(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板、および前記透明基板上に形成され、ストライプ状のリッジ部と共に、前記リッジ部直下に活性領域を有する積層構造を備えた半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を取り付けるための取り付け部材と、前記半導体レーザ素子および前記取り付け部材を載置することの可能なステージと、前記活性領域からの発光光を検知すると共に所定の基準に対する前記発光光の位置ずれおよび方位ずれを計測することの可能なセンサとを用意し、
前記半導体レーザ素子を前記ステージ上に載置し、
前記半導体レーザ素子に電流を流して前記活性領域を輝線状に発光させ、
輝線状に発光する活性領域を前記透明基板を通して検知すると共に、前記所定の基準に対する前記輝線の位置ずれおよび方位ずれを計測し、
前記計測された輝線の位置ずれおよび方位ずれに基づいて前記ステージ上における前記半導体レーザ素子の位置および方向を修正し、
前記位置および方向の修正された半導体レーザ素子を所定方向に所定距離だけ移動させて、前記ステージ上の所定の位置に載置された取り付け部材上に載置する
ことを含むことを特徴とする半導体発光素子の取り付け方法。
【請求項２】
前記所定の基準は、前記ステージに設けられた基準線である
ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の取り付け方法。
【請求項３】
前記所定の基準は、予め設定されたリッジ部直下の輝線の画像認識パターンである
ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の取り付け方法。
【請求項４】
前記透明基板は、サファイア基板またはＧａＮ基板である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板上に形成された半導体レーザ素子、発光ダイオード等の発光素子の取り付け方法、更に詳細には、発光素子の発光点を所定位置に正確に位置決めするように、発光素子を取り付け部材上に位置決めし、取り付ける方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子、発光ダイオード等の発光素子は、チップ状の発光素子自体が比較的小さく、外的な力から保護するために、また取り付け上及び使用上の理由から、通常、発光素子自体より大きな保持材或いは取り付け部材にマウントされた後、機器に取り付けられる。また、発光素子は、発熱体であって、放熱することが必要である。これらの理由から、発光素子は、サブマウントやヒートシンク等の取り付け部材に取り付けられた形態で、使用されることが多い。
【０００３】
従来、所要の取り付け部材の取り付け面、例えばヒートシンク、サブマウント、ＬＯＰ（Laser on Photodiode)等の取り付け面上に発光素子を取付ける際には、発光素子の外形輪郭、或いは電極パターン、又は発光素子上に付したマーカを基準点又は基準線として、目視によりこれを取り付け部材の基準位置に位置合わせして発光素子を位置決めし、固定している。例えば十字状のマーカを発光素子のリッジストライプ構造の横に設け、これを基準点にしている。
【０００４】
ここで、半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける例を挙げ、従来の発光素子の取り付け方法を説明する。先ず、図５を参照して、半導体レーザ素子を取り付ける際に使用している取り付け装置の構成を説明する。取り付け装置１０は、図５に示すように、Ｘ−Ｙ平面を有する位置合わせステージ１２と、搬送コレット１４と、イメージセンサ１６とを備えている。位置合わせステージ１２は、半導体レーザ素子Ｃを取り付けるヒートシンク（図示せず）に対して所定方位に所定距離離隔した位置に設けてある。搬送コレット１４は、チップ状の複数個の半導体レーザ素子Ｃを整列させたトレーまたはシート１８から半導体レーザ素子Ｃを１個ずつ吸着、保持して位置合わせステージ１２に搬送し、載置する。更に、搬送コレット１４は、位置合わせステージ１２上で半導体レーザ素子Ｃを吸着、保持しつつ、駆動装置（図示せず）に駆動されて位置合わせステージ１２上でＸ方向、Ｙ方向及びθ方位に自在に移動して半導体レーザ素子Ｃの位置及び方位を調整する。
【０００５】
イメージセンサ１６は、例えばＣＣＤカメラであって、半導体レーザ素子Ｃに設けたマーカ又は外形輪郭を認識して、位置合わせステージ１２のＸ−Ｙ平面上の基準点及び基準線と半導体レーザ素子ＣのＸ−Ｙ平面上の位置及び方位θとのずれを検出する。次いで、イメージセンサ１６は、搬送コレット１４の駆動装置に位置及び方位のずれ情報を送り、搬送コレット１４を駆動させて、半導体レーザ素子Ｃの位置及び方位のずれを修正させる。搬送コレット１４は、位置及び方位ずれが修正された半導体レーザ素子Ｃを吸着し、所定方向に所定距離だけ移動して、取り付け部材上に載置する。
【０００６】
次に、図５を参照して、上述の取り付け装置１０を使って、半導体レーザ素子Ｃをヒートシンクに取り付ける方法を説明する。先づ、チップ状の複数個の半導体レーザ素子Ｃを整列させたトレーまたはシート１８から搬送コレット１４を使って１個ずつ半導体レーザ素子Ｃを取り上げ、搬送して位置合わせステージ１２上に載置する。次に、半導体レーザ素子Ｃに設けたマーク又は半導体レーザ素子Ｃの外形輪郭をイメージセンサ１６で観測して、位置合わせステージ１２上の基準線に対する半導体レーザ素子Ｃの位置ずれ、即ちＸ方向、及びＹ方向の位置ずれ並びにＸ−Ｙ平面内での回転方向、即ち方位（θ）のずれを測定する。測定したＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、並びにＸ−Ｙ平面内での回転方向（θ）のずれに基づいて、搬送コレット１４の駆動装置（図示せず）に制御信号を出力して、搬送コレット１４を駆動させ、位置合わせステージ１２上で半導体レーザ素子Ｃの位置を修正する。
【０００７】
次いで、位置及び方位の修正が終わった半導体レーザ素子Ｃを搬送コレット１４で保持し、ヒートシンク（図示せず）の取付面に運ぶ。半導体レーザ素子Ｃを取付けるヒートシンクは、予め位置合わせステージ１２から所定距離だけ所定方位に離隔した位置に位置決めされているので、半導体レーザ素子Ｃはヒートシンクの取付面上に運ばれた状態で正確に位置決めされる。続いて、半導体レーザ素子Ｃをヒートシンク上に固定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザ素子をヒートシンク等の取り付け部材上に位置決めする際、最も重要なことは、取り付け部材に対して半導体レーザ素子の発光点の位置を正確に位置決めすることである。しかし、発光素子の上述した従来の取り付け方法には、この点に関し、以下のような問題があった。第１には、半導体レーザ素子に設けた位置合わせ用マーカを基準にして、半導体レーザ素子を位置合わせする際、マーカと半導体レーザ素子の発光点との位置合わせ精度が不十分なときには、ヒートシンクに対して半導体レーザ素子の発光点を高い位置精度で位置決めすることができないということである。そして、マーカを発光点に対して厳密に位置決めすることは、現実には、かなり難しいので、半導体レーザ素子の取り付け精度の向上が難しかった。
【０００９】
また、マーカを半導体レーザ素子に設ける際、リッジストライプ構造の成形用マスクと同一マスクでリッジストライプ構造とマーカとを形成することができれば、リッジストライプ構造に対して精度の高い位置合わせ用マーカを形成することができるが、これは、現実には、必ずしも容易なことではない。更に言えば、仮に、マーカとリッジストライプ構造とを同一マスクで形成したとしても、マーカパターンが崩れてしまうこともある。これでは、発光点を取り付け部材に対して高い位置精度で位置合わせして、半導体レーザ素子を取り付け部材に取付けることは難しい。また、マーカが半導体レーザ素子に設けてあっても、半導体レーザ素子チップを一旦サブマウント等にマウントした後に、サブマウントのマーカを基準にしてヒートシンクにマウントするような場合には、精度よく取付けることはできない。
【００１０】
第２には、半導体レーザ素子の外形輪郭の形状及び寸法精度が悪いので、半導体レーザ素子の外形輪郭を基準にして取り付け部材に位置合わせしても、取り付け部材に対する半導体レーザ素子の発光点の位置合わせ精度を向上させることが難しいことである。特に、サファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子の場合、ウエハ上に形成された多数個の半導体レーザ素子をチップ化する際、ウエハの劈開性が乏しいために、劈開してチップ化することが難しく、エッチング、ダイシング等を利用してチップ化している。その結果、チップ外形輪郭が所定の輪郭よりずれることが多いので、チップ外形輪郭を基準にして取り付け部材に位置合わせすると位置合わせ精度が悪い。
【００１１】
第３には、半導体レーザ素子の位置合わせに時間を要するという問題もあった。以上の説明では、半導体レーザ素子を例に挙げて問題を説明しているが、これは端面発光型の発光ダイオードの取り付けに関しても該当する問題であるから、発光素子全般の取り付けに関する問題である。尚、発光ダイオードの場合には、発光する領域が比較的広いので、発光点を所定の位置に位置決めする半導体レーザ素子程厳密ではないものの、程度の差こそあれ、位置決めに関し同様の問題がある。
【００１２】
そこで、本願発明の目的は、発光素子を取り付け部材上に取り付ける際、取り付け部材に対して高い位置精度で発光点を位置決めできるようにした発光素子の取り付け方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、サファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子のように、透明基板上に形成した半導体レーザ素子であれば、リッジ部（図１２参照）を透明基板の裏面から識別できるので、これを素子基準線にして位置決めすることを着想した。更には、半導体レーザ素子に電流を流して、輝線のようにリッジ部直下の活性層を発光させ、透明基板側から識別して、これを素子基準線にして位置決めすることをも着想した。また、透明基板上に形成した発光ダイオードであれば、対の電極のいずれかの一方の電極の縁部を透明基板の裏面から識別することができるので、これを素子基準線にできる。そして、この有効性を実験により確認して、本願発明を発明するに到った。
【００１４】
以下、本発明者が本願発明に至るまでに考案したいくつかの参考例（第１および第２の参考例）について説明したのち、本願発明について説明する。まず、第１の参考例は、透明基板上に形成された発光素子を取り付け部材上に取り付ける方法であって、取り付け部材に対して所定の位置関係で配置された位置合わせステージ上に発光素子を載置するステップと、発光素子が半導体レーザ素子であるときには、リッジ部を素子基準線とし、発光素子が発光ダイオードであるときには、対の電極のいずれか一方の電極の縁部を素子基準線として、位置合わせステージの基準線に対する素子基準線の位置ずれ及び方位ずれを計測するステップと、計測した素子基準線の位置ずれ及び方位ずれに基づいて位置合わせステージ上で発光素子の位置及び方位を修正するステップと、取り付け部材と位置合わせステージとの位置関係に合わせて、位置及び方位を修正した発光素子を取り付け部材上に移動させ、取り付け部材上に位置決めするステップとを有することを特徴としている。
【００１６】
ここで、透明基板とは、可視光、可視光の一部の波長の光に対して透明である基板を言い、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板等である。第１の参考例は、透明基板上に形成された発光素子の積層構造が透明である限り積層構造を構成する化合物半導体層の組成及び膜厚に制約なく適用できる。また、リッジ部とは、共振器構造を構成する積層構造上にストライプ状に電流狭窄構造として設けられた隆起部であって、正確には、図１２に示すように、電極を最上層として、特に電極の実効的領域の幅Ｓが絶縁膜等によって制約されているときには、制約された実効的領域内の電極を最上層として積層構造上に設けられた隆起部を言い、電極上に設けてある引き出し電極（パッド電極）の形成領域は含まない。リッジ部の幅、つまり電極の実効的領域の幅は、１μｍから３μｍ程度であって、位置ずれ検出上で、形状的には線として認識できる。リッジ部直下の輝線は、図１２に示すように、半導体レーザ素子の積層構造内に設けられた活性層のリッジ部直下領域、基本的には電極の実効的領域を活性層に投影した領域に生じる。
【００１７】
第２の参考例は、特にＧａＮ系発光素子の取り付け方法に関するものである。ところで、ＧａＮ系半導体レーザ素子をサファイア基板上に形成する場合、サファイア基板上に良好なＧａＮ層を成長させるには、横方向成長（Epitaxial Lateral Overgrowth、ＥＬＯ）法を適用することが多い。横方向成長法には、大別して、例えば特開２００１−１９６６９９号公報に記載されているように、種結晶部を形成し、次いで横方向成長法を適用する方法と、例えば特開平１０−３１２９７１号公報に記載されているように、マスクを形成し、次いで横方向成長方法を適用する方法とがある。
【００１８】
（第２の参考例の第１の背景）
サファイア基板３２上に半導体レーザ素子２８を形成する際、種結晶部を形成する横方向成長法では、先ず、図６R>６に示すように、サファイア基板３０上に、１８μｍから２０μｍピッチ（ｐ）で、６μｍ幅（ｗ）の多数本の種結晶部３２を形成する。次いで、種結晶部３２上に横方向成長法によりＧａＮバルク層３４を成長させ、更に、ＧａＮバルク層３４上に複数層のＧａＮ系化合物半導体層からなるメサ構造の積層構造３６及び電極３８、４０を形成する。本例では、１個のＧａＮ系半導体レーザ素子２８の幅Ｗが約４００μｍであるから、２０本から２５本の種結晶部３２がサファイア基板３２上に形成される。
【００１９】
ＧａＮ系半導体レーザ素子のリッジ部４２は、図６に示すように、種結晶部３２に対して高い位置精度の位置決めで、種結晶部３２間に形成される。また、リッジ部４２は、発光点の位置を直下の活性領域に規定し、しかも種結晶部３２に対して正確に位置決めされているので、換言すれば、種結晶部３２は発光点に対して正確な位置関係を有する。また、サファイア基板３０及び積層構造３６が透明であるから、サファイア基板３０上に形成された種結晶部３２は、ＧａＮ系半導体レーザ素子２８を形成した後も、外部から目視により容易に判別可能である。そこで、本発明者は、第１の参考例のリッジ部或いは電極の縁部と同様に、この種結晶部３２をＧａＮ系半導体レーザ素子２８の素子基準線にすることができると考えた。
【００２０】
ＧａＮバルク層を成長させる際には、先ず、図７（ａ）に示すように、サファイア基板３０上にＧａＮ層４４を成長させ、図７（ｂ）に示すように、ＧａＮ層４４及びサファイア基板３０の上層をエッチングして周期的に溝を形成することにより例えば帯状の種結晶部３２を設ける。次いで、図７（ｃ）に示すように、横方向成長法によりＧａＮバルク層３４′を成長させて種結晶部３２を埋めると共に上方に成長させて、図７（ｄ）に示すように、ＧａＮバルク層３４を形成する。尚、ＧａＮバルク層３４′は横方向成長途中の成長層を示す。また、４６は、ＧａＮバルク層３４とサファイア基板３０との間に形成された空隙である。
【００２１】
サファイア基板３０は透明であるから、基板裏面から種結晶部３２を識別することができる。尚、種結晶部３２は、任意の形状に形成することができ、例えばストライプ状でも、格子点に点在させた円形状或いは多角形状のドットでも、また、同じ形状の図形を規則的に離隔して配列したものでも良い。
【００２２】
（第２の参考例の第２の背景）
前掲公報に開示の発明を参考に、図８を参照して、マスクを形成する横方向成長法をＧａＮ層の成長に適用した例の概略を説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、サファイア基板５２上にマスク形成層としてＧａＮ層５４を成長させる。続いて、フォトリソグラフィ処理とエッチング加工により成長領域を制限するマスク５６をＧａＮ層５４の表層に形成する。成長領域及びマスクのストライプ幅は、０．１μｍから１０μｍ程度であり、マスクの厚さは１０ｎｍから２μｍ程度である。マスク形成層は、サファイア基板５２と異なる物性であって、しかもサファイア基板５２上に成長させるIII −Ｖ族化合物半導体層と格子定数や熱膨張係数が似たIII −Ｖ族化合物半導体層、例えばサファイア基板５２上にＧａＮ層を成長させるときには、ＧａＮ層、又はＧａＮと格子定数や熱膨張係数が似たIII −Ｖ族化合物半導体層を形成する。
【００２３】
次いで、マスク５６を介してＧａＮバッファ層５４上にＧａＮ層５８をエピタキシャル成長させる。ＧａＮ層５８の成長初期段階では、図８（ｂ）に示すように、ＧａＮ層５８はマスク５６上に成長せず、マスクパターン間の成長領域のみで結晶成長が起こり、成長領域上のＧａＮ層５８にファセット構造が形成される。更に、ＧａＮ層５８のエピタキシャル成長を続けると、ＧａＮ層５８はファセット構造の面に垂直方向に成長が進むため、成長領域だけでなく、マスク５６を覆って成長する。そして、図８（ｃ）に示すように、隣接する成長領域のＧａＮ層５８のファセット構造と接触する。更に、エピタキシャル成長を続けると、図８（ｄ）に示すように、ＧａＮ層５８のファセット構造が埋め込まれ、最終的には、図８（ｅ）に示すように、良好な結晶性を有し、平坦な表面を有するＧａＮ層５８が形成される。
【００２４】
この方法で作製された半導体レーザ素子６０は、図９に示すように、マスク５６をＧａＮ層内に埋め込んでいることを除いて半導体レーザ素子２８と同じ構成を備えている。即ち、半導体レーザ素子６０は、マスク５６上にＧａＮ層５８をコンタクト層とするＧａＮ系化合物半導体層の積層構造３６を備え、積層構造３６上に電極３８を、ＧａＮ層５８の露出層上に電極４０を備えている。本例では、１個のＧａＮ系半導体レーザ素子６０の幅Ｗが約４００μｍであるから、マスク幅及びマスク間隔をそれぞれ２μｍ及び５μｍとすると、５０〜６０本程度のマスク５６がサファイア基板５２上に形成されている。
【００２５】
種結晶部３２から横方向成長法によりＧａＮ層３４を成長させた場合に種結晶部３２が識別可能であるのと同様に、仮にマスク形成層がＧａＮ層であっても、透明なサファイア基板５２を通して、マスク５６、正確にはマスク５６の縁部を積層構造側から或いは基板裏面側から識別することができる。また、リッジ部４２は、マスク５６に対して高精度で位置決めされている。尚、マスクは、任意の形状に形成することができ、例えばストライプ状でも、格子点に点在させた円形状或いは多角形状のドットでも、また、同じ形状の図形を規則的に離隔して配列したものでも良い。
【００２６】
第２の参考例の第１及び第２の背景では、サファイア基板上に成長させたＧａＮ系化合物半導体層からなる半導体レーザ素子を例にして説明しているが、基板は、サファイア基板に限らず、ＧａＮ基板上にＧａＮ層を成長させるときにも、種結晶部或いはマスクを形成し、次いで横方向成長法により良好な結晶性のＧａＮ層を成長させることが多い。
【００２７】
（第２の参考例の第３の背景）
ＧａＮ基板を作製する際、ＧａＮ基板に、基板表面或いは基板裏面から識別可能なクラックや結晶欠陥の高密度領域等からなる帯状或いはドット状の領域（以下、基板内識別可能領域と言う）が不規則に形成されることが多い。例えば、図１０に示すように、ドット状の基板内識別可能領域６４が不規則にＧａＮ基板６６内に点在するときには、２個の基板内識別可能領域６４の縁部に接して延びる仮想線６８をマーカとして種結晶部やマスクと同様に使用することができる。また、基板内識別可能領域が帯状の場合には、基板内識別可能領域の直線状縁部（図示せず）をマーカ（素子基準線）としても良い。また、リッジ部４２は、基板内識別可能領域６４に対して正確に位置決めされているので、仮想線６８は発光点に対して正確な位置関係を有する。図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＧａＮ基板の平面図、及び図１０（ａ）の線Ｉ−Ｉの断面図である。
【００２８】
本発明者は、基板内に存在する識別可能な領域（以下、基板内識別可能領域とも言う）、基板上に設けられた種結晶部或いはマスクをマーカとして使用することを考え、実験の結果、これが有効であることが判り、第２の参考例を考案するに到った。
【００２９】
第２の参考例は、透明基板に形成されたＧａＮ系発光素子を取り付け部材上に取り付ける方法であって、取り付け部材に対して所定の位置関係で配置された位置合わせステージ上に発光素子を載置するステップと、基板内の識別可能な領域の直線状縁部、又は基板上に設けられた化合物半導体層内の識別可能な領域の直線状縁部を素子基準線とし、位置合わせステージの基準線に対する素子基準線の位置ずれ及び方位ずれを計測するステップと、計測した素子基準線の位置ずれ及び方位ずれに基づいて位置合わせステージ上で発光素子の位置及び方位を修正するステップと、取り付け部材と位置合わせステージとの位置関係に合わせて、位置及び方位を修正した発光素子を取り付け部材上に移動させ、取り付け部材上に位置決めするステップとを有することを特徴としている。
【００３０】
第２の参考例の透明基板とは、可視光、可視光の一部の波長の光に対して透明である基板を言い、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板等である。
【００３１】
第１および第２の参考例で、位置合わせステージの基準線に対する素子基準線の位置ずれ及び方位ずれを計測するやり方には制約がなく、例えば、イメージセンサを使ってリッジ部、電極の縁部、種結晶部、或いはマスクからなる素子基準線を撮像し、予め設定されているリッジ部、電極の縁部、種結晶部、或いはマスクからなる素子基準線の画像認識パターンと、撮像したリッジ部、電極の縁部、種結晶部、マスクの素子基準線の画像とを照合し、相互のずれを求めるようにしても良い。
【００３２】
第１および第２の参考例で、計測した素子基準線の位置ずれ及び方位ずれに基づいて位置合わせステージ上で発光素子の位置及び方位を修正するステップでは、発光素子を動かして位置及び方位を修正する。また、位置合わせステージを動かして発光素子の位置及び方位を修正しても良い。但し、位置合わせステージを動かすときには、位置合わせステージと取り付け部材との相対的位置関係を維持するために、取り付け部材の位置及び方位も同様に動かすことが必要である。
【００３３】
第１および第２の参考例で、発光素子とは、半導体レーザ素子、発光ダイオード等の素子を言い、取り付け部材とは、発光素子を取り付ける部材であって、サブマウント、ヒートシンク、ＬＯＰ等を言う。第１から第３の参考例は、例えば半導体レーザ素子をサブマント、ヒートシンク等にマウントする場合、また、半導体レーザ素子をフォトダイオード上にマウントしてＬＯＰを作製する場合等に適用できる。更に、サブマウント上にマウントした半導体レーザ素子、発光ダイオード等の発光素子をヒートシンクに取り付ける際にも適用できる。
【００３４】
リッジ部及び電極の縁部は設計に基づいてパターニングして形成しているので、発光素子の外形輪郭等に比べて寸法精度が極めて高い。第１の発明では、マーカを別途形成するのではなく、本来、発光素子を構成する要素として発光素子に作り込まれ、発光点との位置合わせの必要なく、しかも発光点に対して正確な位置関係を保持するリッジ部又は電極の縁部を素子基準線にして位置合わせするので、発光点を基準にして極めて正確に発光素子を取り付け部材上に位置決めすることができる。
【００３５】
第２の参考例では、発光素子に作り込まれ、発光点との位置合わせの必要のなく、しかも発光点に対して正確な位置関係を保持する種結晶部、マスク、基板内識別可能領域等の特定部位を素子基準線にして位置合わせするので、発光点を基準にして極めて正確に発光素子を取り付け部材上に位置決めすることができる。
【００３６】
次に、本願発明について説明する。本願発明の半導体発光素子の取り付け方法は、透明基板、および透明基板上に形成され、ストライプ状のリッジ部と共に、リッジ部直下に活性領域を有する積層構造を備えた半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を取り付けるための取り付け部材と、半導体レーザ素子および前記取り付け部材を載置することの可能なステージと、活性領域からの発光光を検知すると共に所定の基準に対する発光光の位置ずれおよび方位ずれを計測することの可能なセンサとを用いて、以下の（Ａ）から（Ｅ）の工程を行うものである。
（Ａ）半導体レーザ素子をステージ上に載置する工程
（Ｂ）半導体レーザ素子に電流を流して活性領域を輝線状に発光させる工程
（Ｃ）輝線状に発光する活性領域を透明基板を通して検知すると共に、所定の基準に対する輝線の位置ずれおよび方位ずれを計測する工程
（Ｄ）計測された輝線の位置ずれおよび方位ずれに基づいてステージ上における半導体レーザ素子の位置および方向を修正する工程
（Ｅ）位置および方向の修正された半導体レーザ素子を所定方向に所定距離だけ移動させて、ステージ上の所定の位置に載置された取り付け部材上に載置する工程
ここで、透明基板は、可視光、可視光の一部の波長の光に対して透明である基板、及び半導体レーザ素子が発光するレーザ光に対して透明な基板であり、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板等である。取り付け部材は、半導体レーザ素子を取り付ける部材であり、例えば、サブマウント、ヒートシンク、フォトダイオードである。所定の基準は、ステージに設けられた基準線であってもよいし、予め設定されたリッジ部直下の輝線の画像認識パターンであってもよい。また、本願発明は、透明基板上に形成された半導体レーザ素子である限り、積層構造を構成する各層の組成及び膜厚に制約なく適用できる。
また、計測された輝線の位置ずれ及び方位ずれに基づいてステージ上で半導体レーザ素子の位置及び方位を修正する工程では、半導体レーザ素子を動かして位置及び方位を修正してもよいし、ステージを動かして半導体レーザ素子の位置及び方位を修正してもよい。但し、ステージを動かすときには、ステージと取り付け部材との相対的位置関係を維持するために、取り付け部材の位置及び方位も同様に動かすことが必要である。
本願発明の半導体発光素子の取り付け方法では、輝線状に発光する発光領域がセンサによって透明基板を通して検知されると共に、所定の基準に対する輝線の位置ずれおよび方位ずれが計測される。つまり、素子基準線を別途形成するのではなく、輝線を素子基準線として使用しているので、素子基準線を識別しやすい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明者が本願発明に至るまでに考案したいくつかの参考例（第１および第２の発明）の参考例（第１および第２の参考例）について説明したのち、本願発明の実施形態について説明する。
（第１の参考例）
本参考例は、半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける際に適用した、第１の発明に係る発光素子の取り付け方法の一例である。図１は本参考例に従って半導体レーザ素子をヒートシンク上に取り付ける際の取り付け方法を説明する斜視図である。本参考例では、図５に示した取り付け装置１０を使って半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨ上に位置決めして取り付ける。先づ、図１に示すように、チップ状の複数個の半導体レーザ素子Ｃを整列させたトレー１８から搬送コレット１４を使って１個ずつ半導体レーザ素子Ｃを取り上げ、搬送して、位置合わせステージ１２上に載置する。
【００３８】
次に、半導体レーザ素子Ｃのリッジ部（図６の４２）を位置合わせの素子基準線とし、リッジ部の位置及び方位をイメージセンサ１６で観測して、位置合わせステージ１２上の基準線及び基準点に対する半導体レーザ素子Ｃの位置ずれ、即ちＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、Ｘ−Ｙ平面内での回転方向或いは方位（θ）のずれを測定する。測定したＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、並びにＸ−Ｙ平面内での回転方向（θ）のずれに基づいて、搬送コレット１４の駆動装置（図示せず）に制御信号を出力して、搬送コレット１４を駆動させ、位置合わせステージ１２上で半導体レーザ素子Ｃの位置を修正する。
【００３９】
次いで、位置及び方位の修正が終わった半導体レーザ素子Ｃを搬送コレット１４で保持して所定方位に所定距離だけ移動させ、ヒートシンクＨの取り付け面に搬送し、載置する。半導体レーザ素子Ｃを取付けるヒートシンクは、予め位置合わせステージ１２から所定方位に所定距離だけ離隔した位置に位置決めされているので、半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨの取り付け面上に載置した状態で正確に発光点をヒートシンクＨに対して位置決めすることができる。続いて、半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨ上に固定する。
【００４０】
本参考例では、発光点の直上のリッジ部を半導体レーザ素子Ｃのマーカ、即ち基準線にしているので、従来のように、半導体レーザ素子の発光点とマーカとの位置合わせの精度の悪さによる半導体レーザ素子の位置決め精度の低下が生じない。
【００４１】
（第１の参考例の変形例）
本変形例は、第１の参考例の変形例であって、ＧａＮ系発光ダイオードをヒートシンクに取り付ける際に適用した、第１の発明に係る発光素子の取り付け方法の一例である。図１１はＧａＮ系発光ダイオードの一例の構成を示す断面図である。ＧａＮ系発光ダイオードの一例７０は、図１１に示すように、サファイア基板７２上に、バッファ層７４、ｎ−ＧａＮ層７６、ＧａＮ層７８、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０、及びｐ−ＧａＮ層８２の積層構造を備え、ｐ−ＧａＮ層８２、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０、ＧａＮ層７８、及びｎ−ＧａＮ層７６の上部層は、メサ構造として形成され、メサ脇にｎ−ＧａＮ層７６が露出している。ｐ−ＧａＮ層８２上にｐ側電極８４が、ｎ−ＧａＮ層７６の露出面にｎ側電極８６が、それぞれ、設けてある。
【００４２】
発光ダイオード７０では、半導体レーザ素子２８のリッジ部４２に代わる直線的な素子基準線として、ｐ側電極８４又はｎ側電極８６の縁部を利用することができる。そこで、本変形例では、発光ダイオード７０をヒートシンクに取り付ける際には、ｐ側電極８４又はｎ側電極８６の縁部を素子基準線として利用し、第１の参考例と同様にして発光ダイオード７０をヒートシンクＨに取り付けることができる。
【００４３】
（第２の参考例）
本参考例は、サファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける際に適用した、第２の発明に係る発光素子の取り付け方法の一例である。半導体レーザ素子Ｃが、サファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子であるときには、リッジ部に代えて、前述した図６の種結晶部３６のうちの１個を素子基準線とし、素子基準線の位置及び方位を観測して、位置合わせステージ１２上の基準線及び基準点に対する半導体レーザ素子Ｃの位置ずれ、即ちＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、Ｘ−Ｙ平面内での回転方向或いは方位（θ）のずれを測定しても良い。
【００４４】
第２の参考例では、発光点に対して高い位置決め精度で位置決めされている種結晶部３６を半導体レーザ素子Ｃのマーカ、即ち素子基準線にしているので、従来のように、半導体レーザ素子の発光点とマーカとの位置合わせの精度の悪さによる半導体レーザ素子の位置決め精度の低下が生じない。
【００４５】
第１および第２の参考例では、位置合わせステージ１２の基準線に対する素子基準線の位置ずれ及び方位ずれをイメージセンサ１６を使って計測する際、イメージセンサ１６で素子基準線を撮像し、予め設定されている素子基準線の画像認識パターンと、撮像した素子基準線の画像とを照合し、そのずれを求めるようにしても良い。
【００４６】
（第２の参考例の第１の変形例）
本変形例は、サファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける際に適用した、第２の発明に係る発光素子の取り付け方法の一例である。
半導体レーザ素子Ｃが、マスクを介してサファイア基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子であるときには、種結晶部に代えて、前述した図９のマスク５６の縁部を素子基準線とし、マスク５６の縁部の位置及び方位を観測して、位置合わせステージ１２上の基準線及び基準点に対する半導体レーザ素子Ｃの位置ずれ、即ちＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、Ｘ−Ｙ平面内での回転方向或いは方位（θ）のずれを測定しても良い。
【００４７】
（第２の参考例の第２の変形例）
本変形例は、ＧａＮ基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける際に適用した、第２の発明に係る発光素子の取り付け方法の一例である。半導体レーザ素子Ｃが、基板内識別可能領域を有するＧａＮ基板上に形成したＧａＮ系半導体レーザ素子であるときには、種結晶部に代えて、前述した図１０の２個の基板内識別可能領域６４の縁部を結ぶ仮想直線６８を素子基準線とし、素子基準線の位置及び方位を観測して、位置合わせステージ１２上の基準線及び基準点に対する半導体レーザ素子Ｃの位置ずれ、即ちＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、Ｘ−Ｙ平面内での回転方向或いは方位（θ）のずれを測定しても良い。
【００４８】
第２の参考例ならびに第２の参考例の第１および第２の変形例では、半導体レーザ素子を例に挙げて第２の発明を説明したが、半導体レーザ素子に限らず、種結晶部、マスク、或いは基板内識別可能領域を有する発光ダイオードであれば、そのような発光ダイオードに第２の発明を適用することができる。また第２の参考例および第２の参考例の第１の変形例では、基板がサファイア基板であるが、サファイア基板に限らず、ＧａＮ基板上に形成された種結晶部或いはマスクであっても良い。
第１および第２の参考例ならびにこれらの変形例は、半導体レーザ素子Ｃをサブマウント、ヒートシンク等にマウントする場合、また、半導体レーザ素子Ｃをフォトダイオード上にマウントしてＬＯＰを作製する場合に適用できる。
【００４９】
（本願発明の実施形態）
本実施形態は、半導体レーザ素子をヒートシンクに取り付ける際に適用した本願発明に係る発光素子の取り付け方法の実施形態の一例である。図２は、本実施形態を実施する際に使用する取り付け装置の一例の構成の模式的斜視図である。本実施形態で使用する取り付け装置２０は、第１および第２の参考例で使用した取り付け装置１０の位置合わせステージ１２に代えて、Ｘ−Ｙ平面を有し、かつ導電性部材で形成された導電性位置合わせステージ２２を備えていること、及び導電性コレット２４と直流電源２６とを備えていることを除いて、第１および第２の参考例で使用する取り付け装置１０と基本的には同じ構成を備えている。尚、図２では、位置合わせステージ２２は、説明の便宜上から２個示しているが、位置合わせステージ２２は、実際には、イメージセンサ１６の前の１個のみである。
【００５０】
位置合わせステージ２２は、半導体レーザ素子ＣをマウントするヒートシンクＨに対して所定方位に所定の距離だけ離隔している。導電性コレット２４は、位置合わせステージ２２上に載置された半導体レーザ素子Ｃを吸着、保持し、かつ駆動装置（図示せず）に駆動されて自在に移動し、位置合わせステージ２２上で半導体レーザ素子ＣをＸ方向、Ｙ方向及びθ方位に移動させることができる。また、導電性コレット２４は、位置合わせステージ２２と導電性コレット２４との間に設けられた直流電源２６から位置合わせステージ２２及び導電性コレット２４を介して半導体レーザ素子Ｃに電流を流し、半導体レーザ素子Ｃのリッジ部直下の活性領域を輝線状に発光させる。
【００５１】
イメージセンサ１６は、例えばＣＣＤカメラであって、輝線状に発光している半導体レーザ素子Ｃのリッジ部直下の活性領域を検知して、リッジ部直下の輝線の位置及び方向を計測し、位置合わせステージ２２のＸ−Ｙ平面上の基準点及び基準線に対する半導体レーザ素子ＣのＸ−Ｙ平面上の位置及び方位θのずれを検出することができる。次いで、イメージセンサ１６は、導電性コレット２４の駆動装置にずれ情報を送って導電性コレット２４を駆動させ、半導体レーザ素子Ｃの位置及び方位のずれを修正させる。また、搬送コレット１４は、位置及び方位ずれが修正された半導体レーザ素子Ｃを吸着、搬送し、所定方位に所定距離だけ移動して、ヒートシンクＨ上に載置する。
【００５２】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に従って半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨ上に取り付ける方法を説明する。図３（ａ）と（ｂ）及び図４（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、本実施形態例に従って半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨ上に取り付ける際の工程毎の斜視図である。先づ、図３（ａ）に示すように、チップ状の複数個の半導体レーザ素子Ｃを整列させたトレー１８から搬送コレット１４を使って１個ずつ半導体レーザ素子Ｃを取り上げ、搬送して位置合わせステージ２２上にエピサイドダウンで載置する。つまり、基板が半導体レーザ素子Ｃの最上部にあるように、半導体レーザ素子Ｃを載置する。次に、図３（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子Ｃの外形輪郭を利用して、搬送コレット１４を動かして位置合わせステージ２２上で半導体レーザ素子Ｃの位置、及び方位を粗修正する。
【００５３】
次に、図４（ｃ）に示すように、位置合わせステージ２２上の半導体レーザ素子Ｃを導電性コレット２４で保持すると共に電気的に接触し、導電性位置合わせステージ２２を介して直流電源２６から半導体レーザ素子Ｃに電流を流して半導体レーザ素子Ｃのリッジ部直下の活性領域を輝線状に発光させる。そして、発光して輝線に見えるリッジ部直下の活性領域を基板を通してイメージセンサ１６で検知し、位置合わせステージ２２上の半導体レーザ素子ＣのＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、並びにＸ−Ｙ平面内での回転方向或いは方位（θ）のずれを測定する。測定したＸ方向及びＹ方向の位置ずれ、並びにＸ−Ｙ平面内での回転方向（θ）のずれに基づいて、導電性コレット２４の駆動装置（図示せず）に制御信号を出力して導電性コレット２４を移動させ、位置合わせステージ２２上で半導体レーザ素子Ｃの位置を微修正する。尚、図２及び図４では、イメージセンサ１６は、半導体レーザ素子Ｃの出射端面にイメージセンサ１６の受光面を向けているが、受光面の向きはこれに限らず、受光面が輝線状に発光するリッジ部直下の活性領域を検知し易いような向きになるように、イメージセンサ１６を配置する。
【００５４】
次いで、微修正が終わった半導体レーザ素子Ｃを搬送コレット１４で保持し、搬送コレット１４を所定方位に所定距離だけ移動させて、図４（ｄ）に示すように、ヒートシンクＨの取り付け面に載置させる。半導体レーザ素子Ｃを取付けるべきヒートシンク２６は、予め位置合わせステージ２２から所定方位に所定距離だけ離隔した位置に位置決めされているので、半導体レーザ素子Ｃは、ヒートシンク２６の取付面上に運ばれた状態で正確に位置決めされる。続いて、半導体レーザ素子ＣをヒートシンクＨの取り付け面上にダイボンドする。
【００５５】
本実施形態では、位置合わせステージ２２の基準線に対するリッジ部直下の輝線の位置ずれ及び方位ずれをイメージセンサ１６を使って計測する際、イメージセンサ１６でリッジ部直下の輝線を撮像し、予め設定されているリッジ部直下の輝線の画像認識パターンと、撮像したリッジ部直下の輝線の画像とを照合し、そのずれを求めるようにしても良い。
【００５６】
本実施形態では、発光点であるリッジ部直下の輝線自体を半導体レーザ素子Ｃのマーカ、即ち素子基準線にしているので、従来のように、半導体レーザ素子の発光点とマーカとの位置合わせの精度の悪さによる半導体レーザ素子の位置決め精度の低下が生じない。
【００５７】
（本願発明の実施形態の改変例）
上述の実施形態では、位置合わせステージ２２を固定し、位置合わせステージ２２上の半導体レーザ素子Ｃの位置及び方位を導電性コレット２４により調整しているが、これに限らず、位置合わせステージ２２をＸ方向、Ｙ方向及びθ方位に移動させるようにしても良い。その際には、基板を通してリッジ部直下の輝線をイメージセンサ１６で観測し、前もって設定した画像認識パターンにリッジ部直下の輝線を一致させるように、位置合わせステージ２２を動かして、位置合わせステージ２２のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方位を調整する。尚、位置合わせステージ２２を移動させる方式の場合には、位置合わせステージ２２の移動量に合わせてヒートシンクＨを移動させることが必要である。
【００５８】
本改変例では、導電性位置合わせステージ２２に代えて、ガラス等の透明な材料で透明な位置合わせステージを作製し、位置合わせステージ上にフェイスアップで半導体レーザ素子Ｃを載置し、かつ位置合わせステージの下方にイメージセンサ１６を配置して、半導体レーザ素子Ｃに通電して、半導体レーザ素子Ｃの基板及び位置合わせステージを通してリッジ部直下の輝線をイメージセンサ１６で観察するようにしても良い。また、透明な位置合わせステージ上に予め半導体レーザ素子Ｃの電極パターンに合致するプローブを設けておき、かつ位置合わせステージの上方にイメージセンサ１６を配置し、プローブ上に半導体レーザ素子Ｃをフェイスダウンで載置することにより通電し、基板を通してリッジ部直下の活性領域の発光を観察するようにしても良い。
【００５９】
本実施形態およびその改変例で、既にサブマウントやＬＯＰ等にマウントされている半導体レーザ素子をヒートシンク等にマウントする場合には、半導体レーザ素子はサブマウント等にフリップチップ・ボンディングされているので、位置合わせステージ２２に置かれたサブマウントやＬＯＰ等にプローバを当て通電し、基板を通してリッジ部直下の輝線をイメージセンサ１６で観察するようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
本願発明の半導体発光素子の取り付け方法では、素子基準線を別途形成するのではなく、輝線を素子基準線として使用しているので、発光素子を取り付け部材に取り付ける際、取り付け部に対して高い位置決め精度で発光点を位置決めすることができる。また、素子基準線を別途設ける必要がないので、それだけ、半導体レーザ素子の製造コストを低下させることができる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の参考例の方法に従って半導体レーザ素子をヒートシンク上に取り付ける際の取り付け方法を説明する斜視図である。
【図２】本願発明の実施形態の方法を実施する際に使用する取り付け装置の一例の構成の模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、本願発明の実施形態に従って半導体レーザ素子をヒートシンク上に取り付ける際の工程毎の斜視図である。
【図４】図４（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図３（ｂ）に続いて、本願発明の実施形態に従って半導体レーザ素子をヒートシンク上に取り付ける際の工程毎の斜視図である。
【図５】従来の取り付け方法で使用する取り付け装置の一例の構成の模式的斜視図である。
【図６】ＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、種結晶部を形成し、次いでＧａＮ層を横方向成長させるときの工程毎の断面図である。
【図８】図８（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、マスクを形成し、次いでＧａＮ層を横方向成長させるときの工程毎の断面図である。
【図９】マスクを形成し、次いで横方向成長法によりＧａＮ層を成長させた積層構造を有する半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、基板内識別可能領域を有するＧａＮ基板の平面図、及び図１０（ａ）の線Ｉ−Ｉでの断面図である。
【図１１】ＧａＮ系発光ダイオードの一例の構成を示す断面図である。
【図１２】リッジ部とリッジ部直下の輝線領域を示す断面図である。
【００６５】
【符号の説明】
１０……取り付け装置、１２……位置合わせステージ、１４……搬送コレット、１６……イメージセンサ、１８……トレーまたはシート、２０……実施形態例３の方法で使用する取り付け装置、２２……導電性位置合わせステージ、２４……導電性コレット、２６……直流電源、２８……ＧａＮ系半導体レーザ素子、３０……サファイア基板、３２……種結晶部、３４……ＧａＮバルク層、３６……積層構造、３８、４０……電極、４２……リッジ部、４４……ＧａＮ層、４６……空隙、５２……サファイア基板、５４……ＧａＮバッファ層、５６……マスク、５８……ＧａＮ層、６０……半導体レーザ素子、６４……ドット状の基板内識別可能領域、６６……ＧａＮ基板、６８……仮想線、７０……ＧａＮ系発光ダイオードの一例、７２……サファイア基板、７４……バッファ層、７６……ｎ−ＧａＮ層、７８……ｉ−ＧａＮ層、８０……ｐ−ＡｌＧａＮ層、８２……ｐ−ＧａＮ層、８４……ｐ側電極、８６……ｎ側電極。
【図１】
0003812827.tif 000002
【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】
0003812827.tif 000009
【図９】
0003812827.tif 000010
【図１０】
0003812827.tif 000011
【図１１】
0003812827.tif 000012
【図１２】
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