JP7536607B2 - Semiconductor laser device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本願は、半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法に関するものである。 This application relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing a semiconductor laser device.
従来より、半導体レーザ装置において生じる熱を効率良く放熱させてその特性を確保するために、半導体レーザ装置の熱源である活性層に近い側の電極を、サブマウントに接合する以下のような半導体レーザ装置が開示されている。
即ち、従来の半導体レーザ装置は、基板と、基板の一方の面側に順次積層された、n型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層、p側電極と、基板の他方の面に形成されたn型電極と、を有する半導体レーザ素子を有する。活性層からp型電極までの距離は活性層からn型電極までの距離よりも近く、p型電極はサブマウントに接合される。サブマウントは、半導体レーザ素子とは反対側の面において第1放熱体と接合される。このように熱源となる活性層がサブマウントに近い位置となるようにサブマウントに固定することで、活性層で生じる熱をサブマウントおよび第1放熱体に伝熱させる(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, in order to efficiently dissipate heat generated in a semiconductor laser device and ensure its characteristics, a semiconductor laser device has been disclosed in which an electrode closer to an active layer, which is a heat source of the semiconductor laser device, is bonded to a submount.
That is, the conventional semiconductor laser device has a semiconductor laser element having a substrate, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, and a p-side electrode, which are sequentially stacked on one surface of the substrate, and an n-type electrode formed on the other surface of the substrate. The distance from the active layer to the p-type electrode is shorter than the distance from the active layer to the n-type electrode, and the p-type electrode is bonded to a submount. The submount is bonded to a first heat sink on the surface opposite to the semiconductor laser element. In this way, by fixing the active layer, which is a heat source, to the submount so that it is located close to the submount, heat generated in the active layer is transferred to the submount and the first heat sink (see, for example, Patent Document 1).
このような半導体レーザ装置では、活性層に近い側の電極をサブマウントに接合させることで、活性層からの熱を効率良くサブマウントおよび第1放熱体に伝熱させて放熱している。しかしながらこのように、活性層に近い側の電極をサブマウントに接合するため、例えば半導体レーザ素子の実装時において、サブマウントに接合するための半田等の接着材料の熱膨張係数と、半導体レーサ素子材料の熱膨張係数と、の差に起因する熱応力等の応力が活性層に付加され易くなる。その結果、活性層に歪みが生じてレーザ光の波長飛び等が起こり、性能が悪化するという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、高い放熱性が確保されると共に高性能の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
In such a semiconductor laser device, the electrode close to the active layer is bonded to the submount, so that the heat from the active layer is efficiently transferred to the submount and the first heat sink to dissipate the heat. However, since the electrode close to the active layer is bonded to the submount in this way, for example, when mounting the semiconductor laser element, stress such as thermal stress caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the adhesive material such as solder used for bonding to the submount and the thermal expansion coefficient of the semiconductor laser element material is easily applied to the active layer. As a result, there is a problem that distortion occurs in the active layer, causing wavelength jumps of the laser light, and performance is deteriorated.
The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and has an object to provide a high-performance semiconductor laser device in which high heat dissipation properties are ensured, and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
本願に開示される半導体レーザ装置は、
レーザ光を放射するレーザ部と、該レーザ部から放射されたレーザ光を変調する変調器部とを備え、該レーザ部と該変調器部とをサブマウントに集積して成る半導体レーザ装置であって、
前記レーザ部は、前記サブマウントの厚み方向の第1方向側の面に当接して該サブマウントに接続される第1電極層と、
前記第1電極層の前記第1方向側に設けられる第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる活性層と、
前記活性層の前記第1方向側に設けられる第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる第2電極層と、を備え、
前記第1導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、80μm以上の長さL1に形成され、且つ、前記第2導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、前記第1導電型半導体層の前記長さL1よりも短い長さL2に形成され、
前記第2電極層上において、該第2電極層上から前記第1方向側に突出する突出部を備え、該突出部は、前記第2電極層を介して前記活性層に電流を供給する第1接続線から離間して設けられ、
前記第2電極層の前記第1方向側の面から、前記第1方向と相反する第2方向側に窪む2つの溝部が、設定された第1距離を隔てて、前記厚み方向に垂直な第3方向に延伸されて形成され、
前記第2電極層と前記第2導電型半導体層との間に絶縁層が形成され、該絶縁層は前記溝部間において、前記第3方向に延伸して形成される第1開口部を有し、
前記突出部は、前記溝部を挟んで前記第1開口部が位置する側と反対側の位置である前記溝部の外側の位置にのみ形成され、
前記厚み方向の断面がメサ型形状であって、前記第1導電型半導体層と前記活性層とを含んで前記第3方向に延伸する第1メサストライプ部を備え、
前記第1メサストライプ部は、前記溝部間に形成され、
前記活性層は、前記第1メサストライプ部内にのみ形成され、
前記第1メサストライプ部の前記第3方向に沿う両側面と、前記活性層の前記第3方向に沿う両側面との間において、前記活性層の両側面に当接して前記第3方向に延伸する、半導体層である埋め込み層がそれぞれ形成され、
前記埋め込み層は、前記活性層の両側面から、前記溝部の外側における前記突出部の前記第2方向側の位置まで連続して形成される、
ものである。
また、本願に開示される半導体レーザ装置の製造方法は、
上記のように構成される半導体レーザ装置の製造方法において、
ワイヤ材料をワイヤボンディング装置により溶融させて、前記第1接続線を配線し、
前記ワイヤを前記ワイヤボンディング装置により溶融させて前記突出部を形成する、
ものである。
The semiconductor laser device disclosed in the present application comprises:
A semiconductor laser device comprising a laser section that emits laser light and a modulator section that modulates the laser light emitted from the laser section, the laser section and the modulator section being integrated on a submount,
The laser portion includes a first electrode layer that is in contact with a surface of the submount on a first direction side in a thickness direction and is connected to the submount;
a first conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the first electrode layer;
an active layer provided on the first direction side of the first conductive type semiconductor layer;
a second conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the active layer;
a second electrode layer provided on the first direction side of the second conductive type semiconductor layer,
The first conductive type semiconductor layer has a length L1 of 80 μm or more in the thickness direction, and the second conductive type semiconductor layer has a length L2 shorter than the length L1 of the first conductive type semiconductor layer,
a protruding portion protruding from the second electrode layer toward the first direction on the second electrode layer, the protruding portion being spaced apart from a first connection line that supplies a current to the active layer via the second electrode layer;
two grooves recessed from a surface of the second electrode layer on the first direction side toward a second direction opposite to the first direction are formed at a first distance from each other and extend in a third direction perpendicular to the thickness direction;
an insulating layer is formed between the second electrode layer and the second conductive type semiconductor layer, the insulating layer having a first opening portion formed between the groove portions and extending in the third direction;
the protrusion is formed only at a position outside the groove, the position being on the opposite side of the groove from the side on which the first opening is located,
a first mesa stripe portion having a mesa shape in a cross section in the thickness direction, including the first conductive type semiconductor layer and the active layer, and extending in the third direction;
the first mesa stripe portion is formed between the groove portions,
the active layer is formed only in the first mesa stripe portion,
buried layers, which are semiconductor layers, are formed between both side surfaces of the first mesa stripe portion along the third direction and both side surfaces of the active layer along the third direction, the buried layers being in contact with both side surfaces of the active layer and extending in the third direction;
the buried layer is formed continuously from both side surfaces of the active layer to a position on the second direction side of the protruding portion outside the groove portion.
It is something.
The present invention also discloses a method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising the steps of:
In the method for manufacturing the semiconductor laser device configured as described above,
A wire material is melted by a wire bonding device to wire the first connection line;
The wire is melted by the wire bonding device to form the protrusion.
It is something.
本願に開示される、半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法によれば、高い放熱性が確保されると共に高性能の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法が得られる。 The semiconductor laser device and the method for manufacturing the semiconductor laser device disclosed in this application ensure high heat dissipation and provide a high-performance semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による半導体レーザ装置100の概略構成を示す上面図である。
図2は、図1に示す半導体レーザ装置100の、A-A’線における断面図である。
図3は、図1に示す半導体レーザ装置100を、矢印B方向から見た側面図である。
半導体レーザ装置100は、半導体レーザ素子Cと、この半導体レーザ素子Cが搭載される平板状基板であるサブマウント1とを備える。半導体レーザ素子Cは、第1接続線としてのワイヤ3を用いてサブマウント1と接続される。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a top view showing a schematic configuration of a semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 100 shown in FIG. 1 taken along line AA'.
FIG. 3 is a side view of the semiconductor laser device 100 shown in FIG.
The semiconductor laser device 100 includes a semiconductor laser element C and a submount 1 which is a flat substrate on which the semiconductor laser element C is mounted. The semiconductor laser element C is connected to the submount 1 by using a wire 3 which serves as a first connection line.
なお、以降の説明では、図2に示すサブマウント1の厚み方向を厚み方向Yとし、この厚み方向Yの一方向を第1方向としての上方向Y1とし、この上方向Y1に相反する方向を第2方向としての下方向Y2として示す。また、この厚み方向Yに垂直な方向のうち、図1の半導体レーザ装置100の上面図における横方向を横方向Xとし、縦方向を第3方向としての縦方向Zとして示す。半導体レーザ装置100を構成する他の構成要素についても、これらの方向を基準として用いて説明する。 In the following description, the thickness direction of the submount 1 shown in FIG. 2 is referred to as the thickness direction Y, one direction of this thickness direction Y is referred to as the upward direction Y1 as a first direction, and the direction opposite to this upward direction Y1 is referred to as the downward direction Y2 as a second direction. In addition, among the directions perpendicular to this thickness direction Y, the horizontal direction in the top view of the semiconductor laser device 100 in FIG. 1 is referred to as the horizontal direction X, and the vertical direction is referred to as the vertical direction Z as a third direction. Other components that make up the semiconductor laser device 100 will also be described using these directions as references.
先ず、半導体レーザ素子Cの詳細構成について図4~図7を用いて説明する。
図4は、サブマウント1に搭載される前の半導体レーザ素子Cの上面図である。
半導体レーザ素子Cは、単一波長のレーザ光を放射するレーザ部としての分布帰還型のDFB(Distributed feedback laser diode)レーザ部10と、このDFBレーザ部10から放射されたレーザ光を変調する電界吸収型の変調器部30とを集積して備えた、電界吸収型変調器集積型半導体レーザ(EML-LD:Electro-absorption modulator Laser Diode)である。
First, the detailed configuration of the semiconductor laser element C will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a top view of the semiconductor laser element C before it is mounted on the submount 1. As shown in FIG.
The semiconductor laser element C is an electro-absorption modulator integrated semiconductor laser (EML-LD: Electro-absorption modulator Laser Diode) that includes, integrated together, a distributed feedback type DFB (Distributed Feedback Laser Diode) laser section 10 as a laser section that emits laser light of a single wavelength, and an electro-absorption modulator section 30 that modulates the laser light emitted from the DFB laser section 10.
DFBレーザ部10と変調器部30との間には、DFBレーザ部10から放射されたレーザ光を、変調器部30に導波する導波路部20Aが形成される。更に、変調器部30と、レーザ光を放射するレーザ光放射口Coutとの間に、変調器部30から放射されたレーザ光を導波する導波路部20Bが形成される。 Between the DFB laser section 10 and the modulator section 30, a waveguide section 20A is formed that guides the laser light emitted from the DFB laser section 10 to the modulator section 30. Furthermore, between the modulator section 30 and the laser light emission port Cout that emits the laser light, a waveguide section 20B is formed that guides the laser light emitted from the modulator section 30.
以下、DFBレーザ部10の構成について先ず説明する。
図5は、図4に示す半導体レーザ素子CのDFBレーザ部10のD-D’線における断面図である。
First, the configuration of the DFB laser section 10 will be described below.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line DD' of the DFB laser portion 10 of the semiconductor laser device C shown in FIG.
図5に示すように、DFBレーザ部10は、サブマウント1の上方向Y1側の面(上面)に当接して、このサブマウント1の上面に電気的に接続される第1電極層としての電極C10を備える。そして、この電極C10の上方向Y1側に設けられる第1導電型半導体層としてのn型半導体基板C9(以降、基板C9と称す)と、この基板C9の上方向Y1側に設けられる活性層C8と、この活性層C8の上方向Y1側に設けられる回折格子C7と、この回折格子C7の上方向Y1側に設けられる第2導電型半導体層としてのp型クラッド層C4-1、C4-2およびp型コンタクト層C3と、これらp型クラッド層C4-1、C4-2およびp型コンタクト層C3の上方向Y1側に形成される第2電極層としての電極C1とを備え、これら各層が厚み方向Yに積層されている。 As shown in FIG. 5, the DFB laser unit 10 includes an electrode C10 as a first electrode layer that abuts against the surface (upper surface) of the submount 1 on the upward Y1 side and is electrically connected to the upper surface of the submount 1. The electrode C10 includes an n-type semiconductor substrate C9 (hereinafter referred to as substrate C9) as a first conductive type semiconductor layer provided on the upward Y1 side of the electrode C10, an active layer C8 provided on the upward Y1 side of the substrate C9, a diffraction grating C7 provided on the upward Y1 side of the active layer C8, p-type cladding layers C4-1, C4-2 and a p-type contact layer C3 as second conductive type semiconductor layers provided on the upward Y1 side of the diffraction grating C7, and an electrode C1 as a second electrode layer formed on the upward Y1 side of the p-type cladding layers C4-1, C4-2 and the p-type contact layer C3, and these layers are stacked in the thickness direction Y.
また、基板C9において、活性層C8、回折格子C7、および、p型クラッド層C4-1を含んだ、厚み方向Yの断面がメサ型形状であって幅W1の第1メサストライプ部としてのメサストライプ部Cmeが、厚み方向Yに垂直な縦方向Zに延伸するように形成されている。そして、このメサストライプ部Cmeの活性層C8、回折格子C7、p型クラッド層C4-1の両側面をそれぞれ埋め込むように、半導体層である埋め込み層Cboが形成される。本実施の形態の埋め込み層Cboは、n型半導体層であるn型ブロック層C6をp型半導体層であるp型ブロック層C5により覆って構成される。 In the substrate C9, a mesa stripe portion Cme, which includes the active layer C8, the diffraction grating C7, and the p-type cladding layer C4-1, and has a mesa-shaped cross section in the thickness direction Y and a width W1 as a first mesa stripe portion, is formed so as to extend in the vertical direction Z perpendicular to the thickness direction Y. Then, a buried layer Cbo, which is a semiconductor layer, is formed so as to bury both side surfaces of the active layer C8, the diffraction grating C7, and the p-type cladding layer C4-1 of this mesa stripe portion Cme. In this embodiment, the buried layer Cbo is formed by covering the n-type block layer C6, which is an n-type semiconductor layer, with the p-type block layer C5, which is a p-type semiconductor layer.
電極C1の上方向Y1側の面(上面)には、この上面から下方向Y2側に窪む2つの溝部Mが、メサストライプ部Cmeを挟み混むように、互いに設定された第1距離H1を隔てて縦方向Zに延伸して形成される。
また、電極C1とp型コンタクト層C3との間には絶縁層C2が形成される。この絶縁層C2は、活性層C8の上方向Y1側において、縦方向Zに延伸して形成される幅W1の第1開口部としての開口部Copを有する。これにより、電極C1は、活性層C8の上方の接続箇所P2のみでp型コンタクト層C3と接合し、それ以外の部分では絶縁層C2よってp型コンタクト層C3から絶縁される。
On the surface (top surface) on the upward Y1 side of the electrode C1, two groove portions M recessed from the top surface toward the downward Y2 side are formed extending in the vertical direction Z at a first distance H1 between them so as to sandwich the mesa stripe portion Cme.
An insulating layer C2 is formed between the electrode C1 and the p-type contact layer C3. The insulating layer C2 has an opening Cop as a first opening having a width W1 and extending in the vertical direction Z on the upper direction Y1 side of the active layer C8. As a result, the electrode C1 is joined to the p-type contact layer C3 only at a connection point P2 above the active layer C8, and the electrode C1 is insulated from the p-type contact layer C3 by the insulating layer C2 in other portions.
ここで、活性層C8より下方向Y2側のn型半導体基板(基板C9)の長さL1は、80μm以上の長さを確保するように形成される。また、活性層C8より上方向Y1側のp型半導体層(p型クラッド層C4-1、C4-2およびp型コンタクト層C3)の厚み方向Yの長さL2は、基板C9の長さL1よりも短く形成される。即ち、熱源となる活性層C8は、半導体レーザ素子C内において、半導体レーザ素子Cの下方向Y2側の電極C10側よりも、上方向Y1側の電極C1に近い位置に配置される。 Here, the length L1 of the n-type semiconductor substrate (substrate C9) on the downward Y2 side of the active layer C8 is formed to ensure a length of 80 μm or more. Also, the length L2 in the thickness direction Y of the p-type semiconductor layer (p-type cladding layers C4-1, C4-2 and p-type contact layer C3) on the upward Y1 side of the active layer C8 is formed to be shorter than the length L1 of the substrate C9. That is, the active layer C8, which serves as a heat source, is disposed in the semiconductor laser element C at a position closer to the electrode C1 on the upward Y1 side than to the electrode C10 on the downward Y2 side of the semiconductor laser element C.
上記のような構成の半導体レーザ素子Cの製造方法は、例えば、厚さ100μmのn-InP基板C9上に、InGaAsP、AlGaInAs、GaInAsPなどの材料で構成された活性層C8を形成する。そして、この活性層C8上に回折格子C7を形成する。そして、この回折格子C7上において、この回折格子C7を埋め込むp-InPクラッド層C4-1を形成して半導体中間積層体を形成する。 The manufacturing method of the semiconductor laser element C having the above-mentioned configuration includes forming an active layer C8 made of a material such as InGaAsP, AlGaInAs, or GaInAsP on an n-InP substrate C9 having a thickness of 100 μm. Then, a diffraction grating C7 is formed on this active layer C8. Then, a p-InP cladding layer C4-1 is formed on this diffraction grating C7 to embed the diffraction grating C7, thereby forming a semiconductor intermediate laminate.
そしてこの半導体中間積層体において、W1の幅の領域のみを残してD1の深さまでドライエッチング法によりエッチングする。そして、活性層C8、回折格子C7、p-InPクラッド層C4-1の両側面を埋め込む様に、p-InP/n-InP/p-InPブロック層C5、C6を形成する。次に、p-InPクラッド層C4-1、およびp-InPブロック層C5上にp-InPクラッド層C4-2を形成し、p-InPクラッド層C4-2上にp-InGaAsコンタクト層C3を形成する。 Then, this semiconductor intermediate laminate is etched by dry etching to a depth of D1, leaving only a region with a width of W1. Then, p-InP/n-InP/p-InP block layers C5 and C6 are formed so as to embed both side surfaces of the active layer C8, diffraction grating C7, and p-InP clad layer C4-1. Next, a p-InP clad layer C4-2 is formed on the p-InP clad layer C4-1 and the p-InP block layer C5, and a p-InGaAs contact layer C3 is formed on the p-InP clad layer C4-2.
p-InGaAsコンタクト層C3が形成された後に、n-InPブロック層C6まで、厚み方向Yに切る様に、ドライエッチング法、ウェットエッチング法にて溝部Mを形成する。そして、p-InGaAsコンタクト層C3上、および溝部M内に、活性層C8の上方のみを開口させる開口部Copを有するSiN絶縁層C2を形成する。そして、SiN絶縁層C2の上方向Y1側の面側、および基板C9の下方向Y2側の面側に、蒸着法、スパッタ法、めっき法などによって電極C1、C10を形成する。 After the p-InGaAs contact layer C3 is formed, a groove M is formed by dry etching or wet etching so as to cut in the thickness direction Y up to the n-InP block layer C6. Then, a SiN insulating layer C2 having an opening Cop that opens only above the active layer C8 is formed on the p-InGaAs contact layer C3 and in the groove M. Then, electrodes C1 and C10 are formed by deposition, sputtering, plating, or the like on the upward Y1 side of the SiN insulating layer C2 and the downward Y2 side of the substrate C9.
以上の製造方法、構成は一例であり、例えば、他の半導体レーザ素子Cの構成として、GaAs基板上にGaInNAsなどの活性層を有する構造、ブロック層としてp-InP/Fe-InP/n-InP/p-InPブロック層、あるいは、高抵抗半導体によるブロック層を有する構造も想定している。 The above manufacturing method and configuration are just examples. Other possible configurations for the semiconductor laser element C include a structure having an active layer such as GaInNAs on a GaAs substrate, a p-InP/Fe-InP/n-InP/p-InP blocking layer as a blocking layer, or a blocking layer made of a high-resistance semiconductor.
次に、半導体レーザ素子Cの導波路部20A、20Bの構成について説明する。
図6は、図4に示す半導体レーザ素子Cの導波路部20A、20Bの、E-E’線およびG-G’線における断面図である。導波路部20A、20Bの構成は同一であるとして図6のみを用いて説明する。
Next, the configuration of the waveguide portions 20A and 20B of the semiconductor laser device C will be described.
Fig. 6 is a cross-sectional view taken along lines EE' and GG' of the waveguide portions 20A and 20B of the semiconductor laser device C shown in Fig. 4. Assuming that the waveguide portions 20A and 20B have the same configuration, only Fig. 6 will be used for explanation.
図6に示す導波路部20A、20Bの構成は、図5に示したDFBレーザ部10の構成とほぼ同様であるが、DFBレーザ部10の活性層C8に代えて、この活性層C8に接続されてDFBレーザ部10から放射されるレーザ光を変調器部30に導波する導波路層C8GUを備える点と、回折格子C7を備えない点と、電極C1、C10を備えない点とが異なる。また、このように導波路部20A、20Bは電極を備えないため、絶縁層C2には開口部が形成されていない。 The configuration of the waveguide sections 20A and 20B shown in FIG. 6 is almost the same as the configuration of the DFB laser section 10 shown in FIG. 5, but differs in that instead of the active layer C8 of the DFB laser section 10, a waveguide layer C8GU is provided that is connected to the active layer C8 and guides the laser light emitted from the DFB laser section 10 to the modulator section 30, that there is no diffraction grating C7, and that there are no electrodes C1 and C10. Also, because the waveguide sections 20A and 20B do not have electrodes, no openings are formed in the insulating layer C2.
次に、半導体レーザ素子Cの変調器部30の構成について説明する。
図7は、図4に示す半導体レーザ素子Cの変調器部30のF-F’線における断面図である。
変調器部30の構成は、DFBレーザ部10の構成とほぼ同様であるが、DFBレーザ部10の活性層C8に代えて、導波路部20A(20B)の導波路層C8GUに接続されて、DFBレーザ部10から放射されるレーザ光を吸収する光吸収層C8EAを備える点と、回折格子C7を備えない点とが異なる。よって、変調器部30における第2メサストライプ部としてのメサストライプ部CmeEAは、光吸収層C8EAを含んで構成される。
更に、DFBレーザ部10の電極C1、C10に代えて、これらDFBレーザ部10の電極C1、C10と電気的に独立して形成される第3電極層としての電極C10EA、第4電極層としての電極C1EAを備える点が異なる。
Next, the configuration of the modulator section 30 of the semiconductor laser device C will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line FF' of the modulator section 30 of the semiconductor laser device C shown in FIG.
The configuration of the modulator section 30 is almost the same as that of the DFB laser section 10, but differs in that, instead of the active layer C8 of the DFB laser section 10, a light absorption layer C8EA is provided which is connected to the waveguide layer C8GU of the waveguide section 20A (20B) and absorbs the laser light emitted from the DFB laser section 10, and in that the diffraction grating C7 is not provided. Thus, the mesa stripe section CmeEA as the second mesa stripe section in the modulator section 30 is configured to include the light absorption layer C8EA.
Further, instead of the electrodes C1, C10 of the DFB laser portion 10, an electrode C10EA serving as a third electrode layer and an electrode C1EA serving as a fourth electrode layer are provided which are formed electrically independent of the electrodes C1, C10 of the DFB laser portion 10.
また、変調器部30の絶縁層C2には、光吸収層C8EAの上方で開口する第2開口部としての開口部CopEAが形成される。これにより、電極C1EAは、光吸収層C8EAの上方のみでp型コンタクト層C3と接合し、それ以外の部分では絶縁層C2によってp型コンタクト層C3から絶縁される。 In addition, an opening CopEA is formed in the insulating layer C2 of the modulator section 30 as a second opening that opens above the light absorbing layer C8EA. As a result, the electrode C1EA is joined to the p-type contact layer C3 only above the light absorbing layer C8EA, and is insulated from the p-type contact layer C3 by the insulating layer C2 in other parts.
以上のように、DFBレーザ部10における、基板C9、p型クラッド層C4-1、C4-2およびp型コンタクト層C3、絶縁層C2、埋め込み層Cbo、溝部Mが、DFBレーザ部10から延伸して、導波路部20A、20B、および変調器部30、においてもそれぞれ形成される。 As described above, the substrate C9, p-type cladding layers C4-1 and C4-2, p-type contact layer C3, insulating layer C2, buried layer Cbo, and groove portion M in the DFB laser portion 10 are extended from the DFB laser portion 10 and are also formed in the waveguide portions 20A and 20B and the modulator portion 30, respectively.
上記のように構成された半導体レーザ素子Cを備えた半導体レーザ装置100の構成について、図1~図3に戻って説明する。
前述のように、半導体レーザ装置100は、半導体レーザ素子Cをサブマウント1上に搭載して形成される。具体的には、半導体レーザ素子Cは、例えば半田等の接着剤によりサブマウント1上にダイボンドされ、その下方向Y2側の電極C10がサブマウント1の上の図示しない電極と接続される。
The configuration of the semiconductor laser device 100 including the semiconductor laser element C configured as above will be described with reference back to FIGS.
As described above, the semiconductor laser device 100 is formed by mounting the semiconductor laser element C on the submount 1. Specifically, the semiconductor laser element C is die-bonded onto the submount 1 by an adhesive such as solder, and an electrode C10 on the downward direction Y2 side is connected to an electrode (not shown) on the submount 1.
また、サブマウント1上には、互いに電気的に独立した2つのサブマウント配線2、2EAが形成されている。そして、半導体レーザ素子CのDFBレーザ部10の上方向Y1側の電極C1は、ワイヤ3によりサブマウント配線2と接続され、変調器部30の電極C1EAがワイヤ3によりサブマウント配線2EAと接続される。
こうして、半導体レーザ素子CのDFBレーザ部10の電極C1は、サブマウント配線2からワイヤ3を介して電流が供給され、変調器部30の電極C1EAは、サブマウント配線2EAからワイヤ3を介して電圧が印加される。
Two submount wirings 2 and 2EA, which are electrically independent from each other, are formed on the submount 1. An electrode C1 on the upward Y1 side of the DFB laser portion 10 of the semiconductor laser element C is connected to the submount wiring 2 by a wire 3, and an electrode C1EA of the modulator portion 30 is connected to the submount wiring 2EA by the wire 3.
Thus, a current is supplied to the electrode C1 of the DFB laser portion 10 of the semiconductor laser device C from the submount wiring 2 via the wire 3, and a voltage is applied to the electrode C1EA of the modulator portion 30 from the submount wiring 2EA via the wire 3.
半導体レーザ素子CのDFBレーザ部10の電極C1に電流が供給されると、電流は、図2に示す電極C1とワイヤ3との接続箇所P1から、電極C1とp型コンタクト層C3との接続箇所P2に向かって電極C1の層内を流れる。そしてこの接続箇所P2から活性層C8に電流が供給され発光が生じ、回折格子C7により特定の波長の光が強められて単一波長のレーザ光が放射される。放射されたレーザ光は、導波路部20Aの導波路層C8GUを介して変調器部30の光吸収層C8EAに導波される。 When a current is supplied to the electrode C1 of the DFB laser section 10 of the semiconductor laser element C, the current flows through the layer of the electrode C1 from the connection point P1 between the electrode C1 and the wire 3 shown in FIG. 2 to the connection point P2 between the electrode C1 and the p-type contact layer C3. Then, a current is supplied from this connection point P2 to the active layer C8, causing light emission, and the light of a specific wavelength is intensified by the diffraction grating C7 to emit laser light of a single wavelength. The emitted laser light is guided to the light absorption layer C8EA of the modulator section 30 via the waveguide layer C8GU of the waveguide section 20A.
また、半導体レーザ素子Cの変調器部30の電極C1EAに電圧が印加されると、この電圧の印加に応じて変調器部30の光吸収層C8EAにおける光吸収量が変化する。こうして、DFBレーザ部10が放射したレーザ光は、変調器部30において変調され、導波路部20Bの導波路層C8GUを介してレーザ光放射口Coutから放射される。 When a voltage is applied to the electrode C1EA of the modulator section 30 of the semiconductor laser element C, the amount of light absorption in the light absorption layer C8EA of the modulator section 30 changes in response to the application of this voltage. Thus, the laser light emitted by the DFB laser section 10 is modulated in the modulator section 30 and emitted from the laser light emission port Cout via the waveguide layer C8GU of the waveguide section 20B.
ここで、半導体レーザ素子Cにおける放熱性を向上させるために、DFBレーザ部10の電極C1上には、例えば金属性のワイヤ材料を溶融させて形成されたボールである、突出部としてのスタッドバンプ11が複数(本実施の形態では10個)設けられる。 Here, in order to improve the heat dissipation in the semiconductor laser element C, a plurality of stud bumps 11 (10 in this embodiment) are provided as protrusions on the electrode C1 of the DFB laser section 10. The stud bumps 11 are balls formed by melting a metallic wire material, for example.
本実施の形態では、電極C1とサブマウント配線2とを接続するワイヤ3のワイヤ材料の先端をワイヤボンディング装置により溶融させて形成したボールを電極C1上に接合してスタッドバンプ11を形成している。ワイヤボンディング装置としては、例えば、超音波振動により金属のワイヤを溶融させて電極C1上に接合する超音波発生器、加熱によりワイヤを溶融させて電極C1上に熱圧着させる加熱器、等を用いることができる。 In this embodiment, the tip of the wire material of the wire 3 connecting the electrode C1 and the submount wiring 2 is melted by a wire bonding device to form a ball, which is then bonded onto the electrode C1 to form the stud bump 11. As the wire bonding device, for example, an ultrasonic generator that uses ultrasonic vibrations to melt the metal wire and bond it onto the electrode C1, or a heater that uses heat to melt the wire and thermocompress it onto the electrode C1 can be used.
DFBレーザ部10の電極C1上でこれらのスタッドバンプ11が形成される位置は、溝部Mの両外側である位置、即ち、溝部Mを挟んで活性層C8が位置する側と反対側の位置である。更に、電気回路に寄与するワイヤ3とは接触しないように、ワイヤ3から離間した位置である。
また、スタッドバンプ11は、半導体レーザ素子Cをサブマウント1上にダイボンドした後であって、ワイヤ3を配線する前に形成される。電気回路に寄与するワイヤ3を配線した後にスタッドバンプ11を形成しようとすると、スタッドバンプ11の形成中にワイヤ3にワイヤボンディング装置の一部が接触し、不具合を生じさせてしまう可能性がある。そのため、スタッドバンプ11はワイヤ3が配線される前に形成する。
The positions where these stud bumps 11 are formed on the electrode C1 of the DFB laser section 10 are positions on both outsides of the groove M, that is, positions opposite the side where the active layer C8 is located across the groove M. Furthermore, they are positions spaced apart from the wires 3 so as not to come into contact with the wires 3 that contribute to the electric circuit.
Furthermore, the stud bumps 11 are formed after the semiconductor laser element C is die-bonded onto the submount 1 and before the wires 3 are wired. If an attempt is made to form the stud bumps 11 after wiring the wires 3 that contribute to the electric circuit, there is a possibility that a part of the wire bonding device will come into contact with the wires 3 during the formation of the stud bumps 11, causing a malfunction. For this reason, the stud bumps 11 are formed before the wires 3 are wired.
なお、サブマウント1、サブマウント配線2、2EAは、例えば、窒化アルミニウム(AlN)基板、またはアルミナ(Al2O3)基板上に薄膜抵抗、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Ag/Bi/In、Sn/Ag/Cu/Ni/Ge、Sn/Bi、Sn/Bi/Ag、Sn/Bi/Cu、等の鉛フリーはんだで構成される接合用パターン、Au、Cu、Ptなどの材料で構成される配線パターン、等を施したものを想定している。 The submount 1 and submount wiring 2, 2EA are assumed to be, for example, an aluminum nitride (AlN) substrate or an alumina (Al2O3) substrate on which thin film resistors, joining patterns made of lead-free solder such as Sn/Ag, Sn/Ag/Cu, Sn/Ag/Bi/In, Sn/Ag/Cu/Ni/Ge, Sn/Bi, Sn/Bi/Ag, Sn/Bi/Cu, wiring patterns made of materials such as Au, Cu, Pt, etc. are provided.
ワイヤ3、スタッドバンプ11を形成するワイヤ材料は、例えば、Au、Au合金、Cu、Al、Agなどを想定している。また、前述のように、半導体レーザ素子Cとサブマウント1とを接続するワイヤと、スタッドバンプ11の形成に使用されるワイヤ材料には、製造工程の標準化、工程削減を目的として、同一のワイヤ材料を用いている。しかしながら、これに限定するものではなく、あるいは、材料費、半導体レーザ素子Cの材料との相性を考慮して異なるワイヤ材料を用いても良い。 The wire material forming the wire 3 and the stud bump 11 is assumed to be, for example, Au, Au alloy, Cu, Al, Ag, etc. As described above, the same wire material is used for the wire connecting the semiconductor laser element C and the submount 1 and the wire material used to form the stud bump 11, with the aim of standardizing the manufacturing process and reducing the number of steps. However, this is not limited to this, and different wire materials may be used in consideration of material costs and compatibility with the material of the semiconductor laser element C.
以下、上記スタッドバンプ11による半導体レーザ素子Cの放熱性向上効果と、上記構成の半導体レーザ素子Cによる活性層C8への応力低減効果とについて説明する。
前述のように、熱源である活性層C8は、半導体レーザ素子C内において、半導体レーザ素子Cの下方向Y2側の電極C10側よりも、上方向Y1側の電極C1に近い位置に形成される。これにより、活性層C8において生じる熱は、活性層C8に近い電極C1側に、より伝熱される。
The effect of improving the heat dissipation of the semiconductor laser element C by the stud bumps 11 and the effect of reducing the stress on the active layer C8 by the semiconductor laser element C having the above configuration will be described below.
As described above, the active layer C8, which is a heat source, is formed in the semiconductor laser element C at a position closer to the electrode C1 on the upward direction Y1 side than to the electrode C10 on the downward direction Y2 side of the semiconductor laser element C. As a result, heat generated in the active layer C8 is more likely to be transferred to the electrode C1 side closer to the active layer C8.
ここで、電極C1上にはスタッドバンプ11が形成されているため、このスタッドバンプ11により電極C1の熱容量および表面積が増大されている。よって、半導体レーザ素子の活性層C8で発生した熱は、電極C10側にだけでなく、スタッドバンプ11により増大させた熱容量によって電極C1側に、より効率的に伝導し、同じくスタッドバンプ11により増大された電極C1の表面積により熱が効率的に放射される。これにより、半導体レーザ素子Cの上方向Y1側からの電極C1からの放熱が促進され、結果的に半導体レーザ素子Cの放熱性が向上する。 Here, stud bumps 11 are formed on electrode C1, which increases the heat capacity and surface area of electrode C1. Therefore, heat generated in active layer C8 of the semiconductor laser element is conducted more efficiently not only to electrode C10 but also to electrode C1 due to the increased heat capacity of stud bumps 11, and the heat is radiated efficiently due to the increased surface area of electrode C1 due to stud bumps 11. This promotes heat dissipation from electrode C1 from the upward Y1 side of semiconductor laser element C, resulting in improved heat dissipation of semiconductor laser element C.
更に、活性層C8は、メサ型形状であるメサストライプ部Cmeに含まれおり、この活性層C8の上面、両側面は、熱伝導性の低い絶縁膜等に当接する構成ではなく、熱伝導性の高い半導体層であるp型クラッド層C4-1と、埋め込み層Cboとに当接する構成となっている。これにより活性層C8において生じる熱を効率良く電極C1側に伝熱して、放熱効果を向上できる。 Furthermore, the active layer C8 is included in the mesa stripe portion Cme, which has a mesa shape, and the upper surface and both side surfaces of this active layer C8 are not configured to abut against an insulating film or the like with low thermal conductivity, but are configured to abut against the p-type cladding layer C4-1, which is a semiconductor layer with high thermal conductivity, and the buried layer Cbo. This allows the heat generated in the active layer C8 to be efficiently transferred to the electrode C1 side, improving the heat dissipation effect.
また、活性層C8の下方向Y2側に形成される基板C9は、厚み方向Yの長さL1が80μm以上を確保するように形成されている。この80μm以上の長さL1は、半導体レーザ素子Cをサブマウント1に接合する際における、半田等の接着材料の熱膨張係数と、半導体レーザ素子Cの材料の熱膨張係数との差に起因する熱応力等の、電極C1側から活性層C8に付加される応力が、活性層C8において許容範囲内の応力である第1値以下まで低減される厚みである。 The substrate C9 formed on the downward direction Y2 side of the active layer C8 is formed so as to ensure a length L1 in the thickness direction Y of 80 μm or more. This length L1 of 80 μm or more is a thickness at which the stress applied to the active layer C8 from the electrode C1 side, such as thermal stress caused by the difference between the thermal expansion coefficient of an adhesive material such as solder and the thermal expansion coefficient of the material of the semiconductor laser element C when bonding the semiconductor laser element C to the submount 1, is reduced to a first value or less, which is a stress within the allowable range in the active layer C8.
以上のように、電極C10側から活性層C8に付加される応力を低減できる基板C9の長さL1を確保しつつ、半導体レーザ素子C内において、熱源である活性層C8を、スタッドバンプ11により熱容量および表面積が増大された電極C1に近い位置に形成することで、活性層C8に付加される応力低減効果と、活性層C8から生じる熱の放熱性向上効果とが両立可能となる。 As described above, by forming the active layer C8, which is the heat source, in the semiconductor laser element C at a position close to the electrode C1 whose heat capacity and surface area are increased by the stud bump 11 while ensuring the length L1 of the substrate C9 that can reduce the stress applied to the active layer C8 from the electrode C10 side, it is possible to simultaneously achieve the effect of reducing the stress applied to the active layer C8 and the effect of improving the dissipation of heat generated from the active layer C8.
また、基板C9の厚み方向Yの長さL1の上限値を130μm以下として、基板C9の長さL1を80μm以上、130μm以下の範囲内に形成すれば、製造時における基板C9の割れ、欠け、バリ、等を抑制でき、歩留まりを向上できる。より好適には、基板C9の長さL1は、110μm以上、130μm以下とするとよい。
こうして、活性層C8に付加される応力を低減させつつ、製造時における歩留まりを向上して、生産性を向上できる。
Furthermore, by setting the upper limit of the length L1 of the substrate C9 in the thickness direction Y to 130 μm or less and forming the length L1 of the substrate C9 within the range of 80 μm or more and 130 μm or less, it is possible to suppress cracks, chips, burrs, etc. of the substrate C9 during manufacturing, and to improve the yield. More preferably, the length L1 of the substrate C9 is set to 110 μm or more and 130 μm or less.
In this way, the stress applied to the active layer C8 can be reduced, while the yield during manufacturing can be improved, thereby improving productivity.
また、図2に示したように、絶縁層C2の開口部Copにより、活性層C8に電流を供給する入り口を活性層C8の上方の接続箇所P2のみに絞る構成としている。その上で、活性層C8を、この接続箇所P2の下方向Y2側において、幅W1のメサストライプ部Cmeに含まれるようにその横方向Xの幅を短く構成している。
このように活性層C8は、その上方向Y1側に位置する電極C1と同じ横方向Xの幅を有する構成ではない。そのため、電極C1上に形成されるスタッドバンプ11と、活性層C8との間の横方向Xの距離を、設定された第2距離H2以上確保できる。これにより、スタッドバンプ11を電極C1に接合する際に半導体レーザ素子Cに付与される超音波振動、熱、等に起因するダメージから、活性層C8を保護できる。
2, the opening Cop in the insulating layer C2 is configured to narrow the inlet for supplying current to the active layer C8 to only the connection point P2 above the active layer C8. On the other hand, the width of the active layer C8 in the lateral direction X is shortened on the downward direction Y2 side of the connection point P2 so that the active layer C8 is included in the mesa stripe portion Cme of width W1.
In this way, the active layer C8 does not have the same width in the lateral direction X as the electrode C1 located on the upper side thereof in the Y1 direction. Therefore, the distance in the lateral direction X between the stud bump 11 formed on the electrode C1 and the active layer C8 can be ensured to be equal to or greater than the set second distance H2. This makes it possible to protect the active layer C8 from damage caused by ultrasonic vibrations, heat, and the like applied to the semiconductor laser element C when the stud bump 11 is bonded to the electrode C1.
更に、スタッドバンプ11は、溝部Mを挟んで活性層C8が位置する側と反対側の位置に形成される。このように、活性層C8とスタッドバンプ11との間に溝を介在させて、活性層C8とスタッドバンプ11との間の沿面距離を長く確保することで、スタッドバンプ11の接合時における超音波振動、熱、等に起因するダメージから活性層C8を保護できる。
更に、電気回路に寄与するワイヤ3と、電極C1との接続箇所P1を、溝部Mを挟んで活性層C8が位置する側と反対側の位置に形成すれば、同様に、このワイヤ3の接合時における超音波振動、熱、等に起因するダメージから活性層C8を保護できる。
Furthermore, the stud bump 11 is formed at a position opposite to the side where the active layer C8 is located, across the groove M. In this way, by interposing a groove between the active layer C8 and the stud bump 11 and ensuring a long creepage distance between the active layer C8 and the stud bump 11, the active layer C8 can be protected from damage caused by ultrasonic vibration, heat, and the like when the stud bump 11 is bonded.
Furthermore, if the connection point P1 between the wire 3 that contributes to the electrical circuit and the electrode C1 is formed on the side opposite the groove portion M from the side on which the active layer C8 is located, the active layer C8 can be similarly protected from damage caused by ultrasonic vibration, heat, etc., when the wire 3 is joined.
更に、このように、活性層C8をメサストライプ部Cmeに含ませて、電流が流れる経路を幅W1の狭い範囲に絞る構成では、半導体レーザ装置のレーザ特性において意図しないキンク等の出力特性変化が生じることを抑止できる。また、このように活性層C8の両側面を、埋め込み層Cboにより埋め込むことで、活性層C8から半導体レーザ素子Cの両横方向X側にそれぞれ漏れる漏れ電流を抑制できる。また、活性層C8を挟み混むように、溝部Mを設けているため、この構成によっても、活性層C8から両横方向Xに漏れる漏れ電流を更に抑制できる。 Furthermore, in this configuration, the active layer C8 is included in the mesa stripe portion Cme, and the path through which the current flows is narrowed to a narrow range of width W1, thereby preventing unintended changes in output characteristics such as kinks in the laser characteristics of the semiconductor laser device. Also, by burying both side surfaces of the active layer C8 with the burying layer Cbo in this manner, leakage current leaking from the active layer C8 to both lateral directions X of the semiconductor laser element C can be suppressed. In addition, because the groove portion M is provided so as to sandwich the active layer C8, this configuration can also further suppress leakage current leaking from the active layer C8 in both lateral directions X.
以上のように、本実施の形態における活性層C8を含むメサストライプ部Cme、埋め込み層Cbo、溝部Mは、半導体レーザ装置における出力特性向上効果と、スタッドバンプ11およびワイヤ3の接合時における活性層C8へのダメージ低減効果と、の両方の効果を両立させている。
なお、以上のような埋め込み層Cboおよび溝部Mを設けることによる漏れ電流抑制効果は、導波路部20A、20B、変調器部30においても同様に得られる。
As described above, the mesa stripe portion Cme, buried layer Cbo, and groove portion M including the active layer C8 in this embodiment achieve both the effect of improving the output characteristics of the semiconductor laser device and the effect of reducing damage to the active layer C8 when the stud bump 11 and the wire 3 are bonded.
The effect of suppressing leakage current by providing the buried layer Cbo and the groove M as described above can be obtained in the waveguide sections 20A and 20B and the modulator section 30 in the same manner.
ここで、スタッドバンプ11は、半導体レーザ素子Cにおいて、DFBレーザ部10にのみ設けられ、変調器部30には設けない構成としている。これは、DFBレーザ部10と変調器部30とが集積されて形成される電界吸収型変調器集積型半導体レーザ(EML-LD)では、DFBレーザ部における電極面積が、レーザ光の周波数特性に影響しないためである。よって、電極面積を増大させるスタッドバンプ11を、DFBレーザ部10にのみ設けている。一方、変調器部30における電極面積をスタッドバンプにより増大させると、静電容量がその表面積に比例して増加することで周波数特性が悪化する。こうして、スタッドバンプ11を変調器部30に設けない構成することで、変調器部30における寄生容量等の素子容量を低減して、当該半導体レーザ装置100を用いた光通信における高速化、大容量化に対応可能である。 Here, the stud bump 11 is provided only in the DFB laser section 10 of the semiconductor laser element C, and not in the modulator section 30. This is because in an electroabsorption modulator integrated semiconductor laser (EML-LD) formed by integrating the DFB laser section 10 and the modulator section 30, the electrode area in the DFB laser section does not affect the frequency characteristics of the laser light. Therefore, the stud bump 11 that increases the electrode area is provided only in the DFB laser section 10. On the other hand, if the electrode area in the modulator section 30 is increased by the stud bump, the electrostatic capacitance increases in proportion to the surface area, and the frequency characteristics deteriorate. In this way, by configuring the stud bump 11 not to be provided in the modulator section 30, the element capacitance such as the parasitic capacitance in the modulator section 30 can be reduced, making it possible to accommodate higher speeds and larger capacities in optical communications using the semiconductor laser device 100.
以下、半導体レーザ素子Cの、他の構成例について図8、図9を用いて説明する。
図8は、図5に示した半導体レーザ素子Cと異なる構成の半導体レーザ素子Cex1の構成を示す断面図である。
図8に示すように、活性層C8は、メサ型形状のメサストライプ部に含まれず、メサストライプ部の下方向Y2側に位置して、電極C1と同じ横方向Xの幅を有する構成としてもよい。
Other configuration examples of the semiconductor laser element C will be described below with reference to FIGS.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor laser element Cex1 having a different configuration from the semiconductor laser element C shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the active layer C8 may be configured not to be included in the mesa stripe portion of the mesa type shape, but to be located on the lower side of the mesa stripe portion in the Y2 direction and to have the same width in the lateral direction X as the electrode C1.
この場合も、熱源である活性層C8は、半導体レーザ素子C内において、半導体レーザ素子Cの下方向Y2側の電極C10側よりも、上方向Y1側の電極C1に近い位置に形成されるため、高い放熱性が得られる。また、この構成においても、p型クラッド層C4-2の厚み方向Yの長さを適宜調整すれば、活性層C8の上方向Y1側の電極C1に形成されるスタッドバンプ11の接合時におけるダメージから活性層C8を保護できる。
また、絶縁層C2の開口部Copにより、活性層C8に電流を供給する入り口を活性層C8の上方の接続箇所P2のみに絞る構成とし、溝部Mを設ける構成としていることで、溝部Mの外側に漏れる漏れ電流を抑制できる。
In this case as well, high heat dissipation is achieved since the active layer C8, which is a heat source, is formed in the semiconductor laser element C at a position closer to the electrode C1 on the upward Y1 side than to the electrode C10 on the downward Y2 side of the semiconductor laser element C. Also, in this configuration, by appropriately adjusting the length in the thickness direction Y of the p-type cladding layer C4-2, the active layer C8 can be protected from damage during bonding of the stud bump 11 formed on the electrode C1 on the upward Y1 side of the active layer C8.
In addition, the opening Cop in the insulating layer C2 is configured to limit the inlet for supplying current to the active layer C8 to only the connection point P2 above the active layer C8, and the provision of the groove M makes it possible to suppress leakage current leaking outside the groove M.
図9は、図5に示した半導体レーザ素子Cと異なる構成の半導体レーザ素子C1ex2の構成を示す断面図である。
図9に示すように、活性層C8を含むメサストライプ部Cmeの両側面は、絶縁層C2に当接している。このように、活性層C8の両側面を埋め込み層Cboにより埋め込まれない構成としてもよい。
この場合でも、熱源である活性層C8は、半導体レーザ素子C内において、半導体レーザ素子Cの下方向Y2側の電極C10側よりも、上方向Y1側の電極C1に近い位置に形成されるため、高い放熱性が得られる。
また、メサストライプ部Cmeの両側が絶縁層C2に当接し、溝部Mを設ける構成としていることで、活性層C8から半導体レーザ素子Cの両横方向Xにそれぞれ漏れる漏れ電流を抑制できる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor laser device C1ex2 having a different configuration from the semiconductor laser device C shown in FIG.
9, both side surfaces of the mesa stripe portion Cme including the active layer C8 are in contact with the insulating layer C2. In this manner, both side surfaces of the active layer C8 may be configured not to be buried with the buried layer Cbo.
Even in this case, the active layer C8, which is a heat source, is formed within the semiconductor laser element C at a position closer to the electrode C1 on the upward Y1 side than to the electrode C10 on the downward Y2 side of the semiconductor laser element C, thereby achieving high heat dissipation properties.
In addition, since both sides of the mesa stripe portion Cme are in contact with the insulating layer C2 and the groove portion M is provided, leakage current leaking from the active layer C8 in both lateral directions X of the semiconductor laser element C can be suppressed.
また、上記半導体レーザ素子Cex1、Cex2以外にも、回折格子C7が活性層C8の下方向Y2側に形成されている構造、溝部Mが存在しない構造などの類似構造も想定している。 In addition to the above-mentioned semiconductor laser elements Cex1 and Cex2, similar structures are also envisioned, such as a structure in which the diffraction grating C7 is formed on the downward Y2 side of the active layer C8, and a structure in which the groove portion M does not exist.
本実施の形態では、電極C1の熱容量と表面積を増大させるための突出部として、スタッドバンプ11を例として説明したが、これに限定されるものではない。電極C1の熱容量と表面積を増大できるものであればどのような構成の突出部でもよく、例えば、突出部して、めっきによって形成するバンプ、ピラーバンプ、ソルダーバンプ、はんだボールを使用することも想定している。 In this embodiment, the stud bump 11 has been described as an example of a protrusion for increasing the heat capacity and surface area of the electrode C1, but this is not limited to this. Any configuration of protrusion may be used as long as it can increase the heat capacity and surface area of the electrode C1. For example, it is envisioned that bumps formed by plating, pillar bumps, solder bumps, and solder balls may be used as the protrusion.
また、電極C1上におけるスタッドバンプ11の個数、列数は特に制限せず、半導体レーザ素子Cの縦方向Zにおけるデバイス長、横方向Xにおけるデバイス幅に合わせて調節すると良い。また当然ながら、スタッドバンプ11を電極C1上に形成する際において、超音波によるワイヤボンディングの回数を重ねるほど、半導体レーザ素子Cがこの超音波によるダメージを受けて、不具合が生じる可能性も生じ得る。そのため、得たい放熱性を確保できる最低限の数のみのスタッドバンプを形成するとよい。 In addition, there is no particular limit to the number or number of rows of stud bumps 11 on electrode C1, and these may be adjusted to match the device length in the vertical direction Z and the device width in the horizontal direction X of the semiconductor laser element C. Naturally, when forming stud bumps 11 on electrode C1, the more ultrasonic wire bonding is performed, the more likely it is that the semiconductor laser element C will be damaged by the ultrasonic waves, resulting in defects. For this reason, it is advisable to form only the minimum number of stud bumps necessary to ensure the desired heat dissipation performance.
また、上記の説明では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明したが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。即ち、活性層のサブマウント側に形成される半導体基板をp型半導体基板とし、活性層の上方に形成される半導体層をn型半導体基板としてもよい。 In the above explanation, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, but the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. That is, the semiconductor substrate formed on the submount side of the active layer may be a p-type semiconductor substrate, and the semiconductor layer formed above the active layer may be an n-type semiconductor substrate.
なお、スタッドバンプ11の形成時において不具合が生じ、スタッドバンプ11が電極C1上に完全に接合されない場合が生じた場合では、半導体レーザ素子Cと電極C1との接合面積の減少による、スタッドバンプ11のはがれが生じる場合がある。この場合、スタッドバンプ11間の距離が近接している場合等において、はがれたスタッドバンプ11同士が接触すると、この接触により想定外の回路(電流経路)が形成される可能性がある。よって、スタッドバンプ11間において設定された離間距離を設けて、スタッドバンプ11同士が接触せず、それぞれが独立するように形成するとよい。また、それぞれのスタッドバンプ11を独立させることで、スタッドバンプ11の表面積を最大とでき、さらに、独立したスタッドバンプ11間において、例えば冷却用の流体が滞りなく通過出来る間隔を確保できる。このため、効率の良い熱交換、放熱が可能となる。 If a problem occurs during the formation of the stud bumps 11 and the stud bumps 11 are not completely bonded to the electrode C1, the stud bumps 11 may peel off due to a reduction in the bonding area between the semiconductor laser element C and the electrode C1. In this case, if the stud bumps 11 are close to each other, and the peeled stud bumps 11 come into contact with each other, this contact may form an unexpected circuit (current path). Therefore, it is preferable to form the stud bumps 11 so that they are separated from each other by a set distance and do not come into contact with each other. In addition, by making each stud bump 11 independent, the surface area of the stud bumps 11 can be maximized, and a gap can be secured between the independent stud bumps 11 so that, for example, a cooling fluid can pass through smoothly. This enables efficient heat exchange and heat dissipation.
上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
レーザ光を放射するレーザ部と、該レーザ部から放射されたレーザ光を変調する変調器部とを備え、該レーザ部と該変調器部とをサブマウントに集積して成る半導体レーザ装置であって、
前記レーザ部は、前記サブマウントの厚み方向の第1方向側の面に当接して該サブマウントに接続される第1電極層と、
前記第1電極層の前記第1方向側に設けられる第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる活性層と、
前記活性層の前記第1方向側に設けられる第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる第2電極層と、を備え、
前記第1導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、前記第1電極層側から付加される前記活性層における応力が、設定された第1値以下となる長さL1に形成され、且つ、前記第2導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、前記第1導電型半導体層の前記長さL1よりも短い長さL2に形成され、
前記第2電極層上において、該第2電極層上から前記第1方向側に突出する突出部を備え、該突出部は、前記第2電極層を介して前記活性層に電流を供給する第1接続線から離間して設けられる、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
A semiconductor laser device comprising a laser section that emits laser light and a modulator section that modulates the laser light emitted from the laser section, the laser section and the modulator section being integrated on a submount,
The laser portion includes a first electrode layer that is in contact with a surface of the submount on a first direction side in a thickness direction and is connected to the submount;
a first conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the first electrode layer;
an active layer provided on the first direction side of the first conductive type semiconductor layer;
a second conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the active layer;
a second electrode layer provided on the first direction side of the second conductive type semiconductor layer,
a length in the thickness direction of the first conductive type semiconductor layer is formed to a length L1 at which a stress in the active layer applied from the first electrode layer side is equal to or less than a first value, and a length in the thickness direction of the second conductive type semiconductor layer is formed to a length L2 that is shorter than the length L1 of the first conductive type semiconductor layer;
a protruding portion protruding from the second electrode layer toward the first direction on the second electrode layer, the protruding portion being spaced apart from a first connection line that supplies a current to the active layer via the second electrode layer;
It is something.
このように、活性層の第1方向(上方向)側に設けられる第2導電型半導体層(p型クラッド層C4-1、C4-2、p型コンタクト層C3)の厚み方向Yの長さL2は、第1導電型半導体層(基板C9)の長さL1よりも短い長さに形成される。即ち、熱源となる活性層は、半導体レーザ素子内において、半導体レーザ素子の第2方向(下方向)側の第1電極層(電極C10)側よりも、第1方向(上方向)側の第2電極層(電極C1)に近い位置に配置される。これにより、活性層において生じる熱は、活性層に近い上方向側の電極C1に、より伝熱される。 In this way, the length L2 in the thickness direction Y of the second conductive type semiconductor layer (p-type cladding layers C4-1, C4-2, p-type contact layer C3) provided on the first direction (upward) side of the active layer is formed to be shorter than the length L1 of the first conductive type semiconductor layer (substrate C9). In other words, the active layer, which serves as a heat source, is located in a position within the semiconductor laser element closer to the second electrode layer (electrode C1) on the first direction (upward) side than to the first electrode layer (electrode C10) on the second direction (downward) side of the semiconductor laser element. As a result, heat generated in the active layer is transferred more to the electrode C1 on the upward side closer to the active layer.
そして、この活性層に近い第2電極層(電極C1)上において、この第2電極層(電極C1)の熱容量と表面積を増大させるように、第1方向(上方向)側に突出する突出部(スタッドバンプ)が備えられる。このようにスタッドバンプにより増大された熱容量によって電極C1側に、より効率的に熱が伝熱し、同じくスタッドバンプにより増大された電極C1の表面積により熱が効率的に放射される。こうして、半導体素子の電極C1からの放熱が促進され、高い放熱性を確保できる。 A protrusion (stud bump) that protrudes in the first direction (upward) is provided on the second electrode layer (electrode C1) close to the active layer to increase the heat capacity and surface area of the second electrode layer (electrode C1). Heat is transferred more efficiently to the electrode C1 side due to the increased heat capacity of the stud bump, and heat is radiated efficiently due to the surface area of electrode C1, which is also increased by the stud bump. In this way, heat dissipation from the electrode C1 of the semiconductor element is promoted, ensuring high heat dissipation performance.
更に、活性層から遠い第1電極層(電極C10)がサブマウントに接続される構成としているため、活性層に近い第2電極層(電極C1)には、サブマウントが半田付けされない。これにより、活性層から近い電極C1側からは、サブマウントを半田付けする事に起因する応力が活性層に付加されない。 Furthermore, because the first electrode layer (electrode C10) far from the active layer is connected to the submount, the submount is not soldered to the second electrode layer (electrode C1) close to the active layer. As a result, stress caused by soldering the submount is not applied to the active layer from the electrode C1 side close to the active layer.
また、活性層の第2方向(下方向)側の第1導電型半導体層(基板C9)の厚み方向の長さL1は、このサブマウントに接合される第1電極層(電極C10)側から付加される活性層における応力が、設定された第1値以下となる長さを確保するように形成される。
このように活性層における応力を、許容範囲値の第1値以下となるように構成することで、活性層に歪みが生じてレーザ光の波長飛び等が起こることを抑止して、高性能の半導体レーザ装置を得られる。
In addition, the thickness direction length L1 of the first conductivity type semiconductor layer (substrate C9) on the second direction (downward) side of the active layer is formed so as to ensure a length that ensures that the stress in the active layer applied from the first electrode layer (electrode C10) side joined to this submount is equal to or less than a set first value.
In this manner, by configuring the stress in the active layer to be equal to or less than the first value of the allowable range, it is possible to prevent distortion in the active layer and thus wavelength skipping of the laser light, etc., thereby obtaining a high-performance semiconductor laser device.
さらに、突出部(スタッドバンプ)は、活性層に電流を供給する第1接続線(ワイヤ)から離間して設けられる。これにより、ワイヤを介して活性層に供給される電流が、スタッドバンプを介して意図しない経路を流れることを防止できるため、半導体レーザ装置の性能を確保できる。 Furthermore, the protrusion (stud bump) is provided away from the first connection line (wire) that supplies current to the active layer. This prevents the current supplied to the active layer via the wire from flowing through an unintended path via the stud bump, ensuring the performance of the semiconductor laser device.
以上のように、本実施の形態の半導体レーザ装置は、活性層に付加される応力を低減することによる高性能化と、放熱性向上効果とを両立させるものである。 As described above, the semiconductor laser device of this embodiment achieves both high performance by reducing the stress applied to the active layer and improved heat dissipation.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記第2電極層の前記第1方向側の面から、前記第1方向と相反する第2方向側に窪む2つの溝部が、設定された第1距離を隔てて、前記厚み方向に垂直な第3方向に延伸されて形成され、
前記第2電極層と前記第2導電型半導体層との間に絶縁層が形成され、該絶縁層は前記溝部間において、前記第3方向に延伸して形成される第1開口部を有し、
前記突出部は、前記溝部を挟んで前記第1開口部が位置する側と反対側の位置である前記溝部の外側の位置に形成される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
two grooves recessed from a surface of the second electrode layer on the first direction side toward a second direction opposite to the first direction are formed at a first distance from each other and extend in a third direction perpendicular to the thickness direction;
an insulating layer is formed between the second electrode layer and the second conductive type semiconductor layer, the insulating layer having a first opening portion formed between the groove portions and extending in the third direction;
The protrusion is formed at a position outside the groove, which is a position on the opposite side of the groove from a side on which the first opening is located.
It is something.
このように、第2電極層(電極C1)上において第3方向(縦方向)に延伸する2つの溝部を形成する。そして、この2つの溝部間において、絶縁層に第1開口部を形成する。こうして、活性層に電流を供給する入り口を、この2つの溝部間の領域に絞る構成としている。その上で、突出部(スタッドバンプ)を、溝部を挟んでこの第1開口部が位置する側と反対側の、溝部の外側に形成している。
これにより、スタッドバンプから、活性層における発光が生じる箇所を離すことができる。そしてこのように、スタッドバンプと、活性層の発光が生じる箇所との間に、更に溝を介在させる構成とすることで、この間の沿面距離を更に長く確保できる。こうして、スタッドバンプの接合時における超音波振動、熱、等に起因するダメージから活性層の発光が生じる箇所を保護できる。
In this manner, two grooves extending in the third direction (vertical direction) are formed on the second electrode layer (electrode C1). A first opening is then formed in the insulating layer between the two grooves. In this manner, the inlet for supplying current to the active layer is narrowed down to the region between the two grooves. A protrusion (stud bump) is then formed on the outside of the groove, on the side opposite the first opening across the groove.
This allows the location of light emission in the active layer to be separated from the stud bump. By providing an additional groove between the stud bump and the location of light emission in the active layer, the creepage distance between them can be further increased. This protects the location of light emission in the active layer from damage caused by ultrasonic vibration, heat, etc., during bonding of the stud bump.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記厚み方向の断面がメサ型形状であって、前記第1導電型半導体層と前記活性層とを含んで前記第3方向に延伸する第1メサストライプ部を備え、
前記第1メサストライプ部は、前記溝部間に形成され、
前記突出部は、前記活性層から設定された第2距離以上離れた前記溝部の外側の位置に形成される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
a first mesa stripe portion having a mesa shape in a cross section in the thickness direction, including the first conductive type semiconductor layer and the active layer, and extending in the third direction;
the first mesa stripe portion is formed between the groove portions,
the protrusion is formed at a position outside the groove at a distance equal to or greater than a second distance from the active layer;
It is something.
このように、活性層は、2つの溝部間に形成される第1メサストライプ部に含まれるように構成される。そして、突出部(スタッドバンプ)は、この活性層から設定された第2距離以上離れるように、溝部の外側の位置に形成される。このように、活性層とスタッドバンプとの間に第2距離を確保し、更に、その間に溝部を介在させる構成とすることで、スタッドバンプの接合時における超音波振動、熱、等に起因するダメージから活性層を確実に保護できる。 In this way, the active layer is configured to be included in the first mesa stripe portion formed between the two grooves. The protrusions (stud bumps) are formed at positions outside the grooves so as to be at least a set second distance away from the active layer. In this way, by ensuring the second distance between the active layer and the stud bumps and further by interposing a groove between them, the active layer can be reliably protected from damage caused by ultrasonic vibrations, heat, etc., during bonding of the stud bumps.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記第1メサストライプ部の両側面において半導体層である埋め込み層がそれぞれ形成される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
a buried layer, which is a semiconductor layer, is formed on each of both side surfaces of the first mesa stripe portion;
It is something.
このように、第1メサストライプ部の両側面に半導体層が形成されている。即ち、第1メサストライプ部に含まれる活性層の両側面が、熱伝導性の高い半導体層により埋め込まれる。これにより活性層において生じる熱を効率良く半導体層を介してスタッドバンプに伝熱して、放熱効果を向上できる。
また、このように、スタッドバンプの接合時におけるダメージから活性層を保護する目的で、活性層とスタッドバンプとの間に溝部を設ける場合でも、このように活性層を熱伝導率の高い半導体層により埋め込むことで、溝部の有無に依存せず、活性層において生じる熱を効率よくスタッドバンプに効率できる。
In this way, the semiconductor layers are formed on both side surfaces of the first mesa stripe. That is, both side surfaces of the active layer included in the first mesa stripe are filled with the semiconductor layers having high thermal conductivity. This allows the heat generated in the active layer to be efficiently transferred to the stud bumps via the semiconductor layers, improving the heat dissipation effect.
Furthermore, even in cases where a groove is provided between the active layer and the stud bump in order to protect the active layer from damage during bonding of the stud bump, by embedding the active layer in a semiconductor layer with high thermal conductivity in this manner, the heat generated in the active layer can be efficiently transferred to the stud bump, regardless of the presence or absence of a groove.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記突出部は、前記第1接続線を構成する材料と同じ材料で構成される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法は、
ワイヤ材料をワイヤボンディング装置により溶融させて、前記第1接続線を配線し、
前記ワイヤ材料を前記ワイヤボンディング装置により溶融させて前記突出部を形成する、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
The protrusion is made of the same material as the material constituting the first connection line.
It is something.
Further, a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above includes the steps of:
A wire material is melted by a wire bonding device to wire the first connection line;
The wire material is melted by the wire bonding device to form the protrusion.
It is something.
このように、突出部(スタッドバンプ)は、第1接続線(ワイヤ)を構成する材料と同じ材料で構成される。即ち、活性層に電流を供給するための、電気回路に寄与する第1接続線(ワイヤ)に対して用いたワイヤ材料を、突出部(スタッドバンプ)の形成においても用いる。このように、突出部として、ヒートシンク等の部品を別途用いる構成ではなく、ワイヤを溶融させたスタッドバンプを用いるため、ヒートシンク等の追加部品の費用が不要になる。 In this way, the protrusion (stud bump) is made of the same material as the material that makes up the first connection line (wire). That is, the wire material used for the first connection line (wire) that contributes to the electric circuit to supply current to the active layer is also used to form the protrusion (stud bump). In this way, instead of using a separate component such as a heat sink as the protrusion, a stud bump made from melted wire is used, eliminating the expense of additional components such as a heat sink.
価格下落が激しく、継続的なコスト低減が求められる半導体デバイスの量産においては、一素子に対して、ヒートシンク一個分の部品費用が別途追加されることは大きな足かせとなることは明らかである。よって、このように、半導体レーザ装置の製造において必須のワイヤ材料を、スタッドバンプの形成においても用いることで、大幅なコスト低減が可能になる。 In the mass production of semiconductor devices, where prices are falling rapidly and continuous cost reductions are required, it is clear that the additional component cost for one heat sink per element is a major obstacle. Therefore, by using the wire material, which is essential in the manufacture of semiconductor laser devices, in the formation of stud bumps as well, it is possible to achieve significant cost reductions.
そしてこのように、突出部としてヒートシンク等の追加部品を不要として、半導体レーザ装置以外の構成部品に依存せず、半導体レーザ装置を構成する部品でその形成を完結できる。そのため、半導体レーザ装置のみを販売するチップ完成品の販売ビジネスにおいても有効である。
また、ヒートシンク等の部品を、半導体素子の第1方向(上方向)Y1側の第2電極層(電極C1)に接合しないので、ヒートシンクと、半導体レーザ素子の第2電極層(電極C1)との高さ合わせ精度を得られないことによって起こる不具合、あるいは、ヒートシンクと、半導体レーザ素子の第2電極層(電極C1)との接触不良、が発生することを防止できる。
In this way, additional parts such as a heat sink as a protruding part are not required, and the formation of the semiconductor laser device can be completed with the parts that constitute the semiconductor laser device without relying on components other than the semiconductor laser device. Therefore, it is also effective in the sales business of chip finished products that only sell semiconductor laser devices.
Furthermore, since components such as a heat sink are not joined to the second electrode layer (electrode C1) on the first direction (upward) Y1 side of the semiconductor element, it is possible to prevent malfunctions caused by an inability to obtain height alignment accuracy between the heat sink and the second electrode layer (electrode C1) of the semiconductor laser element, or poor contact between the heat sink and the second electrode layer (electrode C1) of the semiconductor laser element.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記第1導電型半導体層の前記長さL1は、80μm以上であって130μm以下に形成される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
The length L1 of the first conductive type semiconductor layer is formed to be 80 μm or more and 130 μm or less.
It is something.
このように、活性層からサブマウント側に設けられる第1導電型半導体層(基板C9)の厚さ方向の長さを80μm以上であって130μm以下とすることで、活性層に付加される応力を低減させつつ、製造時における半導体素子の割れ、欠け、バリ、等を抑制できる。これにより、半導体素子の歩留まりを改善して、生産性を向上できる。 In this way, by making the length in the thickness direction of the first conductive type semiconductor layer (substrate C9) provided on the submount side from the active layer 80 μm or more and 130 μm or less, it is possible to reduce the stress applied to the active layer while suppressing cracks, chips, burrs, etc. of the semiconductor element during manufacturing. This improves the yield of the semiconductor elements and increases productivity.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記変調器部は、同一の前記サブマウントにおいて前記レーザ部と並んで配設され、
前記レーザ部における前記第1導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層とが、前記レーザ部から延伸して前記変調器部において形成され、
前記変調器部は、
前記サブマウントの前記第1方向側の面に当接して該サブマウントに接続され、前記第1導電型半導体層の、前記第1方向と相反する第2方向側に形成される第3電極層と、
前記第2導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる第4電極層と、
前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間に設けられて前記レーザ部における前記活性層に接続され、前記第3電極層と前記第4電極層との間に印加される電圧に応じて前記レーザ部から放出される光を吸収する光吸収層と、を備えた、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
the modulator section is disposed alongside the laser section on the same submount;
the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer in the laser section are formed in the modulator section by extending from the laser section;
The modulator section includes:
a third electrode layer that is in contact with a surface of the submount on the first direction side and is connected to the submount, and is formed on a second direction side of the first conductivity type semiconductor layer that is opposite to the first direction;
a fourth electrode layer provided on the first direction side of the second conductive type semiconductor layer;
a light absorbing layer provided between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer, connected to the active layer in the laser portion, and absorbing light emitted from the laser portion in response to a voltage applied between the third electrode layer and the fourth electrode layer;
It is something.
このように、レーザ部(DFBレーザ部)における第1導電型半導体層(基板C9)と第2導電型半導体層(p型クラッド層C4-1、C4-2、p型コンタクト層C3)とが、レーザ部(DFBレーザ部)から延伸して変調器部においても形成される。
こうして、変調器部の光吸収層においてフォトカレントなどにより生じる熱も、光吸収層の上方向側のp型クラッド層C4-1、C4-2、p型コンタクト層C3に伝熱させて、DFBレーザ部のスタッドバンプから放熱できる。また、サブマウントに接合される第3電極(電極C10EA)側から光吸収層に付加される応力を低減でき、更に、製造時における歩留まり改善効果を得られる。
In this manner, the first conductive type semiconductor layer (substrate C9) and the second conductive type semiconductor layer (p-type cladding layers C4-1, C4-2, p-type contact layer C3) in the laser section (DFB laser section) are extended from the laser section (DFB laser section) and are also formed in the modulator section.
In this way, heat generated by photocurrents in the light absorption layer of the modulator section can be transferred to the p-type cladding layers C4-1 and C4-2 and the p-type contact layer C3 on the upper side of the light absorption layer, and dissipated from the stud bump of the DFB laser section. In addition, the stress applied to the light absorption layer from the third electrode (electrode C10EA) side bonded to the submount can be reduced, and further, the yield during manufacturing can be improved.
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記レーザ部における前記溝部と前記絶縁層とが、前記レーザ部から延伸して前記変調器部において形成され、
前記変調器部における前記溝部は、前記第4電極層の前記第1方向側の面から、前記第2方向側に窪み、互いに設定された前記第1距離を隔てて前記第3方向に延伸されて形成され、
前記第4電極層と前記第2導電型半導体層との間に前記絶縁層が形成され、該絶縁層は前記溝部間において、前記第3方向に延伸して形成される第2開口部を有する、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
前記変調器部は、
前記厚み方向の断面がメサ型形状であって、前記第1導電型半導体層と前記光吸収層とを含んで前記第3方向に延伸する第2メサストライプ部を備え、
前記第2メサストライプ部は、前記溝部間に形成される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
the groove portion and the insulating layer in the laser portion are formed in the modulator portion by extending from the laser portion;
the groove portions in the modulator section are recessed from a surface of the fourth electrode layer on the first direction side toward the second direction side and are formed to extend in the third direction at the first distance from each other,
the insulating layer is formed between the fourth electrode layer and the second conductive type semiconductor layer, and the insulating layer has a second opening portion formed between the groove portions and extending in the third direction;
It is something.
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
The modulator section includes:
a second mesa stripe portion having a mesa shape in a cross section in the thickness direction, including the first conductive type semiconductor layer and the light absorbing layer, and extending in the third direction;
the second mesa stripe portion is formed between the groove portions;
It is something.
またこのように、変調器部においても、溝部と、この溝部間に形成される絶縁層の開口部、メサストライプ部、を設けることで、上記DFBレーザ部と同様の、漏れ電流を抑制する電流閉込効果、放熱性向上効果、生産性向上効果を得ることができる。 In this way, by providing the grooves, the openings in the insulating layer formed between the grooves, and the mesa stripe section in the modulator section, it is possible to obtain the current confinement effect of suppressing leakage current, the effect of improving heat dissipation, and the effect of improving productivity, similar to those of the DFB laser section.
なお、DFBレーザ部において溝部を形成した場合に、変調器部においても同様に溝部を形成する構成の半導体レーザ素子に限定するものではない。例えば、半導体素子は、DFBレーザ部において溝部を形成する構成とする一方で、変調器部においては溝部を形成しない構成としてもよい。あるいは、DFBレーザ部において埋め込み層を形成しない構成とする一方で、変調器部においては埋め込み層を形成する構成としてもよい。
溝、メサストライプ部、活性層を埋め込み層あるいは絶縁膜により埋め込む構成、の組み合わせは、DFBレーザ部、変調器部、それぞれにおいて任意に組み合わせ可能である。
In addition, when a groove is formed in the DFB laser section, the semiconductor laser element is not limited to a structure in which a groove is similarly formed in the modulator section. For example, the semiconductor element may be configured to have a groove formed in the DFB laser section, but not in the modulator section. Alternatively, the semiconductor element may be configured to have no buried layer formed in the DFB laser section, but not in the modulator section.
The combination of the groove, the mesa stripe portion, and the active layer buried in the buried layer or insulating film can be arbitrarily combined in the DFB laser portion and the modulator portion.
実施の形態2.
以下、本願の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図10は、実施の形態2による半導体レーザ装置200の概略構成を示す上面図である。
図11は、図1に示す半導体レーザ装置200の、のA-A’線における断面図である。
図12は、図1に示す半導体レーザ装置200を、矢印B方向から見た側面図である。
Embodiment 2.
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
FIG. 10 is a top view showing a schematic configuration of a semiconductor laser device 200 according to the second embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 200 shown in FIG. 1 taken along line AA'.
FIG. 12 is a side view of the semiconductor laser device 200 shown in FIG.
本実施の形態2では、半導体レーザ素子Cの活性層側の電極C1に、実施の形態1のスタッドバンプ11の代わりに、放熱のみに寄与する突出部として、第2接続線により構成されるワイヤーブリッジ211を設けている。このワイヤーブリッジ211は、第2接続線の第1端と、第2端とが、設定された第3距離H3-1、H3-2、以上を隔てて、それぞれが電極C1上に接続されて配線されて構成される。図12に示すように、ワイヤーブリッジ211を形成する第2接続線の第1端と第2端との間の中間箇所が、電極C1の上方向Y1側の面との間に空隙Gを有している。こうして、ワイヤーブリッジ211は、電極C1の上方向Y1側に突出したブリッジ状に形成される。 In the second embodiment, instead of the stud bump 11 of the first embodiment, a wire bridge 211 made of a second connection line is provided on the electrode C1 on the active layer side of the semiconductor laser element C as a protrusion that contributes only to heat dissipation. This wire bridge 211 is configured by connecting the first end and the second end of the second connection line to the electrode C1 with a set third distance H3-1, H3-2 or more between them. As shown in FIG. 12, the intermediate portion between the first end and the second end of the second connection line forming the wire bridge 211 has a gap G between it and the surface of the electrode C1 on the upward Y1 side. In this way, the wire bridge 211 is formed in a bridge shape that protrudes toward the electrode C1 on the upward Y1 side.
ワイヤーブリッジ211は、半導体レーザ素子Cがサブマウント1にダイボンドされた後、ワイヤ3を配線した後に、DFBレーザ部10の電極C1内で配線される。この際、この放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211は、電気回路に寄与するワイヤ3を配線する際の妨げにならないように、かつ接触しないように配線される。また、電極C1内におけるワイヤ3の位置は任意に優先的に決定され、この電気回路に寄与するワイヤ3の位置によって、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211の配線は、変更、調整される。 The wire bridge 211 is wired within the electrode C1 of the DFB laser section 10 after the semiconductor laser element C is die-bonded to the submount 1 and the wire 3 is wired. At this time, the wire bridge 211 that contributes only to heat dissipation is wired so as not to interfere with and not to come into contact with the wiring of the wire 3 that contributes to the electrical circuit. In addition, the position of the wire 3 within the electrode C1 is arbitrarily and preferentially determined, and the wiring of the wire bridge 211 that contributes only to heat dissipation is changed and adjusted depending on the position of the wire 3 that contributes to the electrical circuit.
以下、DFBレーザ部10におけるワイヤーブリッジ211の他の配線例について図13、図14を用いて説明する。
図13は、本実施の形態のDFBレーザ部10におけるワイヤーブリッジ211の配線の一例を示す、電極C1ex1の上面模式図である。
図14は、本実施の形態のDFBレーザ部10におけるワイヤーブリッジ211の配線の一例を示す、電極C1ex2の上面模式図である。
図15は、本実施の形態のDFBレーザ部10におけるワイヤーブリッジ211の配線の一例を示す、電極C1ex3の上面模式図である。
図16は、本実施の形態のDFBレーザ部10におけるワイヤーブリッジ211の配線の一例を示す、電極C1ex4の上面模式図である。
Other examples of wiring of the wire bridge 211 in the DFB laser unit 10 will be described below with reference to FIGS.
FIG. 13 is a schematic top view of an electrode C1ex1, showing an example of wiring of the wire bridge 211 in the DFB laser unit 10 of this embodiment.
FIG. 14 is a schematic top view of an electrode C1ex2, showing an example of wiring of the wire bridge 211 in the DFB laser unit 10 of this embodiment.
FIG. 15 is a schematic top view of an electrode C1ex3, showing an example of wiring of the wire bridge 211 in the DFB laser unit 10 of this embodiment.
FIG. 16 is a schematic top view of an electrode C1ex4, showing an example of wiring of the wire bridge 211 in the DFB laser unit 10 of this embodiment.
以下に説明するように、配線するワイヤーブリッジ211の長さ、本数、の組み合わせ、配線位置、は、半導体レーザ素子Cのサイズによって変動するものとする。
例えば、図13に示す構成では、ワイヤーブリッジ211は、溝部Mを跨がないように、溝部Mの横方向Xの両外側において、溝部Mに並行な縦方向Zに配線される構成を想定している。
As described below, the length, number, combination, and wiring position of the wire bridges 211 to be wired vary depending on the size of the semiconductor laser element C.
For example, in the configuration shown in Figure 13, the wire bridge 211 is assumed to be wired in the vertical direction Z parallel to the groove M on both outsides of the groove M in the horizontal direction X so as not to straddle the groove M.
図13に示すように、半導体レーザ素子Cの縦方向Zにおける前端面から後端面までの長さZLが、半導体レーザ素子Cの横方向Xの幅XLよりも長い場合では、このようにワイヤーブリッジ211を配置することで、溝部Mを跨いで横方向Xのワイヤーブリッジ211を形成する構成に比べて、長いワイヤーブリッジ211を形成することができる。これにより、ワイヤの第1端と第2端とをそれぞれ接続するワイヤボンディングの回数を少なくできる。そして、この少ないワイヤボンディングで、より多くの熱容量を稼いで高い放熱性を確保できると共に、ワイヤボンディング時における半導体レーザ素子Cへのダメージを低減できる。 As shown in FIG. 13, when the length ZL from the front end face to the rear end face in the vertical direction Z of the semiconductor laser element C is longer than the width XL in the horizontal direction X of the semiconductor laser element C, arranging the wire bridge 211 in this manner makes it possible to form a longer wire bridge 211 than a configuration in which the wire bridge 211 is formed in the horizontal direction X across the groove portion M. This makes it possible to reduce the number of wire bonding operations required to connect the first and second ends of the wires. Furthermore, with this reduced number of wire bonding operations, it is possible to obtain more heat capacity and ensure high heat dissipation, while also reducing damage to the semiconductor laser element C during wire bonding.
また、図14に示す構成では、半導体レーザ素子Cの幅XLが、半導体レーザ素子Cの前端面から後端面までの長さZLよりも長い場合も想定している。この場合は、例えばこの図14の様に、溝部Mを跨ぐ様に、横方向Xに配線されるワイヤーブリッジ211を形成する方が、少ないワイヤボンディングでより多くの熱容量を稼ぐことが出来、ワイヤボンディング時における半導体レーザ素子Cへのダメージを低減できる。 The configuration shown in FIG. 14 also assumes that the width XL of the semiconductor laser element C is longer than the length ZL from the front end face to the rear end face of the semiconductor laser element C. In this case, forming a wire bridge 211 that is wired in the horizontal direction X so as to straddle the groove portion M, as shown in FIG. 14, can provide more heat capacity with less wire bonding and reduce damage to the semiconductor laser element C during wire bonding.
また、図15に示すように、半導体レーザ素子Cの縦方向Zにおける前端面から後端面までの長さZLが、半導体レーザ素子Cの横方向Xの幅XLよりも長い場合においても、電極C1において対角にワイヤーブリッジ211を形成すると、1つのワイヤーブリッジ211を用いる構成において、最も熱容量を稼ぐことができ有効である。 Also, as shown in FIG. 15, even if the length ZL from the front end face to the rear end face in the vertical direction Z of the semiconductor laser element C is longer than the width XL in the horizontal direction X of the semiconductor laser element C, forming a wire bridge 211 diagonally on the electrode C1 is effective in obtaining the most heat capacity in a configuration using one wire bridge 211.
しかし、対角にワイヤーブリッジ211を形成する場合は、最初に形成した電気回路に寄与するワイヤ3と接触することで不具合が生じたり、ワイヤ3の上方位置に配線される場合等においてワイヤーブリッジ211の高さが、想定外に高くなったりする可能性がある。そのため、2本以上のワイヤーブリッジ211を配線する場合、電気回路に寄与するワイヤ3とワイヤーブリッジ211とを近傍で配線する場合では、ワイヤーブリッジ211は、他のワイヤーブリッジ211あるいはワイヤ3とクロスしていないことが好ましい。 However, when forming the wire bridge 211 diagonally, there is a possibility that a malfunction may occur due to contact with the wire 3 that contributes to the first formed electric circuit, or the height of the wire bridge 211 may become unexpectedly high when wiring above the wire 3. For this reason, when wiring two or more wire bridges 211, or when wiring the wires 3 that contribute to the electric circuit and the wire bridge 211 in close proximity to each other, it is preferable that the wire bridge 211 does not cross other wire bridges 211 or wires 3.
また、図16の様に、実施の形態1で説明したスタッドバンプ11などのバンプとを組み合わせて併用する構成も想定できる。 It is also possible to envision a configuration in which the stud bump 11 described in embodiment 1 and other bumps are used in combination, as shown in FIG. 16.
なお、ワイヤーブリッジ211の熱容量を稼ぐためには、ワイヤーブリッジ211の体積を最大にすることが有効となる。そのため、ワイヤーブリッジ211を形成するワイヤ材料は可能な限り太いものが好ましい。しかしながら、ワイヤ材料が太すぎる場合、ワイヤボンディング時に高いエネルギーが必要となり、半導体レーザ素子Cにおいて不具合が生じる原因になる。一般的に、半導体レーザ素子Cの寸法は横方向X:100μm~200μm×縦方向Z:数100μmのものが想定されるため、本実施の形態では、上面から見たワイヤーの長さは1000μm以下に限定する。
また、使用するワイヤ材料のワイヤ径についても、半導体レーザ素子Cの寸法に対して想定される10μm~80μmに限定する。
また、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211と、電気回路に寄与するワイヤ3の厚み方向Yの高さについても限定はしないが、後続の組立工程でのワイヤ外れ、想定外の短絡の原因になりうるため、基本的には可能な限り高さを抑えて配線することが望ましい。
In order to increase the heat capacity of the wire bridge 211, it is effective to maximize the volume of the wire bridge 211. Therefore, it is preferable that the wire material forming the wire bridge 211 is as thick as possible. However, if the wire material is too thick, high energy is required during wire bonding, which may cause problems in the semiconductor laser element C. In general, the dimensions of the semiconductor laser element C are expected to be 100 μm to 200 μm in the horizontal direction X by several hundreds of μm in the vertical direction Z, so in this embodiment, the length of the wire as viewed from above is limited to 1000 μm or less.
Further, the wire diameter of the wire material to be used is also limited to 10 μm to 80 μm, which is assumed for the size of the semiconductor laser element C.
There are also no limitations on the height in the thickness direction Y of the wire bridge 211, which contributes only to heat dissipation, and the wire 3, which contributes to the electrical circuit; however, it is desirable to keep the wiring height as low as possible since this may cause the wire to come loose or cause an unexpected short circuit in the subsequent assembly process.
上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置においては、
第1端と第2端とが、前記第2電極層上にそれぞれ接続された第2接続線により形成され、該第2接続線の該第1端と該第2端との間の中間箇所は、前記第2電極層との間に空隙を有するようにブリッジ状に配線される、
ものである。
In the semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above,
a first end and a second end are formed by second connection lines respectively connected onto the second electrode layer, and an intermediate portion between the first end and the second end of the second connection line is wired in a bridge shape so as to have an air gap between the second electrode layer and the second connection line;
It is something.
これにより、実施の形態1と同様の効果を奏し、高い放熱性が確保されると共に高性能の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法が得られる。
またこのように、突出部(ワイヤーブリッジ)は、第1端と第2端とが、第2電極層(電極C1)上にそれぞれ接続された第2接続線により形成される。そして、この第2接続線の第1端と第2端との間の中間箇所が、第2電極層(電極C1)との間に空隙を有するように配線されて、接続始点(第1端)と接続終点(第2端)とが共に第2電極層上に接続されたブリッジ形状のワイヤブリッジが形成される。
これにより、半導体レーザー素子の前端面から後端面までの長さと、横方向の幅とに応じて、突出部の熱容量、表面積、ワイヤボンディング回数等を調整できる。こうして、半導体レーザ装置において、より高い放熱性を確保すると共に半導体素子へのダメージを低減できる。
As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and high heat dissipation properties can be ensured, and a high-performance semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device can be obtained.
In this manner, the protrusion (wire bridge) is formed by a second connection line having a first end and a second end connected to the second electrode layer (electrode C1), and the intermediate portion between the first end and the second end of the second connection line is wired so as to have a gap between the second electrode layer (electrode C1), forming a bridge-shaped wire bridge having both a connection start point (first end) and a connection end point (second end) connected to the second electrode layer.
This allows the heat capacity, surface area, number of wire bonding operations, etc. of the protrusion to be adjusted according to the length from the front end face to the rear end face and the lateral width of the semiconductor laser element, thereby ensuring higher heat dissipation in the semiconductor laser device and reducing damage to the semiconductor element.
実施の形態3.
以下、本願の実施の形態3を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図17は、実施の形態3による半導体レーザ装置300の概略構成を示す上面図である。
図18は、図17に示す半導体レーザ装置300の、A-A’線における断面図である。
図19は、図17に示す半導体レーザ装置300を、矢印B方向から見た側面図である。
Embodiment 3.
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
FIG. 17 is a top view showing a schematic configuration of a semiconductor laser device 300 according to the third embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 300 shown in FIG. 17 taken along line AA'.
FIG. 19 is a side view of the semiconductor laser device 300 shown in FIG.
本実施の形態3では、実施の形態2に示した半導体レーザ装置200において、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211の厚み方向Yの最上部211maxの位置を、電気回路に寄与するワイヤ3の最上部3maxの位置よりも高くなるように配線する。更に、サブマウント1上において上方向Y1側に立設する柱部312を設けている。 In this third embodiment, in the semiconductor laser device 200 shown in the second embodiment, the wire bridge 211 that contributes only to heat dissipation is wired so that its uppermost portion 211max in the thickness direction Y is higher than the uppermost portion 3max of the wire 3 that contributes to the electric circuit. Furthermore, a pillar portion 312 is provided on the submount 1, standing on the upward direction Y1 side.
この柱部312の厚み方向Yの高さYhは、電気回路に寄与するワイヤ3の最上部3maxよりも高く、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211の最上部211maxよりも低く構成される。そして、放熱体としての放熱板313を、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211の上方向Y1側において、柱部312の上方向Y1側の端部により支持されるように配設する。これにより、放熱板313は、ワイヤーブリッジ211を下方向Y2側に押し下げ、ワイヤーブリッジ211の最上部211maxと放熱板313とが接触し、且つ、ワイヤ3の最上部3maxとは接触しない状態となる。放熱板313は、このように、放熱板313とサブマウント1との間に設けられる柱部312を介して、サブマウント1に接合され、固定される。 The height Yh of the column 312 in the thickness direction Y is higher than the top 3max of the wire 3 that contributes to the electric circuit, and lower than the top 211max of the wire bridge 211 that contributes only to heat dissipation. The heat sink 313 as a heat sink is arranged so as to be supported by the end of the column 312 in the upper direction Y1 on the upper Y1 side of the wire bridge 211 that contributes only to heat dissipation. As a result, the heat sink 313 presses the wire bridge 211 downward in the Y2 direction, so that the top 211max of the wire bridge 211 and the heat sink 313 come into contact, but do not come into contact with the top 3max of the wire 3. The heat sink 313 is thus joined and fixed to the submount 1 via the column 312 provided between the heat sink 313 and the submount 1.
なお、図において、1つの柱部312のみを配置した構成を示したが、放熱板313の形状、熱容量、等に応じて、複数個の柱部312を設けてもよい。
また、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジ211は基本的には円柱形状であるため、放熱板との接触面積が小さいことが予想される。この問題を解決するために、ワイヤーブリッジ211を柱部312に接触させる前に、放熱板313の下方向Y2側の面に放熱グリス314を塗布する。放熱グリス314はスクリーン印刷によって放熱板に印刷することを想定している。放熱板313は放熱グリス314を印刷してから切り分ける方式を想定しているが、1mm×1mm以内の微小面積内に印刷できる技術を伴わせることで、放熱板を切り分けてから放熱グリス314を印刷する方式も可能である。
Although the figure shows a configuration in which only one pillar portion 312 is arranged, a plurality of pillar portions 312 may be provided depending on the shape, heat capacity, etc. of the heat sink 313 .
In addition, since the wire bridge 211, which contributes only to heat dissipation, is basically cylindrical, it is expected that the contact area with the heat sink is small. To solve this problem, before the wire bridge 211 is brought into contact with the column portion 312, the heat sink 313 is coated with heat sink grease 314 on the surface on the lower Y2 side. It is assumed that the heat sink grease 314 is printed on the heat sink by screen printing. It is assumed that the heat sink 313 is cut after the heat sink grease 314 is printed, but by combining with a technology that can print within a minute area of 1 mm x 1 mm or less, it is also possible to cut the heat sink and then print the heat sink grease 314.
また、放熱板313と柱部312は、熱伝導性に優れた材料を想定しており、例えば、Al(aluminium)材料、Ag(argentum)材料などの金属材料全般、サブマウント1と同様の材料で、例えば、窒化アルミニウム(AlN)基板、またはアルミナ(Al2O3)、等を想定している。 The heat sink 313 and the pillars 312 are assumed to be made of a material with excellent thermal conductivity, such as metal materials in general, such as aluminum (Al) material or argon (Ag) material, or the same material as the submount 1, such as an aluminum nitride (AlN) substrate or alumina (Al2O3), etc.
上記のように構成された本実施の形態の半導体レーザ装置は、
前記第1接続線は、前記第2電極層からの高さが最も高い前記第2接続線の最高部を超えないように配線され、
前記サブマウントの前記第1方向側の面から前記第1方向側に立設する柱部を備え、
前記放熱体は、前記第2接続線の前記第1方向側において、前記柱部により支持されて配設され、
前記柱部の前記厚み方向の長さは、前記放熱体が前記第2接続線の前記最高部を前記第2方向側に押し下げて前記第2接続線と前記放熱体とが接触し、且つ、前記第1接続線に接触しない状態となる長さに形成される、
ものである。
The semiconductor laser device according to the present embodiment configured as described above has:
the first connection line is wired so as not to exceed a highest portion of the second connection line that has a highest height from the second electrode layer;
a column portion extending in the first direction from a surface of the submount on the first direction side,
the heat sink is disposed on a side of the second connection line in the first direction and is supported by the pillar portion,
The length of the column portion in the thickness direction is set to a length such that the heat sink presses down the highest portion of the second connection line in the second direction so that the second connection line and the heat sink come into contact with each other, but are not in contact with the first connection line.
It is something.
これにより、実施の形態1と同様の効果を奏し、高い放熱性が確保されると共に高性能の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法が得られる。
そしてこのように、電気回路に寄与する第1接続線(ワイヤ)は、電気回路に寄与しない第2接続線(ワイヤーブリッジ)の最も高い箇所である最高部を超えないように配線される。その上で、サブマウント上に立設された柱部により支持される放熱体(放熱板)は、電気回路に寄与しない第2接続線(ワイヤーブリッジ)の最高部を押し下げて、且つ、電気回路に寄与する第1接続線(ワイヤ)とは接触しないように配設される。
As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and high heat dissipation properties can be ensured, and a high-performance semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device can be obtained.
In this manner, the first connection line (wire) that contributes to the electric circuit is wired so as not to exceed the highest part, which is the highest point of the second connection line (wire bridge) that does not contribute to the electric circuit. In addition, the heat sink (heat sink plate) supported by the pillar part erected on the submount is disposed so as to press down the highest part of the second connection line (wire bridge) that does not contribute to the electric circuit, and not to come into contact with the first connection line (wire) that contributes to the electric circuit.
このように、柱部を介してサブマウントと接合される、熱伝導性に優れた放熱体(放熱板)を設ける。そして、放熱のみに寄与する突出部としての第2接続線(ワイヤーブリッジ)をこの放熱体(放熱板)に接触させる。これにより、ワイヤーブリッジの放熱性を向上させ、活性層の上方向Y1側の電極C1からの放熱性を更に向上できる。また、柱部はサブマウントに接合されているため、柱部を介してサブマウント側へ伝熱されることによる放熱効果も得られる。 In this way, a heat sink (heat sink plate) with excellent thermal conductivity is provided, which is joined to the submount via the pillar portion. Then, the second connection line (wire bridge) serving as a protrusion that contributes only to heat dissipation is brought into contact with this heat sink (heat sink plate). This improves the heat dissipation properties of the wire bridge, and further improves the heat dissipation properties from the electrode C1 on the upward Y1 side of the active layer. In addition, because the pillar portion is joined to the submount, a heat dissipation effect is also obtained by heat transfer to the submount side via the pillar portion.
また、半導体素子を放熱板等に半田で直接接合する構成でなく、第2電極層(電極C1)との間に空隙を有するようにブリッジ状に配線されたクッション性を有するブリッジ形状の第2接続線(ワイヤーブリッジ)の最高部を放熱体(放熱板)に接触させている。
これにより、放熱板を用いる構成であっても、この放熱板を接合するための接着剤等に起因する応力を、ワイヤーブリッジにより吸収して、半導体レーザ素子の活性層へ付加させない構成とできる。これにより、波長飛び等の不具合を防止して、半導体レーザ装置の性能を向上できる。
Furthermore, rather than directly joining the semiconductor element to a heat sink or the like with solder, the highest part of a bridge-shaped second connection wire (wire bridge) having cushioning properties and wired in a bridge shape so as to have a gap between it and the second electrode layer (electrode C1) is brought into contact with the heat sink (heat sink).
As a result, even in a configuration using a heat sink, the stress caused by the adhesive for bonding the heat sink can be absorbed by the wire bridge and not applied to the active layer of the semiconductor laser element, thereby preventing problems such as wavelength jumps and improving the performance of the semiconductor laser device.
更に、放熱板と接触させる、放熱のみに寄与するワイヤーブリッジはこのようにクッション性のあるブリッジ形状のため、放熱板の取り付けにおける高さ制御は、ワイヤーブリッジを構成するワイヤー数個分の直系ほどの精度しか必要としない。そのため、放熱板と半導体レーザー素子との接触不良を防止できる共に、放熱版が接触する事等による半導体レーザー素子の不具合が生じることを防止でき、更に、製造工程を簡素化できる。 Furthermore, because the wire bridge that comes into contact with the heat sink and contributes only to heat dissipation has a cushioned bridge shape, height control when attaching the heat sink only requires precision equivalent to the diameter of several of the wires that make up the wire bridge. This makes it possible to prevent poor contact between the heat sink and the semiconductor laser element, as well as to prevent malfunctions of the semiconductor laser element caused by contact with the heat sink, and further simplifies the manufacturing process.
また、柱部の厚さ方向の長さは、放熱体が、電気回路に寄与するワイヤに接触しない状態となる長さに形成されるため、ワイヤを介して活性層に供給される電流が、放熱体を介して意図しない経路を流れることを防止でき、半導体レーザ装置の性能を確保できる。 In addition, the thickness direction length of the column is formed to a length that ensures that the heat sink does not come into contact with the wires that contribute to the electrical circuit, so that the current supplied to the active layer via the wires can be prevented from flowing through an unintended path via the heat sink, ensuring the performance of the semiconductor laser device.
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not illustrated are conceivable within the scope of the technology disclosed in the present application, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.
1 サブマウント、3 ワイヤ(第1接続線)、11 スタッドバンプ(突出部)、
10 レーザ部、30 変調器部、100,200,300 半導体レーザ装置、
211 ワイヤーブリッジ(突出部)、312 柱部、313 放熱板(放熱体)、
C1 電極(第1電極層)、C1EA 電極(第3電極層)、C2 絶縁層、
C3 p型コンタクト層(第2導電型半導体層)、
C4-1 p型クラッド層(第2導電型半導体層)、
C4-2 p型クラッド層(第2導電型半導体層)、
C5 p型ブロック層(埋め込み層)、C6 n型ブロック層(埋め込み層)、
C8 活性層、C9 基板(第1導電型半導体層)、C10 電極(第2電極層)、
C10EA 電極(第4電極層)、Cme 第1メサストライプ部、
CmeEA 第2メサストライプ部、Cbo 埋め込み層、
Cop 開口部(第1開口部)。
1 Submount, 3 Wire (first connection line), 11 Stud bump (protrusion),
10 laser section, 30 modulator section, 100, 200, 300 semiconductor laser device,
211 Wire bridge (protruding portion), 312 Pillar portion, 313 Heat sink (heat sink),
C1 electrode (first electrode layer), C1EA electrode (third electrode layer), C2 insulating layer,
C3 p-type contact layer (second conductive type semiconductor layer),
C4-1 p-type cladding layer (second conductive type semiconductor layer),
C4-2 p-type cladding layer (second conductive type semiconductor layer),
C5 p-type block layer (buried layer), C6 n-type block layer (buried layer),
C8 active layer, C9 substrate (first conductive type semiconductor layer), C10 electrode (second electrode layer),
C10EA electrode (fourth electrode layer), Cme first mesa stripe portion,
CmeEA second mesa stripe portion, Cbo buried layer,
Cop opening (first opening).
Claims (10)
前記レーザ部は、前記サブマウントの厚み方向の第1方向側の面に当接して該サブマウントに接続される第1電極層と、
前記第1電極層の前記第1方向側に設けられる第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる活性層と、
前記活性層の前記第1方向側に設けられる第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる第2電極層と、を備え、
前記第1導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、80μm以上の長さL1に形成され、且つ、前記第2導電型半導体層の前記厚み方向の長さは、前記第1導電型半導体層の前記長さL1よりも短い長さL2に形成され、
前記第2電極層上において、該第2電極層上から前記第1方向側に突出する突出部を備え、該突出部は、前記第2電極層を介して前記活性層に電流を供給する第1接続線から離間して設けられ、
前記第2電極層の前記第1方向側の面から、前記第1方向と相反する第2方向側に窪む2つの溝部が、設定された第1距離を隔てて、前記厚み方向に垂直な第3方向に延伸されて形成され、
前記第2電極層と前記第2導電型半導体層との間に絶縁層が形成され、該絶縁層は前記溝部間において、前記第3方向に延伸して形成される第1開口部を有し、
前記突出部は、前記溝部を挟んで前記第1開口部が位置する側と反対側の位置である前記溝部の外側の位置にのみ形成され、
前記厚み方向の断面がメサ型形状であって、前記第1導電型半導体層と前記活性層とを含んで前記第3方向に延伸する第1メサストライプ部を備え、
前記第1メサストライプ部は、前記溝部間に形成され、
前記活性層は、前記第1メサストライプ部内にのみ形成され、
前記第1メサストライプ部の前記第3方向に沿う両側面と、前記活性層の前記第3方向に沿う両側面との間において、前記活性層の両側面に当接して前記第3方向に延伸する、半導体層である埋め込み層がそれぞれ形成され、
前記埋め込み層は、前記活性層の両側面から、前記溝部の外側における前記突出部の前記第2方向側の位置まで連続して形成される、
半導体レーザ装置。 A semiconductor laser device comprising a laser section that emits laser light and a modulator section that modulates the laser light emitted from the laser section, the laser section and the modulator section being integrated on a submount,
The laser portion includes a first electrode layer that is in contact with a surface of the submount on a first direction side in a thickness direction and is connected to the submount;
a first conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the first electrode layer;
an active layer provided on the first direction side of the first conductive type semiconductor layer;
a second conductive type semiconductor layer provided on the first direction side of the active layer;
a second electrode layer provided on the first direction side of the second conductive type semiconductor layer,
The first conductive type semiconductor layer has a length L1 in the thickness direction of 80 μm or more , and the second conductive type semiconductor layer has a length L2 in the thickness direction of the first conductive type semiconductor layer, the length L2 being shorter than the length L1 of the first conductive type semiconductor layer;
a protruding portion protruding from the second electrode layer toward the first direction on the second electrode layer, the protruding portion being spaced apart from a first connection line that supplies a current to the active layer via the second electrode layer;
two grooves recessed from a surface of the second electrode layer on the first direction side toward a second direction opposite to the first direction are formed at a first distance from each other and extend in a third direction perpendicular to the thickness direction;
an insulating layer is formed between the second electrode layer and the second conductive type semiconductor layer, the insulating layer having a first opening portion formed between the groove portions and extending in the third direction;
the protrusion is formed only at a position outside the groove, the position being on the opposite side of the groove from the side on which the first opening is located ,
a first mesa stripe portion having a mesa shape in a cross section in the thickness direction, including the first conductive type semiconductor layer and the active layer, and extending in the third direction;
the first mesa stripe portion is formed between the groove portions,
the active layer is formed only in the first mesa stripe portion,
buried layers , which are semiconductor layers, are formed between both side surfaces of the first mesa stripe portion along the third direction and both side surfaces of the active layer along the third direction , the buried layers being in contact with both side surfaces of the active layer and extending in the third direction ;
the buried layer is formed continuously from both side surfaces of the active layer to a position on the second direction side of the protruding portion outside the groove portion.
Semiconductor laser device.
請求項1に記載の半導体レーザ装置。 The protrusion is made of the same material as the material constituting the first connection line.
2. The semiconductor laser device according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ装置。 The length L1 of the first conductive type semiconductor layer is formed to be 80 μm or more and 130 μm or less.
3. The semiconductor laser device according to claim 1 .
第1端と第2端とが、前記第2電極層上にそれぞれ接続された第2接続線により形成され、該第2接続線の該第1端と該第2端との間の中間箇所は、前記第2電極層との間に空隙を有するようにブリッジ状に配線される、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 The protrusion is
a first end and a second end are formed by second connection lines respectively connected onto the second electrode layer, and an intermediate portion between the first end and the second end of the second connection line is wired in a bridge shape so as to have an air gap between the second electrode layer and the second connection line;
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are arranged parallel to each other.
請求項4に記載の半導体レーザ装置。 a heat sink disposed in contact with the second connection line and not in contact with the first connection line;
5. The semiconductor laser device according to claim 4 .
前記サブマウントの前記第1方向側の面から前記第1方向側に立設する柱部を備え、
前記放熱体は、前記第2接続線の前記第1方向側において、前記柱部により支持されて配設され、
前記柱部の前記厚み方向の長さは、前記放熱体が前記第2接続線の前記最高部を前記第2方向側に押し下げて前記第2接続線と前記放熱体とが接触し、且つ、前記第1接続線に接触しない状態となる長さに形成される、
請求項5に記載の半導体レーザ装置。 the first connection line is wired so as not to exceed a highest portion of the second connection line that has a highest height from the second electrode layer;
a column portion extending in the first direction from a surface of the submount on the first direction side,
the heat sink is disposed on a side of the second connection line in the first direction and is supported by the pillar portion,
a length in the thickness direction of the column portion is set to a length such that the heat sink presses down the highest portion of the second connection line in the second direction so that the second connection line and the heat sink come into contact with each other, but are not in contact with the first connection line;
6. The semiconductor laser device according to claim 5 .
前記レーザ部における前記第1導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層とが、前記レーザ部から延伸して前記変調器部において形成され、
前記変調器部は、
前記サブマウントの前記第1方向側の面に当接して該サブマウントに接続され、前記第1導電型半導体層の、前記第1方向と相反する第2方向側に形成される第3電極層と、
前記第2導電型半導体層の前記第1方向側に設けられる第4電極層と、
前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間に設けられて前記レーザ部における前記活性層に接続され、前記第3電極層と前記第4電極層との間に印加される電圧に応じて前記レーザ部から放出される光を吸収する光吸収層と、を備えた、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 the modulator section is disposed alongside the laser section on the same submount;
the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer in the laser section are formed in the modulator section by extending from the laser section;
The modulator section includes:
a third electrode layer that is in contact with a surface of the submount on the first direction side and is connected to the submount, and is formed on a second direction side of the first conductive type semiconductor layer that is opposite to the first direction;
a fourth electrode layer provided on the first direction side of the second conductive type semiconductor layer;
a light absorbing layer provided between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer, connected to the active layer in the laser portion, and absorbing light emitted from the laser portion in response to a voltage applied between the third electrode layer and the fourth electrode layer;
7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are arranged parallel to each other.
前記変調器部における前記溝部は、前記第4電極層の前記第1方向側の面から、前記第2方向側に窪み、互いに設定された前記第1距離を隔てて前記第3方向に延伸されて形成され、
前記第4電極層と前記第2導電型半導体層との間に前記絶縁層が形成され、該絶縁層は前記溝部間において、前記第3方向に延伸して形成される第2開口部を有する、
請求項7に記載の半導体レーザ装置。 the groove portion and the insulating layer in the laser portion are formed in the modulator portion by extending from the laser portion;
the groove portions in the modulator section are recessed from a surface of the fourth electrode layer on the first direction side toward the second direction side and are formed to extend in the third direction at the first distance from each other,
the insulating layer is formed between the fourth electrode layer and the second conductive type semiconductor layer, and the insulating layer has a second opening portion formed between the groove portions and extending in the third direction;
8. The semiconductor laser device according to claim 7 .
前記厚み方向の断面がメサ型形状であって、前記第1導電型半導体層と前記光吸収層とを含んで前記第3方向に延伸する第2メサストライプ部を備え、
前記第2メサストライプ部は、前記溝部間に形成される、
請求項8に記載の半導体レーザ装置。 The modulator section includes:
a second mesa stripe portion having a mesa shape in a cross section in the thickness direction, including the first conductive type semiconductor layer and the light absorbing layer, and extending in the third direction;
the second mesa stripe portion is formed between the groove portions;
9. The semiconductor laser device according to claim 8 .
ワイヤ材料をワイヤボンディング装置により溶融させて、前記第1接続線を配線し、
前記ワイヤ材料を前記ワイヤボンディング装置により溶融させて前記突出部を形成する、
半導体レーザ装置の製造方法。 10. A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, comprising the steps of:
A wire material is melted by a wire bonding device to wire the first connection line;
The wire material is melted by the wire bonding device to form the protrusion.
A method for manufacturing a semiconductor laser device.
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