(57)【要約】【課題】Ｓｎ−Ａｇ半田材を用いると共に良好な駆動電圧を有する光モジュールを作製する方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ１１が窒化ガリウム系半導体の半極性面上に作製されるとき、その電極特性は電極形成後の熱ストレスに敏感である。半導体レーザ１１をサブマウント３に固定する。この固定のために半田材を溶融させると共に固化させる。ヒータを用いて半田材を溶融させる。Ｓｎ−Ａｇ半田材７は摂氏２３１度（Ｔ１）以上摂氏２６１度（Ｔ２）以下の温度範囲ＴＷの温度に置かれる。この温度範囲の温度を実装に用いる。Ｓｎ−Ａｇ半田材７の溶融が摂氏２３１度（温度Ｔ１）以上の温度範囲内の温度で行われるとき、シェア強度を確保できる。Ｓｎ−Ａｇ半田材７の溶融が摂氏２６１度（温度Ｔ２）以下の温度範囲内の温度で行われるとき、半導体レーザ１１の電圧変動の増大を避けることができる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光モジュールを作製する方法であって、
窒化物半導体レーザ及びサブマウントを準備する工程と、
前記サブマウント上に前記窒化物半導体レーザを搭載する工程と、
前記窒化物半導体レーザを搭載した後に、前記窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間でＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させる工程と、
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させる工程と、
を備え、
前記窒化物半導体レーザは、基板及びIII族窒化物エピタキシャル積層を含み、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、
前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、
前記電極は前記III族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成すと共に前記III族窒化物エピタキシャル積層内の該窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、
Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材は摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下の温度範囲の温度に置かれる、光モジュールを作製する方法。
【請求項２】
前記窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの上に実装される、請求項１に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項３】
前記活性層は、前記窒化物半導体レーザの発振波長が４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にあるように設けられる、請求項１又は請求項２に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項４】
前記活性層は、前記窒化物半導体レーザの発振波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にあるように設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項５】
前記基板はIII族窒化物半導体からなる主面を含み、
前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸が前記基板の前記主面の法線に対して傾斜する半極性面である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項６】
前記基板は窒化ガリウムからなる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項７】
前記第１III族窒化物半導体領域は光ガイド層を有し、
前記光ガイド層は前記活性層と接触をなしており、
前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸と前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸とによって規定されるｃ−ｍ面に直交しており、
前記ｃ−ｍ面おいて、前記ｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルから前記ｍ軸の方向を示すｍ軸ベクトルに向かう方向に、前記ｃ軸に直交するｃ面から前記角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項８】
前記角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満の範囲にある、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項９】
前記電極は金を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１０】
前記窒化物半導体レーザにおいて、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記III族窒化物エピタキシャル積層の前記窒化ガリウム系半導体は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層によって提供され、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、
前記電極は前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１１】
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材のＡｇ組成（ａｔ．％）はゼロより大きく０．１以下である、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１２】
前記サブマウントの金属層上に前記窒化物半導体レーザを搭載する前に、ステムの上に前記サブマウントを搭載する工程を更に備え、
前記サブマウントを搭載する工程では、前記サブマウントと前記ステムとの間に半田材が設けられ、
Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程では、前記半田材は、摂氏２３１度より高い温度に置かれる、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１３】
前記半田材はＳｎ−Ａｇ半田を含む、請求項１２に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１４】
Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程では、前記窒化物半導体レーザをコレットで押圧して、前記窒化物半導体レーザを前記サブマウントに押しつける、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１５】
光モジュールを作製する方法であって、
複数の窒化物半導体レーザを準備する工程と、
前記窒化物半導体レーザの各々における駆動電圧を測定して、前記複数の窒化物半導体レーザに対応する一群の第１値を得る工程と、
前記駆動電圧を測定した後に、複数の実装温度で前記窒化物半導体レーザの電極とサブマウントとの間のＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させると共に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させて、前記複数の窒化物半導体レーザをそれぞれ含む複数の窒化物半導体レーザ生産物を作製する工程と、
前記窒化物半導体レーザ生産物の各々における駆動電圧を測定して、前記複数の窒化物半導体レーザ生産物に対応する一群の第２値を得る工程と、
前記複数の実装温度と、該複数の実装温度に対応する前記第１値と前記第２値との差分値との温度依存性関係を求める工程と、
前記温度依存性関係から、当該窒化物半導体レーザの実装に用いる実装温度範囲を決定する工程と、
追加の窒化物半導体レーザ及び追加のサブマウントを準備する工程と、
前記追加のサブマウント上に前記追加の窒化物半導体レーザを搭載する工程と、
前記追加の窒化物半導体レーザを搭載した後に、前記追加の窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間でＳｎ−Ａｇ半田材を前記実装温度範囲内の温度において溶融させる工程と、
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させる工程と、
を備え、
前記窒化物半導体レーザ及び前記追加の窒化物半導体レーザの各々は、基板及びIII族窒化物エピタキシャル積層を含み、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、
前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、
前記電極はIII族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成す、光モジュールを作製する方法。
【請求項１６】
Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の実装温度範囲は摂氏２６１度以下である、請求項１５に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１７】
Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の実装温度範囲は摂氏２３１度以上である、請求項１５又は請求項１６に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１８】
前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、
前記電極は、前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含み、
前記パッド電極は金を含み、
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を有し、
前記窒化物半導体レーザの前記電極に係る接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下である、請求項１６又は請求項１７に記載された光モジュールを作製する方法。
【請求項１９】
光モジュールであって、
基板、前記基板上に設けられたIII族窒化物エピタキシャル積層、及び前記III族窒化物エピタキシャル積層に接合を成す電極を有する窒化物半導体レーザと、
前記窒化物半導体レーザを搭載するサブマウントと、
前記窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間に設けられ、前記窒化物半導体レーザを前記サブマウントに実装するＳｎ−Ａｇ半田材と、
を備え、
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、前記電極の構成元素と錫とを含む合金領域を有し、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、
前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、
前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、
前記電極はIII族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成す、光モジュール。
【請求項２０】
前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、
前記電極は、前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含み、
前記パッド電極は金を含み、
前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を有し、
前記窒化物半導体レーザの前記電極に係る接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下である、請求項１９に記載された光モジュール。
【請求項２１】
前記III族窒化物エピタキシャル積層は半導体リッジを含み、
前記電極は、前記半導体リッジの表面に接合を成す、請求項１９又は請求項２０に記載された光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールを作製する方法、及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半田合金としてＳｎ−Ａｇ半田を用いて摂氏２８０度〜３４０度の温度で半導体レーザの接着を行って半導体レーザ装置を作製する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−４１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体レーザは、窒化物半導体レーザ内の活性層の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。窒化物半導体レーザは半田材を用いてサブマウントやヒートシンクといった搭載部材上に実装される。実装された窒化物半導体レーザの測定では、III族窒化物半導体レーザの駆動電圧が実装前に比べて１ボルト以上の電圧値で上昇している。
【０００５】
まず、発明者らは、このような特性変動を引き起こす原因を見出すための様々な実験を行ってきたなかで、いくつの知見を得ている。このような知見に基づき、発明者らは、この窒化物半導体レーザの電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感であると考えており、また、半極性とは異なるｃ面（極性面）が用いられる青色発光の窒化ガリウム系半導体レーザでは、このような現象は観察されないことを確認している。
【０００６】
このような現象を示す半極性面を用いる窒化物半導体レーザのための製造プロセスについて発明者らは検討してきた。その結果、光モジュールの製造における実装工程の熱工程が電極特性に大きく影響している。より詳細の検討では、実装の際に、半田接着の温度が摂氏２４０度以上であるとき、駆動電圧の上昇が観察される。このような現象は、エピダウン方式で半田接着を行う際には、特に接着温度に駆動電圧が敏感である。
【０００７】
発明者らは、実装工程に用いる半田材と実装温度とについて様々な検討を行った。窒化物半導体レーザを含む光モジュールを作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田材が良いとことを見出した。Ｓｎ−Ａｇ半田材の使用により、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、Ｓｎ−Ａｇ半田材を用いると共に良好な駆動電圧を有する光モジュールを作製する方法を提供することを目的とし、またＳｎ−Ａｇ半田材を用いて、良好な駆動電圧を有する光モジュール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】
【０００９】
本発明は、光モジュールを作製する方法に係る。この製造方法は、（ａ）窒化物半導体レーザ及びサブマウントを準備する工程と、（ｂ）前記サブマウント上に前記窒化物半導体レーザを搭載する工程と、（ｃ）前記窒化物半導体レーザを搭載した後に、前記窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間でＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させる工程と、（ｄ）前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させる工程とを備える。前記窒化物半導体レーザは、基板及びIII族窒化物エピタキシャル積層を含み、前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記電極は前記III族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成すと共に前記III族窒化物エピタキシャル積層内の該窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材は摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下の温度範囲の温度に置かれる。
【００１０】
この光モジュールを作製する方法（以下「作製方法」と記す）によれば、窒化物半導体レーザは、III族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この窒化物半導体レーザの電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、このような特性の窒化物半導体レーザのための製造プロセスを検討した結果、光モジュールの製造における実装工程の熱工程が電極特性に大きく影響している。発明者らは、実装工程に用いる半田材と実装温度とについて様々な検討を行った。窒化物半導体レーザを含む光モジュールを作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田材が良いことを見出した。また、このＳｎ−Ａｇ半田材を用いる実装プロセスでは、Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融は、摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下の温度範囲の温度を用いることがよい。この実装温度範囲及びＳｎ−Ａｇ半田材の使用により、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。
【００１１】
本発明は、光モジュールを作製する方法に係る。この製造方法は、（ａ）複数の窒化物半導体レーザを準備する工程と、（ｂ）前記窒化物半導体レーザの各々における駆動電圧を測定して、前記複数の窒化物半導体レーザに対応する一群の第１値を得る工程と、（ｃ）前記駆動電圧を測定した後に、複数の実装温度で前記窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間においてＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させると共に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させて、前記複数の窒化物半導体レーザをそれぞれ含む複数の窒化物半導体レーザ生産物を作製する工程と、（ｄ）前記窒化物半導体レーザ生産物の各々における駆動電圧を測定して、前記複数の窒化物半導体レーザ生産物に対応する一群の第２値を得る工程と、（ｅ）前記複数の実装温度と、該複数の実装温度に対応する前記第１値と前記第２値との差分値との温度依存性関係を求める工程と、（ｆ）前記温度依存性関係から、当該窒化物半導体レーザの実装に用いる実装温度範囲を決定する工程と、（ｇ）追加の窒化物半導体レーザ及び追加のサブマウントを準備する工程と、（ｈ）前記追加のサブマウント上に前記追加の窒化物半導体レーザを搭載する工程と、（ｉ）前記追加の窒化物半導体レーザを搭載した後に、前記追加の窒化物半導体レーザの電極と前記追加のサブマウントとの間でＳｎ−Ａｇ半田材を前記実装温度範囲内の温度において溶融させる工程と、（ｊ）前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させる工程とを備える。前記窒化物半導体レーザ及び前記追加の窒化物半導体レーザの各々は、基板及びIII族窒化物エピタキシャル積層を含み、前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、前記電極はIII族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成す。
【００１２】
この製造方法によれば、窒化物半導体レーザは窒化物半導体レーザ内の活性層の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この窒化物半導体レーザの電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、窒化物半導体レーザの上記のような特性に着目すると共にこのための製造プロセスを検討した。この検討の結果、窒化物半導体レーザを含む光モジュールを作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田材が良いとことを見出した。
【００１３】
また、光モジュールの製造における実装工程において、電極特性に大きく影響する熱工程における実装温度範囲のための好適な調査方法が必要となった。発明者らは、実装工程に用いる半田材と実装温度とについて様々な検討を行う際に、実装の前後における駆動電圧の変動に着目した。このＳｎ−Ａｇ半田材の使用により、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることを可能にする実装温度範囲を駆動電圧の変動に着目して決定した。この結果として見出された製造方法は、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることを可能にする。
【００１４】
本発明に係る作製方法では、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の実装温度範囲は摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下であることが好ましい。
【００１５】
この製造方法における一例の温度範囲は、Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融が摂氏２３１度以上の温度範囲内の温度で行われるとき、シェア強度を確保できる。また、Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融が摂氏２６１度以下の温度範囲内の温度で行われるとき、電圧変動の増大を避けることができる。
【００１６】
本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、前記電極は、前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含み、前記パッド電極は金を含み、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を有し、前記窒化物半導体レーザの前記電極に係る接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下であることが好ましい。
【００１７】
この製造方法によれば、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、電極の構成元素（金）と錫とを含む合金領域をＳｎ−Ａｇ半田材と電極との界面領域に設けることができる。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田材の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。このときの接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下である。
【００１８】
本発明に係る作製方法では、前記窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの上に実装されることが好ましい。
【００１９】
この製造方法によれば、エピダウン形態による実装時に、Ｓｎ−Ａｇ半田材の近くに電極が位置することになり、電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。
【００２０】
本発明に係る作製方法では、前記活性層は、前記窒化物半導体レーザの発振波長が４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にあるように設けられることができる。
【００２１】
この製造方法によれば、窒化物半導体レーザによって提供される緑色及びその周辺色の発光用の光モジュールを作製できる。
【００２２】
本発明に係る作製方法では、前記活性層は、前記窒化物半導体レーザの発振波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲にあるように設けられることができる。
【００２３】
この製造方法によれば、窒化物半導体レーザによって提供される緑色の発光用の光モジュールを作製できる。
【００２４】
本発明に係る作製方法では、前記基板はIII族窒化物半導体からなる主面を含み、前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸が前記基板の前記主面の法線に対して傾斜する半極性面であることが好ましい。
【００２５】
この製造方法によれば、発明者らの知見によれば、半極性面上に作製される窒化物半導体レーザの電極特性は、極性面（ｃ面）上に作製される窒化物半導体レーザの電極特性に比べて、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に特に敏感である。
【００２６】
本発明に係る作製方法では、前記基板は窒化ガリウムからなることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る作製方法では、前記第１III族窒化物半導体領域は光ガイド層を有し、前記光ガイド層は前記活性層と接触をなしており、前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸と前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸とによって規定されるｃ−ｍ面に直交しており、前記ｃ−ｍ面おいて、前記ｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルから前記ｍ軸の方向を示すｍ軸ベクトルに向かう方向に、前記ｃ軸に直交するｃ面から前記角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことが好ましい。
【００２８】
この製造方法によれば、半極性に係る傾斜は、ｃ軸ベクトルからｍ軸ベクトルに向かう方向に成される。
【００２９】
本発明に係る作製方法では、前記角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満の範囲にあることが好ましい。
【００３０】
この製造方法によれば、この角度範囲は、電極が接合を成す窒化ガリウム系半導体のガリウム原子の拡散を顕著に引き起こす。
【００３１】
本発明に係る作製方法では、前記電極は金を含むことが好ましい。
【００３２】
この製造方法によれば、Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融は、Ｓｎ−Ａｕ半田材の融点よりも低く、またＳｎ−Ａｇ半田材と電極内の金との合金をＳｎ−Ａｕ半田材の融点よりも低く温度で形成できる。
【００３３】
本発明に係る作製方法では、前記窒化物半導体レーザにおいて、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、前記III族窒化物エピタキシャル積層の前記窒化ガリウム系半導体は前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層によって提供され、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、前記電極は前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含むことが好ましい。
【００３４】
この製造方法によれば、電極内のパラジウムは、窒化ガリウム系半導体層の半極性面に好適な電気的な接合を形成することを可能にする。
【００３５】
本発明に係る作製方法では、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材のＡｇ組成（ａｔ．％）はゼロより大きく０．１以下であることができる。
【００３６】
この製造方法によれば、上記のＡｇ組成のＳｎ−Ａｇ半田材を適用可能である。
【００３７】
本発明に係る作製方法は、前記サブマウントの金属層上に前記窒化物半導体レーザを搭載する前に、ステムの上に前記サブマウントを搭載する工程を更に備えることができる。前記サブマウントを搭載する工程では、前記サブマウントと前記ステムとの間に半田材が設けられており、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程では、前記半田材は、摂氏２３１度より高い温度に置かれることが好ましい。
【００３８】
この製造方法によれば、サブマウント上の窒化物半導体レーザの実装の際には、ステムの加熱により行われる。例えばエピダウン形態による実装時に、Ｓｎ−Ａｇ半田材及び電極はサブマウントを介して加熱される。
【００３９】
本発明に係る作製方法では、前記半田材はＳｎ−Ａｇ半田を含むことが好ましい。
【００４０】
この製造方法によれば、サブマウントとステムとの間に半田材がＳｎ−Ａｇ半田を含むとき、サブマウント上の窒化物半導体レーザの実装のためのステム加熱により、サブマウントとステムとの間のＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させることができる。
【００４１】
本発明に係る作製方法では、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程では、前記窒化物半導体レーザをコレットで押圧して、前記窒化物半導体レーザを前記サブマウントに押しつけることが好ましい。
【００４２】
この製造方法によれば、コレットによる押しつけにより、電極とＳｎ−Ａｇ半田材との界面に良好合金領域を形成することができる。
【００４３】
本発明に係る光モジュールは、（ａ）基板、前記基板上に設けられたIII族窒化物エピタキシャル積層、及び前記III族窒化物エピタキシャル積層に接合を成す電極を有する窒化物半導体レーザと、（ｂ）前記窒化物半導体レーザを搭載するサブマウントと、（ｃ）前記窒化物半導体レーザの電極と前記サブマウントとの間に設けられ、前記窒化物半導体レーザを前記サブマウントに接着するＳｎ−Ａｇ半田材とを備える。前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、前記電極の構成元素と錫とを含む合金領域を有し、前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記電極は前記III族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成すと共に前記III族窒化物エピタキシャル積層内の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。
【００４４】
この光モジュールによれば、窒化物半導体レーザは、前記III族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この窒化物半導体レーザの電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、このような特性の窒化物半導体レーザのための製造プロセスを検討した結果、光モジュールの製造における実装工程の熱工程が電極特性に大きく影響している。発明者らは、実装工程に用いる半田材について様々な検討を行った。窒化物半導体レーザを含む光モジュールを作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田材が良いことを見出した。また、このＳｎ−Ａｇ半田材は、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い融点を有する。Ｓｎ−Ａｇ半田材の使用により、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、Ｓｎ−Ａｇ半田材と電極との界面領域に、電極の構成元素と錫とを含む合金領域を設けることを可能にする。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田材の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。
【００４５】
本発明に係る光モジュールでは、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層は、パラジウム層に接合を成し、前記電極は、前記パラジウム層と前記パラジウム層上に設けられるパッド電極とを含み、前記パッド電極は金を含み、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材と前記電極との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を有し、前記窒化物半導体レーザの前記電極に係る接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下であることが好ましい。
【００４６】
光モジュールによれば、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、電極の構成元素（金）と錫とを含む合金領域をＳｎ−Ａｇ半田材と電極との界面領域に設けることができる。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田材の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。このときの接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下である。
【００４７】
本発明は、窒化物半導体レーザ装置を作製する方法に係る。この製造方法は、（ａ）窒化物半導体レーザ及び放熱体を準備する工程と、（ｂ）前記放熱体上に前記窒化物半導体レーザを搭載する工程と、（ｃ）前記窒化物半導体レーザを搭載した後に、前記窒化物半導体レーザの電極と前記放熱体との間に、溶融したＳｎ−Ａｇ半田材を設ける工程と、（ｄ）前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の融点より低い温度に前記Ｓｎ−Ａｇ半田材の温度を低下させる工程とを備える。前記窒化物半導体レーザは、基板及びIII族窒化物エピタキシャル積層を含み、前記III族窒化物エピタキシャル積層は前記基板の主面上に設けられ、前記III族窒化物エピタキシャル積層は、第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層及び第２III族窒化物半導体領域を含み、前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜し、前記電極はIII族窒化物エピタキシャル積層内の窒化ガリウム系半導体に接合を成し、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる前記工程において、前記Ｓｎ−Ａｇ半田材は摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下の温度範囲の温度に置かれる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｎ−Ａｇ半田材を用いると共に良好な駆動電圧を有する光モジュールを作製する方法を提供できる。また、本発明によれば、Ｓｎ−Ａｇ半田材を用いて、良好な駆動電圧を有する光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法、半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザの構造の一例を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法、半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程のフローを示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法、半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程のフローを示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例のためのレーザダイオード構造を示す図面である。
【図１１】図１１は、実装に用いられる半田接着の温度と、駆動電圧の電圧上昇との関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、実装に用いられる半田接着の温度と、光モジュールのシェア強度との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
引き続いて、添付図面を参照しながら、光モジュールを作製する方法、光モジュール、及び窒化物半導体レーザ装置を作製する方法に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５１】
図１は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法、半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。図２は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザの構造の一例を概略的に示す図面である。図３〜図６は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。工程Ｓ１０１では、光モジュール及び半導体レーザ装置を作製するための組み立て装置、光モジュール及び半導体レーザ装置を作製するための部品を準備する。部品は、図３に示されるように、例えばステム１０ａ、サブマウント３、ヒートシンクや窒化物半導体レーザ１１等を含み、組み立て装置６０は、例えばヒータ６０ａ、設置台６０ｃ、コレット５１及び冷却装置を備える。組み立て装置６０の設置台６０ｃ上には、ステム１０ａ、サブマウント３、ヒートシンク等を載置する。ヒータ６０ａは、設置台６０ｃの温度を制御する。コレットは、真空吸着により部品を把持すると共に移動する。具体的には、工程Ｓ１０２では、窒化物半導体レーザ１１（以下「半導体レーザ１１」と記す）を準備する。工程Ｓ１０３では、組み立て装置を準備する。工程Ｓ１０４では、光モジュールのためのステム１０ａを準備する。工程Ｓ１０５では、半導体レーザ１１（以下「半導体レーザ１１」と記す）を搭載するサブマウント３及び／又はヒートシンクといった搭載部材を準備する。
【００５２】
ここでは、図２を参照しながら、半導体レーザ１１の概要を説明する。本実施例では、半導体レーザ１１は、リッジ構造を有する表面と、基板の裏面に設けられ電極を有する裏面とを有する。
【００５３】
半導体レーザ１１は、基板１７及びIII族窒化物半導体からなるエピタキシャル積層（以下、「半導体積層」と記す）１９を含み、この半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上に設けられる。半導体積層１９は、第１III族窒化物半導体領域（例えば第１のクラッド層２１）、窒化ガリウム系半導体からなる活性層２５及び第２III族窒化物半導体領域（例えば第２のクラッド層２３、３３）を含む。第１III族窒化物半導体領域（例えば第１のクラッド層２１）、活性層２５及び第２III族窒化物半導体領域（例えば第２のクラッド層２３、コンタクト層３３）は主面１７ａの法線軸ＮＸの方向に順に配列される。活性層２５の窒化ガリウム系半導体のｃ軸は法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。電極１５は半導体積層１９内の窒化ガリウム系半導体に接合を成す。半導体積層１９は半導体リッジを含み、電極１５は半導体リッジの上面に接合を成す。
【００５４】
半導体レーザ１１において、半導体積層１９は、ｐ型コンタクト層３３（ｐ型窒化ガリウム系半導体層３３）を含む。ｐ型コンタクト層３３の窒化ガリウム系半導体の半極性面はオーミック電極１５（例えばパラジウム層）に接合を成す。半導体レーザ１１の電極１４は、オーミック電極１５と、オーミック電極１５上に設けられるパッド電極１６とを含む。半導体レーザ１１の電極１４内のオーミック電極１５は、良好な電気的な接合をｐ型コンタクト層３３に形成することを可能にする。
【００５５】
基板１７はIII族窒化物半導体からなる主面１７ａを含み、この主面１７ａは、基板１７のIII族窒化物半導体のｃ軸が主面１７ａの法線に対して傾斜する半極性面である。基板１７は、例えば窒化ガリウムからなることが好ましい。発明者らの知見によれば、半極性面上に作製される窒化物半導体レーザの電極特性は、極性面（ｃ面）上に作製される窒化物半導体レーザの電極特性に比べて、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に特に敏感である。
【００５６】
図１に戻って、工程Ｓ１０６では、組み立て装置６０上にステム１０ａを配置する。本実施例では、ステム１０ａは組み立て装置６０のヒータ６０ａ上に載置される。工程Ｓ１０７では、図３の（ａ）部に示されるように、ステム１０ａ上にサブマウント３を配置する。本実施例では、サブマウント３はステム１０ａの台座上に載置される。この載置は、コレット５１を用いて為されることができる。ステム１０ａ上にサブマウント３が載置されたとき、サブマウント３とステム１０ａとの間には半田材８が設けられている。半田材８は、例えばサブマウントに対して、縦300μm×600μmのように設けられる。半田材８のサイズは、サブマウント３の固定面３ｂのサイズより小さいことが良い。
【００５７】
工程Ｓ１０８では、図３の（ｂ）部に示されるように、サブマウント３上に半導体素子（本実施例では半導体レーザ１１）を載置する。本実施例では、半導体レーザ１１はサブマウント３の搭載面３ａ上に載置される。この載置は、コレット５１を用いて為されることができる。サブマウント３上に半導体レーザ１１が載置されたとき、サブマウント３と半導体レーザ１１との間にはＳｎ−Ａｇ半田材７が設けられている。Ｓｎ−Ａｇ半田材７は、例えばサブマウントに対して、縦300μm×600μmのように設けられる。Ｓｎ−Ａｇ半田材７のサイズは、半導体レーザ１１の設置面のサイズより小さいことが良い。半導体レーザ１１は例えばエピダウン形態（Ｅｐ−Ｄｏｗｎ方式）でサブマウント３上に実装されることが好ましい。エピダウン形態による実装時に、Ｓｎ−Ａｇ半田材７の近くに半導体レーザ１１の電極が位置することになり、電極特性は、半導体レーザ１１の電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。エピダウン形態とは、半導体レーザ１１の活性層２５から発生する熱を逃がすために、活性層２５に近い側であるｐ電極層部分を放熱体に半田接着する形態である。
【００５８】
工程Ｓ１０９では、ヒータを用いて半田材を溶融させる。ヒータを用いた加熱により、工程Ｓ１１０では、サブマウント３の金属層３ｃと半導体レーザ１１との間のＳｎ−Ａｇ半田材７を溶融させる。金属層３ｃの材料は例えばSn,Au,Agを含むもの等であることができる。サブマウント３の金属層３ｃ上に半導体レーザ１１を搭載する前に、ステム１０ａ上にサブマウント３を搭載する際に、サブマウント３の裏面とステム１０ａ（例えばステム１０ａの台座）との間に半田材が設けられている。また、工程Ｓ１１１では、サブマウント３とステム１０ａとの間の半田材８を溶融させる。この半田材８はＳｎ−Ａｇ半田を含むことが好ましい。サブマウント３とステム１０ａとの間に半田材８がＳｎ−Ａｇ半田を含むとき、サブマウント３上の半導体レーザ１１の実装のためのステム加熱の際に、サブマウント３とステム１０ａとの間のＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させることができる。
【００５９】
半田材としてＳｎ−Ａｇ半田材７を用いるとき、そのＡｇ組成はゼロよりは大きく１０％以下（０．１以下）であることができ、Ａｇ組成として「ａｔ．％」を用いる。また、Ａｇ組成はゼロよりは大きく５％以下であることが好ましい。上記のＡｇ組成のＳｎ−Ａｇ半田材７を適用可能である。また、低温での半田接着を行う必要があり、接合強度が500g以上あるからである。
【００６０】
Ｓｎ−Ａｇ半田材７を溶融させる工程では、ヒータ６０ａの温度変更に先立って、図４に示されるように、コレットに加重Wを行う。加重Wは、例えば1グラム〜50グラムの範囲であることができる。本実施例では、この加重Wのために、例えば１０グラムの重錘を用いることができる。半導体レーザ１１をコレット５１で押圧して、半導体レーザ１１をサブマウント３に押しつけることが好ましい。コレット５１による押しつけにより、電極１５とＳｎ−Ａｇ半田材７との界面に良好な合金領域を形成することができる。
【００６１】
組み立て装置６０を用いて半導体素子（例えば半導体レーザ１１）をサブマウント３に固定する。この固定のために半田材を溶融させると共に固化させる。工程Ｓ１０９では、ヒータを用いて半田材を溶融させる。この溶融のためにヒータ６０ａの温度制御を行う。この温度制御は、図５の（ａ）部に示される温度制御プロファイルの一例に従って行われることができる。ヒータ６０ａは、例えば使用するＳｎ−Ａｇ半田の融点より低い温度において一定の温度に保たれる。この温度は、例えば摂氏８０度又はこれ以下の温度であることができる。第１期間（温度上昇期間）Ｐ１に、ヒータ６０ａの温度を上昇させる。第２期間（温度保持期間）Ｐ２では、半導体レーザ１１とサブマウント３との間に設けられた導電性接着剤（例えばＳｎ−Ａｇ半田材）を溶融可能な温度範囲にヒータ６０ａの温度を保つ。この期間に、半導体レーザ１１の電極とサブマウント３の金属層との間でヒータ６０ａの加熱によりＳｎ−Ａｇ半田材７が溶融して、サブマウント３と半導体レーザ１１との間で溶融Ｓｎ−Ａｇ半田材７ａになる。本実施例では、Ｓｎ−Ａｇ半田材７は摂氏２３１度（Ｔ１）以上摂氏２６１度（Ｔ２）以下の温度範囲ＴＷの温度に置かれる。このい温度範囲では、溶融Ｓｎ−Ａｇ半田材７ａが形成される。この製造方法における一例の温度範囲は、Ｓｎ−Ａｇ半田材７の溶融が摂氏２３１度（温度Ｔ１）以上の温度範囲内の温度で行われるとき、シェア強度を確保できる。また、Ｓｎ−Ａｇ半田材７の溶融が摂氏２６１度（温度Ｔ２）以下の温度範囲内の温度で行われるとき、半導体レーザ１１の電圧変動の増大を避けることができる。この後の第３期間（温度降下期間）Ｐ３に、ヒータ６０ａの温度を降下させる。この期間においてＳｎ−Ａｇ半田材７の溶融の後に、Ｓｎ−Ａｇ半田の融点より低い温度にＳｎ−Ａｇ半田材７ａの温度を低下させる。温度ＴＭは半田材の融点を示す。
【００６２】
また、Ｓｎ−Ａｇ半田材７を溶融させる工程では、サブマウント３とステム１０ａとの間の半田材８も摂氏２３１度より高い温度に置かれて、溶融半田材８ａになる。サブマウント３上の半導体レーザ１１の実装の際にはステム１０ａの加熱により行われるとき、例えばエピダウン形態による実装時に、半導体レーザ１１の電極及びＳｎ−Ａｇ半田材７はサブマウント３を介して加熱される。図６に示されるように、加熱の後に温度を降下させると、溶融Ｓｎ−Ａｇ半田材７ａ及び溶融半田材８ａは、それぞれ、固化Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂ及び固化半田材８ｂとなる。半導体レーザ１１の電極が固化Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂを介してサブマウント３に固定されると共に、サブマウント３も固化半田材８ｂを介してステム１０ａに固定されることができる。
【００６３】
温度の降下のための工程Ｓ１１２では、融点以下のある温度に溶融Ｓｎ−Ａｇ半田材７ａ及び溶融半田材８ａの温度を下げて、半田材を固化させて固化Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂ及び固化半田材８ｂを形成する。温度の降下の後に、或いはこの降下の際に、冷却のために組み立て装置６０の冷却装置６０ｂを用いることができる。この温度は、例えば摂氏８０度であることができる。本実施例では、Ｓｎ−Ａｇ半田材７、半導体レーザ１１及びサブマウント３の温度を下げるために、図６に示されるように、冷却装置６０ｂを用いて冷却ガスＧＡＳをＳｎ−Ａｇ半田材７、半導体レーザ１１及びサブマウント３に吹き付けることができる。冷却ガスＧＡＳとしては、例えば窒素ガスが用いられる。冷却ガスの温度は、例えば摂氏１５度〜摂氏２５度であることができる。
【００６４】
半導体レーザ１１の電極１４は金を含むことが好ましい。Ｓｎ−Ａｇ半田材７の溶融は、Ｓｎ−Ａｕ半田材の融点よりも低く、また半導体レーザ１１の電極内の金とＳｎ−Ａｇ半田材７との合金をＳｎ−Ａｕ半田の融点よりも低く温度で形成できる。
【００６５】
次の工程では、半導体レーザ１１をサブマウント３に固定した後に、コレット５１を半導体レーザ１１から離す。これらの工程により、光モジュール１が作製される。
【００６６】
この光モジュールを作製する方法によれば、半導体レーザ１１は、半導体レーザ１１内の活性層２５の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面１７ａの法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この半導体レーザ１１の電極特性は、電極１５の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、このような特性の半導体レーザ１１のための製造プロセスを検討した結果、光モジュール１の製造における実装工程の熱工程が電極特性に大きく影響している。発明者らは、実装工程に用いる半田材と実装温度とについて様々な検討を行った。半導体レーザ１１を含む光モジュール１を作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田が良いとことを見出した。また、このＳｎ−Ａｇ半田を用いる実装プロセスでは、Ｓｎ−Ａｇ半田の溶融は、摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下の温度範囲の温度を用いることがよい。この実装温度範囲及びＳｎ−Ａｇ半田材の使用により、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュール１の半導体レーザ１１の電極特性を実装前の半導体レーザ１１の電極特性に近づけることができる。また、半導体レーザ１１は半導体リッジを含み、電極１５は半導体リッジの上面に接合を成す。
【００６７】
図２を参照すると、半導体レーザ１１のオーミック電極１５は、例えばパラジウム層を含む。III族窒化物エピタキシャル積層のｐ型窒化ガリウム系半導体層３３の表面はパラジウム層に接合を成し、半導体レーザ１１の電極１４はパッド電極１６を含む。パッド電極１６は金を含み、Ｓｎ−Ａｇ半田材７とパッド電極１６との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を有することが好ましい。このとき、半導体レーザ１１の電極１４に係る接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２以下である。この製造方法によれば、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、電極１４の構成元素（金）と錫とを含む合金領域ＡＬＹ（例えば図６及び図７を参照）をＳｎ−Ａｇ半田材７と電極１４との界面領域に形成できる。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュール１の半導体レーザの電極特性を実装前の半導体レーザの電極特性に近づけることができる。
【００６８】
半導体レーザ１１における半極性に係る傾斜は、ｃ軸ベクトルからｍ軸ベクトルに向かう方向に成される。この傾斜の角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、この角度範囲は、半導体レーザ１１の電極が接合を成す窒化ガリウム系半導体のガリウム原子の拡散を顕著に引き起こす。
【００６９】
図７は、図１に示された工程フローに通して作製された光モジュールの一例を示す図面である。図７の（ａ）部を参照すると、光モジュール１ａが示される。図７の（ｂ）部には、半田接合部分の拡大が示される。ステム１０ａは、第１方向に延在する貫通孔及び該貫通孔に保持されたリード端子７７ａ、７７ｂを保持する金属ベース７４と、該金属ベース７４の上に設けられ側面を有する金属台座７５（例えば、ヒートシンク）とを含む。半導体レーザ装置６１ａは、ステム１０ａの金属ベース上の金属台座７５の側面上に搭載される。半導体レーザ１１はサブマウント３にＳｎ−Ａｇ半田材７ｂを介してしっかりと固定される。サブマウント３はステム１０ａにＳｎ−Ａｇ半田材８ｂを介してしっかりと固定される。半導体レーザ１１は、サブマウント３はステム１０ａの金属台座７５の側面上に搭載されており、ステム１０ａの主面上には、半導体レーザ１１の背面光を受けるモニタ用の受光素子７３が設けられている。ステム１０ａ上に、レンズ７４を保持するレンズキャップ１０ｂが設けられ、ステム１０ａ及びキャップ１０ｂはパッケージ１０を構成する。金属製のステム１０ａは例えば鉄製であり、キャップ１０ｂの金属部分も鉄製である。金属台座（ヒートシンク）７５は熱伝導性に優れた例えば銅製である。ステム１０ａはリード端子７７ａ、７７ｂｃに加えてリード端子７７ｃを有する。リード端子７７ａは、ボンディングワイヤ７９ａを介して半導体レーザ１１のアノード電極に接続される。リード端子７７ｂは、サブマウント３の搭載面３ａ上の電極層にボンディングワイヤ７９ｂを介して接続される。リード端子７７ｃは、ステム１０ａに接続される。この光モジュール１によれば、窒化物半導体レーザ装置１２の半導体レーザ１１からの熱は金属台座７５を介して金属ベースに伝導する。
【００７０】
図８に示されるように、光モジュール１は、サブマウント３と、サブマウント３上に実装された半導体レーザ１１とを有する窒化物半導体レーザ装置１２を含む。光モジュール１は窒化物半導体レーザ装置１２を搭載するステム１０ａと、ステム１０ａ上の窒化物半導体レーザ装置１２を覆うキャップ１０ｂとを含む。窒化物半導体レーザ装置１２はサブマウント３及び半導体レーザ１１を含む。サブマウント３は、搭載面３ａ及び裏面３ｂを有する。サブマウント３の材料は、例えばＡｌＮ、ＣＶＤ-ｄｉａ等からなる。サブマウント３の搭載面３ａは、デバイスを搭載するように設けられる。サブマウント３の厚みは例えば1μｍ以上３５０μｍ以下であることが好ましい。サブマウント３の熱伝導率は例えば１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。サブマウント３の搭載面３ａには、必要な場合には、電極３ｃが設けられることができる。サブマウント３の搭載面３ａは半導体レーザ１１といった窒化物半導体発光素子を搭載する。半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１４、４１を含む。
【００７１】
窒化物半導体レーザ装置１２は半導体レーザ１１とサブマウント３との間に設けられる接着部材（Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂ）を更に備える。Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂは、半導体レーザ１１をサブマウント３の搭載面３ａに実装するために用いられる。Ｓｎ−Ａｇ半田材７ｂは導電性を有する。半導体レーザ１１をサブマウント３の搭載面３ａに実装する際に、既に説明したように、半導体レーザ１１が加熱される。Ｓｎ−Ａｇ合金は低い融点を有するので、実装の際の熱に起因する電極特性の劣化を低減できる。光モジュール１ａは、サブマウント３の裏面３ｂとステム１０ａの金属台座７５との間には、サブマウント３をステム１０ａに固定する接着部材（半田材８ｂ）を更に備える。
【００７２】
再び図２を参照すると、半導体レーザ１１には、例えばリッジ構造を適用される。半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１４を備える。レーザ構造体１３は、III族窒化物半導体からなる半導体積層１９を搭載する基板１７を含む。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上に設けられる。電極１４は半導体積層１９上に設けられる。基板１７は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなり、また主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。また、基板１７の主面１７ａは、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面（例えば面Ｓｃ）に対して傾斜を成し、またｃ面の極性と異なる極性特性を有することができ、又はｃ面の極性を有していてもよい。半導体積層１９は活性層２５を含み、一実施例では、活性層２５は、半導体レーザ１１の発振波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられる。半導体積層１９におけるｃ軸（ベクトルＶＣの方向に向く軸）は基板１７の主面１７ａに対する法線軸ＮＸに対して傾斜する。
【００７３】
この光モジュール１及び窒化物半導体レーザ装置１２によれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、半導体レーザ１１に高い投入電力を必要とする。
【００７４】
ｐダウン実装の例では、半極性のコンタクト層を有する窒化物半導体発光素子のアノードがサブマウント３の電極３ｃ上に位置し、この電極３ｃに接着される。電極３ｃは金属層を含む。サブマウント３の電極３ｃがボンディングワイヤといった導電部材を介してリード端子に接続されていても良い。また、窒化物半導体発光素子のカソードは、ボンディングワイヤといった導電部材を介してステムのリード端子に接続されている。
【００７５】
光モジュール１及び窒化物半導体レーザ装置１２では、半導体レーザ１１の基板１７は、窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばＧａＮからなることが好ましい。
【００７６】
半導体レーザ１１の一形態では、基板１７の窒化ガリウム系半導体の主面は、ｃ面からのオフ角を有している。或いは、半導体レーザ１１の別の形態では、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、該III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸の方向に傾斜を成すことができる。半導体レーザ１１がａ軸又はｍ軸の方向に傾斜したｃ軸の基板１７を用いて作製されるとき、半導体レーザ１１は異方的な熱膨張係数を有する。この半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、電極１５が接触を成すｐ型III族窒化物半導体（例えば「層３３」）を含み、基板１７の主面１７ａは、第１基準面（例えばＳｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。この光モジュール１及び窒化物半導体レーザ装置１２によれば、半導体積層１９が基板１７の主面１７ａ上に設けられるので、電極１５とｐ型窒化ガリウム系半導体層との接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜する。また、接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して８０度以下の角度で傾斜する。０度以上１０度以下の角度範囲内では主面１７ａは主に極性の特徴を示す。
【００７７】
基板１７の半極性面１７ａが該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に６３度以上８０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、電極１５と該電極１５に接触を成すｐ型コンタクト層３３との界面３０ａも、上記の角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。
【００７８】
上記の角度範囲では、III族窒化物半導体レーザ１１のｐ側の電極１５は、電流−電圧特性の劣化を引き起こしやすい。電流−電圧特性の劣化の一例では、良好なオーミック特性が失われて、電極１５の電流−電圧特性がショットキー特性又はショットキー特性に近い特性を示すように劣化する。このような電極特性劣化は、発明者の知見によれば、窒化ガリウム系半導体の半極性面上に形成される電極１５において顕著に生じる。半導体レーザ１１が、例えば製造後に高温摂氏２３０度にさらされるとき、プロセス温度によるストレスにより電極１５の電流−電圧特性は容易に劣化してしまう。しかしながら、Ｓｎ−Ａｇ半田を用いた実装では、実装の際の電極の特性劣化（つまり、熱劣化）を低減できる。また、サブマウント３の熱膨張係数を窒化ガリウム系半導体の熱膨張係数に近いとき、電極の特性劣化（つまり、熱劣化）だけでなく、サブマウントの熱望膨張係数とIII族窒化物半導体レーザ１１の熱膨張係数との差により特性変動を低減できる。
【００７９】
図２を参照すると、電極１５は、レーザ構造体１３の半導体積層１９上に設けられる。半導体積層１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａは障壁層２５ｂの間に設けられており、これら層２５ａ、２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は量子井戸構造を含むことができる。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性の主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。半極性の主面１７ａの利用により、波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。この窒化物半導体レーザ装置１２及び光モジュール１によれば、III族窒化物半導体レーザ１１は、緑色及びその隣接色の光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。また、半導体レーザ１１では、活性層２５は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲に発振波長を有するように設けられることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１２及び光モジュール１によれば、半導体レーザ１１は、緑色光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００８０】
本実施例における半導体レーザ１１では、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している。これ故に、レーザ構造体１３は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１の端面２７及び第２の端面２９を含む。なお、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができ、この傾斜のとき、レーザ構造体１３の第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差し、へき開面ではない割断面からなる。
【００８１】
図２を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。基板１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００８２】
半導体レーザ１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体積層１９の表面１９ａを覆っており、半導体積層１９は絶縁膜３１と基板１７との間に位置する。基板１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体積層１９の表面１９ｂ（例えばリッジの上面）と上記のｍ−ｎ面との交差線の方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体積層１９の表面１９ｂ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線の方向に延在する。半導体レーザ１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線の方向に延在する。電極１５及び絶縁膜３１上には、コレット５１に接触するパッド電極１６が設けられていてもよい。
【００８３】
基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、基板１７の主面１７は該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して傾斜した半極性面を有する。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上にエピタキシャルに成長された複数の半導体層２１、２０、２３、３３を含む。この窒化物半導体レーザ装置によれば、六方晶系窒化ガリウム系半導体の半極性面上に半導体積層を作製可能である。基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウムからなることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１２によれば、良好な結晶品質のＧａＮ上に半導体積層を作製可能である。
【００８４】
半導体レーザ１１では、既に説明したように、ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する（或いは、ｃ軸がａ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差する）。III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の端面２７及び第２の端面２９の一方から他方への導波路軸の方向に、レーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。これらの端面は、ｃ軸の傾斜方向とレーザ導波路の延在方向とに応じて、へき開面或いは割断面であることができる。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。本実施例では、レーザ導波路はｎ−ｍ面にそって延在しており、第１及び第２の端面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なり、光共振器のための割断面からなる。基板１７は、例えばＧａＮ等からなることができる。該窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。
【００８５】
この半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
【００８６】
第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。これらの端面２７、２９にも端面コートを適用できる。誘電体多層膜４３ａ、４３ｂにより、端面コートにより反射率を調整できる。
【００８７】
半導体レーザ１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。
【００８８】
半導体レーザ１１は、窒化ガリウム系半導体からなる主面上に設けられた光ガイド層３５と活性層２５との界面３０ｂは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸と窒化ガリウム系半導体のｍ軸とによって規定されるｃ−ｍ面に直交している。活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂは、ｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルからｍ軸の方向を示すｍ軸ベクトルに向かう方向に、ｃ軸に直交するｃ面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成していることができる。真空コレット５１を用いた実装時の温度制御が有効な作用する半極性面の一形態は、例えば上記の界面がｃ軸ベクトルからｍ軸ベクトルに向かう方向にｃ面から傾斜する。
【００８９】
基板１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば基板１７の裏面１７ｂを覆っている。上記の光ガイド層３５、３７及び活性層２５は、発光層２０を構成する。
【００９０】
半導体積層１９は光ガイド層３５を含み、光ガイド層３５は活性層２５と接触を成し、活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことができる。活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂが上記の傾斜を成すとき、III族窒化物半導体レーザ１１では、角度ＡＬＰＨＡは活性層２５の面方位を規定する。例えば、角度ＡＬＰＨＡが６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、緑色及びその隣接波長の光を生成するIII族窒化物半導体レーザの作製に好適である。
【００９１】
半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）を含む。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は法線軸ＮＸの方向に順に配列されている。電極１５は、第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）の主面に接触を成す。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は、それぞれ、法線軸ＮＸに直交する第１〜第３の基準平面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に沿って延在する。
【００９２】
窒化物半導体レーザ装置１２では、基板１７が半導体レーザ１１の半導体積層１９とサブマウント３との間に設けられている。この窒化物半導体レーザ装置１２では、いわゆるｐダウン形態で半導体レーザ１１が実装される。基板１７が活性層２５比べてサブマウント３の主面３ａから離れている。窒化物半導体レーザ装置１２は、半導体レーザ１１の電極（例えば電極１５）とサブマウント３の主面３ａとの間に位置する（例えば、半田）接着部材７を用いて熱的プロセスを介して形成される接合を含む。
【００９３】
図８及び図９は、本実施の形態に係る、光モジュールを作製する方法、半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程のフローを示す図面である。この実施例では、窒化物半導体レーザはエピダウン形態でサブマウント上に実装される。
【００９４】
工程Ｓ２０１では、複数の窒化物半導体レーザを準備する。これらの窒化物半導体レーザは、例えば半導体レーザ１１と実質的に同じ構造を有することができる。工程Ｓ２０２では、窒化物半導体レーザの各々における駆動電圧を測定して、複数の窒化物半導体レーザに対応する一群の第１値を得る。これらの値を記録する。例えば駆動電流は１５０ｍＡである。工程Ｓ２０３では、駆動電圧を測定した後に、複数の実装温度で窒化物半導体レーザの電極とサブマウントとの間でＳｎ−Ａｇ半田を溶融させると共にＳｎ−Ａｇ半田の融点より低い温度にＳｎ−Ａｇ半田の温度を低下させて、複数の窒化物半導体レーザをそれぞれ含む複数の窒化物半導体レーザ生産物を作製する。例えば、この実装は、実装温度を除いて、本実施形態における条件を用いることができる。工程Ｓ２０４では、作製された窒化物半導体レーザ生産物の各々における半導体レーザの駆動電圧を測定して、該複数の窒化物半導体レーザ生産物に対応する一群の第２値を得る。これらの値を記録する。工程Ｓ２０５では、複数の実装温度と、該複数の実装温度に対応する第１値と第２値との差分値を求める。工程Ｓ２０６では、複数の実装温度と、該複数の実装温度に対応する第１値と第２値との差分値との温度依存性関係を求める。工程Ｓ２０７では、この温度依存性関係から、当該窒化物半導体レーザの実装に用いる実装温度範囲を決定する。決定のための判断基準は、例えば駆動電圧を７（V）としたとき、３％を許容量としたときに０．２（V）程度になる。
【００９５】
工程Ｓ２０８では、決定された実装温度範囲内の温度で光モジュールを作製する。まず、工程Ｓ２０９で、追加の窒化物半導体レーザ及び追加のサブマウントを準備する。この窒化物半導体レーザは、例えば半導体レーザ１１と実質的に同じ構造を有することができる。工程Ｓ２１０では、工程Ｓ２０９で準備された窒化物半導体レーザをサブマウントの金属層上に搭載する。工程Ｓ２１１では、この窒化物半導体レーザを搭載した後に、決定された実装温度範囲内の温度において、追加の窒化物半導体レーザの電極と追加のサブマウントの金属層との間でＳｎ−Ａｇ半田材を溶融させる。工程Ｓ２１２では、Ｓｎ−Ａｇ半田材の溶融の後に、Ｓｎ−Ａｇ半田の融点より低い温度にＳｎ−Ａｇ半田材７の温度を低下させる。
【００９６】
この製造方法においては、窒化物半導体レーザは窒化物半導体レーザ内の活性層の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この窒化物半導体レーザの電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、窒化物半導体レーザの上記のような特性に着目すると共にこのための製造プロセスを検討した。この検討の結果、窒化物半導体レーザを含む光モジュールを作製するためには、Ｓｎ−Ａｇ半田が良いとことを見出した。
【００９７】
また、光モジュールの製造における実装工程において、電極特性に大きく影響する熱工程における実装温度範囲を知るための好適な調査方法が求められる。発明者らは、実装工程に用いる半田材と実装温度とについて様々な検討を行う際に、実装の前後における駆動電圧の変動に着目した。このＳｎ−Ａｇ半田の使用により、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることを可能にする実装温度範囲を駆動電圧の変動に着目して決定した。この結果として見出された製造方法は、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることを可能にする。
【００９８】
上記のような手順で決定された、Ｓｎ−Ａｇ半田の実装温度範囲は例えば摂氏２３１度以上摂氏２６１度以下である。Ｓｎ−Ａｇ半田の溶融における下限温度（例えば摂氏２３１度）は、シェア強度の確保に関連する。また、Ｓｎ−Ａｇ半田の溶融における上限温度（例えば摂氏２６１度）は、電圧変動増大の低減に関連する。半導体レーザ１１の一例のように、電極がパラジウム層及び金電極を含むとき、この電極とＳｎ−Ａｇ半田材７との界面領域は、金と錫とを含む合金領域を含む。実装の熱処理の際の界面劣化により、半導体レーザの電極に係る接触抵抗が劣化する。
【００９９】
この製造方法によれば、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、電極の構成元素（金）と錫とを含む合金領域をＳｎ−Ａｇ半田材と電極との界面領域に設けることができる。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュールの窒化物半導体レーザの電極特性を実装前の窒化物半導体レーザの電極特性に近づけることができる。このときの接触抵抗は1×１０−５Ωｃｍ２またはこれ未満である。
【０１００】
本実施の形態においてこれまでの説明された作製方法によれば、以下のような光モジュール１が提供される。光モジュール１は、半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１を搭載するサブマウント３と、半導体レーザ１１の電極とサブマウント３の金属層３ｃとの間に設けられ、半導体レーザ１１をサブマウント３に実装するＳｎ−Ａｇ半田材７とを備える。半導体レーザ１１は、半導体レーザ１１内の活性層２５の窒化ガリウム系半導体のｃ軸が基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する半極性の性質を有する。発明者らの知見によれば、この半導体レーザ１１の電極特性は、電極の形成後における製造プロセスで受ける熱処理に敏感である。発明者らは、このような特性を示す半導体レーザ１１のための製造プロセスを検討した結果、光モジュール１の製造における実装工程の熱工程が電極特性に大きく影響している。発明者らは、実装工程に用いる半田材について様々な検討を行った。半導体レーザ１１を含む光モジュール１には、Ｓｎ−Ａｇ半田が良いとことを見出した。また、このＳｎ−Ａｇ半田材７は、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い融点を有する。Ｓｎ−Ａｇ半田の使用により、Ｓｎ−Ａｕ半田の融点より低い実装温度範囲を用いつつ、Ｓｎ−Ａｇ半田材と電極との界面領域に、電極の構成元素と錫とを含む合金領域を設けることができる。このため、Ｓｎ−Ａｇ半田の使用は、実装プロセスの前後における駆動電圧差を小さくすることが可能であり、光モジュール１では、半導体レーザ１１の電極特性は実装前の半導体レーザ１１の電極特性に殆ど同じか、或いは非常に近い。
【０１０１】
（実施例１）
窒化物半導体レーザ装置の一実施例を説明する。III族窒化物半導体レーザ素子を準備する。本実施例では、III族窒化物半導体レーザ素子を以下の工程により形成することによって準備する。
【０１０２】
（III族窒化物半導体レーザ素子の作製）
図１０に示すレーザダイオード構造を作製する。ｃ軸がｍ軸方向に７５度オフしたＧａＮウエハ９０を準備した。このＧａＮウエハ９０の主面の面方位は｛２０−２１｝面である。ＧａＮウエハ９０を成長炉に配置した後に、アンモニア及び水素の雰囲気中で熱処理を行う。熱処理温度は摂氏１１００度であり、熱処理時間は約１０分である。熱処理の後に、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（８．２μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、クラッド層のためのｎ型ＡｌＧａＮ層９１をＧａＮウエハ９０上に摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の厚さは２３００ｎｍである。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の成長速度は４６．０ｎｍ／分である。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１のＡｌ組成は０．０４である。
【０１０３】
次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ層９１上にｎ型ＧａＮ層９２を摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＧａＮ層９２の厚さは５０ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層９２の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ａをｎ型ＧａＮ層９４上に摂氏８４０度で成長する。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの厚さは６５ｎｍである。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ａのＩｎ組成は０．０５である。次いで活性層９４を形成する。ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層を摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。
【０１０４】
次いで、成長炉の温度を摂氏７４５度に維持しながら、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（０．３μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＧａＮ層の厚さは１ｎｍである。ＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＧａＮ層を成長した後に、成長炉の温度を摂氏７４５度から摂氏８７０度に変更する。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（１．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、障壁層のためのアンドープＩｎＧａＮ層をアンドープＩｎＧａＮ井戸層上に摂氏８７０度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは１５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２である。
【０１０５】
次いで、成長炉の温度を摂氏８７０度から摂氏７４５度に変更する。この後に、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２５である。
【０１０６】
井戸層及び障壁層の成長を２回繰り返して行う。この後に、ＴＭＧ（１３．０μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ｂを活性層９４上に摂氏８４０度で成長する。ＩｎＧａＮ層９３ｂの厚さは６５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層９３ｂの成長速度は６．７ｎｍ／分である。次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層９６をＩｎＧａＮ層９３ｂ上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９６の厚さは５０ｎｍである。ＧａＮ層９６の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ｂのＩｎ組成は０．０５である。
【０１０７】
次いで、ＴＭＧ（１６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（２．８μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９７をＧａＮ層９６上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９７の厚さは２０ｎｍである。ＡｌＧａＮ層９７の成長速度は４．９ｎｍ／分である。ｐ型ＡｌＧａＮ層９７のＡｌ組成は０．１５である。ＴＭＧ（３６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（３．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９８をｐ型ＡｌＧａＮ層９７上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９８の厚さは４００ｎｍである。Ａｌの組成は０．０６である。ＡｌＧａＮ層９８の成長速度は１３．０ｎｍ／分である。また、ＴＭＧ（３４．１μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＧａＮ層９９をｐ型ＡｌＧａＮ層９８上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９９の厚さは５０ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層９９の成長速度は１８．０ｎｍ／分である。これらの工程によってエピタキシャルウエハが作製される。
【０１０８】
このエピタキシャルウエハを用いてリッジ構造及びアノードＡＮを形成すると共に、エピタキシャルウエハを用いてカソードＣＴを形成して基板生産物を作製する。この後に、基板生産物を分離して個々のレーザダイオードを作製できる。アノード電極は、例えばリッジ構造の上面に設けられた１０マイクロメートル幅のストライプ窓を有する絶縁膜９５を介してｐ型ＧａＮ層に電気的に接続される。この基板生産物を切断して一対の共振器のための端面を形成する。６００マイクロメートルの共振器長及び２マイクロメートルのリッジ幅のレーザダイオードＬＤ０を作製する。
【０１０９】
（実施例２）
図１１は、実装に用いられる半田接着の温度と、駆動電圧の電圧上昇（差分）との関係を示す図面である。半田接着の温度は以下のようにキャリブレーションされる。組み立て装置上の治具又は部品（例えばステム）上に、温度測定装置（例えば、熱電対）を設けて温度を測定する。Ａｇ組成（ａｔ．％）又はＳｎ組成（ａｔ．％）が明らかなＳｎ−Ａｇ半田材を準備する。本実施例では、既知の組成比（例えばＳｎ：９７％、Ａｇ：３％、組成の単位ａｔ.％）のＳｎ−Ａｇ半田材を準備する。この組成の融点は、Ｓｎ−Ａｇ系半田の相図、例えば、特許文献１の相図、を用いて決定されて、その融点は摂氏２２１度である。このＳｎ−Ａｇ半田材の融点を本件の組み立て装置において測定する。本実施例では、融点の測定値は摂氏１９０度である。この測定の融点（摂氏１９０度）が、組成比（Ｓｎ：９７％、Ａｇ：３％、組成の単位ａｔ.％）のＳｎ−Ａｇ半田材の融点（摂氏２２１度）に対応する。図１１の横軸は、上記の手順によりキャリブレーションされた温度で示される。
【０１１０】
図１１に示された全測定点の値のリストを示す。
試料名、  接着温度、電圧上昇。
チップ、（単位：℃）、（単位：Ｖ）。
ＧＬＤ    ２７０  １．００。
ＧＬＤ    ２７０  ０．８２。
ＧＬＤ    ２７０  ０．８３。
ＧＬＤ    ２６０  ０．２５。
ＧＬＤ    ２６０  ０．３４。
ＧＬＤ    ２６０  ０．４３。
ＧＬＤ    ２５５  ０．２９。
ＧＬＤ    ２５５  ０．３１。
ＧＬＤ    ２５５  ０．３１。
ＧＬＤ    ２４５  ０．２０。
ＧＬＤ    ２４５  ０．１６。
ＧＬＤ    ２４５  ０．３０。
ＧＬＤ    ２３５  ０．１６。
ＧＬＤ    ２３５  ０．１４。
ＧＬＤ    ２３５  ０．１２。
ＧＬＤ    ２３０  ０．１２。
ＧＬＤ    ２３０  ０．１４。
ＧＬＤ    ２３０  ０．１６。
これらの実験結果から、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる工程において、Ｓｎ−Ａｇ半田材は摂氏２６１度以下の温度範囲の温度に置かれることが好ましい。
【０１１１】
また、電圧上昇に伴いアノード電極の接触抵抗も増大すると考えられる。発明者らは図１１に示される実験に加えていくつの実験を行っており、半導体レーザにおける接触抵抗は、これら発明者らの実験によれば、1×１０−５Ωｃｍ２またはこれ未満であることが好適である。
【０１１２】
（実施例３）
図１２は、実装に用いられる半田接着の温度と、光モジュールのシェア強度との関係を示す図面である。図１２の横軸は、上記の手順によりキャリブレーションされた温度で示される。この実験において、組成比（Ｓｎ：９７％、Ａｇ：３％、組成の単位ａｔ.％）のＳｎ−Ａｇ半田材を用いる。このＳｎ−Ａｇ半田の接合メカニズムを説明する。半導体レーザの電極の構成金属である金（Ａｕ）と半田材の錫（Ｓｎ）とは、実装中の加熱により相互拡散する。この相互拡散により、この半田材の接着力が生じる。そのため、Ｓｎの割合が９０％以上１００％未満の組成においては、錫と金との相互拡散による接着が支配的であると考えられる。この理由により、上記の組成範囲において、シェア強度は変化しないと考えられる。
【０１１３】
図１２に示された全測定点の値のリストを示す。
試料名、  接着温度、シェア強度。
チップ、（単位：℃）、（単位：ｇ）。
ＧＬＤ    ２７０          ８５７。
ＧＬＤ    ２７０          ５２０。
ＧＬＤ    ２７０          ３２０。
ＧＬＤ    ２６０          １１４４。
ＧＬＤ    ２６０          ９１７。
ＧＬＤ    ２６０          ８７７。
ＧＬＤ    ２５５          ８６８。
ＧＬＤ    ２５５          ９５２。
ＧＬＤ    ２５５          ６６５。
ＧＬＤ    ２４５          １３５６。
ＧＬＤ    ２４５          ５４７。
ＧＬＤ    ２４５          ３４０。
ＧＬＤ    ２３５          １３０８。
ＧＬＤ    ２３５          １１０８。
ＧＬＤ    ２３５          １０６６。
ＧＬＤ    ２３０          １１３２。
ＧＬＤ    ２３０          １１０８。
ＧＬＤ    ２３０          １３８６。
ＧＬＤ    ２２５          １９５。
これらの実験結果から、Ｓｎ−Ａｇ半田材を溶融させる工程において、Ｓｎ−Ａｇ半田材は摂氏２３１度以上の温度範囲の温度に置かれることが好ましい。
【０１１４】
半導体レーザにおける半極性に係る傾斜は、ｃ軸ベクトルからｍ軸ベクトルに向かう方向に成される。緑色発光の半導体レーザのためにはこの傾斜の角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満の範囲にあることが好ましい。この角度範囲は、半導体レーザ１１の電極が接合を成す窒化ガリウム系半導体のガリウム原子の拡散を顕著に引き起こす。
【０１１５】
発明者らの実験によれば、半田実装の際に生じる電圧上昇の機構を説明する。
温度の上昇により例えばｐ型ＧａＮコンタクト層からガリウム原子がアノード電極へ拡散する。このガリウム原子の拡散により、アノード電極（例えば、パラジウムや金）の仕事関数が減少する。この減少により、オーミック接触が良好でなくなる。これにより、接触抵抗が増加し、電圧が上昇すると考えられる。したがって、ガリウム原子の拡散が原因であると考えられる。この拡散は、半極性面の面方位に依存する。発明者らの知見によれば、顕著なガリウム拡散を引き起こす面方位は、ｃ軸からｍ軸に向かう方向への傾斜において、その角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満の範囲にある結晶面である。これらの角度範囲では、窒化ガリウム系半導体の表面におけるダングリングボンド密度が大きく、それ故に、窒化ガリウム系半導体の表面は表面エネルギーの不安定性を有していると考えられる。この半極性の面方位においては、特にガリウム拡散が顕著であるので、特に低い実装温度を実現することが重要となる。Ｓｎ−Ａｇ半田材のＡｇ組成（ａｔ．％）は低温半田で実装を行う必要がある点、半田が溶ける温度であることから０（％）以上であることが好適であり、低温半田で実装を行う必要がある点から５（％）以下であることが好適である。
【０１１６】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｓｎ−Ａｇ半田材を用いると共に良好な駆動電圧を有する光モジュールを作製する方法を提供できる。また、本実施の形態によれば、Ｓｎ−Ａｇ半田材を用い、好な駆動電圧を有する光モジュールを提供できる。
【符号の説明】
【０１１８】
１…光モジュール、３…サブマウント、３ａ…主面、３ｃ…電極、７…Ｓｎ−Ａｇ半田材、７ａ…溶融Ｓｎ−Ａｇ半田材、７ｂ…固化Ｓｎ−Ａｇ半田材、８…半田材、８ａ…溶融半田材、８ｂ…固化半田材、１０ａ…ステム、１０ｂ…レンズキャップ、１１…半導体レーザ、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１４…電極、１５…オーミック電極、１６…パッド電極、１７…基板、１７ａ…主面、１７ｂ…裏面、１９…半導体積層、１９ａ…半導体領域表面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、５１…コレット、７５…ヒートシンク、７７ａ〜７７ｃ…リード端子、７９ａ、７９ｂ…ボンディングワイヤ、ＡＬＹ…合金領域。
【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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