(57)【要約】【課題】半導体レーザアレイに発生する熱応力が緩和された信頼性に優れるレーザ光源装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザアレイ１の初期成長基板に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝１０を形成する。たとえば、半導体基板の厚み方向の表面部のうち、エピタキシャル成長層が形成される側と反対側の表面部にスクライブ溝１０を形成する。半導体レーザアレイ１を、はんだ２を介してヒートシンク３に加熱下で接合する。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝１０を起点として、半導体基板を劈開して分割する。【選択図】図３
2018037426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上に形成されるエピタキシャル成長層とを有し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザアレイが、接合部材を介して放熱部材に接合されたレーザ光源装置であって、
各前記半導体レーザ素子は、前記接合部材を介して前記放熱部材に接合された前記半導体基板に各前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、前記半導体基板が劈開されることによって分割されて形成されることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記接合部材と前記放熱部材との間に、応力を緩和する応力緩衝材を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイを形成する工程と、
前記半導体レーザアレイの前記半導体基板に、前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝を形成する工程と、
前記半導体レーザアレイを、接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合する工程と、
接合後に温度を低下させることによって、前記スクライブ溝を起点として、前記半導体基板を劈開して分割する工程とを備えることを特徴とするレーザ光源装置の製造方法。
【請求項４】
前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記スクライブ溝を、前記半導体基板の厚み方向の表面部のうち、前記エピタキシャル成長層が形成される側と反対側の表面部に形成することを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源装置の製造方法。
【請求項５】
前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記スクライブ溝の深さが前記エピタキシャル成長層に到達しない範囲で、前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項４に記載のレーザ光源装置の製造方法。
【請求項６】
前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記半導体レーザ素子の共振器を形成する２つの端面のうち、少なくとも一方の端面にまで到達するように、前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ光源装置の製造方法。
【請求項７】
前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイの中央部に対応する前記半導体基板の位置に、１本の前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項３から６のいずれか１つに記載のレーザ光源装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体レーザアレイの長手方向の長さ寸法は、前記半導体レーザアレイの短手方向の長さ寸法の５倍以上であることを特徴とする請求項３から７のいずれか１つに記載のレーザ光源装置の製造方法。
【請求項９】
前記放熱部材に加熱下で接合する工程では、
前記接合部材と前記放熱部材との間に、応力を緩和する応力緩衝材を介在させて、前記接合部材および前記応力緩衝材を介して、前記半導体レーザアレイを前記放熱部材に加熱下で接合することを特徴とする請求項３から８のいずれか１つに記載のレーザ光源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体レーザ素子を含む長尺の半導体レーザアレイを備えるレーザ光源装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、次世代の可視光光源として、多岐にわたる応用がなされている。応用先のさらなる展開のために、半導体レーザ素子には、安定的な高出力動作が求められる。これは、半導体レーザ素子１つ当たりの出力を向上させることによって、所望の明るさを、より少ない部品数で構成可能とし、設計面、製造面およびコスト面で有利にするためである。
【０００３】
半導体レーザ素子の高出力動作を支える上で、半導体レーザ素子で発生する熱を効率良く排熱するヒートシンクの活用は必要不可欠である。
【０００４】
ヒートシンクに半導体レーザ素子を実装するときに問題となるのが、半導体レーザ素子とヒートシンクとの熱膨張係数の差に起因する熱応力である。半導体レーザ素子とヒートシンクとの接合は、半導体レーザ素子給電用の金（Ａｕ）電極との親和性の高さから、金錫（ＡｕＳｎ）はんだによる高温下での接合で行われることが多い。
【０００５】
ここで、たとえば、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザ素子の初期成長基板であるガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、および高熱伝導率のヒートシンクの主材料として用いられる銅（Ｃｕ）の熱膨張係数は、室温下においてそれぞれ、５．７×１０−６／℃、および１６．８×１０−６／℃であり、大きく離れている。したがって、はんだによる接合の後の冷却に伴い、半導体レーザ素子に対して、圧縮方向に熱応力が生じる。
【０００６】
半導体レーザ素子に生じる熱応力は、半導体レーザ素子を用いたレーザ光源装置の製造および性能に種々の影響を及ぼす。製造面では、熱応力によって、半導体レーザ素子の基板が割れる基板割れが発生して、歩留りが低下する。性能面では、製造後の半導体レーザ素子の基板割れのリスクによって信頼性が低下することに加えて、レーザ活性層への応力によって発振波長がシフトするという影響がある。
【０００７】
これらの影響は、高出力動作が可能な素子として用いられる半導体レーザアレイにおいて深刻である。たとえば、半導体レーザアレイは、複数の半導体レーザ素子を含んでおり、半導体レーザ素子の発光点の配列方向に沿って長尺化するので、熱応力の影響を大きく受け、基板割れが高頻度で発生してしまう。
【０００８】
また、熱応力は半導体レーザアレイの中央部に集中するので、半導体レーザアレイの中央部に位置する発光点では、半導体レーザアレイの端部に位置する発光点よりも出力光の波長のシフト量が大きくなる。これによって、半導体レーザアレイとしての発振スペクトルが複数のピークを持つような特性を示し、応用上の制約となる。
【０００９】
以上の問題を解決するための技術が、たとえば特許文献１に開示される。特許文献１に開示される技術では、架橋構造を採ることによって、高い排熱効率と熱応力の緩和との両立を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３０５９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の特許文献１に開示される技術では、架橋構造を採るために部材数が増加するという問題、および追加の製造プロセスが必要となるという問題がある。また、部材数の増加、および製造プロセスの追加によって、コストが増加するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、半導体レーザアレイに発生する熱応力が緩和された信頼性に優れるレーザ光源装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のレーザ光源装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されるエピタキシャル成長層とを有し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザアレイが、接合部材を介して放熱部材に接合されたレーザ光源装置であって、各前記半導体レーザ素子は、前記接合部材を介して前記放熱部材に接合された前記半導体基板に各前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、前記半導体基板が劈開されることによって分割されて形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のレーザ光源装置の製造方法は、半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイを形成する工程と、前記半導体レーザアレイの前記半導体基板に、前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝を形成する工程と、前記半導体レーザアレイを、接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合する工程と、接合後に温度を低下させることによって、前記スクライブ溝を起点として、前記半導体基板を劈開して分割する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレーザ光源装置によれば、各半導体レーザ素子は、接合部材を介して放熱部材に接合された半導体基板に各半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、半導体基板が劈開されることによって分割されて形成される。これによって、放熱部材との接合によって半導体レーザアレイに発生する熱応力を利用して、半導体基板が分離されるので、半導体レーザアレイに発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による半導体基板の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
【００１６】
本発明のレーザ光源装置の製造方法によれば、半導体基板上にエピタキシャル成長層が形成され、エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイが形成される。半導体レーザアレイの半導体基板に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝が形成される。半導体レーザアレイが接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合される。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝を起点として、半導体基板が劈開されて分割される。
【００１７】
これによって、放熱部材との接合によって半導体レーザアレイに発生する熱応力を利用して、半導体基板が分離されるので、半導体レーザアレイに発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による半導体基板の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるレーザ光源装置を構成する半導体レーザアレイ１の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体レーザアレイ１をｚ軸方向の一方側から見た正面図である。
【図３】はんだ２の融点以上の高温下で、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３とを、はんだ２を介して接合している状態を示す図である。
【図４】半導体レーザアレイ１とヒートシンク３とを接合した後に、はんだ２の融点以下のある温度まで冷却が進んだ状態を示す図である。
【図５】半導体レーザアレイ１が劈開された状態を示す図である。
【図６】図４における半導体レーザアレイ１の初期成長基板５のｙ軸方向の他方側の表面部を拡大して示す正面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ光源装置の製造方法における製造手順を示すフローチャートである。
【図８】図７のステップａ３のチップ化工程における詳細な製造手順を示すフローチャートである。
【図９】ヒートシンクとの接合工程における温度とレーザ光源装置の状態との関係を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態であるレーザ光源装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ光源装置を構成する半導体レーザアレイ１の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す半導体レーザアレイ１をｚ軸方向の一方側から見た正面図である。図１では、図２に示す初期成長基板５、エピタキシャル層６および下側電極７をまとめて、半導体レーザアレイ１として簡略化して示す。
【００２０】
半導体レーザアレイ１は、レーザ光源装置を構成する。レーザ光源装置は、後述する図５に示すように、半導体レーザアレイ１が、はんだ２を介して、ヒートシンク３に接合されて構成される。はんだ２は、接合部材に相当する。ヒートシンク３は、放熱部材に相当する。半導体レーザアレイ１は、後述するバー切り出し工程およびチップ切り出し工程で切り出された個々のチップで構成される複数の半導体レーザ素子を備える。
【００２１】
図１および図２において、ｘ軸方向は、半導体レーザアレイ１の発光点の配列方向、すなわち複数の半導体レーザ素子の配列方向である。ｚ軸方向は、半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ素子の共振器方向に平行な方向である。ｙ軸方向は、半導体レーザアレイ１の活性層を形成するエピタキシャル成長層の積層方向である。
【００２２】
半導体レーザアレイ１は、初期成長基板５、エピタキシャル成長層６、不図示の上側電極、および下側電極７を備えて構成される。図２では、理解を容易にするために、上側電極の図示を省略している。下側電極７は、発光点の個数に対応して設けられる。すなわち、下側電極７は、発光点の個数と同数が設けられる。
【００２３】
初期成長基板５は、半導体基板に相当する。初期成長基板５の材料としては、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、またはサファイアなどが用いられる。初期成長基板５の厚み寸法は、たとえば、１００μｍ以上１５０μｍ以下である。また、初期成長基板５上に設けられるエピタキシャル成長層６の厚み寸法は、数μｍ程度である。
【００２４】
半導体レーザアレイ１を構成する各半導体レーザ素子の共振器方向である短手方向、すなわちｚ軸方向の長さ寸法は、たとえば、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。半導体レーザアレイ１の発光点の配列方向である長手方向、すなわちｘ軸方向の長さ寸法は、たとえば、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００２５】
半導体レーザアレイ１の短手方向と長手方向との長さ寸法の比は、短手方向の長さ寸法に対して長手方向の長さ寸法が大きいほど、後述のレーザ光源装置の製造方法を実行するのに有利である。
【００２６】
具体的には、半導体レーザアレイ１の長手方向および短手方向の長さ寸法は、短手方向と長手方向との長さ寸法の比が「長手方向の長さ寸法／短手方向の長さ寸法≧３」を満たすことが望ましい。すなわち、半導体レーザアレイ１の長手方向の長さ寸法は、半導体レーザアレイ１の短手方向の長さ寸法の３倍以上であることが好ましい。
【００２７】
さらに、半導体レーザアレイ１の長手方向の長さ寸法は、半導体レーザアレイ１の短手方向の長さ寸法の５倍以上であることがより好ましい。換言すれば、半導体レーザアレイ１の短手方向と長手方向との長さ寸法の比は、「長手方向の長さ寸法／短手方向の長さ寸法≧５」を満たすことがより好ましい。
【００２８】
図１および図２に示すように、半導体レーザアレイ１の長手方向であるｘ軸方向における中央部には、共振器方向であるｚ軸方向に平行に延びるスクライブ溝１０が形成される。スクライブ溝１０は、本実施の形態では、１本が形成される。
【００２９】
スクライブ溝１０は、図２に示すように、半導体レーザアレイ１を構成する初期成長基板５の厚み方向であるｙ軸方向の他方側の表面部に形成される。スクライブ溝１０は、共振器方向であるｚ軸方向に垂直な断面における断面形状がＶ字状である。スクライブ溝１０の深さは、エピタキシャル成長層６から十分離れた地点にとどまる。
【００３０】
また、エピタキシャル成長層６の厚み方向であるｙ軸方向の一方側には、下側電極７が形成される。下側電極７のパターニングに際しては、スクライブ溝１０の直下付近への電極の配置を避けている。スクライブ溝１０は、半導体レーザアレイ１の共振器を形成する２つの端面、すなわちｚ軸方向の一方側および他方側の表面のうち、少なくとも一方の面にまで達していることが望ましい。
【００３１】
図３〜図５は、レーザ光源装置の製造工程における半導体レーザアレイ１の状態を示す正面図である。図３〜図５を参照して、本実施の形態における半導体レーザアレイ１を用いたレーザ光源装置の製造方法を説明する。
【００３２】
本実施の形態によるレーザ光源装置の製造方法では、スクライブ溝１０が形成された半導体レーザアレイ１を、はんだ２を介してヒートシンク３と接合した後、冷却時に生じる熱応力によって半導体レーザアレイ１を２つに分離する。
【００３３】
図３は、はんだ２の融点以上の高温下で、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３とを、はんだ２を介して接合している状態を示す図である。半導体レーザアレイ１のはんだ接合時には、信頼性および熱伝導性に優れる金錫（ＡｕＳｎ）はんだが用いられることが多い。ＡｕＳｎはんだの融点は、約３００℃以上３４０℃以下である。
【００３４】
図３に示す状態では、はんだ２は液体であるので、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３との接合界面は、互いに拘束されておらず、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３との接合に、応力は生じていない。
【００３５】
図４は、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３とを接合した後に、はんだ２の融点以下のある温度まで冷却が進んだ状態を示す図である。はんだ２の融点以下のある温度まで冷却が進んだ段階では、はんだ２は、状態が固体に変化しており、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３とは、接合界面において拘束される。
【００３６】
したがって、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３との線膨張係数の差に応じて、熱応力が生じる。この熱応力は、はんだ２の融点を下回った時点から、常温たとえば２５℃に近づくにつれて、増加していく。たとえば、はんだ２として前述のＡｕＳｎはんだを用いた場合、ＡｕＳｎはんだの融点である３４０℃を起点として、熱応力が生じ、常温への復帰時に最大の熱応力となる。
【００３７】
図５は、半導体レーザアレイ１が劈開された状態を示す図である。常温への復帰過程で生じる熱応力は、予め形成されたスクライブ溝１０に集中する。これによって、ある時点において、図５に示すように、半導体レーザアレイ１の劈開面に沿った分離に至る。
【００３８】
たとえば、半導体レーザアレイ１の初期成長基板５およびヒートシンク３の主材料として用いられるガリウムヒ素（ＧａＡｓ）および銅（Ｃｕ）の線膨張係数は、室温下においてそれぞれ、５．７×１０−６／℃、１６．８×１０−６／℃である。このような線膨張係数の場合、半導体レーザアレイ１は、ヒートシンク３との接合界面付近で、図４の矢符２１，２２で示すような圧縮方向の熱応力の影響を受ける。
【００３９】
図６は、図４における半導体レーザアレイ１の初期成長基板５のｙ軸方向の他方側の表面部を拡大して示す正面図である。図６では、半導体レーザアレイ１とヒートシンクとの接合界面での圧縮応力を受けて凸状に反る場合を示している。
【００４０】
前述の図４に示すような圧縮方向２１，２２の熱応力、すなわち圧縮応力を受けると、図６に示すような反りを生じ、スクライブ溝１０への応力集中が発生し、ひいては劈開面に沿った分離に至る。
【００４１】
図７は、本発明の第１の実施の形態におけるレーザ光源装置の製造方法における製造手順を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、レーザ光源装置の製造に必要な材料および装置などの準備が完了すると開始され、ステップａ１に移行する。
【００４２】
ステップａ１において、エピタキシャル成長工程を行う。エピタキシャル成長工程では、初期成長基板５の厚み方向一方側であるｙ軸方向の一方側の表面部に、エピタキシャル成長によって、エピタキシャル層６を形成する。エピタキシャル層６が形成されるとステップａ２に移行する。
【００４３】
ステップａ２において、電極パターニング工程を行う。電極パターニング工程では、ステップａ１で形成されたエピタキシャル層６の厚み方向一方側であるｙ軸方向の一方側の表面部に、下側電極７を形成する。また、初期成長基板５の厚み方向他方側であるｙ軸方向の他方側の表面部に、上側電極を形成する。上側電極および下側電極７が形成されるとステップａ３に移行する。
【００４４】
ステップａ３において、チップ化工程を行う。チップ化工程では、ステップａ３１において、バー切り出し工程を行い、ステップａ３２において、端面コーティング工程を行い、ステップａ３３において、チップ切り出し工程を行う。
【００４５】
ステップａ３１のバー切り出し工程では、半導体ウエハからバー状の半導体基板（以下「半導体バー」という場合がある）に切り出す。ステップａ３２の端面コーティング工程では、半導体バーの端面をコーティングする。ステップａ３３のチップ切り出し工程では、半導体バーからの個々のチップの切り出しを行う。チップ化工程が終了するとステップａ４に移行する。
【００４６】
ステップａ４において、パッケージ化工程を行う。パッケージ化工程では、ステップａ４１において、チップボンディング工程を行い、ステップａ４２において、ワイヤボンディング工程を行い、ステップａ４３において、シーリング工程を行う。
【００４７】
ステップａ４１のチップボンディング工程では、切り出した個々のチップのボンディングを行う。ステップａ４２のワイヤボンディング工程では、切り出した個々のチップのワイヤボンディングを行う。ステップａ４３のシーリング工程では、ボンディングされたチップのシーリングを行う。これによって、チップがパッケージ化される。パッケージ化工程が終了するとステップａ５に移行する。
【００４８】
ステップａ５において、特性評価・検査工程を行う。特性評価・検査工程では、パッケージ化された個々のチップの特性の評価および検査を行う。
【００４９】
スクライブ溝１０の形成の時機としては、既存のスクライブ工程において行うことが望ましい。スクライブ工程は、ステップａ３のチップ化工程に含まれる。すなわち、スクライブ溝１０の形成は、ステップａ３のチップ化工程で行われる。
【００５０】
図８は、図７のステップａ３のチップ化工程における詳細な製造手順を示すフローチャートである。チップ化工程は、バー切り出し工程、端面コーティング工程およびチップ切り出し工程を含む。
【００５１】
バー切り出し工程およびチップ切り出し工程は、それぞれ、スクライバによるスクライブ溝の形成を行うステップａ３１１，ａ３３１のスクライブ溝形成段階と、ブレイカーによるスクライブ溝に沿った分離を行うステップａ３１２，ａ３３２の分離段階とを含む。
【００５２】
ステップａ３３のチップ切り出し工程では、ステップａ３３１のスクライブ溝形成段階において、チップ切り出し箇所にチップ切り出し用のスクライブ溝を形成することに加えて、ヒートシンク３との接合工程での熱応力による分離用のスクライブ溝１０を、半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ１の中央部となるチップ中央部に形成する。
【００５３】
そして、ステップａ３３２の分離段階において、半導体バーからチップを切り出すときに、チップ切り出し箇所に形成されたスクライブ溝部にのみ、ブレイカーによって圧力を加える。チップ中央部に形成された、後工程での熱応力による分離用スクライブ溝には圧力を加えない。
【００５４】
図９は、ヒートシンクとの接合工程における温度とレーザ光源装置の状態との関係を模式的に示す図である。図９では、前述の図３に示す状態を第１状態Ｓ１として示し、図４に示す状態を第２状態Ｓ２として示し、図５に示す状態を第３状態Ｓ３として示す。
【００５５】
常温Ｔ０から加熱されて、はんだの融点Ｔｍ以上の高温下、たとえば温度Ｔ２となる第１状態Ｓ１では、半導体レーザアレイ１に対し、熱応力は加えられない。温度がはんだの融点Ｔｍを下回り、たとえば温度Ｔ１となった第２状態Ｓ２では、融点Ｔｍとの差分に比例する熱応力が半導体レーザアレイ１に加わる。その後、温度Ｔ１から常温Ｔ０に低下する第３状態Ｓ３では、常温Ｔ０に至るまでのある温度で、チップ中央部に形成されたスクライブ溝１０で分離に至る。
【００５６】
ヒートシンク３との接合工程において分離に用いられるチップ中央部のスクライブ溝の部分は、チップ化工程においては分離されてはならない。これを実現するためのスクライブ溝の長さおよび深さは、予め実験的に決めればよい。特に、スクライブ溝の長さについては、図１に示すように、半導体レーザアレイ１の共振器を形成する端面にまで達することが好ましい。これによって、ヒートシンクとの接合工程における分離が容易になる。
【００５７】
以上に述べたように本実施の形態によれば、初期成長基板５上にエピタキシャル成長層６が形成され、エピタキシャル成長層６に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイ１が形成される。半導体レーザアレイ１の初期成長基板５に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝１０が形成される。半導体レーザアレイ１がはんだ２を介してヒートシンク３に加熱下で接合される。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝１０を起点として、初期成長基板６が劈開されて分割される。
【００５８】
これによって、ヒートシンクとの接合によって発生する熱応力を、比較的簡易な方法で緩和することが可能となる。具体的には、接合時に生じる熱応力を積極的に利用することで、長尺の半導体レーザアレイ１に生じる応力を緩和することが可能となる。
【００５９】
すなわち、ヒートシンク３との接合によって半導体レーザアレイ１に発生する熱応力を利用して、初期成長基板６が分離されるので、半導体レーザアレイ１に発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による初期成長基板６の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
【００６０】
スクライブ溝１０は、半導体レーザ素子を、それらが長手方向に連なったバー状の状態から切り出すときのスクライブ工程において容易に形成可能である。半導体バーからの個々の半導体レーザ素子の切り出しでは、さらに、ヒートシンクおよび応力緩衝材との接合と同時に半導体レーザ素子の分断が可能であるので、工程数の増加を最小限にとどめることができる。
【００６１】
したがって、同様の熱応力緩和効果を図る他の技術と比較し、追加工程数を抑制し、また材料原価を低減することができるので、コスト面で有利である。また、工程数の相対的な削減は、歩留りの維持および向上にもつながる。
【００６２】
また、スクライブ溝１０は、初期成長基板５の厚み方向の表面部のうち、エピタキシャル成長層６が形成される側と反対側の表面部、すなわち厚み方向他方側の表面部に形成される。これによって、スクライブ溝１０を形成するときに、エピタキシャル層６にダメージを与えることがない。したがって、半導体レーザアレイ１の端面および内部の状態を良好に保つことが可能であり、信頼性を損なうリスクは極めて小さい。
【００６３】
また、スクライブ溝１０は、半導体レーザアレイ１の半導体レーザ素子の共振器を形成する２つの端面のうち、少なくとも一方の端面にまで到達するように形成される。これによって、ヒートシンクとの接合工程における分離を容易にすることができる。
【００６４】
本実施の形態では、半導体レーザ素子の共振器を形成する２つの端面の両方にまで到達するようにスクライブ溝１０が形成されるので、ヒートシンクとの接合工程における分離をより容易にすることができる。
【００６５】
また、スクライブ溝１０は、スクライブ溝１０の深さがエピタキシャル成長層６に到達しない範囲内で形成される。したがって、前述のようにヒートシンクとの接合工程における分離を容易にするために、半導体レーザアレイ１の端面にまでスクライブ溝１０を形成する場合においても、スクライブ溝１０がエピタキシャル成長層６に到達することはない。これによって、共振器の端面を良好な状態に維持することができる。
【００６６】
また、スクライブ溝１０は、複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ１の中央部に対応する初期成長基板５の位置に、１本が形成される。このようにスクライブ溝１０の形成本数を１本のみにとどめることによって、半導体レーザアレイ１をバー状の状態から切り出すときに加わるブレイカーの衝撃による、スクライブ溝１０での破壊を防ぐことが可能である。
【００６７】
また、図１に示すように、半導体レーザアレイ１は、短手方向に対し長手方向の寸法が十分長い構造であるので、初期成長基板５の中央部に形成されたスクライブ溝１０への応力集中によって、良好な歩留りで分断することが可能である。
【００６８】
特に、前述のように、半導体レーザアレイ１の長手方向の長さ寸法を、半導体レーザアレイ１の短手方向の長さ寸法の５倍以上とすることによって、スクライブ溝１０への応力集中を利用して、より確実に初期成長基板５を分割することができる。したがって、歩留りをさらに向上させることができる。
【００６９】
＜第２の実施の形態＞
図１０は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ光源装置の分割前の状態を示す斜視図である。本実施の形態のレーザ光源装置は、基本的な構造は第１の実施の形態のレーザ光源装置と同様であり、初期成長基板５が分割される前の状態では、複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ１の中央部に、スクライブ溝１０が形成されている。
【００７０】
本実施の形態のレーザ光源装置は、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３との間に、応力を緩和する応力緩衝材４を備える。応力緩衝材４は、線膨張係数が、半導体レーザアレイ１とヒートシンク３との中間の値の物性を示す。応力緩衝材４は、ヒートシンク３との電気的な絶縁を担う。
【００７１】
したがって、応力緩衝材４の材料としては、線膨張係数、絶縁性および熱伝導性の観点から、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックスが用いられる。はんだは、低熱抵抗化のために、応力緩衝材４とヒートシンク３との接合剤としても用いられるが、図１０では記載を省略している。
【００７２】
このように応力緩衝材４を備える構造のレーザ光源装置においても、第１の実施の形態と同様に、半導体レーザアレイ１、応力緩衝材４、およびヒートシンク３のはんだ接合工程における熱応力を利用した劈開によって、熱応力を解放することが可能である。特に、半導体レーザ素子の配列方向が共振器長に対して長い場合、すなわち半導体レーザアレイ１の長手方向の長さ寸法が短手方向の長さ寸法よりも長い場合に有効である。たとえば、半導体レーザアレイ１の長手方向の長さ寸法が、４ｍｍを超えるような長尺の場合に有効である。
【００７３】
以上に述べたように、本実施の形態では、はんだ２とヒートシンク３との間に応力緩衝材が介在されるので、応力を緩和して、応力の影響を抑制することができる。特に本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の原理で、熱応力を緩和することができるので、応力緩衝材４を用いてもなお残る熱応力の影響を抑制することができる。
【００７４】
また、熱応力を半導体レーザアレイ１側で緩和することができるので、応力緩衝材４の線膨張係数の選択、材質の選択、および寸法、特に厚み寸法の選択の自由度が広がる。これによって、たとえば熱伝導率が比較的高い材料を用いて、半導体レーザアレイ１の能力を十分引き出せるような応力緩衝材４の選択を行うこと、または厚み寸法を低減して、コストの削減を目指した応力緩衝材４の選択を行うことができるので、設計者の意図を反映することが容易になる。したがって、ユーザーの多様なニーズを反映したレーザ光源装置を提供することが容易となる。
【００７５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  半導体レーザアレイ、２  はんだ、３  ヒートシンク、４  応力緩衝材、５  初期成長基板、６  エピタキシャル成長層、７  下側電極、１０  スクライブ溝。
【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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【図１０】
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