JP7048875B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。
半導体レーザは、成長用基板の上に半導体層を積層することにより形成されるが、種々の目的のために、半導体層が形成されたウェハを支持基板に貼り合わせ、その後、成長用基板を剥離する手法が採られることがある。
例えば、劈開性の向上を目的として、より劈開性の良好な支持基板に半導体層を貼り合わせた後に成長用基板を除去する手法（特許文献１等）、半導体層の厚みの差に起因するクラックの発生を抑制することを目的として、段差が設けられた支持基板に半導体層を貼り合わせた後に成長用基板を除去する手法（特許文献２）が提案されている。
特開２００２－２９９７３９ 特開２００９－１２３９３９
半導体レーザにおいては、高出力化するほど発熱量が大きくなるため、放熱性の向上がより一層求められている。また、半導体レーザの高効率化が求められている。
本発明は、放熱性の向上及び高効率化を図ることができる発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
本願は以下の発明を含む。
第１基板上に形成されたレーザ素子構造を有する素子構造ウェハを準備し、
該素子構造ウェハの前記レーザ素子構造の側を第２基板に貼り合わせて貼り合わせウェハを得、
前記第１基板の少なくとも一部を除去して前記貼り合わせウェハを薄膜化し、
薄膜化された前記貼り合わせウェハを個片化して第２基板付きレーザ素子を得、
前記第２基板付きレーザ素子の前記レーザ素子構造の側を放熱部材に実装し、
前記第２基板付きレーザ素子から前記第２基板を除去することを含む発光装置の製造方法。
本発明によれば、放熱性の向上及び高効率化を図ることができる発光装置の製造方法を提供することができる。
実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略平面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１の発光装置の製造方法を示す概略断面図である。 実施形態１のレーザ装置と比較例のレーザ装置との電圧－電流曲線を示すグラフである。 実施形態１のレーザ装置の部分的な変更を示す概略断面図である。 実施形態１のレーザ装置の別の部分的な変更を示す概略断面図である。 実施形態１のレーザ装置のさらに別の部分的な変更を示す概略平面図である。 実施形態１のレーザ装置のさらに別の部分的な変更を示す概略平面図である。 実施形態１のレーザ装置のさらに別の部分的な変更を示す概略平面図である。 実施形態１のレーザ装置のさらに別の部分的な変更を示す概略平面図である。 比較例１の発光装置を示す概略断面図である。
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。
実施形態１
この実施形態の発光装置の製造方法は、図１Ａ～１Ｊに示すように、
第１基板上に形成されたレーザ素子構造を有する素子構造ウェハを準備し、
該素子構造ウェハの前記レーザ素子構造の側を第２基板に貼り合わせて貼り合わせウェハを得、
前記第１基板の少なくとも一部を除去して前記貼り合わせウェハを薄膜化し、
薄膜化された前記貼り合わせウェハを個片化して第２基板付きレーザ素子を得、
前記第２基板付きレーザ素子の前記レーザ素子構造の側を放熱部材に実装し、
前記レーザ素子から前記第２基板を除去することを含む。
このように、第２基板を貼り合わせて補強するため、レーザ素子構造を形成した第１基板からなるウェハの薄膜化が可能であり、そして、レーザ素子構造を放熱部材に実装することにより、熱源であるレーザ素子の発光点（つまり、活性層）を放熱部材に近付けることができる。そのために、レーザ素子から放熱部材に熱を逃がし易くなり、発光装置の熱抵抗を低減することができる。また、ジャンクションダウン実装の場合にもレーザ素子の発光点を放熱部材に近付けることはできるものの、この場合にはレーザ素子の発光点と放熱部材との間に絶縁膜等の熱抵抗の比較的高い材料が位置することになる。本実施形態の発光装置の製造方法であれば、レーザ素子の発光点と放熱部材との間に、絶縁膜等の熱抵抗の比較的高い材料を設ける必要がないため、レーザ素子をジャンクションダウン実装する場合と比較して、発光装置の熱抵抗をより低減することができる。
さらに、第１基板を有するウェハを薄膜化するとともに、レーザ素子構造を放熱部材に実装した後に第２基板を除去することにより、第１基板及び第２基板の電気抵抗に起因する電気抵抗を低減することができる。これにより、レーザ素子の駆動電圧を低減することが可能となる。その結果、よりレーザ素子の高効率化を図ることができる。また、第２基板は最終的に除去するため、電気抵抗に関わらず安価な材料で形成することが可能である。
（ウェハの準備）
第１基板上に形成されたレーザ素子構造を有する素子構造ウェハを準備する。
図１Ａに示すように、第１基板１１上に、レーザ素子構造として、半導体積層体１２を形成する。
第１基板１１としては、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板等の化合物半導体基板、シリコン基板等の元素半導体基板、サファイア基板等の絶縁性基板等が挙げられる。なかでも、導電性を有するものが好ましく、さらに劈開性を有する結晶性基板であることがより好ましい。劈開性を有するとは、劈開が容易である劈開容易面を有することを指す。例えば、第１基板１１がＧａＮ基板の場合は、ｍ面である｛１－１００｝面が劈開容易面である。この場合、ｍ面と垂直をなす面、つまりｃ面である｛０００１｝面を主面として素子構造を形成することが好ましい。この段階では、第１基板１１の厚みは、例えば、５０μｍ～２ｍｍが挙げられる。第１基板１１は、その表面に凹凸を有するもであってもよいし、例えば、１度以内のオフ角を有するものであってもよい。
半導体積層体１２は、例えば、第１基板１１側から順に、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層を有する。ｎ側半導体層及びｐ側半導体層は、それぞれ、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層を含み、一部にアンドープの層を有していてもよい。活性層は、例えば、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を有する。半導体積層体は、第１基板１１上にエピタキシャル成長により形成することができる。半導体積層体を構成する材料としては、ＧａＮ系半導体、ＧａＰ系半導体、ＧａＡｓ系半導体などのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体等が挙げられ、例えば、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の窒化物半導体を用いる。
図１Ａに示すように、半導体積層体１２には、公知の方法で導波路を形成する。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、半導体積層体１２の上面、例えばｐ側半導体層の表面の一部を除去し、ストライプ状のリッジ１３を形成し、導波路を形成する。このように、レーザ素子構造には、第１基板１１と反対の側にリッジ１３を形成することができる。
レーザ素子構造は、その上面に金属層を形成することが好ましい。例えばｐ側半導体層の上面に形成された上面電極の最上層として金属層を形成することができる。金属層を形成することにより、後述する第２基板の金属層１８と容易に接合することができる。後述する第２基板との貼り合わせを容易にするために、この金属層は金からなることが好ましい。また、この金属層は後述する第２基板を除去した後の最上層にもなり、この面にワイヤーボンディングされるため、ワイヤーとの密着性の点からも、この金属層は金からなることが好ましい。
上面電極は、ｐ側半導体層に電気的に接続されている。上面電極としては、例えば図１Ｂに示すように、ｐ側半導体層の上面に接触する第１ｐ電極１４と、外部接続のために第１ｐ電極１４上に配置されたパッド電極である第２ｐ電極１６（素子構造ウェハの金属層）とを備えるものが挙げられる。第１ｐ電極１４は、導波路に対応するｐ側半導体層の上面に形成することが好ましく、リッジ１３の上面のみに形成してもよい。第２ｐ電極１６は、リッジ１３上にのみ配置するものでもよいし、リッジ１３上からｐ側半導体層の上面にわたって形成してもよい。
上面電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、スズ、インジウム、クロム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。上面電極は半導体積層体１２側から順に、ＩＴＯ等の導電性酸化物膜金属の積層膜からなってもよい。
第１ｐ電極の膜厚は、１０ｎｍ～１０００ｎｍ、第２ｐ電極の膜厚は１００ｎｍ～１μｍが挙げられる。
上面電極を形成する前後に、上面電極と半導体層との接触領域以外の領域に対して、例えば、リッジ１３の上面を除くｐ側半導体層の上面及び側面に対して、絶縁膜１５を形成することが好ましい。窒化物半導体を用いたレーザ素子構造の場合、素子構造の上面にリッジ１３を形成し、リッジ以外の領域に比較的低屈折率の絶縁膜１５を形成することによって、光導波路に効率的に光を閉じ込めることができる。絶縁膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸窒化物等の絶縁膜で形成することができる。比較的低屈折率の絶縁膜と半導体層（例えばＧａＮ）との屈折率差は大きい方が好ましい。このような材料としては、例えば、ＳｉＯ２が挙げられる。膜厚は、例えば、１００ｎｍ～１５００ｎｍ程度が挙げられる。
窒化物半導体を用いたレーザ素子の場合、電極材料及び絶縁膜に、酸化膜等の熱抵抗が比較的高い材料を使用することがある。この場合、ジャンクションダウン実装では、レーザ素子とサブマウントなどの放熱部材との間にこれら熱抵抗の高い材料が配置され、それによって、放熱性が阻害される。そこで、下面電極（ｎ電極）側を、放熱部材に実装することにより、ジャンクションダウン実装した場合よりも、より熱抵抗を低減することができる。
図３Ａに示すように、リッジ１３の上に、さらに任意のパターニングをした挿入層３１を形成してもよい。挿入層３１は、例えば、図３Ｂに示すように、第１ｐ電極１４と第２ｐ電極１６との間に形成してもよい。これにより、挿入層３１が形成された部分の第２ｐ電極１６の上面をウェハの中で最も高くすることができ、後述する第２基板への貼り合わせの際には、その最も高い部分が主に第２基板と接合される。したがって、挿入層３１の面積によってウェハと第２基板との接合面積を調整することができ、すなわち接合強度を調整することができる。高出力のレーザ素子を得るためにはリッジ１３の幅を広くすることが有効であるが、一方で、リッジ１３の幅が広くなるほど第２基板との接合面積は大きくなるため、後の第２基板除去が困難となる可能性がある。この場合、挿入層を設けることで接合面積を調整することができる。この目的のためには、平面視において、挿入層３１の合計面積はリッジ１３の面積よりも小さいことが好ましい。挿入層３１を設けることが好ましいリッジ１３の幅としては、３０μｍ以上、さらには５０μｍ以上が挙げられる。
挿入層３１の平面視形状としては、矩形状、円形状、楕円形状、それらの複合形状などが挙げられる。挿入層３１は、光出射端面となる部分から光反射端面となる部分までのほぼ全領域に亘って配置してもよいし、光出射端面及び光反射端面から離れて配置していてもよい。平面視形状の例を図３Ｃ～３Ｆに示す。図３Ｃ～３Ｆにおいて、黒色に着色した部分がそれぞれ、挿入層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄである。
挿入層３１の材料としては、酸化物などの絶縁性材料、金属などの導電性材料が挙げられる。導電性材料を用いれば、挿入層を半導体積層体１２とワイヤー等との間の電流経路の一部、すなわち上面電極の一部とすることができるため、任意の位置に形成しやすい。例えばＡｕなどの低電気抵抗の金属を主材料として用いることができる。挿入層の厚みは、接合面積の調整が可能であるように、１０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。また、例えば１つのリッジ１３上に複数の挿入層がある場合などに、挿入層が厚すぎると挿入層で挟まれた部分におけるゴミ等の残留が懸念されるため、挿入層の厚みは２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がさらに好ましい。
挿入層３１は、図３Ａに示すように、第２ｐ電極１６の上に形成してもよいが、この場合は、挿入層３１の表面が第２基板との接合面且つワイヤーボンディング面となる。したがって、この場合は、挿入層３１を上述の金属層とする。さらには、挿入層３１は金からなる金属層であることが好ましい。挿入層３１を積層構造とし、その最上層のみを金からなる金属層としてもよい。なお、ワイヤーボンディングに必要な領域が挿入層３１の表面のみでは十分ではない場合は、挿入層３１から露出した第２ｐ電極１６の表面もワイヤーボンディング面として利用することができる。
また、挿入層３１は、第１ｐ電極１４の下に形成することによっても接合面積の調整が可能であるが、挿入層によって第１ｐ電極１４と半導体積層体１２との間の電流が阻害される懸念があるため、挿入層は第１ｐ電極１４よりも上に設けることが好ましい。
（ウェハの第２基板への貼り合わせ）
図１Ｃに示すように、素子構造ウェハのレーザ素子構造の側を第２基板１７に貼り合わせる。
レーザ素子構造に貼り合わせる第２基板１７は、第１基板１１及び／又はレーザ素子構造と共に劈開させることができるものが好ましい。従って、劈開性を有している材料によって形成されているものが好ましい。つまり、劈開容易面を有する結晶性基板であることが好ましい。ここで、劈開容易面とは、結晶面に沿って、特定方向へ割れやすい面を意味する。第２基板１７としては、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板などが挙げられる。レーザ素子を安価に製造するという観点から、Ｓｉ基板が好ましい。Ｓｉ基板としては、その主面が（１００）面であるもの、（１１０）面であるもの等が挙げられる。
第２基板１７は、少なくとも一面、つまり、レーザ素子構造に対面する一面に金属層１８を有するものが好ましい。金属層１８は、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、スズ、インジウム、クロム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム等の金属又は合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。なかでも、接合を容易にするために、その最表面の材料は、レーザ素子構造の上面電極の最上面の材料と同じものとすることが好ましく、金とすることがより好ましい。金属層１８は、本体部１７１の一主面に形成することができる。この場合、本体部１７１は、上述した劈開性を有している材料、すなわちＳｉやＧａＡｓなど、からなることが好ましい。なお、本明細書において、第２基板１７又は１７ａが劈開性を有するとは、第２基板１７又は１７ａが金属層１８を含む場合は、本体部１７１又は１７１ａが劈開性を有することを指す。
第２基板１７の厚みは、強度を確保するという観点から、後述するウェハの薄膜化後の第１基板よりも厚膜とする。第２基板１７の厚みは、第１基板１１の少なくとも一部が除去されることによる反りの影響が緩和できる程度に厚いことが好ましい。例えば、３００μｍ～５ｍｍ程度が挙げられ、３００μｍ～５００μｍが好ましい。
図１Ｃに示すように、第２基板１７の金属層１８に、レーザ素子構造の上面に形成された上面電極である第２ｐ電極１６を対面させて、両者を接続することにより貼り合わせることができる。この際、第１基板１１と、第２基板１７とは、レーザ素子構造側又は第２基板１７側から見た場合、第１基板１１の劈開容易面に平行な線と、第２基板の前記劈開容易面に平行な線とが、互いに平行になるように貼り合わせることが好ましい。これにより、第２基板１７を劈開することによって第１基板１１も劈開することができるため、後述する劈開のための溝等が形成困難な程度に第１基板１１を薄膜化しても個片化が可能である。レーザ素子構造の劈開容易面も同様に、該面に平行な線が、第１基板１１及び第２基板１７の劈開容易面に平行な線と平行であることが好ましい。レーザ素子の共振器端面は劈開によって形成することが好ましいことから、劈開容易面によって劈開される面が共振器端面となるように、アライメントすることが好ましい。例えば、第１基板１１及びレーザ素子構造がＧａＮ系半導体からなり、そのｍ面で劈開して共振器端面とする場合には、第２基板１７を例えば主面が（１００）のＳｉ基板として、Ｓｉ基板の（－１１０）面に沿って劈開できるよう、Ｓｉ基板の（－１１０）面と平行な線がレーザ素子構造等のｍ面と平行となる位置で貼り合わせることが好ましい。なお、第１基板１１及び第２基板１７の劈開容易面に平行な線が互いに平行であるとは、第２基板１７の劈開によって第１基板１１が劈開可能である程度に平行であることを指す。例えば±０．２度程度のズレは許容される。
このようなことから、第１基板１１としてＧａＮ基板、第２基板１７としてＳｉ基板を用いることが好ましい。この場合、特に、レーザ素子構造を構成する半導体層は、窒化物半導体層を用いることが好ましい。
貼り合わせの方法は、固相拡散接合、加熱圧接等を利用することができるが、後に物理的剥離をすることを考慮し、接合界面が維持される方法による接合を利用することが好ましい。例えば、金属同士を対面させ、かつ界面に向かって押圧する金属接合（接合温度：２００℃～３００℃、力：３ｋＮ～１０ｋＮ、時間：５分～１５分）を利用することが好ましい。３００℃を超えるとレーザ素子構造の電極等の劣化が懸念されるため、この観点からも、接合温度は３００℃以下が好ましい。貼り合わせのための第１基板１１と第２基板１７との接触面の面積は、最小限に留めることが好ましい。リッジ１３を有する場合には、素子構造ウェハと第２基板１７とが、リッジ１３が形成された部分で接合し、それ以外の部分で非接合とすることが好ましい。これにより、後の物理的剥離を容易に行うことができる。具体的には、図１Ｃに示すように、第１基板１１のリッジ１３上の上面電極の最表面を構成する第２ｐ電極１６と、第２基板１７上の金属層１８とが接合されており、それ以外の部分では素子構造ウェハと第２基板１７との間に空隙１９が存在していることが好ましい。
ただし、レーザ素子構造の最表面において金属層が形成されていない場合及び／又は第２基板１７の最表面に金属層が形成されていない場合等においては、金属以外の材料（例えば、絶縁膜又は樹脂層等）と金属膜又は金属以外の材料同士を対面させて、上述の金属接合と同様に、接合界面が維持される方法によって接合してもよい。
なお、レーザ素子構造、第１基板１１、第２基板１７においては、後述する個片化のために分割する部位に電極等の金属層を存在させないことが好ましい。特に、共振器端面形成のために分割する部位には、上面電極、後述する下面電極及び金属層をいずれも存在させないことが好ましい。
（ウェハの薄膜化）
図１Ｄに示すように、第１基板１１の少なくとも一部を下方から除去して、貼り合わせウェハを薄膜化する。第１基板１１を完全に除去してもよい。第２基板１７を貼り合わせているため、このように薄膜化することが可能である。除去は、研磨及び／又はドライエッチングを利用することが好ましい。機械研磨の最終的な仕上げのために、化学機械研磨（ＣＭＰ）及び／又はドライエッチング（ＲＩＥ）を組み合わせてもよい。研磨を行う場合、ウェハの反りの影響を抑制するために、第２基板１７よりも厚膜の仮基板に第２基板１７側をワックス等で仮貼りして、第１基板１１の少なくとも一部を除去することが好ましい。仮基板の材料としては、例えば、サファイアが挙げられ、その厚みとしては、例えば、２ｍｍ程度が挙げられる。
研磨又はドライエッチング等によって、第１基板１１を、例えば、０．５μｍ～８μｍに、好ましくは約３μｍ程度に薄膜化する。また、薄膜化後の第１基板１１ａの下面から活性層（特に井戸層）までの最短距離は、２μｍ～９．５μｍとすることが好ましい。これにより、出射するレーザ光が後述する放熱部材に当たりにくくすることができる。
ウェハを薄膜化した後、図１Ｅに示すように、ウェハの薄膜化を行った面（第１基板１１ａのレーザ素子構造とは反対側の面）に、下面電極２０を形成することが好ましい。下面電極２０は、上面電極と同じ材料及び／又は積層構造であってもよいし、異なる材料及び／又は積層構造であってもよい。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜設定することができる。下面電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、スズ、インジウム、クロム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。下面電極の膜厚は、例えば、１００ｎｍ～５μｍが挙げられる。第１基板１１を完全に除去する場合は、レーザ素子構造の第２基板１７とは反対側の面に、下面電極２０を形成することができる。
先の工程で仮基板を設けた場合は、下面電極２０を形成した後に除去することが好ましい。
また、必要に応じて、図１Ｆに示すように、第２基板１７ａを任意の厚みに薄膜化してもよい。この第２基板１７ａの薄膜化は、後工程でのウェハの個片化を容易にすることができる。ただし、第２基板１７ａを薄膜化しすぎるとハンドリング性が悪化するため、第２基板１７ａの膜厚は、ウェハの第２基板１７ａを除いた膜厚よりも厚くすることが好ましい。
（ウェハの個片化）
貼り合わせウェハを薄膜化した後、任意に、第１基板１１ａ等の下面に下面電極２０を形成した後、貼り合わせウェハを個片化する。すなわち、第１基板１１ａ（残っている場合）とレーザ素子構造と第２基板１７ａを一緒に個片化する。個片化は、図１Ｇに示すように、通常、共振器端面の形成のための分割（Ｘ方向の分割）と、共振器端面に交差する方向（Ｙ方向）における分割とを行う。いずれの分割を先に行ってもよい。
例えば、第１基板１１ａ及び第２基板１７ａの少なくともいずれか一方に、分割用の溝を形成する。第１基板１１ａ及び第２基板１７ａの双方に溝を形成する場合には、平面視で、第１基板１１ａの溝と第２基板１７ａの溝とが、実質的に同じライン上に配置されるように、それぞれ溝を形成することが好ましい。第１基板及び第２基板の少なくともいずれか一方が不透明な材料を含む場合は、それぞれの溝を平面視で同じライン上に配置することが困難である。このため、第２基板のみに溝を形成することがより好ましい。第１基板１１ａ及びレーザ素子構造が薄膜であることにより、第２基板のみに溝を形成することでウェハを分割することが可能である。なお、第１基板１１を完全除去した場合も同様である。
溝は、例えば、レーザスクライブ装置を利用して形成することができる。溝は、ライン状又は破線状に形成すればよい。第２基板１７ａ（本体部１７１ａ）が劈開性を有する場合、溝は劈開容易面に沿った破線状であることが好ましい。ウェハを横断するライン状の溝を形成する場合は、劈開容易面と完全に一致しなければ分割方向が蛇行等しやすいが、破線状であれば完全一致していなくても破線状の溝の間が劈開容易面に沿った方向に劈開されるためである。溝に代えて、内部レーザ加工による割断開始領域を形成してもよい。
溝を形成した後、その溝に沿って、第１基板１１ａ及び第２基板１７ａを一緒に劈開する。この劈開は、溝を設けた面と反対側の面にブレード等をあてて行うことができる。
共振器端面に交差する方向とは、共振器端面に対して９０±１度程度の範囲内で交差する方向とすることができる。
このような２方向の分割によって、図１Ｈに示すように、ウェハが第２基板付きレーザ素子２３に個片化される。
共振器端面を形成した後、任意の工程において、光出射側の面及びその反対側になる光反射側の面に、反射ミラーを形成することが好ましい。例えば、共振器端面を形成する第１分割工程を行い、反射ミラー形成行程を行い、その後、共振器端面に交差する方向の第２分割工程を行うことができる。
反射ミラーは、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。例えば、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ等からなる誘電体多層膜が挙げられる。
（放熱部材への実装）
個片化されたレーザ素子２３が第２基板１７ａに貼り合わせられた状態を保持しながら、図１Ｉに示すように、レーザ素子２３の下面電極２０を放熱部材２２に対向させて、放熱部材２２に実装する。すなわち、第２基板１７ａ付きレーザ素子２３を放熱部材２２にジャンクションアップ実装する。放熱部材２２は、例えば、ＳｉＣ、ＡｌＮ等を主材料として形成されたものが挙げられる。
ここでの実装は、例えば、ＡｕＳｎ共晶半田等の導電性の接合材料を用いて行うことができる。
（第２基板の除去）
放熱部材２２にレーザ素子２３を実装した後、第２基板１７ａを、例えば、押し込み治具により押し込むことにより、図１Ｊに示すように、第２基板１７ａをレーザ素子から剥離により除去し、レーザ素子を得る。ここでの第２基板１７ａの除去は、本体部１７１ａ上に金属層１８を有する場合には、金属層１８の一部又は全部を除去する。押し込み治具は、第２基板１７ａの本体部１７１ａのみに当接させて、押圧することが好ましい。これによりレーザ素子へのダメージを回避することができる。
第２基板１７ａを押すためには、例えば、ダイシェア強度試験器で用いられるような押し込み治具を用いることができる。押し込み治具としては、個片化されたレーザ素子２３に接触させ、第２基板１７ａとレーザ素子２３との接触面に対して実質的に平行に、かつ、レーザ素子２３が表面にリッジ１３を有する場合には、リッジ１３の延伸方向に対しても平行に、力を負荷し得る治具を用いることが好ましい。仮にリッジ１３の幅方向に移動するよう押圧すると、第２基板１７ａが傾き、第２ｐ電極１６を損傷する虞があるが、リッジ１３の延伸方向に移動するように押圧すれば、このような損傷を避けることができる。この場合の力は、例えば、２Ｎ～２０Ｎ程度が挙げられる。この範囲の力で剥離可能である程度の接合強度とすることにより、薄膜化工程等で第２基板１７が誤って剥がれることがないようにでき、且つ、第２基板１７を剥離する際におけるレーザ素子２３の割れを回避することができる。なお、この数値範囲は１つのリッジ１３に対しての好ましい数値範囲であって、一度に押圧するリッジ１３の数に比例した数値範囲であることが好ましい。このような物理的剥離によって、レーザ素子の剥離面には、上面電極（第２ｐ電極１６）が露出することとなる。
第２基板１７ａの除去は、第２基板１７ａとレーザ素子２３とを液相拡散接合などの強度な接合方法により接合している場合は、加熱などにより接合部の接合力を低下させることにより行うこともできる。しかし、加熱温度が３００℃を超えるとレーザ素子２３の電極等の劣化が懸念されるため、接合部に用いる金属は融点３００℃以下のものに制限される。また、このような低融点金属としては例えばＳｎが挙げられるが、接合部をＳｎとすると除去後の最表面もＳｎとなるため、ワイヤーとの密着性を向上させるためにはワイヤーボンディング時に再度加熱することが求められる。
そこで、第２基板１７ａの除去には、物理的剥離を用いることが好ましい。言い換えれば、第２基板１７ａとレーザ素子２３とは物理的剥離が可能である程度の接合強度であることが好ましい。物理的剥離であれば、加熱やエッチング液への浸漬などの追加の工程を必要とせずに、第２基板１７ａ及び／又はレーザ素子２３を互いに離れる方向に移動させることにより第２基板１７ａをレーザ素子２３から除去することができる。したがって、加熱等によるレーザ素子２３の劣化を回避することができる。物理的剥離は例えば室温で行う。
物理的剥離としては、上述の第２基板１７ａを押し込み治具等で押すことのほか、第２基板１７ａをクランプ等で挟んで移動させる、第２基板１７ａを吸着治具等で吸着して移動させる、などの手法が挙げられる。クランプや吸着治具等を用いる場合は、第２基板１７ａを持ち上げてもよい、すなわち、レーザ素子２３の主面と垂直な方向に第２基板１７ａを移動させてもよい。第２基板１７ａをクランプ等で挟む場合は、平面視において回転させてもよい。
このように第２基板１７ａを剥離することにより、第２基板１７ａの分の電気抵抗がなくなるため、第２基板１７ａが存在していた場合よりも所定の電流を流す際の駆動電圧を低減することが可能となる。その結果、得られる発光装置３０の投入電力に対する光出力の割合であるＷＰＥ（Wall-Plug Efficiency）を向上させることができる。すなわち、発光装置３０の高効率化を図ることができる。また、第２基板１７は最終的に除去するため、電気抵抗に関わらず安価な材料で第２基板１７を形成することが可能である。
この後、レーザ素子２３の上面電極に、ワイヤーボンディングを行うなどして、通電経路を確保し、レーザ素子２３に電圧を印加することが可能となる。用いるワイヤーの直径は３０μｍ以上が挙げられ、４５μｍ以上であることが好ましい。また、１つのレーザ素子２３に対して複数のワイヤーを接続することでより大電流を流すことが可能である。ワイヤーの直径は、レーザ素子２３に対してボールボンディングが可能な程度の太さであることが好ましい。例えばワイヤーのボールの直径を上面電極（第２ｐ電極１６）の幅（共振器端面に平行な方向の大きさ）より小さくする。
〔発光装置〕
このようにして得られた発光装置３０は、図１Ｊに示すように、放熱部材２２及びレーザ素子２３を備えて構成されている。レーザ素子２３は、第１基板１１ａの上面に形成されたレーザ素子構造である半導体積層体１２と、第１基板１１ａの下面に形成された下面電極２０であるｎ電極と、半導体積層体１２の上面に形成された上面電極である第１ｐ電極１４及び第２ｐ電極１６とを有する。放熱部材２２は、ｎ電極と対面して、レーザ素子と、例えば、ＡｕＳｎ共晶半田等の接合部材２４によって接合されている。
上述のように第１基板１１ａを薄膜化するか完全除去することにより、レーザ素子２３の発光点を放熱部材２２に近付けることができるため、放熱部材２２に熱を逃がし易くなり、レーザ素子の熱抵抗を低減することができる。さらに、リッジ１３と反対の側を放熱部材２２に実装することにより、レーザ素子とサブマウントとの間に、絶縁膜等の熱抵抗の高い材料を設ける必要がないため、レーザ素子をジャンクションダウン実装する場合と比較して、レーザ素子２３の熱抵抗をより低減することができる。
また、薄膜化された第１基板１１ａが残っていることにより、第１基板１１ａが無い場合と比較して発光点を放熱部材２２から離しやすい。これにより、光出射端面を放熱部材２２から突出させなくてよいか又は突出量を小さくすることができる。したがって、レーザ素子２３から放熱部材２２への放熱性を向上させることができる。
上述のとおり、第２基板１７ａを除去することにより、発光装置３０の全体において、電気抵抗を下げ、駆動電圧を低減することが可能となる。その結果、発光装置３０の高効率化を図ることができる。このような発光装置３０は、発熱量が大きくなりやすい高出力のレーザ素子２３に特に適している。高出力とは、例えば、１Ｗ～５０Ｗ程度である。
実施例１：発光装置の製造方法
（ウェハの準備）
まず、図１Ａに示すように、第１基板１１として、φ５０．８ｍｍのＧａＮ基板の＋ｃ面上に、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層を順に形成した半導体積層体１２を形成した。ここでは、各層として、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体層を用いた。その後、ｐ側半導体層の上面側にストライプ状のリッジ１３（幅３５μｍ、高さ２７０ｎｍ）を形成した。
次いで、図１Ｂに示すように、リッジ１３の上面の略全面に、幅３２μｍ、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ膜からなる第１ｐ電極１４を形成した。その後、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜１５を、リッジ１３の上面を除くｐ側半導体層の上面に形成した。続いて、第１ｐ電極１４に電気的に接続される第２ｐ電極１６（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚：８ｎｍ／２００ｎｍ／４００ｎｍ／２００ｎｍ／７００ｎｍ））を、第１ｐ電極１４の上面から絶縁膜１５上に渡って形成した。
（ウェハの第２基板への貼り合わせ）
面方位（１００）、電気抵抗率０．００５Ω・ｃｍ以下、厚さ４００μｍのＳｉ基板を、第２基板１７として準備した。なお、面方位（１００）とは、主面の面方位が（１００）であることを指す。この第２基板１７は、その一面に、スパッタ装置を用いて、Ｐｔ／Ａｕ（２００ｎｍ／７００ｎｍ）が成膜されており、これを金属層１８として備える。
第２基板１７の金属層１８の最上層であるＡｕと、ウェハにおけるレーザ素子構造の上面電極である第２ｐ電極１６の最上層であるＡｕとを、７ｋＮ、２８０℃で熱圧着して、金属接合（Ａｕ－Ａｕ加熱圧接）を形成した。これによってウェハを第２基板１７に貼り合わせた。後の工程で物理的剥離が可能であったことから、この接合では、実質的に金属層１８と第２ｐ電極１６とは溶け合っておらず、これらの界面は消滅せずに維持されていると考えられる。また、後の工程で物理的剥離を行った後に観察すると、リッジ１３の形状に起因する第２ｐ電極１６の凸部の上面は接合箇所を剥離したことにより粗面となっていたが、該凸部の両側は平坦なままであったことから、接合した状態において、該凸部の両側には空隙１９が存在していたと考えられる。
この貼り合わせの際、第２基板１７であるＳｉ基板の（－１１０）面をその上方から見たときのＳｉ基板の（－１１０）面に平行な線と、ウェハの第１基板１１のｍ面である（１－１００）面をその上方から見たときのｍ面に平行な線とが、互いに平行になるように、アライメントした。
（ウェハの薄膜化）
図１Ｄに示すように、第１基板１１の厚み方向の一部を除去して、ウェハを薄膜化した。より詳細に述べると、貼り合わせた第２基板１７側を、第１基板１１の薄膜化の際のウェハの反り抑制のため、厚さ２ｍｍのサファイア基板にワックスで仮貼りし、第１基板１１を、厚さ約５μｍになるまで研磨した。この際、研磨の最終的な仕上げとして、ＣＭＰを用いた。薄膜化後の貼り合わせウェハの厚みの面内分布は、φ５０．８ｍｍの基板内で±１．０μｍ以内であった。
（下面電極の形成）
図１Ｅに示すように、薄膜化した第１基板１１ａの研磨した面（ｎ側半導体層側）に、スパッタ装置を用いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（６ｎｍ／２００ｎｍ／３００ｎｍ）を成膜し、下面電極２０としてｎ電極を形成した。
その後、仮貼りしていたサファイア基板を剥離した。続いて、第１基板１１ａ側を、同様に、厚さ２ｍｍのサファイア基板にワックスで仮貼りし、図１Ｆに示すように、厚さ４００μｍの第２基板１７を、厚さ７５μｍの第２基板１７ａとなるまで研磨した。この研磨により、第２基板１７を、後工程における個片化の際の劈開に適した厚さにすることができる。第２基板１７の研磨後、仮貼りしていたサファイア基板を剥離した。
（ウェハの個片化）
得られた貼り合わせ構造の第２基板１７ａの劈開予定位置にレーザスクライブ装置で溝を形成した。劈開予定位置とは図１Ｇの点線Ｘである。また、第１基板１１ａの端部にも、劈開予定位置に沿った溝をレーザスクライブ装置で形成した。
溝を形成した後、ブレイク装置を用いて溝に沿って両基板を劈開し、レーザ素子の共振器端面を形成した。
その後、共振器端面に誘電体多層膜を形成し、共振器端面で劈開した貼り合わせ構造の基板を、ブレイク装置を用いて、共振器端面に垂直な方向、すなわち図１Ｇの点線Ｙ方向に切断することによって複数のチップに個片化し、図１Ｈに示すように、レーザ素子２３を得た。
（放熱部材への実装）
図１Ｉに示すように、第２基板１７ａに貼り合わせたままの個片化したレーザ素子２３を、主としてＳｉＣからなる放熱部材２２に、ＡｕＳｎ共晶半田からなる接合部材２４を介して、レーザ素子２３の下面電極２０側を対向させて実装した。放熱部材２２はＳｉＣからなる母材とその表面に形成された導電層とを有しており、接合部材２４を介して導電層と下面電極２０が電気的に接続された。
（第２基板の除去）
レーザ素子２３を放熱部材２２に実装した状態で、レーザ素子２３に貼り合わせられている第２基板１７ａを、押し込み治具により、共振器方向に、５Ｎの力で押し込むことにより、図１Ｊに示すように、第２基板１７ａをレーザ素子から剥離させ、除去した。剥離された界面は、レーザ素子２３の最表面（第２ｐ電極１６の最上層）のＡｕと、第２基板１７ａに成膜した金属層の最表面のＡｕとの間の界面であるため、剥離後のレーザ素子２３に実質的な損傷はみられなかった。
その後、レーザ素子の第２ｐ電極１６及び放熱部材２２の導電層にそれぞれワイヤーボンドすることで、通電可能な、発光装置３０を得た。
〔発光装置の評価：熱抵抗の低減〕
実施例１の発光装置３０と、図４に示す比較例１の発光装置４０のそれぞれについて、パッケージに実装し、加熱法（ダイナミック法）を用いた過渡熱抵抗測定を行った。比較例１の発光装置４０は、基板４１が第１基板１１ａよりも厚く８０μｍであり、レーザ素子がジャンクションダウン実装されていること以外は実施例１の発光装置３０と実質的に同様の構成を有する。図４に示すように、比較例１の発光装置４０は、基板４１の一方の主面側に、半導体積層体１２を有し、実施例１のレーザ素子２３と同様にストライプ状のリッジ１３を有する。基板４１の他方の主面側には、実施例１のレーザ素子２３のｎ電極２０と同様の電極が形成されている。半導体積層体１２の表面には、実施例１と同様の第１ｐ電極４４、絶縁膜１５及び第２ｐ電極１６が形成されており、このレーザ素子が、実施例１と同様の放熱部材２２に、ＡｕＳｎ共晶半田からなる接合部材２４によって実装されている。
過渡熱抵抗測定の結果、実施例１の発光装置３０は、レーザ素子の熱抵抗について、比較例１の発光装置４０よりも約０．６℃／Ｗ低かった。
比較例１の発光装置４０では、熱源である導波路部分（リッジ部分の活性層付近）とサブマウントとの間に、熱伝導率の低い第１ｐ電極１４（ＩＴＯ膜、熱伝導率：８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、絶縁膜１５（ＳｉＯ２膜、熱伝導率：１Ｗ／（ｍ・Ｋ））が存在しているのに対し、実施例１のレーザ素子では、熱伝導率の高いｎ電極（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、熱伝導率：Ｔｉ＿１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｐｔ＿７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ａｕ＿３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））が存在しているため、結果として低い熱抵抗値が得られたと説明できる。
〔発光装置の評価：電圧の低減〕
厚さ７５μｍの第２基板１７ａが貼り合わされたままのレーザ素子を有する発光装置（比較例２）と、第２基板１７ａを上述した方法で除去したレーザ素子２３を有する発光装置３０（実施例１）において、連続発振にて、電流－電圧測定を行った。なお、比較例２の発光装置が備える第２基板１７ａは、本体部１７１ａがＳｉ基板であり、その電気抵抗率は０．００５Ω・ｃｍ以下であった。
その結果を図２に示す。
図２から、実施例１の第２基板１７ａが除去された発光装置３０では、第２基板１７ａが接合されていた面にワイヤーを接続することで問題なく通電できていることが分かる。加えて、実施例１の発光装置３０は比較例２の発光装置よりも電圧が低くなっていることが分かる（－０．１１Ｖ＠３．０Ａ）。これは、第２基板１７ａの除去によって第２基板１７ａの電気抵抗が除かれたことによる電圧の低減効果である。
実施例２：発光装置の製造方法
図３Ｂに示すように、実施例１の素子構造ウェハを準備する工程において、リッジの上（第１ｐ電極と第２ｐ電極の間）に、さらに任意のパターニングをした挿入層３１を成膜する。
これにより、パターニングされた挿入層が成膜された部分の第２ｐ電極１６の最外層がレーザ素子で最も凸になり、主にその部分を第２基板の金属層と接合することができる。これにより、接合面積（接合強度）をパターニングによって調整することができる。
また、この実施例２では、上述した以外は、実質的に実施例１と同様にして発光装置を製造するため、実施例１と同様に、熱抵抗低減効果と電圧低減効果とが期待できる。
１１、１１ａ 第１基板
１２ 半導体積層体（レーザ素子構造）
１３ リッジ
１４ 第１ｐ電極
１５ 絶縁膜
１６ 第２ｐ電極（素子構造ウェハの金属層）
１７、１７ａ 第２基板
１７１、１７１ａ 本体部
１８ 金属層（第２基板の金属層）
１９ 空隙
２０ 下面電極
２２ 放熱部材
２３ レーザ素子
２４ 接合部材
３０ 発光装置
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 挿入層

Claims (8)

  1. 第１基板上に形成されたレーザ素子構造を有する素子構造ウェハを準備し、
    該素子構造ウェハの前記レーザ素子構造の側を第２基板に貼り合わせて貼り合わせウェハを得、
    前記第１基板の少なくとも一部を除去して前記貼り合わせウェハを薄膜化し、
    薄膜化された前記貼り合わせウェハを個片化して、前記第２基板に対向する面とは異なる面に光出射端面及び光反射端面を有する第２基板付きレーザ素子を得、
    前記第２基板付きレーザ素子の前記レーザ素子構造の側を放熱部材に実装し、
    前記第２基板付きレーザ素子から前記第２基板を除去することを含む発光装置の製造方法。
  2. 前記貼り合わせウェハを得る工程において、前記素子構造ウェハを、物理的剥離性を有する接合方法で前記第２基板へ貼り合わせ、
    前記第２基板を除去する工程において、物理的剥離によって前記第２基板付きレーザ素子から前記第２基板を除去する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記素子構造ウェハを準備する工程において、前記レーザ素子構造は前記第１基板と反対の側の最表面に配置された金属層を有し、
    前記貼り合わせウェハを得る工程において、前記第２基板は一主面の最表面に配置された金属層を有し、前記素子構造ウェハの金属層を、前記第２基板の金属層に、これらの金属層同士の界面を維持する方法で貼り合わせる請求項２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記素子構造ウェハの金属層は、前記レーザ素子構造の電極の少なくとも一部を構成する請求項３に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記素子構造ウェハを準備する工程において、前記レーザ素子構造には、前記第１基板と反対の側にリッジが形成されている請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記貼り合わせウェハを得る工程において、前記素子構造ウェハと前記第２基板とが、前記リッジが形成された部分で接合し、それ以外の部分で非接合となるように、前記素子構造ウェハと前記第２基板とを貼り合わせる請求項３に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記レーザ素子構造及び前記第２基板は、それぞれ、劈開容易面を有し、
    前記貼り合わせウェハを得る工程において、前記レーザ素子構造側又は前記第２基板側から見た場合、前記レーザ素子構造の前記劈開容易面に平行な線と前記第２基板の前記劈開容易面に平行な線とが平行になるように、前記素子構造ウェハを前記第２基板に貼り合わせる請求項１～６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記レーザ素子構造は窒化物半導体層を有し、前記第１基板はＧａＮ基板であり、前記第２基板はＳｉ基板である請求項１～７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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