特開 2024-169090 サブマウントの製造方法及びレーザモジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169090

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】サブマウントの製造方法及びレーザモジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241128BHJP

   H01S 5/023 20210101ALI20241128BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H01S5/023

H05K3/34 505B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086280

(22)【出願日】2023-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徳田 光昭

【テーマコード（参考）】

5E319

5F136

5F173

【Ｆターム（参考）】

5E319AB05

5E319AC04

5E319BB05

5E319BB08

5E319CC22

5E319GG03

5E319GG20

5F136BB11

5F136DA34

5F136EA13

5F136FA82

5F136GA02

5F173MC03

5F173MC12

5F173MD16

5F173MD65

5F173MD84

(57)【要約】

【課題】簡便な方法で、サブマウントの反りを低減し、サブマウントとレーザダイオードバーとの間の介在する金属はんだにボイドが生じるのを抑制することができるサブマウントの製造方法を提供する。
【解決手段】サブマウント２０の製造方法は、第１～第５ステップを備えている。第１ステップでは、第１面２０ａと、第１面２０ａと対向する第２面２０ｂと、を有し、表面に第１金属層３０が設けられたサブマウント２０を準備する。第２ステップでは、第１設置台２１０にサブマウント２０を設置する。第３ステップでは、第１設置台２１０を第１温度Ｔ１まで加熱するとともに、第１面２０ａに第１荷重Ｇ１をかけて押圧する。第４ステップでは、第２設置台２２０にサブマウント２０を設置する。第５ステップでは、第２設置台２２０を第２温度Ｔ２まで加熱するとともに、第１面２０ａに第２荷重Ｇ２をかけて押圧する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有するサブマウントを準備する第１ステップと、
第１設置台の第１設置面に前記サブマウントを設置する第２ステップと、
前記第１設置台を第１温度まで加熱するとともに、前記サブマウントの前記第１面または前記第２面に第１荷重をかけて押圧する第３ステップと、
前記第３ステップの実行後に、第２設置台の第２設置面に前記サブマウントを設置する第４ステップと、
前記第２設置台を第２温度まで加熱するとともに、前記サブマウントの少なくとも前記第１面に第２荷重をかけて押圧する第５ステップと、を少なくとも備え、
前記サブマウントの少なくとも前記第１面と前記第２面とは、第１金属層で覆われており、
前記第１金属層は、前記サブマウントの少なくとも前記第１面と前記第２面とに接する第１密着層と前記第１密着層を覆う第１接合層とを少なくとも含み、
前記第１接合層は、２種以上の金属を含むことを特徴とするサブマウントの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のサブマウントの製造方法において、
前記第３ステップでは、前記サブマウントの長手方向の反りを低減し、
前記第５ステップでは、前記第１金属層を含む前記サブマウントの表面凹凸を低減することを特徴とするサブマウントの製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載のサブマウントの製造方法において、
前記サブマウントは、主たる材料である第１材料と第２材料とを少なくとも含む複合体であり、
前記第１材料の熱伝導率は、第２材料の熱伝導率と異なることを特徴とするサブマウントの製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載のサブマウントの製造方法において、
前記第１設置面には凹部が設けられる一方、前記第２設置面は平坦であり、
前記第２ステップでは、前記凹部を覆うように前記サブマウントを前記第１設置面に設置するサブマウントの製造方法。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサブマウントの製造方法を用いて、前記サブマウントを作製する第６ステップと、
前記第６ステップの実行後に、前記サブマウントの前記第１面に、第１金属はんだを設ける第７ステップと、
長手方向に沿って複数のエミッタが設けられたレーザダイオードバーを準備する第８ステップと、
前記第１金属はんだの上面に、前記第１金属はんだと位置合わせを行った上で、前記レーザダイオードバーを設置し、前記サブマウントと前記レーザダイオードバーとを接合する第９ステップと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載のレーザモジュールの製造方法において、
ベースの表面に第２金属はんだを設ける第１０ステップと、
前記第２金属はんだの上面に、前記第２金属はんだと位置合わせを行った上で、前記レーザダイオードバーが接合された前記サブマウントを設置し、前記サブマウントと前記ベースとを接合する第１１ステップと、をさらに備えたことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、サブマウントの製造方法及びレーザモジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、銅、金、樹脂など種々の材料において、レーザ加工への期待が高まっている。例えば、自動車産業では、電動化、小型化、高剛性化、デザイン自由度向上、及び生産性向上などが求められ、レーザ加工への期待は高い。生産性の高い加工を実現するには、高効率で高出力のレーザ光が得られるレーザ光源が要求されている。この要求に好適なレーザ光源として、半導体レーザ素子が知られている。特に、レーザ光の出力を高めるためには、レーザ光を出射するエミッタを複数有するレーザダイオードバーを搭載したレーザモジュールが有用である。

【0003】

ところで、単一エミッタ、複数エミッタに限らず、広義の半導体レーザ素子は、通常サブマウントに実装されて使用される。サブマウントは、通常、板状の部品であり、半導体レーザ素子を機械的に支持するとともに、動作中に半導体レーザ素子で発生した熱を外部に放出しつつ熱応力緩衝材としての役割を有している。なお、半導体レーザ素子とサブマウントとは、放熱性を最大限に高めるために、金属はんだを用いて接合されるのが一般的である。

【0004】

また、サブマウントには高い放熱性が求められるだけでなく、半導体レーザ素子を構成する主たる半導体材料と近い線膨張係数であることが求められる。半導体レーザ素子は動作時に発熱するが、このときの温度上昇によって、半導体レーザ素子とサブマウントがそれぞれ熱膨張する。両者で線膨張係数が大きく異なると、熱膨張力の差に起因した熱応力が半導体レーザ素子に加わり、光出力特性の低下や信頼性の低下が起こるためである。

【0005】

高放熱性と半導体レーザ素子との線膨張係数の整合とを両立させるために、サブマウントの材質を、複数の材料を混合した、いわゆる複合体材料とすることが提案されている。例えば、特許文献１には、アルミニウム－ダイヤモンド系複合体のサブマウントが開示されている。また、特許文献２には、金属からなる母材にダイヤモンド粒子を混入させた複合体であって、ダイヤモンド粒子の表面を母材と同一の材質のコーティング層でコーティングしたサブマウントが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１０／００７９２２号

【特許文献2】特開２００５－１７５００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、金属はんだを用いて、サブマウントに前述のレーザダイオードバーを接合する場合、以下の問題が生じることがある。

【0008】

まず、レーザダイオードバーは、複数のエミッタを有しているため、上から見て長方形であることが多く、サブマウントの形状もこれに合わせて長方形となる。

【0009】

しかし、この場合、長手方向に沿ってサブマウントに反りが生じやすい。反りが生じたサブマウントにレーザダイオードバーを接合すると、サブマウントの反り量に応じた反りがレーザダイオードバーに発生してしまう。レーザダイオードバーに反りが発生すると、各エミッタにおけるレーザ光の出射点位置がばらついてしまう。

【0010】

また、金属はんだと接合させるために、サブマウントの表面には、通常、金属層が形成されている。この金属層は、金属はんだとのなじみを良くするため、金属はんだと同じ組成であるか、または、同種の金属を含んでいる。サブマウントの表面に金属層を形成するにあたって、例えば、電界メッキ法等が用いられる。

【0011】

しかし、電界メッキ等の成膜速度の高い方法で金属層を形成する場合、金属層の表面凹凸が大きくなることがある。この表面凹凸が大きくなると、金属はんだとの間に空隙が生じ、金属層と金属はんだとを接合させた後に、空隙に起因したボイドが金属はんだの内部に残存するおそれがあった。このようなボイドがあると、レーザダイオードバーの動作中に、レーザダイオードバーからサブマウントへの熱排出が阻害されてしまう。

【0012】

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な方法で、サブマウントの反りを低減し、サブマウントとレーザダイオードバーとの間の介在する金属はんだにボイドが生じるのを抑制することができるサブマウントの製造方法及びレーザモジュールの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するため、本開示に係るサブマウントの製造方法は、第１面と前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有するサブマウントを準備する第１ステップと、第１設置台の第１設置面に前記サブマウントを設置する第２ステップと、前記第１設置台を第１温度まで加熱するとともに、前記サブマウントの前記第１面または前記第２面に第１荷重をかけて押圧する第３ステップと、前記第３ステップの実行後に、第２設置台の第２設置面に前記サブマウントを設置する第４ステップと、前記第２設置台を第２温度まで加熱するとともに、前記サブマウントの少なくとも前記第１面に第２荷重をかけて押圧する第５ステップと、を少なくとも備え、前記サブマウントの少なくとも前記第１面と前記第２面とは、第１金属層で覆われており、前記第１金属層は、前記サブマウントの少なくとも前記第１面と前記第２面とに接する第１密着層と前記第１密着層を覆う第１接合層とを少なくとも含み、前記第１接合層は、２種以上の金属を含むことを特徴とする。

【0014】

本開示に係るレーザモジュールの製造方法は、前記サブマウントの製造方法を用いて、前記サブマウントを作製する第６ステップと、前記第６ステップの実行後に、前記サブマウントの前記第１面に、第１金属はんだを設ける第７ステップと、長手方向に沿って複数のエミッタが設けられたレーザダイオードバーを準備する第８ステップと、前記第１金属はんだの上面に、前記第１金属はんだと位置合わせを行った上で、前記レーザダイオードバーを設置し、前記サブマウントと前記レーザダイオードバーとを接合する第９ステップと、を少なくとも備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、簡便な方法で、サブマウントの反りを低減し、サブマウントとレーザダイオードバーとの間の介在する金属はんだにボイドが生じるのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】実施形態に係るレーザモジュールの斜視図である。

【図1B】図１ＡのＩＢ－ＩＢ線での断面図である。

【図2A】レーザモジュールの一の製造工程を説明する模式図である。

【図2B】図２Ａに示す工程の続きの工程を説明する模式図である。

【図2C】図２Ｂに示す工程の続きの工程を説明する模式図である。

【図3】サブマウントの製造工程を示すフローチャートである。

【図4】サブマウントの反り低減工程を説明する模式図である。

【図5】サブマウントの表面凹凸低減工程を説明する模式図である。

【図6】反り低減工程を行う前のサブマウントの第１面近傍の断面模式図である。

【図7】表面凹凸低減工程を行った後のサブマウントの第１面近傍の断面模式図である。

【図8】実施例に係るレーザモジュールの断面模式図である。

【図9】比較例に係るレーザモジュールの超音波探傷検査写真である。

【図10】実施例に係るレーザモジュールの超音波探傷検査写真である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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、本開示、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ない。

【0018】

（実施形態）
［レーザモジュールの構成］
図１Ａは、本実施形態に係るレーザモジュールの斜視図を示し、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線での断面図を示す。なお、レーザダイオードバー１０の形状を分かりやすくするため、図１Ａ，１Ｂにおいて、ｐ側電極１４（図８参照）の図示を省略している。また、説明の便宜上、図１Ａ，１Ｂに示すエミッタ１１や分離溝１２の形状、さらに、これらの個数は実際のものとは異なっている。

【0019】

なお、以降の説明において、レーザダイオードバー１０におけるエミッタ１１の配列方向をＸ方向と呼び、サブマウント２０の厚さ方向をＹ方向と呼ぶ。Ｙ方向は、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０とベース４０とが積み重ねられた方向でもある。Ｘ方向及びＹ方向とそれぞれ直交する方向をＺ方向と呼ぶ。Ｚ方向は、エミッタ１１の長手方向であり、複数のエミッタ１１のそれぞれから出射されるレーザ光の光軸方向でもある。

【0020】

なお、Ｙ方向において、レーザダイオードバー１０が配置された側を上または上方と呼び、ベース４０が配置された側を下または下方と呼ぶ。Ｚ方向において、エミッタ１１におけるレーザ光が出射される端面が配置された側を前または前方と呼び、当該端面と対向する端面が配置された側を後または後方と呼ぶ。また、レーザモジュール１００及びこれを構成する各部品をＹ方向から見た場合を平面視と呼ぶ。

【0021】

なお、本願明細書において、「直交している」または「平行である」あるいは「同じである」とは、レーザモジュール１００を構成する各部品の製造公差や部品間の組立公差を含んで直交している、または平行である、あるいは同じであるという意味であり、比較対象同士が厳密に直交している、または平行である、あるいは同じであることまでを意味するものではない。

【0022】

図１Ａ、１Ｂに示すように、レーザモジュール１００は、ベース４０とサブマウント２０とレーザダイオードバー１０とが下からこの順に積み重ねられて構成されている。

【0023】

なお、サブマウント２０において、レーザダイオードバー１０が設置される面を第１面２０ａと呼び、第１面２０ａとＹ方向に対向する面を第２面２０ｂと呼ぶ。

【0024】

また、レーザダイオードバー１０及びサブマウント２０以外の部材において、レーザダイオードバー１０またはサブマウント２０が実装される面を上面と呼び、当該上面とＹ方向に対向する面を下面と呼ぶ。

【0025】

ベース４０は、内部に冷却水路４１を有する部品であり、上面に第２金属層５０が形成されている。ベース４０自体は、例えば、絶縁性のセラミック等で構成される。レーザモジュール１００の動作時は、図示しない循環機構により冷却水路４１に冷却水を循環させている。

【0026】

図１Ｂに示すように、第２金属層５０に対して、第２金属はんだ７０を介してサブマウント２０が接合されている。第２金属はんだ７０は、銀（Ａｇ）とスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）とを含む合金はんだである。ただし、これに特に限定されず、第１金属はんだ６０の融点よりも低い融点を有する材料であればよい。

【0027】

サブマウント２０は、平面視で長方形の板状の導電部材であり、主たる材料である金属、例えば、銅とダイヤモンドとの複合体からなる。ただし、サブマウント２０の材質は特にこれに限られず、例えば、銅とタングステン（Ｗ）との複合体であってもよい。なお、サブマウント２０を構成する主たる材料を第１材料と呼ぶことがある。前述の場合、銅が第１材料であり、ダイヤモンドやタングステンが第２材料である。また、第１材料の熱伝導率は、通常、第２材料の熱伝導率と異なっており、銅とダイヤモンドとの複合体の場合、銅の熱伝導率は、ダイヤモンドの熱伝導率よりも低い。一方、銅とタングステンとの複合体の場合、銅の熱伝導率は、タングステンの熱伝導率よりも高い。

【0028】

なお、サブマウント２０が、３種類の材料からなる複合体であれば、サブマウント２０が第３材料を含むことは言うまでもない。

【0029】

また、サブマウント２０は、レーザダイオードバー１０に応力を加えないように、レーザダイオードバー１０を構成する主たる半導体材料と線膨張係数が近いことが好ましい。

【0030】

図１Ｂに示すように、サブマウント２０の表面全体、つまり、第１面２０ａ、第２面２０ｂ及び第１面２０ａと第２面２０ｂとに連続する４つの側面は、第１金属層３０で覆われている。ただし、他の部材との接合を確保する観点で言えば、少なくとも第１面２０ａと第２面２０ｂとが第１金属層３０で覆われていればよい。第１金属層３０は、サブマウント２０の表面に対して第１密着層３１と第１接合層３２とがこの順に積層された構造の導電膜である。例えば、第１密着層３１は、白金（Ｐｔ）からなる。また、第１接合層３２は、金（Ａｕ）と他の金属、例えば、スズとを含む合金からなる。なお、第１密着層３１と第１接合層３２との間に第１拡散防止層（図示せず）を設けてもよい。

【0031】

レーザダイオードバー１０は、複数のエミッタ１１を有し、平面視で長方形の部材であり、長辺がＸ方向で、短辺がＺ方向である。また複数のエミッタ１１のそれぞれは分離溝１２で分離されている。複数のエミッタ１１はＸ方向に沿って、互いに間隔をあけて形成されている。

【0032】

図１Ｂに示すように、レーザダイオードバー１０の下面にｎ側電極１３が形成されている。また、図示しないが、複数のエミッタ１１のそれぞれの上面にｐ側電極１４（図８参照）が形成されている。なお、ｐ側電極１４は、エミッタ１１の上面にオーミック接触するオーミック電極と、オーミック電極の上面を含むエミッタ１１の上面と分離溝１２とを覆い、外部と接続するためのボンディング電極（いずれも図示せず）と、を含んでいる。本実施形態に示すレーザダイオードバー１０は、エミッタ１１の発光点がサブマウント２０から遠い上面側にある、いわゆるジャンクションアップタイプであるが、特にこれに限定されない。後で示すジャンクションダウンタイプ（図８参照）であってもよい。

【0033】

レーザダイオードバー１０における各エミッタ１１からは、所定の波長域のレーザ光がそれぞれ出射される。レーザ光の波長は、レーザダイオードバー１０の活性層（図示せず）の組成や層厚に依存して決まる。また、各エミッタ１１におけるレーザ光の出射点は、レーザダイオードバー１０に下面を基準として同じ高さに位置している。

【0034】

レーザダイオードバー１０は、第１金属はんだ６０と第１金属層３０とを介してサブマウント２０と電気的に接続される。なお、第１金属はんだ６０は、金とスズとを含む合金はんだである。ただし、これに特に限定されず、第２金属はんだ７０の融点よりも高い融点を有する材料であればよい。

【0035】

さらに、レーザダイオードバー１０は、サブマウント２０と第１金属層３０とを介して、ベース４０の上面に設けられた第２金属層５０に電気的に接続される。例えば、第２金属層５０の上面に外部電源（図示せず）との接続電極を設けることで、第２金属はんだ７０と第１金属はんだ６０とサブマウント２０と第１金属層３０とを介して、レーザダイオードバー１０を外部電源に電気的に接続できる。なお、第２金属層５０を一種の電気配線として使用する場合、電気抵抗を所定値以下にするために、第２金属層５０のＸ方向の幅やＹ方向の厚さを適切に設定する必要がある。

【0036】

［レーザモジュールの製造方法］
図２Ａは、レーザモジュールの一の製造工程を説明する模式図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す工程の続きの工程を説明する模式図であり、図２Ｃは、図２Ｂに示す工程の続きの工程を説明する模式図である。

【0037】

図２Ａに示すように、第１金属層３０が形成されたサブマウント２０の第１面２０ａに平面視で長方形の第１金属はんだ６０を設ける。なお、第１金属はんだ６０が設けられる前のサブマウント２０は，後で示す工程（図３～５参照）を経て、反りと表面凹凸とが低減されている。また、平面視で、第１金属はんだ６０の一辺は、レーザダイオードバー１０が設置されるサブマウント２０の前方側面に一致するか、所定の間隔をあけて当該前方側面よりも後方に位置している。

【0038】

次に、レーザダイオードバー１０を準備し、第１金属はんだ６０と位置合わせを行った上で、第１金属はんだ６０の上面にレーザダイオードバー１０を設置する。このとき、第１金属はんだ６０の上面にレーザダイオードバー１０のｎ側電極１３を当接させる。なお、レーザダイオードバー１０がジャンクションダウンタイプ（図８参照）の場合は、第１金属はんだ６０の上面にレーザダイオードバー１０のｐ側電極１４を当接させる。

【0039】

さらに、この状態で、サブマウント２０とレーザダイオードバー１０とを加熱し、第１金属はんだ６０を介して、両者を接合する。

【0040】

次に、図２Ｂに示すように、ベース４０の上面の所定の領域に平面視で長方形の第２金属はんだ７０を設ける。平面視で、第２金属はんだ７０の一辺は、サブマウント２０が設置されるベース４０の前方側面に一致するか、所定の間隔をあけて当該前方側面よりも後方に位置している。さらに、図２Ｃに示すように、第２金属はんだ７０と位置合わせを行った上で、第２金属はんだ７０の上面にレーザダイオードバー１０が接合されたサブマウント２０を設置する。この状態で、サブマウント２０とベース４０とを加熱し、第２金属はんだ７０を介して、両者を接合する。このようにすることで、第１金属はんだ６０とサブマウント２０と第２金属はんだ７０とを介して、レーザダイオードバー１０のｎ側電極１３と第２金属層５０とが電気的に接続される。

【0041】

なお、図示しないが、図２Ｃに示す工程の後は、第２金属層５０と外部電源（図示せず）とを電気的に接続する。また、レーザダイオードバー１０のｐ側電極１４と外部電源とを電気的に接続する。

【0042】

なお、レーザダイオードバー１０の冷却手段が別途準備されていれば、レーザモジュール１００において、ベース４０は省略することができる。つまり、レーザモジュール１００は、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０と第１金属はんだ６０とで構成されていてもよい。

【0043】

［サブマウントの製造方法］
図３は、サブマウントの製造工程を示すフローチャートである。図４は、サブマウントの反り低減工程を説明する模式図である。図５は、サブマウントの表面凹凸低減工程を説明する模式図である。図６は、反り低減工程を行う前のサブマウントの第１面近傍の断面模式図である。図７は、表面凹凸低減工程を行った後のサブマウントの第１面近傍の断面模式図である。

【0044】

以下、図３～７を参照して、本実施形態のサブマウント２０の製造方法を説明する。

【0045】

まず、第１金属層３０が表面に形成された状態のサブマウント２０を準備し（ステップＳ１）、サブマウント２０を第１設置台２１０の第１設置面２１１に設置する（ステップＳ２）。

【0046】

図４に示すように、第１設置台２１０は、第１設置面２１１から内側に窪む凹部２１２を有している。このため、サブマウント２０は、長手方向の両端部分が、第１設置面に当接した状態で、第１設置台２１０に設置される。また、この状態で、サブマウント２０の第１面２０ａの中央が上方に突出し、サブマウント２０に反りが発生している。第１設置面２１１を基準としたサブマウント２０の反り量をＬ０とする。

【0047】

次に、第１設置台２１０を第１温度Ｔ１まで加熱する（ステップＳ３）。加熱後に、ローラー２００をサブマウント２０の第１面２０ａに当接させ、ローラー２００により、サブマウント２０に第１荷重Ｇ１をかけて下方に押圧する（ステップＳ４）。また、サブマウント２０の長手方向に沿って、ローラー２００を往復させながらサブマウント２０を押圧する。

【0048】

このようにすることで、サブマウント２０の反りが低減される。なお、第１温度Ｔ１（℃）及び第１荷重Ｇ１（ｋｇｆ）は、サブマウント２０の材質や厚さ、また、反り量Ｌ０に応じて適宜設定される。なお、ステップＳ３とステップＳ４とを反り低減工程と呼ぶことがある。

【0049】

なお、図４に示す例では、第１面２０ａがサブマウント２０の上面である。また、第１面２０ａの中央が上方に突出した状態で、サブマウント２０に反りが発生している。このため、ローラー２００をサブマウント２０の第１面２０ａに当接させた状態で、ローラー２００によりサブマウント２０を下方に押圧して、サブマウント２０の反りを低減させている。

【0050】

しかし、サブマウント２０の第１面２０ａの中央が下方に突出した状態で、サブマウント２０に反りが発生している場合もあり得る。この場合は、ローラー２００をサブマウント２０の第２面２０ｂに当接させた状態で、ローラー２００によりサブマウント２０を下方に押圧する。この場合は、第２面２０ｂがサブマウント２０の上面である。このようにすることで、サブマウント２０の反りを低減させることができる。

【0051】

次に、サブマウント２０を第２設置台２２０の第２設置面２２１に設置する（ステップＳ５）。

【0052】

図５に示すように、第２設置台２２０の第２設置面２２１は平坦面である。また、ステップ５の実行後に、サブマウント２０は、まだ反りが残存している。この場合、第２設置面２２１を基準としたサブマウント２０の反り量をＬ１（Ｌ１＜Ｌ０）とする。

【0053】

次に、第２設置台２２０を第２温度Ｔ２まで加熱する（ステップＳ６）。加熱後に、ローラー２００をサブマウント２０の第１面２０ａに当接させ、ローラー２００により、サブマウント２０に第２荷重Ｇ２をかけて下方に押圧する（ステップＳ７）。また、サブマウント２０の長手方向に沿って、ローラー２００を往復させながらサブマウント２０を押圧する。なお、ステップＳ６とステップＳ７とを表面凹凸低減工程と呼ぶことがある。

【0054】

図６に示すように、反り低減工程を行う前において、サブマウント２０の表面に形成された第１金属層３０、特に、第１接合層３２の表面は凹凸、言い換えると、所定の面粗さを有している。面粗さを表すパラメータのうち、最大山高さＳｐについて見ると、図６に示す第１金属層３０の最大山高さＳｐ１は、数十μｍ程度である。なお、最大山高さＳｐとは、凹凸を有する領域において、凸部の高さの最大値を表すパラメータである。

【0055】

一方、第１金属はんだ６０の厚さは、数十μｍ～数百μｍ程度である。このため、第１接合層３２の表面において、最大山高さＳｐ１が数十μｍ程度であると、サブマウント２０の第１面２０ａに第１金属はんだ６０を設ける際、第１金属層３０と第１金属はんだ６０との間に所定の大きさの空隙が生じてしまう。サブマウント２０とレーザダイオードバー１０との接合時に、この空隙がボイドとなって第１金属はんだ６０の内部に残存すると、前述したように、レーザダイオードバー１０からサブマウント２０への熱排出が、ボイドによって阻害される。

【0056】

そこで、図３に示すステップＳ６を実行して、第１接合層３２が変形しやすい状態にした後、ステップＳ７を実行して、サブマウント２０の表面凹凸、さらに言うと、第１金属層３０の表面凹凸を低減している。このようにすることで、サブマウント２０とレーザダイオードバー１０との接合時に、第１金属はんだ６０の内部にボイドが残存するのを抑制できる。なお、図７に示す第１接合層３２の表面において、最大山高さＳｐは数μｍ程度に低減されている。

【0057】

なお、第２温度Ｔ２（℃）及び第２荷重Ｇ２（ｋｇｆ）は、第１接合層３２の材質や厚さに応じて適宜設定される。

【0058】

また、表面凹凸低減工程を実施した後は、サブマウント２０の反りもさらに低減され、図５に示すサブマウント２０の反り量Ｌ２は、前述の反り量Ｌ１よりも小さくなる。

【0059】

反り量Ｌ２を所定値、例えば、１０μｍ以下とすることで、レーザダイオードバー１０の各エミッタにおけるレーザ光の出射点の高さばらつきを許容範囲以内に低減できる。

【0060】

なお、サブマウント２０の第２面２０ｂにおける表面凹凸を低減したい場合は、前述した表面凹凸低減工程をサブマウント２０の第２面２０ｂに対して行ってもよい。

【0061】

この場合、サブマウント２０とベース４０との接合時に、第２金属はんだ７０の内部にボイドが残存するのを抑制できる。

【0062】

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るサブマウント２０の製造方法は、以下に示す第１～第５ステップを少なくとも備えている。

【0063】

第１ステップ（図３のステップＳ１）では、第１面２０ａと第１面２０ａとＹ方向に対向する第２面２０ｂとを有するサブマウント２０を準備する。

【0064】

第２ステップ（図３のステップＳ２）では、第１設置台２１０の第１設置面２１１にサブマウント２０を設置する。

【0065】

第３ステップ（図３のステップＳ３、Ｓ４）では、第１設置台２１０を第１温度Ｔ１まで加熱するとともに、サブマウント２０の第１面２０ａまたは第２面２０ｂに第１荷重Ｇ１をかけて押圧する。

【0066】

第４ステップ（図３のステップＳ５）では、第２設置台２２０の第２設置面２２１にサブマウント２０を設置する。

【0067】

第５ステップ（図３のステップＳ６、Ｓ７）では、第２設置台２２０を第２温度Ｔ２まで加熱するとともに、サブマウント２０の少なくとも第１面２０ａに第２荷重Ｇ２をかけて押圧する。

【0068】

サブマウント２０の少なくとも第１面２０ａと第２面２０ｂとは、第１金属層３０で覆われている。第１金属層３０は、サブマウント２０の少なくとも第１面２０ａと第２面２０ｂとに接する第１密着層３１と第１密着層３１を覆う第１接合層３２とを少なくとも含み、第１接合層３２は、２種以上の金属を含んでいる。

【0069】

第３ステップでは、サブマウント２０の長手方向の反りを低減し、第５ステップでは、第１金属層３０を含むサブマウント２０の表面凹凸を低減する。

【0070】

本実施形態によれば、サブマウント２０を加熱した状態で押圧すると言う簡便な方法で、サブマウント２０の長手方向の反りを低減できるとともに、第１金属層３０を含むサブマウント２０の表面凹凸を低減することができる。以下、反り低減と表面凹凸低減とがもたらす効果についてさらに説明する。

【0071】

複数のエミッタ１１を有するレーザダイオードバー１０をレーザ光源として用いる場合、高出力化のため、各エミッタ１１から出射されるレーザ光を１本のレーザ光に合成する手法が多く採られる。しかし、レーザ光の出射点の高さがエミッタ１１毎にばらついていると、レーザ光の合成がうまく行えなかったり、合成のために配置される光学部品の形状が複雑になったり等の問題が生じる。この場合、合成後のレーザ光のビーム品質が低下したり、レーザダイオードバー１０を有するレーザ装置のコストが増加したりする等の問題が生じる。

【0072】

本実施形態によれば、サブマウント２０の長手方向の反りを低減することで、第１金属はんだ６０を介して、サブマウント２０の第１面２０ａに設置されるレーザダイオードバー１０が長手方向に反るのを抑制できる。このことにより、レーザダイオードバー１０の各エミッタ１１におけるレーザ光の出射点の高さばらつきを低減することができる。さらに、各エミッタ１１から出射されるレーザ光を合成して得られるレーザ光のビーム品質の低下を抑制できる。また、レーザ光の合成のための光学部品を簡素化でき、レーザダイオードバー１０を有するレーザ装置のコスト増加を抑制できる。

【0073】

また、本実施形態によれば、第１金属層３０を含むサブマウント２０の表面凹凸を低減することで、サブマウント２０とレーザダイオードバー１０との接合時に、第１金属層３０と第１金属はんだ６０との間に空隙が生じるのを抑制できる。また、当該空隙の大きさを小さくできる。このことにより、サブマウント２０とレーザダイオードバー１０との接合時に、この空隙がボイドとなって第１金属はんだ６０の内部に残存するのを抑制できる。また、ボイドの大きさや密度を低下させることができる。

【0074】

その結果、レーザダイオードバー１０からサブマウント２０への熱排出が、ボイドによって阻害され、動作中にレーザダイオードバー１０に熱が溜まるのを抑制できる。このことにより、レーザダイオードバー１０の長期使用時の動作信頼性が低下するのを抑制でき、また、レーザダイオードバー１０の各エミッタ１１から出射されるレーザ光の特性が変動するのを抑制できる。

【0075】

また、第１接合層３２の表面凹凸を低減する手法としては、例えば、第１接合層３２の表面を研磨する方法が考えられる。しかし、本実施形態に示すように、第１接合層３２が複数種類の金属（金とスズ）を含んでいる場合、金属の種類の違いにより、研磨速度が異なってしまう。このようなことが起こると、第１接合層３２の組成が面内また厚さ方向で不均一となってしまう。

【0076】

第１接合層３２は、所定の温度まで加熱されると、第１金属はんだ６０と融合して、第１金属はんだ６０とサブマウント２０が接合される。第１接合層３２の組成が不均一であると、第１金属はんだ６０との融合が部分的にうまくいかず、第１金属はんだ６０とサブマウント２０との接合不良、ひいては、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０との接合不良が生じるおそれがある。

【0077】

一方、本実施形態によれば、加熱と同時にサブマウント２０を押圧することで、第１金属層３０，さらに言うと第１接合層３２の表面凹凸を低減している。このため、第１接合層３２の組成が不均一となるのを防止でき、第１金属はんだ６０とサブマウント２０との接合不良、ひいては、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０との接合不良が生じるのを防止できる。

【0078】

また、サブマウント２０は、主たる材料である第１材料と第２材料とを少なくとも含む複合体であり、第１材料の熱伝導率は、第２材料の熱伝導率と異なっている。第１材料は、所定以下の導電率を有する金属材料であることが好ましい。

【0079】

サブマウント２０を複合体材料とし、各材料の配合比率を適切に調整することで、サブマウント２０のヤング率やレーザダイオードバー１０を構成する主たる半導体材料との線膨張係数の調整が容易となる。このことにより、レーザダイオードバー１０の動作時に、熱膨張力の差に起因した熱応力がレーザダイオードバー１０に加わり、レーザダイオードバー１０の長期使用時の動作信頼性が低下するのを抑制できる。また、レーザダイオードバー１０の各エミッタ１１から出射されるレーザ光の特性が変動するのを抑制できる。

【0080】

また、サブマウント２０を構成する各材料の種類や配合比率を調整することで、サブマウント２０の熱伝導率を所定以上に高めることができ、サブマウント２０の放熱性を向上できる。

【0081】

なお、第１材料の材質は、サブマウント２０に第１荷重Ｇ１をかけて押圧したときに、サブマウント２０が変形する程度のヤング率を有する材料であることが好ましい。また、導電率の要請を加味すれば、第１材料は銅や銅合金であることが好ましい。

【0082】

また、第１設置台２１０の第１設置面２１１には凹部２１２が設けられるのが好ましく、この場合、第２ステップでは、凹部２１２を覆うようにサブマウント２０を第１設置面２１１に設置する。

【0083】

第１設置面２１１に凹部２１２が設けられていることで、第２ステップでサブマウント２０を下方に押圧する際、サブマウント２０の長手方向の中央が下方に変形するのが妨げられない。このことにより、サブマウント２０の長手方向の反りを確実に低減することができる。

【0084】

なお、第２設置台２２０の第２設置面２２１が平坦であると、第５ステップでサブマウント２０を下方に押圧する際、サブマウント２０の全体が第２設置面２２１に押し付けられ、一部が下方に変位することがない。つまり、第２荷重Ｇ２が逃げることなく、第１金属層３０の全面に加わるため、第１金属層３０の全体にわたって、表面凹凸を低減することができる。

【0085】

本実施形態に係るレーザモジュール１００の製造方法は、以下に示す第６～第９ステップを少なくとも備えている。

【0086】

第６ステップでは、前述した第１～第５ステップを順次実行することで、サブマウント２０を作製する。

【0087】

第７ステップでは、第６ステップの実行後に、サブマウント２０の第１面２０ａにおける所定の領域に第１金属はんだ６０を設ける。

【0088】

第８ステップでは、レーザダイオードバー１０を準備する。レーザダイオードバー１０は、その長手方向に沿って複数のエミッタ１１が設けられている。

【0089】

第９ステップでは、第１金属はんだ６０の上面に、第１金属はんだ６０と位置合わせを行った上で、レーザダイオードバー１０を設置する。さらに、この状態で、サブマウント２０と第１金属はんだ６０とレーザダイオードバー１０とを所定の温度まで加熱し、第１金属はんだ６０を介して、サブマウント２０とレーザダイオードバー１０を接合する。

【0090】

このようにすることで、サブマウント２０の長手方向の反りを低減できるとともに、第１金属層３０を含むサブマウント２０の表面凹凸を低減することができる。このことにより、各エミッタ１１から出射されるレーザ光を合成して得られるレーザ光のビーム品質の低下を抑制できる。また、レーザ光の合成のための光学部品を簡素化でき、レーザダイオードバー１０を有するレーザ装置のコスト増加を抑制できる。また、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０との間に介在する第１金属はんだ６０にボイドが発生するのを抑制できる。このことにより、レーザダイオードバー１０からサブマウント２０への熱排出が、ボイドによって阻害されるのを抑制でき、レーザダイオードバー１０の長期使用時の動作信頼性が低下するのを抑制できる。また、レーザダイオードバー１０の各エミッタ１１から出射されるレーザ光の特性が変動するのを抑制できる。

【0091】

また、本実施形態のレーザモジュール１００の製造方法は、以下に示す第１０ステップと第１１ステップとをさらに備えていてもよい。

【0092】

第１０ステップでは、ベース４０の表面における所定の領域に第２金属はんだ７０を設ける。

【0093】

第１１ステップでは、第２金属はんだ７０の上面に、第２金属はんだ７０と位置合わせを行った上で、レーザダイオードバー１０が接合されたサブマウント２０を設置する。さらに、この状態で、レーザダイオードバー１０が接合されたサブマウント２０と第２金属はんだ７０とベース４０とを所定の温度まで加熱し、第２金属はんだ７０を介して、サブマウント２０とベース４０とを接合する。

【0094】

第１０ステップと第１１ステップとを設けることで、レーザダイオードバー１０が接合されたサブマウント２０をベース４０に接合して固着させることができる。このことにより、サブマウント２０、ひいてはレーザダイオードバー１０の位置を確実に固定することができる。

【0095】

また、本実施形態で示したように、ベース４０が冷却器である場合、第１金属はんだ６０とサブマウント２０と第２金属はんだ７０とを介して、動作中にレーザダイオードバー１０で生じた熱をレーザモジュールの外部に排出することができる。このことにより、レーザダイオードバー１０の長期使用時の動作信頼性が低下するのを抑制できる。また、レーザダイオードバー１０の各エミッタ１１から出射されるレーザ光の特性が変動するのを抑制できる。

【0096】

なお、レーザダイオードバー１０の冷却手段が別途準備されていれば、レーザモジュール１００において、ベース４０は省略することができる。つまり、レーザモジュール１００は、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０と第１金属はんだ６０とで構成されていてもよい。

【0097】

なお、ベース４０は、ステンレス等の金属で構成されていてもよい。その場合、第２金属層５０を除くベース４０とサブマウント２０とを電気的に絶縁する必要がある。また、冷却水路４１を流れる冷却水とベース４０との電気的絶縁を確保する必要がある。また、ベース４０の裏面や側面に冷却水配管を接触させてベース４０を冷却するようにしてもよい。その場合は、内部の冷却水路４１は省略される。

【0098】

また、本実施形態では、ローラー２００を用いてサブマウント２０を押圧する例を示したが、サブマウント２０を押圧する機構は特にこれに限定されない。

【実施例0099】

図８は、実施例に係るレーザモジュールの断面模式図である。図９は、比較例に係るレーザモジュールの超音波探傷検査写真である。図１０は、実施例に係るレーザモジュールの超音波探傷検査写真である。なお、比較例及び実施例に係るレーザモジュール１００では、ベース４０及び第２金属はんだ７０は省略されている。また、説明の便宜上、図９，１０において、第１金属はんだ６０のみを図示している。

【0100】

＜共通構造＞
図８に示すレーザモジュール１００は、レーザダイオードバー１０がジャンクションダウンタイプである点で、図１Ｂに示す実施形態のレーザモジュール１００と異なっている。つまり、レーザダイオードバー１０のｐ側電極１４が、第１金属はんだ６０の上面に当接した状態で、第１金属はんだ６０を介して、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０とが接合されている。この構造は、比較例でも同じである。

【0101】

サブマウント２０は、銅とダイヤモンドとの複合材料であり、長手方向、つまり、Ｘ方向の長さは１１ｍｍであり、Ｚ方向の幅は４．５ｍｍであり、Ｙ方向の厚さは０．３μｍである。なお、当該厚さには、第１金属層３０の厚さも含まれる。

【0102】

また、第１金属層３０における第１密着層３１は白金であり、第１接合層３２は金とスズとの合金層である。第１接合層３２の平均厚さは５μｍ～７μｍ程度である。また、第１金属はんだ６０は、金とスズとの合金はんだである。

【0103】

また、レーザダイオードバー１０を構成する主たる半導体材料は窒化物半導体（ＧａＮ系半導体）である。各エミッタ１１からは、青色の波長域のレーザ光がそれぞれ出射される。なお、「青色の波長域」とは、３５０ｎｍ以上、４６０ｎｍ以下の波長範囲をいう。

【0104】

＜実施例＞
第１金属層３０が表面に形成されたサブマウント２０に対して、図３に示す各ステップを順次行った。このとき、第１温度Ｔ１は２５０（℃）で、第１荷重Ｇ１は５０（ｋｇｆ）であった。また、第２温度Ｔ２は２５０（℃）で、第２荷重Ｇ２は５０（ｋｇｆ）であった。

【0105】

また、図３に示すステップＳ１を実行する前の反り量Ｌ０と、ステップＳ４を実行した後の反り量Ｌ１とを、それぞれ三次元光学式表面形状／粗さ測定機で測定した。

【0106】

また、ステップＳ７を実行した後のサブマウント２０の表面凹凸を三次元光学式表面形状／粗さ測定機で測定し、その結果から最大山高さＳｐ２を求めた。

【0107】

なお、反り量Ｌ０、Ｌ１は、それぞれ、図４に示した状態での値である。また。最大山高さＳｐ２は、図７に示した状態での値である。

【0108】

次に、サブマウント２０の第１面２０ａに平面視で長方形の第１金属はんだ６０を設け、第１金属はんだ６０と位置合わせを行った上で、第１金属はんだ６０の表面にレーザダイオードバー１０を設置した。さらに、この状態で、サブマウント２０と第１金属はんだ６０とレーザダイオードバー１０とを２５０℃まで加熱し、その後、室温まで降温した。

【0109】

その後、超音波探傷機を用いてレーザモジュール１００の検査を行い、第１金属はんだ６０に生じたボイドの状態を評価した。

【0110】

＜比較例＞
第１金属層３０が表面に形成されたサブマウント２０を準備した。ただし、実施例とは異なり、図３に示す各ステップをサブマウント２０に対して行っていない。

【0111】

この状態での反り量Ｌ０を三次元光学式表面形状／粗さ測定機で測定した。また、サブマウント２０の表面凹凸を三次元光学式表面形状／粗さ測定機で測定し、その結果から最大山高さＳｐ１を求めた。

【0112】

なお、反り量Ｌ０は、図４に示した状態での値である。また。最大山高さＳｐ１は、図６に示した状態での値である。

【0113】

次に、サブマウント２０の第１面２０ａに平面視で長方形の第１金属はんだ６０を設け、第１金属はんだ６０と位置合わせを行った上で、第１金属はんだ６０の表面にレーザダイオードバー１０を設置した。さらに、この状態で、サブマウント２０と第１金属はんだ６０とレーザダイオードバー１０とを２５０℃まで加熱し、その後、室温まで降温した。

【0114】

その後、超音波探傷機を用いてレーザモジュール１００の検査を行い、第１金属はんだ６０に生じたボイドの状態を評価した。

【0115】

＜実施例と比較例との評価結果比較＞
まず、実施例及び比較例における反り量Ｌ０が６０μｍであったのに対し、実施例における反り量Ｌ１は２０μｍであった。つまり、反り低減工程を行うことで、サブマウント２０の反り量を１／３に低減できた。

【0116】

また、比較例に係る最大山高さＳｐ１が２７μｍであったのに対し、実施例における最大山高さＳｐ２は４．６μｍであった。つまり、表面凹凸低減工程を行うことで、サブマウント２０、言い換えると第１金属層３０の最大山高さを１／５以下に低減できた。

【0117】

また、超音波探傷検査写真で白く見えている箇所は、図９に示す場合に対して図１０に示す場合で大幅に減少していた。図９及び図１０において、白く見えている箇所は、ボイドの発生箇所であると推定される。つまり、実施例では、比較例に対して、レーザダイオードバー１０とサブマウント２０との間に介在する第１金属はんだ６０の内部に発生したボイドの個数が大幅に減少していることがわかった。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本開示のサブマウントの製造方法は、サブマウントの反りを低減し、サブマウントとレーザダイオードバーとの間の介在する金属はんだにボイドが生じるのを抑制できるため、サブマウントに実装されたレーザダイオードバーの高出力化や高信頼性化を実現する上で有用である。

【符号の説明】

【0119】

１０ レーザダイオードバー
１１ エミッタ
１２ 分離溝
１３ ｎ側電極
１４ ｐ側電極
２０ サブマウント
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
３０ 第１金属層
３１ 第１密着層
３２ 第１接合層
４０ ベース
４１ 冷却水路
５０ 第２金属層
６０ 第１金属はんだ
７０ 第２金属はんだ
１００ レーザモジュール
２００ ローラー
２１０ 第１設置台
２１１ 第１設置面
２１２ 凹部
２２０ 第２設置台
２２１ 第２設置面

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】