JP6576137B2 - 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体レーザ装置として、例えば特許文献１に記載の半導体レーザ装置がある。この半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子に電気的に並列な半絶縁性部材とを、絶縁部材又は金属部材からなるサブマウントで挟んだ積層構造体を絶縁基板上に配置している。この半導体レーザ装置は、レーザ光の発振方向の反対側で冷却がなされる背面冷却構造となっており、レーザ発振時に半導体レーザ素子で発生した熱が、絶縁部材又は金属部材を介して絶縁基板（及び絶縁基板に接続されるヒートシンク）に放熱されるようになっている。

また、例えば特許文献２に記載の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の両電極面を一対のヒートシンクで挟んだ積層構造体が絶縁体セラミック基板上に配置している。この特許文献２では、導体又は絶縁体からなるサブマウントに搭載した半導体レーザ素子を一対のヒートシンクで挟んで積層構造体を構成する例も開示されている。

特開平１１−１２１８５９号公報 特開平５−３７０８９号公報

上述した特許文献１では、積層構造体と絶縁基板との接合、及び積層構造体における半導体レーザ素子とサブマウントとの接合の詳細については言及されていない。しかしながら、上記のような半導体レーザ装置では、これらの接合が重要となっている。例えばサブマウントの製造公差に起因して、半導体レーザ素子及び絶縁基板に対するサブマウントの端部位置が不揃いになると、半導体レーザ素子とサブマウントとの間の接触面積が不十分になることや、サブマウントと絶縁基板とに接続不良が生じてしまうことが考えられる。このような不具合が生じると、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性が低下してしまうおそれがある。

また、上述した特許文献２では、サブマウントと絶縁体セラミック基板とが接続されておらず、半導体レーザから絶縁体セラミック基板への放熱性に改善の余地がある。また、特許文献２の構成では、各構成要素の接合に多くの工程を要する。接合の工程数が増加すると半導体レーザ装置の製造コストの増大の要因となる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、接合工程を簡単化できると共に、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を向上できる半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る半導体レーザ装置は、ヒートシンクと、ヒートシンクの一面側に設けられ、表面に導体パターンが形成された伝熱性の絶縁基板と、絶縁基板の一面側に設けられ、半導体レーザ素子がサブマウントに搭載されたレーザユニットを絶縁基板の面内方向に積層してなる積層構造体と、レーザユニット同士、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとを接合する第１のハンダ層と、ヒートシンクと絶縁基板とを接合する第２のハンダ層と、を備え、第１のハンダ層は、第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダによって構成され、少なくともサブマウントの第１端側とは反対の第２端側から第１端側まで延在している。

この半導体レーザ装置では、レーザユニット同士、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとの接合に第１のハンダ層が用いられ、ヒートシンクと絶縁基板との接合に第２のハンダ層が用いられている。第１のハンダ層は、第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダによって構成されている。かかる構成により、この半導体レーザ装置では、レーザユニット同士の接合、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとの接合を同時に実施できるので、接合工程を簡単化できる。また、この半導体レーザ装置では、第１のハンダ層が少なくともサブマウントの第２端側から第１端側まで延在している。したがって、サブマウントの製造公差に起因して、半導体レーザ素子及び絶縁基板に対するサブマウントの端部位置が不揃いになったとしても、接合の際に第１のハンダ層がサブマウントの第２端側の端面及び第１端側の端面に回り込むことで、半導体レーザ素子とサブマウントとの間の接触面積の確保及びサブマウントと絶縁基板との間の熱的な接続の担保が可能となる。したがって、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を向上できる。

また、レーザユニットは、半導体レーザ素子を一対のサブマウントで挟み込んで構成されていてもよい。この場合、絶縁基板に対する積層構造体の接合をより強固なものにすることができる。また、積層構造体中のサブマウントの体積が増加することで、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱経路が拡大される。これにより、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を一層向上できる。

また、積層構造体は、レーザユニット間に積層される中間マウントを更に有し、第１のハンダ層は、中間マウントの表面を覆うように設けられていてもよい。この場合、中間マウントが介在することによって、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱経路が拡大される。これにより、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を一層向上できる。

また、中間マウントは、銅タングステンからなってもよい。これにより、中間マウントの熱導電性及び電気伝導性を良好に確保できる。また、半導体レーザ素子との間の熱膨張係数差が抑えられ、積層構造体に歪み等が生じることを抑制できる。

また、第１のハンダ層を構成するハンダは、金錫ハンダであり、第２のハンダ層を構成するハンダは、インジウムハンダであってもよい。この場合、第１のハンダ層を構成するハンダと、第２のハンダ層を構成するハンダとの融点の差を十分に確保できる。したがって、第２のハンダ層によってヒートシンクと絶縁基板とを接合する際の熱が第１のハンダ層に影響してしまうことを防止できる。

また、サブマウントは、銅タングステンからなってもよい。これにより、サブマウントの熱導電性及び電気伝導性を良好に確保できる。また、半導体レーザ素子との間の熱膨張係数差が抑えられ、積層構造体に歪み等が生じることを抑制できる。

また、絶縁基板は、窒化アルミニウムからなってもよい。これにより、絶縁基板の電気絶縁性及び放熱性を良好に確保できる。また、半導体レーザ素子との間の熱膨張係数差が抑えられ、積層構造体に歪み等が生じることを抑制できる。

また、本発明の一側面に係る半導体レーザ装置の製造方法は、ヒートシンクと、ヒートシンクの一面側に設けられ、表面に導体パターンが形成された伝熱性の絶縁基板と、絶縁基板の一面側に設けられ、半導体レーザ素子がサブマウントに搭載されたレーザユニットを絶縁基板の面内方向に積層してなる積層構造体と、レーザユニット同士、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとを接合する第１のハンダ層と、ヒートシンクと絶縁基板とを接合する第２のハンダ層と、を備えた半導体レーザ装置の製造方法であって、第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダを用い、少なくともサブマウントの第１端側とは反対の第２端側から第１端側まで延在するように第１のハンダ層をレーザユニット間に配置し、当該第１のハンダ層によって、レーザユニット同士、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとを同時に接合し、絶縁基板と積層構造体との接合体を得る第１の接合工程と、接合体の絶縁基板とヒートシンクとの間に第２のハンダ層を配置し、当該第２のハンダ層によって絶縁基板とヒートシンクを接合して半導体レーザ装置を得る第２の接合工程と、を備える。

この半導体レーザ装置の製造方法では、レーザユニット同士、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとの接合に第１のハンダ層を用い、ヒートシンクと絶縁基板との接合に第２のハンダ層が用いている。また、第１のハンダ層として、第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダを用いている。かかる構成により、この半導体レーザ装置の製造方法では、レーザユニット同士の接合、及びサブマウントの第１端側と絶縁基板上の導体パターンとの接合を同時に実施できるので、接合工程を簡単化できる。また、この半導体レーザ装置の製造方法では、第１のハンダ層を少なくともサブマウントの第２端側から第１端側まで延在するように配置している。したがって、サブマウントの製造公差に起因して、半導体レーザ素子及び絶縁基板に対するサブマウントの端部位置が不揃いになったとしても、接合の際に第１のハンダ層がサブマウントの第２端側の端面及び第１端側の端面に回り込むことで、半導体レーザ素子とサブマウントとの間の接触面積の確保及びサブマウントと絶縁基板との間の熱的な接続の担保が可能となる。したがって、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を向上できる。

また、レーザユニットとして、半導体レーザ素子を一対のサブマウントで挟み込んで構成されたレーザユニットを用いてもよい。この場合、絶縁基板に対する積層構造体の接合をより強固なものにすることができる。また、積層構造体中のサブマウントの体積が増加することで、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱経路が拡大される。これにより、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を一層向上できる。

また、第１の接合工程において、蒸着又はめっきによってレーザユニット間に第１のハンダ層を形成してもよい。これにより、第１のハンダ層の膜厚の制御が容易となり、積層構造体の組み立てを短時間で安定して実施できる。

また、第１の接合工程において、ハンダシートを用いてレーザユニット間に第１のハンダ層を形成してもよい。これにより、第１のハンダ層の配置が容易となり、積層構造体の組み立てを短時間で安定して実施できる。

また、第１の接合工程において、第１のハンダ層によって表面が覆われた中間サブマウントをレーザユニット間に配置してもよい。これにより、第１のハンダ層の配置が容易となり、積層構造体の組み立てを短時間で安定して実施できる。

本発明によれば、接合工程を簡単化できると共に、半導体レーザ素子からヒートシンクへの放熱性を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す概略側面図である。 図１に示した半導体レーザ装置の要部拡大側面図である。 図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示す概略図であり、（ａ）はレーザユニットの構成、（ｂ）は第１の接合工程、（ｃ）は第２の接合工程を示す。 第１のハンダ層の作用効果を示す図であり、（ａ）はサブマウントの一端側の要部拡大側面図、（ｂ）はサブマウントの他端側の要部拡大側面図である。 第１実施形態の変形例を示す概略図であり、（ａ）はレーザユニットの変形例、（ｂ）は第１の接合工程の変形例を示す。 第１実施形態に係る半導体レーザ装置の更なる変形例を示す要部拡大側面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部拡大側面図である。 図７に示した半導体レーザ装置の製造工程を示す概略図であり。（ａ）はレーザユニットの構成、（ｂ）は第１の接合工程、（ｃ）は第２の接合工程を示す。 第２実施形態の変形例を示す概略図であり、（ａ）はレーザユニットの変形例、（ｂ）は第１の接合工程の変形例を示す。 第２実施形態に係る半導体レーザ装置の更なる変形例を示す要部拡大側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る半導体レーザ装置及び半導体装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す概略側面図である。同図に示すように、半導体レーザ装置１は、ヒートシンク２と、絶縁基板３と、半導体レーザバー（半導体レーザ素子）４及びサブマウント５を含んでなるレーザユニット６を積層してなる積層構造体７とを備えて構成されている。半導体レーザ装置１は、レーザ光の発振方向の反対側で冷却がなされる背面冷却構造となっており、レーザ発振時に半導体レーザバー４で発生した熱が、サブマウント５及び絶縁基板３を介してヒートシンク２側に放熱されるようになっている。ヒートシンク２は、例えば銅（Ｃｕ）などの高い熱伝導性を有する材料によって肉厚の板状に形成されている。ヒートシンクの内部には、冷却水などの流路が形成されていてもよい。

絶縁基板３は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの伝熱性及び電気絶縁性を有する材料によって板状に形成されている。絶縁基板３の他の形成材料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどが挙げられる。絶縁基板３の一面側には、例えば所定のマスクを用いた蒸着によって形成された導体パターン８が設けられている。導体パターン８は、例えば絶縁基板３の表面側から順に積層されたチタン（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の４層の金属層によって構成されている。

絶縁基板３の他面側には、導体パターン８と同様に、チタン（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の４層の金属層によって構成された金属層９が蒸着によって形成されている。金属層９の厚さは、導体パターン８と同程度となっており、導体パターン８の形成による絶縁基板３の反りが抑えられている。

絶縁基板３の他面側は、全面にわたってヒートシンク２の一面側に接合されている。絶縁基板３とヒートシンク２との接合には、第２のハンダ層１０Ｂが用いられている。第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダとしては、鉛フリーの観点から、例えばインジウム（Ｉｎ）ハンダが用いられている。インジウムハンダの融点は、およそ１５６℃となっている。第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダは、ＳｎＡｇＣｕハンダであってもよい。ＳｎＡｇＣｕハンダの融点は、およそ２１７℃〜２２０℃となっている。

積層構造体７は、複数（本実施形態では５体）のレーザユニット６を積層して構成され、レーザユニット６の積層方向と絶縁基板３の面内方向とが一致するように絶縁基板３上に配置されている。レーザユニット６は、サブマウント５と、半導体レーザバー４とをそれぞれ一体ずつ備えている。サブマウント５は、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）などの熱導電性及び電気伝導性を有する材料によって板状に形成されている。サブマウント５の他の構成材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、タングステン（Ｗ）、銅モリブデン（ＭｏＣｕ）複合材料、銅ダイヤモンド複合材料などが挙げられる。サブマウント５の表面には、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）による２層のめっき層が形成されていてもよい。

半導体レーザバー４は、例えば板状をなしている。半導体レーザバー４の先端面は、図２に示すように、複数の発光領域を有する出射端面４ａとなっている。半導体レーザバー４の一面４ｂは、出射端面４ａとサブマウント５の一端面５ａ（第２端側の端面）とが面一になるようにサブマウント５の一面５ｂ側に接合されている。

半導体レーザバー４は、化合物半導体からなる基板を有しており、発光領域に対応する位置に活性層が位置し、活性層の両側にクラッド層が位置している。基板の材料としては、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ），（リン化ガリウム）ＧａＰ、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などが挙げられる。本実施形態では、例えば基板の主成分はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）であり、活性層には更にインジウム（Ｉｎ）が含まれ、クラッド層には更にアルミニウム（Ａｌ）が含まれている。

積層構造体７では、図２に示すように、積層方向に隣接するレーザユニット６，６同士は、サブマウント５と半導体レーザバー４とが交互に配置されるように積層され、第１のハンダ層１０Ａによって互いに接合されている。第１のハンダ層１０Ａは、第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダよりも高融点のハンダによって構成されている。このようなハンダとしては、例えば金錫ハンダが挙げられる。金錫ハンダの融点は、２８０℃となっている。

第１のハンダ層１０Ａは、サブマウント５の他面（半導体レーザバー４の配置面と反対の面）５ｃ側において、少なくともサブマウント５の一端側（第２端側）から他端側（第１端側）まで延在しており、一方のレーザユニット６における半導体レーザバー４の他面４ｃと、他方のレーザユニット６のサブマウント５の他面５ｃとを接合している。第１のハンダ層１０Ａの一部は、サブマウント５の他端面５ｄ（第１端側の端面）側に回り込み、サブマウント５の他端面５ｄと絶縁基板３上の導体パターン８とを接合している（図４（ｂ）参照）。また、第１のハンダ層１０Ａの一部は、サブマウント５の一端面５ａ側にも回り込んでいる（図４（ａ）参照）。

なお、図示していないが、半導体レーザバー４とサブマウント５との接合には、例えば第１のハンダ層１０Ａを構成するハンダと同じハンダが用いられる。すなわち、本実施形態では、半導体レーザバー４の一面４ｂの全面が、金錫ハンダを用いてサブマウント５の一面５ｂに接合されている。

半導体レーザ装置１を駆動する場合、積層構造体７の積層方向の一端側のサブマウント５に接続されている導体パターン８と、積層構造体７の積層方向の他端側のサブマウント５に接続されている導体パターン８との間に駆動電圧を印加する。これにより、積層構造体７に含まれる全ての半導体レーザバー４に駆動電流が供給され、出射端面４ａの複数の発光領域からそれぞれレーザ光が発振する。レーザ発振時に半導体レーザバー４で発生した熱は、隣接するサブマウント５から絶縁基板３に伝わり、ヒートシンク２側に放熱される。

半導体レーザ装置１の各構成要素の寸法の一例は、以下のとおりである。
・半導体レーザバー４：幅１０ｍｍ、奥行き１ｍｍ〜４ｍｍ、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ
・サブマウント５：幅１０ｍｍ〜１２ｍｍ、奥行き１ｍｍ〜５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ〜１ｍｍ（ニッケルめっき層：厚さ２μｍ〜３μｍ、金めっき層：厚さ０．１μｍ〜０．５μｍ）
・絶縁基板３：厚さ０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ（導体パターン８及び金属層９：チタン０．５μｍ／銅７０〜１５０μｍ／ニッケル１μｍ／金０．５μｍ）
・第１のハンダ層１０Ａ：厚さ１μｍ〜２０μｍ
・第２のハンダ層１０Ｂ：厚さ１μｍ〜３０μｍ

続いて、上述した半導体レーザ装置１の製造方法について説明する。

半導体レーザ装置１を作製する場合、まず、図３（ａ）に示すように、レーザユニット６を積層数に応じて準備する。レーザユニット６の形成においては、半導体レーザバー４の一面４ｂの全面を、金錫ハンダを用いてサブマウント５の一面５ｂに接合する。また、蒸着又はめっきにより、サブマウント５の他面５ｃにおいて、少なくともサブマウント５の一端側から他端側まで延在するように、金錫ハンダからなる第１のハンダ層１０Ａを形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、サブマウント５と半導体レーザバー４とが交互に配置されるようにレーザユニット６を積層して積層構造体７を形成する。また、絶縁基板３を準備し、積層構造体７に対して絶縁基板３を配置する。このとき、レーザユニット６，６同士の位置決め及び積層構造体７と絶縁基板３との位置決めには、不図示の位置決め治具を用いる。位置決め治具により、半導体レーザバー４の出射端面４ａ及びサブマウント５の一端面５ａの位置が互いに揃うようにレーザユニット６，６同士の位置決めを行うと共に、各レーザユニット６におけるサブマウント５の他端面５ｄが絶縁基板３の導体パターン８にそれぞれ密着するように積層構造体７と絶縁基板３との位置決めを行う。

次に、位置決め治具により位置決めした状態で、積層構造体７と絶縁基板３とをリフロー炉に入れ、第１のハンダ層１０Ａを金錫ハンダの融点（２８０℃）以上の温度に加熱する。これにより、レーザユニット６，６同士、及びサブマウント５の他端側と絶縁基板３上の導体パターン８とを同時に接合し、絶縁基板３と積層構造体７との接合体Ｗ１を得る（第１の接合工程）。なお、第１の接合工程では、半導体レーザバー４とサブマウント５とを接合する金錫ハンダが再度加熱されることとなるが、当該金錫ハンダは、始めの接合で一定の合金化が進行して融点が高まっているため、第１の接合工程で半導体レーザバー４とサブマウント５との接合が外れてしまうことはない。

接合体Ｗ１を形成した後、接合体Ｗ１の絶縁基板３とヒートシンク２との間に第２のハンダ層１０Ｂを配置する。第２のハンダ層１０Ｂは、例えば蒸着によってヒートシンク２の一面側又は絶縁基板３の他面側（金属層９上）に形成すればよい。そして、位置決め治具を用いて接合体Ｗ１の絶縁基板３とヒートシンク２とを密着させた状態でリフロー炉に入れ、第２のハンダ層１０Ｂをインジウムハンダの融点（１５６℃）以上かつ金錫ハンダの融点（２８０℃）未満の温度に加熱する。これにより、図３（ｃ）に示すように、絶縁基板３とヒートシンク２とを接合し、半導体レーザ装置１を得る（第２の接合工程）。

以上説明したように、半導体レーザ装置１では、レーザユニット６，６同士、及びサブマウント５の他端側と絶縁基板３上の導体パターン８との接合に第１のハンダ層１０Ａが用いられ、ヒートシンク２と絶縁基板３との接合に第２のハンダ層１０Ｂが用いられている。第１のハンダ層１０Ａは、第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダよりも高融点のハンダによって構成されている。

かかる構成により、半導体レーザ装置１では、レーザユニット６，６同士の接合、及びサブマウント５の他端側と絶縁基板３上の導体パターン８との接合を同時に実施できるので、接合工程を簡単化できる。典型的な比較例では、例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてレーザユニット同士を接合する接合工程、インジウムハンダを用いて絶縁基板とヒートシンクとを接合する接合工程、及び積層構造体を絶縁基板に接合する接合工程の３つの接合工程を備える。これに対し、本実施形態では、レーザユニット６，６同士及びサブマウント５と絶縁基板３とを同時に接合する第１の接合工程と、接合体Ｗ１とヒートシンク２とを接合する第２の接合工程とによって半導体レーザ装置１を得ることができる。

また、この半導体レーザ装置１では、第１のハンダ層１０Ａが少なくともサブマウント５の一端側から他端側まで延在している。これにより、サブマウント５の製造公差に起因して、レーザユニット６を積層した場合に半導体レーザバー４及び絶縁基板３に対するサブマウント５の端部位置が不揃いになったとしても、半導体レーザバー４からヒートシンク２への放熱性を確保・向上できる。

例えば図４（ａ）に示すように、サブマウント５の製造公差などに起因して、サブマウント５の一端面５ａが隣接するレーザユニット６の半導体レーザバー４の出射端面４ａよりも一段低くなってしまった場合でも、第１の接合工程において第１のハンダ層１０Ａの一部がサブマウント５の一端面５ａ側に回り込むことで段差が埋められる。これにより、半導体レーザバー４とサブマウント５との間の接触面積が確保される。

また、例えば図４（ｂ）に示すように、サブマウント５の製造公差などに起因して、サブマウント５の他端面５ｄが隣接するレーザユニット６のサブマウント５の他端面５ｄよりも一段低くなってしまった場合でも、第１の接合工程において第１のハンダ層１０Ａの一部がサブマウント５の他端面５ｄ側に回り込むことで段差が埋められる。これにより、サブマウント５の他端面５ｄと導体パターン８との接続不良が生じることを抑制でき、サブマウント５と絶縁基板３との間の熱的な接続が担保される。

また、半導体レーザ装置１では、第１のハンダ層１０Ａを構成するハンダが金錫ハンダとなっており、第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダがインジウムハンダとなっている。これにより、第１のハンダ層１０Ａを構成するハンダと、第２のハンダ層１０Ｂを構成するハンダとの融点の差を十分に確保できる。したがって、第２のハンダ層１０Ｂによってヒートシンク２と絶縁基板３とを接合する際の熱が第１のハンダ層１０Ａに影響してしまうことを防止できる。

また、半導体レーザ装置１では、サブマウント５が銅タングステンからなっている。これにより、サブマウント５の熱導電性及び電気伝導性を良好に確保できる。また、半導体レーザバー４との間の熱膨張係数差が抑えられ、積層構造体７に歪み等が生じることを抑制できる。さらに、絶縁基板３は、窒化アルミニウムからなっている。これにより、絶縁基板３の電気絶縁性及び放熱性を良好に確保できる。また、半導体レーザバー４との間の熱膨張係数差が抑えられ、積層構造体７に歪み等が生じることを抑制できる。

なお、本実施形態では、第１の接合工程において、サブマウント５の他面５ｃに第１のハンダ層１０Ａを形成しているが、図５（ａ）に示すように、サブマウント５の他面５ｃと半導体レーザバー４の他面４ｃとにそれぞれ第１のハンダ層１０Ａを形成してもよい。この場合、第１の接合工程において、サブマウント５の一端面５ａへの第１のハンダ層１０Ａの回り込みを容易に生じさせることができる。

また、第１のハンダ層１０Ａの形成は、蒸着、めっきによるもの限られない。例えば図５（ｂ）に示すように、ハンダシート１１をレーザユニット６，６間に配置して第１のハンダ層１０Ａを形成してもよい。この場合、第１のハンダ層１０Ａの配置が容易となり、積層構造体７の組み立てを短時間で安定して実施できる。

また、図６に示すように、第１の接合工程において、第１のハンダ層１０Ａによって表面が覆われた中間マウント１２をレーザユニット６，６間に配置してもよい。中間マウント１２は、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）などの熱導電性及び電気伝導性を有する材料によって板状に形成されている。中間マウント１２の寸法は、サブマウント５の寸法と等しくてもよく、中間マウント１２を覆う第１のハンダ層１０Ａを含めた寸法がサブマウント５の寸法と等しくてもよい。このような中間マウント１２を用いることにより、第１のハンダ層１０Ａの配置が容易となり、積層構造体７の組み立てを短時間で安定して実施できる。
［第２実施形態］

図７は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す要部拡大側面図である。

同図に示すように、第２実施形態に係る半導体レーザ装置２１は、レーザユニット６が半導体レーザバー４を一対のサブマウント５，５で挟み込んで構成されている点で第１実施形態と異なっている。より具体的には、半導体レーザ装置２１では、第１のハンダ層１０Ａは、隣り合うレーザユニット６，６における一方のサブマウント５と他方のサブマウント５との間に配置されている。第１のハンダ層１０Ａは、少なくともサブマウント５の一端側から他端側まで延在しており、一方のサブマウント５の他面５ｃと、他方のサブマウント５の他面５ｃとを接合している。

半導体レーザ装置２１を作製する場合、まず、図８（ａ）に示すように、レーザユニット６を積層数に応じて準備する。レーザユニット６の形成において、半導体レーザバー４とサブマウント５，５との接合には、例えば第１実施形態と同様に金錫ハンダを用いる。また、いずれか一方のサブマウント５の他面５ｃにおいて、少なくともサブマウント５の一端側から他端側まで延在するように、蒸着又はめっきによって金錫ハンダからなる第１のハンダ層１０Ａを形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１のハンダ層１０Ａを間に挟むようにしてレーザユニット６を積層して積層構造体７を形成する。また、絶縁基板３を準備し、積層構造体７に対して絶縁基板３を配置する。レーザユニット６，６同士の位置決め及び積層構造体７と絶縁基板３との位置決めには、第１実施形態と同様の位置決め治具を用いる。位置決め治具により、半導体レーザバー４の出射端面４ａ及びサブマウント５，５の一端面５ａの位置が互いに揃うようにレーザユニット６，６同士の位置決めを行うと共に、各レーザユニット６におけるサブマウント５，５の他端面５ｄが絶縁基板３の導体パターン８にそれぞれ密着するように積層構造体７と絶縁基板３との位置決めを行う。

次に、位置決め治具により位置決めした状態で、積層構造体７と絶縁基板３とをリフロー炉に入れ、第１のハンダ層１０Ａを金錫ハンダの融点（２８０℃）以上の温度に加熱する。これにより、レーザユニット６，６同士、及びサブマウント５，５の他端側と絶縁基板３上の導体パターン８とを同時に接合し、絶縁基板３と積層構造体７との接合体Ｗ２を得る（第１の接合工程）。

接合体Ｗ２を形成した後、接合体Ｗ２の絶縁基板３とヒートシンク２との間に第２のハンダ層１０Ｂを配置する。そして、位置決め治具を用いて接合体Ｗ２の絶縁基板３とヒートシンク２とを密着させた状態でリフロー炉に入れ、第２のハンダ層１０Ｂをインジウムハンダの融点（１５６℃）以上かつ金錫ハンダの融点（２８０℃）未満の温度に加熱する。これにより、図８（ｃ）に示すように、絶縁基板３とヒートシンク２とを接合し、半導体レーザ装置２１を得る（第２の接合工程）。

このような半導体レーザ装置２１においても、レーザユニット６，６同士の接合、及びサブマウント５，５の他端側と絶縁基板３上の導体パターン８との接合を同時に実施できるので、接合工程を簡単化できる。また、サブマウント５の製造公差に起因して、半導体レーザバー４及び絶縁基板３に対するサブマウント５の端部位置が不揃いになったとしても、接合の際に第１のハンダ層１０Ａがサブマウント５の一端面５ａ及び他端面５ｄに回り込むことで、半導体レーザバー４からヒートシンク２への放熱性を向上できる。

また、半導体レーザ装置２１では、半導体レーザバー４を一対のサブマウント５，５で挟み込んでレーザユニット６を構成しているので、絶縁基板３に対する積層構造体７の接合をより強固なものにすることができる。また、積層構造体７中のサブマウント５の体積が増加することで、半導体レーザバー４からヒートシンク２への放熱経路が拡大される。これにより、半導体レーザバー４からヒートシンク２への放熱性を一層向上できる。

なお、本実施形態では、第１の接合工程において、いずれか一方のサブマウント５の他面５ｃに第１のハンダ層１０Ａを形成しているが、図９（ａ）に示すように、一対のサブマウント５，５の他面５ｃのそれぞれに第１のハンダ層１０Ａを形成してもよい。この場合、第１の接合工程において、サブマウント５の一端面５ａへの第１のハンダ層１０Ａの回り込みを容易に生じさせることができる。

また、図９（ｂ）に示すように、蒸着又はめっきに代えて、ハンダシート２２をレーザユニット６，６間に配置して第１のハンダ層１０Ａを形成してもよい。この場合、第１のハンダ層１０Ａの配置が容易となり、積層構造体７の組み立てを短時間で安定して実施できる。さらに、図１０に示すように、第１の接合工程において、第１のハンダ層１０Ａによって表面が覆われた中間マウント１２をレーザユニット６，６間に配置してもよい。このような中間マウント１２を用いることにより、第１のハンダ層１０Ａの配置が容易となり、積層構造体７の組み立てを短時間で安定して実施できる。

１，２１…半導体レーザ装置、２…ヒートシンク、３…絶縁基板、４…半導体レーザバー（半導体レーザ素子）、５…サブマウント、６…レーザユニット、７…積層構造体、８…導体パターン、１０Ａ…第１のハンダ層、１０Ｂ…第２のハンダ層、１１，２２…ハンダシート、１２…中間マウント、Ｗ１，Ｗ２…接合体。

Claims (12)

1. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの一面側に設けられ、表面に導体パターンが形成された伝熱性の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一面側に設けられ、半導体レーザ素子がサブマウントに搭載されたレーザユニットを前記絶縁基板の面内方向に積層してなる積層構造体と、
   前記レーザユニット同士、及び前記サブマウントの第１端側と前記絶縁基板上の前記導体パターンとを接合する第１のハンダ層と、
   前記ヒートシンクと前記絶縁基板とを接合する第２のハンダ層と、を備え、
   前記第１のハンダ層は、前記第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダによって構成され、少なくとも前記サブマウントの前記第１端側とは反対の第２端側から前記第１端側まで延在している半導体レーザ装置。
2. 前記レーザユニットは、前記半導体レーザ素子を一対の前記サブマウントで挟み込んで構成されている請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記積層構造体は、前記レーザユニット間に積層される中間マウントを更に有し、
   前記第１のハンダ層は、前記中間マウントの表面を覆うように設けられている請求項１又は２記載の半導体レーザ装置。
4. 前記中間マウントは、銅タングステンからなる請求項３記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第１のハンダ層を構成するハンダは、金錫ハンダであり、前記第２のハンダ層を構成するハンダは、インジウムハンダである請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
6. 前記サブマウントは、銅タングステンからなる請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
7. 前記絶縁基板は、窒化アルミニウムからなる請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体レーザ装置。
8. ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの一面側に設けられ、表面に導体パターンが形成された伝熱性の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一面側に設けられ、半導体レーザ素子がサブマウントに搭載されたレーザユニットを前記絶縁基板の面内方向に積層してなる積層構造体と、
   前記レーザユニット同士、及び前記サブマウントの第１端側と前記絶縁基板上の前記導体パターンとを接合する第１のハンダ層と、
   前記ヒートシンクと前記絶縁基板とを接合する第２のハンダ層と、を備えた半導体レーザ装置の製造方法であって、
   前記第２のハンダ層を構成するハンダよりも高融点のハンダを用い、少なくとも前記サブマウントの前記第１端側とは反対の第２端側から前記第１端側まで延在するように前記第１のハンダ層を前記レーザユニット間に配置し、当該第１のハンダ層によって、前記レーザユニット同士、及び前記サブマウントの前記第１端側と前記絶縁基板上の前記導体パターンとを同時に接合し、前記絶縁基板と前記積層構造体との接合体を得る第１の接合工程と、
   前記接合体の前記絶縁基板と前記ヒートシンクとの間に前記第２のハンダ層を配置し、当該第２のハンダ層によって前記絶縁基板と前記ヒートシンクとを接合して前記半導体レーザ装置を得る第２の接合工程と、を備えた半導体レーザ装置の製造方法。
9. 前記レーザユニットとして、前記半導体レーザ素子を一対の前記サブマウントで挟み込んで構成されたレーザユニットを用いる請求項８記載の半導体レーザ装置の製造方法。
10. 前記第１の接合工程において、蒸着又はめっきによって前記レーザユニット間に前記第１のハンダ層を形成する請求項８又は９記載の半導体レーザ装置の製造方法。
11. 前記第１の接合工程において、ハンダシートを用いて前記レーザユニット間に前記第１のハンダ層を形成する請求項８又は９記載の半導体レーザ装置の製造方法。
12. 前記第１の接合工程において、前記第１のハンダ層によって表面が覆われた中間サブマウントを前記レーザユニット間に配置する請求項８又は９記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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