JP2006100369A - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 電極層の歪応力のばらつきを低減し、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 厚膜電極層34とボンディングメタル層36との間に半田56と合金化しにくい材料から成るバリアメタル層35を介在させる。バリアメタル層35の厚みは、第5の厚みT5に選ばれ、ボンディングメタル層36の厚みは、第6の厚みT6に選ばれる。したがって、半導体レーザ素子1を半田56によって被接続体55に接続したときの、第1電極部3Aを形成する材料と半田56との合金化の反応は、バリアメタル層34で止まる。また、合金化の反応は、半田56とバリアメタル層35との間のボンディングメタル層全体に一様に生じる。そのため、バリアメタル層35に生じた合金が厚膜電極層34に加える応力は、一様となるので、厚膜電極層34の歪応力のばらつきを低減することができ、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子となる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element having reduced characteristics of strain efficiency and the like by reducing variation in strain stress of an electrode layer.
A barrier metal layer 35 made of a material difficult to be alloyed with solder 56 is interposed between a thick film electrode layer 34 and a bonding metal layer 36. The thickness of the barrier metal layer 35 is selected as the fifth thickness T5, and the thickness of the bonding metal layer 36 is selected as the sixth thickness T6. Therefore, when the semiconductor laser element 1 is connected to the body 55 to be connected by the solder 56, the alloying reaction between the material forming the first electrode portion 3 </ b> A and the solder 56 stops at the barrier metal layer 34. Further, the alloying reaction occurs uniformly in the entire bonding metal layer between the solder 56 and the barrier metal layer 35. Therefore, the stress applied to the thick film electrode layer 34 by the alloy generated in the barrier metal layer 35 is uniform, so that variation in strain stress of the thick film electrode layer 34 can be reduced, and characteristics such as slope efficiency can be reduced. It becomes a good semiconductor laser element.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
従来の技術の半導体レーザ素子は、p型GaAsまたはn型GaAsから成る基板の一表面上に基板と同じ伝導型のAlGaAsから成る第1クラッド層と、その上にAlGaAsから成る活性層と、その上に第1クラッド層と異なる伝導型のAlGaAsから成る第2クラッド層と、その上に第2クラッド層と同じ伝導型のGaAsから成るコンタクト層とが積層されることによって形成される半導体層、およびコンタクト層の一表面上にオーミック接触を取るためのオーミックコンタクト電極層と、その上に接触媒介層と、その上にボンディングメタルとしての電極層とが積層されることによって形成される電極から成る。オーミックコンタクト電極層は、コンタクト層の伝導型がP型であればAuZnなど、半導体層のコンタクト層の伝導型がN型であればAuGeNiなどから成る。オーミックコンタクト電極層は、成膜された後、オーミック接触を取るために、400〜450℃のアロイ工程でコンタクト層と合金化される。接触媒介層を介さずにオーミックコンタクト電極層と電極層とを直接接触させた場合、両者の密着性が悪いので、オーミックコンタクト電極層と電極層とが剥がれやすい。そのため、オーミックコンタクト電極層と電極層との間にたとえばチタンから成る接触媒介層を介在させている(たとえば特許文献1参照)。 A semiconductor laser device of the prior art includes a first clad layer made of AlGaAs of the same conductivity type as a substrate on one surface of a substrate made of p-type GaAs or n-type GaAs, an active layer made of AlGaAs thereon, and A semiconductor layer formed by laminating a second clad layer made of AlGaAs of a different conductivity type from the first clad layer and a contact layer made of GaAs of the same conductivity type as the second clad layer thereon; And an ohmic contact electrode layer for making ohmic contact on one surface of the contact layer, a contact mediating layer thereon, and an electrode formed by laminating an electrode layer as a bonding metal thereon . The ohmic contact electrode layer is made of AuZn if the contact layer has a P-type conductivity, or AuGeNi if the contact type of the semiconductor layer is an N-type. After forming the ohmic contact electrode layer, the ohmic contact electrode layer is alloyed with the contact layer in an alloy process at 400 to 450 ° C. in order to make an ohmic contact. When the ohmic contact electrode layer and the electrode layer are brought into direct contact without going through the contact mediating layer, the adhesion between the two is poor, and the ohmic contact electrode layer and the electrode layer are easily peeled off. Therefore, a contact mediating layer made of, for example, titanium is interposed between the ohmic contact electrode layer and the electrode layer (see, for example, Patent Document 1).
このような半導体レーザ素子をヒートシンクまたはパッケージ等に半田によって融着する場合、電極層を形成する材料と半田とが合金化し、電極層を形成する材料と半田との反応層が形成される。また、電極層を形成する材料と半田とは、半導体レーザ素子に通電したときの温度でも合金化する。したがって、半導体レーザ素子を長時間使用することによって半導体レーザ素子の温度が上昇すると、電極層を形成する材料と半田とが合金化し、反応層が拡大する。反応層は、電極層に比べて熱伝導率がかなり小さいため、反応層の層厚が厚くなると、電極部による放熱効果を著しく損なう。また、反応層は、電極層に比べて硬度が大きいので、反応層の層厚が厚くなるほど反応層が半導体層に与えるストレスは、大きくなる。したがって、反応層の層厚が厚くなると、半導体レーザ素子の信頼性は、著しく低下する。 When such a semiconductor laser element is fused to a heat sink or a package by soldering, the material for forming the electrode layer and the solder are alloyed to form a reaction layer of the material for forming the electrode layer and the solder. Further, the material forming the electrode layer and the solder are alloyed even at the temperature when the semiconductor laser element is energized. Therefore, when the temperature of the semiconductor laser element rises by using the semiconductor laser element for a long time, the material forming the electrode layer and the solder are alloyed, and the reaction layer is expanded. Since the reaction layer has a considerably lower thermal conductivity than the electrode layer, if the reaction layer is thick, the heat dissipation effect by the electrode portion is significantly impaired. In addition, since the reaction layer has a hardness higher than that of the electrode layer, the stress applied to the semiconductor layer by the reaction layer increases as the thickness of the reaction layer increases. Therefore, as the reaction layer becomes thicker, the reliability of the semiconductor laser device is significantly reduced.
このような問題に鑑み、他の従来の技術の半導体レーザ素子では、前述の従来の技術の半導体レーザ素子の電極層の上にバリアメタル層と、バリアメタル層の上に被接続体に接続されるボンディングメタル層とを積層して形成される電極を有するものもある。この電極層は、メッキ法によって積層されたものである。ボンディングメタル層と電極層との間に、半田と合金化しにくいバリアメタル層を設けることによって、ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金化の反応の進行をバリアメタル層で止めることができ、反応層の厚みを薄くすることができる。反応層の厚みを薄くすることによって、反応層による電極部の熱伝導率の低下、および反応層が半導体層に与えるストレスを低減することができる(たとえば特許文献2参照)。 In view of such a problem, another conventional semiconductor laser device is connected to the barrier metal layer on the electrode layer of the above-described conventional semiconductor laser device, and connected to the connected body on the barrier metal layer. Some have an electrode formed by laminating a bonding metal layer. This electrode layer is laminated by a plating method. By providing a barrier metal layer that is difficult to alloy with solder between the bonding metal layer and the electrode layer, the progress of the alloying reaction between the material forming the bonding metal layer and the solder can be stopped by the barrier metal layer. The thickness of the reaction layer can be reduced. By reducing the thickness of the reaction layer, it is possible to reduce the thermal conductivity of the electrode portion due to the reaction layer and the stress applied to the semiconductor layer by the reaction layer (see, for example, Patent Document 2).
半導体レーザ素子の電極の歪応力のばらつきが半導体レーザの特性に影響を与えることがある。たとえば、電極の歪応力にばらつきがある場合、光の放射角に乱れが生じる場合がある。たとえば、活性層の面と水平な方向から角度を変えて見たときに光強度が滑らかに変化しない問題が生じる。また、電極が半導体レーザ素子の活性層に応力をおよぼし、活性層に転移が生じることがある。転移のある場所では、半導体レーザ素子に通電しても、非発光再結合を引き起こし、多量の熱を発生させるのみで、光を放出しない。また、半導体レーザ素子に通電することによって発生する熱により、活性層に生じた転移を中心として、活性層に転移が広がる。そのため、半導体レーザ素子に通電し続けると、活性層に生じた転移を中心として、転移が増殖し、最終的に半導体レーザ素子は、発振しなくなる。したがって、電極の歪応力のばらつきによって活性層に転移が発生すると、半導体レーザ素子のスロープ効率の低下、発光効率の低下、閾値電流の上昇、および寿命の減少など、半導レーザ素子の特性が悪化する。 Variations in the strain stress of the electrodes of the semiconductor laser element may affect the characteristics of the semiconductor laser. For example, when there is a variation in the strain stress of the electrode, the light emission angle may be disturbed. For example, there is a problem that the light intensity does not change smoothly when viewed from a direction horizontal to the surface of the active layer. In addition, the electrode may exert stress on the active layer of the semiconductor laser element, and transition may occur in the active layer. In a place where there is a transition, even if the semiconductor laser element is energized, non-radiative recombination is caused, a large amount of heat is generated, and no light is emitted. In addition, the transition spreads in the active layer centering on the transition generated in the active layer due to the heat generated by energizing the semiconductor laser element. Therefore, when the semiconductor laser element is continuously energized, the transition grows around the transition generated in the active layer, and finally the semiconductor laser element does not oscillate. Therefore, when a transition occurs in the active layer due to variations in the strain stress of the electrodes, the characteristics of the semiconductor laser element deteriorate, such as a decrease in slope efficiency, a decrease in light emission efficiency, an increase in threshold current, and a decrease in lifetime of the semiconductor laser element. To do.
前述した従来の技術では、ボンディングメタル層と電極層との間に半田と反応しにくい材料から成るバリアメタル層を設けることによって、反応層の厚みを薄くし、反応層が半導体層に与えるストレスを低減している。しかし、反応層の形成される範囲は、制御が困難なため、反応層が形成される範囲によっては、電極層の歪応力にばらつきが生じる。従来の技術では、この電極層の歪応力のばらつきを低減することができないので、電極層の歪応力のばらつきによって、スロープ効率、発光効率、寿命、および閾値電流などの半導体レーザの特性が悪化する。 In the conventional technique described above, a barrier metal layer made of a material that does not easily react with solder is provided between the bonding metal layer and the electrode layer, thereby reducing the thickness of the reaction layer, and stress applied to the semiconductor layer by the reaction layer. Reduced. However, since the range in which the reaction layer is formed is difficult to control, the strain stress of the electrode layer varies depending on the range in which the reaction layer is formed. In the prior art, the variation in strain stress of the electrode layer cannot be reduced. Therefore, the variation in strain stress of the electrode layer deteriorates the characteristics of the semiconductor laser such as slope efficiency, light emission efficiency, lifetime, and threshold current. .
したがって本発明の目的は、電極層の歪応力のばらつきを低減し、特性の良い半導体レーザ素子を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having good characteristics by reducing variations in strain stress of an electrode layer.
本発明は、半導体基板と、半導体基板の一表面上に、半導体層が積層されて形成される発光層と、この半導体層の積層方向一方側の発光層の一表面上に設けられ、被接続体に半田によって接続される電極部とを含む半導体レーザ素子であって、
電極部は、
発光層寄りに設けられる電極層と、
電極層の発光層とは反対側の表面上に積層され、前記半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層と、
バリアメタル層の電極層とは反対側の表面上に積層され、被接続体に接続されるボンディングメタル層とを有し、
前記発光層は、活性層を有し、
前記電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm以上3μm以下に選ばれ、
前記電極層の厚みは、0.5μm以上5μm以下に選ばれることを特徴とする半導体レーザ素子である。
The present invention is provided on a surface of a semiconductor substrate, a light emitting layer formed by laminating a semiconductor layer on one surface of the semiconductor substrate, and a surface of the light emitting layer on one side in the stacking direction of the semiconductor layer. A semiconductor laser element including an electrode portion connected to the body by solder,
The electrode part
An electrode layer provided near the light emitting layer;
A barrier metal layer that is laminated on the surface of the electrode layer opposite to the light emitting layer and prevents a compound of the material forming the electrode layer and the solder from being formed by the solder;
The barrier metal layer is laminated on the surface opposite to the electrode layer, and has a bonding metal layer connected to the connected body,
The light emitting layer has an active layer,
The shortest distance between the electrode layer and the active layer is selected from 0.05 μm to 3 μm,
A thickness of the electrode layer is selected from 0.5 μm to 5 μm.
本発明に従えば、電極層とボンディングメタル層との間に、半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層が介在する。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、ボンディングメタル層を形成する材料と半田とが合金化する。その合金化の反応は、ボンディングメタル層と半田とが接する面から電極層に向かって進行する。バリアメタル層を形成する材料と半田とは合金化しにくいので、合金化の反応の進行を、バリアメタル層で止めることができる。ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金は、ボンディングメタル層を形成する材料よりも硬度が高く、その歪応力が大きい。したがって、電極部を被接続体に半田によって接続するときに、ボンディングメタル層に、合金化される部分と、合金化されない部分とが形成されると、ボンディングメタル層に歪応力のばらつきが生じる。そのため、電極部を被接続体に接続する半田の温度を予め定める温度にすることで、ボンディングメタル層全体が合金化される。このとき、ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金化の反応の進行を、バリアメタル層で止めることができるので、電極層は合金化されない。ボンディングメタル層全体が、半田との合金のみによって形成されるので、ボンディングメタル層の歪応力のばらつきを低減することができる。ボンディングメタル層の歪応力が、電極層に加わることによって、電極層に歪応力が生じるが、ボンディングメタル層の歪応力のばらつきを低減することで、電極層に生じる歪応力のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, a barrier metal layer that prevents a compound of the material forming the electrode layer and the solder from being formed by solder is interposed between the electrode layer and the bonding metal layer. When the electrode part is connected to the body to be connected by solder, the material forming the bonding metal layer and the solder are alloyed. The alloying reaction proceeds from the contact surface between the bonding metal layer and the solder toward the electrode layer. Since the material forming the barrier metal layer and the solder are not easily alloyed, the progress of the alloying reaction can be stopped by the barrier metal layer. The alloy of the material forming the bonding metal layer and the solder has higher hardness and higher strain stress than the material forming the bonding metal layer. Therefore, when the electrode portion is connected to the body to be connected by solder, if a portion to be alloyed and a portion not to be alloyed are formed in the bonding metal layer, variations in strain stress occur in the bonding metal layer. Therefore, the entire bonding metal layer is alloyed by setting the temperature of the solder connecting the electrode part to the connected body to a predetermined temperature. At this time, since the progress of the alloying reaction between the material forming the bonding metal layer and the solder can be stopped by the barrier metal layer, the electrode layer is not alloyed. Since the entire bonding metal layer is formed only of an alloy with solder, variation in strain stress of the bonding metal layer can be reduced. When the strain stress of the bonding metal layer is applied to the electrode layer, the stress stress is generated in the electrode layer. By reducing the variation of the strain stress of the bonding metal layer, the variation of the strain stress generated in the electrode layer is reduced. Can do.
また、電極層の厚みは、0.5μm以上5μm以下に選ばれる。電極層の厚みが0.5μm未満となると、電極層による放熱効果が小さく、半導体レーザ素子を通電させたときの活性層に生じる熱を、電極層を通して効率良く放散させることができなくなる。また、電極層の厚みが5μを超えて厚くなると、電極層の歪応力と、電極層の歪応力のばらつきとが大きくなる。そのため、電極層が発光層に加える応力が大きくなり、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。したがって、電極層の厚みが、0.5μm以上5μm以下に選ばれることによって、放熱効果が大きく、歪応力にばらつきが小さい電極層を形成することができる。 The thickness of the electrode layer is selected from 0.5 μm to 5 μm. When the thickness of the electrode layer is less than 0.5 μm, the heat dissipation effect by the electrode layer is small, and heat generated in the active layer when the semiconductor laser element is energized cannot be efficiently dissipated through the electrode layer. Further, when the thickness of the electrode layer exceeds 5 μm, the strain stress of the electrode layer and the variation of the strain stress of the electrode layer increase. For this reason, the stress applied to the light emitting layer by the electrode layer increases, and the radiation angle of the laser beam may be disturbed. Therefore, when the thickness of the electrode layer is selected to be 0.5 μm or more and 5 μm or less, it is possible to form an electrode layer having a large heat dissipation effect and a small variation in strain stress.
また、電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm以上3μm以下に選ばれる。電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm未満となり、電極層と活性層とが近接しすぎると、電極層が発光層に加える応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。また、電極層と活性層との間の最短距離が3μmを超えると、電極層と活性層との間の距離が離れるので、活性層に発生する熱を、電極層を通して効率良く放散することができなくなる。したがって、電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm以上3μm以下に選ばれることによって、電極層による放熱効果が大きく、電極層が発光層に加える応力が小さい半導体レーザ素子となる。 The shortest distance between the electrode layer and the active layer is selected to be 0.05 μm or more and 3 μm or less. When the shortest distance between the electrode layer and the active layer is less than 0.05 μm and the electrode layer and the active layer are too close to each other, the stress applied by the electrode layer to the light emitting layer increases. For this reason, the radiation angle of the laser beam may be disturbed. Further, when the shortest distance between the electrode layer and the active layer exceeds 3 μm, the distance between the electrode layer and the active layer is increased, so that the heat generated in the active layer can be efficiently dissipated through the electrode layer. become unable. Therefore, when the shortest distance between the electrode layer and the active layer is selected to be 0.05 μm or more and 3 μm or less, a heat radiation effect by the electrode layer is large, and a semiconductor laser element in which the stress applied by the electrode layer to the light emitting layer is small.
また本発明は、前記電極部と接する前記発光層の一表面は、曲面であることを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that one surface of the light emitting layer in contact with the electrode portion is a curved surface.
本発明に従えば、電極部と接する発光層の一表面は、曲面であるので、発光層の一表面を屈折率導波構造および電流狭窄構造を有する半導体レーザ素子となるように形成することができる。また、電極部と接する発光層の一表面が曲面である場合、電極層の歪応力のばらつきによる応力が、発光層の一表面の特定の部分に局所的に集中する場合がある。この場合、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響は、顕著となるが、本発明では、電極部を被接続体に半田によって接続する場合に生じる電極層の歪応力のばらつきを低減することができるので、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響を低減することができる。 According to the present invention, since one surface of the light emitting layer in contact with the electrode portion is a curved surface, one surface of the light emitting layer can be formed to be a semiconductor laser element having a refractive index waveguide structure and a current confinement structure. it can. In addition, when one surface of the light emitting layer in contact with the electrode portion is a curved surface, stress due to variations in strain stress of the electrode layer may be locally concentrated on a specific portion of the one surface of the light emitting layer. In this case, the influence of the variation in the strain stress of the electrode layer on the light emitting layer becomes remarkable, but in the present invention, the variation in the strain stress of the electrode layer that occurs when the electrode portion is connected to the connected body by soldering is reduced. Therefore, it is possible to reduce the influence of the variation in the strain stress of the electrode layer on the light emitting layer.
また本発明は、前記電極層は、メッキ法によって形成されることを特徴とする。
本発明に従えば、電極層はメッキ法によって形成される。メッキ法は、スパッタ法よりも、成膜時に発生する歪応力を制御しやすい。したがって、メッキ法によって形成される電極層は、スパッタ法によって形成される電極層よりも、電極層の歪応力のばらつきが小さい。
In the invention, it is preferable that the electrode layer is formed by a plating method.
According to the present invention, the electrode layer is formed by a plating method. The plating method is easier to control the strain stress generated during film formation than the sputtering method. Therefore, the electrode layer formed by plating has a smaller variation in strain stress of the electrode layer than the electrode layer formed by sputtering.
また本発明は、前記バリアメタル層の厚みは、50nm以上1000nm未満に選ばれることを特徴とする。 In the present invention, the thickness of the barrier metal layer is selected to be 50 nm or more and less than 1000 nm.
本発明に従えば、バリアメタル層の厚みは、50nm以上1000nm未満となる。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、バリアメタル層の厚みが薄く、50nm未満であれば、半田と電極部との合金化の反応をバリアメタル層で止めることができないが、バリアメタル層の厚みが厚く、50nm以上であれば、半田と電極部との合金化の反応をバリアメタル層で止めることができる。また、バリアメタル層の厚みが1000nm以上であれば、バリアメタル層の電気抵抗が大きくなる。バリアメタル層の電気抵抗が大きくなると、半導体レーザ素子に供給される電力のうち、バリアメタル層で消費する電力が大きくなるので、電極部としての性能は、低下する。一方、バリアメタル層の厚みが1000nm未満であれば、バリアメタル層の電気抵抗は、小さいので、性能のよい電極部となる。 According to the present invention, the thickness of the barrier metal layer is 50 nm or more and less than 1000 nm. When the electrode part is connected to the body to be connected by solder, if the thickness of the barrier metal layer is thin and less than 50 nm, the alloying reaction between the solder and the electrode part cannot be stopped by the barrier metal layer. If the thickness of the layer is large and 50 nm or more, the alloying reaction between the solder and the electrode portion can be stopped by the barrier metal layer. Moreover, if the thickness of the barrier metal layer is 1000 nm or more, the electrical resistance of the barrier metal layer increases. When the electric resistance of the barrier metal layer increases, the power consumed by the barrier metal layer out of the electric power supplied to the semiconductor laser element increases, so that the performance as the electrode portion decreases. On the other hand, if the thickness of the barrier metal layer is less than 1000 nm, the electric resistance of the barrier metal layer is small, so that an electrode part with good performance is obtained.
また本発明は、前記バリアメタル層は、モリブデン、チタン、および窒化チタンのうち少なくともいずれか1つから形成されることを特徴とする。 According to the present invention, the barrier metal layer is formed of at least one of molybdenum, titanium, and titanium nitride.
本発明に従えば、バリアメタル層は、半田と合金化しにくい材料であるモリブデン、チタン、および窒化チタンのうち少なくともいずれか1つから形成される。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、バリアメタル層が半田と合金化しにくい材料から形成されるので、半田と電極部とが合金化する反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。 According to the present invention, the barrier metal layer is formed of at least one of molybdenum, titanium, and titanium nitride, which are materials that are difficult to alloy with solder. When the electrode part is connected to the body to be connected by solder, since the barrier metal layer is formed from a material that is difficult to alloy with the solder, the progress of the reaction in which the solder and the electrode part are alloyed can be stopped by the barrier metal layer. .
また本発明は、前記バリアメタル層は、電極層の発光層に臨む一表面を除く残余の表面を覆うことを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the barrier metal layer covers a remaining surface except one surface facing the light emitting layer of the electrode layer.
本発明に従えば、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、電極層とボンディングメタル層とが接する部分がない。電極層とボンディングメタル層とが接する部分がある場合、電極部を被接続体に半田によって接続すると、電極層とボンディングメタル層とが接する部分に電極層を形成する材料と半田とが合金化する場合がある。本発明では、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、半田と電極部とが合金化する反応の進行は、バリアメタル層で止まるので、電極層に半田との合金は、形成されない。 According to the present invention, since the electrode layer is separated from the bonding metal layer by the barrier metal layer, there is no portion where the electrode layer and the bonding metal layer are in contact with each other. When there is a part where the electrode layer and the bonding metal layer are in contact, when the electrode part is connected to the body to be connected by solder, the material for forming the electrode layer and the solder are alloyed to the part where the electrode layer and the bonding metal layer are in contact There is a case. In the present invention, since the electrode layer is separated from the bonding metal layer by the barrier metal layer, the progress of the reaction in which the solder and the electrode part are alloyed stops at the barrier metal layer, so the alloy of the electrode layer and the solder is Not formed.
また本発明は、前記電極層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the electrode layer is formed in a portion excluding the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layer of the light emitting layer.
本発明に従えば、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、電極層が形成されない。発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部に電極層が形成される場合、たとえばへき開工程において、電極層を分割しにくいので、半導体レーザ素子に分割不良が生じる場合があるが、本発明では、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には電極層が形成されないので、へき開工程において電極層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。 According to the present invention, the electrode layer is not formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layers of the light emitting layer. When the electrode layer is formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the light emitting layer, for example, in the cleavage process, it is difficult to divide the electrode layer. In the present invention, since the electrode layer is not formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layer of the light emitting layer, the division failure of the semiconductor laser element due to the electrode layer occurs in the cleavage step. No longer.
また本発明は、前記バリアメタル層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the barrier metal layer is formed in a portion excluding the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layer of the light emitting layer.
本発明に従えば、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、バリアメタル層が形成されない。発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部にバリアメタル層が形成される場合、たとえばへき開工程において、バリアメタル層を分割しにくいので、半導体レーザ素子に分割不良が生じる場合があるが、本発明では、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部にはバリアメタル層が形成されないので、へき開工程においてバリアメタル層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。 According to the present invention, the barrier metal layer is not formed on the periphery of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layers of the light emitting layer. When a barrier metal layer is formed at the peripheral edge of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the light emitting layer, for example, in the cleavage process, it is difficult to divide the barrier metal layer. However, in the present invention, since the barrier metal layer is not formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the semiconductor layer of the light emitting layer, the division of the semiconductor laser element caused by the barrier metal layer in the cleavage step Defects will not occur.
また本発明は、前記半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記半導体レーザ素子は、前記半導体基板の他表面上に設けられる第2電極部を含み、
前記発光層を形成した後に、第2電極部を形成し、その後に発光層の一表面上に前記電極部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor laser device for manufacturing the semiconductor laser device,
The semiconductor laser element includes a second electrode portion provided on the other surface of the semiconductor substrate,
After forming the light emitting layer, a second electrode portion is formed, and thereafter the electrode portion is formed on one surface of the light emitting layer.
本発明に従えば、第2電極部を形成した後に電極部を形成する。歪応力のばらつきの小さい電極層を形成しても、電極層の形成後、電極層の温度が350℃以上になると、電極層に加わる熱によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。第2電極層を形成する際に、発光部と、半導体基板と、第2電極部との温度が350℃以上になったとしても、電極部は、形成されていないので、電極部は、第2電極層を形成する際の温度の影響を受けない。したがって、電極層の歪応力のばらつきの小さい電極層を形成することができる。 According to the invention, the electrode part is formed after the second electrode part is formed. Even when an electrode layer having a small variation in strain stress is formed, if the temperature of the electrode layer becomes 350 ° C. or higher after the electrode layer is formed, the variation in the strain stress of the electrode layer increases due to heat applied to the electrode layer. Even when the temperature of the light emitting portion, the semiconductor substrate, and the second electrode portion is 350 ° C. or higher when forming the second electrode layer, the electrode portion is not formed. It is not affected by the temperature when forming the two-electrode layer. Therefore, it is possible to form an electrode layer with small variations in strain stress of the electrode layer.
また本発明は、前記電極層を形成した後の工程において、50℃以上350℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することを特徴とする。 According to the present invention, in the step after forming the electrode layer, a semiconductor laser element is manufactured within a temperature range of 50 ° C. or higher and lower than 350 ° C.
本発明に従えば、前記電極層を形成した後、50℃以上350℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造する。電極層を形成した後の工程において、電極層の温度が50℃未満となり、電極層の温度の変化量が大きくなると、熱応力によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。電極層の歪応力のばらつきが大きくなることで、発光層に加わる応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。また、歪応力のばらつきの小さい電極層を形成しても、電極層を形成した後の工程において、電極層の温度が350℃以上となると、電極層に加わる熱によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。電極層の歪応力のばらつきが大きくなることで、発光層に加わる応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。したがって、電極層を形成した後、50℃以上350℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, after the electrode layer is formed, a semiconductor laser device is manufactured within a temperature range of 50 ° C. or higher and lower than 350 ° C. In the process after the electrode layer is formed, when the temperature of the electrode layer becomes less than 50 ° C. and the amount of change in the temperature of the electrode layer increases, the variation in strain stress of the electrode layer increases due to thermal stress. The stress applied to the light emitting layer is increased by increasing the variation in the strain stress of the electrode layer. For this reason, the radiation angle of the laser beam may be disturbed. Even if an electrode layer with small variations in strain stress is formed, if the temperature of the electrode layer becomes 350 ° C. or higher in the process after forming the electrode layer, the strain applied to the electrode layer varies due to the heat applied to the electrode layer. Becomes larger. The stress applied to the light emitting layer is increased by increasing the variation in the strain stress of the electrode layer. For this reason, the radiation angle of the laser beam may be disturbed. Therefore, after the electrode layer is formed, the variation of the strain stress of the electrode layer can be reduced by manufacturing the semiconductor laser element within a temperature range of 50 ° C. or higher and lower than 350 ° C.
本発明によれば、電極層とボンディングメタル層との間に、半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層を介在させることで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。したがって、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザ素子の特性のばらつきを低減することができ、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, by interposing a barrier metal layer between the electrode layer and the bonding metal layer to prevent the compound of the material forming the electrode layer and the solder from being formed by solder, the electrode layer The variation in strain stress can be reduced. Therefore, variation in characteristics of the semiconductor laser element caused by variation in strain stress of the electrode layer can be reduced, and a semiconductor laser element having good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、電極層の厚みが、0.5μm以上5μm以下に選ばれることによって、放熱効果が大きく、歪応力にばらつきが小さい電極層を形成することができる。放熱効果の大きい電極層を形成することで、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。 In addition, according to the present invention, an electrode layer having a large heat dissipation effect and a small variation in strain stress can be formed by selecting the thickness of the electrode layer from 0.5 μm to 5 μm. By forming an electrode layer having a large heat dissipation effect, a semiconductor laser element having good characteristics such as slope efficiency can be obtained. In addition, since an electrode layer having a small variation in strain stress can be formed, the stress applied to the light emitting layer can be reduced, and a semiconductor laser element in which the laser beam radiation angle is less likely to be disturbed can be obtained.
また本発明によれば、電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm未満に選ばれることによって、電極層による放熱効果が大きく、電極層が発光層に加える応力が小さい半導体レーザ素子となる。放熱効果の大きい電極層を形成することで、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, the shortest distance between the electrode layer and the active layer is selected to be less than 0.05 μm, so that the heat radiation effect by the electrode layer is large and the stress applied by the electrode layer to the light emitting layer is small. It becomes. By forming an electrode layer having a large heat dissipation effect, a semiconductor laser element having good characteristics such as slope efficiency can be obtained. In addition, since an electrode layer having a small variation in strain stress can be formed, the stress applied to the light emitting layer can be reduced, and a semiconductor laser element in which the laser beam radiation angle is less likely to be disturbed can be obtained.
また本発明によれば、屈折率導波構造および電流狭窄構造の半導体レーザ素子を形成することができる。また、発光層の一表面が曲面である場合、電極部と接する発光層の一表面に加わる電極層の歪応力が、局所的に集中する場合があり、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響が顕著となるが、電極層の歪応力のばらつきを低減することによって、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 In addition, according to the present invention, a semiconductor laser device having a refractive index waveguide structure and a current confinement structure can be formed. In addition, when one surface of the light emitting layer is a curved surface, the strain stress of the electrode layer applied to one surface of the light emitting layer in contact with the electrode portion may be locally concentrated, and the variation of the strain stress of the electrode layer may be However, the variation in the characteristics of the semiconductor laser caused by the variation in the strain stress of the electrode layer can be reduced by reducing the variation in the strain stress of the electrode layer. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、電極層は、メッキ法によって形成されるので、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 In addition, according to the present invention, since the electrode layer is formed by a plating method, it is possible to reduce variations in strain stress of the electrode layer, and to reduce variations in characteristics of the semiconductor laser caused by variations in strain stress of the electrode layer. can do. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、バリアメタル層の厚みは、50nm以上1000nm未満となる。バリアメタル層の厚みが50nm以上あるので、半田と電極部との合金化の反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。また、バリアメタル層の厚みが1000nm未満であるため、バリアメタル層の持つ電気抵抗が小さく、電極部としての性能は、低下しない。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, the thickness of the barrier metal layer is not less than 50 nm and less than 1000 nm. Since the thickness of the barrier metal layer is 50 nm or more, the progress of the alloying reaction between the solder and the electrode portion can be stopped by the barrier metal layer. Therefore, variation in strain stress of the electrode layer can be reduced, and variation in characteristics of the semiconductor laser caused by variation in strain stress of the electrode layer can be reduced. Moreover, since the thickness of the barrier metal layer is less than 1000 nm, the electrical resistance of the barrier metal layer is small, and the performance as an electrode portion does not deteriorate. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、バリアメタル層は、被接続体に電極部を接続するために用いられる半田と反応しにくい材料から形成されるので、半田と電極部との合金化の反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 Further, according to the present invention, the barrier metal layer is formed of a material that does not easily react with the solder used to connect the electrode part to the body to be connected, so that the alloying reaction between the solder and the electrode part proceeds. It can be stopped by a barrier metal layer. Therefore, variation in strain stress of the electrode layer can be reduced, and variation in characteristics of the semiconductor laser caused by variation in strain stress of the electrode layer can be reduced. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、電極層には半田と電極層を形成する材料とは合金化しない。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, since the electrode layer is separated from the bonding metal layer by the barrier metal layer, the electrode layer is not alloyed with solder and the material forming the electrode layer. Therefore, variation in strain stress of the electrode layer can be reduced, and variation in characteristics of the semiconductor laser caused by variation in strain stress of the electrode layer can be reduced. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、電極層が形成されないので、たとえばへき開工程において電極層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、半導体レーザ素子の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。 Further, according to the present invention, since the electrode layer is not formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the light emitting layer, for example, the division failure of the semiconductor laser element due to the electrode layer in the cleavage step is No longer occurs. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained. In addition, the yield of the semiconductor laser element is improved, and the manufacturing cost can be reduced.
また本発明によれば、発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、バリアメタル層が形成されないので、たとえばへき開工程においてバリアメタル層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。そのため、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、半導体レーザ素子の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。 Further, according to the present invention, since the barrier metal layer is not formed on the peripheral portion of the light emitting layer when viewed from one side in the stacking direction of the light emitting layer, for example, the division failure of the semiconductor laser element due to the barrier metal layer in the cleavage step Will not occur. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained. In addition, the yield of the semiconductor laser element is improved, and the manufacturing cost can be reduced.
また本発明によれば、第2電極部を形成した後に電極部を形成するので、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 Further, according to the present invention, since the electrode portion is formed after the second electrode portion is formed, it is possible to reduce variations in strain stress of the electrode layer. Therefore, it is possible to reduce the variation in characteristics of the semiconductor laser caused by the variation in the strain stress of the electrode layer. Therefore, a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained.
また本発明によれば、電極層を形成した後、50℃以上350℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。 In addition, according to the present invention, after forming the electrode layer, the semiconductor laser element is manufactured within a temperature range of 50 ° C. or higher and lower than 350 ° C., so that the variation in strain stress of the electrode layer can be reduced. Since an electrode layer having a small variation in strain stress can be formed, the stress applied to the light emitting layer can be reduced, and a semiconductor laser element in which the laser beam radiation angle is less likely to be disturbed can be obtained.
図1は、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子1の断面図である。図2は、半導体レーザ素子1を簡略化して示す斜視図である。図1は、図2の切断面線I−Iから見た半導体レーザ素子1の断面図である。半導体レーザ素子1は、基板10と、発光層2と、第1電極部3Aと、第2電極部3Bとを含んで構成される。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a simplified perspective view showing the semiconductor laser device 1. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1 as viewed along the section line II in FIG. The semiconductor laser device 1 includes a
発光層2は、基板10の厚み方向一表面22上に複数の半導体層が積層されて形成される。第1電極部3Aは、発光層2の半導体層の積層方向一方側の一表面20上に設けられる。第2電極部3Bは、基板10の厚み方向他表面21上に設けられる。
The light emitting layer 2 is formed by laminating a plurality of semiconductor layers on one surface 22 in the thickness direction of the
発光層2は、第1クラッド層11と、活性層12と、第2クラッド層13と、第1コンタクト層14Aと、第2コンタクト層14Bと、第3コンタクト層14Cとを含んで構成される。発光層2は、略直方体形状である。レーザ光は、半導体層の積層方向に平行で、かつ発光層2の対向する1対の面から出射する。この1対の面を出射面15と記載する。出射面15に垂直な方向を第1方向Yと定義し、第1方向Yおよび半導体層の積層方向に垂直な方向を第2方向Xと定義し、半導体層の積層方向を第3方向Zと定義する。半導体層の積層方向一方を第3方向Zの一方とする。
基板10は、たとえばn型GaAsから成る。
The light emitting layer 2 includes a
The
第1クラッド層11は、基板10の厚み方向一表面22上を覆って積層される。活性層12は、第1クラッド層11の厚み方向一表面24上を覆って積層される。第2クラッド層13は、活性層12の厚み方向一表面25上を覆って積層される。第1コンタクト層14Aは、第2クラッド層13の厚み方向一表面26上の第2方向Xの中央部に形成される。第2コンタクト層14Bは、第2クラッド層13の厚み方向一表面26上の第2方向Xの一端部に形成される。第3コンタクト層14Cは、第2クラッド層13の厚み方向一表面26上の第2方向Xの他端部に形成される。第1コンタクト層14Aと、第2コンタクト層14Bと、第3コンタクト層14Cとは、発光層2の第1方向Yの両端部間にわたって延びる。第1コンタクト層14Aと、第2コンタクト層14Bと、第3コンタクト層とは、略直方体形状である。第1コンタクト層14Aと第2コンタクト層14Bとの対向する面は、予め定める距離L離間する。第1コンタクト層14Aと第3コンタクト層14Cとの対向する面は、予め定める距離L離間する。距離Lは、たとえば5μm〜200μmに選ばれる。
The
第1クラッド層11は、たとえばn型AlGaAsから成る。活性層12は、たとえばAlGaAsから成る。第2クラッド層13は、たとえばp型AlGaAsから成る。第1コンタクト層14Aと、第2コンタクト層14Bと、第3コンタクト層14Cとは、たとえばp型GaAsから成る。
The
第1電極部3Aは、酸化膜30と、第1オーミックコンタクト電極層31と、第1接触媒介層32と、薄膜電極層33と、厚膜電極層34と、バリアメタル層35と、ボンディングメタル層36とを含んで構成される。
The first electrode portion 3A includes an
酸化膜30は、第2コンタクト層14Bの第3方向Z一方側の一表面40上と、第3コンタクト層14Cの第3方向Zの一方側の一表面41上とを覆って形成される。さらに、酸化膜30は、第2クラッド層13の第3方向Z一方側の一表面43上のうち、第1コンタクト層14Aと、第2コンタクト層14Bと、第3コンタクト層14Cとに接しない部分を覆って形成される。第1オーミックコンタクト電極層31は、酸化膜30の第3方向Z一方側の一表面44上と、第1コンタクト層14Aの第3方向Z一方側の一表面42とを覆って積層される。第1接触媒介層32は、第1オーミックコンタクト電極層31の第3方向Z一方側の一表面45上を覆って積層される。薄膜電極層33は、第1接触媒介層32の第3方向Z一方側の一表面46上を覆って積層される。厚膜電極層34は、薄膜電極層33の第3方向Z一方側の一表面47上のうち、第3方向Z一方側から見て発光層2の周縁から予め定める第10の距離U1までの周縁部を除いた部分を覆って積層される。バリアメタル層35は、厚膜電極層34の第3方向Z一方側の一表面48上を覆って積層される。さらに、バリアメタル層35は、薄膜電極層33の第3方向Z一方側の一表面47上のうち、厚膜電極層34と接しない部分であって、かつ第3方向Z一方側から見て発光層2の周縁から予め定める第11の距離U2までの周縁部を除いた部分を覆って積層される。ボンディングメタル層36は、バリアメタル層35の第3方向Z一方側の一表面49上、および薄膜電極層33の第3方向Z一方側の一表面47上のうち、バリアメタル層35および厚膜電極層34と接しない部分を覆って積層される。
The
第1コンタクト層14A、第2コンタクト層14B、および第3コンタクト層14Cが、上記形状を有するので、第1電極部3Aの第3方向Z一方側の一表面には、第3方向Z一方側から見て、第1コンタクト層14Aと第2コンタクト層14Bとの間、および第1コンタクト層14Aと第3コンタクト層14Cとの間に、第3方向Z一方から他方に延びる溝が形成される。
Since the
第1オーミックコンタクト電極層31と第1コンタクト層14Aとは、オーミック接触が取られている。第1オーミックコンタクト電極層31と薄膜電極層33とを直接積層した場合、第1オーミックコンタクト電極層31と薄膜電極層33とは、密着性が悪く、剥離しやすいので、第1オーミックコンタクト電極層31と薄膜電極層33との間に、第1接触媒介層32を介在させ、第1電極部3Aの密着性を良くしている。また、半導体レーザ素子1を通電させた場合、酸化膜30には電流が流れず、第1電極部3Aから第1コンタクト層14Aの第3方向Z一方側の一表面を通って電流は、流れる。これによって、活性層12の第2方向Xの中央部に電流を集めることができるので、半導体レーザ素子1は、電流狭窄構造を有する。
The first ohmic
第1オーミックコンタクト電極層31は、たとえばAuZnから成る。第1接触媒介層32は、たとえばチタン(Ti)から成る。薄膜電極層33は、たとえば金(Au)から成る。厚膜電極層34は、たとえばAuから成る。バリアメタル層35は、半田と合金化しにくい材料であって、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、および窒化チタン(TiN)のうち少なくともいずれか1つから成る。ボンディングメタル層36は、たとえばAuから成る。
The first ohmic
第1オーミックコンタクト電極層31は、第1の厚みT1を有する。第1接触媒介層32は、第2の厚みT2を有する。薄膜電極層33は、第3の厚みT3を有する。厚膜電極層34は、第4の厚みT4を有する。バリアメタル層35は、第5の厚みT5を有する。ボンディングメタル層36は、第6の厚みT6を有する。ここで層の厚みを以下に定義する。隣接する層が2つある場合の層の厚みは、一方の隣接する層と接する一表面と、他方の隣接する層と接する他表面との最短距離である。隣接する層が1つの場合の層の厚みは、隣接する層と接する一表面と、前記表面とは反対側の他表面との間の最短距離である。
The first ohmic
前述した第1の厚みT1は、たとえば50〜200nmに選ばれる。前述した第2の厚みT2は、たとえば100〜200nmに選ばれる。前述した第3の厚みT3は、たとえば100〜500nmに選ばれる。前述した第4の厚みT4は、たとえば1〜5μmに選ばれる。前述した第5の厚みT5は、たとえば100〜200nmに選ばれる。前述した第6の厚みT6は、たとえば300〜500nmに選ばれる。前述した第10の距離U1は、たとえば5μm〜50μmに選ばれる。前述した第11の距離U2は、たとえば5μm〜50μmに選ばれる。 The first thickness T1 described above is selected to be, for example, 50 to 200 nm. The aforementioned second thickness T2 is selected, for example, from 100 to 200 nm. The above-described third thickness T3 is selected to be 100 to 500 nm, for example. The aforementioned fourth thickness T4 is selected to be, for example, 1 to 5 μm. The above-described fifth thickness T5 is selected to be, for example, 100 to 200 nm. The aforementioned sixth thickness T6 is selected to be 300 to 500 nm, for example. The aforementioned tenth distance U1 is selected, for example, from 5 μm to 50 μm. The aforementioned eleventh distance U2 is selected to be 5 μm to 50 μm, for example.
第2電極部3Bは、第2オーミックコンタクト電極層50と、第2接触媒介層51と、基板側電極層52とを含んで構成される。
The second electrode portion 3B includes a second ohmic
第2オーミックコンタクト電極層50は、基板10の第3方向Z他方側の他表面21上を覆って積層される。第2接触媒介層51は、第2オーミックコンタクト電極層50の第3方向Z他方側の他表面53上を覆って積層される。基板側電極層52は、第2接触媒介層51の第3方向Z他方側の他表面54上を覆って積層される。
The second ohmic
第2オーミックコンタクト電極層50は、たとえばAuGeNiから成る。第2接触媒介層51は、たとえばTiから成る。基板側電極層52は、たとえばAuから成る。
The second ohmic
第2オーミックコンタクト電極層50と基板10とは、オーミック接触が取られている。第2オーミックコンタクト電極層50と基板側電極層52とを直接積層した場合、第2オーミックコンタクト電極層50と基板側電極層52とは、密着性が悪く、剥離しやすいので、第2オーミックコンタクト電極層50と基板側電極層52との間に、第2接触媒介層51を介在させ、第2電極部3Bの密着性を良くしている。
The second ohmic
図3は、半導体レーザ素子1を通電させたときの状態を模式化して示す断面図である。第1コンタクト層14Aおよび酸化膜30が前述したように形成されているので、半導体レーザ素子1は、リッジ導波路構造および電流狭窄構造を有する。したがって、発光層2に流れる電流は、第1電極部3Aから第1コンタクト層14Aの第3方向Z一方側の一表面42を通り、第2電極部3Bへと向かう。発光層2に流れる電流の向きを図3の矢符Aで示す。また、半導体レーザ素子1は、第1クラッド層11と、活性層12の第2方向Xの中央部と、第2クラッド層の第2方向Xの中央部と、第1コンタクト層14Aの第2方向Xの中央部とによって光導波路を形成している。光導波路が形成されている領域を、図3の破線Bで囲んで示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state when the semiconductor laser element 1 is energized. Since the
図4は、本発明の半導体レーザ素子1を半田56によって被接続体55に接続したときの断面図である。図5は、半導体レーザ素子1と半田56との接続部を拡大して示す断面図である。被接続体55は、半導体レーザ素子1を実装するための、たとえばシリコン(Si)から成るサブマウントである。半導体レーザ素子1の第1電極部3Aを、たとえば金(Au)と錫(Sn)とから成る半田56によって被接続体55に接続する。半田56は、第1電極部3Aの第3方向Z一方側の一表面に形成される溝にも充填される。第1電極部3Aを形成する材料と半田56とが合金化し、第1電極部3Aに反応層57が形成される。半田56と第1電極部3Aとが合金化する反応は、まずボンディングメタル層36と半田56とが接する部分に生じる。この合金化の反応は、ボンディングメタル層36と半田56とが接する部分から発光層2に向かって進行していくが、バリアメタル層35は、半田56と合金化しにくい材料から形成されており、かつその層厚が第5の厚みT5に選ばれるので、半田56との合金化の反応はバリアメタル層35で止まり、それ以上反応しない。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the semiconductor laser device 1 of the present invention is connected to the connected
バリアメタル層35の層厚が50nm未満であれば、半田56との合金化の反応をバリアメタル層35で止めることができず、厚膜電極層34に半田との合金が形成されてしまい、バリアメタル層35としての役割を果たすことができない。また、バリアメタル層35の層厚が1000nm以上であれば、バリアメタル層35の電気抵抗が大きくなる。第1電極部3Aの電気抵抗が大きくなれば、半導体レーザ素子1に供給する電力のうち、第1電極部3Aで消費する電力が大きくなるので、電極としての機能が低下してしまう。
If the thickness of the
本実施の形態に対する比較例として、ボンディングメタル層36の第6の厚みT6が本実施の形態の厚みよりも厚く、300nm〜500nmに選ばれる場合について説明する。図6は、ボンディングメタル層36の第6の厚みT6が300nm〜500nmに選ばれる場合の、半導体レーザ素子と半田56との接続部を拡大して示す断面図である。
As a comparative example with respect to the present embodiment, a case where the sixth thickness T6 of the
ボンディングメタル層36の層厚が本実施の形態の半導体レーザ素子1より厚いので、ボンディングメタル層36全体が一様に半田56と合金化しない。ボンディングメタル層36には、半田56と合金化していないAuから成る非反応層58と、反応層57とが混在して存在する。反応層57は、非反応層58に比べて硬度が大きく、厚膜電極層34に加える応力も大きい。したがって、ボンディングメタル層の第3方向Zの両端部にわたって反応層57が形成されている部分が厚膜電極層34に加える応力は、大きい。それに比べて、ボンディングメタル層の第3方向Zの両端部にわたって反応層57と非反応層58が混在して形成されている部分が厚膜電極層34に加える応力は、小さい。そのため、厚膜電極層34に加わる応力に、ばらつきが生じる。これによって、厚膜電極層34の歪応力にばらつきが生じる。
Since the
本実施の形態に対する比較例として、ボンディングメタル層36の第6の厚みT6が前述の厚みよりも厚く、500nm以上に選ばれる場合について説明する。図7は、ボンディングメタル層36の第6の厚みT6が500nm以上に選ばれる場合の、半導体レーザ素子と半田56との接続部を拡大して示す断面図である。
As a comparative example with respect to the present embodiment, a case where the sixth thickness T6 of the
ボンディングメタル層36の第6の厚みT6が厚く、500nm以上に選ばれる場合、ボンディングメタル層36を形成する材料と半田56との合金化の反応が、バリアメタル層35まで進行しない。この場合、合金化のばらつきにより、応力歪のばらつきが発生する問題が生じる。また、バリアメタル層35は、合金化の反応を止める役割を果たさず、反応層57の第3方向Zの厚みが厚くなる。反応層57の硬度は、ボンディングメタル層36よりも大きいため、反応層57の第3方向Zの厚みが厚くなると、ボンディングメタル層36が発光層2に加える応力は大きくなる。発光層2に加わる応力が大きくなると、スロープ効率、発光効率、寿命、および閾値電流といった、半導レーザ素子の特性が悪化する。また、反応層57の熱伝導率は、非反応層58の熱伝導率よりも小さく、反応層57の第3方向Zの厚みが厚くなると、第1電極部3Aの放熱効果を低下させる。したがって、半導レーザ素子の特性が悪化する。
When the sixth thickness T6 of the
また、ボンディングメタル層の第6の厚みT6が本発明の実施の形態の厚みより薄く、50nm未満に選ばれる場合、反応層57の層厚が薄くなる。そのため、半田56と第1電極部3Aの密着性が悪くなり、半導体レーザ素子が被接続体55から剥離する場合がある。
In addition, when the sixth thickness T6 of the bonding metal layer is smaller than the thickness of the embodiment of the present invention and less than 50 nm, the thickness of the
図5に示すように、本実施の形態の半導体レーザ素子1では、ボンディングメタル層36の厚みがT6に選ばれるので、ボンディングメタル層36は、半田56と一様に合金化し、ボンディングメタル層36全体が反応層57となる。半田56と合金化して形成される反応層57は、厚膜電極層34に応力を加えるが、ボンディングメタル層36全体が反応層57となるので、厚膜電極層34に加わる応力は、ばらつかない。したがって、前述の問題が発生しにくくなり、厚膜電極層34の歪応力のばらつきは、発生しにくくなる。
As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, since the thickness of the
また、本実施の形態の半導体レーザ素子1の厚膜電極層34の層の厚さは、第4の厚みT4と厚く、半導体レーザ素子を通電したときに発光層2に発生する熱を、第1電極部3Aによって効率よく放散することができ、特性の良い半導体レーザ素子1となる。
Further, the thickness of the thick
また、本実施の形態の半導体レーザ素子1の、活性層12と厚膜電極層34との間の最短距離は、0.05μm以上3μm以下と短いので、半導体レーザ素子を通電させたときに発生する熱を、第1電極部3Aによって効率よく放散することができ、特性の良い半導体レーザ素子1となる。
In addition, the shortest distance between the
また、厚膜電極層34は、バリアメタル層35によってボンディングメタル層36と隔てられるので、厚膜電極層34とボンディングメタル層36とが接する部分が生じない。そのため、ボンディングメタル層36の第1方向Yの一表面27と半田56とが接し、ボンディングメタル層36を形成する材料と半田56との合金化の反応が、ボンディングメタル層36と半田56とが接する面から第1方向Yにバリアメタル層35に進行する場合であっても、厚膜電極層34とボンディングメタル層36とが接する部分がないので、厚膜電極層34を形成する材料と半田56とは、合金化することはない。したがって、厚膜電極層34の歪応力のばらつきは、発生しにくくなる。
Further, since the thick
また、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子1は、リッジ導波路を形成している。このように、第1電極部3Aと発光層2との接する面が平面でない場合、すなわち、第1電極部3Aと発光層2とが曲面で接する場合、厚膜電極層34の歪応力のばらつきによって、発光層2に加わる応力は、局所的に集中する場合がある。たとえば、応力が、第1コンタクト層14Aの酸化膜30および第1オーミックコンタクト層31に接する一表面28に集中して生じる場合がある。この場合、半導体レーザ素子1の特性を悪化させることになるが、本発明の実施の形態では、厚膜電極層34の歪応力のばらつきを低減しているため、局所的に集中する応力の大きさも小さくなり、特性の良い半導体レーザ素子1となる。
The semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention forms a ridge waveguide. As described above, when the surface where the first electrode portion 3A and the light emitting layer 2 are in contact with each other is not a flat surface, that is, when the first electrode portion 3A and the light emitting layer 2 are in contact with each other with a curved surface, the variation in the strain stress of the thick
なお、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子1では、リッジ型導波路を形成する半導体レーザ素子について述べたが、リブ導波路を形成する半導体レーザ素子などであっても、厚膜電極層の歪応力のばらつきを低減しすることができ、特性の良い半導体レーザ素子となる。また、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子1では、第1電極部3Aと発光層2とが曲面で接する場合について述べたが、第1電極部と発光層とが、平面で接する場合の半導体レーザ素子であっても、厚膜電極層の歪応力のばらつきを低減しすることができ、特性の良い半導体レーザ素子となる。 In the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, the semiconductor laser device that forms the ridge-type waveguide has been described. However, the semiconductor laser device that forms the rib waveguide also has a thick film electrode layer. Dispersion of strain stress can be reduced, and a semiconductor laser element with good characteristics can be obtained. In the semiconductor laser device 1 according to the embodiment of the present invention, the case where the first electrode portion 3A and the light emitting layer 2 are in contact with each other on a curved surface has been described. However, the case where the first electrode portion and the light emitting layer are in contact with each other on a plane is described. Even if it is a semiconductor laser element, the dispersion | variation in the distortion stress of a thick film electrode layer can be reduced, and it becomes a semiconductor laser element with a sufficient characteristic.
次に半導体レーザ素子1の製造方法について説明する。図8は、半導体レーザ素子1の製造手順を示すフローチャートである。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser element 1 will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the manufacturing procedure of the semiconductor laser device 1.
半導体レーザ素子1は、半導体レーザ素子前駆体101をへき開工程によって分割することによって製造される。半導体レーザ素子前駆体101は、へき開工程後に基板10となるべき基板前駆体110と、へき開工程後に発光層2となるべき発光層前駆体102と、へき開工程後に第2電極部3Bとなるべき第2電極部前駆体103Bと、へき開工程後に第1電極部3Aとなるべき第1電極部前駆体103Aとを含んで構成される。
The semiconductor laser element 1 is manufactured by dividing the semiconductor laser element precursor 101 by a cleavage process. The semiconductor laser element precursor 101 includes a
以下に半導体レーザ素子前駆体101を構成する各層の名称を定義する。半導体レーザ素子前駆体101をへき開した後に、第1クラッド層11となるべき層を第1クラッド層前駆体111、活性層12となるべき層を活性層前駆体112、第2クラッド層13となるべき層を第2クラッド層前駆体113、第1コンタクト層14Aとなるべき層を第1コンタクト層前駆体114A、第2コンタクト層14Bとなるべき層を第2コンタクト層前駆体114B、第3コンタクト層14Cとなるべき層を第3コンタクト層前駆体114C、酸化膜30となるべき層を酸化膜前駆体130、第1オーミックコンタクト電極層31となるべき層を第1オーミックコンタクト電極層前駆体131、第1接触媒介層32となるべき層を第1接触媒介層前駆体132、薄膜電極層33となるべき層を薄膜電極層前駆体133、厚膜電極層34となるべき層を厚膜電極層前駆体134、バリアメタル層35となるべき層をバリアメタル層前駆体135、ボンディングメタル層36となるべき層をボンディングメタル層前駆体136、第2オーミックコンタクト電極層50となるべき層を第2オーミックコンタクト電極層前駆体150、第2接触媒介層51となるべき層を第2接触媒介層前駆体151、および基板側電極層52となるべき層を基板側電極層前駆体152と定義する。
The names of the layers constituting the semiconductor laser element precursor 101 are defined below. After cleaving the semiconductor laser element precursor 101, the layer to be the
図9は、ステップS2終了後の基板前駆体110と、発光層前駆体102と、第2電極部前駆体103Bとの一部の断面図である。図10は、ステップS6終了後の基板前駆体110と、発光層前駆体102と、第2電極部前駆体103Bと、形成途中の第1電極部前駆体103Aとの一部の断面図である。図11は、ステップS9終了後の基板前駆体110と、発光層前駆体102と、第2電極部前駆体103Bと、第1電極部前駆体103Aとの一部の断面図である。図12は、ステップS9終了後の基板前駆体110と、発光層前駆体102と、第2電極部前駆体103Bと、第1電極部前駆体103Aとの一部を簡略化して示す斜視図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the
半導体レーザ素子1の製造を開始すると、ステップS0からステップS1に移り、ステップS1では、発光層前駆体102を形成する。基板前駆体110の厚み方向一方を、前記第3方向Z一方と一致するように定義する。発光層前駆体102は、基板前駆体110の第3方向Z一方の一表面122上に、n型AlGaAsから成る第1クラッド層前駆体111、AlGaAsから成る活性層前駆体112、p型AlGaAsから成る第2クラッド層前駆体113、およびp型GaAsから成るコンタクト層前駆体を液層エピタキシャル法によってこの順に堆積させて形成される。次に、リソグラフィ工程によってコンタクト層前駆体を加工し、第1コンタクト層前駆体114A、第2コンタクト層前駆体114B、および第3コンタクト層前駆体114Cを形成する。
When the manufacture of the semiconductor laser device 1 is started, the process proceeds from step S0 to step S1, and in step S1, the light emitting layer precursor 102 is formed. One of the thickness directions of the
次に、ステップS2に移り、ステップS2では、第2電極部前駆体103Bを形成する。第2電極部前駆体103Bは、n型GaAs基板前駆体110の第3方向Z他方の他表面121上に、たとえばAuGeNiから成る第2オーミックコンタクト電極層前駆体150、たとえばTiから成る第2接触媒介層前駆体151、およびAuから成る基板側電極層前駆体152を真空蒸着法によってこの順に積層して形成される。次に、基板前駆体110と第2オーミックコンタクト電極層前駆体150とがオーミック接触をとるために、400〜500℃で10分間加熱し、基板前駆体110と第2オーミックコンタクト電極層前駆体150とをアロイ処理する。
Next, the process proceeds to step S2, and in step S2, the second electrode part precursor 103B is formed. The second electrode portion precursor 103B is formed on the
次に、ステップS3に移り、ステップS3では第1電極部前駆体103Aの酸化膜前駆体130を形成する。発光層前駆体102の第3方向Z一方の一表面120上に、たとえば化学気層成長(Chemical Vapor Deposition:略称CVD)法によってSiO2膜を形成する。その後、リソグラフィ工程によって、第1コンタクト層前駆体114Aの第3方向Z一方の一表面142上に堆積したSiO2膜を除去して酸化膜前駆体130を形成する。
Next, the process proceeds to step S3. In step S3, the
次に、ステップS4に移り、ステップS4では、第1オーミックコンタクト電極層前駆体131を形成する。第1オーミックコンタクト電極層前駆体131は、酸化膜前駆体130の第3方向Z一方の一表面144上、および第1コンタクト層前駆体114Aの第3方向Z一方の一表面142上に、厚みT1のAuZnを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。次に、第1コンタクト層前駆体114Aと第1オーミックコンタクト電極層前駆体131とがオーミック接触を取るために、400〜500℃で、10分間加熱し、第1コンタクト層前駆体114Aと第1オーミックコンタクト電極層前駆体131とをアロイ処理する。
Next, the process proceeds to step S4, and in step S4, the first ohmic contact
次にステップS5に移り、ステップS5では、第1接触媒介層前駆体132を形成する。第1接触媒介層前駆体132は、第1オーミックコンタクト電極層前駆体131の第3方向Z一方の一表面145上に、厚みT2のTiを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。
Next, the process proceeds to step S5. In step S5, the first contact
次にステップS6に移り、ステップS6では、薄膜電極層前駆体133を形成する。薄膜電極層前駆体133は、第1接触媒介層前駆体132の第3方向Z一方の一表面146上に、厚みT3のAuを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。
Next, the process proceeds to step S6. In step S6, a thin film
次にステップS7に移り、ステップS7では、厚膜電極層前駆体134を形成する。薄膜電極層前駆体133の第3方向Z一方の一表面147上にフォトレジスト膜を塗布する。露光工程および現像工程を経て、不要なフォトレジスト膜を除去し、へき開すべき仮想平面と仮想平面から距離U1離れた面との間のみにフォトレジスト層を残す。フォトレジスト層の第3方向Zの層厚は、厚膜電極層34の第4の厚みT4より厚く選ばれる。厚膜電極層前駆体134は、薄膜電極層前駆体133の第3方向Z一方の一表面147上のうち、フォトレジスト層と接しない部分に第4の厚みT4のAuを、メッキ法によって堆積して形成される。フォトレジスト層の第3方向Zの層厚がT4より厚いので、厚膜電極層前駆体134は、フォトレジスト層上には形成されない。その後、フォトレジスト層をエッチング工程によって除去する。
Next, the process proceeds to step S7, where the thick film
次にステップS8に移り、ステップS8では、バリアメタル層前駆体135を形成する。厚膜電極層前駆体134の第3方向Z一方の一表面148上、および薄膜電極層前駆体133の第3方向Z一方の一表面147上のうち、厚膜電極層前駆体134と接しない部分に、フォトレジスト層を形成する。露光工程および現像工程を経て不要なフォトレジスト層を除去し、へき開すべき仮想平面と仮想平面から距離U2離れた面との間のみにフォトレジスト層を残す。フォトレジスト層の第3方向Zの層厚は、厚膜電極層34の第4の厚みT4にバリアメタル層35の第5の厚みT5を加えた厚みより厚く選ばれる。その後、バリアメタル層前駆体135は、厚膜電極層前駆体134の第3方向Z一方の一表面148上、および薄膜電極層前駆体133の第3方向Z一方の一表面147上のうち、厚膜電極層前駆体134とフォトレジスト層とに接しない部分に、第5の厚みT5のたとえばTiを、メッキ法によって堆積して形成される。フォトレジスト層の第3方向Zの層厚が第4の厚みT4に第5の厚みT5を加えた値よりも厚いので、バリアメタル層前駆体135は、フォトレジスト層上には形成されない。その後、フォトレジスト層をエッチング工程によって除去する。
Next, the process proceeds to step S8, and in step S8, the barrier
次にステップS9に移り、ステップS9では、ボンディングメタル層前駆体136を形成する。ボンディングメタル層前駆体136は、バリアメタル層前駆体135の第3方向Z一方の一表面149上、および薄膜電極層前駆体133の第3方向Z一方の一表面146上のうち、厚膜電極層前駆体134とバリアメタル層前駆体135とに接しない部分に、厚みT6のAuを、メッキ法によって形成する。
Next, the process proceeds to step S9, and in step S9, a bonding
次にステップS10に移り、ステップS10では、半導体レーザ素子前駆体101のへき開を行う。半導体レーザ素子前駆体101にけがきを入れてへき開し、半導体レーザ素子前駆体101を複数の半導体レーザ素子1に分割する。へき開すべき面を図12の仮想線Cによって示す。 Next, the process proceeds to step S10. In step S10, the semiconductor laser element precursor 101 is cleaved. The semiconductor laser element precursor 101 is cleaved and cleaved to divide the semiconductor laser element precursor 101 into a plurality of semiconductor laser elements 1. A plane to be cleaved is indicated by a virtual line C in FIG.
次にステップS11に移り、半導体レーザ素子1の製造が終了する。
半導体レーザ素子前駆体101のへき開すべき面上に、厚膜電極層前駆体134およびバリアメタル層前駆体135が成膜されている場合、厚膜電極層前駆体134およびバリアメタル層前駆体135は、発光層前駆体102に比べて分割しにくいので、へき開工程において半導体レーザ素子101を分割しにくくなる。そのため、へき開する工程で半導体レーザ素子1に分割不良が生じる場合がある。一方、本実施の形態では、半導体レーザ素子前駆体101のへき開すべき面上に、厚膜電極層前駆体134およびバリアメタル層前駆体135が形成されておらず、へき開工程において、厚膜電極層前駆体134およびバリアメタル層前駆体135に起因する分割不良が生じることはない。そのため、特性の良い半導体レーザ素子1を製造することができる。また、半導体レーザ素子1に発生する分割不良が減少するので、半導体レーザ素子1の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。
Next, the process proceeds to step S11, where the manufacture of the semiconductor laser device 1 is completed.
When the thick film
また、本発明の実施の形態の厚膜電極層前駆体134は、電解メッキ法によって形成される。無電解メッキ法では、成膜速度が遅く、膜厚もばらつきも大きい為、膜厚のばらつきによる応力歪のばらつきが大きい。したがって、電解メッキ法によって形成される厚膜電極層前駆体34は、無電解メッキ法によって形成されるよりも、歪応力のばらつきが小さい。
The thick film
ステップS7でメッキ法によって歪応力のばらつきの少ない厚膜電極層前駆体134を形成した後に、ステップS8〜S10の工程で、厚膜電極層前駆体134の温度が350℃以上になると、熱応力によって厚膜電極層前駆体134の歪応力にばらつきが生じる。ステップS2で第2電極部前駆体103Bを形成する工程において、発光層前駆体102と第2電極部前駆体103Bとのオーミック接触を取るために、400〜500℃でのアロイ工程を経るが、本実施の形態では、ステップS2において第2電極部前駆体103Bを形成した後に、ステップS7において厚膜電極層前駆体134を形成する。また、バリアメタル層前駆体135およびボンディングメタル層前駆体136を積層するステップS8ステップS9の工程での厚膜電極層前駆体134の温度は、50℃以上350℃未満である。したがって、厚膜電極層前駆体134を形成した後の工程で、厚膜電極層前駆体134の温度が350℃以上にならないので、厚膜電極層前駆体134の歪応力のばらつきを低減することができる。また、厚膜電極層前駆体134を形成した後の工程において、厚膜電極層前駆体134の温度が50℃未満となり、厚膜電極層前駆体134の温度の変化量が大きくなると、熱応力によって厚膜電極層前駆体134の歪応力のばらつきが大きくなるが、厚膜電極層前駆体134の温度が50℃以上350℃未満の温度範囲に保たれるので、厚膜電極層前駆体134を形成した後に生じる厚膜電極層前駆体134の歪応力のばらつきを低減することができる。
After forming the thick film
厚膜電極層の歪応力にばらつきがある場合、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。たとえば、活性層の面と水平な方向から角度を変えて見たときに、光強度が滑らかに変化しない問題が生じる場合がある。また、厚膜電極層が半導体レーザ素子の活性層におよぼす応力によって、活性層に転移が生じることがある。転移のある場所では、半導体レーザ素子に通電しても、非発光再結合を引き起こし、多量の熱を発生させるのみで、光を放出しない。また、半導体レーザ素子に通電することによって発生する熱により、活性層に生じた転移を中心として、活性層に転移が広がる。そのため、半導体レーザ素子に通電し続けると、活性層に生じた転移を中心として、転移が増殖し、最終的に半導体レーザ素子は、発振しなくなる。したがって、厚膜電極層が加える応力によって活性層に転移が発生すると、半導体レーザ素子のスロープ効率の低下、発光効率の低下、閾値電流の上昇、および寿命の減少など、半導レーザ素子の特性が悪化する。特に、厚膜電極層の歪応力にばらつきがあると、活性層の局所的な部分に応力が加わる可能性があり、その部分に転移が生じやすくなる。そのため、半導体レーザ素子の特性が悪化する。 When there is variation in the strain stress of the thick film electrode layer, the radiation angle of the laser beam may be disturbed. For example, when the angle is changed from a direction parallel to the surface of the active layer, there may be a problem that the light intensity does not change smoothly. In addition, a transition may occur in the active layer due to the stress that the thick film electrode layer exerts on the active layer of the semiconductor laser element. In a place where there is a transition, even if the semiconductor laser element is energized, non-radiative recombination is caused, a large amount of heat is generated, and no light is emitted. In addition, the transition spreads in the active layer centering on the transition generated in the active layer due to the heat generated by energizing the semiconductor laser element. Therefore, when the semiconductor laser element is continuously energized, the transition grows around the transition generated in the active layer, and finally the semiconductor laser element does not oscillate. Therefore, when a transition occurs in the active layer due to the stress applied by the thick film electrode layer, the characteristics of the semiconductor laser device such as a decrease in slope efficiency, a decrease in light emission efficiency, an increase in threshold current, and a decrease in lifetime are observed. Getting worse. In particular, if there is variation in the strain stress of the thick film electrode layer, stress may be applied to a local portion of the active layer, and the transition tends to occur in that portion. As a result, the characteristics of the semiconductor laser element deteriorate.
本実施の形態の半導体レーザ素子1は、厚膜電極層34の歪応力のばらつきを低減しているので、厚膜電極層34が活性層12に加える応力は、一様となり、厚膜電極層34が活性層12に与える影響は、小さくなる。これによって特性の良い半導体レーザ素子1となる。
Since the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment reduces variations in the strain stress of the thick
図13は、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフであり、半導体レーザ素子に印加する電圧を変化させたときの、各電圧における出射光の遠視野での光強度分布を表す。図13における横軸は、出射角を表す。出射角を、レーザ光が出射する位置と、光軸を含み、活性層の厚み方向に垂直な仮想平面上の測定位置とを結ぶ直線と光軸との角度と定義する。図13における縦軸は、光強度を表す。図13に示すように、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の光強度は、出射角の絶対値が大きくなるにつれ、光強度が単調に減少する。 FIG. 13 is a graph showing the light intensity distribution in the far field of the emitted light of the semiconductor laser element having the barrier metal layer in the electrode part, and the output at each voltage when the voltage applied to the semiconductor laser element is changed. Represents the light intensity distribution in the far field of incident light. The horizontal axis in FIG. 13 represents the emission angle. The emission angle is defined as the angle between the optical axis and the straight line connecting the position where the laser beam is emitted and the measurement position on the virtual plane that includes the optical axis and is perpendicular to the thickness direction of the active layer. The vertical axis in FIG. 13 represents the light intensity. As shown in FIG. 13, the light intensity of the semiconductor laser element having the barrier metal layer in the electrode portion monotonously decreases as the absolute value of the emission angle increases.
電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の比較例として、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の構成から、バリアメタル層のみを除いた、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を図14に示す。図14は、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフであり、半導体レーザ素子に印加する電圧を変化させたときの、各電圧における出射光の遠視野での光強度分布を表す。図14における横軸は、レーザ光の出射角を表す。図14における縦軸は、光強度を表す。図14に示すように、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の光強度は、放射角の絶対値が大きくなるにつれ、光強度が単調には減少せずに、放射角の絶対値が0°付近のピーク以外に、放射角の絶対値が0°から離れた裾の部分にもピークをもつ。 As a comparative example of a semiconductor laser element having a barrier metal layer in the electrode part, a semiconductor laser having no barrier metal layer in the electrode part, excluding only the barrier metal layer from the configuration of the semiconductor laser element having the barrier metal layer in the electrode part FIG. 14 shows the light intensity distribution in the far field of the light emitted from the element. FIG. 14 is a graph showing the light intensity distribution in the far field of the emitted light of the semiconductor laser element that does not have a barrier metal layer in the electrode part, and shows the change in voltage applied to the semiconductor laser element at each voltage. It represents the light intensity distribution in the far field of the emitted light. The horizontal axis in FIG. 14 represents the laser beam emission angle. The vertical axis in FIG. 14 represents the light intensity. As shown in FIG. 14, the light intensity of the semiconductor laser element having no barrier metal layer in the electrode portion does not monotonously decrease as the absolute value of the radiation angle increases, but the absolute value of the radiation angle. Other than the peak around 0 °, the absolute value of the radiation angle also has a peak at the tail portion away from 0 °.
以上のように、電極部にバリアメタル層を形成することによって、出射角の絶対値が大きくなるにつれ、遠視野での光強度が単調に減少する半導体レーザ素子を得ることができる。したがって、レーザ光のうち、出射角度の広い範囲を利用することができる特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。 As described above, by forming the barrier metal layer in the electrode portion, it is possible to obtain a semiconductor laser device in which the light intensity in the far field monotonously decreases as the absolute value of the emission angle increases. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor laser element with good characteristics that can use a wide range of emission angles of laser light.
1 半導体レーザ素子
2 発光層
3A 第1電極部
3B 第2電極部
10 基板
11 第1クラッド層
12 活性層
13 第2クラッド層
14A 第1コンタクト層
14B 第2コンタクト層
14C 第3コンタクト層
30 酸化膜
31 第1オーミックコンタクト電極層
32 第1接触媒介層
33 薄膜電極層
34 厚膜電極層
35 バリアメタル層
36 ボンディングメタル層
50 第2オーミックコンタクト電極層
51 第2接触媒介層
52 基板側電極層
55 被接続体
56 半田
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser element 2 Light emitting layer 3A 1st electrode part 3B
Claims (10)
電極部は、
発光層寄りに設けられる電極層と、
電極層の発光層とは反対側の表面上に積層され、前記半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層と、
バリアメタル層の電極層とは反対側の表面上に積層され、被接続体に接続されるボンディングメタル層とを有し、
前記発光層は、活性層を有し、
前記電極層と活性層との間の最短距離が0.05μm以上3μm以下に選ばれ、
前記電極層の厚みは、0.5μm以上5μm以下に選ばれることを特徴とする半導体レーザ素子。 A semiconductor substrate, a light emitting layer formed by laminating a semiconductor layer on one surface of the semiconductor substrate, and a surface of the light emitting layer on one side in the stacking direction of the semiconductor layer are provided on the surface of the connected body by soldering. A semiconductor laser element including an electrode part to be connected,
The electrode part
An electrode layer provided near the light emitting layer;
A barrier metal layer that is laminated on the surface of the electrode layer opposite to the light emitting layer and prevents a compound of the material forming the electrode layer and the solder from being formed by the solder;
The barrier metal layer is laminated on the surface opposite to the electrode layer, and has a bonding metal layer connected to the connected body,
The light emitting layer has an active layer,
The shortest distance between the electrode layer and the active layer is selected from 0.05 μm to 3 μm,
A thickness of the electrode layer is selected from 0.5 μm to 5 μm.
前記半導体レーザ素子は、前記半導体基板の他表面上に設けられる第2電極部を含み、
前記発光層を形成した後に、第2電極部を形成し、その後に発光層の一表面上に前記電極部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor laser device, for manufacturing the semiconductor laser device according to claim 1,
The semiconductor laser element includes a second electrode portion provided on the other surface of the semiconductor substrate,
After forming the said light emitting layer, a 2nd electrode part is formed, and the said electrode part is formed on one surface of a light emitting layer after that, The manufacturing method of the semiconductor laser element characterized by the above-mentioned.
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