(57)【要約】【課題】放熱構造体及びこれを具備した発光素子組立体を提供する。【解決手段】発光素子（１８０）とフリップチップボンディングされて放熱を促進する放熱構造体において、発光素子（１８０）と対向するように配置され、少なくとも１つのグルーブ（１１１’）が形成されたサブマウント（１１１）と、グルーブ（１１１’）の少なくとも一部を充填する伝導性物質層（１１５）と、発光素子（１８０）とサブマウント（１１１）との間に介在され、発光素子（１８０）とサブマウント（１１１）とを結合するためのソルダ層（１１９ａ、１１９ｂ）と、を備える。【選択図】図２
2006313907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子とフリップチップボンディングされて放熱を促進する放熱構造体において、
前記発光素子と対向するように配置され、少なくとも１つのグルーブが形成されたサブマウントと、
前記グルーブの少なくとも一部を充填する伝導性物質層と、
前記発光素子と前記サブマウントとの間に介在され、前記発光素子と前記サブマウントとを結合するためのソルダ層と、
を備える放熱構造体。
【請求項２】
前記伝導性物質層は、Ａｕ、Ｃｕ、銅合金、銅−タングステン合金、Ａｇ、及びアルミニウム合金からなる群から選択された少なくともいずれか１つの金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項３】
前記発光素子は、ＬＤ、または、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項４】
前記ソルダ層は、Ａｕ／ＳｎまたはＳｎ／Ａｇ合金から形成されることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項５】
前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択されたいずれか１つの絶縁物質から形成されることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項６】
上部物質層、下部物質層、及び前記上部物質層と前記下部物質層との間に介在されて光を放出する共振層を備える発光素子と、
前記発光素子に対向するように配置され、少なくとも１つのグルーブが形成されたサブマウントと、
前記グルーブの少なくとも一部に充填された伝導性物質層と、
前記発光素子及び前記サブマウント間に介在され、前記発光素子と前記サブマウントとを結合するためのソルダ層と、
を備える発光素子組立体。
【請求項７】
前記伝導性物質層は、Ａｕ、Ｃｕ、銅合金、銅−タングステン合金、Ａｇ、及びアルミニウム合金からなる群から選択された少なくともいずれか１つの金属を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項８】
前記サブマウントとソルダ層との間に介在される金属媒介層をさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項９】
前記金属媒介層は、少なくとも前記グルーブの内側面を覆うように形成されることを特徴とする請求項８に記載の発光素子組立体。
【請求項１０】
前記金属媒介層は、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕを含むことを特徴とする請求項８に記載の発光素子組立体。
【請求項１１】
前記金属媒介層とソルダ層との間に介在される拡散防止層をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の発光素子組立体。
【請求項１２】
前記拡散防止層は、Ｐｔを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発熱素子組立体。
【請求項１３】
前記サブマウントの厚さをｔ１とし、伝導性物質層の厚さをｔ２とした場合、ｔ１に対するｔ２の比率が、少なくとも４６％以上になることを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項１４】
前記発光素子は、前記共振層が含まれた第１領域、及び前記第１領域と離隔空間を挟んで形成された第２領域を備え、
前記ソルダ層は、前記第１領域側とボンディングされる第１ソルダ層、及び前記第２領域側とボンディングされる第２ソルダ層を備えることを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項１５】
前記伝導性物質層は、少なくとも前記第１領域と上下に対応するように形成され、前記共振層からの放熱経路を形成することを特徴とする請求項１４に記載の発光素子組立体。
【請求項１６】
前記第１領域及び第２領域は、実質的に同じ厚さに積層され、
前記第１領域と対向する前記第１ソルダ層の最上面、及び前記第２領域と対向する前記第２ソルダ層の最上面は、実質的に同じ基準の高さをなすことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子組立体。
【請求項１７】
前記第１領域及び第２領域は、相異なる厚さに形成され、
前記第１ソルダ層の最上面及び前記第２ソルダ層の最上面は、互いに段差になった第１領域及び第２領域を補完するための段差を有することを特徴とする請求項１４に記載の発光素子組立体。
【請求項１８】
前記サブマウントには、一方向に沿う第１グルーブ、及び前記第１グルーブに沿って所定の間隔をおいて垂直方向に突出した複数の第２グルーブが形成されることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子組立体。
【請求項１９】
前記発光素子は、ＬＤまたはＬＥＤであることを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項２０】
前記ソルダ層は、Ａｕ／ＳｎまたはＳｎ／Ａｇ合金から形成されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【請求項２１】
前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ及びＳｉからなる群から選択されたいずれか１つの絶縁物質から形成されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱構造体及びこれを具備した発光素子組立体に係り、さらに詳細には、レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子と、前記発光素子にフリップチップボンディングされて放熱を促進する放熱構造体とを備える発光素子組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子のうちＬＤのレーザ光は、周波数幅が狭く、指向性が尖鋭であるために、光通信、多重通信、宇宙通信などの技術分野で利用されている。
【０００３】
ＬＤの主要な応用分野のうちの一つに、光ディスクがある。近年、コンパクトディスクプレーヤー、コンパクトディスク・リード／ライトの分野において、低電流発振が可能で、長時間の寿命動作試験を通過することができる優秀な特性を有するＬＤが要求されている。
【０００４】
図１は、従来の技術による発光素子組立体の一形態を例示したものである。図１には、発光素子の例として、ＬＤが示されている。発光素子８０は、素子の動作時に発生する熱を容易に放出するための放熱構造体１０のサブマウント１１とフリップチップボンディング（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ  ｂｏｎｄｉｎｇ）されている。発光素子８０は、基板６１の下側に順に積層された上部物質層５０、共振層４０、及び下部物質層３０を備える。離隔空間Ｇ’を中心に、互いに離隔された第１領域Ｒ１’の最下層には、ｐ型電極２１が形成され、第２領域Ｒ２’の最下層には、ｎ型電極２２が形成される。これらの電極２１，２２によりバイアス電圧が印加されれば、共振層４０で正孔と電子との再結合がなされつつ、発光が行われる。下部物質層３０とｐ型電極２１との間には、電流制限層２５が形成されて電流が疎通されるチャンネルが制限される。すなわち、電流制限層２５は、下部物質層３０のリッジ３０ａを除外した他の領域に埋め込むことにより、共振層４０に注入される電流を制限して駆動効率を向上させる。
【０００５】
ＬＤの動作中には、共振層４０から多量の熱が発生する。この熱は、主にリッジ３０ａを介してソルダ層１９に伝えられ、ソルダ層１９と接した拡散防止層１７を経由してセラミック基材のサブマウント１１に伝えられる。伝えられた熱は、サブマウント１１から自然対流により空気中に放出される。ところで、サブマウント１１に伝えられた熱は、主にソルダ層１９と接する狭幅の領域Ａに集中する傾向があり、この集中した熱を効果的に放熱することが難しいという問題がある。
【０００６】
一般的に、ＬＤの発光のための臨界電流及びレーザモードの安定性は、温度が上昇するにつれて低下する。従来技術では、上記のような熱を効果的に放熱することができず、レーザの発光特性が作動時間の経過によって低下してしまうという問題がある。また、注入電流が高い高出力のＬＤの場合には、必然的に多量の熱が発生するため、従来技術では、レーザの出力を高めるのに限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題を解決するために成されたものであって、発光素子の劣化を防止し、安定した発光特性を得ることができる放熱構造体、及びそれを具備した発光素子組立体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】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係る放熱構造体は、発光素子とフリップチップボンディングされて放熱を促進する放熱構造体であり、前記発光素子と対向するように配置され、少なくとも１つのグルーブが形成されたサブマウント、前記グルーブの少なくとも一部を充填する伝導性物質層、及び前記発光素子及びサブマウント間に介在されて結合を媒介するソルダ層を備える。
【０００９】
前記伝導性物質層は、Ａｕ、Ｃｕ、銅合金、銅・タングステン合金、Ａｇ、またはアルミニウム合金からなる群から選択された少なくともいずれか１つの金属を含むことが望ましい。
【００１０】
また、前記目的を達成するための本発明に係る発光素子組立体は、上部物質層、下部物質層、及び前記上部物質層と下部物質層との間に介在されて光を放出する共振層を備える発光素子、前記発光素子と上下に対向するように配置され、少なくとも一つのグルーブが形成されたサブマウント、前記グルーブの少なくとも一部を充填する伝導性物質層、及び前記発光素子及びサブマウント間に介在されて結合を媒介するソルダ層を備える。
【００１１】
前記サブマウントとソルダ層との間には、金属媒介層が介在されることが望ましいが、ここで、前記金属媒介層は、少なくとも前記グルーブの内側面を覆うように形成されることがさらに望ましい。
【００１２】
前記金属媒介層は、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを含む。前記金属媒介層とソルダ層との間には、拡散防止層が介在されることが望ましい。
【００１３】
前記サブマウントの厚さをｔ１とし、伝導性物質層の厚さをｔ２とした場合、ｔ１に対するｔ２の比率が、少なくとも４６％以上になることが望ましい。
【００１４】
前記発光素子は、前記共振層が含まれた第１領域、及び前記第１領域と離隔空間を挟んで形成された第２領域を備え、前記ソルダ層は、前記第１領域側とボンディングされる第１ソルダ層、及び前記第２領域側とボンディングされる第２ソルダ層を備える。
【００１５】
前記伝導性物質層は、少なくとも前記第１領域と上下に対応するように形成され、前記共振層からの放熱経路を形成することが望ましい。
【００１６】
前記第１領域及び第２領域は、実質的に同じ厚さに積層され、前記第１領域と対向する前記第１ソルダ層の最上面、及び前記第２領域と対向する前記第２ソルダ層の最上面は、実質的に同じレベル（基準の高さ）をなす。
【００１７】
また、前記第１領域及び第２領域は、相異なる厚さに形成され、前記第１ソルダ層の最上面及び前記第２ソルダ層の最上面は、互いに段差になった第１領域及び第２領域を補完する段差を有する。
【００１８】
前記サブマウントには、一方向に沿う第１グルーブ、及び前記第１グルーブに沿って所定の間隔をおいて垂直方向に突出した複数の第２グルーブが形成されうる。
【００１９】
前記発光素子は、ＬＤまたはＬＥＤのうち、いずれか一つであることが望ましく、前記ソルダ層は、Ａｕ／ＳｎまたはＳｎ／Ａｇ合金のうち、選択されたいずれか１つのＳｎ系合金からなることが望ましい。また、前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＡｌまたはＳｉのうち、選択されたいずれか１つの絶縁物質から形成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による放熱構造体及びそれを具備した発光素子組立体によれば、次のような効果を得ることができる。
【００２１】
第一に、サブマウントに伝導性物質層を形成することにより、発光素子の作動時に発生する熱が伝導性物質層を介して迅速に拡散され、発光素子の劣化が防止される。これにより、発光特性が向上し、注入電流の高い高出力の発光素子を提供することができる。
【００２２】
第二に、段差になった発光素子にフリップチップボンディングされるサブマウントにグルーブを形成することにより、発光素子に対応して補完的な段差を形成しつつも、ソルダ層間の高さ差を縮め、または除去することができる。これは、リフローソルダリング過程で、ソルダ層の溶融状態を均一に合わせることができるので、ボンディング過程で発生する発光素子内部の損傷が防止されるということを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
第１実施形態
図２は、本発明の第１実施形態に係る発光素子組立体が示すものである。発光素子組立体は、上下に対向するようにフリップチップボンディングされた発光素子１８０、及び放熱構造体１００を具備する。発光素子１８０は、その基底をなす基板１６１と、基板１６１の下側に順次に形成された上部物質層１５０と、共振層１４０と、下部物質層１３０とを備えている。ここで、基板１６１の下側に形成された前記の層構造は、離隔空間Ｇを基準として、左右側の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に区分される。
【００２５】
基板１６１としては、サファイア基板またはＧａＮまたはＳｉＣのようなIII−Ｖ族化合物の半導体層基板が主に利用される。上部物質層１５０は、基板１６１の下面に形成され、上部コンタクト層としての第１化合物半導体層１５３と、第１化合物半導体層１５３の下面に形成された上部クラッド層１５１とを備える。第１化合物半導体層１５３は、ｎ−ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層から形成されることが望ましい。ただし、これに限定されず、レーザ発振の可能なIII−Ｖ族の他の化合物半導体層で形成されることもできる。一方、第１化合物半導体層１５３の一部から下側に離隔空間Ｇが形成され、離隔空間Ｇによって第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に区画される（第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、互いに離隔されている）。第１化合物半導体層１５３の下側には、上部クラッド層１５１が配置されるが、これは、所定の屈折率を有するｎ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層であることが望ましい。しかし、これに限定されず、レーザ発振の可能な他の化合物半導体層であっても良い。
【００２６】
共振層１４０は、第１化合物半導体層１５０、具体的には、上部クラッド層１５１の下面に順次に積層された上部導波層１４５、活性層１４３、及び下部導波層１４１を備える。上部導波層１４５及び下部導波層１４１は、活性層１４３より屈折率の小さな物質から形成されるが、ＧａＮ系のIII−Ｖ族化合物半導体層から形成することが望ましい。上部導波層１４５は、ｎ−ＧａＮ層であり、下部導波層１４１は、ｐ−ＧａＮ層から形成する。活性層１４３は、電子、正孔のようなキャリア再結合により光放出が起こる物質層であり、多重量子ウェル（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ構造を有するＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層が望ましく、その中でも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ）であるＧａＮ系の窒化物半導体層であることがさらに望ましい。ただし、活性層１４３は、単一量子ウェル構造を有することができ、本発明は、かかる活性層の構造に限定されるものではない。
【００２７】
共振層１４３の下面、さらに具体的には、下部導波層１４１の下面には、下部物質層１３０が形成される。下部物質層１３０は、順次に積層された下部クラッド層１３３及び第２化合物半導体層１３１を備える。第１領域Ｒ１の下部クラッド層１３３には、互いに所定間隔離隔されて下側に突出したリッジ部１３３ａ及び突出部１３３ｂが形成される。一方、第２領域Ｒ２に形成された下部クラッド層１３３は、同一レベルの平滑面をなす。
【００２８】
下部クラッド層１３３は、基本的には、上部クラッド層１５１と類似した物質から形成されるが、相異なるタイプにドーピングされる。すなわち、上部クラッド層１５１がｎ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層ならば、下部クラッド層１３３は、ｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層から形成される。下部クラッド層１３３の下面には、オーミックコンタクト層としての第２化合物半導体層１３１が積層されるが、具体的には、下部クラッド層１３３のリッジ部１３３ａ及び突出部１３３ｂの下面に形成される。第２化合物半導体層１３１も、第１化合物半導体層１５３と基本的に類似した物質から形成され、互いに反対のドーピングタイプを有する。すなわち、第１化合物半導体層１５３がｎ型化合物半導体、例えば、ｎ−ＧａＮから形成されれば、第２化合物半導体層１３１は、ｐ型化合物半導体、例えば、ｐ−ＧａＮから形成される。
【００２９】
下部物質層１３０の下面には、パッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）としての電流制限層１２５が形成されるが、この電流制限層１２５は、上部クラッド１３３及び第２化合物半導体層１３１の所定領域を覆うように形成される。具体的には、電流制限層１２５は、第２領域Ｒ２の第２化合物半導体層１３１は全て覆い、そして、第１領域Ｒ１では、リッジ部１３３ａに形成された第２化合物半導体層１３１を除いて覆うように形成される。これにより、リッジ部１３３ａは、電流制限層１２５から露出される。電流制限層１２５は、一般的なパッシベーション物質、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、またはＴａなどのうちの少なくとも一つの元素を含む酸化物から形成されることができる。
【００３０】
第１領域Ｒ１に形成された電流制限層１２５及び第２化合物半導体層１３１の露出面を覆うように、その下面に沿ってｐ型電極１２１が積層され、このｐ型電極１２１は、リッジ部１３３ａに形成された第２化合物半導体層１３１と接しつつ電流を疎通させる。第２領域Ｒ２の電流制限層１２５の下側には、ｎ型電極１２２が形成され、このｎ型電極１２２は、離隔空間Ｇを介して第１化合物半導体層１５３の下面に延長されてこれに接続される。
【００３１】
このように構成された発光素子１８０は、放熱構造体１００とフリップチップボンディングされる。放熱構造体１００は、サブマウント１１１、及びサブマウント１１１の上側に形成されたソルダ層１１９ａ，１１９ｂを備える。
【００３２】
サブマウント１１１は、レーザを発生する発光素子１８０の作動熱を放出させる放熱板の機能を有する。このため、サブマウント１１１は、熱伝導性のよい絶縁素材、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択された少なくともいずれか１つの絶縁物質から形成されることができる。ＡＩＮ及びＳｉＣの場合には、それぞれ２３０Ｗ／ｍＫ、２４０Ｗ／ｍＫほどの熱伝導率を有する。
【００３３】
サブマウント１１１には、一方向にグルーブ１１１’が延長して形成され、グルーブ１１１’は、伝導性物質層１１５で充填される。サブマウント１１１に形成されたグルーブ１１１’は、公知の乾式エッチング法や湿式エッチング法を利用して形成さることができる。
【００３４】
グルーブ１１１’の内側面からサブマウント１１１の所定の領域上にかけて金属媒介層１１３が形成される。この金属媒介層１１３は、相互間の付着特性の良好ではないサブマウント１１１と伝導性物質層１１５との間に介在され、サブマウント１１１と伝導性物質１１５を良好に結合させるための機能を有する層である。そして、グルーブ１１１’の内側面に形成された金属媒介層１１３は、伝導性物質層１１５を充填するためのシード層としての機能も有する。金属媒介層１１３は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、及びＡｕ膜が順に積層された構造を有する。
【００３５】
伝導性物質層１１５は、サブマウント１１１を横切る放熱経路を形成することにより、発光素子１８０の作動熱を迅速に拡散させる。伝導性物質層１１５は、Ａｕ、Ｃｕ、銅合金、銅−タングステン合金、Ａｇ、及びアルミニウム合金からなる群から選択された少なくとも１つ含む。伝導性物質層１１５は、上記のような熱伝導性に優れた、Ａｕ、Ｃｕ、銅合金、銅−タングステン合金、Ａｇ、アルミニウム合金などを金属メッキして形成されることができる。ここで、Ｃｕの熱伝導率は、約３９３Ｗ／ｍＫ〜４０１Ｗ／ｍＫであり、Ａｕの熱伝導率は、約２９７Ｗ／ｍＫである。伝導性物質層１１５は、サブマウント１１１より高い熱伝導特性を有することが全体的な放熱設計の側面から有効である。
【００３６】
図３を参照すれば、伝導性物質層１１５の厚さｔ２は、サブマウント１１１の全体厚ｔ１を基準として設計されることが望ましい。すなわち、サブマウント１１１厚ｔ１に対する伝導性物質層１１５の厚さｔ２の比率（ｔ２／ｔ１）は、放熱効率を考慮した場合、少なくとも４６％以上になるようにすることが有効である。例えば、サブマウント１１１の厚さｔ１が１５０μｍ場合、伝導性物質層１１５の厚さｔ２は７０μｍ以上に形成することができる。一方、伝導性物質層１１５は、サブマウント１１１の全体長さを通じて形成されることが望ましく、例えば、伝導性物質層１１５の全体延長長さ（長手方向の長さ）Ｌは、約２０００μｍ〜２５００μｍ程度になる。なお、図面符号Ｗは、伝導性物質層１１５の幅を表すが、約１００μｍに形成することができる。
【００３７】
一方、伝導性物質層１１５は、素子の作動による発熱が集中する第１領域Ｒ１に対応するように形成され、共振層１４３を迅速に放熱することが望ましく、それ以外に、第２領域Ｒ２に対応する領域にも追加的に伝導性物質層１１５’がさらに形成されることができる。
【００３８】
また、図２を参照すれば、伝導性物質層１１５上には、第１ソルダ層１１９ａが形成され、発光素子１８０の第１領域Ｒ１側と接するが、伝導性物質層１１５と第１ソルダ層１１９ａとの間には、拡散防止層１１７が形成されることが望ましい。第１ソルダ層１１９ａに含まれたＳｎ元素が伝導性物質層１１５の内部に拡散されれば、伝導性物質層１１５に応力（ｓｔｒｅｓｓ）が作用し、特に、発光素子のオン／オフによって随時,膨脹と収縮とが反復されつつ、伝導性物質層１１５やサブマウント１１１が損傷する可能性があるためである。拡散防止層１１７は、Ｐｔ素材から形成されることができる。一方、グルーブ１１１’が形成されていないサブマウント１１１側には、第２ソルダ層１１９ｂが形成されて発光素子１８０の第２領域Ｒ２とボンディングされ、第２ソルダ層１１９ｂとサブマウント１１１との間には、順次に金属媒介層１１３と拡散防止層１１７とが形成されることができる。
【００３９】
ソルダ層１１９ａ，１１９ｂとしては、Ａｕ／Ｓｎ、Ｓｎ／ＡｇのようなＳＮ系のソルダを使用することができる。第１ソルダ層１１９ａ及び第２ソルダ層１１９ｂがそれぞれ発光素子１８０のｐ型電極１２１及びｎ型電極１２２と対面するように、放熱構造体１００と発光素子１８０とを上下に整列し、超音波及び適当な加圧力を提供し、両者をボンディングする。
【００４０】
以上のように構成された本発明に係る放熱構造体によれば、従来よりも均一な温度勾配を有することができる。これは、サブマウントのグルーブに形成された伝導性物質層が温度を広く拡散させる役割を果たすためである。これと共に、本発明では、発光素子から発生する熱を、サブマウント全領域に一様にて分散させることにより、発光素子の温度を下げることができる。本発明者らの研究によると、本発明に係る放熱構造体における第１領域での平均温度は、従来の構造に比べて数十％ほど温度が低くなるという結果を得た。
【００４１】
第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態に係る発光素子組立体を示すものである。図４を参照すれば、前記発光素子組立体も、発光素子２８０及びこれとフリップチップボンディングされた放熱構造体２００を備える。発光素子２８０は、基板２６１、基板２６１下側の第１領域Ｒ１に順次に形成された上部物質層２５０、共振層２４０、及び下部物質層２３０を備える。上部物質層２５０は、段差構造を形成すると共に、第２領域Ｒ２に延長される。共振層２４０では、キャリアの再結合過程で生成される光エネルギーからレーザを発振させ、共振層２４０上下の上部物質層２５０及び下部物質層２３０は、それぞれｎ型電極２２２及びｐ型電極２２１と電気的に連結される。ｐ型電極２２１は、第１領域Ｒ１の最下側に形成されるが、電流制限層２２５から露出された下部物質層２３０に接続され、ｎ型電極２２２は、第２領域Ｒ２に形成された上部物質層２５０に形成され、これに接続される。発光素子２８０は、段差になった構造から形成され、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間には、高さ差Ｈｄが発生する。
【００４２】
一方、かかる発光素子２８０とフリップチップボンディングされる放熱構造体２００は、サブマウント２１１、及び前記サブマウント２１１の上側に形成され、発光素子２８０からの放熱経路を形成するソルダ層２１９ａ，２１９ｂを備える。サブマウント２１１には、グルーブ２１１’が形成されるが、グルーブ２１１’の内部に形成された伝導性物質層２１５は、作動中の発光素子２８０から伝えられる熱エネルギーをサブマウント２１１上に一様に拡散させる機能を果たす。伝導性物質層２１５は、グルーブ２１１’の全体深さＤ１のうち、その一部Ｄ２だけを充填することにより、結果的に、第１ソルダ層２１９ａの最上面と第２ソルダ層２１９ｂの最上面とに互いに対して一定の段差を形成させる。
【００４３】
発光素子２８０は、段差になった構造により形成され、これにより、フリップチップボンディングされる放熱構造体２００は、これに対応して相補的な段差を有さねばならない。このために、相対的に厚い膜の層により形成された第１領域Ｒ１のｐ型電極２２１に融着される第１ソルダ層２１９ａと、相対的に薄い膜の層から形成された第２領域Ｒ２のｎ型電極２２２に融着される第２ソルダ層２１９ｂとの間には、一定の高さ差が発生する、すなわち、第２ソルダ層２１９ｂの高さｈ２は、少なくとも第１ソルダ層２１９ａの高さｈ１以上に形成される。ところで、ソルダ層２１９ａ，２１９ｂ間に行き過ぎた高低差が発生する場合、リフロー工程でソルダ層２１９ａ，２１９ｂの間に溶融状態に違いができ、これにより、いずれかの側に発光素子組立体が傾いたり、または支持構造が不完全になったりして内部素子が損傷される可能性がある。
【００４４】
本実施形態においては、サブマウント２１１に所定深さにグルーブ２１１’が形成されることにより、ソルダ層２１９ａ，２１９ｂの最上面の間には、一定の段差が形成され、発光素子２８０に対して補完的な形状を有しつつも、ソルダ層２１９ａ，２１９ｂの高低差を減らすか、または除去することができる。
【００４５】
一方、グルーブ２１１’の内部に形成された伝導性物質層２１５とサブマウント２１１との間には、金属媒介層２１３が介在され、伝導性物質層２１５とソルダ層２１９ａ，２１９ｂとの間には、拡散防止層２１７が介在される。上部物質層２５０に備えられた第１物質層２５３及び上部クラッド層２５１と、共振層２４０に備えられた上部導波層２４５と、活性層２４３と、下部導波層２４１と、下部物質層２３０に備えられた下部クラッド層２３３及び第２物質層２３１とに関する事項は、第１実施形態で説明された事項と事実上同一または類似しているので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態に係る発光素子組立体を示すものである。以下では、説明の便宜のために、図２に図示された第１実施形態と実質的に同じ機能を果たす部材については、同じ図面符号を付与した。
【００４７】
図示されているように、サブマウント３１１には、一方向に第１グルーブ３１１’ａが形成され、第１グルーブ３１１’ａに沿って垂直方向に複数の第２グルーブ３１１’ｂが突き出て形成される。かかるグルーブ３１１’ａ，３１１’ｂには、伝導性物質層３１５が充填され、サブマウント３１１の平面方向に熱を迅速に拡散させるが、ここでは、互いに垂直な二方向に伝導性物質層３１５が形成されるので、二次元的な熱拡散が促進される。サブマウント３１１に伝えられた熱は、その外表面を介して自然対流により放熱される。このとき、サブマウント３１１の全体外表面にかけて均一に伝えられた熱は、広い熱伝逹面積を通じて効率的に消散される。伝導性物質層３１５とサブマウント３１１との間には、金属媒介層３１３が、伝導性物質層３１５とソルダ層１１９との間には、拡散防止層１１７が形成されることが望ましい。
【００４８】
図６には、図５に図示されたサブマウント３１１が示されており、サブマウント３１１の第１グルーブ３１１’ａに沿って、これと交差する方向の第２グルーブ３１１’ｂが所定間隔ほど形成され、かかるグルーブ３１１’ａ，３１１’ｂは、フォトリソグラフィ工程を適用した湿式エッチングや乾式エッチングにより形成されることができる。
【００４９】
本明細書中に添付された図面では、発光素子の一例としてＬＤが図示されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＬＥＤ構造に適用されることは、本発明が属する技術分野における当業者であれば容易に理解することができるであろう。
【００５０】
本発明は、図面に示された実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲に記載によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の放熱構造体及びこれを具備した発光素子組立体は、例えば、光ディスク関連の技術分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来技術による発光素子組立体の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による発光素子組立体を示した斜視図である。
【図３】図２に図示されたサブマウントを示した斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態による発光素子組立体を示した斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態による発光素子組立体を示した斜視図である。
【図６】図５に図示されたサブマウントを示した斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１００，２００，３００    放熱構造体、
１１，１１１，２１１，３１１    サブマウント、
１７，１１７，２１７    拡散防止層、
１９    ソルダ層、
２１，１２１，２２１    ｐ型電極、
２２，１２２，２２２    ｎ型電極、
２５，１２５，２２５    電流制限層、
３０，１３０，２３０    下部物質層、
３０ａ    リッジ、
４０，１４０，２４０    共振層、
５０，１５０，２５０    上部物質層、
６１，１６１，２６１    基板、
８０，１８０，２８０    発光素子、
１１１’，２１１’      グルーブ、
１１３，２１３，３１３    金属媒介層、
１１５，２１５，３１５    伝導性物質層、
１１５’    追加伝導性物質層、
１１９ａ，１１９ｂ    第１ソルダ層、
２２９ａ，２２９ｂ    第２ソルダ層、
１３１      第２化合物半導体層、
１３３，２３３    下部クラッド層、
１３３ａ    リッジ部、
１３３ｂ    突出部、
１４１，２４１    下部導波層、
１４３，２４３    活性層、
１４５，２４５    上部導波層、
１５１，２５１    上部クラッド層、
１５３      第１化合物半導体層、
２３１    第２物質層、
２５３    第１物質層、
３１１’ａ    第１グルーブ、
３１１’ｂ    第２グルーブ、
Ｄ１    グルーブの全体長、
Ｄ２    Ｄ１の一部、
Ｇ，Ｇ’    離隔空間、
Ｈｄ    第１領域と第２領域との高さ差、
Ｌ    伝導性物質層の全体延長長さ、
Ｒ１，Ｒ１’    第１領域、
Ｒ２，Ｒ２’    第２領域、
Ｗ    伝導性物質層の幅、
ｈ１    第１ソルダ層の高さ、
ｈ２    第２ソルダ層の高さ、
ｔ１    サブマウント厚、
ｔ２    伝導性物質層厚。
【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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