JP2005203588A - 窒化物半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、レーザ出射位置制御に関する歩留まりの良好な窒化物半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、窒化物半導体基板と窒化物半導体積層部を備えた窒化物半導体レーザ素子と当該窒化物半導体レーザ素子が搭載されたステムとを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記ステムに前記窒化物半導体レーザ素子を設置する際、前記ステムの支持基体部分に接着材料を付着させた後、前記窒化物レーザ素子を設置することを特徴とする。このような方法によると、予め、必要なだけの接着材料をステムに付着するので、過剰な量のロウ材が溶解することで窒化物半導体レーザ素子が位置ずれを起こす可能性が低い。また、前記支持基体部分に付着させる接着材料の厚さを、０．５μｍ以上、２０μｍ以下に設定することで、接合強度を維持すると共に、位置レーザ出射位置に関して、高い歩留まりを得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子が支持基体に備えられた窒化物半導体レーザ装置の製造方法に関する。

現在、青色から紫外線領域に及ぶ発光材料として窒化物半導体を用いたレーザ装置が開発、実用化が推進されている。このレーザ装置の製造を行う際、レーザダイオードチップ（以下、ＬＤチップ）とマウント部材（ステム、又はサブマウント）を結合させる実装工程において、様々な問題が生じている。

本出願人は、従来の技術として、マウント部材をＬＤチップの半導体基板に用いる材料よりも熱膨張係数が大きい材料を用いることで、ジャンクションダウン方式でマウントを行っても閾値電流が大きくならない半導体発光装置を提案している（特許文献１参照）。また、本出願人は、従来の技術として、半導体発光素子チップの主表面が曲面を備えるように載置することで信頼性の向上を図った半導体発光装置を提案している（特許文献２参照）。また、本出願人は、従来の技術として、マウント部材の表面粗さを所定値以下とすることでその寿命を長くした半導体発光装置を提案している（特許文献３参照）。

これらの従来の窒化物半導体レーザ装置は、共通の構成として、図１１のような構成とされる。すなわち、図１１の窒化物半導体レーザ装置は、支持基体１１０８と、当該支持基体１１０８の表面に搭載されたサブマウント部材１１２０と、当該サブマウント部材１１２０の表面に搭載された導電性基板１１０１と半導体成長層１１０２とから構成される窒化物半導体ＬＤチップ１１０３とを備える。このとき、当該窒化物半導体ＬＤチップ１１０３の前記導電性基板１１０１表面にｎ型電極１１１２が形成されるとともに、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３の前記半導体成長層１１０２裏面にｐ型電極１１１１が形成される。そして、前記支持基体１１０８の表面と前記サブマウント部材１１２０の前記支持基体１１０８側の表面の金属膜１１２２との間にロウ材１１０５が接着材料として施されるとともに、前記サブマウント部材１１２０の前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３側の表面の金属膜１１２１と前記ｎ型電極１１１２表面に形成された金属膜１１０６との間に、ロウ材１１２３が接着材料として施される。

図１１のような窒化物半導体レーザ装置では、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３を前記サブマウント部材１１２０へ搭載した後、当該窒化物半導体ＬＤチップ１１０３を搭載した前記サブマウント部材１１２０を前記支持基体１１０８へ設置する。このとき、まず、図１２のように、前記サブマウント部材１１２０を前記ロウ材１１２３の融点よりも若干高い２００℃まで加熱し、前記ロウ材１１２３が溶けたところで、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３を前記ｎ型電極１１１２を下側にして載せ、さらにコレット(図示せず)で押さえつけ、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３と前記サブマウント部材１１２０とを前記ロウ材１１２３によく馴染ませる。その後、当該ロウ材１１２３を冷却固化させ、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３と前記サブマウント部材１１２０を接着固定させる。

次に、前記支持基体１１０８、及び前記ロウ材１１０５の原形であるロウ材箔１２０５（図１１の前記ロウ材１１０５の原形となる）を１００℃から４００℃程度の範囲で加熱する。このとき、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３は加熱しても、あるいは加熱しなくとも構わない。前記ロウ材箔１２０５を溶融させ、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３に圧力をかけて、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３と前記支持基体１１０８を接合させる。
特開２００２−２６１３７６号公報 特開２００３−３１８９５号公報 特開２００３−１９８０３８号公報

しかしながら、図１１のような窒化物半導体レーザ装置を構成する際に使用される前記ロウ材箔１２０５は、箔状に薄く作成されたものとしても、厚さ４０μｍのものしか得られない。よって、前記支持基体１１０８にマウントさせる際において、前記ロウ材箔１２０５が必要以上に溶融してしまう。そのため、前記窒化物半導体ＬＤチップ１１０３へ圧力をかけたとき、当該窒化物半導体ＬＤチップ１１０３が位置ずれをおこし、レーザ出射位置の制御性に問題が生じる。

また、前記支持基体１１０８に数μｍの厚みの前記ロウ材１１０５を形成しようとする場合、蒸着法、スパッタ法、メッキ法などの成膜方法を用いると、成膜に非常に時間を要する。また、前記支持基体１１０８上にあらかじめ、蒸着法、スパッタ法、メッキ法などの手法を用い、所定の位置にロウ材を形成することは、多大の労力を要する。

このような問題を鑑みて、本発明は、レーザ出射位置制御に関する歩留まりの良好な窒化物半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、窒化物半導体基板と該窒化物半導体基板の表面上に積層される複数の窒化物半導体層から成る窒化物半導体積層部を備えた窒化物半導体レーザ素子と当該窒化物半導体レーザ素子が搭載されたステムとを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記ステムに前記窒化物半導体レーザ素子を設置する際、前記ステムの支持基体部分に第１接着材料を付着させた後、前記窒化物レーザ素子を設置することを特徴とする。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記窒化物半導体レーザ素子が、サブマウントを介して前記ステムに搭載されるとともに、前記窒化物半導体レーザ素子が前記ステムに設置される際において、まず、前記サブマウントに第２接着材料を介して前記窒化物半導体レーザ素子を固定し、次に、前記第１接着材料が付着された前記ステムの前記支持基体部分に前記サブマウントを載置するものとしても構わない。尚、この接着材料として、ロウ材（ハンダ）や金属粉体を混入したペースト（Ａｇペースト）などを用いても構わない。

このような方法によると、予め、必要なだけの前記第１接着材料を前記ステムに付着させるので、過剰な量の接着材料が溶解することで前記窒化物半導体ＬＤチップが位置ずれを起こす可能性が低い。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記サブマウントは、ＳｉＣ系、ＡｌＮ系、ＣｕＷ系、ダイアモンド系のうちの少なくとも１種以上の材料より成ることを特徴とする。これら材料を用いることにより、前記窒化物半導体ＬＤチップの寿命が向上する。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記支持基体部分に付着させる前記第１接着材料の厚さが、０．５μｍ以上、２０μｍ以下とすることで、接合強度を維持すると共に、位置レーザ出射位置(後述)に関して、高い歩留まりを得ることができる。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記第１接着材料が、Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ系、Ｚｎ系のうちの少なくとも１種以上の材料より成ることを特徴とする。これら材料を用いることにより、良好な熱特性を有する前記窒化物半導体レーザ装置を得ることができる。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記第１接着材料を前記ステムの前記支持基体部分に付着させる際、まず、耐熱性を備えたシート又はテープに前記第１接着材料となる材料を付着し、次に、前記第１接着材料が付着した前記シート又はテープを前記ステムの前記支持基体に貼付した後、前記シート又はテープ越しに前記第１接着材料に対して超音波振動を当てることで、前記ステムの前記支持基体に前記第１接着材料を転写するものとして構わない。このとき、前記耐熱性を備えたテープとして、テフロン（Ｒ）テープを用いても構わない。又、前記ステムの前記支持基体に前記第１接着材料を転写する際、８０ｋＨｚ程度の超音波振動を当てるものとしても構わない。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記シート又はテープを貼付して前記ステムの前記支持基体に前記第１接着材料を転写する際、同時に前記シート又はテープを５０度以上３００度以下の範囲で加熱しても構わない。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、前記シート又はテープへ前記第１接着材料を付着させる際、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学的気相堆積法）のいずれかが用いられることを特徴とする。

本発明によると、前記サブマウントを前記第１接着材料を介して前記ステムに搭載する際、予め、必要なだけの接着材料をステムに付着するので、過剰な量の接着材料が溶解することで窒化物半導体ＬＤチップが位置ずれを起こす可能性が低い。

また、前記サブマウント搭載前の前記支持基体部分に付着させる接着材料の厚さを、０．５μｍ以上、２０μｍ以下に設定することで、接合強度を維持すると共に、位置レーザ出射位置(後述)に関して、高い歩留まりを得ることができる。

本発明によると、前記第１接着材料は、Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ系、Ｚｎ系のうちの少なくとも１種以上の材料より成る接着材料に用いることにより、良好な放熱特性を有する前記窒化物半導体ＬＤチップを得ることができる。

本発明によると、前記サブマウント部材に、熱膨張係数がＧａＮ系材料より小さいＳｉＣ系、ＡｌＮ系、ＣｕＷ系、ダイアモンド系のうちの少なくとも１種以上の材料を用いるので、圧縮応力がかかっているマウント前の前記窒化物半導体ＬＤチップをマウントするとき、圧縮応力を開放する。よって、前記窒化物半導体ＬＤチップの寿命は向上する。

本発明によると、前記シート又はテープへ前記第１接着材料を付着させる際、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法(化学的気相堆積法)のいずれかが用いられる。このため、前記第１接着材料を膜厚制御性良く前記シート又はテープに付着できる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における窒化物半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。

尚、以下において、「窒化物半導体」を、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成されるものとする。このとき、窒化物半導体の窒素元素のうち、約２０％以下が、Ａｓ、ＰおよびＳｂのいずれかの元素に置換されていても構わない。又、前記窒化物半導体中にＳｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅがドーピングされているものでも構わない。

また、「保持体」は、ステム、フレームもしくはパッケージに相当し、「支持基体」は、前記窒化物半導体ＬＤチップが設置された前記サブマウントを搭載する前記保持体の一部分に相当する。

また、「ダイボンディング（マウント）」は、前記窒化物半導体ＬＤチップを前記マウント部材に、又は、前記マウント部材を前記保持体に、ロウ材等の接着材料を用いて接合することである。尚、「接着材料」とは、ロウ材（ハンダ）、金属粉体を混入したペースト（Ａｇペースト）等、前記窒化物半導体ＬＤチップとマウント部材、保持体とを接合させる材料である。

また、「マウント面」は、前記窒化物半導体ＬＤチップを前記サブマウントへマウントするときは、ロウ材を挟んで前記サブマウントと対向する前記窒化物半導体ＬＤチップの面に相当するものとし、一方、前記サブマウントを前記ステムの前記支持基体へマウントするときは、ロウ材を挟んで、前記ステムの前記支持基体と対向する前記サブマウントの面に相当するものとする。

また、「窒化物半導体ＬＤチップ」は、基板と半導体成長層で構成されるものとし、また、基板又は半導体成長層に電極や金属多層膜が形成されている場合は、電極及び金属多層膜も含むものとする。

また、ｐ型電極は、窒化物半導体のｐ型コンタクト層に接する金属層及び当該金属層の外層の一部で構成され、ｐ型電極上の金属膜は、マウント前の前記窒化物半導体ＬＤチップのｐ型電極側の表面金属層及び当該表面金属層の内部金属層の一部で構成される。以下では、「ｐ型電極側の金属層」とは、ｐ型電極及びｐ型電極上の金属膜の両方に相当するものとする。

以下において、図１を参照して、窒化物半導体レーザ装置の構成を説明する。図１の窒化物半導体レーザ装置は、後述するステム５０１(図５、図７参照)に設けられた支持基体１０２と、支持基体１０２の表面に搭載されたサブマウント４２０と、前記サブマウント４２０の表面に載置された、ｎ型ＧａＮ基板１１１と半導体成長層６０１とを備える窒化物半導体ＬＤチップ４１０から構成されている。

このような窒化物半導体レーザ装置において、前記サブマウント４２０が、ＳｉＣサブマウント部材１５０と、該ＳｉＣサブマウント部材１５０の窒化物半導体ＬＤチップ４１０側表面の金属膜１５１と、該ＳｉＣサブマウント部材１５０の支持基体１０２側表面の金属膜１５２と、前記金属膜１５１表面上に形成されたＡｕ−３０Ｓｎロウ材１５３を備えている。

また、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０は、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１の裏面にｎ型電極１２１が形成されるとともに、該ｎ型電極１２１の表面に金属多層膜１２２が形成される。さらに、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１の表面に積層されている前記半導体成長層６０１は、例えば、層厚３．０μｍのｎ型ＧａＮ層１１２、層厚１．０μｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１１３、層厚０．１μｍのｎ型ＧａＮガイド層１１４、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層１１５、層厚０．０３μｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ蒸発防止層１１６、層厚０．１μｍｐ型ＧａＮガイド層１１７、層厚０．６μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１１８、層厚０．１μｍのｐ型コンタクト層１１９で構成され、また、当該ｐ型コンタクト層１１９を挟むようにして、埋め込み領域１１０が形成されている。

このように構成される前記半導体成長層６０１の表面にｐ型電極１３１が形成されるとともに、該ｐ型電極の表面に金属膜１３２が形成される。そして、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０は、前記ｐ型クラッド層１１８における前記ｐ型コンタクト層１１９直下位置を凸状にした、いわゆるリッジストライプ型構造を有している。よって、レーザ出射位置１４１が、前記ｐ型蒸発防止層１１６の前記ｐ型コンタクト層１１９の直下位置に構成される。

また、前記ｎ型電極１２１の層構造は、例えば、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１側から順に層厚０．０５μｍのＨｆ層と層厚０．１５μｍのＡｌ層とが積層された構造であり、又、前記金属膜１２２は、例えば、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１基板側から順に層厚０．０１μｍのＭｏ層と層厚０．１０μｍのＰｔ層と層厚０．１５μｍのＡｕ層とが積層されて形成される。前記ｎ型電極１２１において、Ｈｆ層およびＡｌ層は、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１とオーミックコンタクトをとるために構成される。さらに、前記金属膜１２２において、Ｍｏ層は、前記金属膜１２２のＡｕ層と前記ｎ型電極１２１のＡｌ層のコンタミネーションを防止するブロック層として構成され、また、Ａｕ層はワイヤーを打つための層として構成される。

上述のように、電極及び金属多層膜が形成された前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０は、５×１０^-4Ｐａ以下の圧力下、もしくはＮ₂、Ａｒ等の不活性ガスやＯ₂のうち少なくとも１種以上のガスを使用した雰囲気中において、２００℃以上、７００℃以下の温度で、一定時間加熱処理を施されるものとしても構わない。尚、本実施形態では、上述の材料で作製された窒化物半導体ＬＤチップ４１０を用いるものとするが、該窒化物半導体ＬＤチップ４１０を構成する材料はそれらに限定されるものではない。また、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０の成長用基板として、ＧａＮ以外の他の窒化物半導体材料による基板を用いても構わない。

また、前記半導体成長層６０１には、例えばｐ型クラッド層１１８にｐ型ＡｌＧａＩｎＮ、活性層１１５にＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰ等、他の窒化物半導体を用いても構わない。また、クラッド層を多重量子井戸構造にしても構わない。さらに、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１と前記ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１１３の間に、クラック防止層として、ＩｎＧａＮ層を挿入するものとしても構わない。

次に、図を参照して、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０の製造方法を説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法など、窒化物半導体素子の製造に一般的に用いられている周知のプロセスを適宜適用し、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１上に、図１に示すような積層構造の前記窒化物半導体成長層６０１を形成する。

このように前記ｎ型ＧａＮ基板１１１上に前記窒化物半導体成長層６０１が形成されたウエーハが得られると、前記ｎ型ＧａＮ基板１１１の裏面側から、研磨もしくはエッチングにより、ウエーハの厚みを、通常４０〜２００μｍ程度までに薄く調整する。これは、後の工程で、ウエーハを分割し、個々の前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０に分割するのを容易にするための工程である。特に、レーザ共振器端面を分割により形成する場合には、２５〜１５０μｍと、薄めに調整することが好ましい。本実施形態においては、研削機を用いてウエーハの厚みを約１５０μｍに調整し、その後、研磨機を用いて約１００μｍまで調整した。ウエーハの裏面は研磨機により磨かれているので平坦である。

まず、図２に示すように、この状態のウエーハをストライプ方向と垂直な方向の分割ライン２１０でへき開またはエッチングすることによって、バー形状にする。尚、図２は、上述のプロセスを経て得られた半導体レーザ構造が多数形成された窒化物半導体ＬＤウエーハの模式図であり、ｐ型金属層２１１が前記ｐ型電極１３１と前記金属膜１３２を含む金属層を示し、また、ｎ型金属層２１２が前記ｎ型電極１２１と前記金属膜１２２を含む金属層を示す。このようにバー形状に劈開することで、レーザ共振器端面２０１が形成される。次に、このバー形状の状態において、前記レーザ共振器端面２０１に、光学薄膜のコーティングを蒸着法により、片方の共振器の端面にＳｉＯ₂層及びＴｉＯ₂層を被覆して、多層膜を形成する。このときマウント面である前記ｐ型金属層２１１の表面に、コーティングの誘電体膜がかからないようにする。

このようにバー形状に分割することで形成された図３のようなＬＤバーを、更に、ストライプ方向と平行な方向となるとともに前記埋め込み領域１１０上に形成された分割ライン３１０に沿って分割することで、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を得る。尚、図４（ａ）は、上述のチップ分割の方法で得られたマウント前の前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０の裏面（ＧａＮ基板側）からの外観斜視図であり、図４（ｂ）は、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０の表面（成長層側）からの外観斜視図である。

このとき、ウエーハの裏面側を上にしてステージ上に得られたＬＤバーを置き、光学顕微鏡を用いて、傷入れ位置をアライメントし、ウエーハ裏面にダイヤモンドポイントで分割ライン３１０に沿ったスクライブラインを入れる。そして、ウエーハに適宜力を加え、スクライブラインに沿ってウエーハを分割することで、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を作製する。本方法は、スクライビング法と言われるものである。

チップ分割工程は、スクライビング法による以外で、基板裏面側から傷、溝等を入れてチップを分割する方法で構わない。このチップ分割工程での他の手法として、例えば、ワイヤソーもしくは薄板ブレードを用いて傷入れもしくは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部に生じさせたクラックをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、蒸発させることで溝入れ加工を行なうレーザアブレーション法等を用いても構わない。

前記半導体成長層６０１を前記サブマウント４２０と対向させてダイボンディングを行うジャンクションダウンの場合、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０の前記ｐ型金属層２１１の表面側がマウント面となる。尚、本実施の形態では、図４のように、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０において、例えば、そのＬＤチップ幅４０２を４００μｍとするとともに、そのＬＤチップ共振器長４０３を６００μｍとする。

このような製造工程により、図１のような構成の前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０が構成されると、この図１の前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を、ダイボンディング法により、前記サブマウント４２０上に搭載した後、さらに、該窒化物半導体ＬＤチップ４１０を搭載した前記サブマウント４２０を前記支持基体１０２へ搭載することにより、窒化物半導体ＬＤ装置が形成される。このとき、該窒化物半導体ＬＤ装置は、前記支持基体１０２と前記サブマウント４２０間を接続する９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１を備える。

次に、図面を参照し、窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明する。尚、図５はロウ材を前記支持基体１０２への転写方法を説明する説明図である。また、図６及び図７はそれぞれ、上述の方法により作製した窒化物半導体レーザ装置を設置した状態での、構成を示す概略断面図と、全体の模式図である。

まず、前記支持基体１０２へ前記９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１を転写する。この前記９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１の転写方法について、以下に説明する。

まず、長さ５００ｍｍ、幅５００μｍ、厚さ２０μｍのテフロン（Ｒ）テープを用意し、蒸着法により、真空度１×１０^-5Ｐａ程度のチャンバー内において、当該テフロン（Ｒ）テープに厚さ８μｍ程度の９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材をテフロン（Ｒ）テープへ蒸着する。テフロン（Ｒ）テープが長いときは、蒸着装置内で、９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材の蒸着が終了したテフロン（Ｒ）テープ部分を巻き取りながら、未蒸着のテフロン（Ｒ）テープ部に蒸着しても構わない。又は、シートに前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材を蒸着する場合は、蒸着が終了し当該シートを装置外に取り出した後、前記支持基体１０２表面に前記９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材を転写する転写工程が可能な適当な大きさに、当該シートをカッター等で加工する。このようにして、テフロン（Ｒ）テープに９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材が付着したロウ材付着テープ５３１(図５参照)が形成される。尚、テフロン（Ｒ）テープへの付着方法は、膜厚の制御性が良い蒸着法、スパッタ、もしくはＣＶＤ法が好ましい。

次に、ロウ材を前記支持基体１０２に転写する方法について、以下に説明する。図５（ａ）は、ステム５０１を前記支持基体１０２側からみた図であり、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０は前記支持基体１０２の片面５１２に設置される。前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０のｐ型電極と接続するステムのピン５１１及びｎ型電極と接続するステムのピン５１０と、転写ニードル５２１との間に、上述の方法で作製された前記ロウ材付着テープ５３１が配置される。前記ロウ材付着テープ５３１は、テフロン（Ｒ）テープ５３３に９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材５３２が付着して形成されており、当該ロウ材付着テープ５３１はリールにより巻き取られるように配置されている。

更に、図５（ｂ）に示すように、前記転写ニードル５２１が、前記ロウ材付着テープ５３１を前記支持基体１０２の前記片面５１２に押し付け、図５（ｃ）に示すように、１５０℃に加熱された前記転写ニードル５２１を８０ｋＨｚ程度の超音波により振動させて、前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材５３２を擦り付ける。結果、図５（ｄ）に示すように、前記転写ニードル５２１を引き上げて離すと、縦５００μｍ×横５００μｍ×厚さ８μｍの前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が、前記支持基体１０２の前記片面５１２表面に転写される。尚、前記転写ニードル５２１及び前記支持基体１０２を前記ロウ材付着テープ５３１が５０℃以上３００℃以下となる範囲で加熱すると、前記支持基体１０２への前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１の付着が容易になり、好ましい。

次に、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０と前記サブマウント４２０とを用意する。そして、前記サブマウント４２０に形成された前記Ａｕ−３０Ｓｎロウ材１５３上に、前記ｎ型金属層２１２が前記サブマウント４２０と対面するように、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を配置する。次に、前記サブマウント部材４２０を３１０℃程度まで加熱し、前記Ａｕ−３０Ｓｎロウ材１５３が融解した後、コレット（図示せず）等で荷重を適宜加えながら、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０と前記サブマウント４２０とを、前期Ａｕ−３０Ｓｎロウ材１５３によくなじませる。その後、冷却し、ロウ材を凝固させ、前記サブマウント４２０上に、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を固定化する。

次に、前記支持基体１０２に、最大膜厚部分が８μｍの前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が上述の転写方法で転写されたステム５０１(図７参照)を用意する。前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０が固定化された前記サブマウント４２０を２５０℃程度まで加熱し、前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が溶けた時点で、前記サブマウント４２０に圧力をかけて、前記支持基体１０２と接合させる。

前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が固化した後、ｐ型電極用ワイヤ６１１が、前記ｐ型金属層２１１の前記金属膜１３２表面から、ステムのピン５１１（ｐ型電極用）へ接続され、また、ｎ型電極用ワイヤ６１０が、前記ＬＤチップ側表面の金属膜１５１表面からステムのピン５１０（ｎ型電極用）へ電気的に接続される(図６参照)。このようにして、図７に示す窒化物半導体レーザ装置が得られた。尚、前記支持基体１０２に用いられる材料はＣｕを主体とする金属であり、その表面にＰｄ膜／Ａｕ膜が順にメッキ形成されている。

図８は、レーザ出射位置の説明図である。前記ステム５０１と前記支持基体１０２と前記サブマウント４２０と前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０とによる窒化物半導体レーザ装置における、設計されたレーザの出射方向（設計レーザ出射方向）と実際のレーザ出射方向とのずれをθとする。また、設計レーザ出射位置からのＸ軸方向、Ｙ軸方向のずれにおいて、図８のＸ軸及びＹ軸の矢印方向が正の方向となるように、設定する。

本実施形態で作製した窒化物半導体レーザ装置（１００個）の出射位置に関して、全て基準値（θは±２°以内、Ｘ軸、Ｙ軸方向のずれは±１５μｍ以内）以内となり、測定を行った１００個の平均値は、θは１．２４、Ｘ軸方向のずれは１１．９μｍ、Ｙ軸方向のずれは１１．３μｍとなった。また、放熱性に関しては、電力を１Ｗ投入した場合の温度上昇を示す熱抵抗（℃/Ｗ）を指標としたとき、本実施形態による素子（３５個平均）の熱抵抗は９．６（℃/Ｗ）となり、放熱性は良好であった。

厚さ５０μｍの９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材箔を使用した従来の窒化物半導体レーザ装置に関して測定した場合、作製した１００個の窒化物半導体レーザ装置に対してレーザ出射位置が基準値以内となるものは６３個であった。本実施形態による方法を用いることで、従来技術と比べて、レーザ出射位置の制御性に関して良好なものとなる。これは、前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１の厚みが最大膜厚でも８μｍと、従来技術（５０μｍ）と比較して薄いためであり、当該ロウ材が過剰に溶融し、ロウ材上の前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０に圧力をかけたとき、位置ずれが発生しにくいためである。

図９は、前記ステム５０１に転写された前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１の膜厚と、レーザ出射位置に関する歩留まりとの関係を示すグラフである。グラフに示されている通り、２０μｍ以上であるとレーザ出射位置の制御が急激に低下することがわかる。また、０．５μｍ以下であると接合強度が低下する。よって、ロウ材の膜厚としては、０．５μｍ以上、２０μｍ以下に設定すると、レーザ出射位置制御性の良好な窒化物半導体レーザ装置が得られる。

放熱性に関しても、比較を行ったところ、前記支持基体１０２に、最大膜厚部分が８μｍのＩｎロウ材が転写されているステムを用いて、窒化物半導体レーザ装置を１００個製造した場合、３５個の平均の熱抵抗値は、２１．９（℃/Ｗ）となり、本実施形態による素子（９．６（℃/Ｗ））の方が、優れた放熱性を示した。

上述のように、本実施形態による方法により、放熱性、及びレーザ出射位置制御性の優れた窒化物半導体のレーザ装置を製造することができる。

尚、本実施形態では、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０が載置された前記サブマウント４２０を前記ステム５０１に搭載することで窒化物半導体レーザ装置が構成されるものとしたが、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を前記サブマウント４２０を用いずに、直接、前記保持体（ステム、フレームもしくはパッケージ）に載置しても構わない。即ち、図１０に示すように、前記支持基体１０２上に前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を直接搭載するとともに、前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１で前記窒化物ＬＤチップ４１０を保持する。このとき、まず、最大膜厚部分が８μｍの前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が上述の転写方法で前記支持基体１０２に転写されたステム５０１(図７)を用意する。そして、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０を２５０℃程度まで加熱し、前記９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材１０１が溶けた時点で、前記窒化物半導体ＬＤチップ４１０に圧力をかけて、前記支持基体１０２と接合させる。

尚、熱抵抗が良好なステム上のロウ材として、本実施形態で使用されているＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕに限定されるものではなく、Ａｕ−Ｓｎ（Ａｕ−３０Ｓｎ、Ａｕ−９０Ｓｎ等）、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ａｇ、Ｉｎ−Ａｇ−Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｚｎを使用しても、構わない。

また、本実施形態では、ｎ型電極の材料として、Ｈf及びＡｌを用いたが、Ｈｆ以外にＴｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、とその化合物を使用しても構わない。また、Ａｌ以外にＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、とその化合物を使用しても構わない。膜厚も上述の厚さ（Ｈｆ＝０．０５μｍ、Ａｌ＝０．１５μｍ）に限定されるものではない。

また、窒化物半導体ＬＤチップは、本実施形態の例に限定されるものではない。基板として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＺｒＢ₂、ＧａＡｓや他の窒化物半導体材料を用いても構わない。また、半導体成長層の材料として、例えば、ＧａＮ_αＸ_1-α（０.５１≦α≦１）（ＸはＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等のうち少なくとも１種類以上を含む元素）、ＢＮ_βＸ_1-β（０.５１≦β≦１）、Ａｌ_γＮ_1-γ（０.５１≦γ≦1）、Ａｌ_δＧａ_1-δＮ_εＸ_1-ε（０<δ<1、０.５１≦ε≦１）、ＩｎＮ_ζＸ_1-ζ（０.５１≦ζ≦１）、Ｉｎ_ηＧａ_1-ηＮ_μＸ_1-μ（０<η<１、０.５１≦μ≦１）、Ｉｎ_νＧａ_ξＡｌ_1-ν-ξＮ_τＸ_1-τ（０<ν<１、０<ξ<１、０.５１≦τ≦１）を用いても構わない。

また、本実施形態の窒化物半導体ＬＤチップのｐ型電極側の前記埋め込み領域１１０に用いる材料は、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、ＳｉＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＮ等、他の窒化物半導体でも構わない。また、ｐ型電極がステム側に対向するように支持基体に搭載されるジャンクションダウン構造の場合においても、本発明で同様の効果が得られる。

本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施形態における個々の窒化物半導体レーザ構造が多数形成された窒化物半導体ＬＤウエーハの模式図である。 本発明の実施形態における窒化物半導体ＬＤウエーハを分割したＬＤバーの模式図である。 本発明の実施形態におけるマウント前の窒化物半導体ＬＤチップの外観斜視図である。 本発明の実施形態におけるロウ材の支持基体への転写方法の説明図である。 本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ装置を設置した状態での構成を示す概略断面図である。 本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ装置を設置した状態での構成を示す全体の模式図である。 本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ装置のレーザ出射位置の説明図である。 本発明の実施形態において、ステムに転写された９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材の膜厚と、レーザ出射位置に関する歩留まりとの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。 従来の窒化物半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。 従来の窒化物半導体レーザ装置のマウント前の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０１ ９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕロウ材
１０２ 支持基体
１１０ 埋め込み領域
１１１ ｎ型ＧａＮ基板
１１２ ｎ型ＧａＮ層
１１３ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
１１４ ｎ型ＧａＮガイド層
１１５ ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層
１１６ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ蒸発防止層
１１７ ｐ型ＧａＮガイド層
１１８ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
１１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２１ ｎ型電極
１２２ ｎ型電極上の金属多層膜
１３１ ｐ型電極
１３２ ｐ型電極上の金属膜
１４１ レーザ出射位置
１５０ ＳｉＣサブマウント部材
１５１ ＳｉＣサブマウント部材の窒化物半導体ＬＤチップ側表面の金属膜
１５２ ＳｉＣサブマウント部材の支持基体側表面の金属膜
１５３ Ａｕ−３０Ｓｎロウ材
２０１ レーザ共振器端面
２１０ ストライプ方向と垂直な方向の分割ライン
２１１ ｐ型金属層
２１２ ｎ型金属層
３１０ ストライプ方向と平行な方向の分割ライン
４０２ ＬＤチップ幅
４０３ ＬＤチップ共振器長
４１０ 窒化物半導体ＬＤチップ
４２０ サブマウント
５０１ ステム
５１０ ステムのピン（ｎ型電極用）
５１１ ステムのピン（ｐ型電極用）
５１２ 支持基体の片面
５２１ 転写ニードル
５３１ ロウ材付着テープ
５３２ ９６．５ｗｔ％／Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔＣｕロウ材
５３３ テフロン（Ｒ）テープ
６０１ 半導体成長層
６１０ ｎ型電極用ワイヤ
６１１ ｐ型電極用ワイヤ
１１０１ 導電性基板
１１０２ 半導体成長層
１１０３ 窒化物半導体ＬＤチップ
１１０５ ロウ材
１１０６ ｎ型電極表面に形成された金属膜
１１０８ 支持基体
１１１１ ｐ型電極
１１１２ ｎ型電極
１１２０ サブマウント部材
１１２１ サブマウント部材の窒化物半導体ＬＤチップ側の表面の金属膜
１１２２ サブマウント部材の支持基体側の表面の金属膜
１１２３ ロウ材
１２０５ ロウ材箔

Claims (8)

1. 窒化物半導体基板と該窒化物半導体基板の表面上に積層される複数の窒化物半導体層から成る窒化物半導体積層部を備えた窒化物半導体レーザ素子と当該窒化物半導体レーザ素子が搭載されたステムとを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
   前記ステムに前記窒化物半導体レーザ素子を設置する際、前記ステムの支持基体部分に第１接着材料を付着させた後、前記窒化物レーザ素子を設置することを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
2. 前記窒化物半導体レーザ素子が、サブマウントを介して前記ステムに搭載されるとともに、
   前記窒化物半導体レーザ素子が前記ステムに設置される際において、
   まず、前記サブマウントに第２接着材料を介して前記窒化物半導体レーザ素子を固定し、
   次に、前記第１接着材料が付着された前記ステムの前記支持基体部分に前記サブマウントを載置することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
3. 前記サブマウントは、ＳｉＣ系、ＡｌＮ系、ＣｕＷ系、ダイアモンド系のうちの少なくとも１種以上の材料より成ることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
4. 前記支持基体部分に付着させる前記第１接着材料の厚さが、０．５μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
5. 前記第１接着材料は、Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ系、Ｚｎ系のうちの少なくとも１種以上の材料より成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
6. 前記第１接着材料を前記ステムの前記支持基体部分に付着させる際、
   まず、耐熱性を備えたシート又はテープに前記第１接着材料を付着し、
   次に、前記第１接着材料が付着した前記シート又はテープを前記ステムの前記支持基体に貼付した後、前記シート又はテープ越しに前記第１接着材料に対して超音波振動を当てることで、前記ステムの前記支持基体に前記第１接着材料を転写することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
7. 前記シート又はテープを貼付して前記ステムの前記支持基体に前記第１接着材料を転写する際、
   同時に前記シート又はテープを５０度以上３００度以下の範囲で加熱することを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
8. 前記シート又はテープへ前記第１接着材料を付着させる際、蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法のいずれかが用いられることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。

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