专利名称：光半导体装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光半导体装置，特别涉及用在可进行重写的光磁盘和高速大容量的光通信等中的高性能光半导体装置。
背景技术：
为了迎接高度信息化社会，在以网络为代表的通讯手段中，迫切要求高速、大容量的光通讯技术，在作为存储利用通讯等获得的大容量信息的装置中，迫切要求更加高速、大容量的可进行重写的光磁盘技术。在这样的情况下，半导体激光等光半导体装置就成为光通讯技术和光磁盘技术的主要器件，在这样的光半导体装置中要求具有更高的性能、更高的功能及更高的可靠性。
将半导体激光芯片连接在基台上的技术是作为使该光半导体装置高性能化的主要技术。
图10将以往的光半导体装置的结构例作为一个例子示出。
图10为示出了用作光通讯的光源的光半导体装置10的主要部分的图。光半导体装置10，包括硅衬底3和分布反馈型半导体激光芯片1。在硅衬底3的上表面形成有二氧化硅膜5，在二氧化硅膜5上形成有电极图案6。在电极图案6上设置有焊剂层7，半导体激光芯片1隔着焊剂层7与电极图案6粘结在一起。
在半导体激光芯片1下表面的中央部分形成有台(mesa)部8，焊剂层7被涂敷在半导体激光芯片1下表面的台部8以外的部分中。即，在台部8与二氧化硅膜5之间存在有间隙9。在台部8存在有活性层2，活性层2为发出激光的层，被设置在半导体激光芯片1的靠下表面的位置上。
在光半导体装置10中，当将半导体激光芯片1安装在硅衬底3时，首先，将溶化的焊剂设置在电极图案6上，其次，将半导体激光芯片1设置在溶化的焊剂上，接着，利用冷却法让焊剂固化。这里，由于半导体激光芯片的热膨胀系数和硅衬底的热膨胀系数通常不同，因此在让焊剂冷却、固化时，恐怕会使活性层2产生歪曲，或者会在活性层2产生残留应力。
不过，如上所述，由于在台部8与二氧化硅膜5之间存在有间隙，因此活性层2与焊剂层7不接触。能够大幅度降低活性层2的歪曲，或者降低在活性层2产生残留应力的可能性。结果是分布反馈型光半导体装置10能够进行在稳定的振荡波长下的单一模式的动作(例如，参照专利文献1)。
例如，专利文献2所示的光半导体装置(无图示)与上述光半导体装置10的结构大致相同，但是具有没有形成台部的半导体激光芯片。此时，也由于半导体激光芯片的热膨胀系数、和安装半导体激光芯片用的安装衬底的热膨胀系数不同，因此在安装在安装衬底之后的半导体激光芯片的活性层等产生残留应力。该残留应力有可能会使活性层的衍射晶格的特性不稳定。不过，由于存在有上述间隙，因此能够降低活性层的衍射晶格的特性不稳定，能够获得稳定的振荡特性。
例如，在专利文献3中公开了下述结构，以谋求降低上述残留应力、改善在高温下使半导体激光芯片动作时的激光特性和改善半导体装置的可靠性。在安装衬底上表面中的与台部面对面的部分设置有沟，将焊剂层沿着沟设置为条状。由于在半导体激光芯片下表面中的台部周围(台部外围部分)没有设置焊剂，因此能够降低上述残留应力。并且，在半导体激光芯片下表面中的比台部外围部分靠外侧的位置上，设置有与沟大致平行的焊剂层。该焊剂的熔点高于沿着沟设置为条状的焊剂的熔点。通过此结构，能够使半导体激光芯片电连接在安装衬底上，同时能够确保半导体激光装置较高的散热性。(例如，参照专利文献3)专利文献1特开2002-314184号公报专利文献2特开平11-87849号公报专利文献3特开2003-23200号公报如上所述，如果在半导体激光芯片的下表面与安装衬底的上表面之间设置间隙的话，则能够降低平行于半导体激光芯片的谐振器端面的方向中的残留应力。不过，为了谋求光半导体装置更高的性能、更高的可靠性，最好还要降低半导体激光芯片的谐振器方向中的残留应力。
随着光半导体装置的高输出化的需要，必须要使半导体激光芯片的谐振器较长，其结果使半导体激光芯片的长度变长。当半导体激光芯片的芯片长度较长时，必须要控制半导体激光芯片的谐振器方向中的残留应力。如果不控制残留应力的话，例如在光磁盘用高输出半导体激光中，批量(lot)内的各光半导体装置会呈现不同的偏光比，或者，烧附(burn-in)初期的动作电流值的变化会在批量内的各光半导体装置中不同。并且，批量内的偏光比的不同和上述动作电流值的变化的不同会变大。另外，偏光比为光磁盘用半导体激光的主要特性之一。
发明内容
本发明为鉴于上述各点的发明，目的在于提供一种能够降低发光元件的谐振器方向中的残留应力的光半导体装置。
本发明的光半导体装置，包括发光元件、在上表面安装发光元件的基台、和夹在基台的上表面与发光元件的下表面之间的连接层，发光元件朝上弯曲为凸起的形状。
(发明的效果)根据本发明，能够让施加在半导体激光芯片的残留应力施加在所希望的方向上且一定的范围内。这样一来，能够提供一种可提高半导体激光的性能和可靠性，提高批量生产性的光半导体装置。
附图的简单说明图1为示出了本发明的第一实施例中的光半导体装置的概要结构图，图1(a)为从上方来看光半导体装置的安装状态的概要结构图，图1(b)为图1(a)所示的IB-IB线的剖面图。
图2示出了本发明的第一实施例的半导体激光芯片的安装状态的模式图。
图3为由金及锡构成的焊剂的相图(phase diagram)。
图4为示出了光半导体芯片的弯曲和动作电流值的关系的图形。
图5为本发明的第二实施例中的光半导体装置的焊剂连接的概要结构图，图5(a)为将焊剂不均匀地放在子安装台(submount)的上表面时的概要结构图，图5(b)为在子安装台的上表面设置了凹部时的概要结构图。
图6为示出了在本发明的第二实施例中组装在金属制封装体中的光半导体装置的概要结构图，图6(a)为示出了内部主要结构的模式图，图6(b)为从图6(a)所示的箭头方向来看的内部主要结构的模式图。
图7为示出了本发明的第三实施例中的光半导体装置的概要结构图，图7(a)为示出了内部主要结构的模式图，图7(b)为图7(a)所示的VIIB-VIIB线的概要剖面图。
图8为示出了本发明的第四实施例中的光半导体装置的概要结构图，图8(a)为从上方来看光半导体装置的安装状态的概要结构图，图8(b)为图8(a)所示的VIIIB-VIIIB线的剖面图。
图9为示出了本发明的第五实施例中的光半导体装置的概要结构图，图9(a)为从上方来看光半导体装置的安装状态的概要结构图，图9(b)为图9(a)所示的IXB-IXB线的剖面图。
图10为以往的光半导体装置的概要结构图。
(符号的简单说明)10、20、30、40、50、60、70、80-光半导体装置；1、21、31、41、71、81-半导体激光芯片(发光元件)；3、23、33、43-子安装台(基台)；7、24、34、44-焊剂层(连接层)；24b-光轴方向的中央部；24a、24c-光轴方向的端部；43b-凹部；75-元件本体；76、86-突起部；122-活性层。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施例所涉及的光半导体装置加以说明。另外，有时对在附图中标注的同一符号省略说明。
(第一实施例)图1(a)为示出了第一实施例的光半导体装置20的结构的上表面图，图1(b)为图1(a)所示的IB-IB线的剖面图。
光半导体装置20，包括半导体激光芯片(发光元件)21、子安装台(基台)23、焊剂层(连接层)24和金属基台2，如图1(a)所示。半导体激光芯片21隔着焊剂层24粘结在子安装台23的上表面23a，子安装台23隔着无图示的焊剂层而粘结在金属基台25的上表面。另外，子安装台23即可以由硅构成，也可以由高散热材料的、热膨胀系数小于半导体激光芯片21的热膨胀系数的材料(碳化硅和氮化铝等)构成。并且，金属基台25为无图示的封装体的一部分。
以下，对半导体激光芯片21及焊剂层24加以详细说明。
在半导体激光芯片21中，从活性层(无图示)射出激光22。活性层设置在半导体激光芯片21的、与上表面27相比、靠下表面21a的位置上。由于激光22沿着图1(b)所示的箭头射出，因此该箭头的方向成为半导体激光芯片21的谐振器方向，光半导体装置20发出的光的光轴方向。而且，半导体激光芯片21的端面中的、大致垂直于光轴方向延伸的端面21b、21c成为谐振器的反射镜。
并且，半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，如图1(b)所示，换句话说，弯曲为光轴方向的中央部27b仅比光轴方向的两端部27a、27c朝上突出Δb1的形状，换句话说，朝上弯曲为画出曲率半径为r1、中心角度为θ的弧。当半导体激光芯片21象这样朝上弯曲为凸起的形状时，与半导体激光芯片21朝下弯曲为凸起的形状时相比，能够在批量内的多个光半导体装置20中，使初期特性(例如，偏光比、激光的扩展角度的对称性及电流-光输出特性的直线性)值、和在烧附初期的动作电流值的变化相同。从而，能够谋求光半导体装置20中的高性能及高可靠性。
焊剂层24被填充在半导体激光芯片21的下表面21a与子安装台23的上表面23a之间的间隙中。如上所述，由于半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，而子安装台23的上表面23a是平坦的表面，因此上述间隙的位于光轴方向的两端部的间隙窄于位于光轴方向的中央部的间隙。使焊剂层24中的位于光轴方向的中央部24b的厚度比位于光轴方向的两端部24a、24c的厚度小了窄的那部分。
并且，最好焊剂层24含有锡及金，焊剂层24的熔点接近于使用半导体装置时的温度(以下，称为“使用时温度”)。这是因为在将半导体激光芯片21用焊剂连接在子安装台23时，先将半导体激光芯片21粘结在溶化的焊剂上，再让焊剂冷却固化，如果让焊剂层24的熔点接近于使用时的温度的话，能够谋求降低让焊剂固化时所产生的应力。并且，为了让焊剂层24的熔点接近于使用时的温度，最好让焊剂层24中含有较多的锡。利用图3所示的相图，对其理由加以说明。
图3示出了锡和金的相图。图3的纵轴示出了焊剂的熔点温度，同图的横轴示出了锡对于金的组成比。
当使金比锡多的焊剂溶化且固化时，即，当使锡对于金的组成比不满50％的焊剂溶化且固化时，用280℃使该焊剂固化，成为含金丰富的共晶焊剂。
而当使锡对于金的组成比为90％左右的焊剂溶化且固化时，用217℃使该焊剂固化。如上所述，为了使焊剂的熔点接近于使用时的温度，最好使用含有丰富的锡的焊剂。
在焊剂层24中，锡对于金的组成比是光轴方向的中央部24b的组成比大于光轴方向的两端部24a、24c的组成比。在对光半导体装置20的制造方法加以说明时，再对此点加以说明。
本案发明者们制作了射出红色激光的激光装置，对该激光的初期特性进行了调查。并且，调查了焊剂层24的组成。
首先，对所制作的激光装置的半导体激光芯片21加以说明。其材质为波长是650nm带的AlGaInP类材料，其最大波形光输出为300mW，其芯片长度为1500μm，其芯片宽度为300μm，其芯片厚度为110μm。并且，准备了图1所示的Δb1的平均值为-0.12μm的批量、图1所示的Δb1的平均值为0.3μm的批量、和图1所示的Δb1的平均值为0.5μm的批量。并且，分别对属于各批量的多个激光装置的初期动作电流值进行了调查。图4示出了该测定结果。图4的横轴为弯曲量Δb1，同图的纵轴为动作电流值。
如图4所示，在弯曲量Δb1的平均值为-0.12μm的批量中，即，在半导体激光芯片21朝下弯曲为凸起的形状时，动作电流值在各光半导体装置中大大不同。而在弯曲量Δb1的平均值为0.3μm的批量中，动作电流值在各光半导体装置20、20、…中大致为固定值。
并且，对弯曲量Δb1的平均值为0.3μm的批量中的半导体激光芯片21所发出的激光的初期特性进行了调查，调查的结果是批量内的多个光半导体装置20、20、…呈现出大致同一初期特性值，批量内的初期特性值的差异较小。并且，对多个光半导体装置20、20、…所呈现的初期特性值进行了平均，算出的初期特性值的平均值的结果表示该平均值为较理想的值，因此推测出若用该半导体激光芯片21来制造激光装置的话，则能够提供具有高性能且高可靠性的激光装置。所以，最好弯曲量Δb1为0.3μm，并且，由于弯曲量Δb1为0.3μm时曲率半径r1为900mm，因此得知最好曲率半径r1在900mm以上。
而且，在弯曲量Δb1的平均值为0.5μm的批量中，Δb1的最大值为1.0μm，在Δb1为1.0μm时曲率半径为281mm。在弯曲量Δb1的平均值为0.3μm的批量中，曲率半径为900mm左右。因此，得知最好半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，且画出曲率半径为280mm以上的弧，更理想的是朝上弯曲为凸起的形状，且画出曲率半径为900mm以上的弧。
这里，通过对将激光照射到半导体激光芯片而获得的光干扰带进行测定、解析，算出了弯曲量Δb1。由于激光的光干扰带的测定界限为0.05μm，因此当使芯片长度为1500μm的半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状时，曲率半径的上限为6000mm。不过，半导体激光芯片21的芯片长度越长，其曲率半径的上限越大。所以，在使芯片长度为3000μm的半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状时，曲率半径的上限为22500mm。
并且，将半导体激光芯片21切断，从其剖面形状来测定弯曲量Δb1的结果是，能够在弯曲量Δb1的平均值为0.02μm的批量中，使激光的初期特性值和烧附初期的动作电流值的变化相同。当弯曲量Δb1为0.02μm时，芯片长度为3000μm的半导体激光芯片21的曲率半径的上限为56250mm。从上述内容可知，最好半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，画出曲率半径为280mm以上56250mm以下的弧。
综上所述，最好半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，画出曲率半径为280mm以上56250mm以下的弧，更理想的是朝上弯曲为凸起的形状，画出曲率半径为280mm以上22500以下的弧。
并且，本案发明者们在上述试验结束之后，对焊剂层24进行了调查。调查的结果是焊剂层24的厚度在光轴方向的中央部24b为4.8μm，而在光轴方向的两端部24a、24c为3.8μm。并且，在焊剂层24中含有金和锡。能够认为焊剂层24中的金来源于形成在半导体激光芯片21的镀金层中的溶化部分，而焊剂层24中的锡来源于为了安装半导体激光芯片21，而将含锡的锡焊剂层设置在子安装台23的上表面23a时的锡焊剂层的溶化部分。
本案发明者们又使半导体激光芯片朝下弯曲为凸起的形状，对该半导体激光芯片发出的激光的初期特性进行了调查。结果得知批量内的多个光半导体装置呈现出不同的初期特性，批量内的差异很大，因此难以大量制造激光装置。并且，将朝下弯曲为凸形形状的半导体激光芯片组装起来，来制作叠层型光半导体装置，对该叠层型光半导体装置进行了烧附，结果是从初期动作电流值的平均值和初期动作电流值开始变化的变化量，比朝上弯曲为凸起形状的半导体激光芯片大。
并且，即使使半导体激光芯片朝上弯曲为凸形的形状，但如果其曲率半径r1不满250mm的话，与曲率半径r1为250mm以上的情况相比，也会有非常大的应力施加到半导体激光芯片，使动作电流值的平均值较大。由于当动作电流值的平均值较大时，在将光半导体装置安装在光拾取装置中时，光半导体装置会发出较多的热，因此使光半导体装置的温度大幅度上升，故而，不太理想。所以，最好使曲率半径r1为250mm以上，且使半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状。
当如上所述，隔着焊剂层24将半导体激光芯片21安装在基台时，残留应力在一定的方向上且一定的范围内施加在半导体激光芯片21(特别是活性层)上。但是，如果如图1(b)所示，将半导体激光芯片21弯曲为朝上凸起的形状时，能够使批量内的初期特性值全都为大致同一初期特性值，能够使烧附初期的动作电流值的变化相同。虽然对于其具体理由并不清楚，但本案发明者们是这样认为的。即，这是因为当使半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状时，半导体激光芯片21的下表面21a中的接近于活性层的部分产生收缩，从而能够抑制光轴方向的增益等的不同之故。
其次，示出了本实施例所涉及的光半导体装置20的制造方法。用该制造方法将半导体激光芯片21用焊剂安装在子安装台23的上表面23a。以下，对用焊剂安装半导体激光芯片21的方法加以说明。
首先，在子安装台23的上表面23a设置焊剂。
其次，对设置了焊剂的子安装台23从其上方及其下方进行加热，使焊剂溶化。然后，用加热的真空镊子(vacuum tweezer)夹住(hold)半导体激光芯片21，压在溶化的焊剂上。藉此方法，能够利用焊剂将半导体激光芯片21安装在子安装台23的上表面23a。
然后，停止从下方的加热，让焊剂固化。
此时，由于半导体激光芯片21的下表面21a比上表面27先冷却，因此激光芯片朝上弯曲为凸起的形状。这里，最好子安装台23的热膨胀系数比半导体激光芯片21的热膨胀系数稍大一点。这是因为如果子安装台23的热膨胀系数大于半导体激光芯片21的热膨胀系数的话，则与子安装台23的热膨胀系数小于半导体激光芯片21的热膨胀系数时相比，子安装台23的收缩变大，能够抑制半导体激光芯片21朝下弯曲为凸起形状之故。
并且，由于如上所述，使半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状，因此半导体激光芯片21的下表面21a与子安装台23的上表面23a之间的间隙是光轴方向的中央部的间隙大于光轴方向的两端部的间隙。因而，溶化的焊剂从光轴方向的两端部分别向光轴方向的中央部移动，填充了该间隙。此时，由于金的熔点高于锡的熔点，因此主要是锡从光轴方向的两端部向光轴方向的中央部移动。结果是锡对于金的比例是光轴方向的中央部24b的比例高于光轴方向的两端部24a、24c的比例。另外，发明者们用X线微分析法(micro analysis)(以下，称为XMA法)对焊剂层24中的锡对于金的比例进行了调查，确定了该比例是光轴方向的中央部24b的比例大于光轴方向的两端部24a、24c的比例。
另外，由于光轴方向的中央部24b的锡多于光轴方向的两端部24a、24c的锡，因此光轴方向的中央部24b的焊剂的熔点低于光轴方向的两端部24a、24c的焊剂的熔点。因而，在让焊剂固化时，首先是光轴方向的两端部24a、24c的焊剂固化，然后是光轴方向的中央部24b的焊剂固化。使得半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状。
(第二实施例)图5模式地示出了将焊剂放在子安装台33的上表面33a的样子。图5(a)为模式地示出了本实施例中的一个例子的图，图5(b)为模式地示出了本实施例中的另一个例子的图。
在本发明的第二实施例中，能够使光轴方向的中央部的锡含有率高于上述第一实施例。具体内容如下。
在图5(a)中，虽然子安装台33的上表面33a是平坦的，但是放在子安装台33的上表面33a的焊剂不均匀。具体地说，子安装台33的上表面33a中的光轴方向的中央部34a的焊剂、和夹着该中央部34a的周缘部34b、34c的焊剂比其它部分的焊剂多。这样一来，能够使光轴方向的中央部34a的锡较丰富。
在图5(b)中，在子安装台43的上表面43a形成有凹部43b、43b、43b。具体地说，在子安装台43的上表面43a中的光轴方向的中央部、和夹着该中央部的周缘部形成有凹部43b、43b、43b。当在这样的上表面43a放上焊剂，以形成均匀的焊剂层44时，形成有凹部43b、43b、43b的部分与没有形成凹部43b、43b、43b的部分相比，能够放有更多的焊剂。这样一来，能够使光轴方向的中央部44a的锡多于光轴方向的两端部44b、44c的锡。
如上所述，在图5(a)及图5(b)中，由于能够使半导体激光芯片朝上弯曲为凸起的形状，因此能够使施加在半导体激光芯片的残留应力施加在一定的方向上且一定的范围内。从而，能够使批量内的多个光半导体装置的初期特性值相同，且能够使烧附初期的动作电流值的变化相同。
图6示出了在图5(a)所示的结构中利用焊剂装上半导体激光芯片31之后，再将子安装台33粘结在金属制封装体中而成的光半导体装置50的结构图。图6(a)为示出了将光半导体装置50的罩(无图示)取下后的状态下的光半导体装置50的内部结构的模式图，图6(b)为示出了从图6(a)所示的箭头方向来看光半导体装置50时的内部结构的模式图。另外，虽然半导体激光芯片31在图6(b)中没有朝上弯曲为凸起的形状，但是实际上是弯曲为朝上凸起的形状。
半导体激光芯片31在朝上弯曲为凸起形状的状态下被安装在子安装台33上，利用熔点低于焊剂层24的熔点的焊剂，将该子安装台33安装在金属块52上。金属块52与金属制封装体53形成为一体，电极端子54a、54b、54c分别一体地形成在金属制封装体53。电极端子54b电连接在金属制封装体53上，为光半导体装置50的接地端子。并且，电极端子54a为向光半导体装置50注入电流用的电极端子，从电极端子54a对电极端子54b(接地端子)施加正电压。该电极端子54a通过导电性电线55与半导体激光芯片31连接在一起。
本案发明者们对图6所示的光半导体装置50的初期特性的均匀性和烧附初期的动作电流值的变化进行了调查。具体地说，使电极端子54a、54b电连接，向半导体激光芯片31注入了电流。使光半导体装置50输出了波长为650nm带的、波形光输出为250mW的激光56。由于施加在半导体激光芯片31的残留应力施加在一定的方向上且一定的范围内，因此批量内的多个半导体激光呈现出相同的初期特性值，并且烧附初期的动作电流值呈现出均匀的变化。
(第三实施例)图7示出了本发明的第三实施例的光半导体装置60的结构的概要结构图。图7(a)为示出了将安装在光半导体装置60的封装体上部的罩(无图示)取下后的状态的模式图，图7(b)为图7(a)所示的VIIB-VIIB线的剖面图。
图7(a)所示的光半导体装置60为这样的光集成装置，包括半导体激光芯片21、受光元件62、受光信号的处理电路(无图示)、反射镜63、衍射晶格(无图示)、受光元件芯片64、封装体65、硅衬底66和电极端子67、67、…。在该光半导体装置60中，受光元件芯片64被设置在硅衬底66上，受光元件62及受光信号的信号处理电路通过焊剂而粘结在受光元件芯片64上。并且，受光元件芯片64通过导电性膏而粘结在封装体65上。
对光半导体装置60的动作加以说明。首先，在向封装体65的电极端子67、67、…注入电流之后，半导体激光芯片21驱动，射出激光69。该激光69平行于(图7(b)所示的L1)受光元件芯片64的表面射出，在反射镜63的反射点68反射，向上方(图7(b)所示的L2)垂直射出，即，从光半导体装置60射出。从光半导体装置60射出的激光69在读取了光磁盘上的信号之后，返回到光半导体装置60，被粘结在封装体65的封装体上部的衍射晶格(无图示)分支，由受光元件61接收。受光元件61对接收的光信号进行放大及运算，将放大及运算后的光信号输入到受光信号的处理电路中。
本案发明者们向电极端子67、67、…注入电流后，光半导体装置60输出了波长为650nm带的、波形光输出为300mW的激光69。由于施加在半导体激光芯片21的残留应力施加在一定的方向上且一定的范围内，因此批量内的多个半导体激光呈现出相同的初期特性值，烧附初期的动作电流值呈现出相同的变化。
虽然对图7(a)所示的光半导体装置60省略了详细的说明，但是如图7(b)所示，半导体激光芯片21朝上弯曲为凸起的形状。并且，焊剂层24是光轴方向的中央部24b的厚度比光轴方向的两端部24a、24c的厚度大，且光轴方向的中央部24b的锡多于光轴方向的两端部24a、24c的锡。
(第四实施例)图8为示出了本发明的第四实施例所涉及的光半导体装置70的结构图，图8(a)为其上表面图，图8(b)为图8(a)所示的VIIIB-VIIIB线的剖面图。
在本实施例所涉及的光半导体装置70中，半导体激光芯片71具有元件本体75和突起部76、76。元件本体75朝上弯曲为凸起的形状，画出曲率半径为r2且中心角度为θ2的弧，为上述第一实施例所述的半导体激光芯片21。并且，半导体激光芯片71的端面75b、75c分别成为谐振器的反射镜。
各突起部76设置在元件本体75的上表面的周缘部，如图8(a)所示，设置为沿着构成元件本体75的上表面的边中的短边方向延伸。在本实施例中，由于激光22沿着构成元件本体75的上表面的边中的长边方向射出，因此各突起部76沿着构成元件本体75的上表面的边中的大致垂直于光轴方向的方向延伸。并且，各突起部76的上表面76a的一部分存在于半导体激光芯片21中的最朝上弯曲的部分之上。
并且，最好各突起部76是通过镀金形成，最好由热传导率为元件本体的热传导率以上的材料构成。并且，最好形成为图8中的左右方向的长度为100μm，图8中的进深为300μm，厚度为5μm。
在本实施例中，也与上述第一实施例一样，准备了弯曲量Δb2的平均值为-0.12μm的批量、弯曲量Δb2的平均值为0.3μm的批量、和弯曲量Δb2的平均值为0.5μm的批量，并且，分别对属于各批量的多个光半导体装置的初期动作电流值进行了调查。得到了与上述第一实施例一样的结果。
并且，将图8(a)及图8(b)所示的光半导体装置70安装在金属制封装体中，制作了图7所示的装置，对初期特性和烧附初期的动作电流值的变化进行了调查，结果是初期特性值及动作电流值的变化在批量内相同。
其次，示出了本实施例的光半导体装置70的制造方法。
首先，在子安装台23的上表面23a设置焊剂。
其次，例如，让平夹头(collet)接触到半导体激光芯片71的突起部76、76，夹住半导体激光芯片71。
接着，在让平夹头接触到半导体激光芯片71的突起部76、76的状态下，加热平夹头。同时，从下方加热子安装台23，对整个半导体激光芯片71进行加热。由于焊剂因该加热而溶化，因此半导体激光芯片71压在溶化的焊剂上。
接着，停止对平夹头的加热及从下方对子安装台23的加热，让焊剂固化。
此时，半导体激光芯片71的热所逃走的路径有两条，从半导体激光芯片71经由焊剂层24，向子安装台23逃走的第一路径；和从半导体激光芯片71经由突起部76、76，向平夹头逃走的第二路径。这里，由于半导体激光芯片71中的光轴方向的两端部与光轴方向的中央部不同，一部分接触到空气，因此冷却速度较快。光轴方向的半导体激光芯片71的两端部比光轴方向的半导体激光芯片71的中央部早冷却。并且，由于焊剂在固化的同时，收缩，因此光轴方向的半导体激光芯片71的两端部被子安装台23侧拉伸。能够认为结果是使半导体激光芯片71朝上弯曲为凸起的形状。
如上所述，焊剂从光轴方向的两端部24a、24c向中央部24b依次固化的现象，在使用由金和锡构成的焊剂时较为显著。另外，本案发明者们用XMA法对焊剂层24进行了分析，确定了锡的比例是光轴方向的中央部24b的锡的比例比光轴方向的两端部24a、24c的锡的比例高。
(第五实施例)图9示出了本发明的第五实施例所涉及的光半导体装置80的概要结构图。图9(a)为从上方来看本实施例的光半导体装置80的概要结构图，图9(b)为图9(a)所示的IXB-IXB线的剖面图。
在本实施例中，如图9(b)所示，与上述第一实施例一样，半导体激光芯片81朝上弯曲为凸起的形状，具体地说，朝上弯曲为凸起的形状，画出曲率半径为r3、中心角度为θ3的弧。
并且，在本实施例中，如图9(a)及图9(b)所示，半导体激光芯片81具有元件本体75和突起部86、86。但是，突起部86、86分别设置在比上述第四实施例靠半导体激光芯片81的上表面的中央的位置。这样一来，在对主要衬底进行切割，同时制造多个光半导体装置80、80、…时，与上述第四实施例相比，较易切割。
另外，如上所述，本案发明者们还对本实施例所涉及的光半导体装置80的性能进行了确认，这里，对其详细内容加以省略。
即，将波长为650nm带的AlGaInP类材料用作半导体激光芯片81，来制作输出红色激光的光半导体装置80，对其初期特性及光半导体装置80的可靠性和弯曲量Δb3的关系进行了调查，得到了与上述第一实施例所获得的结果大致相同的结果。
并且，将图9(a)及图9(b)所示的光半导体装置80安装在金属制封装体中，制作了图7所示的装置，对初期特性和烧附初期的动作电流值的变化进行了调查，结果是初期特性值及动作电流值的变化在批量内相同。
(其它实施例)上述第一到第五实施例也可以为下述结构。
将波长为780nm带的AlGaAs类半导体激光装置及波长为650nm带的AlGaInP类半导体激光装置用作光半导体装置加以了说明，只要是能够用在重写型光磁盘中的高输出半导体激光装置，也可以使用蓝色激光装置及紫外光激光装置。并且，也可以将发出两波长激光和三波长激光等多波长激光的装置用作光半导体装置。
半导体激光芯片可以形成为单片，也可以是将多个芯片混合安装在一起。并且，半导体激光芯片为发光元件的一个例子，也可以用端面发光型发光二极管芯片来代替半导体激光芯片。
使各突起部由金构成，也可以由热传导率与发光元件的热传导率大致相同的金属和半导体构成。并且，各突起部也可以是通过加工发光元件的材料而成。当将波长为650nm带的AlGaInP类半导体构成的激光芯片用作半导体激光芯片时，子安装台由GaAs构成。因此，也可以对由GaAs构成的衬底进行蚀刻，来形成突起部。
(产业上的利用可能性)本发明提供一种使施加在半导体激光芯片上的残留应力施加在所希望的方向上且一定的范围内，来提高半导体激光的性能和可靠性，提高批量生产性的光半导体装置，对光通讯及光磁盘的设备和系统等有用。
权利要求
1.一种光半导体装置，其特征在于包括发光元件，基台，在上表面安装有上述发光元件，以及连接层，夹在上述基台的上表面与上述发光元件的下表面之间；上述发光元件，朝上弯曲为凸起的形状。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于上述发光元件，弯曲为曲率半径为250mm以上且22500mm以下。
3.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于上述连接层，含有金及锡。
4.根据权利要求3所述的光半导体装置，其特征在于上述发光元件，发出与上述基台的上述上表面大致平行地传播的光；上述连接层中的锡对于金的比例，是上述发光元件发出的光的光轴方向的中央部的比例高于上述光轴方向的端部的比例；在上述光轴方向的上述中央部，锡的存在多于金的存在。
5.根据权利要求3所述的光半导体装置，其特征在于上述连接层中的锡的含有率，在用重量比换算时，大于上述连接层中的金的含有率。
6.根据权利要求3所述的光半导体装置，其特征在于上述发光元件，发出与上述基台的上述上表面大致平行地传播的光；上述连接层的厚度，是上述发光元件发出的光的光轴方向的中央部的厚度大于上述光轴方向的端部的厚度；在上述光轴方向的中央部，锡的存在多于金的存在。
7.根据权利要求3所述的光半导体装置，其特征在于在上述基台的上述上表面的中央部形成有凹部；上述连接层，设置在上述基台的上述上表面中的没有形成上述凹部的部分，且填充了上述凹部；锡对于金的比例，是上述凹部内的比例高于上述基台的上述上表面中的没有形成上述凹部的上述部分的比例。
8.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于上述发光元件，具有朝上弯曲为凸起形状的板状元件本体、和设置在上述元件本体上表面的周缘部的突起部；上述突起部的上表面的至少一部分，存在于上述元件本体中的位于最上方的部分的上表面之上。
9.根据权利要求8所述的光半导体装置，其特征在于上述元件本体，从上方来看，是矩形；上述突起部，在与上述元件本体发出的光的光轴方向大致垂直的方向上延伸。
10.根据权利要求8所述的光半导体装置，其特征在于上述突起部的热传导率，在上述元件本体的热传导率以上。
11.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于上述基台，为硅衬底。
12.根据权利要求11所述的光半导体装置，其特征在于在上述硅衬底的上表面，安装有受光元件、电路元件及反射镜中的至少之一。
13.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于上述基台，由散热性高于上述发光元件的散热性的金属或半导体构成。
14.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于在上述发光元件内部的、与上述上表面相比、靠近于下表面的位置上，形成有发出光的活性层。
15.根据权利要求1或8所述的光半导体装置，其特征在于上述发光元件，为半导体激光芯片或端面发光型发光二极管芯片。
全文摘要
本发明公开了一种光半导体装置。目的在于提供一种使施加在半导体激光芯片的残留应力施加在所希望的方向上且一定的范围内，以提高半导体激光的性能、可靠性，提高批量生产性的光半导体装置。本发明的光半导体装置20，包括半导体激光芯片21、安装半导体激光芯片21的基台23、和夹在基台23的上表面与半导体激光芯片21的下表面之间的焊剂层24。半导体激光芯片朝上弯曲为凸起的形状。
文档编号H01S5/12GK101039014SQ20071000540
公开日2007年9月19日 申请日期2007年2月8日 优先权日2006年3月15日
发明者吉川则之, 南尾匡纪, 石黑永孝, 中西秀行, 石田裕之, 富田佳宏, 福田敏行 申请人:松下电器产业株式会社