JP2018037426A - レーザ光源装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザアレイに発生する熱応力が緩和された信頼性に優れるレーザ光源装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザアレイ1の初期成長基板に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝10を形成する。たとえば、半導体基板の厚み方向の表面部のうち、エピタキシャル成長層が形成される側と反対側の表面部にスクライブ溝10を形成する。半導体レーザアレイ1を、はんだ2を介してヒートシンク3に加熱下で接合する。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝10を起点として、半導体基板を劈開して分割する。
【選択図】図3
【解決手段】半導体レーザアレイ1の初期成長基板に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝10を形成する。たとえば、半導体基板の厚み方向の表面部のうち、エピタキシャル成長層が形成される側と反対側の表面部にスクライブ溝10を形成する。半導体レーザアレイ1を、はんだ2を介してヒートシンク3に加熱下で接合する。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝10を起点として、半導体基板を劈開して分割する。
【選択図】図3
Description
本発明は、複数の半導体レーザ素子を含む長尺の半導体レーザアレイを備えるレーザ光源装置およびその製造方法に関する。
半導体レーザ素子は、次世代の可視光光源として、多岐にわたる応用がなされている。応用先のさらなる展開のために、半導体レーザ素子には、安定的な高出力動作が求められる。これは、半導体レーザ素子1つ当たりの出力を向上させることによって、所望の明るさを、より少ない部品数で構成可能とし、設計面、製造面およびコスト面で有利にするためである。
半導体レーザ素子の高出力動作を支える上で、半導体レーザ素子で発生する熱を効率良く排熱するヒートシンクの活用は必要不可欠である。
ヒートシンクに半導体レーザ素子を実装するときに問題となるのが、半導体レーザ素子とヒートシンクとの熱膨張係数の差に起因する熱応力である。半導体レーザ素子とヒートシンクとの接合は、半導体レーザ素子給電用の金(Au)電極との親和性の高さから、金錫(AuSn)はんだによる高温下での接合で行われることが多い。
ここで、たとえば、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザ素子の初期成長基板であるガリウムヒ素(GaAs)基板、および高熱伝導率のヒートシンクの主材料として用いられる銅(Cu)の熱膨張係数は、室温下においてそれぞれ、5.7×10−6/℃、および16.8×10−6/℃であり、大きく離れている。したがって、はんだによる接合の後の冷却に伴い、半導体レーザ素子に対して、圧縮方向に熱応力が生じる。
半導体レーザ素子に生じる熱応力は、半導体レーザ素子を用いたレーザ光源装置の製造および性能に種々の影響を及ぼす。製造面では、熱応力によって、半導体レーザ素子の基板が割れる基板割れが発生して、歩留りが低下する。性能面では、製造後の半導体レーザ素子の基板割れのリスクによって信頼性が低下することに加えて、レーザ活性層への応力によって発振波長がシフトするという影響がある。
これらの影響は、高出力動作が可能な素子として用いられる半導体レーザアレイにおいて深刻である。たとえば、半導体レーザアレイは、複数の半導体レーザ素子を含んでおり、半導体レーザ素子の発光点の配列方向に沿って長尺化するので、熱応力の影響を大きく受け、基板割れが高頻度で発生してしまう。
また、熱応力は半導体レーザアレイの中央部に集中するので、半導体レーザアレイの中央部に位置する発光点では、半導体レーザアレイの端部に位置する発光点よりも出力光の波長のシフト量が大きくなる。これによって、半導体レーザアレイとしての発振スペクトルが複数のピークを持つような特性を示し、応用上の制約となる。
以上の問題を解決するための技術が、たとえば特許文献1に開示される。特許文献1に開示される技術では、架橋構造を採ることによって、高い排熱効率と熱応力の緩和との両立を図っている。
前述の特許文献1に開示される技術では、架橋構造を採るために部材数が増加するという問題、および追加の製造プロセスが必要となるという問題がある。また、部材数の増加、および製造プロセスの追加によって、コストが増加するという問題がある。
本発明の目的は、半導体レーザアレイに発生する熱応力が緩和された信頼性に優れるレーザ光源装置およびその製造方法を提供することである。
本発明のレーザ光源装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されるエピタキシャル成長層とを有し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザアレイが、接合部材を介して放熱部材に接合されたレーザ光源装置であって、各前記半導体レーザ素子は、前記接合部材を介して前記放熱部材に接合された前記半導体基板に各前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、前記半導体基板が劈開されることによって分割されて形成されることを特徴とする。
本発明のレーザ光源装置の製造方法は、半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイを形成する工程と、前記半導体レーザアレイの前記半導体基板に、前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝を形成する工程と、前記半導体レーザアレイを、接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合する工程と、接合後に温度を低下させることによって、前記スクライブ溝を起点として、前記半導体基板を劈開して分割する工程とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ光源装置によれば、各半導体レーザ素子は、接合部材を介して放熱部材に接合された半導体基板に各半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、半導体基板が劈開されることによって分割されて形成される。これによって、放熱部材との接合によって半導体レーザアレイに発生する熱応力を利用して、半導体基板が分離されるので、半導体レーザアレイに発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による半導体基板の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
本発明のレーザ光源装置の製造方法によれば、半導体基板上にエピタキシャル成長層が形成され、エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイが形成される。半導体レーザアレイの半導体基板に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝が形成される。半導体レーザアレイが接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合される。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝を起点として、半導体基板が劈開されて分割される。
これによって、放熱部材との接合によって半導体レーザアレイに発生する熱応力を利用して、半導体基板が分離されるので、半導体レーザアレイに発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による半導体基板の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態であるレーザ光源装置を構成する半導体レーザアレイ1の構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す半導体レーザアレイ1をz軸方向の一方側から見た正面図である。図1では、図2に示す初期成長基板5、エピタキシャル層6および下側電極7をまとめて、半導体レーザアレイ1として簡略化して示す。
図1は、本発明の第1の実施の形態であるレーザ光源装置を構成する半導体レーザアレイ1の構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す半導体レーザアレイ1をz軸方向の一方側から見た正面図である。図1では、図2に示す初期成長基板5、エピタキシャル層6および下側電極7をまとめて、半導体レーザアレイ1として簡略化して示す。
半導体レーザアレイ1は、レーザ光源装置を構成する。レーザ光源装置は、後述する図5に示すように、半導体レーザアレイ1が、はんだ2を介して、ヒートシンク3に接合されて構成される。はんだ2は、接合部材に相当する。ヒートシンク3は、放熱部材に相当する。半導体レーザアレイ1は、後述するバー切り出し工程およびチップ切り出し工程で切り出された個々のチップで構成される複数の半導体レーザ素子を備える。
図1および図2において、x軸方向は、半導体レーザアレイ1の発光点の配列方向、すなわち複数の半導体レーザ素子の配列方向である。z軸方向は、半導体レーザアレイ1の各半導体レーザ素子の共振器方向に平行な方向である。y軸方向は、半導体レーザアレイ1の活性層を形成するエピタキシャル成長層の積層方向である。
半導体レーザアレイ1は、初期成長基板5、エピタキシャル成長層6、不図示の上側電極、および下側電極7を備えて構成される。図2では、理解を容易にするために、上側電極の図示を省略している。下側電極7は、発光点の個数に対応して設けられる。すなわち、下側電極7は、発光点の個数と同数が設けられる。
初期成長基板5は、半導体基板に相当する。初期成長基板5の材料としては、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウムリン(InP)、またはサファイアなどが用いられる。初期成長基板5の厚み寸法は、たとえば、100μm以上150μm以下である。また、初期成長基板5上に設けられるエピタキシャル成長層6の厚み寸法は、数μm程度である。
半導体レーザアレイ1を構成する各半導体レーザ素子の共振器方向である短手方向、すなわちz軸方向の長さ寸法は、たとえば、0.5mm以上1.5mm以下である。半導体レーザアレイ1の発光点の配列方向である長手方向、すなわちx軸方向の長さ寸法は、たとえば、2mm以上10mm以下である。
半導体レーザアレイ1の短手方向と長手方向との長さ寸法の比は、短手方向の長さ寸法に対して長手方向の長さ寸法が大きいほど、後述のレーザ光源装置の製造方法を実行するのに有利である。
具体的には、半導体レーザアレイ1の長手方向および短手方向の長さ寸法は、短手方向と長手方向との長さ寸法の比が「長手方向の長さ寸法/短手方向の長さ寸法≧3」を満たすことが望ましい。すなわち、半導体レーザアレイ1の長手方向の長さ寸法は、半導体レーザアレイ1の短手方向の長さ寸法の3倍以上であることが好ましい。
さらに、半導体レーザアレイ1の長手方向の長さ寸法は、半導体レーザアレイ1の短手方向の長さ寸法の5倍以上であることがより好ましい。換言すれば、半導体レーザアレイ1の短手方向と長手方向との長さ寸法の比は、「長手方向の長さ寸法/短手方向の長さ寸法≧5」を満たすことがより好ましい。
図1および図2に示すように、半導体レーザアレイ1の長手方向であるx軸方向における中央部には、共振器方向であるz軸方向に平行に延びるスクライブ溝10が形成される。スクライブ溝10は、本実施の形態では、1本が形成される。
スクライブ溝10は、図2に示すように、半導体レーザアレイ1を構成する初期成長基板5の厚み方向であるy軸方向の他方側の表面部に形成される。スクライブ溝10は、共振器方向であるz軸方向に垂直な断面における断面形状がV字状である。スクライブ溝10の深さは、エピタキシャル成長層6から十分離れた地点にとどまる。
また、エピタキシャル成長層6の厚み方向であるy軸方向の一方側には、下側電極7が形成される。下側電極7のパターニングに際しては、スクライブ溝10の直下付近への電極の配置を避けている。スクライブ溝10は、半導体レーザアレイ1の共振器を形成する2つの端面、すなわちz軸方向の一方側および他方側の表面のうち、少なくとも一方の面にまで達していることが望ましい。
図3〜図5は、レーザ光源装置の製造工程における半導体レーザアレイ1の状態を示す正面図である。図3〜図5を参照して、本実施の形態における半導体レーザアレイ1を用いたレーザ光源装置の製造方法を説明する。
本実施の形態によるレーザ光源装置の製造方法では、スクライブ溝10が形成された半導体レーザアレイ1を、はんだ2を介してヒートシンク3と接合した後、冷却時に生じる熱応力によって半導体レーザアレイ1を2つに分離する。
図3は、はんだ2の融点以上の高温下で、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3とを、はんだ2を介して接合している状態を示す図である。半導体レーザアレイ1のはんだ接合時には、信頼性および熱伝導性に優れる金錫(AuSn)はんだが用いられることが多い。AuSnはんだの融点は、約300℃以上340℃以下である。
図3に示す状態では、はんだ2は液体であるので、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3との接合界面は、互いに拘束されておらず、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3との接合に、応力は生じていない。
図4は、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3とを接合した後に、はんだ2の融点以下のある温度まで冷却が進んだ状態を示す図である。はんだ2の融点以下のある温度まで冷却が進んだ段階では、はんだ2は、状態が固体に変化しており、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3とは、接合界面において拘束される。
したがって、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3との線膨張係数の差に応じて、熱応力が生じる。この熱応力は、はんだ2の融点を下回った時点から、常温たとえば25℃に近づくにつれて、増加していく。たとえば、はんだ2として前述のAuSnはんだを用いた場合、AuSnはんだの融点である340℃を起点として、熱応力が生じ、常温への復帰時に最大の熱応力となる。
図5は、半導体レーザアレイ1が劈開された状態を示す図である。常温への復帰過程で生じる熱応力は、予め形成されたスクライブ溝10に集中する。これによって、ある時点において、図5に示すように、半導体レーザアレイ1の劈開面に沿った分離に至る。
たとえば、半導体レーザアレイ1の初期成長基板5およびヒートシンク3の主材料として用いられるガリウムヒ素(GaAs)および銅(Cu)の線膨張係数は、室温下においてそれぞれ、5.7×10−6/℃、16.8×10−6/℃である。このような線膨張係数の場合、半導体レーザアレイ1は、ヒートシンク3との接合界面付近で、図4の矢符21,22で示すような圧縮方向の熱応力の影響を受ける。
図6は、図4における半導体レーザアレイ1の初期成長基板5のy軸方向の他方側の表面部を拡大して示す正面図である。図6では、半導体レーザアレイ1とヒートシンクとの接合界面での圧縮応力を受けて凸状に反る場合を示している。
前述の図4に示すような圧縮方向21,22の熱応力、すなわち圧縮応力を受けると、図6に示すような反りを生じ、スクライブ溝10への応力集中が発生し、ひいては劈開面に沿った分離に至る。
図7は、本発明の第1の実施の形態におけるレーザ光源装置の製造方法における製造手順を示すフローチャートである。図7に示すフローチャートは、レーザ光源装置の製造に必要な材料および装置などの準備が完了すると開始され、ステップa1に移行する。
ステップa1において、エピタキシャル成長工程を行う。エピタキシャル成長工程では、初期成長基板5の厚み方向一方側であるy軸方向の一方側の表面部に、エピタキシャル成長によって、エピタキシャル層6を形成する。エピタキシャル層6が形成されるとステップa2に移行する。
ステップa2において、電極パターニング工程を行う。電極パターニング工程では、ステップa1で形成されたエピタキシャル層6の厚み方向一方側であるy軸方向の一方側の表面部に、下側電極7を形成する。また、初期成長基板5の厚み方向他方側であるy軸方向の他方側の表面部に、上側電極を形成する。上側電極および下側電極7が形成されるとステップa3に移行する。
ステップa3において、チップ化工程を行う。チップ化工程では、ステップa31において、バー切り出し工程を行い、ステップa32において、端面コーティング工程を行い、ステップa33において、チップ切り出し工程を行う。
ステップa31のバー切り出し工程では、半導体ウエハからバー状の半導体基板(以下「半導体バー」という場合がある)に切り出す。ステップa32の端面コーティング工程では、半導体バーの端面をコーティングする。ステップa33のチップ切り出し工程では、半導体バーからの個々のチップの切り出しを行う。チップ化工程が終了するとステップa4に移行する。
ステップa4において、パッケージ化工程を行う。パッケージ化工程では、ステップa41において、チップボンディング工程を行い、ステップa42において、ワイヤボンディング工程を行い、ステップa43において、シーリング工程を行う。
ステップa41のチップボンディング工程では、切り出した個々のチップのボンディングを行う。ステップa42のワイヤボンディング工程では、切り出した個々のチップのワイヤボンディングを行う。ステップa43のシーリング工程では、ボンディングされたチップのシーリングを行う。これによって、チップがパッケージ化される。パッケージ化工程が終了するとステップa5に移行する。
ステップa5において、特性評価・検査工程を行う。特性評価・検査工程では、パッケージ化された個々のチップの特性の評価および検査を行う。
スクライブ溝10の形成の時機としては、既存のスクライブ工程において行うことが望ましい。スクライブ工程は、ステップa3のチップ化工程に含まれる。すなわち、スクライブ溝10の形成は、ステップa3のチップ化工程で行われる。
図8は、図7のステップa3のチップ化工程における詳細な製造手順を示すフローチャートである。チップ化工程は、バー切り出し工程、端面コーティング工程およびチップ切り出し工程を含む。
バー切り出し工程およびチップ切り出し工程は、それぞれ、スクライバによるスクライブ溝の形成を行うステップa311,a331のスクライブ溝形成段階と、ブレイカーによるスクライブ溝に沿った分離を行うステップa312,a332の分離段階とを含む。
ステップa33のチップ切り出し工程では、ステップa331のスクライブ溝形成段階において、チップ切り出し箇所にチップ切り出し用のスクライブ溝を形成することに加えて、ヒートシンク3との接合工程での熱応力による分離用のスクライブ溝10を、半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ1の中央部となるチップ中央部に形成する。
そして、ステップa332の分離段階において、半導体バーからチップを切り出すときに、チップ切り出し箇所に形成されたスクライブ溝部にのみ、ブレイカーによって圧力を加える。チップ中央部に形成された、後工程での熱応力による分離用スクライブ溝には圧力を加えない。
図9は、ヒートシンクとの接合工程における温度とレーザ光源装置の状態との関係を模式的に示す図である。図9では、前述の図3に示す状態を第1状態S1として示し、図4に示す状態を第2状態S2として示し、図5に示す状態を第3状態S3として示す。
常温T0から加熱されて、はんだの融点Tm以上の高温下、たとえば温度T2となる第1状態S1では、半導体レーザアレイ1に対し、熱応力は加えられない。温度がはんだの融点Tmを下回り、たとえば温度T1となった第2状態S2では、融点Tmとの差分に比例する熱応力が半導体レーザアレイ1に加わる。その後、温度T1から常温T0に低下する第3状態S3では、常温T0に至るまでのある温度で、チップ中央部に形成されたスクライブ溝10で分離に至る。
ヒートシンク3との接合工程において分離に用いられるチップ中央部のスクライブ溝の部分は、チップ化工程においては分離されてはならない。これを実現するためのスクライブ溝の長さおよび深さは、予め実験的に決めればよい。特に、スクライブ溝の長さについては、図1に示すように、半導体レーザアレイ1の共振器を形成する端面にまで達することが好ましい。これによって、ヒートシンクとの接合工程における分離が容易になる。
以上に述べたように本実施の形態によれば、初期成長基板5上にエピタキシャル成長層6が形成され、エピタキシャル成長層6に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイ1が形成される。半導体レーザアレイ1の初期成長基板5に、半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝10が形成される。半導体レーザアレイ1がはんだ2を介してヒートシンク3に加熱下で接合される。接合後に温度を低下させることによって、スクライブ溝10を起点として、初期成長基板6が劈開されて分割される。
これによって、ヒートシンクとの接合によって発生する熱応力を、比較的簡易な方法で緩和することが可能となる。具体的には、接合時に生じる熱応力を積極的に利用することで、長尺の半導体レーザアレイ1に生じる応力を緩和することが可能となる。
すなわち、ヒートシンク3との接合によって半導体レーザアレイ1に発生する熱応力を利用して、初期成長基板6が分離されるので、半導体レーザアレイ1に発生した熱応力を緩和することができる。したがって、熱応力による初期成長基板6の割れおよび発振波長のシフトを抑えることができるので、信頼性に優れるレーザ光源装置を提供することができる。
スクライブ溝10は、半導体レーザ素子を、それらが長手方向に連なったバー状の状態から切り出すときのスクライブ工程において容易に形成可能である。半導体バーからの個々の半導体レーザ素子の切り出しでは、さらに、ヒートシンクおよび応力緩衝材との接合と同時に半導体レーザ素子の分断が可能であるので、工程数の増加を最小限にとどめることができる。
したがって、同様の熱応力緩和効果を図る他の技術と比較し、追加工程数を抑制し、また材料原価を低減することができるので、コスト面で有利である。また、工程数の相対的な削減は、歩留りの維持および向上にもつながる。
また、スクライブ溝10は、初期成長基板5の厚み方向の表面部のうち、エピタキシャル成長層6が形成される側と反対側の表面部、すなわち厚み方向他方側の表面部に形成される。これによって、スクライブ溝10を形成するときに、エピタキシャル層6にダメージを与えることがない。したがって、半導体レーザアレイ1の端面および内部の状態を良好に保つことが可能であり、信頼性を損なうリスクは極めて小さい。
また、スクライブ溝10は、半導体レーザアレイ1の半導体レーザ素子の共振器を形成する2つの端面のうち、少なくとも一方の端面にまで到達するように形成される。これによって、ヒートシンクとの接合工程における分離を容易にすることができる。
本実施の形態では、半導体レーザ素子の共振器を形成する2つの端面の両方にまで到達するようにスクライブ溝10が形成されるので、ヒートシンクとの接合工程における分離をより容易にすることができる。
また、スクライブ溝10は、スクライブ溝10の深さがエピタキシャル成長層6に到達しない範囲内で形成される。したがって、前述のようにヒートシンクとの接合工程における分離を容易にするために、半導体レーザアレイ1の端面にまでスクライブ溝10を形成する場合においても、スクライブ溝10がエピタキシャル成長層6に到達することはない。これによって、共振器の端面を良好な状態に維持することができる。
また、スクライブ溝10は、複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ1の中央部に対応する初期成長基板5の位置に、1本が形成される。このようにスクライブ溝10の形成本数を1本のみにとどめることによって、半導体レーザアレイ1をバー状の状態から切り出すときに加わるブレイカーの衝撃による、スクライブ溝10での破壊を防ぐことが可能である。
また、図1に示すように、半導体レーザアレイ1は、短手方向に対し長手方向の寸法が十分長い構造であるので、初期成長基板5の中央部に形成されたスクライブ溝10への応力集中によって、良好な歩留りで分断することが可能である。
特に、前述のように、半導体レーザアレイ1の長手方向の長さ寸法を、半導体レーザアレイ1の短手方向の長さ寸法の5倍以上とすることによって、スクライブ溝10への応力集中を利用して、より確実に初期成長基板5を分割することができる。したがって、歩留りをさらに向上させることができる。
<第2の実施の形態>
図10は、本発明の第2の実施の形態であるレーザ光源装置の分割前の状態を示す斜視図である。本実施の形態のレーザ光源装置は、基本的な構造は第1の実施の形態のレーザ光源装置と同様であり、初期成長基板5が分割される前の状態では、複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ1の中央部に、スクライブ溝10が形成されている。
図10は、本発明の第2の実施の形態であるレーザ光源装置の分割前の状態を示す斜視図である。本実施の形態のレーザ光源装置は、基本的な構造は第1の実施の形態のレーザ光源装置と同様であり、初期成長基板5が分割される前の状態では、複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイ1の中央部に、スクライブ溝10が形成されている。
本実施の形態のレーザ光源装置は、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3との間に、応力を緩和する応力緩衝材4を備える。応力緩衝材4は、線膨張係数が、半導体レーザアレイ1とヒートシンク3との中間の値の物性を示す。応力緩衝材4は、ヒートシンク3との電気的な絶縁を担う。
したがって、応力緩衝材4の材料としては、線膨張係数、絶縁性および熱伝導性の観点から、窒化アルミニウム(AlN)および炭化珪素(SiC)などのセラミックスが用いられる。はんだは、低熱抵抗化のために、応力緩衝材4とヒートシンク3との接合剤としても用いられるが、図10では記載を省略している。
このように応力緩衝材4を備える構造のレーザ光源装置においても、第1の実施の形態と同様に、半導体レーザアレイ1、応力緩衝材4、およびヒートシンク3のはんだ接合工程における熱応力を利用した劈開によって、熱応力を解放することが可能である。特に、半導体レーザ素子の配列方向が共振器長に対して長い場合、すなわち半導体レーザアレイ1の長手方向の長さ寸法が短手方向の長さ寸法よりも長い場合に有効である。たとえば、半導体レーザアレイ1の長手方向の長さ寸法が、4mmを超えるような長尺の場合に有効である。
以上に述べたように、本実施の形態では、はんだ2とヒートシンク3との間に応力緩衝材が介在されるので、応力を緩和して、応力の影響を抑制することができる。特に本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の原理で、熱応力を緩和することができるので、応力緩衝材4を用いてもなお残る熱応力の影響を抑制することができる。
また、熱応力を半導体レーザアレイ1側で緩和することができるので、応力緩衝材4の線膨張係数の選択、材質の選択、および寸法、特に厚み寸法の選択の自由度が広がる。これによって、たとえば熱伝導率が比較的高い材料を用いて、半導体レーザアレイ1の能力を十分引き出せるような応力緩衝材4の選択を行うこと、または厚み寸法を低減して、コストの削減を目指した応力緩衝材4の選択を行うことができるので、設計者の意図を反映することが容易になる。したがって、ユーザーの多様なニーズを反映したレーザ光源装置を提供することが容易となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
1 半導体レーザアレイ、2 はんだ、3 ヒートシンク、4 応力緩衝材、5 初期成長基板、6 エピタキシャル成長層、7 下側電極、10 スクライブ溝。
Claims (9)
- 半導体基板と、前記半導体基板上に形成されるエピタキシャル成長層とを有し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を備える半導体レーザアレイが、接合部材を介して放熱部材に接合されたレーザ光源装置であって、
各前記半導体レーザ素子は、前記接合部材を介して前記放熱部材に接合された前記半導体基板に各前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って形成されるスクライブ溝を起点として、前記半導体基板が劈開されることによって分割されて形成されることを特徴とするレーザ光源装置。 - 前記接合部材と前記放熱部材との間に、応力を緩和する応力緩衝材を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。
- 半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成し、前記エピタキシャル成長層に発光点を有する複数の半導体レーザ素子を含む半導体レーザアレイを形成する工程と、
前記半導体レーザアレイの前記半導体基板に、前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿って延びるスクライブ溝を形成する工程と、
前記半導体レーザアレイを、接合部材を介して放熱部材に加熱下で接合する工程と、
接合後に温度を低下させることによって、前記スクライブ溝を起点として、前記半導体基板を劈開して分割する工程とを備えることを特徴とするレーザ光源装置の製造方法。 - 前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記スクライブ溝を、前記半導体基板の厚み方向の表面部のうち、前記エピタキシャル成長層が形成される側と反対側の表面部に形成することを特徴とする請求項3に記載のレーザ光源装置の製造方法。 - 前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記スクライブ溝の深さが前記エピタキシャル成長層に到達しない範囲で、前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項4に記載のレーザ光源装置の製造方法。 - 前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記半導体レーザ素子の共振器を形成する2つの端面のうち、少なくとも一方の端面にまで到達するように、前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項4または5に記載のレーザ光源装置の製造方法。 - 前記スクライブ溝を形成する工程では、
前記複数の半導体レーザ素子の配列方向における半導体レーザアレイの中央部に対応する前記半導体基板の位置に、1本の前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項3から6のいずれか1つに記載のレーザ光源装置の製造方法。 - 前記半導体レーザアレイの長手方向の長さ寸法は、前記半導体レーザアレイの短手方向の長さ寸法の5倍以上であることを特徴とする請求項3から7のいずれか1つに記載のレーザ光源装置の製造方法。
- 前記放熱部材に加熱下で接合する工程では、
前記接合部材と前記放熱部材との間に、応力を緩和する応力緩衝材を介在させて、前記接合部材および前記応力緩衝材を介して、前記半導体レーザアレイを前記放熱部材に加熱下で接合することを特徴とする請求項3から8のいずれか1つに記載のレーザ光源装置の製造方法。
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