(57)【要約】【課題】  専用設備を設けずに、ハンダの表面に自然酸化膜があっても濡れ性良い実装とすることができる半導体レーザ素子の実装方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザバー３をヒートシンク１にハンダ付けする際に、半導体レーザバー３におけるハンダ接合面に突起３０を設けておき、ヒートシンク１の表面に塗布したハンダ層５０を溶融した状態から当該ハンダ層５０に対し半導体レーザバー３を押し付けてハンダ付けする。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層（２１）を挟んでｐ型クラッド層（２２）とｎ型クラッド層（２０）が積層されるとともに、ｐ型クラッド層（２２）側にｐ型電極層（２６）が、ｎ型クラッド層（２０）側にｎ型電極層（２７）が形成された半導体レーザ素子（３）を、接合対象の部材（１）にハンダ付けするための半導体レーザ素子の実装方法であって、
半導体レーザ素子（３）におけるハンダ接合面に突起（３０，６０）を設けておき、接合対象の部材（１）の表面に塗布したハンダ層（５０）を溶融した状態から当該ハンダ層（５０）に対し半導体レーザ素子（３）を押し付けてハンダ付けするようにしたことを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記突起（３０，６０）は先端が尖っていることを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記接合対象の部材はヒートシンク（１）であることを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記半導体レーザ素子は半導体レーザバー（３）であることを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記半導体レーザ素子（３）のハンダ接合面は、ｐ型電極層（２６）側とｎ型電極層（２７）側のうちの活性層（２１）が接近して配置された側の面であることを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記半導体レーザ素子（３）は、ｐ型クラッド層（２２）側に凹部（２３）を並設して凹部（２３）間をエミッタ部（２４）とした構造をなし、前記凹部（２３）における底面部に前記突起（３０）を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記半導体レーザ素子（３）は、ｐ型クラッド層（２２）側に凹部（２３）を並設して凹部（２３）間をエミッタ部（２４）とした構造をなし、前記エミッタ部（２４）に前記突起（６０）を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、
前記半導体レーザ素子（３）は非メサ構造を有するものであり、非メサ構造による平坦面に前記突起（６０）を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子の実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１において、半導体レーザ素子をヒートシンクに対しハンダ材を介して接合する技術が開示されている。このとき、半導体レーザ素子をヒートシンクに接合した場合には、ヒートシンクおよび接合材料（ハンダ）を介して電気的なコンタクトがとれるだけでなく放熱性と長期安定性が求められる。
【０００３】
ハンダに表面酸化膜がありハンダ表面が清浄面でない場合はハンダの濡れ性が低下し、放熱性と長期安定性が得られない。例えば、インジウムハンダ等の非常に酸化し易いハンダ材を用いる場合は、ハンダの形成から実装までに酸化しない環境で行うか、または、表面に生じた表面酸化膜を除去するために水素等の還元剤を用いて還元する必要があり、このようにすると専用の設備が必要となる。
【特許文献１】特開平１０−１９０１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、専用設備を設けずに、ハンダの表面に自然酸化膜があっても濡れ性の良い実装とすることができる半導体レーザ素子の実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の実装方法によれば、半導体レーザ素子におけるハンダ接合面に突起を設けておく。そして、接合対象の部材の表面に塗布したハンダ層を溶融した状態から当該ハンダ層に対し、前述の半導体レーザ素子を押し付けてハンダ付けする。このとき、溶融したハンダ層における表面には酸化膜が形成されるが、半導体レーザ素子におけるハンダ接合面に設けた突起により、ハンダ層の表面の酸化膜が破られて清浄なハンダ材が露出する。この露出した清浄なハンダ材と半導体レーザ素子とが接触してハンダ付けが行われる。
【０００６】
つまり、従来ではハンダに表面酸化膜がある場合はハンダの濡れ性が低下し、放熱性と長期安定性が得られず、例えば、インジウムハンダ等の非常に酸化し易いハンダ材を用いる場合は、ハンダの形成から実装までに酸化しない環境で行うか、または、表面に生じた表面酸化膜を除去するために水素等の還元剤を用いて還元する必要があった（専用の設備が必要となった）。
【０００７】
これに対し、本発明によれば、専用設備を設けずに、ハンダの表面に自然酸化膜があっても濡れ性良い実装とすることができることとなる。
請求項２に記載の半導体レーザ素子の実装方法によれば、先端が尖っている突起を用いることにより、ハンダ層の表面の酸化膜を破りやすくなり清浄なハンダ材を露出させやすくなる。
【０００８】
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、接合対象の部材はヒートシンクであると実用上好ましい。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、半導体レーザ素子は半導体レーザバーであると実用上好ましい。
【０００９】
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、半導体レーザ素子のハンダ接合面は、ｐ型電極層側とｎ型電極層側のうちの活性層が接近して配置された側の面であると実用上好ましいものとなる。
【００１０】
請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、半導体レーザ素子は、ｐ型クラッド層側に凹部を並設して凹部間をエミッタ部とした構造をなし、凹部における底面部に突起を設けても、請求項７に記載のように、エミッタ部に突起を設けてもよい。
【００１１】
請求項８に記載のように、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の実装方法において、半導体レーザ素子は非メサ構造を有するものであり、非メサ構造による平坦面に突起を設けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、半導体レーザ装置の分解斜視図を示す。図２には、半導体レーザ装置の正面図（図１においてＡ方向から見た図）を示す。図３には、半導体レーザ装置の側面図（図１においてＢ方向から見た図）を示す。
【００１３】
図１に示すように、半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子としての半導体レーザバー３とヒートシンク１と電極用棒材１０とポリイミド製絶縁テープ６と電極用薄板４と電極用厚板７と絶縁リング８とネジ９とを具備している。ヒートシンク１は直方体をなしている。ヒートシンク１の背面には電極用棒材（ｐ型電極）１０が設けられている。
【００１４】
ヒートシンク１の上面での前部において半導体レーザバー３がハンダ２により接合されている（半導体レーザバー３がヒートシンク１にハンダ付けされている）。また、半導体レーザバー３の上には電極用薄板４がハンダ５により接合されている。この電極用薄板４は半導体レーザバー３の後方に延びている。ヒートシンク１の上面での後部において絶縁テープ６がヒートシンク１と電極用薄板４との間に配置され、両者を電気的に分離している。絶縁テープ６の上方における電極用薄板４の上には電極用厚板７が配置されている。電極用厚板７の上には絶縁リング８が配置され、絶縁リング８の上側からネジ９が絶縁リング８、電極用厚板７、絶縁テープ６を貫通してヒートシンク１のネジ孔（図示略）に螺入されている。このネジ９により半導体レーザ装置（ヒートシンク１、半導体レーザバー３、絶縁テープ６、電極用薄板４、電極用厚板７）が一体化されている。
【００１５】
図４には半導体レーザバー３の斜視図を示す。図４において、ｎ型クラッド層２０に対し活性層２１を介してｐ型クラッド層２２が積層されている。具体的には、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＡｌＧａＡｓ層、多重量子井戸活性層（ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層、ｐ−ＧａＡｓ層を順に積層した構造を成している。また、ｐ型クラッド層２２側においてメサエッチング部（凹部）２３が多数並設され、メサエッチング部（凹部）２３の間がエミッタ部２４となっている。ｐ型クラッド層２２側の表面には絶縁膜２５が形成され、この絶縁膜２５におけるエミッタ部２４での一部の領域にはストライプ状のスリット２５ａが設けられている。絶縁膜２５の表面にはｐ型電極層２６が形成され、絶縁膜２５のスリット２５ａにおいてｐ型クラッド層２２と接触している。一方、ｎ型クラッド層２０側にｎ型電極層２７が形成されている。
【００１６】
このように、半導体レーザバー３は、活性層２１を挟んでｐ型クラッド層２２とｎ型クラッド層２０が積層されるとともに、ｐ型クラッド層２２側にｐ型電極層２６が、ｎ型クラッド層２０側にｎ型電極層２７が形成されている。
【００１７】
そして、図１，３での電極用棒材（ｐ型電極）１０と電極用厚板７との間に電圧を印加して半導体レーザバー３でのｎ型クラッド層２０とｐ型クラッド層２２との間に電流を流すことにより活性層２１からレーザ光が発射される。投入電力（Ｗ）に対するレーザの出力（Ｗ）は１００％ではなく種々の損失により５０％前後が熱エネルギーとなる。この熱はヒートシンク１を通して逃がされる（放熱される）。
【００１８】
図５は半導体レーザバー３の全体を示し、そのうちのＡ部を拡大したものを図６に示す。半導体レーザバー３のメサエッチング部（凹部）２３には、図６に示すように、多数の突起３０が形成されている。この突起３０は円錐状または三角柱を横にした形状をなし（断面形状としては三角形で、かつ、図の奥行き方向に延びる形状をなし）、先端が尖っている。
【００１９】
次に、半導体レーザバー３の製造方法、および半導体レーザバー３の実装方法について説明する。
まず、図７に示すように、半導体基板４０を用意する。この基板４０は、図４でのｎ型クラッド層２０と活性層２１とｐ型クラッド層２２の積層体である。そして、図８（ａ）に示すように、半導体基板４０の上にパターニングしたマスク材４１を配置する。このマスク材４１は図４のメサエッチング部（凹部）２３を形成するためのものであり、かつ、このメサエッチング部（凹部）の形成部において突起形成用パターン（多数の開口部を有するパターン）４１ａが形成されている。このマスク材４１を用いて半導体基板４０をエッチングする。これにより、図８（ｂ）に示すように、メサエッチング部（凹部）２３が形成されるとともに、メサエッチング部（凹部）２３の底面部において多数の突起４２が形成される。
【００２０】
引き続き、図８（ｃ）に示すように、半導体基板４０に絶縁膜２５を成膜するとともに絶縁膜２５にスリット２５ａを形成する。さらに、絶縁膜２５の上にｐ型電極層２６を成膜する。このとき、前述の突起４２も絶縁膜２５およびｐ型電極層２６に被覆され、突起３０が形成される。また、半導体基板４０の反対の面にｎ型電極層２７を成膜する。その後、レーザバー形状にへき開し、端面コーティングを行い、半導体レーザバー３が製造される。
【００２１】
このようにして製造された半導体レーザバー３が、次のようにヒートシンク１に実装される。
図９に示すように、ヒートシンク１の上面にハンダ層５０が配置されており、昇温することによりハンダの融点でハンダ層５０が溶解する。ハンダ層は真空蒸着により成膜するが、成膜後大気中に出すと表面には自然酸化膜が形成される。そして、ハンダ層５０が溶融した状態で半導体レーザバー３をヒートシンク１に向かって下動してハンダ層５０に押し付ける（荷重をかける）。この作業はＮ2パージした雰囲気中で行うが、ｐｐｍオーダの残存酸素により酸化膜５１の形成が進む。しかし、図１０に示すように、半導体レーザバー３におけるハンダ接合面に設けた突起３０により、ハンダ層５０の表面の酸化膜５１が破られて清浄なハンダ材が露出する。この露出した清浄なハンダ材と半導体レーザバー３とが接触してハンダ付けが行われる。
【００２２】
つまり、ハンダに表面酸化膜５１がある場合はハンダの濡れ性が低下し、放熱性と長期安定性が得られず、例えば、インジウムハンダ等の非常に酸化し易いハンダ材を用いる場合は、ハンダの形成から実装までに酸化しない環境で行うか、または、表面に生じた表面酸化膜を除去するために水素等の還元剤を用いて還元する必要があった。このように専用の設備が必要であったが、本実施形態においては、専用設備を設けずに、ハンダの表面に自然酸化膜があっても濡れ性良い実装とすることができる。
【００２３】
また、フラックスを用いずにハンダ付けすることができる。詳しくは、活性層がハンダ接合面に接近した構造の半導体レーザ素子においてフラックスが在ると、フラックスがへき開面（端面）を覆い、レーザ光を吸収してしまう等の不具合があり、フラックスを用いずにハンダ付けしたい。このような状況において、本実施形態のように半導体レーザバー３でのハンダ接合面に突起３０を設けておき、突起３０によりハンダ層５０の表面の酸化膜５１を破って清浄なハンダ材を露出させてハンダ付けを行うことによりフラックスは不要となる。
【００２４】
また、半導体レーザバー３の突起３０によりハンダとの接合面積が拡大しハンダの接合力が向上する。さらに、半導体レーザバー３の突起３０がヒートシンクフィンとしても効果がある。つまり、突起３０によって放熱面積の増大を図ることができる。
【００２５】
以上のごとく、本実施形態は下記の特徴を有する。
（イ）図９のように半導体レーザバー３におけるハンダ接合面に突起３０を設けておき、図１０のようにヒートシンク（接合対象の部材）１の表面に塗布したハンダ層５０を溶融した状態から当該ハンダ層５０に対し半導体レーザバー３を押し付けてハンダ付けするようにした。よって、半導体レーザバー３におけるハンダ接合面に設けた突起３０により、ハンダ層５０の表面の酸化膜５１が破られて清浄なハンダ材が露出し、この露出した清浄なハンダ材と半導体レーザバー３とが接触してハンダ付けが行われる。その結果、専用設備を設けずに、ハンダの表面に自然酸化膜があっても濡れ性良い実装とすることができる。
（ロ）突起３０は先端が尖っているので、ハンダ層５０の表面の酸化膜５１を破りやすくなり清浄なハンダ材を露出させやすくなる。
（ハ）半導体レーザバー３のハンダ接合面は、ｐ型電極層２６側とｎ型電極層２７側のうちの活性層２１が接近して配置された側の面である。詳しくは、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＡｌＧａＡｓ層、多重量子井戸活性層（ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層、ｐ−ＧａＡｓ層を順に積層し、かつ、ｐ型電極層２６を形成した面をハンダ接合面とした場合には、活性層２１がハンダ接合部に近くなる。この場合において放熱性に優れたものとなる。つまり、接合対象の部材としてヒートシンク１を用いた場合において、半導体レーザバー３の駆動に伴ない活性層２１から発熱するが、活性層２１がヒートシンク１に近いので、放熱性に優れたものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２６】
第１の実施の形態においては、図６に示すように、メサエッチング部（凹部）２３における底面部に突起３０を設けた。これに対し、本実施の形態においては、図１１に示すように、エミッタ部２４に突起６０を設けている。つまり、図５での半導体レーザバー３のＢ部を拡大したものが図１１であり、エミッタ部２４に多数の突起６０が形成されている。この突起６０は円錐状または三角柱を横にした形状をなし（断面形状としては三角形で、かつ、図の奥行き方向に延びる形状をなし）、先端が尖っている。
【００２７】
次に、半導体レーザバー３の製造方法、および半導体レーザバー３の実装方法について説明する。
まず、図７に示した半導体基板４０を用意し、図１２（ａ）に示すように、半導体基板４０の上にパターニングしたマスク材４５を配置する。このマスク材４５は図４のメサエッチング部（凹部）２３を形成するためのものである。このマスク材４５を用いて半導体基板４０をエッチングする。これにより、半導体基板４０に凹部（メサエッチング部）４６が形成される。さらに、マスク材４５を除去した後に、図１２（ｂ）に示すように半導体基板４０の上にパターニングしたマスク材４７を配置する。このマスク材４７を用いて半導体基板４０をエッチングする。これにより、エミッタ部２４に突起４８が形成される。
【００２８】
引き続き、図１２（ｃ）に示すように、半導体基板４０に絶縁膜２５を成膜するとともに絶縁膜２５にスリット２５ａを形成する。さらに、絶縁膜２５の上にｐ型電極層２６を成膜する。このとき、前述の突起４８も絶縁膜２５およびｐ型電極層２６に被覆され、突起６０が形成される。また、半導体基板４０の反対の面にｎ型電極層２７を成膜する。その後、レーザバー形状にへき開し、端面コーティングを行い、半導体レーザバー３が製造される。
【００２９】
このようにして製造された半導体レーザバー３が、次のようにヒートシンク１に実装される。
図１３に示すように、ヒートシンク１の上面にハンダ層５０が配置されており、昇温することによりハンダの融点でハンダ層５０が溶解する。ハンダ層は真空蒸着により成膜するが、成膜後大気中に出すと表面には自然酸化膜が形成される。そして、ハンダ層５０が溶融した状態で半導体レーザバー３をヒートシンク１に向かって下動してハンダ層５０に押し付ける（荷重をかける）。この作業はＮ2パージした雰囲気中で行うが、ｐｐｍオーダの残存酸素により酸化膜５１の形成が進む。しかし、図１４に示すように、半導体レーザバー３におけるハンダ接合面に設けた突起６０により、ハンダ層５０の表面の酸化膜５１が破られて清浄なハンダ材が露出する。この露出した清浄なハンダ材と半導体レーザバー３とが接触してハンダ付けが行われる。
【００３０】
以下、応用例を説明する。
第１、第２の実施形態においては半導体レーザバー３はｐ型クラッド層２２側にメサエッチング部（凹部）２３を並設してメサエッチング部（凹部）２３間をエミッタ部２４とした構造をなしていた。これに限ることなく、図１５に示すように、メサ形状ではない半導体レーザバー、即ち、非メサ構造を有する半導体レーザバーに適用してもよい。つまり、メサエッチングを施さない半導体レーザバー３において、図１６に示すように、非メサ構造による平坦面に突起６０を設けてもよい（図１６でのｐ型クラッド層２２側に突起６０を設けてもよい）。
【００３１】
また、第１、第２の実施形態においてはヒートシンク１の上に半導体レーザバー３を配置する際に、接合する半導体レーザバーの発光領域に近い側を下方としたジャンクションダウン構造であったが、接合する半導体レーザバー３の発光領域に近い側を上方としたジャンクションアップ構造であってもよい。
【００３２】
また、図１における半導体レーザバー３を電極用薄板４にハンダ付けする際に本手法を用いてもよい。
また、半導体レーザバーについて説明してきたが、他の半導体レーザ素子に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態における半導体レーザ装置の分解斜視図。
【図２】半導体レーザ装置の正面図。
【図３】半導体レーザ装置の側面図。
【図４】半導体レーザバーの斜視図。
【図５】半導体レーザバーの全体図。
【図６】図５のＡ部拡大図。
【図７】半導体レーザバーの製造方法を説明するための図。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は半導体レーザバーの製造方法を説明するための図。
【図９】半導体レーザバーの実装工程を説明するための図。
【図１０】半導体レーザバーの実装工程を説明するための図。
【図１１】第２の実施の形態における半導体レーザバーの拡大図。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は半導体レーザバーの製造方法を説明するための図。
【図１３】半導体レーザバーの実装工程を説明するための図。
【図１４】半導体レーザバーの実装工程を説明するための図。
【図１５】半導体レーザバーの縦断面図。
【図１６】半導体レーザバーの縦断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ヒートシンク、３…半導体レーザバー、２０…ｎ型クラッド層、２１…活性層、２２…ｐ型クラッド層、２３…メサエッチング部（凹部）、２４…エミッタ部、２６…ｐ型電極層、２７…ｎ型電極層、３０…突起、５０…ハンダ層、６０…突起。
【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】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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