(57)【要約】  本発明は、実装部（１１）を有するパッケージ（１）と、パッケージ（１）の実装部（１１）上に設けられた窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップ（２）とを備えた、レーザーダイオード装置に関する。本発明によれば、レーザーダイオードチップ（２）は、はんだ層（３）によって実装部（１１）に直接に実装されており、はんだ層（３）は３μｍ以上の厚さを有する。
2015513229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部（１１）を含むパッケージ（１）と、前記パッケージ（１）の前記実装部（１１）上に設けられた窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップ（２）とを有する、
レーザーダイオード装置であって、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、基板（２０）上に、光を形成する活性層（２３）を含む複数の半導体層（２１，２２，２３，２４）を含み、かつ、形成された光を放出する光出力領域（２７０）を有する光出力面（２７）と、前記光出力面（２７）の反対側の後面（２８）と、前記光出力面（２７）及び前記後面（２８）を接続する複数の側面（２９）とを有し、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に直接に実装されており、
前記はんだ層（３）は３μｍ以上の厚さを有する、
ことを特徴とするレーザーダイオード装置。
【請求項２】
前記基板（２０）は結晶性の（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎから成る導電性基板であり、
前記レーザーダイオードチップ（２）の前記基板（２０）が直接に、前記はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に実装されている、又は、
前記レーザーダイオードチップ（２）の、前記複数の半導体層（２１，２２，２３，２４）から遠い側の前記基板（２０）の面に配置された電気接続層が、前記はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に実装されている、
請求項１記載のレーザーダイオード装置。
【請求項３】
前記実装部（１１）は、メタルコアプレート、又は、金属、例えば銅から成るベースボディ、又は、セラミックから成るベースボディを含む、請求項１又は２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項４】
前記パッケージ（１）は、前記実装部（１１）に接続されたパッケージ部（１０）を有しており、前記パッケージ部（１０）及び前記実装部（１１）は銅から成るベースボディを有しており、少なくとも前記パッケージ部（１０）は鋼で被覆されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項５】
前記パッケージ（１）は、前記実装部（１１）の上方に、前記パッケージ（１）を閉鎖するパッケージカバー（１４）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項６】
前記はんだ層（３）は軟はんだである、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項７】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）を凸状変形させる応力、又は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）の少なくとも１つの凹状変形に対抗する応力を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項８】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）に、前記はんだ層（３）のための、陥没部又は隆起部によって形成される少なくとも１つの係止エレメント（３２）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項９】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、複数の陥没部及び／又は複数の隆起部として前記下面（３１）に形成される複数の前記係止エレメント（３２）を有する、請求項８記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１０】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記係止エレメント（３２）として、前記下面（３１）と前記光出力面（２７）もしくは前記後面（２８）もしくは所定の側面（２９）との間のチップ縁に、段状の陥没部を有する、請求項８又は９記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１１】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記側面（２９）に、金属化部（６）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１２】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記光出力面（２７）及び／又は前記後面（２８）に、金属化部（６）を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１３】
前記金属化部（６）は、前記半導体層と前記光出力面（２７）及び／又は前記後面（２８）の光学層（７）との間で、前記半導体層上に直接に配置されている、請求項１２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１４】
前記金属化部（６）は前記レーザーダイオードチップ（２）の外面を形成しており、前記はんだ層（３）のはんだは前記金属化部（６）を濡らしている、請求項１１又は１２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１５】
前記金属化部（６）は、Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｃｕの金属のうち少なくとも１つ又は複数の金属を含む、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１６】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）から遠い側の上面（３０）に、前記後面（２８）から前記光出力面（２７）の方へ延在する少なくとも１つの陥没部（３３）を有しており、前記陥没部（３３）はパシベーション部（３４）によって覆われている、請求項１１から１５までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザーダイオード装置に関する。
【０００２】
本願は、独国出願第１０２０１２１０３１６０．６号の優先権を主張する。この出願の開示内容は引用により本願に含まれるものとする。
【０００３】
高い光出力密度を有する光源は、多くの適用分野で重要なモジュールとなっている。例えば、窒化物を基礎とする化合物半導体材料系から形成されるレーザーダイオードは、特には１０００ｌｍから２００００ｌｍまでの光電流を有する投影装置に対する高度な市場可能性を有している。
【０００４】
こうした適用分野では、高い出力とコンパクトなパッケージとを有するモジュールが必要である。コスト上の理由と標準化の観点とから、いわゆるトランジスタアウトラインＴＯのパッケージ、例えば、公知のサイズＴＯ３８，ＴＯ５６，ＴＯ９０のＴＯ金属パッケージ（ＴＯメタルＣＡＮ）が用いられる。ここで、ＴＯ金属パッケージは主として鋼から製造されている。今日、レーザーダイオードに対しては、通常、標準ＴＯ形状（以下では「ＴＯパッケージ」とも称する）が使用されている。ただし、ＴＯパッケージにおいて利用可能なレーザーダイオード装置は、現在までのところ、３Ｗ以下の光出力に制限されており、これは多くの適用分野にとって充分ではない。また、今日まで、こうした形状では、３Ｗを超える光出力を達成できていない。
【０００５】
例えば、文献C.Vierheilig et al., Proc.SPIE, Bd.8277, 82770K, 2012から、青色発光型の窒化物を基礎とするレーザーダイオードがＴＯパッケージ内に配置された装置が公知である。この装置は、室温での持続動作において、４４０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲の波長の光を最大２．５Ｗの出力で放出することができる。
【０００６】
こうしたレーザーダイオード装置では、ＴＯパッケージは充分な熱耐性を有さない。これは特に、技術的理由から、半導体積層体から遠い側の基板の面がパッケージとレーザーダイオードとの間のヒートシンクに実装されるので、半導体積層体がパッケージから見て上方に配置される（エピアップ型）ケースで顕著である。
【０００７】
特殊鋼から成る標準ＴＯパッケージに加え、良好な放熱のために、銅を基礎とするソケット又は銅コア及び鋼表面を含むソケットを有するＴＯパッケージも公知である。しかし、研究によれば、こうした修正ＴＯパッケージを用いるのみでは、レーザーダイオードの出力を高めることはできない。
【０００８】
特にヒ化物を基礎とする赤色及び赤外のレーザーダイオードの場合、直接の放熱部による熱的に最適な実装コンセプトが公知である。特に、基板から遠い側の半導体積層体の面をレーザーダイオードとパッケージとの間のヒートシンクに下向きに（エピダウンで）実装でき、また、ＴＯパッケージに代えて銅支持体を使用できる。
【０００９】
しかし、窒化物を基礎とするレーザーダイオードにはこうした措置は適さない。なぜなら、銅支持体に対しては、汚れや機械的損傷からレーザーを保護する目的で低コストのキャップを設けることができないからである。特に、例えば自動車分野で使用される場合、湿分及び化学物質は重大な影響を及ぼすので、こうした外部影響からレーザーダイオードを保護するには気密キャップが必要である。窒化物を基礎とするレーザーダイオードでは、典型的には、基板から遠い側の活性領域の面にｐ面が設けられ、ｐドープされた窒化物を基礎とする半導体層の厚さが増大するにつれて動作電圧も上昇するため、当該ｐ面はできるだけ薄く構成される。よって、「エピダウン」型の実装では、窒化物を基礎とするレーザーダイオードの活性領域がｐコンタクトのきわめて近くに位置するので、例えばはんだ付け過程において容易に短絡が生じ、効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明の少なくとも１つの課題は、レーザーダイオード装置を提供することである。
【００１１】
この課題は、請求項１記載の特徴によって解決される。有利な実施形態及び実施態様は従属請求項に記載されており、以下に図示の実施例に則して説明する。
【００１２】
本発明では、レーザーダイオード装置はパッケージを有しており、このパッケージ内でレーザーダイオードチップがはんだ層によって実装部上に配置されている。
【００１３】
パッケージは、有利には、外部ヒートシンク、例えば冷却体もしくはプリント回路板の外面に実装可能である。パッケージのうち、少なくとも実装部、有利にはレーザーダイオードチップと外面との間に存在し、レーザーダイオード装置をこうした外部ヒートシンクに実装するために設けられている全ての領域が、高い熱伝導性を有する材料、例えば銅もしくはアルミニウムなどの金属又はＡｌＮなどのセラミック材料を含む。また、少なくとも実装部は接続材料を含むことができ、例えば、プラスティック材料によって被覆された金属層を含むメタルコアプレートによって形成することができる。さらに、実装部は、レーザーダイオードチップの電気コンタクトのために、例えば導体路の形態の電気線路とはんだ付け面とを有することができる。レーザーダイオードチップに近い側の実装部の面が金属製のベースボディによって形成されている場合、ベースボディそのものを通した通電も可能である。
【００１４】
本発明の有利な実施形態によれば、パッケージは、実装部の上方に被着されてパッケージを閉鎖するパッケージカバーを有する。パッケージカバーは、動作中にレーザーダイオードチップで形成された光をレーザーダイオード装置から出射させるための窓を有している。パッケージカバーは、窓の部分を除いて、例えば、鋼などの金属、特に特殊鋼、又は、セラミック材料を含むか又はこれらから成る。特に有利には、パッケージカバーによってパッケージを気密に閉鎖できる。例えば、パッケージカバーは、実装部又は他のパッケージ部に溶接される。
【００１５】
別の実施形態によれば、パッケージは、実装部に接続されたパッケージ部を有する。実装部は、延長方向に沿って、パッケージ部から離れる方向へ延在する。言い換えれば、実装部はパッケージ部から突出するように、例えば栓状に構成される。この場合、実装部は、有利には、レーザーダイオードチップを配置するための実装面を有し、この実装面は、実装部の延長方向に沿って、パッケージ部から離れる方向に延在する。
【００１６】
パッケージ部は、特に、パッケージを閉鎖するパッケージカバーをパッケージ部に配置できるように構成される。パッケージ部と実装部とは特に有利には一体にも構成できるが、それぞれ別の銅ベースボディから形成してもよいし、アセンブリの構成として共通の銅ベースボディを有するようにしてもよい。これに代えて、ベースボディが上述した材料とは異なる材料を含んでもよい。
【００１７】
少なくともパッケージ部は鋼で被覆することができる。これは、パッケージ部が主としてベースボディから形成され、鋼層でコーティングできることを意味する。鋼層は例えば特殊鋼から成る層によって形成される。パッケージ部を鋼で被覆すると、鋼ソケットを有する標準ＴＯパッケージと同様にパッケージカバーをパッケージ部に溶接できるようになるので特に有利である。
【００１８】
この場合、実装部は延長方向に沿ってパッケージ部からパッケージカバーへと突出しているので、レーザーダイオードチップはパッケージカバーが実装部に実装される際に、パッケージカバーとパッケージ部とによって形成される中空室内に位置することになる。
【００１９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、パッケージ部に加えて、実装部も鋼で被覆される。特に、この実施形態では、パッケージ部及び実装部は、鋼層で覆われた共通の銅ベースボディを有する。
【００２０】
特に有利には、パッケージは、例えばサイズＴＯ３８もしくはＴＯ５６もしくはＴＯ９０などのいわゆるＴＯパッケージとして構成される。この実施形態では、パッケージ部は「ベースプレート」と称され、実装部は「ステム」と称される。通常用いられる、少なくとも１つのパッケージ部を含む標準ＴＯパッケージ、又は、パッケージ部と主として鋼から成り銅ベースボディを有さない実装部とを含む標準ＴＯパッケージとは異なり、この実施形態のパッケージは、鋼で被覆された銅製のパッケージ部によって、高い熱伝導性を有する。
【００２１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、実装部又は場合によりパッケージ部は例えば複数の孔もしくは開口を有し、これらの孔もしくは開口を通して、パッケージ部の後側から実装部の配置されている方へ、給電リードの形態の複数の電気線路が突出する。各電気線路は、例えば、レーザーダイオードチップとの間でワイヤボンディングされることによって、レーザーダイオードチップの電気的コンタクトのために設けられる。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップは、窒化物半導体材料を基礎としている。レーザーダイオードチップは特に、有利には結晶性の（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎから成る導電性基板を含む。当該基板上にはエピタキシ積層体すなわちエピタキシャル成長された複数の半導体層が堆積され、これらの半導体層は窒化物半導体材料、特にはＩｎＡｌＧａＮを基礎として構成される。
【００２３】
「ＩｎＡｌＧａＮを基礎とする化合物半導体材料」「（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎを基礎とする化合物半導体材料」「窒化物半導体材料」とは、特に、ＩＩＩ族−Ｖ族化合物半導体材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ［０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］の材料、例えばＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮから選択される材料を含む半導体材料である。レーザーダイオードチップは、特に、基板上に活性層を含む半導体積層体を有する。当該活性層は、特に有利にはＡｌＧａＩｎＮ及び／又はＩｎＧａＮを基礎としており、動作中に光を放射するように構成されている。特には、レーザーダイオードチップは、動作中、紫外から緑色までの波長領域の光を放出することができる。
【００２４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップは基板上に複数の半導体層を含み、当該半導体層は導波体層とクラッド層とこれらの間に設けられた活性層とを含む。
【００２５】
特に、基板上には、第１のクラッド層が設けられ、その上に第１の導波体層が設けられ、その上に活性層が設けられ、その上に第２の導波体層が設けられ、その上に第２のクラッド層が設けられる。さらに、第２のクラッド層上に半導体コンタクト層が設けられ、その上に、例えば金属層の形態の電気接続層が設けられる。レーザーダイオードチップの電気コンタクトは、特に有利には、導電性基板及び上記電気接続層を介して行われる。なお、基板面（半導体層の反対側の面）に第２の電気接続層を設けることもできる。この場合、レーザーダイオードチップの基板が直接にはんだ層によって実装部に実装されるか、又は、レーザーダイオードチップの第２の電気接続層（半導体層の反対側の電気接続層）が、はんだ層によって実装部に実装される。基板から遠い側の活性層面では、さらに、いわゆる電荷担体オーバシュートを回避するため、導波体層とクラッド層との間に電荷担体バリア層が設けられる。
【００２６】
例えば、活性層を基準として、基板に近い側の複数の半導体層をｎドープし、基板から遠い側の複数の半導体層をｐドープすることができる。これに代えて、ドープ順序を逆にしてもよい。なお、活性層は非ドープであってもｎドープされていてもよい。レーザーダイオードチップは、活性層として、例えば、従来のｐｎ接合領域、又は、ダブルへテロ構造、又は、量子井戸構造、特に有利には多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有することができる。本発明における量子井戸構造とは、特に、電荷担体の閉じ込め（コンファインメント）によりエネルギ状態の量子化を行うことのできる構造を意味する。特に、量子井戸構造は、量子ウェル及び／又は量子ワイヤ及び／又は量子ドット及び／又はこれらの構造の組み合わせを有する。例えば、活性層は、適切に構成された複数のバリア層と、その間に設けられるＩｎＧａＮを基礎とする量子膜とを含む。
【００２７】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップを製造するために、上述したように、まずｎドープ層を成長させ、ついで活性領域を形成し、その上にｐドープ層を成長させる。
【００２８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップの基板は実装部上に配置されるので、レーザーダイオードチップは、実装部及びはんだ層とは反対側の基板面に、有利にはエピタキシャル成長された複数の半導体層を有する。この場合の有利な実装方向を以下では「エピアップ型」と称する。
【００２９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップは、動作中に活性層で形成された光を放出する光出力領域を有する光出力面を有する。当該光出力領域は、典型的には、内部の導波効果と所望に応じて選定された電流密度分布とに基づいて、光出力面上に定義される。この場合、レーザーダイオードチップは有利にはエッジ発光型レーザーダイオードチップとして構成される。ここで、光出力面は、例えば、結晶平面に沿って半導体層結合体を破断及び／又は分割及び／又はエッチングすることによって形成される。また、レーザーダイオードチップは、光出力面の反対側に存在する後面を有する。光出力面及び後面は、エッジ発光型レーザーダイオードチップでは通常いわゆるファセット面と称される。さらに、レーザーダイオードチップは、光出力面と後面とを接続する複数の側面を有しており、これらの側面によって、半導体積層体の成長方向乃至積層方向に対して垂直な方向で当該半導体積層体を画定する側部が形成される。
【００３０】
以下では、実装部に近い側のレーザーダイオードチップの外面、すなわち、はんだ層に直接に接触している外面を下面とし、積層方向で見て実装部から遠い側の外面を上面とする。
【００３１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップははんだ層によって実装部上に直接に配置乃至実装される。このことは特には、レーザーダイオードチップと実装部との間にはんだ層しか存在しないことを意味する。はんだ層は３μｍ以上の厚さを有する。特に有利には、４μｍ以上の厚さ又は５μｍ以上の厚さを有する。
【００３２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、はんだ層は軟はんだを含み、有利には軟はんだから成る。
【００３３】
特に、軟はんだは、Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｕから選択される１つもしくは複数の金属を含む合金から形成される。例えば、
・有利には８０％のＡｕ及び２０％のＳｎを含むＡｕＳｎ、
・有利には８８％のＡｕ及び１２％のＧｅを含むＡｕＧｅ、
・有利には６３％のＳｎ及び３７％のＰｂを含むＳｎＰｂ、
・有利には９６．５％のＳｎ及び３．５％のＡｇを含むＳｎＡｇ、又は、９５％のＳｎ及び５％のＡｇを含むＳｎＡｇ、又は、８０％のＳｎ及び２０％のＡｇを含むＳｎＡｇ、
・有利には６３％のＳｎ及び３５．６％のＰｂ及び１．４％のＡｇを含むＳｎＰｂＡｇ、
・有利には９５％のＳｎ及び５％のＩｎを含むＳｎＩｎ、
・有利には９０％のＩｎ及び１０％のＡｇを含むＩｎＡｇ、
・有利には７７％のＳｎ及び２１．２％のＩｎ及び２．８％のＡｇを含むＳｎＩｎＡｇ、
・有利には９９％のＳｎ及び１％のＣｕを含むＳｎＣｕ、又は、９９．３％のＳｎ及び０．７％のＣｕを含むＳｎＣｕ、
・有利には９５．５％のＳｎ及び３．８％のＡｇ及び０．７％のＣｕを含むＳｎＡｇＣｕ、
・有利には９５％のＳｎ及び５％のＳｂを含むＳｎＳｂ、
・有利には６５％のＳｎ及び２５％のＡｇ及び１０％のＳｂを含むＳｎＡｇＳｂ、
・有利には５８％のＢｉ及び４２％のＳｎを含むＳｎＢｉ、
・有利には９０％のＳｎ及び９．５％のＢｉ及び０．５％のＣｕを含むＳｎＢｉＣｕ、又は、９５％のＳｎ及び３．５％のＢｉ及び１．５％のＣｕを含むＳｎＢｉＣｕ、又は、９５％のＳｎ及び３％のＢｉ及び２％のＣｕを含むＳｎＢｉＣｕ、
・有利には７８％のＳｎ及び１０％のＢｉ及び１０％のＩｎ及び２％のＡｇを含むＳｎＢｉＩｎＡｇ
が用いられる。
【００３４】
本発明では、レーザーダイオード装置は実装部を含むパッケージを備え、パッケージ内では窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップがはんだ層によって直接に実装部上に実装され、はんだ層の厚さは３μｍ以上である。
【００３５】
レーザーダイオードチップがはんだ層によって直接にパッケージの実装部上に実装されるということは、本発明のレーザーダイオード装置が、従来技術とは異なり、レーザーダイオードチップとパッケージとの間に配置される熱分散部としての付加的なヒートシンクを有さないことを意味する。レーザーダイオードチップとパッケージとの間に付加的なヒートシンクを設けるこうしたタイプのレーザーダイオードチップの実装は、従来技術に相当する。レーザーダイオードチップ下方の付加的なヒートシンクは、通常、良好な放熱力を有する実装用ボディであり、１０μｍより大きな厚さ、典型的には５０μｍから１２０μｍの厚さを有する熱分散部となる。このようなタイプの実装は、特に、ヒ化物を基礎とする赤外及び赤色のレーザーに対して最適であり、これまで、窒化物を基礎とするレーザーダイオードチップの実装にも大きな変更なく移行されていた。ただし、本発明のレーザーダイオード装置では、全熱抵抗を上昇させるヒートシンクを省略できる。従来技術で使用されている２００μｍ厚さのＡｌＮヒートシンクは、典型的には約３ｋ／Ｗから約４ｋ／Ｗの熱抵抗を有する。
【００３６】
ヒ化物半導体材料を基礎とする赤外及び赤色のレーザーは、基板の熱伝導性が小さいため、通常「エピダウン型」で実装される。この場合に付加的なヒートシンクを省略してしまうと、はんだによってチップ縁で活性領域が短絡したり、動作中にはんだがチップ縁へ移動して短絡を起こしたりするおそれが高い。また、ヒートシンクを省略すると、動作中のレーザーダイオードチップにおいて、大きな応力及び結晶欠陥すなわちいわゆる「ダークライン欠陥」が、はんだ付け後の冷却時のチップとパッケージとの熱膨張係数の相違のせいで発生し、デバイスの故障をもたらすことがある。きわめて軟らかいはんだを使用すればこうしたおそれを幾分かは低減できるが、依然として危険性は残る。また、Ｉｎなどの軟はんだはマイグレーション傾向があり、レーザーダイオードチップの活性領域を介した短絡を起こしやすい。
【００３７】
しかし、本発明の発明者らは、これまでの想定と検討に反して、上述した問題は窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップには該当しないことに気付いた。例えば、４６Ｗ／ｍＫの熱伝導力を有するＧａＡｓ基板でなく、約２００Ｗ／ｍＫの熱伝導力を有する基板を使用できることにより、窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップは「エピアップ型」で実装可能であり、このため、５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲、特に有利には約１１０μｍの基板厚さでは、短絡の危険性が低くなる。よって、窒化物を基礎とするレーザーダイオードチップでは「ダークライン欠陥」は問題とならない。
【００３８】
付加的なヒートシンクを用いずにレーザーダイオードチップをパッケージの実装部に実装する際の品質を高めるために、熱的理由からできるだけ薄いはんだ層を用いる従来技術とは異なり、本発明では特に有利には３μｍ以上の厚さを有するはんだ層を用いる。特に、レーザーダイオードチップをはんだ付けした後の冷却時の熱応力と実装部の不均一性とを補償するには、上述した軟はんだが適している。ここでの不均一性は、銅を基礎として形成され鋼被覆部を有する実装部が用いられる場合、殆ど回避不能である。ここで、本発明のような厚いはんだ層の利用は、全体として熱的利点をもたらす。なぜなら、上述した厚さのはんだ層で可能となる均一かつ隙間のないはんだ付けの作用が、従来技術に比べて厚いはんだ層で生じる想定内の大きさの熱抵抗の作用を上回るからである。特に、従来技術で通常使用されるヒートシンクを省略できるうえ、レーザーダイオードチップとパッケージとの間の熱抵抗を全体として低減できる。ここで特に、レーザーダイオードチップを厚いはんだ層に一貫して大面積で熱結合するために、後述するようにレーザーダイオードチップ内に複数の係止エレメントを設けることができる。熱分散は、本発明のレーザーダイオード装置では、パッケージ乃至特にその実装部によって行われる。
【００３９】
特に、本発明のレーザーダイオード装置では、従来技術と異なり、３Ｗを超える出力の著しい増大が可能である。こうした出力増大は、銅を基礎とするパッケージなどの良好な熱伝導性を有するパッケージと厚いはんだ層とを組み合わせることによってはじめて可能となる。なぜなら、熱的に最適化されたパッケージを用いるのみでは熱抵抗を約２ｋ／Ｗから３ｋ／Ｗ低減できるだけであって、３Ｗを超える出力を達成するのに充分でないからである。
【００４０】
本発明のレーザーダイオード装置は、従来技術で製造されるデバイスと同等の利点を有し、さらに、大量生産プロセスに関する利点も有する。よって、ドル／Ｗで見たときの費用を著しく低減することができる。また、本発明のレーザーダイオード装置を使用した場合、同じ光出力に対しては、公知のレーザーダイオード装置に比べて少ない部品しか必要とならない。
【００４１】
付加的なヒートシンクを介してパッケージに実装される従来のレーザーダイオード装置では、ヒートシンクは熱分散部としてだけでなく、チップに作用する応力の低減部としても機能する。これは、パッケージの熱膨張係数がチップの熱膨張係数よりも格段に大きいからである。対して、本発明のレーザーダイオード装置では、付加的なヒートシンクによるこうした応力補償は不可能である。このため、レーザーダイオードチップの熱膨張係数とパッケージの熱膨張係数との差が過度に大きくなると、レーザーダイオードチップをはんだ付けした後の室温までの冷却過程において、パッケージがレーザーダイオードチップよりも強く収縮する。これにより、パッケージから突出する向きで凸状の湾曲がレーザーダイオードチップに生じる。この場合、チップせん断歪みが生じて、レーザーダイオードチップの最適かつ完全なはんだ付けが達成されない。したがって、特に有利には、レーザーダイオードチップは、実装部に近い側の下面を凸状変形させる応力、又は、当該下面の少なくとも１つの凹状変形に対抗する応力を有する。例えば、レーザーダイオードチップは、未実装の状態で、皿状湾曲部を有するように、又は、ほぼ平坦でごく僅かに皿状の形状を有するように構成される。レーザーダイオードチップの適切な応力は、例えば、基板上で複数の半導体層を成長させる際の成長条件を所望に応じて選定することによって調整可能である。
【００４２】
本発明の有利な別の実施形態によれば、レーザーダイオードチップは、実装部に近い側の下面に、はんだ層のはんだのための少なくとも１つの係止エレメントを有する。当該係止エレメントは、例えば、実装部に近い側のレーザーダイオードチップの下面に、陥没部又は隆起部を設けることによって形成される。有利には、レーザーダイオードチップは、規則的又は不規則的に成形乃至配置される複数の係止エレメントを有する。１つもしくは複数の係止エレメントは、例えば、レーザーダイオードチップの側面に接するように、つまり、はんだ層に近い側の下面と光出力面との間のチップ縁、及び／又は、後面と１つもしくは複数の側面との間のチップ縁に、それぞれ段状の陥没部として形成される。各係止エレメントによりはんだとレーザーダイオードチップとが嵌合し、上述した意図的な応力印加に加えてもしくはこれに代えて、チップせん断歪みを抑圧することができる。上述した有利な「エピアップ型」実装では、少なくとも１つ（有利には複数）の係止エレメントを基板内に設けることができる。
【００４３】
少なくとも１つ（有利には複数）の係止エレメントは、例えば、所期のパターンで個別の複数の陥没部及び複数の隆起部を設けることによって形成される。これらの係止エレメントは特には、点状及び／又は線状の個別の隆起部及び／又は個別の陥没部を含む。例えば、複数の係止エレメントは、意図的な粗面化によって、又は、意図的な機械的除去もしくは化学的除去によって形成される。また、係止エレメントを、例えばファセット面すなわち光出力面及び／又は後面の一方もしくは双方の基板縁の近傍に、段の形態で設けてもよい。
【００４４】
少なくとも１つ（有利には複数）の係止エレメントを、例えばドライケミカルエッチング又はウェットケミカルエッチング、特に異方性エッチングによって、及び／又は、リソグラフィパターニングによって、及び／又は、機械的パターニングによって形成することができる。
【００４５】
有利には、少なくとも１つ（有利には複数）の係止エレメントは、０．１μｍ以上１０μｍ以下の深さ、有利には０．５μｍ以上５μｍ以下の深さを有する。深さを０．１μｍ（有利には０．５μｍ）以上とするのは、レーザーダイオードチップとはんだとの充分な嵌合を実現するためであり、１０μｍ（有利には５μｍ）以下とするのは、各係止エレメントをはんだによって充分に充填乃至包囲し、レーザーダイオードチップとはんだ層とをできるだけ大きな面積で結合させるためである。
【００４６】
別の有利な実施形態によれば、レーザーダイオードチップは、側面及び／又は光出力面及び／又は後面に金属化部を有する。金属化部は特には金属層の形態で形成される。つまり、金属化部は、レーザーダイオードチップの半導体積層体の積層方向に対して平行な主延在面に、特に層状に構成される。こうした金属化部により、当該金属化部の設けられた面全体にわたるレーザーダイオードチップの冷却が達成される。例えば、金属化部は、基板及び少なくとも幾つかの半導体層に直接に配置可能である。特に有利には、金属化部は、実装部から見て活性層の下方に配置される。つまり、上述した「エピアップ」型実装の場合には、基板側面と、基板及び活性層間に配置される半導体層の側面とに配置される。これにより、活性層の上方及び下方のｎドープ層とｐドープ層とが橋絡されて生じる短絡が防止される。このように金属化部がレーザーダイオードチップの半導体材料に直接に接触するため、効果的な放熱が可能となる。
【００４７】
金属化部が光出力面及び／又は後面で半導体層に直接に接触するように配置される場合、当該金属化部は、有利には、半導体層と光出力面もしくは後面の光学層との間に配置される。光学層は、レーザーダイオードチップでは特に、ファセット面の反射部又はファセット面での反射防止部として形成される。通常、光出力面上もしくは後面上の光学層は、誘電性材料又は誘電体積層体から形成される。なお、金属化部が光出力面に設けられる場合には、活性層で形成された光が邪魔されずに放射されるよう、光出力領域は金属化部から露出される。
【００４８】
また、金属化部は、レーザーダイオードチップの外面を形成することができる。言い換えれば、金属化部は、レーザーダイオードチップのその他の層によって覆われない。金属化部が側面に設けられる場合、当該金属化部は半導体層に直接に被着されてもよいし、レーザーダイオードチップの外面を形成するように設けられてもよい。金属化部が光出力面上及び／又は後面上に設けられてレーザーダイオードチップの外面を形成することは、言い換えれば、金属化部が光出力面もしくは後面の光学層に配置されることを意味する。特には、金属化部は、レーザーダイオードチップの下面に達する。レーザーダイオードチップの外面を形成する金属化部により、はんだ層のはんだによって金属化部を濡らすことができる。これにより、はんだ層の一部が意図的に金属化部を「上昇」し、良好な熱接触が生じる。よって、金属化部が設けられた面を介したレーザーダイオードチップの良好な放熱が達成される。
【００４９】
金属化部は、特に、Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｃｕの金属のうち１つもしくは複数の金属を含む。
【００５０】
別の有利な実施形態では、レーザーダイオードチップは、実装部から遠い側の上面に、後面から光出力面の方へ延在する少なくとも１つの陥没部を有し、この陥没部がパシベーション部によって覆われる。特に、当該陥没部は、上面から見て、活性層を超えて半導体積層体の内部まで達する。有利には、レーザーダイオードチップは、光出力面から後面のほうへ延在する２つの陥没部を有し、これら２つの陥没部の間の上面に、レーザーダイオードチップの活性層への所望の電流印加状態又は活性層での所望の電流密度分布を形成するためのコンタクト領域が配置される。したがって、パシベーション部を有する陥没部は、有利には、はんだがレーザーダイオードチップの側面の金属化部からコンタクト領域へ向かって漂遊するマイグレーションに関して想定される移動路間に設けられる。これにより、チップ縁でのはんだの制御不能な上昇、又は、レーザーダイオード装置の動作中のはんだのマイグレーションは阻止され、これに起因する活性層の短絡も生じない。各陥没部は活性層を分断するいわゆるメサトレンチとも称される。
【００５１】
レーザーダイオード装置の本発明の実施形態により、従来技術のレーザーダイオード装置に比べて熱抵抗が格段に低減されるので、レーザーダイオードチップを従来技術よりも大きな活性層面すなわち大きな通電領域で駆動することができる。したがって、本発明のレーザーダイオード装置は、従来技術よりも長い及び／又は幅の広い通電領域を使用できる。特に、活性層は、２５００μｍ２以上、有利には１００００μｍ２以上、特に有利には２００００μｍ２から３００００μｍ２までの面積を有する。ここでの面積の制限条件として、最大１０％の電流密度の降下が挙げられる。
【００５２】
また、本発明のレーザーダイオード装置は、従来技術とは異なり、レーザーダイオードチップを上述したパッケージに収容する以外の付加的な手間をかけることなく実現でき、出力の増大も達成できる。
【００５３】
本発明の別の実施形態及びその利点を、以下に、図示の実施例に即して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施例のレーザーダイオード装置の断面Ａと上面Ｂとを示す図である。
【図２】第２の実施例のレーザーダイオード装置の概略図である。
【図３】第３の実施例のレーザーダイオード装置の部分図である。
【図４】レーザーダイオード装置の一部分の第１の実施形態Ａと第２の実施形態Ｂと第３の実施形態Ｃとを示す図である。
【図５】レーザーダイオード装置の第１の実施形態の上面Ａと断面Ｂとを示す図である。
【図６】レーザーダイオード装置の第２の実施形態の断面図である。
【図７】レーザーダイオード装置の第３の実施形態の断面図である。
【図８】レーザーダイオード装置の第４の実施形態の断面図である。
【図９】レーザーダイオード装置の第５の実施形態の断面図である。
【図１０】レーザーダイオード装置の第６の実施形態の断面図である。
【図１１】レーザーダイオード装置の第７の実施形態の断面図である。
【００５５】
実施例及び図では、同じ要素又は同様の機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。図示の要素は、寸法比がばらばらであり、縮尺どおりに描かれておらず、むしろ、個々の層、素子、モジュール、領域などをわかりやすくするために、特に拡大して描かれていることがある点に注意されたい。
【００５６】
図１のＡ，Ｂには、レーザーダイオード装置１００の第１の実施例が示されている。図１のＡはレーザーダイオード装置１００の概略的な断面図、Ｂは概略的な上面図である。以下では、図１のＡ，Ｂ双方を一緒に説明する。
【００５７】
レーザーダイオード装置１００はパッケージ１を備えており、このパッケージ１内の実装部１１上にレーザーダイオードチップ２がはんだ層３によって実装されている。
【００５８】
パッケージ１は、できるだけ大きな放熱力を有するよう、図示の実施例では、いわゆるＴＯパッケージの形態で構成されている。この場合、パッケージ１は、パッケージ部１０とこのパッケージ部１０に取り付けられている実装部１１とを含む。実装部１１はパッケージ部１０から離れる方向へ延在しており、図示の実施例では、パッケージ部１０と一体に構成されている。パッケージ部１０及び実装部１１は、このために、金属、例えば図示の実施例では銅から形成されるベースボディを含む。
【００５９】
パッケージ部１０はさらに鋼から成る被覆部１２を有しており、この被覆部１２は、パッケージ部１０の領域の銅ベースボディをコーティングすることによって形成されている。実装部１１は、コーティングされていないベースボディ（図示の実施例では銅ベースボディ）によって形成されてもよいし、又は、実装部１１の周囲に破線で示されているように、同様の別の被覆部、有利には鋼被覆部を有してもよい。
【００６０】
さらに、パッケージ部１０は、例えば、その後部側から実装部１１の方へ突出する複数の給電リードを配置するための複数の孔もしくは開口を有している。孔もしくは開口に配置されて固定される各給電リードは、例えば、引き出し電気導体として構成され、電気的コンタクトのための手段を提供する。
【００６１】
実装部１１ひいてはレーザーダイオードチップ２の上方には、有利には、破線で示されているようなパッケージカバー１４が設けられる。窓１５を有するパッケージカバー１４は、例えば鋼を含み、有利には窓１５を除いて鋼から形成される。図示の実施例ではパッケージ部１０は鋼被覆部１２を有するので、パッケージカバー１４はパッケージ１のパッケージ部１０に被着され、通常のＴＯパッケージと同様に、溶接を利用した標準プロセスによって鋼ソケットに固定される。
【００６２】
図示のＴＯ構造のパッケージ１に代えて、パッケージ１を別様の構成としてもよい。例えば、パッケージ１にセラミック製もしくは金属製の実装部１１を設け、この実装部上に直接に又は付加的な側方部材を介してパッケージカバーを配置することができる。また、実装部１１を例えばメタルコアプレートによって形成することもできる。ただし、パッケージ１は、その幾何学的乃至材料特有の構成とは関係なく、有利には、できるだけ大きな放熱力を有する。
【００６３】
実装部１１は、レーザーダイオードチップ２を配置するための実装面１３を有する。特に、レーザーダイオードチップ２は、はんだ層３によって、実装部１１の実装面１３に直接に実装され、これにより、パッケージ１への電気接続及び熱接続が形成される。この場合、レーザーダイオードチップ２と実装部１１との間にははんだ層３のみが配置される。
【００６４】
はんだ層３は、３μｍ以上の厚さを有し、軟はんだによって形成される。特には、軟はんだは、Ｓｎ，Ｉｎ，Ａｕから選択される１つもしくは複数の金属を基礎とする。特には、はんだ層３は、従来技術の欄で説明したはんだ材料のいずれかから形成することができる。
【００６５】
標準レーザーダイオードモジュールでの最適な放熱のために、熱抵抗をできるだけ小さくする目的で、通常はレーザーダイオードチップをできるだけ薄いはんだ層によってパッケージに結合するのに対して、本発明のレーザーダイオード装置１００のはんだ層３は、３μｍ以上の厚さを有する。第１のはんだ層３の厚さは、４μｍ以上又は５μｍ以上であってもよい。これにより、熱によって生じる応力、すなわち、動作中のレーザーダイオードチップ２での熱発生、又は、レーザーダイオードチップ２のはんだ付け後に行われる冷却によって、また、レーザーダイオードチップ２の熱膨張係数とパッケージ１との熱膨張係数との相違によって発生する応力を補償できる。さらに、こうした厚さのはんだ層により、例えば、実装部１１の実装面１３の表面不均一性も補償できる。当該表面不均一性は、特に、実装部１１が図示の銅ベースボディと鋼被覆部とを有する場合に発生する。
【００６６】
レーザーダイオードチップ２は、有利には、図２の実施例に示されているように、光出力面２７が所定の側面によって形成され、その反対側の側面が後面２８となるエッジ発光型レーザーダイオードチップとして構成される。光出力面２７は、動作中にレーザーダイオードチップ２で形成されたレーザー光を放出する光出力領域２７０を有している。さらに、レーザーダイオードチップ２は、光出力面２７と後面２８とを接続する複数の側面を有する。光出力面２７及び後面２８には、有利には、図示されていない光学層が設けられる。当該光学層は反射層及び／又は反射防止層を形成しており、これによって所望の反射特性及び出力特性を有するレゾネータが形成される。
【００６７】
特に、レーザーダイオードチップ２は窒化物半導体材料を基礎とする。このために、レーザーダイオードチップ２は、有利には導電性に構成された基板２０、例えば、結晶性の（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎを含むかもしくはこれから成る基板２０を有する。当該基板２０上に、窒化物半導体材料を基礎とする半導体積層体が、有利には金属有機気相エピタキシＭＯＶＰＥなどのエピタキシプロセスにより、成長されている。レーザーダイオードチップ２は基板２０上に活性層２３を有しており、活性層２３は複数の導波体層２２と複数のクラッド層２１との間に配置されている。特に、レーザーダイオードチップ２は、第１のクラッド層２１を基板２０上に有し、その上に第１の導波体層２２を有し、その上に活性層２３を有する。成長方向で見て活性層２３上に第２の導波体層２２と第２のクラッド層２１とが続き、その上方では半導体コンタクト層２４と例えば金属電極層の形態の電気接続層２５とがコンタクトされている。レーザーダイオードチップ２の電気接続は電気接続層２５と導電性基板２０とを介して行われる。なお、導電性基板２０は、半導体層２１，２２，２３，２４から遠い側の面に、図示されていない第２の電気接続層を有することができる。電気接続層２５は、活性層２３の所望の選択領域に電流を印加できるよう、例えばパターニングによって半導体コンタクト層２４の一部の領域のみに電気的にコンタクトされていてもよい。
【００６８】
図示の方向に形成されたレーザーダイオードチップ２、すなわち、はんだ層３の直接上方に基板２０が配置されるタイプの装置を「エピアップ型」と称する。
【００６９】
図示の実施例では、活性層２３を基準として、基板２０に近い側の複数の半導体層がｎドープされており、一方、基板２０から遠い側の複数の半導体層がｐドープされている。活性層２３は例えばｎドープ又は非ドープであってもよく、特に図示の実施例では多重量子井戸構造を有してもよい。
【００７０】
以下では、はんだ層３から遠い側のレーザーダイオードチップ２の面を上面３０とし、はんだ層３に直接に接触するレーザーダイオードチップ２の面を下面３１とする。上面３０は例えば少なくとも部分的に電気接続層２５によって形成される。電気接続層２５がパターニングされている場合、上面３０の少なくとも一部は、半導体コンタクト層２４の露出領域によって、及び／又は、例えば電気接続層２５及び／又は半導体コンタクト層２４の部分領域に設けられたパシベーション部層によって、形成される。
【００７１】
上述したように、例えば銅ベースボディもしくは他の高い熱伝導率を有する材料によって形成される実装部１１は、通常、レーザーダイオードチップ２よりも各段に高い熱膨張係数を有する。このため、特にレーザーダイオードチップ２をパッケージ１の実装部１１にはんだ付けした後、レーザーダイオードチップ２と実装部１１との間に応力が発生するが、これは、はんだ層３のはんだを選定することによっては部分的にしか補償できない。よって、レーザーダイオードチップ２のはんだ付け後の冷却時に、実装部１１が収縮し、レーザーダイオードチップ２がはんだ層３上で湾曲して、実装部１１から遠い上面３０に凸状の撓みが生じる。相応に、この場合、実装部１１に近いレーザーダイオードチップ２の下面３１には凹状の撓みが生じる。冷却時の実装部１１の収縮は破線の矢印で示されている。レーザーダイオードチップ２の湾曲が過度に大きくなると、少なくとも部分的にチップせん断歪みが生じ、チップ２がはんだ層３から剥離してしまう。
【００７２】
したがって、特に有利には、図３に点線で示されているように、レーザーダイオードチップ２が、未実装の状態で、実装部１１に近い側の下面３１を凸状変形させる応力を有するようにするとよい。言い換えれば、レーザーダイオードチップ２は、製造後、有利には図３の点線で示されている皿状湾曲部を有するように製造される。はんだ層３のはんだが冷却された後に、レーザーダイオードチップ２が僅かに皿状となるようにすることができる。これに代えて、レーザーダイオードチップ２を平坦な形状又はほぼ平坦でごく僅かに皿状の形状に構成し、半導体層が所定の応力を有するように構成することもできる。当該応力は、はんだ付け過程後の冷却時に発生する熱応力を少なくとも部分的に補償するのに適した力であって、実装部１１に近い側のレーザーダイオードチップ２の下面３１の凹状変形に少なくとも部分的に対抗する力である。
【００７３】
レーザーダイオードチップ２の半導体層の相応の応力は、半導体層を成長させる際のプロセスパラメータを適切に選定することによって設定可能である。
【００７４】
図３に示されている応力印加に代えてもしくはこれに加えて、レーザーダイオードチップ２が、下面３１に、陥没部及び／又は隆起部によって形成される少なくとも１つの（有利には複数の）係止エレメント３２を有するように構成することもできる。図４のＡ−Ｃにはこうした係止エレメント３２の種々の実施形態が示されており、これらは特には組み合わせて設けることができる。係止エレメント３２により、レーザーダイオードチップ２がはんだ層３へ充分な力で接合され、大面積の熱接続が生じて、レーザーダイオードチップ２とパッケージ１との間の熱抵抗の低減が達成される。
【００７５】
図４のＡには、光出力面２７と下面３１との間のチップ縁を陥没させることによって形成された係止エレメント３２が示されており、当該係止エレメント３２にはんだ層３のはんだが嵌合している。陥没部として形成されるこうした係止エレメント３２は、有利にはチップ縁に沿って延在する段状に構成され、チップ縁ではんだ層３のはんだにかみ合うよう、所期のパターンで設けられる。これに代えてもしくはこれに加えて、段状の陥没部として形成される係止エレメント３２を、下面３１と後面２８との間のチップ縁及び／又は下面３１と側面２９との間のチップ縁に設けることもできる。また、下面３１の全てのチップ縁に段状の陥没部としての係止エレメント３２を設けてもよい。
【００７６】
図４のＢ，Ｃには、係止エレメント３２として、レーザーダイオードチップ２の下面３１に隆起部と陥没部とが設けられる様子が示されている。これらは、レーザーダイオードチップ２の下面３１を所期のようにパターニングすることで形成され、例えば、個々の点状もしくは線状の個別の隆起部又は陥没部を複数個規則的に並べたものとして構成される。有利には、複数の係止エレメント３２は、下面３１の粗面化によって、複数の隆起部及び陥没部の形態で形成される。この場合、各係止エレメント３２は、下面３１の全体にわたって統計的に分散されて入り交じった状態で配置される。
【００７７】
図示の実施形態の各係止エレメント３２は、例えばドライケミカルエッチング又はウェットケミカルエッチング、特に異方性エッチングによって、及び／又は、リソグラフィパターニングによって、及び／又は、機械的パターニングによって、形成可能である。
【００７８】
係止エレメント３２は、有利には、はんだ層３のはんだが係止エレメント３２内もしくは係止エレメント３２間に入る寸法（幅及び／又は深さ及び／又は高さ）を有する。有利には、各係止エレメント３２の寸法は、０．１μｍ以上、特に有利には０．５μｍ以上である。さらに、各係止エレメント３２は、最大で、はんだ層３のはんだが各係止エレメント３２を完全に包囲又は充填して、はんだ層３とレーザーダイオードチップ２の下面３とが隙間無くまた気泡なく接合される寸法を有する。このために、各係止エレメント３２は、有利には、１０μｍ以下、特に有利には５μｍ以下の寸法を有する。
【００７９】
図５のＡから図１１には、上述した実施例と組み合わせ可能な、レーザーダイオードチップ２の少なくとも１つの側面２９及び／又は光出力面２７及び／又は後面２８に金属化部６を設ける実施例が示されている。金属化部６は１つもしくは複数の金属層によって形成され、当該金属層は有利にはＡｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｃｕもしくはこれらの混合物もしくはこれらの合金を含むか又はこれらから成る。金属化部６により、レーザーダイオードチップ２のコーティング面をさらに冷却できるので、効率的な熱輸送を行うことができる。
【００８０】
後述するレーザーダイオードチップ２のファセット面、すなわち、光出力面２７及び後面２８には、反射層又は反射防止層の形態の光学層７が設けられている。
【００８１】
図５のＡ，Ｂには、上面図と光出力面２７に対して平行に切断した断面図とで、光出力面２７及び後面２８を接続する各側面２９に１つずつ金属化部６を有するレーザーダイオードチップ２が示されている。この場合、金属化部６は基板とレーザーダイオードチップ２の半導体積層体とに直接に接触するように設けられており、レーザーダイオードチップ２の外面を形成している。図５のＢから明らかなように、金属化部６は実装部１１もしくは下面３１から見て活性層２３の下方に配置され、これによりレーザーダイオードチップ２のｎドープ面及びｐドープ面の短絡が回避される。金属化部６がレーザーダイオードチップ２の外面を形成していることにより、はんだ層３のはんだが金属化部６を濡らすので、図５のＢに示されているように、はんだが金属化部６を上昇して広がる。これにより、レーザーダイオードチップ２の側面２９とはんだ層３との間の良好な熱接触が形成され、側面２９がレーザーダイオードチップ２の放熱に寄与するようになる。
【００８２】
図６，図７には、図５のＡ，Ｂの実施例と同様に、各側面２９に金属化部６が設けられた実施例の部分断面図が示されている。このように側面に金属化部を配置する場合、被着された金属化部６及び／又ははんだ付けプロセスで上方へ広がったはんだによる短絡の危険が側縁部で高まる。これは、例えば、金属粒子が活性層２３へ漂遊して活性層を橋絡してしまうためである。よって、図６，図７の実施例のレーザーダイオードチップ２に、有利には光出力面２７から後面２８へ延在する複数の陥没部３３を設け、これらの陥没部３３をパシベーション部３４、例えばＳｉＯ２などの誘電性酸化物によって覆うことができる。なお、陥没部３３は、上面３０から見て活性層２３の下方へ至る深さを有する。これにより、はんだ粒子又は金属化部の粒子に対するバリアが得られ、短絡が発生しなくなる。
【００８３】
図６に示されているように、複数の陥没部３３は、上面３０と側面２９との間のチップ縁に設けることができる。さらに、図７に示されているように、陥没部３３を、パターニングされた電気接続層２５によって定義される活性層２３の通電領域の方向で、より内側に設けることもできる。当該陥没部３３はメサトレンチとも称される。
【００８４】
図８には、金属化部６が光出力面２７及び後面２８の光学層７上に設けられ、当該金属化部６がレーザーダイオードチップ２の外面を形成する別の実施例が示されている。これにより、はんだ層３のはんだが光出力面２７及び後面２８を上昇して広がり、レーザーダイオードチップ２のファセット面とはんだ層３ひいてはパッケージ１との良好な熱接続が生じる。ただし、特に金属化部６が光出力面２７に設けられる場合、図８に示されているように、下面３１から見て、金属化部６が活性層２３より下方に配置され、光出力領域２７０が金属化部６から露出されることが重要である。
【００８５】
図９には、光出力面２７と後面２８と側面２９との全てに金属化部６が設けられるレーザーダイオードチップ２の別の実施例の上面図が示されている。この場合、レーザーダイオードチップ２を取り囲む熱接続部を得ることができる。
【００８６】
図１０には、図８の実施例と異なり、金属化部６が直接に光出力面２７及び後面２８上に設けられる、レーザーダイオードチップ２の別の実施例が示されている。言い換えれば、ここでは、金属化部６が、レーザーダイオードチップ２の半導体層と光出力面２７及び後面２８上の光学層７との間に配置される。このため、金属化部６をはんだ層３のはんだによって濡らすことはできないが、金属化部６と光出力面２７及び後面２８とが直接に接触するので、レーザーダイオードチップ２のファセット面での特に効率的な放熱を達成することができる。
【００８７】
図１１には、上述した各実施例とは異なり、光学層７が光出力面２７及び後面２８の一部の領域のみに設けられ、特にははんだ層３に達しない、レーザーダイオードチップ２の別の実施例が示されている。これにより、金属化部６が直接にファセット面に配置され、しかもはんだ層３のはんだによって濡らされるので、上述した図８，図１０の実施例の利点の組み合わせが得られる。
【００８８】
各図及び各実施例に示されている個々の特徴は、具体的な態様が図ないし上の説明に明示されていなくても、単独で又は任意に組み合わせて別の実施例として実現可能である。また、図示の実施例は、従来技術の代替的特徴乃至付加的特徴を含んでもよい。
【００８９】
本発明は上述した実施例のみに限定されない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲又は明細書に明示されていなくても、特許請求の範囲の各特徴から生じる実施例又は各特徴を任意に組み合わせて生じる全ての実施例を対象とする。
【図１Ａ】
2015513229.tif 000003
【図１Ｂ】
2015513229.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月10日(2014.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部（１１）を含むパッケージ（１）と、前記パッケージ（１）の前記実装部（１１）上に設けられた窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップ（２）とを有する、
レーザーダイオード装置であって、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、基板（２０）上に、光を形成する活性層（２３）を含む複数の半導体層（２１，２２，２３，２４）を含み、かつ、形成された光を放出する光出力領域（２７０）を有する光出力面（２７）と、前記光出力面（２７）の反対側の後面（２８）と、前記光出力面（２７）及び前記後面（２８）を接続する複数の側面（２９）とを有し、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に直接に実装されており、
前記はんだ層（３）は３μｍ以上の厚さを有し、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、下面（３１）に、複数の陥没部又は複数の隆起部として形成される複数の係止エレメント（３２）を有する、
ことを特徴とするレーザーダイオード装置。
【請求項２】
前記基板（２０）は結晶性の（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎから成る導電性基板であり、
前記レーザーダイオードチップ（２）の前記基板（２０）が直接に、前記はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に実装されている、又は、
前記レーザーダイオードチップ（２）の、前記複数の半導体層（２１，２２，２３，２４）から遠い側の前記基板（２０）の面に配置された電気接続層が、前記はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に実装されている、
請求項１記載のレーザーダイオード装置。
【請求項３】
前記実装部（１１）は、メタルコアプレート、又は、金属、例えば銅から成るベースボディ、又は、セラミックから成るベースボディを含む、請求項１又は２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項４】
前記パッケージ（１）は、前記実装部（１１）に接続されたパッケージ部（１０）を有しており、前記パッケージ部（１０）及び前記実装部（１１）は銅から成るベースボディを有しており、少なくとも前記パッケージ部（１０）は鋼で被覆されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項５】
前記パッケージ（１）は、前記実装部（１１）の上方に、前記パッケージ（１）を閉鎖するパッケージカバー（１４）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項６】
前記はんだ層（３）は軟はんだである、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項７】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）を凸状変形させる応力、又は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）の少なくとも１つの凹状変形に対抗する応力を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項８】
前記複数の係止エレメント（３２）は、個別の点状もしくは線状の隆起部又は陥没部が複数個規則的に並べられて形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項９】
前記複数の係止エレメント（３２）の幅及び／又は深さもしくは高さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、有利には０．５μｍ以上５μｍ以下である、請求項１から８までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１０】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記係止エレメント（３２）として、前記下面（３１）と前記光出力面（２７）もしくは前記後面（２８）もしくは所定の側面（２９）との間のチップ縁に、段状の陥没部を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１１】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記側面（２９）に、金属化部（６）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１２】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記光出力面（２７）及び／又は前記後面（２８）に、金属化部（６）を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１３】
前記金属化部（６）は、前記半導体層と前記光出力面（２７）及び／又は前記後面（２８）の光学層（７）との間で、前記半導体層上に直接に配置されている、請求項１２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１４】
前記金属化部（６）は前記レーザーダイオードチップ（２）の外面を形成しており、前記はんだ層（３）のはんだは前記金属化部（６）を濡らしている、請求項１１又は１２記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１５】
前記金属化部（６）は、Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｃｕの金属のうち少なくとも１つ又は複数の金属を含む、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１６】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）から遠い側の上面（３０）に、前記後面（２８）から前記光出力面（２７）の方へ延在する少なくとも１つの陥没部（３３）を有しており、前記陥没部（３３）はパシベーション部（３４）によって覆われている、請求項１１から１５までのいずれか１項記載のレーザーダイオード装置。
【請求項１７】
実装部（１１）を含むパッケージ（１）と、前記パッケージ（１）の前記実装部（１１）上に設けられた窒化物半導体材料を基礎とするレーザーダイオードチップ（２）とを有する、
レーザーダイオード装置であって、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、基板（２０）上に、光を形成する活性層（２３）を含む複数の半導体層（２１，２２，２３，２４）を含み、かつ、形成された光を放出する光出力領域（２７０）を有する光出力面（２７）と、前記光出力面（２７）の反対側の後面（２８）と、前記光出力面（２７）及び前記後面（２８）を接続する複数の側面（２９）とを有し、
前記レーザーダイオードチップ（２）は、はんだ層（３）によって前記実装部（１１）上に直接に実装されており、
前記はんだ層（３）は３μｍ以上の厚さを有し、
前記パッケージ（１）は、前記実装部（１１）に接続されたパッケージ部（１０）を有しており、前記パッケージ部（１０）及び前記実装部（１１）は銅から成るベースボディを有しており、少なくとも前記パッケージ部（１０）は鋼で被覆されている、
ことを特徴とするレーザーダイオード装置。
【請求項１８】
前記レーザーダイオードチップ（２）は、前記実装部（１１）に近い側の下面（３１）に、前記はんだ層（３）のための、陥没部又は隆起部によって形成される少なくとも１つの係止エレメント（３２）を有する、請求項１７記載のレーザーダイオード装置。
【国際調査報告】
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