(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に配置され前記半導体基板の一方の面側から光を出射する面発光レーザと、前記一方の面に複数の第１接着固定領域と、を備えた面発光レーザ基板と、
前記面発光レーザの出射光が入射するマイクロレンズ、前記半導体基板の一方の面側に突起する複数の橋脚部、及び夫々の前記橋脚部の底面の前記第１接着固定領域に対向する位置に形成された第２接着固定領域、を備えたマイクロレンズ基板と、
前記第１接着固定領域と前記第２接着固定領域とを接着する接着剤と、を有し、
前記第１接着固定領域は、前記半導体基板を構成する材料よりも前記接着剤に対して濡れやすい材料から形成され、
前記第２接着固定領域は、前記橋脚部を構成する材料よりも前記接着剤に対して濡れやすい材料から形成されている面発光レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体基板の平面形状は四角形であり、
複数の前記第１接着固定領域は前記半導体基板の四隅に配置され、
夫々の前記第１接着固定領域の平面形状は長方形であり、
隣接する前記第１接着固定領域は長辺が互いに直交する位置関係に配置されており、
夫々の前記第２接着固定領域は、前記第１接着固定領域に対応する平面形状に形成され、前記第１接着固定領域に対応する位置に配置されている請求項１記載の面発光レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体基板の平面形状は四角形であり、
複数の前記第１接着固定領域は前記半導体基板の四隅に配置され、
夫々の前記第１接着固定領域の平面形状はＬ字形であり、
夫々の前記第１接着固定領域は、Ｌ字の内側が前記半導体基板の中心側に向くように配置されており、
夫々の前記第２接着固定領域は、前記第１接着固定領域に対応する平面形状に形成され、前記第１接着固定領域に対応する位置に配置されている請求項１記載の面発光レーザ装置。
【請求項４】
前記マイクロレンズ基板には、前記マイクロレンズが形成されている部分から前記半導体基板の一方の面に平行な方向に延伸した複数のヒンジが設けられ、
夫々の前記ヒンジの一端には前記半導体基板の一方の面側に突起する前記橋脚部が形成されている請求項１乃至３の何れか一項記載の面発光レーザ装置。
【請求項５】
前記面発光レーザ及び前記マイクロレンズは夫々複数形成され、夫々の前記面発光レーザと夫々の前記マイクロレンズとは対応する位置に配されている請求項１乃至４の何れか一項記載の面発光レーザ装置。
【請求項６】
前記第２接着固定領域に開口部が設けられている請求項１乃至５の何れか一項記載の面発光レーザ装置。
【請求項７】
半導体基板上に前記半導体基板の一方の面側から光を出射する面発光レーザを形成する工程、前記半導体基板の一方の面に前記半導体基板を構成する材料よりも接着剤に対して濡れやすい材料からなる第１接着固定領域を形成する工程、を含む面発光レーザ基板を形成する工程と、
透明基板に前記面発光レーザの出射光が入射するマイクロレンズ及び複数の橋脚部を形成する工程、夫々の前記橋脚部の底面の前記第１接着固定領域に対応する位置に前記橋脚部を構成する材料よりも前記接着剤に対して濡れやすい材料からなる第２接着固定領域を形成する工程、を含むマイクロレンズ基板を形成する工程と、
前記第１接着固定領域と前記第２接着固定領域とを前記接着剤を用いて接着する工程と、を有し、
前記接着する工程は、
夫々の前記第１接着固定領域又は夫々の前記第２接着固定領域に前記接着剤を配置する工程と、
夫々の前記第２接着固定領域が前記接着剤を介して夫々の前記第１接着固定領域と対向するように、前記面発光レーザ基板上に前記マイクロレンズ基板を配置する工程と、
前記接着剤を溶融させ、前記接着剤の復元力により前記面発光レーザ基板と前記マイクロレンズ基板とを自己整合させる工程と、
前記接着剤を冷却し、前記面発光レーザ基板上に前記接着剤により前記マイクロレンズ基板を固定する工程と、を含む面発光レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１接着固定領域は、前記面発光レーザの電極を形成するマスクと同一のマスクを用いて形成されることを特徴とする請求項７記載の面発光レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
複数の前記接着剤を局所的に、かつ同時に加熱する加熱装置を用いて前記接着剤を溶融させる請求項７又は８記載の面発光レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２接着固定領域に開口部が設けられており、
前記加熱装置はレーザ光を照射する装置であり、
前記自己整合させる工程では、前記加熱装置から照射されたレーザ光を前記マイクロレンズ基板側から、前記第２接着固定領域の開口部を通過して、直接前記接着剤に入射させ、前記接着剤を溶融させる請求項９記載の面発光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、面発光レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種光学機器、レーザプロジェクタ、レーザ加工機用光源レーザ等の高出力レーザの研究が盛んである。このような高出力レーザでは、例えば、面発光レーザアレイの光を集光して高出力化を達成している。面発光レーザは、基板に垂直な方向に光が出射すること、集積化が容易で、かつ検査が容易である特徴から、高出力レーザの光源として適している。高出力レーザの構成としては、例えば、光源である面発光レーザアレイの光出射方向にマイクロレンズアレイからなるコリメータレンズを配置し、更に集光用レンズを配置したものが知られている。
【０００３】
面発光レーザアレイは、例えば、数１０μｍ角のメサ構造を単位素子とする面発光レーザを正方或いは六方細密格子状に配置した構成である。一方、面発光レーザアレイからの出射光をコリメータ光とするためのマイクロレンズアレイは、合成石英等で作られ、面発光レーザアレイの単位素子に対応して形成される。
【０００４】
このような面発光レーザアレイとマイクロレンズアレイの構成では、面発光レーザの光利用効率を高くするために、面発光レーザに対するマイクロレンズの実装について、ＸＹＺの３方向で±数μｍの高い実装精度が必要とされる。そこで、面発光レーザに対するマイクロレンズの実装精度を高めるための様々な検討がなされている。面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせする従来技術の具体的な例を以下に示す。
【０００５】
面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせする従来技術の第１の例として、フォトニックデバイスを挙げることができる。このフォトニックデバイスは、面発光レーザとマイクロレンズとを一体化した装置であり、面発光レーザが形成された基板の上に、面発光レーザから所定の距離を保つための複数の脚部を設けたマイクロレンズ構造を配置してなる。
【０００６】
このフォトニックデバイスでは、マイクロレンズ構造に一体化して延設した脚部を面発光レーザが形成された基板表面に固定することで、Ｚ方向の高精度実装を可能としている。なお、ＸＹ方向の位置合わせには、面発光レーザとレンズの画像を観察しながらの位置調整法と、面発光レーザアレイを発光させてレンズを透過した光を受光しながらの位置調整法の２種類が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせする従来技術の第２の例として、光学素子搭載装置を挙げることができる。この光学素子搭載装置では、ＸＹ及びＺ方向の高精度な位置合わせを可能とするために、マイクロレンズアレイ基板の一方の面に位置合わせ基準部の突起を一体形成している。そして、一方の面発光レーザアレイ基板の表面にも位置合わせ基準部の窪みを形成し、両位置合わせ基準部を嵌合させることで、高精度な実装を可能としている。
【０００８】
なお、この光学素子搭載装置では、マイクロレンズ側の突起はマイクロレンズ樹脂成型時にマイクロレンズと一体に形成し、面発光レーザアレイ側基板の窪みは半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いたエッチングで高精度に作製する。これにより、組み立て後の実装精度が保障される（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で実装する従来技術の第３の例として、面発光型光源を挙げることができる。この面発光型光源では、面発光レーザアレイ基板において、単位素子である各面発光レーザに対応してマイクロレンズを形成している。なお、マイクロレンズは面発光レーザの表面に成膜したＳｉＯ２等の誘電体をフォトリソグラフィ技術によりマイクロレンズに成型することで、面発光レーザとマイクロレンズを高精度に位置合わせして製造することを可能にしている（例えば、特許文献３参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術の第１の例では、上記の２種類の位置調整法を実施するために複雑で高価な実装装置が必要であり、かつ、実装タクトが遅い欠点があった。すなわち、簡易な方法により、面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせすることは困難であった。
【００１１】
又、従来技術の第２の例では、突起の高さ及び窪みの深さは最大でも基板の厚さ以下であるため、突起の高さ及び窪みの深さは何れも数１００μｍ以下となる。すなわち、突起の高さは極めて低く、窪みの深さは極めて浅くなり、そのままでは、位置ずれしやすい不具合がある。そのため、面発光レーザ上へマイクロレンズを接着剤やロウ材等で固定する必要があり、その工程でレンズの位置ずれが発生する不具合があった。すなわち、この方法により、面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせすることは困難であった。
【００１２】
又、従来技術の第３の例では、面発光レーザアレイ基板上に、誘電体等で直接マイクロレンズを形成するため、マイクロレンズ基板の誘電体からの応力により面発光レーザの信頼性が劣化する等、実施するには多くの技術課題があった。すなわち、この方法により、面発光レーザに対してマイクロレンズを高精度で位置合わせすることは実用化が困難であった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、簡易な方法により、面発光レーザに対してマイクロレンズが高精度で位置合わせされた面発光レーザ装置等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本面発光レーザ装置は、半導体基板上に配置され前記半導体基板の一方の面側から光を出射する面発光レーザと、前記一方の面に複数の第１接着固定領域と、を備えた面発光レーザ基板と、前記面発光レーザの出射光が入射するマイクロレンズ、前記半導体基板の一方の面側に突起する複数の橋脚部、及び夫々の前記橋脚部の底面の前記第１接着固定領域に対向する位置に形成された第２接着固定領域、を備えたマイクロレンズ基板と、前記第１接着固定領域と前記第２接着固定領域とを接着する接着剤と、を有し、前記第１接着固定領域は、前記半導体基板を構成する材料よりも前記接着剤に対して濡れやすい材料から形成され、前記第２接着固定領域は、前記橋脚部を構成する材料よりも前記接着剤に対して濡れやすい材料から形成されていることを要件とする。
【発明の効果】
【００１５】
開示の技術によれば、簡易な方法により、面発光レーザに対してマイクロレンズが高精度で位置合わせされた面発光レーザ装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の主たる部分を例示する断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ基板を例示する図である。
【図３】第１の実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板を例示する図である。
【図４】第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図（その３）である。
【図７】第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図（その４）である。
【図８】セルフアライメントが行われる原理について説明する図である。
【図９】第２の実施の形態に係る面発光レーザアレイ基板を例示する平面図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る面発光レーザアレイ基板を例示する平面図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板を例示する図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の主たる部分を例示する断面図である。
【図１３】第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の接着固定領域を例示する平面図である。
【図１４】第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１８】
〈第１の実施の形態〉
［面発光レーザ装置の構造］
図１は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の主たる部分を例示する断面図である。図１に示すように、面発光レーザ装置１は、大略すると、面発光レーザアレイ基板１０と、マイクロレンズアレイ基板２０と、接着剤３０とを有する。マイクロレンズアレイ基板２０は、接着剤３０を介して、面発光レーザアレイ基板１０に実装されている。又、面発光レーザアレイ基板１０は、例えば、図示しないヒートシンクの表面に実装することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態では、便宜上、マイクロレンズアレイ基板２０側を上側又は一方の側、面発光レーザアレイ基板１０側を下側又は他方の側とする。又、各部位のマイクロレンズアレイ基板２０側の面を一方の面又は上面、面発光レーザアレイ基板１０側の面を他方の面又は下面とする。但し、面発光レーザ装置１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を後述の半導体基板１１の一方の面１１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を後述の半導体基板１１の一方の面１１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
【００２０】
又、各図において、半導体基板１１の一方の面１１ａの法線方向をＺ方向、平面視において半導体基板１１の一方の面１１ａの一辺に平行な方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００２１】
ここで、図２及び図３を参照しながら、面発光レーザアレイ基板１０及びマイクロレンズアレイ基板２０について詳説する。図２は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ基板を例示する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図２（ａ）の平面図において、便宜上、各部を梨地模様で示している（他の平面図においても同様）。
【００２２】
面発光レーザアレイ基板１０において、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等からなる半導体基板１１の一方の面１１ａ（上面）の略中央部には面発光レーザアレイ１２が形成されている。面発光レーザアレイ１２は、メサ構造からなる単位素子である面発光レーザ（図示せず）が複数個アレイ状に１次元又は２次元に配列されたものである。半導体基板１１の平面形状は、例えば、四角形である。面発光レーザ（図示せず）は、例えば、半導体基板１１に対し垂直方向（Ｚ方向）に光を出射するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。
【００２３】
面発光レーザアレイ基板１０において、半導体基板１１の一方の面１１ａには、面発光レーザアレイ１２を構成する単位素子である各面発光レーザ（図示せず）のアノード電極を延伸したアノード電極１３が形成されている。又、半導体基板１１の他方の面１１ｂ（下面）には、図示しないカソード電極が形成されている。
【００２４】
又、半導体基板１１の一方の面１１ａの例えば四隅には、接着固定領域１４が形成されている。半導体基板１１の一方の面１１ａから接着固定領域１４の上面までの高さは、半導体基板１１の一方の面１１ａから面発光レーザの発光点までの高さとおおよそ同じである。接着固定領域１４は、本発明に係る第１接着固定領域の代表的な一例である。なお、半導体基板１１の一方の面１１ａの四隅とは、半導体基板１１の一方の面１１ａの角部の近傍を意味しており、必ずしも接着固定領域１４が半導体基板１１の一方の面１１ａの縁辺に接するように設けられていなくてもよい。
【００２５】
接着固定領域１４の平面形状は、例えば、正方形とすることができる。接着固定領域１４は、例えば、金（Ａｕ）により形成することができる。接着固定領域１４は、例えば、半導体基板１１の一方の面１１ａ側から順にチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）を積層した積層膜から形成してもよい。但し、接着固定領域１４は、半導体基板１１を構成する材料（例えば、ガリウムヒ素）よりも接着剤３０に対して濡れやすい材料であれば、上記以外の材料から形成してもよい。
【００２６】
なお、半導体基板１１は導電率が低いので、半導体基板１１の一方の面１１ａに互いに離間して形成されているアノード電極１３と接着固定領域１４とは電気的に絶縁されている。アノード電極１３と接着固定領域１４とをより確実に絶縁したい場合には、半導体基板１１の一方の面１１ａに絶縁膜を形成し、その上に接着固定領域１４を形成してもよい。
【００２７】
図３は、第１の実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板を例示する図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２８】
マイクロレンズアレイ基板２０において、合成石英等からなる透明基板２１にはマイクロレンズアレイ２２が形成されている。マイクロレンズアレイ２２を構成する各マイクロレンズは、面発光レーザアレイ１２を構成する単位素子である各面発光レーザ（図示せず）に対応する位置に配されている。単位素子である各面発光レーザ（図示せず）の出射光は対応するマイクロレンズに入射して平行光とされる。
【００２９】
透明基板２１の面発光レーザアレイ基板１０と対向する面である対向面２１ａの例えば四隅には、面発光レーザアレイ基板１０からの距離を規定するための橋脚部２３が、透明基板２１から延伸して形成されている。橋脚部２３の底面には接着固定領域２４が形成されている。接着固定領域２４は、本発明に係る第２接着固定領域の代表的な一例である。なお、各接着固定領域２４は、各接着固定領域１４に対向する位置に形成されていれば、必ずしも橋脚部２３の底面の全面に形成されていなくてもよい。
【００３０】
接着固定領域２４の平面形状は、接着固定領域１４の平面形状と等しくすることが好ましい。接着固定領域２４は、例えば、接着固定領域１４と同様の材料から形成することができる。但し、接着固定領域２４は、橋脚部２３を構成する材料（透明基板２１を構成する材料と同じ）よりも接着剤３０に対して濡れやすい材料であれば、上記以外の材料から形成してもよい。
【００３１】
このように、マイクロレンズアレイ基板２０は、各面発光レーザの出射光が入射するマイクロレンズアレイ２２、半導体基板１１の一方の面１１ａ側に突起する複数の橋脚部２３、及び夫々の橋脚部２３の底面に形成された接着固定領域２４を備えている。
【００３２】
なお、図１及び図３の例では、透明基板２１の対向面２１ａ（橋脚部２３が形成されている面）にマイクロレンズアレイ２２を形成しているが、マイクロレンズアレイ２２は必ずしも対向面２１ａに形成しなくてもよい。例えば、透明基板２１の対向面２１ａとは反対側の面にマイクロレンズアレイ２２を形成してもよい。
【００３３】
図１に戻り、面発光レーザアレイ基板１０の接着固定領域１４と、それに対向するマイクロレンズアレイ基板２０の接着固定領域２４とは、接着剤３０からなるバンプを介して接着されている。接着剤３０としては、表面張力の大きな金を主成分とした接着剤、例えば、Ａｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）を好適に用いることができる。但し、接着剤３０としては、一般に使用される無鉛はんだ材料であるＳｎ−ＣｕやＳｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ等を用いても構わない。
【００３４】
なお、フラックスを含有する材料では、接着時にフラックスがマイクロレンズアレイ２２等に飛散して光量低下等の要因となるおそれがあるため、接着後にフラックスを洗浄する工程が必要となる。Ａｕ−Ｓｎのようなフラックスを含有していない材料を用いることにより、フラックス洗浄工程を設ける必要がなくなるため、製造工程を簡略化することができる。
【００３５】
面発光レーザアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ基板２０とは、接着剤３０の溶融時に生じた復元力によりセルフアライメント（自己整合）した状態で固定されている。なお、セルフアライメントについては、後述する面発光レーザ装置１の製造方法において詳説する。
【００３６】
セルフアライメントにおける面発光レーザアレイ基板１０の各面発光レーザとマイクロレンズアレイ基板２０の各マイクロレンズとの平面方向及び高さ方向（水平方向及び垂直方向）の夫々の位置精度は、±１μｍ程度とすることができる。
【００３７】
なお、図１において、便宜上、面発光レーザアレイ基板１０については図２に相当する断面を、マイクロレンズアレイ基板２０については図３に相当する断面を示している。
【００３８】
［面発光レーザ装置の製造方法］
図４〜図７は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図である。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１１の一方の面１１ａの略中央部に面発光レーザアレイ１２を形成し、更に半導体基板１１の一方の面１１ａの四隅に金属を用いて複数の接着固定領域１４を形成し、面発光レーザアレイ基板１０を作製する。そして、作製した面発光レーザアレイ基板１０の半導体基板１１の一方の面１１ａの四隅の接着固定領域１４上に接着剤３０としてＡｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）を配置する。Ａｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）は、例えば、真空蒸着法を用いて接着固定領域１４上に所定量を配置する。或いは、Ａｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）箔を適量で切り出して接着固定領域１４上に配置してもよい。
【００３９】
なお、面発光レーザアレイ基板１０の構造については、図２を参照して説明した通りである。面発光レーザアレイ１２を形成するには、まず、半導体基板１１を準備する。そして、例えば、半導体基板１１の一方の面１１ａに、図示しない下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射鏡、下部スペーサ層、多重量子井戸活性層、上部スペーサ層、上部ＤＢＲ反射鏡及びコンタクト層を順次エピタキシャル成長等により積層形成する。
【００４０】
そして、積層形成した所定の領域の半導体層を半導体基板１１の一方の面１１ａに対し垂直方向にエッチングすることによりメサ構造を形成し、メサ構造の側面とエッチングされた領域に絶縁体膜を形成する。これにより、メサ構造の上面に開口している出射面よりＺ方向にレーザ光を発する面発光レーザアレイ１２が形成される。
【００４１】
又、接着固定領域１４は、例えば、半導体基板１１の一方の面１１ａに真空蒸着又はＥＢ（Electron Beam）蒸着等により金（Ａｕ）等を成膜することで形成できる。接着固定領域１４は、例えば、半導体基板１１の一方の面１１ａ側から順にチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）を真空蒸着又はＥＢ（Electron Beam）蒸着等により積層して形成してもよい。
【００４２】
ところで、後工程におけるセルフアライメントにより高精度の位置合わせを達成するためには、面発光レーザアレイ１２の各発光点（メサ構造）と各接着固定領域１４の位置精度を高めておくことが重要である。エッチングによりメサ構造を形成するには１枚のマスクが必要となる。又、真空蒸着等により接着固定領域１４を形成するには他の１枚のマスクが必要となる（アノード電極１３も同じマスクで形成される）。すなわち、面発光レーザアレイ１２の各発光点（メサ構造）と各接着固定領域１４とは、２枚のマスクのマスク合わせ精度により決定される高い位置精度とされている。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示すように、面発光レーザアレイ基板１０をマウントするヒートシンク基板５０を用意する。ヒートシンク基板５０は絶縁性であり、表面には面発光レーザアレイ基板１０のカソード電極をマウントするための配線パターン５１とアノード電極１３をワイヤボンディングするための配線パターン５２が形成されている。又、配線パターン５１には電流端子５３が接続され、配線パターン５２には電流端子５４が接続されている。配線パターン５１及び５２は、例えば、金（Ａｕ）等から形成することができる。又、電流端子５３及び５４は、例えば、銅（Ｃｕ）等から形成することができる。なお、電流端子５３及び５４は、後工程で形成しても構わない。
【００４４】
次に、図５（ａ）に示すように、ヒートシンク基板５０の配線パターン５１に、接着固定領域１４上に接着剤３０が配置された面発光レーザアレイ基板１０をダイボンド剤により固着（ダイボンド）する。次に、図５（ｂ）に示すように、ダイボンドした面発光レーザアレイ基板１０のアノード電極１３とヒートシンク基板５０の配線パターン５２とを金属線５５を用いて接続（ワイヤボンディング）する。金属線５５としては、例えば、金線や銅線等を用いることができる。
【００４５】
次に、図６（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板２０を作製する。そして作製したマイクロレンズアレイ基板２０を真空ピンセット等で空中に保持し、ＸＹ方向（水平方向）に精密に移動可能な状態にする。図６（ａ）〜図７（ａ）においては、面発光レーザアレイ基板１０、マイクロレンズアレイ基板２０及び接着剤３０のみを図示し、その他の部材の図示を省略している。
【００４６】
なお、マイクロレンズアレイ基板２０の構造については、図３を参照して説明した通りである。マイクロレンズアレイ２２及び橋脚部２３は、例えば、石英を用いてフォトリソグラフィとエッチングを組み合わせた周知の方法により形成することができる。又、接着固定領域２４は、接着固定領域１４と同様の材料及び方法により形成することができる。
【００４７】
ところで、後工程におけるセルフアライメントにより高精度の位置合わせを達成するためには、マイクロレンズアレイ２２の各マイクロレンズと各接着固定領域２４の位置精度を高めておくことが重要である。エッチングによりマイクロレンズを形成するには１枚のマスクが必要となる。又、真空蒸着等により接着固定領域２４を形成するには他の１枚のマスクが必要となる。すなわち、マイクロレンズアレイ２２の各マイクロレンズと各接着固定領域２４とは、２枚のマスクのマスク合わせ精度により決定される高い位置精度とされている。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように、空中で保持されているマイクロレンズアレイ基板２０を位置調整して、マイクロレンズアレイ基板２０の接着固定領域２４が接着剤３０を介して面発光レーザアレイ基板１０の接着固定領域１４と対向する位置にくるように配置する。このとき、マイクロレンズアレイ基板２０と面発光レーザアレイ基板１０との間には位置ずれが生じている場合がある。
【００４９】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板２０を、接着剤３０を介して、面発光レーザアレイ基板１０に固着する。なお、図７（ａ）は面発光レーザアレイ基板１０、マイクロレンズアレイ基板２０及び接着剤３０のみを図示した断面図、図７（ｂ）はヒートシンク基板５０に実装された面発光レーザ装置１全体を図示した平面図である。
【００５０】
具体的には、例えば、窒素雰囲気中で２８０度以上に加熱し、接着剤３０であるＡｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）を溶融させる。溶融したＡｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）は、面発光レーザアレイ基板１０の接着固定領域１４とマイクロレンズアレイ基板２０の接着固定領域２４に濡れ広がる。
【００５１】
このとき、溶融したＡｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）の復元力により、セルフアライメント（自己整合）が起こり、マイクロレンズアレイ基板２０は面発光レーザアレイ基板１０に対して高精度に位置合わせされる。又、夫々の接着固定領域１４と接着固定領域２４との間に配されるＡｕ−Ｓｎ（２０ｗｔ%）の量を均一にすることにより、高さ方向の位置精度を確保することもできる。
【００５２】
その後、冷却工程を経て、マイクロレンズアレイ基板２０の実装が終了する。すなわち、面発光レーザアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ基板２０とは、溶融した接着剤３０の復元力により互いに自己整合した後、接着剤３０が凝固して高精度に位置合わせされた状態で固定される。
【００５３】
セルフアライメントにおける面発光レーザアレイ基板１０の各面発光レーザとマイクロレンズアレイ基板２０の各マイクロレンズとの平面方向及び高さ方向（水平方向及び垂直方向）の夫々の位置精度は、±１μｍ程度とすることができる。なお、±１μｍ程度とは、前述の２枚のマスクのマスク合わせ精度により決定される面発光レーザアレイ１２の各発光点と各接着固定領域１４の位置ずれ、及びマイクロレンズアレイ２２の各マイクロレンズと各接着固定領域２４の位置ずれも含めた値である。
【００５４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程において、接着剤３０を溶融させる際には、面発光レーザアレイ基板１０、マイクロレンズアレイ基板２０及び接着剤３０の全体を加熱するより、接着剤３０のみを局所的に加熱する方が好ましい。マイクロレンズアレイ基板２０（例えば、石英）と面発光レーザアレイ基板１０を構成する半導体基板１１（例えば、ガリウムヒ素）との熱膨張係数の差に起因する熱応力が半導体基板１１に残留することを防止するためである。
【００５５】
例えば、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノミラーにより偏向し、４カ所の接着剤３０に順次繰り返し照射する加熱装置を用いることができる。複数のレーザ光源や複数のガルバノミラーを用いても構わない。これにより、接着剤３０は局所的に、かつ同時に加熱され、上記の熱膨張係数の差に起因する問題を回避できる。
【００５６】
なお、上記の説明では、セルフアライメントの作用を期待する接着剤としてＡｕ−Ｓｎ蒸着膜等を使用する例を示したが、接着剤３０としては、Ａｕ−Ｓｎペーストを使用することも可能である。以下に、接着剤３０としてＡｕ−Ｓｎペーストを使用した場合の製造工程を簡単に説明する。なお、Ａｕ−Ｓｎペーストは、フラックスを含有している。
【００５７】
まず、Ａｕ−Ｓｎペーストを所定の平面上で均一な厚さに伸ばす工程を行う。次に、均一に伸ばされたＡｕ−Ｓｎペースト上にマイクロレンズアレイ基板２０の接着固定領域２４を接触させて、接着固定領域２４にＡｕ−Ｓｎペーストを均一に転写する。次に、窒素雰囲気で２８０℃以上の熱処理を行い接着固定領域２４に転写したＡｕ−Ｓｎペーストを硬化させる。次に、接着固定領域２４に残ったフラックスを洗浄液で洗浄する。
【００５８】
次に、接着固定領域２４にＡｕ−Ｓｎペーストを転写したマイクロレンズアレイ基板２０を面発光レーザアレイ基板１０の所定の位置に配置し、Ｓｎの酸化を防ぐために窒素雰囲気中で再加熱によりＡｕ−Ｓｎペーストを溶融させ、その後硬化させる。この際、セルフアライメントにより、面発光レーザアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ基板２０とは高精度に位置合わせされた状態で固定される。セルフアライメントの位置精度に関しては、Ａｕ−Ｓｎ蒸着膜等を使用した場合と同様である。
【００５９】
ここで、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程でセルフアライメントが行われる原理について説明する。図８は、溶融した接着剤３０近傍の部分拡大断面図である。図８に示すように、溶融して液化した接着剤３０には表面張力により復元力Ｆが作用する。この復元力Ｆにより、マイクロレンズアレイ基板２０はセルフアライメントされる。
【００６０】
その後、冷却工程を経て、マイクロレンズアレイ基板２０の実装が終了する。すなわち、面発光レーザアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ基板２０とは、溶融した接着剤３０の復元力Ｆにより互いに自己整合した後、接着剤３０が凝固して高精度に位置合わせされた状態で固定される。
【００６１】
復元力Ｆは、濡れ広がった接着剤３０の表面張力により接触角が等しくなるように作用する。具体的には、復元力Ｆは以下の式（１）で表せる。
【００６２】
Ｆ＝Ｌ×γ×cosθ            （１）
ここで、Ｌは接着剤３０が濡れている辺の長さ、θは接触角、γは表面張力である。式（１）に示すように、マイクロレンズアレイ基板２０が受ける復元力Ｆは、接着剤３０が濡れている辺の長さＬが長いほど、表面張力γが大きいほど、接触角θが小さいほど大きな値となる。従って、接着剤３０が濡れる領域の形状（接着固定領域１４及び２４の平面形状）としては、円形よりも正方形や長方形或いは正方形や長方形を組み合わせた形状とすることが好ましい。
【００６３】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、接着固定領域の平面形状が第１の実施の形態とは異なる面発光レーザ装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６４】
前述のように、接着剤３０が濡れる領域の平面形状としては、円形よりも正方形や長方形或いは正方形や長方形を組み合わせた形状とすることが好ましい。第１の実施の形態では接着固定領域１４の平面形状を正方形としたが、図９に示す面発光レーザアレイ基板１０Ａでは接着固定領域１４Ａの平面形状を長方形としている。そして、四隅に配置された接着固定領域１４Ａは、半導体基板１１の外形に沿って縦と横を交互に繰り返すパターンとされている。
【００６５】
つまり、四隅に配置された接着固定領域１４Ａにおいて、隣接する接着固定領域１４Ａは長辺が互いに直交する位置関係に配置されている。言い換えれば、四隅に配置された接着固定領域１４Ａにおいて、対角の接着固定領域１４Ａは長辺が互いに平行となる位置関係に配置されている。なお、図示はしないが、マイクロレンズアレイ基板の接着固定領域も接着固定領域１４Ａに対応する平面形状（つまり、長方形）に形成され、接着固定領域１４Ａに対応する位置に配置されている。
【００６６】
式（１）より、復元力Ｆは長方形の長辺方向により多く働く。そのため、図９に示すような接着固定領域１４Ａの配置により、セルフアライメントの際にマイクロレンズアレイ基板が隣接する接着剤３０から受ける復元力Ｆが直交することになる。その結果、面発光レーザアレイ基板１０Ａに対するマイクロレンズアレイ基板の回転ずれに対して、効果的な位置合わせが可能となる。
【００６７】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、接着固定領域の平面形状が第１の実施の形態とは異なる面発光レーザ装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６８】
前述のように、接着剤３０が濡れる領域の形状としては、円形よりも正方形や長方形或いは正方形や長方形を組み合わせた形状とすることが好ましい。第１の実施の形態では接着固定領域１４の平面形状を正方形、第２の実施の形態では接着固定領域１４Ａの平面形状を長方形とした。一方、図１０に示す面発光レーザアレイ基板１０Ｂでは接着固定領域１４Ｂの平面形状をＬ字形（正方形や長方形を組み合わせた形状）としている。そして、四隅に配置された接着固定領域１４Ｂは、Ｌ字の内側が半導体基板１１の中心側に向くようなパターンとされている。Ｌ字形の長手部と短手部とは同じ長さであっても構わない。
【００６９】
なお、図示はしないが、マイクロレンズアレイ基板の接着固定領域も接着固定領域１４Ｂに対応する平面形状（つまり、Ｌ字形）に形成され、接着固定領域１４Ｂに対応する位置に配置されている。
【００７０】
図１０に示すような接着固定領域１４Ｂの配置により、セルフアライメントの際にマイクロレンズアレイ基板が隣接する接着剤３０から受ける復元力Ｆが直交する成分と平行する成分とを有することになる。その結果、面発光レーザアレイ基板１０Ｂに対するマイクロレンズアレイ基板の回転ずれ、及びＸＹ方向ずれに対して、効果的な位置合わせが可能となる。
【００７１】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、マイクロレンズアレイ基板の形状が第１の実施の形態とは異なる面発光レーザ装置の例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００７２】
図１１は、第４の実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板を例示する図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００７３】
マイクロレンズアレイ基板は、例えば、石英からなり、面発光レーザアレイ基板を構成する半導体基板は、例えば、ガリウムヒ素からなる。そのため、マイクロレンズアレイ基板を接着剤により面発光レーザアレイ基板に接着すると、両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が半導体基板に残留することが懸念される。
【００７４】
そこで、図１１に示すマイクロレンズアレイ基板２０Ｃでは、透明基板２１（マイクロレンズアレイ２２が形成されている部分）の四隅から半導体基板１１の一方の面１１ａに平行な方向に延伸したヒンジ２５が設けられている。
【００７５】
ヒンジ２５の平面形状は、例えば、Ｌ字形とすることができる。この場合、夫々のヒンジ２５は、平面視において、Ｌ字形の短手部が透明基板２１の各隅に連結され、Ｌ字形の長手部が短手部の連結された透明基板２１の辺と所定の間隔を空けて平行になるように配置することができる。夫々のヒンジ２５は、平面視において、回転対称となるように配置することができる。
【００７６】
ヒンジ２５のＬ字形の長手部の一端には半導体基板１１の一方の面１１ａ側に突起する橋脚部２３がＺ方向に延伸して形成され、橋脚部２３の底面には接着固定領域２４が形成されている。なお、図示はしないが、面発光レーザアレイ基板の接着固定領域もマイクロレンズアレイ基板２０Ｃの接着固定領域２４に対応する平面形状に形成され、接着固定領域２４に対応する位置に配置されている。
【００７７】
このように、マイクロレンズアレイ基板２０Ｃを４箇所のヒンジ２５で支えることで、接着時の熱応力を緩和することが可能となり、熱膨張係数の差に起因して面発光レーザアレイ基板を構成する半導体基板に残留する応力を低減できる。
【００７８】
〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、マイクロレンズアレイ基板の接着固定領域に開口部を設けた面発光レーザ装置の例を示す。なお、第５の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００７９】
図１２は、第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の主たる部分を例示する断面図である。図１２に示すように、面発光レーザ装置１Ｄは、マイクロレンズアレイ基板２０の橋脚部２３の底面に、接着固定領域２４に代えて接着固定領域２４Ｄを設けた点が面発光レーザ装置１（図１参照）と相違する。接着固定領域２４Ｄには、接着固定領域２４Ｄを厚さ方向に貫通する開口部２４０が設けられている。
【００８０】
図１３は、第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の接着固定領域を例示する平面図である。図１３（ａ）に示すように、開口部２４０の平面形状は、例えば、正方形や長方形とすることができる。又、図１３（ｂ）に示すように、開口部２４０の平面形状は、例えば、円形や楕円形としてもよい。又、図１３（ｃ）に示すように、開口部２４０を端部まで到達させ、例えば、平面形状がコの字型の接着固定領域２４Ｄとしてもよい。
【００８１】
或いは、開口部２４０の平面形状を図１３に示した以外の、より複雑な形状としてもよい（例えば、正方形と円形とを組み合わせた形状）。又、１つの接着固定領域２４Ｄに、複数の開口部２４０を設けてもよい（例えば、２つの円形開口）。又、その際、複数の開口部２４０を異なる形状としてもよい（例えば、正方形開口と円形開口との混在）。
【００８２】
次に、図１４を参照して、接着固定領域２４Ｄに開口部２４０を設ける技術的意義について説明する。図１４は、第５の実施の形態に係る面発光レーザ装置の製造工程を例示する図である。
【００８３】
前述のように、接着剤３０を溶融させる際には、接着剤３０のみを局所的に加熱する方が好ましく、例えば、レーザ光を接着剤３０に照射する方法を採用することができる。
【００８４】
ところで、第１の実施の形態において、接着剤３０（はんだ、Ａｕ−Ｓｎ等）をレーザ光で局所加熱する場合、透明なマイクロレンズアレイ基板２０側から接着固定領域２４にレーザ光を入射させる方法が考えられる。しかし、マイクロレンズアレイ基板２０側から接着固定領域２４にレーザ光を入射させると反射が大きく、接着剤３０を溶融するには接着剤３０に直接レーザを入射させた場合よりも、多くのエネルギーが必要になると予測される。
【００８５】
この場合、まずレーザ光が接着固定領域２４を加熱し、次に接着固定領域２４から下側の接着剤３０に熱が伝わることで接着剤３０が溶ける。従って、接着剤３０が溶けた状態では、接着固定領域２４の温度が接着剤３０の融点以上になり、熱応力が増加してしまう。
【００８６】
そこで、本実施の形態では、より効率よくレーザ光による接着剤３０の溶融を行うために、レーザ光が接着剤３０に直接入射するように、マイクロレンズアレイ基板２０に、接着固定領域２４に代えて、開口部２４０を備えた接着固定領域２４Ｄを設けている。
【００８７】
接着固定領域２４Ｄに開口部２４０を設けることで、図１４（ａ）に示すように、加熱装置から照射されたレーザ光Ｌａが、マイクロレンズアレイ基板２０側から、接着固定領域２４Ｄの開口部２４０を通過して、直接接着剤３０に入射する。その結果、効率よく接着剤３０を溶かすことが可能になる。又、接着固定領域２４Ｄに開口部２４０を設けることで、接着剤３０との界面の長さが増えるため、表面張力が増加することが期待できる。
【００８８】
これにより、図１４（ｂ）に示すように、面発光レーザアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ基板２０とは、溶融した接着剤３０の復元力により互いに自己整合した後、接着剤３０が凝固し、より高精度に位置合わせされた状態で固定される。
【００８９】
このように、第５の実施の形態では、マイクロレンズアレイ基板２０の接着固定領域２４Ｄに開口部２４０を設けたため、レーザ光による接着剤３０の溶融を効率的に行うことができる。そのため、マイクロレンズアレイ基板２０の温度上昇が抑えられて熱応力が低減し、更に、接着固定領域２４Ｄと接着剤３０との界面の長さが長くなることで、表面張力が増加し、セルフアライメント精度を向上することができる。
【００９０】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００９１】
例えば、上記の実施の形態では、面発光レーザアレイ基板及びマイクロレンズアレイ基板を備えた面発光レーザ装置について説明したが、本発明は、面発光レーザ基板及びマイクロレンズ基板を備えた面発光レーザ装置にも適用可能である。すなわち、本発明に係る面発光レーザ装置において、面発光レーザ及びマイクロレンズは夫々１つでもよいし、夫々複数でもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１、１Ｄ  面発光レーザ装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ  面発光レーザアレイ基板
１１  半導体基板
１１ａ  半導体基板の一方の面
１１ｂ  半導体基板の他方の面
１２  面発光レーザアレイ
１３  アノード電極
１４、１４Ａ、１４Ｂ、２４、２４Ｄ  接着固定領域
２０、２０Ｃ  マイクロレンズアレイ基板
２１  透明基板
２１ａ  対向面
２２  マイクロレンズアレイ
２３  橋脚部
２５  ヒンジ
３０  接着剤
５０  ヒートシンク基板
５１、５２  配線パターン
５３、５４  電流端子
５５  金属線
２４０  開口部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開２００７−１４２４２５号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８７１３号公報
【特許文献３】特開２００２−２６４５２号公報
【図１】
0006536004.tif 000002
【図２】
0006536004.tif 000003
【図３】
0006536004.tif 000004
【図４】
0006536004.tif 000005
【図５】
0006536004.tif 000006
【図６】
0006536004.tif 000007
【図７】
0006536004.tif 000008
【図８】
0006536004.tif 000009
【図９】
0006536004.tif 000010
【図１０】
0006536004.tif 000011
【図１１】
0006536004.tif 000012
【図１２】
0006536004.tif 000013
【図１３】
0006536004.tif 000014
【図１４】
0006536004.tif 000015