(57)【要約】【課題】熱放散を効率よく行うことができ、熱応力を緩和して高い信頼性を得ることができる半導体発光素子およびその製造方法、並びに発光装置を提供する。【解決手段】突条部６１の両側に、塑性変形可能な応力緩和層８１を設ける。半導体レーザアレイ２０とベースとの接合時に発生する熱応力を応力緩和層８１により吸収、緩和して信頼性を高めると共に、熱放散を効率良く行う。応力緩和層８１は、ＳｉＯ2 ，ＡｌＯ2 またはＳｉ3 Ｎ4 などの絶縁材料を、電子線蒸着することにより形成したものである。応力緩和層を、インジウム（Ｉｎ）あるいはＩｎ−Ａｇ合金などの塑性変形可能な金属材料により構成し、その上側および下側を、インジウム（Ｉｎ）と合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる合金化防止層で挟んでもよい。応力緩和層８１の間の間隔Ｄ１は、突条部６１の幅Ｗよりも広く、好ましくは幅Ｗの３倍以上とする。【選択図】図３
2008130665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子であって、
前記半導体層の上部は前記活性層への電流注入領域を規定するための突出部とされており、
前記半導体層の上部の前記突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層が設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記応力緩和層は、ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉ3 Ｎ4 からなる絶縁材料の群のうちの少なくとも１種により形成された
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記応力緩和層は、電子線蒸着により形成された
ことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記応力緩和層は、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）合金，インジウム（Ｉｎ）およびインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金からなる金属材料の群のうちの少なくとも１種により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記突出部は一方向に延長された突条部であり、
前記活性層で発生した光を前記突条部の延長方向に往復させてレーザ発振を生じさせる半導体レーザである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記応力緩和層は前記突条部の両側に設けられており、
前記各応力緩和層の間の間隔は、前記突条部の幅の３倍以上である
ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
各々前記突出部を有する複数の発光部が配列された半導体発光素子アレイである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項８】
活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子の製造方法であって、
前記半導体層の上部に前記活性層への電流注入領域を規定するための突出部を形成する工程と、
前記半導体層の上部の前記突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層を設ける工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記応力緩和層を、ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉ3 Ｎ4 からなる絶縁材料の群のうちの少なくとも１種を、電子線蒸着により形成する
ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記応力緩和層を、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）合金，インジウム（Ｉｎ）およびインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金からなる金属材料の群のうちの少なくとも１種により構成する
ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子を支持体に接合した発光装置であって、
前記半導体層の上部は前記活性層への電流注入領域を規定するための突出部とされており、
前記半導体層の上部の突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層が設けられ、
前記半導体発光素子の前記突出部および前記応力緩和層が設けられている側が前記支持体に接合されている
ことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマウントを用いず支持体（ベース）に直接はんだで接合する、いわゆるダイレクトマウントに好適な半導体発光素子およびその製造方法、並びに発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力の半導体レーザ装置として、複数の素子をレーザ光の射出方向がそろうように一列に配置した半導体レーザアレイが利用されている。このような半導体レーザアレイ２２０は、図９に示したように、サブマウント２４０を間にしてはんだ層２３１，２３２により、ベース（ヒートシンク）２１０に接合される場合もあるが、図１０に示したように、はんだ層２３１によりベース２１０に直接実装される（ダイレクトマウント）場合もある。
【非特許文献１】Mounting of HIgh Power Laser Diodes on Diamond Heatsinks（高出力レーザダイオードのダイヤモンドヒートシンクへの実装）”，「ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ，ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ，ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ―ＰＡＲＴ  Ａ」，１９９６年，第１９巻，ｐ．４６
【特許文献１】特許第２８６３６７８号明細書
【特許文献２】特開２００３−２５８３８１号公報（段落００３８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ダイレクトマウントは、半導体レーザアレイ２２０の発熱を効果的に放散することができる一方、接合時に半導体レーザアレイ２２０とベース２１０との線膨張率差に起因する大きな熱応力が発生し、半導体レーザアレイ２２０にクラックが入ってしまうおそれがある。また、接合時に発生する熱応力は、活性層にストレスを与え、発光波長の変化や閾電流値の変化を招く。例えば赤色半導体レーザアレイの場合、図１１に示したように、発振波長が８ｎｍ短波長化すると共に、発振閾電流値が２倍以上に増加してしまう。なお、図１１は、半導体レーザアレイを炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなるサブマウントを間にして銅（Ｃｕ）よりなるベースに接合した場合のレーザ発振と、銅（Ｃｕ）よりなるベースにダイレクトマウントした場合のレーザ発振およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）発光とを対比して表したものである。
【０００４】
このような問題に対処するため、従来では、はんだ層とヒートシンクとの間に、厚みが２μｍの厚い金（Ａｕ）層を設けることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、厚みが２μｍ程度の金（Ａｕ）層では、熱膨張係数差による大きなストレスを緩和することはできなかった。ストレス緩和のため、更に金（Ａｕ）層の厚みを例えば１０μｍ程度まで厚くすることも考えられるが、金（Ａｕ）層の成膜工程の作業時間が長くなってしまうことに加えて、原料コストも増加し、現実的ではなかった。
【０００５】
また、ヒートシンクを、熱伝導率の大きな絶縁層（ダイヤモンド）と熱伝導率の小さな絶縁層（ＳｉＯ2 ）とを交互に積層した積層構造とし、各絶縁層の厚みを調整することにより、ヒートシンク全体の熱膨張係数が、搭載する半導体レーザチップの主たる構成材料の熱膨張係数とほぼ等しくなるようにするという手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このようなヒートシンクは、ヒートシンクの厚みを２００μｍ程度まで薄くすると積層面で絶縁層同士が剥がれやすくなってしまう一方、厚いままでは、絶縁層の熱伝導率が悪く、横方向への熱拡散が小さいのでレーザの発熱を効率良く放散することが難しくなってしまうという問題があった。
【０００６】
なお、特許文献２には、熱伝導率の低いサファイア基板に形成されたレーザチップの放熱対策として、インジウム（Ｉｎ）はんだ材を用いてパッケージ本体にレーザチップを直接接続することが記載されている。しかしながら、インジウム系はんだは、濡れ性が悪く均一に広がりにくいので、隙間が生じやすくボイドができやすい。このボイドは熱伝導性に劣るので局所的な温度上昇と劣化の原因となってしまい、高い信頼性を得ることが難しかった。更に、インジウムはレーザチップの電極の金（Ａｕ）や、ベースの表面の金（Ａｕ）めっき層と反応し、合金化しやすい。この場合、インジウム（Ｉｎ）および金（Ａｕ）双方の拡散速度が大きく異なるので、接合界面にいわゆるカーケンダルボイドが生成し、強度低下や接合抵抗上昇をもたらしてしまっていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、熱放散を効率よく行うことができ、熱応力を緩和して高い信頼性を得ることができる半導体発光素子およびその製造方法、並びに発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による半導体発光素子は、活性層を含む半導体層を備えたものであって、半導体層の上部は活性層への電流注入領域を規定するための突出部とされており、半導体層の上部の突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層が設けられているものである。
【０００９】
本発明による半導体発光素子の製造方法は、活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子を製造するものであって、半導体層の上部に活性層への電流注入領域を規定するための突出部を形成する工程と、半導体層の上部の突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層を設ける工程とを含むようにしたものである。
【００１０】
本発明による発光装置は、活性層を含む半導体層を備えた半導体発光素子を支持体に接合したものであって、半導体発光素子が、上記本発明の半導体発光素子により構成され、この半導体発光素子の突出部および応力緩和層が設けられている側が支持体に接合されているものである。
【００１１】
本発明の半導体発光素子、または本発明の発光装置では、半導体発光素子と支持体との接合時に発生する熱応力は、突出部の周囲の少なくとも一部に設けられた応力緩和層が塑性変形することにより緩和される。よって、半導体発光素子にかかるストレスが小さくなると共に、発熱が効率良く支持体に放散される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体発光素子、または本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、突出部の周囲の少なくとも一部に、塑性変形可能な応力緩和層を設けるようにしたので、半導体発光素子と支持体との接合時に発生する熱応力を緩和し、高い信頼性を得ることができる。よって、この半導体発光素子の突出部および応力緩和層が設けられている側を支持体に接合して発光装置を構成することにより、熱放散効率および信頼性に優れた発光装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（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発光装置の全体構成を表すものである。この発光装置は、レーザプロジェクタの赤色光源などとして用いられるものであり、例えば、支持体（ベース）１０に半導体レーザアレイ２０をはんだ層３０により接合した構成を有している。
【００１５】
ベース１０は、半導体レーザアレイ２０の発熱を放散させるヒートシンクとしての機能も有しており、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、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、半導体レーザアレイ２０から発生する大量の熱を放出させ、半導体レーザアレイ２０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、電流を半導体レーザアレイ２０に効率よく伝導させるために必要な特性である。
【００１６】
ベース１０上には、例えばベース１０と同一材料よりなる電極部材１１が、例えばネジ１１Ａ，１１Ｂにより固定されている。ベース１０と電極部材１１との間には例えばガラスまたはエポキシ等の絶縁樹脂よりなる絶縁板１２が設けられており、ベース１０と電極部材１１とは電気的に絶縁されている。電極部材１１には、半導体レーザアレイ２０側の一方の角に段部１１Ｃが設けられており、この段部１１Ｃには、例えば太さが５０μｍの金（Ａｕ）ワイヤまたは金（Ａｕ）箔よりなるワイヤ４０の一端部が接合されている。ワイヤ４０の他端部は半導体レーザアレイ２０に接合され、ワイヤ４０を介して電極部材１１と半導体レーザアレイ２０とが電気的に接続されている。なお、電極部材１１の段部１１Ｃには、ワイヤ４０および半導体レーザアレイ２０等を保護するため、ベース１０と同一材料よりなる保護部材１３がネジ１３Ａにより固定されるようになっている。
【００１７】
図２は、図１に示した半導体レーザアレイ２０の概略構成を表すものである。半導体レーザアレイ２０は、例えば、６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色レーザであり、複数の発光部２１が一列に配列されたものである。その寸法は長さ約１０ｍｍ、共振器長２００μｍないし１．５ｍｍ、具体的には約７００μｍ程度、厚み約１００μｍである。ここで、長さは、発光部２１の配列方向における寸法、共振器長は、発光部２１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、厚みは、長さおよび共振器長の両方に直交する方向における寸法である。
【００１８】
図３は、一つの発光部２１の断面構成を表したものである。各発光部２１は、例えば、基板５１上に、ｎ型クラッド層５２，第１光ガイド層５３，活性層５４，第２光ガイド層５５，第１ｐ型クラッド層５６，エッチストップ層５７，第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０がこの順に積層されたダブルへテロ（ＤＨ；Double Heterostructure）接合積層構造を有している。
【００１９】
基板５１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ基板により構成されている。また、この基板５１は、例えば、｛１００｝面から＜１００＞方向に所定の角度、例えば８°〜１６°程度オフした主面を有している。ｎ型クラッド層５２は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に厚みという）が１μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＡｌＩｎＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１光ガイド層５３は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１光ガイド層５３は、不純物を含まなくてもよいし、または、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物が添加されていてもよい。
【００２０】
活性層５４は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＩｎＰ混晶よりなる量子井戸構造（引っ張り歪み、−０．７％）を有している。
【００２１】
第２光ガイド層５５は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２光ガイド層５５は、不純物を含まなくてもよいし、または、マグネシウム（Ｍｇ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物が添加されていてもよい。第１ｐ型クラッド層５６は、例えば、厚みが０．１５μｍないし０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。エッチストップ層５７は、後述する製造工程において第１ｐ型クラッド層５６の厚みのばらつきを抑制するためのものである。エッチストップ層５７は、例えば、厚みが１０ｎｍないし５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２ｐ型クラッド層５８は、例えば、厚みが０．８μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。中間層５９は、例えば、厚みが０．０５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層６０は、例えば、厚みが０．３μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００２２】
このうち第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０は、一方向に延長された細い帯状の突条部（リッジ）６１とされている。この突条部６１は、活性層５４への電流注入領域を規定するための突出部であり、活性層５４の突条部６１に対応する部分に電流が注入されるようになっている。
【００２３】
突条部６１の両側のエッチストップ層５７の表面には、電流狭窄層６２が形成されている。電流狭窄層６２は、例えば、厚みが５０ｎｍないし２５０ｎｍであり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などにより構成されている。
【００２４】
突条部６１および電流狭窄層６２の上面には、例えば、各発光部２１に対応して、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２が順に形成されている。第１ｐ側電極層７１は、例えば、厚み５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層および厚み１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層をｐ側コンタクト層６０の側から順に積層した構成を有し、ｐ側コンタクト層６０に電気的に接続されている。第２ｐ側電極層７２は、例えば、厚み５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層，厚み１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層および厚み３００ｎｍの金（Ａｕ）層をｐ側コンタクト層６０の側から順に積層した構成を有し、第１ｐ側電極層７１を介してｐ側コンタクト層６０に電気的に接続されている。
【００２５】
第１ｐ側電極層７１と第２ｐ側電極層７２との間には、突条部６１の両側に、塑性変形可能な応力緩和層８１が形成されている。半導体レーザアレイ２０は、突条部６１および応力緩和層８１が設けられている側がベース１０に接合されている。これにより、この発光装置では、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力を応力緩和層８１により吸収、緩和して信頼性を高めると共に、熱放散を効率良く行うことができるようになっている。
【００２６】
応力緩和層８１は、ＳｉＯ2 ，ＡｌＯ2 およびＳｉ3 Ｎ4 からなる絶縁材料の群のうちの少なくとも１種により形成され、また、後述するように電子線蒸着により形成されたものである。応力緩和層８１の厚みは、例えば、２５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であればより好ましい。２５０ｎｍより薄いとストレス緩和効果が小さくなってしまい、２０００ｎｍより厚いと応力緩和層８１を成膜する工程で膜剥がれを起こしやすくなってしまうからである。
【００２７】
応力緩和層８１の間の間隔Ｄ１は、例えば、突条部６１の幅Ｗ１よりも広く、具体的には幅Ｗ１の３倍以上であることが好ましい。突条部６１下方の活性層５４の電流注入領域で発生した熱を、熱伝導性の低い絶縁材料よりなる応力緩和層８１により妨げられることなく、ベース１０に放散させることができ、活性層５４の温度上昇を抑えて信頼性を向上させることができるからである。更に、応力緩和層８１の各々と突条部６１との間の距離Ｄ２は、突条部６１の幅Ｗ１以上であることが望ましい。例えば、一つの発光部２１の全体の幅が３３０μｍ、突条部６１の幅Ｗ１が６０μｍである場合、間隔Ｄ１は１８０μｍ以上、間隔Ｄ２は６０μｍ以上、応力緩和層８１の幅Ｗ２は７５μｍである。なお、応力緩和層の幅Ｗ２は、発光部２１の全体の幅に応じて広く、あるいは狭くするよう調整してもよい。
【００２８】
一方、基板５１の裏面には、例えば、各発光部２１に対応して、ｎ側電極層９０が設けられている。ｎ側電極層９０は、例えば、金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層を基板５１の側から順に積層した構成を有し、基板５１と電気的に接続されている。
【００２９】
更に、この半導体レーザアレイ２０では、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層５４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００３０】
はんだ層３０は、例えば、厚みが３μｍないし６μｍであり、金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）により構成されている。
【００３１】
この半導体レーザアレイ２０および発光装置は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３２】
図４ないし図６は、この半導体レーザアレイ２０の製造方法を工程順に表したものである。まず、図４（Ａ）に示したように、例えば、上述した材料よりなる基板５１に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるｎ型クラッド層５２，第１光ガイド層５３，活性層５４，第２光ガイド層５５，第１ｐ型クラッド層５６，エッチストップ層５７，第２ｐ型クラッド層５８，中間層５９およびｐ側コンタクト層６０を順に積層する。
【００３３】
次いで、図４（Ｂ）に示したように、ｐ側コンタクト層６０の全面にレジストを塗布し、リソグラフィ技術により所定の形状に成形することにより、突条部６１を形成するためのマスク１０１を形成する。
【００３４】
続いて、図４（Ｃ）に示したように、マスク１０１を用いたエッチングを行い、ｐ側コンタクト層６０，中間層５９および第２ｐ型クラッド層５８の一部を選択的に除去し、細い帯状の突条部６１とする。その際、エッチストップ層５７をエッチングのストッパとして用いる。そののち、マスク１０１を除去する。
【００３５】
突条部６１を形成したのち、図５（Ａ）に示したように、突条部６１およびその両側のエッチストップ層５７の表面に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、上述した材料よりなる電流狭窄層６２を形成する。続いて、同じく図５（Ａ）に示したように、電流狭窄層６２の上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術により所定の形状に成形することにより、突条部６１に対応して開口を設けるためのマスク１０２を形成する。
【００３６】
電流狭窄層６２上にマスク１０２を形成したのち、図５（Ｂ）に示したように、マスク１０２を用いたエッチングを行い、電流狭窄層６２の一部を選択的に除去し、突条部６１に対応して開口を設ける。
【００３７】
電流狭窄層６２に突条部６１に対応して開口を設けたのち、図５（Ｃ）に示したように、突条部６１および電流狭窄層６２の上面に、例えば電子線蒸着により、上述した厚みおよび材料よりなるチタン（Ｔｉ）層および白金（Ｐｔ）層を順に積層し、第１ｐ側電極層７１を形成する。
【００３８】
第１ｐ側電極層７１を形成したのち、図６（Ａ）に示したように、第１ｐ側電極層７１の全面にレジストを塗布し、リソグラフィ技術により所定の形状に成形することにより、応力緩和層８１を形成するためのマスク１０３を形成する。
【００３９】
第１ｐ側電極層７１上にマスク１０３を形成したのち、図６（Ｂ）に示したように、上述した厚みおよび材料よりなる応力緩和層８１を形成する。成膜方法は、応力緩和層８１の密度が小さくなり、塑性変形しやすくなるように選択する。例えば、基板５１の温度を室温付近、例えば１５℃以上５０℃以下に保持し、電子線蒸着法により形成することが好ましい。電子線蒸着中に応力緩和層８１の温度は上昇する場合もあるが、１００℃を超えることはない。また、冷却することで室温に保つことも可能である。
【００４０】
応力緩和層８１を形成したのち、図６（Ｃ）に示したように、マスク１０３を除去し、第１ｐ側電極層７１および応力緩和層８１の上に、例えば電子線蒸着により、上述した厚みおよび材料よりなるチタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層を順に積層し、第２ｐ側電極層７２を形成する。
【００４１】
第２ｐ側電極層７２を形成したのち、例えば、基板５１の裏側を研削して基板５１の厚さを１１０μｍ程度とし、基板５１の裏側にｎ側電極層９０を形成する。
【００４２】
ｎ側電極層９０を形成したのち、劈開により基板５１を所定の大きさのバー状に整える。その際、劈開の前に、例えばレーザスクライビング加工機を用いて、あらかじめビーム径を細く絞られたレーザ光を照射することにより第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２の厚み方向における一部または全部を切断しておくことが好ましい。第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２が分離されやすくなり、いわゆる第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２の剥がれを生じるのを抑えることができるからである。この場合、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２の厚み方向における一部または全部を切断したのち、引き続いて劈開による分離を行うことができる。
【００４３】
なお、レーザスクライビングに代えて、機械的な加工により第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２の厚み方向における一部または全部を切断するようにしてもよい。すなわち、ダイヤモンド針で浅く第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２に傷をつけて分離しやすくする。この場合、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２に浅く傷をつける工程と、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２に加えてレーザウェーハにも達するよう深く傷をつける工程とが必要である。
【００４４】
また、機械的な加工のために、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２を形成する際に、素子の分離溝を設けてもよい。その場合は、第１ｐ側電極層７１または第２ｐ側電極層７２を形成する前に、レジスト塗布、フォトリソグラフィを行い、第１ｐ側電極層７１または第２ｐ側電極層７２を形成後にリフトオフによって分離溝を設ける一般的な方法を採ることができる。
【００４５】
最後に、突条部６１の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図２および図３に示した半導体レーザアレイ２０が形成される。
【００４６】
半導体レーザアレイ２０を形成したのち、上述した寸法および材料よりなるベース１０を用意し、このベース１０の半導体レーザアレイ２０が設けられる面に、例えば真空蒸着法またはめっきにより、金（Ａｕ）層およびスズ（Ｓｎ）層を順に積層することにより、はんだ層３０を形成する。
【００４７】
ベース１０にはんだ層３０を形成したのち、半導体レーザアレイ２０の第２ｐ側電極層７２とベース１０のはんだ層３０とを対向させ、位置合わせを精度よく行い、ベース１０の上に半導体レーザアレイ２０を載せる。続いて、ベース１０に対して加熱処理を施すことにより、はんだ層３０を溶融させ、ベース１０と半導体レーザアレイ２０とを接合する。ここでは、突条部６１の両側に、塑性変形可能な応力緩和層８１を設け、半導体レーザアレイ２０の突条部６１および応力緩和層８１が設けられている側をベース１０に接合するようにしたので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力は、応力緩和層８１が塑性変形することにより吸収、緩和される。よって、半導体レーザアレイ２０にかかるストレスが小さくなり、クラック等の発生が抑制される。
【００４８】
ベース１０と半導体レーザアレイ２０とを接合したのち、ベース１０上に絶縁板１２を間にして電極部材１１を固定し、ワイヤ４０の一端部を電極部材１１の段部１１Ｃに接合し、ワイヤ４０の他端部を半導体レーザアレイ２０のｎ側電極層８０に接合する。そののち、電極部材１１の段部１１Ｃに保護部材１３を固定する。以上により、図１に示した発光装置が完成する。
【００４９】
この発光装置では、各発光部２１のｎ側電極層９０と第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２との間に所定の電圧が印加されると、活性層５４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、突条部６１の両側に、絶縁材料よりなる塑性変形可能な応力緩和層８１が設けられており、半導体レーザアレイ２０の突条部６１および応力緩和層８１が設けられている側がベース１０に接合されているので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力が緩和され、半導体レーザアレイ２０にかかるストレスが小さくなっている。よって、半導体レーザアレイ２０の信頼性が向上する。また、活性層５４にかかるストレスも低減され、発光波長の変化や閾電流値の変化も抑えられる。更に、半導体レーザアレイ２０が、サブマウントなしでベース１０に直接接合されているので、半導体レーザアレイ２０の発熱が効率良くベース１０に放散される。
【００５０】
このように本実施の形態では、突条部６１の両側に、塑性変形可能な応力緩和層８１を設けるようにしたので、半導体レーザアレイ２０とベース１０との接合時に発生する熱応力を緩和し、高い信頼性を得ることができる。よって、この半導体レーザアレイ２０の突条部６１および応力緩和層８１が設けられている側をベース１０に接合して発光装置を構成することにより、熱放散効率および信頼性に優れた発光装置を実現することができる。特に、６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長域に発振波長を有する赤色の半導体レーザアレイ２０において安定した特性を得ることができる。
【００５１】
また、はんだ層３０を金（Ａｕ）−スズ（Ｓｎ）はんだにより構成することができるので、従来のインジウム系はんだを用いたダイレクトマウントに比較して、信頼性を高めると共に強度を向上させ、接合抵抗を小さくすることができる。
【００５２】
（変形例）
図７は、本発明の変形例に係る半導体レーザアレイを構成する一つの発光部２１Ａの断面構成を表したものである。この発光部２１Ａは、７８０ｎｍないし８５０ｎｍの波長域に発振波長を有する赤外レーザであることを除いては、上記実施の形態に係る発光部２１Ａと同様の構成を有し、同様の作用・効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
発光部２１Ａは、例えば、基板１１１上に、第１ｎ型バッファ層１１２、第２ｎ型バッファ層１１３，ｎ型クラッド層１１４，第１光ガイド層１１５，活性層１１６，第２光ガイド層１１７，第１ｐ型クラッド層１１８，エッチストップ層１１９，第２ｐ型クラッド層１２０，中間層１２１およびｐ側コンタクト層１２２がこの順に積層されたダブルヘテロ（ＤＨ）接合積層構造を有している。
【００５４】
基板１１１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ基板により構成されている。第１ｎ型バッファ層１１２は、例えば、厚みが０．５μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。第２バッファ層１１３は、例えば、厚みが０．５μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。ｎ型クラッド層１１４は、例えば、厚みが１．８μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。
【００５５】
第１光ガイド層１１５は、例えば、厚みが６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下であり、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。活性層１１６は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ混晶により構成されている。第２光ガイド層１１７は、例えば、厚みが６０ｎｍ以上６５ｎｍ以下であり、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。
【００５６】
第１ｐ型クラッド層１１８は、例えば、厚みが０．１５μｍないし０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53 Ａｓ混晶により構成されている。エッチストップ層１１９は、例えば、厚みが１０ｎｍないし５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第２ｐ型クラッド層１２０は、例えば、厚みが１．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。中間層１２１は、例えば、厚みが０．３μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層１２２は、例えば、厚みが０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００５７】
このうち第２ｐ型クラッド層１２０，中間層１２１およびｐ側コンタクト層１２２は、第１の実施の形態と同様に、細い帯状の突条部６１とされており、その両側のエッチストップ層１１９の表面には、電流狭窄層６２が形成されている。突条部６１および電流狭窄層６２の上面には、第１の実施の形態と同様に、第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２が形成され、基板１１１の裏面には、第１の実施の形態と同様に、ｎ側電極層９０が設けられている。
【００５８】
第１ｐ側電極層７１と第２ｐ側電極層７２との間には、第１の実施の形態と同様に、突条部６１の両側に塑性変形可能な応力緩和層８１が設けられている。応力緩和層８１の具体的な構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
この発光部２１Ａを有する半導体レーザアレイは、第１バッファ層１１２ないしｐ側コンタクト層１２２の厚みおよび材料が異なることを除いては、第１の実施の形態と同様にして作製することができる。また、この発光部２１Ａを有する半導体レーザアレイは、第１の実施の形態と同様にして、はんだ層３０によりベース１０に接合し、発光装置を構成することができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザアレイを構成する一つの発光部２１Ｂの断面構成を表したものである。この発光部２１Ｂは、応力緩和層１３１の構成材料が異なることを除いては、上記第１の実施の形態に係る発光部２１と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００６１】
応力緩和層１３１の構成材料としては、例えば、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）合金，インジウム（Ｉｎ）およびインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金などの塑性変形可能な金属材料の群のうちの少なくとも１種が好ましい。また、スズ（Ｓｎ）−インジウム（Ｉｎ）合金（Ｉｎ＝５２％）でもよい。
【００６２】
応力緩和層１３１の厚みは、例えば、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ程度であればより好ましい。０．５μｍより薄いとストレス緩和効果がほとんどなくなり、５μｍより厚いと溶融した際にインジウム（Ｉｎ）が端の部分からはみ出しやすくなるからである。
【００６３】
また、応力緩和層１３１の上側および下側には、応力緩和層１３１に含まれるインジウム（Ｉｎ）の合金化を抑制する合金化防止層１３２が設けられていることが好ましい。インジウム（Ｉｎ）が第１ｐ側電極層７１または第２ｐ側電極層７２に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化するのを抑制することができるからである。合金化防止層１３２は、インジウム（Ｉｎ）と合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成されていることが好ましい。また、チタン（Ｔｉ）でもよい。合金化防止層１３２の厚みは、例えば、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍよりも薄いと、合金化防止層１３２を形成する際に島状になってしまい、インジウム（Ｉｎ）を十分に閉じ込められなくなるおそれがあるからである。
【００６４】
この発光部２１Ｂを有する半導体レーザアレイは、応力緩和層１３１および合金化防止層１３２をメタルマスクを用いて成膜することを除いては、第１の実施の形態と同様にして作製することができる。また、この発光部２１Ｂを有する半導体レーザアレイは、第１の実施の形態と同様にして、はんだ層３０によりベース１０に接合し、発光装置を構成することができる。
【００６５】
この発光装置では、各発光部２１Ｂのｎ側電極層９０と第１ｐ側電極層７１および第２ｐ側電極層７２との間に所定の電圧が印加されると、第１の実施の形態と同様にレーザ発振が生じる。ここでは、突条部６１の両側に、塑性変形可能な金属材料よりなる応力緩和層１３１が設けられており、半導体レーザアレイの突条部６１および応力緩和層１３１が設けられている側がベース１０に接合されているので、第１の実施の形態の作用に加えて、半導体レーザアレイ２０の発熱が更に効率良くベース１０に放散される。
【００６６】
また、この応力緩和層１３１は、インジウムと合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる合金化防止層１３２で挟まれているので、応力緩和層１３１に含まれるインジウムが溶融しても第１ｐ側電極層７１または第２ｐ側電極層７２に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化することが抑制される。よって、実装後に冷却することにより、応力緩和層１３１のインジウムは反応、変質することなく、元の状態に戻る。
【００６７】
このように本実施の形態では、突条部６１の両側に、塑性変形可能な金属材料よりなる応力緩和層１３１を設け、半導体レーザアレイ２０の突条部６１および応力緩和層１３１が設けられている側をベース１０に接合するようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、熱放散効率を更に向上させることができる。
【００６８】
更に、応力緩和層１３１を、インジウムと合金を全く形成しない金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）よりなる合金化防止層１３２で挟むようにしたので、応力緩和層１３１に含まれるインジウムが溶融しても第１ｐ側電極層７１または第２ｐ側電極層７２に含まれる金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）と反応して合金化することを抑制することができる。
【００６９】
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、上記実施の形態では、発光装置がバー状の半導体レーザアレイ２０を備えている場合について説明したが、本発明は一つの発光部２１，２１Ａ，２１Ｂのみを有する半導体レーザ装置（半導体レーザチップ）にも適用可能である。
【００７０】
また、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０が、第２ｐ側電極層７２をベース１０に対向させるようにして配設されており、第１ｐ側電極層７１と第２ｐ側電極層７２との間に応力緩和層８１，１３１が設けられている場合について説明したが、ｐ型の基板を用いたレーザのｎ側電極層の側に応力緩和層を設け、半導体レーザアレイを、ｎ側電極層をベースに対向させるようにして配設してもよい。
【００７１】
更に、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、はんだ層３０は、銀（Ａｇ）−スズ（Ｓｎ）はんだ（共晶）またはスズ（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系のはんだでもよい。なお、はんだ層３０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、スズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）はんだなどの鉛系はんだにより構成されていてもよい。
【００７２】
加えて、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０および発光部２１，２１Ａ，２１Ｂの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。例えば、上記第２の実施の形態では、合金化防止層１３２は、応力緩和層１３１の上側または下側の少なくとも一方に設けられていればよい。また、突条部６１の幅Ｗ１は必ずしも延長方向全体にわたって一定でなくてもよく、部分的に幅Ｗ１の異なる部分があってもよい。
【００７３】
更にまた、例えば、上記第１および第２の実施の形態では、ＧａＡｓよりなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体よりなる半導体層を有する赤色レーザ、またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体よりなる半導体層を有する赤外レーザを例として説明したが、本発明は、例えばＧａＮ系（発振波長４００ｎｍないし５００ｎｍ）などの他の材料系にも適用可能である。ただし、特に、赤色レーザでは基板を構成するＧａＡｓとベース１０を構成する銅（Ｃｕ）との線膨張率の差が大きいことから、その効果が大きい。
【００７４】
加えてまた、上記実施の形態では、半導体レーザアレイ２０を備えた発光装置を例として説明したが、本発明は半導体レーザ以外にも、ＬＥＤまたは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を備えた発光装置にも適用可能である。その場合、活性層への電流注入領域を規定するための突出部の形状は、レーザの場合のような一方向に延長された突条部に限られない。また、応力緩和層は、突出部の周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の全体構成を表す分解斜視図である。
【図２】図１に示した半導体レーザアレイを拡大して表す斜視図である。
【図３】図２に示した発光部の構成を表す断面図である。
【図４】図３に示した発光部の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図５】図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】本発明の変形例に係る発光部の構成を表す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る発光部の構成を表す断面図である。
【図９】従来の実装方法の一例を説明するための断面図である。
【図１０】従来の実装方法の他の例を説明するための断面図である。
【図１１】従来の実装方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…ベース、１１…電極部材、１２…絶縁板、１３…保護部材、２０…半導体レーザアレイ、２１，２１Ａ，２１Ｂ…発光部、３０…はんだ層、４０…ワイヤ、５１，１１１…基板、５２，１１４…ｎ型クラッド層、５３，１１５…第１光ガイド層、５４，１１６…活性層、５５，１１７…第２光ガイド層、５６，１１８…第１ｐ型クラッド層、５７，１１９…エッチストップ層、５８，１２０…第２ｐ型クラッド層、５９，１２１…中間層、６０，１２２…ｐ側コンタクト層、７１…第１ｐ側電極層、７２…第２ｐ側電極層、８１，１３１…応力緩和層、９０…ｎ側電極層、１０１，１０２，１０３…マスク、１１２…第１ｎ型バッファ層、１１３…第２ｎ型バッファ層、１３２…合金化防止層
【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】
2008130665.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008130665.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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