JP4600733B2 - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、排熱性を高めた半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device having improved exhaust heat performance and a method for manufacturing the same.
半導体レーザの発光領域は、現在、青紫色の短波長領域まで拡大されており、光通信、高密度光記録あるいはディスプレイへの応用が期待されている。このように発光領域が拡大する一方で、動作電流の低減化、低ノイズ化、低コスト化、さらに高出力、高速動作、且つ高温動作時の信頼性などの問題があり、既に半導体レーザが使用されている応用機器においても改善していかなければならない課題が多く残されている。特に、発熱に関連する問題については、半導体レーザの多方面にわたる利用を制限している。この発熱に関する問題は、半導体レーザの単位面積あたりの大きな発生熱と関連しており、熱循環によって接合温度の上昇および応力の発生などの現象が引き起こされる。接合部分の動作温度が上昇するに従って、発光出力、発光効率および半導体レーザの寿命などが低下し、さらに、半導体レーザから生じる光の波長を長波長化させるという問題がある。 The light emitting region of the semiconductor laser is currently expanded to a blue-violet short wavelength region, and is expected to be applied to optical communication, high density optical recording, or a display. While the light emitting area is expanded in this way, there are problems such as reduction in operating current, low noise, low cost, high output, high speed operation, and reliability during high temperature operation. There are still many issues that need to be improved in applied equipment. In particular, regarding the problems related to heat generation, the use of semiconductor lasers in various fields is limited. This problem related to heat generation is related to a large amount of heat generated per unit area of the semiconductor laser, and heat circulation causes phenomena such as an increase in junction temperature and generation of stress. As the operating temperature of the junction increases, there is a problem that the light emission output, the light emission efficiency, the lifetime of the semiconductor laser, and the like are lowered, and the wavelength of light generated from the semiconductor laser is increased.
これらの問題を引き起こす半導体レーザの発熱を制御する方法として、例えば、半導体レーザ素子をシリコン(Si)などのサブマウント上に配設し、更にサブマウントの下面をヒートシンクに接合する方法が用いられている。また、半導体レーザ素子のn側およびp側の両電極にヒートシンクをそれぞれ接合して、発生する熱を放出させる方法もある。例えば特許文献1では、二つのヒートシンクの間にスペーサを挟んで隙間をつくり、この隙間にバー状の半導体レーザ素子を配置したのち、予めヒートシンクにコーティングしてあるはんだを融解させることにより、半導体レーザ素子に固有の湾曲形状があっても半導体レーザ素子とヒートシンクとを密着させて接合することができるようにしている。
しかしながら、半導体レーザ素子をヒートシンクで両側から挟み込むことで排熱効果が高まることが明らかであるが、片側ずつヒートシンクを配設する場合には工程数が増加し、また融点の異なる2種類のはんだ材料が必要となるので、はんだ材料の選択に制約が多くなってしまっていた。一方、半導体レーザ素子の両側に同時にヒートシンクを配設する場合には、位置決め精度に問題が生じるおそれがあり、高精度な位置決め機構が必要になっていた。 However, it is clear that the heat removal effect is enhanced by sandwiching the semiconductor laser element from both sides with a heat sink. However, when the heat sink is provided on each side, the number of processes increases and two types of solder materials having different melting points are used. Therefore, there are many restrictions on the choice of solder material. On the other hand, when heat sinks are provided on both sides of the semiconductor laser element at the same time, there may be a problem in positioning accuracy, and a highly accurate positioning mechanism is required.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な工程で作製可能であり、排熱性を向上させることができる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can be manufactured by a simple process and can improve heat exhaustion, and a method for manufacturing the same.
本発明による半導体レーザ装置は、以下の(A)〜(E)の要件を備えることにより排熱性を高めたものである。
(A)基体
(B)基体上に支持部材を間にして配設された半導体レーザ素子
(C)基体上に半導体レーザ素子に隣接して配置された電極部材
(D)電極部材に固定された固定部、および固定部から張り出すと共に半導体レーザ素子の上面に対向し、半導体レーザ素子を保護するための庇部を有する保護部材
(D)半導体レーザ素子の上面に固定された接合部、および接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を有し、支持部の一端が接合部に固定されると共に他端が保護部材の庇部に固定された排熱部材
The semiconductor laser device according to the present invention has the following requirements (A) to (E) to improve the exhaust heat performance.
(A) Substrate (B) Semiconductor laser device disposed on the substrate with a support member in between (C) Electrode member disposed adjacent to the semiconductor laser device on the substrate (D) Fixed to the electrode member fixing portion, and opposed to the upper surface of the semiconductor laser element with protruding from the fixed portion, joint portion fixed to the upper surface of the protective member (D) a semiconductor laser device having a visor portion for protecting the semiconductor laser element, and bonding a support portion extending from the longitudinal ends of the parts upward, heat member whose other end is fixed to the visor portion of the protective member with one end of the support portion is fixed to the junction
本発明による半導体レーザ装置の製造方法は、以下の(F)〜(K)の工程を含むことにより、排熱性の高い半導体レーザ装置を簡素な工程で製造するものである。
(F)基体上に支持部材を間にして半導体レーザ素子を配設する工程
(G)基体上に半導体レーザ素子に隣接して電極部材を配置する工程
(H)電極部材に固定するための固定部、および固定部から張り出すと共に半導体レーザ素子の上面に対向し、半導体レーザ素子を保護するための庇部を有する保護部材を形成する工程
(I)半導体レーザ素子の上面に固定するための接合部、および接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を有し、支持部の一端が接合部に固定された排熱部材を形成する工程
(J)排熱部材の接合部を半導体レーザ素子の上面に固定する工程
(K)保護部材の固定部を電極部材に固定し、保護部材の庇部に排熱部材の支持部の他端を固定する工程
The method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes the following steps (F) to (K), thereby manufacturing a semiconductor laser device having high heat removal properties by a simple process.
(F) A step of disposing the semiconductor laser element on the substrate with the support member interposed therebetween (G) A step of disposing an electrode member on the substrate adjacent to the semiconductor laser element (H) A fixing for fixing to the electrode member And a step of forming a protective member having a flange for protecting the semiconductor laser element and extending from the fixing part and facing the upper surface of the semiconductor laser element. (I) Bonding for fixing to the upper surface of the semiconductor laser element parts, and has a support portion from the longitudinal ends of the junction extends upward, the junction of the step (J) heat exhaust member to which one end of the support portion forms a heat member that is fixed to the junction A step of fixing to the upper surface of the semiconductor laser element (K) a step of fixing the fixing portion of the protection member to the electrode member, and fixing the other end of the support portion of the exhaust heat member to the flange portion of the protection member
本発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子の上面に排熱部材の接合部を固定すると共に、この接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を設けて、この支持部の一端を接合部に固定し、他端を保護部材の庇部に固定するようにしたので、半導体レーザ素子で発生した熱を排熱部材の支持部を介して保護部材へと放出させることができる。よって、排熱性を高めることができ、高出力レーザに有利である。また、排熱部材を保護部材の庇部に固定することにより部材の安定性を高めることができる。 According to the semiconductor laser device of the present invention, the joint portion of the heat exhaust member is fixed to the upper surface of the semiconductor laser element, and the support portion extending upward from both ends in the length direction of the joint portion is provided. Since one end of the semiconductor laser device is fixed to the joint portion and the other end is fixed to the flange portion of the protective member, the heat generated in the semiconductor laser element can be released to the protective member via the support portion of the heat exhaust member. it can. Therefore, exhaust heat performance can be improved, which is advantageous for a high-power laser. Moreover, stability of a member can be improved by fixing an exhaust heat member to the collar part of a protection member.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、半導体レーザ素子の上面に固定するための接合部、および接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を有し、支持部の一端が接合部に固定された排熱部材を形成し、この排熱部材の接合部を半導体レーザ素子の上面に固定したのち、排熱部材の支持部の他端を保護部材の庇部に固定するようにしたので、排熱部材の接合部を半導体レーザ素子に簡便に接合させることができる。よって、簡単な工程で排熱性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, the semiconductor laser device has a joint portion for fixing to the upper surface of the semiconductor laser element, and a support portion extending upward from both ends in the length direction of the joint portion. There was formed a heat member that is fixed to the joint, after fixing the junction of the exhaust heat member on the upper surface of the semiconductor laser device, to fix the other end of the support portion of the heat exhaust member eaves portion of the protective member Since it did in this way, the junction part of a heat exhaust member can be simply joined to a semiconductor laser element. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device with high heat exhaustion by a simple process.
特に、支持部の少なくとも一部に、半導体レーザ素子の厚みのばらつきを吸収するための高さ調整構造を形成すれば、半導体レーザ素子の微妙な厚さの違いを高さ調整構造により吸収することができる。よって、半導体レーザ素子に対して負荷がかかることを防ぎ、割れや欠けを抑制して信頼性を向上させることができる。また、半導体レーザ素子の厚さに合わせて排熱部材の寸法を厳密に決める必要をなくすことができ、製造工程を簡素化することができる。このような高さ調整構造としては、アコーディオン状に折り目が形成されることにより伸縮可能とされた伸縮構造、または、支持部の一部分を薄くして横方向に容易に膨らむことが可能な撓み構造などが好ましい。 In particular, if a height adjustment structure for absorbing the variation in the thickness of the semiconductor laser element is formed on at least a part of the support portion, the height adjustment structure can absorb a subtle difference in thickness of the semiconductor laser element. Can do. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor laser element from being loaded, to suppress cracking and chipping, and to improve reliability. In addition, it is possible to eliminate the need to strictly determine the size of the heat exhausting member in accordance with the thickness of the semiconductor laser element, thereby simplifying the manufacturing process. As such a height adjustment structure, an accordion-like fold is formed so that it can be expanded or contracted, or a flexible structure that can be easily expanded in the lateral direction by thinning a part of the support portion. Etc. are preferable.
また、特に、排熱部材の少なくとも接合部の表面に金(Au)よりなる薄膜を形成し、接合部に熱および圧力、または超音波を加えることにより、金(Au)の薄膜を接着層として接合部を半導体レーザ素子の上面に接合すれば、はんだを使用することなく、金(Au)の薄膜と半導体レーザ素子の電極の金(Au)層とを容易に接合させることができる。よって、はんだのはみ出し、精度悪化あるいは排熱効果の低下などをなくし、簡素な工程で位置精度を高くすることができる。更に、時間やコストの点でも有利である。 In particular, a thin film made of gold (Au) is formed on the surface of at least the joining portion of the exhaust heat member, and heat and pressure or ultrasonic waves are applied to the joining portion, so that the thin film of gold (Au) is used as an adhesive layer. If the bonding portion is bonded to the upper surface of the semiconductor laser element, the gold (Au) thin film and the gold (Au) layer of the electrode of the semiconductor laser element can be easily bonded without using solder. Therefore, it is possible to eliminate the protrusion of the solder, the deterioration of accuracy, or the reduction of the exhaust heat effect, and to increase the position accuracy by a simple process. Further, it is advantageous in terms of time and cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置に構成要素として含まれる半導体レーザ素子10の概略構成を表すものである。この半導体レーザ素子10は、例えば、複数のレーザダイオード(LD)チップ11が並設されたレーザダイオードバーであり、その寸法は長さ約10mm、共振器長200μmないし1.5mm、具体的には約700μm程度、厚さ約100μmである。なお、ここで、長さとは、レーザダイオードチップ11の配列方向における寸法であり、共振器長は、半導体レーザ素子10からの光LBの出射方向すなわち共振器方向における寸法であり、厚さは、レーザダイオードチップ11の配列方向と共振器方向との両方に直交する方向における寸法である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
各レーザダイオードチップ11は、基板12上に、活性層を含む半導体層13を有している。なお、半導体レーザ素子10の構成材料および発振波長などは特に限定されないが、具体的な構成例としては、例えば、ガリウムヒ素(GaAs)よりなる基板12上に、AlGaInP混晶,GaInP混晶,AlInP混晶などのAlGaInP系半導体よりなる半導体層13を備えた赤色レーザが挙げられる。
Each
半導体層13の上には、例えば、各レーザダイオードチップ11に対応して、p側電極14が形成されている。p側電極14は、例えば、チタン(Ti)層,白金(Pt)層および金(Au)層を半導体層13の側から順に積層した構成を有している。また、基板12の裏面には、例えば、各レーザダイオードチップ11に対応して、n側電極15が設けられている。n側電極15は、例えば、金(Au)層,金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金層および金(Au)層を基板12の側から順に積層した構成を有している。
On the
図2は、この半導体レーザ素子10を備えた半導体レーザ装置の長さ方向における断面構造を表すものであり、図3は光LBの出射方向に沿った断面構造を表すものである。この半導体レーザ装置は、レーザプロジェクタの光源などとして用いられるものであり、例えば、基体としてのヒートシンク20上に、サブマウント21を間にして半導体レーザ素子10が配設された構成を有している。半導体レーザ素子10は、p側電極14がサブマウント21に対向するように配設されている。また、ヒートシンク20上には、半導体レーザ素子10に隣接して電極部材30が配置され、その上に保護部材40が設けられている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure in the length direction of the semiconductor laser device provided with the
ヒートシンク20は、例えば、銅(Cu)などの電気的および熱的な伝導性を有する材料により構成されており、表面には金(Au)などよりなる薄膜が被着されている。熱伝導性は、半導体レーザ素子10から発生する大量の強熱を放出させ、半導体レーザ素子10を適当な温度に維持するために必要な特性であり、電気伝導性は、電流を半導体レーザ素子10に効率よく伝導させるために必要な特性である。
The
サブマウント21は、例えばシリコンカーバイト(SiC)などにより構成され、寸法は、例えば、長さ約11mm、奥行き約2mm、厚さ約300μmである。ここで、奥行きは、半導体レーザ素子10からの光LBの出射方向すなわち共振器方向における寸法である。サブマウント21とヒートシンク20との間、およびサブマウント21と半導体レーザ素子10との間には、図示しないが、はんだ等よりなる溶着層がそれぞれ設けられている。
The
電極部材30は、例えば、ヒートシンク20と同一材料により構成されている。ヒートシンク20と電極部材30との間には例えばガラスエポキシ材よりなる絶縁板31が設けられており、ヒートシンク20と電極部材30とは電気的に絶縁されている。また、電極部材30には、半導体レーザ素子10側の一方の角に段部30Aが設けられており、この段部30Aには、例えば太さが200μmの金(Au)よりなるワイヤ50の一端部が接合されている。ワイヤ50の他端部は半導体レーザ素子10の上面に接合され、ワイヤ50を介して電極部材30と半導体レーザ素子10の上面とが電気的に接続されている。
The
保護部材40は、例えばヒートシンク20と同一材料により構成されている。保護部材40は、電極部材30に固定された固定部40Aと、固定部40Aから張り出すように設けられ、半導体レーザ素子10およびワイヤ50を保護するための庇部40Bとを有している。固定部40Aと庇部40Bとは必ずしも図3に示したように同じ厚みである必要はなく、庇部40Bが固定部40Aよりも薄くされていてもよい。また、固定部40Aは、必ずしも電極部材30の上面全面を覆っている必要はない。
The
更に、この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子10の上面に、排熱部材60を有している。排熱部材60は、例えば銅(Cu)により構成され、その表面には金(Au)よりなる薄膜(図示せず)が形成されている。また、排熱部材60は、半導体レーザ素子10の上面に固定された接合部60Aと、一端が接合部60Aに固定されると共に他端が保護部材40の庇部40Bに固定された支持部60Bとを有している。これにより、この半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子10で発生した熱を排熱部材60の支持部60Bを介して保護部材40へと放出させることができ、排熱性を高めることができるようになっている。
Further, this semiconductor laser device has a heat exhaust member 60 on the upper surface of the
接合部60Aは、排熱部材60の表面に形成されている金(Au)の薄膜を接着層60Cとして、半導体レーザ素子10の上面に接着されていることが好ましい。熱および圧力を加えることにより、n側電極15の最表面に形成されている金(Au)層と容易に接着させることができるからである。その際、良好な密着性を得るためには、金(Au)の薄膜の厚みおよびn側電極15の金(Au)層の厚みは、それぞれ例えば0.5μmないし0.1μm程度であることが好ましい。なお、金(Au)の薄膜は、必ずしも排熱部材60の全体に形成する必要はなく、少なくとも接合部60Aに設けられていればよい。また、接着層60Cは、はんだにより構成された層であってもよい。はんだとしては、例えば、スズ(Sn)を主成分とするもの等、鉛を含まないはんだ(鉛フリーはんだ)が好ましいが、鉛系はんだでもよい。
60 A of joining parts are preferably adhere | attached on the upper surface of the
支持部60Bは、接合部60Aの長さ方向両端からほぼ鉛直上方に延びており、保護部材40の庇部40Bの上面にネジまたは接着剤等により固定されている。なお、支持部60Bは、必ずしも庇部40Bの上面全面を覆う必要はなく、たとえば図4に示したように庇部40Bの上面の一部のみを覆っていてもよい。あるいは、支持部60Bは、図5に示したように庇部40の下面に固定されていてもよい。この場合にも、図示しないが、庇部40Bの下面の一部のみを覆っていてもよい。更に、図6に示したように、庇部40Bの側面に固定されているようにしてもよい。この場合、例えば、庇部40Bに設けるネジ孔(図示せず)は楕円形としておいて、支持部60Bの長さを調節可能とすることが望ましい。
The
支持部60Bの一部には、半導体レーザ素子10の厚みのばらつきを吸収するための高さ調整構造60Dが形成されていることが好ましい。半導体レーザ素子10の微妙な厚さの違いを高さ調整構造60Dにより吸収することができ、これにより、半導体レーザ素子10に対して負荷がかかることを防ぎ、割れや欠けを抑制して信頼性を向上させることができるからである。また、半導体レーザ素子10の厚さに合わせて排熱部材60の寸法を厳密に決める必要をなくすことができ、製造工程を簡素化することができるからである。このような高さ調整構造60Dとしては、例えば、アコーディオン状に折り目が形成されることにより伸縮可能とされた伸縮構造が好ましい。あるいは、図7に示したように、一部を薄くすることにより横方向に容易に膨らむことが可能な撓み構造も好ましい。
It is preferable that a
この半導体レーザ装置は、例えば、次のようにして製造することができる。 This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows.
まず、例えば、上述した材料よりなる基板12の表側に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法またはMBE(Molecular Beam Epitaxy;電子ビーム蒸着)法により、上述した材料よりなる半導体層13を形成する。次いで、p側電極14およびn側電極15を形成し、基板12を所定の大きさに整える。これにより、図1に示したバー状の半導体レーザ素子10が形成される。
First, for example, on the front side of the
続いて、上述した寸法および材料よりなるサブマウント21を用意し、このサブマウント21の半導体レーザ素子10が設けられる面に、例えば真空蒸着法により、金(Au)層およびスズ(Sn)層を順に積層することにより、図示しない溶着層を形成する。そののち、半導体レーザ素子10の下面とサブマウント21の溶着層とを対向させ、位置合わせを精度よく行い、サブマウント21の上に半導体レーザ素子10を載せる。続いて、このサブマウント21に対して加熱処理を施すことにより、図8(A)に示したように、半導体レーザ素子10をサブマウント21に溶着させる。
Subsequently, a
半導体レーザ素子10をサブマウント21に溶着させたのち、サブマウント21を、例えばはんだよりなる溶着層(図示せず)を間にしてヒートシンク20に載せ、加熱処理を施す。これにより、図8(B)に示したように、ヒートシンク20上にサブマウント21を間にして半導体レーザ素子10を配設する。
After the
ヒートシンク20上に半導体レーザ素子10を配設したのち、図9(A)に示したように、ヒートシンク20上に半導体レーザ素子10に隣接して、絶縁板31および電極部材30を配置する。ヒートシンク20上に電極部材30を配置したのち、同じく図9(A)に示したように、上述した太さおよび材料よりなるワイヤ50の一端を電極部材30の段部30Aに接合し、ワイヤ50の他端を半導体レーザ素子10の上面に接合する。
After the
一方、図9(B)に示したように、電極部材30に固定するための固定部40A、および固定部40Aから張り出すように設けられ、半導体レーザ素子10を保護するための庇部40Bを有する保護部材40を形成する。
On the other hand, as shown in FIG. 9B, a fixing
また、図10(A)に示したように、半導体レーザ素子10の上面に固定するための接合部60A、および一端が接合部60Aに固定された支持部60Bを有する排熱部材60を形成する。排熱部材60の少なくとも接合部60Aには、表面に金(Au)よりなる薄膜を形成する。
Further, as shown in FIG. 10A, a heat exhaust member 60 having a
保護部材40および排熱部材60を形成したのち、図10(B)に示したように、排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定する。その際、接合部60Aを図示しないコテで矢印A方向に押しつけて熱および圧力を加えることにより、排熱部材60に形成された金(Au)の薄膜を接着層60Cとして接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定する。これにより、はんだを使用することなく、金(Au)の薄膜と半導体レーザ素子の電極の金(Au)層とを容易に接合させることができる。よって、はんだのはみ出し、精度悪化あるいは排熱効果の低下などをなくし、簡素な工程で位置精度を高くすることができる。更に、時間やコストの点でも有利である。
After forming the
加える熱は、接合部60A側、半導体レーザ素子側のいずれも、例えば100度ないし300度程度とすることが好ましい。更に、100度ないし200度の低めの温度とすればより好ましい。温度が高すぎると半導体レーザ素子10を固定している溶着層のはんだが溶けてしまうおそれがあるからである。また、熱および圧力と共に超音波を加えるようにしてもよい。
The applied heat is preferably about 100 to 300 degrees, for example, on both the
排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定したのち、保護部材40の固定部40Aを電極部材30に固定し、保護部材40の庇部40Bに排熱部材60の支持部60Bの他端を固定する。その際、高さ調整構造60Dを用いて半導体レーザ素子10の微妙な厚さの違いを吸収させることが好ましい。これにより、半導体レーザ素子10に対して負荷がかかることを防ぎ、割れや欠けを抑制して信頼性を向上させることができる。また、半導体レーザ素子10の厚みに合わせて予め排熱部材60の寸法を厳密に決める必要がなく、製造工程を簡素化することができる。以上により、図2および図3に示した半導体レーザ装置が完成する。
After fixing the joining
また、この半導体レーザ装置は、次のようにして製造することもできる。なお、この製造方法は、例えば図6に示したように支持部60Bが庇部40Bの側面に固定されている場合に対応するものである。
This semiconductor laser device can also be manufactured as follows. This manufacturing method corresponds to the case where the
まず、上述した方法と同様にして、図1に示したバー状の半導体レーザ素子10を形成する。次いで、図8(A)および図8(B)に示した工程により、上述した方法と同様にして、ヒートシンク20上にサブマウント21を間にして半導体レーザ素子10を配設する。
First, the bar-shaped
続いて、図9(A)に示した工程により、上述した方法と同様にして、ヒートシンク20上に絶縁板31および電極部材30を配置し、ワイヤ50の接合を行う。
9A, the insulating
そののち、図9(B)に示した工程により、上述した方法と同様にして、保護部材40を形成する。
After that, the
また、図11(A)に示したように、半導体レーザ素子10の上面に固定するための接合部60A、および一端が接合部60Aに固定され、他端が自由端とされた支持部60Bを有する排熱部材60を形成する。
Further, as shown in FIG. 11A, a joining
保護部材40および排熱部材60を形成したのち、図11(B)に示したように、上述した方法と同様にして、排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定する。
After forming the
排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定したのち、保護部材40の固定部40Aを電極部材30に固定し、保護部材40の庇部40Bに排熱部材60の支持部60Bの他端を固定する。その際、高さ調整構造60Dを用いて半導体レーザ素子10の微妙な厚さの違いを吸収させることが好ましい。これにより、半導体レーザ素子10に対して負荷がかかることを防ぎ、割れや欠けを抑制して信頼性を向上させることができる。また、半導体レーザ素子10の厚みに合わせて予め排熱部材60の寸法を厳密に決める必要がなく、製造工程を簡素化することができる。以上により、図6に示した半導体レーザ装置が完成する。
After fixing the joining
なお、上述した製造方法では、接合部60Aに熱および圧力を加えることにより、排熱部材60に形成された金(Au)の薄膜を接着層60Cとして接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定する場合について説明したが、はんだよりなる接着層60Cを間にして接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定するようにしてもよい。その場合も、加える熱は、半導体レーザ素子10側は、使用するはんだの融点以上の温度、例えば100度ないし300度程度とすることが好ましく、100度ないし200度の低めの温度とすればより好ましい。また、接合部60A側は、圧力および熱をバランスよくかけることにより密着させることが好ましい。
In the above-described manufacturing method, heat and pressure are applied to the joint 60A, whereby a gold (Au) thin film formed on the heat exhaust member 60 is used as the
また、接合部60Aの接合方法としては、上述したような熱および圧力を加える方法に限定されない。例えば、熱および超音波を加える方法、圧力のみを加える方法、あるいは、超音波のみを加える方法でもよい。
Further, the joining method of the joining
この半導体レーザ装置では、各レーザダイオードチップ11のn側電極15とp側電極14との間に所定の電圧が印加されると、半導体層13の活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、半導体レーザ素子10の上面に排熱部材60の接合部60Aが固定されていると共に、排熱部材60の支持部60Bが保護部材40の庇部40Bに固定されているので、半導体レーザ素子10で発生した熱は排熱部材60の支持部60Bを介して保護部材40へと放出される。よって、排熱性が向上する。
In this semiconductor laser device, when a predetermined voltage is applied between the n-side electrode 15 and the p-
このように本実施の形態の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子10の上面に排熱部材60の接合部60Aを固定すると共に、排熱部材60の支持部60Bを保護部材40の庇部40Bに固定するようにしたので、半導体レーザ素子10で発生した熱を排熱部材60の支持部60Bを介して保護部材40へと放出させることができる。よって、排熱性を高めることができ、高出力レーザに有利である。また、排熱部材60を保護部材40の庇部40Bに固定することにより部材の安定性を高めることができる。
As described above, in the semiconductor laser device of the present embodiment, the joining
本実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法では、排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に固定したのち、排熱部材60の支持部60Bの他端を保護部材40の庇部40Bに固定するようにしたので、排熱部材60の接合部60Aを半導体レーザ素子10に簡便に接合させることができる。よって、簡単な工程で排熱性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
In the manufacturing method of the semiconductor laser device of the present embodiment, after fixing the joining
特に、支持部60Bの少なくとも一部に、半導体レーザ素子10の厚みのばらつきを吸収するための高さ調整構造60Dを形成すれば、半導体レーザ素子10の微妙な厚さの違いを高さ調整構造60Dにより吸収することができる。よって、半導体レーザ素子10に対して負荷がかかることを防ぎ、割れや欠けを抑制して信頼性を向上させることができる。また、半導体レーザ素子10の厚さに合わせて排熱部材60の寸法を厳密に決める必要をなくすことができ、製造工程を簡素化することができる。
In particular, if a
また、特に、排熱部材60の少なくとも接合部60Aの表面に金(Au)よりなる薄膜を形成し、接合部60Aに熱および圧力、または超音波を加えることにより、薄膜を接着層60Cとして接合部60Aを半導体レーザ素子10の上面に接合すれば、はんだを使用することなく、金(Au)の薄膜と半導体レーザ素子10のn側電極15の金(Au)層とを容易に接合させることができる。よって、はんだのはみ出し、精度悪化あるいは排熱効果の低下などをなくし、簡素な工程で位置精度を高くすることができる。更に、時間やコストの点でも有利である。
In particular, a thin film made of gold (Au) is formed on at least the surface of the joining
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ装置がバー状の半導体レーザ素子10を備えた場合について説明したが、半導体レーザ素子10はレーザダイオードチップでもよい。
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the semiconductor laser device includes the bar-shaped
また、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子10が、p側電極14をサブマウント21に対向させるようにして配設されている場合について説明したが、n側電極15をサブマウント21に対向させるようにして配設されていてもよい。
Further, for example, in the above embodiment, the case where the
更に、例えば、上記実施の形態では、支持部60Bの一部に高さ調整構造60Dが形成されている場合について説明したが、高さ調整構造60Dは必ずしも設ける必要はない。
Further, for example, in the above-described embodiment, the case where the
加えて、例えば、上記実施の形態では、二本の支持部60Bを接合部60Aの長さ方向両側に形成し、共振器方向に対向する二面は吹き抜けとした場合について説明したが、例えば、半導体レーザ素子10の主出射側端面に対応して第3の支持部を設ければ、主出射側端面に生じる強熱を第3の支持部を伝って放出させることができる。
In addition, for example, in the above-described embodiment, two
更にまた、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。 Furthermore, for example, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, or the film formation method and film formation conditions are not limited, and other materials and thicknesses may be used, or other film formation methods. Alternatively, film forming conditions may be used.
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、半導体レーザを例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、スーパールミネッセントダイオードなどの他の半導体発光素子にも適用可能である。 In addition, in the above-described embodiments and examples, the semiconductor laser has been described as an example. However, the present invention can be applied to other semiconductor light emitting elements such as a superluminescent diode in addition to the semiconductor laser.
本発明による半導体レーザ装置は、例えば、レーザプロジェクタに利用することができる。 The semiconductor laser device according to the present invention can be used, for example, in a laser projector.
10…半導体レーザ素子、11…レーザダイオードチップ、12…基板、13…半導体層、14…p側電極、15…n側電極、20…ヒートシンク、21…サブマウント、30…電極部分、31…絶縁板、40…保護部材、40A…固定部、40B…庇部、50…ワイヤ、60…排熱部材、60A…接合部、60B…支持部、60C…接着層、60D…高さ調整構造
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基体上に支持部材を間にして配設された半導体レーザ素子と、
前記基体上に前記半導体レーザ素子に隣接して配置された電極部材と、
前記電極部材に固定された固定部、および前記固定部から張り出すと共に前記半導体レーザ素子の上面に対向し、前記半導体レーザ素子を保護するための庇部を有する保護部材と、
前記半導体レーザ素子の上面に固定された接合部、および前記接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を有し、前記支持部の一端が前記接合部に固定されると共に他端が前記保護部材の庇部に固定された排熱部材と
を備えた半導体レーザ装置。 A substrate;
A semiconductor laser element disposed on the substrate with a support member in between;
An electrode member disposed adjacent to the semiconductor laser element on the substrate;
A fixing part fixed to the electrode member, and a protection member that protrudes from the fixing part and faces the upper surface of the semiconductor laser element, and has a flange part for protecting the semiconductor laser element;
A joint portion fixed to the upper surface of the semiconductor laser element; and a support portion extending upward from both ends in the length direction of the joint portion. One end of the support portion is fixed to the joint portion and the other end There semiconductors laser device and a heat member that is fixed to the visor portion of the protective member.
請求項1記載の半導体レーザ装置。 At least a portion of the support portion, that is the height adjustment structure is formed for absorbing variations in the thickness of the semiconductor laser element
The semiconductor laser device of 請 Motomeko 1 wherein.
請求項2記載の半導体レーザ装置。 The height adjustment structure, Ru telescopic structure der
The semiconductor laser device of 請 Motomeko 2 wherein.
請求項2記載の半導体レーザ装置。 The height adjustment structure, Ru structure der deflection
The semiconductor laser device of 請 Motomeko 2 wherein.
請求項1記載の半導体レーザ装置。 At least the junction of the heat exhaust member has a thin film made of gold (Au) on the surface, the junction that is joined to the upper surface of the semiconductor laser element of the thin film as an adhesive layer
The semiconductor laser device of 請 Motomeko 1 wherein.
請求項1記載の半導体レーザ装置。 Provided with a wire for electrically connecting the electrode member and the upper surface of the semiconductor laser element
The semiconductor laser device of 請 Motomeko 1 wherein.
前記基体上に前記半導体レーザ素子に隣接して電極部材を配置する工程と、
前記電極部材に固定するための固定部、および前記固定部から張り出すと共に前記半導体レーザ素子の上面に対向し、前記半導体レーザ素子を保護するための庇部を有する保護部材を形成する工程と、
前記半導体レーザ素子の上面に固定するための接合部、およびおよび前記接合部の長さ方向両端から上方に向けて延びる支持部を有し、前記支持部の一端が前記接合部に固定された排熱部材を形成する工程と、
前記排熱部材の接合部を前記半導体レーザ素子の上面に固定する工程と、
前記保護部材の固定部を前記電極部材に固定し、前記保護部材の庇部に前記排熱部材の支持部の他端を固定する工程と
を含む半導体レーザ装置の製造方法。 A step of disposing a semiconductor laser element on a substrate with a support member in between;
Disposing an electrode member adjacent to the semiconductor laser element on the substrate;
Forming a fixing part for fixing to the electrode member, and a protection member that protrudes from the fixing part and faces the upper surface of the semiconductor laser element, and has a flange part for protecting the semiconductor laser element;
Wherein a semiconductor junction for fixing to the upper surface of the laser element, and and a support portion extending upwardly from the longitudinal ends of the joint exhaust one end of the support portion is fixed to the joint Forming a thermal member;
Fixing the joint of the heat exhaust member to the upper surface of the semiconductor laser element;
Wherein the fixing portion of the protective member is fixed to the electrode member, the manufacturing method of the process and the including semiconductors laser device for fixing the other end of the support portion of the heat exhaust member eaves portion of the protective member.
請求項7記載の半導体レーザ装置の製造方法。 At least a portion of the support portion, that form a height adjustment structure for absorbing variation in the thickness of the semiconductor laser element
The method of manufacturing a semiconductor laser device 請 Motomeko 7 wherein.
請求項8記載の半導体レーザ装置の製造方法。 Wherein the height adjusting structure, that form a telescopic structure
The method of manufacturing a semiconductor laser device 請 Motomeko 8 wherein.
請求項8記載の半導体レーザ装置の製造方法。 Wherein the height adjusting structure, that form a deflecting structure
The method of manufacturing a semiconductor laser device 請 Motomeko 8 wherein.
請求項7記載の半導体レーザ装置の製造方法。 A thin film made of gold (Au) is formed on the surface of at least the joint of the exhaust heat member, and heat and pressure are applied to the joint, thereby using the thin film as an adhesive layer and using the joint as an upper surface of the semiconductor laser element. you fixed to
The method of manufacturing a semiconductor laser device 請 Motomeko 7 wherein.
請求項7記載の半導体レーザ装置の製造方法。 A thin film made of gold (Au) is formed on at least the surface of the joining portion of the exhaust heat member, and an ultrasonic wave is applied to the joining portion, whereby the joining portion is formed on the upper surface of the semiconductor laser element using the thin film as an adhesive layer. you fixed
The method of manufacturing a semiconductor laser device 請 Motomeko 7 wherein.
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