(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性が高く、半導体レーザチップに加わる応力が低減され、かつ安定した接合が可能な半導体レーザ装置と、その半導体レーザ装置の製造方法とを提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１０、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材１２を備えて構成され、前記半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面に導電性放熱膜１４が被覆され、半導体レーザ素子及び／又は放熱部材を、外表面の一部において前記導電性放熱膜から露出させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材を備えて構成され、
前記半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆され、半導体レーザ素子及び／又は放熱部材は、外表面の一部において前記導電性放熱膜から露出していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体レーザ素子及び／又は放熱部材は、外表面の角部において前記導電性放熱膜から露出している請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
放熱部材が、基台上に載置され、前記放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されている請求項１又は２のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
半導体レーザ素子、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材、該放熱部材を載置する基台を備えて構成され、
前記放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆され、放熱部材及び／又は基台は、外表面の一部において前記導電性放熱膜から露出していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
導電性放熱膜は、電解めっきが可能な導電性を有する請求項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】
導電性放熱膜が、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ及びＣｏからなる群から選択される１種以上の元素を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
導電性放熱膜が、Ａｇの単層膜又はＡｇを含む積層膜である請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
半導体レーザ素子を、放熱部材を介して基台に搭載した半導体レーザ装置の製造方法であって、
めっき法を利用して、前記半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面の少なくとも一部及び／又は前記放熱部材から基台にわたる外表面の少なくとも一部に導電性放熱膜を被覆することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記放熱部材の角部が露出するように導電性部材を形成し、該導電性部材が形成された領域に選択的に前記導電性放熱膜を形成する請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性部材を部分的に除去することにより放熱部材を露出させ、
該露出させた領域で前記放熱部材を分割し、放熱部材の角部を形成した後に前記導電性放熱膜を形成することを含む請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記放熱部材は導電性材料又は導電性材料で被覆された材料からなり、前記放熱部材の角部を含む周辺部に絶縁性部材を形成する請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記放熱部材を所望の大きさに分割し、
前記放熱部材の側面が露出するように放熱部材に導電性部材を形成し、該導電性部材が形成された領域に選択的に前記導電性放熱膜を形成することを含む請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記めっき法は、前記半導体レーザ装置を負極とした電解めっきである請求項８〜１２のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
導電性放熱膜がＡｇからなる請求項８〜１３のいずれか１つに記載の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、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、より詳細には、長時間にわたって安定に動作させることができる半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体レーザ装置では、レーザ発振により半導体レーザ素子（チップ）内に熱が発生する。そこで、この熱を除去するために、半導体レーザ素子の発光面を除く全面及びヒートシンクの露出面にプラズマＣＶＤ法により、硬質炭素膜からなる放熱層を形成した半導体レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、半導体レーザ素子とヒートシンクとの間の良好な放熱経路を確保するために、半導体レーザ素子の電極面にめっき法により積層構造の金属膜を形成し、この金属膜をヒートシンク上に搭載した半導体レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６３５３９号公報
【特許文献２】特開昭５３−１１２０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、半導体レーザ装置の高出力化、小型化の要求に伴い、より放熱性の高い半導体レーザ装置（パッケージ）が求められており、特に、半導体レーザ素子（チップ）と、いわゆるサブマウントと呼ばれる放熱部材との間で効率的に熱抵抗を下げることが必要である。
特許文献1のような半導体レーザ装置においては、レーザ素子及びヒートシンクの露出面全面に硬質炭素膜を形成しているので、レーザ素子やヒートシンクと硬質炭素膜にかかる応力や熱膨張係数差などによりこれらの密着性が悪化し、硬質炭素膜の浮きや剥がれが起こるという問題がある。外表面に形成される放熱膜の浮きや剥がれは、発熱の大きくなる高出力での駆動時や長時間駆動時には特に懸念される事項であり、レーザ素子の特性への悪影響や素子の駆動が困難となる可能性がある。
【０００４】
また、特許文献２のように、半導体レーザ素子の電極面とヒートシンクの間に放熱経路を設けただけでは、ヒートシンクのレーザ素子の接触領域及びその直下の領域においてのみの放熱となるため、放熱が不十分となる。より高出力のレーザ素子においては、さらに放熱性を改善したパッケージ構造とする必要がある。
放熱膜を積層膜で設けた場合、それぞれ熱膨張係数に違いのある膜が設けられることになるため、各層の界面において浮きや剥がれの問題について考慮する必要がある。
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、放熱性が高く、半導体レーザ素子に加わる応力が低減され、かつ長寿命とすることができる半導体レーザ装置及びその製造方法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】
【０００５】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材を備えて構成され、前記半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆され、半導体レーザ素子及び／又は放熱部材は、外表面の一部において前記導電性放熱膜から露出していることを特徴とする。
【０００６】
このような半導体レーザ装置においては、半導体レーザ素子及び／又は放熱部材は、外表面の角部において前記導電性放熱膜から露出していてもよい。
また、放熱部材が、基台上に載置され、前記放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されていてもよい。
さらに、半導体レーザ素子、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材、該放熱部材を載置する基台を備えて構成され、前記放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆され、放熱部材及び／又は基台は、外表面の一部において前記導電性放熱膜から露出していることを特徴とする。
【０００７】
上述した半導体レーザ装置においては、導電性放熱膜は、電解めっきが可能な導電性を有することが好ましい。
導電性放熱膜が、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ及びＣｏからなる群から選択される１種以上の元素を含むことが適している。
導電性放熱膜が、Ａｇの単層膜又はＡｇを含む積層膜であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、
半導体レーザ素子を、放熱部材を介して基台に搭載した半導体レーザ装置の製造方法であって、
めっき法を利用して、前記半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面及び／又は前記放熱部材から基台にわたる外表面に、外表面の一部において放熱部材が露出するように導電性放熱膜を被覆することを特徴とする。
【０００９】
この半導体レーザ装置の製造方法では、前記放熱部材の角部が露出するように導電性部材を形成し、該導電性部材が形成された領域に選択的に前記導電性放熱膜を形成することが好ましい。
また、前記導電性部材を部分的に除去することにより放熱部材を露出させ、
該露出させた領域で前記放熱部材を分割し、放熱部材の角部を形成した後に前記導電性放熱膜を形成することを含むことが好ましい。
【００１０】
さらに、前記放熱部材は導電性材料又は導電性材料で被覆された材料からなり、前記放熱部材の角部を含む周辺部に絶縁性部材を形成することが好ましい。
また、前記放熱部材を所望の大きさに分割し、
前記放熱部材の側面が露出するように放熱部材に導電性部材を形成し、該導電性部材が形成された領域に選択的に前記導電性放熱膜を形成することを含むことが好ましい。
前記めっき法は、前記半導体レーザ装置を負極とした電解めっきとすることができる。
また、導電性放熱膜がＡｇからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置によれば、導電性放熱膜を設けることによって、半導体レーザ装置の放熱性を向上させることができる。また、放熱部材全体を放熱経路とし、放熱性を最大限に向上させることができるとともに、放熱部材の一部が露出していることにより、半導体レーザ素子や放熱部材に加わる応力を低減して、導電性放熱膜の剥がれを防止することができ、長寿命化を図ることができる。
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、より簡便な方法によって、放熱性を最大限に向上させることができる半導体レーザ装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置は、図８及び図９に示したように、少なくとも、半導体レーザ素子１０、半導体レーザ素子１０を載置する放熱部材１２を備えている。放熱部材１２は、通常、基台１３上に載置されている。なお、明細書中で半導体レーザ装置をパッケージ、半導体レーザ素子をチップと記載することがある。
【００１３】
半導体レーザ素子は、ｐ電極とｎ電極との間に電圧が印加されてしきい値以上の電流が流れると、活性層及びその付近でレーザ発振が起こり、レーザ光が生成され、このレーザ光は活性層及びその付近に形成された光導波路を通って外部に放射されるような、公知のもののいずれであってもよい。また、その半導体材料は、III−V族、II−VI族等のいずれの化合物を用いたものでもよく、何れの波長のレーザ光を出射するものであってもよい。特に、短波長の光を出射するレーザ素子が、高出力を得るために発熱しやすいため、本発明を適用するのに有利である。例えば、窒化物半導体を用いたレーザ素子、波長５００ｎｍ程度以下のレーザ光を出射するものなどが好ましい。一般的な窒化物半導体を用いたレーザ素子では、導電性又は絶縁性の基板上に半導体層構造が形成される。半導体層構造としては、例えば、基板側から順に第１導電型の半導体層、活性層及び第２導電型の半導体層の順に積層されるものが挙げられる。
【００１４】
また、半導体レーザ素子は、フェイスダウン実装、フェイスアップ実装、フリップチップ構造等、いずれの構造であってもよいが、フェイスダウン実装されていることが好ましい。これにより、レーザ素子の活性層（図示せず）が放熱部材及び／又は基台により近接して配置することができるために、レーザ発振に伴って活性層及びその付近で発生した熱を、より放熱性の高い、放熱部材及び／又は基台へ容易に移動させることができる。また、フェイスアップ実装とした場合、半導体レーザ素子の上面に、後述する導電性放熱膜を形成することで、活性層及びその付近で発生した熱を効率よく放熱することができる。フェイスダウン実装とは、半導体レーザ素子の半導体層側を実装基体（放熱部材）に実装したものである。フェイスアップ実装とは、半導体レーザ素子の基板側を実装基体（放熱部材）に実装したものである。フリップチップ構造とは、チップを実装する際に、チップ表面と実装基体をアレイ状に並んだ導電性の突起状の端子（バンプ）によって接続する構造である。
【００１５】
本発明においては、半導体レーザ素子は、１つのみ配置されていてもよいし、２以上配置されていてもよい。複数の半導体レーザ素子が配置される場合は、それらの波長は、同じ波長帯でもよいし、異なっていても良い。特に、ＲＧＢに対応する半導体レーザ素子が同じ放熱部材上に３つ配置されている場合にも、これら半導体レーザ素子の放熱を十分に行うことが可能となる。さらに、ＣＤ用光源、ＤＶＤ用光源及び次世代ＤＶＤ用光源の半導体レ−ザ素子を同一の放熱部材上に配置したものでもよい。この場合、放熱部材上に、それぞれが分離した状態で配置されていてもよいし、放熱部材上に配置された一つのレーザ素子の上に２つのレーザ素子が配置されているような形態でもよい。また、放熱部材上に配置された１つのレーザ素子の上に、他の２つのレーザが１つの素子として形成されている２波長集積型のレーザを配置してもよいし、それらの逆でもよい。このような半導体レーザ装置の場合にも効果的に放熱することができる。
【００１６】
放熱部材は、半導体レーザ素子で発生した熱を逃がす役割を果たすものであり、半導体レーザ素子の基板よりも熱伝導率が高いものであることが好ましい。また、半導体レーザ素子（特に、素子を構成する基板、例えば、ＧａＮ等）と熱膨張係数が近いもの（例えば、±１５／Ｋ程度）、熱応力を緩和させることができるもの、その表面が有機材料で構成されておらず無機材料で構成されているもの、所定の方向に熱を逃がすことができる材料（例えば、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ｃｕダイヤモンド）のいずれか又は全てを備えるものが好ましい。これらの材料は、自己形状保持力を有しているものが容易に組み立てることができるため、好ましい。具体的には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｃｕダイヤモンド、ダイヤモンド等が挙げられる。特に、放熱部材は導電性材料で形成されているか、導電性部材で被覆されていることが好ましい。所望の箇所に容易かつ確実に、めっき法を利用して後述する導電性放熱膜を形成することができるからである。放熱部材を構成する又は被覆する導電性部材としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ等の金属からなる単層膜、多層膜、合金等が挙げられる。好ましくは、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕで被覆されているものである。また、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔの積層膜とすることで熱抵抗及び放熱部材と接する半導体レーザ素子、基台との密着性を良好なものとすることができる。
【００１７】
放熱部材の大きさは、載置する半導体レーザ素子よりも大きければ、特に限定されるものではなく、用いる半導体レーザ素子の大きさ、最終的に得ようとする半導体レーザ装置の大きさ、放熱部材の材料等によって適宜調整することができる。例えば、半導体レーザ素子の０．５〜１０倍程度の厚さ、半導体レーザ素子の１．２〜３０倍程度の平面サイズが例示される。また、通常、半導体レーザ素子を放熱部材に熱的に接合した場合に、熱が拡散する範囲は、接合態様及び放熱部材の材料等によって制約されるが、本発明においては、後述する導電性放熱膜により、半導体レーザ素子で発生した熱を、放熱部材の広範囲に拡散させ、放熱することが可能であり、よって、より大きな放熱部材において、十分にその機能を発揮させることができる。
【００１８】
導電性放熱膜を形成した放熱部材では、レーザ素子の駆動時の発熱を導電性放熱膜を通じて放熱部材や基台に放熱することができる。従来、レーザ素子と放熱部材との接触面及びその直下の領域のみが放熱経路となっていたが、本発明のように導電性放熱膜を形成することによって、放熱部材や基台全体を放熱経路とし、熱抵抗が低く、放熱性の良好な窒化物半導体レーザ装置とすることができる。
【００１９】
導電性放熱膜を設けない場合又はレーザ素子／放熱部材間に放熱膜を設ける場合、レーザ素子の駆動時に発生した熱は、チップと放熱部材との接触面積分しか熱が伝導しない。放熱部材／基台間では放熱部材と基台の接触面積分しか熱が伝導しない。しかし、本発明のように導電性放熱膜を形成することにより、レーザ素子、放熱部材、基台に導電性放熱膜が形成されることで、レーザ素子／放熱部材間では、レーザ素子と放熱部材にわたって形成された導電性放熱膜を通じ、放熱部材上面全面に熱が伝導する。放熱部材／基台間では、放熱部材と基台にわたって形成された導電性放熱膜を通じ、基台上面全面に放熱部材の熱が伝導する。また、レーザ素子、放熱部材、基台の側面に導電性放熱膜が形成されることで、放熱部材や基台の上面に伝導した熱をそのまま下方向（素子から基台の方向）へ逃がすことができるため、熱が伝わる経路が増加し、放熱性を向上させることができる。
【００２０】
また、レーザ素子、放熱部材、基台の全面に導電性放熱膜を形成すると、素子から漏れた光が導電性放熱膜により乱反射し、再び素子内に入り、レーザ素子からの出射光といっしょに放出されて主レーザ光にノイズが乗り、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）にリップルが現れるようになる。また、乱反射中に放熱部材、基台等の部材に吸収され、熱に変換されるという問題もある。放熱部材の一部を露出させることによって、迷光を逃がし、主レーザ光にリップルの乗らないＦＦＰのレーザ素子を得ることができる。
【００２１】
レーザ素子、放熱部材、基台が導電性放熱膜から露出していることにより、これらの部材と導電性放熱膜との応力や熱膨張係数差による膜の剥がれを抑制することができる。本発明では、導電性放熱膜が分離されている箇所があるため、駆動時に応力や熱膨張係数差による膜剥がれが起こったとしても、剥がれが広がることを防止し、影響を少なくすることができる。また、外表面に安定して膜を形成することが困難な箇所を予め露出させておくことにより、膜剥がれを防止することができる。
【００２２】
放熱部材は、必ずしも直方体や立方体である必要はなく、任意の形に適宜加工して用いることができる。例えば、レーザ素子側の幅を狭く、基台側の幅が広くなるように階段状に段差を設け、段階的に放熱するような形状とすることもできる。また、放熱部材を複数用いることも可能である。この場合、積層方向や水平方向に接合して用いることができる。
【００２３】
放熱部材に凹部を設け、その凹部内において導電性放熱膜を形成するような構造としてもよい。例えば、放熱部材のレーザ素子を実装する領域及びその外周に凹部を設け、レーザ素子を実装し導電性放熱膜を形成する。このように放熱部材を加工していることにより、半導体レーザ素子を実装する際に、位置合わせの役割を果たすことができ、所望の位置に正確に実装することができる。さらに、このようにすることで、凹部が導電性放熱膜を形成する目印となり、凹部の外に導電性放熱膜を形成されるのを防ぎ、所望の位置に導電性放熱膜を設けることができる。
【００２４】
放熱部材は、上述したように、半導体レーザ素子の下面と熱的に接合されている。ここで、熱的に接合されているとは、例えば、両者の接触面積が、半導体レーザ素子の平面サイズの７０％程度以上で接続されることであり、これにより実装強度を確保することができる。具体的には、半田材、紫外線硬化樹脂又はフィラー含有樹脂等の接合部材で接着されているものである。接合部材としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ等からなる金属の積層膜を用いることもできる。また、これらの材料との密着性を確保するために、放熱部材の外表面の全部又は一部に、金属の単層又は積層膜が形成されていてもよい。また、放熱部材が、導電性材料からなる場合又は導電性部材が形成されている場合は半田材料と兼用することも可能である。
【００２５】
半田材料としては、Sn−Pb系、Sn系、Au系、In系、Bi系、Cd系、Zn系、Sn−Zn系、Cd−Zn系、In−Pb系、Ag系、Cu系、Ni系、Sb系等の単体又は共晶材料等が挙げられる。特に、Pbを含有しない共晶材料が好ましい。また、半導体レーザ素子と放熱部材とを接合する場合には、いずれにも金めっきが施された部位が存在しなければ、Ａｕ系の半田材料を用いる必要がなく、低融点半田材料を用いても安定した接合を得ることができる。なお、半田材料を用いる場合には、半田蒸着、半田めっき等によって、半田材の供給量をごくわずかな量でも調整することができるため、接合材の過剰供給による実装不良が生じることがない。これにより、半導体レーザ素子のショートの発生を防止することができ、安定した接合を得ることができる。
【００２６】
樹脂材料としては、特に限定されるものではないが、熱伝導度が高いもの、例えば、０．５Ｗ／ｍ℃程度以上のものが好ましい。具体的には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられ、特に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フィラー含有樹脂等が挙げられる。フィラーは、特に限定されず、酸化シリコン、酸化チタン等の無機物質又はＡｌ、Ｃｕ等の金属による粒子等種々のものを使用することができる。なかでも、熱伝導度が高いもの、例えば、金属からなるものが好ましい。
【００２７】
また、本発明の半導体レーザ装置は、放熱部材は、基台上に載置されていてもよい。基台は、通常、ヒートシンク、ステムとも呼ばれるように、半導体レーザ素子で発生する熱を、放熱部材を介して効率的に外部に放出するために効果的に利用されるものである。従って、基台は、通常、熱伝導度が高い材料、例えば、４０Ｗ／ｍ℃程度以上の材料によって形成されることが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ等の金属、これら金属の少なくとも一面にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等でめっきが施された材料等が挙げられる。なかでも、表面が金めっきされた銅又は銅合金により形成されているものが好ましい。基台の形状、大きさは特に限定されるものではなく、半導体レーザ装置の最終的に望まれる形状及び大きさ等によって、適宜調整することができる。
【００２８】
特に、基台及び放熱部材の接合材として、２５０℃以上の高融点材料、Ａｕ系低融点半田材（例えばＡｕ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ等）、接合樹脂を用いて接合する（ダイボンドする）場合には、基台と放熱部材との間に、硬くてもろい金属間化合物が生成されず、安定した接合を得ることができる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子で発生した熱を効率的に放熱させるために、導電性放熱膜が形成されている。この導電性放熱膜は、（１）半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面を連続的に被覆しているか、（２）基台を備える半導体レーザ装置において、放熱部材から基台にわたる外表面を連続的に被覆しているか、（３）半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面を連続的に被覆し、放熱部材から基台にわたる外表面を連続的に被覆している。なお、これらの導電性放熱膜は、部材間に跨って形成されていれば、その外表面の全部でなくてもよく、一部を欠いていてもよいし、一部のみに形成されていてもよい。  具体的には、上述した（１）の場合には、この導電性放熱膜は、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、（ａ）レーザ素子及び放熱部材の角部を欠き、レーザ素子の上面、レーザ素子の側面から放熱部材の上面、放熱部材の側面を被覆するもの、（ｂ）放熱部材の角部を欠き、レーザ素子の全側面から放熱部材の上面、放熱部材の側面を被覆するもの、（ｃ）放熱部材の角部を欠き、レーザ素子の側面の一部から放熱部材の上面、放熱部材の側面を被覆するもの、（ｄ）放熱部材の角部の一部を欠き、レーザ素子の上面の一部及び全側面から放熱部材の上面及び側面を被覆するもの、（ｅ）レーザ素子の全表面から放熱部材の上面及び側面の一部を被覆するもの、（ｆ）レーザ素子の上面の一部及び全側面から放熱部材のほぼ全上面を被覆するもの等が例示される。図５（ａ）〜（ｆ）のように、半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面を連続的に被覆していることで、放熱性が良好な半導体レーザ装置とすることができる。なかでも（ａ）が最も好ましく、レーザ素子及び放熱部材の角部が露出していることにより、良好な放熱性を持ち、導電性放熱膜の剥がれを防止したレーザ装置とすることができる。（ａ）のように、角部が露出していることにより、光の集まりやすい角部から迷光を逃がすことができる。また、膜の剥がれやすい角部を露出させ、導電性放熱膜の剥がれを抑制することができる。導電性放熱膜が分離していることにより、導電性放熱膜の応力が緩和され、膜の剥がれを防止することができる。（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）などのようにレーザ素子の角部を露出したり、一部の角部を露出するような形態としても、ほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３０】
レーザ素子の側面に、導電性放熱膜を形成する場合、基板及び第１導電型の半導体層の途中までを被覆するように形成することが好ましい。また、半導体レーザ素子に第１導電型の半導体層が露出するような凹部が設けられていた場合、その露出面に導電性放熱膜を形成してもよい。
【００３１】
上述した（２）の場合には、この導電性放熱膜は、図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、（ａ）放熱部材及び基台の角部を欠き、放熱部材の上面放熱部材の側面から基台の上面及び基台の表面を被覆するもの、（ｂ）放熱部材の角部を欠き、放熱部材の上面、放熱部材の側面から基台の全表面を被覆するもの、（ｃ）基台の角部を欠き、放熱部材の全側面から基台の角部以外の全表面を被覆するもの、（ｄ）放熱部材の側面を欠き、放熱部材の全上面及び側面の一部から基台の全表面を被覆するもの、（ｅ）放熱部材の上面の一部及び全側面から基台の全表面を被覆するもの、（ｆ）放熱部材の側面の一部から基台の上面及び、側面の一部を被覆するもの等が例示される。図６（ａ）〜（ｆ）のように、放熱部材から基台にわたる外表面を連続的に被覆していることによって、放熱性が良好な半導体レーザ装置とすることができる。なかでも（ａ）が最も好ましく、放熱部材及び基台の角部が露出していることにより、良好な放熱性と導電性放熱膜の剥がれを防止したレーザ装置とすることができる。図５（ａ）の場合と同様に、角部が露出していることにより、迷光を逃がし、角部からの膜剥がれを抑制することができる。また、導電性放熱膜の応力を緩和し、膜の剥がれを防止することができる。（ｂ）及び（ｃ）などのように放熱部材の角部を露出したり、基台の角部を露出したり、一部の角部を露出するような形態としても、ほぼ同様の効果を得ることができる。（ｄ）のように放熱部材の側面を露出させることによって、効果的に迷光を逃がすことができる。
【００３２】
上述した（３）の場合には、上記の組み合わせが例示される。
なかでも、この導電性放熱膜は、レーザ素子から放熱部材の全表面のうちの側面の一部を露出させるもの、角部の一部を露出させるものが好ましい。前者の場合には、レーザ素子の迷光を効果的に逃がすことによってレーザ素子の特性を向上させることができ、後者の場合には、放熱性に与える影響を最小限に止めながら、導電性放熱膜の浮きを確実に防止することができる。  また、ここでの角部の露出とは、少なくとも角から発振波長以上の長さを持った領域が露出していることをいう。角部において発振波長以上の長さの露出があることにより、その隙間から迷光を逃がすことができるため好ましい。
また、放熱部材がＣｕからなる場合、めっき材料との熱膨張係数差が少なければ、導電性放熱膜の剥がれが生じにくいため、放熱部材の角部に導電性放熱膜が形成されていてもよい。
【００３３】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように放熱部材及び／又は基台の角部が露出した窒化物半導体レーザ装置の製造方法としては、図２（ｈ）のように、放熱部材１２の角部が露出するように導電性部材１５を形成し、導電性部材が形成された領域に選択的に導電性放熱膜１４を形成することにより図２（ｉ）のような半導体レーザ装置を製造することができる。このように導電性放熱膜を形成することで、所望の位置に導電性放熱膜を形成することができる。
【００３４】
また、図２（ｆ）のように、導電性部材１５を部分的に除去することにより放熱部材１２を露出させ、図２（ｇ）のように、露出させた領域で放熱部材１２を分割し、放熱部材１２の角部を形成した後に導電性放熱膜１４を形成すると、露出させた領域が、放熱部材を分割する際の目印となり、放熱部材の加工を容易に行うことができ好ましい。
また、放熱部材が導電性材料又は導電性材料で被覆された材料からなる場合、放熱部材の角部を含む周辺部に絶縁性部材を形成し、導電性放熱膜を形成してもよい。このようにすることで、確実に角部に導電性放熱膜を形成せずに、本発明の半導体レーザ装置を得ることができる。また、絶縁性部材は、導電性放熱膜を形成後に、除去してもしなくてもよい。
【００３５】
図５（ｅ）、（ｆ）、図６（ｄ）のように放熱部材の側面が露出した窒化物半導体レーザ装置は、放熱部材を所望の大きさに分割し、放熱部材の側面が露出するように放熱部材に導電性部材を形成し、該導電性部材が形成された領域に選択的に前記導電性放熱膜を形成することにより、製造することができる。
【００３６】
本発明の導電性放熱膜は、半導体レーザ素子、放熱部材、基台等の外表面に形成され、導電性を有する。また、半導体レーザ素子と放熱部材又は放熱部材と基台とにわたるように連続して形成されている。また、電解めっきが可能な導電性を有し、さらに、半導体発光素子や放熱部材等の熱を効率的に発散させる膜である。導電性放熱膜としては、通常、導電性を有し、放熱膜として用いることができるものであれば、特にその材料は限定されず、例えば、熱伝導度が４０Ｗ／ｍ℃程度以上のもの、好ましくは１５０Ｗ／ｍ℃程度以上のもの、さらに好ましくは３００Ｗ／ｍ℃程度以上のものである。また、比抵抗が１．０×１０-8Ω・ｍ程度以上のものが挙げられる。具体的には、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｃｏ等の単層又は積層構造が挙げられる。なかでも、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕの単層又は積層構造が好ましい。これらの積層構造の具体的な例としては、半導体レーザ装置と接触する側から外側へ、Ａｇ／Ａｕ、Ａｕ／Ａｇ、Ａｕ／Ａｇ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｇ、Ｃｕ／Ａｇ／Ａｕ，Ｃｕ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｕ／Ａｇ等の順に積層される組み合わせが挙げられる。さらに好ましくは、銀の単層構造である。導電性放熱膜の膜厚は特に限定されず、その材料、放熱部材の特性等によって適宜調整することができる。なお、これらの導電性放熱膜の密着性を向上させるために、導電性放熱膜の放熱性に影響を及ぼさない材料及び膜厚で密着膜を介在させてもよい。このような密着膜の材料としては、ニッケル等の導電膜が挙げられる。なお、この密着膜は、導電性放熱膜を形成する領域全面に形成してもよいし、膜厚によっては、島状など、一部にのみ形成してもよい。
【００３７】
このような半導体レーザ装置は、例えば、半導体レーザ素子を、放熱部材を介して基台に搭載し、めっき法を利用して、半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面の少なくとも一部及び／又は放熱部材から基台にわたる外表面の少なくとも一部に導電性放熱膜を被覆することにより、形成することができる。つまり、これら半導体レーザ素子、放熱部材及び／又は基台と、導電性放熱膜形成材料とを、それぞれ負極と正極とに接続し、めっき法を利用して、半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面及び／又は放熱部材から基台にわたる外表面に、少なくともそれらの一部において導電性放熱膜を被覆する（言い換えると、それら外表面の一部を露出させる）ことにより形成することができる。このとき正極は、必ずしも導電性放熱膜材料でなくてもよく、一般的に用いられる電極材料を利用してめっきを行うことも可能であるが、半導体レーザ装置を負極とした電解めっきであることが適している。また、めっき法を用いて導電性放熱膜を形成することにより、半導体レーザ素子、放熱部材、基台自身の凹凸や、大きさの違うそれらの部材を接合したことによる段差や凹凸があっても、均一な膜厚で導電性放熱膜を形成することができる。これらの部材の上面と側面で均一な膜厚の導電性放熱膜を形成することにより、発生した熱をスムーズに逃がし、効率よく放熱することができる。めっき法を用いて、導電性放熱膜を形成することにより、表面が導電性を有する箇所だけに、つまり、選択的に、導電性放熱膜を形成することができるため、所望の位置に確実に導電性放熱膜を形成することができ、好ましい。
【００３８】
めっき法の条件、めっき液の組成などは、得ようとする導電性放熱膜の材料、形状、厚みなどによって、当該分野で公知のものを適宜組み合わせて実施することができる。
なお、本発明の半導体レーザ装置では、基台には、別途、放熱手段が設けられていてもよい。例えば、半導体レーザ素子を載置する面とは別の面に、ペルチェ素子、空冷又は液冷のための部材等を装備することができる。
【００３９】
また、図１０に示すように、半導体レーザ装置２０は、円筒状のキャップ部材２１が基台１３に接合されることによって封止されているものが好ましい。キャップ部材２１は、例えば、円筒状の頂部に開口部を有し、開口部には窓ガラス２２が接合されてなるものであり、窓ガラス２２からレーザ光を取り出すことができる。また、基台１３にはリード端子２３が形成されており、そのリード端子２３を通して通電することができる。
【００４０】
以下に、本発明の半導体レーザ装置及びその製造方法の実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の半導体レーザ装置は、図６（ｂ）に示したように、レーザ素子１０が接合部材（図示せず）を介して放熱部材１２と熱的に接合しており、さらに放熱部材１２が接合部材（図示せず）を介して、基台１３上に載置されている。
また、レーザ素子１０の側面下方から連続的に放熱部材１２の上面におよび、放熱部材１２の角部のみ欠損し、放熱部材１２の側面下方から連続的に基台１３の全面におよぶＡｇからなる導電性放熱膜１４が形成されている。
【００４１】
基台１３として、銅板の表面が金めっきされたステムを用い、放熱部材１２としてＡｌＮを用いた。接合部材としては、Ａｕ−Ｓｎ半田を用いた。
このような構成の半導体レーザ装置について、過渡熱抵抗を測定した（ｎ＝６）。その平均の結果を図７の実線で示す。
また、比較例として、上述したレーザ装置において、導電性放熱膜を設けなかった装置を５個作製し、同様に過渡熱抵抗を測定した。その平均の結果を図７の一点鎖線で示す。
図７によれば、本発明の半導体レーザ装置では、比較例の半導体レーザ装置に対して熱抵抗が低く、素子で発生した熱が、放熱部材によって、スムーズかつ十分に、安定して、放出されているという結果が得られた。
【００４２】
一方、比較例においては、実施例のものに比較して、放熱がスムーズかつ十分に行われず、半導体レーザ装置内に熱がたまる現象が生じていることが確認された。
このように、この実施例の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面及び放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつ応力の低い半導体レーザ装置を得ることができる。
また、本実施例の半導体レーザ装置では、放熱部材の角部が露出するように放熱部材が形成されているため、素子駆動時にも導電性放熱膜の浮きや剥がれは見られなかった。
【００４３】
実施例２
この実施例の半導体レーザ装置は、図２（ｉ）に示したように、レーザ素子１０が接合部材１１を介して放熱部材１２と熱的に接合しており、さらに放熱部材１２が接合部材（図示せず）を介して、基台１３上に載置されている。
なお、放熱部材１２であるＡｌＮの表裏面には、接合部材１１又は基台との密着を図る等のためにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる導電性部材１５が形成されている。また、導電性放熱膜１４の密着性を図るために、予めニッケル膜が形成されている。
また、レーザ素子１０の側面下方から連続的に放熱部材１２の上面におよび、放熱部材１２の側面及び角部を露出し、放熱部材１２の側面下方から連続的に基台１３の全面およぶＡｇからなる導電性放熱膜１４が形成されている。
【００４４】
このように、この実施例の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子から放熱部材にわたる外表面及び放熱部材から基台にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつ応力の低い半導体レーザ装置を得ることができる。また、導電性放熱膜の一部が、放熱部材の角部において形成されていないことにより、導電性放熱膜の浮きを防止することができるとともに、半導体レーザ素子による迷光を確実に外部に逃がすことができ、高性能で、信頼性が高く、長寿命の半導体レーザ素子装置を得ることができることが確認された。
【００４５】
この半導体レーザ装置は、以下のように製造することができる。
まず、放熱部材を形成する。
図１（ａ）に示すように、ＡｌＮからなる放熱部材１２の上面をフォトレジスト等のマスク部材１６で被覆し、所望の領域の放熱部材１２が露出するようにパターニングする。
その上に、図１（ｂ）に示すように、導電性部材１５をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚：０．０６μｍ／０．２μｍ／０．５μｍ）の順に成膜する。その後、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト１６を除去することにより、導電性部材１５を所望の形状にパターニングする。これにより、導電性部材が部分的に除去され、放熱部材１２の一部表面が露出する。
【００４６】
次に、全面にフォトレジスト１７を被覆し、図１（ｄ）に示すように、レーザ素子を実装する領域において、導電性部材１５が露出するようにフォトレジスト１７をパターニングする。
続いて、図１（ｅ）に示すように、その外側に、Ａｕ−Ｓｎ半田からなる接合部材１１を成膜する。その後、図２（ｆ）に示すように、フォトレジスト１７を除去することにより、この接合部材１１をパターニングする。これにより、レーザ素子を実装する領域に接着材料として機能するＡｕ−Ｓｎ半田からなる接合部材１１を形成することができる。
その後、図２（ｇ）に示すように、先の工程で放熱部材１２を露出させた位置で放熱部材１２を分割し、角部を形成する。これにより、表裏面に導電性部材１５が形成され、レーザ素子実装用接合部材１１が配置された放熱部材１２を得ることができる。
【００４７】
続いて、得られた放熱部材１２にレーザ素子１０を実装する。
また、レーザ素子１０を載置した放熱部材１２を基台１３に実装する。
図２（ｈ）に示すように、得られた基台１３に搭載したレーザ素子１０におけるｐ電極にワイヤ１８を接続し、その先端をパッケージのリード端子と接続する。また、レーザ素子１０におけるｎ電極に、接合部材１１、導電性部材１５を介してワイヤ１９を接続し、その先端を基台１３に接続する。
その後、基台１３に搭載したレーザ素子１０を、純水で超音波洗浄し、基台１３の側面を保持した状態で、レーザ素子１０を負極、Ｎｉ板を正極とし、塩化ニッケル６水和物（２２０ｇ／ｌ）、塩酸（４８ｇ／ｌ）及び純水を含むめっき液（常温）中に電流密度３Ａ／ｄｍ2で３０秒間通電させ、Ｎｉめっきを行う。
【００４８】
次に、純水で洗浄し、基台１３の側面を保持した状態で、レーザ素子１０を負極、Ａｇ板を正極とし、シアン化銀カリウム（８０ｇ／ｌ）、シアン化カリウム（１００ｇ／ｌ）、炭酸カリウム（１５ｇ／ｌ）、光沢剤（１５ｇ／ｌ）及び純水を含むめっき液（常温）中に、電流密度０．８Ａ／ｄｍ2で、撹拌しながら１分間通電させ、Ａｇめっきを行う。
その後、純水で洗浄し、乾燥機を用いて８０℃で５分間乾燥することにより、図２（ｉ）に示すように、導電性放熱膜１５としてＡｇからなるめっき膜が形成された半導体レーザ装置が得られる。
【００４９】
この方法によれば、放熱部材１２の露出した領域を形成し、その領域で分割することにより、放熱部材１２の角部に導電性放熱膜１４が形成されない半導体レーザ装置を得ることができる。
また、別の製造方法として、以下の方法が挙げられる。
まず、図３（ａ）に示すように、放熱部材１２上に、実施例１と同様に導電性部材１５を形成し、その上にフォトレジスト２５を塗布し、レーザ素子を実装する領域が露出するようにパターニングする。
続いて、図３（ｂ）に示すように、Ａｕ−Ｓｎ半田からなる接合部材１１を成膜し、図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２５を除去することで、レーザ素子を実装する領域と基台と接合する領域に接合部材１１を形成する。
【００５０】
次に、放熱部材１２の表面の一部が露出するようにダイサーで加工し、図３（ｄ）に示すように、その露出領域で放熱部材１２を分割する。
その後は、実施例２と同様に放熱部材１２を基台１３に実装し、めっきすることにより、実施例１と同様の半導体レーザ装置を得ることができる。
この実施例の半導体レーザ装置では、外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつ応力の低い半導体レーザ装置が得られる。また、放熱部材の角部が露出するように放熱部材が形成されているため、素子駆動時にも導電性放熱膜の浮きや剥がれは見られない。
【００５１】
実施例３
この実施例の半導体レーザ装置は、図６（ｄ）に示したように、レーザ素子１０が接合部材１１を介して放熱部材１２と熱的に接合しており、さらに放熱部材１２が接合部材（図示せず）を介して、基台１３上に載置されている。
また、レーザ素子１０の側面から連続的に放熱部材１２の上面におよび、放熱部材１２の側面の一部を欠損し、放熱部材１２の側面下方から連続的に基台１３の全面におよぶＡｇからなる導電性放熱膜１４が形成されている。
このような半導体レーザ装置は、以下のように製造することができる。
まず、図４（ａ）に示すように、放熱部材１２を所望の大きさ（基台に実装する際の大きさ）に加工する。次に、放熱部材１２全体を絶縁性部材、例えば、フォトレジスト２６で被覆する。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、放熱部材１２の側面にフォトレジスト２６が残るようにパターニングする。このとき、フォトレジスト２６の残った領域が、導電性放熱膜が形成されない領域となる。
図４（ｃ）に示すように、得られた放熱部材１２全体に導電性部材１５を形成し、さらに、図４（ｄ）に示すように、フォトレジスト２７を被覆する。
次に、図４（ｅ）に示すように、レーザ素子の実装領域と放熱部材が基台と接合する領域が露出するようにフォトレジスト２７をパターニングする。
その上に、Ａｕ−Ｓｎ半田からなる接合部材１１を成膜し、フォトレジスト２７を除去することにより、図４（ｆ）に示すように、レーザ素子を実装する領域と基台と接合する領域に接着材料として機能する接合部材１１を形成すると同時に、放熱部材１２の側面を露出させる。
【００５３】
その後は、実施例２と同様に放熱部材１２を基台１３に実装し、めっきすることにより、上述したように、放熱部材の側面の一部に導電性放熱膜１４が形成されていない半導体レーザ装置を得ることができる。
この実施例の半導体レーザ装置では、外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつ応力の低い半導体レーザ装置が得られる。また、放熱部材の側面が露出するように放熱部材が形成されているため、レーザ素子の迷光を効果的に逃がし、素子の特性の向上が見られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の半導体レーザ装置は、光ディスク用途（光ストレージ）、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、太陽電池、光センサー等の発光素子、受光素子、トランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスを用いる半導体装置、物質の有無または位置を検出するなどのバイオ関連の励起用光源等に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の半導体レーザ装置の製造方法を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】図１の続きの製造方法を説明するための要部の概略断面図である。
【図３】本発明の半導体レーザ装置の別の製造方法を説明するための要部の概略断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ装置のさらに別の製造方法を説明するための要部の概略断面図である。
【図５】本発明の半導体レーザ装置の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図６】本発明の半導体レーザ装置の別の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図７】本発明の半導体レーザ装置の放熱特性を示すグラフである。
【図８】本発明の半導体レーザ装置内部の全体を示す斜視図である。
【図９】図８の半導体レーザ装置の平面図である。
【図１０】本発明の半導体レーザ装置の全体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  レーザ素子
１１  接合部材
１２  放熱部材
１３  基台
１４  導電性放熱膜
１５  導電性部材
１６、１７、２５、２６、２７  フォトレジスト
１８、１９  ワイヤ
２０  半導体レーザ装置
２１  キャップ部材
２２  窓ガラス
２３  リード端子
【図１】
2008147556.tif 000003
【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】
2008147556.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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