半导体激光元件的制作方法
半导体激光元件的制作方法
【专利说明】半导体激光元件
[0001 ] 本申请是申请号为“201280029817.0”，申请日为2012年07月04日，发明名称为“半导体激光元件”之申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明是关于一种半导体激光元件。
【背景技术】
[0003]作为用以提高半导体激光元件的散热性的方法，已知有向下连接(Junct1n-Down) 接合的方法。 所谓向下连接接合是将形成有隆脊 (ridge) 的一侧安装于次载具 (sub-mount)等的方法(例如专利文献1)。
[0004]先行技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-140141号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]然而，在进行向下连接接合的情况下会产生各种问题。例如，专利文献1的段落13中，记载着隆脊为凸状故相对于次载具而言半导体激光元件易倾斜等情况。
[0009]本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高的隆脊型半导体激光元件。
[0010]解决课题的手段
[0011 ]本发明的半导体激光元件，具备:
[0012]基板；半导体部，其设置于上述基板上且在上述基板的相反侧的面具有隆脊；电极，其设置于上述隆脊上;绝缘膜，其设置于上述隆脊的两侧的半导体部上;及焊垫电极，其设置于上述电极上;该半导体激光元件将上述焊垫电极侧作为安装面侧，
[0013]上述半导体激光元件的特征在于，
[0014]上述焊垫电极在上述绝缘膜上延伸设置；
[0015]在上述半导体部与上述焊垫电极之间的与上述隆脊分离的一部分设置有隔板部。
[0016]发明的效果
[0017]如以上所构成的本发明的半导体激光元件，在基板上向下连接安装时，利用隆脊上的焊垫电极表面与设置于从上述隆脊离开的位置上的隔板部上的焊垫电极表面，而支撑于支撑构件上，故可抑制向下连接接合时的倾斜。
[0018]S卩，在未设置隔板部的情况下，因隆脊两侧较低故以隆脊为中心进行摇动，从而产生倾斜。
[0019]然而，如本发明，通过在从隆脊离开的位置上设置隔板部，在安装时至少可利用隆脊与隔板部予以支撑，故可抑制向下连接接合时的倾斜。
[0020]再者，本发明的半导体激光元件，在上述半导体部与上述焊垫电极之间的从上述隆脊离开的一部分上设置有隔板部，故不会如在隆脊两侧的大致整面形成隔板部时般使散热性恶化。
【附图说明】
[0021]图1是实施方式1的半导体激光元件的俯视图。
[0022]图2是图1的一点点划线A-Υ部的剖面图。
[0023]图3是图1的一点点划线B-B,部的剖面图。
[0024]图4是图1的一点点划线C-C部的剖面图。
[0025]图5是图1的一点点划线D-D,部的剖面图。
[0026]图6是显示将实施方式1的半导体激光元件进行了向下连接安装的状态的图。
[0027]图7是实施方式2的半导体激光元件的俯视图。
[0028]图8是显示实施例及比较例的过渡热阻测定结果的图表。
[0029]图9是显示实施例及比较例的Ι-L特性的图表。
[0030]图10是显示实施例及比较例的寿命特性的图表。
[0031]图11是比较例的半导体激光元件的俯视图。
[0032]图12是在形成反射镜的步骤中，观察本发明的半导体激光元件的反射端面的端面图。
[0033]图13是在形成反射镜的步骤中，观察现有的半导体激光元件的反射端面的端面图。
【具体实施方式】
[0034]以下，一面参照附图一面就用以实施本发明的半导体激光元件的方式进行说明。但以下所示的方式，是用以将本发明的技术思想具体化的例示，并非将本发明限定于以下方式。此外，各附图所示构件的位置或大小等，为作明确说明而有夸大的情况。关于相同名称、符号，原则上表示相同或者同质的构件，重复的说明适当省略。
[0035]将从上方观察本发明的一实施方式的端面发光型的半导体激光元件100的俯视图显示于图1，将图1的一点点划线A-Υ部的剖面图显示于图2，将图1的一点点划线B-B'部的剖面图显示于图3，将图1的一点点划线C-C/部的剖面图显示于图4，将图1的一点点划线D-D'部的剖面图显示于图5。此处，为方便说明，本说明书将图2至4所示的剖面图的下侧表述为“下”且将上侧表述为“上”。但，只要该等的位置关系为相对关系即可，例如将各图上下逆转也属本发明的范围内，此点不言而喻。
[0036]半导体激光元件100如图2等所示，具有基板1、设置于基板上且在上侧具有隆脊2a的半导体部2、设置于隆脊2a上的电极3、设置于隆脊2a的两侧的绝缘膜4及及设置于电极3上的焊垫电极(pad electrode)6。此外，半导体激光元件100是将焊垫电极6侧作为安装面侧的所谓向下连接安装用的元件。半导体激光元件100，在绝缘膜4上局部地设置有包含第1隔板部5a与第2隔板部5b的隔板(spacer)，同样地，在绝缘膜V上局部地设置有包含第1隔板部5a’与第2隔板部5b’的隔板。本实施方式中，第1隔板部5a与第1隔板部5a’是以在出射端面附近在隆脊2a的两侧相互分离的方式设置，第2隔板部5b与第2隔板部5b’是以在反射端面附近在隆脊2a的两侧相互分离的方式设置。此外，焊垫电极6是以覆盖第1隔板部5a的一部分、第1隔板部5a’的一部分、第2隔板部5b的一部分、及第2隔板部5b’的一部分的方式，而设置于电极3上与绝缘膜4、4'上。
[0037]如上所构成的实施方式的半导体激光元件中，使第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’上所形成的焊垫电极的上表面的高度，高于未设置隔板的部位所形成的绝缘膜上的焊垫电极的高度，故在向下连接接合时，可抑制半导体激光元件100的倾斜。第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’优选为以与上部电极3的高度大致相同的厚度形成，由此，可使第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’上所形成的焊垫电极的上表面的高度与隆脊上(电极3上)所形成的焊垫电极6的上表面的高度为大致相同的高度，从而可更有效地抑制半导体激光元件100的倾斜。
[0038]如上所述，根据本实施方式的半导体激光元件，可在向下连接接合时抑制半导体激光元件100的倾斜，进而可提高散热性。以下作具体说明。
[0039]图6显示将半导体激光元件100向下连接安装于支撑构件8上的状态。图6是向下连接安装时包含第1隔板部5a的剖面图。半导体激光元件100经由导电构件9，使焊垫电极6与支撑构件8的布线(未图示)连接。此处，半导体激光元件100在绝缘膜4上局部地设置有第1隔板部5a，在第1隔板部5a上设置有焊垫电极6。由此，可抑制向下连接安装时与隆脊垂直的方向的半导体激光元件100的倾斜。即，在未隔着第1隔板部5a而直接在绝缘膜4上设置焊垫电极6的情况下，隆脊2a上表面与绝缘膜4上表面的高度差增大，故易倾斜，但通过隔着第1隔板部5a而在绝缘膜4上设置焊垫电极6，可缩小隆脊2a上表面与第1隔板部5a上表面的高度差，故可抑制与隆脊垂直的方向的元件的倾斜，即，可抑制以隆脊为中心的摇动。
[0040]再者，由于局部地设置有包含第1隔板部5a的隔板部，故在较薄的绝缘膜4上未隔着隔板部地设置有焊垫电极6。由此，与将隔板部设置于大致整面的情况相比，可提高散热性。即，在隆脊2a的两侧的大致整面设置有隔板部的情况下，在热传导率较大的金属所构成的焊垫电极6与半导体层之间，较厚的热传导较差的隔板部大致存在于整面，隔板部内热量堆积从而温度上升。与此相对，若局部地设置隔板部，则热量会有效地传递至相对较薄的绝缘膜上的焊垫电极，会通过热传导良好的焊垫电极散热。
[0041 ]如此，若在平行于隆脊2a的长度方向的方向(例如图1所示的沿C-C线的方向)上，存在隔着隔板部而形成有绝缘膜的部分与未隔着隔板部而形成有绝缘膜的部分(并置)，则 可抑制半导体激光元件100的倾斜，并且可提高散热性。
[0042]换言之，半导体激光元件100在谐振器长度方向上，分为用以抑制倾斜的区域(SP设置有隔板部的区域)与用以散热的区域(即未设置隔板部的区域)。由此，尽管为简单的构造仍可兼得各者的特性。
[0043]以下说明半导体激光元件100的主要的构成要件。
[0044](基板1)
[0045]基板1可使用各种材料。在半导体部2由氮化物半导体构成的情况下，基板1也优选使用氮化物半导体。此处，基板1具有导电性，在基板1上形成有直接下部电极7。另，所谓“氮化物半导体”是含有氮的半导体，典型的可用InxAlyGa1-x-yN(0 < x,0 < y,x+y < 1)表示。
[0046](半导体2)
[0047]半导体部2可采用各种材料及构造。半导体部2例如可从基板1侧依序具备下部覆盖层、下部引导层、活性层、上部引导层、上部覆盖层及上部接触层(未图示)。再者，半导体部2在其上侧具有隆脊2a。隆脊2a是设置于半导体部2的上侧的条状的凸部，典型为可通过从半导体部2的上侧将成为隆脊的部分以外的部分以任意的深度去除而获得。半导体部2其上表面从隆脊2a的侧面起在隆脊外侧连续露出。另，本说明书中，将“隆脊上表面”、从隆脊2a的上表面起在两侧连续延伸的“隆脊侧面”、从隆脊2a的侧面起在外侧连续延伸的“半导体部上表面”区别使用。
[0048]半导体部2具有成为射出激光的一侧的出射端面与成为反射激光的一侧的反射端面。图1中上侧为出射端面，下侧为反射端面。各端面可用劈裂或蚀刻的方式形成。隆脊2a朝与各端面相交的方向(优选为与各端面大致垂直的方向)延伸。
[0049]如图2及图3所示，在半导体部2的缘部可具备朝隆脊2a的延伸方向(纸面深度的方向)延伸的段差部。段差部由绝缘膜(绝缘膜4、4')覆盖。
[0050]该段差部有以下的意义。
[0051]S卩，如图6所示在向下连接安装时，支撑构件8与焊垫电极6虽通过导电构件9接合，但此时导电构件9有攀升至半导体部2侧面的可能性。
[0052]为此，如图2、图3所示，通过设置段差部且在段差部上形成绝缘膜，可防止导电构件9的攀升，从而可抑制因导电构件9的攀升而发生漏泄。另，为容易理解附图，图1中未显示段差部。
[0053]隆脊2优选从芯片的中心横向偏移配置。此外，在检查芯片状态下的LD振荡特性时，简单地用针接触焊垫电极进行通电的情况下，若隆脊位于中央则容易使隆脊上的焊垫电极受损。如此，在向下连接安装时会产生洞穴等，而有使该部分的散热性恶化之虞。特别是隆脊上的发热较大其影响也较大。因此，通过将隆脊从芯片中心横向偏移配置，可不使针接触隆脊上而进行LD振荡特性检查。用以使针接触的焊垫电极的区域的宽度为50μπι以上，优选为70μηι以上。
[0054](上部电极3)
[0055]上部电极3是设置于隆脊2a上的电极。上部电极3与隆脊2a的上表面所接触的区域可任意设定。但，如图1等所示，优选设为隆脊2a上表面的大致全部区域。另，形成上部电极3的区域不仅限于隆脊2a上表面，也可隔着绝缘膜4及4'延伸至半导体部2的上表面。作为上部电极3的材料，例如可包含?(1、？1附^11、11、1、(:11)8、211、311、111^1、&、1^或11'0中的任一者。
[0056](绝缘膜4及40
[0057]图1中，以符号4表示设置于隆脊2a的右侧的绝缘膜，以符号4'表示设置于隆脊2a的左侧的绝缘膜。绝缘膜4及4'也称为埋入膜，为便于将光封闭于隆脊内而由折射率比半导体部2更低的构件构成。在向下连接时经由绝缘膜4进行散热。但是，绝缘膜一般热传导率低。因此期望在不对光的封闭造成影响的范围内，尽可能使膜厚较薄地成膜。因此，绝缘膜4及V的上表面通常比隆脊2a的上表面低，从半导体部2的上表面遍及隆脊2a侧面而形成。也可使绝缘膜4及4'的一部分从隆脊2a侧面延伸到隆脊2a上表面，除形成上部电极3的区域以外也在隆脊的上表面形成绝缘膜。作为其材料，可举出例如S1、Zr、Al或Zn的氧化物、氮化物或氮氧化物。
[0058](隔板部)
[0059]本发明的隔板部的基本功能是抑制向下连接安装时的半导体激光元件的倾斜。为发挥其基本功能，隔板部只要设置于绝缘膜4或4'中至少一方的上表面的至少一部分即可。例如，在形成一处隔板部的情况下，隔板部优选形成于焊垫电极6的下方且离隆脊2a的两端最远的位置。如此，可用隆脊2a与隔板部支撑半导体激光元件，从而可有效地抑制半导体激光元件的倾斜。
[0060]此外，隔板部并未在隆脊2a两侧的绝缘膜4、V上的大致整面形成而是局部地形成，由此，用形成有隔板部的部分抑制安装时的倾斜，另一方面，在未形成隔板部的部分，在绝缘膜4、4'上直接形成焊垫电极，由此确保良好的热传导。
[0061]该隔板部，如上所述至少有一个即可，但也可包含除上述防止倾斜的功能外兼备各种功能的多个隔板部。
[0062](第1隔板部5a及5a，)
[0063]图1等所示的第1隔板部5a及5a’除了抑制向下连接安装时的半导体激光元件的倾斜的基本功能外，进一步具有后述的功能。
[0064]图1中，在隆脊2a的两侧设置有第1隔板部，设置于隆脊2a的右侧的第1隔板部用符号5a表示，设置于隆脊2a的左侧的第1隔板部用符号5a’表示。以下主要就符号5a说明第1隔板部，但关于第1隔板部5a’也相同，此点不言而喻。
[0065]第1隔板部5a是设置于绝缘膜4的局部，用以分隔绝缘膜4与焊垫电极6的构件。即，通过使第1隔板部5a介于绝缘膜4与焊垫电极6的间，可增高隆脊2a的横侧区域的焊垫电极6的上表面。由此，可抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。半导体激光元件100在隆脊2a的左右具有第1隔板部5a及5a’，故与在隆脊2a的单侧具有第1隔板部的情况比较，可进一步抑制元件自身的倾斜。
[0066]如图1所示，第1隔板部5a可设置于出射端面或反射端面中任意一方的附近(本实施方式是将第1隔板部5a及5a’设置于出射端面附近)。由此，可进一步提高从半导体部2向焊垫电极6侧的散热性。即，在半导体激光元件上对反射镜进行成膜(例如，溅镀)时，如图12及13所示，通过板状的夹具60夹持条体(半导体激光元件)，使反射镜成膜于半导体激光元件的端面上。此时，若端面附近无第1隔板部5a，则如图13所示，会因上部电极3上表面与绝缘膜4上表面的高低差而在夹具60与焊垫电极6之间产生空隙60s。因此，导致溅镀时镜面成份向焊垫电极上表面(半导体部2的上面)通过空隙而堆积。若如此在焊垫电极上表面堆积镜面成份，则会阻碍焊垫电极上表面与次载具上的(兼备作为次载具的功能的)导电构件的共晶而产生洞穴，有散热性恶化的可能性。再者，通常构成镜面的构件由热传导率较低的电介质构成。因此，来自半导体部2的热量经由镜面成份而扩散至焊垫电极6侧，故恐有散热性进一步恶化之虞。因此，通过在端面附近形成第1隔板部5a，且填埋与镜面成膜时使用的板状的夹具之间的空隙，可减轻镜面成份向半导体部2的上表面的堆积，进而可有效地进行从半导体部2向支撑构件8侧的散热。此外，作为次载具材料，可举出AlN、SiC等。另，镜面的形成一般是以多个元件连接的状态进行，图12及图13就一个元件作描述来进行说明。
[0067]第1隔板部5a可配置于隆脊2a的附近。由此，例如可有效抑制溅镀时镜面成份向焊垫电极上表面堆积，可进一步提高从半导体部2向焊垫电极6侧的散热。与此相对，若隆脊2a与第1隔板部5a远离，则会在该部分产生宽度较大的段差。因此，镜面成膜时固定于板状夹具时，会在板与半导体部产生宽度较大的空隙，有在该空隙部分或通过空隙而在半导体部上堆积镜面成份的可能性。特别是由于半导体部2主要在电流集中的隆脊正下方发热，故半导体部2上表面的隆脊2a附近区域的散热极为重要。因此，通过将第1隔板部5a配置于隆脊2a的附近，可抑制热传导率较差的镜面成份堆积于隆脊附近，故可进一步提高散热性。隆脊2a与隔板部的距离，可设为优选为小于ΙΟμπι，更好为小于5μηι，再更好为小于2μηι。
[0068]第1隔板部5a可采用绝缘材料。由 此，可防止因第1隔板部5a引起的漏泄。特别是，在将第1隔板部5a配置于出射端面或反射端面任一者附近的情况下，若第1隔板部5a是容易伸缩的金属等的导电性材料，则从晶圆分割成条状时或从条状分割成各半导体激光元件时，恐有第1隔板部5a的一部分延伸而接触半导体部2从而发生漏泄之虞。因此，通过将第1隔板部5a采用伸缩性较少的绝缘材料并防止第1隔板部5a与半导体部2的接触，可进一步降低漏泄的发生。用于第1隔板部5a的绝缘材料，可采用优选的是S1、Zr、Al或Zn的氧化物、氮化物或氮氧化物，更好的是S1、Zr、A1的氧化物，再更好的是Si的氧化物。这是因为形成容易且光的吸收少。
[0069]第1隔板部5a的上表面可设为与上部电极3的上表面大致相同的高度(参照图2)。由此，可进一步抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。这是因为通过将上部电极3与第1隔板部5a设为大致相同的高度，可使在之后的步骤成膜的焊垫电极6的上表面的高度一致。例如，第1隔板部5a的上表面比上部电极3的上表面更高时，之后的步骤中成膜的焊垫电极6的上表面的高度，在第1隔板部5a上也会比上部电极3上更高。因此在上部电极3上用板状的夹具固定镜面成膜时会产生空隙，恐有镜面堆积之虞。另一方面，第1隔板部5a的上表面比上部电极3的上表面低时，之后的步骤中成膜的焊垫电极6的上表面的高度，在隔板部5a上也会比上部电极3上更低。因此在第1隔板部5a上，用板状的夹具固定镜面成膜时会产生空隙，恐有镜面堆积之虞。因此，优选的是，以镜面不会通过空隙而堆积的程度，使上部电极3与第1隔板部5a的高度一致。两者的高低差可设为优选为小于50nm，更好为小于30nmo
[0070](第2隔板部5b及5b’)
[0071]在设置有第1隔板部的绝缘膜上表面，可进而设置第2隔板部。图1中，设于隆脊2a右侧的第2隔板部用符号5b表示，设于隆脊2a左侧的第2隔板部用符号5b’表示。以下主要就第2隔板部5b进行说明，关于第2隔板部5b’也相同，此点不言而喻。
[0072]第2隔板部5b是用以分隔绝缘膜4与焊垫电极6的构件。通过使第2隔板部5b介于绝缘膜4与焊垫电极6之间，可增高隆脊2a的横侧区域的焊垫电极6的上表面。由此，除了可抑制以隆脊的长度方向的中心轴为中心的摇动以外，还可进一步抑制向下连接安装时半导体激光元件100的谐振器长度方向的倾斜(可抑制以与隆脊的长度方向的中心轴正交的中心轴为中心的摇动。)。即，在绝缘膜4上仅形成第1隔板部5a的情况下，除隆脊2a以外的区域，隔着焊垫电极6以第1隔板部5a的一处予以支撑，进而通过设置第2隔板部5b，可在谐振器长度方向以两处予以支撑，故能够更为稳定地进行向下连接安装。
[0073]如图1所示，将第1隔板部5a设置于出射端面或反射端面中任一方附近的情况下，可将第2隔板部5b设置于出射端面或反射端面中另一方附近(本实施方式是将第1隔板部5a及5a’设置于出射端面附近，将第2隔板部5b及5b’设置于反射端面附近。)。由此，可进一步提高散热性。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0074]第2隔板部5b可配置于隆脊2a附近。由此，可进一步提高散热性。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0075]第2隔板部5b可采用绝缘材料。由此，可防止因第1隔板部5a引起的漏泄。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0076]第2隔板部5b的上表面可设为与上部电极3的上表面大致相同的高度(参照图2)。由此，可进一步抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0077](块部5c 及 5c’)
[0078]图1中设于隆脊2a的右侧的块部用符号5c表示，设于隆脊2a的左侧的块部用符号5c’表示。以下主要说明设于隆脊2a的右侧的块部5c。但，该说明也适用于设于隆脊2a的左侧的块部5c’，此点不言而喻。
[0079]块部5c在与隆脊2a垂直的方向，与焊垫电极6分开而形成于绝缘膜4上，焊垫电极6与块部5c之间形成有凹部(参照图3)。通过凹部，可抑制向下连接安装时导电构件的无用的扩大，故可抑制因导电构件引起的漏泄的发生。
[0080]图1中，第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c是一体形成的，但也可将各构件个别设置。
[0081]另，在第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c以一体形成的情况下，将连结第1隔板部5a与第2隔板部5b的部分作为块部5c。
[0082](焊垫电极6)
[0083]焊垫电极6在谐振器长度方向的一条直线上至少覆盖第1隔板部5a与绝缘膜4。焊垫电极6无须覆盖第1隔板部5a上表面的整面，只要至少覆盖其一部分即可。如图4所示隔着第1隔板部5a而设置于半导体部2上表面的焊垫电极6上表面，比未隔着第1隔板部5a而设置于半导体部2上表面的焊垫电极6上表面更高。作为焊垫电极6的材料，可使用热传导率优良的金属材料，例如，可含有N1、T 1、Au、Pt、Pd、W的至少一种。
[0084]如图1等所示，焊垫电极6可在谐振器长度方向上，一体地覆盖第1隔板部5a的上表面、绝缘膜4的上表面及第2隔板部5a’的上表面。这是因为焊垫电极6自身的形成较容易，可大幅确保散热区域(焊垫电极6与绝缘膜4直接相接的区域)。
[0085](其他方式)
[0086]作为与半导体激光元件100不同的方式，也可采用如图7所示的半导体激光元件200的构成。半导体激光元件200在绝缘膜4上具有隔板部50，不具备第2隔板部及块部。再者，隔板部50并非设置于端面附近，而是设置于隆脊2a的延伸方向的中央部。该构成虽不能期待通过抑制镜面成分的潜入而提高散热性及利用块部抑制漏泄的效果，但可以期待一定水平的向下连接安装时防止半导体激光200的倾斜及散热性。
[0087][实施例]
[0088]〈实施例〉
[0089 ]首先，在由η型GaN构成的晶圆状的基板1上，依序积层以下各层而构成半导体部2:由掺杂有Si的AlQ.Q2Ga().98N(膜厚1.6μπι)构成的基底层、由掺杂有Si的InQ.Q5Ga().95N(膜厚0.15μπι)构成的龟裂防止层、由掺杂有Si的Al0.07Ga0.93N(膜厚0.9μπι)构成的下部覆盖层、由掺杂有Si的GaN(膜厚0.15μπι)及无掺杂的GaN(膜厚0.15μπι)构成的下部引导层、MQW的活性层、由掺杂有Mg的Al0.12Ga0.88Ν(膜厚1.5nm)及掺杂有Mg的Al0.16Ga0.84Ν(膜厚8.5nm)构成的载流子限制层、由无掺杂的GaN(膜厚0.15μπι)与掺杂有Mg的GaN(膜厚0.35μπι)构成的上部引导层、及由掺杂有Mg的GaN(膜厚15nm)构成的上部接触层。另，MQW活性层从基板1侧起依序具备:由掺杂有Si的In0.03Ga0.97N(膜厚170nm)构成的阻挡层、由无掺杂的In0.wGa0.wN(膜厚3nm)构成的讲层、由无掺杂的GaN (膜厚14nm)构成的阻挡层、由无掺杂的I n0.wGa0.86N (膜厚3nm)构成的讲层、及由无掺杂的I n0.03Ga0.97N (膜厚70nm)构成的阻挡层。
[0090]其次，通过RIE，以上部引导层露出的深度为500nm的方式形成具有30μπι的宽度的条状隆脊2a。
[0091]继而，以200nm的膜厚在隆脊2a上形成由ITO构成的上部电极3。上部电极3如图1至3及5所示，与隆脊2a上表面的除周缘区域以外的部分接合。
[0092]再者，以200nm的膜厚形成由Si02构成的绝缘膜4及V。绝缘膜4及4a如图1至4所示，覆盖半导体部2上表面、隆脊2a侧面及隆脊2a上表面的周缘区域。
[0093]其次，以500nm的膜厚形成由Si02构成的第1隔板部5a及5a’、第2隔板部5b及5b’、块部5c及5c’。第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c—体形成，同样，第1隔板部5a’、第2隔板部5b’及块部5c’也一体形成。各隔板部与隆脊2a的距离设为5μπι。此阶段，第1隔板部5a与第
2隔板部5b之间有绝缘膜4露出，第1隔板部5a’与第2隔板部5b’之 间有绝缘膜4'露出。
[0094]其次，形成由Ni (膜厚 8nm)/Pd(膜厚 200nm)/Au(膜厚 800nm)/Pt (膜厚 200nm)/Au(膜厚300nm)构成的焊垫电极6。焊垫电极6俯视(图1)时呈矩形状，不仅覆盖上部电极3，还覆盖第1隔板部5a及5a’、第2隔板部5b及5b’、第1隔板部5a与第2隔板部5b之间露出的绝缘膜4、第1隔板部5a’与第2隔板部5b’之间露出的绝缘膜V。最终层的膜厚300nm的Au在向下连接安装时通过与AuSn的共晶而合金化。
[0〇95] 其后，在基板1的下表面形成由Ti (膜厚6nm)/Au (膜厚200nm)/Pt (膜厚200nm)/Au(膜厚300nm)构成的下部电极7。
[0096]将具有以上构成的晶圆从基板侧起研磨成80μπι后，以Μ面作为解理面将晶圆劈裂成条状，成为多个条状晶圆。详细而言，通过将在2个条状晶圆间跨邻接的2个元件形成的Si02在中央予以分割，从而同时形成一个元件的第1隔板部5a与另一个元件的第2隔板部5b(关于第1隔板部5a’与第2隔板部5b’也相同)。此时，各元件的隔板部5a、5a’、5b及5b’的谐振器长度方向的宽度各自设为25μπι。另，第1隔板部5a及5a ’，其一个侧面与半导体部2的出射端面成齐平面。同样，第2隔板部5b及5b’，其一个侧面与半导体部的反射端面成齐平面。[0097 ]其次，在条状晶圆的出射端面以膜厚132nm形成A1203作为出射端面保护膜(出射侧镜面)。此外，在条状晶圆的反射端面以膜厚50nm形成Zr02之后，形成Si02(膜厚74nm)/Zr02(膜厚50nm)计6对，作为反射端面保护膜(反射侧镜面)。
[0098]其次，在平行于隆脊的方向切断条状晶圆，以谐振器长度(平行于隆脊的方向的长度)1200μπι获得宽度(与隆脊垂直的方向的长度)150μπι的半导体激光元件100。
[0099]再者，将半导体激光元件100向下连接安装于作为支撑构件8而形成有布线的由Α1Ν构成的次载具上。导电构件6使用AuSn共晶。如以上制作的实施例的半导体激光元件100可在向下连接安装时有效抑制倾斜，可实现稳定的安装。驱动所安装的半导体激光装置后，确认了设主波长为445nm的多模激光振荡。
[0100]〈比较例〉
[0101]向下连接安装时，为有效抑制倾斜，也考虑有在隆脊2a的两侧的大致整面上形成500nm厚度的Si02，实质上将焊垫电极6的表面整体平坦化的构成。但，若如此而构成，如上所述散热特性会恶化。为确认此点，作为比较例，如图11所示，制作了在隆脊2a的两侧在绝缘膜4、f的大致整面上均匀地形成Si02的半导体激光元件600，与实施例的半导体激光元件比较了散热性。即，比较例的半导体激光元件600是在实施例的半导体激光元件中代替以包围外周的方式形成的第1隔板部5a、5a’、第2隔板部5b、5b’及块部5c、5c’，而在隆脊2a的两侧形成覆盖绝缘膜4、4'的大致整面的Si02，除此之外与半导体激光元件100具有相同的构成。
[0102](评价)
[0103]图8显示过渡热阻测定结果。纵轴显示热阻值的相对值，横轴显示通电脉冲时间。可以认为显示芯片与次载具间的热阻值的PT = 0.01Sec左右的热阻值存在差异，可确认比比较例更小。从该结果来看，可理解半导体激光元件100与次载具间的散热性相较于比较例更优良。该热阻的差看起来可能很小，但作成W等级的高输出半导体激光元件的情况下，在高电流区域中发热量增大，故会因热阻的微差而使发热量产生较大的差。实际上，可理解即使如此的微差，也可使如后述的Ι-L特性或寿命特性产生较大的差。
[0104]图9中，显示实施例与比较例的Ι-L特性(电流-光输出特性)。实线是实施例，虚线是比较例。图9中横轴是电流值，纵轴是相对光输出。从图9中可明确，在实施例中若增大电流值则光输出也与其大致成比例地提高;在比较例中即使增大电流值，光输出仍不会线性提尚Ο
[0105]认为由于实施例的散热性优于比较例，故出现如此结果。
[0106]图10显示实施例与比较例的寿命特性。实线是实施例，虚线是比较例。图10中横轴是驱动时间，纵轴是相对光输出。从图9中可明确，在实施例中即使长时间驱动，光输出仍很少下降;而在比较例中若长时间驱动，光输出会大幅下降。认为由于实施例的散热性优于比较例，故出现如此结果。
[0107]如上所述，可确认本发明的实施例的半导体激光元件100可抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高。
[0108]符号说明
[0109]100、200 半导体激光元件
[0110]1基板
[0111]2半导体部
[0112]3上部电极
[0113]4,47绝缘膜
[0114]5a、5a， 第 1 隔板部
[0115]5b、5b， 第 2 隔板部
[0116]5c、5c’ 连结部
[0117]6焊垫电极
[0118]7下部电极
[0119]8支撑构件
[0120]9导电构件
【主权项】
1.一种半导体激光元件，其特征在于，具备: 基板;半导体部，其设置于上述基板上且在上述基板的相反侧的面具有隆脊；电极，其设置于上述隆脊上；绝缘膜，其设置于上述隆脊的两侧的半导体部上；及焊垫电极，其设置于上述电极上;该半导体激光元件将上述焊垫电极侧作为安装面侧， 上述焊垫电极在上述绝缘膜上延伸设置； 在上述半导体部与上述焊垫电极之间设置有隔板部， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面、与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面实质上处于相同的高度。2.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面的高低差小于50nmo3.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面的高低差小于30nmo4.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 在平行于上述隆脊的长度方向的方向上，包含设置了隔板部的区域、和未设置隔板部的区域。5.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部包含在上述半导体部的一个端面附近配置的第1隔板部。6.如权利要求5所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部包含在上述半导体部的另一个端面附近配置的第2隔板部。7.如权利要求6所述的半导体激光元件，其中， 上述焊垫电极在谐振器长度方向上一体地覆盖上述第1隔板部的上表面、上述绝缘膜的上表面以及上述第2隔板部的上表面， 上述焊垫电极与上述绝缘膜直接相接。8.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 在上述半导体部的缘部具备朝隆脊的延伸方向延伸的段差部， 上述段差部被上述绝缘膜覆盖。9.如权利要求6所述的半导体激光元件，其中， 在上述半导体部的缘部具备朝隆脊的延伸方向延伸的段差部， 上述段差部被上述绝缘膜覆盖。10.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部由绝缘材料构成。
【专利摘要】本发明提供一种能够抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高的隆脊型半导体激光元件，其具备：基板；设置于基板上且在基板的相反侧的面上具有隆脊的半导体部；设置于隆脊上的电极；设置于隆脊的两侧的半导体部上的绝缘膜；及设置于电极上的焊垫电极；且该半导体激光元件将焊垫电极侧作为安装面侧，该半导体激光元件在绝缘膜上延伸设置有焊垫电极，在半导体部与焊垫电极之间的与上述隆脊分离的一部分设置有隔板部。
【IPC分类】H01S5/22, H01S5/042, H01S5/022, B82Y20/00
【公开号】CN105490161
【申请号】CN201610019680
【发明人】枡井真吾, 川田康博, 藤本英之, 道上敦生
【申请人】日亚化学工业株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2012年7月4日
【公告号】CN103608986A, CN103608986B, EP2731212A1, EP2731212A4, US8995492, US20140140362, WO2013005759A1
【专利说明】半导体激光元件
[0001 ] 本申请是申请号为“201280029817.0”，申请日为2012年07月04日，发明名称为“半导体激光元件”之申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明是关于一种半导体激光元件。
【背景技术】
[0003]作为用以提高半导体激光元件的散热性的方法，已知有向下连接(Junct1n-Down) 接合的方法。 所谓向下连接接合是将形成有隆脊 (ridge) 的一侧安装于次载具 (sub-mount)等的方法(例如专利文献1)。
[0004]先行技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-140141号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]然而，在进行向下连接接合的情况下会产生各种问题。例如，专利文献1的段落13中，记载着隆脊为凸状故相对于次载具而言半导体激光元件易倾斜等情况。
[0009]本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高的隆脊型半导体激光元件。
[0010]解决课题的手段
[0011 ]本发明的半导体激光元件，具备:
[0012]基板；半导体部，其设置于上述基板上且在上述基板的相反侧的面具有隆脊；电极，其设置于上述隆脊上;绝缘膜，其设置于上述隆脊的两侧的半导体部上;及焊垫电极，其设置于上述电极上;该半导体激光元件将上述焊垫电极侧作为安装面侧，
[0013]上述半导体激光元件的特征在于，
[0014]上述焊垫电极在上述绝缘膜上延伸设置；
[0015]在上述半导体部与上述焊垫电极之间的与上述隆脊分离的一部分设置有隔板部。
[0016]发明的效果
[0017]如以上所构成的本发明的半导体激光元件，在基板上向下连接安装时，利用隆脊上的焊垫电极表面与设置于从上述隆脊离开的位置上的隔板部上的焊垫电极表面，而支撑于支撑构件上，故可抑制向下连接接合时的倾斜。
[0018]S卩，在未设置隔板部的情况下，因隆脊两侧较低故以隆脊为中心进行摇动，从而产生倾斜。
[0019]然而，如本发明，通过在从隆脊离开的位置上设置隔板部，在安装时至少可利用隆脊与隔板部予以支撑，故可抑制向下连接接合时的倾斜。
[0020]再者，本发明的半导体激光元件，在上述半导体部与上述焊垫电极之间的从上述隆脊离开的一部分上设置有隔板部，故不会如在隆脊两侧的大致整面形成隔板部时般使散热性恶化。
【附图说明】
[0021]图1是实施方式1的半导体激光元件的俯视图。
[0022]图2是图1的一点点划线A-Υ部的剖面图。
[0023]图3是图1的一点点划线B-B,部的剖面图。
[0024]图4是图1的一点点划线C-C部的剖面图。
[0025]图5是图1的一点点划线D-D,部的剖面图。
[0026]图6是显示将实施方式1的半导体激光元件进行了向下连接安装的状态的图。
[0027]图7是实施方式2的半导体激光元件的俯视图。
[0028]图8是显示实施例及比较例的过渡热阻测定结果的图表。
[0029]图9是显示实施例及比较例的Ι-L特性的图表。
[0030]图10是显示实施例及比较例的寿命特性的图表。
[0031]图11是比较例的半导体激光元件的俯视图。
[0032]图12是在形成反射镜的步骤中，观察本发明的半导体激光元件的反射端面的端面图。
[0033]图13是在形成反射镜的步骤中，观察现有的半导体激光元件的反射端面的端面图。
【具体实施方式】
[0034]以下，一面参照附图一面就用以实施本发明的半导体激光元件的方式进行说明。但以下所示的方式，是用以将本发明的技术思想具体化的例示，并非将本发明限定于以下方式。此外，各附图所示构件的位置或大小等，为作明确说明而有夸大的情况。关于相同名称、符号，原则上表示相同或者同质的构件，重复的说明适当省略。
[0035]将从上方观察本发明的一实施方式的端面发光型的半导体激光元件100的俯视图显示于图1，将图1的一点点划线A-Υ部的剖面图显示于图2，将图1的一点点划线B-B'部的剖面图显示于图3，将图1的一点点划线C-C/部的剖面图显示于图4，将图1的一点点划线D-D'部的剖面图显示于图5。此处，为方便说明，本说明书将图2至4所示的剖面图的下侧表述为“下”且将上侧表述为“上”。但，只要该等的位置关系为相对关系即可，例如将各图上下逆转也属本发明的范围内，此点不言而喻。
[0036]半导体激光元件100如图2等所示，具有基板1、设置于基板上且在上侧具有隆脊2a的半导体部2、设置于隆脊2a上的电极3、设置于隆脊2a的两侧的绝缘膜4及及设置于电极3上的焊垫电极(pad electrode)6。此外，半导体激光元件100是将焊垫电极6侧作为安装面侧的所谓向下连接安装用的元件。半导体激光元件100，在绝缘膜4上局部地设置有包含第1隔板部5a与第2隔板部5b的隔板(spacer)，同样地，在绝缘膜V上局部地设置有包含第1隔板部5a’与第2隔板部5b’的隔板。本实施方式中，第1隔板部5a与第1隔板部5a’是以在出射端面附近在隆脊2a的两侧相互分离的方式设置，第2隔板部5b与第2隔板部5b’是以在反射端面附近在隆脊2a的两侧相互分离的方式设置。此外，焊垫电极6是以覆盖第1隔板部5a的一部分、第1隔板部5a’的一部分、第2隔板部5b的一部分、及第2隔板部5b’的一部分的方式，而设置于电极3上与绝缘膜4、4'上。
[0037]如上所构成的实施方式的半导体激光元件中，使第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’上所形成的焊垫电极的上表面的高度，高于未设置隔板的部位所形成的绝缘膜上的焊垫电极的高度，故在向下连接接合时，可抑制半导体激光元件100的倾斜。第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’优选为以与上部电极3的高度大致相同的厚度形成，由此，可使第1隔板部5a、第1隔板部5a’、第2隔板部5b及第2隔板部5b’上所形成的焊垫电极的上表面的高度与隆脊上(电极3上)所形成的焊垫电极6的上表面的高度为大致相同的高度，从而可更有效地抑制半导体激光元件100的倾斜。
[0038]如上所述，根据本实施方式的半导体激光元件，可在向下连接接合时抑制半导体激光元件100的倾斜，进而可提高散热性。以下作具体说明。
[0039]图6显示将半导体激光元件100向下连接安装于支撑构件8上的状态。图6是向下连接安装时包含第1隔板部5a的剖面图。半导体激光元件100经由导电构件9，使焊垫电极6与支撑构件8的布线(未图示)连接。此处，半导体激光元件100在绝缘膜4上局部地设置有第1隔板部5a，在第1隔板部5a上设置有焊垫电极6。由此，可抑制向下连接安装时与隆脊垂直的方向的半导体激光元件100的倾斜。即，在未隔着第1隔板部5a而直接在绝缘膜4上设置焊垫电极6的情况下，隆脊2a上表面与绝缘膜4上表面的高度差增大，故易倾斜，但通过隔着第1隔板部5a而在绝缘膜4上设置焊垫电极6，可缩小隆脊2a上表面与第1隔板部5a上表面的高度差，故可抑制与隆脊垂直的方向的元件的倾斜，即，可抑制以隆脊为中心的摇动。
[0040]再者，由于局部地设置有包含第1隔板部5a的隔板部，故在较薄的绝缘膜4上未隔着隔板部地设置有焊垫电极6。由此，与将隔板部设置于大致整面的情况相比，可提高散热性。即，在隆脊2a的两侧的大致整面设置有隔板部的情况下，在热传导率较大的金属所构成的焊垫电极6与半导体层之间，较厚的热传导较差的隔板部大致存在于整面，隔板部内热量堆积从而温度上升。与此相对，若局部地设置隔板部，则热量会有效地传递至相对较薄的绝缘膜上的焊垫电极，会通过热传导良好的焊垫电极散热。
[0041 ]如此，若在平行于隆脊2a的长度方向的方向(例如图1所示的沿C-C线的方向)上，存在隔着隔板部而形成有绝缘膜的部分与未隔着隔板部而形成有绝缘膜的部分(并置)，则 可抑制半导体激光元件100的倾斜，并且可提高散热性。
[0042]换言之，半导体激光元件100在谐振器长度方向上，分为用以抑制倾斜的区域(SP设置有隔板部的区域)与用以散热的区域(即未设置隔板部的区域)。由此，尽管为简单的构造仍可兼得各者的特性。
[0043]以下说明半导体激光元件100的主要的构成要件。
[0044](基板1)
[0045]基板1可使用各种材料。在半导体部2由氮化物半导体构成的情况下，基板1也优选使用氮化物半导体。此处，基板1具有导电性，在基板1上形成有直接下部电极7。另，所谓“氮化物半导体”是含有氮的半导体，典型的可用InxAlyGa1-x-yN(0 < x,0 < y,x+y < 1)表示。
[0046](半导体2)
[0047]半导体部2可采用各种材料及构造。半导体部2例如可从基板1侧依序具备下部覆盖层、下部引导层、活性层、上部引导层、上部覆盖层及上部接触层(未图示)。再者，半导体部2在其上侧具有隆脊2a。隆脊2a是设置于半导体部2的上侧的条状的凸部，典型为可通过从半导体部2的上侧将成为隆脊的部分以外的部分以任意的深度去除而获得。半导体部2其上表面从隆脊2a的侧面起在隆脊外侧连续露出。另，本说明书中，将“隆脊上表面”、从隆脊2a的上表面起在两侧连续延伸的“隆脊侧面”、从隆脊2a的侧面起在外侧连续延伸的“半导体部上表面”区别使用。
[0048]半导体部2具有成为射出激光的一侧的出射端面与成为反射激光的一侧的反射端面。图1中上侧为出射端面，下侧为反射端面。各端面可用劈裂或蚀刻的方式形成。隆脊2a朝与各端面相交的方向(优选为与各端面大致垂直的方向)延伸。
[0049]如图2及图3所示，在半导体部2的缘部可具备朝隆脊2a的延伸方向(纸面深度的方向)延伸的段差部。段差部由绝缘膜(绝缘膜4、4')覆盖。
[0050]该段差部有以下的意义。
[0051]S卩，如图6所示在向下连接安装时，支撑构件8与焊垫电极6虽通过导电构件9接合，但此时导电构件9有攀升至半导体部2侧面的可能性。
[0052]为此，如图2、图3所示，通过设置段差部且在段差部上形成绝缘膜，可防止导电构件9的攀升，从而可抑制因导电构件9的攀升而发生漏泄。另，为容易理解附图，图1中未显示段差部。
[0053]隆脊2优选从芯片的中心横向偏移配置。此外，在检查芯片状态下的LD振荡特性时，简单地用针接触焊垫电极进行通电的情况下，若隆脊位于中央则容易使隆脊上的焊垫电极受损。如此，在向下连接安装时会产生洞穴等，而有使该部分的散热性恶化之虞。特别是隆脊上的发热较大其影响也较大。因此，通过将隆脊从芯片中心横向偏移配置，可不使针接触隆脊上而进行LD振荡特性检查。用以使针接触的焊垫电极的区域的宽度为50μπι以上，优选为70μηι以上。
[0054](上部电极3)
[0055]上部电极3是设置于隆脊2a上的电极。上部电极3与隆脊2a的上表面所接触的区域可任意设定。但，如图1等所示，优选设为隆脊2a上表面的大致全部区域。另，形成上部电极3的区域不仅限于隆脊2a上表面，也可隔着绝缘膜4及4'延伸至半导体部2的上表面。作为上部电极3的材料，例如可包含?(1、？1附^11、11、1、(:11)8、211、311、111^1、&、1^或11'0中的任一者。
[0056](绝缘膜4及40
[0057]图1中，以符号4表示设置于隆脊2a的右侧的绝缘膜，以符号4'表示设置于隆脊2a的左侧的绝缘膜。绝缘膜4及4'也称为埋入膜，为便于将光封闭于隆脊内而由折射率比半导体部2更低的构件构成。在向下连接时经由绝缘膜4进行散热。但是，绝缘膜一般热传导率低。因此期望在不对光的封闭造成影响的范围内，尽可能使膜厚较薄地成膜。因此，绝缘膜4及V的上表面通常比隆脊2a的上表面低，从半导体部2的上表面遍及隆脊2a侧面而形成。也可使绝缘膜4及4'的一部分从隆脊2a侧面延伸到隆脊2a上表面，除形成上部电极3的区域以外也在隆脊的上表面形成绝缘膜。作为其材料，可举出例如S1、Zr、Al或Zn的氧化物、氮化物或氮氧化物。
[0058](隔板部)
[0059]本发明的隔板部的基本功能是抑制向下连接安装时的半导体激光元件的倾斜。为发挥其基本功能，隔板部只要设置于绝缘膜4或4'中至少一方的上表面的至少一部分即可。例如，在形成一处隔板部的情况下，隔板部优选形成于焊垫电极6的下方且离隆脊2a的两端最远的位置。如此，可用隆脊2a与隔板部支撑半导体激光元件，从而可有效地抑制半导体激光元件的倾斜。
[0060]此外，隔板部并未在隆脊2a两侧的绝缘膜4、V上的大致整面形成而是局部地形成，由此，用形成有隔板部的部分抑制安装时的倾斜，另一方面，在未形成隔板部的部分，在绝缘膜4、4'上直接形成焊垫电极，由此确保良好的热传导。
[0061]该隔板部，如上所述至少有一个即可，但也可包含除上述防止倾斜的功能外兼备各种功能的多个隔板部。
[0062](第1隔板部5a及5a，)
[0063]图1等所示的第1隔板部5a及5a’除了抑制向下连接安装时的半导体激光元件的倾斜的基本功能外，进一步具有后述的功能。
[0064]图1中，在隆脊2a的两侧设置有第1隔板部，设置于隆脊2a的右侧的第1隔板部用符号5a表示，设置于隆脊2a的左侧的第1隔板部用符号5a’表示。以下主要就符号5a说明第1隔板部，但关于第1隔板部5a’也相同，此点不言而喻。
[0065]第1隔板部5a是设置于绝缘膜4的局部，用以分隔绝缘膜4与焊垫电极6的构件。即，通过使第1隔板部5a介于绝缘膜4与焊垫电极6的间，可增高隆脊2a的横侧区域的焊垫电极6的上表面。由此，可抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。半导体激光元件100在隆脊2a的左右具有第1隔板部5a及5a’，故与在隆脊2a的单侧具有第1隔板部的情况比较，可进一步抑制元件自身的倾斜。
[0066]如图1所示，第1隔板部5a可设置于出射端面或反射端面中任意一方的附近(本实施方式是将第1隔板部5a及5a’设置于出射端面附近)。由此，可进一步提高从半导体部2向焊垫电极6侧的散热性。即，在半导体激光元件上对反射镜进行成膜(例如，溅镀)时，如图12及13所示，通过板状的夹具60夹持条体(半导体激光元件)，使反射镜成膜于半导体激光元件的端面上。此时，若端面附近无第1隔板部5a，则如图13所示，会因上部电极3上表面与绝缘膜4上表面的高低差而在夹具60与焊垫电极6之间产生空隙60s。因此，导致溅镀时镜面成份向焊垫电极上表面(半导体部2的上面)通过空隙而堆积。若如此在焊垫电极上表面堆积镜面成份，则会阻碍焊垫电极上表面与次载具上的(兼备作为次载具的功能的)导电构件的共晶而产生洞穴，有散热性恶化的可能性。再者，通常构成镜面的构件由热传导率较低的电介质构成。因此，来自半导体部2的热量经由镜面成份而扩散至焊垫电极6侧，故恐有散热性进一步恶化之虞。因此，通过在端面附近形成第1隔板部5a，且填埋与镜面成膜时使用的板状的夹具之间的空隙，可减轻镜面成份向半导体部2的上表面的堆积，进而可有效地进行从半导体部2向支撑构件8侧的散热。此外，作为次载具材料，可举出AlN、SiC等。另，镜面的形成一般是以多个元件连接的状态进行，图12及图13就一个元件作描述来进行说明。
[0067]第1隔板部5a可配置于隆脊2a的附近。由此，例如可有效抑制溅镀时镜面成份向焊垫电极上表面堆积，可进一步提高从半导体部2向焊垫电极6侧的散热。与此相对，若隆脊2a与第1隔板部5a远离，则会在该部分产生宽度较大的段差。因此，镜面成膜时固定于板状夹具时，会在板与半导体部产生宽度较大的空隙，有在该空隙部分或通过空隙而在半导体部上堆积镜面成份的可能性。特别是由于半导体部2主要在电流集中的隆脊正下方发热，故半导体部2上表面的隆脊2a附近区域的散热极为重要。因此，通过将第1隔板部5a配置于隆脊2a的附近，可抑制热传导率较差的镜面成份堆积于隆脊附近，故可进一步提高散热性。隆脊2a与隔板部的距离，可设为优选为小于ΙΟμπι，更好为小于5μηι，再更好为小于2μηι。
[0068]第1隔板部5a可采用绝缘材料。由 此，可防止因第1隔板部5a引起的漏泄。特别是，在将第1隔板部5a配置于出射端面或反射端面任一者附近的情况下，若第1隔板部5a是容易伸缩的金属等的导电性材料，则从晶圆分割成条状时或从条状分割成各半导体激光元件时，恐有第1隔板部5a的一部分延伸而接触半导体部2从而发生漏泄之虞。因此，通过将第1隔板部5a采用伸缩性较少的绝缘材料并防止第1隔板部5a与半导体部2的接触，可进一步降低漏泄的发生。用于第1隔板部5a的绝缘材料，可采用优选的是S1、Zr、Al或Zn的氧化物、氮化物或氮氧化物，更好的是S1、Zr、A1的氧化物，再更好的是Si的氧化物。这是因为形成容易且光的吸收少。
[0069]第1隔板部5a的上表面可设为与上部电极3的上表面大致相同的高度(参照图2)。由此，可进一步抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。这是因为通过将上部电极3与第1隔板部5a设为大致相同的高度，可使在之后的步骤成膜的焊垫电极6的上表面的高度一致。例如，第1隔板部5a的上表面比上部电极3的上表面更高时，之后的步骤中成膜的焊垫电极6的上表面的高度，在第1隔板部5a上也会比上部电极3上更高。因此在上部电极3上用板状的夹具固定镜面成膜时会产生空隙，恐有镜面堆积之虞。另一方面，第1隔板部5a的上表面比上部电极3的上表面低时，之后的步骤中成膜的焊垫电极6的上表面的高度，在隔板部5a上也会比上部电极3上更低。因此在第1隔板部5a上，用板状的夹具固定镜面成膜时会产生空隙，恐有镜面堆积之虞。因此，优选的是，以镜面不会通过空隙而堆积的程度，使上部电极3与第1隔板部5a的高度一致。两者的高低差可设为优选为小于50nm，更好为小于30nmo
[0070](第2隔板部5b及5b’)
[0071]在设置有第1隔板部的绝缘膜上表面，可进而设置第2隔板部。图1中，设于隆脊2a右侧的第2隔板部用符号5b表示，设于隆脊2a左侧的第2隔板部用符号5b’表示。以下主要就第2隔板部5b进行说明，关于第2隔板部5b’也相同，此点不言而喻。
[0072]第2隔板部5b是用以分隔绝缘膜4与焊垫电极6的构件。通过使第2隔板部5b介于绝缘膜4与焊垫电极6之间，可增高隆脊2a的横侧区域的焊垫电极6的上表面。由此，除了可抑制以隆脊的长度方向的中心轴为中心的摇动以外，还可进一步抑制向下连接安装时半导体激光元件100的谐振器长度方向的倾斜(可抑制以与隆脊的长度方向的中心轴正交的中心轴为中心的摇动。)。即，在绝缘膜4上仅形成第1隔板部5a的情况下，除隆脊2a以外的区域，隔着焊垫电极6以第1隔板部5a的一处予以支撑，进而通过设置第2隔板部5b，可在谐振器长度方向以两处予以支撑，故能够更为稳定地进行向下连接安装。
[0073]如图1所示，将第1隔板部5a设置于出射端面或反射端面中任一方附近的情况下，可将第2隔板部5b设置于出射端面或反射端面中另一方附近(本实施方式是将第1隔板部5a及5a’设置于出射端面附近，将第2隔板部5b及5b’设置于反射端面附近。)。由此，可进一步提高散热性。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0074]第2隔板部5b可配置于隆脊2a附近。由此，可进一步提高散热性。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0075]第2隔板部5b可采用绝缘材料。由此，可防止因第1隔板部5a引起的漏泄。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0076]第2隔板部5b的上表面可设为与上部电极3的上表面大致相同的高度(参照图2)。由此，可进一步抑制向下连接安装时的半导体激光元件100的倾斜。其理由与第1隔板部5a的情况相同故在此不作重复说明。
[0077](块部5c 及 5c’)
[0078]图1中设于隆脊2a的右侧的块部用符号5c表示，设于隆脊2a的左侧的块部用符号5c’表示。以下主要说明设于隆脊2a的右侧的块部5c。但，该说明也适用于设于隆脊2a的左侧的块部5c’，此点不言而喻。
[0079]块部5c在与隆脊2a垂直的方向，与焊垫电极6分开而形成于绝缘膜4上，焊垫电极6与块部5c之间形成有凹部(参照图3)。通过凹部，可抑制向下连接安装时导电构件的无用的扩大，故可抑制因导电构件引起的漏泄的发生。
[0080]图1中，第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c是一体形成的，但也可将各构件个别设置。
[0081]另，在第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c以一体形成的情况下，将连结第1隔板部5a与第2隔板部5b的部分作为块部5c。
[0082](焊垫电极6)
[0083]焊垫电极6在谐振器长度方向的一条直线上至少覆盖第1隔板部5a与绝缘膜4。焊垫电极6无须覆盖第1隔板部5a上表面的整面，只要至少覆盖其一部分即可。如图4所示隔着第1隔板部5a而设置于半导体部2上表面的焊垫电极6上表面，比未隔着第1隔板部5a而设置于半导体部2上表面的焊垫电极6上表面更高。作为焊垫电极6的材料，可使用热传导率优良的金属材料，例如，可含有N1、T 1、Au、Pt、Pd、W的至少一种。
[0084]如图1等所示，焊垫电极6可在谐振器长度方向上，一体地覆盖第1隔板部5a的上表面、绝缘膜4的上表面及第2隔板部5a’的上表面。这是因为焊垫电极6自身的形成较容易，可大幅确保散热区域(焊垫电极6与绝缘膜4直接相接的区域)。
[0085](其他方式)
[0086]作为与半导体激光元件100不同的方式，也可采用如图7所示的半导体激光元件200的构成。半导体激光元件200在绝缘膜4上具有隔板部50，不具备第2隔板部及块部。再者，隔板部50并非设置于端面附近，而是设置于隆脊2a的延伸方向的中央部。该构成虽不能期待通过抑制镜面成分的潜入而提高散热性及利用块部抑制漏泄的效果，但可以期待一定水平的向下连接安装时防止半导体激光200的倾斜及散热性。
[0087][实施例]
[0088]〈实施例〉
[0089 ]首先，在由η型GaN构成的晶圆状的基板1上，依序积层以下各层而构成半导体部2:由掺杂有Si的AlQ.Q2Ga().98N(膜厚1.6μπι)构成的基底层、由掺杂有Si的InQ.Q5Ga().95N(膜厚0.15μπι)构成的龟裂防止层、由掺杂有Si的Al0.07Ga0.93N(膜厚0.9μπι)构成的下部覆盖层、由掺杂有Si的GaN(膜厚0.15μπι)及无掺杂的GaN(膜厚0.15μπι)构成的下部引导层、MQW的活性层、由掺杂有Mg的Al0.12Ga0.88Ν(膜厚1.5nm)及掺杂有Mg的Al0.16Ga0.84Ν(膜厚8.5nm)构成的载流子限制层、由无掺杂的GaN(膜厚0.15μπι)与掺杂有Mg的GaN(膜厚0.35μπι)构成的上部引导层、及由掺杂有Mg的GaN(膜厚15nm)构成的上部接触层。另，MQW活性层从基板1侧起依序具备:由掺杂有Si的In0.03Ga0.97N(膜厚170nm)构成的阻挡层、由无掺杂的In0.wGa0.wN(膜厚3nm)构成的讲层、由无掺杂的GaN (膜厚14nm)构成的阻挡层、由无掺杂的I n0.wGa0.86N (膜厚3nm)构成的讲层、及由无掺杂的I n0.03Ga0.97N (膜厚70nm)构成的阻挡层。
[0090]其次，通过RIE，以上部引导层露出的深度为500nm的方式形成具有30μπι的宽度的条状隆脊2a。
[0091]继而，以200nm的膜厚在隆脊2a上形成由ITO构成的上部电极3。上部电极3如图1至3及5所示，与隆脊2a上表面的除周缘区域以外的部分接合。
[0092]再者，以200nm的膜厚形成由Si02构成的绝缘膜4及V。绝缘膜4及4a如图1至4所示，覆盖半导体部2上表面、隆脊2a侧面及隆脊2a上表面的周缘区域。
[0093]其次，以500nm的膜厚形成由Si02构成的第1隔板部5a及5a’、第2隔板部5b及5b’、块部5c及5c’。第1隔板部5a、第2隔板部5b及块部5c—体形成，同样，第1隔板部5a’、第2隔板部5b’及块部5c’也一体形成。各隔板部与隆脊2a的距离设为5μπι。此阶段，第1隔板部5a与第
2隔板部5b之间有绝缘膜4露出，第1隔板部5a’与第2隔板部5b’之 间有绝缘膜4'露出。
[0094]其次，形成由Ni (膜厚 8nm)/Pd(膜厚 200nm)/Au(膜厚 800nm)/Pt (膜厚 200nm)/Au(膜厚300nm)构成的焊垫电极6。焊垫电极6俯视(图1)时呈矩形状，不仅覆盖上部电极3，还覆盖第1隔板部5a及5a’、第2隔板部5b及5b’、第1隔板部5a与第2隔板部5b之间露出的绝缘膜4、第1隔板部5a’与第2隔板部5b’之间露出的绝缘膜V。最终层的膜厚300nm的Au在向下连接安装时通过与AuSn的共晶而合金化。
[0〇95] 其后，在基板1的下表面形成由Ti (膜厚6nm)/Au (膜厚200nm)/Pt (膜厚200nm)/Au(膜厚300nm)构成的下部电极7。
[0096]将具有以上构成的晶圆从基板侧起研磨成80μπι后，以Μ面作为解理面将晶圆劈裂成条状，成为多个条状晶圆。详细而言，通过将在2个条状晶圆间跨邻接的2个元件形成的Si02在中央予以分割，从而同时形成一个元件的第1隔板部5a与另一个元件的第2隔板部5b(关于第1隔板部5a’与第2隔板部5b’也相同)。此时，各元件的隔板部5a、5a’、5b及5b’的谐振器长度方向的宽度各自设为25μπι。另，第1隔板部5a及5a ’，其一个侧面与半导体部2的出射端面成齐平面。同样，第2隔板部5b及5b’，其一个侧面与半导体部的反射端面成齐平面。[0097 ]其次，在条状晶圆的出射端面以膜厚132nm形成A1203作为出射端面保护膜(出射侧镜面)。此外，在条状晶圆的反射端面以膜厚50nm形成Zr02之后，形成Si02(膜厚74nm)/Zr02(膜厚50nm)计6对，作为反射端面保护膜(反射侧镜面)。
[0098]其次，在平行于隆脊的方向切断条状晶圆，以谐振器长度(平行于隆脊的方向的长度)1200μπι获得宽度(与隆脊垂直的方向的长度)150μπι的半导体激光元件100。
[0099]再者，将半导体激光元件100向下连接安装于作为支撑构件8而形成有布线的由Α1Ν构成的次载具上。导电构件6使用AuSn共晶。如以上制作的实施例的半导体激光元件100可在向下连接安装时有效抑制倾斜，可实现稳定的安装。驱动所安装的半导体激光装置后，确认了设主波长为445nm的多模激光振荡。
[0100]〈比较例〉
[0101]向下连接安装时，为有效抑制倾斜，也考虑有在隆脊2a的两侧的大致整面上形成500nm厚度的Si02，实质上将焊垫电极6的表面整体平坦化的构成。但，若如此而构成，如上所述散热特性会恶化。为确认此点，作为比较例，如图11所示，制作了在隆脊2a的两侧在绝缘膜4、f的大致整面上均匀地形成Si02的半导体激光元件600，与实施例的半导体激光元件比较了散热性。即，比较例的半导体激光元件600是在实施例的半导体激光元件中代替以包围外周的方式形成的第1隔板部5a、5a’、第2隔板部5b、5b’及块部5c、5c’，而在隆脊2a的两侧形成覆盖绝缘膜4、4'的大致整面的Si02，除此之外与半导体激光元件100具有相同的构成。
[0102](评价)
[0103]图8显示过渡热阻测定结果。纵轴显示热阻值的相对值，横轴显示通电脉冲时间。可以认为显示芯片与次载具间的热阻值的PT = 0.01Sec左右的热阻值存在差异，可确认比比较例更小。从该结果来看，可理解半导体激光元件100与次载具间的散热性相较于比较例更优良。该热阻的差看起来可能很小，但作成W等级的高输出半导体激光元件的情况下，在高电流区域中发热量增大，故会因热阻的微差而使发热量产生较大的差。实际上，可理解即使如此的微差，也可使如后述的Ι-L特性或寿命特性产生较大的差。
[0104]图9中，显示实施例与比较例的Ι-L特性(电流-光输出特性)。实线是实施例，虚线是比较例。图9中横轴是电流值，纵轴是相对光输出。从图9中可明确，在实施例中若增大电流值则光输出也与其大致成比例地提高;在比较例中即使增大电流值，光输出仍不会线性提尚Ο
[0105]认为由于实施例的散热性优于比较例，故出现如此结果。
[0106]图10显示实施例与比较例的寿命特性。实线是实施例，虚线是比较例。图10中横轴是驱动时间，纵轴是相对光输出。从图9中可明确，在实施例中即使长时间驱动，光输出仍很少下降;而在比较例中若长时间驱动，光输出会大幅下降。认为由于实施例的散热性优于比较例，故出现如此结果。
[0107]如上所述，可确认本发明的实施例的半导体激光元件100可抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高。
[0108]符号说明
[0109]100、200 半导体激光元件
[0110]1基板
[0111]2半导体部
[0112]3上部电极
[0113]4,47绝缘膜
[0114]5a、5a， 第 1 隔板部
[0115]5b、5b， 第 2 隔板部
[0116]5c、5c’ 连结部
[0117]6焊垫电极
[0118]7下部电极
[0119]8支撑构件
[0120]9导电构件
【主权项】
1.一种半导体激光元件，其特征在于，具备: 基板;半导体部，其设置于上述基板上且在上述基板的相反侧的面具有隆脊；电极，其设置于上述隆脊上；绝缘膜，其设置于上述隆脊的两侧的半导体部上；及焊垫电极，其设置于上述电极上;该半导体激光元件将上述焊垫电极侧作为安装面侧， 上述焊垫电极在上述绝缘膜上延伸设置； 在上述半导体部与上述焊垫电极之间设置有隔板部， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面、与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面实质上处于相同的高度。2.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面的高低差小于50nmo3.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 位于上述隆脊上的焊垫电极的上表面与位于上述隔板部的上方的焊垫电极的上表面的高低差小于30nmo4.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 在平行于上述隆脊的长度方向的方向上，包含设置了隔板部的区域、和未设置隔板部的区域。5.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部包含在上述半导体部的一个端面附近配置的第1隔板部。6.如权利要求5所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部包含在上述半导体部的另一个端面附近配置的第2隔板部。7.如权利要求6所述的半导体激光元件，其中， 上述焊垫电极在谐振器长度方向上一体地覆盖上述第1隔板部的上表面、上述绝缘膜的上表面以及上述第2隔板部的上表面， 上述焊垫电极与上述绝缘膜直接相接。8.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 在上述半导体部的缘部具备朝隆脊的延伸方向延伸的段差部， 上述段差部被上述绝缘膜覆盖。9.如权利要求6所述的半导体激光元件，其中， 在上述半导体部的缘部具备朝隆脊的延伸方向延伸的段差部， 上述段差部被上述绝缘膜覆盖。10.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中， 上述隔板部由绝缘材料构成。
【专利摘要】本发明提供一种能够抑制向下连接接合时的倾斜，且散热性较高的隆脊型半导体激光元件，其具备：基板；设置于基板上且在基板的相反侧的面上具有隆脊的半导体部；设置于隆脊上的电极；设置于隆脊的两侧的半导体部上的绝缘膜；及设置于电极上的焊垫电极；且该半导体激光元件将焊垫电极侧作为安装面侧，该半导体激光元件在绝缘膜上延伸设置有焊垫电极，在半导体部与焊垫电极之间的与上述隆脊分离的一部分设置有隔板部。
【IPC分类】H01S5/22, H01S5/042, H01S5/022, B82Y20/00
【公开号】CN105490161
【申请号】CN201610019680
【发明人】枡井真吾, 川田康博, 藤本英之, 道上敦生
【申请人】日亚化学工业株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2012年7月4日
【公告号】CN103608986A, CN103608986B, EP2731212A1, EP2731212A4, US8995492, US20140140362, WO2013005759A1
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