CN101350500B - 半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够防止在向封装件安装的前后各半导体激光器元件的偏振光旋转的半导体发光装置及其制造方法。在同一衬底(11)上形成多个半导体激光器元件(10a)、(10b)。此外，在多个半导体激光器元件(10a)、(10b)的主面形成Au镀层(16)。并且，使用涂敷在Au镀层(16)上的焊料，将多个半导体激光器元件(10a)、(10b)安装在封装件(22)上。将夹持各半导体激光器元件(10a)、(10b)的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域。并且，在各半导体激光器元件(10a)、(10b)的第一区域和第二区域，使Au镀层(16)的厚度的平均值不一致。

Description

半导体发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及将多个半导体激光器元件形成在同一衬底上并使用焊料安装在封装件(package)上的半导体发光装置及其制造方法，特别涉及能够防止安装在封装件上的前后各半导体激光器元件的偏振光进行旋转的半导体发光装置及其制造方法。
背景技术
随着记录时的倍速上升，记录型高输出激光二极管所要求的光输出越发增大。此外，为了有效地使光输出进入光学系统，得到稳定的光的偏振特性(polarization characteristics)是重要的。在偏振特性不稳定的情况下，光向光学系统注入的效率下降，需要更大的光输出。
为了将半导体激光器元件安装在封装件上而使用焊料，所以，需要使安装时的温度为300℃以上的高温。因此，由于半导体激光器元件和封装件的线膨胀系数的不同，在使用温度为100℃以下，残留有残余应力。
图15是示出在衬底上形成有一个半导体激光器元件的现有半导体发光装置的立体图(例如，参照专利文献1)。在GaAs衬底11上形成一个半导体激光器元件10。此外，在半导体激光器元件10的主面上形成Au镀层16。并且，在Au镀层16上涂敷焊料18，使用该焊料18，将多个半导体激光器元件10安装在副固定件(submount)19上。使用焊料21将副固定件19安装在封装件22上。
此处，作为GaAs衬底11材料的GaAs的线膨胀系数为6(×10-6/℃)。另一方面，常用作封装件22的材料的Fe的线膨胀系数为11。此外，用作高散热的封装件22材料的Cu的线膨胀系数为17。当使用焊料18将半导体激光器元件10直接安装在Fe的封装件22上时，也存在半导体激光器元件10由于因线膨胀系数的不同所产生的残余应力而被破坏的情况。在使用Cu的封装件22的情况下，线膨胀系数的差异进一步变大，残余应力也进一步变大。
因此，为了降低该残余应力的影响，在封装件22和半导体激光器元件10之间插入由线膨胀系数为4的AlN等构成的副固定件19。副固定件19的线膨胀系数接近GaAs衬底11，机械强度也大，所以，能够降低残余应力。但是，即使该构造也不能使残余应力为0。
在形成于GaAs衬底11上的半导体激光器元件10为一个的情况下，组装后的残余应力夹持半导体激光器元件10的发光区域左右对称地施加。因此，与组装前相比较，不会发生偏振光的旋转。
专利文献1  特开2002-246333号公报
但是，如图16所示，在同一衬底11上形成有多个半导体激光器元件10a、10b的情况下，施加在各半导体激光器元件10a、10b上的残余应力未必左右对称。因此，与组装前相比较，发生偏振光的旋转。每当半导体激光器元件10a、10b的出射功率变化时，即，每当动作时的元件温度变化时，该偏振光的旋转发生变化。因此，存在如下问题：在光学系统中使用偏振滤光器(polarization filter)的情况下，每当偏振光的旋转角发生变化时，光向光学系统的注入效率发生变化，作为拾波器(pickup)不能够得到稳定的光功率。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的课题而进行的，其目的在于得到一种能够防止在向封装件安装的前后各半导体激光器元件的偏振光旋转的半导体发光装置及其制造方法。
本发明的半导体发光装置具备封装件、形成在同一衬底上的多个半导体激光器元件、形成在多个半导体激光器元件的主面上的Au镀层、使用涂敷在Au镀层上的焊料而安装有多个半导体激光器元件的封装件，将夹持各半导体激光器元件的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域，在各半导体激光器元件的第一区域和第二区域，使Au镀层的厚度的平均值不一致(nonuniform)。
本发明的半导体发光装置的制造方法具备在同一衬底上形成多个半导体激光器元件的步骤、在多个半导体激光器元件的主面上形成Au镀层的步骤、在Au镀层上涂敷焊料并使用焊料将多个半导体激光器元件安装在封装件上的步骤，将夹持各半导体激光器元件的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域，在各半导体激光器元件的第一区域和第二区域，使Au镀层的厚度的平均值不一致。以下可明确本发明的其他的特征。
根据本发明，能够防止向封装件安装的前后各半导体激光器元件的偏振旋转。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1的半导体发光装置的立体图。
图2是示出本发明实施方式1的多个半导体激光器元件的剖面图。
图3是示出在衬底上形成一个半导体激光器元件并使Au镀层的厚度不一致的半导体发光装置的立体图。
图4是用于示出对本发明实施方式1的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图5是用于示出对本发明实施方式1的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图6是用于示出对本发明实施方式1的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图7是用于示出对本发明实施方式1的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图8是用于示出对本发明实施方式2的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图9是用于示出对本发明实施方式2的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图10是用于示出对本发明实施方式2的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图11是用于示出对本发明实施方式3的半导体发光装置的制造方法进行说明的俯视图。
图12是用于示出对本发明实施方式3的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图13是用于示出对本发明实施方式3的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图14是用于示出对本发明实施方式4的半导体发光装置的制造方法进行说明的剖面图。
图15是示出在衬底上形成有一个半导体激光器元件的现有半导体发光装置的立体图。
图16是示出在衬底上形成有多个半导体激光器元件的现有半导体发光装置的立体图。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出本发明实施方式1的半导体发光装置的立体图。此外，图2是示出本发明实施方式1的多个半导体激光器元件的剖面图。
在同一GaAs衬底11(衬底)上形成多个半导体激光器元件10a、10b。各半导体激光器元件10a、10b具有在n型GaAs衬底11的主面上依次形成的n型半导体层12、活性层13、p型半导体层14。此外，在各半导体激光器元件10a、10b的主面上依次形成电极图形15和Au镀层16。在GaAs衬底11的背面形成背面电极17。使用涂敷在Au镀层16上的焊料18，将多个半导体激光器元件10a、10b安装在副固定件19上。并且，使用焊料21将副固定件19安装在封装件22上。
在各半导体激光器元件10a、10b的中央形成发光区域。并且，将夹持各半导体激光器元件10a、10b的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域。此处，第一区域靠近GaAs衬底11的外侧，第二区域靠近中心部。并且，使Au镀层16的厚度在第一区域较薄，约为2μm左右，在第二区域较厚，约为3μm左右。
此处，作为试验，如图3所示，在GaAs衬底11上形成一个半导体激光器元件10，使Au镀层16的厚度在左半部分较薄、在右半部分较厚时，观测到半导体激光器元件10的偏振光向Au镀层16较薄一侧旋转。利用此特性，如上所述，在各半导体激光器元件10a、10b中，在靠近GaAs衬底11的中心部的区域使Au镀层16较厚，由此，能够防止在图16所示的Au镀层16的厚度一致(uniform)的现有半导体发光元件中所发生的偏振光的旋转。
其次，使用附图对本发明的实施方式1的半导体发光装置的制造方法进行说明。但是，为了将说明简化，仅对一个半导体激光器元件10a进行图示。
首先，在同一GaAs衬底11上形成多个半导体激光器元件10a、10b。并且，如图4所示，在各半导体激光器元件10a、10b的主面上形成电极图形15。并且，在电极图形15上形成电镀用掩模图形23。
其次，如图5所示，向电极图形15提供电镀用的电流，在各半导体激光器元件10a、10b的第一区域以及第二区域上形成第一Au镀层16a。之后，除去电镀用掩模图形23。
其次，如图6所示，以覆盖各半导体激光器元件10a、10b的第一区域的方式形成电镀用掩模图形24。并且，如图7所示，向电极图形15提供电镀用的电流，在第二区域形成第二Au镀层16b。由此，在半导体激光器元件10a、10b的主面上形成由第一Au镀层16a和第二Au镀层16b构成的Au镀层16。
利用该方法，能够在第一区域和第二区域使Au镀层16的厚度的平均值不一致。此外，由于必须两次形成电镀用掩模图形，因此，成本增加，但是，能够可靠地控制Au镀层16的厚度。
之后，在GaAs衬底11的背面形成背面电极17。并且，在Au镀层16上涂敷焊料18，使用该焊料18将多个半导体激光器元件10a、10b安装在副固定件19上。并且，使用焊料21将副固定件19安装在封装件22上。由此，制造出图1所示的半导体发光装置。
如以上所说明那样，对于本实施方式的半导体发光装置来说，在各半导体激光器元件10a、10b的第一区域和第二区域，使Au镀层16的厚度的平均值不一致，由此，能够防止在向封装件22安装的前后各半导体激光器元件10a、10b的偏振光旋转。
而且，使用上述的材料系，在组装温度为350℃、半导体激光器元件10a、10b的长度为1.5mm以上、宽度为200μm左右的情况下，在垂直方向上对活性层13施加拉伸应力。若在线膨胀系数差上单纯考虑，则被认为对半导体激光器元件10a、10b施加压缩应力，但是，由于半导体激光器元件10a、10b的细长的构造以及副固定件19的存在，组装后的残余应力变得复杂，在与活性层13平行的长度方向上施加压缩应力，在垂直方向上为拉伸应力。但是，根据半导体激光器元件10a、10b的形状，对与活性层13垂直的方向施加压缩应力的情况下，在靠近GaAs衬底11的中心部的区域，也可以使Au镀层16较薄。此外，在上述的例子中，关于各半导体激光器元件10a、10b这二者，改变Au镀层16的厚度，但是，根据残余应力，也可以仅对其中一个半导体激光器元件改变Au镀层16的厚度。
此外，在ANSYS等仿真(simulation)中，不能够确认利用Au镀层16厚度的稍微的不同就能够降低残余应力。因此，本发明在目前的仿真技术中不能容易地类推。
实施方式2
使用附图对本发明实施方式2的半导体发光装置的制造方法进行说明。但是，为了将说明简化，仅对一个半导体激光器元件10a进行图示。此外，除了电镀步骤以外，其他与实施方式1相同，因此省略说明。
首先，如图8所示，在各半导体激光器元件10a、10b的主面的第一区域和第二区域分别形成第一电极图形15a和第二电极图形15b。但是，在第一电极图形15a和第二电极图形15b之间设置2μm左右的间隙，将二者电隔离。并且，在第一、第二电极图形15a、15b上形成电镀用掩模图形23。
其次，如图9所示，仅向第二电极图形15b提供电镀用的电流，在第二区域形成第一Au镀层16a。而且，电镀也在横向进行，因此，第一Au镀层16a覆盖间隙。
其次，如图10所示，向第一电极图形15a以及第二电极图形15b提供电镀用的电流，在第一区域以及第二区域上形成第二Au镀层16b。因此，在半导体激光器元件10a、10b的主面上形成由第一Au镀层16a和第二Au镀层16b构成的Au镀层16。
利用该方法，在一次的电镀步骤中，能够在第一区域和第二区域上使Au镀层16的厚度的平均值不一致，所以，能够削减制造成本。但是，由于Au镀层16的厚度容易不均，因此，需要使用在Au镀层16的厚度的不均不太影响偏振光的旋转的元件构造中。
实施方式3
使用附图对本发明的实施方式3的半导体发光装置的制造方法进行说明。但是，为了将说明简化，仅对一个半导体激光器元件10a进行图示。此外，电镀步骤以外与实施方式1相同，因此省略说明。
首先，如图11的俯视图以及图12的剖面图所示，在各半导体激光器元件10a、10b的主面的第一区域和第二区域分别形成第一电极图形15a和第二电极图形15b。但是，在第一电极图形15a和第二电极图形15b之间设置3μm左右的间隙，将二者电隔离。此外，分别将用于提供电镀用电流的辅助电极25a、25b与第一、第二电极图形15a、15b连接。并且，在第一、第二电极图形15a、15b上形成电镀用掩模图形23。但是，使连接第二电极图形15b与辅助电极25b的图形的宽度比连接第一电极图形15a与辅助电极25a的图形的宽度大，在电阻上产生差异。由此，即使对辅助电极25a、25b提供相同大小的电流，也可以向第一电极图形15a和第二电极图形15b分别提供电流值不同的电流。
其次，如图13所示，通过辅助电极25a、25b向第一电极图形15a以及第二电极图形15b提供电镀用的电流，在第一区域以及第二区域形成Au镀层16。此时，由于连接第二电极图形15b和辅助电极25b的图形的电阻较低，因此，在第二电极图形15b上电镀较快地进行，对于Au镀层16来说，第二区域较厚。
利用该方法，形成Au镀层16，由此，能够在一次电镀步骤中在第一区域和第二区域使Au镀层16的厚度的平均值不一致。此外，能够容易控制Au镀层16的厚度差。但是，需要确保设置辅助电极25a、25b的空间。并且，若能够改变向辅助电极25a、25b所提供的电流值，则在分别连接第一、第二电极图形15a、15b和辅助电极25a、25b的图形的电阻也可以没有差异。
实施方式4
如图14所示，本发明的实施方式4中，在各半导体激光器元件的第一区域和第二区域，使Au镀层16的厚度相同，在第一区域和第二区域，使Au镀层16的形成面积不一致。此处，在第二区域的大致整个面上形成Au镀层16，仅在第一区域的大约一半的面积上形成Au镀层16。并且，使用焊料18将多个半导体激光器元件10a、10b的主面安装在副固定件19上时，设定为如下条件：焊料18和Au镀层16很好地混合，并且在电极图形15上均匀地扩展。其他步骤与实施方式1相同。由此，能够在第一区域和第二区域使组装后的与焊料18进行合金化后的Au镀层16的厚度不一致，因此，得到与实施方式1相同的效果。

Claims (6)

1.一种半导体发光装置，其特征在于，
具备：形成在同一衬底上的第一以及第二半导体激光器元件；形成在所述第一以及第二半导体激光器元件的主面上的Au镀层；以及副固定件，在该副固定件上，使用涂敷在所述Au镀层上的焊料安装有所述第一以及第二半导体激光器元件，
将夹持各半导体激光器元件的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域，
在各半导体激光器元件中，所述第一区域靠近所述衬底的外侧，所述第二区域靠近所述衬底的中心部，
在各半导体激光器元件的所述第一区域和所述第二区域，使所述Au镀层的厚度的平均值不一致。
2.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，
具备如下步骤：在同一衬底上形成第一以及第二半导体激光器元件；在所述第一以及第二半导体激光器元件的主面形成Au镀层；在所述Au镀层上涂敷焊料，使用所述焊料，将所述第一以及第二半导体激光器元件安装在副固定件上，
将夹持各半导体激光器元件的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域，
在各半导体激光器元件中，所述第一区域靠近所述衬底的外侧，所述第二区域靠近所述衬底的中心部，
在各半导体激光器元件的所述第一区域和所述第二区域，使所述Au镀层的厚度的平均值不一致。
3.如权利要求2的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，
形成所述Au镀层的步骤具有如下步骤：在各半导体激光器元件的所述第一区域以及所述第二区域形成第一Au镀层；用掩模覆盖各半导体激光器元件的所述第一区域，并在所述第二区域形成第二Au镀层。
4.如权利要求2的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，
还具备如下步骤：在各半导体激光器元件的主面，在所述第一区域和所述第二区域分别形成电隔离的第一电极图形和第二电极图形，
形成所述Au镀层的步骤具有如下步骤：仅向所述第一电极图形提供电镀用的电流，形成第一Au镀层；对所述第一电极图形以及所述第二电极图形提供电镀用的电流，形成第二Au镀层。
5.如权利要求2的半导体发光装置的制造方法，其特征在于，
还具备如下步骤：在各半导体激光器元件的主面，在所述第一区域和所述第二区域分别形成电隔离的第一电极图形和第二电极图形，
在形成所述Au镀层的步骤中，分别向所述第一电极图形和所述第二电极图形提供电流值不同的电镀用的电流，形成Au镀层。
6.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，
具备如下步骤：在同一衬底上形成第一以及第二半导体激光器元件；在所述第一以及第二半导体激光器元件的主面形成Au镀层；在所述Au镀层上涂敷焊料，使用所述焊料，将所述第一以及第二半导体激光器元件安装在副固定件上，
将夹持各半导体激光器元件的发光区域而对置的区域分别作为第一区域和第二区域，
在各半导体激光器元件中，所述第一区域靠近所述衬底的外侧，所述第二区域靠近所述衬底的中心部，
在各半导体激光器元件的所述第一区域和所述第二区域，使所述Au镀层的厚度相同，并且在所述第一区域和所述第二区域，使所述Au镀层的形成面积不一致。
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