(57)【要約】本発明の光半導体用基板は、絶縁性セラミックス基板と、前記絶縁性セラミックス基板上に設けられた金属層と、前記金属層上に設けられ、Ｓｎ単体またはＳｎを５０重量％以上含み残部が実質的にＡｕからなるはんだ層と、前記はんだ層上に設けられ、厚さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下であるＡｕまたはＡｇからなる保護層とを具備するものである。このような光半導体用基板とすることにより、僅かな応力により結晶欠陥が発生しやすい光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に、光半導体に加わる応力を極力少なくし、結晶欠陥の発生を抑制し寿命を延ばすことができる。
2005036705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性セラミックス基板と、
前記絶縁性セラミックス基板上に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられ、Ｓｎ単体またはＳｎを５０重量％以上含み残部が実質的にＡｕからなるはんだ層と、
前記はんだ層上に設けられ、厚さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下であるＡｕまたはＡｇからなる保護層と
を具備する光半導体用基板。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体用基板において、
前記はんだ層の厚さが２μｍ以上、５μｍ以下である光半導体用基板。
【請求項３】
請求項１記載の光半導体用基板において、
前記絶縁性セラミックス基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化ベリリウムおよびダイヤモンドの中から選択される１種を主成分とするものである光半導体用基板。
【請求項４】
請求項３記載の光半導体用基板において、
前記絶縁性セラミックス基板の熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である光半導体用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は光半導体を搭載するために用いられる光半導体用基板に係り、特に光半導体との接合性に優れ、また光半導体の接合時あるいは使用時に光半導体に加わる応力を緩和し、僅かな応力によっても損傷する光半導体の損傷を抑制し、その寿命を延ばすことが可能な光半導体用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】  光半導体用基板は、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｋ）用光ピックアップＬＤ等の光半導体を搭載させて半導体レーザ素子として用いられている。図１は、半導体レーザ素子の構成例を示したものである。【０００３】  半導体レーザ素子１は、レーザダイオード等の光半導体２が光半導体用基板３上に搭載された構造となっている。光半導体用基板３は光半導体２の放熱性向上および位置決め等のために用いられるものである。光半導体用基板３の他方の面には、例えば光半導体２に発生した熱を効率的に外部へ放出するため、熱伝導性が良好な銅等からなるヒートシンク４が接合されている（例えば特許文献１参照）。【０００４】  光半導体用基板３は、例えば絶縁性セラミックス基板５と、その上にスパッタリング法等により形成された金属層６と、さらにその上に形成されたはんだ層７とからなり、光半導体２はこのはんだ層７を利用して光半導体用基板３上に接合されている（例えば、特許文献２参照）。【０００５】  図２は、光半導体２の電流と光出力との一般的な関係を示したものである。光出力がＰｔｈに達するまでは自然放出光がでており、Ｐｔｈを超えるとレーザ発振（誘導放出）が起こる。このレーザ発振を開始するときの電流値がしきい値電流Ｉｔｈであり、具体的には発振状態の電流−光出力直線の延長線がＸ軸と交わる電流値をしきい値電流Ｉｔｈとすることができる。また、規定の光出力Ｐｏが得られるときの順方向の電流の値が、動作電流Ｉｏｐである。【０００６】  一般に、トランジスタ等に使用されるシリコンチップと異なり、光半導体２は光半導体用基板３への接合時や使用時における僅かな応力により結晶欠陥が発生する。光半導体２の結晶が整っている場合には発光再結合により誘導放出が起こり、光半導体２に動作電流Ｉｏｐを加えることにより長期にわたって規定の光出力Ｐｏを得ることができる。これに対し、光半導体２に僅かでも結晶欠陥があるとその部分で非発光再結合が起こり、光を放出せずに多量の熱が発生する。この熱により光半導体２にはさらに結晶欠陥が発生し、非発光再結合が起こる。この繰り返しにより、光半導体２は短期間で規定の光出力Ｐｏが得られなくなり、最終的に発光しなくなる。【０００７】  応力による損傷に関して具体的に説明すれば、例えばアルミナ基板上にシリコンチップが接合された一般のトランジスタ等は、アルミナの熱膨張係数が約７×１０−６／℃、シリコンチップの熱膨張係数が約３×１０−６／℃であり、熱膨張係数の差が大きいにもかかわらず損傷せずに使用可能である。また、銅からなるリードフレーム上にシリコンチップを接合したようなものでは、銅からなるリードフレームの熱膨張係数が約１７×１０−６／℃と熱膨張係数の差が非常に大きくなるにもかかわらず使用可能なものもある。【０００８】  これに対して、一般的な半導体レーザ素子１、例えばシリコン基板上にレーザダイオードを接合したようなものは、シリコン基板の熱膨張係数が約３×１０−６／℃、光半導体の熱膨張係数が約４．２×１０−６／℃であり、それらの熱膨張係数の差が小さく僅かな応力しか発生しないにもかかわらず、その応力によりレーザダイオードに結晶欠陥が発生し、寿命が短くなってしまう。また、レーザダイオードの熱膨張係数にほぼ等しい熱膨張係数である４．６×１０−６／℃程度の窒化アルミニウム基板を用いた場合であっても、その僅かな熱膨張係数の違いにより発生する応力によってレーザダイオードに結晶欠陥が発生し、寿命が短くなってしまうことがある。【０００９】  特に、近年においては機器の性能を向上させるために光半導体２の高出力化が進み、光半導体２の端面での光密度が過大になることで多量の熱が生じ、過大な応力がかかり損傷しやすくなっており、その損傷を防ぐことが重要な課題となっている。
【特許文献１】特開平６−３７４０３号公報（第１１図等）
【特許文献２】特開２００２−１００８２６号公報
【発明の開示】
【００１０】  上述したように、光半導体は僅かな応力によっても結晶欠陥が発生し、寿命が短くなってしまう。このため、これを搭載する光半導体用基板においては光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に光半導体へ加わる応力が少なく、光半導体に結晶欠陥が発生しにくいものであることが求められる。本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に光半導体に加わる応力を抑制し、光半導体の結晶欠陥の発生を抑制し、寿命を延ばすことができる光半導体用基板を提供することを目的としている。
【００１１】  本発明者らは光半導体の寿命を短くする結晶欠陥の発生を抑制するべく光半導体用基板についての研究を進めた結果、従来の一般的なＡｕ（金）−Ｓｎ（スズ）はんだはシリコンチップのように多少の応力が加わっても損傷しにくいものの接合には十分使用できるものの、光半導体のように僅かな応力によっても結晶欠陥が発生し寿命が短くなるものの接合には硬すぎるため光半導体の接合時や使用時に発生する応力を十分に緩和できず、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなることを見いだした。
【００１２】  そこで、本発明者らは光半導体用基板のはんだ層を構成するはんだの材質、組成の研究を行った。その結果、一般的なＡｕ−ＳｎはんだはＡｕを８０重量％程度と多く含むために硬くなっており、このため光半導体の接合時や使用時に発生する応力を十分に緩和できず、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなることを見いだした。そこで、Ａｕ−ＳｎはんだにおけるＳｎ含有量を増加させた結果、Ａｕ−Ｓｎはんだの硬さを効果的に低減できることを見いだした。
【００１３】  しかしながら、はんだ層としてＳｎを多く含むＡｕ−Ｓｎはんだを用いた場合、はんだ付け性が低下することがわかった。半導体レーザ素子の製造では生産性向上のために光半導体用基板への光半導体の接合時間の短縮が求められており、このようなはんだ付け性の低下は生産性向上にとって障害となる。さらに、はんだ付け性が低下すると熱抵抗が高くなり、光半導体から光半導体用基板への熱の移動が十分に行われず、これにより応力が発生し光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなることがわかった。
【００１４】  本発明者らは、このようなはんだ付け性の低下について研究を重ねた結果、はんだ付け性の低下ははんだ層であるＡｕ−Ｓｎはんだの表面に形成された酸化膜によるはんだ濡れ性の低下によるものであることがわかり、さらにこの酸化膜の形成ははんだ層を構成するＡｕ−Ｓｎはんだが酸化されやすいＳｎを多く含むことによるものであることがわかった。
【００１５】  本発明者らはこのような酸化膜の形成によるはんだ付け性の低下を改善すべく研究を進めた結果、酸化されず、他に悪影響が発生しないものではんだ層であるＡｕ−Ｓｎはんだ表面を覆うことが有効であり、このようなものとしてＡｕ（金）またはＡｇ（銀）からなる保護層（以下、単に保護層と呼ぶ。）を表面に形成することが有効であることを見いだした。すなわち、ＡｕおよびＡｇは酸化されず、電気抵抗も低く、またはんだ層の成分であるＳｎと共晶を形成でき、悪影響も発生させにくいため、はんだ層であるＡｕ−Ｓｎはんだ表面を覆う保護層の形成に好適なものであることを見いだした。さらに、はんだ層の表面にこのような保護層を形成することにより、必ずしもはんだ層にＡｕを含ませなくてもよいこともわかった。
【００１６】  また、保護層の厚さがはんだ層表面の酸化、はんだ付け性に与える影響を検討したところ、その厚さによりはんだ層表面の酸化、はんだ付け性が急激に変化することがわかった。すなわち、保護層の厚さが０．０１μｍ未満であるとはんだ層の表面が十分に覆われていない部分が発生し、この部分が酸化されてできた酸化膜により光半導体の接合が困難となり、また光半導体を接合したときにはこの部分の熱抵抗が高くなり応力を発生させ、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなることがわかった。
【００１７】  一方、保護層の厚さが１μｍを超えると、光半導体を接合するための熱処理の際に保護層とはんだ層とが完全に混ざり合わないために保護層が残ったままとなり、またＡｕやＡｇの濃度が高い部分が発生したりするために光半導体の接合が困難となり、さらに接合後においてはＡｕやＡｇの濃度が高い部分が硬いために応力が十分に緩和されず、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなることがわかった。
【００１８】  本発明者らは以上のような知見に基づき、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の光半導体用基板は、絶縁性セラミックス基板と、前記絶縁性セラミックス基板上に設けられた金属層と、前記金属層上に設けられ、Ｓｎ単体またはＳｎを５０重量％以上含み残部が実質的にＡｕからなるはんだ層と、前記はんだ層上に設けられ、厚さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下であるＡｕまたはＡｇからなる保護層とを具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】［図１］一般的な半導体レーザ素子の一例を示した断面図。
［図２］一般的な半導体レーザ素子の電流−光出力特性の関係を示した図。
［図３］本発明の光半導体用基板の一例を示した断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下、本発明の実施の形態について説明する。【００２１】  図３は、本発明の光半導体用基板３の構造を示した断面図である。本発明の光半導体用基板３は、絶縁性セラミックス基板５上に、金属層６、はんだ層７、および、Ａｕ（金）またはＡｇ（銀）からなる保護層８が順に形成されたものである。【００２２】  本発明に用いられる絶縁性セラミックス基板５は、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化ベリリウムおよびダイヤモンドの中から選択される１種を主成分とするものである。絶縁性セラミックス基板５の熱伝導率は、レーザダイオード等の光半導体を搭載した場合の放熱性を向上させ、応力の発生を抑制し、光半導体への結晶欠陥の発生を抑制する観点から、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であればなお好ましい。【００２３】  絶縁性セラミックス基板５の厚さは特に制限されるものではなく、絶縁性セラミックス基板５の熱伝導率、強度等を勘案して適宜調整することができるが、例えば０．１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。【００２４】  また、熱伝導率との関係から、絶縁性セラミックス基板５の熱伝導率をＫ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、絶縁性セラミックス基板５の厚さをｔ（ｍｍ）としたとき、それらの比（Ｋ／ｔ）が７００以上となるものが好ましい。すなわち、熱伝導率Ｋを高くし、板厚ｔを薄くすることによって光半導体用基板３の放熱性をさらに向上させることが可能になる。【００２５】  例えば、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム基板を使用する場合には、その厚さｔは０．２８６ｍｍ以下とすることが好ましく、また熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム基板を使用する場合には、その厚さｔは０．２４３ｍｍ以下とすることが好ましい。【００２６】  このような絶縁性セラミックス基板５は、例えば上述したような窒化アルミニウム等の原料粉末に焼結助剤を添加し、さらにバインダ等を加えて混合した後、所定の基板形状に成形し、この成形体を焼結することにより得られる。焼結助剤としては各種の金属化合物を用いることができるが、希土類酸化物が好適に用いられる。【００２７】  希土類酸化物としては、例えばＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）、等が挙げられ、これらの中でも特にＹ２Ｏ３が好適に用いられる。【００２８】  また、希土類酸化物に加えて、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属元素の酸化物、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等のＳｉ化合物、Ｂ２Ｏ３、Ｂ４Ｃ、ＴｉＢ２、ＬａＢ６等の硼素化合物等を併用してもよい。なお、希土類酸化物やアルカリ土類金属酸化物等は、焼成時に酸化物となる炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、フッ化物等として配合してもよい。【００２９】  さらに、例えば窒化アルミニウムのように焼結体が透光性を有するものついては、レーザ光の再反射による特性変化を抑制するために、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｒ等の着色化材を添加してもよい。【００３０】  この場合、着色化材は窒化アルミニウム原料粉末等に対して５．０重量％以下の割合で添加することが好ましい。着色化材の添加量が５．０重量％を超えるように過大になると、焼��体の熱伝導率が低下し易くなり、光半導体用基板３の放熱性が損なわれる。【００３１】  なお、上記着色化材を添加する形態としては、上記各種元素の酸化物、窒化物、フッ化物として添加し含有させることが好ましく、その形態は絶縁性セラミックス基板５の放熱性、強度等の特性に対する影響を勘案して任意に選択することが好ましい。【００３２】  上述したような絶縁性セラミックス基板５上には金属層６が設けられる。金属層６は、例えば絶縁性セラミックス基板５側からＴｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の順に積層される。金属層６には回路を形成してもよいし、回路を形成しなくてもよい。このようなＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層等からなる金属層６の全体の厚さは３μｍ以下とすることが好ましい。【００３３】  絶縁性セラミックス基板５上へのＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層の形成は、スパッタ法、真空蒸着法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、イオンプレーティング法およびレーザデポジション法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理的蒸着）法、場合によっては熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）法等の薄膜形成法を適用して行うことが好ましい。【００３４】  この金属層６上にははんだ層７が形成される。このはんだ層７は、Ｓｎ単体からなるもの、または、Ｓｎを５０重量％以上含み残部が実質的にＡｕであるＡｕ−Ｓｎ合金あるいはＡｕ−Ｓｎ混合物からなるものである。【００３５】  はんだ層７をＳｎを５０重量％以上含むものとすることで、はんだ層７の硬さを有効に低下させることができる。これにより、光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に、主として絶縁性セラミックス基板５と光半導体との熱膨張係数の違いにより発生する応力を十分に緩和し、僅かな応力によっても結晶欠陥が発生し寿命が短くなる光半導体における結晶欠陥の発生を抑制しその寿命を長くすることができる。【００３６】  はんだ層７は、より好ましくはＳｎ単体またはＳｎを６０重量％以上含み残部がＡｕからなるものであり、さらに好ましくはＳｎ単体またはＳｎを７０重量％以上含み残部がＡｕからなるものである。そして、はんだ層７の融点は２１０℃以上、５００℃以下が好ましく、２１０℃以上、４００℃以下であればより好ましい。【００３７】  このようにＳｎの含有量を多くすることにより、はんだ層７の硬さを一層有効に低下させることができ、光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に光半導体に加わる応力を十分に緩和し、僅かな応力によっても結晶欠陥が発生し寿命が短くなる光半導体における結晶欠陥の発生を抑制しその寿命を長くすることができる。【００３８】  金属層６上へのはんだ層７の形成は、例えばＡｕ、Ｓｎの真空蒸着もしくはスパッタ等の手法により、あるいは、上述したような組成のはんだペーストをスクリーン印刷法等を用いて塗布する手法により行うことができる。はんだ層７の厚さは２μｍ以上、５μｍ以下とすることが好ましい。【００３９】  はんだ層７の厚さが２μｍ以下であると、はんだ層７の厚さが薄すぎるため光半導体と絶縁性セラミックス基板５との熱膨張係数の違いにより発生する応力を十分に緩和でき���、光半導体における結晶欠陥の発生を抑制し寿命を長くすることが困難となるおそれがある。また、はんだ層７の厚さは５μｍ程度まであれば十分に緩衝効果を得ることができ、それ以上設けることは生産性等の観点から好ましくなく、またかえって光半導体における結晶欠陥の発生を抑制する効果が低くなり寿命を短くしてしまうおそれもあり好ましくない。【００４０】  上述したようなはんだ層７上にはＡｕまたはＡｇからなる保護層（以下、単に保護層と呼ぶ。）８が形成される。この保護層８ははんだ層７の表面に酸化膜が形成されることを防止するために設けられるものである。本発明におけるはんだ層７は、光半導体を接合する際あるいはその後の使用時に光半導体に加わる応力を極力少なくし、その結晶欠陥の発生を抑制し寿命を長くするために、Ｓｎを５０重量％以上含ませることによりその硬さを低減させている。【００４１】  しかし、酸化されやすいＳｎの含有量が多いためにその表面には酸化膜が形成されやすくなっている。この酸化膜ははんだ濡れ性を低下させ光半導体の接合を困難とし、また光半導体を接合した後においては、熱抵抗が高いために光半導体から絶縁性セラミックス基板５への熱の移動を妨げ、光半導体に結晶欠陥を発生させ寿命を短くする。【００４２】  そこで、本発明ではこのようなはんだ層７における酸化膜の形成を防ぐものとしてＡｕまたはＡｇからなる保護層８を設けることとした。この保護層８は酸化されにくい金属であるＡｕまたはＡｇからなるため、上述したような酸化膜が形成されやすいはんだ層における酸化膜の形成を抑制し、はんだ濡れ性の低下を抑制することができる。また、保護層８を構成するＡｕまたはＡｇははんだ層の成分であるＳｎと共晶を形成できるため、光半導体の接合時にはんだ層７に容易に混ざり合い、また悪影響も発生させにくい。【００４３】  このような保護層８の厚さは０．０１μｍ以上、１μｍ以下である。保護層８の厚さが０．０１μｍ未満であると、はんだ層７の表面が保護層８により十分に覆われていない部分が発生し、この覆われていない部分が酸化されて酸化膜となり光半導体の接合を困難とする。また、光半導体を接合した後においては、この酸化膜の熱抵抗が高いために光半導体から絶縁性セラミックス基板５への熱の移動が妨げられ、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなる。【００４４】  また、保護層８の厚さが１μｍを超えると、光半導体を接合するための熱処理の際に保護層８とはんだ層７とが完全に混じり合わず保護層８が残存し、またＡｕやＡｇの濃度が高い部分が生じることがあり、光半導体の接合が困難となる。また、光半導体の接合後は、このような保護層８が残存した部分やＡｕやＡｇの濃度が高い部分が硬いために応力が十分に緩和されず、光半導体に結晶欠陥が発生し寿命が短くなる。【００４５】  保護層８の厚さは、より好ましくは０．０１μｍ以上、０．２μｍ以下である。保護層８の厚さを０．２μｍ以下とすることにより、光半導体を接合するための熱処理の際に保護層８をはんだ層７に容易に混ぜ合わせることができ、またＡｕやＡｇの濃度が部分的に高くなることも抑制でき、応力の緩和を十分に行うことにより光半導体における結晶欠陥の発生を抑制し寿命を延ばすことができる。【００４６】  このようなＡｕまたはＡｇからなる保護層８は、スパッタ法、真空蒸着法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、イオンプレーティング法およびレーザデポジション法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理的蒸着）法、場合によっては熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）法等の薄膜形成法を用いて形成してもよいし、ペースト法を用いて形成してもよい。【００４７】  このような本発明の光半導体用基板３は、光半導体を接合することにより半導体レーザ素子として用いられる。光半導体用基板３と光半導体との接合は、はんだ層７の溶融温度以上、例えば２５０℃以上、４００℃以下で、１０秒以上、５分以下程度の熱処理を行うことが好ましい。本発明の光半導体用基板３は、特に高出力タイプの光半導体を接合するために好適に用いられる。高出力タイプの光半導体を接合した場合、その使用時に光半導体の端面での光密度が過大になるために多量の熱が生じやすく、光半導体に過大な応力がかかりやすい。この応力は光半導体に結晶欠陥を発生させ寿命を短くする。このため本発明の光半導体用基板３はこのような高出力タイプの光半導体を接合することで、従来に比べ寿命を大きく延ばすことが可能となる。
【実施例】
【００４８】  次に、本発明を実施例を参照してさらに詳細に説明する。【００４９】  縦１．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの窒化アルミニウム基板上に、真空蒸着法を用いてＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの膜を順に形成して全体で厚さ０．６μｍの金属層とし、この金属層上にＳｎ単体またはＳｎおよびＡｕからなるはんだ層を形成し、さらにこのはんだ層上に真空蒸着法を用いて保護層としてのＡｕ層を形成して光半導体用基板とした。【００５０】  なお、表１に示すように、光半導体用基板ははんだ層のＡｕ−Ｓｎ組成を変化させると共に、はんだ層上に形成するＡｕ層の厚さを０．００８〜１．２の範囲で変化させて複数種類を製造した。【００５１】  また、窒化アルミニウム基板の熱伝導率の違いによる影響を調べるために、はんだ層の組成がＡｕ１０重量％、Ｓｎ９０重量％のものについて、窒化アルミニウム基板の熱伝導率を７０、１７０、２００、２５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と変えて同様の実験を行った。【００５２】  さらに、はんだ層の厚さの違いによる影響を調べるために、はんだ層の組成がＡｕ１０重量％、Ｓｎ９０重量％、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｕ層の厚さが０．１μｍのものについて、はんだ層の厚さを１μｍ〜６μｍの範囲で変化させて実験を行った。【００５３】  また、保護層としてのＡｇ層の有効性を調べるために、はんだ層の組成がＡｕ１０重量％、Ｓｎ９０重量％、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）、はんだ層の厚さが３μｍのものについて、保護層としてのＡｇ層の厚さを変えて実験を行った。【００５４】  なお表１中、「＊」がついているものは、本発明の範囲内となるものであり、はんだ層におけるＳｎ含有量が５０重量％以上、Ａｕ層またはＡｇ層の厚さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下のものである。【００５５】  次に、この光半導体用基板上に縦１．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのレーザダイオードを配置して４００℃で１分間の熱処理を行うことにより接合し、半導体レーザ素子を作製した。そして、はんだ層の組成およびはんだ層上に形成された保護層としてのＡｕ層またはＡｇ層の厚さ等の効果を調べるため、熱抵抗比およびＩｏｐライフを測定した。表１に、熱抵抗比およびＩｏｐライフの測定結果を示す。【００５６】  なお、熱抵抗比は、パルス時間を１ｓとした際の熱抵抗を測定し、結果ははんだ層の組成がＡｕ２０重量％、Ｓｎ８０重量％、Ａｕ層の厚さが０．１μｍの場合の熱抵抗を基準である１００％とし、これに対する比率（％）で表した。熱抵抗比ははんだ付け性の評価に関わり、熱抵抗比が高いものははんだ層表面に酸化が発生している部分があり、またはんだ層に保護層としてのＡｕ層またはＡｇ層が完全に溶け込んでいない部分があることを表す。【００５７】  また、Ｉｏｐライフの測定は、半導体レーザ素子を８０℃の恒温槽に入れた状態で３０ｍＡの電流を流して発光させ、その後発光しなくなるまでの時間を測定した。Ｉｏｐライフの長いものほど、レーザダイオードに加わる応力が緩和され、またはんだ付けが良好に行われていることを表す。
2005036705.tif 000003
2005036705.tif 000004
2005036705.tif 000005
【００５８】  表１、２から明らかなように、はんだ層におけるＳｎ含有量を５０重量％以上、保護層としてのＡｕ層の厚さを０．０１μｍ以上、１μｍ以下としたものは、いずれもＩｏｐライフが１５００時間を超え、レーザダイオードに加わる応力が緩和され、レーザダイオードにおける結晶欠陥の発生が抑制されていることが確認された。また、はんだ層におけるＳｎ含有量を６０重量％以上、さらには７０重量％以上とすることで、Ｉｏｐライフをより向上できることが確認された。【００５９】  さらに、これらの中でも保護層としてのＡｕ層の厚さが０．０１μｍ以上、０．２μｍ以下であるものはＩｏｐライフが長くなり、また窒化アルミニウム基板として熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いたものはＩｏｐライフがより一層長くなることが確認された。また、保護層としてＡｇ層を用いた場合についても、Ａｕ層と同様の効果が得られることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６０】  本発明は、光半導体を接合して半導体レーザ素子を製造する業務に適用できる。
【図１】
2005036705.tif 000006
【図２】
2005036705.tif 000007
【図３】
2005036705.tif 000008
【国際調査報告】
2005036705.tif 000009
2005036705.tif 000010