JP2006013436A - 窒化物半導体レーザ装置、その製造方法およびその組み立て装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒化物半導体レーザ素子の共振器端面での黒色化を防止するとともに、黒色化による窒化物半導体レーザ素子の発光強度の低下または寿命の低下を抑制すること
【解決手段】 本発明は、共振器端面を有しかつ４２０ｎｍ以下の波長を発光させることができる窒化物半導体レーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子を備えるステムと、を含む窒化物半導体レーザ装置において、窒化物半導体レーザ素子は、ステムに接合したキャップ内部に封入されており、キャップ内部の雰囲気は、露点−３０℃以下であり、かつ該雰囲気内の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置に関し、より詳細には、窒化物半導体レーザ素子がキャップ内に封止された雰囲気に特徴を有する窒化物半導体レーザ装置、その製造方法およびその組み立て装置に関する。

従来、真空環境下または高圧環境下において設置可能な半導体レーザ装置が、下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１に記載の半導体レーザ装置よれば、次のとおりである。すなわち、図４を参照して、特許文献１に記載の半導体レーザ光源は、レーザ光を出射する半導体レーザチップ４１と、半導体レーザチップ４１を端部に備えるヒートシンク４２、ヒートシンク４２の底面が接合されたステム４３、半導体レーザチップ４１から出射したレーザ光強度をモニタするためにステム４３上に配置された光検出素子４４などから成る。ステム４３の反対側の面にはＧＮＤ用、半導体レーザ駆動用、光検出素子用の電極リード線４７が取り付けられており、ＧＮＤ用電極はステムに、半導体レーザ駆動用と光検出素子用電極は、非図示のワイヤーボンディングによって各々半導体レーザチップ４と光検出素子４４に接合され導通している。

当該半導体レーザ光源において、図４に示した半導体レーザ光源では、半導体レーザチップ４１、ヒートシンク４２、光検出素子４４、および電極リード線４７を除くステム４３の全部が合成樹脂等の光透過性可塑性物質４９でモールディングした構造となっている。このようなパッケージング形態にすれば、パッケージング形態における、キャップ、カバーガラス等の強度的に脆弱な部分が無いため、半導体レーザチップ４１を、真空環境下、あるいは高圧環境下に設置することができるようになる旨記載されている。

また、下記特許文献１の半導体レーザ装置において、上記光透過性可塑性物質によるキャップの内部雰囲気を、不活性ガス雰囲気でキャップにより封止されていることが記載され、これにより、半導体レーザ装置を、真空環境下、あるいは高圧環境下に設置することができるようになる旨記載されている。

しかしながら、上記特許文献１の半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子として窒化物半導体レーザ素子を用いた場合、当該レーザ素子における共振器端面で黒色化し、当該黒色化が窒化物半導体レーザ素子の発光強度の低下または寿命の低下をもたらし、問題である。
特開平１０−３１３１４７号公報

本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、窒化物半導体レーザ素子の共振器端面での黒色化を防止するとともに、黒色化による窒化物半導体レーザ素子の発光強度の低下または寿命の低下を抑制することができる半導体レーザ装置、その製造方法およびその組み立て装置を提供することである。

本発明の１つの局面によれば、共振器端面を有しかつ４２０ｎｍ以下の波長を発光させることができる窒化物半導体レーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子を備えるステムと、を含む窒化物半導体レーザ装置において、窒化物半導体レーザ素子は、ステムに接合したキャップ内部に封入されており、キャップ内部の雰囲気は、露点−３０℃以下であり、かつ該雰囲気内の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。

好ましくは、雰囲気が１．３ｋＰａ以下である。

好ましくは、雰囲気中に、ヘリウムが含有されている。

好ましくは、雰囲気中に、窒素が含有されている。

好ましくは、雰囲気の圧力が１００ｋＰａよりも高い。

好ましくは、キャップは窓を備え、窓の厚さが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

好ましくは、キャップと前記ステムとの接合が、金属を介して接合されている。

好ましくは、窒化物半導体レーザ装置は、窒化物半導体レーザ素子を備えたヒートシンクがキャップ内部にさらに設けられている。

好ましくは、窒化物半導体レーザ装置は、窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光を検出するための光検出素子がキャップ内にさらに設けられている。

本発明の別の局面によれば、上記のいずれかの窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置であって、組み立て装置は、組み立て装置の内部を大気開放せずに、組み立て装置の内部に投入された窒化物半導体レーザ装置を組み立てることができる機構と、組み立て装置の内部を真空にするための真空機構と、組み立て装置の内部を所定の雰囲気ガスに置換するためのガス導入機構と、ガスを組み立て装置の内部から外部に排気するためのパージ機構とを、備え、組み立て装置の内部の酸素濃度および露点濃度を検出するための計測機構が設けられていることを特徴とする組み立て装置が提供される。

好ましくは、組み立て装置の内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点濃度は、窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度とそれぞれ同一である。

好ましくは、組み立て装置の内部の圧力は、窒化物半導体レーザ装置の仕様値の封入圧力よりも陰圧または陽圧である。

好ましくは、組み立て装置の内部の酸素濃度は、窒化物半導体レーザ装置に封入される酸素濃度よりも低い。

好ましくは、組み立て装置の内部の露点温度は、窒化物半導体レーザ装置に封入される露点温度よりも低い。

本発明のさらに別の局面によれば、上記のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置を用いて、窒化物半導体レーザ装置を組み立て装置の内部に取り込み、組み立て装置の内部を大気開放せずに窒化物半導体レーザ装置を組み立てる工程を包含する、窒化物半導体レーザ装置の製造方法が提供される。

好ましくは、組み立て装置の内部を真空にする工程と、組み立て装置の内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点濃度を、窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度とそれぞれ同一にする工程をさらに含む。

好ましくは、組み立て装置の内部を真空にする工程と、組み立て装置の内部の圧力を、窒化物半導体レーザ装置の仕様値の封入圧力よりも陰圧または陽圧にする工程をさらに含む。

好ましくは、組み立て装置の内部の酸素濃度を、窒化物半導体レーザ装置に封入される酸素濃度よりも低くする工程をさらに含む。

好ましくは、組み立て装置の内部の露点温度を、窒化物半導体レーザ装置に封入される露点温度よりも低くする工程をさらに含む。

好ましくは、組み立て装置の内部の酸素濃度および露点濃度を測定する工程をさらに含む。

本発明の窒化物半導体レーザ装置によれば、４２０ｎｍ以下の短波長の光を発光する窒化物半導体レーザ素子（レーザチップおよびスーパールミネッセントダイオード）の共振器端面において、時経変化に伴って共振器端面が黒色化するのを防止し、前記黒色化による窒化物半導体レーザ素子の発光強度の低下あるいは寿命の低下を抑制することができる。

本発明の窒化物半導体レーザ装置によれば、共振器端面を有しかつ４２０ｎｍ以下の波長を発光させることができる窒化物半導体レーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子を備えるステムと、を含む窒化物半導体レーザ装置において、窒化物半導体レーザ素子は、前記ステムに接合した前記キャップ内部に封入されており、キャップ内部の雰囲気は、露点−３０℃以下であり、かつ該雰囲気内の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。

以下、本発明の窒化物半導体レーザ装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。なお、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面を有しかつ４２０ｎｍ以下の波長を発光させることができる窒化物半導体レーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子を備えるステムとを基本的に含むものであるが、より好ましくは図１に示す態様とすることができる。

図１において、本発明の窒化物半導体レーザ装置１０は、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子１１と、該窒化物半導体レーザ素子を端部に備えるヒートシンク１２と、該ヒートシンク１２の底面と接合したステム１４と、該ステム１４上に設置された、前記窒化物半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光の強度を観察するための光検出素子１３と、前記窒化物半導体レーザ素子１１、前記ヒートシンク１２および前記光検出素子１３をその中に封止するためのキャップ１５とを含み、当該キャップ１５内部の空間には、封入雰囲気１８が封止されている。

なお、図１においては、ヒートシンク１２とステム１４とが別個になっているが、これらが一緒になって一体型となっていてもよい。しかし、窒化物半導体レーザの高出力化に伴ってさらに高い放熱性が望まれており、図１のように熱が溜まりやすい窒化物半導体レーザ素子近傍にのみ熱伝導性の高い材料からなるヒートシンク部を設けることによって、コストを下げながらかつ放熱性の向上を図ることが可能である。この目的において、ヒートシンク１２はステム１４と異なる材料で、かつ、Ｃｕ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ａｌ、ＡｌＮまたはＦｅからなる材料のうち少なくとも１つ以上の材料を含有することが好ましい。

また、図１において窒化物半導体レーザ素子とヒートシンクとが直接接合されるが、窒化物半導体レーザ素子とヒートシンクとの間にサブマウントを介して接合されてもよい。当該サブマウントとしては熱伝導性の良好なＳｉＣ、ＡｌＮを含有するものが好ましい。たとえば、ＳｉＣの微結晶にバインダベリリウム酸化物を加えて焼結したものを用いることができる。

また、光検出素子１３は、キャップ内部に存在しても存在しなくてもよいが、キャップ内部に存在していることが好ましい。

また、前記ステム１４には、電極リード線１７が取り付けられており、前記キャップ１５には、前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を取り出すための窓１６が設けられている。

本発明において、窒化物半導体レーザ素子１１は、共振器端面を有し、さらに４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を発光させることができるものであれば、特に限定されないが、具体的には窒化物半導体レーザダイオードまたは窒化物半導体スーパールミネッセントダ
イオードなどを用いることができる。

本発明において、上記窒化物半導体レーザ素子１１は、従来の技術において説明したような半導体レーザ装置の環境において使用する場合において、所望の駆動電圧および駆動電流を設定して駆動させると、時間の変化とともに、当該窒化物半導体レーザ素子１１の共振器端面が黒色化してしまう。この現象は、長波長（たとえば、６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）の波長を発光する高出力のレーザで生じる端面の劣化（たとえば、瞬時光学損傷（ＣＯＤ））とは異なり、端面劣化が問題とされないはずの低出力（３０ｍＷ以下）において生じている。また、当該黒色化の原因は、詳細には明らかになってはいないが、当該黒色化の部分を本発明者らが調査したところ、酸素、シリコンおよび炭素などの元素が検出され、この結果から、４２０ｎｍ以下の短波長の光が出射される共振器端面の部分において、封入雰囲気中に存在していた水分または酸素がイオン化され、周囲に存在する不純物が前記イオンにより共振器端面に吸着させられて、発生したと推定される。

また、黒色化された部分において検出されたシリコンは、上記イオンが、窒化物半導体レーザ素子を形成している物質、たとえば、ＳｉＯ_２などのＳｉ原子を解離させ、これにより生じたＳｉ原子が不純物として発生し、上述したようにイオンにより共振器端面に吸着させられたものであると考えられる。

このような窒化物半導体レーザ素子の共振器端面における黒色化により、発光強度の低下および装置の寿命の低下をもたらしてしまうものである。

本発明において、上記共振器端面における黒色化の問題を解決するために、キャップ内の封入雰囲気１８について、露点を−３０℃以下にし、かつ酸素濃度を雰囲気全体に対して１００ｐｐｍ以下にすることにより、上記黒色化の問題を解決することができたものである。ここで、露点が−３０℃を超えると、上記黒色化が問題となる水分濃度がキャップ内に充満してしまうという理由のため好ましくない。より好ましくは、露点が−４０℃以下であり、さらに好ましくは−６０℃以下である。

また、本発明において、酸素濃度が１００ｐｐｍを超えると、黒色化に影響を与える程度の酸素濃度がキャップ内に充満してしまうという理由のため好ましくない。より好ましくは、１０ｐｐｍ以下である。

本発明において、このように露点および酸素濃度を設定することにより、窒化物半導体レーザ素子から出射される短波長の光によってイオン化される水分および酸素の量が減少され、共振器端面における黒色化を防止することができる。さらに、黒色化が防止されることにより、窒化物半導体レーザ素子における発光強度の劣化および寿命の短命化を防止することができる。

本発明において、キャップ内の封入雰囲気を、露点−４０℃以下にし、かつ酸素濃度１００ｐｐｍ以下にすると、（黒色化数／全レーザ素子数）×１００の値が、約１５％低下し、また、露点を−６０℃以下にし、かつ酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にすると、上記値は約１０％程度に低減することができ、これにより発光強度の劣化防止と装置の長寿命化を達成することができる。

ここで、上記黒色化数とは、窒化物半導体レーザ素子のレーザ出射側共振器端面が黒く変色して、頓死してしまった素子のことであり、初期不良を選別する目的で行われるエージング試験で不良になった素子の端面を光学顕微鏡で観察することにより測定することができる。また、全レーザ素子数とは、前記エージング試験に投入した全素子の数のことである。また、上記式（黒色化数／全レーザ素子数）×１００の値は、窒化物半導体レーザ
素子の共振器端面が黒色化により不良になった割合という技術的意義を有する。

本発明において、封入雰囲気１８を１．３ｋＰａ以下、より好ましくは１３０Ｐａ以下の真空にすることが好適である。このような圧力に設定することによって、短波長の光によってイオン化される媒体が共振器端面の周りに存在し得なくなるために、より顕著に共振器端面の黒色化を防止することができる。その際、窓１６の厚みが従来の０．３ｍｍでは耐久性に乏しいため、０．５ｍｍ以上にすることが好ましい。これより、十分な耐久性を確保することができる。なお、窓での光の吸収により、窓１６の厚みは１．０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、キャップ１５の内側は外側に比べて減圧であるため、気密が保てるようなパッケージ機構が必要となる。たとえば、図２に示すようにキャップ１５の穴２０よりも窓１６を大きくし、かつキャップ１５の外側から窓１６を設置させる。また、ステム１４とキャップ１５との間に金属を介入させることによってより機密性を向上させることができる。このとき金属はステム１４とキャップ１５との間の隙間を埋めるように変形させられる。そのため、当該金属は変形が容易なニッケルが好ましい。なお、図２は、窓付近のキャップの構造を示す概略断面図である。

また、本発明において、封入雰囲気１８を、露点−３０℃以下、かつ酸素濃度１００ｐｐｍ以下にすることに加えて、ヘリウム、アルゴンまたは窒素などで封入することが好ましい。これによって、共振器端面の黒色化を防止することができる。ヘリウムやアルゴンは不活性ガスであるためにイオン化されにくい特徴があるからである。また、ヘリウムは熱伝導率が非常に良く、窒化物半導体レーザ素子の放熱媒体としても作用するため非常に好ましい。これは、共振器端面部分で発生する熱を放熱し、熱劣化を防止する作用がある。加えて、封入雰囲気がヘリウムであるかまたは上述のような真空であると、従来の大気または窒素の雰囲気と比較して、窒化物半導体レーザ素子が発する短波長の光の吸収が小さいため、発光強度が多少強くなるので好適である。

また、図１に示すようにヒートシンクとステムとが別個に形成されている場合において、封入雰囲気１８としてヘリウムを用いると、放熱に関して当該別個の形成と封入雰囲気として用いるヘリウムとが相乗効果を発揮し、より放熱性が効果的となる。

本発明において、キャップ内の封入雰囲気を、窒素で封入する利点は安価である点である。ただし、窒素は吸湿性があることから露点に十分注意する必要があり、本発明において記載しているように露点を−３０℃以下、より好ましくは−４０℃以下、さらに好ましくは−６０℃以下に設定することが重要である。

本発明において、封入雰囲気１８をヘリウム、アルゴンまたは窒素のいずれか１つ以上とする際、封入雰囲気１８中の圧力は１００ｋＰａ以上にすることが好ましい。これによって、キャップ１５内にこれらのガスを封入する際、意図しない不純物やガスがキャップ１５内に流れ込むことを防止することができる。１００ｋＰａ未満であると、キャップ１５内の圧力が外気に比べて負圧になるため、外気をキャップ１５内に引き込む可能性があるため好ましくない。

その際、キャップ１５の内側は外側に比べて加圧であるため、気密が保てるようなパッケージ機構が必要となる。たとえば、図３に示すように、キャップの穴２０よりも窓１６を大きくしかつキャップ１５の内側から窓１６を設置させる。図３は、窓付近のキャップの構造を示す概略断面図である。あるいは、ステム１４とキャップ１５との間に金属を介入させることによって機密性を向上させることができる。このとき金属はステム１４とキャップ１５との間の隙間を埋めるように変形可能である。このような金属としてはニッケルが好ましい。

本実施形態において、窒化物半導体レーザ素子１１とヒートシンク１２とが直接接合させる旨の模式図が図１に示されているが、窒化物半導体レーザ素子１１とヒートシンク１
２との間にサブマウントを介して接合されていてもよい。

本発明において、窒化物半導体レーザ装置を組み立てるための組み立て装置について説明する。図８は本発明の窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置の概略断面図である。まず、窒化物半導体レーザ装置１０を投入口８２を介してその組み立て装置内部に投入する。前記組み立て装置は、組み立て機構８１を有し、当該組み立て機構８１は、たとえば、グローブボックスのような組み立て装置内部を大気開放せずとも前記組み立て装置内部に投入された窒化物半導体レーザ装置１０を組み立てることができる機構である。また、前記組み立て装置は、その内部が所望の圧力、所望の雰囲気ガスの種類、所望の酸素濃度および所望の露点温度に到達できるように、当該組み立て装置内部を真空にひくための真空機構８３と、所望の雰囲気ガスに装置内部を充填するためのガス導入機構８４とそのガスを装置内部から外部に排気するためのパージ機構８５を備える。真空機構８３の例としては真空ポンプを用いることができるがこれに限定されない。図８の矢印は当該ガス導入機構８４とパージ機構とによって調節されるガスの流れ方向を示している。また、本発明の組み立て装置は、当該装置内部の酸素濃度および露点温度を検出するための計測機構８６が少なくとも備えられている。当該計測機構８６は、酸素濃度計８７、露点計８８、圧力計８９を含む。なお、図８において説明してない符号は上述と同一である。

次に、前記組み立て装置内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度は、上記で述べられた窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度と同一にすることができる。このことによって、前記組み立て装置内部で窒化物半導体レーザ装置を組み立てるだけで、上述したキャップ内の雰囲気を達成することができる。

また、前記組み立て装置内部の圧力は、窒化物半導体レーザ装置が図２で示す機構を含む場合、窒化物半導体レーザ装置の仕様値の封入圧力よりも陰圧にすることが好ましい。これにより、本発明の窒化物半導体レーザ装置のキャップ内の圧力が仕様値を満足せずに不良品となる数を減らすことができる。また、窒化物半導体レーザ装置において図３で示す機構を望む場合、窒化物半導体レーザ装置の仕様値よりも加圧にすることが好ましい。このことによって、本発明の窒化物半導体レーザ装置のキャップ内の圧力が仕様値を満足せずに不良品となる数を減らすことができる。

また、前記組み立て装置内部の酸素濃度は、製造する窒化物半導体レーザ装置に所望される封入酸素濃度よりも低く設定することが好ましい。このことによって、窒化物半導体レーザ装置において所望の酸素濃度を満足して確実に組み立てることができる。

さらに好ましくは、前記組み立て装置内部の露点温度は、製造する窒化物半導体レーザ装置に所望される封入露点温度よりも低く設定することが好ましい。このことによって、窒化物半導体レーザ装置において所望の露点温度を満足して確実に組み立てることができる。

（実施例１）
窒化物半導体レーザ素子として、４１０ｎｍの発振波長を有するＩｎＧａＮ系の半導体レーザを用い、上述の図１に記載のとおりに窒化物半導体レーザ装置を作製した。このとき、封入雰囲気を、露点−４０℃、酸素濃度１００ｐｐｍとした。なお、封入ガスとして窒素を１０２６６０Ｐａの圧力で封入した。上記の条件で黒色化率を測定したところ、約２０％以下であった。

なお、比較のために、図１のように光検出素子がキャップの内部に封止されている場合でなく、窒化物半導体レーザ装置の外部に光検出素子が設けられた場合を検討すと、窒化物半導体レーザ装置から発せられた強い光が集中する光検出素子の表面において、その表面が曇るという現象が生じた。光検出素子の表面が曇ると窒化物半導体レーザ装置より発せられたレーザ光を正確に検出できないという問題が発生する。

この原因は、おそらく、前記共振器端面で生じた黒色化と類似した現象だと考えている。このような曇るという現象は、長波長（たとえば、６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）の波長を発光するレーザでは見かけないことから、短波長（４２０ｎｍ以下）の光を発する窒化物半導体レーザ装置に固有の問題であると考えられる。

しかしながら、上記実施例１に記載されているように、本発明によれば、このような光検出素子の表面の曇りについては、窒化物半導体レーザ装置のキャップ内部に、窒化物半導体レーザ素子と本発明に従う封入雰囲気とともに光検出素子も封止することによって防止することができる。

（実施例２）
実施例２は、実施例１（図１）の窒化物半導体レーザ装置において、ヒートシンク１２をステム１４と一体型とした構成の場合またはステム１４に突起の部位を設けてその部位に窒化物半導体レーザ素子を支持される構成の場合を図５に示し、その他の構成およびその効果は、図１と同様である。

ヒートシンクとステムとが一体型となった場合、または、ステムの突起に部位を設け、その部位に窒化物半導体レーザ素子を支持させた場合（以後、一体型のステムと称す）、ヒートシンクとステムとは同じ材料から構成されるため、図５に示すように、ヒートシンクとステムの部位およびそれらの機能を区別することはできない。したがって図１のように、ヒートシンク１２とステム１４という区別はなく、図５に示すように、ヒートシンクとステムとを１つのステム１４としてみることができる。本実施例においてはこのような一体型ステムを用いた例について示すものである。

一体型ステム１４はステムの製造工程が簡略化できるためコストの削減に寄与できる効果がある。また、一体型ステムはその各部位毎にその機能を区別することはできないが、ステム全体をヒートシンクとして機能させるために、すなわち、放熱性を高めるために、ステムの材料をＣｕ、Ａｌ、Ｆｅなどから選択することができる。

以下、この一体型ステムを用いた本発明の窒化物半導体レーザ装置について、図５を用いて説明する。図５は、一体型ステムを用いた本発明の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。図５において、本発明の窒化物半導体装置１０は、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子１１と、該窒化物半導体レーザ素子を備えるステム１４と、該ステム１４上に設置された、前記窒化物半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光の強度を観察するための光検出素子１３と、前記窒化物半導体レーザ素子１１および前記光検出素子１３をその中に封止するためのキャップ１５とを含み、当該キャップ１５内部の空間には、封入雰囲気１８が封止されている。また、前記ステム１４には、電極リード線１７が取り付けられており、前記キャップ１５には、前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を取り出すための窓１６が設けられている。

なお、図５において窒化物半導体レーザ素子１１とステム１４とが直接接合されているが、窒化物半導体レーザ素子１１とステム１４との間にサブマウントを介して接合されてもよい。当該サブマウントとしては熱伝導性のよいＳｉＣ、ＡｌＮを含有するものが好ましい。たとえば、ＳｉＣの微結晶にバインダベリリウム酸化物を加えて焼結したものを用いることができる。

（実施例３）
実施例３は、実施例１（図１）の窒化物半導体レーザ装置において、光検出素子が無い場合の例を示し、その他の本発明の構成および効果は、実施例１または実施例２と同様である。

以下、実施例３の本発明の窒化物半導体レーザ装置について、図６を用いて説明する。図６は、光検出素子がない場合の本発明の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。図６において、本発明の窒化物半導体装置１０は、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子１１と、該窒化物半導体レーザ素子を端部に備えるヒートシンク１２と、該ヒートシンク１２の底面と接合したステム１４と、前記窒化物半導体レーザ素子１１および前記ヒートシンク１２をその中に封止するためのキャップ１５とを含み、当該キャップ１５内部の空間には、封入雰囲気１８が封止されている。また、前記ステム１４には、電極リード線１７が取り付けられており、前記キャップ１５には、前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を取り出すための窓１６が設けられている。なお、窒化物半導体レーザ素子１１とヒートシンク１２が直接接合される構成の模式図が図６に示されているが、窒化物半導体レーザ素子１１とヒートシンク１２との間にサブマウントを介して接合されても構わない。サブマウントとしては熱伝導性の良いＳｉＣ、ＡｌＮを含有するものが好ましい。例えば、ＳｉＣの微結晶にバインダベリリウム酸化物を加えて焼結したものを用いることができる。

本実施例３のような構成とした場合であっても、実施例１および２と同様の窒化物半導体レーザ素子としての効果を奏することができる。

（実施例４）
実施例４は、実施例１（図１）の窒化物半導体レーザ装置において、光検出素子が無い場合であって、かつ実施例２の一体型ステムを用いた実施例であり、その他の本発明に係わる構成および効果は、上記実施例１および２と同様である。

以下、実施例４の本発明の窒化物半導体レーザ装置について、図７を用いて説明する。
図７は、本発明の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。図７において、本発明の窒化物半導体装置１０は、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子１１と、該窒化物半導体レーザ素子を備えるステム１４と、前記窒化物半導体レーザ素子１１を中に封止するためのキャップ１５とを含み、当該キャップ１５内部の空間には、封入雰囲気１８が封止されている。また、前記ステム１４には、電極リード線１７が取り付けられており、前記キャップ１５には、前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を取り出すための窓１６が設けられている。前記ステム１４の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅなどが好ましい。なお、窒化物半導体レーザ素子１１とステム１４が直接接合される構成の模式図が図７に示されているが、窒化物半導体レーザ素子１１とステム１４との間にサブマウントを介して接合されても構わない。サブマウントとしては熱伝導性の良いＳｉＣ、ＡｌＮを含有するものが好ましい。例えば、ＳｉＣの微結晶にバインダベリリウム酸化物を加えて焼結したものを用いることができる。

本実施例にかかる窒化物半導体レーザ素子は、実施例１または実施例２と同様の効果を奏することができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置のキャップにおける窓付近の構造を示す概略断面図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置のキャップにおける窓付近の構造を示す概略断面図である。 従来の半導体レーザ装置の模式図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明の窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ 窒化物半導体レーザ装置、１１ 窒化物半導体レーザ素子、１２，４２ ヒートシンク、１３，４４ 光検出素子、１４，４３ ステム、１５ キャップ、１６ 窓、１７，４７ 電極リード線、１８ 封入雰囲気、２０ キャップの穴、４１ 半導体レーザチップ、４９ 光透過性可塑性物質、８１ 組み立て機構、８２ 投入口、８３ 真空機構、８４ ガス導入機構、８５ パージ機構、８６ 計測機構、８７ 酸素濃度計、８８ 露点計、８９ 圧力計。

Claims (20)

1. 共振器端面を有しかつ４２０ｎｍ以下の波長を発光させることができる窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子を備えるステムと、を含む窒化物半導体レーザ装置において、
   前記窒化物半導体レーザ素子は、前記ステムに接合した前記キャップ内部に封入されており、
   該キャップ内部の雰囲気は、露点−３０℃以下であり、かつ該雰囲気内の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
2. 前記雰囲気が１．３ｋＰａ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
3. 前記雰囲気中に、ヘリウムが含有されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
4. 前記雰囲気中に、窒素が含有されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
5. 前記雰囲気の圧力が１００ｋＰａよりも高いことを特徴とする、請求項３または４に記載の窒化物半導体レーザ装置。
6. 前記キャップは窓を備え、該窓の厚さが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
7. 前記キャップと前記ステムとの接合が、金属を介して接合されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
8. 前記窒化物半導体レーザ装置は、前記窒化物半導体レーザ素子を備えたヒートシンクが前記キャップ内部にさらに設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
9. 前記窒化物半導体レーザ装置は、前記窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光を検出するための光検出素子が前記キャップ内にさらに設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置であって、該組み立て装置は、
    前記組み立て装置の内部を大気開放せずに、該組み立て装置の内部に投入された窒化物半導体レーザ装置を組み立てることができる機構と、
    前記組み立て装置の内部を真空にするための真空機構と、
    前記組み立て装置の内部を所定の雰囲気ガスに置換するためのガス導入機構と、
    前記ガスを前記組み立て装置の内部から外部に排気するためのパージ機構とを、備え、
    前記組み立て装置の内部の酸素濃度および露点濃度を検出するための計測機構が設けられていることを特徴とする、組み立て装置。
11. 前記組み立て装置の内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点濃度は、前記窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度とそれぞれ同一であることを特徴とする、請求項１０に記載の組み立て装置。
12. 前記組み立て装置の内部の圧力は、前記窒化物半導体レーザ装置の仕様値の封入圧力よりも陰圧または陽圧であることを特徴とする、請求項１０に記載の組み立て装置。
13. 前記組み立て装置の内部の酸素濃度は、前記窒化物半導体レーザ装置に封入される酸素濃度よりも低いことを特徴とする、請求項１０に記載の組み立て装置。
14. 前記組み立て装置の内部の露点温度は、前記窒化物半導体レーザ装置に封入される露点温度よりも低いことを特徴とする、請求項１０に記載の組み立て装置。
15. 請求項１〜９のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、該窒化物半導体レーザ装置の組み立て装置を用いて、前記窒化物半導体レーザ装置を前記組み立て装置の内部に取り込み、該組み立て装置の内部を大気開放せずに該窒化物半導体レーザ装置を組み立てる工程を包含する、窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
16. 前記組み立て装置の内部を真空にする工程と、
    前記組み立て装置の内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点濃度を、前記窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度とそれぞれ同一にする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
17. 前記組み立て装置の内部を真空にする工程と、
    前記組み立て装置の内部の圧力を、前記窒化物半導体レーザ装置の仕様値の封入圧力よりも陰圧または陽圧にする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
18. 前記組み立て装置の内部の酸素濃度を、前記窒化物半導体レーザ装置に封入される酸素濃度よりも低くする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
19. 前記組み立て装置の内部の露点温度を、前記窒化物半導体レーザ装置に封入される露点温度よりも低くする工程をさらに含む、請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
20. 前記組み立て装置の内部の酸素濃度および露点濃度を測定する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１６、１８または１９のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。

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