半導體發光裝置及其制造方法

專利名稱：半導體發光裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及將多個半導體激光器元件形成在同一襯底上并使用焊
料安裝在封裝件(package)上的半導體發光裝置及其制造方法，特別涉 及能夠防止安裝在封裝件上的前后各半導體激光器元件的偏振光進行 旋轉的半導體發光裝置及其制造方法。
背景技術：
隨著記錄時的倍速上升，記錄型高輸出激光二極管所要求的光輸出
越發增大。此外，為了有效地使光輸出進入光學系統，得到穩定的光的
偏振特性(polarization characteristics )是重要的。在偏振特性不穩定的
情況下，光向光學系統注入的效率下降，需要更大的光輸出。
為了將半導體激光器元件安裝在封裝件上而使用焊料，所以，需要
使安裝時的溫度為30(TC以上的高溫。因此，由于半導體激光器元件和 封裝件的線膨脹系數的不同，在使用溫度為100'C以下，殘留有殘余應力。
圖15是示出在襯底上形成有一個半導體激光器元件的現有半導體 發光裝置的立體圖(例如，參照專利文獻l)。在GaAs襯底U上形成 一個半導體激光器元件10。此外，在半導體激光器元件10的主面上形 成Au鍍層16。并且，在Au鍍層16上涂敷焊料18,使用該焊料18, 將多個半導體激光器元件IO安裝在副固定件(submount) 19上。使用 焊料21將副固定件19安裝在封裝件22上。
此處，作為GaAs襯底11材料的GaAs的線膨脹系數為6( xi(r6/'C )。 另一方面，常用作封裝件22的材料的Fe的線膨脹系數為11。此外，用 作高散熱的封裝件22材料的Cu的線膨脹系數為17。當使用焊料18將 半導體激光器元件10直接安裝在Fe的封裝件22上時，也存在半導體 激光器元件10由于因線膨脹系數的不同所產生的殘余應力而被破壞的 情況。在使用Cu的封裝件22的情況下，線膨脹系數的差異進一步變大， 殘余應力也進一步變大。
因此，為了降低該殘余應力的影響，在封裝件22和半導體激光器
元件IO之間插入由線膨脹系數為4的A1N等構成的副固定件19。副固 定件19的線膨脹系數接近GaAs襯底11,機械強度也大，所以，能夠 降低殘余應力。但是，即使該構造也不能使殘余應力為0。
在形成于GaAs襯底11上的半導體激光器元件IO為一個的情況下， 組裝后的殘余應力夾持半導體激光器元件10的發光區域左右對稱地施 加。因此，與組裝前相比較，不會發生偏振光的旋轉。
專利文獻1 特開2002-246333號公報
但是，如圖16所示，在同一襯底11上形成有多個半導體激光器元 件10a、 10b的情況下，施加在各半導體激光器元件10a、 10b上的殘余 應力未必左右對稱。因此，與組裝前相比較，發生偏振光的旋轉。每當 半導體激光器元件10a、 10b的出射功率變化時，即，每當動作時的元 件溫度變化時，該偏振光的旋轉發生變化。因此，存在如下問題在光 學系統中使用偏振濾光器(polarization filter)的情況下，每當偏振光的 旋轉角發生變化時，光向光學系統的注入效率發生變化，作為拾波器 (pickup)不能夠得到穩定的光功率。

發明內容
本發明是為了解決如上所述的課題而進行的，其目的在于得到一種 能夠防止在向封裝件安裝的前后各半導體激光器元件的偏振光旋轉的 半導體發光裝置及其制造方法。
本發明的半導體發光裝置具備封裝件、形成在同 一襯底上的多個半 導體激光器元件、形成在多個半導體激光器元件的主面上的Au鍍層、 使用涂敷在Au鍍層上的焊料而安裝有多個半導體激光器元件的封裝 件，將夾持各半導體激光器元件的發光區域而對置的區域分別作為第一 區域和笫二區域，在各半導體激光器元件的第一區域和第二區域，使
Au鍍層的厚度的平均值不一致(nonuniform)。
本發明的半導體發光裝置的制造方法具備在同一襯底上形成多個 半導體激光器元件的步驟、在多個半導體激光器元件的主面上形成Au 鍍層的步驟、在Au鍍層上涂敷焊料并使用焊料將多個半導體激光器元 件安裝在封裝件上的步驟，將夾持各半導體激光器元件的發光區域而對 置的區域分別作為第一區域和第二區域，在各半導體激光器元件的第一 區域和第二區域，使Au鍍層的厚度的平均值不一致。以下可明確本發
明的其他的特征。
根據本發明，能夠防止向封裝件安裝的前后各半導體激光器元件的 偏振旋轉。


圖l是示出本發明實施方式1的半導體發光裝置的立體圖。
圖2是示出本發明實施方式1的多個半導體激光器元件的剖面圖。
圖3是示出在襯底上形成一個半導體激光器元件并使Au鍍層的厚 度不一致的半導體發光裝置的立體圖。
圖4是用于示出對本發明實施方式1的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖5是用于示出對本發明實施方式1的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖6是用于示出對本發明實施方式1的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖7是用于示出對本發明實施方式1的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖8是用于示出對本發明實施方式2的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖9是用于示出對本發明實施方式2的半導體發光裝置的制造方法 進行說明的剖面圖。
圖10是用于示出對本發明實施方式2的半導體發光裝置的制造方 法進行iJt明的剖面圖。
圖11是用于示出對本發明實施方式3的半導體發光裝置的制造方 法進行說明的俯視圖。
圖12是用于示出對本發明實施方式3的半導體發光裝置的制造方 法進行說明的剖面圖。
圖13是用于示出對本發明實施方式3的半導體發光裝置的制造方 法進行說明的剖面圖。
圖14是用于示出對本發明實施方式4的半導體發光裝置的制造方 法進行說明的剖面圖。
圖15是示出在村底上形成有一個半導體激光器元件的現有半導體
發光裝置的立體圖。
圖16是示出在襯底上形成有多個半導體激光器元件的現有半導體 發光裝置的立體圖。
具體實施方式
實施方式1
圖l是示出本發明實施方式l的半導體發光裝置的立體圖。此外， 圖2是示出本發明實施方式1的多個半導體激光器元件的剖面圖。
在同一GaAs襯底11 (襯底)上形成多個半導體激光器元件10a、 10b。各半導體激光器元件10a、 10b具有在n型GaAs襯底11的主面上 依次形成的n型半導體層12、活性層13、 p型半導體層14。此外，在 各半導體激光器元件10a、 10b的主面上依次形成電極圖形15和Au鍍 層16。在GaAs襯底11的背面形成背面電極17。使用涂敷在Au鍍層 16上的焊料18,將多個半導體激光器元件10a、 10b安裝在副固定件19 上。并且，使用焊料21將副固定件19安裝在封裝件22上。
在各半導體激光器元件lOa、 10b的中央形成發光區域。并且，將 夾持各半導體激光器元件10a、 10b的發光區域而對置的區域分別作為 第一區域和第二區域。此處，第一區域靠近GaAs襯底11的外側，第二 區域靠近中心部。并且，使Au鍍層16的厚度在第 一區域較薄，約為2pm 左右，在第二區域較厚，約為3pm左右。
此處，作為試驗，如圖3所示，在GaAs襯底11上形成一個半導體 激光器元件10，使Au鍍層16的厚度在左半部分較薄、在右半部分較 厚時，觀測到半導體激光器元件10的偏振光向Au鍍層16較薄一側旋 轉。利用此特性，如上所述，在各半導體激光器元件10a、 10b中，在 靠近GaAs襯底11的中心部的區域使Au鍍層16較厚，由此，能夠防止 在圖16所示的Au鍍層16的厚度一致(uniform)的現有半導體發光元 件中所發生的偏振光的旋轉。
其次，使用附圖對本發明的實施方式1的半導體發光裝置的制造方 法進行說明。但是，為了將說明簡化，僅對一個半導體激光器元件10a 進行圖示。
首先，在同一GaAs襯底11上形成多個半導體激光器元件10a、10b。 并且，如圖4所示，在各半導體激光器元件10a、 10b的主面上形成電
極圖形15。并且，在電極圖形15上形成電鍍用掩模圖形23。
其次，如圖5所示，向電極圖形15提供電鍍用的電流，在各半導 體激光器元件10a、 10b的第一區域以及第二區域上形成第一 Au鍍層 16a。之后，除去電鍍用掩模圖形23。
其次，如圖6所示，以覆蓋各半導體激光器元件10a、 10b的第一 區域的方式形成電鍍用掩^^莫圖形24。并且，如圖7所示，向電極圖形 15提供電鍍用的電流，在第二區域形成第二 Au鍍層16b。由此，在半 導體激光器元件10a、 10b的主面上形成由第一 Au鍍層16a和第二 Au 鍍層16b構成的Au鍍層16。
利用該方法，能夠在第一區域和第二區域使Au鍍層16的厚度的平 均值不一致。此外，由于必須兩次形成電鍍用掩模圖形，因此，成本增 加，但是，能夠可靠地控制Au鍍層16的厚度。
之后，在GaAs襯底U的背面形成背面電極17。并且，在Au鍍層 16上涂敷焊料18,使用該焊料18將多個半導體激光器元件10a、 10b 安裝在副固定件19上。并且，使用焊料21將副固定件19安裝在封裝 件22上。由此，制造出圖1所示的半導體發光裝置。
如以上所說明那樣，對于本實施方式的半導體發光裝置來說，在各 半導體激光器元件10a、 10b的第一區域和第二區域，使Au鍍層16的 厚度的平均值不一致，由此，能夠防止在向封裝件22安裝的前后各半 導體激光器元件10a、 10b的偏振光旋轉。
而且，使用上述的材料系，在組裝溫度為350°C、半導體激光器元 件10a、 10b的長度為1.5mm以上、寬度為200pm左右的情況下，在垂 直方向上對活性層13施加拉伸應力。若在線膨脹系數差上單純考慮， 則被認為對半導體激光器元件10a、 10b施加壓縮應力，但是，由于半 導體激光器元件10a、 10b的細長的構造以及副固定件19的存在，組裝 后的殘余應力變得復雜，在與活性層13平行的長度方向上施加壓縮應 力，在垂直方向上為拉伸應力。但是，根據半導體激光器元件10a、 10b 的形狀，對與活性層13垂直的方向施加壓縮應力的情況下，在靠近GaAs 襯底ll的中心部的區域，也可以使Au鍍層16較薄。此外，在上述的 例子中，關于各半導體激光器元件10a、 10b這二者，改變Au鍍層16 的厚度，但是，根據殘余應力，也可以僅對其中一個半導體激光器元件 改變Au鍍層16的厚度。
此外，在ANSYS等仿真(simulation)中，不能夠確認利用Au鍍 層16厚度的稍微的不同就能夠降低殘余應力。因此，本發明在目前的 仿真技術中不能容易地類推。
實施方式2
使用附圖對本發明實施方式2的半導體發光裝置的制造方法進行說 明。但是，為了將說明簡化，僅對一個半導體激光器元件10a進行圖示。 此外，除了電鍍步驟以外，其他與實施方式l相同，因此省略說明。
首先，如圖8所示，在各半導體激光器元件10a、 10b的主面的第 一區域和第二區域分別形成第一電極圖形15a和第二電極圖形15b。但 是，在第一電極圖形15a和第二電極圖形15b之間設置2iiim左右的間隙， 將二者電隔離。并且，在第一、第二電極圖形15a、 15b上形成電鍍用 掩模圖形23。
其次，如圖9所示，僅向第二電極圖形15b提供電鍍用的電流，在 第二區域形成第一 Au鍍層16a。而且，電鍍也在橫向進行，因此，第一 Au鍍層16a覆蓋間隙。
其次，如圖IO所示，向第一電極圖形15a以及第二電極圖形15b 提供電鍍用的電流，在第一區域以及第二區域上形成第二 Au鍍層16b。 因此，在半導體激光器元件10a、 10b的主面上形成由第一 Au鍍層16a 和第二 Au鍍層16b構成的Au鍍層16。
利用該方法，在一次的電鍍步驟中，能夠在第一區域和第二區域上 使Au鍍層16的厚度的平均值不一致，所以，能夠削減制造成本。但是， 由于Au鍍層16的厚度容易不均，因此，需要使用在Au鍍層16的厚度 的不均不太影響偏振光的旋轉的元件構造中。
實施方式3
使用附圖對本發明的實施方式3的半導體發光裝置的制造方法進行 說明。但是，為了將說明簡化，僅對一個半導體激光器元件10a進行圖 示。此外，電鍍步驟以外與實施方式1相同，因此省略說明。
首先，如圖11的俯視圖以及圖12的剖面圖所示，在各半導體激光 器元件10a、 10b的主面的第一區域和第二區域分別形成第一電極圖形 15a和第二電極圖形15b。但是，在第一電極圖形15a和第二電極圖形 15b之間設置3pm左右的間隙，將二者電隔離。此外，分別將用于提供 電鍍用電流的輔助電極25a、 25b與第一、第二電極圖形15a、 15b連接。
并且，在第一、第二電極圖形15a、 15b上形成電鍍用掩模圖形23。但 是，使連接第二電極圖形15b與輔助電極25b的圖形的寬度比連接第一 電極圖形15a與輔助電極25a的圖形的寬度大，在電阻上產生差異。由 此，即使對輔助電極25a、 25b提供相同大小的電流，也可以向第一電 極圖形15a和笫二電極圖形15b分別提供電流值不同的電流。
其次，如圖13所示，通過輔助電極25a、 25b向第一電極圖形15a 以及第二電極圖形15b提供電鍍用的電流，在第一區域以及第二區域形 成Au鍍層16。此時，由于連接第二電極圖形15b和輔助電極25b的圖 形的電阻較低，因此，在第二電極圖形15b上電鍍較快地進行，對于 Au鍍層16來說，第二區域較厚。
利用該方法，形成Au鍍層16,由此，能夠在一次電鍍步驟中在第 一區域和第二區域使Au鍍層16的厚度的平均值不一致。此外，能夠容 易控制Au鍍層16的厚度差。但是，需要確保設置輔助電極25a、 25b 的空間。并且，若能夠改變向輔助電極25a、 25b所提供的電流值，則 在分別連接笫一、第二電極圖形15a、 15b和.輔助電極25a、 25b的圖形 的電阻也可以沒有差異。
實施方式4
如圖14所示，本發明的實施方式4中，在各半導體激光器元件的 第一區域和第二區域，使Au鍍層16的厚度相同，在第一區域和第二區 域，使Au鍍層16的形成面積不一致。此處，在第二區域的大致整個面 上形成Au鍍層16,僅在第一區域的大約一半的面積上形成Au鍍層16。 并且，使用焊料18將多個半導體激光器元件10a、 10b的主面安裝在副 固定件19上時，設定為如下條件焊料18和Au鍍層16很好地混合， 并且在電極圖形15上均勻地擴展。其他步驟與實施方式1相同。由此， 能夠在第一區域和第二區域使組裝后的與焊料18進行合金化后的Au鍍 層16的厚度不一致，因此，得到與實施方式1相同的效果。
權利要求
1.一種半導體發光裝置，其特征在于，具備形成在同一襯底上的多個半導體激光器元件；形成在所述多個半導體激光器元件的主面上的Au鍍層；封裝件，使用涂敷在所述Au鍍層上的焊料安裝有所述多個半導體激光器元件，將夾持各半導體激光器元件的發光區域而對置的區域分別作為第一區域和第二區域，在各半導體激光器元件的所述第一區域和第二區域，使所述Au鍍層的厚度的平均值不一致。
2. —種半導體發光裝置的制造方法，其特征在于， 具備如下步驟在同一襯底上形成多個半導體激光器元件；在所述多個半導體激光器元件的主面形成Au鍍層；在所述Au鍍層上涂敷焊料，使用所述焊料，將所述多個半導體激光器元件安裝在封裝上，將夾持各半導體激光器元件的發光區域而對置的區域分別作為笫一區域和第二區域，在各半導體激光器元件的所述第 一 區域和第二區域，使所述Au鍍層的厚度的平均值不一致。
3. 如權利要求2的半導體發光裝置的制造方法，其特征在于， 形成所述Au鍍層的步驟具有如下步驟在各半導體激光器元件的所述第一區域以及所述笫二區域形成第一 Au鍍層；用掩模覆蓋各半導 體激光器元件的所述第 一區域，并在所述第二區域形成第二 Au鍍層。
4. 如權利要求2的半導體發光裝置的制造方法，其特征在于， 還具備如下步驟在各半導體激光器元件的主面，在所述第一區域和所述第二區域分別形成電隔離的第一電極圖形和第二電極圖形，形成所述Au層鍍的步驟具有如下步驟僅向所述第一電極圖形提 供電鍍用的電流，形成第一Au鍍層；對所述笫一電極圖形以及所述第 二電極圖形提供電鍍用的電流，形成第二Au鍍層。
5. 如權利要求2的半導體發光裝置的制造方法，其特征在于， 還具備如下步驟在各半導體激光器元件的主面，在所述笫一區域和所述第二區域分別形成電隔離的第一電極圖形和第二電極圖形，在形成所述Au鍍層的步驟中，分別向所述第一電極圖形和第二電 極圖形提供電流值不同的電鍍用的電流，形成Au鍍層。
6.如權利要求2的半導體發光裝置的制造方法，其特征在于， 在各半導體激光器元件的所述第一區域和所述第二區域，使所述Au鍍層16的厚度相同，并且在所述第一區域和所述第二區域，使所述 Au鍍層16的形成面積不一致。
全文摘要
本發明提供一種能夠防止在向封裝件安裝的前后各半導體激光器元件的偏振光旋轉的半導體發光裝置及其制造方法。在同一襯底(11)上形成多個半導體激光器元件(10a)、(10b)。此外，在多個半導體激光器元件(10a)、(10b)的主面形成Au鍍層(16)。并且，使用涂敷在Au鍍層(16)上的焊料，將多個半導體激光器元件(10a)、(10b)安裝在封裝件(22)上。將夾持各半導體激光器元件(10a)、(10b)的發光區域而對置的區域分別作為第一區域和第二區域。并且，在各半導體激光器元件(10a)、(10b)的第一區域和第二區域，使Au鍍層(16)的厚度的平均值不一致。
文檔編號H01S5/02GK101350500SQ200810125560
公開日2009年1月21日 申請日期2008年6月13日 優先權日2007年7月17日
發明者久義浩, 山口勉, 平松健司, 西田武弘 申請人:三菱電機株式會社