(57)【要約】【課題】  レーザアレイの残留応力を低減することができる半導体レーザ装置の製造方法を提供する。【解決手段】  サブマウント２０に引張り力Ｆｔを作用させることにより、引張り応力Ｓｔを発生させる。次いで、引張り応力Ｓｔの生じたサブマウント２０と、レーザアレイ１０とを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる。サブマウント２０とレーザアレイ１０との熱膨張係数差による両者の熱膨張量の差は引張り応力Ｓｔにより相殺され、サブマウント２０の伸び量がレーザアレイ１０の熱膨張量に略等しくなる。接合後、室温に戻すと、レーザアレイ１０の残留応力はほぼゼロとなる。レーザアレイ１０をヒートシンクに直接配設する場合にはヒートシンクに圧縮力を作用させ、圧縮応力の生じたヒートシンクと、レーザアレイ１０とを互いに接合させる。【選択図】図４
2006339511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子を並設した棒状のレーザアレイと、前記レーザアレイとは熱膨張係数の異なる支持部材とを互いに接合させて組み立てを行う半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記支持部材に引張り力または圧縮力を作用させる工程と、
引張り応力または圧縮応力の生じた前記支持部材と、前記レーザアレイとを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
前記引張り力または圧縮力を、前記レーザアレイと前記支持部材との接合面に平行な方向に作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項３】
前記引張り力または圧縮力を、前記支持部材に配設されるレーザアレイの長手方向と同一方向に作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項４】
前記引張り力または圧縮力を、前記支持部材の伸び量が接合温度における前記レーザアレイの熱膨張量に略等しくなるように作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項５】
前記支持部材として前記レーザアレイよりも熱膨張係数の小さいものを用い、前記支持部材に引張り力を作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項６】
前記支持部材としてダイアモンドにより構成されたものを用いる
ことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記支持部材としてＳｉＣにより構成されたものを用いる
ことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記支持部材として前記レーザアレイよりも熱膨張係数の大きいものを用い、前記支持部材に圧縮力を作用させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記支持部材として銅（Ｃｕ）により構成されたものを用いる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザアレイと前記支持部材とを接合させたのち、前記レーザアレイと前記支持部材との接合温度よりも低い温度で前記支持部材の裏面を放熱部材に接合させる工程を含む
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記レーザアレイと前記支持部材とを２００℃以上３００℃以下の温度で接合させる
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記レーザアレイは、６３０μｍ以上６９０μｍ以下の波長域に発振波長を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記レーザアレイは、ＧａＡｓよりなる基板上に、３Ｂ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一つと５Ｂ族元素のうちリン（Ｐ）とを含むＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体よりなる半導体層を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
第１部材と、前記第１部材とは熱膨張係数の異なる第２部材とを互いに接合させる接合方法であって、
前記第２部材に引張り力または圧縮力を作用させる工程と、
引張り応力または圧縮応力の生じた前記第２部材と、前記第１部材とを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる工程と
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項１５】
ダイアモンドにより構成され、厚みが２００μｍ以上の支持部材と、
複数の素子を有すると共に前記支持部材に接合された棒状のレーザアレイと
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記レーザアレイは、前記支持部材に引張り力または圧縮力を作用させたのち、引張り応力または圧縮応力の生じた支持部材と同時に加熱し圧着することにより前記支持部材に接合されたものである
ことを特徴とする請求項１５記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の素子を並設した棒状のレーザアレイと支持部材とを互いに接合させる半導体レーザ装置の製造方法およびこの方法を応用して熱膨張係数の異なる二つの部材を接合させる接合方法に関する。また、本発明は、熱伝導率の高い支持部材を備えた半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用の半導体レーザ装置では、高出力を得るため、複数の素子を並設した棒状のレーザアレイが用いられる場合がある。レーザアレイは、通常のレーザ素子の２００μｍ〜５００μｍというよりもはるかに幅の広い１０ｍｍという値をもつ。このようなレーザアレイと、支持部材としてのサブマウントとを互いに接合する場合には、レーザアレイに大きな応力を発生しないようにする必要がある。このような観点から、従来では、例えばレーザアレイがＧａＡｓにより構成されている場合、サブマウントとしてＧａＡｓとほぼ熱膨張係数が等しいＣｕＷよりなるものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平７−１６８０５６号公報（第００３４段落および第００３５段落）
【特許文献２】特開平１１−２６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＣｕＷは熱伝導率があまり高くなく、２００Ｗ／ｍＫ程度でしかない。そのため、レーザアレイが高出力になり、放散する熱量が大きくなると、ＣｕＷよりなるサブマウントの熱伝導率の低さによりレーザアレイが高温に曝され、信頼性が損なわれてしまうという問題があった。
【０００４】
一方、熱伝導率の高いサブマウント材料としてはＳｉＣまたはダイアモンドが考えられる。例えば、ＳｉＣは３５０Ｗ／ｍＫ程度、ダイアモンドは５００Ｗ／ｍＫ以上の極めて高い熱伝導率を有している。よって、仮にこれらの材料よりなるサブマウントを用いることができれば、大出力化した場合にもレーザアレイの排熱を十分に行うことが可能となり、レーザアレイが高温に曝されないようにすることができる。
【０００５】
しかし、ＳｉＣまたはダイアモンドなどの熱伝導率の高い材料は、レーザアレイ２１０の構成材料であるＧａＡｓよりも熱膨張係数が著しく小さく、サブマウントとしての利用は極めて難しいという問題を有していた。
【０００６】
図８および図９は、例えばＳｉＣよりなるサブマウントを用いた場合の、従来の半導体レーザ装置の製造方法を表すものである。まず、図８（Ａ）に示したように、ＧａＡｓ基板に形成されたレーザアレイ１１０と、ＳｉＣよりなるサブマウント１２０とをそれぞれ用意する。次いで、図８（Ｂ）に示したように、このレーザアレイ１１０とサブマウント１２０とを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる。このとき、レーザアレイ１１０とサブマウント１２０との熱膨張係数差により両者の伸び量は大きく異なり、再び常温に戻すと、図８（Ｃ）に示したように、サブマウント１２０がレーザアレイ１１０側へ反ってしまっていた。
【０００７】
続いて、図９（Ａ）に示したように、レーザアレイ１１０が配設されたサブマウント１２０の裏面を、放熱部材としてのヒートシンク１３０に接合する。このとき、レーザアレイ１１０およびサブマウント１２０の反りを矯正するため、これらを加熱すると共に均一に力Ｐを加え、押し広げるようにしてヒートシンク１３０に接合する。これにより、レーザアレイ１１０には引張り応力Ｓｔがかかり、割れやひびなどが生じてしまっていた。更に、接合後のレーザアレイ１１０には、図９（Ｂ）に示したように、サブマウント１２０から剥離しようとする上向きの残留応力Ｓｒが内在してしまい、レーザアレイ１１０自体の物理的な破損を招いたり、あるいは、この残留応力Ｓｒにより転位の増殖または移動が誘起されてレーザアレイ１１０の信頼性を低下させてしまっていた。
【０００８】
このように、高出力レーザアレイの実装に堪えうるサブマウント材料には、レーザアレイとの熱膨張係数差がほとんどなく、かつ熱伝導率が高いという二つの制約があるが、この両方を満たす材料は従来では開発されていなかった。辛うじてＳｉＣサブマウントが利用されているものの、ダイアモンドについては通常の２００μｍないし３００μｍ程度の厚みを有するサブマウントとしての利用はほぼ不可能であった。
【０００９】
なお、ちなみに、特許文献２では、基体表面に厚み３μｍ〜９μｍの極めて薄いダイヤモンド層を蒸着すると共に、このダイヤモンド層と半導体レーザチップとの間に設けるロウ材層により、両者間に発生する熱応力を吸収させようとした構成が開示されている。しかし、この構成はレーザチップを想定したものであり、想定しているダイヤモンド層の面積は０．７５ｍｍ×１．５ｍｍが最大で、本発明のような極端に細長い形状のレーザアレイを対象としているものではない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、レーザアレイの残留応力を低減することができる半導体レーザ装置の製造方法およびこの方法を応用した接合方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、熱伝導率の高い支持部材を備え、信頼性を高めた半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による半導体レーザ装置の製造方法は、複数の素子を並設した棒状のレーザアレイと、レーザアレイとは熱膨張係数の異なる支持部材とを互いに接合させて組み立てを行うものであって、支持部材に引張り力または圧縮力を作用させる工程と、引張り応力または圧縮応力の生じた支持部材と、レーザアレイとを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる工程とを含むようにしたものである。
【００１３】
この半導体レーザ装置の製造方法では、引張り力または圧縮力が作用して支持部材に歪が発生し、この状態で、支持部材とレーザアレイとが同時に加熱され圧着されることにより互いに接合される。支持部材とレーザアレイとの熱膨張係数差がある場合でも、両者の熱膨張量の差は引張り応力または圧縮応力により相殺される。よって、接合後、室温に戻したときのレーザアレイの残留応力が低減される。
【００１４】
本発明による接合方法は、第１部材と、第１部材とは熱膨張係数の異なる第２部材とを互いに接合させるものであって、第２部材に引張り力または圧縮力を作用させる工程と、引張り応力または圧縮応力の生じた第２部材と、第１部材とを同時に加熱し圧着することにより互いに接合させる工程とを含むようにしたものである。
【００１５】
この接合方法では、引張り力または圧縮力が作用して第２部材に歪が発生し、この状態で、第２部材と第１部材とが同時に加熱され圧着されることにより互いに接合される。これにより、第２部材と第１部材との熱膨張係数差がある場合でも、両者の熱膨張量の差は引張り応力または圧縮応力により相殺され、接合後の第１部材の残留応力が低減される。
【００１６】
ダイアモンドにより構成され、厚みが２００μｍ以上の支持部材と、複数の素子を有すると共に支持部材に接合された棒状のレーザアレイとを備えたものである。
【００１７】
この半導体レーザ装置では、支持部材がダイアモンドにより構成されているので、レーザアレイの出力が大きくなって発熱量が増大しても、発生した熱は、熱伝導率の高い支持部材により十分に拡散され、レーザアレイが高温に曝されることがない。よって、信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、支持部材に引張り力または圧縮力を作用させ、引張り応力または圧縮応力の生じた支持部材と、レーザアレイとを互いに接合させるようにしたので、両者の熱膨張量の差を引張り応力または圧縮応力により相殺することができ、接合後のレーザアレイの残留応力を低減することができる。
【００１９】
本発明の接合方法によれば、第２部材に引張り力または圧縮力を作用させ、引張り応力または圧縮応力の生じた第２部材と、第１部材とを互いに接合させるようにしたので、接合後の第１部材の残留応力を低減することができる。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置によれば、ダイアモンドよりなる支持部材を備えているので、レーザアレイの発熱を、熱伝導率の高い支持部材により十分に拡散させ、レーザアレイが高温に曝されるのを防止することができる。よって、信頼性が高く、高出力レーザに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成を表したものである。この半導体レーザ装置は、例えば、固体レーザ用励起光源やプロジェクタの光源として用いられるものであり、レーザアレイ１０と支持部材としてのサブマウント２０とが互いに接合されると共に、サブマウント２０の裏面が放熱部材としてのヒートシンク３０に接合された構成を有している。
【００２３】
図２は、図１に示したレーザアレイ１０の一部を拡大して表したものである。このレーザアレイ１０は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）チップ１１が並設された棒（バー）状のものであり、例えば６３０μｍ以上６９０μｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色レーザである。レーザアレイ１０の寸法は、例えば、幅約１０ｍｍ、共振器長２００μｍないし１．５ｍｍ、具体的には約７００μｍ程度、厚さ約１００μｍである。なお、ここで、幅とは、レーザダイオードチップ１１の配列方向における寸法であり、共振器長は、レーザアレイ１０からの光ＬＢの出射方向すなわち共振器方向における寸法であり、厚さは、レーザダイオードチップ１１の配列方向と共振器方向との両方に直交する方向における寸法である。
【００２４】
レーザアレイ１０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）よりなる基板１２上に、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体よりなる、活性層を含む半導体層１３を有している。なお、ここでいうＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一つと５Ｂ族元素のうちリン（Ｐ）とを含む四元系半導体のことであり、例えばＡｌＧａＩｎＰ混晶，ＧａＩｎＰ混晶またはＡｌＩｎＰ混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物、または、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ）または炭素（Ｃ）などのｐ型不純物を含有している。
【００２５】
半導体層１３の上には、例えば、各レーザダイオードチップ１１に対応して、ｐ側電極１４が形成されている。ｐ側電極１４は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層を半導体層１３の側から順に積層した構成を有している。また、基板１２の裏面には、例えば、各レーザダイオードチップ１１に対応して、ｎ側電極１５が設けられている。ｎ側電極１５は、例えば、金（Ａｕ）層，金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層および金（Ａｕ）層を基板１２の側から順に積層した構成を有している。
【００２６】
このようなレーザアレイ１０は、後述するように、サブマウント２０に引張り力Ｆｔを作用させたのち、引張り応力Ｓｔの生じたサブマウント２０と同時に加熱し圧着することによりサブマウント２０に接合されたものである。なお、レーザアレイ１０は、通常、ｐ側電極１４がサブマウント２０に対向するように接合されているが、ｎ側電極１５がサブマウント２０に対向するように接合されていてもよい。
【００２７】
図１に示したサブマウント２０は、ダイアモンドにより構成され、厚みが２００μｍ以上である。これにより、この半導体レーザ装置では、サブマウント２０の熱伝導率が極めて高くなっており、レーザアレイ１０で発生した熱を十分に拡散させ、レーザアレイ１０を高温に曝すことなく信頼性を向上させることができるようになっている。
【００２８】
図１に示したヒートシンク３０は、例えば、銅（Ｃｕ）などの電気的および熱的な伝導性を有する材料により構成されており、表面には金（Ａｕ）などよりなる薄膜が被着されている。熱伝導性は、レーザアレイ１０から発生する大量の強熱を放出させ、レーザアレイ１０を適当な温度に維持するために必要な特性であり、電気伝導性は、電流をレーザアレイ１０に効率よく伝導させるために必要な特性である。
【００２９】
レーザアレイ１０とサブマウント２０との間、およびサブマウント２０とヒートシンク３０との間には、例えばはんだよりなる図示しない溶着層が設けられている。溶着層は、鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）により構成されていることが好ましいが、鉛系はんだにより構成されていてもよい。レーザアレイ１０とサブマウント２０との間の溶着層は、例えば、接合温度２５０℃の金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）により構成されている。サブマウント２０とヒートシンク３０との間の溶着層は、例えば、インジウム（Ｉｎ）等を主成分とする接合温度１５０℃ないし１７０℃程度の低融点のはんだにより構成されている。
【００３０】
この半導体レーザ装置は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３１】
図３は、この半導体レーザ装置の製造方法の流れを表すものであり、図４および図５は、その工程を順に表したものである。まず、例えば、上述した材料よりなる基板１２の表側に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシ）法により、上述した材料よりなる半導体層１３を形成する。次いで、ｐ側電極１４およびｎ側電極１５を形成し、基板１２を所定の大きさに整える。これにより、図２に示した棒状のレーザアレイ１０が形成される。
【００３２】
また、図４（Ａ）に示したように、このレーザアレイ１０と共に、上述した厚みおよび材料よりなるサブマウント２０を用意する（ステップＳ１０１）。サブマウント２０のレーザアレイ１０との接合面には、例えば上述したはんだよりなる図示しない溶着層を設ける。
【００３３】
次いで、図４（Ｂ）に示したように、サブマウント２０の縁部を例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）よりなる治具４０により保持して、引張り力Ｆｔを作用させることにより、サブマウント２０に引張り応力Ｓｔを発生させる（ステップＳ１０２）。引張り力Ｆｔは、レーザアレイ１０とサブマウント２０との接合面に平行な方向に作用させることが好ましく、特に、サブマウント２０に配設されるレーザアレイ１０の長手方向と同一方向に作用させるようにすればより好ましい。レーザアレイ１０は細長い棒状なので、レーザアレイ１０の熱膨張量はその長手方向において最も大きくなるからである。
【００３４】
また、この引張り力Ｆｔは、サブマウント２０の伸び量が接合温度におけるレーザアレイ１０の熱膨張量に略等しくなるように作用させることが好ましい。サブマウント２０とレーザアレイ１０との熱膨張係数差による両者の熱膨張量の差を引張り応力Ｓｔにより相殺し、接合後のレーザアレイ１０の残留応力をほぼゼロとすることができるからである。なお、引張り力Ｆｔは、サブマウント２０の伸び量が接合温度におけるレーザアレイ１０の熱膨張量より大きくなるようにしてもよい。サブマウント２０の伸び量が大きいと接合後のレーザアレイ１０には圧縮歪がかかることになるが、一般的に材料は引張りの力または応力に対しては非常に弱いのに対して、圧縮の力または応力に対しては１０倍程度の強さを持っているからである。ただし、引張り力Ｆｔは、サブマウント２０が破断しない値に選ぶ必要がある。
【００３５】
具体的には、引張り力Ｆｔの大きさは、レーザアレイ１０およびサブマウント２０の熱膨張係数と、サブマウント２０のヤング率Ｅとに基づいて求めることができる。これらの値を表１に示す。なお、表１には、参考として銅（Ｃｕ）の熱膨張係数を合わせて示す。また、ヤング率Ｅの定義は数１により表される。よって、サブマウント２０の寸法を、幅１０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ（３００μｍ）、奥行き２ｍｍとし、接合温度２５０℃として計算すると、引張り力Ｆｔは約７ｋｇｆ、またはそれを超える値とすればよい。なお、計算の際、サブマウント２０を構成するダイアモンドの熱膨張量は微小なので無視できるが、これを考慮してもよい。
【００３６】
【表１】
2006339511.tif 000003
【００３７】
【数１】
2006339511.tif 000004
（数１において、Ｅはヤング率、Ｓは引張られるものの断面積、Ｆｔは引張り力、Δｌは伸び量、ｌは引張られるものの元の長さをそれぞれ表す。）
【００３８】
続いて、図４（Ｃ）に示したように、サブマウント２０に引張り力Ｆｔを作用させた状態を維持しつつ、サブマウント２０とレーザアレイ１０とを同時に例えば２５０℃の接合温度に加熱し圧着することにより互いに接合させる（ステップＳ１０３）。これにより、サブマウント２０とレーザアレイ１０との熱膨張係数差による両者の熱膨張量の差は引張り応力Ｓｔにより相殺され、サブマウント２０の伸び量がレーザアレイ１０の熱膨張量に略等しくなる。よって、接合後、除冷に合わせて引張り力Ｆｔをゼロにし、サブマウント２０を治具４０から解放して室温に戻すと、図４（Ｄ）に示したように、レーザアレイ１０の残留応力はほぼゼロとなり、レーザアレイ１０やサブマウント２０の反りが抑制される。
【００３９】
レーザアレイ１０およびサブマウント２０を互いに接合したのち、上述した材料よりなるヒートシンク３０を用意し、このヒートシンク３０のサブマウント２０が配設される領域に、上述したはんだよりなる図示しない溶着層を設ける。
【００４０】
続いて、図５に示したように、ヒートシンク３０に設けられた溶着層と、サブマウント２０の裏面とを対向させ、位置合わせを精度よく行い、ヒートシンク３０の上にサブマウント２０を載せる。そののち、レーザアレイ１０とサブマウント２０との接合温度よりも低い温度、例えば１５０℃ないし１７０℃程度で、サブマウント２０の裏面をヒートシンク３０に接合させる。以上により、図１に示した半導体レーザ装置が完成する。
【００４１】
この半導体レーザ装置では、各レーザダイオードチップ１１のｎ側電極１５とｐ側電極１４との間に所定の電圧が印加されると、半導体層１３の活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、サブマウント２０が熱伝導率の高いダイアモンドにより構成されているので、レーザアレイ１０の出力が大きくなって発熱量が増大しても、発生した熱はサブマウント２０により十分に拡散され、レーザアレイ１０が高温に曝されることがない。よって、信頼性が向上する。
【００４２】
このように本実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法では、サブマウント２０に引張り力Ｆｔを作用させたのち、引張り応力Ｓｔの生じたサブマウント２０と、レーザアレイ１０とを互いに接合させるようにしたので、両者の熱膨張量の差を引張り応力Ｓｔにより相殺することができ、接合後のレーザアレイ１０の残留応力を低減することができる。よって、残留応力によるレーザアレイ１０の物理的な破損を抑制すると共に、レーザアレイ１０内部に転位が発生または増殖することを防止し、半導体レーザ装置の信頼性を高めることができる。
【００４３】
また、レーザアレイ１０およびサブマウント２０の反りを小さくし、レーザアレイ１０を水平にサブマウント２０に接合することができる。よって、レーザアレイ１０の発光点の位置的なばらつき、所謂スマイル特性を改善することができ、すべての発光点からのレーザ光をレンズで集光したり、光ファイバに導いたりすることを容易に行うことができる。
【００４４】
更に、レーザアレイ１０との熱膨張係数差が大きなサブマウント２０であってもレーザアレイ１０との接合が可能となる。よって、従来不可能とされていたダイアモンドなどの熱伝導率のよいサブマウント２０を使用することができ、半導体レーザ装置の更なる高出力化を実現することができる。
【００４５】
本実施の形態の半導体レーザ装置では、ダイアモンドよりなるサブマウント２０を備えるようにしたので、レーザアレイ１０の発熱を、熱伝導率の高いサブマウント２０により十分に拡散させ、レーザアレイ１０が高温に曝されるのを防止することができる。よって、信頼性が高く、高出力レーザに好適である。
【００４６】
なお、本実施の形態の製造方法は、本実施の形態のダイアモンドよりなるサブマウント２０を備えた半導体レーザ装置を製造する場合に限られるものではなく、例えば、従来のＳｉＣよりなるサブマウントを有する半導体レーザ装置を製造する場合にも適用することができる。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
図６は本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を表すものであり、図７はその工程を順に表すものである。本実施の形態の製造方法は、レーザアレイ１０をヒートシンク３０に直接配設した半導体レーザ装置を作製するものであり、支持部材としてのヒートシンク３０に圧縮力Ｆｃを作用させながらレーザアレイ１０とヒートシンク３０とを互いに接合することにより、レーザアレイ１０の残留応力を低減するようにしている。
【００４８】
まず、上記第１の実施の形態と同様にして、図２に示した棒状のレーザアレイ１０を形成すると共に、上述した材料よりなるヒートシンク３０を用意する（ステップＳ２０１）。ヒートシンク３０のレーザアレイ１０との接合面には、例えば接合温度２５０℃の金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）よりなる図示しない溶着層を設ける。
【００４９】
次いで、図７（Ａ）に示したように、ヒートシンク３０の周囲にＳＵＳ（ステンレス鋼）よりなる伸び防止用治具５０を配置する。
【００５０】
続いて、図７（Ｂ）に示したように、ヒートシンク３０を加熱すると、伸び防止用治具５０によりヒートシンク３０の熱膨張が抑制され、ヒートシンク３０に対して圧縮力Ｆｃが作用することになる（ステップＳ２０２）。これにより、ヒートシンク３０には圧縮応力Ｓｃが発生する。
【００５１】
圧縮力Ｆｃは、上記第１の実施の形態の引張り力Ｆｔと同様に、レーザアレイ１０とヒートシンク３０との接合面に平行な方向に作用させることが好ましく、特に、ヒートシンク３０に配設されるレーザアレイ１０の長手方向と同一方向に作用させればより好ましい。
【００５２】
また、この圧縮力Ｆｃは、ヒートシンク３０の伸び量が接合温度におけるレーザアレイ１０の熱膨張量に略等しくなるように作用させることが好ましい。サブマウント２０とヒートシンク３０との熱膨張係数差による両者の熱膨張量の差を圧縮応力Ｓｃにより相殺し、接合後のレーザアレイ１０の残留応力をほぼゼロとすることができるからである。なお、圧縮力Ｆｃは、ヒートシンク３０の伸び量が接合温度におけるレーザアレイ１０の熱膨張量より大きくなるようにしてもよい。ヒートシンク３０の伸び量が大きいと接合後のレーザアレイ１０には圧縮歪がかかることになるが、レーザアレイ１０は、上述したように圧縮歪に対しては材料的な強度が十分であり、さほど大きな問題とはならないからである。
【００５３】
続いて、図７（Ｃ）に示したように、ヒートシンク３０に圧縮力Ｆｃを作用させた状態を維持しつつ、レーザアレイ１０とヒートシンク３０とを同時に例えば２５０℃の接合温度に加熱し圧着することにより互いに接合させる（ステップＳ２０３）。これにより、ヒートシンク３０とレーザアレイ１０との熱膨張係数差による両者の熱膨張量の差は圧縮応力Ｓｃにより相殺され、ヒートシンク３０の伸び量がレーザアレイ１０の熱膨張量に略等しくなる。よって、接合後、室温に戻すと、レーザアレイ１０の縮み量とヒートシンク３０の縮み量とが同じになり、図７（Ｄ）に示したように、レーザアレイ１０の残留応力がほぼゼロとなり、反りが抑制される。
【００５４】
このように本実施の形態では、ヒートシンク３０に圧縮力Ｆｃを作用させたのち、圧縮応力Ｓｃの生じたヒートシンク３０と、レーザアレイ１０とを互いに接合させるようにしたので、両者の熱膨張量の差を圧縮応力Ｓｃにより相殺することができ、接合後のレーザアレイ１０の残留応力を低減することができる。また、サブマウント２０を介在せずに直接レーザアレイ１０をヒートシンク３０に配設することができるので、サブマウント２０の影響を考慮することなくレーザアレイ１０の熱設計を行うことが可能となる。
【００５５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、ＧａＡｓよりなる基板１２上にＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体よりなる半導体層１３を有する赤色レーザを例として説明したが、本発明は、例えばＧａＡｓ系（赤外：７８０ｎｍないし８０８ｎｍ帯）、ＩｎＧａＡｓＰ系（赤外：９４０ｎｍ帯）あるいはＧａＮ系（発振波長４００ｎｍないし４５０ｎｍ帯）などの他の材料系にも適用可能である。
【００５６】
また、例えば、上記第１の実施の形態において、レーザアレイ１０とサブマウント２０との間の溶着層は、例えば、銀（Ａｇ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）により構成されていてもよい。サブマウント２０とヒートシンク３０との間の溶着層は、レーザアレイ１０とサブマウント２０との間の溶着層よりも低い温度で接合可能なはんだ材料により構成されていればよい。なお、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）系のもの、およびスズ（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系のものは、組み合わせによってはレーザアレイ１０とサブマウント２０との間の溶着層、サブマウント２０とヒートシンク３０との間の溶着層のいずれにも使用可能である。
【００５７】
更に、例えば、上記第２の実施の形態において、レーザアレイ１０とヒートシンク３０との間の溶着層は、金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだに限定されず、他のはんだ材料により構成されていてもよい。例えば、主成分としてインジウム（Ｉｎ）を含むもの、スズ（Ｓｎ）を含むもの、あるいは金（Ａｕ）を含むもの等の鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）が好ましいが、鉛系はんだでもよい。
【００５８】
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザを例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、スーパールミネッセントダイオードなどの他の半導体発光素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ素子の一部を拡大して表した斜視図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ装置の製造方法の流れを表す図である。
【図４】図４に示した製造方法を工程順に表す断面図である。
【図５】図４に示した工程に続く断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の流れを表す図である。
【図７】図６に示した製造方法を工程順に表す断面図である。
【図８】従来の半導体レーザ装置の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図９】図８に示した工程に続く断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…レーザアレイ、１１…レーザダイオードチップ、１２…基板、１３…半導体層、１４…ｐ側電極、１５…ｎ側電極、２０…サブマウント、３０…ヒートシンク、４０…治具、５０…伸び防止用治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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