(57)【要約】【課題】ダイボンド時に生ずる半導体レーザとサブマウントの接合部の応力を緩和する。【解決手段】サブマウント２１における半導体レーザとの接合電極であるＡuＳn２７の外周部下部に「ロ」字状のＡu電極２６を形成して、上記半導体レーザとサブマウント２１との接合部の外周部におけるＡu5Ｓnの割合を多くする一方、中央部におけるＡuＳnの割合を多くする。その場合、Ａu5ＳnはＡuＳnよりも硬度が低く軟らかい。そのために、上記半導体レーザとサブマウント２１との接合部における外周部と中央部との冷却速度の違いに起因して上記接合部の周辺部に集中して発生する応力を緩和でき、上記半導体レーザに掛る歪を低減することができる。【選択図】図２
2009123802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が表面に接合されるサブマウントと、
上記サブマウントの上記表面と上記サブマウントに接合された上記半導体レーザ素子の接合面との間に在って、上記サブマウントと上記半導体レーザ素子とを機械的および電気的に接続するＡuＳn合金の接合部と
を備え、
上記接合部の外周部におけるうちの少なくとも両側部のＡuの組成を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくした
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記表面上に形成されると共に、上記半導体レーザ素子が接合された際に上記接合部の一部となるサブマウント電極を備え、
上記サブマウント電極の外周部のＡuの組成を、上記外周部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記表面上に形成されると共に、上記半導体レーザ素子が接合された際に上記接合部の一部となるサブマウント電極を備え、
上記サブマウント電極はＡu電極を含み、上記Ａu電極の外周部のＡuの量を上記外周部よりも内側である中心部のＡuの量よりも多くすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記表面側の基板上には、上記基板側から順にＴi膜,Ｐt膜およびＡu膜が積層され、上記Ａu膜上の上記半導体レーザ素子が接合される領域にこの領域の外周部の形状にパターニングされたＡu電極が形成され、上記Ａu電極の直上と上記Ａu電極の内側の上記Ａu膜の直上とでなる領域にＡuＳn電極が形成されており、
上記Ａu電極と上記ＡuＳn電極とで、上記サブマウント電極を構成している
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記ＡuＳn電極の厚さを、２.０μm以上且つ４.０μm以下の範囲とした
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記基板は、Ｓi基板である
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記基板は、ＡlＮ基板である
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項８】
請求項５に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記基板は、ＳiＣ基板である
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項９】
請求項５から請求項８までの何れか一つに記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記サブマウントの上記表面に接合される上記半導体レーザ素子は、その共振器長の長さが６００μm以上であり、上記共振器長に直交する方向の長さが２００μm以下であり、発光点が上記サブマウントとの接合面側にある半導体レーザ素子である
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記半導体レーザ素子のダイボンド面上に形成されると共に、上記サブマウントに接合された際に上記接合部の一部となる電極を備え、
上記電極の少なくとも両側部のＡuの組成を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造において、
上記半導体レーザ素子のダイボンド面上に形成されると共に、上記サブマウントに接合された際に上記接合部の一部となる電極を備え、
上記電極はＡu電極を含み、上記Ａu電極の少なくとも両側部のＡuの量を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの量よりも多くすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ディスクの記録・再生用のピックアップ装置等に使用される半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、図６に示すように、ステム１と呼ばれる金属性の土台と、ステム１に取り付けられたサブマウント２と、このサブマウント２に取り付けられた半導体レーザ３と、の主要部品から構成されている。半導体レーザ３は、金線によって、ステム１に取り付けられたピンに接続(ワイヤボンド)される。そして、ワイヤボンドが終了した後、キャップ４をステム１の円形部１aに溶着して半導体レーザ装置が完成する。その後、ステム１の下部に突き出ているリードピン５と基板とを接続することによって、任意のパワーで半導体レーザ３を発光させることが可能になる。
【０００３】
ここで、上記半導体レーザ３とサブマウント２とは、導電性を有する材料によって接合される。通常、この導電性の材料として、ＩnあるいはＡuＳn等の金属やＡgペーストが用いられる。この中でも、特に、最近は、半導体レーザ３の高出力化に伴って、半導体レーザ３から発生する熱を効率的にサブマウント２およびステム１に逃がすため、熱伝導率の高いＡuＳnを使用する場合が多い。また、サブマウント２の材質として様々なものが利用されているが、一般的にはＳiＣ,ＡlＮ,Ｓiを母材としたものを用いる場合が多い。例えば、Ｓiを例に説明すると、図７および図８(図７のＡ‐Ａ’矢視断面図)に示すように、従来の半導体レーザ装置におけるサブマウント６は、Ｓi基板７上における半導体レーザとのダイボンド面に、Ｔi膜８,Ｐt膜９およびＡu膜１０を順に真空蒸着装置やスパッタリング装置を用いて形成されている。さらに、Ａu膜１０上における上記半導体レーザの電極との接合位置に、Ａu膜(Ａu電極)１１およびＡuＳn膜(ＡuＳn電極)１２を順に形成されている。
【０００４】
また、図９に示すように、従来の半導体レーザ装置における半導体レーザ１３は、半導体レーザ本体１４のサブマウントとのダイボンドを行う面にはＡuで形成されたアノード電極１５が設けられ、アノード電極１５形成面とは反対側の面にはＡuで形成されたカソード電極１６が設けられている。１７は、発光点である。
【０００５】
上記サブマウント６に対する上記半導体レーザ１３の実際のダイボンドは、以下のようにして行われる。すなわち、温度コントロールができるヒータステージの上にサブマウント６を置く。その後、サブマウント６の加熱を開始し、サブマウント６の温度が約３００℃程度に上がると表面のＡuＳn電極(導電性材料)１２が溶け出す。その時にタイミングを合わせて、ピックアップコレットによって半導体レーザチップ１３をサブマウント６上に置く。約０.５秒程度でアノード電極１５とサブマウント電極１１,１２とが互いに濡れるので、サブマウント６上に半導体レーザチップ１３を置いた状態で上記ピックアップコレットは離れる。その後、サブマウント６が置いてあるステージの温度がＡuＳnの融点以下まで下降し、半導体レーザ１３とサブマウント６との接合が完了する。その後、上記ピックアップコレットによってサブマウント６を吸着し、次工程を行うためにチップシート上に移動させる(例えば、特開平４‐１８６６８９号公報(特許文献１))。
【０００６】
しかしながら、上記従来の半導体レーザのダイボンド方法には、以下のような問題がある。すなわち、外気と触れる半導体レーザ１３とサブマウント６との接合部の外周部は、上記接合部の中央部と比較して上記ＡuＳnにおける溶解後の冷却速度が速くなり、この冷却速度の違いに起因して半導体レーザ１３とサブマウント６との接合部に応力が発生することになる。そして、このような半導体レーザ１３とサブマウント６との接合部に発生する応力は、半導体レーザ１３の劣化を促進すると言う問題がある。
【特許文献１】特開平４‐１８６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、ダイボンド時に生ずる半導体レーザとサブマウントとの接合部の応力を緩和し、上記半導体レーザの劣化を防止できる半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造は、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が表面に接合されるサブマウントと、
上記サブマウントの上記表面と上記サブマウントに接合された上記半導体レーザ素子の接合面との間に在って、上記サブマウントと上記半導体レーザ素子とを機械的および電気的に接続するＡuＳn合金の接合部と
を備え、
上記接合部の外周部における少なくとも両側部のＡuの組成を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくした
ことを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、サブマウントの表面と上記サブマウントに接合された半導体レーザ素子の接合面との間に在るＡuＳn合金の接合部の外周部における少なくとも両側部のＡuの組成が、中心部のＡuの組成よりも大きくなっている。そのため、上記接合部の両側部はＡu5Ｓnの割合が多くなっている。この場合、Ａu5ＳnはＡuＳnよりも硬度が低く軟らかい。そのために、上記接合部における外周部と中央部との冷却速度の違いに起因して上記接合部の周辺部に集中して発生する応力を緩和することができる。したがって、上記半導体レーザに掛る歪を低減することができる。
【００１０】
さらに、上記接合部における中央部の組成は、従来と同じＡuＳnである。したがって、上記接合部の放熱性を高め、接合後の上記半導体レーザ素子における信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記表面上に形成されると共に、上記半導体レーザ素子が接合された際に上記接合部の一部となるサブマウント電極を備え、
上記サブマウント電極の外周部のＡuの組成を、上記外周部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくしている。
【００１２】
一般的に、上記サブマウントの方が上記半導体レーザ素子に比べて製造プロセスが単純であり、特性上の制限も少ない。したがって、上記実施の形態のごとく、上記サブマウント側に外周部のＡuの組成が中心部よりも大きいサブマウント電極を形成する方が、上記半導体レーザ素子側に外周部のＡuの組成が大きい領域を形成するよりも形成し易く、有利である。
【００１３】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記表面上に形成されると共に、上記半導体レーザ素子が接合された際に上記接合部の一部となるサブマウント電極を備え、
上記サブマウント電極はＡu電極を含み、上記Ａu電極の外周部のＡuの量を上記外周部よりも内側である中心部のＡuの量よりも多くすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくしている。
【００１４】
一般的に、上記サブマウントの方が上記半導体レーザ素子に比べて製造プロセスが単純であり、特性上の制限も少ない。したがって、上記実施の形態のごとく、上記サブマウント側に、外周部のＡuの量が中心部よりも多いＡu電極を含むサブマウント電極を形成する方が、上記半導体レーザ素子側に外周部のＡuの量が多い領域を形成するよりも形成し易く、有利である。
【００１５】
さらに、上記サブマウント電極を構成するＡu電極の外周部の厚みを上記中心部の厚みよりも厚くすること等によって、簡単に、上記半導体レーザ素子が接合された際に生ずる上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を、上記中心部のＡuの組成よりも大きくすることができる。
【００１６】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記表面側の基板上には、上記基板側から順にＴi膜,Ｐt膜およびＡu膜が積層され、上記Ａu膜上の上記半導体レーザ素子が接合される領域にこの領域の外周部の形状にパターニングされたＡu電極が形成され、上記Ａu電極の直上と上記Ａu電極の内側の上記Ａu膜の直上とでなる領域にＡuＳn電極が形成されており、
上記Ａu電極と上記ＡuＳn電極とで、上記サブマウント電極を構成している。
【００１７】
この実施の形態によれば、上記サブマウントの上記表面側の基板上に、順にＴi膜,Ｐt膜およびＡu膜を積層し、上記Ａu膜の上に上記サブマウント電極を構成する矩形の環状のＡu電極と矩形のＡuＳn電極とを形成している。したがって、上記基板からの不純物の染み出しや、上記ＡuＳn電極の組成を、狙い通りにコントロールすることができる。
【００１８】
さらに、上記Ａu膜は、上記半導体レーザ素子と上記サブマウントとを接合した後は上記半導体レーザ素子の接合用の電極と同電位になる。そのため、上記Ａu膜のうち上記半導体レーザ素子との接合に用いられていない箇所にワイヤボンドを行って、上記半導体レーザ素子との電気的接続を取ることが可能になる。
【００１９】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記ＡuＳn電極の厚さを、２.０μm以上且つ４.０μm以下の範囲としている。
【００２０】
この実施の形態によれば、上記ＡuＳn電極の厚さは２.０μm以上である。したがって、上記半導体レーザ素子とのなじみを良くし、上記半導体レーザ素子の剥がれを防止することができる。また、上記ＡuＳn電極の厚さは４.０μm以下である。したがって、使用材料が多くなり且つＡuＳnの形成時間が長くなるのを防止できる。さらに、放熱性の悪化を防止できる。
【００２１】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記基板は、Ｓi基板である。
【００２２】
この実施の形態によれば、比較的入手し易いＳi基板を用いることによって、材料費を安くすることができる。
【００２３】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記基板は、ＡlＮ基板である。
【００２４】
この実施の形態によれば、赤外半導体レーザ素子の基板としてよく用いられるＧaＡsの熱膨張率５.９×１０-6(Ｗ/(m・Ｋ))に比較的近い熱膨張率４.５×１０-6(Ｗ/(m・Ｋ))を呈するＡlＮ基板を用いることによって、熱歪を発生し難くすることができる。
【００２５】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記基板は、ＳiＣ基板である。
【００２６】
この実施の形態によれば、熱伝導率が２５０(Ｗ/(m・Ｋ))と大きいＳiＣ基板を用いることによって、優れた放熱性を得ることができる。
【００２７】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記サブマウントの上記表面に接合される上記半導体レーザ素子は、その共振器長の長さが６００μm以上であり、上記共振器長に直交する方向の長さが２００μm以下であり、発光点が上記サブマウントとの接合面側にある半導体レーザ素子である。
【００２８】
この実施の形態によれば、上記サブマウントと接合した際に上記サブマウントとの間に掛る歪の影響が顕著に現れる半導体レーザ素子であって、共振器長の長さが６００μm以上であり、上記共振器長に直交する方向の長さが２００μm以下であり、発光点が上記サブマウントとの接合面側にある半導体レーザ素子に対する上記歪の影響を、効果的に減少させることができる。
【００２９】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記半導体レーザ素子のダイボンド面上に形成されると共に、上記サブマウントに接合された際に上記接合部の一部となる電極を備え、
上記電極の少なくとも両側部のＡuの組成を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの組成よりも大きくすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくしている。
【００３０】
この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子に加工を施すため、同一モデルの上記半導体レーザ素子を種類の異なる上記サブマウントに接合して、複数モデルの上記半導体レーザ素子と上記サブマウントとの接合体を形成する場合に適用することができる。
【００３１】
また、１実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造では、
上記半導体レーザ素子のダイボンド面上に形成されると共に、上記サブマウントに接合された際に上記接合部の一部となる電極を備え、
上記電極はＡu電極を含み、上記Ａu電極の少なくとも両側部のＡuの量を、上記両側部よりも内側である中心部のＡuの量よりも多くすることによって、上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を上記中心部のＡuの組成よりも大きくしている。
【００３２】
この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子のダイボンド面上に通常はＡuで形成されるアノード電極における外周部の厚みを上記中心部よりも厚くすること等によって、簡単に、上記サブマウントに接合された際に生ずる上記接合部の少なくとも両側部のＡuの組成を、上記中心部のＡuの組成よりも大きくすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子とサブマウントの接合構造は、サブマウントの表面と上記サブマウントに接合された半導体レーザ素子の接合面との間に在るＡuＳn合金の接合部の外周部における少なくとも両側部のＡuの組成を、中心部のＡuの組成よりも大きくしたので、上記接合部の両側部はＡu5Ｓnの割合が多くなっている。この場合、Ａu5ＳnはＡuＳnよりも硬度が低く軟らかい。したがって、上記接合部における外周部と中央部との冷却速度の違いに起因して上記接合部の周辺部に集中して発生する応力を緩和できる。したがって、上記半導体レーザに掛る歪を低減することができる。
【００３４】
さらに、上記接合部における中央部の組成を従来と同じＡuＳnにして、上記接合部の放熱性を高め、接合後の上記半導体レーザ素子における信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３６】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態における半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造に用いられるサブマウント２１の平面図である。また、図２は、図１におけるＢ‐Ｂ'矢視断面図である。
【００３７】
本実施の形態において使用する半導体レーザ素子(図示せず)は、発光点がダイボンド面側にある所謂ジャンクションダウンタイプの赤外高出力半導体レーザ素子である。この赤外高出力半導体レーザ素子における共振器長は８００μmであり、上記共振器長に直交する方向への長さ(以下、チップ幅と言う)は１７０μmである。そして、絶対最大定格はＣＷ(Continuous Wave)駆動にて１２０mＷである。つまり、本赤外高出力半導体レーザ素子(以下、単に半導体レーザと言う)は、出射パワー１２０mＷまで連続運転ができるため、上記ＣＷ駆動はＡＰＣ(オートパワーコントロール)駆動である。
【００３８】
上記半導体レーザにおけるダイボンド面側の電極はアノード電極であり、上記アノード電極の表面にはＡuが１.５μmの厚みで形成されている。アノード電極のＡu上端から発光点までの距離は、約４μm〜５μm程度である。上記半導体レーザのダイボンド面とは反対側にあるカソード電極もＡuで形成されており、上記半導体レーザをステムに組み付けた後にワイヤボンド工程によって上記カソード電極にＡuワイヤーが接続され、上記半導体レーザに通電できるようになる。
【００３９】
一方、上記サブマウント２１は、図１及び図２に示すように、Ｓiを母材(基板)とし、サイズは、長さが８００μm、幅が８００μm、厚みが２９０μmである。ここで、サブマウント２１の「長さ」は、上記半導体レーザの長さと同じ長さになっている。また、上記「長さ」の方向に直交する方向への「幅」は、熱を効率的にステム(図示せず)に逃がすことができると共に、上記ステムにアッセンブリする際につかみ易い大きさが必要であり、８００μmにしている。また、「厚み」は、レーザ出射方向から見て、サブマウント２１に搭載された上記半導体レーザの発光点が上記ステムの円形部(図６参照)の中心に位置するように設定される。
【００４０】
上記サブマウント２１の上記半導体レーザとのダイボンド面においては、Ｓi基板２２上に、Ｓi基板２２側から順に、厚さが０.１μmのＴi膜２３,厚さが０.２μmのＰt膜２４および厚さが０.１μmのＡu膜２５を積層する。その後、Ａu膜２５上の上記幅方向中央部に、搭載されるべき上記半導体レーザと略同等の大きさ、具体的には長さが８００μmで幅が１８０μmの矩形の外側輪郭を有すると共に幅が３０μmである「ロ」字状の開口を有するマスクを形成し、このマスクを用いて「ロ」字状のＡu膜(Ａu電極)２６を０.５μmの厚さに積層する。そうした後、Ａu電極２６と同じ長さが８００μmで幅が１８０μmの矩形の輪郭を有する領域であってＡu電極２６の直上とＡu電極２６の内側におけるＡu膜２５の直上とでなる領域に、ＡuＳn膜(ＡuＳn電極)２７を３μmの厚さに積層する。こうして、サブマウント２１が形成される。以下、Ａu電極２６とＡuＳn電極２７とを合わせてサブマウント電極２８と言う。
【００４１】
次に、上記構成を有する半導体レーザとサブマウント２１とを接合させるのであるが、その場合の接合工程は上述した従来の半導体レーザおよびサブマウントの接合工程と略同様である。
【００４２】
すなわち、温度コントロールができるヒータステージの上にサブマウント２１を置く。その後、サブマウント２１の加熱を開始し、サブマウント２１の温度が約３００℃程度に上がるとサブマウント２１の表面のＡuＳn電極２７が溶け出す。その時にタイミングを合わせて、ピックアップコレットによって上記半導体レーザのチップをサブマウント２１上に置く。上記半導体レーザのダイボンド用の電極であるアノード電極とサブマウント電極２８とが約０.５秒程度で互いに濡れるので、サブマウント２１上に上記半導体レーザチップを置いた状態で上記ピックアップコレットは離れる。その後、サブマウント２１が置いてあるステージの温度がＡuＳnの融点以下まで下降し、上記半導体レーザチップとサブマウント２１との接合が完了するのである。
【００４３】
こうしてできた上記半導体レーザとサブマウント２１のＡuＳnとの接合部の組成を調べると、サブマウント２１のサブマウント電極２８においてＡu電極２６を形成して予めＡuの量を多くした部分はＡu-Ｓn合金の相平衡図においてζ相が多く、Ａu電極２６を形成せずにＡuの量が多くなっていない部分はＡuＳnが多くなっている。そのため、上記接合部の外周部はＡu5Ｓnの割合が多くなる。そして、Ａu5Ｓnは、ＡuＳnよりも硬度が低く軟らかいため、上述したように、上記半導体レーザとサブマウント２１との接合部における外周部と中央部との冷却速度の違いに起因して上記接合部の周辺部に集中して発生する応力を緩和でき、上記半導体レーザに掛る歪を低減することができる。また、上記接合部の中央部は、従来と同じＡuＳnの組成とすることで、放熱性をも確保できる信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができるのである。
【００４４】
このように、本実施の形態においては、上記サブマウント２１のサブマウント電極２８における外周部を、中央部に比較してＡu量を多くすることによって、上記半導体レーザとサブマウント２１との接合部における外周部と中央部とのＡuＳn組成の差異を実現している。一般的に、サブマウント２１の方が上記半導体レーザに比べて製造プロセスが単純であり、特性上の制限も少ないため、本実施の形態のごとく、サブマウント２１側にマスク等を用いてＡuの多い領域を予め作り込む方が、上記半導体レーザ側よりも作り込み易く、有利である。
【００４５】
また、上記サブマウント２１側のＡuＳn電極２７にＡuの多い領域を作成する場合、Ｓi基板２２からの不純物の染み出しやＡuＳn電極２７の組成を狙い通りにコントロールできるために、Ｓi基板２２側から順にＴi膜２３,Ｐt膜２４およびＡu膜２５を積層するのが良い。その場合におけるＡu膜２５は、上記半導体レーザとサブマウント２１との接合後は、上記半導体レーザのアノード電極と同電位になるため、Ａu膜２５のうち上記半導体レーザとの接合に用いられていない箇所にワイヤボンドを行って、上記半導体レーザとの電気的接続を取ることが可能になる。
【００４６】
尚、上記サブマウント２１の表面におけるＡuＳn電極２７の厚みは、上記半導体レーザとの良い接合性を得る上で２.０μmから４.０μmの範囲が好ましい。ＡuＳn電極２７の厚みがこれより薄い場合には、上記半導体レーザとのなじみが悪く、上記半導体レーザの剥がれを引き起こす場合がある。また、ＡuＳn電極２７の厚みが４.０μmより厚い場合は、使用材料が多くなると共に、ＡuＳnの形成時間が長くなり、ろう材そのものが厚いため放熱性が悪くなる。
【００４７】
また、上記サブマウント２１の基板２２の材質については、Ｓiの場合、比較的入手し易く、材料そのものが安いという特徴がある。しかしながら、この発明におけるサブマウント２１の材質は、上記Ｓiに限定されるものではなく、ＳiＣやＡlＮを用いても差し支えない。ＳiＣの場合には、一般的に熱伝導率が２５０(Ｗ/(m・Ｋ))と大きく、放熱性が優れているという特徴がある。また、ＡlＮの場合には、熱膨張率が４.５×１０-6(Ｗ/(m・Ｋ))と、赤外半導体レーザの基板であるＧaＡsの５.９×１０-6(Ｗ/(m・Ｋ))に比較的近いため、根本的に熱歪が発生し難いという利点がある。
【００４８】
また、上記半導体レーザとサブマウント２１とに掛る歪に関して、特に上記半導体レーザの共振器長が６００μmを超え、幅が２００μm以下の上記半導体レーザのチップに対する影響が大きいことが分っており、本実施の形態を適用することが効果的である。
【００４９】
尚、上記第１実施の形態においては、上記サブマウント電極２８を構成するＡu電極２６の形上を「ロ」字状にしているが、中心部に周囲より厚みの薄いＡu層が形成されていても構わない。要は、Ａu電極２６における外周部のＡu量が中心部より多ければよいのである。
【００５０】
また、上記第１実施の形態においては、上記「ロ」字状に形成されたＡu電極２６とＡuＳn電極２７とでサブマウント電極２８を構成しているが、外周部のＡu組成が中心部より大きいＡuＳn電極のみで構成しても差し支えない。
【００５１】
・第２実施の形態
図３は、本実施の形態の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造に用いられる半導体レーザ３１の正面図である。
【００５２】
本実施の形態においては、上記半導体レーザ素子(以下、単に半導体レーザと言う)３１と上記サブマウント(図示せず)との接合部における外周部のＡuＳnの組成を中央部に対してＡu量を多くすることを、半導体レーザ３１の電極の外周部に、Ａuの多い領域を予め形成しておくことによって行う。この場合、上記サブマウントは、従来のサブマウント(例えば、図７および図８に示すサブマウント)を用いる。
【００５３】
上記半導体レーザ３１のサイズは、上記第１実施の形態と同一である。半導体レーザ３１のダイボンド側の電極はアノード電極である。このアノード電極３２は、半導体レーザ本体３３の表面に３０００Åの厚さで形成されたＡu膜３４と、このＡu膜３４上における半導体レーザ３１の幅方向両端に半導体レーザ本体３３の側縁に沿って３０００Åの厚さで形成された２本のＡu膜３５とで構成されている。また、半導体レーザ本体３３におけるアノード電極３２形成面とは反対側の面には、Ａu膜でなるカソード電極３６が形成されている。尚、３７は発光点である。
【００５４】
上記構成を有するアノード電極３２は、以下のようにして形成される。先ず、図４の図４(a)に示すように、複数の半導体レーザ本体３３が作り込まれたウェハ３８のアノード電極形成面に３０００Åの厚さでＡu膜３４が形成される。そして、Ａu膜３４上に、図４の図４(b)に示すように、幅６０μmの複数のスリット３９が１１０μmの間隔で平行に形成されたメタルマスク４０が配置され、このメタルマスク４０を用いて幅６０μmのＡu膜３５がスパッタリングによって形成される。その際に、スリット３９の延在方向と半導体レーザ３１のリッジ部の延在方向とを平行に合わせ、さらにメタルマスク４０の各スリット３９の略中間に上記リッジ部が位置するように位置合わせを行う必要がある。尚、２回目に形成するＡu電極３５の厚さを、１回目に形成するＡu電極３４と略同じ３０００Åとする。
【００５５】
その後、図５の図５(a)に示すように、上記リッジ部４１の延在方向への長さが８００μmのレーザバー４２にバー分割し、レーザバー４２のレーザ主出射面およびこのレーザ主出射面に対向する面に所望の反射膜を形成する。さらに、図５の図５(a)および図５(b)に示すように、バー分割機(図示せず)によって、幅６０μmのＡu膜３５の幅方向略中間の位置でＡu膜３５の延在方向に分割することにより、チップ幅が１７０μmの半導体レーザ３１が得られる。
【００５６】
このようなプロセスを経ることによって、チップ幅が１７０μmであり、上記チップ幅方向の略中央に発光点３７が位置し、さらに上記チップ幅方向の両端に３０μmの幅でＡu膜３５が形成された半導体レーザチップ３１が得られる。
【００５７】
次に、上記構成を有する半導体レーザ３１と上記サブマウントとを接合させるのであるが、その場合の接合工程は上述した従来の半導体レーザおよびサブマウント(サブマウント電極のＡuＳn組成が一定)の接合工程と略同様である。
【００５８】
すなわち、温度コントロールができるヒータステージの上に上記サブマウントを置く。その後、上記サブマウントの加熱を開始し、上記サブマウントの温度が約３００℃程度に上がると上記サブマウントの表面のＡuＳn電極が溶け出す。その時にタイミングを合わせて、ピックアップコレットによって半導体レーザ３１のチップを上記サブマウント上に置く。約０.５秒程度でアノード電極３２とサブマウント電極とが互いに濡れるので、上記サブマウント上に半導体レーザチップ３１を置いた状態で上記ピックアップコレットは離れる。その後、上記サブマウントが置いてあるステージの温度がＡuＳnの融点以下まで下降し、半導体レーザチップ３１と上記サブマウントとの接合が完了するのである。
【００５９】
こうしてできた上記半導体レーザ３１のアノード電極３２と上記サブマウントのＡuＳn電極との接合部の組成を調べると、半導体レーザ３１のアノード電極３２においてＡu電極３５を形成して予めＡuの量を多くした部分はＡu-Ｓn合金の相平衡図においてζ相が多く、Ａu電極３５を形成せずにＡuの量が多くなってはいない部分はＡuＳnが多くなっている。そのために、上記接合部の外周部はＡu5Ｓnの割合が多くなる。そして、Ａu5Ｓnは、ＡuＳnよりも硬度が低く軟らかいため、上述したように、半導体レーザ３１と上記サブマウントとの接合部における外周部と中央部との冷却速度の違いに起因して上記接合部の周辺部に集中して発生した応力を緩和でき、半導体レーザ３１に掛る歪を低減することができる。また、上記接合部の中央部は、従来と同じＡuＳnの組成とすることで、放熱性をも確保できる信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができるのである。
【００６０】
尚、上記第２実施の形態においては、上記半導体レーザ３１におけるダイボンド用の電極がＡu電極である場合について説明している。しかしながら、ダイボンド用の電極がＡuとは異なる電極である場合には、上記ダイボンド用の電極の表面に、上述のＡuアノード電極３２と同じ構造を有するＡu電極を形成すればよい。但し、上記ダイボンド用の電極がＡuＳn電極である場合には、上記第１実施の形態におけるサブマウント電極２８と同様の構成とすればよい。あるいは、上記ダイボンド用の電極を、外周部のＡu組成が中心部より大きいＡuＳn電極のみで構成することもできる。
【００６１】
また、上記各実施の形態においては、上記半導体レーザ素子と上記サブマウントとのうちの何れ一方の電極における外周部のＡu量を多くしているが、上記半導体レーザ素子と上記サブマウントとの両方の電極における外周部のＡu量を多くすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造に用いられるサブマウントの平面図である。
【図２】図１におけるＢ‐Ｂ'矢視断面図である。
【図３】図１とは異なる半導体レーザ素子とサブマウントとの接合構造に用いられる半導体レーザの正面図である。
【図４】ウェハのアノード電極形成面にメタルマスクを用いてＡu膜を形成する方法の説明図である。
【図５】レーザバーへの分割と半導体レーザへの分割の説明図である。
【図６】半導体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置におけるサブマウントの平面図である。
【図８】図７におけるＡ‐Ａ'矢視断面図である。
【図９】従来の半導体レーザ装置における半導体レーザの正面図である。
【符号の説明】
【００６３】
２１…サブマウント、
２２…Ｓi基板、
２３…Ｔi膜、
２４…Ｐt膜、
２５…Ａu膜、
２６…Ａu電極、
２７…ＡuＳn電極、
２８…サブマウント電極、
３１…半導体レーザ、
３２…アノード電極、
３３…半導体レーザ本体、
３４,３５…Ａu膜、
３６…カソード電極、
３７…発光点、
３８…ウェハ、
３９…スリット、
４０…メタルマスク、
４１…リッジ部、
４２…レーザバー。
【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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