 on the first surface side of the stem 31 are covered with the cap 32.

半導体レーザ装置３０において、リード４５ｂとリード４５ｃ間に所定の電圧を印加すると半導体レーザ素子１の端面からレーザ光が出射され、このレーザ光は窓３８を透過してパッケージ３３の外部に放射されることになる。 In the semiconductor laser device 30, when a predetermined voltage is applied between the lead 45 b and the lead 45 c, laser light is emitted from the end face of the semiconductor laser element 1, and this laser light is transmitted through the window 38 and emitted outside the package 33. It will be.

本実施例では半導体レーザ素子１の出射面から出射されるレーザ光をパッケージ３３の外部に案内する光学系は窓３８としたが、光ファイバやレンズ等他の光学系でもよい。 In this embodiment, the optical system for guiding the laser light emitted from the emission surface of the semiconductor laser element 1 to the outside of the package 33 is the window 38, but other optical systems such as an optical fiber and a lens may be used.

図８は半導体レーザ素子１のｐｎ接合（活性層４部分）で発生した熱の熱伝達経路の一部を示す模式的断面図である。半導体レーザ素子１は、金属メッキ層１５の平坦な表面が接合材４７によってサブマウント４０に固定されるため、活性層４部分で発生した熱は、大別すると、図８の矢印で示すような２経路からなる熱伝達経路を経てヒートシンク３９に到達する。また、ヒートシンク３９に到達した熱はステム３１からあるいはステム３１に接続されるキャップ３２からパッケージ３３の外に放熱されることになる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a part of a heat transfer path of heat generated at the pn junction (active layer 4 portion) of the semiconductor laser device 1. In the semiconductor laser device 1, since the flat surface of the metal plating layer 15 is fixed to the submount 40 by the bonding material 47, the heat generated in the active layer 4 is roughly divided as shown by an arrow in FIG. The heat sink 39 is reached through a heat transfer path composed of two paths. The heat reaching the heat sink 39 is radiated from the stem 31 or from the cap 32 connected to the stem 31 to the outside of the package 33.

実施例１の半導体レーザ装置３０における半導体レーザ素子１では、ｐｎ接合がサブマウント４０側に位置することから、「ジャンクションダウン」と呼称される。一つの熱伝達経路は、図８に示すように、活性層４で発生した熱が、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５、エッチングストップ層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８、第１の電極１４及び金属メッキ層１５と直線的に伝わる経路である。また、他の一つの熱伝達経路は、図８に示すように、活性層４で発生した熱がｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３を通ってｎ−ＧａＡｓ基板２に到達し、かつｎ−ＧａＡｓ基板２内をＵターンして溝１１の底の絶縁層１２、第１の電極１４を通り、溝１１内に位置する金属メッキ層１５を通る経路である。 In the semiconductor laser device 1 in the semiconductor laser device 30 according to the first embodiment, the pn junction is located on the submount 40 side, so that it is called “junction down”. As shown in FIG. 8, one heat transfer path is that heat generated in the active layer 4 is generated by the p-AlGaInP first cladding layer 5, the etching stop layer 6, the p-AlGaInP second cladding layer 7, and the p-GaAs contact. This is a path that communicates linearly with the layer 8, the first electrode 14, and the metal plating layer 15. As shown in FIG. 8, the other heat transfer path is that heat generated in the active layer 4 reaches the n-GaAs substrate 2 through the n-AlGaInP cladding layer 3, and the n-GaAs substrate 2. This is a path that makes a U-turn inside, passes through the insulating layer 12 and the first electrode 14 at the bottom of the groove 11, and passes through the metal plating layer 15 located in the groove 11.

熱伝達経路の各材料の熱伝導率を示すと以下のとおりである。前記一つの経路における活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５、エッチングストップ層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７の熱伝導率はいずれも７Ｗ／ｍ・Ｋとなる。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８の熱伝導率は４４Ｗ／ｍ・Ｋ、第１の電極１４の熱伝導率は２０４Ｗ／ｍ・Ｋ、金属メッキ層１５の熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ・Ｋである。 The thermal conductivity of each material in the heat transfer path is as follows. The thermal conductivity of the active layer 4, the p-AlGaInP first cladding layer 5, the etching stop layer 6 and the p-AlGaInP second cladding layer 7 in the one path is 7 W / m · K. The p-GaAs contact layer 8 has a thermal conductivity of 44 W / m · K, the first electrode 14 has a thermal conductivity of 204 W / m · K, and the metal plating layer 15 has a thermal conductivity of 315 W / m · K.

前記他の一つの経路における活性層４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３の熱伝導率はいずれも７Ｗ／ｍ・Ｋとなる。ｎ−ＧａＡｓ基板２の熱伝導率は４４Ｗ／ｍ・Ｋである。絶縁層１２の熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・Ｋである。第１の電極１４の熱伝導率は２０４Ｗ／ｍ・Ｋであり、金属メッキ層１５の熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ・Ｋである。 The thermal conductivity of the active layer 4 and the n-AlGaInP cladding layer 3 in the other one path is 7 W / m · K. The thermal conductivity of the n-GaAs substrate 2 is 44 W / m · K. The thermal conductivity of the insulating layer 12 is 1.4 W / m · K. The thermal conductivity of the first electrode 14 is 204 W / m · K, and the thermal conductivity of the metal plating layer 15 is 315 W / m · K.

金属メッキ層１５はＡｕＳｎからなる接合材４７を介してＡｌＮからなるサブマウント４０に固定され、サブマウント４０はＡｕＳｎからなる接合材４１を介して銅のヒートシンク３９に固定される。ヒートシンク３９は銀蝋によって銅からなるステム３１に固定される。キャップ３２も銅である。ＡｕＳｎの熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・Ｋ、サブマウント１４０の熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・Ｋ、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋである。 The metal plating layer 15 is fixed to a submount 40 made of AlN via a bonding material 47 made of AuSn, and the submount 40 is fixed to a copper heat sink 39 via a bonding material 41 made of AuSn. The heat sink 39 is fixed to the stem 31 made of copper with silver wax. Cap 32 is also copper. The thermal conductivity of AuSn is 240 W / m · K, the thermal conductivity of the submount 140 is 240 W / m · K, and the thermal conductivity of copper is 400 W / m · K.

溝１１はｎ−ＧａＡｓ基板２の内部にまで設けられていることと、溝１１内には熱伝導率が４４Ｗ／ｍ・Ｋとなるｎ−ＧａＡｓ基板２に比較して、熱伝導率が３１５Ｗ／ｍ・Ｋとなる金属メッキ層１５が充填されていることから、熱の伝達速度は従来の実施例１のような溝１１を有さない半導体レーザ素子に比較して放熱効果は格段によくなる。 The groove 11 is provided up to the inside of the n-GaAs substrate 2 and has a thermal conductivity of 315 W in the groove 11 as compared with the n-GaAs substrate 2 having a thermal conductivity of 44 W / m · K. Since the metal plating layer 15 of / m · K is filled, the heat transfer rate is significantly higher than that of the conventional semiconductor laser element having no groove 11 as in the first embodiment. .

即ち、実施例１の構造では、レーザ駆動時に発生した熱は、図８に示すとおり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７（熱伝導率７Ｗ／ｍ・Ｋ）と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８（熱伝導率４４Ｗ／ｍ・Ｋ）を通って金属メッキ層１５（例えば金の場合、熱伝導率３１５Ｗ／ｍ・Ｋ）に伝わる。また、発生した熱はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３（熱伝導率７Ｗ／ｍ・Ｋ）を通ってｎ−ＧａＡｓ基板２（熱伝導率４４Ｗ／ｍ・Ｋ）に達した後、溝１１の底を通過して溝１１に充填された金属メッキ層１５を伝わり、サブマウント４０（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）へ放熱される。従って、従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子よりも、効率よくサブマウント４０へ放熱することができ、半導体レーザ素子１の温度上昇を抑えることができる。 That is, in the structure of Example 1, as shown in FIG. 8, the heat generated at the time of laser driving is p-AlGaInP second clad layer 7 (thermal conductivity 7 W / m · K) and p-GaAs contact layer 8 ( It is transmitted to the metal plating layer 15 (for example, in the case of gold, the thermal conductivity is 315 W / m · K) through the thermal conductivity (44 W / m · K). The generated heat passes through the n-AlGaInP cladding layer 3 (thermal conductivity 7 W / m · K) and reaches the n-GaAs substrate 2 (thermal conductivity 44 W / m · K), It passes through the metal plating layer 15 filled in the groove 11 and is radiated to the submount 40 (thermal conductivity 398 W / m · K). Therefore, heat can be radiated to the submount 40 more efficiently than the conventional ridge waveguide type semiconductor laser device, and the temperature rise of the semiconductor laser device 1 can be suppressed.

図９は溝１１の溝深さ及び溝幅の違いによる放熱効果を示す特性図（グラフ）である。このグラフは各モデルを準備し、シミュレーションで求めたものである。シミュレーションはレーザ内部でのジュール発熱と、レーザ端面部分の光吸収による発熱を考慮し、3 次元の熱伝導解析を行った。 FIG. 9 is a characteristic diagram (graph) showing the heat dissipation effect due to the difference in groove depth and groove width of the groove 11. This graph is obtained by simulation by preparing each model. In the simulation, a three-dimensional heat conduction analysis was performed in consideration of Joule heat generation inside the laser and heat generation due to light absorption at the laser end face.

図９のグラフの相対放熱効果は下記の数１から求めたものである。 The relative heat dissipation effect in the graph of FIG. 9 is obtained from the following equation (1).

ここで、Ｔ_ｍａｘは半導体レーザ素子の最大温度、
Ｔ_ｍａｘ１は従来構造のリッジ導波路型半導体レーザ素子の最大温度、
Ｔ_ｍａｘＸは各モデルの最大温度、
Ｔ_ｍａｘ２は半導体基板に到達せず半導体基板に重ねて形成される第１導電型のクラッド層にまで幅５μｍの溝を設ける構造の最大温度。 Here, T _max is the maximum temperature of the semiconductor laser element,
T _max 1 is the maximum temperature of a ridge waveguide semiconductor laser device having a conventional structure,
T _max X is the maximum temperature of each model,
T _max 2 is the maximum temperature of the structure in which a groove having a width of 5 μm is provided in the first conductivity type clad layer formed so as to overlap the semiconductor substrate without reaching the semiconductor substrate.

図９のグラフは縦軸を相対放熱効果とし、横軸を溝深さ（μｍ）としたものである。丸印を付けた線が溝幅を５μｍとした半導体レーザ素子の相対放熱効果であり、四角形の印を付けた線が溝幅を１０μｍとした半導体レーザ素子の相対放熱効果であり、三角形の印を付けた線が溝幅を１５μｍとした半導体レーザ素子の相対放熱効果である。 In the graph of FIG. 9, the vertical axis represents the relative heat dissipation effect, and the horizontal axis represents the groove depth (μm). The circled line is the relative heat dissipation effect of the semiconductor laser element with a groove width of 5 μm, and the squared line is the relative heat dissipation effect of the semiconductor laser element with a groove width of 10 μm. The line with is the relative heat dissipation effect of the semiconductor laser device with a groove width of 15 μm.

エッチングストップ層６の表面から５μｍになる深さを太い点線で示してある。この５μｍの位置が第１導電型のクラッド層と半導体基板との界面の深さである。従って、図９では溝深さを２段に亘って表示してあるが、上段の表示はエッチングストップ層６の表面からの高さ（深さ）を０μｍとした場合の深さ表示であり、下段の表示は半導体基板の表面の高さ（深さ）を０μｍとした場合の深さ表示である。 A depth of 5 μm from the surface of the etching stop layer 6 is indicated by a thick dotted line. The position of 5 μm is the depth of the interface between the first conductivity type cladding layer and the semiconductor substrate. Therefore, in FIG. 9, the groove depth is displayed in two steps, but the upper display is a depth display when the height (depth) from the surface of the etching stop layer 6 is 0 μm. The lower display is a depth display when the height (depth) of the surface of the semiconductor substrate is 0 μm.

溝底が半導体基板の表面深さ（下段の表示の０μｍの深さ）にあり溝幅が５μｍとなる半導体レーザ素子を公知例のクラッド層まで溝を設けたリッジ導波路型半導体レーザ素子とし、相対放熱効果の比較基準とする。シミュレーションによれば、溝底が半導体基板の表層（内部）に到達する構成では、溝幅が５μｍ、１０μｍ、１５μｍとなるいずれの半導体レーザ素子でも溝深さの増大に伴って相対放熱効果が増大することがわかる。また、クラッド層まで溝のある構造の半導体レーザ素子でも、溝幅を１０μｍにすると相対放熱効果は１．５５程度となり、溝幅を１５μｍにすると相対放熱効果は１．７５程度となる。これにより、溝幅を広くすることによっても相対放熱効果が増大することがわかる。 A semiconductor laser device in which the groove bottom is at the surface depth of the semiconductor substrate (the depth of 0 μm in the lower display) and the groove width is 5 μm is a ridge waveguide semiconductor laser device in which a groove is provided up to a clad layer of a known example, Use as a reference for relative heat dissipation effect. According to the simulation, in the configuration in which the groove bottom reaches the surface layer (inside) of the semiconductor substrate, the relative heat dissipation effect increases as the groove depth increases in any semiconductor laser element having a groove width of 5 μm, 10 μm, and 15 μm. I understand that Even in a semiconductor laser device having a groove to the cladding layer, the relative heat dissipation effect is about 1.55 when the groove width is 10 μm, and the relative heat dissipation effect is about 1.75 when the groove width is 15 μm. Thereby, it turns out that a relative heat dissipation effect increases also by making groove width wide.

溝深さが１０μｍ以上であり、かつ溝幅が１０μｍまたは１５μｍとなる半導体レーザ素子の場合、クラッド層まで溝を設けた半導体レーザ素子に比較して相対放熱効果は２倍以上となる。そこで、相対放熱効果を２倍以上にするためには溝深さは１０μｍ以上とすることが望ましい。シミュレーションでは半導体基板の表面からの深さ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍでの相対放熱効果をモデルとの関係から求めたが、半導体基板の表面からの深さが２５μｍ程度で相対放熱効果が飽和すると推定できる。 In the case of a semiconductor laser device having a groove depth of 10 μm or more and a groove width of 10 μm or 15 μm, the relative heat dissipation effect is twice or more compared to a semiconductor laser device having grooves provided up to the cladding layer. Therefore, in order to double the relative heat dissipation effect, the groove depth is desirably 10 μm or more. In the simulation, the relative heat dissipation effect at a depth of 5 μm, 10 μm, and 15 μm from the surface of the semiconductor substrate was obtained from the relationship with the model. it can.

一方、半導体レーザ素子のサブマウントへの搭載の安定性、半導体レーザ素子の幅が１８０μｍ程度であること等を考慮し、溝幅の上限を３０μｍ程度と設定する。 On the other hand, considering the stability of mounting the semiconductor laser element on the submount and the width of the semiconductor laser element being about 180 μm, the upper limit of the groove width is set to about 30 μm.

これにより、相対放熱効果を２以上とする条件で、半導体基板の表面からの溝１１の溝深さを５μｍ〜２５μｍとし、溝幅を１０μｍ〜３０μｍとする。 Thus, the groove depth of the groove 11 from the surface of the semiconductor substrate is set to 5 μm to 25 μm and the groove width is set to 10 μm to 30 μm under the condition that the relative heat dissipation effect is 2 or more.

実施例１によれば以下の効果を有する。
（１）リッジストライプ部１０の両側に設けられる溝１１はエッチングストップ層６を貫通して半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板２）の表層（内部）まで設けられている。そして、これら溝１１内には、サブマウント４０に接合材４７を介して固定される金属メッキ層１５が埋め込まれている。活性層４部分で発生した熱のサブマウント４０に至る経路は複数存在する。一つは第２導電型第１クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層）５、エッチングストップ層６、第２導電型第２クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層）７、コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層）８、第１の電極１４及び金属メッキ層１５を経由するものである。一つはｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５、絶縁層１２、第１の電極１４及び溝１１内のものをも含む金属メッキ１５層を経由するものである。一つは第１導電型クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）３、絶縁層１２、第１の電極１４及び溝１１内のものをも含む金属メッキ層１５を経由するものである。一つはｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ｎ−ＧａＡｓ基板２、絶縁層１２、第１の電極１４及び溝１１底内のものをも含む金属メッキ層１５を経由するものである（この経路を半導体基板・溝底経由と呼称）。これら４つの熱伝達経路のうち、前記半導体基板・溝底経由の熱伝達経路は、従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子の半導体基板を経由する熱伝達経路に比較して熱伝導が良好になり、放熱性が良好になる。 Example 1 has the following effects.
(1) The grooves 11 provided on both sides of the ridge stripe portion 10 are provided through the etching stop layer 6 to the surface layer (inside) of the semiconductor substrate (n-GaAs substrate 2). In these grooves 11, a metal plating layer 15 fixed to the submount 40 via a bonding material 47 is embedded. There are a plurality of paths to the submount 40 of the heat generated in the active layer 4 portion. One is a second conductivity type first cladding layer (p-AlGaInP first cladding layer) 5, an etching stop layer 6, a second conductivity type second cladding layer (p-AlGaInP second cladding layer) 7, a contact layer (p -GaAs contact layer) 8, first electrode 14 and metal plating layer 15. One is through the p-AlGaInP first cladding layer 5, the insulating layer 12, the first electrode 14, and the metal plating 15 layer including the one in the groove 11. One is through the metal plating layer 15 including the first conductivity type clad layer (n-AlGaInP clad layer) 3, the insulating layer 12, the first electrode 14, and the one in the groove 11. One is through the metal plating layer 15 including the n-AlGaInP cladding layer 3, the n-GaAs substrate 2, the insulating layer 12, the first electrode 14, and the one in the bottom of the groove 11 (this path is connected to the semiconductor). Called via substrate / groove bottom). Of these four heat transfer paths, the heat transfer path via the semiconductor substrate / groove bottom has better heat conduction than the heat transfer path via the semiconductor substrate of the conventional ridge waveguide type semiconductor laser device. , Heat dissipation becomes better.

本発明の構造及び従来の構造も前記半導体基板・溝底経由に相当する熱伝達経路をＵ字状の曲線を描く同じ経路と仮定する。この場合、従来構造はそのＵ字状経路は主として半導体部分を通るのに対して、本発明の場合は溝を半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板２）内（表層）にまで到達させる構造となることから、一部は半導体よりも熱伝導率が大幅に良好となる金属メッキ層１５を通ることになり、従来構造に比較して熱の伝導性（伝達性）が格段に良好になる。即ち、各半導体層を形成するＡｌＧａＩｎＰの熱伝導率は７Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＧａＡｓの熱伝導率は４４Ｗ／ｍ・Ｋである。これに対して、金属メッキ層（メッキ金属層）を形成する金の熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ・Ｋと半導体に比較して大幅に熱伝導率は大きい。 In the structure of the present invention and the conventional structure, the heat transfer path corresponding to the semiconductor substrate / groove bottom is assumed to be the same path that draws a U-shaped curve. In this case, in the conventional structure, the U-shaped path mainly passes through the semiconductor portion, whereas in the case of the present invention, the groove reaches the semiconductor substrate (n-GaAs substrate 2) (surface layer). Therefore, a part passes through the metal plating layer 15 whose thermal conductivity is significantly better than that of the semiconductor, and the thermal conductivity (transmittance) is much better than that of the conventional structure. That is, the thermal conductivity of AlGaInP forming each semiconductor layer is 7 W / m · K, and the thermal conductivity of GaAs is 44 W / m · K. In contrast, the thermal conductivity of gold forming the metal plating layer (plated metal layer) is 315 W / m · K, which is significantly higher than that of the semiconductor.

この結果、本発明の半導体レーザ素子１を半導体レーザ装置３０に使用することによって、半導体レーザ装置３０の動作時の熱の放散性が良好となり、半導体レーザ装置３０は特性が安定した動作をするようになる。 As a result, by using the semiconductor laser device 1 of the present invention for the semiconductor laser device 30, heat dissipation during the operation of the semiconductor laser device 30 is improved, and the semiconductor laser device 30 operates with stable characteristics. become.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施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。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor.

本発明の実施例１である半導体レーザ素子の概要を示す一部の断面図である。It is a partial cross section figure which shows the outline | summary of the semiconductor laser element which is Example 1 of this invention. 実施例１の半導体レーザ素子の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor laser device of Example 1. FIG. 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。It is an expanded sectional view which follows the AA line of FIG. 実施例１の半導体レーザ素子の製造方法において、多層成長工程から溝形成工程までを示す各工程における半導体基板の模式的断面図である。In the manufacturing method of the semiconductor laser element of Example 1, it is a typical sectional view of a semiconductor substrate in each process showing from a multilayer growth process to a groove formation process. 実施例１の半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁層形成工程から金属電極層形成工程までを示す各工程における半導体基板の模式的断面図である。In the manufacturing method of the semiconductor laser element of Example 1, it is typical sectional drawing of the semiconductor substrate in each process which shows from an insulating layer formation process to a metal electrode layer formation process. 実施例１の半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置の一部を切り欠いた斜視図である。It is the perspective view which notched a part of semiconductor laser device incorporating the semiconductor laser element of Example 1. FIG. 前記半導体レーザ装置の構成部品であるヒートシンクとヒートシンクにサブマウントを介して固定された半導体レーザ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the semiconductor laser element fixed to the heat sink which is a component of the said semiconductor laser apparatus, and the heat sink via the submount. 実施例１の半導体レーザ素子で発生した熱の熱伝達経路の一部を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a part of a heat transfer path of heat generated in the semiconductor laser element of Example 1. 溝の溝深さ及び溝幅の違いによる放熱効果を示す特性図（グラフ）である。It is a characteristic view (graph) which shows the heat dissipation effect by the difference in the groove depth and groove width of a groove.

符号の説明Explanation of symbols

１…半導体レーザ素子、２…半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、３…第１導電型クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、４…活性層、５…第２導電型第１クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層）、６…エッチングストップ層、７…第２導電型第２クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層）、８…コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層）、１０…リッジストライプ部、１１…溝（分離溝）、１２…絶縁層、１３…リッジストライプ（リッジ）、１４…第１の電極、１５…金属メッキ層、１６…第２の電極、２０…ＰＳＧマスク、２１…マスク、３０…半導体レーザ装置、３１…ステム、３２…キャップ、３３…パッケージ、３４…フランジ部、３５…天井部分、３７…ガラス板、３８…窓、３９…ヒートシンク、４０…サブマウント、４１…接合材、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…リード、４６…絶縁体、４７…接合材、４８，４９…ワイヤ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 2 ... Semiconductor substrate (n-GaAs substrate), 2a ... 1st surface, 2b ... 2nd surface, 3 ... 1st conductivity type clad layer (n-AlGaInP clad layer), 4 ... Active Layer 5, second conductivity type first clad layer (p-AlGaInP first clad layer), 6 ... etching stop layer, 7 ... second conductivity type second clad layer (p-AlGaInP second clad layer), 8 ... Contact layer (p-GaAs contact layer), 10 ... ridge stripe portion, 11 ... groove (separation groove), 12 ... insulating layer, 13 ... ridge stripe (ridge), 14 ... first electrode, 15 ... metal plating layer, 16 ... 2nd electrode, 20 ... PSG mask, 21 ... Mask, 30 ... Semiconductor laser device, 31 ... Stem, 32 ... Cap, 33 ... Package, 34 ... Flange part, 35 ... Ceiling part, 37 ... Glass , 38 ... window, 39 ... heat sink, 40 ... submount, 41 ... bonding material 45a, 45b, 45 c ... lead, 46 ... insulator, 47 ... bonding material, 48, 49 ... wire.

Claims

第１の面及びこの第１の面の反対面となる第２の面を有する第１導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面上に形成される第１導電型の半導体層からなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第１クラッド層と、
前記第２導電型第１クラッド層上に形成される第２導電型の半導体層からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第２クラッド層と、
前記第２導電型第２クラッド層の上面から前記半導体基板内に亘って設けられる並列に配置される２本の溝と、
前記２本の溝に挟まれるリッジストライプ部の両側面からそれぞれ前記溝を含みかつ前記溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁層と、
前記リッジストライプ部及び前記絶縁層を覆う金属からなる第１の電極と、
前記第１の電極に重ねて設けられ、表面が平坦化された金属メッキ層と、
前記半導体基板の前記第２の面に形成される第２の電極とを有することを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor substrate of the first conductivity type having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A first conductivity type cladding layer comprising a first conductivity type semiconductor layer formed on a first surface of the semiconductor substrate;
An active layer formed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type first cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer;
An etching stop layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the second conductivity type first cladding layer;
A second conductivity type second cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the etching stop layer;
Two grooves arranged in parallel provided from the upper surface of the second conductivity type second cladding layer to the inside of the semiconductor substrate;
An insulating layer that includes the grooves from both side surfaces of the ridge stripe portion sandwiched between the two grooves and covers a portion that reaches the semiconductor substrate side edge beyond the grooves;
A first electrode made of a metal covering the ridge stripe portion and the insulating layer;
A metal plating layer provided to overlap the first electrode and having a flattened surface;
A semiconductor laser element, comprising: a second electrode formed on the second surface of the semiconductor substrate.

前記活性層、前記第２導電型第１クラッド層、前記エッチングストップ層及び前記第２導電型第２クラッド層の熱伝導率が前記半導体基板よりも小さくなり、
前記金属メッキ層は前記半導体基板よりも熱伝導率が大きい金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 Thermal conductivity of the active layer, the second conductivity type first cladding layer, the etching stop layer, and the second conductivity type second cladding layer is smaller than that of the semiconductor substrate;
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the metal plating layer is made of a metal having a thermal conductivity higher than that of the semiconductor substrate.

前記溝の前記半導体基板表面からの深さは５乃至２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the depth of the groove from the surface of the semiconductor substrate is 5 to 25 [mu] m.

前記溝の幅は１０乃至３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the groove has a width of 10 to 30 [mu] m.

パッケージと、
前記パッケージの内外に亘って延在しかつ電気的にそれぞれ独立する複数のリードと、
前記パッケージ内に配置される導電性のサブマウントに取り付けられる半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の各電極と前記各電極に対応する前記リードを電気的に接続する接続手段と、
前記パッケージに設けられかつ前記半導体レーザ素子の出射面から出射されるレーザ光を前記パッケージの外部に案内する光学系とを有する半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子は、
第１の面及びこの第１の面の反対面となる第２の面を有する第１導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面上に形成される第１導電型の半導体層からなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第１クラッド層と、
前記第２導電型第１クラッド層上に形成される第２導電型の半導体層からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成される第２導電型の半導体層からなる第２導電型第２クラッド層と、
前記第２導電型第２クラッド層の上面から前記半導体基板内に亘って設けられる並列に配置される２本の溝と、
前記２本の溝に挟まれるリッジストライプ部の両側面からそれぞれ前記溝を含みかつ前記溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁層と、
前記リッジストライプ部及び前記絶縁層を覆う金属からなる第１の電極と、
前記第１の電極に重ねて設けられ、表面が平坦化された金属メッキ層と、
前記半導体基板の前記第２の面に形成される第２の電極とを有する構成になり、
前記半導体レーザ素子は前記金属メッキ層が前記サブマウントに重なるように接合材で接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 Package,
A plurality of leads extending in and out of the package and electrically independent from each other;
A semiconductor laser element attached to a conductive submount disposed in the package;
Connection means for electrically connecting each electrode of the semiconductor laser element and the lead corresponding to each electrode;
A semiconductor laser device comprising: an optical system provided in the package and for guiding laser light emitted from an emission surface of the semiconductor laser element to the outside of the package;
The semiconductor laser element is
A semiconductor substrate of the first conductivity type having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A first conductivity type cladding layer comprising a first conductivity type semiconductor layer formed on a first surface of the semiconductor substrate;
An active layer formed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type first cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer;
An etching stop layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the second conductivity type first cladding layer;
A second conductivity type second cladding layer made of a second conductivity type semiconductor layer formed on the etching stop layer;
Two grooves arranged in parallel provided from the upper surface of the second conductivity type second cladding layer to the inside of the semiconductor substrate;
An insulating layer that includes the grooves from both side surfaces of the ridge stripe portion sandwiched between the two grooves and covers a portion that reaches the semiconductor substrate side edge beyond the grooves;
A first electrode made of a metal covering the ridge stripe portion and the insulating layer;
A metal plating layer provided to overlap the first electrode and having a flattened surface;
And a second electrode formed on the second surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor laser device is characterized in that the metal plating layer is connected by a bonding material so that the metal plating layer overlaps the submount.