(57)【要約】【課題】レーザチップの歪みを低減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を提供すること。【解決手段】  本発明の半導体レーザ装置は、サブマウントと、サブマウントに接合されたレーザチップとを備え、サブマウントは、レーザチップの共振器方向に対して実質的に垂直方向に延び、かつレーザチップとの接合面を分割する溝を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウントと、サブマウントに接合されたレーザチップとを備え、
サブマウントは、レーザチップの共振器方向に対して実質的に垂直方向に延び、かつレーザチップとの接合面を分割する溝を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記溝は、サブマウントを貫通し、サブマウントを第１及び第２部材に分割する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１及び第２部材は、サブマウントよりもヤング率が小さい連結材料で部分的に連結されている請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記溝は、サブマウントを非貫通である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
サブマウントは、ＳｉＣからなる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
サブマウントになる第１及び第２部材を低沸点材料で連結して連結体を形成し、
前記低沸点材料の沸点以上の温度下で、共振器方向が前記連結体の連結部に実質的に垂直になり、かつ前記連結部が接合面を分割するようにレーザチップをサブマウントに接合する工程を備える半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
溝を有するサブマウントに、共振器方向が前記溝に実質的に垂直になり、かつ前記溝が接合面を分割するようにレーザチップをサブマウントに接合する工程を備える半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記溝は、サブマウントになる第１及び第２部材をサブマウントよりもヤング率が小さい連結材料で部分的に連結する工程によって形成される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記溝は、ハーフダイスによって形成される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記溝は、エッチングによって形成される請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
レーザチップは、前記溝近傍領域を除く所定領域に配置されたろう材を介してサブマウントに接合される請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザチップ（以下、「レーザチップ」と呼ぶ。）の歪みを低減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。この発明は、特に共振器長が長いレーザチップを有する半導体レーザ装置及びその製造方法に好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体レーザ装置は、特許文献１に示すように、固定部材と、固定部材に接合されたサブマウントと、サブマウントに接合されたレーザチップとを備える。レーザチップとサブマウントとは、両者の間に設けられた銀材を溶融させて接合される。このとき、レーザチップとサブマウントも加熱されるが、両者の線膨張係数が異なる場合、冷却の際にレーザチップに歪みが生じ、レーザチップの特性が悪化することがある。特許文献１には、レーザチップとサブマウントとの間の線膨張係数の差を小さくするために、サブマウントを線膨張係数が異なる２つの材料を用いて構成する技術が開示されている。
【特許文献１】実開平２−１０２７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の技術によるサブマウントは、製造するのが難しいので、別の方法でレーザチップの歪みを低減する方法が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザチップの歪みを低減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を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００５】
本発明の半導体レーザ装置は、サブマウントと、サブマウントに接合されたレーザチップとを備え、サブマウントは、レーザチップの共振器方向に対して実質的に垂直方向に延び、かつレーザチップとの接合面を分割する溝を備えることを特徴とする。
本発明によれば、サブマウントが上記溝を備え、この溝の幅が変化することによって、レーザチップの歪みが低減される。
【０００６】
前記溝は、サブマウントを貫通し、サブマウントを第１及び第２部材に分割することが好ましい。この場合、溝の幅が比較的容易に変化可能だからである。また、第１及び第２部材は、サブマウントよりもヤング率が小さい連結材料で部分的に連結されていることが好ましい。この場合、第１及び第２部材が互いに連結されているので、その取り扱いが容易である。また、第１及び第２部材が比較的柔軟な材料で連結さているので溝幅が変化しやすく、レーザチップの歪み低減の効果が大きい。
前記溝は、サブマウントを非貫通であってもよい。このサブマウントは、第１及び第２部材に分離されていないので取り扱いが容易である。また、このサブマウントは、従来のサブマウントに溝を形成することで製造可能なので、製造が容易である。
サブマウントは、ＳｉＣからなることが好ましい。ＳｉＣは熱伝導度が比較的大きいので、上記溝の採用により、放熱性が高くレーザチップの歪みが小さい優れた性能の半導体レーザ装置が得られる。
【０００７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、サブマウントになる第１及び第２部材を低沸点材料で連結して連結体を形成し、前記低沸点材料の沸点以上の温度下で、共振器方向が前記連結体の連結部に実質的に垂直になり、かつ前記連結部が接合面を分割するようにレーザチップをサブマウントに接合する工程を備える。この方法によれば、低沸点材料の厚さを調節することによって第１及び第２部材間の距離、すなわち第１及び第２部材間に形成される溝の幅を容易に調節することができる。
【０００８】
本発明の別の観点の半導体レーザ装置の製造方法は、溝を有するサブマウントに、共振器方向が前記溝に実質的に垂直になり、かつ前記溝が接合面を分割するようにレーザチップをサブマウントに接合する工程を備える。このレーザチップの歪みが低減された半導体レーザ装置が得られる。
前記溝は、サブマウントになる第１及び第２部材をサブマウントよりもヤング率が小さい連結材料で部分的に連結する工程によって形成されることが好ましい。この場合、第１及び第２部材が互いに連結されているので、その取り扱いが容易である。
前記溝は、ハーフダイスによって形成されることが好ましい。この場合、サブマウントウエハをダイシングによって個々のサブマウントに分離する際に溝を形成することができるので、簡易に溝を形成することができる。
前記溝は、エッチングによって形成されてもよい。この場合も、簡易に溝を形成することができる。
レーザチップは、前記溝近傍領域を除く所定領域に配置されたろう材を介してサブマウントに接合されることが好ましい。この場合、ろう材が溝に流れ込んで溝が埋められることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図面は、説明の便宜のために用いられるものであり、本発明の範囲は、図面に示す実施形態に限定されない。
【００１０】
１．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、サブマウント３と、サブマウント３に接合されたレーザチップ５とを備え、サブマウント３は、レーザチップ５との接合面を分割する溝７を備える。溝７は、レーザチップ５の共振器方向（矢印Ａで示す。）に対して実質的に垂直方向（紙面に垂直な方向）に延びる。溝７は、レーザチップ５に面しており、サブマウント３を貫通し、サブマウント３を第１及び第２部材３ａ，３ｂに分割している。サブマウント３とレーザチップ５と間の接合面は、第１部材３ａとレーザチップ５の間の接合面と，第２部材３ｂとレーザチップ５の間の接合面とに分割されている。
溝７の位置は、好ましくは、接合面の共振器方向の中央近傍である。溝７の幅は、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。
サブマウント３は、第１ろう材９を介してステム１１に接合されている。レーザチップ５は、第２ろう材１０を介してサブマウント３に接合されている。第１ろう材９、第２ろう材１０の材料は特に限定されないが、例えば、第１ろう材９には、銀ペースト、Ｉｎなどを用いることができ、第２ろう材１０には、ＡｕＳｎはんだ、ＳｎＡｇＣｕなどを用いることができる。レーザチップ５をサブマウント３に接合した後、サブマウント３をステム１１に接合する場合、第２ろう材１０には、第１ろう材９よりも融点が高いものを用いることが好ましい。なお、レーザチップ５の、サブマウント３に対向する面には、通常、ＡｕＺｎ膜等の金属膜が形成されており、サブマウント３の両主面には、通常、Ｔｉ／Ａｕ多層膜等の金属膜が形成されている。また、ステム１１は、通常、Ｃｕ又はＦｅなどの金属からなる。従って、第１ろう材９及び第２ろう材１０によって、通常、金属同士が接合される。
【００１１】
サブマウント３は、熱導電率が高く、線膨張係数がレーザチップ５のものと近い材料で形成することが好ましく、例えば、ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ等で形成することが好ましい。これらの材料の線膨張係数及び熱伝導率を表１に示す。
【表１】
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【００１２】
表１によれば、熱伝導率の観点からはＳｉＣが好ましいことが分かる。
【００１３】
レーザチップ５は、ＡｌＧａＡｓタイプのレーザの場合、通常、ＧａＡｓ基板上に種々の半導体層を形成して、形成される。ＧａＡｓの線膨張係数は、６．８×１０-6Ｋ-1である。この値と表１の値を比較すると、レーザチップ５がＧａＡｓ基板を用いて形成される場合、サブマウント３の材料としてはＡｌＮが好ましいことが分かる。
【００１４】
サブマウント３の材料としてＡｌＮを用いた場合でも、レーザチップ５の線膨張係数の方が大きい。従って、レーザチップ５は、第２ろう材１０の溶融及びその後の冷却による固化によってサブマウント３に接合されるが、冷却の際にレーザチップ５はサブマウント３よりも大きく縮む。しかし、第２ろう材１０が固化された後はレーザチップ５とサブマウント３の位置関係が固定されるので、レーザチップ５は本来の大きさに縮むことができず、レーザチップ５は、サブマウント３に引っ張られた状態になり、レーザチップ５に歪みが発生する。この歪みは、レーザチップ５の共振器長が長くなるほど（例えば１．５ｍｍ以上）大きくなり、また、熱伝導率を重視して線膨張係数がＡｌＮより小さいＳｉＣを用いてサブマウント３を形成した場合にも大きくなる。
【００１５】
本実施形態の半導体レーザ装置では、サブマウント３は、レーザチップ５との接合面を分割する溝７を備えており、この溝の幅が狭くなることによって、溝近傍部分においてはレーザチップ５が引っ張られた状態が解消される。従って、その分だけ、レーザチップ５の歪みが低減される。従って、本実施形態の半導体レーザ装置では、共振器長１．５ｍｍ以上のレーザチップを用い、ＳｉＣサブマウントを用いた場合でも、レーザチップの歪みを比較的小さくすることができる。
【００１６】
また、本実施形態では、溝７は、サブマウント３を第１及び第２部材３ａ，３ｂに分割するように形成されているので、その幅が比較的変化しやすく、レーザチップ５の歪み低減の効果が大きい。
【００１７】
なお、レーザチップ５は、ＧａＡｓ基板を用いたもの以外であってもよい。また、レーザチップ５の線膨張係数がサブマウントのものよりも小さい場合、レーザチップ５は、サブマウント３によって圧縮された状態になり、上記の場合と逆になるが、この場合、溝７の幅が広がることによって、上記と同様に、レーザチップ５の歪みが低減される。
【００１８】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、サブマウント３となる第１及び第２部材３ａ，３ｂを低沸点材料１３で連結して連結体を形成する。具体的には、例えば、第１部材３ａに低沸点材料１３を好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上の厚さで塗布し、低沸点材料１３を介して第２部材３ｂを第１部材材３ａに連結させる。低沸点材料１３には、沸点がレーザチップ５の接合温度よりも低く第１及び第２部材３ａ，３ｂを互いに連結可能な材料を用いることができる。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、前記低沸点材料１３の沸点以上の温度下でレーザチップ５を前記連結体に接合する。レーザチップ５は、好ましくは、その共振器方向が前記連結部に実質的に垂直になるように接合される。レーザチップ５は、第２ろう材１０を用いて接合される。低沸点材料１３の沸点以上の温度でレーザチップ５の接合が行われるので、接合時に低沸点材料１３が気化し、溝７を有するサブマウント３が形成される。第２ろう材１０は、予め連結体又はレーザチップ５上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。
【００２０】
次に、サブマウント３を第１ろう材９でステム１１に接合し、図１に示す構造を得て、本実施形態の半導体レーザ装置の製造を完了する。第１ろう材９は、予めサブマウント３又はステム１１上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。
【００２１】
本実施形態の半導体レーザ装置は、別の方法によっても製造可能である。例えば、上記連結体をステム１１に接合した後、レーザチップ５をサブマウント３に接合してもよい。このとき、前記低沸点材料１３の沸点以上の温度下でステム１１への接合を行うことにより、低沸点材料１３を気化させて、溝７を有するサブマウント３を形成してもよい。
【００２２】
また、連結体を形成せずに、第１及び第２部材３ａ，３ｂを所定の間隔を空けて、ステム１１に接合することによって、溝７を有するサブマウント３を形成した後、レーザチップ５をサブマウント３に接合してもよい。また、第１及び第２部材３ａ，３ｂを所定の間隔を空けた状態でレーザチップ５を第１及び第２部材３ａ，３ｂに接合することによって溝７を有するサブマウント３を形成した後、サブマウント３をステム１１に接合してもよい。各部材の接合に用いるろう材は、上述したもの以外からも適宜選択可能である。特にサブマウント３を先にステム１１に接合する場合には、第１ろう材９には、第２ろう材１０よりも融点が高いものを用いることが好ましい。
【００２３】
２．第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、サブマウント３となる第１及び第２部材３ａ，３ｂがサブマウント３よりもヤング率が小さい連結材料１５で部分的に連結されている点において、第１実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。連結材料１５で連結されていない部分が溝７になる。従って、第１及び第２部材３ａ，３ｂは、溝７が形成されるように連結される。溝７の位置は、好ましくは、接合面の共振器方向の中央近傍である。溝７の幅は、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。溝７の深さは、好ましくは、サブマウント３の厚さの１／５〜１／２程度である。
連結材料１５としては、第１及び第２部材３ａ，３ｂを互いに連結可能で、サブマウント３よりもヤング率が小さい材料を用いることができる。
【００２４】
本実施形態によれば、第１及び第２部材３ａ，３ｂが互いに連結されているので、その取り扱いが容易である。また、第１及び第２部材３ａ，３ｂが比較的柔軟な材料で連結されているので、溝７の幅が変化しやすく、レーザチップ５の歪み低減の効果が比較的大きい。
【００２５】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、サブマウント３となる第１及び第２部材３ａ，３ｂをヤング率が小さい連結材料１５で部分的に連結し、溝７を有するサブマウント３を作製する。具体的には、例えば、第１部材３ａに連結材料１５を好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上の厚さで塗布し、連結材料１５を介して第２部材３ｂを第１部材３ａに連結させる。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示すように、溝７が接合面を分割するようにレーザチップ５をサブマウント３に接合する。レーザチップ５は、その共振器方向が前記溝７に実質的に垂直になるように接合される。レーザチップ５は、第２ろう材１０を用いて接合される。第２ろう材１０は、予めサブマウント３又はレーザチップ５上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。
【００２７】
次に、サブマウント３を第１ろう材９でステム１１に接合し、図３に示す構造を得て、本実施形態の半導体レーザ装置の製造を完了する。第１ろう材９は、予めサブマウント３又はステム１１上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。
【００２８】
本実施形態の半導体レーザ装置は、別の方法によっても製造可能である。例えば、溝７を有するサブマウント３をステム１１に接合した後、レーザチップ５をサブマウント３に接合してもよい。
第１実施形態についての説明は、その趣旨に反しない限り、本実施形態についても当てはまる。
【００２９】
３．第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、サブマウント３が単一部材からなる点が第２実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。溝７の位置は、好ましくは、接合面の共振器方向の中央近傍である。溝７の幅は、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。溝７の深さは、好ましくは、サブマウント３の厚さの１／３〜２／３程度である。
【００３０】
本実施形態では、サブマウント３が単一部材からなるので取り扱いが容易であり、また、サブマウント３は、従来のサブマウントに溝を形成することで製造可能なので、製造が容易である。
【００３１】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、サブマウント３にハーフダイスによって溝７を形成する。「ハーフダイス」とは、ダイシングブレードを用いてサブマウントを第１及び第２部材に分離しないように溝を形成することを意味する。また、ハーフダイスの代わりにエッチングによって溝７を形成してもよい。エッチングは、ドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。エッチングは、フォトリソグラフィによってレジストマスクを形成し、このマスクを用いて行うことができる。
【００３２】
次に、図６（ｂ）に示すように、溝７が接合面を分割するようにレーザチップ５をサブマウント３に接合する。レーザチップ５は、その共振器方向が前記溝７に実質的に垂直になるように接合される。レーザチップ５は、第２ろう材１０を用いて接合される。第２ろう材１０は、予めサブマウント３又はレーザチップ５上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。第２ろう材１０は、溶融したときに第２ろう材１０が溝７に流れ込んで溝７を埋めることを避けるために、図６（ｂ）に示すように、溝７近傍領域を除く所定領域に配置することが好ましい。
【００３３】
次に、サブマウント３を第１ろう材９でステム１１に接合し、図５に示す構造を得て、本実施形態の半導体レーザ装置の製造を完了する。第１ろう材９は、予めサブマウント３又はステム１１上に、塗布又は蒸着等によって配置しておく。
【００３４】
本実施形態の半導体レーザ装置は、別の方法によっても製造可能である。例えば、溝７を有するサブマウント３をステム１１に接合した後、レーザチップ５をサブマウント３に接合してもよい。
第２実施形態についての説明は、その趣旨に反しない限り、本実施形態についても当てはまる。
【００３５】
４．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態の半導体レーザ装置を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、複数の溝７を備えている点が第３実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。溝７の数は、好ましくは、２〜５である。溝７は、好ましくは、共振器方向に均等に配置される。各溝７の幅は、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。各溝７の深さは、好ましくは、サブマウント３の厚さの１／３〜２／３程度である。溝の幅又は深さは、同じであっても、互いに異なっていてもよい。
本実施形態では、サブマウント３に複数の溝７が形成されているので、レーザチップの歪み低減の効果が大きい。
本実施形態の半導体レーザ装置は、複数の溝７を形成する点を除いては、第３実施形態と同様の方法で製造することができる。
第３実施形態についての説明は、その趣旨に反しない限り、本実施形態についても当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
３：サブマウント  ３ａ，３ｂ：サブマウントの第１及び第２部材  ５：レーザチップ  ７：溝  ９：第１ろう材  １０：第２ろう材  １１：ステム  １３：低沸点材料  １５：連結材料
【図１】
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【図２】
2007019087.tif 000005
【図３】
2007019087.tif 000006
【図４】
2007019087.tif 000007
【図５】
2007019087.tif 000008
【図６】
2007019087.tif 000009
【図７】
2007019087.tif 000010