JP4401337B2

JP4401337B2 - 窒化物半導体レーザ光源の製造方法および窒化物半導体レーザ光源の製造装置

Info

Publication number: JP4401337B2
Application number: JP2005255356A
Authority: JP
Inventors: 善彦谷; 淳小河; 真也石田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2006128629A

Description

本発明は、長寿命な窒化物半導体レーザ光源の製造方法、およびこのレーザ光源の製造装置に関する。

近紫外や紫外の短波長域の半導体レーザ光源は、一般に、窒化物半導体レーザチップを、レーザ光を透過するキャップの内部空間に封入することで製造されるが、製造時にキャップの内部空間へ汚染物質が侵入し、レーザチップの共振器端面に付着してレーザ特性を劣化させるという問題がある。

上記汚染物質とは炭化水素化合物やシロキサンなどを意味するものであり、大気中に含まれていたり、レーザ光源の製造過程で発生して雰囲気中に放散されたりする。このため、レーザ光源の製造中にレーザチップやキャップへ汚染物質が付着してしまい、たとえレーザチップのキャップ内への封入時に新鮮な雰囲気を用いたとしても、汚染物質がキャップ内に侵入することを避けられない。

また、レーザの駆動時には熱が発生するが、この駆動熱により、封入雰囲気中での汚染物質の対流が引き起こされるため、レーザ光、特に短波長のレーザ光を浴びてイオン化される汚染物質が多くなる。そして、イオン化された汚染物質は、レーザチップの共振器端面に集中的かつ強固に吸着して当該端面を黒色化させるため、レーザ光源の発光強度が経時的に低下する。

ここで、封入雰囲気中に浮遊する汚染物質を除去して共振器端面の黒色化を防止するため、図４で示すように、レーザ光源４７のキャップ４３内にゼオライト吸着剤４８を設ける技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１４８２０号公報（第２頁）

しかしながら、本発明者らが検討したところ、この特許文献１に記載の技術を用いても、封入雰囲気中の汚染物質を十分に吸着除去することができず、長期的に作動させると、レーザチップの共振器端面が黒色化してしまうことが判った。

本発明は、長期的に使用してもその発光強度が低下しにくい、長寿命型の窒化物半導体レーザ光源の製造方法、およびその窒化物半導体レーザ光源の製造装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するための本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとを有し、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に前記レーザチップが封入されてなる窒化物半導体レーザ光源の製造方法であって、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップを第１の雰囲気中で加熱し、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するベーキング工程と、前記ベーキング工程後に、第２の雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング工程と、を備え、前記第１の雰囲気と前記第２の雰囲気とが同一であり、且つ、不活性ガス、不活性ガスと酸素との混合ガス、あるいは水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気であり、前記ベーキング工程は、新鮮な前記第１の雰囲気を連続的に供給しつつ、加熱により発生したガスを排出する工程であり、前記ベーキング工程から前記キャッピング工程が終了するまでの間に、清浄化処理された部材が大気に暴露されることがないことを特徴とする。

上記構成であると、キャッピング工程に先んじてベーキング工程を行うことにより、ステムとキャップとからなる密閉容器の内側やレーザチップの表面から汚染物質を除去できる。しかる後、密閉容器内へレーザチップが封入されるため、レーザ光源の製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量を顕著に削減することができる。これにより、高温下で長期的に使用した場合にも、汚染物質の重合や分解に起因したレーザチップの共振器端面の黒色化が発生しにくく発光強度の経時劣化が抑制されるため、窒化物半導体レーザ光源を長寿命化できる。
また、この構成であると、レーザ光源の製造工程を通じて同一種類の雰囲気を用いるため、ガスの供給作業を簡略化でき、また複数種のガスを使い分けることに比べて安価にレーザ光源を製造することができる。
また、第１の雰囲気及び第２の雰囲気が不活性ガスであれば、第１の雰囲気及び第２の雰囲気が、ベーキング、キャッピングに悪影響を与えない。
また、レーザチップを、ステムとキャップから成る密閉容器内に封入する封入ガスである第２の雰囲気に、酸素ガスが添加されていると、レーザ光源を長期動作した場合に電気的特性などの素子特性を安定化できる。第２の雰囲気中の酸素ガス濃度は、好ましくは１００ｐｐｍ以上８０％以下とし、更に好ましくは０．１％以上４０％以下とし、もっとも好ましくは１％以上１８％以下とする。酸素ガス濃度が低すぎると、特性安定化の効果を十分に得ることができず、高すぎると酸素ガスが素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。また、ベーキング工程に用いる第１の雰囲気に、上記範囲内の酸素ガスが含まれていても、レーザ光源に悪影響を及ぼすことはない。
また、水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気は、主に、約７８％の窒素ガス（不活性ガス）と、約２１％の酸素ガスと、約１％のアルゴンガス（不活性ガス）とからなるため、不活性ガスと酸素ガスとを用いたものと同様の効果を得ることができるとともに、不活性ガスや、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いる場合に比べて、製造コストを引き下げることができる。

また、上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、前記第１の雰囲気が、不活性ガス、または不活性ガスと酸素ガスとからなり、前記第２の雰囲気が、不活性ガスと酸素ガスとからなる構成とすることができる。

上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記不活性ガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである構成とすることができる。

この構成であると、ヘリウムガスの高い熱伝導率を利用して、放熱媒体として活用することで窒化物半導体レーザチップの駆動時の熱ダメージを顕著に軽減することができる。他方、窒素ガスは他の不活性ガスと比較して安価であるため、不活性ガスにこれを使用して、レーザ光源の製造コストを下げることができる。

上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記第２の雰囲気圧が、７６０×１３３．３２２Ｐａ以下である構成とすることができる。

この構成であると、キャッピング部の内部にガスを７６０×１３３．３２２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下の圧力で充填することにより、完成後のレーザ光源における密閉容器内の圧力が大気圧以下となり、封止後のキャップの密着性を高めることができる。

上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４２０ｎｍ以下である構成とすることができる。

レーザ光源内部に汚染物質が混入している場合には、レーザ光源の発光波長が短波長であるほどレーザチップの共振器端面の黒色化が生じやすいが、この構成であるとレーザ光源の製造時に密閉容器内へ汚染物質が混入しにくいため、青色から紫外域の発光波長である４２０ｎｍ以下の極短波長系のレーザチップを用いつつも、レーザチップの共振器端面の黒色化を抑制することができる。

ここで、雰囲気温度が１００℃未満であると、有機化合物やシロキサンが十分に分解蒸発せず、レーザ光源の各構成部材表面を清浄化できない。他方、雰囲気温度が５００℃を超えると、半田窒化物半導体レーザチップに熱ダメージが発生したり、キャップやステムが熱変形したりしてしまうため、ベーキング工程では、レーザチップ、ステムまたはキャップを１００℃以上５００℃以下の範囲で加熱することが好ましい。ここで、雰囲気温度が３５０℃を超える場合には、各構成部材を接合する半田が熱溶融してレーザ光源が破損する危険性が高くなる。また、雰囲気温度を２００℃以上とすると、有機化合物やシロキサンを確実に分解蒸発させることができる。よって、ベーキング工程での加熱温度は、２００℃以上３５０℃以下とすることがさらに好ましい。

なお、ベーキングの時間は、１０分以上２４時間以下の範囲で任意に選択することができるが、例えば温度を５００℃とする場合には１０分で、３５０℃とする場合には３０分で、２００℃とする場合には２時間で、１００℃とする場合には２４時間でというように、処理温度と処理時間とがトレードオフの関係を満たすように調整する必要がある。

上記課題を解決するための本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、窒化物半導体レーザチップ、前記レーザチップを搭載するステムまたは前記レーザチップを覆うキャップを第１の雰囲気中で加熱し、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するベーキング炉と、第２の雰囲気中で、前記表面が清浄化されたレーザチップを、前記表面が清浄化されたステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング部と、前記ベーキング炉と前記キャッピング炉とを収容する主幹部と、前記主幹部内に前記第１の雰囲気を導入する導入口と、前記主幹部内のガスを排出する導出口と、を備え、前記第１の雰囲気と前記第２の雰囲気とが同一であり、且つ、不活性ガス、不活性ガスと酸素との混合ガス、あるいは水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気であることを特徴とする。

上記構成の製造装置を用いると、本発明の製造方法を容易に実現できる。

本発明によると、レーザ光源の製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量が顕著に削減されるため、レーザチップの共振器端面の黒色化を抑制してレーザ光源を長寿命化させることができる。

本発明の窒化物半導体レーザ光源の製造方法にかかる最良の形態について、以下、実施の形態１および２を例として説明する。また、あわせて、本発明の窒化物半導体レーザ光源の製造装置にかかる最良の形態についても説明する。

〔実施の形態１〕
図１は、本発明の第１の態様にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法によって作製された窒化物半導体レーザ光源の概略構造を示す断面模式図である。図１で示すように、この窒化物半導体レーザ光源１７は、発光波長４２０ｎｍ以下の窒化物半導体レーザチップ１５と、このレーザチップ１５を搭載するステム１０と、釣鐘状のキャップ１３とを有しており、キャップ１３とステム１０とが密着してなる密閉容器内に、レーザチップ１５が封入されてなるものである。なお、この実施の形態では、第１の雰囲気及び第２の雰囲気として、ともに不活性ガスを用いた例を説明する。よって、密閉容器の内部には不活性ガス（窒素ガスまたはヘリウムガス）が充填されている。

上記窒化物半導体レーザチップは、窒化物半導体レーザ素子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をいう。

キャップ１３の頭頂部には窓部１４が設けられており、この窓部１４を透過して、レーザチップ１５の前方出射レーザ光が光源外部へと射出される。また、ステム１０には光検出素子１６が設けられており、この光検出素子１６によってレーザチップ１５の後方出射レーザ光の発光量が検出され、レーザ光の射出量が一定となるようにレーザチップの駆動電圧がフィードバック調節される。

レーザチップ１５は、ステム１０から延出したチップ搭載部１１により担持されている。なお、この窒化物半導体レーザチップは、サブマウントに固定されつつステムに搭載されていてもよい。また、ステム１０を貫通して電極リード線１２が設けられており、この電極リード線１２と、レーザチップ１５や光検出素子１６とが、接続ワイヤー（図示せず）を介して導通されている。

このような窒化物半導体レーザ光源１７を、以下のようにして作製した。

まず、レーザ光源１７の構成部材である、例えば金線からなる電極リード線１２がその主面を貫通する、例えば表面が金コートされた鉄からなるステム１０と、公知の方法で作製された、共振器端面を有する発光波長４２０ｎｍ以下の窒化物半導体レーザチップ１５と、レーザ光を透過するガラスからなる窓部１４がその頭頂部に設けられた、金属製の釣鐘状のキャップ１３と、ＣＣＤ素子等の光検出素子１６と、接続ワイヤーとを準備した。なお、上記ステムでは、動作時にチップで発生する熱の放熱性を高めるため、レーザチップ１５が直接搭載される部分に、熱伝導性の高い銅を用いてもよい。

上述したレーザ光源の各構成部材を、図２の概念図で示すような、キャッピング部２１とベーキング炉２２とを内包する主幹部２０と、この主幹部２０に隣接した搬入部２３と搬出部２４とを主に備えたレーザ光源の製造装置における、ベーキング炉２２の内部に配置した後、後述するようにして各構成部材の表面を清浄化処理した（ベーキング工程）。

ここで、このレーザ光源の製造装置のさらに詳しい構造について説明する。図３で示すように、キャッピング部３１とベーキング炉３２とを収容する主幹部３０には、不活性ガス３５を主幹部内に供給する不活性ガス導入口３６と、主幹部内の雰囲気を外気へ排出する主幹部内雰囲気導出口３７とが設けられている。なお、不活性ガス導入口３６の経路上には不純物除去フィルター３８が設けられており、主幹部内への供給前に不活性ガス３５中の不純物が除去される。

主幹部３０に隣接して、一方の側面に搬入部３３が、反対側の側面には搬出部３４が設けられており、搬入部３３には搬入部内と主幹部内との導通、隔離を開閉により制御する扉３３ｂが、搬出部３４には搬出部内と主幹部内との導通、隔離を制御する扉３４ｂが設けられている。さらに、搬入部３３には外部と搬入部内との導通、隔離を制御する扉３３ａが、搬出部３４には外部と搬出部内との導通、隔離を制御する扉３４ａが設けられている。

また、搬入部３３には、不活性ガス３５を搬入部内に供給する不活性ガス導入口３３ｃと、搬入部内の雰囲気を外気へ排出する搬入部内雰囲気導出口３３ｄとが設けられ、搬出部３４には、不活性ガス３５を搬入部内に供給する不活性ガス導入口３４ｃと、搬入部内の雰囲気を外気へ排出する搬入部内雰囲気導出口３４ｄとが設けられている。なお、不活性ガス導入口３３ｃ、３４ｃの経路上には不純物除去フィルター３８が設けられており、不活性ガス３５中の不純物が除去される。

以下に、上記清浄化処理について説明する。上述したように、このベーキングによる清浄化処理とは、対象物の表面を加熱することにより、その表面に付着したシロキサン、有機化合物、水分等の汚染物をガス状に分解除去することをいう。

まず、発光波長４２０ｎｍ以下の窒化物半導体レーザチップ１５と、このレーザチップが搭載されたステム１０と、キャップ１３とを含む上記レーザ光源の各構成部材を、扉３３ａから搬入部３３の内部に入れた後、扉３３ａと扉３３ｂを閉めた密閉状態にて不活性ガス導入口３３ｃから不活性ガス３５を供給し、搬入部内の大気成分を導出口３３ｄから外気へと排出して搬入部内に不活性ガス３５を充満させた。

また、これと並行して、扉３３ｂと扉３４ｂとを閉めた密閉状態の主幹部３０の内部に不活性ガス導入口３６から不活性ガス３５を供給し、主幹部内の大気成分を導出口３７から外気へと排出して主幹部内に不活性ガス３５を充満させた。

次に、搬入部３３と主幹部３０との間の扉３３ｂを開け、レーザ光源の各構成部材を搬入部からベーキング炉３２へと移動させた後、不活性ガス下にて各構成部材を３００℃で２４時間加熱し、部材表面に付着した汚染物質をガス状に分解除去して清浄化した（ベーキング工程）。ここで、ベーキング工程中の主幹部内では、新鮮な不活性ガスの供給が連続的に行われており、またガス化した汚染物質が含まれた雰囲気は速やかに主幹部外へと排出されているため、飛散した汚染物質が主幹部内で部材表面に再付着することはない。

なお、ベーキング時の加熱温度は、１００℃以上５００℃以下の範囲で任意に選択することができる。この理由としては、雰囲気温度が１００℃未満であると、有機化合物やシロキサンが十分に分解蒸発せず、レーザ光源の各構成部材表面を清浄化できないことがあげられる。他方、雰囲気温度が５００℃を超えると、窒化物半導体レーザチップに熱ダメージが発生することや、キャップやステムが熱変形することがあげられる。ここで、雰囲気温度が３５０℃を超える場合には、各構成部材を接合する半田が熱溶融してレーザ光源が破損する危険性が高くなるため、ベーキング工程での加熱温度は、１００℃以上３５０℃以下とすることがさらに好ましい。

また、ベーキングの時間は、１０分以上２４時間以下の範囲で任意に選択することができるが、例えば温度を５００℃とする場合には１０分で、３５０℃とする場合には３０分で、２００℃とする場合には２時間で、１００℃とする場合には２４時間でというように、処理温度と処理時間とがトレードオフの関係を満たすように調整する必要がある。

また、不活性ガスとしては上述したようにヘリウムガスや窒素ガスを用いることが好ましい。この理由としては、ヘリウムガスは熱伝導率が非常に高く、放熱媒体として活用することで窒化物半導体レーザチップの駆動中の熱ダメージを顕著に軽減できることや、窒素ガスは他の不活性ガスと比較して安価であるため、不活性ガスにこれを使用するとレーザ光源の製造コストが引き下がることがあげられる。

また、レーザチップ、ステムまたはキャップのいずれか１つを、ベーキング工程における清浄化処理の対象とするだけでも、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入を一定程度に防止することができるが、汚染物質のレーザ光源内への混入を顕著に防止するには、上述のようにレーザチップ、ステムおよびキャップの全てを清浄化処理することが好ましく、密閉容器内に封入する全ての部材の表面を清浄化しておくことがさらに好ましい。なお、レーザチップをサブマウントに固定してステムに搭載する場合には、サブマウントも清浄化しておくことが好ましいのは勿論である。

上記ベーキング工程にて表面を清浄化処理したレーザ光源の各構成部材を、キャッピング部２２に移動させ、不活性ガス下にて、釣鐘状のキャップ１３の内部へ窒化物半導体レーザチップ１５を収納するようにして、キャップ１３とステム１０とを不活性ガスと共に密着封止し、図１で示すような窒化物半導体レーザ光源１７を組み上げた（キャッピング工程）。

なお、予めステム上にレーザチップを実装させたものを清浄化処理に供すると、このキャッピング工程においてレーザチップをステム上に実装する必要がなくなり、密閉容器内へのレーザチップの封入作業を単純化できるため好ましい。

また、このキャッピング工程では、主幹部内部の不活性ガスのガス圧を大気圧（７６０×１３３．３２２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ））以下に調整しておくと、密閉容器内の封入ガス圧が大気圧以下となり、封止後のキャップの密着性を高めることができるため好ましい。

次に、主幹部３０と搬出部３４との間の扉３４ｂを開け、組み上げたレーザ光源を搬出部３４の内部へと移動させた。最後に、扉３４ｂと扉３４ａとを閉めた密閉状態にて不活性ガス導入口３４ｃから不活性ガス３５を供給し、搬出部内の圧力を大気圧と同等に調整した後、扉３４ａを開いてレーザ光源を取り出した。

このようにして作製した窒化物半導体レーザ光源１７を用いて、レーザを連続駆動させる長期エージング試験を行った。ここで、エージングを加速度的に観察するため、雰囲気温度を６０℃以上に設定した。光出力を３０ｍＷとして連続駆動させたところ、３０００時間以上の駆動によっても、一定出力にてレーザ発光し続けることとともに、レーザチップの共振器端面には、レーザ特性の経時劣化の主要因である黒色化が発生していないことが見出された。一方、従来型のレーザ光源では、上記駆動条件において３０００時間も連続動作させることができず、レーザチップの共振器端面が図５で示すように黒色化１１０していることを確認した。

なお、本発明者らが検討したところ、ゼオライト吸着剤を備えた従来型のレーザ光源では、連続駆動に伴う発熱によって、一旦吸着した炭化水素化合物およびシロキサンの一部が、再度ゼオライト吸着剤から封入雰囲気中に浮遊してしまうことに加え、ゼオライト吸着剤に吸着される前にレーザ端面に付着する汚染物質が存在しているため、長寿命化が阻害されていると考えられる。

このような本実施の形態１にかかるレーザ光源の製造方法では、ステムとキャップとからなる密閉容器内へレーザチップを封入する上記キャッピング工程に先んじて、上記ベーキング工程を行うことにより、密閉容器の内側やレーザチップの表面から汚染物質が除去され、キャッピング時に密閉容器内へ封入される汚染物質量を顕著に削減することができるため、上述したような長寿命型の窒化物半導体レーザ光源を提供することができる。

また、本実施の形態１にかかるレーザ光源の製造方法では、ベーキング工程からキャッピング工程が終了するまでの間に、レーザ光源の各構成部材が大気中へ暴露されることがなく、常に気密状態の不活性ガス下に保たれるため、清浄化された部材表面に汚染物質が再付着してしまうことがない。よって、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入が確実に防止される。

ところで、キャッピング工程中に供給する不活性ガス（第２の雰囲気）としては、上記ベーキング時に供給した不活性ガス（第１の雰囲気）と種類の異なる不活性ガスを用いてもよいが、レーザ光源の製造工程を通じて同一種類の不活性ガスを用いる方が、不活性ガスの供給作業を簡略化でき、また複数種の不活性ガスを使い分けることに比べて安価にレーザ光源を製造できるため好ましい。

また、供給する不活性ガス３５としては、上述したヘリウムガスや窒素ガスに限るものではない。

以上説明したように、レーザ光源内部に汚染物質が混入している場合には、レーザ光源の発光波長が短波長であるほどレーザチップの共振器端面の黒色化が顕著に生じるが、本実施の形態１にかかるレーザ光源の製造方法であると、製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量が顕著に削減されるため、青色から紫外域の発光波長である４２０ｎｍ以下の極短波長系のレーザチップを用いつつも、レーザ光源を長寿命化することができる。

なお、レーザチップをステムとキャップから成る密閉容器内に封入する、封入ガスである第２の雰囲気に、酸素ガスが添加されていてもよい。封入ガスに酸素ガスが添加されていると、長期動作における電気的特性などの素子特性を安定化できる。第２の雰囲気中の酸素ガス濃度は、好ましくは１００ｐｐｍ以上８０％以下とし、更に好ましくは０．１％以上４０％以下とし、もっとも好ましくは１％以上１８％以下とする。酸素濃度が小さすぎると、素子特性安定化の効果を十分に得ることができず、高すぎると酸素ガスによりレーザ素子特性を劣化させるおそれがある。

また、その封入ガスは、水分濃度に関しては、水分濃度が高いと、封入雰囲気内の水分により素子特性が劣化しやすい傾向にあるため、水分濃度が低いことが好ましい。具体値としては、好ましくは水分濃度が１０００ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは４００ｐｐｍ以下であり、もっとも好ましくは１００ｐｐｍ以下である。これは、水分濃度が上記範囲にある不活性ガスを用いることにより、レーザ光源を通常使用する環境において密閉容器内に液相で存在する水分媒体量を削減して、短波長レーザ光の照射によってイオン化された水分に起因して生じることが知られている共振器端面の黒色化を防止できるためである。

これらのことを合わせて、第２の雰囲気は、不活性ガスとして窒素ガスまたはヘリウムガスを含み、酸素ガスが上記比率で混合されており、水分濃度が上記値以下であることが好ましい。

なお、上記ベーキング時に供給した不活性ガス（第１の雰囲気）および、キャッピング工程中に供給する不活性ガス（第２の雰囲気）の代わりに、ともに水分濃度が１０００ｐｐｍ以下の大気（不純物を除去したもの）を用いても同様の効果が得られた。これは、水分濃度が１０００ｐｐｍ以下の大気が、主に、不活性ガス（約７８％の窒素ガスと約１％のアルゴンガス）と、約２１％の酸素ガスからなることによるものと考えられる。この場合、不活性ガス、もしくは酸素と不活性ガスの混合ガスを用いる上記実施の形態と比較して、製造コストを引き下げることができる。

〔参考の形態２〕
本参考の形態２は、レーザ光源の各構成部材を主幹部３０へ移動させる直前の搬入部３３と、主幹部３０との内部を真空状態とする（第１の雰囲気及び第２の雰囲気を、ともに真空とする）こと以外は上記実施の形態１と同様である。よって、実施の形態１と共通する事項に関してはその説明を省略する。なお、ここでいう真空とは、雰囲気圧が１×１３３．３２２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ））以下である雰囲気中を意味する。また、製造されたレーザ光源の密閉容器内は真空となる。

搬入部３３の内部の真空化は、レーザ光源の各構成部材を扉３３ａから搬入部３３の内部に入れた後、扉３３ａと扉３３ｂを閉めた密閉状態にて搬入部内の大気成分を導出口３３ｄから外気へ排出して行った。また、これと並行して、扉３３ｂと扉３４ｂとを閉めた密閉状態にて主幹部内の大気成分を導出口３９から外気へと排出して、主幹部３０の内部を真空化した。

本参考の形態２にかかる窒化物半導体レーザ光源では、上記実施の形態１と同様に、製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量が顕著に削減されるため、紫外域の発光波長である４２０ｎｍ以下の極短波長系のレーザチップを用いつつも、レーザ光源を長寿命化することができる。さらに、密閉容器内が真空となるため、封止後のキャップの密着性が顕著に高まる。

以上説明したように、本発明によると、製造時にレーザ光源内へ汚染物質が混入しにくく、レーザチップの共振器端面の黒色化防止にも利用できるので、その産業上の利用可能性は大きい。

図１は、本発明の製造方法により製造される窒化物半導体レーザ光源の一例を示す断面模式図である。図２は、本発明のレーザ光源の製造装置の概略構成を示す模式図である。図３は、図２で示されたレーザ光源の製造装置におけるより詳しい構成を示す模式図である。図４は、従来の技術にかかる窒化物半導体レーザ光源の一例を示す断面模式図である。図５は、レーザ光射出端面が黒色化した窒化物半導体レーザチップを示す断面模式図である。

符号の説明

１０ステム
１１チップ搭載部
１２電極リード線
１３キャップ
１４窓部
１５半導体レーザチップ
１６光検出素子
１７レーザ光源
２０主幹部
２１キャッピング部
２２ベーキング炉
２３搬入部
２４搬出部
３０主幹部
３１キャッピング部
３２ベーキング炉
３３搬入部
３３ａ外部と搬入部とをつなぐ扉
３３ｂ搬入部と主幹部とをつなぐ扉
３３ｃ不活性ガス導入口
３３ｄ搬入部内雰囲気の導出口
３４搬出部
３４ａ外部と搬出部とをつなぐ扉
３４ｂ搬出部と主幹部とをつなぐ扉
３４ｃ不活性ガス導入口
３４ｄ搬出部内雰囲気の導出口
３５不活性ガス
３６不活性ガス導入口
３７主幹部内雰囲気の導出口
３８不純物除去フィルター
３９主幹部内雰囲気
４０ステム
４１チップ搭載部
４２電極リード線
４３キャップ
４４窓部
４５半導体レーザチップ
４６光検出素子
４７レーザ光源
４８ゼオライト吸着剤
１００基板
１０１窒化物半導体層
１０２活性層
１０３窒化物半導体層
１０４絶縁層
１０５正電極
１０６負電極
１１０黒色化したレーザ光出射領域

Claims

窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとを有し、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に前記レーザチップが封入されてなる窒化物半導体レーザ光源の製造方法であって、
前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップを第１の雰囲気中で加熱し、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するベーキング工程と、
前記ベーキング工程後に、第２の雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング工程と、
を備え、
前記第１の雰囲気と前記第２の雰囲気とが同一であり、且つ、不活性ガス、不活性ガスと酸素との混合ガス、あるいは水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気であり、
前記ベーキング工程は、新鮮な前記第１の雰囲気を連続的に供給しつつ、加熱により発生したガスを排出する工程であり、
前記ベーキング工程から前記キャッピング工程が終了するまでの間に、清浄化処理された部材が大気に暴露されることがない
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
前記不活性ガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである
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光源の製造方法。
前記第２の雰囲気圧が、７６０×１３３．３２２Ｐａ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４２０ｎｍ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光源の製造方法。
前記ベーキング工程において、前記レーザチップ、ステムまたはキャップを１００℃以上５００℃以下に加熱する
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光源の製造方法。
前記ベーキング工程中の雰囲気温度が２００℃以上３５０℃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光源の製造方法。
前記ベーキング工程において、前記レーザチップ、ステムまたはキャップを１０分以上２４時間以下加熱する
ことを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
前記ベーキング工程において、前記レーザチップ、ステムまたはキャップを３０分以上２時間以下加熱する
ことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
窒化物半導体レーザチップ、前記レーザチップを搭載するステムまたは前記レーザチップを覆うキャップを第１の雰囲気中で加熱し、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するベーキング炉と、
第２の雰囲気中で、前記表面が清浄化されたレーザチップを、前記表面が清浄化されたステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング部と、
前記ベーキング炉と前記キャッピング炉とを収容する主幹部と、
前記主幹部内に前記第１の雰囲気を導入する導入口と、
前記主幹部内のガスを排出する導出口と、
を備え、
前記第１の雰囲気と前記第２の雰囲気とが同一であり、且つ、不活性ガス、不活性ガスと酸素との混合ガス、あるいは水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気である
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
前記不活性ガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
前記第２の雰囲気圧が、７６０×１３３．３２２Ｐａ以下である
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４２０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体レーザ光源の製造装置。