JP4088867B2 - 半導体発光素子の固着方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子の固着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置としての半導体レーザ装置は、半導体発光素子である半導体レーザ素子を有し、レーザビームプリンタや光ディスクドライブ等の様々な装置に使用されている。ここで、図５は従来の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図である。図５に示すように、半導体レーザ素子１００が固着されるサブマウント１０１は、Ｃｕ製のヒートシンク１０２の上にハンダ１０３で固着されている。サブマウント１０１の上には、電極となる金属層１０４が形成され、この金属層１０４の上には、半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１に固着するためのハンダ層１０５が形成されている。
【０００３】
半導体レーザ素子１００は、ｐｎ接合部（ジャンクション）１０６の近傍に位置する面がサブマウント１０１側に位置付けられ、さらに、レーザ光Ｌを出射するための出射面１００ａがサブマウント１０１の側面１０１ａと同じ平面上に位置付けられて、サブマウント１０１の上面にハンダ層１０５により固着されている。なお、ｐｎ接合部１０６の近傍に位置する面をサブマウント１０１側に位置付けて半導体レーザ素子１００を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１００の放熱効率が高められている。
【０００４】
ここで、サブマウント１０１の上面に半導体レーザ素子１００を固着する固着工程は次のように行われる。まず、共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に、ハンダ層１０５が形成されたサブマウント１０１を入れ、このハンダ層１０５の上に半導体レーザ素子１００を載置する。その後、ハンダ層１０５を３２０℃程度まで加熱して溶融し、速やかに急冷して共晶状態にすることで、半導体レーザ素子１００はサブマウント１０１の上面に固着される。
【０００５】
このような固着工程においては、ハンダ層１０５を溶融すると、溶融されたハンダ層１０５から余剰ハンダ１０５ａが流れ出し、半導体レーザ素子１００の出射面１００ａに余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りが発生する場合がある（図５参照）。一方、半導体レーザ素子１００のｐｎ接合部１０６はハンダ層１０５から数μｍの距離に位置付けられている。したがって、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りが発生した場合には、この盛り上りによって半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光Ｌが散乱されるので、レーザ光Ｌの品質が低下するという問題が生じる。
【０００６】
このような盛り上りを防ぐ方法としては、一般的に、サブマウント１０１の側面１０１ａから半導体レーザ素子１００の出射面１００ａを１０μｍ程度突出させて半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１の上面に固着する方法が用いられている。しかし、この方法では、半導体レーザ素子１００の放熱が不十分になるので、半導体レーザ素子１００の寿命が短くなってしまう。そこで、半導体レーザ素子１００の出射面１００ａをサブマウント１０１の側面１０１ａから突出させなくても、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りを防ぐ方法が提案されている。
【０００７】
この方法としては、サブマウント１０１の上面に半導体レーザ素子１００の形状より一回り小さくハンダ層１０５を形成する方法が提案されている。他の方法としては、特開平６−３５０２０２号公報において、サブマウント１０１の上面に形成された金属層１０４をサブマウント１０１の側面１０１ａまで延伸させる方法が提案されている。この方法では、溶融されたハンダ層１０５から流れ出した余剰ハンダ１０５ａは、サブマウント１０１の側面１０１ａに位置する金属層１０４の表面に沿って広がる。これにより、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザ素子１００の形状より一回り小さくハンダ層１０５を形成することやサブマウント１０１の側面１０１ａに金属層１０４を形成することは難しい。特に、サブマウント１０１の側面１０１ａに金属層１０４を形成するためには、マスク工程等の複雑な工程が必要となり、工程数も増加するという問題がある。
【０００９】
一方、半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１の上面に固着するときに、ハンダ層１０５の劣化によって半導体レーザ素子１００の密着不良が発生する場合がある。すなわち、半導体レーザ素子１００を固着する前にハンダ層１０５を２５０℃程度に加熱する予備加熱の間に、ハンダ層１０５に含まれるＳｎが酸化してハンダ層１０５の表面に被膜が形成されることで、半導体レーザ素子１００の密着不良が発生するという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダによる盛り上りが半導体発光素子の出射面に発生することを防止することができる半導体発光素子の固着方法を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、半導体発光素子の密着不良を防止することができる半導体発光素子の固着方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の半導体発光素子の固着方法は、光を出射するための出射面を有する半導体発光素子が固着される被固着部材の被固着面となる上面に、前記半導体発光素子を固着するためのハンダ層を形成する第１の層形成工程と、前記ハンダ層の表面を覆う保護層とこの保護層から伸びて前記被固着部材の側面に位置して前記ハンダ層が溶融されたときに前記ハンダ層から流れ出したハンダを前記被固着部材の側面に導く案内層とを一体に形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程後に前記被固着部材の上面に前記ハンダ層及び前記保護層を介して前記被固着部材の前記案内層が形成された側面側に前記出射面を位置付けて前記半導体発光素子を載置する載置工程と、前記第２の層形成工程後に前記ハンダ層と前記保護層とを溶融する溶融工程と、前記載置工程及び前記溶融工程後に、前記溶融工程で前記保護層と融合した前記ハンダ層を凝固させる凝固工程と、を有する。
【００１３】
したがって、被固着部材の上面に、ハンダ層を形成し、その後、保護層と案内層とを一体に形成し、被固着部材の案内層が形成された側面側に出射面を位置付けて半導体発光素子を固着することによって、溶融されたハンダ層から流れ出した余剰ハンダが案内層に沿って被固着部材の側面に広がり、さらに、ハンダ層が溶融されるときにハンダ層の劣化、例えばハンダ層にＳｎが含まれていた場合には、Ｓｎの酸化を防ぐことが可能になる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の固着方法において、前記第２の層形成工程では、前記被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することで前記保護層と前記案内層とを形成するようにした。
【００１５】
したがって、被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することによって、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に保護層と案内層とを形成することが可能になる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体発光素子の固着方法において、前記被固着部材が、金属が蒸着される側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成するようにそれぞれ間隔を空けて複数個並べられている。
【００１７】
したがって、被固着部材の側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層が被固着部材の下端まで達しないように形成される。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の半導体発光素子の固着方法において、前記保護層が、前記ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で形成されている。
【００１９】
したがって、ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で保護層を形成することによって、ハンダ層が溶融されたときに保護層が溶けてハンダ層と融合しても、ハンダ層の組成は変化しない。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の半導体発光素子の固着方法において、前記ハンダ層がＡｕ−Ｓｎ合金で形成されており、前記案内層がＡｕで形成されている。
【００２１】
したがって、ハンダ層をＡｕ−Ｓｎ合金で形成し、案内層をＡｕで形成することによって、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層から流れ出したハンダが案内層に沿って簡単に広がる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、被固着部材に半導体発光素子を固着する半導体発光素子の固着方法の一例である。なお、本実施の形態では、半導体発光素子としての半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１を被固着部材としてのサブマウント２に固着する固着方法について説明する。ここで、図１（ａ）は本実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子１の周辺部分を示す縦断側面図、図１（ｂ）はサブマウント２を示す外観斜視図である。
【００２９】
図１に示すように、レーザ光Ｌを出射するための出射面１ａを有する半導体レーザ素子１が固着されるサブマウント２は、Ｃｕ製のヒートシンク３の上にハンダ４で固着されている。サブマウント２の被固着面となる上面には、電極となる金属層５が形成され、この金属層５の上には、半導体レーザ素子１をサブマウント２に固着するためのハンダ層６が形成されている。なお、ハンダ層６は、半導体レーザ素子１が載置される領域だけに約３μｍの厚さで形成されているが、これに限るものではない。
【００３０】
サブマウント２は、半導体レーザ素子１で発生する熱の放熱やヒートシンク３との熱応力緩和のために用いられており、このサブマウント２の側面２ａには、ハンダ層６が溶融されたときにハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａを側面２ａに導く案内層７が設けられている。この案内層７は、サブマウント２の側面２ａの上端から下端方向へ伸び、下端まで達しないように形成されている。
【００３１】
半導体レーザ素子１は、ｐｎ接合部（ジャンクション）８の近傍に位置する面がサブマウント２側に位置付けられ、さらに、出射面１ａがサブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に位置付けられて、サブマウント２の上面にハンダ層６により固着されている。このとき、半導体レーザ素子１の出射面１ａは、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａと同一平面上に位置している。なお、ｐｎ接合部８の近傍に位置する面をサブマウント２側に位置付けて半導体レーザ素子１を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１の放熱効率が高められている。
【００３２】
ここで、サブマウント２を形成する材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミ）やシリコン等が用いられている。これらは、熱伝導率が高く、線膨張係数が半導体レーザ素子１の基板に使用されるＧａＡｓの線膨張係数に近い材料である。金属層５を形成する材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが用いられている。これらの材料を順次積層することで、金属層５はＴｉ（０．０１μｍ）／Ｐｔ（０．０５μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）という層構造になっている。ハンダ層６を形成する材料としては、接着強度が強く、共晶温度が２８０℃と低いＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ａｕ８０ｗｔ％，Ｓｎ２０ｗｔ％）が用いられている。案内層７は、ハンダ層６を構成する金属としてのＡｕで形成され、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダに対して良い濡れ性を有している。
【００３３】
このような構成の半導体レーザ装置において、サブマウント２に半導体レーザ素子１を固着する半導体レーザ素子１の固着方法について説明する。これは、金属層５、ハンダ層６及び案内層７の各種の層を形成する層形成工程と各種の層が形成されたサブマウント２の上面に半導体レーザ素子１を固着する固着工程とから構成されている。
【００３４】
まず、層形成工程について説明する。ここで、図２は層形成工程の概略を示す縦断側面図である。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、サブマウント２を形成するためのサブマウント基板２ｂに金属層５を形成する。次に、この金属層５の上で半導体レーザ素子１が載置される領域にハンダ層６を形成する。これが、第１の層形成工程である。
【００３６】
ハンダ層６が形成されたサブマウント基板２ｂからダイシングソー等により半導体レーザ素子１のサイズに複数のサブマウント２を切り出す。
【００３７】
その後、切り出されたサブマウント２にハンダ層６の表面を覆ってハンダ層６の劣化、すなわちハンダ層６に含まれるＳｎの酸化を防ぐ保護層９とこの保護層９から伸びてサブマウント２の側面２ａに位置する案内層７とを一体的に形成する。これが、第２の層形成工程である。
【００３８】
詳述すると、図２（ｂ）に示すように、複数のサブマウント２を真空蒸着装置に入れて一定間隔で並べ、サブマウント２の上面に対して斜め上方からサブマウント２にＡｕを蒸着する（図２（ｂ）において矢印方向）。
【００３９】
これにより、図２（ｃ）に示すように、ハンダ層６の表面には、保護層９が形成され、サブマウント２の側面２ａには、保護層９から伸びる案内層７が形成される。なお、サブマウント２の上面に対して斜め上方からＡｕを蒸着するときの角度や複数のサブマウント２を並べるときの間隔等を設定することでサブマウント２の側面２ａに下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層７がサブマウント２の側面２ａの下端まで達しないように形成される。
【００４０】
次に、固着工程について説明する。案内層７が側面２ａに形成されたサブマウント２を共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に入れ、サブマウント２の上面にハンダ層６及び保護層９を介し、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を載置する。これが、載置工程である。
【００４１】
その後、窒素雰囲気中の温度を上昇させて、ハンダ層６を３２０℃程度まで加熱して溶融し、同時に保護層９を溶融する。これが、溶融工程である。これにより、ハンダ層６は保護層９と融合する。
【００４２】
このとき、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａは案内層７に沿ってサブマウント２の側面２ａに広がる（図１（ａ）参照）。これにより、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【００４３】
最後に、保護層９と融合したハンダ層６を急冷して共晶状態にする。これが、凝固工程である。これにより、半導体レーザ素子１がサブマウント２の上面に固着される。
【００４４】
このように、本実施の形態では、サブマウント２の上面に、ハンダ層６を形成し、その後、案内層７と保護層９とを一体的に形成し、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を固着することによって、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内層７に沿ってサブマウント２の側面２ａに広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダ６ａによる盛り上りが半導体レーザ素子１の出射面１ａに発生することを防止することができ、さらに、固着工程においてハンダ層６を予備加熱するときに、ハンダ層６に含まれるＳｎの酸化を防ぐことが可能になるので、半導体レーザ素子１のサブマウント２に対する密着不良を防止することができる。
【００４５】
さらに、サブマウント２の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することによって、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に案内層７と保護層９とを形成することができる。また、サブマウント２の側面２ａに下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層７がサブマウント２の側面２ａの下端まで達しないように形成されるので、ヒートシンク３と半導体レーザ素子１とを電気的に絶縁することができる。
【００４６】
また、ハンダ層６をＡｕ−Ｓｎ合金で形成し、案内層７をＡｕで形成することによって、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内層７に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。さらに、ハンダ層６を構成する金属から選択されたＡｕで保護層９を形成することによって、ハンダ層６が溶融されたときに保護層９が溶けてハンダ層６と融合しても、ハンダ層６の組成は変化しないので、ハンダ層６を溶融してもハンダ層６の組成を維持することができる。
【００４７】
本発明の第二の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態は、半導体発光素子を被固着部材に固着する半導体発光素子の固着方法の一例である。なお、本実施の形態では、半導体発光素子としての半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１を被固着部材としてのサブマウント２０に固着する固着方法について説明する。ここで、図３（ａ）は本実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子１の周辺部分を示す縦断側面図、図３（ｂ）はサブマウント２０を示す外観斜視図である。なお、第一の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示す。
【００４８】
図３に示すように、レーザ光Ｌを出射するための出射面１ａを有する半導体レーザ素子１が固着されるサブマウント２０は、Ｃｕ製のヒートシンク３の上にハンダ４で固着されている。サブマウント２０の被固着面となる上面には、電極となる金属層５が形成され、この金属層５の上には、半導体レーザ素子１をサブマウント２０に固着するためのハンダ層６が形成されている。なお、ハンダ層６は、半導体レーザ素子１が載置される領域だけに約３μｍの厚さで形成されているが、これに限るものではない。
【００４９】
サブマウント２０は、半導体レーザ素子１で発生する熱の放熱やヒートシンク３との熱応力緩和のために用いられている。このサブマウント２０には、対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出してハンダ層６が溶融されたときにハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａをサブマウント２０の側面２０ａに導く２つの案内部２１が設けられている。この案内部２２は、サブマウント２０の下面まで達しないように形成されている。さらに、案内部２２は、露出部分がサブマウント２０の側面２０ａの上端から下端方向へ伸びて余剰ハンダ６ａを導くことができる幅を有するように形成されている。
【００５０】
半導体レーザ素子１は、ｐｎ接合部（ジャンクション）８の近傍に位置する面がサブマウント２０側に位置付けられ、さらに、出射面１ａがサブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に位置付けられて、サブマウント２０の上面にハンダ層６により固着されている。このとき、半導体レーザ素子１の出射面１ａは、サブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａと同一平面上に位置している。なお、ｐｎ接合部８の近傍に位置する面をサブマウント２０側に位置付けて半導体レーザ素子１を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１の放熱効率が高められている。
【００５１】
ここで、サブマウント２０を形成する材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミ）やシリコン等が用いられている。これらは、熱伝導率が高く、線膨張係数が半導体レーザ素子１の基板に使用されるＧａＡｓの線膨張係数に近い材料である。金属層５を形成する材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが用いられている。これらの材料を順次積層することで、金属層５はＴｉ（０．０１μｍ）／Ｐｔ（０．０５μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）という層構造になっている。ハンダ層６を形成する材料としては、接着強度が強く、共晶温度が２８０℃と低いＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ａｕ８０ｗｔ％，Ｓｎ２０ｗｔ％）が用いられている。案内部２１を形成する材料としては、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダに対して良い濡れ性を有するＰｔが用いられているが、これに限るものではない。
【００５２】
このような構成の半導体レーザ装置において、サブマウント２０に半導体レーザ素子１を固着する半導体レーザ素子１の固着方法について説明する。これは、サブマウント２０に案内部２１を形成する案内部形成工程と、金属層５及びハンダ層６の各種の層を形成する層形成工程と、案内部２１及び各種の層が形成されたサブマウント２０の上面に半導体レーザ素子１を固着する固着工程と、から構成されている。
【００５３】
まず、案内部形成工程と層形成工程とについて説明する。ここで、図４は案内部形成工程と層形成工程との概略を示す縦断側面図である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、焼結前のＡｌＮで形成された２枚のグリーンシート２２ａ，２２ｂを使用して、サブマウント２０を形成するためのサブマウント基板２０ｃを形成する。このサブマウント基板２０ｃが被固着部材基板である。すなわち、グリーンシート２２ａにパンチング装置等により円形の埋込穴２３を形成し、その後、この埋込穴２３が形成されたグリーンシート２２ａを上にして２枚のグリーンシート２２ａ，２２ｂを積層する。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように、サブマウント基板２０ｃの埋込穴２３にペースト状態のＰｔを充填した後、サブマウント基板２０ｃを６００〜１４００℃で焼結して、サブマウント基板２０ｃに表面から内部へ伸びる金属部２４を形成する。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５６】
その後、図４（ｃ）に示すように、サブマウント基板２０ｃの表面に金属層５を形成し、この金属層５の上で半導体レーザ素子１が載置される領域にハンダ層６を形成する。これが、層形成工程である。
【００５７】
最後に、切断面から金属部２４の一部が露出するように金属部２４の上、例えば図４（ｃ）において破線からダイシングソー等でサブマウント基板２０ｃを切断して、サブマウント基板２０ｃから複数のサブマウント２０を切り出す。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５８】
これにより、サブマウント２０の２つの切断面、すなわち、サブマウント２０の対向する側面２０ａと側面２０ｂとから金属部２４の一部が露出する。したがって、この金属部２４によって、サブマウント２０にその対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出する２つの案内部２１が形成される（図３（ｂ）参照）。
【００５９】
次に、固着工程について説明する。形成工程で案内部２１が形成されたサブマウント２０を共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に入れ、サブマウント２０の上にハンダ層６を介し、サブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を載置する。これが、載置工程である。
【００６０】
その後、窒素雰囲気中の温度を上昇させて、ハンダ層６を３２０℃程度まで加熱して溶融する。これが、溶融工程である。
【００６１】
このとき、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａは案内部２１に沿ってサブマウント２０の側面２０ａに広がる（図３（ａ）参照）。これにより、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【００６２】
最後に、ハンダ層６を急冷して共晶状態にする。これが、凝固工程である。これにより、半導体レーザ素子１がサブマウント２０の上面に固着される。
【００６３】
したがって、本実施の形態では、サブマウント２０にその側面２０ａから一部が露出する案内部２１を形成し、サブマウント２０の上面にサブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を固着することによって、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内部２１に沿ってサブマウント２０の側面２０ａに広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダ６ａによる盛り上りが半導体レーザ素子１の出射面１ａに発生することを防止することができる。
【００６４】
また、サブマウント２０を形成するときにサブマウント２０の側面２０ａから一部が露出する金属部２４を形成することによって、案内部２１がサブマウント２０に簡単に形成されるので、複雑な装置も必要とせず容易に案内部２１を形成することができる。そして、案内部２１をサブマウント２０の下面まで達しないように形成することによって、ヒートシンク３と半導体レーザ素子１とを電気的に絶縁することができる。
【００６５】
さらに、サブマウント２０に対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出する２つの案内部２１を形成することによって、半導体レーザ素子１の出射面１ａに対向する側面から出射されるレーザ光をモニター光として使用する場合に、レーザ光が余剰ハンダ６ａによって遮られないので、半導体レーザ素子１のレーザ光の強度等を正確に測定することができる。
【００６６】
また、案内部２１をＰｔで形成することによって、Ｐｔの濡れ性が共晶ハンダに対して良いため、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内部２１に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。
【００６７】
なお、第一の実施の形態においては、案内層７と保護層９とを金属の蒸着によって形成しているが、これに限るものではない。
【００６８】
また、第二の実施の形態においては、グリーンシート２２ａに埋込穴２３を円形に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、埋込穴２３を四角に形成しても良い。
【００６９】
また、各実施の形態においては、載置工程後に溶融工程を行っているが、これに限るものではなく、例えば、溶融工程後に載置工程を行っても良い。
【００７０】
また、各実施の形態においては、半導体発光素子として半導体レーザ素子１を用いているが、これに限るものではない。
【００７１】
最後に、各実施の形態においては、ハンダ層６を形成する材料としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いているが、これに限るものではなく、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ合金やＡｕ−Ｓｉ合金等を用いても良い。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の半導体発光素子の固着方法によれば、光を出射するための出射面を有する半導体発光素子が固着される被固着部材の被固着面となる上面に、前記半導体発光素子を固着するためのハンダ層を形成する第１の層形成工程と、前記ハンダ層の表面を覆う保護層とこの保護層から伸びて前記被固着部材の側面に位置して前記ハンダ層が溶融されたときに前記ハンダ層から流れ出したハンダを前記被固着部材の側面に導く案内層とを一体に形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程後に前記被固着部材の上面に前記ハンダ層及び前記保護層を介して前記被固着部材の前記案内層が形成された側面側に前記出射面を位置付けて前記半導体発光素子を載置する載置工程と、前記第２の層形成工程後に前記ハンダ層と前記保護層とを溶融する溶融工程と、前記載置工程及び前記溶融工程後に、前記溶融工程で前記保護層と融合した前記ハンダ層を凝固させる凝固工程と、を有することから、被固着部材の上面に、ハンダ層を形成し、その後、保護層と案内層とを一体に形成し、被固着部材の案内層が形成された側面側に出射面を位置付けて半導体発光素子を固着することによって、溶融されたハンダ層から流れ出した余剰ハンダが案内層に沿って被固着部材の側面に広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダによる盛り上りが半導体発光素子の出射面に発生することを防止することができ、さらに、ハンダ層が溶融されるときにハンダ層の劣化、例えばハンダ層にＳｎが含まれていた場合には、Ｓｎの酸化を防ぐことが可能になるので、半導体発光素子の密着不良を防止することができる。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体発光素子の固着方法において、前記第２の層形成工程では、前記被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することで前記保護層と前記案内層とを形成するようにしたことから、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に保護層と案内層とを形成することができる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の半導体発光素子の固着方法において、前記被固着部材は、金属が蒸着される側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成するようにそれぞれ間隔を空けて複数個並べられていることから、案内層が被固着部材の下端まで達しないように形成されるので、被固着部材が取り付けられる部材、例えばヒートシンクと半導体発光素子とを電気的に絶縁することができる。
【００７５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２又は３記載の半導体発光素子の固着方法において、前記保護層は、前記ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で形成されていることから、ハンダ層が溶融されたときに保護層が溶けてハンダ層と融合しても、ハンダ層の組成は変化しないので、ハンダ層を溶融してもハンダ層の組成を維持することができる。
【００７６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３又は４記載の半導体発光素子の固着方法において、前記ハンダ層はＡｕ−Ｓｎ合金で形成されており、前記案内層はＡｕで形成されていることから、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層から流れ出したハンダが案内層に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図、（ｂ）は半導体レーザ素子が固着されるサブマウントを示す外観斜視図である。
【図２】サブマウントに各種の層を形成する層形成工程の概略を示す縦断側面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第二の実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図、（ｂ）は半導体レーザ素子が固着されるサブマウントを示す外観斜視図である。
【図４】サブマウントに案内部を形成する案内部形成工程とサブマウントに各種の層を形成する層形成工程との概略を示す縦断側面図である。
【図５】従来の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１ａ 出射面
２ａ 側面
６ ハンダ層
７ 案内層
９ 保護層
２０ａ 側面
２１ 案内部
２４ 金属部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子の固着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置としての半導体レーザ装置は、半導体発光素子である半導体レーザ素子を有し、レーザビームプリンタや光ディスクドライブ等の様々な装置に使用されている。ここで、図５は従来の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図である。図５に示すように、半導体レーザ素子１００が固着されるサブマウント１０１は、Ｃｕ製のヒートシンク１０２の上にハンダ１０３で固着されている。サブマウント１０１の上には、電極となる金属層１０４が形成され、この金属層１０４の上には、半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１に固着するためのハンダ層１０５が形成されている。
【０００３】
半導体レーザ素子１００は、ｐｎ接合部（ジャンクション）１０６の近傍に位置する面がサブマウント１０１側に位置付けられ、さらに、レーザ光Ｌを出射するための出射面１００ａがサブマウント１０１の側面１０１ａと同じ平面上に位置付けられて、サブマウント１０１の上面にハンダ層１０５により固着されている。なお、ｐｎ接合部１０６の近傍に位置する面をサブマウント１０１側に位置付けて半導体レーザ素子１００を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１００の放熱効率が高められている。
【０００４】
ここで、サブマウント１０１の上面に半導体レーザ素子１００を固着する固着工程は次のように行われる。まず、共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に、ハンダ層１０５が形成されたサブマウント１０１を入れ、このハンダ層１０５の上に半導体レーザ素子１００を載置する。その後、ハンダ層１０５を３２０℃程度まで加熱して溶融し、速やかに急冷して共晶状態にすることで、半導体レーザ素子１００はサブマウント１０１の上面に固着される。
【０００５】
このような固着工程においては、ハンダ層１０５を溶融すると、溶融されたハンダ層１０５から余剰ハンダ１０５ａが流れ出し、半導体レーザ素子１００の出射面１００ａに余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りが発生する場合がある（図５参照）。一方、半導体レーザ素子１００のｐｎ接合部１０６はハンダ層１０５から数μｍの距離に位置付けられている。したがって、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りが発生した場合には、この盛り上りによって半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光Ｌが散乱されるので、レーザ光Ｌの品質が低下するという問題が生じる。
【０００６】
このような盛り上りを防ぐ方法としては、一般的に、サブマウント１０１の側面１０１ａから半導体レーザ素子１００の出射面１００ａを１０μｍ程度突出させて半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１の上面に固着する方法が用いられている。しかし、この方法では、半導体レーザ素子１００の放熱が不十分になるので、半導体レーザ素子１００の寿命が短くなってしまう。そこで、半導体レーザ素子１００の出射面１００ａをサブマウント１０１の側面１０１ａから突出させなくても、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りを防ぐ方法が提案されている。
【０００７】
この方法としては、サブマウント１０１の上面に半導体レーザ素子１００の形状より一回り小さくハンダ層１０５を形成する方法が提案されている。他の方法としては、特開平６−３５０２０２号公報において、サブマウント１０１の上面に形成された金属層１０４をサブマウント１０１の側面１０１ａまで延伸させる方法が提案されている。この方法では、溶融されたハンダ層１０５から流れ出した余剰ハンダ１０５ａは、サブマウント１０１の側面１０１ａに位置する金属層１０４の表面に沿って広がる。これにより、余剰ハンダ１０５ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザ素子１００の形状より一回り小さくハンダ層１０５を形成することやサブマウント１０１の側面１０１ａに金属層１０４を形成することは難しい。特に、サブマウント１０１の側面１０１ａに金属層１０４を形成するためには、マスク工程等の複雑な工程が必要となり、工程数も増加するという問題がある。
【０００９】
一方、半導体レーザ素子１００をサブマウント１０１の上面に固着するときに、ハンダ層１０５の劣化によって半導体レーザ素子１００の密着不良が発生する場合がある。すなわち、半導体レーザ素子１００を固着する前にハンダ層１０５を２５０℃程度に加熱する予備加熱の間に、ハンダ層１０５に含まれるＳｎが酸化してハンダ層１０５の表面に被膜が形成されることで、半導体レーザ素子１００の密着不良が発生するという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダによる盛り上りが半導体発光素子の出射面に発生することを防止することができる半導体発光素子の固着方法を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、半導体発光素子の密着不良を防止することができる半導体発光素子の固着方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の半導体発光素子の固着方法は、光を出射するための出射面を有する半導体発光素子が固着される被固着部材の被固着面となる上面に、前記半導体発光素子を固着するためのハンダ層を形成する第１の層形成工程と、前記ハンダ層の表面を覆う保護層とこの保護層から伸びて前記被固着部材の側面に位置して前記ハンダ層が溶融されたときに前記ハンダ層から流れ出したハンダを前記被固着部材の側面に導く案内層とを一体に形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程後に前記被固着部材の上面に前記ハンダ層及び前記保護層を介して前記被固着部材の前記案内層が形成された側面側に前記出射面を位置付けて前記半導体発光素子を載置する載置工程と、前記第２の層形成工程後に前記ハンダ層と前記保護層とを溶融する溶融工程と、前記載置工程及び前記溶融工程後に、前記溶融工程で前記保護層と融合した前記ハンダ層を凝固させる凝固工程と、を有する。
【００１３】
したがって、被固着部材の上面に、ハンダ層を形成し、その後、保護層と案内層とを一体に形成し、被固着部材の案内層が形成された側面側に出射面を位置付けて半導体発光素子を固着することによって、溶融されたハンダ層から流れ出した余剰ハンダが案内層に沿って被固着部材の側面に広がり、さらに、ハンダ層が溶融されるときにハンダ層の劣化、例えばハンダ層にＳｎが含まれていた場合には、Ｓｎの酸化を防ぐことが可能になる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の固着方法において、前記第２の層形成工程では、前記被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することで前記保護層と前記案内層とを形成するようにした。
【００１５】
したがって、被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することによって、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に保護層と案内層とを形成することが可能になる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体発光素子の固着方法において、前記被固着部材が、金属が蒸着される側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成するようにそれぞれ間隔を空けて複数個並べられている。
【００１７】
したがって、被固着部材の側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層が被固着部材の下端まで達しないように形成される。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の半導体発光素子の固着方法において、前記保護層が、前記ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で形成されている。
【００１９】
したがって、ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で保護層を形成することによって、ハンダ層が溶融されたときに保護層が溶けてハンダ層と融合しても、ハンダ層の組成は変化しない。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の半導体発光素子の固着方法において、前記ハンダ層がＡｕ−Ｓｎ合金で形成されており、前記案内層がＡｕで形成されている。
【００２１】
したがって、ハンダ層をＡｕ−Ｓｎ合金で形成し、案内層をＡｕで形成することによって、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層から流れ出したハンダが案内層に沿って簡単に広がる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、被固着部材に半導体発光素子を固着する半導体発光素子の固着方法の一例である。なお、本実施の形態では、半導体発光素子としての半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１を被固着部材としてのサブマウント２に固着する固着方法について説明する。ここで、図１（ａ）は本実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子１の周辺部分を示す縦断側面図、図１（ｂ）はサブマウント２を示す外観斜視図である。
【００２９】
図１に示すように、レーザ光Ｌを出射するための出射面１ａを有する半導体レーザ素子１が固着されるサブマウント２は、Ｃｕ製のヒートシンク３の上にハンダ４で固着されている。サブマウント２の被固着面となる上面には、電極となる金属層５が形成され、この金属層５の上には、半導体レーザ素子１をサブマウント２に固着するためのハンダ層６が形成されている。なお、ハンダ層６は、半導体レーザ素子１が載置される領域だけに約３μｍの厚さで形成されているが、これに限るものではない。
【００３０】
サブマウント２は、半導体レーザ素子１で発生する熱の放熱やヒートシンク３との熱応力緩和のために用いられており、このサブマウント２の側面２ａには、ハンダ層６が溶融されたときにハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａを側面２ａに導く案内層７が設けられている。この案内層７は、サブマウント２の側面２ａの上端から下端方向へ伸び、下端まで達しないように形成されている。
【００３１】
半導体レーザ素子１は、ｐｎ接合部（ジャンクション）８の近傍に位置する面がサブマウント２側に位置付けられ、さらに、出射面１ａがサブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に位置付けられて、サブマウント２の上面にハンダ層６により固着されている。このとき、半導体レーザ素子１の出射面１ａは、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａと同一平面上に位置している。なお、ｐｎ接合部８の近傍に位置する面をサブマウント２側に位置付けて半導体レーザ素子１を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１の放熱効率が高められている。
【００３２】
ここで、サブマウント２を形成する材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミ）やシリコン等が用いられている。これらは、熱伝導率が高く、線膨張係数が半導体レーザ素子１の基板に使用されるＧａＡｓの線膨張係数に近い材料である。金属層５を形成する材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが用いられている。これらの材料を順次積層することで、金属層５はＴｉ（０．０１μｍ）／Ｐｔ（０．０５μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）という層構造になっている。ハンダ層６を形成する材料としては、接着強度が強く、共晶温度が２８０℃と低いＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ａｕ８０ｗｔ％，Ｓｎ２０ｗｔ％）が用いられている。案内層７は、ハンダ層６を構成する金属としてのＡｕで形成され、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダに対して良い濡れ性を有している。
【００３３】
このような構成の半導体レーザ装置において、サブマウント２に半導体レーザ素子１を固着する半導体レーザ素子１の固着方法について説明する。これは、金属層５、ハンダ層６及び案内層７の各種の層を形成する層形成工程と各種の層が形成されたサブマウント２の上面に半導体レーザ素子１を固着する固着工程とから構成されている。
【００３４】
まず、層形成工程について説明する。ここで、図２は層形成工程の概略を示す縦断側面図である。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、サブマウント２を形成するためのサブマウント基板２ｂに金属層５を形成する。次に、この金属層５の上で半導体レーザ素子１が載置される領域にハンダ層６を形成する。これが、第１の層形成工程である。
【００３６】
ハンダ層６が形成されたサブマウント基板２ｂからダイシングソー等により半導体レーザ素子１のサイズに複数のサブマウント２を切り出す。
【００３７】
その後、切り出されたサブマウント２にハンダ層６の表面を覆ってハンダ層６の劣化、すなわちハンダ層６に含まれるＳｎの酸化を防ぐ保護層９とこの保護層９から伸びてサブマウント２の側面２ａに位置する案内層７とを一体的に形成する。これが、第２の層形成工程である。
【００３８】
詳述すると、図２（ｂ）に示すように、複数のサブマウント２を真空蒸着装置に入れて一定間隔で並べ、サブマウント２の上面に対して斜め上方からサブマウント２にＡｕを蒸着する（図２（ｂ）において矢印方向）。
【００３９】
これにより、図２（ｃ）に示すように、ハンダ層６の表面には、保護層９が形成され、サブマウント２の側面２ａには、保護層９から伸びる案内層７が形成される。なお、サブマウント２の上面に対して斜め上方からＡｕを蒸着するときの角度や複数のサブマウント２を並べるときの間隔等を設定することでサブマウント２の側面２ａに下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層７がサブマウント２の側面２ａの下端まで達しないように形成される。
【００４０】
次に、固着工程について説明する。案内層７が側面２ａに形成されたサブマウント２を共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に入れ、サブマウント２の上面にハンダ層６及び保護層９を介し、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を載置する。これが、載置工程である。
【００４１】
その後、窒素雰囲気中の温度を上昇させて、ハンダ層６を３２０℃程度まで加熱して溶融し、同時に保護層９を溶融する。これが、溶融工程である。これにより、ハンダ層６は保護層９と融合する。
【００４２】
このとき、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａは案内層７に沿ってサブマウント２の側面２ａに広がる（図１（ａ）参照）。これにより、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【００４３】
最後に、保護層９と融合したハンダ層６を急冷して共晶状態にする。これが、凝固工程である。これにより、半導体レーザ素子１がサブマウント２の上面に固着される。
【００４４】
このように、本実施の形態では、サブマウント２の上面に、ハンダ層６を形成し、その後、案内層７と保護層９とを一体的に形成し、サブマウント２の案内層７が形成された側面２ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を固着することによって、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内層７に沿ってサブマウント２の側面２ａに広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダ６ａによる盛り上りが半導体レーザ素子１の出射面１ａに発生することを防止することができ、さらに、固着工程においてハンダ層６を予備加熱するときに、ハンダ層６に含まれるＳｎの酸化を防ぐことが可能になるので、半導体レーザ素子１のサブマウント２に対する密着不良を防止することができる。
【００４５】
さらに、サブマウント２の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することによって、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に案内層７と保護層９とを形成することができる。また、サブマウント２の側面２ａに下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成することによって、案内層７がサブマウント２の側面２ａの下端まで達しないように形成されるので、ヒートシンク３と半導体レーザ素子１とを電気的に絶縁することができる。
【００４６】
また、ハンダ層６をＡｕ−Ｓｎ合金で形成し、案内層７をＡｕで形成することによって、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内層７に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。さらに、ハンダ層６を構成する金属から選択されたＡｕで保護層９を形成することによって、ハンダ層６が溶融されたときに保護層９が溶けてハンダ層６と融合しても、ハンダ層６の組成は変化しないので、ハンダ層６を溶融してもハンダ層６の組成を維持することができる。
【００４７】
本発明の第二の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態は、半導体発光素子を被固着部材に固着する半導体発光素子の固着方法の一例である。なお、本実施の形態では、半導体発光素子としての半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１を被固着部材としてのサブマウント２０に固着する固着方法について説明する。ここで、図３（ａ）は本実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子１の周辺部分を示す縦断側面図、図３（ｂ）はサブマウント２０を示す外観斜視図である。なお、第一の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示す。
【００４８】
図３に示すように、レーザ光Ｌを出射するための出射面１ａを有する半導体レーザ素子１が固着されるサブマウント２０は、Ｃｕ製のヒートシンク３の上にハンダ４で固着されている。サブマウント２０の被固着面となる上面には、電極となる金属層５が形成され、この金属層５の上には、半導体レーザ素子１をサブマウント２０に固着するためのハンダ層６が形成されている。なお、ハンダ層６は、半導体レーザ素子１が載置される領域だけに約３μｍの厚さで形成されているが、これに限るものではない。
【００４９】
サブマウント２０は、半導体レーザ素子１で発生する熱の放熱やヒートシンク３との熱応力緩和のために用いられている。このサブマウント２０には、対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出してハンダ層６が溶融されたときにハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａをサブマウント２０の側面２０ａに導く２つの案内部２１が設けられている。この案内部２２は、サブマウント２０の下面まで達しないように形成されている。さらに、案内部２２は、露出部分がサブマウント２０の側面２０ａの上端から下端方向へ伸びて余剰ハンダ６ａを導くことができる幅を有するように形成されている。
【００５０】
半導体レーザ素子１は、ｐｎ接合部（ジャンクション）８の近傍に位置する面がサブマウント２０側に位置付けられ、さらに、出射面１ａがサブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に位置付けられて、サブマウント２０の上面にハンダ層６により固着されている。このとき、半導体レーザ素子１の出射面１ａは、サブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａと同一平面上に位置している。なお、ｐｎ接合部８の近傍に位置する面をサブマウント２０側に位置付けて半導体レーザ素子１を固着するジャンクションダウン方式を用いることで半導体レーザ素子１の放熱効率が高められている。
【００５１】
ここで、サブマウント２０を形成する材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミ）やシリコン等が用いられている。これらは、熱伝導率が高く、線膨張係数が半導体レーザ素子１の基板に使用されるＧａＡｓの線膨張係数に近い材料である。金属層５を形成する材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが用いられている。これらの材料を順次積層することで、金属層５はＴｉ（０．０１μｍ）／Ｐｔ（０．０５μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）という層構造になっている。ハンダ層６を形成する材料としては、接着強度が強く、共晶温度が２８０℃と低いＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ａｕ８０ｗｔ％，Ｓｎ２０ｗｔ％）が用いられている。案内部２１を形成する材料としては、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダに対して良い濡れ性を有するＰｔが用いられているが、これに限るものではない。
【００５２】
このような構成の半導体レーザ装置において、サブマウント２０に半導体レーザ素子１を固着する半導体レーザ素子１の固着方法について説明する。これは、サブマウント２０に案内部２１を形成する案内部形成工程と、金属層５及びハンダ層６の各種の層を形成する層形成工程と、案内部２１及び各種の層が形成されたサブマウント２０の上面に半導体レーザ素子１を固着する固着工程と、から構成されている。
【００５３】
まず、案内部形成工程と層形成工程とについて説明する。ここで、図４は案内部形成工程と層形成工程との概略を示す縦断側面図である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、焼結前のＡｌＮで形成された２枚のグリーンシート２２ａ，２２ｂを使用して、サブマウント２０を形成するためのサブマウント基板２０ｃを形成する。このサブマウント基板２０ｃが被固着部材基板である。すなわち、グリーンシート２２ａにパンチング装置等により円形の埋込穴２３を形成し、その後、この埋込穴２３が形成されたグリーンシート２２ａを上にして２枚のグリーンシート２２ａ，２２ｂを積層する。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように、サブマウント基板２０ｃの埋込穴２３にペースト状態のＰｔを充填した後、サブマウント基板２０ｃを６００〜１４００℃で焼結して、サブマウント基板２０ｃに表面から内部へ伸びる金属部２４を形成する。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５６】
その後、図４（ｃ）に示すように、サブマウント基板２０ｃの表面に金属層５を形成し、この金属層５の上で半導体レーザ素子１が載置される領域にハンダ層６を形成する。これが、層形成工程である。
【００５７】
最後に、切断面から金属部２４の一部が露出するように金属部２４の上、例えば図４（ｃ）において破線からダイシングソー等でサブマウント基板２０ｃを切断して、サブマウント基板２０ｃから複数のサブマウント２０を切り出す。これが、案内部形成工程の一部である。
【００５８】
これにより、サブマウント２０の２つの切断面、すなわち、サブマウント２０の対向する側面２０ａと側面２０ｂとから金属部２４の一部が露出する。したがって、この金属部２４によって、サブマウント２０にその対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出する２つの案内部２１が形成される（図３（ｂ）参照）。
【００５９】
次に、固着工程について説明する。形成工程で案内部２１が形成されたサブマウント２０を共晶温度よりも低い２５０℃程度の窒素雰囲気中に入れ、サブマウント２０の上にハンダ層６を介し、サブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を載置する。これが、載置工程である。
【００６０】
その後、窒素雰囲気中の温度を上昇させて、ハンダ層６を３２０℃程度まで加熱して溶融する。これが、溶融工程である。
【００６１】
このとき、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａは案内部２１に沿ってサブマウント２０の側面２０ａに広がる（図３（ａ）参照）。これにより、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を防止することができる。
【００６２】
最後に、ハンダ層６を急冷して共晶状態にする。これが、凝固工程である。これにより、半導体レーザ素子１がサブマウント２０の上面に固着される。
【００６３】
したがって、本実施の形態では、サブマウント２０にその側面２０ａから一部が露出する案内部２１を形成し、サブマウント２０の上面にサブマウント２０の案内部２１が形成された側面２０ａ側に出射面１ａを位置付けて半導体レーザ素子１を固着することによって、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内部２１に沿ってサブマウント２０の側面２０ａに広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダ６ａによる盛り上りが半導体レーザ素子１の出射面１ａに発生することを防止することができる。
【００６４】
また、サブマウント２０を形成するときにサブマウント２０の側面２０ａから一部が露出する金属部２４を形成することによって、案内部２１がサブマウント２０に簡単に形成されるので、複雑な装置も必要とせず容易に案内部２１を形成することができる。そして、案内部２１をサブマウント２０の下面まで達しないように形成することによって、ヒートシンク３と半導体レーザ素子１とを電気的に絶縁することができる。
【００６５】
さらに、サブマウント２０に対向する側面２０ａと側面２０ｂとからそれぞれ一部が露出する２つの案内部２１を形成することによって、半導体レーザ素子１の出射面１ａに対向する側面から出射されるレーザ光をモニター光として使用する場合に、レーザ光が余剰ハンダ６ａによって遮られないので、半導体レーザ素子１のレーザ光の強度等を正確に測定することができる。
【００６６】
また、案内部２１をＰｔで形成することによって、Ｐｔの濡れ性が共晶ハンダに対して良いため、溶融されたハンダ層６から流れ出した余剰ハンダ６ａが案内部２１に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダ６ａによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。
【００６７】
なお、第一の実施の形態においては、案内層７と保護層９とを金属の蒸着によって形成しているが、これに限るものではない。
【００６８】
また、第二の実施の形態においては、グリーンシート２２ａに埋込穴２３を円形に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、埋込穴２３を四角に形成しても良い。
【００６９】
また、各実施の形態においては、載置工程後に溶融工程を行っているが、これに限るものではなく、例えば、溶融工程後に載置工程を行っても良い。
【００７０】
また、各実施の形態においては、半導体発光素子として半導体レーザ素子１を用いているが、これに限るものではない。
【００７１】
最後に、各実施の形態においては、ハンダ層６を形成する材料としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いているが、これに限るものではなく、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ合金やＡｕ−Ｓｉ合金等を用いても良い。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の半導体発光素子の固着方法によれば、光を出射するための出射面を有する半導体発光素子が固着される被固着部材の被固着面となる上面に、前記半導体発光素子を固着するためのハンダ層を形成する第１の層形成工程と、前記ハンダ層の表面を覆う保護層とこの保護層から伸びて前記被固着部材の側面に位置して前記ハンダ層が溶融されたときに前記ハンダ層から流れ出したハンダを前記被固着部材の側面に導く案内層とを一体に形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程後に前記被固着部材の上面に前記ハンダ層及び前記保護層を介して前記被固着部材の前記案内層が形成された側面側に前記出射面を位置付けて前記半導体発光素子を載置する載置工程と、前記第２の層形成工程後に前記ハンダ層と前記保護層とを溶融する溶融工程と、前記載置工程及び前記溶融工程後に、前記溶融工程で前記保護層と融合した前記ハンダ層を凝固させる凝固工程と、を有することから、被固着部材の上面に、ハンダ層を形成し、その後、保護層と案内層とを一体に形成し、被固着部材の案内層が形成された側面側に出射面を位置付けて半導体発光素子を固着することによって、溶融されたハンダ層から流れ出した余剰ハンダが案内層に沿って被固着部材の側面に広がるので、複雑な工程を必要とせずに余剰ハンダによる盛り上りが半導体発光素子の出射面に発生することを防止することができ、さらに、ハンダ層が溶融されるときにハンダ層の劣化、例えばハンダ層にＳｎが含まれていた場合には、Ｓｎの酸化を防ぐことが可能になるので、半導体発光素子の密着不良を防止することができる。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体発光素子の固着方法において、前記第２の層形成工程では、前記被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することで前記保護層と前記案内層とを形成するようにしたことから、複雑な工程、例えばマスク工程等を行うことなく容易に保護層と案内層とを形成することができる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の半導体発光素子の固着方法において、前記被固着部材は、金属が蒸着される側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成するようにそれぞれ間隔を空けて複数個並べられていることから、案内層が被固着部材の下端まで達しないように形成されるので、被固着部材が取り付けられる部材、例えばヒートシンクと半導体発光素子とを電気的に絶縁することができる。
【００７５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２又は３記載の半導体発光素子の固着方法において、前記保護層は、前記ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で形成されていることから、ハンダ層が溶融されたときに保護層が溶けてハンダ層と融合しても、ハンダ層の組成は変化しないので、ハンダ層を溶融してもハンダ層の組成を維持することができる。
【００７６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３又は４記載の半導体発光素子の固着方法において、前記ハンダ層はＡｕ−Ｓｎ合金で形成されており、前記案内層はＡｕで形成されていることから、Ａｕの濡れ性がＡｕ−Ｓｎ合金に対して良いため、溶融されたハンダ層から流れ出したハンダが案内層に沿って簡単に広がるので、余剰ハンダによる盛り上りの発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図、（ｂ）は半導体レーザ素子が固着されるサブマウントを示す外観斜視図である。
【図２】サブマウントに各種の層を形成する層形成工程の概略を示す縦断側面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第二の実施の形態の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図、（ｂ）は半導体レーザ素子が固着されるサブマウントを示す外観斜視図である。
【図４】サブマウントに案内部を形成する案内部形成工程とサブマウントに各種の層を形成する層形成工程との概略を示す縦断側面図である。
【図５】従来の半導体レーザ装置に取り付けられた半導体レーザ素子の周辺部分を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１ａ 出射面
２ａ 側面
６ ハンダ層
７ 案内層
９ 保護層
２０ａ 側面
２１ 案内部
２４ 金属部
Claims (5)
- 光を出射するための出射面を有する半導体発光素子が固着される被固着部材の被固着面となる上面に、前記半導体発光素子を固着するためのハンダ層を形成する第１の層形成工程と、
前記ハンダ層の表面を覆う保護層とこの保護層から伸びて前記被固着部材の側面に位置して前記ハンダ層が溶融されたときに前記ハンダ層から流れ出したハンダを前記被固着部材の側面に導く案内層とを一体に形成する第２の層形成工程と、
前記第２の層形成工程後に前記被固着部材の上面に前記ハンダ層及び前記保護層を介して前記被固着部材の前記案内層が形成された側面側に前記出射面を位置付けて前記半導体発光素子を載置する載置工程と、
前記第２の層形成工程後に前記ハンダ層と前記保護層とを溶融する溶融工程と、
前記載置工程及び前記溶融工程後に、前記溶融工程で前記保護層と融合した前記ハンダ層を凝固させる凝固工程と、
を有する半導体発光素子の固着方法。 - 前記第２の層形成工程では、前記被固着部材の上面に対して斜め上方から金属を蒸着することで前記保護層と前記案内層とを形成するようにした請求項１記載の半導体発光素子の固着方法。
- 前記被固着部材は、金属が蒸着される側面に下端から上端方向へ伸びて金属が蒸着されない部分を形成するようにそれぞれ間隔を空けて複数個並べられている請求項２記載の半導体発光素子の固着方法。
- 前記保護層は、前記ハンダ層を構成する複数の金属の中から選択された金属で形成されている請求項１、２又は３記載の半導体発光素子の固着方法。
- 前記ハンダ層はＡｕ−Ｓｎ合金で形成されており、
前記案内層はＡｕで形成されている請求項１、２、３又は４記載の半導体発光素子の固着方法。
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