JP4737387B2 - Semiconductor laser element - Google Patents

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本発明は、ストライプ状のリッジ部を有する半導体レーザ素子に係り、特に、高温、高出力の用途に好適に適用可能な半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device having a striped ridge portion, and more particularly to a semiconductor laser device that can be suitably applied to high temperature and high output applications.

近年、高密度光ディスク装置やレーザビームプリンタなどの光源として、窒化物半導体レーザ素子が注目されている。このレーザ素子は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板の表面に、一部露出領域を有するｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層がこの順に積層配置された半導体層を有している。この半導体層の上部、具体的には、ｐ型クラッド層の上部およびｐ型コンタクト層に、帯状のリッジ部が形成され、リッジ部の側面およびｐ型クラッド層の上面には電流狭窄用の絶縁層が形成されている。また、リッジ部の上部および絶縁層の一部にはｐ側電極が、ｎ型バッファ層の露出領域に対してｎ側電極がそれぞれ形成されており、リッジ部の延在方向に対して垂直な端面に一対の反射鏡膜が形成されている。   In recent years, a nitride semiconductor laser element has attracted attention as a light source for a high-density optical disk device or a laser beam printer. In this laser element, for example, an n-type buffer layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer having a partially exposed region are stacked in this order on the surface of a GaN (gallium nitride) substrate. A semiconductor layer. A strip-shaped ridge portion is formed on the semiconductor layer, specifically, on the p-type cladding layer and on the p-type contact layer. The side surface of the ridge portion and the upper surface of the p-type cladding layer are insulated for current confinement. A layer is formed. A p-side electrode is formed on the upper portion of the ridge portion and a part of the insulating layer, and an n-side electrode is formed on the exposed region of the n-type buffer layer, and is perpendicular to the extending direction of the ridge portion. A pair of reflecting mirror films is formed on the end face.

このような構成の窒化物半導体レーザ素子では、ｐ側電極とｎ側電極との間に所定の電位差の電圧が印加されると、リッジ部により電流狭窄されると共に、活性層の電流注入領域に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、ビームとして一方の反射鏡膜から外部に射出される。   In the nitride semiconductor laser device having such a configuration, when a voltage having a predetermined potential difference is applied between the p-side electrode and the n-side electrode, the current is confined by the ridge portion, and the current injection region of the active layer is A current is injected, which causes light emission due to recombination of electrons and holes. This light is reflected by a pair of reflecting mirror films, causes laser oscillation at a wavelength at which the phase change when it reciprocates once in the element is an integral multiple of 2π, and is emitted as a beam from one reflecting mirror film to the outside. The

ところで、一般に半導体レーザ素子は熱による影響（特性劣化・信頼性低下など）を受け易く、高温，高出力時においては、窒化物半導体レーザ素子も熱による影響を受け易い。半導体レーザの駆動には、高電流密度によるジュール熱を放散（放熱）させることが重要であり、そのため、一般に半導体レーザ素子は、基板の裏面側（ｐサイドアップ）またはリッジ部の上部側（ｐサイドダウン）を、半田層を介してＣｕ（銅）などの熱伝導率の高い材料により形成されたヒートシンク（放熱部材）上に装着され、これにより熱抵抗を下げ、効率よく放散するようになっている。
特許第３０３１４１５号 By the way, in general, a semiconductor laser element is easily affected by heat (deterioration of characteristics, reliability, etc.), and a nitride semiconductor laser element is also easily affected by heat at high temperature and high output. For driving a semiconductor laser, it is important to dissipate (dissipate) Joule heat due to a high current density. Therefore, in general, a semiconductor laser element is formed on the back side of a substrate (p side up) or the upper side of a ridge portion (p Side down) is mounted on a heat sink (heat radiating member) made of a material having high thermal conductivity such as Cu (copper) through a solder layer, thereby reducing the thermal resistance and efficiently dissipating. ing.
Japanese Patent No. 3031415

ところで、上記した電流狭窄用の絶縁層には、特許文献１に記載されているように、少なくともＳｉＯ２やＴｉＯ２などの酸化物により構成された層が含まれている。これは、酸化物が絶縁性に優れているだけでなく、ｐ側電極との密着性に優れているからである。   By the way, the current confinement insulating layer described above includes at least a layer made of an oxide such as SiO 2 or TiO 2 as described in Patent Document 1. This is because the oxide is not only excellent in insulating properties but also excellent in adhesion to the p-side electrode.

しかしながら、酸化物は放熱性が悪いため、上記したように電流狭窄用の絶縁層がリッジ部の側面およびｐ型クラッド層の上面を覆うように形成されている場合には、リッジ部の上部側から放散することが困難となる。そのため、ｐサイドダウンとした場合にはヒートシンク側へ放散することが困難となる。一方、ｐサイドアップとした場合にはリッジ部の上部側から放散することが困難であってもヒートシンク側へ放散することができる。しかしながら、電流密度の高い（発熱量の多い）リッジ部がｐサイドダウンの場合と比べてヒートシンクから遠くなるため、半導体レーザ素子内の熱を充分に放散することが困難となる。このように、放熱性の考慮されていない電流狭窄用の絶縁層を用いた場合には、放熱性が悪くなるため、半導体レーザ素子の特性および信頼性を著しく悪化させる虞があるという問題がある。   However, since the oxide has poor heat dissipation, as described above, when the insulating layer for current confinement is formed so as to cover the side surface of the ridge portion and the upper surface of the p-type cladding layer, the upper side of the ridge portion Difficult to dissipate from Therefore, in the case of p side down, it is difficult to dissipate to the heat sink side. On the other hand, in the case of p-side up, even if it is difficult to diffuse from the upper side of the ridge portion, it can be diffused to the heat sink side. However, since the ridge portion having a high current density (a large amount of heat generation) is further away from the heat sink than in the case of p-side down, it is difficult to sufficiently dissipate the heat in the semiconductor laser element. As described above, when an insulating layer for current confinement in which heat dissipation is not taken into consideration is used, the heat dissipation is deteriorated, so that there is a possibility that the characteristics and reliability of the semiconductor laser element may be remarkably deteriorated. .

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、放熱性を向上させることの可能な半導体レーザ素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device capable of improving heat dissipation.

本発明の半導体レーザ素子は、基板上に、第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された半導体層を備える。その第２導電型層の上部にストライプ状のリッジ部が形成され、そのリッジ部の側面から第２導電型層の表面までの連続した表面上に、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮを含んで構成された第１絶縁層が形成されている。さらに、その第１絶縁層の表面には、第１絶縁層の表面を酸化することにより第２絶縁層が形成されている。ここで、「表面上」とは、第１絶縁層がその表面に密着配置されている場合の他、その表面と第１絶縁層との間に何らかの層が配置されている場合も含む概念である。   The semiconductor laser device of the present invention includes a semiconductor layer formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer in this order on a substrate. A stripe-shaped ridge portion is formed on the second conductivity type layer, and AlN, BN, SiC, GaN or AlGaInN is included on the continuous surface from the side surface of the ridge portion to the surface of the second conductivity type layer. The 1st insulating layer comprised by these is formed. Further, a second insulating layer is formed on the surface of the first insulating layer by oxidizing the surface of the first insulating layer. Here, “on the surface” is a concept that includes not only the case where the first insulating layer is disposed in close contact with the surface but also the case where some layer is disposed between the surface and the first insulating layer. is there.

本発明の半導体レーザ素子では、第１絶縁層および第２絶縁層はリッジ部の側面から第２導電型層の表面までの連続した表面上まで形成されていることから電流狭窄の機能を有する。第１絶縁層はＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮを含んで構成され、従来から電流狭窄用として用いられているＳｉＯ２やＺｒＯｘなどと比べて高い熱伝導率を有する。一方、第２絶縁層は第１絶縁層の表面を酸化することにより形成されていることから、ＡｌＮＯｘ、ＢＮＯｘ、ＳｉＯ２、ＧａＮＯｘまたはＡｌＧａＩｎＮＯｘにより構成される。このように表面酸化を利用することにより、ピンホールなどの欠陥を生じさせることなく非常に薄い酸化膜を形成することが可能となり、その結果、絶縁性と放熱性とを両立させることが可能となる。これにより、第２絶縁層は高い絶縁性と高い放熱性とを有する。   In the semiconductor laser device of the present invention, since the first insulating layer and the second insulating layer are formed on the continuous surface from the side surface of the ridge portion to the surface of the second conductivity type layer, it has a function of current confinement. The first insulating layer includes AlN, BN, SiC, GaN, or AlGaInN, and has a higher thermal conductivity than SiO 2, ZrO x, and the like conventionally used for current confinement. On the other hand, since the second insulating layer is formed by oxidizing the surface of the first insulating layer, it is made of AlNOx, BNOx, SiO2, GaNOx or AlGaInNOx. By utilizing surface oxidation in this way, it is possible to form a very thin oxide film without causing defects such as pinholes, and as a result, it is possible to achieve both insulation and heat dissipation. Become. Thereby, a 2nd insulating layer has high insulation and high heat dissipation.

本発明の半導体レーザ素子によれば、電流狭窄用の絶縁層を、高い熱伝導率を有する第１絶縁層と、高い絶縁性および高い放熱性を有する第２絶縁層とにより構成するようにしたので、半導体レーザ素子内で発生した熱を第１絶縁層および第２絶縁層を介してリッジ部の上部側から放散することが可能となる。このように、放熱性の考慮された電流狭窄用の絶縁層を用いることにより、放熱性を向上させることができる。   According to the semiconductor laser device of the present invention, the insulating layer for current confinement is configured by the first insulating layer having high thermal conductivity and the second insulating layer having high insulation and high heat dissipation. Therefore, the heat generated in the semiconductor laser element can be dissipated from the upper side of the ridge portion via the first insulating layer and the second insulating layer. As described above, the heat dissipation can be improved by using the insulating layer for current confinement in consideration of the heat dissipation.

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および図２は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子１をヒートシンク２６（放熱部材）上に実装した態様を表すものである。なお、図１および図２は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。   1 and 2 show a mode in which the semiconductor laser device 1 according to one embodiment of the present invention is mounted on a heat sink 26 (heat dissipating member). 1 and 2 are schematically shown, and are different from actual dimensions and shapes.

この半導体レーザ素子１は、窒化物半導体により構成されたものである。なお、ここでいう窒化物半導体とは、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム）混晶，あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。   The semiconductor laser element 1 is composed of a nitride semiconductor. The nitride semiconductor here is a gallium nitride compound containing gallium (Ga) and nitrogen (N). For example, GaN, AlGaN (aluminum nitride / gallium) mixed crystal, or AlGaInN (nitride). (Aluminum, gallium, indium) mixed crystal. These may be n-type impurities composed of group IV and group VI elements such as Si (silicon), Ge (germanium), O (oxygen), Se (selenium), or Mg (magnesium), Zn (zinc as required) ), C (carbon) and other p-type impurities composed of group II and group IV elements.

この半導体レーザ素子１は、ｎ型の基板１１の上に、ｎ側コンタクト層１２，ｎ型クラッド層１３，活性層１４，ｐ型クラッド層１５およびｐ側コンタクト層１６をこの順に積層してなる半導体層を備える。なお、ｎ側コンタクト層１２およびｎ型クラッド層１３が本発明の第１導電型層に対応し、ｐ型クラッド層１５およびｐ側コンタクト層１６が本発明の第２導電型層に対応する。   In this semiconductor laser device 1, an n-side contact layer 12, an n-type cladding layer 13, an active layer 14, a p-type cladding layer 15 and a p-side contact layer 16 are laminated in this order on an n-type substrate 11. A semiconductor layer is provided. The n-side contact layer 12 and the n-type cladding layer 13 correspond to the first conductivity type layer of the present invention, and the p-type cladding layer 15 and the p-side contact layer 16 correspond to the second conductivity type layer of the present invention.

基板１１は、導電性を有するものであり、例えばｎ型のＧａＮ基板により構成される。なお、ｎ型不純物としてＰ（リン）またはＮ（窒素）がドープされたＳｉＣ（炭化ケイ素）基板により構成されていてもよい。   The substrate 11 has conductivity, and is formed of, for example, an n-type GaN substrate. In addition, you may be comprised by the SiC (silicon carbide) board | substrate with which P (phosphorus) or N (nitrogen) was doped as an n-type impurity.

ｎ側コンタクト層１２は、例えば、厚さが１．５μｍのｎ型ＧａＮにより構成され、ｎ型クラッド層１３は、例えば、厚さが１．０μｍのｎ型ＡｌＧａＮにより構成される。   The n-side contact layer 12 is made of, for example, n-type GaN having a thickness of 1.5 μm, and the n-type cladding layer 13 is made of, for example, n-type AlGaN having a thickness of 1.0 μm.

活性層１４は、例えば、厚さが３０ｎｍの、互いに組成の異なるＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（但し、ｘ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。この活性層１４は、電流が注入される電流注入領域が発光領域として機能するようになっている。 The active layer 14 has, for example, a multiple quantum well structure of a well layer and a barrier layer each having a thickness of 30 nm and formed of Ga x In 1-x N (x ≧ 0) having different compositions. ing. In the active layer 14, a current injection region into which a current is injected functions as a light emitting region.

ｐ型クラッド層１５は、例えば、厚さが０．８μｍのｐ型ＡｌＧａＮにより構成される。ｐ側コンタクト層１６は、例えば、厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮにより構成される。   The p-type cladding layer 15 is made of, for example, p-type AlGaN having a thickness of 0.8 μm. The p-side contact layer 16 is made of, for example, p-type GaN having a thickness of 0.5 μm.

ｐ側コンタクト層１６からｎ側コンタクト層１２の一部までは、図１に示したように、紙面に対し垂直方向に延在してなる帯状の凸部となっており、ｎ側コンタクト層１２の一部が露出している。また、ｐ側コンタクト層１６、およびｐ型クラッド層１５の上部には、上記凸部と同じ方向に延在する細い帯状のリッジ部２２が設けられている。このリッジ部２２は電流狭窄部を構成しており、この電流狭窄部によって活性層１４に対して局所的に電流が注入されるようになっている。   As shown in FIG. 1, the p-side contact layer 16 to a part of the n-side contact layer 12 are band-like convex portions extending in a direction perpendicular to the paper surface, and the n-side contact layer 12. A part of is exposed. In addition, on the p-side contact layer 16 and the p-type cladding layer 15, a thin strip-shaped ridge portion 22 extending in the same direction as the convex portion is provided. The ridge portion 22 forms a current confinement portion, and current is locally injected into the active layer 14 by the current confinement portion.

リッジ部２２の側面からｐ型クラッド層１５の表面までの連続した表面（以下、表面Ａとする。）上には、第１絶縁層１７と第２絶縁層１８とがこの順に積層して設けられている。なお、表面Ａと第１絶縁層１７との間に何らかの層、例えば表面Ａと第１絶縁層１７との密着性を高めるための層などが配置されていてもよい。   A first insulating layer 17 and a second insulating layer 18 are stacked in this order on a continuous surface (hereinafter referred to as surface A) from the side surface of the ridge portion 22 to the surface of the p-type cladding layer 15. It has been. A certain layer, for example, a layer for improving adhesion between the surface A and the first insulating layer 17 may be disposed between the surface A and the first insulating layer 17.

これら第１絶縁層１７および第２絶縁層１８は、共通の母材により構成される。具体的には、第１絶縁層１７は、例えば３００ｎｍ程度の膜厚の、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）またはＧａＮなどの酸素を含有していない絶縁材料を含んで構成され、従来からリッジ部２２の側面やｐ型クラッド層１５の表面などを覆う材料として用いられているＳｉＯ２やＺｒＯｘなどと比べて高い熱伝導率を有する。   The first insulating layer 17 and the second insulating layer 18 are made of a common base material. Specifically, the first insulating layer 17 is an insulating material that does not contain oxygen, such as AlN (aluminum nitride), BN (boron nitride), SiC (silicon carbide), or GaN, with a film thickness of, for example, about 300 nm. And has a higher thermal conductivity than SiO 2, ZrO x, and the like conventionally used as a material for covering the side surface of the ridge portion 22 and the surface of the p-type cladding layer 15.

第２絶縁層１８は、その第１絶縁層１７の表面を例えば水蒸気などで酸化することにより形成されており、第１絶縁層１７がＡｌＮの場合はＡｌＮＯｘ、第１絶縁層１７がＢＮの場合はＢＮＯｘ、第１絶縁層１７がＳｉＣの場合はＳｉＯ２、第１絶縁層１７がＧａＮの場合はＧａＮＯｘによりそれぞれ構成される。また、第２絶縁層１８は、表面酸化を利用することにより形成されていることから、蒸着法やスパッタ法などにより形成された場合よりも薄くて、しかもピンホールなどの欠陥の無い薄膜により構成される。したがって、第２絶縁層１８は、薄くても高い絶縁性を有する。   The second insulating layer 18 is formed by oxidizing the surface of the first insulating layer 17 with, for example, water vapor. When the first insulating layer 17 is AlN, AlNOx, and when the first insulating layer 17 is BN. Is composed of BNOx, SiO2 when the first insulating layer 17 is SiC, and GaNOx when the first insulating layer 17 is GaN. Further, since the second insulating layer 18 is formed by utilizing surface oxidation, the second insulating layer 18 is made of a thin film that is thinner than that formed by vapor deposition or sputtering, and that has no defects such as pinholes. Is done. Therefore, the second insulating layer 18 has high insulating properties even if it is thin.

なお、第２絶縁層１８は、高い絶縁性を維持できる最低限度の厚さを有していればよく、例えば０ｎｍより厚く１００ｎｍより薄い膜厚を有することが好ましく、０ｎｍより厚く１０ｎｍより薄い膜厚を有することがより好ましい。上記したように、第２絶縁層１８は酸化物により構成されているので、膜厚を厚くすると放熱性が低下するからである。ただし、膜厚をあまりにも薄くすると、膜厚の制御が困難となるので、１ｎｍ程度の膜厚とするのが最も好ましい。   Note that the second insulating layer 18 only needs to have a minimum thickness capable of maintaining high insulating properties. For example, the second insulating layer 18 preferably has a thickness that is greater than 0 nm and less than 100 nm, and is a film that is greater than 0 nm and less than 10 nm. More preferably, it has a thickness. As described above, since the second insulating layer 18 is made of an oxide, increasing the film thickness decreases heat dissipation. However, if the film thickness is too thin, it becomes difficult to control the film thickness, so that the film thickness is most preferably about 1 nm.

このように、第２絶縁層１８の厚さを、高い絶縁性を維持できる最低限度の厚さとすることにより、絶縁性と放熱性とを両立させることが可能となる。したがって、第２絶縁層１８は、高い絶縁性と高い放熱性とを兼ね備えている。   Thus, by setting the thickness of the second insulating layer 18 to a minimum thickness that can maintain high insulation, it is possible to achieve both insulation and heat dissipation. Therefore, the second insulating layer 18 has both high insulation and high heat dissipation.

なお、第１絶縁層１７および第２絶縁層１８が、表面Ａ上にこの順に積層されているのは、一般に酸化物は金属との接触性が良いことから、後述するように金属からなるｐ側電極１９の形成される表面上に絶縁物からなる第２絶縁層１８を形成した方が、絶縁物を含まない第１絶縁層１７を形成した場合と比べて、半導体層とｐ側電極１９との接触性を向上させることができるからである。また、このような順に積層した方が、相対的に放熱性の低い第２絶縁層１８を介することなく、相対的に放熱性の高い第１絶縁層１７から、活性層１２で発生した熱を放散させることができ、放熱効率が良いからである。   The first insulating layer 17 and the second insulating layer 18 are laminated on the surface A in this order because the oxide generally has good contact property with the metal, so that the p made of metal is described later. When the second insulating layer 18 made of an insulator is formed on the surface on which the side electrode 19 is formed, the semiconductor layer and the p-side electrode 19 are compared with the case where the first insulating layer 17 not containing an insulator is formed. This is because the contact property with can be improved. In addition, in the case where the layers are laminated in this order, the heat generated in the active layer 12 is generated from the first insulating layer 17 having a relatively high heat dissipation property without passing through the second insulating layer 18 having a relatively low heat dissipation property. This is because it can be dissipated and the heat dissipation efficiency is good.

また、第１絶縁層１７および第２絶縁層１８は、上記したような構成を有しており、かつ、表面Ａ上に設けられていることから、電流は第１絶縁層１７および第２絶縁層１８の設けられていない領域、すなわちリッジ部２２の上面からしか活性層１４へ流れ込めないようになっている。したがって、第１絶縁層１７および第２絶縁層１８は、電流狭窄機能を有する。   Further, since the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18 have the above-described configuration and are provided on the surface A, the current is supplied to the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18. The active layer 14 can flow only from the region where the layer 18 is not provided, that is, from the upper surface of the ridge portion 22. Therefore, the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18 have a current confinement function.

リッジ部２２の上面、すなわち、ｐ側コンタクト層１６の表面から第２絶縁層１８の表面までの連続した表面上にはｐ側電極１９（金属層）が設けられており、ｐ側コンタクト層１６と電気的に接続されている。一方、ｎ側コンタクト層１２の露出領域にはｎ側電極２０が設けられており、ｎ側コンタクト層１２と電気的に接続されている。   A p-side electrode 19 (metal layer) is provided on the upper surface of the ridge portion 22, that is, on the continuous surface from the surface of the p-side contact layer 16 to the surface of the second insulating layer 18. And are electrically connected. On the other hand, an n-side electrode 20 is provided in the exposed region of the n-side contact layer 12 and is electrically connected to the n-side contact layer 12.

また、ｐ側電極１９は配線層２１と電気的に接続されており、その配線層２１と電気的に接続された配線２３を介して正側電源（図示せず）に接続されている。ｎ側電極２０は配線２４と電気的に接続されており、その配線２４を介して負側電源（図示せず）に接続されている。ここで、ｐ側電極１９、ｎ側電極２０および配線層２１は、例えば厚さ１５ｎｍのＴｉ（チタン）／厚さ３０ｎｍのＰｔ（白金）／厚さ１０００ｎｍのＡｕ（金）をこの順に積層して構成される。   The p-side electrode 19 is electrically connected to the wiring layer 21, and is connected to a positive power source (not shown) via a wiring 23 electrically connected to the wiring layer 21. The n-side electrode 20 is electrically connected to the wiring 24 and is connected to a negative power source (not shown) via the wiring 24. Here, the p-side electrode 19, the n-side electrode 20 and the wiring layer 21 are, for example, laminated with Ti (titanium) having a thickness of 15 nm / Pt (platinum) having a thickness of 30 nm / Au (gold) having a thickness of 1000 nm in this order. Configured.

なお、ｐ側電極１９および配線層２１において、第２絶縁層１８の表面と接する層は、上記したＴｉの他に、Ｎｉ（ニッケル）またはＰｄ（パラジウム）により構成されていてもよい。また、ｐ側電極１９および配線層２１は、上述のように金属で構成されているので、第２絶縁層１８から放散されてきた熱を充分に放散できる程度の表面積（もしくは厚さ）を有することが好ましく、例えば厚さが１μｍ以上であることが好ましい。また、配線２３も、上述のように金属で構成されているので、配線層２１から放散されてきた熱を充分に放散できる程度の総表面積（もしくは総断面積）を有することが好ましく、例えば総断面積が９８１μｍ2 以上であることが好ましい。 In the p-side electrode 19 and the wiring layer 21, the layer in contact with the surface of the second insulating layer 18 may be made of Ni (nickel) or Pd (palladium) in addition to the above-described Ti. Further, since the p-side electrode 19 and the wiring layer 21 are made of metal as described above, the p-side electrode 19 and the wiring layer 21 have a surface area (or thickness) that can sufficiently dissipate the heat dissipated from the second insulating layer 18. For example, the thickness is preferably 1 μm or more. Moreover, since the wiring 23 is also made of metal as described above, it is preferable that the wiring 23 has a total surface area (or total cross-sectional area) that can sufficiently dissipate the heat dissipated from the wiring layer 21. The cross-sectional area is preferably 981 μm 2 or more.

また、リッジ部２２の延在方向（軸方向）に対して垂直な面には、一対の反射鏡膜（図示せず）が形成されている。一対の反射鏡膜の一方（主出射側）は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）により構成され、低反射率となるように調整されている。これに対して他方の反射鏡膜は、例えば酸化アルミニウム層と非晶質珪素（アモルファスシリコン）層とを交互に積層して構成され、高反射率となるように調整されている。これにより、活性層１４の発光領域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ビームとして射出されるようになっている。 A pair of reflecting mirror films (not shown) are formed on a surface perpendicular to the extending direction (axial direction) of the ridge portion 22. One of the pair of reflecting mirror films (main emission side) is made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and is adjusted to have a low reflectance. On the other hand, the other reflecting mirror film is formed by alternately laminating aluminum oxide layers and amorphous silicon (amorphous silicon) layers, for example, and is adjusted to have a high reflectance. Thereby, the light generated in the light emitting region of the active layer 14 is amplified by reciprocating between the pair of reflecting mirror films, and is emitted as a beam from the reflecting mirror film on the low reflectance side.

また、この半導体レーザ１は、例えばＳｎ（錫）からなる半田層２５により例えば、Ｃｕ（銅）により形成されたヒートシンク２６上に実装されており、熱的に接続、すなわち、発生した熱をヒートシンク２６を介して放散させるようになっている。   The semiconductor laser 1 is mounted on a heat sink 26 made of, for example, Cu (copper) with a solder layer 25 made of, for example, Sn (tin), and is thermally connected, that is, the generated heat is transferred to the heat sink. 26 to dissipate.

このような構成を有する半導体レーザ素子１は、例えば次のようにして製造することができる。   The semiconductor laser device 1 having such a configuration can be manufactured as follows, for example.

半導体レーザ素子１を製造するためには、ＧａＮ基板１１上の半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成する。この際、窒化物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア (ＮＨ3)を用いる。 In order to manufacture the semiconductor laser device 1, a semiconductor layer on the GaN substrate 11 is formed by, for example, the MOCVD method. At this time, for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), or ammonia (NH 3 ) is used as a material for the nitride semiconductor.

具体的には、まず、基板１１上に、ｎ側コンタクト層１２，ｎ型クラッド層１３，活性層１４，ｐ型クラッド層１５およびｐ型コンタクト層１６をこの順に積層する。   Specifically, first, the n-side contact layer 12, the n-type cladding layer 13, the active layer 14, the p-type cladding layer 15, and the p-type contact layer 16 are laminated on the substrate 11 in this order.

次に、ｐ側コンタクト層１６およびｐ型クラッド層１５を例えばドライエッチング法により細い帯状の凸部となるようにパターンニングし、リッジ部２２を形成する。続いて、ｐ型クラッド層１５からｎ側コンタクト層１２の所定部分までを例えばドライエッチング法により除去してｎ側コンタクト層１２の一部領域を露出させる。   Next, the p-side contact layer 16 and the p-type cladding layer 15 are patterned to form thin strip-shaped convex portions by, for example, a dry etching method, and the ridge portion 22 is formed. Subsequently, a part of the n-side contact layer 12 is exposed by removing, for example, a dry etching method from the p-type cladding layer 15 to a predetermined portion of the n-side contact layer 12.

次に、図３（Ａ）に示したように、リッジ部２２の上面、および表面Ａ上に、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣまたはＧａＮなどの酸素を含有していない絶縁材料１７Ａ、例えばＡｌＮを蒸着またはスパッタリングにより形成したのち、図３（Ｂ）に示したように、その表面を例えば水蒸気などに曝すことにより酸化させる。これにより、絶縁材料１７Ａの表面に酸化物１７Ｂ、例えばＡｌＮＯｘが形成される。その後、図３（Ｃ）に示したように、絶縁材料１７Ａおよび酸化物１７Ｂのうちリッジ部２２の上面に対応する領域をエッチングにより除去する。これにより、表面Ａ上に、絶縁材料１７Ａからなる第１絶縁層１７と、酸化物１７Ｂからなる第２絶縁層１８がこの順に積層して形成される。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、リッジ部２２およびその周辺領域の断面構成を表すものである。   Next, as shown in FIG. 3A, an insulating material 17A that does not contain oxygen, such as AlN, BN, SiC, or GaN, for example, AlN is vapor-deposited on the upper surface of the ridge portion 22 and the surface A. After forming by sputtering, as shown in FIG. 3B, the surface is oxidized by exposing it to, for example, water vapor. Thereby, oxide 17B, for example, AlNOx, is formed on the surface of the insulating material 17A. Thereafter, as shown in FIG. 3C, the region corresponding to the upper surface of the ridge portion 22 of the insulating material 17A and the oxide 17B is removed by etching. Thus, the first insulating layer 17 made of the insulating material 17A and the second insulating layer 18 made of the oxide 17B are stacked on the surface A in this order. 3A to 3C show a cross-sectional configuration of the ridge portion 22 and its peripheral region.

次に、ｐ側コンタクト層１６の表面から第２絶縁層１８の表面までの連続した表面上にｐ側電極１９を、ｎ側コンタクト層１２の露出領域上にｎ側電極２０をそれぞれ形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ素子１が製造される。   Next, the p-side electrode 19 is formed on the continuous surface from the surface of the p-side contact layer 16 to the surface of the second insulating layer 18, and the n-side electrode 20 is formed on the exposed region of the n-side contact layer 12. In this way, the semiconductor laser device 1 of the present embodiment is manufactured.

次に、このようにして得られた半導体レーザ素子１を半田層２５によってヒートシンク２６上に固着させる。   Next, the semiconductor laser device 1 thus obtained is fixed onto the heat sink 26 by the solder layer 25.

このようにしてヒートシンク２６上に実装された半導体レーザ素子１では、ｐ側電極１９とｎ側電極２０との間に所定の電圧が印加されると、活性層１４に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が起きる。この光は、両端の反射鏡膜によって反射されてレーザ発振し、ビームとなって外部に射出される。   In the semiconductor laser device 1 thus mounted on the heat sink 26, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 19 and the n-side electrode 20, a current is injected into the active layer 14, and electron − Light emission occurs due to hole recombination. This light is reflected by the reflecting mirror films at both ends, oscillates, and is emitted as a beam.

このとき、半導体レーザ素子１内では、高電流密度によるジュール熱が発生しているが、このジュール熱はヒートシンク２６側へ放散されると共に、第１絶縁層１７および第２絶縁層１８を介してリッジ部２２側へ放散される。   At this time, Joule heat due to a high current density is generated in the semiconductor laser element 1, but this Joule heat is dissipated to the heat sink 26 side and via the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18. Dissipated to the ridge 22 side.

このように、本実施の形態の半導体レーザ素子１では、放熱性の考慮された電流狭窄用の絶縁層（第１絶縁層１７および第２絶縁層１８）を用いるようにしているので、ジュール熱を双方向へ放散させることができる。これにより、熱抵抗が下がり、効率よく放散することができ、その結果、放熱効率を向上させることができる。   As described above, in the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, the current confinement insulating layers (the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18) in consideration of heat dissipation are used. Can be diffused in both directions. As a result, the thermal resistance can be reduced and efficiently dissipated, and as a result, the heat dissipation efficiency can be improved.

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可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified.

例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子１として窒化物半導体レーザを挙げ、その組成および構成について具体的に例示して説明したが、本発明は、他の組成や構造を有する半導体レーザ素子についても同様に適用することができるものである。   For example, in the above embodiment, a nitride semiconductor laser is cited as the semiconductor laser element 1, and its composition and configuration are specifically exemplified and described. However, the present invention relates to a semiconductor laser element having other composition and structure. Can be applied similarly.

また、上記実施の形態では、ｎ側電極２０をｎ側コンタクト層１２の露出領域に設けるようにしていたが、基板１１の裏面側に設けるようにしてもよい。   In the above embodiment, the n-side electrode 20 is provided in the exposed region of the n-side contact layer 12, but may be provided on the back side of the substrate 11.

また、上記実施の形態では、半導体レーザ素子１をヒートシンク２６上にｐサイドアップとなるように固着していたが、ｐサイドダウンとなるように固着してもよい。このような構成とした場合には、上記実施の形態よりもリッジ部２２がヒートシンク２６寄りに配置されることとなるので、ジュール熱は、上記実施の形態よりもヒートシンク２６を介してより多く放散されるようになる。このように、ｐサイドダウンとした場合の方がｐサイドアップとした場合よりも、熱抵抗がより下がり、より効率よく放散することができ、その結果、放熱効率をより向上させることができる。   In the above embodiment, the semiconductor laser element 1 is fixed on the heat sink 26 so as to be p-side up, but may be fixed so as to be p-side down. In such a configuration, since the ridge portion 22 is disposed closer to the heat sink 26 than in the above embodiment, more Joule heat is dissipated through the heat sink 26 than in the above embodiment. Will come to be. As described above, when the p side is down, the thermal resistance is lower and the heat can be more efficiently dissipated than when the p side is up, and as a result, the heat dissipation efficiency can be further improved.

また、上記実施の形態では、電流狭窄用の絶縁層を、高い熱伝導率を有する第１絶縁層１７と、高い絶縁性および高い放熱性を有する第２絶縁層１８とにより構成するようにしていたが、図４に示したように、第１絶縁層１７と、第２絶縁層１８と、第２絶縁層１８のうちｐ型クラッド層１５と対応する領域上に設けられた第１絶縁層２７と、第１絶縁層２７上に設けられた第２絶縁層２８とにより構成するようにしてもよい。   In the above embodiment, the current confinement insulating layer is constituted by the first insulating layer 17 having high thermal conductivity and the second insulating layer 18 having high insulation and high heat dissipation. However, as shown in FIG. 4, the first insulating layer 17, the second insulating layer 18, and the first insulating layer provided on the region of the second insulating layer 18 corresponding to the p-type cladding layer 15. 27 and the second insulating layer 28 provided on the first insulating layer 27 may be used.

ここで、これら第１絶縁層２７および第２絶縁層２８は、第１絶縁層１７および第２絶縁層１８と同様、共通の母材により構成される。具体的には、第１絶縁層２７は、第１絶縁層１７と同様、酸素を含有していない絶縁材料を含んで構成され、ＳｉＯ２やＺｒＯｘなどと比べて高い熱伝導率を有する。一方、第２絶縁層２８は、第２絶縁層１８と同様、第１絶縁層２７の表面を例えば水蒸気などで酸化することにより形成されている。これにより、第２絶縁層２８は、第２絶縁層１８と同様、膜厚が薄いにも拘わらず、高い絶縁性および高い放熱性を有する。   Here, like the first insulating layer 17 and the second insulating layer 18, the first insulating layer 27 and the second insulating layer 28 are made of a common base material. Specifically, like the first insulating layer 17, the first insulating layer 27 includes an insulating material that does not contain oxygen, and has a higher thermal conductivity than SiO 2, ZrO x, and the like. On the other hand, like the second insulating layer 18, the second insulating layer 28 is formed by oxidizing the surface of the first insulating layer 27 with, for example, water vapor. Thereby, the 2nd insulating layer 28 has high insulation and high heat dissipation, like the 2nd insulating layer 18, although the film thickness is thin.

このような構成とすることにより、半導体レーザ素子１の容量を小さくすることができる。これにより、放熱性を向上させると共に、変調特性を向上させることができる。   By setting it as such a structure, the capacity | capacitance of the semiconductor laser element 1 can be made small. Thereby, it is possible to improve heat dissipation and improve modulation characteristics.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の概略構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing schematic structure of the semiconductor laser element which concerns on one embodiment of this invention. 図１の半導体レーザ素子の概略構成を表す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the semiconductor laser element of FIG. 1. 図１の半導体レーザ素子の製造工程の一部を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the semiconductor laser element of FIG. 1. 図１の半導体レーザ素子の変形例の概略構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing schematic structure of the modification of the semiconductor laser element of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…半導体レーザ素子、１１…基板、１２…ｎ側コンタクト層、１３…ｎ型クラッド層、１４…活性層、１５…ｐ型クラッド層、１６…ｐ側コンタクト層、１７…第１絶縁層、１７Ａ…絶縁材料、１７Ｂ…酸化物、１８…第２絶縁層、１９…ｐ側電極、２０…ｎ側電極、２１…配線層、２２…リッジ部、２３，２４…配線、２５…半田層、２６…ヒートシンク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 11 ... Substrate, 12 ... N-side contact layer, 13 ... N-type cladding layer, 14 ... Active layer, 15 ... P-type cladding layer, 16 ... P-side contact layer, 17 ... First insulating layer, 17A ... insulating material, 17B ... oxide, 18 ... second insulating layer, 19 ... p-side electrode, 20 ... n-side electrode, 21 ... wiring layer, 22 ... ridge portion, 23, 24 ... wiring, 25 ... solder layer, 26 ... Heat sink.

Claims (5)

基板上に第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された半導体層を備えると共に、前記第２導電型層の上部にストライプ状のリッジ部を有する半導体レーザ素子であって、
前記リッジ部の側面から前記第２導電型層の表面までの連続した表面上に形成され、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮを含んで構成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の表面を酸化することにより形成された第２絶縁層と
を備えた半導体レーザ素子。 A semiconductor laser comprising a semiconductor layer formed by laminating a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer in this order on a substrate, and having a striped ridge portion above the second conductivity type layer An element,
A first insulating layer formed on a continuous surface from the side surface of the ridge portion to the surface of the second conductivity type layer and comprising AlN, BN, SiC, GaN, or AlGaInN;
Semiconductors laser device and a second insulating layer formed by oxidizing the surface of the first insulating layer. 前記第２絶縁層は、０ｎｍより大きく１０ｎｍより小さな膜厚を有する
請求項１記載の半導体レーザ素子。 The second insulating layer, a semiconductor laser device according to claim 1, wherein that having a smaller thickness than the larger 10nm than 0 nm. 前記第２絶縁層の表面上に多層構造の金属層を備え、
この金属層のうち前記第２絶縁層の表面と接する層は、Ｔｉ、ＮｉまたはＰｄを含んで構成される
請求項１記載の半導体レーザ素子。 A metal layer having a multilayer structure on the surface of the second insulating layer;
Wherein one of the metal layer surface in contact layer of the second insulating layer, Ti, semiconductor laser device according to claim 1, wherein that consists contain Ni or Pd. 前記金属層は、１μｍ以上の膜厚を有する
請求項３記載の半導体レーザ素子。 The metal layer, a semiconductor laser device according to claim 3, wherein that having a thickness of at least 1 [mu] m. 前記リッジ部の上部側に放熱部材を備える
請求項１記載の半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the Ru with the heat radiating member on the upper side of the ridge portion.
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