JP3309953B2 - 窒化物半導体レーザダイオード - Google Patents
窒化物半導体レーザダイオードInfo
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- JP3309953B2 JP3309953B2 JP03679197A JP3679197A JP3309953B2 JP 3309953 B2 JP3309953 B2 JP 3309953B2 JP 03679197 A JP03679197 A JP 03679197A JP 3679197 A JP3679197 A JP 3679197A JP 3309953 B2 JP3309953 B2 JP 3309953B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉ
ｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）
よりなる窒化物半導体レーザダイオード（ＬＤ）に関
し、特に放熱性に優れた窒化物半導体レーザダイオード
に関する。
ｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）
よりなる窒化物半導体レーザダイオード（ＬＤ）に関
し、特に放熱性に優れた窒化物半導体レーザダイオード
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザダイオード（以下単に半導
体レーザという場合がある。）は、熱によってその特性
及び信頼性が著しく影響を受けるため、半導体レーザの
駆動には高電流密度によるジュール熱を放散すること
が、実用上、非常に大切である。熱の放散は、半導体レ
ーザをヒートシンクに接触させることによって行われて
いる。窒化物半導体レーザは、サファイアやスピネルの
ような絶縁性基板の上に成長されるため、正と負の電極
を窒化物半導体層側から取り出すいわゆるフリップチッ
プ形式である。例えば窒化物半導体レーザは、絶縁性基
板、ｎ型層、活性層、及びｐ型層を積層してなる基本構
造を有しており、電極はｐ型層と活性層とがエッチング
され、エッチングにより露出したｎ型層と最上層のｐ型
層とに設けられる。このような構造の場合、窒化物半導
体レーザは露出したｎ型層と最上層のｐ型層とに段差が
生じる。このような構造を有する半導体レーザチップの
一例を図１に模式的な断面図で示すと、図１は、基板
１、ｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層等の積層構
造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガイド層及び
光閉じこめ層等の積層構造を有する）を有し、更に窒化
物半導体層上の凹部にｎ−オーミック電極１１（負電
極）、凸部にｐ−オーミック電極１２（正電極）を設置
し、絶縁膜１３、ｐ−パット電極１５、ｎ−パット電極
１４を形成してある。そして高電流密度によるジュール
熱は電極を有する面を、リード電極４１及び４２を有す
るヒートシンク４０に接触させ放散される。
体レーザという場合がある。）は、熱によってその特性
及び信頼性が著しく影響を受けるため、半導体レーザの
駆動には高電流密度によるジュール熱を放散すること
が、実用上、非常に大切である。熱の放散は、半導体レ
ーザをヒートシンクに接触させることによって行われて
いる。窒化物半導体レーザは、サファイアやスピネルの
ような絶縁性基板の上に成長されるため、正と負の電極
を窒化物半導体層側から取り出すいわゆるフリップチッ
プ形式である。例えば窒化物半導体レーザは、絶縁性基
板、ｎ型層、活性層、及びｐ型層を積層してなる基本構
造を有しており、電極はｐ型層と活性層とがエッチング
され、エッチングにより露出したｎ型層と最上層のｐ型
層とに設けられる。このような構造の場合、窒化物半導
体レーザは露出したｎ型層と最上層のｐ型層とに段差が
生じる。このような構造を有する半導体レーザチップの
一例を図１に模式的な断面図で示すと、図１は、基板
１、ｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層等の積層構
造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガイド層及び
光閉じこめ層等の積層構造を有する）を有し、更に窒化
物半導体層上の凹部にｎ−オーミック電極１１（負電
極）、凸部にｐ−オーミック電極１２（正電極）を設置
し、絶縁膜１３、ｐ−パット電極１５、ｎ−パット電極
１４を形成してある。そして高電流密度によるジュール
熱は電極を有する面を、リード電極４１及び４２を有す
るヒートシンク４０に接触させ放散される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな図１の窒化物半導体レーザは、上記の如く１面２電
極のため負電極形成時に正電極を有するｐ側と負電極を
形成するｎ側との間でヒートシンクに接触する面に高低
差（段差）が生じ、フェイスダウンでヒートシンクに良
好なダイレクトボンディングができず、窒化物半導体レ
ーザの電極とヒートシンクとが十分に接触できない。そ
の結果、窒化物半導体レーザの放熱性が悪くなり、しき
い値が上昇し、寿命特性が劣化する等の問題が生じる。
そこで本発明の目的は、窒化物半導体レーザの放熱性を
向上させ、しきい値の上昇の抑制、寿命特性の向上を達
成させることである。
うな図１の窒化物半導体レーザは、上記の如く１面２電
極のため負電極形成時に正電極を有するｐ側と負電極を
形成するｎ側との間でヒートシンクに接触する面に高低
差（段差）が生じ、フェイスダウンでヒートシンクに良
好なダイレクトボンディングができず、窒化物半導体レ
ーザの電極とヒートシンクとが十分に接触できない。そ
の結果、窒化物半導体レーザの放熱性が悪くなり、しき
い値が上昇し、寿命特性が劣化する等の問題が生じる。
そこで本発明の目的は、窒化物半導体レーザの放熱性を
向上させ、しきい値の上昇の抑制、寿命特性の向上を達
成させることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
下記構成によって達成することができる。 （１） 同一面側に一対の正電極及び負電極を設けてな
る窒化物半導体レーザダイオードにおいて、正電極及び
負電極を有する面に正電極及び負電極を形成するのとは
別に、放熱体に接触可能な形状で形成された窒化物半導
体層（以下放熱部という場合がある。）を有してなるこ
とを特徴とする窒化物半導体レーザダイオード。
下記構成によって達成することができる。 （１） 同一面側に一対の正電極及び負電極を設けてな
る窒化物半導体レーザダイオードにおいて、正電極及び
負電極を有する面に正電極及び負電極を形成するのとは
別に、放熱体に接触可能な形状で形成された窒化物半導
体層（以下放熱部という場合がある。）を有してなるこ
とを特徴とする窒化物半導体レーザダイオード。
【０００５】更に、本発明の好ましいその他の態様
（２）及び（３）を以下に示す。 （２） 上記正電極と正電極及び負電極とは別に形成さ
れた窒化物半導体層とが高低差０〜２μｍ以内である前
記（１）に記載の窒化物半導体レーザダイオード。 （３） 正電極及び負電極とは別に形成された窒化物半
導体層に、負電極と電気的に接触された導電性材料が形
成され、フェイスダウンの状態で放熱体にマウントされ
ている請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザダイ
オード。
（２）及び（３）を以下に示す。 （２） 上記正電極と正電極及び負電極とは別に形成さ
れた窒化物半導体層とが高低差０〜２μｍ以内である前
記（１）に記載の窒化物半導体レーザダイオード。 （３） 正電極及び負電極とは別に形成された窒化物半
導体層に、負電極と電気的に接触された導電性材料が形
成され、フェイスダウンの状態で放熱体にマウントされ
ている請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザダイ
オード。
【０００６】
【発明の実施の形態】つまり、本発明は、正電極及び負
電極を有する面に正電極及び負電極を形成するのとは別
に、放熱体に接触可能な形状で形成された窒化物半導体
層（以下放熱部という場合がある。）を有することによ
って、窒化物半導体レーザダイオードの放熱体への接触
面積を増大し、半導体レーザの駆動において非常に問題
となる高電流密度によるジュール熱を良好に放散するこ
とができる。これによってしきい値の上昇を抑え、寿命
特性が著しく向上する。このような本発明の放熱部は、
半導体レーザの窒化物半導体層を積層後、レジストを塗
布しレジストに光を照射してエッチングする箇所を決め
る際に、所望する形状、つまり放熱体（例えばヒートシ
ンク等）に接触可能な形状となるように、放熱部となり
得る部分に露光せずエッチングすることで形成される。
このため、多数の工程を必要とする半導体レーザの製作
に特別新たな工程を必要とせず、簡易な方法で本発明の
放熱部を設けることができる。
電極を有する面に正電極及び負電極を形成するのとは別
に、放熱体に接触可能な形状で形成された窒化物半導体
層（以下放熱部という場合がある。）を有することによ
って、窒化物半導体レーザダイオードの放熱体への接触
面積を増大し、半導体レーザの駆動において非常に問題
となる高電流密度によるジュール熱を良好に放散するこ
とができる。これによってしきい値の上昇を抑え、寿命
特性が著しく向上する。このような本発明の放熱部は、
半導体レーザの窒化物半導体層を積層後、レジストを塗
布しレジストに光を照射してエッチングする箇所を決め
る際に、所望する形状、つまり放熱体（例えばヒートシ
ンク等）に接触可能な形状となるように、放熱部となり
得る部分に露光せずエッチングすることで形成される。
このため、多数の工程を必要とする半導体レーザの製作
に特別新たな工程を必要とせず、簡易な方法で本発明の
放熱部を設けることができる。
【０００７】放熱体とは、窒化物半導体レーザダイオー
ドに生じるジュール熱を吸収し放散する吸熱材料であ
り、例えばヒートシンク、サブマウント、ステムなどで
あり、熱を放散させるための熱伝導性の良い材料として
は、ダイヤモンド、ＢｅＯ、ＣｕＷ、ＡｌＮ、ｃＢＮ、
Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。特
に、放熱体がダイヤモンドであると熱伝導性が良く、更
に本発明の放熱部と組み合わせるとより良い効果が得ら
れる。また、放熱部とは、窒化物半導体レーザダイオー
ドに生じるジュール熱を放熱体に伝導させるため放熱体
に接触可能な形状で形成され、放熱体に接触し熱を放散
させるための部位であり、窒化物半導体よりなる。ここ
で、放熱部が放熱体に接触可能な形状で形成されとは、
放熱部が少なくとも放熱体に接触可能であれば良く、好
ましくは放熱部の最上層が窒化物半導体層の凹部に設け
られる負電極の上部より高く、つまり放熱部が負電極よ
りも放熱体に接触し易く形成され、更に好ましくは放熱
部の最上層と正電極が設けられている窒化物半導体層の
凸部の最上層との高低差が０〜２μｍで形成され、特に
好ましくは放熱体と水平に接触できるように放熱部が形
成される。
ドに生じるジュール熱を吸収し放散する吸熱材料であ
り、例えばヒートシンク、サブマウント、ステムなどで
あり、熱を放散させるための熱伝導性の良い材料として
は、ダイヤモンド、ＢｅＯ、ＣｕＷ、ＡｌＮ、ｃＢＮ、
Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。特
に、放熱体がダイヤモンドであると熱伝導性が良く、更
に本発明の放熱部と組み合わせるとより良い効果が得ら
れる。また、放熱部とは、窒化物半導体レーザダイオー
ドに生じるジュール熱を放熱体に伝導させるため放熱体
に接触可能な形状で形成され、放熱体に接触し熱を放散
させるための部位であり、窒化物半導体よりなる。ここ
で、放熱部が放熱体に接触可能な形状で形成されとは、
放熱部が少なくとも放熱体に接触可能であれば良く、好
ましくは放熱部の最上層が窒化物半導体層の凹部に設け
られる負電極の上部より高く、つまり放熱部が負電極よ
りも放熱体に接触し易く形成され、更に好ましくは放熱
部の最上層と正電極が設けられている窒化物半導体層の
凸部の最上層との高低差が０〜２μｍで形成され、特に
好ましくは放熱体と水平に接触できるように放熱部が形
成される。
【０００８】本発明の放熱部の設置位置は、放熱体に接
触可能な状態であればいずれでも良いが、放熱効率を高
めるため、凹部に形成された負電極及び／又は凸部に形
成された正電極に隣接させて形成するのが好ましい。こ
うすることで高電流密度によるジュール熱を蓄積し易い
電極から放熱部へ熱を効率良く伝導できる。また、放熱
部は、窒化物半導体レーザダイオード１単位の窒化物半
導体層上に２箇所以上形成されても良く、窒化物半導体
レーザダイオードの一般的に好ましいとされる大きさの
１単位内に可能なだけ形成されても良い。ここで、可能
なだけ形成しても良いとは、電極が形成されていない窒
化物半導体層を窒化物半導体レーザの性能の低下を引き
起こさない範囲で放熱部として形成することを意味す
る。また、凸部に設けられた正電極を有する窒化物半導
体層の最上層と放熱部の最上層の高さを０〜２μｍ以内
にすると、従来の窒化物半導体レーザダイオードのよう
に著しい段差がなくなり、窒化物半導体レーザダイオー
ドの正及び負電極を有する面を放熱体に接触させても斜
めにならず良好に接触でき、放熱性が著しく改善され
る。また、放熱部は窒化物半導体であるので熱伝導性に
優れており、この点でも放熱部が熱を放散するのに適し
ている。
触可能な状態であればいずれでも良いが、放熱効率を高
めるため、凹部に形成された負電極及び／又は凸部に形
成された正電極に隣接させて形成するのが好ましい。こ
うすることで高電流密度によるジュール熱を蓄積し易い
電極から放熱部へ熱を効率良く伝導できる。また、放熱
部は、窒化物半導体レーザダイオード１単位の窒化物半
導体層上に２箇所以上形成されても良く、窒化物半導体
レーザダイオードの一般的に好ましいとされる大きさの
１単位内に可能なだけ形成されても良い。ここで、可能
なだけ形成しても良いとは、電極が形成されていない窒
化物半導体層を窒化物半導体レーザの性能の低下を引き
起こさない範囲で放熱部として形成することを意味す
る。また、凸部に設けられた正電極を有する窒化物半導
体層の最上層と放熱部の最上層の高さを０〜２μｍ以内
にすると、従来の窒化物半導体レーザダイオードのよう
に著しい段差がなくなり、窒化物半導体レーザダイオー
ドの正及び負電極を有する面を放熱体に接触させても斜
めにならず良好に接触でき、放熱性が著しく改善され
る。また、放熱部は窒化物半導体であるので熱伝導性に
優れており、この点でも放熱部が熱を放散するのに適し
ている。
【０００９】本発明は、正電極及び負電極を有する同一
面の少なくとも１箇所以上に窒化物半導体層からなる放
熱部を有している窒化物半導体レーザダイオードであれ
ば良く、窒化物半導体レーザダイオードにおける放熱部
以外のその他の構成（窒化物半導体層の層構成、電極の
形状及び材質等）は特に限定されず、公知の種種の窒化
物半導体レーザダイオードの構成が適用できる。
面の少なくとも１箇所以上に窒化物半導体層からなる放
熱部を有している窒化物半導体レーザダイオードであれ
ば良く、窒化物半導体レーザダイオードにおける放熱部
以外のその他の構成（窒化物半導体層の層構成、電極の
形状及び材質等）は特に限定されず、公知の種種の窒化
物半導体レーザダイオードの構成が適用できる。
【００１０】以下、図面を用いて本発明の放熱部を有す
る窒化物半導体レーザダイオードについて具体的に説明
する。図２は、本発明の一実施態様である窒化物半導体
レーザダイオードの模式的な断面図である。図２は、基
板１上にｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層等の積
層構造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガイド層
及び光閉じこめ層等の積層構造を有する）を積層し、エ
ッチング処理で形成した凹部のｎ型窒化物半導体層上に
ｎ−オーミック電極１１（負電極）、エッチングされな
い凸部のｐ型窒化物半導体層にｐ−オーミック電極１２
（正電極）を各々設置し、ｐ−オーミック電極１２を有
するｐ型窒化物半導体層の面上及び図２に示す様に窒化
物半導体層の側面から露出しているｎ型層上に絶縁膜１
３を形成し、ｐ側のｐ−オーミック電極１２上にｐ−パ
ット電極１５を形成し、ｎ側のｎ−オーミック電極１１
上からｎ−オーミック電極１１に隣接しエッチングで除
去されない窒化物半導体層の放熱部３０にｎ−パット電
極１４を図２のように形成し、ｐ−パット電極１５とリ
ード電極４２、及びｎ−パット電極１４とリード電極４
１とを導電性材料５２、５１でそれそれヒートシンク４
０にダイレクトボンディングしてなる窒化物半導体レー
ザダイオード１０１である。
る窒化物半導体レーザダイオードについて具体的に説明
する。図２は、本発明の一実施態様である窒化物半導体
レーザダイオードの模式的な断面図である。図２は、基
板１上にｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層等の積
層構造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガイド層
及び光閉じこめ層等の積層構造を有する）を積層し、エ
ッチング処理で形成した凹部のｎ型窒化物半導体層上に
ｎ−オーミック電極１１（負電極）、エッチングされな
い凸部のｐ型窒化物半導体層にｐ−オーミック電極１２
（正電極）を各々設置し、ｐ−オーミック電極１２を有
するｐ型窒化物半導体層の面上及び図２に示す様に窒化
物半導体層の側面から露出しているｎ型層上に絶縁膜１
３を形成し、ｐ側のｐ−オーミック電極１２上にｐ−パ
ット電極１５を形成し、ｎ側のｎ−オーミック電極１１
上からｎ−オーミック電極１１に隣接しエッチングで除
去されない窒化物半導体層の放熱部３０にｎ−パット電
極１４を図２のように形成し、ｐ−パット電極１５とリ
ード電極４２、及びｎ−パット電極１４とリード電極４
１とを導電性材料５２、５１でそれそれヒートシンク４
０にダイレクトボンディングしてなる窒化物半導体レー
ザダイオード１０１である。
【００１１】放熱部３０は、図面に向かってｎ−オーミ
ック電極１１の左隣の窒化物半導体層をエッチングで除
去せずに残存させヒートシンク４０に接触可能な形状で
形成されている。放熱部３０がｎ−オーミック電極１１
の左隣に設けられることにより、電極に生じるジュール
熱を効率良くヒートシンク４０に放散させることができ
る。また、放熱部３０の高さをｐ−オーミック電極１２
を有するｐ側の窒化物半導体層と同一にし、更にｐ−オ
ーミック電極１２の厚みと同一に絶縁膜１３をｐ−オー
ミック電極１２の両側に設けることにより、窒化物半導
体レーザダイオード１０１の正及び負電極を有する面が
ヒートシンク４０に良好に接触できるようになる。また
放熱部３０にｎ−オーミック電極１１と電気的に接触さ
れたｎ−パット電極１４及びｐ−オーミック電極１２と
電気的に接触されたｐ−パット電極１５を厚みを考慮し
て各々設けることで、ｐ側とｎ側の高低差をほぼ０μｍ
に調整することができ、窒化物半導体レーザダイオード
１０１とヒートシンク４０とが水平に接触でき、より一
層効率的に熱の放散が行われる。
ック電極１１の左隣の窒化物半導体層をエッチングで除
去せずに残存させヒートシンク４０に接触可能な形状で
形成されている。放熱部３０がｎ−オーミック電極１１
の左隣に設けられることにより、電極に生じるジュール
熱を効率良くヒートシンク４０に放散させることができ
る。また、放熱部３０の高さをｐ−オーミック電極１２
を有するｐ側の窒化物半導体層と同一にし、更にｐ−オ
ーミック電極１２の厚みと同一に絶縁膜１３をｐ−オー
ミック電極１２の両側に設けることにより、窒化物半導
体レーザダイオード１０１の正及び負電極を有する面が
ヒートシンク４０に良好に接触できるようになる。また
放熱部３０にｎ−オーミック電極１１と電気的に接触さ
れたｎ−パット電極１４及びｐ−オーミック電極１２と
電気的に接触されたｐ−パット電極１５を厚みを考慮し
て各々設けることで、ｐ側とｎ側の高低差をほぼ０μｍ
に調整することができ、窒化物半導体レーザダイオード
１０１とヒートシンク４０とが水平に接触でき、より一
層効率的に熱の放散が行われる。
【００１２】このように、半導体レーザダイオード１０
１をヒートシンク４０に接触させる際、放熱部３０が形
成されているためｐ側とｎ側との間に段差が発生せず半
導体レーザダイオード１０１がヒートシンク４０とほぼ
水平状に接触できる。更に放熱部３０が窒化物半導体と
同一材料よりなっているので、活性層３の発熱が迅速に
放熱部３０に伝わる。更に放熱部３０には熱伝導率の良
いＡｕ、Ａｇ、Ａｕ／Ｇｅ等の金属材料よりなるｎ−パ
ット電極１４が設けられているので、熱がこの部材を介
して効率良くヒートシンク４０に伝導される。
１をヒートシンク４０に接触させる際、放熱部３０が形
成されているためｐ側とｎ側との間に段差が発生せず半
導体レーザダイオード１０１がヒートシンク４０とほぼ
水平状に接触できる。更に放熱部３０が窒化物半導体と
同一材料よりなっているので、活性層３の発熱が迅速に
放熱部３０に伝わる。更に放熱部３０には熱伝導率の良
いＡｕ、Ａｇ、Ａｕ／Ｇｅ等の金属材料よりなるｎ−パ
ット電極１４が設けられているので、熱がこの部材を介
して効率良くヒートシンク４０に伝導される。
【００１３】ｐ−オーミック電極１２を有するｐ型窒化
物半導体層の最上層と放熱部３０の最上層との高低差が
０〜２μｍ、好ましくは０〜１μｍであるとヒートシン
ク４０との接触が良好となり、熱伝導性が更に向上し、
また、ヒートシンク４０に対してほぼ水平にボンディン
グできるため窒化物半導体レーザ製造上、分留が向上し
て好都合である。ｐ−パット電極１５及びｎ−パット電
極１４をダイレクトボンディングする導電性材料５１及
び５２はＩｎ、ＰｂＳｎ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ等の半田
材、銀ペースト、Ｉｎペースト等を使用することができ
る。
物半導体層の最上層と放熱部３０の最上層との高低差が
０〜２μｍ、好ましくは０〜１μｍであるとヒートシン
ク４０との接触が良好となり、熱伝導性が更に向上し、
また、ヒートシンク４０に対してほぼ水平にボンディン
グできるため窒化物半導体レーザ製造上、分留が向上し
て好都合である。ｐ−パット電極１５及びｎ−パット電
極１４をダイレクトボンディングする導電性材料５１及
び５２はＩｎ、ＰｂＳｎ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ等の半田
材、銀ペースト、Ｉｎペースト等を使用することができ
る。
【００１４】図３は、本発明の一実施態様である窒化物
半導体レーザダイオードの模式的な断面図である。図３
は、基板１上にｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層
等の積層構造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガ
イド層及び光閉じこめ層等の積層構造を有する）を積層
し、エッチング処理でリッジ形状にされたｐ型窒化物半
導体層の最上層にｐ−オーミック電極１２を設置し、エ
ッチング処理でｎ型窒化物半導体層に形成された凹部の
ｎ型窒化物半導体層上にｎ−オーミック電極１１を設置
し、ｎ−オーミック電極１１に隣接して放熱部３０及び
ｐ側のリッジを形成した以外のｐ側の窒化物半導体層に
放熱部３１を各々設け、ｐ−パット電極１５とリード電
極４２、及びｎ−パット電極１４とリード電極４１とを
導電性材料５２、５１でそれぞれヒートシンク４０でダ
イレクトボンディングしてなる窒化物半導体レーザダイ
オード１０２である。本発明は、従来、図１に示す様に
リッジを形成する場合、ｐ側の窒化物半導体層は図１の
ｐ型層４の様にエッチングされるのに対し、従来除去さ
れていたリッジのサイドの窒化物半導体をエッチングで
除去することなく残存させ放熱部３１を形成すること
で、放熱部３０に加えてヒートシンク４０への熱伝導性
が向上する。更にリッジの形成位置をレーザの構成など
と加味し、その都度適切に選択することで、例えばｐ型
窒化物半導体層の中央や端部などを選択することで、放
熱部３１を容易に形成でき且つ放熱部３１の性能を十分
に発揮させる等のことができる。このように、リッジが
ｐ側の左端であるときはｐ側窒化物半導体層の中央から
右端にかけて、又、図示されてないが、リッジがｐ側の
中央であるときはリッジの両側に、各々放熱部を設ける
など、電極が形成されてないｐ側及びｎ側の窒化物半導
体層上に可能なだけ放熱部を形成することができる。
半導体レーザダイオードの模式的な断面図である。図３
は、基板１上にｎ型層２（光ガイド層及び光閉じこめ層
等の積層構造を有する）、活性層３、ｐ型層４（光りガ
イド層及び光閉じこめ層等の積層構造を有する）を積層
し、エッチング処理でリッジ形状にされたｐ型窒化物半
導体層の最上層にｐ−オーミック電極１２を設置し、エ
ッチング処理でｎ型窒化物半導体層に形成された凹部の
ｎ型窒化物半導体層上にｎ−オーミック電極１１を設置
し、ｎ−オーミック電極１１に隣接して放熱部３０及び
ｐ側のリッジを形成した以外のｐ側の窒化物半導体層に
放熱部３１を各々設け、ｐ−パット電極１５とリード電
極４２、及びｎ−パット電極１４とリード電極４１とを
導電性材料５２、５１でそれぞれヒートシンク４０でダ
イレクトボンディングしてなる窒化物半導体レーザダイ
オード１０２である。本発明は、従来、図１に示す様に
リッジを形成する場合、ｐ側の窒化物半導体層は図１の
ｐ型層４の様にエッチングされるのに対し、従来除去さ
れていたリッジのサイドの窒化物半導体をエッチングで
除去することなく残存させ放熱部３１を形成すること
で、放熱部３０に加えてヒートシンク４０への熱伝導性
が向上する。更にリッジの形成位置をレーザの構成など
と加味し、その都度適切に選択することで、例えばｐ型
窒化物半導体層の中央や端部などを選択することで、放
熱部３１を容易に形成でき且つ放熱部３１の性能を十分
に発揮させる等のことができる。このように、リッジが
ｐ側の左端であるときはｐ側窒化物半導体層の中央から
右端にかけて、又、図示されてないが、リッジがｐ側の
中央であるときはリッジの両側に、各々放熱部を設ける
など、電極が形成されてないｐ側及びｎ側の窒化物半導
体層上に可能なだけ放熱部を形成することができる。
【００１５】図３の放熱部３１の窒化物半導体の最上層
とリッジの窒化物半導体の最上層の高さを一致させるの
が好ましく、更に放熱部３１の最上層、リッジの最上層
及び放熱部３０の高さを一致させるのがより好ましい。
こうすることで窒化物半導体層上の正及び負電極とヒー
トシンクとの接触性が良好となり、放熱性が向上する。
図３では、リッジの電極１２の両側に絶縁膜１３を設
け、更にｐ側にｐ−パット電極１５、ｎ側にｎ−パット
電極１４を設け、ｐ側とｎ側の高低差をほぼ同一にして
ある。また、本発明は、ｐ側とｎ側の高低差が少なくな
ると、ダイレクトボンディングする導電性材料の量も少
なくてすむので正負の電極間がショートする確率が少な
くなり産業上の利用価値が増大する。
とリッジの窒化物半導体の最上層の高さを一致させるの
が好ましく、更に放熱部３１の最上層、リッジの最上層
及び放熱部３０の高さを一致させるのがより好ましい。
こうすることで窒化物半導体層上の正及び負電極とヒー
トシンクとの接触性が良好となり、放熱性が向上する。
図３では、リッジの電極１２の両側に絶縁膜１３を設
け、更にｐ側にｐ−パット電極１５、ｎ側にｎ−パット
電極１４を設け、ｐ側とｎ側の高低差をほぼ同一にして
ある。また、本発明は、ｐ側とｎ側の高低差が少なくな
ると、ダイレクトボンディングする導電性材料の量も少
なくてすむので正負の電極間がショートする確率が少な
くなり産業上の利用価値が増大する。
【００１６】
【実施例】以下有機金属気相成長法により、本発明の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造し放熱性の
改善によるしきい値の上昇の抑制及び寿命特性について
以下に本発明の一実施例及び比較例を示し比較した。 ［比較例］ＭＯＣＶＤを用いてサファイア基板上に成長
させたＧａＮ系化合物半導体青色発光素子を図１のよう
なｐ層形状が残るようにｐ型ＧａＮ層、及びｎ型ＩｎＧ
ａＮ層の一部をエッチングにより取り除いた後、ｐ型化
処理を行い最上層のｐ型ＧａＮ層を更に低抵抗化する。
図１の様にｐ型層にはｐ−オーミック電極１２、ｎ型層
にはｎ−オーミック電極１１を形成し、これを５００℃
で熱処理を行い、フェイスダウンでダイボンドし、後は
常法に従いレーザダイオードとした。この素子をパルス
で発振を試みたところ、しきい値電流密度は５ＫＡ／ｃ
ｍ2で１時間後の出力は６０％低下していた。 ［実施例］実施例において、図３のようにｐ側及びｎ側
にリッジ高さと同一の放熱部３０、３１を設け（ｐ−Ｇ
ａＮをエッチングせず、所望する形状で残す）、ｐ側と
ｎ側の高低差をなくし、このｐ及びｎ側の放熱部３０、
３１にまでパット電極を形成する様に変える以外は比較
例と同様にしてレーザダイオードとした。この素子をパ
ルスで発振を試みたところ、しきい値電流密度は３．５
ＫＡ／ｃｍ2で１時間後の出力は１０％低下した。
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造し放熱性の
改善によるしきい値の上昇の抑制及び寿命特性について
以下に本発明の一実施例及び比較例を示し比較した。 ［比較例］ＭＯＣＶＤを用いてサファイア基板上に成長
させたＧａＮ系化合物半導体青色発光素子を図１のよう
なｐ層形状が残るようにｐ型ＧａＮ層、及びｎ型ＩｎＧ
ａＮ層の一部をエッチングにより取り除いた後、ｐ型化
処理を行い最上層のｐ型ＧａＮ層を更に低抵抗化する。
図１の様にｐ型層にはｐ−オーミック電極１２、ｎ型層
にはｎ−オーミック電極１１を形成し、これを５００℃
で熱処理を行い、フェイスダウンでダイボンドし、後は
常法に従いレーザダイオードとした。この素子をパルス
で発振を試みたところ、しきい値電流密度は５ＫＡ／ｃ
ｍ2で１時間後の出力は６０％低下していた。 ［実施例］実施例において、図３のようにｐ側及びｎ側
にリッジ高さと同一の放熱部３０、３１を設け（ｐ−Ｇ
ａＮをエッチングせず、所望する形状で残す）、ｐ側と
ｎ側の高低差をなくし、このｐ及びｎ側の放熱部３０、
３１にまでパット電極を形成する様に変える以外は比較
例と同様にしてレーザダイオードとした。この素子をパ
ルスで発振を試みたところ、しきい値電流密度は３．５
ＫＡ／ｃｍ2で１時間後の出力は１０％低下した。
【００１７】以上のように放熱部を設置してある実施例
は、放熱部を有してない比較例に比べしきい値電流密度
が低く出力の低下が少なく寿命特性が良好である。
は、放熱部を有してない比較例に比べしきい値電流密度
が低く出力の低下が少なく寿命特性が良好である。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明は、正電極及び負電
極を有する面に放熱部を形成することによって、放熱性
を改善し、しきい値の上昇を抑え、寿命特性が著しく向
上する。更に、本発明は正電極を有するｐ側窒化物半導
体層の高さ、正電極を有するｐ側に放熱部を有する場合
は放熱部の高さ、及びｎ側の放熱部の高さが、高低差内
０〜２μｍであると放熱体との接触をより良好にし、更
に好ましい効果が得られる。更に、その他の効果とし
て、本発明は、半導体レーザダイオードと放熱体がほぼ
平行に接触するため、レーザ光を集光するためのレンズ
の設計も容易になる。更に、その他の効果として、本発
明は、窒化物半導体層の電極を有する面でｐ側とｎ側の
高低差が少なくなると、ダイレクトボンディングする導
電性材料の量も少なくてすむので正電極と負電極間がシ
ョートする確率が少なくなり産業上の利用価値が増大す
る。
極を有する面に放熱部を形成することによって、放熱性
を改善し、しきい値の上昇を抑え、寿命特性が著しく向
上する。更に、本発明は正電極を有するｐ側窒化物半導
体層の高さ、正電極を有するｐ側に放熱部を有する場合
は放熱部の高さ、及びｎ側の放熱部の高さが、高低差内
０〜２μｍであると放熱体との接触をより良好にし、更
に好ましい効果が得られる。更に、その他の効果とし
て、本発明は、半導体レーザダイオードと放熱体がほぼ
平行に接触するため、レーザ光を集光するためのレンズ
の設計も容易になる。更に、その他の効果として、本発
明は、窒化物半導体層の電極を有する面でｐ側とｎ側の
高低差が少なくなると、ダイレクトボンディングする導
電性材料の量も少なくてすむので正電極と負電極間がシ
ョートする確率が少なくなり産業上の利用価値が増大す
る。
【図１】従来の窒化物半導体レーザダイオードの模式的
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の一実施態様である窒化物半導体レーザ
ダイオードの模式的断面図である。
ダイオードの模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施態様である窒化物半導体レーザ
ダイオードの模式的断面図である。
ダイオードの模式的断面図である。
１・・・基板 ２・・・ｎ型層 ３・・・活性層 ４・・・ｐ型層 １１・・・ｎ−オーミック電極 １２・・・ｐ−オーミック電極 １３・・・絶縁膜 １４・・・ｎ−パット電極 １５・・・ｐ−パット電極 ３０、３１・・・放熱部 ４０・・・ヒートシンク ４１、４２・・・リード電極 ５１、５２・・・導電性材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上にｎ型層、活性層、ｐ型層を積層
し、エッチングによってリッジが形成されたｐ型窒化物
半導体層を有し、同一面側に一対の正電極および負電極
を設けてなる、窒化物半導体レーザダイオードにおい
て、 エッチングにより露出した凹部のｎ型窒化物半導体層上
に負電極、エッチングされない凸部のｐ型窒化物半導体
層のリッジ上に正電極を設置し、正電極および負電極を
有する面に、正電極及び負電極とは別に、前記負電極に
隣接し、エッチングで除去されない窒化物半導体層から
なる放熱部と、 前記正電極が形成されるｐ型窒化物半導体層のリッジの
サイドのｐ型窒化物半導体層を残存させ、リッジ高さと
同一にした放熱部と、を各々設けることを特徴とする窒
化物半導体レーザダイオード。 - 【請求項２】 前記負電極に隣接し、エッチングによっ
て除去されない窒化物半導体からなる放熱部に、負電極
と電気的に接触された導電性材料が形成され、フェイス
ダウンの状態で放熱体にマウントされている請求項１に
記載の窒化物半導体レーザダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03679197A JP3309953B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 窒化物半導体レーザダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03679197A JP3309953B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 窒化物半導体レーザダイオード |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001381604A Division JP3786000B2 (ja) | 2001-12-14 | 2001-12-14 | 窒化物半導体レーザダイオードとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10233549A JPH10233549A (ja) | 1998-09-02 |
| JP3309953B2 true JP3309953B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12479621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03679197A Expired - Fee Related JP3309953B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 窒化物半導体レーザダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3309953B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791119B2 (en) | 2001-02-01 | 2004-09-14 | Cree, Inc. | Light emitting diodes including modifications for light extraction |
| US6794684B2 (en) | 2001-02-01 | 2004-09-21 | Cree, Inc. | Reflective ohmic contacts for silicon carbide including a layer consisting essentially of nickel, methods of fabricating same, and light emitting devices including the same |
| US7211833B2 (en) | 2001-07-23 | 2007-05-01 | Cree, Inc. | Light emitting diodes including barrier layers/sublayers |
| US6740906B2 (en) | 2001-07-23 | 2004-05-25 | Cree, Inc. | Light emitting diodes including modifications for submount bonding |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3230785B2 (ja) * | 1993-11-11 | 2001-11-19 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JPH07235729A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-09-05 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
| JPH1041585A (ja) * | 1996-07-17 | 1998-02-13 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法 |
| JPH10200213A (ja) * | 1997-01-14 | 1998-07-31 | Nec Corp | 窒化ガリウム系半導体レーザ |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP03679197A patent/JP3309953B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10233549A (ja) | 1998-09-02 |
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