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JP2008288256A - Method of manufacturing semiconductor laser element and semiconductor laser device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor laser element and semiconductor laser device Download PDF

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JP2008288256A
JP2008288256A JP2007129238A JP2007129238A JP2008288256A JP 2008288256 A JP2008288256 A JP 2008288256A JP 2007129238 A JP2007129238 A JP 2007129238A JP 2007129238 A JP2007129238 A JP 2007129238A JP 2008288256 A JP2008288256 A JP 2008288256A
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semiconductor laser
bonding layer
manufacturing
laser bar
laser device
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JP2007129238A
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Inventor
Ko Naganuma
香 長沼
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor laser element that can give distortion by a simplified step and relax thermal stress without degrading the efficiency of exhaust heat. <P>SOLUTION: A distortion-addition member 11 of which coefficient of linear expansion is smaller than that of a semiconductor laser bar 10 is bonded to the n side of the semiconductor laser bar 10 with a bonding layer 10a in between. A heat sink 12 is bonded to the p side of the semiconductor laser bar 10 with a bonding layer 10b in between. For example, an eutectic solder containing tin is used to a bonding part 10a and a solder containing indium is used to a bonding part 10b. The distortion-addition member 11 is bonded to the n side with the bonding layer 10a in between, so that distortion due to expansion stress is given to the semiconductor laser bar 10. Thus, thermal conduction to the heat sink 12 is hardly blocked on the p side. The indium-containing solder is used to the bonding layer 10b, so that stress is difficult to be transmitted to the semiconductor laser bar 10 from the heat sink 12. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒートシンクなどの放熱部材上に半導体レーザ素子を接合するための製造方法およびこれにより作製された半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a manufacturing method for bonding a semiconductor laser element on a heat radiating member such as a heat sink and a semiconductor laser device manufactured thereby.

従来、半導体レーザが使用されている応用機器では、半導体レーザにおいて発生する熱を排出させるために半導体レーザをヒートシンクなどの放熱部材に実装する手法が用いられている。ところが、一般に半導体レーザとヒートシンクとでは、線膨張係数の差が大きいため、温度変化によってヒートシンクから半導体レーザに対して大きな熱応力(圧縮応力)がかかる。このため、特に高温動作時には、発光効率や寿命などの特性が悪化したり、レーザ自体が発振しなくなるということがあった。   2. Description of the Related Art Conventionally, in application equipment in which a semiconductor laser is used, a technique of mounting the semiconductor laser on a heat radiating member such as a heat sink is used to discharge heat generated in the semiconductor laser. However, since the difference in coefficient of linear expansion is generally large between a semiconductor laser and a heat sink, a large thermal stress (compressive stress) is applied from the heat sink to the semiconductor laser due to a temperature change. For this reason, characteristics such as light emission efficiency and lifetime are deteriorated particularly during high temperature operation, and the laser itself may not oscillate.

そこで、半導体レーザとヒートシンクとの間に、ヒートシンクから半導体レーザへの熱応力を緩和するための部材(サブマウント等)を介在させる技術(例えば、特許文献1〜3)や、半導体レーザを撓ませてヒートシンクとの接合面に予め引っ張り応力を付加しておくことにより、実装時や高温動作時におけるヒートシンクからの圧縮応力を相殺させるようにした技術(例えば、特許文献4)などが提案されている。
特開2003−198027号公報 特開2002−57401号公報 特許第3788343号公報 特開平10−247763号公報
Therefore, a technique for interposing a member (such as a submount) for relaxing the thermal stress from the heat sink to the semiconductor laser between the semiconductor laser and the heat sink (for example, Patent Documents 1 to 3), or bending the semiconductor laser. For example, a technique (for example, Patent Document 4) has been proposed in which a compressive stress from the heat sink during mounting or high-temperature operation is canceled by applying tensile stress to the joint surface with the heat sink in advance. .
JP 2003-198027 A JP 2002-57401 A Japanese Patent No. 3788343 Japanese Patent Laid-Open No. 10-247763

しかしながら、上記のような応力緩和のために設けられるサブマウントは、一般にヒートシンクよりも熱伝導性が低い材料で構成されるため、半導体レーザからヒートシンクへの排熱効率が低下してしまうという問題があった。従って、半導体レーザの排熱効率を低下させることなく、ヒートシンクからの熱応力を緩和させることのできる半導体レーザの実現が望まれていた。   However, since the submount provided for stress relaxation as described above is generally made of a material having lower thermal conductivity than the heat sink, there is a problem in that the efficiency of exhaust heat from the semiconductor laser to the heat sink decreases. It was. Therefore, it has been desired to realize a semiconductor laser that can alleviate the thermal stress from the heat sink without reducing the exhaust heat efficiency of the semiconductor laser.

また一方で、発光効率などのレーザ特性を向上させるために、半導体レーザの製造過程において、基板上に半導体層を基板に対して格子不整合となるように結晶成長させることにより、半導体層内に所定の歪み(格子歪み)を加える手法が用いられている。   On the other hand, in order to improve the laser characteristics such as the light emission efficiency, the semiconductor layer is grown on the substrate so as to be lattice-mismatched with the substrate in the manufacturing process of the semiconductor laser. A technique for applying a predetermined strain (lattice strain) is used.

ところが、上記のように、歪みを半導体層の結晶成長段階で付加する場合、所望の歪み量に応じて、例えば半導体層の材料比や成膜時間などを調整しながら成膜する必要があり、工程が複雑化するという問題があった。   However, as described above, when strain is applied at the crystal growth stage of the semiconductor layer, it is necessary to form a film while adjusting the material ratio of the semiconductor layer, the film formation time, etc., depending on the desired amount of strain, There was a problem that the process was complicated.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な工程で歪みを付加することができると共に、排熱効率を低下させることなく熱応力を緩和することが可能な半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of adding distortion by a simple process and relaxing thermal stress without reducing exhaust heat efficiency. An object of the present invention is to provide a device manufacturing method and a semiconductor laser device.

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、対向する一対の面を有する半導体レーザ素子の一の面に、半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材を、第1の接合層を介して接合する工程と、半導体レーザ素子の他の面に、第1の接合層よりも硬度の低い材料により構成された第2の接合層を介して放熱部材を接合する工程とを含むものである。   According to a method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a strain-adding member having a linear expansion coefficient different from that of a semiconductor laser element is formed on one surface of a semiconductor laser element having a pair of opposed surfaces via a first bonding layer. A step of bonding, and a step of bonding the heat radiating member to the other surface of the semiconductor laser element via a second bonding layer made of a material having a hardness lower than that of the first bonding layer.

本発明の半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ素子の一の面に、半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材を第1の接合層を介して接合することにより、歪み付加部材から半導体レーザ素子に対して、線膨張係数差に起因して圧縮あるいは引っ張りの応力がかかる。このとき、第1の接合層の硬度が比較的高いことにより、歪み付加部材から半導体レーザ素子に対して応力が伝わり易くなる。一方、半導体レーザ素子の他の面に、放熱部材を第2の接合層を介して接合することにより、半導体レーザ内で発生した熱は歪み付加部材を介さずに放熱部材に到達する。このとき、第2の接合層の硬度が比較的低いことにより、放熱部材から半導体レーザ素子に対して熱応力が伝わりにくくなる。   In the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a strain applying member having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser element is bonded to one surface of the semiconductor laser element through the first bonding layer. Therefore, a compressive or tensile stress is applied to the semiconductor laser element due to a difference in linear expansion coefficient. At this time, since the hardness of the first bonding layer is relatively high, stress is easily transmitted from the strain applying member to the semiconductor laser element. On the other hand, by joining the heat radiating member to the other surface of the semiconductor laser element via the second bonding layer, the heat generated in the semiconductor laser reaches the heat radiating member without going through the strain applying member. At this time, since the hardness of the second bonding layer is relatively low, thermal stress is hardly transmitted from the heat dissipation member to the semiconductor laser element.

本発明の半導体レーザ装置は、対向する一対の面を有する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の一の面に第1の接合層を介して接合されていると共に、半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材と、半導体レーザ素子の他の面に第1の接合層よりも硬度の低い材料により構成された第2の接合層を介して接合されている放熱部材とを備えたものである。   The semiconductor laser device of the present invention is bonded to one surface of a semiconductor laser element having a pair of opposing surfaces via a first bonding layer, and has a linear expansion coefficient. And a heat-dissipating member bonded to the other surface of the semiconductor laser element via a second bonding layer made of a material having a hardness lower than that of the first bonding layer. is there.

本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、対向する一対の面を有する半導体レーザ素子の一の面に、半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材を第1の接合層を介して接合し、半導体レーザ素子の他の面に、第1の接合層よりも硬度の低い材料により構成された第2の接合層を介して放熱部材を接合するようにしたので、半導体レーザ素子に対して歪み付加部材の側から応力が伝わり、これにより歪みが付加される。一方、半導体レーザ内で発生した熱は歪み付加部材を介さずに放熱部材に到達するが、第2の接合層の硬度が比較的低いことにより、放熱部材からの熱応力は伝わりにくくなる。よって、半導体レーザ素子に対して簡易な工程で歪みを付加することができると共に、排熱効率を低下させることなく熱応力を緩和することが可能となる。これにより、高温動作時においても良好なレーザ特性を発現する半導体レーザ装置を実現できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a strain applying member having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser element is provided on one surface of the semiconductor laser element having a pair of opposed surfaces via the first bonding layer. And the heat radiation member is bonded to the other surface of the semiconductor laser element via the second bonding layer made of a material having a lower hardness than the first bonding layer. On the other hand, stress is transmitted from the side of the strain applying member, and strain is thereby added. On the other hand, the heat generated in the semiconductor laser reaches the heat radiating member without passing through the strain applying member. However, since the hardness of the second bonding layer is relatively low, the thermal stress from the heat radiating member is hardly transmitted. Therefore, distortion can be applied to the semiconductor laser element with a simple process, and thermal stress can be relaxed without reducing the exhaust heat efficiency. As a result, a semiconductor laser device that exhibits good laser characteristics even during high-temperature operation can be realized.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置1の概略構成を表す断面図である。半導体レーザ装置1は、半導体レーザバー10の上下に、歪み付加部材11とヒートシンク12とを備えている。半導体レーザバー10と歪み付加部材11との間には接合層10a(第1の接合層)、半導体レーザバー10とヒートシンク12との間には接合層10b(第2の接合層)がそれぞれ設けられている。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor laser device 1 includes a strain applying member 11 and a heat sink 12 above and below the semiconductor laser bar 10. A bonding layer 10 a (first bonding layer) is provided between the semiconductor laser bar 10 and the strain applying member 11, and a bonding layer 10 b (second bonding layer) is provided between the semiconductor laser bar 10 and the heat sink 12. Yes.

半導体レーザバー10は、複数の発光領域がアレイ状に配列してなる半導体レーザ素子であり、その長軸方向の幅が例えば10mm、共振器長が例えば200μm〜1.5mm、厚みが例えば100μmとなっている。この半導体レーザバー10は、例えば基板側がp−n接合のn側となっており、このn側に歪み付加部材11、p側にヒートシンク12が接合されている。   The semiconductor laser bar 10 is a semiconductor laser element in which a plurality of light emitting regions are arranged in an array, and the width in the major axis direction is, for example, 10 mm, the resonator length is, for example, 200 μm to 1.5 mm, and the thickness is, for example, 100 μm. ing. In the semiconductor laser bar 10, for example, the substrate side is the n side of the pn junction, and the strain applying member 11 is joined to the n side, and the heat sink 12 is joined to the p side.

この半導体レーザバー10は、例えば、ガリウム砒素(GaAs)よりなる基板上に、活性層(発光領域)を含む半導体層が形成されたものである。半導体層は、例えば下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、電流注入層(いずれも図示せず)などが積層したものであり、例えばAlGaInP系化合物半導体より構成されている。なお、ここでいうAlGaInP系化合物半導体とは、アルミニウム(Al)およびガリウム(Ga)の少なくとも一方とインジウム(In)およびリン(P)の少なくとも一方とを含む四元系半導体のことであり、例えばAlGaInP混晶,GaInP混晶またはAlInP混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてケイ素(Si)またはセレン(Se)などのn型不純物、または、マグネシウム(Mg),亜鉛(Zn)または炭素(C)などのp型不純物を含有している。このような構成により、例えば630μm〜690μmに発振波長を有する赤色光を発光する。また、基板の裏面には、n型の電極が形成され、表面側の半導体層上には、例えばp型の電極が形成されている(いずれも図示せず)。   The semiconductor laser bar 10 is obtained by forming a semiconductor layer including an active layer (light emitting region) on a substrate made of, for example, gallium arsenide (GaAs). The semiconductor layer is formed by laminating, for example, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, a current injection layer (all not shown), and is made of, for example, an AlGaInP compound semiconductor. The AlGaInP-based compound semiconductor here is a quaternary semiconductor including at least one of aluminum (Al) and gallium (Ga) and at least one of indium (In) and phosphorus (P). Examples thereof include AlGaInP mixed crystals, GaInP mixed crystals, and AlInP mixed crystals. These contain an n-type impurity such as silicon (Si) or selenium (Se), or a p-type impurity such as magnesium (Mg), zinc (Zn), or carbon (C) as necessary. With such a configuration, red light having an oscillation wavelength of, for example, 630 μm to 690 μm is emitted. An n-type electrode is formed on the back surface of the substrate, and a p-type electrode is formed on the semiconductor layer on the front surface side (not shown).

歪み付加部材11は、半導体レーザバー10とは線膨張係数が異なる材料により構成されている。具体的には、半導体レーザバー10が上記のようなGaAs系の材料により構成されている場合、このGaAsの線膨張係数(5.9×10-6/℃)よりも小さい線膨張係数の材料、例えば、炭化ケイ素(線膨張係数:3.5×10-6/℃)、窒化アルミニウム(線膨張係数:4.5×10-6/℃)、あるいはダイヤモンドを含む材料(線膨張係数:1.0〜3.0×10-6/℃、例えばCVDダイヤモンド:2.0×10-6/℃)などのセラミック系材料が用いられる。このような材料を選択することにより、実装時において半導体レーザバー10に対して、延伸応力をかけることができ、これにより−(マイナス)の歪みを付加することができる。 The strain applying member 11 is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser bar 10. Specifically, when the semiconductor laser bar 10 is made of a GaAs-based material as described above, a material having a linear expansion coefficient smaller than that of GaAs (5.9 × 10 −6 / ° C.), For example, silicon carbide (linear expansion coefficient: 3.5 × 10 −6 / ° C.), aluminum nitride (linear expansion coefficient: 4.5 × 10 −6 / ° C.), or a material containing diamond (linear expansion coefficient: 1. A ceramic material such as 0 to 3.0 × 10 −6 / ° C., for example, CVD diamond: 2.0 × 10 −6 / ° C. is used. By selecting such a material, it is possible to apply a stretching stress to the semiconductor laser bar 10 at the time of mounting, thereby adding − (minus) strain.

また、歪み付加部材11の厚みは、半導体レーザバー10の厚みや共振器長との関係で決定されることが好ましい。具体的には、半導体レーザバー10の厚みが100μm程度である場合には、歪み付加部材11の厚みは10μm以上2mm以下であることが好ましい。これにより、半導体レーザ10との接合時に生じる反りによって、半導体レーザ10あるいは歪み付加部材11が破損しにくくなる。   The thickness of the strain applying member 11 is preferably determined in relation to the thickness of the semiconductor laser bar 10 and the resonator length. Specifically, when the thickness of the semiconductor laser bar 10 is about 100 μm, the thickness of the strain applying member 11 is preferably 10 μm or more and 2 mm or less. As a result, the semiconductor laser 10 or the strain applying member 11 is less likely to be damaged due to warpage that occurs during bonding with the semiconductor laser 10.

ヒートシンク12は、半導体レーザバー10の排熱効果を高めるものであり、熱伝導性を有する材料、例えば銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などの単体材料やこれらの合金などの複合材料、例えば、銅タングステン合金(Cu−W)、銅モリブデン合金(Cu−Mo)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)などにより構成されている。但し、熱伝導性の高い銅単体および銅を含む合金によって構成されていることが好ましい。このヒートシンク12の厚みは、例えば1mm〜20mmとなっている。なお、ヒートシンク12の表面(半導体レーザバー10が設けられる面)は、半導体レーザバー10に対する電気伝導性を高めるために、例えば金(Au)などから構成される薄膜(図示せず)によって被覆されている。   The heat sink 12 enhances the exhaust heat effect of the semiconductor laser bar 10, and is a material having thermal conductivity, for example, a single material such as copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo) or the like. For example, a copper tungsten alloy (Cu—W), a copper molybdenum alloy (Cu—Mo), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), or the like. However, it is preferable that it is comprised with the copper simple substance with high heat conductivity, and the alloy containing copper. The thickness of the heat sink 12 is, for example, 1 mm to 20 mm. Note that the surface of the heat sink 12 (the surface on which the semiconductor laser bar 10 is provided) is covered with a thin film (not shown) made of, for example, gold (Au) or the like in order to increase the electrical conductivity with respect to the semiconductor laser bar 10. .

接合層10aは、例えば、はんだ等の接合用金属により構成され、後述の接合層10bよりも固い(硬度が高い)材料によって構成されている。また、後述の接合層10bよりも融点が高い材料、例えば融点が185℃〜300℃の材料で構成されていることが好ましい。具体的には、スズを含む合金、例えばAu−Sn、Sn−Ag、Sn−Zn、Sn−Pbなどの共晶はんだにより構成されていることが好ましい。   The bonding layer 10a is made of, for example, a bonding metal such as solder, and is made of a material that is harder (has higher hardness) than the bonding layer 10b described later. Moreover, it is preferable to be comprised with the material whose melting | fusing point is higher than the below-mentioned joining layer 10b, for example, material whose melting | fusing point is 185 degreeC-300 degreeC. Specifically, it is preferably made of an alloy containing tin, for example, eutectic solder such as Au—Sn, Sn—Ag, Sn—Zn, and Sn—Pb.

接合層10bは、例えば、はんだ等の接合用金属により構成され、前述の接合層10aよりも柔らかい(硬度が低い)材料によって構成されている。また、前述の接合層10aよりも融点が低い材料、例えば融点が115℃〜160℃の材料で構成されていることが好ましい。具体的には、インジウムを含む合金により構成されていることが好ましく、その含有率が50%以上であることがより好ましい。あるいは、3種以上の金属を含む材料、すなわち3元系、4元系以上の金属材料によって構成されていてもよい。   The joining layer 10b is made of, for example, a joining metal such as solder, and is made of a softer material (having a lower hardness) than the joining layer 10a. Moreover, it is preferable to be comprised with the material whose melting | fusing point is lower than the above-mentioned joining layer 10a, for example, material whose melting | fusing point is 115 to 160 degreeC. Specifically, it is preferably composed of an alloy containing indium, and the content is more preferably 50% or more. Or you may be comprised by the material containing 3 or more types of metals, ie, the ternary system, the quaternary system or more metal material.

上記のような構成を有する半導体レーザ装置1は、例えば次のようにして作製することができる。なお、図2(A)〜(C)は、半導体レーザバー10の実装方法を工程順に説明するものであり、本発明の半導体レーザ素子の実装方法に対応している。   The semiconductor laser device 1 having the above configuration can be manufactured, for example, as follows. 2A to 2C illustrate the mounting method of the semiconductor laser bar 10 in the order of steps, and correspond to the mounting method of the semiconductor laser element of the present invention.

まず、半導体レーザバー10を形成する。例えばGaAsにより構成された基板上に、化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy;電子ビーム蒸着)法により形成する。この際、上記のようなAlGaInP系化合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)、フォスフィン(PH3 )を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、セレン化水素(H2 Se)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。続いて、形成した化合物半導体層の表面と、GaAs基板の裏面とに、蒸着法、スパッタ法などによりそれぞれ電極を形成する。こののち、軸方向の一対の端面に反射鏡膜(図示せず)を設けることにより、半導体レーザバー10を形成する。 First, the semiconductor laser bar 10 is formed. For example, a compound semiconductor layer is formed on a substrate made of GaAs, for example, by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) or MBE (Molecular Beam Epitaxy). At this time, for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), and phosphine (PH 3 ) are used as raw materials for the AlGaInP-based compound semiconductor as described above. For example, hydrogen selenide (H 2 Se) is used, and dimethyl zinc (DMZ) is used as the acceptor impurity raw material, for example. Subsequently, electrodes are respectively formed on the surface of the formed compound semiconductor layer and the back surface of the GaAs substrate by vapor deposition, sputtering, or the like. After that, the semiconductor laser bar 10 is formed by providing a mirror film (not shown) on the pair of end faces in the axial direction.

次いで、図2(A)に示したように、上述した材料よりなる歪み付加部材11を用意し、この歪み付加部材11上に、例えば真空蒸着法やめっき法により、上述した材料よりなる接合層10aを形成する。こののち、接合層10a上に半導体レーザバー10を載置し、加熱、冷却処理(熱処理)を施すことにより半導体レーザバー10を歪み付加部材11上に対して接合させる。   Next, as shown in FIG. 2A, a strain applying member 11 made of the above-described material is prepared, and a joining layer made of the above-described material is formed on the strain adding member 11 by, for example, a vacuum deposition method or a plating method. 10a is formed. After that, the semiconductor laser bar 10 is mounted on the bonding layer 10a, and the semiconductor laser bar 10 is bonded to the strain applying member 11 by performing heating and cooling treatment (heat treatment).

一方、図2(B)に示したように、上述した材料よりなるヒートシンク12を用意し、このヒートシンク12上に、例えば真空蒸着法やめっき法により、上述した材料よりなる接合層10bを形成する。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, the heat sink 12 made of the above-described material is prepared, and the bonding layer 10b made of the above-described material is formed on the heat sink 12 by, for example, vacuum deposition or plating. .

続いて、図2(C)に示したように、歪み付加部材11に接合された半導体レーザバー10と、ヒートシンク12上に形成された接合層10bとが対向するようにして、歪み付加部材11とヒートシンク12とを重ね合わせ、加熱、冷却処理を施すことにより、接合層10bを溶融、凝固させて、これらを接合させる。これにより、図1に示した半導体レーザ装置1を完成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, the strain applying member 11 is arranged so that the semiconductor laser bar 10 joined to the strain applying member 11 and the joining layer 10b formed on the heat sink 12 face each other. By superposing the heat sink 12 and performing a heating and cooling process, the bonding layer 10b is melted and solidified to be bonded. Thereby, the semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 is completed.

あるいは、図2(A)〜(C)の接合方法の他にも、例えば図3(A)〜(C)に示したような方法を用いることも可能である。まず、図3(A)に示したように、歪み付加部材11上に、例えば真空蒸着法やめっき法により接合層10aを形成する一方、図3(B)に示したように、ヒートシンク12上に、例えば真空蒸着法やめっき法により接合層10bを形成する。こののち、図3(C)に示したように、ヒートシンク12と歪み付加部材11とを重ね合わせて、加熱、冷却処理を施すことにより、これらを接合させる。このとき、接合層10aを構成する材料の融点が比較的高く、接合層10bを構成する材料の融点が比較的低い場合には、まず接合層10aが先に固まり、のちに接合層10bが固まることとなる。すなわち、半導体レーザ10に対して歪み付加部材11が先に接合され、こののちにヒートシンク12が接合される。   Alternatively, in addition to the joining method of FIGS. 2A to 2C, for example, a method as shown in FIGS. 3A to 3C can be used. First, as shown in FIG. 3A, the bonding layer 10a is formed on the strain applying member 11 by, for example, a vacuum deposition method or a plating method. On the other hand, as shown in FIG. In addition, the bonding layer 10b is formed by, for example, a vacuum deposition method or a plating method. After that, as shown in FIG. 3C, the heat sink 12 and the strain applying member 11 are superposed and subjected to a heating and cooling process to join them. At this time, when the melting point of the material forming the bonding layer 10a is relatively high and the melting point of the material forming the bonding layer 10b is relatively low, the bonding layer 10a first hardens first, and then the bonding layer 10b hardens. It will be. That is, the strain applying member 11 is bonded to the semiconductor laser 10 first, and then the heat sink 12 is bonded.

次に、本実施の形態の半導体レーザバー10の実装方法および半導体レーザ装置1の作用および効果について説明する。   Next, the mounting method of the semiconductor laser bar 10 of this embodiment and the operation and effect of the semiconductor laser device 1 will be described.

半導体レーザバー10の実装方法では、半導体レーザバー10の上面(n側)に接合層10aを介して半導体レーザバー10とは線膨張係数の異なる歪み付加部材11を接合することにより、歪み付加部材11から半導体レーザバー10に対して、線膨張係数差に起因する熱応力がかかる。このとき、歪み付加部材11が半導体レーザバー10よりも線膨張係数の小さい材料で構成されていることにより、接合時における加熱後の冷却によって歪み付加部材11の側から半導体レーザバー10に対して延伸応力がかかる。特に、接合層10aとして硬度が比較的高い(固い)材料を用いることにより、歪み付加部材11から半導体レーザバー10に対する応力が伝わり易くなる。   In the mounting method of the semiconductor laser bar 10, the strain applying member 11 having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser bar 10 is bonded to the upper surface (n side) of the semiconductor laser bar 10 via the bonding layer 10 a, so Thermal stress due to the difference in linear expansion coefficient is applied to the laser bar 10. At this time, since the strain applying member 11 is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than that of the semiconductor laser bar 10, stretching stress is applied to the semiconductor laser bar 10 from the strain adding member 11 side by cooling after heating at the time of bonding. It takes. In particular, by using a material having a relatively high (hard) hardness as the bonding layer 10a, the stress applied to the semiconductor laser bar 10 from the strain applying member 11 is easily transmitted.

一方、半導体レーザバー10の下面(p側)に接合層10bを介してヒートシンク12を接合することにより、歪み付加部材11によって半導体レーザバー10からヒートシンク12への熱伝導が妨げられることがなくなる。また、接合層10bとして硬度が比較的低い(柔らかい)材料を用いることにより、ヒートシンク12から半導体レーザバー10に対して、これらの線膨張係数差に起因する熱応力(圧縮応力)が伝わりにくくなる。   On the other hand, by joining the heat sink 12 to the lower surface (p side) of the semiconductor laser bar 10 via the joining layer 10b, the strain application member 11 does not prevent the heat conduction from the semiconductor laser bar 10 to the heat sink 12. Further, by using a material having a relatively low (soft) hardness as the bonding layer 10b, it becomes difficult for thermal stress (compressive stress) due to the difference in linear expansion coefficient from the heat sink 12 to the semiconductor laser bar 10 to be transmitted.

例えば、図4(A)に示したように、半導体レーザバー10に対して、歪み付加部材11の線膨張係数が小さく、ヒートシンク12の線膨張係数が大きい場合には、加熱後の冷却によって、半導体レーザバー10には、歪み付加部材11の側から延伸応力P1がかかり、ヒートシンク12の側から圧縮応力P2がかかることとなる。このとき、接合層10aの硬度が比較的高いことにより、歪み付加部材11からの延伸応力P1は半導体レーザバー10に十分に伝達される一方、接合層10bの硬度が比較的低いことにより、ヒートシンク12からの圧縮応力P2は接合層10bによって吸収され、半導体レーザバー10に対して伝わりにくくなる。   For example, as shown in FIG. 4A, when the linear expansion coefficient of the strain applying member 11 is small and the linear expansion coefficient of the heat sink 12 is large with respect to the semiconductor laser bar 10, the semiconductor is cooled by heating and then cooled. The laser bar 10 is subjected to a stretching stress P1 from the strain applying member 11 side and a compressive stress P2 from the heat sink 12 side. At this time, since the hardness of the bonding layer 10a is relatively high, the stretching stress P1 from the strain applying member 11 is sufficiently transmitted to the semiconductor laser bar 10, while the hardness of the bonding layer 10b is relatively low, Is absorbed by the bonding layer 10 b and is not easily transmitted to the semiconductor laser bar 10.

また、半導体レーザバー10のn側に歪み付加部材11を接合することにより、歪み付加部材11からの応力によって、発光点となるp側に直接的に負荷がかかることがなくなる。よって、発光効率の低下や発振阻害などを引き起こすことなく、半導体レーザバー10に所望の歪みが付加される。   Further, by joining the strain applying member 11 to the n side of the semiconductor laser bar 10, a load is not directly applied to the p side serving as a light emitting point due to the stress from the strain adding member 11. Therefore, a desired strain is added to the semiconductor laser bar 10 without causing a decrease in light emission efficiency or oscillation inhibition.

さらに、図4(B)に示したように、半導体レーザバー10の上下に歪み付加部材11およびヒートシンク12がそれぞれ設けられていることにより、半導体レーザバー10から発生する熱Tは、ヒートシンク12の側からだけでなく、歪み付加部材11の側からも排熱させることができる。すなわち、p側からだけでなくn側からも排熱効果を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 4B, the strain applying member 11 and the heat sink 12 are provided above and below the semiconductor laser bar 10, so that the heat T generated from the semiconductor laser bar 10 is generated from the heat sink 12 side. In addition, heat can be exhausted not only from the strain adding member 11 side. That is, the exhaust heat effect can be obtained not only from the p side but also from the n side.

また、接合層10aとして、スズを含む共晶のはんだ材料を用い、接合層10bとして、インジウムを含む材料を用いることで、歪み付加部材11から半導体レーザバー10への応力がより伝わり易くなり、ヒートシンク12から半導体レーザバー10への応力はより伝わりにくくなる。   In addition, by using a eutectic solder material containing tin as the bonding layer 10a and using a material containing indium as the bonding layer 10b, the stress from the strain applying member 11 to the semiconductor laser bar 10 can be more easily transmitted. The stress from 12 to the semiconductor laser bar 10 is less likely to be transmitted.

さらに、半導体レーザバー10のn側に歪み付加部材11を接合することにより、ワイヤボンディングを個々のレーザごとに打つ必要がないため、歪み付加部材11に対してまとめて打つことができる。このため、ワイヤとの密着性を向上させるために、例えば重さや打ち時間などの荷重条件を強くすることができる。さらに、ワイヤの代わりに薄板などを用いることも可能なため、加工処理がし易くなる。   Further, by bonding the strain applying member 11 to the n side of the semiconductor laser bar 10, it is not necessary to perform wire bonding for each laser, so that the strain applying member 11 can be applied collectively. For this reason, in order to improve adhesiveness with a wire, for example, load conditions, such as weight and hitting time, can be strengthened. Furthermore, since a thin plate or the like can be used instead of the wire, the processing is easy.

また、半導体レーザバー10のn側に歪み付加部材11を接合することにより、従来のように半導体レーザバーとヒートシンクとの間にサブマウントが設けられる場合に比べて、実装時の位置精度が要求されない。よって、実装工程が簡易化すると共にコストの削減にも有利となる。   Further, by joining the strain applying member 11 to the n side of the semiconductor laser bar 10, the positional accuracy at the time of mounting is not required as compared with the conventional case where a submount is provided between the semiconductor laser bar and the heat sink. Therefore, the mounting process is simplified and the cost is reduced.

以上説明したように、半導体レーザバー10のn側に接合層10aを介して半導体レーザバー10とは線膨張係数の小さい歪み付加部材11を接合することにより、歪み付加部材11から半導体レーザバー10に対して延伸応力がかかり、結晶成長条件を変えることなく−(マイナス)歪みを付加することができる。一方、半導体レーザバー10のp側に接合層10bを介してヒートシンク12を接合することにより、歪み付加部材11によってヒートシンク12への熱伝導が妨げられることがなくなる。特に、接合層10aの硬度が比較的高いことにより、歪み付加部材11から半導体レーザバー10には応力が伝わり易くなり、接合層10bの硬度が比較的低いことにより、ヒートシンク12から半導体レーザバー10には熱応力が伝わりにくくなる。従って、半導体レーザバーに対して簡易な工程で歪みを付加することができると共に、排熱効率を低下させることなく熱応力を緩和させることができる。これにより、高温動作時においても良好なレーザ特性を発現する半導体レーザ装置1を実現できる。   As described above, the strain applying member 11 is bonded to the semiconductor laser bar 10 from the strain adding member 11 by joining the semiconductor laser bar 10 to the n side of the semiconductor laser bar 10 via the bonding layer 10a. Stretching stress is applied, and − (minus) strain can be added without changing the crystal growth conditions. On the other hand, by bonding the heat sink 12 to the p side of the semiconductor laser bar 10 via the bonding layer 10 b, the heat conduction to the heat sink 12 is not hindered by the strain applying member 11. In particular, since the hardness of the bonding layer 10a is relatively high, stress is easily transmitted from the strain applying member 11 to the semiconductor laser bar 10, and since the hardness of the bonding layer 10b is relatively low, the heat sink 12 is transferred from the semiconductor laser bar 10 to the semiconductor laser bar 10. It becomes difficult to transmit thermal stress. Therefore, distortion can be added to the semiconductor laser bar by a simple process, and thermal stress can be relaxed without reducing the exhaust heat efficiency. As a result, the semiconductor laser device 1 that exhibits good laser characteristics even during high-temperature operation can be realized.

次に、具体的な実施例について説明する。   Next, specific examples will be described.

(実施例1A,1B)
実施例1Aとして、歪み付加部材11に対して半導体レーザバー10のn側(基板側)を接合した場合における半導体レーザバー10の長軸方向の幅を測定した。また、実施例1Bとして、ヒートシンク12上に接合層10bを介して半導体レーザバー10のp側を接合させた場合における半導体レーザバー10の長軸方向の幅を測定した。この際、半導体レーザバー10のn側、発光領域、p側の3つの箇所において長軸方向の幅を測定した。また、半導体レーザバー10としては、上述のGaAs系の材料を用い、接合前の長軸方向の幅を10mm、共振器長を700μm、厚みを100μmとした。歪み付加部材11としては厚み200μmの炭化ケイ素、接合層10aとしては厚み5μmのSn−Agはんだを用いた。ヒートシンク12としては厚み4.5mmの銅、接合層10bとしては厚み10μmのインジウムはんだを用いた。測定結果を、図5(A)に示す。
(Examples 1A and 1B)
As Example 1A, the width in the major axis direction of the semiconductor laser bar 10 when the n side (substrate side) of the semiconductor laser bar 10 was bonded to the strain applying member 11 was measured. Further, as Example 1B, the width in the major axis direction of the semiconductor laser bar 10 when the p-side of the semiconductor laser bar 10 was bonded onto the heat sink 12 via the bonding layer 10b was measured. At this time, the width in the major axis direction was measured at three points on the n side, the light emitting region, and the p side of the semiconductor laser bar 10. Further, as the semiconductor laser bar 10, the above-mentioned GaAs-based material was used, the width in the major axis direction before bonding was 10 mm, the resonator length was 700 μm, and the thickness was 100 μm. As the strain applying member 11, silicon carbide having a thickness of 200 μm was used, and as the bonding layer 10 a, Sn—Ag solder having a thickness of 5 μm was used. As the heat sink 12, copper having a thickness of 4.5 mm was used, and as the bonding layer 10b, indium solder having a thickness of 10 μm was used. The measurement results are shown in FIG.

(実施例1C)
実施例1Cとして、上記実施例1A,1Bと同様の条件で作製した半導体レーザ装置1において、半導体レーザバー10の動作時における環境温度(25℃)に対する温度上昇(Δt℃)について測定した。その結果を図5(B)に示す。
(Example 1C)
As Example 1C, in the semiconductor laser device 1 manufactured under the same conditions as in Examples 1A and 1B, the temperature rise (Δt ° C.) relative to the environmental temperature (25 ° C.) during the operation of the semiconductor laser bar 10 was measured. The result is shown in FIG.

(比較例1)
また、上記実施例1A,1Bの比較例1として、図7に示したように、半導体レーザバー100を、サブマウント101を介してヒートシンク102に接合した半導体レーザ装置20における半導体レーザバー100の長軸方向の幅を測定した。このとき、半導体レーザバー100はサブマウント101に対しpサイドダウンで接合層100aを介して接合し、サブマウント101はヒートシンク102に対し接合層101aを介して接合した。このとき、接合層100aとしては厚み5μmのSn−Agはんだ、接合層101bとしては厚み10μmのインジウムはんだを用いた。また、半導体レーザバー100、サブマウント101およびヒートシンク102としては、上記実施例1A,1Bと同様のものを用いた。この比較例1の結果を、実施例1A,1Bの結果と共に図5(A)に示す。
(Comparative Example 1)
Further, as Comparative Example 1 of Examples 1A and 1B, as shown in FIG. 7, the long axis direction of the semiconductor laser bar 100 in the semiconductor laser device 20 in which the semiconductor laser bar 100 is joined to the heat sink 102 via the submount 101 is used. The width of was measured. At this time, the semiconductor laser bar 100 was bonded to the submount 101 via the bonding layer 100a in a p-side down manner, and the submount 101 was bonded to the heat sink 102 via the bonding layer 101a. At this time, Sn—Ag solder having a thickness of 5 μm was used as the bonding layer 100a, and indium solder having a thickness of 10 μm was used as the bonding layer 101b. In addition, as the semiconductor laser bar 100, the submount 101, and the heat sink 102, the same ones as in Examples 1A and 1B were used. The result of Comparative Example 1 is shown in FIG. 5A together with the results of Examples 1A and 1B.

(比較例2)
また、上記実施例1Cの比較例2として、図8に示したように、半導体レーザバー110をヒートシンク112上に接合層110aを介して接合した半導体レーザ装置30における半導体レーザバー110の動作時における環境温度(25℃)に対する温度上昇(Δt℃)について測定した。その結果を、実施例1Cの結果と共に図5(B)に示す。また、図5(B)には、図7に示した比較例1に係る半導体レーザ装置20における半導体レーザバー100の温度上昇(Δt℃)についても示す。
(Comparative Example 2)
Further, as Comparative Example 2 of Example 1C, as shown in FIG. 8, the environmental temperature during operation of the semiconductor laser bar 110 in the semiconductor laser device 30 in which the semiconductor laser bar 110 is bonded to the heat sink 112 via the bonding layer 110a. The temperature increase (Δt ° C.) relative to (25 ° C.) was measured. The result is shown in FIG. 5 (B) together with the result of Example 1C. FIG. 5B also shows the temperature rise (Δt ° C.) of the semiconductor laser bar 100 in the semiconductor laser device 20 according to Comparative Example 1 shown in FIG.

図5(A)に示したように、半導体レーザバー10のn側にSn−Agはんだを介して歪み付加部材11を接合した実施例1Aでは、半導体レーザバー10において十分な延伸効果が得られている。よって、歪み付加部材11からの延伸応力が半導体レーザバー10に対して十分に伝わることが示され、これにより歪みが確実に付加されることがわかる。また、この実施例1Aでは、n側、発光領域およびp側の3つの領域において、半導体レーザバー100のp側にサブマウント101を接合した比較例1とほぼ同様の延伸効果を示している。すなわち、上記のような条件下では、p側とn側のいずれの側から延伸応力をかけた場合であっても、半導体レーザバーの上記3つの領域のいずれにおいても、同一の挙動(延伸)を示し、その度合いもほぼ同等となることがわかる。   As shown in FIG. 5A, in Example 1A in which the strain applying member 11 is joined to the n side of the semiconductor laser bar 10 via Sn—Ag solder, a sufficient stretching effect is obtained in the semiconductor laser bar 10. . Therefore, it is shown that the stretching stress from the strain applying member 11 is sufficiently transmitted to the semiconductor laser bar 10, and it can be seen that the strain is reliably added. Further, in Example 1A, in the three regions of the n side, the light emitting region, and the p side, the stretching effect is almost the same as that of Comparative Example 1 in which the submount 101 is bonded to the p side of the semiconductor laser bar 100. That is, under the conditions as described above, the same behavior (stretching) is observed in any of the above three regions of the semiconductor laser bar even when a stretching stress is applied from either the p side or the n side. It can be seen that the degree is almost the same.

また、半導体レーザバー10とヒートシンク12とをインジウムはんだを介して接合した実施例1Bでは、長軸方向にほとんど縮みが生じていない。よって、インジウムはんだによってヒートシンク12から半導体レーザバー10に対する応力が緩和されることがわかる。   In Example 1B in which the semiconductor laser bar 10 and the heat sink 12 are joined via indium solder, there is almost no shrinkage in the major axis direction. Therefore, it can be seen that the stress from the heat sink 12 to the semiconductor laser bar 10 is relieved by the indium solder.

図5(B)に示したように、半導体レーザバー100とヒートシンク102との間にサブマウント101を設けた比較例1の構成では、温度上昇が最も大きくなった。これに対し、ヒートシンク12に対して半導体レーザバー10を歪み付加部材11を介さずに接合した実施例1Cでは、ヒートシンク112に半導体レーザバー110を接合した比較例1とほぼ同程度の温度上昇となり、サブマウント101を介して接合する比較例1に比べて約10℃低くなった。よって、実施例1Cでは、半導体レーザバー10からヒートシンクへの排熱効率が低下しないことがわかる。   As shown in FIG. 5B, in the configuration of the comparative example 1 in which the submount 101 is provided between the semiconductor laser bar 100 and the heat sink 102, the temperature rise was the largest. On the other hand, in Example 1C in which the semiconductor laser bar 10 was joined to the heat sink 12 without the strain applying member 11, the temperature rise was almost the same as in Comparative Example 1 in which the semiconductor laser bar 110 was joined to the heat sink 112. The temperature was about 10 ° C. lower than that of Comparative Example 1 in which bonding was performed via the mount 101. Therefore, in Example 1C, it turns out that the exhaust heat efficiency from the semiconductor laser bar 10 to a heat sink does not fall.

以上の結果より、半導体レーザバー10のn側に歪み付加部材11を例えばSn−Agはんだを用いて接合する一方で、半導体レーザバー10のp側にヒートシンク12を例えばインジウムはんだを用いて接合することにより、半導体レーザバー10に対してn側からは応力がかかり歪みが付加される一方で、p側では排熱効率を低下させることなく応力が緩和されることがわかる。   From the above results, the strain applying member 11 is joined to the n side of the semiconductor laser bar 10 using, for example, Sn-Ag solder, while the heat sink 12 is joined to the p side of the semiconductor laser bar 10 using, for example, indium solder. It can be seen that stress is applied to the semiconductor laser bar 10 from the n side and strain is added, while the stress is relaxed on the p side without reducing the exhaust heat efficiency.

また、図6には、接合層10bとして用いるインジウムはんだにおけるインジウム含有率(%)に対する発振波長(nm)について示す。このように、例えば波長804nmとなるように構成された半導体レーザ装置の接合層10bにおけるインジウムの含有率が低くなるに従って、短波長側へシフトする。これは、接合層10bのインジウム含有率が低くなるにつれて硬度が高くなり、ヒートシンク12からの応力を受け易くなるためである。このため、接合層10bはインジウム含有率が50%程度以上であることが好ましく、これによりヒートシンク12からの応力が十分に緩和され、良好な発光効率や寿命特性を実現できる。   FIG. 6 shows the oscillation wavelength (nm) with respect to the indium content (%) in the indium solder used as the bonding layer 10b. Thus, for example, as the content of indium in the bonding layer 10b of the semiconductor laser device configured to have a wavelength of 804 nm is shifted to the short wavelength side. This is because the hardness increases as the indium content of the bonding layer 10 b decreases, and the stress from the heat sink 12 is easily received. For this reason, it is preferable that the bonding layer 10b has an indium content of about 50% or more, whereby stress from the heat sink 12 is sufficiently relaxed, and good light emission efficiency and life characteristics can be realized.

なお、比較例1のような構成では、半導体レーザバー100に対して所望の歪みを付加するために、例えば、サブマウント101との線膨張係数差によりp側から一定の応力がかかることを想定した上で結晶成長段階で付加する歪みを設定することにより、全体として所望の歪みが得られるような設計手法が用いられることがある。例えば、発光効率が良好となる所望の歪みが−(マイナス)歪み0.7%である場合、サブマウント101との接合によって−歪み0.1%が付加されることを予め想定して、活性層の結晶成長段階で付加する歪みを−歪み0.6%となるように設計する。このような場合、半導体レーザバー100とヒートシンク102との間に設けられるサブマウント101が、ヒートシンク102から半導体レーザバー100への応力緩和材として機能するだけでなく、半導体レーザバー100に対して歪みを付加する補助手段としても用いられていることとなる。   In the configuration as in Comparative Example 1, in order to add a desired strain to the semiconductor laser bar 100, for example, it is assumed that a constant stress is applied from the p side due to a difference in linear expansion coefficient with the submount 101. By setting the strain to be added at the crystal growth stage above, a design technique that can obtain a desired strain as a whole may be used. For example, if the desired strain for improving the light emission efficiency is − (minus) strain 0.7%, it is assumed that −0.1 strain is added by joining with the submount 101 in advance. The strain applied at the crystal growth stage of the layer is designed to be −0.6% strain. In such a case, the submount 101 provided between the semiconductor laser bar 100 and the heat sink 102 not only functions as a stress relaxation material from the heat sink 102 to the semiconductor laser bar 100 but also adds strain to the semiconductor laser bar 100. It is also used as an auxiliary means.

このようにサブマウントから受ける応力による歪みを想定した上で、予め結晶成長条件が設定されている半導体レーザバーに対しても、本発明の実装方法は有効に用いることが可能である。これは、上述したように、半導体レーザバー10のp側とn側とでは、応力に対する挙動および度合いがほぼ等しいため、半導体レーザバー10の結晶成長条件を変更することなく、排熱効率を考慮してサブマウントをn側に接合したとしても、p側に接合した場合と同等の量の歪みを付加することができるためである。   In this way, the mounting method of the present invention can be effectively used for a semiconductor laser bar in which crystal growth conditions are set in advance, assuming a strain due to stress received from the submount. As described above, the p-side and n-side of the semiconductor laser bar 10 have substantially the same behavior and degree with respect to stress. Therefore, the sub-heat considering the heat removal efficiency without changing the crystal growth conditions of the semiconductor laser bar 10. This is because even if the mount is bonded to the n side, the same amount of strain can be applied as when the mount is bonded to the p side.

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等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 and the modification, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態等では、歪み付加部材11と半導体レーザバー10との間の線膨張係数差によってのみ歪みを付加する構成となっているが、これに限定されず、例えば活性層の結晶成長段階において補助的に歪みを付加し、この補助的な歪み量と、歪み付加部材11からの応力によって付加される歪み量とのトータルが所望の歪み量となるように構成してもよい。   For example, in the above embodiment and the like, the strain is applied only by the difference in linear expansion coefficient between the strain applying member 11 and the semiconductor laser bar 10, but the present invention is not limited to this. For example, the crystal growth of the active layer It is also possible to add a strain at the stage and configure the total amount of the auxiliary strain and the strain added by the stress from the strain adding member 11 to be a desired strain amount.

また、上記実施の形態等では、ヒートシンク12上に半導体レーザバー10を接合する例について説明したが、これに限定されず、他の放熱部材や冷却素子、例えば放熱ファンやペルチェ素子などを備えていてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the semiconductor laser bar 10 is bonded onto the heat sink 12 has been described. However, the present invention is not limited to this, and other heat radiating members and cooling elements such as a heat radiating fan and Peltier element are provided. Also good.

また、上記実施の形態等では、半導体レーザバー10の基板側がp−n接合のn側となっている例について説明したが、これに限定されず、p側とn側が逆になっている構成であってもよい。また、半導体レーザバー10をヒートシンク12に対してpサイドダウンで接合する例を挙げて説明したが、これに限定されず、n側をヒートシンク12に対して接合するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment etc., although the board | substrate side of the semiconductor laser bar 10 demonstrated the example which is the n side of a pn junction, it is not limited to this, It is the structure by which the p side and the n side are reversed. There may be. Moreover, although the example which joins the semiconductor laser bar 10 to the heat sink 12 by p side down was given and demonstrated, it is not limited to this, You may make it join the n side with respect to the heat sink 12.

また、上記実施の形態等では、歪み付加部材11として、半導体レーザバー10よりも線膨張係数が小さい材料を用いて延伸応力をかけ、−(マイナス)歪みを付加する場合について説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、半導体レーザバー10を構成する半導体層の材料や膜厚、発振波長などによっては、+(プラス)の歪みを付加するようにしてもよい。この場合、歪み付加部材11として、半導体レーザバー10よりも線膨張係数が大きい材料を用いることで、半導体レーザバー10に対して圧縮応力をかけるようにする。   Further, in the above-described embodiment and the like, a case has been described in which stretching stress is applied using a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the semiconductor laser bar 10 as the strain applying member 11 to add − (minus) strain. It is not limited. For example, + (plus) strain may be added depending on the material, film thickness, oscillation wavelength, and the like of the semiconductor layer constituting the semiconductor laser bar 10. In this case, a compressive stress is applied to the semiconductor laser bar 10 by using a material having a larger linear expansion coefficient than the semiconductor laser bar 10 as the strain applying member 11.

また、上記実施の形態等では、半導体レーザバー10がGaAs系の基板によって構成されている例について説明したが、これに限定されず、他の基板、例えばInP系やSi系を用いるようにしてもよい。また、基板上にAlGaInP系の化合物半導体を形成する例について説明したが、これに限定されず、他の化合物半導体、例えばAlInP系、GaInAsP系、GaInN系、AlGaInN系、AlGaAs系、InGaAs系、InP系、GaInAsNP系などにも適用可能である。   In the above-described embodiment and the like, an example in which the semiconductor laser bar 10 is configured by a GaAs substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and another substrate such as an InP system or Si system may be used. Good. Further, although an example in which an AlGaInP-based compound semiconductor is formed on a substrate has been described, the present invention is not limited thereto, and other compound semiconductors such as AlInP-based, GaInAsP-based, GaInN-based, AlGaInN-based, AlGaAs-based, InGaAs-based, InP The present invention is also applicable to systems such as GaInAsNP.

また、上記実施の形態等では、本発明の半導体レーザ素子として、複数の発光領域をアレイ状に有する半導体レーザバー10と例に挙げて説明したが、これに限定されず、単一の発光領域を有する半導体レーザについても適用可能である。   In the above-described embodiment and the like, the semiconductor laser element of the present invention has been described by taking as an example the semiconductor laser bar 10 having a plurality of light emitting regions in an array, but the present invention is not limited to this, and a single light emitting region is used. The present invention is also applicable to a semiconductor laser having the same.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 図1に示した半導体レーザ装置の製造方法を工程順に表す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing method of the semiconductor laser device illustrated in FIG. 1 in order of steps. 図1に示した半導体レーザ装置の他の製造方法を工程順に表す図である。It is a figure showing other manufacturing methods of the semiconductor laser device shown in Drawing 1 in order of a process. 図1に示した半導体レーザ装置の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the semiconductor laser apparatus shown in FIG. 実施例および比較例に係る半導体レーザバーの(A)長軸方向幅、(B)温度上昇を表す特性図である。It is a characteristic view showing the (A) major axis direction width | variety and (B) temperature rise of the semiconductor laser bar concerning an Example and a comparative example. インジウム含有率に対する発振波長を表す特性図である。It is a characteristic view showing the oscillation wavelength with respect to an indium content rate. 従来の半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing schematic structure of the conventional semiconductor laser apparatus. 従来の半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing schematic structure of the conventional semiconductor laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体レーザ装置、10…半導体レーザバー、11…サブマウント、12…ヒートシンク、10a,10b…接合層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser apparatus, 10 ... Semiconductor laser bar, 11 ... Submount, 12 ... Heat sink, 10a, 10b ... Joining layer.

Claims (13)

対向する一対の面を有する半導体レーザ素子の一の面に、前記半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材を、第1の接合層を介して接合する工程と、
前記半導体レーザ素子の他の面に、前記第1の接合層よりも硬度の低い材料により構成された第2の接合層を介して放熱部材を接合する工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
Bonding a strain applying member having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser element to one surface of the semiconductor laser element having a pair of opposed surfaces via a first bonding layer;
Bonding a heat radiating member to the other surface of the semiconductor laser element through a second bonding layer made of a material having a hardness lower than that of the first bonding layer. Device manufacturing method.
前記歪み付加部材は、前記半導体レーザ素子よりも線膨張係数の小さい材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the strain applying member is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the semiconductor laser element.
前記第1の接合層は、スズ(Sn)を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first bonding layer is made of a material containing tin (Sn).
前記第1の接合層は、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)および銅(Cu)のうち少なくとも1種をさらに含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The first bonding layer is made of a material further including at least one of gold (Au), silver (Ag), zinc (Zn), lead (Pb), and copper (Cu). A method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 3.
前記第1の接合層は、共晶はんだにより構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first bonding layer is made of eutectic solder.
前記第2の接合層は、前記第1の接合層よりも融点の低い材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second bonding layer is made of a material having a melting point lower than that of the first bonding layer.
前記第2の接合層は、インジウム(In)を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second bonding layer is made of a material containing indium (In).
前記第2の接合層は、少なくとも3種以上の金属を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second bonding layer is made of a material containing at least three kinds of metals.
前記半導体レーザ素子は基板上に前記発光領域を含む半導体層を有してなり、
前記基板の側に前記歪み付加部材を前記第1の接合層を介して接合し、前記半導体層の側に前記放熱部材を前記第2の接合層を介して接合する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The semiconductor laser element has a semiconductor layer including the light emitting region on a substrate,
The strain applying member is bonded to the substrate side via the first bonding layer, and the heat dissipation member is bonded to the semiconductor layer side via the second bonding layer. 2. A method of manufacturing a semiconductor laser device according to 1.
前記半導体レーザ素子は、ガリウム砒素(GaAs)を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser element is made of a material containing gallium arsenide (GaAs).
前記歪み付加部材は、炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)あるいはダイヤモンド(C)を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項9記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 9, wherein the strain applying member is made of a material containing silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or diamond (C).
前記放熱部材は、銅(Cu)を含む材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the heat radiating member is made of a material containing copper (Cu).
対向する一対の面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の一の面に第1の接合層を介して設けられていると共に、前記半導体レーザ素子とは線膨張係数の異なる歪み付加部材と、
前記半導体レーザ素子の他の面に前記第1の接合層よりも硬度の低い材料により構成された第2の接合層を介して接合されている放熱部材と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
A semiconductor laser element having a pair of opposing surfaces;
A strain applying member provided on one surface of the semiconductor laser element via a first bonding layer, and having a linear expansion coefficient different from that of the semiconductor laser element;
A semiconductor laser comprising: a heat radiating member joined to the other surface of the semiconductor laser element via a second joining layer made of a material having a hardness lower than that of the first joining layer. apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012069760A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JP2017092403A (en) * 2015-11-17 2017-05-25 株式会社ソディック Light-emitting device
CN112331572A (en) * 2021-01-04 2021-02-05 度亘激光技术(苏州)有限公司 Packaging method of semiconductor device

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