JP2022185160A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光半導体素子の光出射部に加わる応力の集中が緩和された光半導体装置を提供する。【解決手段】光半導体装置１００は、金属ロウ材４０を介してサブマウント１０に実装された半導体レーザアレイ２０を備えている。サブマウントの前方側面１０ｃには、複数の溝部が左右方向に互いに間隔をあけて形成されている。上面視で、半導体レーザアレイの光出射部２１ａは、溝部の底面から前方に突出して配置されている。金属ロウ材からなるフィレット５０は、複数の溝部のそれぞれに埋め込まれるとともに、光出射部の下面の一部を覆っている。半導体レーザアレイの表面に形成された表面電極と金属ロウ材とが接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は光半導体装置に関し、特に、支持部材とその上面に金属ロウ材を介して実装された光半導体素子とを少なくとも備えた光半導体装置に関する。

従来、半導体レーザ素子に代表される光半導体素子は、金－スズ系合金（以下、ＡｕＳｎ合金という）等の金属ロウ材を接着材としてサブマウント等の支持部材の上面に接合、実装される。このとき、光半導体素子の光出射部が溶融した金属ロウ材に埋没しないようにするために種々の構造が提案されている。

例えば、特許文献１には、光出射部が設けられた光半導体素子の前端部をサブマウントの側面から外側に突出するように配置する構成が開示されている。また、サブマウントから突き出した光半導体素子の下面からサブマウントの側面にかけて金属ロウ材からなるフィレットを形成し、光半導体素子とサブマウントとの接合を強固にしている。また、フィレットを介して、光出射部から外部に放熱している。

また、特許文献２には、接着層である金属ロウ材の材質を光半導体素子の光出射部とそれ以外の部分とで変更する構成が開示されている。光出射部側に設けられた金属ロウ０の融点をそれ以外の部分よりも高くすることで、光半導体素子とサブマウントとの接合時に、光出射部側で金属ロウ材が濡れ拡がって光出射面を覆うのを防止している。

特開２００３－３１８４７５号公報 特開２０１７－１９１８９９号公報

ところで、光半導体素子の動作時には、光出射部での発熱量が最も大きくなる。また、光半導体素子の光出力が大きいと、光出射部での発熱量もそれに応じて大きくなる。

しかし、特許文献２に開示された従来の構成では、光出射部側の接合層が溶融しにくく、光半導体素子とサブマウントとの接合不良あるいは未接合が生じるおそれがあった。このようなことが生じると、光出射部からサブマウントを介して熱が放散されにくくなり、光半導体素子の特性が変化したり、動作寿命が低下したりするおそれがあった。また、特許文献２の実施例に記載されるように、前端部側の接着層であるＡｕＳｎ合金において、Ａｕの組成比がＳｎとの共晶組成比を越える場合、その融点は大幅に高くなる。このため、光半導体素子とサブマウントとの接合温度が高くなる。その結果、光半導体素子に残留する歪が増大し、動作寿命が低下するおそれがあった。

また、特許文献１に開示される従来の構成では、光半導体素子とサブマウントとの接合時に金属ロウ材が冷却、凝固される過程において、フィレットの端部から加わる引っ張り応力が光出射部の一部に集中し、光半導体素子にクラック等を生じさせて破壊に至らしめるおそれがあった。

しかし、特許文献１には、このような応力集中による光半導体素子の破壊やその防止策等について何ら開示されていない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、フィレットから光半導体素子の光出射部に加わる応力の集中が緩和された光半導体装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光半導体装置は、支持部材と前記支持部材の上面に金属ロウ材を介して実装された光半導体素子とを少なくとも備えた光半導体装置であって、前記支持部材の前方側面には、前記支持部材の上面から下方にそれぞれ延びる複数の溝部がその延在方向と交差する方向に互いに間隔をあけて形成されており、上面視で、前記光半導体素子の光出射部は、前記溝部の底面から前方に突出して配置され、前記金属ロウ材からなるフィレットは、前記複数の溝部のそれぞれに埋め込まれるとともに、前記光出射部の下面の一部を覆っており、前記光半導体素子の表面に形成された表面電極と前記金属ロウ材とが接合されていることを特徴とする。

この構成によれば、フィレットを介して、光出射部から支持部材や外部雰囲気に効率良く放熱できる。また、フィレットが複数の溝部に埋め込まれることで、フィレットから加わる引っ張り応力が光出射部の一部に集中して、光半導体素子が破壊されるのを抑制できる。また、光半導体素子の動作寿命が低下するのを抑制できる。

本発明の光半導体装置によれば、光半導体素子の破壊や動作寿命の低下を抑制できる。

本発明の実施形態１に係る光半導体装置の斜視図である。 サブマウントの斜視図である。 光半導体装置の要部を前から見た模式図である。 図３ＡのＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面模式図である。 比較のための光半導体装置における応力集中の状態を示した図である。 本発明の実施形態２に係る光半導体装置の斜視図である。 サブマウントの斜視図である。 光半導体装置の要部を前から見た模式図である。 図７ＡのＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線での断面模式図である。 比較のための溝部を上から見た模式図である。 変形例１に係る溝部を上から見た模式図である。 変形例１に係る別の溝部を上から見た模式図である。 サブマウントの前方側面における金属ロウ材の流れを示す模式図である。 変形例２に係るサブマウントの要部の模式図である。 変形例２に係る光半導体装置の要部を前から見た模式図である。 図１１ＡのＸＩＢ－ＸＩＢ線での断面模式図である。 変形例２に係る別のサブマウントの要部の模式図である。 変形例２に係るさらなる別のサブマウントの要部の模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［光半導体装置の構成］
図１は、本実施形態に係る光半導体装置の斜視図を、図２は、サブマウントの斜視図をそれぞれ示す。図３Ａは、光半導体装置の要部を前から見た模式図を、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面模式図をそれぞれ示す。

なお、説明の便宜上、図１及び図３Ａ，３Ｂにおいて、半導体レーザアレイ２０の構造を一部省略して図示している。また、なお、以降に示す図面において、光半導体装置１００及び各部の構造は模式図として例示的に示している。したがって、各図において、各部の形状、位置、配置関係、寸法は実際の関係とは異なるものである。

また、以降の説明において、半導体光共振器３０の共振器方向を前後方向と、溝部１１または突起部１２の配列方向を左右方向と、前後方向及び左右方向とそれぞれ直交する方向を上下方向とそれぞれ呼ぶことがある。また、前後方向において、光出射面である前端面２１ａが設けられた側を前側または前方と、その反対側を後側または後方とそれぞれ呼ぶことがある。上下方向において、半導体光共振器３０が設けられた側を上側または上方と、サブマウント１０が設けられた側を下側または下方とそれぞれ呼ぶことがある。

図１に示すように、光半導体装置１００は、サブマウント（支持部材）１０と金属ロウ材４０と半導体レーザアレイ（光半導体素子）２０とを有しており、サブマウント１０の上面１０ａに金属ロウ材４０を介して半導体レーザアレイ２０が接合、実装された構造となっている。

図１，２に示すように、サブマウント１０は、導電性材料からなる板状の部材である。本実施形態におけるサブマウント１０の材質は、銅タングステン合金（ＣｕＷ）である。また、図示しないが、前方側面１０ｃ及び上面１０ａを含むサブマウント１０の表面にはメッキ層が形成されている。このメッキ層は、金属ロウ材４０の濡れ性を向上させるために形成される。メッキ層として、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の積層体が形成される。

サブマウント１０の前方側面１０ｃには、左右方向に互いに間隔をあけて複数の溝部１１が形成されている。複数の溝部１１のそれぞれは、サブマウント１０の上面１０ａから下面１０ｂまで上下方向に一定の幅で延びて形成されている。また、互いに隣り合う溝部１１の間は、突起部１２として構成されている。本実施形態では、溝部１１の左右方向の幅Ｗ１（以下、単に溝部１１の幅Ｗ１という）は１５０μｍに、突起部１２の左右方向の幅Ｗ２（以下、単に突起部１２の幅Ｗ２という）は７５μｍにそれぞれ設定されている（図３Ａ参照）。また、溝部１１の前後方向の深さＤ１（以下、単に溝部１１の深さＤ１という）は３０μｍに設定されている（図３Ｂ参照）。本実施形態では、溝部１１の幅Ｗ１と突起部１２の幅Ｗ２と溝部１１の深さＤ１とがサブマウント１０の上面１０ａから下面１０ｂまで一定となるように、溝部１１及び突起部１２が形成されている。

なお、溝部１１の幅Ｗ１と突起部１２の幅Ｗ２と溝部１１の深さＤ１の寸法は前述の値に特に限定されるものではなく、後で述べる半導体光共振器３０及び表面電極３７の左右方向の幅やフィレット５０から半導体レーザアレイ２０の光出射部２１が受ける応力の大きさによって適宜変更されうる。

また、本願明細書において、「一定」とは、部材の加工公差を含んで一定という意味であり、厳密な意味で一定であることまでを意味するものではない。

金属ロウ材４０は、例えば、ＡｕＳｎ合金からなり、図２に示すように、所定の形状にパターニングされて、サブマウント１０の上面１０ａに設けられている。半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０を加熱接合する際、金属ロウ材４０が押し拡げられ、その一部がサブマウント１０の上面１０ａから前方側面１０ｃに流れ出てフィレット５０（図１参照）が形成される。なお、図３Ａ及び後で示す図７Ａ、図１１Ａにおいて、突起部１２の上面に連続する溝部１１の上端は、フィレット５０に隠れて見えないため、フィレット５０の内側で左右方向に延びる破線として示している。

図３Ｂに示すように、半導体レーザアレイ２０は、溝部１１の底面１１ａから前方に突出して配置されている。半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａは、レーザ光が出射される光出射面であり、サブマウント１０の前方側面１０ｃから前方に突出した部分は、半導体レーザアレイ２０の光出射部２１に相当する。フィレット５０は、サブマウント１０の前方側面１０ｃから光出射部２１の下面にかけて形成されている。また、図１及び図３Ａに示すように、フィレット５０は、複数の溝部１１のそれぞれを埋め込むように、この場合は、サブマウント１０の上面１０ａから所定の距離だけ下方に下がった部分までを埋め込むように形成されている。

なお、図３Ｂに示す突き出し長さＤ２は、溝部１１の底面１１ａから半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａまでの前後方向に沿った長さである。また、溝部の底面１１ａから前方をプラスと、後方をマイナスとして突き出し長さＤ２を設定している。溝部の深さＤ１は、サブマウント１０に対する半導体レーザアレイ２０の実装位置精度と突き出し長さＤ２に基づいて設定される。本実施形態では、前述の実装位置が最大で±１０μｍばらつくと仮定して、実際の突き出し長さＤ２を＋５μｍ以上確保するように、溝部１１の深さＤ１が設定されている。したがって、実装位置精度や、確保したい突き出し長さＤ２の値によって、溝部１１の深さＤ１は適宜変更されうる。また、本実施形態では、突き出し長さＤ２がプラスの値に設定されている。このことにより、光出射部２１の下面の一部（突起部１２の上面１２ａと平面視で重なる、左右方向及び前後方向で構成される複数の領域）は、金属ロウ材４０を介して突起部１２の上面１２ａにさらに支持される。

半導体レーザアレイ２０は、図３Ａに示す半導体光共振器３０が左右方向に沿って所定の間隔をあけて複数配列された端面放射型の光半導体素子である。つまり、半導体光共振器３０は、半導体レーザアレイ２０の単位発光部である。なお、本実施形態の半導体レーザアレイ２０は、一つの単位発光部としての半導体光共振器３０が４２個集積された構造となっている所謂レーザダイオードバー（ＬＤバー）である。半導体レーザアレイ２０に含まれる半導体光共振器３０の個数は適宜変更されうる。

図３Ａに示すように、半導体光共振器３０は、活性層３２と電流狭窄層３３とコンタクト層３４とを含む半導体積層体３１の裏面と表面に、それぞれ裏面電極３６と表面電極３７とが形成されてなる。半導体積層体３１は、図示しない基板や、活性層３２を上下方向に挟むクラッド層をさらに有しており、半導体積層体３１の各層は化合物半導体材料からなる。コンタクト層３４は表面電極３７と、半導体積層体３１の裏面は裏面電極３６とそれぞれオーミック接触している。互いに隣り合う半導体光共振器３０は、分離溝３５により熱的に、かつ電気的に分離されている。表面電極３７は複数の分割電極３７ａで構成されており、分割電極３７ａは半導体光共振器３０毎に設けられている。よって、互いに隣り合う分割電極３７ａは、左右方向に所定の間隔をあけて形成されている。ただし、複数の分割電極３７ａのそれぞれに加わる電圧は同じである。

ここで、半導体レーザアレイ２０の動作について説明する。表面電極３７と裏面電極３６との間にしきい値以上の電圧が印加されると、活性層３２に電流が注入され、注入された電流は電流狭窄層３３によって活性層３２と平行な方向に閉じ込められる。

注入された電流によって、活性層３２のエネルギー障壁に応じた波長の光が発生する。発生した光は、図示しない一対のクラッド層により活性層３２に光学的に閉じ込められる。また、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａと後端面には互いに反射率の異なる誘電体膜が積層された誘電反射層（図示せず）が形成されており、半導体光共振器３０はレーザ光の共振器を構成している。後端面よりも反射率が低い前端面２１ａからレーザ光が出射される。なお、図１及び図３Ａには、レーザ光の出射点を発光点として示している。

半導体レーザアレイ２０の左右方向の幅は１０ｍｍ程度であり、前後方向の長さは４ｍｍ程度である。１つの半導体光共振器３０における左右方向の幅は２２５μｍで、分割電極３７ａの左右方向の幅Ｗ３（以下、単に分割電極３７ａの幅Ｗ３という）は１８５μｍである。つまり、分割電極３７ａの幅Ｗ３は、溝部１１の幅Ｗ１よりも狭くなるように設定されている。

また、図３Ａに示すように、溝部１１と半導体光共振器３０の発光点とは、左右方向に沿った中心位置が、前後方向の前方向から見て揃うように配置されている。言い換えると、前後方向の前方向から見て、半導体光共振器３０の発光点は突起部１２と重ならないように配置されている。また、溝部１１の幅Ｗ１は、サブマウント１０に対する半導体レーザアレイ２０の実装位置精度と溝部１１の加工精度とに基づいて設定される。本実施形態では、前述の実装位置が最大で±１０μｍばらつき、溝部１１の加工公差が最大で±１０μｍであると仮定して、突起部１２と分割電極３７ａとの左右方向の重なり量が、最小でも２．５μｍを確保するように、溝部１１及び突起部１２の幅Ｗ１，Ｗ２や分割電極３７ａの幅Ｗ３がそれぞれ設定されている。したがって、実装位置精度や、溝部１１の加工精度によって、これらの値は適宜変更されうる。

また、図３Ａに示すように、側面視で、分割電極３７ａの端面は、突起部１２の互いに対向する両側面１２ｂの内側に位置している。

次に、フィレット５０から半導体レーザアレイ２０に加わる応力について説明する。

図４は、比較のための光半導体装置における応力集中の状態を示し、光半導体装置１００は、サブマウント１０の前方側面１０ｃに溝部１１が形成されていない点を除いては、図１及び図３Ａ，３Ｂに示す光半導体装置１００と同じ構造を有している。

半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０とが接合される過程において、金属ロウ材４０は一度、溶融、軟化した後に冷却されて凝固する。この冷却凝固過程で、図４に示すように、半導体レーザアレイ２０の光出射部２１のうち、フィレット５０の端部が位置する部分において、引っ張り応力が集中し、半導体レーザアレイ２０を構成する半導体材料にせん断応力として作用する。このせん断応力が半導体材料の破壊点を超える場合には、半導体レーザアレイ２０の光出射面である前端面２１ａにクラックが生じて、半導体レーザアレイ２０が破壊されるに到る。つまり、半導体レーザアレイ２０の初期不良が増加し、また、動作寿命が低下するおそれがあった。また、せん断応力が前述の破壊点を超えない場合でも、半導体レーザアレイ２０には大きな歪が発生し、例えば、レーザ光の光軸が所定の位置からずれるおそれがあった。図４に示す例では、応力が集中するのは、フィレット５０の左右方向の両端部の計２箇所である。

一方、本実施形態の光半導体装置１００によれば、図３Ａに示すように、フィレット５０は、複数の溝部１１にそれぞれに埋め込まれている。フィレット５０をこのように形成することで、フィレット５０が左右方向に分割される。言い換えると、フィレット５０の端部が左右方向に沿って複数形成される。また、溝部１１の内面、つまり、溝部１１の底面１１ａと両側面の計３面でフィレット５０と接触しているため、接合工程後の冷却過程で、フィレット５０の凝固収縮を抑制できる。このことにより、フィレット５０から半導体レーザアレイ２０の光出射部２１に加わる引っ張り応力は、図４に示す場合に比べて低減されるとともに、左右方向で分散されて引っ張り応力の集中が緩和される。つまり、半導体レーザアレイ２０に加わるせん断応力が緩和される。このことにより、半導体レーザアレイ２０が破壊されるのを抑制できる。また、半導体レーザアレイ２０に大きな歪が発生するのを抑制し、レーザ光の光軸ずれを抑制できる。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る光半導体装置１００は、サブマウント（支持部材）１０とサブマウント１０の上面１０ａに金属ロウ材４０を介して実装された半導体レーザアレイ（光半導体素子）２０とを少なくとも備えている。

サブマウント１０の前方側面１０ｃには、サブマウント１０の上面１０ａから下方にそれぞれ延びる複数の溝部１１がその延在方向である上下方向と交差する左右方向に互いに間隔をあけて形成されている。

上面視で、半導体レーザアレイ２０の光出射部２１は、溝部１１の底面１１ａから前方に突出して配置され、金属ロウ材４０からなるフィレット５０は、複数の溝部１１のそれぞれに埋め込まれるとともに、光出射部２１の下面の一部を覆っている。半導体レーザアレイ２０の表面に形成された表面電極３７と金属ロウ材４０とが接合されている。

本実施形態によれば、光出射部２１が、溝部１１の底面１１ａから前方に突出しているため、金属ロウ材４０が光出射部２１の下面に回り込んでフィレット５０が形成される。このフィレット５０を介して、光出射部２１からサブマウント１０や外部雰囲気に効率良く放熱できる。また、フィレット５０が複数の溝部１１に埋め込まれることで、フィレット５０から光出射部２１に加わる引っ張り応力が分散され、光出射部２１に過度の引っ張り応力が集中して加わるのを緩和できる。このことにより、半導体レーザアレイ２０が破壊されるのを抑制できる。また、半導体レーザアレイ２０の動作寿命が低下するのを抑制できる。

また、互いに隣り合う溝部１１の間は、突起部１２として構成され、突起部１２の上面１２ａと半導体レーザアレイ２０の光出射部２１の下面の一部とが、金属ロウ材４０を介して接触している。また、光出射部２１が突起部１２に支持されている。

このことにより、光出射部２１からサブマウント１０への放熱経路を確保でき、放熱効率をさらに高められる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０の接合面積が増加するため、接合強度を高められ、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との接合時に、光出射部２１が上方に反るのを抑制できる。このことにより、レーザ光の光軸ずれを抑制できる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との熱的接触を強固にして、半導体レーザアレイ２０に加わるせん断応力を低減し、光半導体装置１００の信頼性を向上できる。

半導体レーザアレイ２０は、単位発光部である半導体光共振器３０を複数有しており、複数の半導体光共振器３０は、互いに間隔をあけて溝部１１の配列方向である左右方向に配列されている。

表面電極３７は、複数の分割電極３７ａで構成され、複数の分割電極３７ａのそれぞれは、複数の半導体光共振器３０のそれぞれを覆うとともに、互いに間隔をあけて左右方向に配列されている。

側面視で、半導体光共振器３０は突起部１２と重ならないように配置される一方、分割電極３７ａの端面は突起部１２の互いに対向する２つの側面１２ｂの内側に位置している。

半導体光共振器３０を突起部１２と重ならないように配置することで、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との接合時に、仮に、突起部１２の上面１２ａに沿って不要な金属ロウ材４０が噴出しても、光出射面である半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａにこの金属ロウ材４０は付着しない。したがって、レーザ光が遮られたり、一部がけられたりして、半導体レーザアレイ２０の光学特性を損なうことがない。

また、分割電極３７ａの端面を突起部１２の両側面１２ｂの内側に位置させることで、溝部１１の内側でフィレット５０が形成される領域に分割電極３７ａの端面が重ならないようにすることができる。半導体積層体３１と分割電極３７ａを構成する材料とは熱膨張係数が異なるため、分割電極３７ａの端面に沿って、つまり、上下方向に沿って、半導体光共振器３０に応力が加わっっている。このため、フィレット５０が形成される領域に分割電極３７ａの端面が重なっていると、光出射部２１に加わる引っ張り応力が局所的に増加するおそれがあった。

一方、本実施形態によれば、分割電極３７ａと突起部１２との配置関係を前述のように規定することで、局部的な応力集中の発生を抑制できる。このことにより、半導体レーザアレイ２０の破壊や動作寿命の低下を確実に抑制できる。

また、複数の溝部１１のそれぞれは、サブマウント１０の上面１０ａから下面１０ｂまで延びている。通常、サブマウント１０は母材となる板材をソーイング等により切り出して得られる。このため、ソーイングを用いることで、同じ設備で溝部１１を形成でき、サブマウント１０の製造コストの増加を抑制できる。また、サブマウント１０の上面１０ａから下面１０ｂまでを切削するようにすることで、溝部１１を容易に形成できる。なお、溝部１１の幅Ｗ１や深さＤ１は、ソーの刃先の形状を変更することで容易に調整できる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態に係る光半導体装置の斜視図を、図６は、サブマウントの斜視図をそれぞれ示す。図７Ａは、光半導体装置の要部を前から見た模式図を、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線での断面模式図をそれぞれ示す。

なお、説明の便宜上、図５及び図７Ａ，７Ｂにおいて、半導体レーザアレイ２０の構造を一部省略して図示している。また、図５～７Ｂ及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態に示す光半導体装置１００は、複数の溝部１３のそれぞれが、サブマウント１０の上面１０ａから前方側面１０ｃの途中まで延びて形成されている点で実施形態１に示す光半導体装置１００と異なる。

また、本実施形態において、溝部１３の幅及び突起部１４の幅は、実施形態１に示す溝部１１の幅Ｗ１及び突起部１２の幅Ｗ３とそれぞれ同じである。一方、本実施形態において、複数の溝部１３のそれぞれが下方に向かうにつれて浅くなるように、溝部１３の底面１３ａは直線的に傾斜している。このため、サブマウント１０の上面１０ａの近傍で、溝部１３の深さは実施形態１と同じく３０μｍであるのに対して、下端部では溝部１３の深さはゼロとなり、溝部１３はサブマウント１０の前方側面１０ｃに連続している。また、図７Ａに示すように、突起部１４の上面１４ａと半導体レーザアレイ２０の光出射部２１の下面の一部とが、金属ロウ材４０を介して接触している。また、図７Ｂに示すように、光出射部２１が突起部１４に支持されている。

本実施形態によれば、溝部１３の内部に埋め込まれたフィレット５０とサブマウント１０との接触面積を実施形態１に示す場合に比べて大きくすることができる。このため、フィレット５０を介してサブマウント１０に放散される熱量を実施形態１に示す場合よりも大きくできる。このことにより、半導体レーザアレイ２０からサブマウント１０への放熱効率をさらに高めることができる。

なお、本実施形態では、溝部１３の底面１３ａが直線的に傾斜する例を示したが、特にこれに限られない。例えば、断面視で、溝部１３の底面１３ａを下に凸となる曲面となるように形成してもよい。また、図示しないが、断面視で、溝部１３を段差状に形成してもよい。この場合は、下端部まで溝部１３の深さが一定であり、下端部に、サブマウンの上面１０ａと平行となる面が形成される。

また、複数の溝部１３のそれぞれの容積は、フィレット５０の体積と同じになるようにするのが好ましく、このようにすることで、半導体レーザアレイ２０からサブマウント１０の放熱効率を高めつつ、フィレット５０の体積を小さくできる。フィレット５０の体積を小さくすることで、フィレット５０から光出射部２１に加わる引っ張り応力をトータルで低減できる。なお、放熱効率を低下させないようにするため、溝部１３の上下方向の長さＬ１（図５，６参照）は短い方が好ましい。

＜変形例１＞
図８Ａは、比較のための溝部を上から見た模式図を、図８Ｂは、本変形例に係る溝部を上から見た模式図を、図８Ｃは、本変形例に係る別の溝部を上から見た模式図をそれぞれ示す。

図８Ａに示す溝部１１は、実施形態１に示す溝部１１と同じであり、上面視で、溝部１１の底面１１ａが、突起部１２ａの側面１２ｂと直角をなすように形成されている。

しかし、溝部の形状は特にこれに限られず、図８Ｂに示すように、上面視で、溝部１５の底面１５ａが、突起部１２の側面１２ｂと鈍角をなすように形成されていてもよい。この場合、上面視で、溝部１５が台形となる。また、図８Ｃに示すように、上面視で、溝部１６が半円状であってもよい。

なお、図８Ｂ及び図８Ｃにそれぞれ示す溝部１５，１６において、開口部の幅は、前述の幅Ｗ１（＝１５０μｍ）と同じである。また、溝部１５，１６の深さは、前述の深さＤ１（＝３０μｍ）と同じである。図８Ｂ及び図８Ｃにそれぞれ示す突起部１２において、先端の幅は、前述の幅Ｗ２（＝７５μｍ）と同じである。

一方、溝部１５の底面１５ａの幅Ｗ４は、溝部１５の幅Ｗ１よりも狭くなっている。溝部１５の底面１５ａを基準として、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａが最小突き出し長さＤ３（＝５μｍ）だけ前方に配置された位置において、溝部１５の幅が半導体光共振器３０の左右方向の幅よりも広くなるように、溝部１５の底面１５ａの幅Ｗ４が設定される。また、突起部１２の基端、つまり、サブマウント１０に近い側の幅は、突起部１２の幅Ｗ２よりも広くなっている。

同様に、溝部１６の基端側の幅Ｗ４は、溝部１６の幅Ｗ１よりも狭くなっている。半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａが最小突き出し長さＤ３（＝５μｍ）だけ前方に配置された位置において、溝部１６の幅が半導体光共振器３０の左右方向の幅よりも広くなるように、溝部１６の基端側の幅Ｗ４が設定される。また、突起部１２の基端、つまり、サブマウント１０に近い側の幅は、突起部１２の幅Ｗ２よりも広くなっている。

本変形例によれば、図８Ｂ，８Ｃにそれぞれ示すように、溝部１５，１６の底面から光出射面である半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａまでの範囲において、図８Ａに示す場合よりも突起部１２の幅を広げられる。このことにより、光出射部２１からサブマウント１０への放熱効率をさらに高められる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０の接合面積が図８Ａに示す場合よりも増加するため、接合強度をさらに高められ、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との接合時に、光出射部２１が上方に反るのを抑制できる。このことにより、レーザ光の光軸ずれを抑制できる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との熱的接触を強固にして、半導体レーザアレイ２０に加わるせん断応力を低減し、光半導体装置１００の信頼性を向上できる。

また、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａが配置される位置では、溝部１５，１６は、半導体光共振器３０の左右方向の幅よりも広くなっている。つまり、半導体光共振器３０を突起部１２と重ならないように配置することができる。このことにより、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との接合時に、突起部１２の上面１２ａ（図３Ａ参照）に沿って不要な金属ロウ材４０が噴出しても、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａにこの金属ロウ材４０は付着しない。したがって、レーザ光が遮られたり、一部がけられたりして、半導体レーザアレイ２０の光学特性を損なうことがない。

また、上面視で台形状の溝部１５や半円状の溝部１６は、ソーイングによる切削加工や機械的な研磨により容易に形成することができる。なお、溝部を、上面視で半楕円状となるように形成してもよい。

＜変形例２＞
図９は、サブマウントの前方側面１０ｃにおける金属ロウ材の流れを示す。図１０は、本変形例に係るサブマウントの要部の模式図を、図１１Ａは、本変形例に係る光半導体装置の要部を前から見た模式図を、図１１Ｂは、図１１ＡのＸＩＢ－ＸＩＢ線での断面模式図をそれぞれ示す。図１２は、別のサブマウントの要部の模式図を、図１３は、さらなる別のサブマウントの要部の模式図をそれぞれ示す。

なお、図１０～図１３にそれぞれ示す溝部１１において、開口部の幅は、前述の幅Ｗ１（＝１５０μｍ）と同じである。また、溝部１１の深さは、前述の深さＤ１（＝３０μｍ）と同じである。図１０～図１３にそれぞれ示す突起部１２，１７，１８において、先端の幅は、前述の幅Ｗ２（＝７５μｍ）と同じである。また、各溝部１１は、サブマウント１０の上面１０ａから下面１０ｂにかけて延びていることは、実施形態１に示すのと同様である。サブマウント１０と半導体レーザアレイ２０との前後方向の配置関係も実施形態１に示すのと同様である。なお、図１１Ａ，１１Ｂに示す突起部１２は、図１０に示す突起部１２と同じ形状である。

前述したように、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０を加熱接合する際、金属ロウ材４０の一部がサブマウント１０の前方側面１０ｃに流れ出てフィレット５０が形成される。図９は、この場合の金属ロウ材４０の流れを上から模式的に見た図である。実線の矢印は、実装中の金属ロウ材４０の流れを示し、破線は、金属ロウ材４０の表面の位置を示す。なお、図１０，１２，１３のそれぞれの（ａ）図にも、実線の矢印や破線で実装中の金属ロウ材４０の流れや金属ロウ材４０の表面の位置を示している。ただし、図面を簡素化するため、図１０，１２，１３において、図中の説明文は省略している。

図９に示すように、金属ロウ材４０は溝部１１の内部に流れ込むとともに、突起部１２の上面１２ａに沿っても流れ出す。このとき、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０と接合時の加圧力や加圧力の変化速度によっては、金属ロウ材４０の流れが溝部１１のコーナー部で変則的となり、突起部１２の上面１２ａに沿って前方に流れ出す金属ロウ材４０の量が増加してしまうことがある。この量が大きくなりすぎると、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａに金属ロウ材４０がはみ出して付着する場合があった。

一方、本変形例によれば、突起部の形状を実施形態１に示す上面視で矩形状から変更することで、突起部１２の上面１２ａで、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａにはみ出す金属ロウ材４０の量を抑制できる。

例えば、図１０に示すように、突起部１２の上面１２ａと両側面１２ｂとが接する部分がそれぞれ面取り加工されて傾斜面１２ｃが形成されるようにしてもよい。つまり、突起部１２の上面１２ａと側面１２ｂとが、傾斜面１２ｃを介して連続するようにしてもよい。

突起部１２の上面１２ａと側面１２ｂとの間に傾斜面１２ｃを設けることで、突起部１２の上面１２ａに沿って前方に流れる金属ロウ材４０の一部は、傾斜面１２ｃを伝って下方に流れるようになり、図１１Ａ，１１Ｂに示すように、冷却凝固後に、傾斜面１２の上に留まる部分と合わせて、フィレット５０の第２部分５２を構成する。

この第２部分５２は、突起部１２とあわせて光出射部２１の下面を支持している。また、溝部１１に埋め込まれたフィレット５０の第１部分５１と連続して、フィレット５０を構成する。

このフィレット５０は、実施形態１に示すフィレット５０に比べて体積が増加しており、また、光出射部２１の下面との接触面積が大きくなっている。

フィレット５０をこのように構成することで、半導体レーザアレイ２０の光学特性が損なわれるのを防止できるとともに、フィレット５０を介した半導体レーザアレイ２０の放熱効率をさらに高めることができる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との実効的な接合面積が低減するのを抑制できる。このことにより、両者の接合強度を高められ、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との接合時に、光出射部２１が上方に反ることで生じるレーザ光の光軸ずれを抑制できる。また、半導体レーザアレイ２０とサブマウント１０との熱的接触を強固にして、半導体レーザアレイ２０に加わるせん断応力を低減し、光半導体装置１００の信頼性を向上できる。

なお、図１２に示すように、上面視で、突起部を１７先端よりも基端で幅が細くなるように楔形状としてもよい、言い換えると、上面視で、溝部１１の底面１１ａが、突起部１７の側面１７ｂと鋭角をなすように設けられていてもよい。

この場合は、突起部１７の上面１７ａに沿って前方に流れる金属ロウ材４０の一部が、突起部１７の基端側で下方に流れるようになり、冷却凝固後に、前述の第２部分５２（図１２には図示せず）となる。このように第２部分５２が形成されることで、前述した効果を奏することができる。

また、図１３に示すように、突起部１８を図１０に示す形状と図１２に示す形状とを複合させた形状としてもよい。つまり、突起部１８の上面１８ａと側面１８ｂとを傾斜面１８ｃを介して連続させるとともに、上面視で、溝部１１の底面１１ａ、突起部１８の側面１８ｃと鋭角をなすように設けてもよい。この場合も、前述の第２部分５２（図１３には図示せず）が形成されて、前述した効果を奏することができる。

なお、金属ロウ材４０がはみ出すのをより抑制するように、突起部の形状を図１０～１３に示す形状のいずれかとすることで、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａに金属ロウ材４０がはみ出すのを抑制できるため、左右方向において、半導体光共振器３０の発光点と突起部１２または１７あるいは１８が一部または全部重なるように配置することもできる。

このようにすることで、半導体光共振器３０の自己発熱部である発光点の下方をサブマウント１０の突起部１２または１７あるいは１８で直接的に支持できるため、半導体レーザアレイ２０からサブマウント１０への放熱効率をさらに高めることができる。また、半導体レーザアレイ２０における半導体光共振器３０の配列ピッチや溝部１１の配列ピッチの設計に自由度を持たせることができる。

ただし、半導体光共振器３０の配列ピッチと溝部１１の最小加工寸法との関係で、例えば、突起部１２の幅Ｗ２が決定されるため、１つの半導体光共振器３０の発光点の下方に、必ず突起部を設けることができない場合もある。このことに留意して、光半導体装置１００のレイアウト設計を行う必要がある。

また、この場合、半導体レーザアレイ２０の前端面２１ａの位置によっては、突起部の先端がレーザ光に干渉するおそれもあるので、そうならないように、突起部の先端の形状を調整することも考慮する必要がある。

さらに、図３Ａ，７Ａ及び図１１Ａに示すように、側面視で、サブマウント１０の溝部１１の内側に分割電極３７ａの端面が位置する。つまり、フィレット５０が形成される領域に分割電極３７ａの端面が重なって、光出射部２１に加わる引っ張り応力が局所的に増加するおそれがある。

このような懸念を解消するために、例えば、複数の分割電極３７ａを一体化して１枚の表面電極３７とすることで、引っ張り応力の局所的な増加が抑制され、半導体レーザアレイ２０の破壊や動作寿命の低下を確実に抑制できる。

（その他の実施形態）
各実施形態や各変形例に示した各構成要素を組み合わせて新たな実施形態とすることもできる。例えば、変形例２で述べたように、複数の分割電極３７ａが一体化された表面電極３７を実施形態１や実施形態２に示す構成に適用してもよい。半導体レーザアレイ２０における半導体光共振器３０の個数が所定以上に少なければ、必ずしも、隣り合う半導体光共振器３０の間に分離溝３５を設ける必要はなく、また、表面電極３７を複数の分割電極３７ａで構成しなくてもよい。

また、実施形態１，２において、光半導体素子が半導体レーザアレイ２０である例を示したが、単一の光共振器を有する半導体レーザ素子であってもよい。

サブマウント１０は、所定の熱膨張係数と熱伝導性とを有していればよく、導電部材であってもよいし、絶縁部材であってもよい。実施形態１に示したように、サブマウント１０の材質が、金属ロウ材４０との濡れ性が悪い材料であれば、前方側面１０ｃを含むサブマウント１０の表面に、金属ロウ材４０との濡れ性を向上させるための処理を行う必要がある。例えば、サブマウント１０の表面メッキを施す必要がある。ただし、サブマウント１０の材質が、金属ロウ材４０との濡れ性が良好な材料であれば、このような処理を省略できる。

また、半導体レーザアレイ２０と接合される支持部材は、サブマウント１０に特に限定されない。例えば、ヒートシンクブロックであってもよい。その場合、内部に冷却機構を設けてもよい。例えば、冷媒を通過させる流路が設けられていてもよい。

また、裏面電極３６の形状は、平坦でなくてもよく、一部がパターニングされていてもよい。また、複数のＡｕバンプを含むようにしてもよい。

本発明の光半導体装置は、フィレットから光半導体素子の光出射部に加わる応力の集中を緩和でき、加工用途等で使用される高出力レーザ光源に適用する上で有用である。

１０ サブマウント（支持部材）
１０ａ サブマウントの上面
１０ｃ サブマウントの前方側面
１１，１３，１５，１６ 溝部
１２，１４，１７，１８ 突起部
２０ 半導体レーザアレイ（光半導体素子）
２１ 光出射部
２１ａ 前端面（光出射面）
３０ 半導体光共振器
３１ 半導体積層体
３２ 活性層
３３ 電流狭窄層
３４ コンタクト層
３５ 分離溝
３６ 裏面電極
３７ 表面電極
３７ａ 分割電極
４０ 金属ロウ材
５０ フィレット
１００ 光半導体装置

Claims (11)

1. 支持部材と前記支持部材の上面に金属ロウ材を介して実装された光半導体素子とを少なくとも備えた光半導体装置であって、
   前記支持部材の前方側面には、前記支持部材の上面から下方にそれぞれ延びる複数の溝部がその延在方向と交差する方向に互いに間隔をあけて形成されており、
   上面視で、前記光半導体素子の光出射部は、前記溝部の底面から前方に突出して配置され、
   前記金属ロウ材からなるフィレットは、前記複数の溝部のそれぞれに埋め込まれるとともに、前記光出射部の下面の一部を覆っており、
   前記光半導体素子の表面に形成された表面電極と前記金属ロウ材とが接合されていることを特徴とする光半導体装置。
2. 請求項１に記載の光半導体装置において、
   前記複数の溝部のそれぞれは、前記支持部材の上面から前記支持部材の下面まで延びていることを特徴とする光半導体装置。
3. 請求項１に記載の光半導体装置において、
   前記複数の溝部のそれぞれは、前記支持部材の上面から前記支持部材の前方側面の途中まで延びていることを特徴とする光半導体装置。
4. 請求項３に記載の光半導体装置において、
   前記複数の溝部のそれぞれの底面は、前記溝部が下方に向かうにつれて浅くなるように傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
   互いに隣り合う前記溝部の間は、突起部として構成され、
   前記突起部の上面と前記光半導体素子とが、前記金属ロウ材を介して接触していることを特徴とする光半導体装置。
6. 請求項５に記載の光半導体装置において、
   上面視で、前記溝部の底面は、前記突起部の側面と直角をなすように形成されていることを特徴とする光半導体装置。
7. 請求項５に記載の光半導体装置において、
   上面視で、前記溝部の底面は、前記突起部の側面と鋭角をなすように設けられていることを特徴とする光半導体装置。
8. 請求項５に記載の光半導体装置において、
   上面視で、前記溝部の底面は、前記突起部の側面と鈍角をなすように設けられていることを特徴とする光半導体装置。
9. 請求項５に記載の光半導体装置において、
   上面視で、前記溝部は、半円状または半楕円状であることを特徴とする光半導体装置。
10. 請求項５ないし９のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
    前記突起部の上面と側面とは、傾斜面を介して連続していることを特徴とする光半導体装置。
11. 請求項５ないし１０のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
    前記光半導体素子は、複数の単位発光部を有しており、
    前記複数の単位発光部は、互いに間隔をあけて前記複数の溝部の配列方向と平行な方向に配列されており、
    前記表面電極は、複数の分割電極で構成され、前記複数の分割電極のそれぞれは、前記複数の単位発光部のそれぞれを覆うとともに、互いに間隔をあけて前記複数の溝部の配列方向と平行な方向に配列されており、
    側面視で、前記単位発光部は前記突起部と重ならないように配置される一方、前記分割電極の端面は前記突起部の互いに対向する２つの側面の内側に位置していることを特徴とする光半導体装置。
    

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