(57)【要約】【課題】マウント強度を改善して高歩留、長寿命の半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】この半導体レーザ装置は、窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップ１００と、半導体レーザチップ１００がマウントされるヒートシンク２００と、半導体レーザチップ１００を支持するステム３００とを備えている。そして、半導体レーザチップ１００がマウントされたヒートシンク２００が、低融点硬化型金属接着剤６００（接着層６１０）によってステム３００に接着されている。【選択図】図３
2011249355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップと、
前記半導体レーザチップを支持する支持基体とを備え、
前記半導体レーザチップが低融点硬化型金属接着剤によって前記支持基体に取り付けられていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザチップがマウントされるヒートシンクをさらに備え、
前記半導体レーザチップと前記ヒートシンク、および、前記ヒートシンクと支持基体との接着において、少なくとも一方で前記低融点硬化型金属接着剤が用いられていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザチップは、前記低融点硬化型金属接着剤によって、前記支持基体に直接接着されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザチップからの光を検出するモニタ用の受光素子をさらに備え、
前記受光素子が、前記低融点硬化型金属接着剤によって、前記支持基体に接着されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記低融点硬化型金属接着剤は、硬化前の接着層にエポキシ樹脂を含まない接着剤であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記低融点硬化型金属接着剤を構成する金属材料は、金、銀、白金およびパラジウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記低融点硬化型金属接着剤は、直径１０μｍ以下の金属粒子を含み、硬化の際に前記金属粒子が接合することによって接着することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記半導体レーザチップが気密封止されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記半導体レーザチップの発振波長が６００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
リードピンが設けられた支持基体を準備する工程と、
窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップを、低融点硬化型金属接着剤を用いて前記支持基体に取り付ける工程と、
前記半導体レーザチップと前記支持基体に設けられた前記リードピンとを電気的に接続するためにワイヤボンドを行う工程と、
前記支持基体にキャップを取り付けることにより、前記半導体レーザチップを気密封止する工程と、
前記ワイヤボンド後であって前記気密封止前に、前記支持基体および前記キャップを、２５０℃以上の温度でベーキングする工程とを備えることを特徴とする、半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップが搭載された半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、かつ直接遷移型の半導体材料であるという特徴を有している。このため、これらの窒化物系半導体は、紫外線から緑色に及ぶ波長領域における発光が可能な半導体レーザ装置や、紫外線から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオードなどの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、高密度光ディスクやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。
【０００３】
この窒化物系半導体は、熱伝導性がＧａＡｓ系半導体などよりも高いため、高温・高出力動作の素子としての応用も期待されている。さらに、ＡｌＧａＡｓ系半導体においては砒素（Ａｓ）、ＺｎＣｄＳＳｅ系半導体においてはカドミウム（Ｃｄ）といった有害な材料が用いられているのに対し、窒化物系半導体ではそのような有害な材料を含んでおらず、また、原料として用いられるアンモニア（ＮＨ3）は、ＡｌＧａＡｓ系半導体の原料であるアルシン（ＡｓＨ3）に比べて毒性が少ない。このため、環境への負荷が小さい化合物半導体材料としても期待されている。
【０００４】
そして、近年では、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮおよびそれらの混晶半導体に代表される窒化物系半導体からなる活性層（発光層）を内包した半導体レーザチップが実用化され、このような半導体レーザチップを搭載した半導体レーザ装置が生産されている。また、このような半導体レーザ装置は、たとえば、特許文献１および２にも開示されている。
【０００５】
また、従来、半導体レーザチップを搭載した半導体レーザ装置において、半導体レーザチップからの光出力を安定化させるために、光出力をモニタするモニタ用の受光素子を備えた半導体レーザ装置（半導体発光装置）も知られている。
【０００６】
通常の半導体レーザ装置の組立では、ヒートシンク上に半導体レーザチップをマウントした後、支持基体のマウント部にＡｇペーストなどの金属のペーストを置き、その上に、半導体レーザチップが搭載されたヒートシンクをマウントする。マウント後は、オーブンで金属のペーストを硬化させてヒートシンクを支持基体に固定させる。受光素子を取り付ける場合には、上記と同様に、支持基体における受光素子のマウント部に金属のペーストを置き、その上に受光素子をマウントしてオーブンで硬化させる。これにより、受光素子が支持基体に固定される。その後、キャップシールが行われる。
【０００７】
また、近年、赤外や赤色の半導体レーザでは、価格低減のためにガラス無しキャップを用いてキャップシールが行われ、レーザ素子はオープンエアをなす構成がとられている。ところが、発振波長が６００ｎｍ以下の短波長のレーザ素子では、オープンエアとした場合、レーザ光が大気中のシロキサンを分解して出射端面に付着しレーザ素子を劣化させる。また、大気中の水分がレーザ素子に付着すると駆動電圧、駆動電流が増加する。このため、短波長のレーザ素子では、ガラス付きのキャップで気密封止されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１８９５号公報
【特許文献２】特開平１０−１２９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、マウントの際に用いられる金属のペーストは、エポキシ樹脂を含むことで、このエポキシ樹脂が金属粒子のバインダとなってヒートシンクや受光素子を支持基体に接着させている。このエポキシ樹脂は熱硬化後もガスを出し続けるため、レーザ素子を気密封止した場合、エポキシ樹脂から出たガスがレーザ装置内（キャップ内）に溜まる。特に、レーザ素子の駆動中は素子の温度が上昇するためによりガスが出る。このガスは主に有機物であり、レーザ光により分解されて、出射端面に付着する。これにより、レーザ素子が劣化するという問題が生じていた。
【００１０】
上記問題を解決するために、従来、金属のペーストの代わりに、ＡｕＳｎなどの金属半田箔を用いて半導体レーザチップが搭載されたヒートシンクや受光素子を支持基体に固定させる方法が知られている。しかしながら、金属半田は有機物を含まないためガスが出ることはないものの、固定後に熱を加えると、金属半田とレーザ素子、ヒートシンクおよび受光素子の表面のＡｕ（金）とが相互拡散を起こし、マウント強度が低下するという問題点がある。
【００１１】
特に、窒化物系半導体レーザチップを用いた半導体レーザ装置では、半導体レーザチップに水分およびシロキサンが付着することによる劣化を抑制するために、気密封止直前に１００℃以上望ましくは２５０℃以上でベーキングする必要がある。また、ワイヤボンド前に、２００℃以上で支持基体を加熱すると、支持基体のメッキの金とニッケルとが相互拡散を起こし、ワイヤボンドの際に、支持基体にワイヤがうまく打てなくなるという不都合が生じる。このため、上記ベーキングはワイヤボンド後、すなわち、半導体レーザチップを支持基体に固定した後に行う必要がある。
【００１２】
したがって、金属半田を用いた場合には、ベーキングによるＡｕと半田との相互拡散によって金属半田の組成が変化するので、上記のように、レーザ素子、ヒートシンクおよび受光素子と支持基体とのマウント強度が低下するという問題点がある。また、ベーキング温度が半田の融点を超える場合には、半田が溶け出し、半導体レーザチップの位置ずれが生じたり、接合強度が低下したりするという問題点がある。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、マウント強度を改善して高歩留、長寿命の半導体レーザ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】
【００１４】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ装置は、窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップと、半導体レーザチップを支持する支持基体とを備えている。そして、上記半導体レーザチップが低融点硬化型金属接着剤によって支持基体に取り付けられている。
【００１５】
この第１の局面による半導体レーザ装置では、上記のように、半導体レーザチップを低融点硬化型金属接着剤によって支持基体に取り付けることによって、半導体レーザチップの劣化およびマウント強度の低下を抑制することができる。
【００１６】
ここで、本発明における「低融点硬化型金属接着剤」は、溶剤の中に保護膜で覆われた金属粒子が浮遊しており、加熱することで保護膜が取れて活性な金属粒子表面が現れる。そして、金属粒子同士および金属粒子と被接着物とが接することにより相互拡散が生じて接着する。このため、温度が高くなると拡散が進むので、接着強度が強くなる。したがって、たとえば２５０℃以上の温度でベーキングを行うと、接着強度が落ちずにむしろ強くなるので、マウント強度の低下を抑制することができる。加えて、ワイヤボンド後にベーキングを行うことで、水分やシロキサンなどを除去することができるので、半導体レーザチップに水分およびシロキサンが付着することに起因する劣化を抑制することができる。
【００１７】
また、上記低融点硬化型金属接着剤は、加熱することによって溶剤などに含まれる有機物が蒸発し、接着のために有機物等の他の物質が関与しない。このため、有機物からなるガスが半導体レーザ装置内に溜まるのを抑制することができるので、これにより、有機物からなるガスがレーザ光により分解されて、出射端面に付着するという不都合が生じるのを抑制することができる。その結果、半導体レーザチップの劣化を抑制することができる。
【００１８】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、半導体レーザチップがマウントされるヒートシンクをさらに備える構成とすることもできる。この場合、半導体レーザチップとヒートシンク、および、ヒートシンクと支持基体との接着において、少なくとも一方で低融点硬化型金属接着剤が用いられているのが好ましい。
【００１９】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、半導体レーザチップは、低融点硬化型金属接着剤によって、たとえばヒートシンクを介さずに、支持基体に直接接着された構成とすることもできる。
【００２０】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、半導体レーザチップからの光を検出するモニタ用の受光素子をさらに備えていてもよい。この場合、上記受光素子が、低融点硬化型金属接着剤によって、支持基体に接着されているのが好ましい。
【００２１】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、低融点硬化型金属接着剤は、硬化前の接着層にエポキシ樹脂を含まない接着剤である。このように構成すれば、半導体レーザ装置内にガスが溜まるのを容易に抑制することができるので、容易に、半導体レーザチップの劣化を抑制することができる。
【００２２】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、低融点硬化型金属接着剤を構成する金属材料は、金、銀、白金およびパラジウムの少なくとも１つを含むように構成されているのが好ましい。
【００２３】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、好ましくは、低融点硬化型金属接着剤は、直径１０μｍ以下の金属粒子を含み、硬化の際に金属粒子が接合することによって接着するように構成されている。このように構成すれば、容易に、マウント強度の低下を抑制することができる。
【００２４】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、半導体レーザチップが気密封止されているのが好ましい。
【００２５】
上記第１の局面による半導体レーザ装置において、半導体レーザチップの発振波長が６００ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００２６】
この発明の第２の局面による半導体レーザ装置の製造方法は、リードピンが設けられた支持基体を準備する工程と、窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザチップを、低融点硬化型金属接着剤を用いて支持基体に取り付ける工程と、半導体レーザチップと支持基体に設けられたリードピンとを電気的に接続するためにワイヤボンドを行う工程と、支持基体にキャップを取り付けることにより、半導体レーザチップを気密封止する工程と、ワイヤボンド後であって気密封止前に、支持基体およびキャップを、２５０℃以上の温度でベーキングする工程とを備えている。
【００２７】
この第２の局面による半導体レーザ装置の製造方法では、上記のように、ワイヤボンド後であって気密封止前に、支持基体およびキャップを２５０℃以上の温度でベーキングすることによって、水分やシロキサンなどを除去することができるので、半導体レーザチップに水分およびシロキサンが付着することに起因する劣化を抑制することができる。なお、半導体レーザチップを、低融点硬化型金属接着剤を用いて支持基体に取り付けることによって、２５０℃以上の温度でベーキングした場合でも、接着強度が落ちずにむしろ強くなるので、マウント強度の低下を抑制することができる。また、低融点硬化型金属接着剤は、上記のように、高温でも安定しているので、２５０℃以上の温度でベーキングした場合でも、金属半田を用いた場合などにみられる、溶け出すことに起因する半導体レーザチップの位置ずれや、接合強度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、マウント強度を改善して高歩留、長寿命の半導体レーザ装置およびその製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の斜視図（キャップを取り付けた状態の図）である。
【図２】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の斜視図（キャップを取り外した状態の図）である。
【図３】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザチップの搭載状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザチップの搭載状態を示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載された半導体レーザチップの一例を示した斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための側面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図９Ａ】実施例１のＩop走行データを示すグラフである。
【図９Ｂ】比較例１のＩop走行データを示すグラフである。
【図９Ｃ】比較例２のＩop走行データを示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の斜視図（キャップを取り外した状態の図）である。
【図１１】本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の斜視図（キャップを取り外した状態の図）である。
【図１２】本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置を説明するための側面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置を説明するための側面図（キャップを取り外した状態の図）である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザチップの搭載状態を示した断面図である。図４および図５は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構成を説明するために図である。なお、図１は、キャップを取り付けた状態の図を示しており、図２は、キャップを取り外した状態の図を示している。まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。
【００３２】
第１実施形態による半導体レーザ装置は、図１に示すように、キャンパッケージタイプの半導体レーザ装置であり、出射されるレーザ光の発振波長が６００ｎｍ以下となっている。
【００３３】
また、第１実施形態による半導体レーザ装置は、図１および図２に示すように、半導体レーザチップ１００（図２参照）、ヒートシンク２００（図２参照）、金属製のステム３００、キャップ４００（図１参照）、および、３本のリードピン５０〜５２を備えている。
【００３４】
半導体レーザチップ１００は、窒化物系半導体からなり、その発振波長が６００ｎｍ以下となるように形成されている。この半導体レーザチップ１００は、図５に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０上に、複数の窒化物系半導体層を含む積層体２０が形成された構造を有している。また、積層体２０は、ｎ型ＧａＮ基板１０側から、ｎ型の窒化物系半導体層２１、発光層（活性層）２２、ｐ型の窒化物系半導体層２３が順次形成された構造を有している。なお、ｎ型の窒化物系半導体層２１およびｐ型の窒化物系半導体層２３は、それぞれ、１層以上の半導体層を含んでいる。
【００３５】
また、半導体レーザチップ１００の積層体２０（ｐ型の窒化物系半導体層２３）には、断面凸状のリッジ部２４が形成されており、このリッジ部２４の両脇には、ＳｉＯ2やＴｉＯ2などの誘電体膜からなる埋め込み層２５が形成されている。これにより、素子に注入される電流の経路が狭窄されて発光効率が高められるとともに、発振閾値電流が低減される。
【００３６】
さらに、積層体２０の上面上には、ｐ側電極２６が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１０の下面上には、ｎ側電極２７が形成されており、このｎ側電極２７の下面上には、メタライズのための金属多層膜２８が形成されている。
【００３７】
以上の構成が、半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザチップ１００の基本構成である。
【００３８】
また、第１実施形態では、図２および図３に示すように、半導体レーザチップ１００はヒートシンク２００を介してステム３００に固定・積載されている。
【００３９】
ヒートシンク２００は、ＡｌＮからなり、図３に示すように、その両面に、ヒートシンク２００側からＴｉ層（図示せず）、Ｐｔ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順次積層された積層構造を有する金属多層膜２１０および２２０が形成されている。
【００４０】
ステム３００は、図２に示すように、鉄または銅などの金属材料から構成されており、円板状に形成されている。このステム３００の上面側には、放熱機能を有するブロック部３５０が設けられている。また、ステム３００の所定部分には、リードピン５１および５２がそれぞれ挿通される貫通孔３１０および３２０が形成されている。なお、ブロック部３５０が設けられたステム３００は、本発明の「支持基体」の一例である。
【００４１】
また、３本のリードピン５０、５１および５２の内、リードピン５０は、ステム３００に直接取り付けられている。一方、３本のリードピン５０、５１および５２の内、リードピン５１および５２は、その一方端部がステム３００の上面側に突出するように、貫通孔３１０および３２０に挿通されている。そして、絶縁体６０を介して、ステム３００に絶縁固定されている。
【００４２】
キャップ４００は、図１に示すように、ステム３００の上面上に半導体レーザチップ１００（図２参照）などを覆うように取り付けられている。このキャップ４００は、銅などの金属材料によって構成されており、一面を開放した円筒形状に形成されている。また、キャップ４００の開放端には、フランジ部４１０が設けられており、キャップ４００の閉鎖端には、半導体レーザチップ１００（図５参照）から出射されるレーザ光を取り出すための出射孔４２０が設けられている。その出射孔４２０は、ガラス窓４３０によって覆われている。なお、上記ガラス窓４３０には、半導体レーザチップ１００の発振波長±２０ｎｍでの透過率が９８％以上のコーティングが施されている。
【００４３】
また、キャップ４００は、そのフランジ部４１０がステム３００に溶接されることによって、半導体レーザチップ１００などを覆うように、ステム３００の上面上に固定されている。そして、このキャップ４００によって、半導体レーザチップ１００が気密封止されている。
【００４４】
また、半導体レーザチップ１００は、図３に示すように、ヒートシンク２００上に、ジャンクションアップでマウントされている。具体的には、半導体レーザチップ１００は、ｐ側電極２６を上側にして、半田層５１０および金属多層膜２１０を介してヒートシンク２００上に接合されている。この半田層５１０は、図３および図４に示すように、たとえば、Ａｕ0.7Ｓｎ0.3からなり、蒸着法などによって、ヒートシンク２００の金属多層膜２１０上に予め形成されている。
【００４５】
ここで、第１実施形態では、半導体レーザチップ１００が搭載されたヒートシンク２００はブロック部３５０上に接着されており、ヒートシンク２００とブロック部３５０との接着において、低融点硬化型金属接着剤（低温硬化型金属接着剤）が用いられている。具体的には、ヒートシンク２００は、金属多層膜２２０および低融点硬化型金属接着剤６００から形成される接着層６１０を介してブロック部３５０に接合されている。
【００４６】
低融点硬化型金属接着剤は、有機物からなる溶剤中に表面安定剤（保護膜）で覆われた直径１０μｍ以下の金属粒子が漂っているものであり、加熱によって表面安定剤が分解すると金属粒子の表面に活性点が現れる。第１実施形態では、上記金属粒子は、数ミクロン径のＡｇ粒子からなる。また、加熱によって有機物が蒸発していくので、活性点が現れた金属粒子同士が接触するとともに、金属粒子が接着対象物（第１実施形態ではＡｕ層）と接触することになる。そして、この活性点が反応（相互拡散）して金属粒子（Ａｇ粒子）同士が接着するとともに、Ａｇ粒子とＡｕ層とが接着する。このため、接着のためには、有機物等の他の物質が関与することはなく、材料分析を行ってもＡｇとＡｕしか検出されない。また、低融点硬化型金属接着剤は、硬化前の接着層６１０にエポキシ樹脂を含まない接着剤でもある。
【００４７】
半導体レーザチップ１００のｐ側電極２６は、図２および図３に示すように、金属ワイヤ７０（７１）を介して、リードピン５１と電気的に接続されている。一方、半導体レーザチップ１００のｎ側電極２７は、金属ワイヤ７０（７２）を介して、リードピン５２と電気的に接続されている。すなわち、第１実施形態による半導体レーザ装置は、フローティングマウントになっている。なお、リードピン５１および５２は、ステム３００とは絶縁された外部接続端子（図示せず）と接続されており、これにより、半導体レーザチップ１００に外部より電流が供給され得る。
【００４８】
図６〜図８は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の製造方法を説明するための図である。次に、図４および図６〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００４９】
まず、ヒートシンク２００を３２０℃に加熱してヒートシンク２００上に蒸着されたＡｕＳｎ半田５００（図４および図６参照）を溶かし、図６に示すように、半導体レーザチップ１００を、ｎ側電極２７を下側にして、ヒートシンク２００上に搭載する。そして、コレット９００によりさらに荷重を適宜加えながら、半導体レーザチップ１００とヒートシンク２００とをＡｕＳｎ半田５００によく馴染ませる。その後、ヒートシンク２００を冷却してＡｕＳｎ半田５００を固化させる。これにより、半田層５１０を介して、半導体レーザチップ１００がヒートシンク２００上に固定される。
【００５０】
次に、図７に示すように、ステム３００のブロック部３５０に低融点硬化型金属接着剤６００を塗布し、半導体レーザチップ１００が積載されたヒートシンク２００を塗布した低融点硬化型金属接着剤６００の上に置いて荷重をかける。そして、半導体レーザチップ１００およびヒートシンク２００が積載されたステム３００を２００℃のオーブンに１時間入れて低融点硬化型金属接着剤６００の有機物を気化させて飛ばし、低融点硬化型金属接着剤６００を硬化させたところで本工程を終える。
【００５１】
次に、図８に示すように、ワイヤボンドを行うことによって、半導体レーザチップ１００とリードピン５１および５２とを電気的に接続する。
【００５２】
続いて、真空中もしくは露点−２０℃以下の乾燥空気中で半導体レーザチップ１００が積載されたステム３００およびガラス窓４３０を有するキャップ４００を２５０℃以上の温度（たとえば２８０℃）で３０分間加熱ベーキングして、ステム３００およびキャップ４００の有機物および水分を蒸発させて取り除く。そして、大気に曝すことなく、露点−２０℃以下の乾燥空気の雰囲気で、ステム３００にキャップ４００を装着することにより、半導体レーザチップ１００を気密封止する。このようにして、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置が製造される。
【００５３】
第１実施形態による半導体レーザ装置では、上記のように、半導体レーザチップ１００を低融点硬化型金属接着剤６００によって支持基体に取り付けることによって、半導体レーザチップの劣化およびマウント強度の低下を抑制することができる。
【００５４】
なお、低融点硬化型金属接着剤６００は、上記のように、溶剤の中に保護膜で覆われたＡｇ粒子が浮遊しており、加熱することで保護膜が取れて活性なＡｇ粒子表面が現れる。そして、Ａｇ粒子同士およびＡｇ粒子と被接着物（Ａｕ層）とが接することにより相互拡散が生じて接着する。このため、温度が高くなると拡散が進むので、接着強度が強くなる。したがって、２５０℃以上の温度（たとえば２８０℃）でベーキングを行うと、接着強度が落ちずにむしろ強くなるので、マウント強度の低下を抑制することができる。加えて、ワイヤボンド後にベーキングを行うことで、水分やシロキサンなどを除去することができるので、半導体レーザチップ１００に水分およびシロキサンが付着することに起因する劣化を抑制することができる。
【００５５】
また、上記低融点硬化型金属接着剤６００は、加熱することによって溶剤などに含まれる有機物が蒸発し、接着のために有機物等の他の物質が関与しない。このため、有機物からなるガスが半導体レーザ装置内（キャップ４００内）に溜まるのを抑制することができるので、これにより、有機物からなるガスがレーザ光により分解されて、出射端面に付着するという不都合が生じるのを抑制することができる。その結果、半導体レーザチップ１００の劣化を抑制することができる。
【００５６】
なお、半導体レーザチップ１００の劣化を抑制することによって、半導体レーザ装置の長寿命化を図ることができる。また、マウント強度の低下を抑制することによって、歩留まりの低下を抑制することもできる。さらに、また、低融点硬化型金属接着剤６００は、上記のように、高温でも安定しているので、２５０℃以上の温度でベーキングした場合でも、金属半田を用いた場合などにみられる、溶け出すことに起因する半導体レーザチップ１００の位置ずれや、接合強度の低下を抑制することができる。
【００５７】
次に、上記した実施形態の効果を確認するために、第１実施形態で示した半導体レーザ装置と同様の半導体レーザ装置を実施例１として、以下の比較例１および２との比較を行った。
【００５８】
比較例１は、低融点硬化型金属接着剤の代わりにＡｕ0.7Ｓｎ0.3からなる金属半田箔を用いた半導体レーザ装置である。比較例１では、５０μｍ厚の金属半田箔をステムのブロック部上に設置して３１０℃に加熱し、溶けた金属半田箔上に半導体レーザチップが積載されたヒートシンクを載置して荷重をかけた後、ヒートシンクを冷却して固定した。
【００５９】
比較例２は、低融点硬化型金属接着剤の代わりにエポキシ樹脂を含んだＡｇペーストを用いた半導体レーザ装置である。比較例２では、まず、ステムのブロック部上にＡｇペーストを塗布し、その上に半導体レーザチップが積載されたヒートシンクを載置して荷重をかけた。その後、半導体レーザチップおよびヒートシンクが積載されたステムを１６０℃のオーブンに１時間入れてＡｇペーストを硬化させ、ヒートシンクを固定した。
【００６０】
上記した実施例１、比較例１および２の半導体レーザ装置のサンプルを各８０個作製し、以下の測定を行った。
【００６１】
まず、作製した８０個のうち、各３０個の半導体レーザ装置を用いて、半導体レーザチップを積載したヒートシンクのダイシェア強度を測定した。具体的には、ステム上に固定されたヒートシンクを、横側から水平方向に押し、ヒートシンクがステムから剥離した荷重値、すなわちヒートシンクの剪断強度（ダイシェア強度）を測定した。
【００６２】
各３０個のダイシェア強度の平均値は、実施例１では５．２Ｎ、比較例１では２．７Ｎ、比較例２では３．１Ｎであった。
【００６３】
次に、残りの５０個をトレーに入れて６０ｃｍの高さから落下させる落下試験を行った。その結果、実施例１および比較例２では、ヒートシンクが剥がれるものはなかったが、比較例１では、５０個中８個の半導体レーザ装置で、ヒートシンクがステムから剥がれ落ちた。比較例１の半導体レーザ装置は、ヒートシンクとステムとを接着する金属半田箔が厚いためにキャップシールの加熱ベーキングで半田が溶け出したため、接着強度が弱くなり、落下試験においてヒートシンクが剥がれた半導体レーザ装置が発生したものと考えられる。
【００６４】
以上より、低融点硬化型金属接着剤を用いて接着された実施例１では、比較例１および２に比べて、ダイシェア強度が高く、また、落下試験においても、有意な効果が得られた。これより、低融点硬化型金属接着剤を用いることによって、マウント強度が改善（向上）することが確認された。
【００６５】
続いて、落下試験に合格した半導体レーザ装置（ヒートシンクが剥がれ落ちなかった半導体レーザ装置）を実施例１、比較例１は各２０個、比較例２は１４個を用いて、７５℃の雰囲気中においてＣＷ２０ｍＷで連続通電試験を実施した。なお、この連続通電試験では、通電後１２時間後のＩopを初期Ｉopとして、１．３Ｉopとなるところを素子寿命と定義した。そして、１０００時間経過時点で素子寿命に達していない素子は９００時間と１０００時間のＩop変化を外挿して１．３Ｉopを予測し、ＭＴＴＦ（Ｍｅａｎ  Ｔｉｍｅ  Ｔｏ  Ｆａｉｌｕｒｅ：平均故障時間）を求めた。
【００６６】
図９は、実施例１および比較例１、２のＩop走行データを示すグラフである。なお、図９Ａには、実施例１のＩop走行データが示されており、図９Ｂには、比較例１のＩop走行データが示されており、図９Ｃには、比較例２のＩop走行データが示されている。図９に示すように、実施例１（図９Ａ参照）および比較例１（図９Ｂ参照）では、安定した走行を示しているが、比較例２（図９Ｃ参照）では、Ｉopの走行データにふらつきが見られる。また、具体的なＭＴＴＦは、実施例１は１１，４６０時間、比較例１は１１，２２２時間、比較例２は、５素子が４００時間以内に劣化し、５００時間で通電試験を中止した。すなわち、実施例１と比較例１とは、同等の特性を示しており、比較例２は、実施例１および比較例１に比べて、特性が低下している結果となった。
【００６７】
比較例２でＭＴＴＦが短くなった理由としては、通電中にエポキシ樹脂を含んだＡｇペーストからガスがでて半導体レーザチップの端面に付着し、素子が劣化したためと考えられる。換言すれば、実施例１では、有機物からなるガスの発生に起因する素子劣化の発生が生じなかったために、比較例２に比べて、ＭＴＴＦが長くなったものと考えられる。
【００６８】
以上より、低融点硬化型金属接着剤を用いて接着された実施例１では、素子特性の低下が抑制されて、素子寿命が長くなることが確認された。
【００６９】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の斜視図である。次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置について説明する。なお、図１０において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００７０】
この第２実施形態による半導体レーザ装置は、図１０に示すように、半導体レーザチップ１００が、ヒートシンクを介さずに、直接、ステム３００のブロック部３５０に固定されている。また、第２実施形態では、半導体レーザチップ１００は、低融点硬化型金属接着剤６００（接着層６２０）によって、ステム３００に直接接着されている。
【００７１】
このように構成された第２実施形態による半導体レーザ装置においても、上記第１実施形態と同様、マウント強度を向上させることができる。加えて、半導体レーザチップ１００の劣化を抑制して、素子寿命を長くすることができる。
【００７２】
（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の斜視図である。図１２および図１３は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置を説明するための側面図である。次に、図１１〜図１３を参照して、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００７３】
この第３実施形態による半導体レーザ装置は、図１１〜図１３に示すように、上記第１実施形態の構成において、半導体レーザチップ１００からの光を検出するモニタ用のフォトダイオード７００をさらに備えている。なお、フォトダイオード７００は、本発明の「受光素子」の一例である。
【００７４】
また、第３実施形態では、上記フォトダイオード７００が、低融点硬化型金属接着剤６００（接着層６３０）によって、ステム３００に接着されている。
【００７５】
このように構成された第３実施形態による半導体レーザ装置においても、上記第１実施形態と同様、マウント強度を向上させることができる。加えて、半導体レーザチップ１００の劣化を抑制して、素子寿命を長くすることができる。
【００７６】
なお、第３実施形態では、フォトダイオード７００を低融点硬化型金属接着剤６００で固定することによって、フォトダイオード７００の接着強度も向上させることができる。これにより、さらに信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、上記第３実施形態と同様の半導体レーザ装置を作製し、第１実施形態と同様の実験を行った。比較例には、低融点硬化型金属接着剤の代わりに、フォトダイオードをＡｕ0.7Ｓｎ0.3からなる５０μｍ厚の金属半田箔を用いてステムに固定した半導体レーザ装置と、低融点硬化型金属接着剤の代わりに、フォトダイオードを、Ａｇペーストを用いてステムに固定した半導体レーザ装置とを用いた。その結果、上記第１実施形態と同様の結果（実施例１と同様の結果）が得られた。
【００７８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７９】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、Ａｇ粒子を金属粒子として含む低融点硬化型金属接着剤を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、上記金属粒子は、Ａｇ以外のたとえばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどから構成されていてもよい。
【００８０】
また、上記第１〜第３実施形態において、搭載される半導体レーザチップの構成は適宜変更することができる。
【００８１】
また、上記第１および第３実施形態では、半導体レーザチップとヒートシンクとの接着にＡｕ0.7Ｓｎ0.3からなるＡｕＳｎ半田を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｕＳｎ半田以外の半田（たとえば、ＳｎＡｇＣｕ半田など）を用いることもできる。また、半導体レーザチップとヒートシンクとの接着にＡｕＳｎ半田を用いる場合、ＡｕとＳｎとの比率は上記したＡｕ0.7Ｓｎ0.3以外であってもよい。
【００８２】
また、上記第１および第３実施形態では、ＡｌＮからなるヒートシンクを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＮ以外の絶縁性材料からなるヒートシンクを用いてもよい。ＡｌＮ以外の材料としては、たとえば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンドなどが上げられる。また、これらの材料は、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれであってもよい。
【００８３】
また、上記第１および第３実施形態では、半導体レーザチップとヒートシンクとの接着にＡｕＳｎ半田を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザチップとヒートシンクとの接着に低融点硬化型金属接着剤を用いてもよい。なお、半導体レーザチップとヒートシンク、ヒートシンクとステムとの接着において、少なくとも一方で低融点硬化型金属接着剤を用いるのが好ましい。
【００８４】
また、上記第２実施形態において、導体レーザチップからの光を検出するモニタ用のフォトダイオードをさらに備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０                          ｎ型ＧａＮ基板
２０                          積層体
２１                          ｎ型の窒化物系半導体層
２２                          発光層（活性層）
２３                          ｐ型の窒化物系半導体層
２４                          リッジ部
２５                          埋め込み層
２６                          ｐ側電極
２７                          ｎ側電極
２８                          金属多層膜
５０、５１、５２              リードピン
７０                          金属ワイヤ
１００                        半導体レーザチップ
２００                        ヒートシンク
２１０、２２０                金属多層膜
３００                        ステム（支持基体）
３５０                        ブロック部（支持基体）
４００                        キャップ
５１０                        半田層
６００                        低融点硬化型金属接着剤（低温硬化型金属接着剤）
６１０、６２０、６３０        接着層
７００                        フォトダイオード（受光素子）
【図１】
2011249355.tif 000003
【図２】
2011249355.tif 000004
【図３】
2011249355.tif 000005
【図４】
2011249355.tif 000006
【図５】
2011249355.tif 000007
【図６】
2011249355.tif 000008
【図７】
2011249355.tif 000009
【図８】
2011249355.tif 000010
【図９Ａ】
2011249355.tif 000011
【図９Ｂ】
2011249355.tif 000012
【図９Ｃ】
2011249355.tif 000013
【図１０】
2011249355.tif 000014
【図１１】
2011249355.tif 000015
【図１２】
2011249355.tif 000016
【図１３】
2011249355.tif 000017