JP2010226078A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を支持基体へ容易に搭載することのできる発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置１は、側壁が傾斜面となっている凹部３１を上面に有する支持基体３０を備える。第１発光素子１０は、凹部３１の底面に搭載されるものである。第１発光素子１０が凹部３１に搭載される場合に、第１発光素子１０が正確に位置決めされずに凹部３１の側壁の上に置かれたときでも、第１発光素子１０が傾斜した側壁を滑りおりて底面に配置される。第２発光素子２０は、第１発光素子１０および支持基体３０の上面に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を備えた発光装置およびその製造方法に関する。

近年、半導体レーザの分野では、同一基板（または基体）上に発光波長が異なる複数の発光部を有する多波長レーザの開発が活発に行われている。この多波長レーザは、例えば光ディスク装置の光源として用いられる。

このような光ディスク装置では、７００ｎｍ帯のレーザ光がＣＤ（Compact Disk）の再生に用いられると共に、ＣＤ−Ｒ（CD Recordable），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable）あるいはＭＤ（Mini Disk）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる。また、６００ｎｍ帯のレーザ光がＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられている。多波長レーザを光ディスク装置に搭載することにより、既存の複数種類の光ディスクのいずれに関しても、記録または再生が可能となる。さらに、ＧａＮ，ＡｌＧａＮおよびＧａＩｎＮに代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、ＧａＮ系の化合物半導体という。）を用いた短波長（４００ｎｍ帯）のレーザも実現され、より高密度の光ディスクの光源として実用化が図られている。この短波長レーザも含めて多波長化することにより、より用途を拡げることができる。

このようなＧａＮ系のレーザ発振部を有する３波長レーザ素子（発光装置）として、従来では、例えば、以下に示した方法で作製されたものが提案されている。すなわち、まず、ＧａＮ基板上にＧａＮ系の化合物半導体を成長させて４００ｎｍ帯の波長の第１発光素子を作製する。また、同一のＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体の成長による６００ｎｍ帯の素子と、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体の成長による７００ｎｍ帯の素子とを並設して第２発光素子を作製する。そして、これら第１発光素子および第２発光素子を支持基体上にこの順に重ねて配設する。このようにして、従来では、３波長レーザ素子が作製されていた。この従来タイプの３波長レーザ素子では、第２発光素子で発生した熱が熱伝導性に優れたＧａＮ基板や支持基体から放熱されるので、高い放熱効率が得られる。

ところで、この発光装置においては、第１発光装置および第２発光装置の２つの態様のものが開示されている。第１発光装置は、第１発光素子を支持基体の上に搭載すると共に、支持基体の上に複数の柱状ポストを形成し、この柱状ポストおよび第１発光素子の上に第２発光素子を搭載したものである。柱状ポストは、第２発光素子内で発生した熱を放熱するヒートシンクとしての機能と、支持基体側から第２発光素子に電力を供給する機能とを有するものである。この柱状ポストは、印刷法によりタングステンや銅を支持基体上の所定位置に配置した後、焼成することにより得られる。

一方、第２発光装置は、支持基体に凹部を形成し、その凹部内に第１発光素子を収容すると共に、第２発光素子を支持基体および第１発光素子上に配置したものである。

特開２００７−４８８１０号公報

しかしながら、上述の発光装置においては以下のような問題があった。まず、第１発光装置では、焼成等の工程を経て柱状ポストが形成されるので、そのプロセスに手間と時間がかかってしまう。また、焼成時に柱状ポストが収縮する結果、柱状ポストの高さと第１発光素子の高さとが異なってしまい、第２発光素子を搭載する際に第２発光素子と柱状ポストとを接合できなくなってしまったりする等の不具合が発生することがあった。更に、第１発光装置では、駆動時に発生する熱応力により、柱状ポストの剥がれが発生する虞があった。

これに対して、第２発光装置では上記柱状ポストによる問題は生じないが、以下のような問題があった。すなわち、この第２発光装置では、図１３（Ａ）に示したように、第１発光素子１００を支持基体１０１の凹部１０２内に配置する際に、凹部１０２の入り口付近の角部に第１発光素子１００の底面が接触または衝突することがある。そのため搭載装置１０３には精確な位置決め機構が必要であった。

また、支持基体１０１が窒化アルミニウムからなる場合には、凹部１０２の側面が凹凸になる。このような凹凸を有する凹部１０２内に第１発光素子１００を配置しようとした場合に、精確な位置決めができないときには、図１３（Ｂ）に示したように、第１発光素子１００の底面の角部が凹部１０２の凹凸に引っ掛かることがある。そのため、第１発光素子１００は凹部１０２内において傾いて配置されることがあった。このような場合には、第１発光素子１００が所定の位置に搭載されていないので、目的とする出射光特性が正しい形で得られないばかりか、第２発光素子を搭載することができなくなったりする。加えて、第１発光素子１００の底面全体が支持基体１０１に接合していないために、作動中に第１発光素子１００が剥がれてしまい所望の機能が出せなくなったりする等の問題が発生することがある。

さらに、この第２発光装置では、支持基体１０１はセラミック等の焼成により形成されるものであるが、その際に生じる収縮のバラツキにより、凹部１０２の深さと第１発光素子１００の高さとが同じにならなくなるという問題があった。すなわち、第１発光素子１００の搭載後の表面と支持基体１０１の表面とが同一水平面ではなくなる。そのような場合には、第２発光素子（図示せず）を配置する際に、その第２発光素子と支持基体１０１との接合が不完全になる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、発光素子を支持基体へ容易に搭載することのできる発光装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の発光装置は、側壁が傾斜面となっている凹部を上面に有する支持基体と、凹部の底面に配置された第１発光素子と、第１発光素子および支持基体の上に配置された第２発光素子とを備えたものである。

本発明の第１の発光装置の製造方法は、支持基体に、側壁に傾斜面を有する凹部を形成する第１工程と、支持基体の凹部の底面に第１接合材を用いて第１発光素子を固定させる第２工程と、第１発光素子および支持基体の上に第２接合材を用いて第２発光素子を固定させる第３工程とを含むものである。

本発明の第２の発光装置の製造方法は、支持基体に、側壁に傾斜面を有する凹部を形成する第１工程と、第１発光素子に、第１接合材を用いて第１発光素子よりも幅の広い第２発光素子を接合させる第２工程と、第２接合材を用いて、第１発光素子を支持基体の凹部の底面に固定すると同時に第２発光素子を支持基体の上面に固定させる第３工程とを含むものである。

本発明の発光装置ならびに第１および第２の発光装置の製造方法では、凹部の側壁が傾斜しているので、組み立て工程において、第１発光素子が凹部の側壁に置かれた場合でも、第１発光素子が側壁を滑り降りて底面に配置される。

本発明の発光装置およびその製造方法によれば、支持基体に設けられた凹部の側壁が傾斜しているので、第１発光素子を支持基体に接合させるときに精確に位置決めしなくても、第１発光素子が傾斜面を滑り下りて凹部の底面に接合させることができる。したがって、第１発光素子を支持基体へ容易に搭載することができる。

本発明の一実施の形態に係る発光装置の全体構成を表す断面図である。 支持基体の概略構成を表す平面図および断面図である。 パッケージの平面図である。 支持基体の製造工程を説明するための断面図である。 支持基体に第１発光素子を搭載するときの工程を説明するための断面図である。 変形例に係る支持基体の製造工程を説明するための断面図である。 マウント電極の変形例を説明するための支持基体の断面図および平面図である。 一変形例に係る支持基体の断面図および平面図である。 他の変形例に係る支持基体の平面図である。 第２発光素子のｐ側電極と引出電極との接合部分を拡大した断面図である。 パッド電極の一変形例を説明するための支持基体平面図および断面図である。 パッド電極の他の変形例を説明するための支持基体の平面図および断面図である。 従来技術に係る第１発光素子を支持基体に搭載するときの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（支持基体に第１，２発光素子を搭載した例）
２．変形例

＜実施の形態＞
［発光装置］
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置１の断面構成を表すものである。この発光装置１は、光ディスクの記録・再生等を行う光ディスク装置の光源として好適に用いられるものである。

発光装置１は、チップ状の第１発光素子１０と第２発光素子２０とをこの順に重ねて支持基体（サブマウント）３０上に配置したものであり、多波長レーザ素子としての機能を有する。支持基体３０は、例えば、接合層４８を介してヒートブロック４５上に配置されている。ここで、接合層４８は、例えば、Ａｕ（金）−Ｓｉ（シリコン）、Ａｕ（金）−Ｓｎ（錫）またはＡｇ（銀）−Ｓｎ（錫）等の金属合金や、樹脂接着剤等などによって構成されている。ヒートブロック４５は、例えば、銅や鉄等の金属材料によって構成されている。

第１発光素子１０は、発光点（発振部）１１から例えば４００ｎｍ帯（例えば４０５ｎｍ）のレーザ光を出射する半導体レーザであり、ＧａＮ系の化合物半導体により構成されている。この第１発光素子１０では、熱伝導率が約１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い値を示すＧａＮ基板１０Ａが用いられ、このＧａＮ基板１０Ａが各発光素子１０，２０の内部で発生した熱を放熱するヒートシンクとして機能する。第１発光素子１０において、その下面側がｎ側電極１２（第４電極）、上面側がｐ側電極１３（第３電極）となっている。

第２発光素子２０は、モノリシック型の多波長レーザであり、２つの発光点（発振部）２１，２２から例えば６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）のレーザ光と７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）のレーザ光を出射する２種類の半導体レーザ構造を含んでいる。この第２発光素子２０は、２つの発光点２１，２２が第１発光素子１０の発光点１１に近づくように所謂ジャンクションダウン方式で、支持基体３０上に配置されている。６００ｎｍ帯のレーザ構造はＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体、７００ｎｍ帯のレーザ構造はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。この第２発光素子２０では、熱伝導率が約１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）という低い値を示すＧａＡｓ基板２０Ａが用いられている。すなわち、本実施の形態では、第２発光素子２０の内部で発生した熱は、ＧａＡｓ基板２０Ａ側ではなく、第１発光素子１０および支持基体３０を通じてヒートブロック４５側に伝わるようになっている。

第２発光素子２０は、その下面側に２つのｐ側電極２４Ａ，２４Ｂ（第７電極）および配線パターン２５（第６電極）を有している。また、第２発光素子２０は、上面側にｎ側電極２３（共通電極）（第５電極）を有している。一方のｐ側電極２４Ａは発光点２１側の素子、他方のｐ側電極２４Ｂは発光点２２側の素子の各ｐ側電極に相当するものである。

支持基体３０は、例えば、熱伝導率が約２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く熱伝導性に優れたシリコンからなり、第１発光素子１０および第２発光素子２０のそれぞれの内部で発生した熱を放熱するヒートシンクとして機能する。

図２（Ａ），（Ｂ）はこの支持基体３０を取り出したものである。図２（Ａ）はその平面構成、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線における矢視断面を表している。支持基体３０には、上面側に凹部３１が形成されている。凹部３１は、第１発光素子１０の全体が配置可能な大きさを有すると共に、逆台形状の断面を有している。すなわち、凹部３１は側壁に傾斜面３１ａを有し、第１発光素子１０が接合される底面３１ｂから上方になるにしたがってその面積が大きくなっている。傾斜面３１ａの垂直面に対する角度θは、当該傾斜面３１ａがシリコンの異方性エッチング法を利用することにより形成されていることから、結晶方位の５４．７４度となっている。これにより、組み立て工程において、第１発光素子１０の底面が凹部３１の入り口付近の角部に接触または衝突する虞をなくしている。また、凹部３１は、底面３１ｂに配置された第１発光素子１０の表面と、支持基体３０の上面とが実質的に同一平面上になる程度の深さを有している。

凹部３１の底面３１ｂにはマウント電極３２（第２電極）、支持基体３０の上面にはパッド電極３３がそれぞれ設けられている。マウント電極３２は例えば金等の金属材料により、また、パッド電極３３は例えば金等の金属材料により形成されている。マウント電極３２は、傾斜面３１ａに沿って延在しており、かつパッド電極３３と電気的に接続されている。マウント電極３２は、第１発光素子１０の支持基体３０への搭載位置に設けられている。マウント電極３２は、第１発光素子１０の駆動時にはパッド電極３３に接合されたワイヤ４７（図１）を介して供給される電力を第１発光素子１０の一方の電極（ここではｎ側電極）に供給する機能を有する。

支持基体３０の上面（凹部３１を除いた上面部分）には、例えば、凹部３１を間にして一対の接合電極３４（第１電極）が、また凹部３１を間にして他の接合電極３４とダミー電極３５がそれぞれ設けられている。接合電極３４は第１発光素子１０および第２発光素子２０に電力を供給する機能を有している。各接合電極３４は円形部分３４ａおよびパッド部分３４ｂを有している。円形部分３４ａには第２発光素子２０の下側電極（ｐ側電極２４Ａ）が接合され、パッド部分３４ｂにはワイヤ４７（図１）が接合されている。ダミー電極３５はパッド電極３３の近傍にパッド電極３３とは分離して設けられている。ダミー電極３５は第２発光素子２０を支持基体３０に搭載するときに用いられる。

支持基体３０の下面（すなわちヒートブロック４５に固定される面）には、マウントパターン３６が設けられている。ここで、マウント電極３２やパッド電極３３、接合電極３４、ダミー電極３５は、例えば熱伝導率が約３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い値を示すＡｕ（金）により形成されており、第１発光素子１０および第２発光素子２０のそれぞれの内部で発生した熱を放散するヒートシンクとして機能している。

第１発光素子１０のｎ側電極１２は、導電性接合材４０によって凹部３１内のマウント電極３２に接合されている。導電性接合材４０は、例えば、Ａｕ（金）−Ｓｉ（シリコン）、Ａｕ（金）−Ｓｎ（錫）またはＡｇ（銀）−Ｓｎ（錫）等の金属合金や樹脂接着剤等からなる。導電性接合材４０は、第１発光素子１０のｎ側電極１２とマウント電極３２とを導通させると共に、第１発光素子１０を支持基体３０に固着させるものである。第１発光素子１０のｐ側電極１３は、支持基体３０上の接合電極３４と実質的に同一平面上に位置しており、ｐ側電極１３と接合電極３４との高さが互いに等しくなっている。

第２発光素子２０のｐ側電極２４Ａ，２４Ｂは、支持基体３０上の一対の接合電極３４，３４に接合されている。配線パターン２５は、接合電極３４および第１発光素子１０のｐ側電極１３と接合されている。各接合には、上記と同様の導電性接合材４１を用いることができる。第２発光素子２０の各電極と支持基板３０側の電極および第１発光素子１０側の電極との接合に金属合金を用いる場合には、その金属合金として上記のような第１発光素子１０側の電極と支持基体３０側の電極との接合に用いる金属合金よりも融点の低いものを用いることが好ましい。第２発光素子２０を接合させるときの熱により第１発光素子１０の接合に用いられた金属合金が溶融することを防止するためである。

図３は、このような構成の発光装置１をヒートブロック４５と共にパッケージ４９に搭載した状態を表すものである。パッド電極３３、接合電極３４および第２発光素子２０のｎ側電極２３にはそれぞれパッケージ４９の接続端子４６から引き出されたワイヤ４７が接続されている。

［製造方法］
次に、発光装置１の製造方法について説明する。以下では、支持基体３０の製造工程とこの支持基体３０への第１発光素子１０の搭載工程とに分けて説明する。

（支持基体の製造工程）
まず、支持基体３０の製造工程について図４を参照しつつ説明する。単結晶のシリコン基板５０，５１を２枚用意する。次に、互いに対向する面のそれぞれにまたはいずれか一方に酸化膜５２を形成し、その酸化膜５２がシリコン基板５０，５１の間に挟まれるようにシリコン基板５０，５１を接合してＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を形成する（図４（Ａ））。次に、凹部３１を形成するために、シリコン基板５１の上面にマスク５３を形成する（図４（Ｂ））。

この後、マスク５３の開口部に露出したシリコン基板５１をエッチングして凹部３１を形成する（図４（Ｃ））。このとき、シリコン基板５１の結晶格子の（１００）面と（１１１）面とのエッチングレート差を利用すると共に、エッチング条件を最適化したシリコン異方性エッチング法を利用することにより、凹部３１の側壁に傾斜面３１ａが形成される。傾斜面３１ａの水平面に対する角度θは５２°となる。更に、エッチングによって凹部３１の底面に酸化膜５２が露出すると、シリコン基板５１と酸化膜５２とのエッチングレートの違いにより、下方向へそれ以上のエッチングが停止する。これにより凹部３１の深さは制御され、シリコン基板５１の厚さに相当するものとなる。このようなエッチングが終了すると、凹部３１の底面に露出した酸化膜５２を除去すると共に、シリコン基板５１上のマスク５３を除去する（図４（Ｄ））。

次に、マウント電極３２、パッド電極３３、接合電極３４およびダミー電極３５を、例えば金等の金属材料により形成する（図４（Ｅ））。各電極３２〜３５は、例えばシリコン基板５１の全面に金属材料を成膜した後、金属材料の上にそれぞれの電極形状に倣う形状のマスクを形成し、その開口部に露出した金属材料を除去し、その後マスクを除去することにより形成することができる。この後、マウントパターン３６をシリコン基板５０の下面に形成する（図４（Ｆ））。これにより本実施の形態の支持基体３０が完成する。

（第１発光素子の配設工程）
続いて、図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ第１発光素子１０の支持基体３０の凹部３１への配設工程を説明する。ここでは、第１発光素子１０を凹部３１の底面３１ｂに対向するよう精確に位置決めした後、第１発光素子１０を凹部３１のマウント電極３２に接合すればよい。もっとも、精確に位置決めできない場合においても、第１発光素子１０をマウント電極３２に精度よく接合させることができる。

すなわち、図５（Ａ）に示したように吸着装置５５により保持された第１発光素子１０の位置が本来の設定位置Ｌ0 からずれた位置Ｌ1 に位置決めされた場合には、第１発光素子１０の角部が凹部３１の傾斜面３１ａと対向してしまう。そして、この状態で吸着装置５５による吸着を解除すると、第１発光素子１０が傾いた状態で他方の角部がマウント電極３２に接触する（図５（Ｂ））。ここで、本実施の形態では、第１発光素子１０は、一方の角部が凹部３１の傾斜面３１ａの滑らかな傾斜に沿うように滑りおりて所定の位置（底面３１ｂ）すなわちマウント電極３２上に到達し、接合される（図５（Ｃ））。ここで、第１発光素子１０の接合に用いられる導電性接合材４０として金属合金を用いる場合には、その金属合金は、第１発光素子１０のｎ側電極１２とマウント電極３２との少なくとも一方に設けられていればよい。更に、凹部３１が形成されたシリコン基板５１の厚さを第１発光素子１０の高さと同じになるように設定しているので、第１発光素子１０のｐ側電極１３と、接合電極３４やダミー電極３５とが略同一平面上に配置される。

その後は、図１に示したように、第１発光素子１０および支持基体３０の上に第２発光素子２０を接合させる。具体的には、第１発光素子１０のｐ側電極１３および接合電極３４やダミー電極３５と、第２発光素子２０のｐ側電極２４や配線パターン２５とのうちの少なくとも一方に導電性接合材４１を設けておく。この状態で、第２発光素子２０を位置決めして、第１発光素子１０および支持基体３０の上に搭載すればよい。ここで、各導電性接合材４０，４１として金属合金を用いた場合には、第２発光素子２０の接合に用いられる金属合金の融点を第１発光素子１０の接合に用いられる金属合金の融点よりも低くしておくことが好ましい。そのようにした場合には、第２発光素子２０を接合させるときの熱により第１発光素子１０の接合に用いられた金属合金が溶融することがない。また、接合電極３４やダミー電極３５、第１発光素子１０のｐ側電極１３に導電性接合材４１を設ける場合には、これらの電極３４，３５，１３が略同一平面上に位置しているので、フラックスを含んだペースト状の金属合金を印刷する手法を利用することができる。

続いて、支持基体３０をパッケージ４９上のヒートブロック４５に固着した後、パッド電極３３、接合電極３４のパッド部分３４ｂおよび第２発光素子２０のｎ側電極２３と、パッケージ４９側の接続端子４６との間にそれぞれワイヤ４７を接合させる。

なお、上記実施の形態では、支持基体３０を個別のブロックとしたが、シート状のものを用いてもよい。すなわち、シート状支持基体に複数の凹部３１を設け、各凹部３１に第１発光素子１０を配置すると共にその上に第２発光素子２０を搭載した後、個別に切断することにより、発光装置１を製造することもできる。これにより、発光装置１を１つずつ製造する場合に比べて、製造の手間と時間を低減することができる。

［作用］
次に、発光装置１の作用について説明する。ここではまず、比較例として図１３を用いて説明した第２発光装置における配線材料の熱伝導について説明する。第２発光装置では、第１発光素子１００内で発生する熱が支持基体１０１を通して放熱される。しかしながら、この第２発光装置では、配線１０４が長く引き回されており、しかもビアホール１０５が形成されているから配線１０４の熱伝導性が低いものとなっている。そのために、支持基体１０１に引き回された配線からの放熱を期待できないでいた。

次に、本実施の形態の発光装置１の作用について説明する。発光装置１では、電源からの電圧が接続端子４６を介して第１の発光素子１０のｎ側電極１２とｐ側電極１３との間に印加されると、第１の発光素子１０の発光点１１から４００ｎｍ帯のレーザ光が出射される。同様に、第２の発光素子２０のｎ側電極２６と、６００ｎｍ帯のレーザ光を出射するレーザ構造に設けられたｐ側電極２４Ａとの間に電圧が印加されると、第２の発光素子２０の発光点２１から６００ｎｍ帯のレーザ光が出射される。さらに同様に、第２の発光素子２０のｎ側電極２６と、７００ｎｍ帯のレーザ光を出射するレーザ構造に設けられたｐ側電極２４Ｂとの間に電圧が印加されると、第２の発光素子２０の発光点２２から７００ｎｍ帯のレーザ光が出射される。すなわち、発光装置１からは、４００ｎｍ、６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯のうちのいずれか１つの帯域のレーザ光が出射される。

各発光素子１０，２０からレーザ光を出射する場合、その内部では、高電流密度によるジュール熱が発生する。ここで、支持基体３０に形成されたマウント電極３２とパッド電極３３は最短距離で電気的に接続されており、接合電極３４の円形部分３４ａとパッド部分３４ｂとの距離も短くなっていることから、熱伝導性が良好（高放熱性）になっている。したがって、第１発光素子１０内で発生した熱は、第１発光素子１０から放熱されると共に、熱伝導性の良い支持基体３０やマウント電極３２に伝わり放熱される。また、第２発光素子２０内で発生した熱は、第２発光素子２０から放熱されると共に、熱伝導性の良い第１発光素子１０や支持基体３０、接合電極３４、ダミー電極３５等に伝わり放熱される。

本実施の形態では、支持基体３０に設けられた凹部３１の側壁が傾斜面３１ａとなっている。これにより、第１発光素子１０を支持基体３０に接合させるときに精確に位置決めされなくても、第１発光素子１０が斜面を滑りおりて凹部３１の底面３１ｂにまで移動するので、第１発光素子１０を底面３１ｂに接合させることができる。すなわち、精確な位置決め機構を備えた搭載装置により第１発光素子１０を支持基体３０に搭載する必要がない。さらに、第１発光素子１０を支持基体３０に搭載したときに、第１発光素子１０が傾くことがない。これにより、目的とする出射光特性を得ることができたり、第２発光素子２０を確実に搭載することができたり、発光装置１の使用中に第１発光素子１０が剥がれることを防止することができたりする。

また、第１発光素子１０と第２発光素子２０とを支持基体３０に接合させるようにしたので、従来技術のように柱状ポストを形成する必要がなくなり、支持基体３０の製造に手間と時間がかかったり、柱状ポストが剥がれたりするといったことが無くなる。したがって、第１発光素子１０を支持基体３０へ容易に搭載することができ、また発光装置１の信頼性が向上する。

また、凹部３１の傾斜面３１ａが傾斜しているので、その傾斜面３１ａに、マウント電極３２とパッド電極３３とを導通させるパターンを最短経路で引き回すことができる。さらに、マウント電極３２や接合電極３４、ダミー電極３５等に金等の高放熱性の材料を用いることができるので、支持基体３０のみならずこれらの電極３２，３４，３５等からも放熱され、さらに各発光素子の放熱性を高めることができる。

また、ＳＯＩ基板を利用して支持基体３０を製造したので、シリコンの結晶構造によるエッチングレートに違い等により凹部３１の傾斜面３１ａを斜めに形成することができる。さらに、シリコン基板５１と酸化膜５２とのエッチングレートに違いにより凹部３１の深さをシリコン基板５１の上面から酸化膜５２までの厚さに統一することができる。したがって、凹部３１を再現性良く形成することができる。

また、凹部３１の深さと第１発光素子１０の高さ、すなわち支持基体３０に形成された接合電極３４やダミー電極３５と、第１発光素子１０のｎ側電極１２の高さとを等しくしたので、第１発光素子１０および支持基体３０の上に第２発光素子２０を確実に搭載することができる。

また、第１発光素子１０と第２発光素子２０とをこの順に金属合金により支持基体３０へ接合させる場合、第２発光素子２０の接合に用いられる金属合金の融点を第１発光素子１０の接合に用いられる金属合金の融点よりも低くした。これにより、第２発光素子２０を接合させるときに、第１発光素子１０の接合に用いられた金属合金が溶融して第１発光素子１０が動いてしまうことを防止することができる。

＜変形例＞
以下、本実施の形態の変形例について説明する。

上記の実施の形態では、ＳＯＩ基板を用いて支持基体３０を製造する場合について説明したが、シリコン基板を用いて支持基体３０を製造するようにしてもよい。図６（Ａ）〜（Ｅ）は、変形例に係る支持基体３０の製造の流れを説明するための概略断面を表すものである。図６（Ａ）に示したように、支持基体３０を製造するために、シリコン基板６０を用意にする。次に、シリコン基板６０の上面にマスク６１を形成し（図６（Ｂ））、マスク６１の開口部に露出したシリコン基板６０をエッチングし、所定の深さになったときにエッチングを終了して凹部３１を形成する（図６（Ｃ））。このとき、ＳＯＩ基板と同様に、結晶構造によるエッチングレートの違いおよびシリコン異方性エッチング法を利用することにより、凹部３１の傾斜面３１ａが傾斜する。次に、マスク６１を除去した後、マウント電極３２、パッド電極３３、接合電極３４およびダミー電極３５をシリコン基板６０の上に形成する（図６（Ｄ））と共に、マウントパターン３６をシリコン基板６０の下に形成する（図６（Ｅ））。このようなシリコン基板６０を用いた場合でも、支持基体３０を得ることができる。

また、上記の実施の形態では、支持基体３０に第１発光素子１０を搭載し、その後に第２発光素子２０を搭載する場合について説明したが、最初に第１発光素子１０と第２発光素子２０とを接合しておき、その後に第１発光素子１０および第２発光素子２０を支持基体３０に搭載するようにしてもよい。この第１発光素子１０および第２発光素子２０を支持基体３０に搭載する場合、第１発光素子１０のｎ側電極１２および第２発光素子２０のｐ側電極２４や配線パターン２５と、マウント電極３２や接合電極３４、ダミー電極３５との少なくとも一方に導電性接合材４０，４１を設けておけばよい。導電性接合材４０，４１には、金属合金や導電性接着剤の他に、バンプや、金属合金等の細線をスパークして先端部にボール状の塊を形成しておき、そのボールを、加重や超音波、熱等を用いて各電極１２，２０，２４，２５，３２〜３５に接合させるスタッドバンプを用いることができる。また、導電性接合材４０，４１には、金属合金を平坦に延ばしたリボンと呼ばれる材料を用いることもできる。なお、リボンは、各電極１２，２０，２４，２５，３２〜３５の上に配置され加重や超音波等を加えられることにより、各電極１２，２０，２４，２５，３２〜３５に接合される。

さらに、この場合において導電性接合材４０，４１として金属合金を用いたときには、第１発光素子１０と第２発光素子２０との接合に用いられる金属合金の融点を、これらの発光素子１０，２０を支持基体３０に接合させるときに用いられる金属合金の融点よりも高くしておけばよい。これにより、これらの発光素子１０，２０を支持基体３０に接合させるときに、第２発光素子２０の接合に用いられた金属合金が溶融して第２発光素子２０が動いてしまうことを防止することができる。

図７は、マウント電極の変形例を説明するための支持基体３０の概略構成を表すものである。ここで図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は平面図である。上記の実施の形態では、マウント電極３２を凹部３１の底面３１ｂのみに設けた場合について説明したが、図７に示したようにマウント電極７０を凹部３１の底面３１ｂおよび傾斜面３１ａと支持基体３０の上面に設けるようにしてよい。マウント電極７０は、例えばシリコン基板５１，６０の全面に金属材料を成膜した後、金属材料の上にそれぞれの電極形状に倣う形状のマスクを形成し、その開口部に露出した金属材料を除去し、その後マスクを除去することにより形成することができる。なおマスクは、フォトリソグラフィ技術を利用して形成されるが、露光の際にシリコン基板５１，６０の上面のみに焦点を合わせればよいので、露光作業が容易になる。

また、上記の実施の形態では、第１発光素子１０のｐ側電極１３と、接合電極３４やダミー電極３５とが略同一面上にある場合について説明したが、第１発光素子１０の高さや凹部３１の深さにより、そのｐ側電極１３と、接合電極３４やダミー電極３５とが略同一面上にない場合がある。この場合には、以下のようにしてそれぞれの高さを合わせることができる。図８は、変形例に係る支持基体３０の概略構成を表すものである。ここで図８（Ａ）は第１発光素子１０が搭載された支持基体３０の断面図、図８（Ｂ）は支持基体３０の平面図である。図９は変形例に係る支持基体３０の平面構成を表すものである。図１０は、第２発光素子２０のｐ側電極と接合電極との接合部分を拡大した断面構成を表すものである。

すなわち、第１発光素子１０の高さが凹部３１の深さよりも高い場合には、図８に示したように、マウント電極８０の面積を第１発光素子１０のｎ側電極１２よりも大きくすることにより、導電性接合材４０をマウント電極８０上に濡れ広げさせて、接合部分の厚さを薄くする。その結果、第１発光素子１０の高さ方向の位置が低くなり、第１発光素子１０のｐ側電極１３の高さ方向の位置を接合電極３４やダミー電極３５の高さに近づけることができる。

また、第１発光素子１０の高さが凹部３１の深さよりも低い場合には、図９に示したように、マウント電極８１の面積を第１発光素子１０のｎ側電極１２よりも小さくすることにより、導電性接合材４０がマウント電極８１上を濡れ広がる面積を小さく抑えて、接合部分の厚さを厚くする。その結果、第１発光素子１０の高さ方向の位置が高くなり、第１発光素子１０のｐ側電極１３の高さ方向の位置を接合電極３４やダミー電極３５の高さに近づけることができる。

また、接合電極やダミー電極の高さ方向の位置が第１発光素子１０のｐ側電極１３の高さ方向の位置よりも高い場合には、図１０（Ａ）に示したように、接合電極８２およびダミー電極と、第２発光素子２０のｐ側電極８３とのうちの少なくとも一方の平面サイズを大きくすればよい。なお、図１０（Ａ）に示した場合では、接合電極８２および第２発光素子２０のｐ側電極８３の両方の平面サイズを大きくしている。このようにすることにより、接合電極８２やダミー電極、または第２発光素子２０のｐ側電極８３上を導電性接合材４１が濡れ広がるので、接合部分の厚さが薄くなる。その結果、第２発光素子２０の高さ方向の位置が低くなり、第２発光素子２０と第１発光素子１０とを接合させることができる。

また、接合電極やダミー電極の高さ方向の位置が第１発光素子１０のｐ側電極１３の高さ方向の位置よりも低い場合には、図１０（Ｂ）に示したように、接合電極８４やダミー電極、または第２発光素子２０のｐ側電極８５の平面サイズを小さくすればよい。なお、図１０（Ｂ）に示した場合では、第２発光素子２０のｐ側電極８３のみの平面サイズを小さくしている。このようにすることにより、接合電極８４やダミー電極３５、または第２発光素子２０のｐ側電極８３上を導電性接合材４１が濡れ広がることを抑えられるので、接合部分の厚さが厚くなる。その結果、第２発光素子２０が搭載される高さ方向の位置が高くなり、第２発光素子２０と第１発光素子１０および支持基体３０とを接合させることができる。

また、上記の実施の形態では、パッド電極３３が支持基体３０の上面に設けられていたが、支持基体３０の上面以外の面に設けられていてもよい。例えば、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、支持基体３０のうち第１発光素子１０側の面であって、かつ凹部３１以外の面に、凹部３１に連結された凹部３７が設けられている場合に、パッド電極３３が凹部３７の底面に設けられていてもよい。このとき、凹部３７の底面が凹部３１の底面３１ｂと同一面内にある場合には、パッド電極３３は、マウント電極３２と同一面内にあることになる。その場合に、パッド電極３３が凹部３７の底面または凹部３１の底面３１ｂにおいてマウント電極３２と連結されているときには、パッド電極３３は、凹部３７の傾斜面および凹部３１の傾斜面３１ａを介さずにマウント電極３２と連結されていることになる。このように、マウント電極３２およびパッド電極３３を凹部３７の底面および凹部３１の底面３１ｂに設ける場合には、製造過程において、これらの電極を形成する際に用いるフォトレジストを露光する際の焦点を同一高さに合わせることができる。その結果、焦点ずれに起因して、マウント電極３２およびパッド電極３３の配線幅が太ったり、細ったりする虞をなくすることができる。

なお、上記の変形例において、凹部３７の代わりに、凹部３１の底面３１ｂと同一面内に底面を有する領域を支持基体３０に設けてもよい。例えば、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、支持基体３０のうち第１発光素子１０側の面であって、かつ凹部３１以外の面に、凹部３１に連結されると共に、凹部３１の底面３１ｂと同一面内に底面を有する切欠き部３８が設けられていてもよい。このとき、切欠き部３８の底面に、パッド電極３３が設けられていてもよい。この場合にも、上記の変形例と同様、焦点ずれに起因して、マウント電極３２およびパッド電極３３の配線幅が太ったり、細ったりする虞をなくすることができる。

１…発光装置、１０，１００…第１発光素子、１０Ａ…ＧａＮ基板、１１，２１，２２…発光点、１２，２３…ｎ側電極、１３，２４Ａ，２４Ｂ，８３…ｐ側電極、２０…第２発光素子、２０Ａ…ＧａＡｓ基板、２５…配線パターン、３０，１０１…支持基体、３１，３７，１０２…凹部、３１ａ…傾斜面、３１ｂ…底面、３２，７０，８０，３３…パッド電極、３４ａ…円形部分、３４ｂ…パッド部分、３４，８２，８４…接合電極、３５…ダミー電極、３６…マウントパターン、３８…切欠き部、４０，４１…導電性接合材、４５…ヒートブロック、４６…接続端子、４７…ワイヤ、４８…接合層、４９…パッケージ、５０，５１，６０…シリコン基板、５２…酸化膜、５３，６１…マスク、５５…吸着装置、８１…マウント電極、１０３…搭載装置、１０４…配線、１０５…ビアホール。

Claims (18)

1. 側壁が傾斜面となっている凹部を上面に有する支持基体と、
   前記凹部の底面に配置された第１発光素子と、
   前記第１発光素子および前記支持基体の上に配置された第２発光素子と
   を備えた発光装置。
2. 前記支持基体のうち前記第１発光素子側の面であって、かつ前記凹部以外の面に第１電極を有すると共に、前記凹部の底面に第２電極を有し、
   前記第２電極は前記傾斜面に沿って延在し、かつ前記第１電極と電気的に接続されている
   請求項１記載の発光装置。
3. 前記第１発光素子は上下両面にそれぞれ第３，第４電極を有し、
   前記第２発光素子は上下両面にそれぞれ第５，第６電極を有し、
   前記第１発光素子は第４電極により前記第２電極と、第３電極により前記第６電極とそれぞれ電気的に接続されている
   請求項２記載の発光装置。
4. 前記第４電極は前記第２電極よりも大きな面積を有する
   請求項２に記載の発光装置。
5. 前記第４電極は前記２電極よりも小さな面積を有する
   請求項２に記載の発光装置。
6. 前記第２発光素子は前記第１電極と電気的に接続された第７電極を下面に有し、
   前記第１電極は、前記第７電極よりも大きな面積を有する
   請求項２に記載の発光装置。
7. 前記第２発光素子は前記第１電極と電気的に接続された第７電極を下面に有し、
   前記第１電極は、前記第７電極よりも小さな面積を有する
   請求項２に記載の発光装置。
8. 前記第３電極と前記第１電極との高さが互いに等しい
   請求項３に記載の発光装置。
9. 前記支持基体は第１シリコン基板と第２シリコン基板との間に酸化膜を有するものであり、
   前記凹部は前記第２シリコン基板に設けられ、
   前記凹部の深さは前記第２シリコン基板の厚みに相当する
   請求項１に記載の発光装置。
10. 前記支持基体はシリコン基板である
    請求項１に記載の発光装置。
11. 前記第１発光素子および前記第２発光素子はそれぞれ半導体レーザである
    請求項１に記載の発光装置。
12. 前記第１発光素子の発振波長は４００ｎｍ帯である
    請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記第２発光素子は、発振波長が互いに異なる複数の発光点を有する
    請求項１１に記載の発光装置。
14. 前記第２発光素子は、発振波長が６００ｎｍ帯の発光点と、７００ｎｍ帯の発光点とを有する
    請求項１３に記載の発光装置。
15. 支持基体に、側壁に傾斜面を有する凹部を形成する第１工程と、
    前記支持基体の凹部の底面に第１接合材を用いて第１発光素子を固定させる第２工程と、
    前記第１発光素子および前記支持基体の上に第２接合材を用いて第２発光素子を固定させる第３工程と
    を含む発光装置の製造方法。
16. 支持基体に、側壁に傾斜面を有する凹部を形成する第１工程と、
    第１発光素子に、第１接合材を用いて前記第１発光素子よりも幅の広い第２発光素子を接合させる第２工程と、
    第２接合材を用いて、前記第１発光素子を前記支持基体の凹部の底面に固定すると同時に前記第２発光素子を前記支持基体の上面に固定させる第３工程と
    を含む発光装置の製造方法。
17. 前記支持基体は、前記第１発光素子および前記第２発光素子がそれぞれ搭載される個片化領域を複数備えたシート状支持基体であり、
    第２の工程の後に、前記個片化領域毎に個片化して発光装置を得る第４工程を行う
    請求項１５または請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
18. 前記第１接合材を前記第２接合材よりも融点が高いものとする
    請求項１５または１６に記載の発光装置の製造方法。

Images