WO2001065614A1 - Semiconductor laser device - Google Patents

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Masayuki Saitoh
Hirofumi Kan
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a structure of a semiconductor laser device for radiating heat generated from an active layer.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional semiconductor laser device.
  • Reference numeral 10 denotes a semiconductor laser element
  • reference numeral 11 denotes an LD (laser diode)
  • reference numeral 12 denotes an active layer
  • reference numeral 13 denotes a Cr layer
  • reference numeral 14 denotes an Au layer
  • reference numeral 15 denotes an Au layer.
  • Reference numeral 16 denotes an Au—Ge layer
  • reference numeral 17 denotes an Au layer
  • reference numeral 30 denotes a metal base
  • reference numeral 31 denotes a metal block
  • reference numeral 40 denotes a conductive adhesive.
  • the semiconductor laser element 10 is bonded to the metal base 30 with a conductive adhesive 40 in order to radiate heat generated in the active layer 12.
  • the metal base 30 functions as a heat sink.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of another semiconductor laser device.
  • This device is disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-31085.
  • a silicon submount 20 is inserted between the semiconductor laser element 10 and the metal base 30 in order to radiate the heat generated in the light emitting section 12 shown in FIG. Are brazed with gold and silicon brazing materials 50 and 60.
  • the silicon submount 20 is made of a heat sink having a thermal expansion coefficient close to that of the material constituting the semiconductor laser device.
  • the conductive adhesive 40 wraps around the resonator surface of the active layer 12 or the conductive adhesive 40 adheres during bonding. There was a problem that the surface was contaminated and defective products were generated. In addition, there is a problem that sufficient heat dissipation efficiency cannot be obtained due to generation of voids inside the conductive adhesive 40. Also in the semiconductor laser device shown in FIG. 5, there is a problem that the resonator surface is contaminated by the brazing material 50 wrapping around the resonator surface of the active layer 12 and a defective product may be generated. was there.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of efficiently radiating heat generated in an active layer without contaminating the resonator surface of the semiconductor laser element.
  • a semiconductor laser device includes a semiconductor laser device having a heat sink interposed between a semiconductor laser device having an active layer and a metal base member.
  • a metal layer and an Au layer are provided on a surface of the front and back surfaces closer to the active layer, a metal layer and an Au layer are provided on a surface of the heat sink on the semiconductor laser element side, and provided on the semiconductor laser element.
  • the Au layer provided on the heat sink is joined to the Au layer. It is preferable that the base member and the heat sink are bonded with a conductive adhesive or bonded using a metal layer and an Au layer in the same manner as described above.
  • the present semiconductor laser device includes a semiconductor laser element, a metal base member, and a heat sink interposed between the semiconductor laser element and the metal base member.
  • a first metal layer for improving the adhesion between gold and the semiconductor laser device is provided on the surface on which the layer is formed, and a first Au layer is provided on the upper surface of the first metal layer.
  • a second metal layer and a second Au layer are provided on the upper surface of the second metal layer to prevent eutectic growth.
  • the surface of the semiconductor laser device on which the first Au layer is provided and the second Au layer of the heat sink are provided. The surface provided is directly bonded, and the surface opposite to the surface directly bonded to the heat sink semiconductor laser element is bonded to a metal base member with a conductive adhesive.
  • the cavity surface of the semiconductor laser element is not contaminated.
  • the surface of the semiconductor laser device on which the active layer is formed and the heat sink are directly connected. Since the semiconductor laser element and the heat sink can be joined with good adhesion, heat generated in the active layer can be efficiently radiated directly to the silicon submount.
  • a semiconductor laser device of the present invention includes a semiconductor laser element, a metal base member, and a heat sink interposed between the semiconductor laser element and the metal base member.
  • the semiconductor laser device is provided with a first metal layer for improving the adhesion between gold and the semiconductor laser device on the surface side on which the active layer is formed, and a first Au layer on the upper surface thereof.
  • a metal base member has gold and metal A third metal layer for improving adhesion to the base member and a third Au layer on the upper surface thereof are provided.
  • the surface of the semiconductor laser element on which the first A11 layer is provided and the second layer of the heat sink are provided.
  • One side provided with the Au layer and the other side provided with the second Au layer of the heat sink are made of metal.
  • the 3 Au layer is provided face of the base member, but is characterized in that it it is constituted by being bonded
  • the semiconductor laser device can be configured at one time, and the working efficiency can be improved. Further, since the semiconductor laser element and the heat sink are directly joined, the cavity surface of the semiconductor laser element is not contaminated. In addition, since the cavity surface is not contaminated, the surface of the semiconductor laser element on which the active layer is formed can be directly joined to the heat sink, which allows the semiconductor laser element and the heat sink to adhere to each other. Because of the good bonding, the heat generated in the active layer can be efficiently radiated directly to the silicon submount.
  • the semiconductor laser device of the present invention may be characterized in that the heat sink is made of silicon and the second metal layer prevents eutectic of gold and silicon.
  • Silicon has a thermal expansion coefficient similar to that of compound semiconductors such as GaAs that form a semiconductor laser device.Since the heat sink is made of silicon, heat generated in the active layer can be more efficiently generated. Disperse and dissipate heat.
  • the second metal layer for preventing eutectic between gold and silicon is inserted between the second All layer and the heat sink made of silicon, the second Au layer and the heat sink made of silicon are shared. It is possible to prevent the brazing material from being crystallized and to prevent contamination of the resonator surface of the active layer by the gold-silicon brazing material.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a graph comparing the temperature rise when the semiconductor laser device according to the first embodiment and the conventional semiconductor laser device are operated.
  • FIG. 4 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device.
  • FIG. 5 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser device according to the first embodiment includes a semiconductor laser element 10, a silicon submount 20, and a metal base 30.
  • the semiconductor laser element 10 includes a laser diode (LD) 11 including an active layer 12 made of GaAs, a Cr (metal) layer having a thickness of 10 to 30 nm; An electrode composed of a 0 ⁇ layer 14 having a thickness of 300 to 100 O nm, an Au layer 15 having a thickness of l O nm, an Au—Ge layer 16 having a thickness of 250 nm, and a film An electrode made of an Au layer 17 having a thickness of 75 nm.
  • LD laser diode
  • An electrode composed of a 0 ⁇ layer 14 having a thickness of 300 to 100 O nm, an Au layer 15 having a thickness of l O nm, an Au—Ge layer 16 having a thickness of 250 nm, and a film
  • the silicon submount 20 has a p-type silicon layer 21 serving as a heat sink, a Cr (metal) layer 22 having a thickness of 10 to 30 nm, and a p-type silicon layer 21 having a thickness of 300 to 100 nm.
  • the metal base 30 is a metal block 31 made of Cu. Have.
  • the Au layer 14 of the semiconductor laser element 10 is directly bonded to the ⁇ ⁇ layer 23 of the silicon submount 20, and the Au layer 23 of the silicon submount 20 and the metal block 31 of the metal base 30 are connected. Are adhered with a conductive adhesive 40 made of tin solder, thereby constituting the semiconductor laser device of the first embodiment.
  • the semiconductor laser device 10 and the silicon submount 20 are directly bonded, so that the cavity surface of the active layer 12 is contaminated.
  • the yield is good because no defective products are generated.
  • the direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor laser element 10 is set as the longitudinal direction of the resonator, and laser light is emitted from an end face (resonator surface) in the longitudinal direction.
  • the surface of the semiconductor laser element 10 where the active layer 12 is formed is The semiconductor laser element 10 and the silicon submount 0 are bonded together with good adhesion, and the heat generated in the active layer 12 is directly radiated efficiently to the silicon submount 20 .
  • a Cr layer 22 for preventing eutectic of silicon with gold is inserted between the Au layer 23 and the silicon (S) layer 21, the Au layer 23 and the silicon layer 21 It is possible to prevent the formation of a brazing material by eutectic with, and to prevent contamination of the resonator surface of the active layer 12 by the gold or silicon brazing material. In addition, by providing the Cr layer 13 and the Cr layer 22, peeling of the Au layer 14 and the Au layer 23 can be prevented.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • the semiconductor laser device includes a semiconductor laser element 10, a silicon submount 20, and a metal base 30.
  • the semiconductor laser device 10 is composed of an LD 11 made of GaAs including an active layer 12 and a film thickness of 10 to 30 111 ⁇ 1? (Metal) Layer 13, Electrode consisting of 300 nm thick; Au layer 14 of L 0 O nm, Au layer 15 of 10 nm thick, and Au of 25 nm thick — G It has an e-layer 16 and an electrode made of an Au layer 17 having a thickness of 7500 nm.
  • the silicon submount 20 has a p-type silicon layer 21 serving as a heat sink, a Cr (metal) layer 22 having a thickness of 10 to 30 nm, and a p-type silicon layer 21 having a thickness of 300 to 100 nm.
  • the metal base 30 has a metal probe 31 made of Cu, a Cr (metal) layer 32, and an Au layer 33.
  • Au layer 14 of semiconductor laser device 10 Au layer 23 of silicon submount 20, and silicon submount provided on the side opposite to the surface of semiconductor laser device 10 facing Au layer 14
  • the Au layer 23 of 20 and the Au layer 33 of the metal base 30 are simultaneously directly bonded, thereby constituting the semiconductor laser device of the second embodiment.
  • the thickness of the metal layers 13, 22 and Z or the metal layer 32 is not less than 10 nm and not more than 3 O nm.
  • the thickness of the metal layers 13 and 22 is smaller than the above lower limit, the adhesive strength decreases, and when the thickness is larger than the above upper limit, the production cost increases.
  • the thickness of the All layer 14, the Au layer 23 and the Z or Au layer 33 is not less than 300 nm and not more than 100 nm.
  • the thickness of the Au layers 14, 23, and 33 is smaller than the above lower limit, the adhesive strength decreases, and when the thickness is larger than the above upper limit, the production cost increases.
  • the semiconductor laser device 10 the silicon submount 20 and the metal base 30 are directly joined, so that the semiconductor laser device And work efficiency can be improved. Further, since the semiconductor laser element 10 and the silicon submount 20 are directly bonded, the resonator surface of the active layer 12 is not contaminated, and defective products are less likely to occur, so that the yield is good.
  • the semiconductor laser device since the cavity surface of the active layer 12 is not contaminated, the semiconductor laser device
  • the brazing material is formed by the eutectic of the Au layer 23 and the silicon layer 21. Therefore, contamination of the resonator surface of the active layer 12 by the gold / silicon brazing material can be prevented. Further, by providing the Cr layer 13 and the Cr layer 22, peeling of the Au layer 14 and the Au layer 23 can be prevented.
  • the semiconductor FIG. 3 shows a graph of the temperature rise of the laser element 10.
  • the rise temperature of the semiconductor laser device of FIG. 1 with the area of the silicon submount 20 changed is also shown.
  • the semiconductor laser device of the first embodiment shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, as compared with the conventional semiconductor laser device shown in FIG. 4 without the silicon submount 20, the semiconductor laser device of the first embodiment shown in FIG. In the example, the temperature rise of the semiconductor element 10 was greatly reduced, and it was possible to reduce the temperature rise by about 60% in the case of the CW-laser and about 90% in the case of the Q-CW-laser. It can also be seen that increasing the area of the silicon submount 20 can further reduce the temperature rise.
  • the material of the LD 11 is not limited to GaAs, but may be another semiconductor such as InGaAs.
  • the silicon layer 21 is used as the heat sink, diamond or the like having a thermal expansion coefficient similar to that of the LD 11 may be used as the heat sink.
  • C11 has been described as a material of the metal block 31, any material having a good thermal conductivity such as CuW, Kovar metal, or SiC may be used.
  • the conductive adhesive 40 tin solder is used as the conductive adhesive 40. However, other conductive adhesives such as silver paste and lead-tin tin may be used.
  • Cr has been cited as a metal that prevents eutectic of gold (Au) and silicon (Si) and enhances adhesion to the Au layer.
  • Ti, Pt, Mo, etc. Any material can be used as long as it can prevent crystallization and has good adhesion to the LD 11, the silicon layer 21, the metal block 31, and the Au layer. Further, the types of metal layers provided on the LD 11, the silicon layer 21, and the metal block 31 may not be the same. If the heat sink is made of a material other than silicon (Si), the type of metal material that prevents the eutectic of gold and heat sink material and improves the adhesion to the Au layer will of course change. .
  • the cavity surface of the active layer of the semiconductor laser element is not contaminated, and a defective product is obtained.
  • the yield is good because it is hard to generate.
  • the surface of the semiconductor laser device on which the active layer is formed can be directly bonded to the silicon submount, which allows the semiconductor laser device to be connected to the heat sink. Are bonded together with good adhesion, so that heat generated in the active layer can be directly and efficiently radiated to the heat sink.
  • a metal layer is inserted between the Au layer and the heat sink to prevent the eutectic of the gold and the heat sink material and increase the adhesion to the Au layer. It is possible to prevent the brazing material from being crystallized and to prevent contamination of the resonator surface of the active layer by the brazing material with gold and a heat sink material.
  • the present invention can be used for a semiconductor laser device.

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Description

明細書
半導体レーザ装置
技術分野
本発明は、 半導体レーザ装置に関し、 特に活性層からの発熱を放熱するための 半導体レーザ装置の構造に関する。
背景技術
図 4は従来の半導体レーザ装置の縦断面図である。 符号 1 0は半導体レ一ザ素 子、 符号 1 1は L D (レーザダイオード） 、 符号 1 2は活性層、 符号 1 3は C r 層、 符号 1 4は A u層、 符号 1 5は Au層、 符号 1 6は Au— G e層、 符号 1 7 は A u層、 符号 3 0は金属ベース、 符号 3 1は金属ブロック、 符号 4 0は導電性 接着剤を示す。 半導体レ一ザ素子 1 0は、 活性層 1 2で発生する熱を放熱するた め、 金属ベース 3 0に導電性接着剤 4 0で接着されている。 金属べ一ス 3 0はヒ —トシンクとしての機能する。
図 5は別の半導体レーザ装置の縦断面図である。 本装置は、 特閧昭 5 9 - 3 1 0 8 5号公報に開示されている。 この装置においては、 図 4に示した発光部 1 2 で発生する熱を放熱するため、 半導体レ一ザ素子 1 0と金属ベース 3 0との間に、 シリコンサブマウント 2 0を挿入し、 それぞれが金 ·シリコンろう材 5 0および 6 0でろう付けされることにより構成されている。 なお、 シリコンサブマウント 2 0は、 半導体レーザ素子を構成する材料と熱膨張係数の近いヒートシンクから なる。
発明の開示
しかしながら、 図 4に示す半導体レーザ装置では、 導電性接着剤 4 0が活性層 1 2の共振器面に回り込んだり、 接着の際に導電性接着剤 4 0が付着するなどし て、 共振器面が汚染され、 不良品が発生するという問題があった。 また、 導電性 接着剤 4 0内部でのボイドの発生により充分な放熱効率が得られないという問題 があった。 また、 図 5に示す半導体レーザ装置においても、 ろう材 5 0が活性層 1 2の共 振器面に回り込むことにより共振器面が汚染され、 不良品が発生する可能性があ るといった問題点があった。
そこで本発明は、 半導体レーザ素子の共振器面が汚染されることがなく、 活性 層で発生した熱を効率よく放熱することが可能な半導体レーザ装置を提供するこ とを目的とする。
上記問題を解決するために、 本発明の半導体レーザ装置は、 活性層を有する半 導体レーザ素子と金属製のベース部材との間に介在するヒートシンクを備えた半 導体レーザ装置において、 前記半導体レーザ素子の表裏面のうち前記活性層に近 い方の面に金属層及び A u層を設け、 前記ヒートシンクの前記半導体レーザ素子 側の面に金属層及び Au層を設け、 前記半導体レーザ素子に設けられた前記 Au 層と前記ヒートシンクに設けられた前記 Au層とを接合してなることを特徴とす る。 なお、 ベ一ス部材と前記ヒートシンクは導電性接着剤で接着されているか、 上記と同様に金属層と A u層を用いて接合されていることが好ましい。
すなわち、 本半導体レーザ装置は、 半導体レーザ素子と、 金属製のベース部材 と、 半導体レーザ素子と金属製のベ一ス部材との間に介在されるヒートシンクと を備え、 半導体レーザ素子には、 活性層の形成された面側に、 金と半導体レーザ 素子との密着性を高める第 1金属層とその上面に第 1 A u層とが設けられており、 ヒートシンクには、 金とヒートシンクとの密着性を高め、 共晶を防く、第 2金属層 とその上面に第 2 Au層とが設けられており、 半導体レーザ素子の第 1 A u層を 設けた面とヒートシンクの第 2 Au層を設けた面とが直接接合され、 ヒートシン クの半導体レーザ素子が直接接合された面の反対側の面と金属製のベース部材と が導電性接着剤で接着されることにより構成されることを特徴とする。
このように、 半導体レーザ素子とヒートシンクが直接接合されるため、 半導体 レーザ素子の共振器面が汚染されることがない。 また、 共振器面が汚染されるこ とがないため、 半導体レーザ素子の活性層が形成された面とヒートシンクとを直 接接合することができ、 これより半導体レーザ素子とヒートシンクとが密着性よ く接合されるため、 活性層での発熱が直接シリコンサブマントに効率よく放熱す ることが可能となる。
また、 本発明の半導体レーザ装置は、 半導体レ一ザ素子と、 金属製のベ一ス部 材と、 半導体レーザ素子と金属製のベ一ス部材との間に介在されるヒートシンク とを備え、 半導体レーザ素子には、 活性層の形成された面側に、 金と半導体レー ザ素子との密着性を高める第 1金属層とその上面に第 1 A u層とが設けられてお り、 ヒートシンクには、 金とヒートシンクとの密着性を高め、 共晶を防ぐ第 2金 属層とその上面に第 2 Au層とが設けられており、 金属製のベース部材には、 金 と金属製のベース部材との密着性を高める第 3金属層とその上面に第 3 A u層と が設けられており、 半導体レ一ザ素子の第 1 A 11層が設けられた面とヒートシン クの第 2 A u層が設けられた一の片面と、 ヒートシンクの第 2 A u層が設けられ た他の片面と金属製のベース部材の第 3 Au層が設けられた面と、 がそれそれが 接して直接接合されることにより構成されることを特徴とする。
このように、 半導体レーザ素子とヒートシンクと金属ベースとが直接接合され るため、 一度に半導体レーザ装置を構成することができ、 作業効率の向上を図る ことができる。 また、 半導体レーザ素子とヒートシンクが直接接合されるため、 半導体レーザ素子の共振器面が汚染されることがない。 また、 共振器面が汚染さ れることがないため、 半導体レ一ザ素子の活性層が形成された面とヒートシンク とを直接接合することができ、 これより半導体レーザ素子とヒートシンクとが密 着性よく接合されるため、 活性層での発熱が直接シリコンサブマントに効率よく 放熱することが可能となる。
また、 本発明の半導体レーザ装置は、 ヒ一トシンクがシリコンからなり、 第 2 金属層が金とシリコンとの共晶を防く、ことを特徴としてもよい。 シリコンは、 半 導体レーザ素子を形成する G a A s等の化合物半導体と熱膨張係数が同程度であ り、 ヒートシンクがシリコンからなることにより、 活性層での発熱をより効率よ く分散させ、 放熱することができる。 また、 第 2 All層とシリコンからなるヒー トシンクとの間に、 金とのシリコンとの共晶を防ぐ第 2金属層が挿入されている ため、 第 2 Au層とシリコンからなるヒートシンクとの共晶によるろう材化を防 く、ことができ、 金 ·シリコンろう材による活性層の共振器面の汚染を防ぐことが できる。
図面の簡単な説明
図 1は第 1実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
図 2は第 2実施形態に係る半導体レ一ザ装置の断面図である。
図 3は第 1実施形態に係る半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置を動作 させた場合の上昇温度を比較したグラフである。
図 4は従来の半導体レーザ装置の断面図である。
図 5は従来の半導体レーザ装置の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して本発明にかかる実施形態について説明する。 ただし、 同一要素には同一符号を付し、 重複する説明は省略する。
図 1に、 第 1実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図を示す。 第 1実施形態 に係る半導体レ一ザ装置は、 半導体レ一ザ素子 1 0と、 シリコンサブマウント 2 0と、 金属ベース 3 0とを備えて構成されている。
半導体レーザ素子 1 0は、 G a A sからなる活性層 1 2を含むレーザダイォ一 ド （L D ) 1 1と、 膜厚 1 0〜3 0 nmの C r (金属） 層; 1 3と、 膜厚 3 0 0〜 1 0 0 O nmの Α τι層 1 4からなる電極と、 膜厚 l O nmの A u層 1 5と膜厚 2 5 0 nmの Au— G e層 1 6と、 膜厚 7 5 0 nmの Au層 1 7からなる電極とを 有している。
シリコンサブマウント 2 0は、 ヒートシンクとなる p型のシリコン層 2 1と、 膜厚 1 0〜3 0 nmの C r (金属） 層 2 2と、 膜厚 3 0 0から 1 0 0 0 nmの A u層 2 3とを有している。 金属べ一ス 3 0は、 C uからなる金属ブロック 3 1を 有している。
半導体レーザ素子 1 0の Au層 1 4とシリコンサブマウント 2 0の Α ιι層 2 3 とは直接接合されており、 シリコンサブマウント 2 0の Au層 2 3と金属ベース 3 0の金属ブロック 3 1とは錫ハンダからなる導電性接着剤 4 0で接着されてお り、 これにより第 1実施形態の半導体レーザ装置が構成されている。
図 1に示す第 1実施形態の半導体レーザ装置の構造によれば、 半導体レーザ素 子 1 0とシリコンサブマウント 2 0が直接接合されるため、 活性層 1 2の共振器 面が汚染されることがなく、 不良品が発生しにくいため歩留まりがよい。 なお、 活性層 1 2は、 半導体レーザ素子 1 0の厚み方向に直交する方向を共振器長手方 向とし、 この長手方向の端面 （共振器面） からレ一ザ光は出射される。
本実施形態の半導体レーザ装置においては、 活性層 1 2の共振器面が汚染され ることがないため、 半導体レ一ザ素子 1 0の活性層 1 2が形成された面とシリコ ンサブマウント 2 0とを直接接合することができ、 これより半導体レーザ素子 1 0とシリコンサブマウント 0とが密着性よく接合され、 活性層 1 2での発熱が 直接シリコンサブマント 2 0に効率よく放熱される。
更に、 Au層 2 3とシリコン （S ） 層 2 1との間に、 金とのシリコンとの共 晶を防ぐ C r層 2 2が挿入されているため、 Au層 2 3とシリコン層 2 1との共 晶によるろう材化を防く、ことができ、 金，シリコンろう材による活性層 1 2の共 振器面の汚染を防ぐことができる。 また、 C r層 1 3および C r層 2 2を設ける ことにより、 A u層 1 4および Au層 2 3の剥離を防く、ことができる。
図 2は第 2実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
本実施形態に係る半導体レーザ装置は、 半導体レーザ素子 1 0と、 シリコンサ ブマウント 2 0と、 金属ベース 3 0とを備えて構成されている。
半導体レーザ素子 1 0は、 活性層 1 2を含む G a A sからなる L D 1 1と、 膜 厚 1 0〜3 0 111の〇1？ (金属） 層 1 3と、 膜厚 3 0 0〜； L 0 0 O nmの Au層 1 4からなる電極と、 膜厚 1 0 nmの Au層 1 5と、 膜厚 2 5 0 nmの Au— G e層 1 6と、 膜厚 7 5 0 nmの Au層 1 7からなる電極とを有している。
シリコンサブマウント 2 0は、 ヒートシンクとなる p型のシリコン層 2 1と、 膜厚 1 0〜3 0 nmの C r (金属） 層 2 2と、 膜厚 3 0 0から 1 0 0 0 nmの A u層 2 3とを有している。 金属べ一ス 3 0は、 C uからなる金属プロヅク 3 1と、 C r (金属） 層 3 2と、 Au層 3 3とを有している。
半導体レーザ素子 1 0の Au層 1 4と、 シリコンサブマウント 2 0の Au層 2 3と、 半導体レーザ素子 1 0の Au層 1 4と対面している面と反対側に設けられ たシリコンサブマウント 2 0の Au層 2 3と、 金属べ一ス 3 0の Au層 3 3とは 同時に直接接合され、 これにより第 2実施形態の半導体レーザ装置が構成されて いる。
すなわち、 金属層 1 3、 金属層 2 2及び Z又は金属層 3 2の厚みは 1 0 nm以 上であり、 また、 3 O nm以下である。 金属層 1 3， 2 2の厚みが上記下限より も小さい場合には接着力が低下し上記上限よりも大きい場合には製造コス卜が増 加する。
また、 A ll層 1 4、 A u層 2 3及び Z又は A u層 3 3の厚みは、 3 0 0 nm以 上であり、 また、 l O O O nm以下である。 A u層 1 4 , 2 3， 3 3の厚みが上 記下限よりも小さい場合には接着力が低下し上記上限よりも大きい場合には製造 コス卜が増加する。
図 2に示す第 2実施形態の半導体レーザ装置の構造によれば、 半導体レーザ素 子 1 0とシリコンサブマウント 2 0と金属べ一ス 3 0とが直接接合されるため、 一度に半導体レーザ装置を構成することができ、 作業効率の向上を図ることがで きる。 また、 半導体レ一ザ素子 1 0とシリコンサブマウント 2 0が直接接合され るため、 活性層 1 2の共振器面が汚染されることがなく、 不良品が発生しにくい ため歩留まりがよい。
また、 活性層 1 2の共振器面が汚染されることがないため、 半導体レーザ素子
1 0の活性層 1 2が形成された面とシリコンサブマウント 2 0とを直接接合する ことができ、 これより半導体レーザ素子 10とシリコンサブマウント 20とが密 着性よく接合されるため、 活性層 12での発熱を直接且つ効率よくシリコンサブ マント 20に放熱することが可能となる。
更に、 Au層 23とシリコン層 21との間に、 金とのシリコンとの共晶を防ぐ Cr層 22が挿入されているため、 Au層 23とシリコン層 21との共晶による ろう材ィ匕を防ぐことができ、 金 ·シリコンろう材による活性層 12の共振器面の 汚染を防く、ことができる。 また、 Cr層 13および Cr層 22を設けることによ り、 Au層 14および Au層 23の剥離を防く、ことができる。
次に、 図 1に示した第 1実施形態に係る半導体レーザ装置と、 図 4に示した従 来の半導体レーザ装置において、 電流を 1 OAから 3 OAに増加して動作させた 場合の、 半導体レーザ素子 10の上昇温度のグラフを図 3に示す。 ここで、 図 1 の半導体レーザ装置におけるシリコンサブマウント 20の面積を変化させたもの についての上昇温度も示した。
図 3から分かるように、 シリコンサブマウント 20を設けていない図 4に示し た従来の半導体レーザ装置と比較して、 シリコンサブマウント 20を設けた図 1 に示した第 1実施形態の半導体レーザ装置では、 半導体素子 10の温度上昇が大 きく低減しており、 CW—レーザの場合は約 60%、 Q— CW—レーザの場合は 約 90%程度温度上昇を低減することが可能であった。 また、 シリコンサブマウ ント 20の面積を大きくすることにより、 温度上昇をより低減させることができ ることが分かる。
なお、 第 1および第 2実施形態はこれに限られるものではない。 LD 11の材 料は GaAsに限られず、 I nGaAsなど他のィ匕合物半導体でもよい。 また、 ヒートシンクとしてシリコン層 21を用いたが、 LD 11と熱膨張係数が同程度 のダイヤモンド等をヒートシンクとして使用してもよい。 また、 金属ブロック 3 1の材料として C 11を挙げたが、 CuW， コバール金属、 SiCなど、 熱伝導率 のよい材料であれば何を使用してもよい。 また、 導電性接着剤 40として錫ハン ダを挙げたが、 銀ペーストや鉛一錫など、 他の導電性接着剤を使用してもよい。 更に、 金 （Au) とシリコン （Si) の共晶を防ぎ、 Au層との密着性を高め る金属として Crを挙げたが、 Crの他、 Ti、 Pt、 Moなど、 金とシリコン の共晶を防ぐことができ、 LD 11、 シリコン層 21、 金属プロヅク 31、 およ び Au層との密着性がよい材料であれば何を使用してもよい。 また、 LD 11、 シリコン層 21、 金属プロック 31に設けられる金属層の種類は同一でなくても よい。 なお、 ヒートシンクがシリコン （Si) 以外の材料の場合、 金とヒ一トシ ンクの材料との共晶を防ぎ、 Au層との密着性を高める金属の材料の種類が変わ ることはもちろんである。
以上、 詳細に説明したように、 上記半導体レーザ装置は、 半導体レーザ素子と ヒートシンクが直接接合されるため、 半導体レ一ザ素子の活性層の共振器面が汚 染されることがなく、 不良品が発生しにくいため歩留まりがよい。 また、 活性層 の共振器面が汚染されることがないため、 半導体レーザ素子の活性層が形成され た面とシリコンサブマゥントとを直接接合することができ、 これより半導体レー ザ素子とヒートシンクとが密着性よく接合されるため、 活性層での発熱を直接且 つ効率よくヒートシンクに放熱することが可能となる。
更に、 Au層とヒートシンクとの間に、 金とのヒートシンクの材料との共晶を 防ぎ、 Au層との密着性を高める金属層が挿入されているため、 Au層とヒート シンク材料との共晶によるろう材化を防ぐことができ、 金 ·ヒートシンク材料と のろう材による活性層の共振器面の汚染を防く、ことができる。
これにより、 半導体レーザ素子の活性層の温度上昇を抑制することができ、 半 導体レーザの特性劣化を防ぐことができる。 また、 GaAs等の化合物半導体か らなる光素子とシリコンとの直接接合が可能であることから、 光 '電子集積回路 (OE I C) を実現させることができる。
産業上の利用可能性
本発明は半導体レーザ装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 活性層を有する半導体レーザ素子と金属製のベ一ス部材との間に 介在するヒ一トシンクを備えた半導体レーザ装置において、 前記半導体レーザ素 子の表裏面のうち前記活性層に近い方の面に金属層及び A u層を設け、 前記ヒ一 トシンクの前記半導体レーザ素子側の面に金属層及び A u層を設け、 前記半導体 レーザ素子に設けられた前記 A u層と前記ヒートシンクに設けられた前記 A u層 とを接合してなる半導体レーザ装置。
2 . 前記べ一ス部材と前記ヒートシンクは導電性接着剤で接着されて いることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体レーザ装置。
3 . 前記ベース部材に金属層及び Au層を設け、 前記ヒートシンクに 別の金属層及び Au層を設け、 前記ベース部材に設けられた前記 A 11層と前記ヒ ートシンクに設けらた前記別の A u層とを接合してなる請求の範囲第 1項に記載 の半導体レーザ装置。
4 . 前記ヒートシンクが S iからなり、 前記金属層のいずれかは、 C r、 T i、 P t及び M oからなる群から選択されたいずれか 1つを含むことを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体レーザ装置。
5 . 前記金属層の膜厚が 1 O nm以上であることを特徴とする請求の 範囲第 4項に記載の半導体レーザ装置。
6 . 前記金属層の膜厚が 3◦ nm以下であることを特徴とする請求の 範囲第 5項に記載の半導体レ一ザ装置。
7 . 前記 A u層のいずれかの膜厚は、 3 0 0 nm以上であることを特 徴とする請求の範囲第 6項に記載の半導体レーザ装置。
8 . 前記 Au層のいずれかの膜厚は 1 0 0 0 nm以下であることを特 徴とする請求の範囲第 7項に記載の半導体レーザ装置。
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