(57)【要約】  半導体発光装置（１）は、基体（３０）と、基体（３０）上に位置するサブマウント（２０）と、サブマウント（２０）上に位置する半導体レーザ（１０）とを備え、半導体レーザ（１０）とサブマウント（２０）とは、第１の接合材（４１）で接合され、基体（３０）とサブマウント（２０）とは、第２の接合材（４２）で接合され、サブマウント（２０）の基体（３０）側には、スペーサ（２２）が配置された第１の領域（Ｒ１）と、スペーサ（２２）が配置されていない第２の領域（Ｒ２）とが存在し、サブマウント（２０）は、第２の領域（Ｒ１）の少なくとも一部が第２の接合材（４２）で覆われることにより基体（３０）と接合されている。
2020031944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、
前記サブマウントの前記基体側には、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とが存在し、
前記サブマウントは、前記第２の領域の少なくとも一部が前記第２の接合材で覆われることにより前記基体と接合されている、
半導体発光装置。
【請求項２】
前記サブマウントは、サブマウント本体を有し、
前記スペーサは、前記サブマウント本体に設けられている、
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記スペーサは、複数設けられている、
請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
少なくとも２つの前記スペーサの間は、前記第２の接合材で実質的に埋め込まれている、
請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
複数の前記スペーサは、２次元的に分散して配置されている、
請求項３または４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
複数の前記スペーサのうち少なくとも一つは、前記半導体発光素子と重なっている、
請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
隣り合う２つの前記スペーサの間隔は、１００μｍ以上である、
請求項３〜６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記サブマウント本体は、直方体であり、
前記スペーサは、少なくとも４個設けられており、
４個の前記スペーサの各々は、前記サブマウント本体の４つの角の付近に配置されている、
請求項２〜７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記サブマウント本体の前記基体側の面には、前記スペーサが配置されていない角が存在する、
請求項２〜８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記スペーサの側面は、前記サブマウント本体の側面から離れている、
請求項２〜８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記スペーサの側面と前記サブマウント本体の側面との距離は、５０μｍ以上である、
請求項１０に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記スペーサの中心部の厚さは、前記スペーサの周辺部の厚さより厚い、
請求項２〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記スペーサは、前記サブマウント本体の前記基体側の面と対面する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の側面である第３の面とを有する、
請求項２〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記第２の面に、第２の金属膜が配置されている、
請求項１３に記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記第２の金属膜は、前記第３の面にも配置されている
請求項１４に記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
前記第２の金属膜は、前記第２の領域にも配置されている、
請求項１５に記載の半導体発光装置。
【請求項１７】
前記第２の面と前記第３の面とは、第１の曲面で接続されている、
請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
前記第３の面は、曲面を有する、
請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
前記第３の面は、少なくとも第１の側面と第２の側面とを有し、
前記第１の側面と前記第２の側面とは、第２の曲面で接続されている、
請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
前記第２の曲面の曲率半径は、２５μｍ以上である、
請求項１９に記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
前記スペーサの最小幅は、５０μｍ以上である、
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
前記第１の領域における前記スペーサと前記サブマウント本体の前記基体側の面との間に、第１の金属膜が配置されている、
請求項２〜２１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２３】
前記第１の金属膜は、前記第２の領域における前記サブマウント本体の前記基体側の面に配置されている
請求項２２に記載の半導体発光装置。
【請求項２４】
前記第１の金属膜は、第１の密着層と変質防止層とを有し、
前記第１の密着層と前記変質防止層は、前記サブマウント本体から前記スペーサに向かってこの順で配置されている、
請求項２２または２３に記載の半導体発光装置。
【請求項２５】
前記サブマウントの前記第２の領域における前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、
前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす、
【数１】
2020031944.tif 000023
【数２】
2020031944.tif 000024
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２６】
前記第２の接合材は、ＡｕＳｎによって構成されており、
前記サブマウントの前記第２の領域における前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材がＡｕＳｎの場合の前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＤ［ｍ］としたときに、以下の（式３）および（式４）を満たす、
【数３】
2020031944.tif 000025
【数４】
2020031944.tif 000026
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２７】
前記スペーサの主成分は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの中から選ばれる金属、または、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの少なくともいずれか一つを含む合金である、
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２８】
前記第２の接合材は、前記基体上において、平面視で前記サブマウントの外側へ広がって形成されている、
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２９】
前記第２の接合材は、前記サブマウントの側面の少なくとも一部を覆っている、
請求項２８に記載の半導体発光装置。
【請求項３０】
前記第１の接合材の厚さは、前記第２の接合材の厚さより薄い、
請求項１〜２９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３１】
前記サブマウントの前記基体側の面の面積は、０．６ｍｍ２以上である、
請求項１〜３０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３２】
前記半導体発光装置は、１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が、前記温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下である、
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３３】
前記サブマウントのベース材料の熱伝導率は、１３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上である、
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３４】
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数は、５×１０−６Ｋ−１以下である、
請求項１〜３３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３５】
前記基体の熱伝導率は、２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１より大きい、
請求項１〜３４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３６】
前記サブマウントのベース材料と前記基体の熱膨張係数の差は、１１×１０−６Ｋ−１より大きい、
請求項１〜３５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３７】
前記半導体発光素子は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザは、当該半導体レーザにおける消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する、
請求項１〜３６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３８】
前記基体の表面には複数の凹部が設けられ、
前記スペーサの厚さは、前記凹部の深さより大きい、
請求項１〜３７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３９】
基体と、
前記基体上に位置し、サブマウント本体を有するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、
前記半導体発光素子は、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する半導体レーザであり、
１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が、前記温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下であり、
前記サブマウント本体の前記基体側の主面の面積は、０．６ｍｍ２以上であり、
前記第１の接合材の厚さは、３μｍより小さく、
前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウント本体の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、
前記サブマウント本体の幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウント本体の長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす、
【数５】
2020031944.tif 000027
【数６】
2020031944.tif 000028
半導体発光装置。
【請求項４０】
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、
前記基体の最表面には、金層または金を含む層が１μｍ以上の厚さで形成され、
前記半導体発光素子は、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する半導体レーザであり、
前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、
前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす、
【数７】
2020031944.tif 000029
【数８】
2020031944.tif 000030
半導体発光装置。
【請求項４１】
第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記第１の主面側に位置する半導体発光素子とを備え、
前記サブマウントと前記半導体発光素子とは、第１の接合材で接合され、
前記サブマウントの前記第２の主面側には、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とが存在する、
半導体発光装置。
【請求項４２】
サブマウント本体を有するサブマウントと基体とを備える半導体発光装置の製造方法であって、
前記サブマウント本体は、半導体発光素子が搭載される側の第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面とを有し、
前記サブマウント本体の前記第２の主面は、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とを有し、
前記半導体発光装置の製造方法は、
前記第２の主面が前記基体に向くようにして、融解した接合材を介して前記サブマウントを前記基体上に配置する工程と、
前記融解した接合材を冷却して前記サブマウントを前記基体に固定する工程とを含む、
半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子は、価格の安さや使用方法の簡便さといった利点から、多くの光学システムに利用されている。例えば、光ディスク装置における信号の読み取りや書き込みを行うための光源または光通信システムにおける光通信用の光源などでは、比較的光出力の小さな半導体レーザが用いられる。近年、レーザ光の高出力化にともなって、半導体レーザは、照明用光源やレーザ加工装置の光源などに応用範囲が拡大している。【０００３】
その中でも、紫外から緑色までの波長のレーザ光が得られるＧａＮ系半導体レーザの開発が進められている。ＧａＮ系半導体レーザは、例えば、照明用光源に用いることができる。この場合、青色のレーザ光を出射する半導体レーザと青色光を吸収して黄色の蛍光を放射する蛍光体とを組み合わせることで白色光を放射する白色光源を構成することができる。半導体レーザから出射する光は、発光ダイオードの光に比べて、より小さな集光スポットを蛍光体の上に形成することができる。そのため、半導体レーザを用いることで、指向性の高い照明用光源を実現することができる。このため、半導体レーザを用いた照明用光源は、遠方照射が必要なスポットライトまたは自動車用ヘッドランプのハイビームなどに好適である。【０００４】
しかしながら、自動車用ヘッドランプの使用環境は、半導体レーザにとっては非常に過酷なものとなる。このため、自動車用ヘッドランプの光源に用いられる半導体レーザについては、寒冷地での使用を想定した低温から真夏のエンジンルームの近くを想定した高温までの広い温度範囲で動作する必要がある。【０００５】
しかも、照明用光源から照射される光は明るいものであることが望ましいので、レーザ光の出力にはより高い値が求められる。一方、高い光出力でレーザ光を出射する半導体レーザは、多くの熱を発生する。そのため、半導体レーザで発生した熱を効率よく外部へ伝えるために、半導体レーザを搭載するパッケージ構造としては放熱性に優れたものが必要になる。【０００６】
したがって、自動車用ヘッドランプの光源に用いられる半導体レーザにとっては、優れた放熱性を有するとともに広い温度域の温度サイクルに対して堅牢なパッケージ構造を実現することが重要になっている。【０００７】
従来、この種のパッケージ構造が特許文献１に開示されている。図３０は、特許文献１に開示された光半導体デバイスのパッケージ構造を示している。図３０に示すように、特許文献１に開示された光半導体デバイスチップ１０１０は、ＡｕＳｎはんだ１０４１を介してサブマウント１０２０に接続されている。サブマウント１０２０は、ＡｕＳｎはんだ１０４２を介して金属の放熱ブロック１０３０に接続されている。【０００８】
サブマウント１０２０の放熱ブロック１０３０と接続する側の面には、ストライプ状の溝１０２８が形成されている。この溝１０２８を埋めないようにサブマウント１０２０と放熱ブロック１０３０とがＡｕＳｎはんだ１０４２によって接合されている。これにより、溝１０２８の中には空洞１０２９が形成されるので、空洞１０２９の周辺でＡｕＳｎはんだ１０４２やサブマウント１０２０が弾性的に変形する。この結果、サブマウント１０２０と放熱ブロック１０３０との間に発生する熱ひずみを緩和することができる。【０００９】
また、図３１は、特許文献２に開示された発光ダイオードモジュールのパッケージ構造を示している。図３１に示すように、特許文献２に開示されたパッケージ構造では、複数のＬＥＤチップ２０１０が配線基板２０２０に接続されている。配線基板２０２０は、接合材２０４２を介して放熱基板２０３０に接続されている。配線基板２０２０と放熱基板２０３０との間には、接合材２０４２ほかに、支持材２０５０が配置されている。支持材２０５０の材料には、樹脂材料や金属バンプが用いられる。【００１０】
また、図３２は、特許文献３に開示された発光装置のパッケージ構造を示している。図３２に示すように、特許文献３に開示されたパッケージ構造では、複数の発光素子３０１０が実装されたセラミックス基板３０２０を複数の金属バンプ３０４０を介して実装基板３０３０に接続している。複数の金属バンプ３０４０の間には樹脂が埋め込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２１４７９１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１６３５９３号
【特許文献３】特開２０１６−７２４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された構成では、放熱性に優れるとともに温度サイクルに対して堅牢なパッケージ構造を実現することが難しい。【００１３】
例えば、図３０に示す特許文献１に開示されたパッケージ構造および図３２に示す特許文献３に開示されたパッケージ構造では、熱抵抗が増大して放熱性が低下するという課題がある。具体的には、図３０に示すパッケージ構造では、空洞１０２９が存在するので、放熱に寄与する面積（放熱面積）が小さくなっている。【００１４】
この点、図３２に示すパッケージ構造では、複数の金属バンプ３０４０の間に樹脂が充填されているので、図３０に示すパッケージ構造と比べて放熱面積は確保されているが、樹脂材料は金属に比べて著しく熱伝導率が低いので、やはり熱抵抗が大きいという課題が残る。【００１５】
一方、図３１に示す特許文献２に開示されたパッケージ構造は、配線基板２０２０と放熱基板２０３０は接合材２０４２で隙間なく接続されているので、放熱面積が確保されている。しかしながら、支持材２０５０として用いる樹脂や金属バンプは通常数十μｍの厚さであるので、必然的に接合材２０４２の厚さと同程度になる。また、単純に接合材２０４２を厚膜化すると、やはり熱抵抗の増加をもたらす。また、樹脂や金属バンプは接合のための圧力で変形することが前提となっており、支持材２０５０の厚さを精度よく制御することも難しい。【００１６】
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本開示に係る第１の半導体発光装置の一態様は、基体と、前記基体上に位置するサブマウントと、前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、前記サブマウントの前記基体側には、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とが存在し、前記サブマウントは、前記第２の領域の少なくとも一部が前記第２の接合材で覆われることにより前記基体と接合されている。【００１８】
また、本開示に係る第２の半導体発光装置の一態様は、基体と、前記基体上に位置し、サブマウント本体を有するサブマウントと、前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、前記半導体発光素子は、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する半導体レーザであり、１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が、前記温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下であり、前記サブマウント本体の前記基体側の主面の面積は、０．６ｍｍ２以上であり、前記第１の接合材の厚さは、３μｍより小さく、前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、前記サブマウント本体の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、前記サブマウント本体の幅をＷ［ｍ］とし、前記サブマウント本体の長さをＬ［ｍ］とし、前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす。【００１９】
【数１】
2020031944.tif 000003
【００２０】
【数２】
2020031944.tif 000004
【００２１】
また、本開示に係る第３の半導体発光装置の一態様は、基体と、前記基体上に位置するサブマウントと、前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、前記基体の最表面には、金層または金を含む層が１μｍ以上の厚さで形成され、前記半導体発光素子は、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する半導体レーザであり、前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす。【００２２】
【数３】
2020031944.tif 000005
【００２３】
【数４】
2020031944.tif 000006
【００２４】
また、本開示に係る第４の半導体発光装置の一態様は、第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面を有するサブマウントと、前記サブマウントの前記第１の主面側に位置する半導体発光素子とを備え、前記サブマウントと前記半導体発光素子とは、第１の接合材で接合され、前記サブマウントの前記第２の主面側には、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とが存在する。【００２５】
また、本開示に係る半導体発光装置の製造方法の一態様は、サブマウント本体を有するサブマウントと基体とを備える半導体発光装置の製造方法であって、前記サブマウント本体は、半導体発光素子が搭載される側の第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面とを有し、前記サブマウント本体の前記第２の主面は、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とを有し、前記半導体発光装置の製造方法は、前記第２の主面が前記基体に向くようにして、融解した接合材を介して前記サブマウントを前記基体上に配置する工程と、前記融解した接合材を冷却して前記サブマウントを前記基体に固定する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２６】
熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージタイプの半導体発光装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージタイプの半導体発光装置の断面図である。
【図３】図３は、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて行った温度サイクル試験前後における半導体発光装置の電流−光出力特性を示す図である。
【図４】図４は、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて温度サイクル試験を行った半導体発光装置の構造を示す図である。
【図５】図５は、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて行った温度サイクル試験前後における半導体発光装置の熱抵抗と熱容量との関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて行った温度サイクル試験前における半導体発光装置の第２の接合材の周辺の断面ＳＥＭ像である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて行った温度サイクル試験後における半導体発光装置の第２の接合材の周辺の断面ＳＥＭ像である。
【図７】図７は、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて温度サイクル試験を行った半導体発光装置の構造を示す図であり、（ａ）は、当該半導体発光装置を正面方向から見たときの断面図であり、（ｂ）は、当該半導体発光装置を横方向から見たときの断面図である。
【図８】図８は、信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて温度サイクル試験を行った半導体発光装置における第２の接合材と（式１）の左辺Ｃとの関係を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る半導体発光装置におけるサブマウントの底面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る半導体発光装置における半導体レーザの第１の実装形態（ジャンクションダウン実装）を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る半導体発光装置における半導体レーザの第２の実装形態（ジャンクションアップ実装）を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１に係る半導体発光装置におけるサブマウントの他の例の底面図である。
【図１４】図１４は、比較例の半導体発光装置の製造方法を説明するための図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザをサブマウントに実装するときの様子を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザが実装されたサブマウントを基体に実装するときの様子を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザが実装されたサブマウントを基体に実装した後の様子を示す図である。
【図１６】図１６は、スペーサが設けられていないサブマウントを用いて半導体レーザをサブマウントに実装するときの様子を示す図である。
【図１７】図１７は、スペーサが設けられたサブマウントを用いて半導体レーザをサブマウントに実装するときの様子を示す図である。
【図１８】図１８は、サブマウントに形成されたＡｕＳｎはんだを溶融させて半導体レーザをサブマウントに実装する際に、スペーサの厚さおよび面積がＡｕＳｎはんだの溶融に与える影響を示す図である。
【図１９】図１９は、チップ・サブマウント実装工程におけるＡｕＳｎはんだの溶融のしやすさと半導体レーザのレーザ特性の劣化抑制効果とを両立させるためのスペーサの厚さおよび面積の寸法範囲を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２１】図２１は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置におけるサブマウントの底面図である。
【図２２】図２２は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置におけるサブマウントの他の第１例の底面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置におけるサブマウントの他の第２例の底面図である。
【図２４】図２４は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置におけるサブマウントの他の第３例の底面図である。
【図２５】図２５は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置におけるサブマウントの他の第４例の底面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態２に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２７】図２７は、実施の形態２で行った実験の結果を示す断面ＳＥＭ像である。
【図２８】図２８は、実施の形態２で行った実験により得られた表面層（Ａｕ層）の厚さと第２の接合材の厚さ（はんだ出来栄え厚さ）との関係を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、実施の形態２に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザが実装されたサブマウントを基体に実装するとき（加熱前）の様子を示す図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、実施の形態２に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザが実装されたサブマウントを基体に実装するとき（加熱時）の様子を示す図である。
【図２９Ｃ】図２９Ｃは、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体レーザが実装されたサブマウントを基体に実装するとき（加熱継続・押し付け時）の様子を示す図である。
【図３０】図３０は、特許文献１に開示された光半導体デバイスのパッケージ構造を示す図である。
【図３１】図３１は、特許文献２に開示された発光ダイオードモジュールのパッケージ構造を示す図である。
【図３２】図３２は、特許文献３に開示された発光装置のパッケージ構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（本開示の一態様を得るに至った経緯）
まず、本開示の実施の形態の説明に先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯について説明する。
【００２９】
従来から、半導体レーザまたは発光ダイオードなどの半導体発光素子は、放熱性を考慮したパッケージ構造に搭載されている。例えば、半導体レーザは、図１および図２に示すように、ＴＯ−ＣＡＮパッケージに搭載される。図１は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージタイプの半導体発光装置１００の構成を示す図である。図２は、同半導体発光装置１００の断面図である。なお、図１において、キャップ１１０は破線で示されている。
【００３０】
図１および図２に示すように、半導体発光装置１００では、半導体レーザ１０は、ＡｕＳｎはんだなどの接合材によってサブマウント２０Ｘに接続固定されている。半導体レーザ１０は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたＧａＮ系半導体レーザである。サブマウント２０Ｘのベース材料としては、例えばダイヤモンドが用いられる。
【００３１】
半導体レーザ１０が搭載されたサブマウント２０Ｘは、ＡｕＳｎはんだなどの接合材によって金属製の基体（基台）３０に接続固定される。基体３０は、電極端子付きのステムである。
【００３２】
具体的には、基体３０は、ステムベース３１と、ステムベース３１に取り付けられた半円筒状のステムポスト３２とを有する。サブマウント２０Ｘは、ステムポスト３２に固定されている。ステムベース３１およびステムポスト３２の材料としては、例えばＣｕが用いられる。
【００３３】
ステムベース３１には、外部から半導体レーザ１０に電力を供給するための電極端子として一対のリードピン３３が設けられている。一対のリードピン３３は、半導体レーザ１０の一対の電極と電気的に接続されている。具体的には、一対のリードピン３３の一方と半導体レーザ１０の一方の電極とが金ワイヤによって接続されている。また、一対のリードピン３３の他方と、半導体レーザ１０の他方の電極と接合材を介して接続されたサブマウントとが金ワイヤによって接続されている。
【００３４】
また、ステムベース３１には、金属製のキャップ１１０（缶）が取り付けられている。半導体レーザ１０およびサブマウント２０Ｘは、キャップ１１０内に収納されている。キャップ１１０には、半導体レーザ１０から出射する光が透過できるように、板ガラス１１１が取り付けられている。
【００３５】
このように構成される半導体発光装置１００は、自動車用ヘッドランプなどの照明用光源として用いられるが、上述のように、自動車用ヘッドランプの光源に用いられる半導体レーザは、低温から高温までの広い温度範囲に対応して動作する必要がある。
【００３６】
例えば、自動車用部品としての半導体発光素子に適用される信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２では、−４０℃から＋１２５℃までの昇温・降温過程（温度サイクル）を１，０００回繰り返しても特性変動が２０％以下であることを求めている。この温度範囲は、室内で使用することを想定した情報機器の仕様よりも広範囲である。
【００３７】
この場合、図１および図２に示されるパッケージ構造の半導体発光装置について、自動車部品用の信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２に準じて温度サイクル試験を行ったところ、図３に示すように、温度サイクル試験後の半導体発光装置は、温度サイクル試験前の半導体発光装置に比べて光出力が低下することが分かった。これは、半導体レーザの温度が上昇したために光出力が低下したと考えられる。
【００３８】
本願発明者らは、この原因を分析するために、温度サイクル試験前の半導体発光装置と温度サイクル試験後の半導体発光装置との解析を行った。図４は、この温度サイクル試験を行った半導体発光装置の構造を示す図である。
【００３９】
図４に示すように、温度サイクル試験を行った半導体発光装置においては、半導体レーザ１０とサブマウント２０ＸとをＡｕＳｎはんだからなる第１の接合材４１で接合した。また、サブマウント２０Ｘと基体３０（ステムポスト３２）とについてもＡｕＳｎはんだからなる第２の接合材４２で接合した。
【００４０】
そして、この半導体発光装置について、半導体レーザ１０の発熱源（レーザ光生成部）から基体３０までの放熱経路における温度サイクル試験前後の熱抵抗を測定した。なお、図４において、熱抵抗ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５は、それぞれ、半導体レーザ１０、第１の接合材４１、サブマウント２０Ｘ、第２の接合材４２および基体３０の熱抵抗を示している。
【００４１】
その熱抵抗の測定結果を図５に示す。図５に示すように、サブマウント２０Ｘと基体３０との間の第２の接合材４２の熱抵抗ｒ４が他の部分の熱抵抗と比べて大きく増大することが分かった。
【００４２】
そこで、サブマウント２０Ｘと基体３０との間の第２の接合材４２（ＡｎＳｎはんだ）の周辺部分を調べてみると、図６Ａおよび図６Ｂの断面ＳＥＭ像に示すように、温度サイクル試験後に第２の接合材４２が劣化していることが分かった。図６Ａは、温度サイクル試験前（初期）における第２の接合材４２の周辺の断面ＳＥＭ像である。図６Ｂは、温度サイクル試験後（５００回後）における第２の接合材４２の周辺の断面ＳＥＭ像である。
【００４３】
図６Ａと図６Ｂとを比較して明らかなように、温度サイクル試験後では、第２の接合材４２の層内にクラック（空洞）が発生していることが分かる。
【００４４】
このようにサブマウント２０Ｘと基体３０との間の第２の接合材４２にクラックが発生する原因について本願発明者らが検討したところ、サブマウント２０Ｘと基体３０との間の熱膨張係数差に起因して第２の接合材４２にクラックが発生することが分かった。この点について、以下説明する。
【００４５】
一般的に、サブマウントのベース材料（サブマウント本体）としては、熱伝導率および電気抵抗が高く、かつ半導体レーザと比較的に熱膨張係数が近い材料で構成されたものが用いられる。例えば、ＧａＮ系半導体レーザの場合、サブマウントのベース材料としては、ダイヤモンド、ＡｌＮまたはＳｉＣが代表的である。
【００４６】
一方、サブマウントが接合される基体（ステム）としては、形状加工が容易で比較的に安価な金属材料が用いられる。例えば、ＴＯ−ＣＡＮパッケージにおける基体の材料としては、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）またはアルミニウム（Ａｌ）などが用いられる。
【００４７】
しかしながら、以下の表１に示すように、基体の材料（Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌなど）は、サブマウントのベース材料（ダイヤモンド、ＡｌＮ、ＳｉＣ）よりもかなり大きな熱膨張係数をもっている。しかも、半導体発光装置の熱抵抗を下げようとすると、サブマウントと基体とは熱膨張係数の差が大きい材料の組み合わせを選ばざるをえない。 
【００４８】
【表１】
2020031944.tif 000007
【００４９】
このように、サブマウントと基体との熱膨張係数の差が大きくなると、サブマウントとステムとの間に熱膨張係数が大きく異なる接続界面が形成されることになり、この界面では、温度の変化によって熱ひずみが発生することになる。この熱ひずみは、サブマウントと基体との間の接合材（ＡｕＳｎはんだ）に集中する。具体的には、サブマウントと接合材との界面および基体と接合材との界面に集中することになる。
【００５０】
この場合、熱ひずみが小さければ、接合材で熱ひずみを吸収することができるが、熱ひずみが大きくなると、接合材で熱ひずみを吸収することができなくなる。特に、高温と低温との温度差が大きい温度サイクルが繰り返されると、サブマウントと基体との熱膨張量（昇温時）および熱収縮量（降温時）の差も大きくなり、サブマウントと基体との間の接合材では熱ひずみを吸収することができなくなってしまう。
【００５１】
このように、接合材で熱ひずみが吸収できなくなると、接合材にクラックが発生する。この結果、サブマウントと基体との間の放熱経路がクラックにより部分的に遮断され、熱抵抗が増大する。これにより、放熱性が低下して、半導体レーザの温度が上昇して光出力が低下する。
【００５２】
このクラックの発生による接合材の熱抵抗の増大を抑制するには、接合材の厚さを厚くすることが考えられるが、はんだなどの接合材は、複数の金属からなる合金材料であるので、一般的に熱伝導率が低い。したがって、接合材が厚くなりすぎると、熱抵抗が高くなる。
【００５３】
そこで、本願発明者は、サブマウントのベース材料および大きさと接合材（ＡｕＳｎはんだ）の厚さと温度変化幅とをパラメータにして温度サイクル試験（１，０００回）を実施し、実験的に接合材にクラックが発生する臨界点を経験的に定式化（モデル化）した。
【００５４】
具体的には、図７に示される半導体発光装置において、第２の接合材４２の厚さをｄ［ｍ］とし、半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、サブマウント２０Ｘのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、基体３０の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、第２の接合材４２の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、サブマウント２０Ｘの幅をＷ［ｍ］とし、サブマウント２０Ｘの長さをＬ［ｍ］とし、第２の接合材４２に劣化が生じるか否かの第２の接合材４２のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）の関係が得られる。
【００５５】
【数５】
2020031944.tif 000008
【００５６】
そして、下記の表２に示すように、サブマウント２０Ｘのベース材料（熱膨張係数）および大きさと第２の接合材４２（ＡｕＳｎはんだ）の厚さと温度サイクル試験の温度変化幅とのパラメータをいろいろと変えてみて、クラック発生臨界定数Ｃを経験的に算出した。
【００５７】
【表２】
2020031944.tif 000009
【００５８】
また、この実験結果に基づいて、第２の接合材４２と左辺Ｃ×１０−３［ＧＮ／ｍ］との関係を図８に示す。この図の中で、〇でプロットした点は、１，０００回の温度サイクル試験の後にレーザ特性の劣化がみられなかったものを示しており、×でプロットした点は、１，０００回の温度サイクル試験の後にレーザ特性の劣化がみられたものをそれぞれ示している。
【００５９】
図８に示すように、クラック発生臨界定数Ｃは、Ｃ＝３×１０−３［ＧＮ／ｍ］であることが分かった。また、第２の接合材４２の厚さｄは、少なくとも３．５μｍ以上、より好ましくは４．５μｍ以上であることが推定される。なお、サブマウント２０Ｘおよび基体３０の各々の表面には±数μｍ程度の微小凹凸が存在している場合があるが、この場合でも上記の（式１）は満たされる。
【００６０】
以上の結果をもとに本願発明者らが鋭意検討した結果、サブマウントと基体（ステム）との間の接合材の厚さを適切に制御することによって、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置を実現できるという着想を得た。本開示は、このような着想をもとになされたものである。
【００６１】
以下、この着想をもとに得られた本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、ステップ（工程）およびステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００６２】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００６３】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る半導体発光装置１について、図９および図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態１に係る半導体発光装置１の構成を示す断面図である。図１０は、同半導体発光装置１におけるサブマウント２０の底面図である。
【００６４】
本開示の実施の形態１に係る半導体発光装置１は、半導体発光素子の一例として半導体レーザ１０を有しており、図１および図２に示される半導体発光装置と同様に、パッケージ構造としてＴＯ−ＣＡＮパッケージを有する半導体レーザ装置である。
【００６５】
図９に示すように、半導体発光装置１は、半導体レーザ１０と、サブマウント２０と、基体３０とを有する。基体３０は、ステムベース３１と、ステムポスト３２とを有する（図１、図２参照）。
【００６６】
半導体レーザ１０は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたＧａＮ系半導体レーザ（レーザチップ）であり、一例として、波長３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にピーク波長を有する青色レーザ光を出射する。本実施の形態において、半導体レーザ１０は、半導体レーザ１０における消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する。なお、図９において、半導体レーザ１０に図示される楕円は、レーザ発振時のチップ内部の導波光の位置を模式的に示したものである。半導体レーザ１０は、注入された電流がこの楕円部分に集中するように作られている。この半導体レーザ１０に図示される楕円については、他の図面においても同様である。
【００６７】
サブマウント２０は、半導体レーザ１０を実装するための基台である。半導体レーザ１０は、サブマウント２０の上に位置している。また、サブマウント２０は、基体３０上に位置している。具体的には、サブマウント２０は、基体３０のステムポスト３２の上に位置している。したがって、サブマウント２０は、半導体レーザ１０と基体３０（ステムポスト３２）との間に位置している。
【００６８】
半導体レーザ１０とサブマウント２０とは、第１の接合材４１で接合されている。また、基体３０とサブマウント２０とは、第２の接合材４２で接合されている。第１の接合材４１および第２の接合材４２は、ＡｎＳｎはんだなどのはんだ材である。本実施の形態において、第１の接合材４１の厚さは、第２の接合材４２の厚さより薄くなっている。第１の接合材４１の厚さは、３μｍより小さい方がよい。一方、第２の接合材４２の厚さは、３．５μｍ以上、好ましくは、４．５μｍ以上であるとよい。
【００６９】
半導体レーザ１０は、第１の接合材４１を介してサブマウント２０に実装される。この場合、半導体レーザ１０は、図１１に示されるように、ジャンクションダウン実装によりサブマウント２０に実装されていてもよいし、図１２に示されるように、ジャンクションアップ実装により、サブマウント２０に実装されていてもよい。
【００７０】
図１１および図１２に示すように、半導体レーザ１０は、一例として、ＧａＮ基板などの半導体基板１１の上に、ｎ型半導体層１２、活性層１３、リッジ部を有するｐ型半導体層１４が順次形成された構成である。ｐ型半導体層１４の表面にはＳｉＯ２からなる絶縁層１５（電流ブロック層）が形成されている。また、ｐ型半導体層１４のリッジ部の上にはｐ側電極１６が形成され、半導体基板１１の裏面にはｎ側電極１７が形成され、絶縁層１５の上には密着補助層１８が形成されている。なお、ｐ側電極１６は、図１１では、厚さ４０ｎｍのＰｄ層１６ａと厚さ１００ｎｍのＰｔ層１６ｂとの２層構造であり、図１２では、厚さ４０ｎｍのＰｄ層１６ａと厚さ３５ｎｍのＰｔ層１６ｂと厚さ１．６μｍのＡｕ層１６ｃとの３層構造である。また、ｎ側電極１７は、図１１では、厚さ１０ｎｍのＴｉ層１７ａと厚さ３５ｎｍのＰｔ層１７ｂと厚さ３００ｎｍのＡｕ層１７ｃとの３層構造であり、図１２では、厚さ１０ｎｍのＴｉ層１７ａと厚さ３５ｎｍのＰｔ層１７ｂとの２層構造である。密着補助層１８は、図１１では、厚さ１０ｎｍのＴｉ層１８ａと厚さ１００ｎｍのＰｔ層１８ｂの２層構造であり、図１２では、厚さ１０ｎｍのＴｉ層１８ａと厚さ５０ｎｍのＰｔ層１８ｂの２層構造である。なお、密着補助層１８は、ｐ型半導体層１４のリッジ部の側面に形成された絶縁層１５から離間している。
【００７１】
サブマウント２０は、サブマウント本体２１を有する。サブマウント本体２１の材料は、サブマウント２０のベース材料を構成している。サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１）の熱伝導率は、１３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であるとよい。また、サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１）の熱膨張係数は、５×１０−６Ｋ−１以下であってもよい。サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１）とサブマウント２０が接続される基体３０との熱膨張係数の差は、１１×１０−６Ｋ−１より大きくなっていてもよい。
【００７２】
サブマウント本体２１は、例えば、ダイヤモンド、ＳｉＣ又はＡｌＮ又などの高熱伝導材料によって構成される。本実施の形態において、サブマウント本体２１は、ダイヤモンドによって構成されている。つまり、サブマウント２０のベース材料は、ダイヤモンドである。また、サブマウント本体２１の形状は、おおむね直方体である。具体的には、サブマウント本体２１は、矩形の板状である。
【００７３】
サブマウント本体２１は、第１の主面２１ａと第２の主面２１ｂを有する。第１の主面２１ａは、半導体レーザ１０側の面（半導体レーザ１０が搭載される側の面）であり、第２の主面２１ｂは、第１の主面２１ａに対向する面である。本実施の形態において、第２の主面２１ｂは、基体３０側の面（基体３０に接続される側の面）である。サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂ（基体３０側の面）の面積は、０．６ｍｍ２以上であってもよい。
【００７４】
サブマウント２０の基体３０側には、スペーサ２２が配置された第１の領域Ｒ１と、スペーサ２２が配置されていない第２の領域Ｒ２とが存在する。具体的には、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂが第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを有する。つまり、サブマウント２０は、第２の主面２１ｂ側の第１の領域Ｒ１にはスペーサ２２を有しており、第２の主面２１ｂ側の第２の領域Ｒ２にはスペーサ２２を有していない。
【００７５】
スペーサ２２の主成分は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの中から選ばれる金属、または、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの少なくともいずれか一つを含む合金である。本実施の形態において、スペーサ２２は、Ｃｕによって構成されており、例えばＣｕめっき工法によって形成される。
【００７６】
第１の領域Ｒ１におけるスペーサ２２とサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂとの間には、第１の金属膜２３が配置されている。本実施の形態において、第１の金属膜２３は、第２の領域Ｒ２におけるスペーサ２２とサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂとの間にも配置されている。具体的には、第１の金属膜２３は、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの全面に形成されている。なお、本実施の形態において、第１の金属膜２３は、サブマウント２０の一部である。
【００７７】
第１の金属膜２３は、スペーサ２２をめっき工法で形成する際に負極として用いられる。この場合、第１の金属膜２３の表面にレジストを形成し、スペーサ２２を形成する部分のレジストに開口を設けてめっき処理を行い、レジストを除去することで第１の金属膜２３の表面にスペーサ２２を形成することができる。なお、複数のスペーサ２２を形成する場合は、レジストに複数の開口を設ければよい。
【００７８】
本実施の形態において、第１の金属膜２３は、第１の密着層２３ａと、バリア層２３ｂと、変質防止層２３ｃとを有する。第１の密着層２３ａとバリア層２３ｂと変質防止層２３ｃとは、サブマウント本体２１からスペーサ２２に向かってこの順で配置された積層膜である。
【００７９】
第１の密着層２３ａは、サブマウント本体２１との密着性に優れた金属層であり、例えば厚さ０．１μｍのＴｉからなるＴｉ層によって構成されている。バリア層２３ｂは、Ｓｎの拡散を防止する金属層であり、例えば厚さ０．２μｍのＰｔからなるＰｔ層によって構成されている。変質防止層２３ｃは、スペーサ２２をＣｕめっきプロセス時に第１の金属膜２３の表面の変質を防止する金属層であり、例えば厚さ０．５μｍのＡｕからなるＡｕ層である。変質防止層２３ｃを形成しないと、スペーサ２２を形成する際に、第１の金属膜２３の表面が酸化して高抵抗となり、局所的にめっきが進まずに空洞が生じるおそれがある。なお、第１の金属膜２３において、バリア層２３ｂは形成しなくてもよい。
【００８０】
スペーサ２２は、サブマウント本体２１と基体３０との間に配置されている。本実施の形態において、スペーサ２２は、第１の金属膜２３を介してサブマウント本体２１に設けられている。具体的には、スペーサ２２は、第１の金属膜２３の変質防止層２３ｃの表面に形成されている。本実施の形態において、スペーサ２２は、サブマウント２０の一部である。
【００８１】
スペーサ２２は、複数設けられている。図１０に示すように、複数のスペーサ２２は、２次元的に分散して配置されている。本実施の形態において、スペーサ２２は、縦方向に２つ、横方向に２つの合計で４個設けられている。４個のスペーサ２２の各々は、サブマウント本体２１の４つの角の付近に配置されている。ただし、各スペーサ２２は、サブマウント本体２１の角そのものには配置されていない。したがって、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂには、スペーサ２２が配置されていない角が存在している。
【００８２】
隣り合う２つのスペーサ２２の間隔Ｄ１（図１０参照）は、１００μｍ以上であるとよい。また、スペーサ２２の側面は、サブマウント本体２１の側面から離れているとよい。この場合、スペーサ２２の側面とサブマウント本体２１の側面との距離Ｄ２は、５０μｍ以上であるとよい。また、スペーサ２２の最小幅Ｄ３は、５０μｍ以上であるとよい。
【００８３】
図９に示すように、スペーサ２２は、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂと対面する第１の面Ｓ１０と、第１の面Ｓ１０とは反対側の第２の面Ｓ２０と、第１の面Ｓ１０と第２の面Ｓ２０との間の側面である第３の面Ｓ３０とを有する。側面視において、スペーサ２２は、第２の面Ｓ２０と第３の面Ｓ３０とは、傾斜を有する第１の曲面Ｃ１で接続されている。したがって、スペーサ２２の中心部の厚さは、スペーサ２２の周辺部の厚さより厚くなっている。
【００８４】
また、図１０に示すように、サブマウント２０の底面視において、スペーサ２２の第３の面Ｓ３０は、少なくとも第１の側面Ｓ３１と第２の側面Ｓ３２とを有する。本実施の形態において、サブマウント２０の底面視において、スペーサ２２の第３の面Ｓ３０は、曲面を有する。具体的には、スペーサ２２の底面視の形状は長尺状のレーストラック形状であり、第１の側面Ｓ３１と第２の側面Ｓ３２とは、第２の曲面Ｃ２で接続されている。第２の曲面Ｃ２の曲率半径は、２５μｍ以上であるとよい。なお、図１３に示すように、スペーサ２２の底面視の形状は、円形であってもよい。この場合、スペーサ２２は、略円柱状である。
【００８５】
図９に示すように、スペーサ２２の第２の面Ｓ２０には、第２の金属膜２４が配置されている。本実施の形態において、第２の金属膜２４は、スペーサ２２の第３の面Ｓ３０にも配置されている。さらに、第２の金属膜２４は、スペーサ２２が設けられていない第２の領域Ｒ２にも配置されている。具体的には、第２の金属膜２４は、スペーサ２２の第２の面Ｓ２０および第３の面Ｓ３０の全体を覆うように第１の金属膜２３の露出面の全面に形成されている。なお、本実施の形態において、第２の金属膜２４は、サブマウント２０の一部である。
【００８６】
本実施の形態において、第２の金属膜２４は、第２の密着層２４ａと、バリア層２４ｂと、表面層２４ｃとを有する。第２の密着層２４ａとバリア層２４ｂと表面層２４ｃとは、サブマウント本体２１から基体３０に向かう方向に沿ってこの順で配置された積層膜である。
【００８７】
第２の密着層２４ａは、第１の金属膜２３（具体的には変質防止層２３ｃ）との密着性に優れた金属層であり、例えば厚さ０．１μｍのＴｉからなるＴｉ層によって構成されている。バリア層２４ｂは、Ｓｎの拡散を防止する金属層であり、例えば厚さ０．２μｍのＰｔからなるＰｔ層によって構成されている。バリア層２４ｂが存在することで、第２の金属膜２４と第２の接合材４２とが合金化する領域が制限され、サブマウント本体２１と基体３０の接続を確実にすることができる。表面層２４ｃは、第２の接合材４２と合金化して一体化する接合層として機能する金属層であり、例えば厚さ０．５μｍのＡｕからなるＡｕ層である。
【００８８】
また、サブマウント本体２１の第１の主面２１ａには、第３の金属膜２５が配置されている。具体的には、第３の金属膜２５は、サブマウント本体２１の第１の主面２１ａの全面に形成されている。なお、本実施の形態において、第３の金属膜２５は、サブマウント２０の一部である。
【００８９】
本実施の形態において、第３の金属膜２５は、第３の密着層２５ａと、バリア層２５ｂと、表面層２５ｃとを有する。第３の密着層２５ａとバリア層２５ｂと表面層２５ｃとは、サブマウント本体２１から半導体レーザ１０に向かう方向に沿ってこの順で配置された積層膜である。
【００９０】
第３の密着層２５ａは、サブマウント本体２１との密着性に優れた金属層であり、例えば厚さ０．１μｍのＴｉからなるＴｉ層によって構成されている。バリア層２５ｂは、Ｓｎの拡散を防止する金属層であり、例えば厚さ０．２μｍのＰｔからなるＰｔ層によって構成されている。表面層２５ｃは、半導体レーザ１０に給電するための金ワイヤが接続される金属層であり、例えば厚さ０．５μｍのＡｕからなるＡｕ層である。
【００９１】
第３の金属膜２５の表面（具体的には、表面層２５ｃの表面）には、第４の金属膜２６が形成されている。第４の金属膜２６は、第１の接合材４１が第３の金属膜２５に濡れ広がらないようにするための金属層であり、例えば厚さが０．３μｍのＰｔからなるＰｔ層によって構成されている。第４の金属膜２６を形成することで、第３の金属膜２５の表面にワイヤを形成する領域を容易に確保することができる。なお、第４の金属膜２６の表面には、第１の接合材４１として、例えば厚さ２〜３μｍのＡｕＳｎはんだからなるはんだ層が形成される。具体的には、図１１の場合、ｐ側電極１６と第４の金属膜２６との間における第１の接合材４１の厚さが２〜３μｍであり、図１２の場合、ｎ側電極１７と第４の金属膜２６との間における第１の接合材４１の厚さが２〜３μｍである。
【００９２】
このように構成されるサブマウント２０は、第２の領域Ｒ２の少なくとも一部が第２の接合材４２で覆われることにより基体３０と接合されている。この場合、少なくとも２つのスペーサ２２の間は、第２の接合材４２で実質的に埋め込まれている。
【００９３】
第２の接合材４２は、基体３０上において、平面視でサブマウント２０の外側へ広がって形成されている。本実施の形態において、第２の接合材４２は、サブマウント２０の側面の少なくとも一部を覆っている。
【００９４】
そして、第２の接合材４２の厚さの下限は、上記のように、以下の定式により決定される。具体的には、サブマウント２０の第２の領域Ｒ２における第２の接合材４２の平均厚さをｄ［ｍ］とし、半導体発光装置１において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１）の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、基体３０の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、第２の接合材４２の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、サブマウント２０（サブマウント本体２１）の幅をＷ［ｍ］とし、サブマウント２０（サブマウント本体２１）の長さをＬ［ｍ］とし、第２の接合材４２のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす。
【００９５】
【数６】
2020031944.tif 000010
【００９６】
【数７】
2020031944.tif 000011
【００９７】
なお、平均厚さｄは、半導体発光装置１のサブマウント２０と基体３０とを含む一断面において、スペーサ２２が配置されていない第２領域Ｒ２における第２の接合材４２の厚さを１００μｍ以上の長さにわたって平均した値とする。基体３０またはサブマウント２０の表面は平坦面ではなく凹凸が存在し、特に基体３０のサブマウント２０を搭載する面には±３μｍ程度の凹凸が存在するため、その影響を排除するため１００μｍ以上の範囲での平均値を第２接合材４２の厚さとする。
【００９８】
第２の接合材４２の材料としては機械的な強度に優れたハードソルダーを用いることが望ましい。ハードソルダーとしては、Ａｕ系合金、特にＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉ、ＡｕＳｂなどが利用できる。その中でも、融点が比較的低いＡｕＳｎがさらに望ましい。高温で溶融した接合材が固化してから室温にいたるまでに発生する熱ひずみを小さくできるためである。
【００９９】
第２の接合材４２をＡｕＳｎによって構成した場合、上記の（式１）において剛性率Ｚは２２．７［ＧＰａ］であるので、第２の接合材４２の材料をＡｕＳｎに限定した場合のクラック発生臨界定数はＤ［ｍ］として表され、以下の（式３）および（式４）を満たす。
【０１００】
【数８】
2020031944.tif 000012
【０１０１】
【数９】
2020031944.tif 000013
【０１０２】
なお、第２の接合材４２の厚さｄの上限は、特に限定されるものではないが、４０μｍ以下であるとよい。例えば、第２の接合材４２の厚さｄを、ｄ＝１０μｍを適正値としてｄ＝４０μｍまで厚くした場合、熱抵抗は１Ｋ／Ｗ増大する。これはレーザ特性の低下を引き起こすのに十分な熱抵抗の増大量である。
【０１０３】
第２の接合材４２を介してサブマウント２０には基体３０が接合される。基体３０の熱伝導率は、２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１より大きい方がよい。本実施の形態において、基体３０は、銅（Ｃｕ）によって構成されている。具体的には、ステムベース３１およびステムポスト３２は、いずれも銅によって構成されている。
【０１０４】
基体３０におけるサブマウント２０が接合される部分には、金属膜５０が形成されている。具体的には、金属膜５０は、ステムポスト３２の表面に形成されている。本実施の形態において、金属膜５０は、下地層５０ａと表面層５０ｂとを有する。
【０１０５】
下地層５０ａは、表面層５０ｂの下地となる金属層であり、例えばＮｉからなるＮｉ層によって構成されている。下地層５０ａの上に形成される表面層５０ｂは、第２の接合材４２と合金化して一体化する接合層として機能する金属層であり、例えばＡｕからなるＡｕ層である。表面層５０ｂは、例えば金めっき法によって下地層５０ａの表面に形成することができる。
【０１０６】
次に、本実施の形態における半導体発光装置１の製造方法について、図１４に示す比較例の半導体発光装置１Ｘの製造方法と比較して説明する。
【０１０７】
図１４に示すように、比較例の半導体発光装置１Ｘのサブマウント２０Ｘは、本実施の形態における半導体発光装置１のサブマウント２０に対して、スペーサ２２および第２の金属膜２４が形成されていない構成である。
【０１０８】
比較例の半導体発光装置１Ｘを製造する場合、第１の接合材４１を介して半導体レーザ１０が接合されたサブマウント２０Ｘと基体３０との間に第２の接合材４２を配置する。その後、ヒータで加熱することによって第２の接合材４２を融解させて、サブマウント２０Ｘを基体３０に押し付ける。その後、冷却することによってサブマウント２０Ｘと基体３０とを第２の接合材４２で接合することができる。このとき、サブマウント２０Ｘにはスペーサ２２が設けられていないので、第２の接合材４２が溶解（溶融）すると、第２の接合材４２がサブマウント２０Ｘによって押しつぶされてしまう。このため、サブマウント２０Ｘと基体３０との間の第２の接合材４２が薄くなってしまい、厚さが厚い第２の接合材４２を形成することが難しい。
【０１０９】
次に、本実施の形態に係る半導体発光装置１の製造方法について、図１５Ａ〜図１５Ｃを用いて説明する。
【０１１０】
図１５Ａに示すように、半導体レーザ１０をサブマウント２０に実装する。具体的には、第１の接合材４１が予め配置されたサブマウント２０の上に半導体レーザ１０を配置して、ヒータ（不図示）で加熱して第１の接合材４１を溶解することで半導体レーザ１０とサブマウント２０とを第１の接合材４１を介して接続する。このとき、半導体レーザ１０の実装面にＡｕ層１９を形成しておくとよい。これにより、Ａｕ層１９と第１の接合材４１とを容易に一体化させて接合することができる。
【０１１１】
次に、図１５Ｂに示すように、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂが基体３０に向くようにして、融解した第２の接合材４２を介してサブマウント２０を基体３０上に配置する。具体的には、サブマウント２０と基体３０との間に第２の接合材４２を配置して、ヒータで第２の接合材４２を加熱して融解させて、サブマウント２０を基体３０に押し付ける。
【０１１２】
このとき、本実施の形態における半導体発光装置１の製造方法では、サブマウント２０にスペーサ２２が設けられているので、スペーサ２２が存在しない領域では、第２の接合材４２が押しつぶされない。これにより、厚さが厚い第２の接合材４２を容易に形成することができる。
【０１１３】
その後、融解した第２の接合材４２を冷却してサブマウント２０を基体３０に固定する。これにより、図１５Ｃに示すように、半導体発光装置１を製造することができる。
【０１１４】
このように、本実施の形態における半導体発光装置１によれば、サブマウント２０に設けられたスペーサ２２によって、第２の接合材４２の厚さを所望の厚さに制御することができる。
【０１１５】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体発光装置１によれば、基体３０と、基体３０上に位置するサブマウント２０と、サブマウント２０上に位置する半導体レーザ１０とを備え、半導体レーザ１０とサブマウント２０とは、第１の接合材４１で接合され、基体３０とサブマウント２０とは、第２の接合材４２で接合され、サブマウント２０の基体３０側には、スペーサ２２が配置された第１の領域Ｒ１と、スペーサ２２が配置されていない第２の領域Ｒ２とが存在し、サブマウント２０は、第２の領域Ｒ２の少なくとも一部が第２の接合材４２で覆われることにより基体３０と接合されている。
【０１１６】
この構成により、サブマウント２０と基体３０との間の第２の接合材４２の厚さをスペーサ２２によって所望の厚さに制御することができるので、温度サイクルによる熱ひずみに対して充分な強度を確保できる第２の接合材４２の厚さを精度良く実現できる。また、サブマウント２０と基体３０との間を第２の接合材４２によって隙間なく容易に埋めることができる。したがって、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置１を実現できる。
【０１１７】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１では、サブマウント２０の第２の領域Ｒ２における第２の接合材４２の平均厚さをｄ［ｍ］とし、半導体発光装置１において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、サブマウント２０のベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、基体３０の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、第２の接合材４２の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、サブマウント２０の幅をＷ［ｍ］とし、サブマウント２０の長さをＬ［ｍ］とし、第２の接合材４２のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たしている。
【０１１８】
【数１０】
2020031944.tif 000014
【０１１９】
【数１１】
2020031944.tif 000015
【０１２０】
この構成により、温度サイクルによって第２の接合材４２にクラックが発生することを抑制できる。
【０１２１】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、第２の接合材４２は、ＡｕＳｎによって構成されている。この場合、第２の接合材４２の材料をＡｕＳｎに限定した場合のクラック発生臨界定数をＤ［ｍ］としたときに、以下の（式３）および（式４）を満たしている。
【０１２２】
【数１２】
2020031944.tif 000016
【０１２３】
【数１３】
2020031944.tif 000017
【０１２４】
この構成により、第２の接合材４２がＡｕＳｎはんだによって構成されている場合に、温度サイクルによって第２の接合材４２にクラックが発生することを確実に抑制することができる。
【０１２５】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント２０は、サブマウント本体２１を有し、スペーサ２２は、サブマウント本体２１に設けられている。
【０１２６】
この構成により、スペーサ２２を容易に配置することができる。
【０１２７】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２は、複数設けられている。
【０１２８】
この構成により、サブマウント２０の表面と基体３０の表面の平行度を高くすることができ、基体３０に対するサブマウント２０の傾きを小さくすることができる。さらに、第２の接合材４２の厚さのばらつきを抑えることができる。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、少なくとも２つのスペーサ２２の間は、第２の接合材４２で実質的に埋め込まれている。
【０１３０】
この構成により、サブマウント２０から基体３０への放熱面積を大きくすることができる。つまり、隣り合う２つのスペーサ２２の間の第２の接合材４２で埋め込まれた部分を放熱経路として機能させることができる。これにより、サブマウント２０と基体３０との間の熱抵抗を低くすることができる。また、隣り合う２つのスペーサ２２の間の第２の接合材４２で埋め込まれることで、サブマウント２０と基体３０との接合強度を大きくすることもできる。
【０１３１】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、複数のスペーサ２２は、２次元的に分散して配置されている。
【０１３２】
この構成により、一つのスペーサ２２に熱ひずみが集中することを避けることができ、複数のスペーサ２２に熱ひずみを分散させることができる。また、サブマウント２０と基体３０との間の熱抵抗の分布を均一化することができる。その結果、局所的に熱ひずみが高くなる箇所の発生を避けることができる。
【０１３３】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、隣り合う２つのスペーサ２２の間隔Ｄ１は、１００μｍ以上である。
【０１３４】
この構成により、隣り合う２つのスペーサ２２の間に第２の接合材４２が入り込みやすくなるので、サブマウント２０と基体３０との間の熱抵抗を一層低くすることができる。
【０１３５】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント本体２１は、直方体であり、スペーサ２２は、少なくとも４個設けられており、４個のスペーサ２２の各々は、サブマウント本体２１の４つの角の付近に配置されている。
【０１３６】
この構成により、サブマウント２０の表面と基体３０の表面との平行度を高くすることができ、基体３０に対するサブマウント２０の傾きを小さくすることができる。さらに、第２の接合材４２の厚さのばらつきを抑えることもできる。
【０１３７】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂ（基体３０側の面）には、スペーサ２２が配置されていない角が存在する。
【０１３８】
この構成により、スペーサ２２をサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂ内に形成することができるので、サブマウント２０の作製過程（サブマウント２０の分割工程）において、スペーサ２２が損傷することを抑制できる。
【０１３９】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２の側面は、サブマウント本体２１の側面から離れている。
【０１４０】
この構成により、サブマウント２０の作製過程で、スペーサ２２を損傷させることなくサブマウント２０を容易に切り出すことができる。スペーサ２２をサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂ内に容易に形成することができる。
【０１４１】
この場合、スペーサ２２の側面とサブマウント本体２１の側面との距離Ｄ２は、５０μｍ以上であるとよい。
【０１４２】
この構成により、サブマウント２０の作製過程で、スペーサ２２をより確実にサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂ内に形成することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２の中心部の厚さは、スペーサ２２の周辺部の厚さより厚い方がよい。
【０１４４】
この構成により、サブマウント２０を基体３０に実装する際にスペーサ２２の表面と第２の接合材４２との間に空洞が生じることを抑制できる。これにより、サブマウント２０と基体３０との間の熱抵抗が増加することを抑制できる。また、この構成により、スペーサ２２の端の部分において、スペーサ２２の厚さおよび第２の接合材４２の厚さの変化を緩やかにすることができる。したがって、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを回避することができるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを抑制できる。
【０１４５】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２は、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂと対面する第１の面Ｓ１０と、第１の面Ｓ１０とは反対側の第２の面Ｓ２０と、第１の面Ｓ１０と第２の面Ｓ２０との間の側面である第３の３０Ｓとを有する。
【０１４６】
この場合、本実施の形態のように、第２の面Ｓ２０と第３の面Ｓ３０とは、第１の曲面Ｃ１で接続されているとよい。
【０１４７】
この構成により、スペーサ２２の端の部分において、スペーサ２２の厚さおよび第２の接合材４２の厚さの変化を緩やかにすることができる。これにより、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを回避することができるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを抑制できる。
【０１４８】
さらに、第３の面Ｓ３０は、曲面を有するとよい。
【０１４９】
この構成により、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの法線方向から見たときのスペーサ２２の角に相当する部分を丸めることができる。これにより、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを回避することができるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを一層抑制できる。
【０１５０】
また、第３の面Ｓ３０は、少なくとも第１の側面Ｓ３１と第２の側面Ｓ３２とを有し、第１の側面Ｓ３１と第２の側面Ｓ３２とは、第２の曲面Ｃ２で接続されている。
【０１５１】
この構成により、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの法線方向から見たときのスペーサ２２の角に相当する部分を丸めることができる。これにより、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを回避することができるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを一層抑制できる。
【０１５２】
この場合、第２の曲面Ｃ２の曲率半径は、２５μｍ以上であるとよい。
【０１５３】
この構成により、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの法線方向から見たときのスペーサ２２の角に相当する部分を確実に丸めることができる。これにより、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを確実に回避できるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを防止できる。
【０１５４】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２の最小幅Ｄ３は、５０μｍ以上であるとよい。例えば、スペーサ２２の底面視の形状が円形である場合、スペーサ２２の直径は５０μｍ以上であるとよい。
【０１５５】
この構成により、材料特性が急峻に変化する部分が生じることを確実に回避できるので、温度サイクル中に第２の接合材４２が破壊されることを防止できる。また、この構成により、スペーサ２２の表面に平坦面を確実に形成することができる。これにより、スペーサ２２の所定の厚さを確実に得ることができ、温度サイクルによる第２の接合材４２の破壊を一層抑制できる。
【０１５６】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１では、第１の領域Ｒ１におけるスペーサ２２とサブマウント本体２１の第２の主面２１ｂとの間に、第１の金属膜２３が配置されている。
【０１５７】
この構成により、サブマウント本体２１とスペーサ２２との間の接続部分の機械的な強度を高くすることができる。
【０１５８】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、第１の金属膜２３は、第２の領域Ｒ２にも配置されている。
【０１５９】
この構成により、第２の領域Ｒ２に空洞が発生したり異物が発生したりすることを抑制することができる。
【０１６０】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、第１の金属膜２３は、第１の密着層２３ａと変質防止層２３ｃとを有し、第１の密着層２３ａと変質防止層２３ｃは、サブマウント本体２１からスペーサ２２に向かってこの順で配置されている。
【０１６１】
このように、第１の密着層２３ａを形成することで、サブマウント本体２１とスペーサ２２との間の接続部分における機械的強度を高くすることができる。さらに、変質防止層２３ｃを形成することで、スペーサ２２を形成する過程において、スペーサ２２内に空洞が発生したり異物が混入したりすることを防止できる。
【０１６２】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２の第２の面Ｓ２０に、第２の金属膜２４が配置されている。
【０１６３】
この構成により、第２の接合材４２によってスペーサ２２を基体３０に容易に接合させることができる。
【０１６４】
また、本実施の形態において、第２の金属膜２４は、スペーサ２２の第３の面Ｓ３０にも配置されている。
【０１６５】
この構成により、第２の接合材４２を介してスペーサ２２の第３の面Ｓ３０（側面）と基体３０とが接合しやすくなる。これにより、サブマウント２０と基体３０とを容易に接続させることができる。
【０１６６】
さらに、本実施の形態において、第２の金属膜２４は、スペーサ２２が配置されていない第２の領域Ｒ２にも配置されている。
【０１６７】
この構成により、スペーサ２２が存在しない第２の領域Ｒ２においても、第２の接合材４２を介してサブマウント２０と基体３０とを容易に接続させることができる。
【０１６８】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、スペーサ２２の主成分は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの中から選ばれる金属、または、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの少なくともいずれか一つを含む合金である。
【０１６９】
この構成により、スペーサ２２が配置されていない第２の領域Ｒ２（つまり、第２の接合材４２が存在する領域）だけではなく、スペーサ２２が配置されている第１の領域Ｒ１にまで放熱経路を拡大させることができる。これにより、サブマウント２０と基体３０との熱抵抗を一層低くすることができる。
【０１７０】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、第２の接合材４２は、基体３０上において、平面視でサブマウント２０の外側へ広がって形成されている。
【０１７１】
この構成により、サブマウント２０と基体３０との界面のほぼ全面が第２の接合材４２で接続されることになるので、サブマウント２０と基体３０との接合面積を大きくすることができる。これにより、サブマウント２０と基体３０との熱抵抗をさらに低くすることができる。
【０１７２】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、第２の接合材４２は、サブマウント２０の側面の少なくとも一部を覆っている。
【０１７３】
この構成により、サブマウント２０の側面の一部についても放熱経路として利用することができ、サブマウント２０と基体３０との接合面積を大きくすることができる。これにより、サブマウント２０と基体３０との熱抵抗を一層低くすることができる。
【０１７４】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１では、第１の接合材４１の厚さは、第２の接合材４２の厚さより薄くなっている。
【０１７５】
この構成により、熱膨張係数差が小さい半導体レーザ１０とサブマウント２０（サブマウント本体２１）とが薄い第１の接合材４１によって接合されるので半導体レーザ１０とサブマウント２０との間の熱抵抗を低くしつつ、熱膨張係数差が大きいサブマウント２０と基体３０とが厚い第２の接合材４２によって接合されるので温度サイクルによって第２の接合材４２にクラックが発生することを抑制することができる。つまり、温度サイクル耐性と低熱抵抗との両立を図ることができる。
【０１７６】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント２０の基体３０側の面の面積は、０．６ｍｍ２以上である。具体的には、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの面積が０．６ｍｍ２以上となっている。
【０１７７】
この構成により、大きなサイズのサブマウント２０を必要とする高出力の半導体レーザ１０において、温度サイクル耐性と低熱抵抗との両立を図ることができる。
【０１７８】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１では、１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が、温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下であるとよい。
【０１７９】
この構成により、自動車部品用の信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２を満たすことできる。したがって、本実施の形態に係る半導体発光装置１を車載ヘッドランプなどの車両用光源として用いることができる。
【０１８０】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント２０のベース材料の熱伝導率は、１３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上である。
【０１８１】
この構成により、半導体発光装置１の熱抵抗を一層低くすることができる。
【０１８２】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント２０のベース材料の熱膨張係数は、５×１０−６Ｋ−１以下である。
【０１８３】
この構成により、サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１の材料）として選択できる材料が増えるので、温度サイクル耐性と低熱抵抗との両立を容易に図ることができる。
【０１８４】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、基体３０の熱伝導率は、２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１より大きいとよい。
【０１８５】
この構成により、半導体発光装置１の熱抵抗を一層低くすることができる。
【０１８６】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、サブマウント２０のベース材料と基体３０の熱膨張係数の差は、１１×１０−６Ｋ−１より大きくなっている。
【０１８７】
この構成により、サブマウント２０のベース材料（サブマウント本体２１の材料）として選択できる材料が増えるので、温度サイクル耐性と低熱抵抗との両立を容易に図ることができる。
【０１８８】
また、本実施の形態に係る半導体発光装置１において、半導体レーザ１０は、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する。
【０１８９】
この構成により、熱抵抗を低くすることによる大きな発熱に対しても効率よく放熱できる構造を得ることができるので、半導体レーザの高出力動作が可能になる。
【０１９０】
なお、基体３０の表面に複数の凹部が設けられている場合、スペーサ２２の厚さは、凹部の深さより大きい方がよい。
【０１９１】
この構成により、基体３０の表面の凹部が第２の接合材４２でほぼ充填されるので、サブマウント２０と基体３０との接合強度を向上させることができる。
【０１９２】
また、本実施の形態における半導体発光装置１の製造方法は、上記の図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、半導体レーザ１０（レーザチップ）をサブマウント２０の第１の主面２１ａ側に実装する工程（チップ・サブマウント実装工程）と、融解した第２の接合材４２を介して、スペーサ２２が配置された第２の主面２１ｂが基体３０に向くようにしてサブマウント２０を基体３０上に配置する工程と、融解した第２の接合材４２を冷却してサブマウント２０を基体３０に固定する工程とを含む。
【０１９３】
このように製造することで、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置１を容易に製造することができる。
【０１９４】
なお、図１５Ａに示されるチップ・サブマウント実装工程では、サブマウント２０の第２の主面２１ｂ（裏面）側を加熱用ヒータで加熱することで、サブマウント２０の第１の主面２１ａ側に予め形成された第１の接合材４１（ＡｕＳｎはんだ）を溶融させて、その後、半導体レーザ１０をサブマウント２０に載置して第１に接合材４１を介して半導体レーザ１０をサブマウント２０に接合している。
【０１９５】
このとき、図１６に示すように、スペーサ２２が設けられていないサブマウント２０Ｘを用いる場合には、サブマウント２０Ｘと加熱用ヒータとの接触面積が大きいので、サブマウント２０Ｘを容易に加熱することができるが、本実施の形態では、図１７に示すように、スペーサ２２が設けられたサブマウント２０を用いているので、図１６に示されるサブマウント２０Ｘを用いる場合と比べて、サブマウント２０と加熱用ヒータとの接触面積が小さくなる。このため、本実施の形態では、サブマウント２０における第２の主面２１ｂ側（ヒータ側）から第１の主面２１ａ側への熱伝導経路が小さくなる。この結果、サブマウント２０の第１の主面２１ａ側に形成された第１の接合材４１（ＡｕＳｎはんだ）が加熱されにくくなるので、第１の接合材４１が溶融しにくくなる。
【０１９６】
そこで、本発明者らは、スペーサ２２を有するサブマウント２０について、第２の主面２１ｂ側に設けられたスペーサ２２が第１の主面２１ａ側に形成されたＡｕＳｎはんだに与える影響を検討した。具体的には、サブマウント２０のスペーサ２２の厚さ（高さ）Ｈが、５μｍ、１０μｍ、１５μｍのそれぞれの場合について、スペーサ２２の面積を変えたときに第１の主面２１ａ側に形成されたＡｕＳｎはんだが溶融するときの加熱用ヒータのヒータ温度を測定した。その結果を図１８に示す。
【０１９７】
なお、図１８では、縦軸を、ＡｕＳｎはんだが溶融するときの加熱用ヒータのヒータ温度Ｔｈｅａｔ［℃］とし、横軸を、サブマウント２０の面積Ｓｓｕｂに対するスペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒの面積比率（Ｓｓｐａｃｅｒ／Ｓｓｕｂ）としている。なお、サブマウント２０の面積Ｓｓｕｂは、サブマウント２０を第２の主面２１ｂ（裏面）側から投影したときのサブマウント２０全体の面積である。また、スペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒは、スペーサ２２のみを第２の主面２１ｂ（裏面）側から投影したときの全てのスペーサ２２の面積の合計である。
【０１９８】
図１８に示すように、各スペーサ２２の面積が小さくなる等してサブマウント２０の面積Ｓｓｕｂに対するスペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒの面積比率（Ｓｓｐａｃｅｒ／Ｓｓｕｂ）が小さくなると、加熱用ヒータ側とは反対側に形成されたＡｕＳｎはんだを溶融させるのに必要なヒータ温度が高くなる。特に、スペーサ２２の厚さＨが厚くなればなるほど、ＡｕＳｎはんだを溶融させるのに必要なヒータ温度が著しく高くなっていくことが分かる。
【０１９９】
したがって、スペーサ２２を有するサブマウント２０を用いる場合、加熱用ヒータが配置される第２の主面２１ｂ側とは反対側の第１の主面２１ａに形成された第１の接合材４１（ＡｕＳｎはんだ）を効率的に溶融するとの観点では、スペーサ２２の厚さはなるべく薄く、また、スペーサ２２の総面積はなるべく大きくするとよい。
【０２００】
具体的には、スペーサ２２が設けられていないサブマウント２０Ｘを用いた場合に加熱用ヒータ側とは反対側に形成されたＡｕＳｎはんだを溶融させるのに必要なヒータ温度は２７５℃であったので、スペーサ２２が設けられたサブマウント２０を用いる場合の実用的なヒータ温度としては、２７５℃に対してプラス３０℃程度、すなわち３０５℃までの範囲にとどめたい。
【０２０１】
これは、ヒータ温度が３０５℃を超えると、温度プロファイルのコントロールが困難になったり、ＡｕＳｎはんだが溶融するまでに時間がかかりすぎたり、半導体レーザ１０（レーザチップ）が高温にさらされる時間が長くなりすぎたりして、実用的な範囲を逸脱してしまうおそれがあるからである。
【０２０２】
したがって、スペーサ２２が設けられたサブマウント２０を用いる場合には、加熱用ヒータ側とは反対側に形成されたＡｕＳｎはんだが溶融するときのヒータ温度が３０５℃以下の範囲となるように、サブマウント２０の面積Ｓｓｕｂとスペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒとスペーサ２２の厚さＨを設定すればよい。
【０２０３】
ここで、サブマウント２０のスペーサ２２の厚さおよび面積と半導体レーザ１０のレーザ特性の劣化との関係について実験を行った。具体的には、サブマウント２０のスペーサ２２の厚さＨと上記の面積比率（Ｓｓｐａｃｅｒ／Ｓｓｕｂ）をパラメータにして半導体発光装置（素子）を作製し、温度サイクル試験(１,０００回)を行った。その実験結果を以下の表３に示す。なお、スペーサ２２は、銅によって構成された銅スペーサを用いた。
【０２０４】
【表３】
2020031944.tif 000018
【０２０５】
この図の中で、〇でプロットした点は、１，０００回の温度サイクル試験の後にレーザ特性の劣化がみられなかったものを示しており、×でプロットした点は、１，０００回の温度サイクル試験の後にレーザ特性の劣化がみられたものをそれぞれ示している。
【０２０６】
この結果、スペーサ２２を有するサブマウント２０を用いる場合は、半導体レーザ１０のレーザ特性の劣化を抑制するとの観点では、スペーサ２２の厚さＨはなるべく厚く、また、スペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒはなるべく小さくするとよいということが分かる。
【０２０７】
このように、スペーサ２２を有するサブマウント２０を用いる場合、第１の接合材４１（ＡｕＳｎはんだ）を効率的に溶融するとの観点では、スペーサ２２の厚さＨはなるべく薄く、また、スペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒはなるべく大きくするとよい一方で、半導体レーザ１０のレーザ特性の劣化を抑制するとの観点では、これとは逆に、スペーサ２２の厚さＨはなるべく厚く、また、スペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒはなるべく小さくした方がよい。
【０２０８】
具体的には、チップ・サブマウント実装工程におけるＡｕＳｎはんだの溶融のしやすさと半導体レーザ１０のレーザ特性の劣化抑制効果とを両立させるには、図１９に示される曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との間の範囲となるように、サブマウント２０の面積Ｓｓｕｂとスペーサ２２の総面積Ｓｓｐａｃｅｒとスペーサ２２の厚さＨの寸法を設定すればよい。
【０２０９】
なお、図１９において、曲線Ｃ１よりも上側の領域は、チップ・サブマウント実装工程でＡｕＳｎはんだを溶融させる際にＡｕＡｎはんだを容易に溶融させることができる範囲である。また、図１９において、曲線Ｃ２よりも下側の領域は、導体レーザ１０のレーザ特性の劣化を抑制できる範囲である。
【０２１０】
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置１Ａについて、図２０および図２１を用いて説明する。図２０は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光装置１Ａの構成を示す断面図である。図２１は、同半導体発光装置１Ａにおけるサブマウント２０Ａの底面図である。半導体レーザ１０は、スペーサ２２が配置されている底面側（第２の主面２１ｂ側）とは反対側（第１の主面２１ａ側）に配置されており、図２１においては、スペーサ２２の配置とともに、サブマウント本体２１をはさんで配置される半導体レーザ１０の位置が示されている。
【０２１１】
図２０および図２１に示すように、本変形例に係る半導体発光装置１Ａでは、サブマウント２０Ａの複数のスペーサ２２のうち少なくとも一つは、半導体レーザ１０と重なっている。
【０２１２】
具体的には、本変形例において、スペーサ２２は、縦方向に２つ、横方向に３つの合計で６個設けられている。そして、図２１に示すように、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの法線方向からサブマウント２０を見たときに、横方向における真ん中のスペーサ２２が半導体レーザ１０と重なっている。
【０２１３】
このように、スペーサ２２と半導体レーザ１０とを重ねることで、発熱源である半導体レーザ１０とスペーサ２２とを、サブマウント本体２１の第１の主面２１ａと第２の主面２１ｂとの間において最短距離で配置されることになる。これにより、本変形例に係る半導体発光装置１Ａは、上記実施の形態１に係る半導体発光装置１と比べて、熱抵抗を低くすることができる。
【０２１４】
なお、スペーサ２２の数は６個に限るものではない。例えば、図２２に示されるサブマウント２０Ｂのように、縦方向に３つ、横方向に３つの合計６個のスペーサ２２が設けられていてもよいし、図２３に示されるサブマウント２０Ｃのように、横長のスペーサ２２が長手方向（縦方向）に４つ並べて設けられていてもよいし、図２４に示されるサブマウント２０Ｄのように、大面積の矩形状の１つのスペーサ２２のみが設けられていてもよいし、図２５に示されるサブマウント２０Ｅのように、小面積の矩形状のスペーサ２２が縦方向に６つ、横方向に４つの合計２４個設けられていてもよい。
【０２１５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る半導体発光装置２について、図２６を用いて説明する。図２６は、実施の形態２に係る半導体発光装置２の構成を示す断面図である。
【０２１６】
本実施の形態に係る半導体発光装置２は、上記実施の形態１に係る半導体発光装置１に対して、サブマウント２０Ｘの構成と金属膜５０における表面層５０ｂの厚さとが異なっている。
【０２１７】
具体的には、本実施の形態におけるサブマウント２０Ｘは、上記実施の形態１におけるサブマウント２０において、スペーサ２２および第２の金属膜２４が設けられていない構造になっている。また、金属膜５０における表面層５０ｂの厚さは、１μｍ以上である。表面層５０ｂは、金属膜５０の表面層であり、金のみからなる金層または金を含む層である。
【０２１８】
本願発明者らは、実験により、サブマウント２０にスペーサ２２を設けなくても、基体３０の最表面に形成された表面層５０ｂの厚さを厚くすることによっても第２の接合材４２の厚さを制御できることを見出した。以下、その実験について説明する。
【０２１９】
この実験では、Ａｕ層からなる表面層５０ｂの厚さを、０．０７μｍ、０．１８μｍ、１．２μｍ、１．６μｍと変えたときに形成される第２の接合材４２の厚さ（はんだ出来栄え厚さ）を測定した。図２７は、その実験結果を示す断面ＳＥＭ像である。また、図２８は、この実験により得られた表面層５０ｂ（Ａｕ層）の厚さと第２の接合材４２の厚さ（はんだ出来栄え厚さ）との関係を示す図である。なお、Ａｕ層からなる表面層５０ｂは、金めっき法により形成した。
【０２２０】
図２７および図２８に示すように、表面層５０ｂ（Ａｕ層）の厚さを厚くすることで、第２の接合材４２の厚さ（はんだ出来栄え厚さ）を厚くできることが分かった。つまり、表面層５０ｂの厚さを制御することで、第２の接合材４２の厚さを制御できることが分かった。この場合、表面層５０ｂの厚さを１μｍ以上にすることで、第２の接合材４２の厚さを約３．５μｍ以上にすることができる。
【０２２１】
また、図２７に示すように、表面層５０ｂ（Ａｕ層）の厚さを厚くすることで、第２の接合材４２内に生じる空洞（ボイド）を小さくできることも分かった。
【０２２２】
このように、上記実施の形態１に係る半導体発光装置１では、サブマウント２０にスペーサ２２を設けることで第２の接合材４２の厚さを適切な値となるように制御したが、本実施の形態に係る半導体発光装置２では、基体３０の最表面に形成された表面層５０ｂの厚さを制御することで、第２の接合材４２の厚さを制御している。
【０２２３】
ここで、表面層５０ｂの厚さによって第２の接合材４２の厚さを厚く制御できる点について、図２９Ａ〜図２９Ｃを用いて本実施の形態に係る半導体発光装置２の製造方法を説明しつつ、以下説明する。
【０２２４】
図２９Ａに示すように、基体３０の表面（具体的には表面層５０ｂの表面）に第２の接合材４２を配置する。このとき、半導体レーザ１０が実装されたサブマウント２０Ｘを基体３０に実装する前（加熱前）においては、表面層５０ｂの面積は、第２の接合材４２の面積よりも大きくなっている。
【０２２５】
この状態において、ヒータ（不図示）で加熱して第２の接合材４２を溶解（溶融）させると、図２９Ｂに示すように、第２の接合材４２から表面層５０ｂの横方向へのＳｎの拡散が途中で止まることになる。このとき、Ｓｎが届かない部分の表面層５０ｂは固体のままになっている。
【０２２６】
そして、図２９Ｃに示すように、さらに加熱を継続しながらサブマウント２０Ｘを第２の接合材４２に押し付ける。このとき、第２の接合材４２の中央部分が押しつぶされるためには、第２の接合材４２が横に逃げる場所が必要となるが、第２の接合材４２の横方向の領域はＳｎが未拡散で固体（Ａｕ）の状態であるため、第２の接合材４２が横方向に広がらない。この結果、表面層５０ｂがサブマウント２０Ｘであまり押しつぶされることなく、一定の厚さが維持されることになる。つまり、表面層５０ｂの厚さを厚くした分、第２の接合材４２の厚さを厚くすることができる。
【０２２７】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体発光装置２は、基体３０と、基体３０上に位置するサブマウント２０Ｘと、サブマウント２０Ｘ上に位置する半導体レーザ１０とを備え、半導体レーザ１０とサブマウント２０とは、第１の接合材４１で接合され、基体３０とサブマウント２０Ｘとは、第２の接合材４２で接合されている。そして、基体３０の最表面には、金層または金を含む層として表面層５０ｂが１μｍ以上の厚さで形成されている。なお、半導体レーザ１０としては、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作するものであれば、より本開示の効果が大きい。
【０２２８】
そして、本実施の形態における半導体発光装置２でも、上記実施の形態１における半導体発光装置１と同様に、第２の接合材４２の平均厚さをｄ［ｍ］とし、半導体発光装置２において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、サブマウント２０Ｘのベース材料（サブマウント本体２１）の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、基体３０の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、第２の接合材４２の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、サブマウント２０Ｘの幅をＷ［ｍ］とし、サブマウント２０Ｘの長さをＬ［ｍ］とし、第２の接合材４２のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たしている。
【０２２９】
【数１４】
2020031944.tif 000019
【０２３０】
【数１５】
2020031944.tif 000020
【０２３１】
この構成により、温度サイクルによる熱ひずみに対して充分な強度を確保できる第２の接合材４２の厚さを精度良く実現できる。また、本実施の形態では、サブマウント２０Ｘにスペーサ２２が設けられておらず、サブマウント２０Ｘの基体３０側の面が平坦になっている。これにより、サブマウント２０Ｘと基体３０との間を第２の接合材４２によって隙間なく容易に埋めることができる。したがって、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置２を実現できる。
【０２３２】
（その他の変形例）
以上、本開示に係る半導体発光装置について、実施の形態１、２に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態１、２に限定されるものではない。
【０２３３】
例えば、上記実施の形態１では、サブマウント２０にスペーサ２２を設けることで、また、上記実施の形態２では、基体３０の最表面の表面層５０ｂを厚くすることで、熱抵抗の増大を抑制しつつ、温度サイクルに伴う熱ひずみに対して充分な強度を有する半導体発光装置、具体的には、自動車部品用の信頼性試験規格ＡＥＣ−Ｑ１０２を満たすことできる半導体発光装置を実現したが、これに限らない。
【０２３４】
具体的には、消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する半導体レーザ１０を用いて、１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下であり、サブマウント本体２１の第２の主面２１ｂの面積を０．６ｍｍ２以上とし、第１の接合材４１の厚さを３μｍよりも小さくして、以下の（式１）および（式２）を満たすように構成してもよい。
【０２３５】
【数１６】
2020031944.tif 000021
【０２３６】
【数１７】
2020031944.tif 000022
【０２３７】
また、上記実施の形態１、２における半導体発光装置は、基体３０を有していたが、基体３０を有していなくてもよい。例えば、半導体発光装置は、第１の主面２１ａおよび第２の主面２１ｂを有するサブマウント２０と、サブマウント２０の第１の主面２１ａ側に位置する半導体発光素子１０とによって構成されていてもよい。この場合、半導体発光素子１０とサブマウント２０とは第１の接合材４２で接合され、また、サブマウント２０の第２の主面２１ａ側には、スペーサ２２が配置された第１の領域Ｒ１と、スペーサ２２が配置されていない第２の領域Ｒ２とが存在している。この構成により、特別な配慮を必要とすることなく、上記実施の形態１で示した方法で基体３０とサブマウント２０とを接合することができる。そして、簡単に、高い温度サイクル耐性と高放熱性を両立することができる。
【０２３８】
その他、各実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３９】
本開示に係る半導体発光装置は、光ディスク、ディスプレイ、車載ヘッドランプ、照明又はレーザ加工装置などの様々な分野の製品の光源として利用することができ、特に、温度変化が大きい使用環境で用いられる自動車用部品の光源として有用である。
【符号の説明】
【０２４０】
１、１Ａ、２、１００  半導体発光装置
１０  半導体レーザ
１１  半導体基板
１２  ｎ型半導体層
１３  活性層
１４  ｐ型半導体層
１５  絶縁層
１６  ｐ側電極
１６ａ  Ｐｄ層
１６ｂ  Ｐｔ層
１６ｃ  Ａｕ層
１７  ｎ側電極
１７ａ  Ｔｉ層
１７ｂ  Ｐｔ層
１７ｃ  Ａｕ層
１８  密着補助層
１８ａ  Ｔｉ層
１８ｂ  Ｐｔ層
１９  Ａｕ層
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｘ  サブマウント
２１  サブマウント本体
２１ａ  第１の主面
２１ｂ  第２の主面
２２  スペーサ
２３  第１の金属膜
２３ａ  第１の密着層
２３ｂ  バリア層
２３ｃ  変質防止層
２４  第２の金属膜
２４ａ  第２の密着層
２４ｂ  バリア層
２４ｃ  表面層
２５  第３の金属膜
２５ａ  第３の密着層
２５ｂ  バリア層
２５ｃ  表面層
２６  第４の金属膜
３０  基体
３１  ステムベース
３２  ステムポスト
３３  リードピン
４１  第１の接合材
４２  第２の接合材
５０  金属膜
５０ａ  下地層
５０ｂ  表面層
１１０  キャップ
１１１  板ガラス
１０１０  光半導体デバイスチップ
１０２０  サブマウント
１０２８  溝
１０２９  空洞
１０３０  放熱ブロック
１０４２  接合材
２０１０  チップ
２０２０  配線基板
２０３０  放熱基板
２０４２  接合材
２０５０  支持材
３０１０  発光素子
３０２０  セラミックス基板
３０３０  実装基板
３０４０  金属バンプ
【図１】
2020031944.tif 000031
【図２】
2020031944.tif 000032
【図３】
2020031944.tif 000033
【図４】
2020031944.tif 000034
【図５】
2020031944.tif 000035
【図６Ａ】
2020031944.tif 000036
【図６Ｂ】
2020031944.tif 000037
【図７】
2020031944.tif 000038
【図８】
2020031944.tif 000039
【図９】
2020031944.tif 000040
【図１０】
2020031944.tif 000041
【図１１】
2020031944.tif 000042
【図１２】
2020031944.tif 000043
【図１３】
2020031944.tif 000044
【図１４】
2020031944.tif 000045
【図１５Ａ】
2020031944.tif 000046
【図１５Ｂ】
2020031944.tif 000047
【図１５Ｃ】
2020031944.tif 000048
【図１６】
2020031944.tif 000049
【図１７】
2020031944.tif 000050
【図１８】
2020031944.tif 000051
【図１９】
2020031944.tif 000052
【図２０】
2020031944.tif 000053
【図２１】
2020031944.tif 000054
【図２２】
2020031944.tif 000055
【図２３】
2020031944.tif 000056
【図２４】
2020031944.tif 000057
【図２５】
2020031944.tif 000058
【図２６】
2020031944.tif 000059
【図２７】
2020031944.tif 000060
【図２８】
2020031944.tif 000061
【図２９Ａ】
2020031944.tif 000062
【図２９Ｂ】
2020031944.tif 000063
【図２９Ｃ】
2020031944.tif 000064
【図３０】
2020031944.tif 000065
【図３１】
2020031944.tif 000066
【図３２】
2020031944.tif 000067
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月14日(2020.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第１の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第２の接合材で接合され、
前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記第２の接合材の剛性率をＺ［ＧＰａ］とし、
前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＣ［ＧＮ／ｍ］としたときに、以下の（式１）および（式２）を満たす、
【数１】
2020031944.tif 000068
【数２】
2020031944.tif 000069
半導体発光装置。
【請求項２】
前記基体の最表面には、金層または金を含む層が１μｍ以上の厚さで形成されている、
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記サブマウントの前記基体側には、スペーサが配置された第１の領域と、前記スペーサが配置されていない第２の領域とが存在し、
前記サブマウントは、前記第２の領域の少なくとも一部が前記第２の接合材で覆われることにより前記基体と接合されている、
請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第２の接合材は、前記基体上において、平面視で前記サブマウントの外側へ広がって形成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第２の接合材は、前記サブマウントの側面の少なくとも一部を覆っている、
請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第１の接合材の厚さは、前記第２の接合材の厚さより薄い、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記サブマウントの前記基体側の面の面積は、０．６ｍｍ２以上である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光装置は、１２５℃と−４０℃との間の温度サイクルを１０００回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ｉｆにおける光出力の低下が、前記温度サイクル試験前の動作電流Ｉｆにおける光出力の２０％以下である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記サブマウントのベース材料の熱伝導率は、１３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数は、５×１０−６Ｋ−１以下である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記基体の熱伝導率は、２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１より大きい、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記サブマウントのベース材料と前記基体の熱膨張係数の差は、１１×１０−６Ｋ−１より大きい、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記半導体発光素子は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザは、当該半導体レーザにおける消費電力と光出力との差分が３Ｗ以上となる状態で動作する、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記第１の接合材の厚さは、３μｍより小さい、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記サブマウント本体の前記基体側の面に第１の金属膜が配置され、
前記第１の金属膜は、前記基体側の面から順に第１の密着層と変質防止層を有している、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
前記第２の接合材は、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉ及びＡｕＳｂのいずれかで構成される、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１７】
前記サブマウントは、サブマウント本体を有し、
前記スペーサは、前記サブマウント本体に設けられている、
請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
前記スペーサは、複数設けられている、
請求項１７に記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
少なくとも２つの前記スペーサの間は、前記第２の接合材で実質的に埋め込まれている、
請求項１８に記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
複数の前記スペーサは、２次元的に分散して配置されている、
請求項１８または１９に記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
複数の前記スペーサのうち少なくとも一つは、前記半導体発光素子と重なっている、
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
隣り合う２つの前記スペーサの間隔は、１００μｍ以上である、
請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２３】
前記サブマウント本体は、直方体であり、
前記スペーサは、少なくとも４個設けられており、
４個の前記スペーサの各々は、前記サブマウント本体の４つの角の付近に配置されている、
請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２４】
前記サブマウント本体の前記基体側の面には、前記スペーサが配置されていない角が存在する、
請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２５】
前記スペーサの側面は、前記サブマウント本体の側面から離れている、
請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２６】
前記スペーサの側面と前記サブマウント本体の側面との距離は、５０μｍ以上である、
請求項２５に記載の半導体発光装置。
【請求項２７】
前記スペーサの中心部の厚さは、前記スペーサの周辺部の厚さより厚い、
請求項１７〜２６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２８】
前記スペーサは、前記サブマウント本体の前記基体側の面と対面する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の側面である第３の面とを有する、
請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２９】
前記第２の面に、第２の金属膜が配置されている、
請求項２８に記載の半導体発光装置。
【請求項３０】
前記第２の金属膜は、前記第３の面にも配置されている
請求項２９に記載の半導体発光装置。
【請求項３１】
前記第２の金属膜は、前記第２の領域にも配置されている、
請求項３０に記載の半導体発光装置。
【請求項３２】
前記第２の面と前記第３の面とは、第１の曲面で接続されている、
請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３３】
前記第３の面は、曲面を有する、
請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３４】
前記第３の面は、少なくとも第１の側面と第２の側面とを有し、
前記第１の側面と前記第２の側面とは、第２の曲面で接続されている、
請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３５】
前記第２の曲面の曲率半径は、２５μｍ以上である、
請求項３４に記載の半導体発光装置。
【請求項３６】
前記スペーサの最小幅は、５０μｍ以上である、
請求項３、１７〜３５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３７】
前記第２の接合材は、ＡｕＳｎによって構成されており、
前記サブマウントの前記第２の領域における前記第２の接合材の平均厚さをｄ［ｍ］とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔＴ［Ｋ］とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαｓｕｂ［Ｋ−１］とし、
前記基体の熱膨張係数をαｓｔｅｍ［Ｋ−１］とし、
前記サブマウントの幅をＷ［ｍ］とし、
前記サブマウントの長さをＬ［ｍ］とし、
前記第２の接合材がＡｕＳｎの場合の前記第２の接合材のクラック発生臨界定数をＤ［ｍ］としたときに、以下の（式３）および（式４）を満たす、
【数３】
2020031944.tif 000070
【数４】
2020031944.tif 000071
請求項３、１７〜３６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３８】
前記スペーサの主成分は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの中から選ばれる金属、または、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＡｇの少なくともいずれか一つを含む合金である、
請求項３、１７〜３７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項３９】
前記基体の表面には複数の凹部が設けられ、
前記スペーサの厚さは、前記凹部の深さより大きい、
請求項３、１７〜３８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【国際調査報告】
2020031944.tif 000072
2020031944.tif 000073
2020031944.tif 000074
2020031944.tif 000075