JP2017191899A

JP2017191899A - 半導体発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP2017191899A
Application number: JP2016081864A
Authority: JP
Inventors: 智英沈; Tomohide Chin; 勝衣川; Masaru Kinugawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: JP6639316B2

Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ半導体発光素子に生じた熱に対する放熱性が高い半導体発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光装置１００によれば、出射端面１Ｅと、出射端面１Ｅと接続されており、かつ出射端面１Ｅと交差する方向に延びる下面１Ｂとを含む半導体発光素子１と、下面１Ｂと対向する上面２Ａを含むヒートシンクと、下面１Ｂと上面２Ａとを接合している接合層３とを備えている。下面１Ｂは、出射端面１Ｅと接続されている前方端１Ｆを含む第１領域と、交差する方向において第１領域よりも一端から離れている第２領域とを有している。上面２Ａは、第１領域と対向する第３領域と、第２領域と対向する第４領域とを有している。接合層３は、第１領域と第３領域とを接合している第１接合領域１０と、第２領域と第４領域とを接合している第２接合領域１１とを有している。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料よりも融点が高い。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関し、特にヒートシンクに接合される半導体発光装置およびその製造方法に関する。

半導体発光装置は、例えばレーザダイオードなどの半導体発光素子がアレイ状に配置されたレーザダイオードバーと、レーザダイオードバーを冷却するためのヒートシンク（サブマウント）とが、はんだなどの接合部材を介して接合されたものが知られている。

ヒートシンクは、半導体発光素子の活性領域で生じた熱を効率よく放熱するため、半導体発光素子の当該活性領域の近くに接合されるのが好ましい。

一方、半導体発光素子とヒートシンクとを接合する接合部材が半導体発光素子の出射端面に濡れ広がって出射端面を汚染すると発光効率が低下する。接合部材の出射端面への濡れ広がりを抑制するための技術として、特開昭６０‐６３９８１号公報（特許文献１）には、半導体素子の光放出端面をサブマウントとの接着端面より突出させて設けた半導体発光装置が開示されている。

また、半導体発光素子とヒートシンクとを接合する接合部材が出射端面よりも前方に突出した球状突起を形成すると、出射端面から出射されたビームが球状突起により遮る。球状突起によってビームが遮られることを防止するため、特開平４−２６７５７７号公報（特許文献２）には、半導体レーザのビーム出射端面側に相当するヒートシンクの端部に凹みが設けられた半導体レーザが開示されている。

特開昭６０‐６３９８１号公報特開平４−２６７５７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、半導体発光素子の出射端面をサブマウントとの接着端面よりも突出させると、半導体発光素子において最も高温となる出射端部がヒートシンクであるサブマウントと接合されていない。そのため、このような放熱構造を有する半導体発光装置は、当該出射端部の熱を十分に放熱することができない。

また、特許文献２に記載されているように、ヒートシンクの端部に凹部を設けると、接合部材が凹部内に流入し、半導体発光素子の出射端部とヒートシンクとの間に接合部材が充填されていない空間が形成され易い。また、出射端部と凹部との位置合わせに高い精度が必要となるが、半導体発光素子間でバラつきが生じやすい。そのため、このような放熱構造を有する半導体発光装置は、当該出射端部の熱を十分に放熱することができず、また放熱性が不均一となりやすい。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、発光効率が高く、かつ半導体発光素子に生じた熱に対する放熱性が高い半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る半導体発光装置は、出射端面と、出射端面と接続されており、かつ出射端面と交差する方向に延びる第１面とを含む半導体発光素子と、第１面と対向する第２面を含むヒートシンクと、第１面と第２面とを接合している接合層とを備える。第１面は、出射端面と接続されている一端を含む第１領域と、交差する方向において第１領域よりも一端から離れている第２領域とを有している。第２面は、第１領域と対向する第３領域と、第２領域と対向する第４領域とを有している。接合層は、第１領域と第３領域とを接合している第１接合領域と、第２領域と第４領域とを接合している第２接合領域とを有している。第１接合領域を構成する材料は、第２接合領域を構成する材料よりも融点が高い。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、出射端面と、出射端面と接続されており、かつ出射端面と交差する方向に延びる第１面とを含む半導体発光素子と、第２面を含むヒートシンクとを準備する工程と、ヒートシンクの第２面上に接合層を形成する工程と、第１面と第２面とを接合層を介して接合する工程とを備える。第１面は、出射端面と接続されている一端を含む第１領域と、交差する方向において第１領域よりも一端から離れている第２領域とを有している。第２面は、接合する工程において、第１領域と対向するように配置される第３領域と、第２領域と対向するように配置される第４領域とを有している。接合層を形成する工程では、第３領域上に位置する第３接合領域と第４領域上に位置する第４接合領域とを含む接合層が形成される。第３接合領域を構成する材料は、第４接合領域を構成する材料よりも融点が高い。接合する工程では、第１領域と第３領域とが第３接合領域を挟むとともに、第２領域と第４領域とが第４接合領域を挟むように、半導体発光素子とヒートシンクとが積層された状態で接合層が溶融され、硬化されることにより、第１接合領域および第２接合領域が形成される。

本発明によれば、発光効率が高く、かつ半導体発光素子に生じた熱に対する放熱性が高い半導体発光装置およびその製造方法を提供することができる。

実施の形態１に係る半導体発光装置を示す断面図である。実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法のフローチャートである。実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法の接合層を形成する工程において形成された接合層を示す斜視図である。金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金の状態図である。Ａｕ−Ｓｎ合金状態を説明するための図である。実施の形態１に係る半導体発光装置の接合層において出所端面側に位置する前端部から出射端面から最も離れている後端部までの、接合層中のＡｕ／Ｓｎ組成比の分布を示す図である。実施の形態２に係る半導体発光装置の製造方法の接合層を形成する工程において形成された接合層の構成を示す斜視図である。実施の形態２に係る半導体発光装置の接合層において出所端面側に位置する前端部から出射端面から最も離れている後端部までの、接合層中のＡｕ／Ｓｎ組成比の分布を示す図である。実施の形態３に係る半導体発光装置の接合層の構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
＜半導体発光装置の構成＞
図１を参照して、実施の形態１に係る半導体発光装置１００について説明する。半導体発光装置１００は、半導体発光素子１と、ヒートシンク２と、半導体発光素子１とヒートシンク２とを接合している接合層３とを主に備える。以下において、接合層３に対して半導体発光素子１側を上側、ヒートシンク２側を下側とする。

図１に示されるように、半導体発光素子１は、例えば半導体レーザ素子であり、クラッド層６．７とクラッド層６，７に挟まれている活性層８とを含んでいる。半導体発光素子１は、方向Ａに沿ってレーザ光を出射可能である。半導体発光素子１は、出射端面１Ｅと、出射端面１Ｅと接続されており、かつ出射端面１Ｅと交差する方向（光出射方向Ａ）に延びる上面１Ａおよび下面１Ｂ（第１面）とを有している。クラッド層６は、例えば上面１Ａを含み、上面１Ａ上には例えば電極（図示しない）が形成されている。クラッド層７は、例えば下面１Ｂを含み、下面１Ｂ上には例えば電極（図示しない）が形成されている。上面１Ａおよび下面１Ｂ上に形成されている電極を構成する材料は、例えば金（Ａｕ）を含む。電極の厚みは、例えば数十μｍ以上数百μｍ以下である。クラッド層６およびクラッド層７を構成する材料と活性層８を構成する材料とは異なっており、活性層８はクラッド層６，７とそれぞれヘテロ接合している。出射端面１Ｅは、活性層８の端面を有している。出射端面１Ｅは、下面１Ｂと接続されている。以下において、光出射方向Ａにおいて出射端面１Ｅ側を前、出射端面１Ｅとは反対側を後とよぶ。なお、半導体素子１の下面１Ｂの寸法は、例えば光照射方向Ａにおける寸法が１５００μｍであり、かつ光照射方向Ａと直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）における寸法が４０００μｍである。

図１に示されるように、下面１Ｂは、出射端面１Ｅと接続されている前方端１Ｆを有する第１領域（図示しない）と、第１領域よりも後側に位置し、当該前方端１Ｆと反対側に位置する後方端１Ｇを有する第２領域（図示しない）とを有している。第１領域の面積は、第２領域の面積と比べて小さい。第１領域の上記交差する方向における長さは、下面１Ｂの上記交差する方向における長さの例えば１０％以上４０％以下であり、好ましくは３０％以下である。半導体発光素子１の前方端１Ｆと後方端１Ｇとの間の距離が１５００μｍの場合、第１領域は例えば前方端１Ｆから３００μｍまでの領域である。半導体発光素子１を構成する材料は、例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、およびＧａＮからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる。半導体発光素子１は、出射端面１Ｅおよび第１領域を有する光出射端部（前端部）１Ｃと、第２領域を有する後方部１Ｄとを有している。

図１に示されるように、ヒートシンク２は、例えば半導体発光素子１の出射端面１Ｅと接続されている前方端面２Ｅと、前方端面２Ｅと接続されており、かつ前方端面２Ｅと交差する方向に延びる上面２Ａ（第２面）および下面２Ｂとを有している。前方端面２Ｅは、出射端面１Ｅと接合層３を介して連なるように形成されている。上面２Ａは、下面１Ｂと接合層３を挟んで対向している。上面２Ａの寸法は、下面１Ｂの寸法よりも大きい。

上面２Ａは、前方端面２Ｅと接続されている前方端２Ｆを有する第３領域（図示しない）と、第３領域よりも後側に位置し、当該前方端２Ｆと反対側に位置する後方端２Ｇを有する第４領域（図示しない）とを有している。第３領域の面積は、第１領域の面積以上であり、かつ第４領域の面積と比べて小さい。上面２Ａの第３領域は、下面１Ｂの第１領域と後述する接合層３の第１接合領域１０を挟んで対向している。前方端２Ｆは、例えば光出射方向Ａに垂直な方向において、下面１Ｂの前方端１Ｆと重なる位置に形成されている。上面２Ａの第４領域は、下面１Ｂの第２領域と後述する接合層３の第２接合領域１１を挟んで対向している。後方端２Ｇは、例えば下面１Ｂの後方端１Ｇよりも後方に形成されている。ヒートシンク２を構成する材料は、一般的に高い熱伝導率を有する任意の材料であればよいが、例えば銅（Ｃｕ）を含む。

図１に示されるように、接合層３は、半導体発光素子１の下面１Ｂの全面と、ヒートシンク２の上面２Ａのうち前方端２Ｆを有する一部領域とを接合している。接合層３は、例えば半導体発光素子１の出射端面１Ｅおよびヒートシンク２の前方端面２Ｅと接続されている前方端面３Ｅ（第１端面）を有している。前方端面３Ｅは、前方端１Ｆおよび前方端２Ｆを接続されている。出射端面１Ｅ、前方端面２Ｅ、および前方端面３Ｅは、例えば光放出方向に垂直な方向において同一平面を成すように形成されている。

接合層３は、下面１Ｂの第１領域と上面２Ａの第３領域とを接合している第１接合領域１０と、下面１Ｂの第２領域と上面２Ａの第４領域とを接合している第２接合領域１１とを含む。第１接合領域１０は、前方端面３Ｅを有している。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料と比べて融点が高い。第１接合領域１０および第２接合領域１１を構成する材料は、Ａｕおよび錫（Ｓｎ）を有している。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料と比べて金の含有率が高い。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料と比べて錫の含有率が低い。第１接合領域１０は、例えばＡｕの含有量が８５重量％以上、Ｓｎの含有量が１５重量％以下である。つまり、第１接合領域１０を構成する材料のＡｕ／Ｓｎ比は、５．６以上である（図６中のＣ１参照）。第１接合領域１０は、例えばＡｕの含有量が９０重量％以上、Ｓｎの含有量が１０重量％以下である領域を有していてもよい。つまり、第１接合領域１０は、第１接合領域１０を構成する材料のＡｕ／Ｓｎ比が９以上である領域を有していてもよい（図６中のＣ２参照）。第２接合領域１１は、例えばＡｕの含有量が８０重量％以上、Ｓｎの含有量が２０重量％以下である。図６に示されるように、第１接合領域１０と第２接合領域１１との境界部は、前方端面３Ｅから上記交差する方向において前方端面３Ｅの反対側に位置する後方端面（第２端面）に向かって、Ｓｎの含有量に対するＡｕの含有量の割合（Ａｕ／Ｓｎ比）が徐々に低くなっている。

第１接合領域１０を介した第１領域と第３領域との最短距離は、第２接合領域１１を介した第２領域と第４領域との最短距離と等しい。ここで、最短距離が等しいとは、これら２つの最短距離の差が一方の最短距離に対して±５％以内であることを意味する。

ヒートシンク２は、例えば、ステム４に固定されている。具体的には、ヒートシンク２の下面２Ｂとステム４の上面４Ａとがはんだ接合層５を介して接合されている。

＜半導体発光装置の製造方法＞
次に、図２を参照して、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図２に示されるように、半導体装置の製造方法は、下面１Ｂ（第１面）を含む半導体発光素子１と、上面２Ａ（第２面）を含むヒートシンク２とを準備する工程（Ｓ１０）と、ヒートシンク２の上面２Ａに接合層３ｂを形成する工程（Ｓ２０）と、下面１Ｂと上面２Ａとを接合層３ｂを介して接合する工程（Ｓ３０）とを備える。

準備する工程（Ｓ１０）では、出射端面１Ｅと、出射端面１Ｅと接続されており、かつ出射端面１Ｅと交差する方向に延びる下面１Ｂとを含む半導体発光素子１が準備される。下面１Ｂは、出射端面１Ｅと接続されている前方端１Ｆ（一端）を含む第１領域と、上記交差する方向において第１領域よりも前方端１Ｆから離れている第２領域とを有している。上面１Ａおよび下面１Ｂ上には、例えば図示しない電極が形成されている。当該電極を構成する材料は、例えばＡｕを含む。さらに本工程（Ｓ１０）では、上面２Ａを含むヒートシンク２が準備される。上面２Ａは、接合する工程（Ｓ３０）において、第１領域と対向するように配置される第３領域と、第２領域と対向するように配置される第４領域とを有している。

次に、図３に示されるように、接合層３ｂを形成する工程（Ｓ２０）では、上面２Ａの第３領域上に位置する第３接合領域１０ｂと第４領域上に位置する第４接合領域１１ｂとを含む接合層３ｂが形成される。第３接合領域１０ｂおよび第４接合領域１１ｂは、任意の方法により形成され得るが、例えばパターンめっき法により形成され得る。第３接合領域１０ｂの上記交差する方向における長さＸ１および第４接合領域１１ｂの上記交差する方向における長さＸ２の各々は、半導体発光素子１の当該交差する方向における長さが１５００μｍの場合、例えば３００μｍと１２００μｍである。

第３接合領域１０ｂを構成する材料は、第４接合領域１１ｂを構成する材料よりも融点が高い。第３接合領域１０ｂを構成する材料は、ＡｕおよびＳｎを有している。第３接合領域１０ｂを構成する材料は、第４接合領域１１ｂを構成する材料と比べて金の含有率が高い。第３接合領域１０ｂを構成する材料は、第４接合領域１１ｂを構成する材料と比べて錫の含有率が低い。第３接合領域１０ｂは、例えばＡｕの含有量が８５重量％、Ｓｎの含有量が１５重量％である（図４中の破線Ａ参照）。第４接合領域１１ｂは、例えばＡｕの含有量が８０重量％、Ｓｎの含有量が２０重量％である（図４中の破線Ｂ参照）。つまり、図４および図５を参照して、第４接合領域１１ｂはＡｕＳｎ合金において共晶点を示すＡｕ／Ｓｎ比を有している。図４および図５に示すＡｕＳｎ合金の状態図から、第３接合領域１０ｂを構成する材料の融点は約５００℃であり、第４接合領域１１ｂを構成する材料の融点は約２７８℃である。

接合する工程（Ｓ３０）では、まず、第１領域と第３領域とが第３接合領域１０ｂを挟むとともに、第２領域と第４領域とが第４接合領域１１ｂを挟むように、半導体発光素子１とヒートシンク２とが積層される。このとき、ヒートシンク２は例えば接合用ステージ上に固定されている。次に、半導体発光素子１とヒートシンク２とが積層された状態において、半導体発光素子１とヒートシンク２との間に接合荷重を印加しながら、接合層３ｂを加熱する。本工程（Ｓ３０）は、例えば接合用ステージに固定されたヒートシンク２に対し、半導体発光素子１を加圧および加熱する熱圧着ヘッドを用いて実施され得る。加熱温度は、例えば第４接合領域１１ｂを構成する材料の融点以上であって、第３接合領域１０ｂを構成する材料の融点未満である。すなわち、実施の形態１における加熱温度は、例えば２７８℃以上５００℃未満であり、例えば４００℃である。また、半導体発光素子１に印加される荷重は、例えば１００ｇｆ以上１０００ｇｆ以下であり、例えば４００ｇｆで一定である。これにより、本工程（Ｓ３０）では、まず先に第４接合領域１１ｂを構成する固相のＡｕＳｎが溶融して液相となる。さらに加熱および加圧を続けることにより、第３接合領域１０ｂと第４接合領域１１ｂとの間でＡｕおよびＳｎの相互拡散が進行し、本工程（Ｓ３０）前と比べて接合層３ｂ内の上記交差する方向におけるＡｕ／Ｓｎ比の分布が変化する。本工程（Ｓ３０）中、Ａｕ／Ｓｎ比は、上記交差する方向において前方端面３Ｅ側において最も高く、後方端側に向かうについて低くなる。そして、接合層３ｂを構成するＡｕＳｎの溶融がＡｕ／Ｓｎ比に応じて後方端側から前方端面３Ｅ側に向かって段階的に進行する。このように、接合層３ｂ内では溶融と拡散とが同時に起こるため、第３接合領域１０ｂは、理論的な溶融温度（例えばＡｕ／Ｓｎ比が５．６の場合に５００℃）よりも低い温度（例えば４００℃）で溶融し得る。

加熱温度（熱圧着ヘッドの温度）が４００℃に到達後、加熱および加圧時間は、第３接合領域１０ｂが完全に溶融するまでの時間であり、例えば１５秒程度である。その後、加熱が停止され降温が開始されるとともに、荷重が開放される。相対的に融点の高い材料からなる第３接合領域１０ｂが融点が低い材料からなる第４接合領域１１ｂよりも先に硬化されて、第１領域と第３領域とを接合する第１接合領域１０が形成される。さらに、降温が進むと第４接合領域１１ｂが硬化されて、第２領域と第４領域とを接合する第２接合領域１１が形成される。このようにして、第１接合領域１０と第２接合領域１１とを含む接合層３を介して半導体発光素子１とヒートシンク２とが接合され、半導体発光装置１００が製造される。

なお、半導体発光素子１の下面１Ｂおよびヒートシンク２の上面２Ａ上にＡｕを含む材料で構成されている電極が形成されているため、第３接合領域１０ｂおよび第４接合領域１１ｂと、当該電極と間でもＡｕの拡散が進行する。そのため、第１接合領域１０は、Ａｕ／Ｓｎ比が９以上である一部領域を有していてもよい（図５中のＣ２参照）。

＜作用効果＞
次に、実施の形態１に係る半導体発光装置１００の作用効果について説明する。半導体発光装置１００によれば、出射端面１Ｅと、出射端面１Ｅと接続されており、かつ出射端面１Ｅと交差する方向に延びる下面１Ｂ（第１面）とを含む半導体発光素子１と、下面１Ｂと対向する上面２Ａ（第２面）を含むヒートシンクと、下面１Ｂと上面２Ａとを接合している接合層３とを備えている。下面１Ｂは、出射端面１Ｅと接続されている前方端１Ｆ（一端）を含む第１領域と、交差する方向において第１領域よりも一端から離れている第２領域とを有している。上面２Ａは、第１領域と対向する第３領域と、第２領域と対向する第４領域とを有している。接合層３は、第１領域と第３領域とを接合している第１接合領域１０と、第２領域と第４領域とを接合している第２接合領域１１とを有している。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料よりも融点が高い。

このようにすれば、接合層３が第１接合領域１０と第２接合領域１１とを含み、第１接合領域１０を構成する材料は第２接合領域１１を構成する材料よりも融点が高い。このような第１接合領域１０および第２接合領域１１は、半導体発光装置１００の製造方法において第３接合領域１０ｂおよび第４接合領域１１ｂが溶融、硬化されることにより形成され得る。第３接合領域１０ｂを構成する材料は第４接合領域１１ｂを構成する材料よりも融点が高い。そのため、第３接合領域１０ｂは第４接合領域１１ｂと比べて溶融しにくく、かつ硬化しやすい。そのため、第３接合領域１０ｂが液相状態にある時間を第４接合領域１１ｂが液相状態にある時間と比べて短くすることができ、第３接合領域１０ｂを構成する材料が出射端面１Ｅ上に濡れ広がることを容易に抑制することができる。つまり、半導体発光装置１００は、出射端面１Ｅ上には接合層３が形成されておらず、出射端面１Ｅは接合層３により汚染されていない。

このとき、接合層３の前方端面３Ｅは、出射端面１Ｅおよびヒートシンク２の前方端面２Ｅと連なるように形成され得る。半導体発光素子１の下面１Ｂにおいて前方端１Ｆを含む第１領域の全体が第１接合領域１０を介してヒートシンク２と接続されていることにより、半導体発光素子１において最も高温になる光出射端部１Ｃに生じた熱をヒートシンク２に効率的に放熱することができる。

その結果、半導体発光装置１００は、発光効率が高く、かつ半導体発光素子に生じた熱に対する放熱性が高い。

上記半導体発光装置１００は、接合層３を構成する材料は、ＡｕおよびＳｎを含んでいてもよい。第１接合領域１０を構成する材料は、第２接合領域１１を構成する材料と比べてＡｕの含有率が高いのが好ましい。図４に示されるＡｕＳｎ合金の状態図から、ＡｕＳｎ合金を含む接合層３は、Ａｕの含有率が高い領域ほど融点が高い。そのため、第１接合領域１０を構成する材料の融点は、第２接合領域１１を構成する材料よりも融点が高くなる。よって、半導体発光装置１００は、発光効率が高く、かつ半導体発光素子の出射端部の熱を十分に放熱することができる。さらに、半導体発光素子１の下面１Ｂおよびヒートシンク２の上面２Ａ上に構成材料にＡｕを含む電極が形成されている場合には、当該電極と接合層３との接合強度を高めることができる。

上記半導体発光装置１００において、第１接合領域１０は、出射端面１Ｅと連なる前方端面３Ｅ（第１端面）を有し、第２接合領域１１は上記交差する方向において前方端面３Ｅと反対側に位置する後方端面（第２端面）を有している。第１接合領域１０と第２接合領域１１との境界部は、前方端面３Ｅから後方端面に向かって、Ｓｎの含有量に対するＡｕの含有量の割合（Ａｕ／Ｓｎ比）が徐々に低くなっているのが好ましい。

このような接合層３は、例えばＡｕ／Ｓｎ比がステップ状に形成された第３接合領域１０ｂと第４接合領域１１ｂとを含む接合層３ｂから容易に形成され得る。具体的には、上記接合する工程（Ｓ３０）において、第４接合領域１１ｂから第３接合領域１０ｂに向かって徐々に溶融していくとともに、第３接合領域１０ｂから第４接合領域１１ｂに向かって徐々に硬化していくが、これらと同時にＡｕおよびＳｎの拡散が進行する。これにより、Ａｕ／Ｓｎ比が前方端面３Ｅから後側に向かって徐々に低くなっている接合層３が容易に形成され得る。また、このような接合層３は、第１接合領域１０と第２接合領域１１とがそれぞれ完全に溶融された後硬化されているため、第１接合領域１０と下面１Ｂの第１領域および上面２Ａの第３領域との接合性は高い。

上記半導体発光装置１００において、第１接合領域１０を介した第１領域と第３領域との最短距離は、第２接合領域１１を介した第２領域と第４領域との最短距離と等しく形成され得る。異なる観点から言えば、第１接合領域１０の厚みは第２接合領域１１の厚みと等しく形成され得る。

上記半導体発光装置１００によれば、第１接合領域１０と第２接合領域１１とを含む接合層３によって半導体発光素子１とヒートシンク２とが接合されている。そのため、上述した理由により、出射端面１Ｅをヒートシンク２の前方端面２Ｅよりも前方に突出させたり、ヒートシンク２において前方端面２Ｅに面した部分に凹部を形成したりすることなく、接合層３による出射端面１Ｅの汚染が防止されている。これにより、出射端面１Ｅと前方端面２Ｅとが前方端面３Ｅと連なるように形成されながらも、出射端部１Ｃとヒートシンク２との最短距離を後方部１Ｄとヒートシンク２との最短距離と等しくすることができ、さらに高い放熱性を実現し得る。

実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法は、出射端面１Ｅと、出射端面１Ｅと接続されており、かつ出射端面１Ｅと交差する方向に延びる下面１Ｂとを含む半導体発光素子１と、上面２Ａを含むヒートシンク２とを準備する工程（Ｓ１０）と、ヒートシンク２の上面２Ａ上に接合層３を形成する工程（Ｓ２０）と、下面１Ｂと上面２Ａとを接合層３を介して接合する工程（Ｓ３０）とを備える。下面１Ｂは、出射端面１Ｅと接続されている前方端１Ｆを含む第１領域と、上記交差する方向において第１領域よりも前方端１Ｆから離れている第２領域とを有している。上面２Ａは、上記接合する工程（Ｓ２０）において、第１領域と対向するように配置される第３領域と、第２領域と対向するように配置される第４領域とを有している。上記接合層を形成する工程（Ｓ３０）では、第３領域上に位置する第３接合領域１０ｂと第４領域上に位置する第４接合領域１１ｂとを含む接合層３ｂが形成され、第３接合領域１０ｂを構成する材料は、第４接合領域１１ｂを構成する材料よりも融点が高い。上記接合する工程（Ｓ３０）では、第１領域と第３領域とが第３接合領域１０ｂを挟むとともに、第２領域と第４領域とが第４接合領域１１ｂを挟むように、半導体発光素子１とヒートシンク２とが積層された状態で接合層３が溶融され、硬化されることにより、第１接合領域１０および第２接合領域１１が形成される。

このようにすれば、接合する工程（Ｓ３０）において、下面１Ｂの前方端１Ｆを含む第１領域と接続されている第３接合領域１０ｂが液相として存在する時間は、第４接合領域１１ｂが液相として存在する時間よりも短くすることができる。そのため、実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法によれば、第３接合領域１０ｂを構成する材料が前方端１Ｆ上を通って出射端面１Ｅ上に濡れ広がることを抑制することができる。その結果、当該半導体発光装置の製造方法によれば、発光効率が高く、かつ半導体発光素子１の出射端部１Ｃの熱を十分に放熱することができる半導体発光装置１００を容易に製造することができる。は、出射端面１Ｅが接合層３により汚染されていないため、発光効率が高い。さらに、下面１Ｂにおいて出射端面１Ｅと接続されている上記前方端１Ｆを含む第１領域が第１接合領域１０を介してヒートシンク２と接続されているため、半導体発光素子１の出射端部１Ｃの熱を十分に放熱することができる。

上記半導体発光装置１００の製造方法では、接合する工程（Ｓ３０）において、接合層３ｂが加熱される温度は、第３接合領域１０ｂを構成する材料の理論上の融点よりも低いのが好ましい。

上述のように、接合する工程（Ｓ３０）では、例えば接合用ステージに固定されたヒートシンク２に対し半導体発光素子１が加圧および加熱されることによって、ＡｕＳｎの溶融と同時にＡｕおよびＳｎの拡散が生じることにより、ＡｕＳｎはそのＡｕ／Ｓｎ比から導かれる理論上の融点よりも低い温度で溶融し得る。そのため第３接合領域１０ｂの理論上の融点よりも高い温度まで加熱する場合と比べて、第３接合領域１０ｂを構成するＡｕＳｎが液相状態にある時間を短縮することができ、第３接合領域１０ｂを構成するＡｕＳｎが溶融して出射端面１Ｅ上に濡れ広がることを抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図７および図８を参照して、実施の形態２に係る半導体発光装置を説明する。図７および図８の各々は、実施の形態１における図３および図６に対応するものである。実施の形態２に係る半導体発光装置は、基本的に実施の形態１に係る半導体発光装置と同様の構成を備えるが、接合層がＡｕ／Ｓｎ比２．３以上である第２接合領域を含む点で異なっている。つまり、実施の形態２に係る半導体発光装置の製造方法は、基本的に実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法と同様の構成を備えるが、図７に示されるように接合層を形成する工程（Ｓ２０）においてＡｕ／Ｓｎ比２．３以上である第４接合領域１２ｂを含む接合層３ｂが形成される点で異なる。

第１接合領域は、実施の形態１にかける第１接合領域１０と同様に、Ａｕ／Ｓｎ比が５．６以上である。第２接合領域は、例えばＡｕの含有率が７０重量％以上、Ｓｎの含有率が３０重量％以下である。第１接合領域と第２接合領域との境界部において、Ａｕ／Ｓｎ比は前方端面３Ｅ（図１参照）から後方端に向かって徐々に低くなっている（図８中のＤ１参照）。なお、第１接合領域は、第１接合領域を構成する材料のＡｕ／Ｓｎ比が９以上である領域を有していてもよい（図８中のＤ２参照）。

接合層を形成する工程（Ｓ２０）において、第４接合領域１２ｂは、例えばＡｕの含有率が７０重量％、Ｓｎの含有率が３０重量％である（図４中破線Ｃ参照）。つまり、図４に示されるように、第３接合領域１０ｂのＡｕ／Ｓｎ比はＡｕＳｎの共晶点でのＡｕ／Ｓｎ比よりも高く、第４接合領域１２ｂのＡｕ／Ｓｎ比とはＡｕＳｎの共晶点でのＡｕ／Ｓｎ比よりも低い。本工程（Ｓ２０）における加熱温度は、第４接合領域１２ｂの融点よりも高いが、第３接合領域１０ｂの融点よりも低い。

このようにしても、第３接合領域１０ｂは第４接合領域１２ｂよりも融点が高く、第３接合領域１０ｂが溶融して液相状態にある時間は第４接合領域１２ｂが液相状態にある時間と比べて短い。そのため、実施の形態２に係る半導体発光装置によれば、実施の形態１に係る半導体発光装置１００と同様の効果を奏することができる。

なお、第３接合領域１０ｂの上記交差する方向における長さＸ３および第４接合領域１２ｂの上記交差する方向における長さＸ４の各々は、半導体発光素子１の当該交差する方向における長さが１５００μｍの場合、例えば３００μｍと１２００μｍである。

（実施の形態３）
次に、図９を参照して、実施の形態３に係る半導体発光装置を説明する。図９は、実施の形態１における図３に対応するものである。実施の形態３に係る半導体発光装置は、基本的に実施の形態１に係る半導体発光装置と同様の構成を備えるが、接合層がＡｕメッキ層からなる第３接合領域１３ｂからなる第１接合領域を含む点で異なっている。つまり、実施の形態３に係る半導体発光装置の製造方法は、基本的に実施の形態１に係る半導体発光装置の製造方法と同様の構成を備えるが、図９に示されるように接合層を形成する工程（Ｓ２０）において第３接合領域１３ｂを含む接合層３ｂが形成される点で異なる。

第１接合領域のＡｕ／Ｓｎ比は、実施の形態１にかける第１接合領域１０よりも高く、例えば９以上である。第２接合領域は、例えばＡｕの含有率が８０重量％以上、Ｓｎの含有率が２０重量％以下である。第１接合領域と第２接合領域との境界部において、Ａｕ／Ｓｎ比は前方端面３Ｅ（図１参照）から後方端に向かって徐々に低くなっている。なお、第１接合領域は、第１接合領域を構成する材料のＡｕ／Ｓｎ比が９超えである領域を有していてもよい。

接合層を形成する工程（Ｓ２０）において、第３接合領域１３ｂは、例えばＡｕメッキ層である。本工程（Ｓ２０）における加熱温度は、第４接合領域１２ｂの融点よりも高いが、第３接合領域１０ｂの融点よりも低い。第３接合領域１０ｂの上記交差する方向における長さＸ５は、半導体発光素子の当該交差する方向における長さが１５００μｍの場合、例えば１００μｍである。

このようにしても、接合する工程（Ｓ３０）における接合条件を実施の形態１に係る半導体装置の製造方法と同等とすることにより、接合層３ｂ内では溶融と拡散とが同時に起こるため、第３接合領域１０ｂは、理論的な溶融温度よりも低い温度で溶融し得る。そして、第３接合領域１３ｂは第４接合領域１１ｂよりも融点が高く、第３接合領域１３ｂが溶融して液相状態にある時間は第４接合領域１１ｂが液相状態にある時間と比べて短い。そのため、実施の形態３に係る半導体発光装置によれば、実施の形態１に係る半導体発光装置１００と同様の効果を奏することができる。

実施の形態１〜３に係る半導体発光装置において、第３接合領域１０ｂの上記交差する方向における長さＸ１，Ｘ３、Ｘ５（図３，７，９参照）は、半導体発光素子１（図１参照）の上記交差する方向における長さの１／３０以上１／３以下の範囲内で決定され得る。

実施の形態１〜３に係る半導体発光装置において、第４接合領域１１ｂ，１２ｂのＡｕ／Ｓｎ比は、５．６以下であるのが好ましい。すなわち、第４接合領域１１ｂ，１２ｂは、Ａｕ含有率が８５重量％以下であり、Ｓｎ含有率が１５重量％以上であるのが好ましい。このようにすれば、接合する工程（Ｓ３０）における加熱温度を第４接合領域の融点以上としても、当該第４接合領域の融点が５００℃未満であるため、加熱温度を５００℃未満とすることが可能となる。加熱温度が５００℃以上であると、半導体発光素子１は熱によるダメージを受けやすくなる。つまり、実施の形態１〜３に係る半導体発光装置は、第４接合領域１１ｂ，１２ｂのＡｕ／Ｓｎ比が、５．６以下であることにより、熱によるダメージを受けていない半導体発光素子を備えることができる。

実施の形態１〜３に係る半導体発光装置において、接合層を構成する材料はＡｕＳｎを有しているが、これに限られるものでは無い。接合層を構成する材料は、他の合金系はんだ、例えばＳｎと鉛（Ｐｂ）との合金であってもよい。このようにしても、ＰｂＳｎはＡｕＳｎと同様に共晶合金（共晶はんだ）であり、Ｐｂの含有率が３８．１重量％、Ｓｎの含有率が６１．９重量％であるときに共晶点を有している。ＰｂＳｎは、当該共晶点での融点が１８２℃であり、かつ共晶点よりもＰｂ／Ｓｎ比が高い場合の方が共晶点よりもＰｂ／Ｓｎ比が低い場合と比べて融点が高い。

そのため、第１接合領域および第２接合領域のＰｂ／Ｓｎ比を適宜選択することにより、第１接合領域の融点を第２接合領域の融点よりも高めることができる。その結果、接合層を構成する材料がＰｂＳｎを有している実施の形態１〜３に係る半導体発光装置は、接合層を構成する材料がＡｕＳｎを有している実施の形態１〜３に係る半導体発光装置と同様の効果を奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１半導体発光素子、１Ｆ，２Ｆ前方端、１Ｇ，２Ｇ後方端、２ヒートシンク、３、３ｂ接合層、４ステム、５接合層、６，７クラッド層、８活性層、１０第１接合領域、１１第２接合領域、１０ｂ，１３ｂ第３接合領域、１１ｂ，１２ｂ第４接合領域、１００半導体発光装置。

Claims

出射端面と、前記出射端面と接続されており、かつ前記出射端面と交差する方向に延びる第１面とを含む半導体発光素子と、
前記第１面と対向する第２面を含むヒートシンクと、
前記第１面と前記第２面とを接合している接合層とを備え、
前記第１面は、前記出射端面と接続されている一端を含む第１領域と、前記交差する方向において前記第１領域よりも前記一端から離れている第２領域とを有し、
前記第２面は、前記第１領域と対向する第３領域と、前記第２領域と対向する第４領域とを有し、
前記接合層は、前記第１領域と前記第３領域とを接合している第１接合領域と、前記第２領域と前記第４領域とを接合している第２接合領域とを有し、
前記第１接合領域を構成する材料は、前記第２接合領域を構成する材料よりも融点が高い、半導体発光装置。
前記接合層を構成する材料は、金および錫を含み、
前記第１接合領域を構成する材料は、前記第２接合領域を構成する材料と比べて金の含有率が高い、請求項１に記載の半導体発光装置。
前記第１接合領域は、前記出射端面と連なる第１端面を有し、前記第２接合領域は前記交差する方向において前記第１端面と反対側に位置する第２端面を有し、
前記第１接合領域と前記第２接合領域との境界部は、前記第１端面から前記第２端面に向かって、錫の含有量に対する金の含有量の割合が徐々に低くなっている、請求項２に記載の半導体発光装置。
前記第１接合領域を介した前記第１領域と前記第３領域との最短距離は、前記第２接合領域を介した前記第２領域と前記第４領域との最短距離と等しい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
出射端面と、前記出射端面と接続されており、かつ前記出射端面と交差する方向に延びる第１面とを含む半導体発光素子と、第２面を含むヒートシンクとを準備する工程と、
前記ヒートシンクの前記第２面上に接合層を形成する工程と、
前記第１面と前記第２面とを前記接合層を介して接合する工程とを備え、
前記第１面は、前記出射端面と接続されている一端を含む第１領域と、前記交差する方向において前記第１領域よりも前記一端から離れている第２領域とを有し、
前記第２面は、前記接合する工程において、前記第１領域と対向するように配置される第３領域と、前記第２領域と対向するように配置される第４領域とを有し、
前記接合層を形成する工程では、前記第３領域上に位置する第３接合領域と前記第４領域上に位置する第４接合領域とを含む前記接合層が形成され、前記第３接合領域を構成する材料は、前記第４接合領域を構成する材料よりも融点が高く、
前記接合する工程では、前記第１領域と前記第３領域とが前記第３接合領域を挟むとともに、前記第２領域と前記第４領域とが前記第４接合領域を挟むように、前記半導体発光素子と前記ヒートシンクとが積層された状態で前記接合層が溶融され、硬化されることにより、第１接合領域および第２接合領域が形成される、半導体発光装置の製造方法。
前記接合する工程において、前記接合層が加熱される温度は、前記第３接合領域を構成する材料の理論上の融点よりも低い、請求項５に記載の半導体発光装置の製造方法。