JP4659564B2

JP4659564B2 - Semiconductor laser module, semiconductor laser stack, and manufacturing method of semiconductor laser module

Info

Publication number: JP4659564B2
Application number: JP2005255544A
Authority: JP
Inventors: 博文菅; 博文宮島; 進人影山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2007073549A

Description

本発明は、レーザ光を出射する半導体レーザモジュールと、この半導体レーザモジュールを備えた半導体レーザスタックと、この半導体レーザモジュールの製造方法とに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module that emits laser light, a semiconductor laser stack including the semiconductor laser module, and a method for manufacturing the semiconductor laser module.

従来、半導体レーザアレイは、二枚のサブマウントの間に半導体レーザ素子を挟んだ複数の半導体レーザモジュールが、ヒートシンクを挟んでスタックされた構成を有する。この半導体レーザ素子は平板状を成し、側面にはレーザ光を出射する複数のスポット状の光出射部（レーザ光の出射点）が形成されている。この半導体レーザ素子は製造過程で反りが生じるため、製造後の形状は湾曲している。 Conventionally, a semiconductor laser array has a configuration in which a plurality of semiconductor laser modules having a semiconductor laser element sandwiched between two submounts are stacked with a heat sink interposed therebetween. The semiconductor laser element has a flat plate shape, and a plurality of spot-like light emitting portions (laser light emitting points) for emitting laser light are formed on the side surface. Since this semiconductor laser element is warped during the manufacturing process, the shape after manufacturing is curved.

特許文献１に記載されている技術には、半導体レーザ素子を、二枚のサブマウントの間に挟んで加熱及び加重することにより反った湾曲形状から平板形状に矯正しつつサブマウントに接合する技術が提案されている。
特開平１１−１６３４６７号公報 The technique described in Patent Document 1 is a technique in which a semiconductor laser element is bonded to a submount while correcting the warped curved shape from a warped shape by sandwiching between two submounts and heating and weighting. Has been proposed.
JP-A-11-163467

このサブマウントは二層構造を有しており、各層は互いに異なる熱膨張係数を有する。このような層構造を有するサブマウントは、加熱されると半導体レーザ素子と同様に湾曲するため、高温で行われる接合処理中には、互いに貼り合わされる半導体レーザ素子の表面とサブマウントの表面とが略同じ曲率となり、半導体レーザ素子とサブマウントとは略面一で接触することとなる。 This submount has a two-layer structure, and each layer has a different coefficient of thermal expansion. Since the submount having such a layer structure is bent in the same manner as the semiconductor laser element when heated, the surface of the semiconductor laser element and the surface of the submount that are bonded to each other are bonded during a bonding process performed at a high temperature. Have substantially the same curvature, and the semiconductor laser element and the submount are in contact with each other substantially in the same plane.

しかし、高温で行う接合処理中に、半導体レーザ素子と同様に湾曲するサブマウントを構成するのは困難である。すなわち、サブマウントが有する各層の熱膨張係数及び厚み等を、半導体レーザ素子と同様に湾曲するように特定するのは容易ではない。故に、湾曲形状の半導体レーザ素子をサブマウントに確実に接合するのは困難であり、半導体レーザ素子の湾曲形状を平板形状に精度よく矯正することも困難である。 However, it is difficult to construct a submount that bends similarly to a semiconductor laser element during a bonding process performed at a high temperature. That is, it is not easy to specify the thermal expansion coefficient, thickness, and the like of each layer of the submount so as to be curved in the same manner as the semiconductor laser element. Therefore, it is difficult to reliably join the curved semiconductor laser element to the submount, and it is also difficult to accurately correct the curved shape of the semiconductor laser element to a flat plate shape.

本発明の目的は、半導体レーザ素子がサブマウントに確実に接合されると共に、半導体レーザ素子の湾曲形状が精度よく矯正された半導体レーザモジュールと、この半導体レーザモジュールを用いた半導体レーザスタックと、半導体レーザモジュールの製造方法とを提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser module in which a semiconductor laser element is securely bonded to a submount and the curved shape of the semiconductor laser element is accurately corrected, a semiconductor laser stack using the semiconductor laser module, and a semiconductor And a method of manufacturing a laser module.

本発明の半導体レーザモジュールは、１）レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、２）上記半導体レーザ素子に接合されている部材であり、上記半導体レーザ素子が有する二つの表面のうち接合前に反って張り出している第１の表面上に設けられた第１のサブマウントと、３）上記半導体レーザ素子の二つの表面のうち上記第１の表面とは異なる第２の表面上に接合された第２のサブマウントとを備え、上記第１のサブマウントの方が上記第２のサブマウントよりも熱膨張係数が大きい。 The semiconductor laser module of the present invention includes 1) a semiconductor laser element that emits laser light, and 2) a member that is bonded to the semiconductor laser element, and warps before bonding between the two surfaces of the semiconductor laser element. A first submount provided on the first surface that protrudes and 3) a first submount bonded to a second surface different from the first surface of the two surfaces of the semiconductor laser element 2 submounts, and the first submount has a larger coefficient of thermal expansion than the second submount.

本発明の半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザ素子を挟む第１及び第２のサブマウントの熱膨張係数が異なる。半導体レーザモジュールの製造工程において、第１及び第２のサブマウントに接合される前の半導体レーザ素子は、反った湾曲形状を有している。半導体レーザ素子の反った湾曲形状に応じて熱膨張するように第１及び第２のサブマウントの熱膨張係数を選択すれば、半導体レーザ素子を、反った湾曲形状から平板形状に精度よく矯正できるため、第１及び第２のサブマウントに確実に接合可能となる。 According to the semiconductor laser module of the present invention, the thermal expansion coefficients of the first and second submounts sandwiching the semiconductor laser element are different. In the manufacturing process of the semiconductor laser module, the semiconductor laser element before being bonded to the first and second submounts has a curved shape. If the thermal expansion coefficients of the first and second submounts are selected so as to thermally expand in accordance with the curved shape of the semiconductor laser element, the semiconductor laser element can be accurately corrected from the curved shape to the flat plate shape. Therefore, the first and second submounts can be reliably joined.

また、本発明の半導体レーザモジュールでは、上記第２のサブマウントが可撓性を有している、ことが好ましい。これにより、上記半導体レーザ素子の反った湾曲形状を、より精度よく矯正することができる。 In the semiconductor laser module of the present invention, it is preferable that the second submount has flexibility. As a result, the curved shape of the semiconductor laser element can be corrected more accurately.

また、本発明の半導体レーザモジュールでは、上記半導体レーザ素子は、上記第１の表面側又は上記第２の表面側に設けられた活性層を有しており、上記第１の表面又は上記第２の表面のうち上記活性層が設けられている側の表面上に設けられた上記第１のサブマウント又は上記第２のサブマウント上には、上記半導体レーザ素子を冷却するためのヒートシンクが設けられる、ことが好ましい。発光中の半導体レーザ素子では、主に活性層から熱が発生する。このため、この熱は、活性層が設けられている側の表面上に設けられた第１のサブマウント又は第２のサブマウントに伝導する。そして、この熱は、このサブマウント上にヒートシンクが設けられている場合には、更にヒートシンクに伝導する。このように、活性層から発生した熱は、サブマウント、更にはヒートシンクを介して効率良く除去される。 In the semiconductor laser module of the present invention, the semiconductor laser element has an active layer provided on the first surface side or the second surface side, and the first surface or the second surface. A heat sink for cooling the semiconductor laser device is provided on the first submount or the second submount provided on the surface on the side where the active layer is provided. Is preferable. In a semiconductor laser device that emits light, heat is generated mainly from the active layer. For this reason, this heat is conducted to the first submount or the second submount provided on the surface on the side where the active layer is provided. And when this heat sink is provided on this submount, this heat is further conducted to the heat sink. Thus, the heat generated from the active layer is efficiently removed through the submount and further through the heat sink.

また、本発明の半導体レーザモジュールでは、上記半導体レーザ素子は、側面に複数の光出射部が配列された半導体レーザアレイであるのが好ましい。光出射部は半導体レーザ素子の共振器構造に係る活性層の端部（活性層と光学的に連絡可能な部位）であり、このような端部（光出射部）を一定の間隔で増加させれば、半導体レーザ素子の側面の幅は広くなる。そして、半導体レーザ素子はより大きく湾曲することになる。このため、本発明はより大きな効果を奏することとなる。 In the semiconductor laser module of the present invention, the semiconductor laser element is preferably a semiconductor laser array in which a plurality of light emitting portions are arranged on a side surface. The light emitting portion is an end portion of the active layer (a portion that can optically communicate with the active layer) related to the resonator structure of the semiconductor laser element, and such an end portion (light emitting portion) is increased at regular intervals. If so, the width of the side surface of the semiconductor laser element becomes wider. The semiconductor laser element is more greatly curved. For this reason, this invention has a bigger effect.

また、本発明の半導体レーザスタックは、上記した複数の半導体レーザモジュールと、発熱体を冷却する複数のヒートシンクとを備え、上記半導体レーザモジュールと上記ヒートシンクとは交互に積層されている、ことを特徴とする。従って、半導体レーザモジュールから発生した熱がヒートシンクを介して効率良く除去可能な半導体レーザスタックが実現できる。 The semiconductor laser stack of the present invention includes the above-described plurality of semiconductor laser modules and a plurality of heat sinks for cooling the heating elements, and the semiconductor laser modules and the heat sinks are alternately stacked. And Therefore, a semiconductor laser stack in which heat generated from the semiconductor laser module can be efficiently removed via the heat sink can be realized.

また、本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子に接合されている部材であり、上記半導体レーザ素子が有する二つの表面のうち接合前に反って張り出している第１の表面上に設けられた第１のサブマウントと、上記半導体レーザ素子の二つの表面のうち上記第１の表面とは異なる第２の表面上に接合された第２のサブマウントとを備えた半導体レーザモジュールの製造方法であって、上記半導体レーザ素子の上記第１の表面と、上記第１のサブマウントの一の表面とを対向させて、上記半導体レーザ素子及び上記第１のサブマウントのうち何れか一方を他方に載置するステップと、上記第１のサブマウントよりも熱膨張係数の小さな上記第２のサブマウントを用意し、上記半導体レーザ素子の上記第２の表面と、上記第２のサブマウントの一の表面とを対向させて、上記半導体レーザ素子及び上記第２のサブマウントのうち何れか一方を他方に載置するステップと、を含む載置ステップと、前記載置ステップの後、前記半導体レーザ素子が前記第１のサブマウントと前記第２のサブマウントとにより挟まれた状態で前記半導体レーザ素子、前記第１のサブマウント及び前記第２のサブマウントを加熱して、前記半導体レーザ素子を前記第１のサブマウントと前記第２のサブマウントとに接合する加熱ステップと、を含む。 The method of manufacturing a semiconductor laser module according to the present invention includes a semiconductor laser element that emits laser light and a member that is bonded to the semiconductor laser element, and the two surfaces of the semiconductor laser element before bonding. A first submount provided on the warped first surface and a second submount bonded to a second surface different from the first surface of the two surfaces of the semiconductor laser element. A method of manufacturing a semiconductor laser module comprising a submount of the semiconductor laser device, wherein the first surface of the semiconductor laser device and one surface of the first submount face each other, and the semiconductor laser device and Preparing one of the first submounts on the other, and preparing the second submount having a smaller coefficient of thermal expansion than the first submount, The second surface of the semiconductor laser element and one surface of the second submount are opposed to each other, and one of the semiconductor laser element and the second submount is placed on the other. And after the placing step, the semiconductor laser element, the first submount and the first submount being sandwiched between the first submount and the first submount. Heating the second submount and heating the second submount to join the semiconductor laser element to the first submount and the second submount.

本発明によれば、第２のサブマウントよりも熱膨張係数が大きい第１のサブマウントの一の表面と、半導体レーザ素子の二つの表面のうち第１及び第２のサブマウントへの接合前に反って張り出している第１の表面とを対向させて、第１のサブマウントと半導体レーザ素子のうち何れか一方が他方に載置された状態で、半導体レーザ素子、第１のサブマウント及び第２のサブマウントが加熱される。この加熱処理によって半導体レーザ素子は第１及び第２のサブマウントに接合される。そして、この加熱処理後の降温過程では、第１のサブマウントの方が第２のサブマウントよりも大きく収縮することになる。よって、第１のサブマウントに接合された半導体レーザ素子の第１の表面も、第１のサブマウントの収縮に伴って第２の表面よりも大きく収縮する。このため、反った半導体レーザ素子が精度良く平板形状に矯正される。更に、第１及び第２のサブマウントの熱膨張係数を好適に選択することにより、反った半導体レーザ素子が平板形状に更に精度良く矯正できる。 According to the present invention, one surface of the first submount having a thermal expansion coefficient larger than that of the second submount and before joining the first and second submounts of the two surfaces of the semiconductor laser device. The semiconductor laser element, the first submount, and the first submount are placed in a state where one of the first submount and the semiconductor laser element is placed on the other side. The second submount is heated. By this heat treatment, the semiconductor laser element is bonded to the first and second submounts. In the temperature lowering process after the heat treatment, the first submount contracts more than the second submount. Therefore, the first surface of the semiconductor laser element bonded to the first submount also contracts more than the second surface with the contraction of the first submount. For this reason, the warped semiconductor laser element is accurately corrected to a flat plate shape. Furthermore, by suitably selecting the thermal expansion coefficients of the first and second submounts, the warped semiconductor laser element can be corrected to a flat plate shape with higher accuracy.

また、本発明の半導体レーザモジュールの製造方法では、上記載置ステップの後、上記加熱ステップに加えて、上記半導体レーザ素子が載置されていない第１のサブマウント又は上記第２のサブマウントの表面から、上記半導体レーザ素子の反りを矯正するように上記第１のサブマウント、上記半導体レーザ素子及び上記第２のサブマウントに圧力を加えて、上記半導体レーザ素子を上記第１のサブマウントと上記第２のサブマウントとに接合する加圧ステップを更に含むのが好ましい。この加圧ステップは、加熱ステップと並行して行われるか、或いは加熱ステップの後に行われる。加熱ステップに加え、この加圧ステップが行われることにより、反った半導体レーザ素子が平板形状に容易に矯正できる。 In the method of manufacturing a semiconductor laser module according to the present invention, after the placing step, in addition to the heating step, the first submount or the second submount on which the semiconductor laser element is not placed are placed. From the surface, pressure is applied to the first submount, the semiconductor laser element, and the second submount so as to correct the warp of the semiconductor laser element, and the semiconductor laser element is changed to the first submount. Preferably, the method further includes a pressurizing step for joining to the second submount. This pressurization step is performed in parallel with the heating step or after the heating step. By performing this pressurization step in addition to the heating step, the warped semiconductor laser element can be easily corrected to a flat plate shape.

本発明によれば、半導体レーザ素子がサブマウントに確実に接合されると共に、半導体レーザ素子の湾曲形状が平板形状に精度よく矯正される。 According to the present invention, the semiconductor laser element is reliably bonded to the submount, and the curved shape of the semiconductor laser element is accurately corrected to a flat plate shape.

図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。まず、図１を参照して、実施形態に係る半導体レーザモジュール１の概略構成を説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions may be omitted. First, a schematic configuration of a semiconductor laser module 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG.

半導体レーザモジュール１は、サブマウント３（第１又は第２のサブマウント）、半導体レーザ素子５、絶縁部材７及びサブマウント９（第１又は第２のサブマウント）を有する。サブマウント３は、ｙ軸方向に長尺であり、ｚ軸方向に所定の厚みを有する板形状を有する。そして、サブマウント３は、表面Ｍ１及び表面Ｍ２を有する。表面Ｍ１及び表面Ｍ２は、互いに平行な略平面形状を成している。サブマウント９は、ｙ軸方向に長尺であり、ｚ軸方向に所定の厚みを有する板形状を有する。そして、サブマウント９は、表面Ｍ３及び表面Ｍ４を有する。表面Ｍ３及び表面Ｍ４は、互いに平行な略平面形状を成している。表面Ｍ２及び表面Ｍ３上には半導体レーザ素子５及び絶縁部材７がｘ軸方向に互いに離隔して設けられている。 The semiconductor laser module 1 includes a submount 3 (first or second submount), a semiconductor laser element 5, an insulating member 7, and a submount 9 (first or second submount). The submount 3 is long in the y-axis direction and has a plate shape having a predetermined thickness in the z-axis direction. The submount 3 has a surface M1 and a surface M2. The surface M1 and the surface M2 have a substantially planar shape parallel to each other. The submount 9 is long in the y-axis direction and has a plate shape having a predetermined thickness in the z-axis direction. The submount 9 has a surface M3 and a surface M4. The surface M3 and the surface M4 have a substantially planar shape parallel to each other. On the surface M2 and the surface M3, the semiconductor laser element 5 and the insulating member 7 are provided apart from each other in the x-axis direction.

また、サブマウント３及びサブマウント９の各々は、実質的に均一な熱膨張係数を有する導電性及び熱伝導性に優れた素材によって成るのが好ましい。例えば、サブマウント３及びサブマウント９は、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、ＳｉＣ或いはＡｌＮ等の素材によって成る。Ｃｕ−Ｗ合金は、Ｃｕが１０重量パーセントでありＷが９０重量パーセントである合金（以下、Ｃｕ−Ｗ１０合金という）や、Ｃｕが１５重量パーセントでありＷが８５重量パーセントである合金（以下、Ｃｕ−Ｗ１５合金という）や、Ｃｕが２０重量パーセントでありＷが８０重量パーセントである合金（以下、Ｃｕ−Ｗ２０合金という）等が利用できる。Ｃｕ−Ｍｏ合金は、Ｃｕが１５重量パーセントでありＭｏが８５重量パーセントである合金（以下、Ｃｕ−Ｍｏ１５合金という）等が利用できる。なお、サブマウント３及びサブマウント９は、表面がめっき処理されたセラミックにより構成されたものであってもよいが、好ましくは、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金等の金属を素材として構成されたものがよい。 Each of the submount 3 and the submount 9 is preferably made of a material having a substantially uniform coefficient of thermal expansion and excellent conductivity and thermal conductivity. For example, the submount 3 and the submount 9 are made of a material such as Mo, W, Cu, Cu—W alloy, Cu—Mo alloy, SiC, or AlN. The Cu-W alloy is an alloy in which Cu is 10 percent by weight and W is 90 percent by weight (hereinafter referred to as a Cu-W10 alloy), or an alloy in which Cu is 15 percent by weight and W is 85 percent by weight (hereinafter, referred to as Cu-W10 alloy). Cu-W15 alloy), an alloy having 20% by weight of Cu and 80% by weight of W (hereinafter referred to as Cu-W20 alloy) can be used. As the Cu-Mo alloy, an alloy in which Cu is 15 weight percent and Mo is 85 weight percent (hereinafter referred to as a Cu-Mo15 alloy) can be used. The submount 3 and the submount 9 may be made of a ceramic whose surface is plated. Preferably, the submount 3 and the submount 9 are made of Mo, W, Cu, Cu—W alloy, Cu—Mo alloy, or the like. What was comprised as a raw material is good.

Ｃｕの熱膨張係数は１７．０×１０^−６／Ｋ程度である。Ｃｕ−Ｗ２０合金の熱膨張係数は８．３×１０^−６／Ｋ程度である。Ｃｕ−Ｗ１５合金の熱膨張係数は７．２×１０^−６／Ｋ程度である。Ｃｕ−Ｍｏ１５合金の熱膨張係数は７．０×１０^−６／Ｋ程度である。Ｃｕ−Ｗ１０合金の熱膨張係数は６．５×１０^−６／Ｋ程度である。Ｍｏの熱膨張係数は５．１×１０^−６／Ｋ程度である。Ｗの熱膨張係数は４．５×１０^−６／Ｋ程度である。従って、例えば、サブマウント９の熱膨張係数が、サブマウント３の熱膨張係数よりも大き場合、サブマウント５１にＣｕ−Ｗ１０合金を用いる場合には、サブマウント５２にＭｏやＷを用いることができる。また、サブマウント５１にＣｕ−Ｗ２０を用いる場合には、サブマウント５２にＭｏ等を用いることができる。 The thermal expansion coefficient of Cu is about 17.0 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of the Cu—W20 alloy is about 8.3 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of the Cu—W15 alloy is about 7.2 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of the Cu—Mo15 alloy is about 7.0 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of the Cu—W10 alloy is about 6.5 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of Mo is about 5.1 × 10 ⁻⁶ / K. The thermal expansion coefficient of W is about 4.5 × 10 ⁻⁶ / K. Therefore, for example, when the thermal expansion coefficient of the submount 9 is larger than the thermal expansion coefficient of the submount 3, when Cu—W10 alloy is used for the submount 51, Mo or W is used for the submount 52. it can. When Cu-W20 is used for the submount 51, Mo or the like can be used for the submount 52.

半導体レーザ素子５と絶縁部材７とは、共にｙ軸方向に長尺な板形状を成していると共に同程度の厚みを有する。半導体レーザ素子５の長尺な二つの側面のうち絶縁部材７に対向する側面Ｓ１の反対側の側面Ｓ２には、複数の光出射部１１が設けられており、半導体レーザ素子５は半導体レーザアレイを構成する。 The semiconductor laser element 5 and the insulating member 7 both have a plate shape that is long in the y-axis direction and have the same thickness. Among the two long side surfaces of the semiconductor laser element 5, a side surface S2 opposite to the side surface S1 facing the insulating member 7 is provided with a plurality of light emitting portions 11, and the semiconductor laser element 5 is a semiconductor laser array. Configure.

半導体レーザ素子５及び絶縁部材７は、サブマウント３の表面Ｍ２上に設けられていると共に、サブマウント９の表面Ｍ３上に設けられている。すなわち、半導体レーザ素子５及び絶縁部材７は、サブマウント３とサブマウント９との間に挟まれている。ここで、半導体レーザ素子５は、ジャンクションダウン方式に基づいてサブマウント３及びサブマウント９との間に設けられている。このジャンクションダウン方式により、活性層１１ａから発生する熱が、活性層１１ａにより近いサブマウント９に伝導することになり、半導体レーザ素子５から発生する熱の除去が効率良く行える。 The semiconductor laser element 5 and the insulating member 7 are provided on the surface M2 of the submount 3 and are provided on the surface M3 of the submount 9. That is, the semiconductor laser element 5 and the insulating member 7 are sandwiched between the submount 3 and the submount 9. Here, the semiconductor laser element 5 is provided between the submount 3 and the submount 9 based on the junction down system. By this junction down system, the heat generated from the active layer 11a is conducted to the submount 9 closer to the active layer 11a, so that the heat generated from the semiconductor laser element 5 can be efficiently removed.

次に、図２を参照して、半導体レーザモジュール１の構成について更に説明する。図２（ａ）は、図１に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられた半導体レーザモジュールの断面図であり、（ｂ）は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた半導体レーザモジュールの断面図である。 Next, the configuration of the semiconductor laser module 1 will be further described with reference to FIG. 2A is a cross-sectional view of the semiconductor laser module taken along line II shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a semiconductor taken along line II-II shown in FIG. It is sectional drawing of a laser module.

サブマウント９の表面Ｍ３は、面領域Ｅ１及び面領域Ｅ２を含む。サブマウント３の表面Ｍ２は、面領域Ｅ３及び面領域Ｅ４を含む。半導体レーザ素子５は、サブマウント９の面領域Ｅ１上に設けられていると共に、サブマウント３の面領域Ｅ３上に設けられている。すなわち、半導体レーザ素子５は、サブマウント３とサブマウント９との間に挟まれている。半導体レーザ素子５と面領域Ｅ１との間には半田部Ｈ１が介在し、半導体レーザ素子５と面領域Ｅ３との間には半田部Ｈ２が介在している。半導体レーザ素子５は、半田部Ｈ１を介してサブマウント９に固着され、半田部Ｈ２を介してサブマウント３に固着されている。半導体レーザ素子５は、側面Ｓ１と側面Ｓ２との間にわたって形成された活性層１１ａを複数有する。また、半導体レーザ素子５の側面Ｓ２に設けられた光出射部１１は、活性層１１ａの一端に相当しており、活性層１１ａと光学的に連絡可能になっている。 The surface M3 of the submount 9 includes a surface region E1 and a surface region E2. The surface M2 of the submount 3 includes a surface region E3 and a surface region E4. The semiconductor laser element 5 is provided on the surface region E1 of the submount 9 and is provided on the surface region E3 of the submount 3. That is, the semiconductor laser element 5 is sandwiched between the submount 3 and the submount 9. A solder portion H1 is interposed between the semiconductor laser element 5 and the surface region E1, and a solder portion H2 is interposed between the semiconductor laser element 5 and the surface region E3. The semiconductor laser element 5 is fixed to the submount 9 via the solder portion H1, and is fixed to the submount 3 via the solder portion H2. The semiconductor laser element 5 has a plurality of active layers 11a formed between the side surface S1 and the side surface S2. Further, the light emitting portion 11 provided on the side surface S2 of the semiconductor laser element 5 corresponds to one end of the active layer 11a, and can be optically communicated with the active layer 11a.

絶縁部材７は、サブマウント９の面領域Ｅ２上に設けられていると共に、サブマウント３の面領域Ｅ４上に設けられている。すなわち、絶縁部材７は、サブマウント３とサブマウント９との間に挟まれている。絶縁部材７と面領域Ｅ２との間には半田部Ｈ３が介在し、絶縁部材７と面領域Ｅ４との間には半田部Ｈ４が介在している。絶縁部材７は、半田部Ｈ３を介してサブマウント９に固着され、半田部Ｈ４を介してサブマウント３に固着されている。なお、半田部Ｈ１〜半田部Ｈ４は、ＩｎやＡｕＳｎ等を含む。 The insulating member 7 is provided on the surface region E2 of the submount 9 and is provided on the surface region E4 of the submount 3. That is, the insulating member 7 is sandwiched between the submount 3 and the submount 9. A solder portion H3 is interposed between the insulating member 7 and the surface region E2, and a solder portion H4 is interposed between the insulating member 7 and the surface region E4. The insulating member 7 is fixed to the submount 9 via the solder portion H3, and is fixed to the submount 3 via the solder portion H4. The solder parts H1 to H4 include In, AuSn, or the like.

サブマウント３の厚みＴ１は、５０〜２００μｍ程度である。半導体レーザ素子５及び絶縁部材７の厚みＴ２は、１００〜１５０μｍ程度であり、サブマウント９の厚みＴ３は、５０〜２００μｍ程度であり、好ましくは１５０ｍｍ程度である。サブマウント３及びサブマウント９の縦幅Ｄ１（縦幅とは、ｘ軸方向の長さであり、以下同様）は、１〜５ｍｍ程度であり、好ましくは３ｍｍ程度である。半導体レーザ素子５の縦幅Ｄ２は、１〜１．５ｍｍ程度である。半導体レーザ素子５の横幅Ｗ１（横幅とは、ｙ軸方向の長さであり、以下同様）は、５〜１０ｍｍ程度であり、サブマウント３及びサブマウント９の横幅Ｗ２は、５〜１５ｍｍ程度であり、好ましくは１０ｍｍ程度である。 The thickness T1 of the submount 3 is about 50 to 200 μm. The thickness T2 of the semiconductor laser element 5 and the insulating member 7 is about 100 to 150 μm, and the thickness T3 of the submount 9 is about 50 to 200 μm, preferably about 150 mm. The vertical width D1 of the submount 3 and the submount 9 (the vertical width is the length in the x-axis direction, the same applies hereinafter) is about 1 to 5 mm, preferably about 3 mm. The vertical width D2 of the semiconductor laser element 5 is about 1 to 1.5 mm. The lateral width W1 of the semiconductor laser element 5 (the lateral width is the length in the y-axis direction, the same applies hereinafter) is about 5 to 10 mm, and the lateral width W2 of the submount 3 and the submount 9 is about 5 to 15 mm. Yes, preferably about 10 mm.

次に、図３を参照して、半導体レーザ素子５の構成について説明する。図３は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた半導体レーザ素子の断面図である。半導体レーザ素子５は、基板５ａ及び積層部５ｂを有しており、基板５ａ上に積層部５ｂが形成されている。積層部５ｂは、リッジ形状を含む半導体層を有し、この半導体層は、活性層１１ａ、クラッド１３及びクラッド１５と、キャップ層１６及びオーミック電極１７とを有する。すなわち、半導体レーザ素子５はリッジ導波型の半導体レーザ素子である。この半導体層が有するリッジ形状の高さＤ３は、２〜３μｍ程度である。クラッド１３は、基板５ａ上に形成されており、クラッド１３上には、活性層１１ａが形成されている。活性層１１ａ上には、クラッド１５が形成され、クラッド１５上にはキャップ層１６及びオーミック電極１７が順次形成されている。 Next, the configuration of the semiconductor laser element 5 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device taken along the line II-II shown in FIG. The semiconductor laser element 5 has a substrate 5a and a stacked portion 5b, and the stacked portion 5b is formed on the substrate 5a. The stacked portion 5 b includes a semiconductor layer including a ridge shape, and the semiconductor layer includes an active layer 11 a, a cladding 13 and a cladding 15, a cap layer 16 and an ohmic electrode 17. That is, the semiconductor laser element 5 is a ridge waveguide type semiconductor laser element. The semiconductor layer has a ridge-shaped height D3 of about 2 to 3 μm. The clad 13 is formed on the substrate 5 a, and the active layer 11 a is formed on the clad 13. A clad 15 is formed on the active layer 11a, and a cap layer 16 and an ohmic electrode 17 are sequentially formed on the clad 15.

基板５ａは、ｎ型のＧａＡｓ基板であり、クラッド１３は、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。活性層１１ａは、ＩｎＧａＡｓＰ層であり、クラッド１５は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。キャップ層１６は、ＧａＡｓ層であり、オーミック電極１７は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層である。また、積層部５ｂの表面は、絶縁膜１８によって覆われている。絶縁膜１８は、例えば酸化シリコン等の素材によって成る。 The substrate 5a is an n-type GaAs substrate, and the clad 13 is an n-type AlGaInP layer. The active layer 11a is an InGaAsP layer, and the clad 15 is a p-type AlGaInP layer. The cap layer 16 is a GaAs layer, and the ohmic electrode 17 is a Ti / Pt / Au layer. Further, the surface of the stacked portion 5 b is covered with an insulating film 18. The insulating film 18 is made of a material such as silicon oxide.

なお、半導体レーザ素子５はリッジ導波型の半導体レーザであるが、本発明は、これに限らない。例えば、ＢＨ（Buried Hetero）型やＢＣ（BuriedCrescent）型等、他の構造の半導体レーザ素子であってもよい。また、実施形態に係る半導体レーザ素子が有する基板５ａ及び積層部５ｂの各層の構成素材は、上記したものに限らない。また、半導体層の構造は、上記したものに限らない。例えば、リッジ形状の高さＤ３が上記の値より小さくてもよい。例えば、活性層１１ａにまでリッジ形状を規定する溝が達していなくてもよい。この場合には、溝の深さを調整することで、活性層１１ａの実効屈折率を調整し、リッジ形状に応じた導波路構造を実現することになる。 The semiconductor laser element 5 is a ridge waveguide type semiconductor laser, but the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor laser element having another structure such as a BH (Buried Hetero) type or a BC (Buried Crescent) type may be used. In addition, the constituent materials of the respective layers of the substrate 5a and the stacked portion 5b included in the semiconductor laser element according to the embodiment are not limited to those described above. Further, the structure of the semiconductor layer is not limited to the above. For example, the height D3 of the ridge shape may be smaller than the above value. For example, the groove defining the ridge shape may not reach the active layer 11a. In this case, by adjusting the groove depth, the effective refractive index of the active layer 11a is adjusted, and a waveguide structure corresponding to the ridge shape is realized.

次に、図４を参照して、実施形態に係る半導体レーザスタック１００の構成を説明する。半導体レーザスタック１００は、複数の半導体レーザモジュール１と、複数のヒートシンク２１と、複数の絶縁部材２３とを有しており、半導体レーザモジュール１及び絶縁部材２３が、ヒートシンク２１と交互に積層されて成る。すなわち、隣接する二つのヒートシンク２１の間には、半導体レーザモジュール１と絶縁部材２３とが設けられている。 Next, the configuration of the semiconductor laser stack 100 according to the embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor laser stack 100 includes a plurality of semiconductor laser modules 1, a plurality of heat sinks 21, and a plurality of insulating members 23. The semiconductor laser modules 1 and the insulating members 23 are alternately stacked with the heat sinks 21. Become. That is, the semiconductor laser module 1 and the insulating member 23 are provided between two adjacent heat sinks 21.

ヒートシンク２１は表面Ｍ５及び表面Ｍ６を有している。ヒートシンク２１の縦幅Ｗ３は、３０ｍｍ程度であり、厚みは、１．１ｍｍ程度である。表面Ｍ５は、面領域Ｅ６及び面領域Ｅ７を含み、表面Ｍ６は、面領域Ｅ８及び面領域Ｅ９を含む。絶縁部材２３は、表面Ｍ７及び表面Ｍ８を有する。 The heat sink 21 has a surface M5 and a surface M6. The heat sink 21 has a vertical width W3 of about 30 mm and a thickness of about 1.1 mm. The surface M5 includes a surface region E6 and a surface region E7, and the surface M6 includes a surface region E8 and a surface region E9. The insulating member 23 has a surface M7 and a surface M8.

半導体レーザモジュール１の表面Ｍ４とヒートシンク２１の面領域Ｅ６との間には半田部Ｈ５が介在し、半導体レーザモジュール１の表面Ｍ１と、ヒートシンク２１の面領域Ｅ８との間には半田部Ｈ６が介在している。すなわち、半導体レーザモジュール１は、隣接する二つのヒートシンク２１の各々に、半田部Ｈ５及び半田部Ｈ６を介して固着されている。なお、半田部Ｈ５及び半田部Ｈ６は、ＩｎやＡｕＳｎ等を含む。 A solder portion H5 is interposed between the surface M4 of the semiconductor laser module 1 and the surface region E6 of the heat sink 21, and a solder portion H6 is interposed between the surface M1 of the semiconductor laser module 1 and the surface region E8 of the heat sink 21. Intervene. That is, the semiconductor laser module 1 is fixed to each of the two adjacent heat sinks 21 via the solder portion H5 and the solder portion H6. The solder part H5 and the solder part H6 include In, AuSn, or the like.

絶縁部材２３の表面Ｍ７とヒートシンク２１の面領域Ｅ７との間、及び、絶縁部材２３の表面Ｍ８とヒートシンク２１の面領域Ｅ９との間には、それぞれ接着剤が介在している。すなわち、絶縁部材２３は、隣接する二つのヒートシンク２１の間に接着剤を介して固着されている。 Adhesives are interposed between the surface M7 of the insulating member 23 and the surface region E7 of the heat sink 21, and between the surface M8 of the insulating member 23 and the surface region E9 of the heat sink 21, respectively. That is, the insulating member 23 is fixed between two adjacent heat sinks 21 with an adhesive.

ヒートシンク２１及び絶縁部材２３の内部には、冷却用に用いる流体を流すための流路Ｒ１、流路Ｒ２及び流路Ｒ３が設けられている。流路Ｒ１、流路Ｒ２及び流路Ｒ３内には、図中符号Ａ１に示す向きに流体が流れる。流路Ｒ１は、図示しない流入口に接続されており、流路Ｒ１には、この流入口から流入する流体が流れる。流路Ｒ１を流れる流体は、各ヒートシンク２１の流路Ｒ２に分流する。流路Ｒ２は、ヒートシンク２１の面領域Ｅ６及び面領域Ｅ８上に設けられている。このため、流路Ｒ２を流れる流体は、発熱する半導体レーザモジュール１の表面Ｍ１（面領域Ｅ１ｂ）及び表面Ｍ４上を流れる。流路Ｒ２を流れた流体は、流路Ｒ３に流入する。流路Ｒ３は図示しない流出口に接続されており、流路Ｒ３を流れる流体は流出口に向かって流れる。このように、ヒートシンク２１及び絶縁部材２３の内部を流体が流れることにより、半導体レーザモジュール１の冷却が可能となる。 Inside the heat sink 21 and the insulating member 23, there are provided a flow path R1, a flow path R2, and a flow path R3 for flowing a fluid used for cooling. In the flow path R1, the flow path R2, and the flow path R3, a fluid flows in the direction indicated by reference numeral A1 in the drawing. The flow path R1 is connected to an inflow port (not shown), and the fluid flowing from the inflow port flows into the flow path R1. The fluid flowing through the flow path R1 is divided into the flow paths R2 of the respective heat sinks 21. The flow path R2 is provided on the surface region E6 and the surface region E8 of the heat sink 21. For this reason, the fluid flowing through the flow path R2 flows on the surface M1 (surface region E1b) and the surface M4 of the semiconductor laser module 1 that generates heat. The fluid that has flowed through the flow path R2 flows into the flow path R3. The flow path R3 is connected to an outlet (not shown), and the fluid flowing through the flow path R3 flows toward the outlet. As described above, the fluid flows through the heat sink 21 and the insulating member 23, whereby the semiconductor laser module 1 can be cooled.

次に、図５を参照して、半導体レーザモジュール１の製造方法を説明する。図５は、サブマウント３及びサブマウント９の間に半導体レーザ素子５を設ける工程を説明するための図である。なお、図５に示す半導体レーザ素子５の側面Ｓ３は、半導体レーザ素子５の何れかの側面を表している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser module 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining a process of providing the semiconductor laser element 5 between the submount 3 and the submount 9. Note that the side surface S3 of the semiconductor laser element 5 shown in FIG.

サブマウント５１（第１のサブマウント）及びサブマウント５２（第２のサブマウント）は、サブマウント３及びサブマウント９を表している。半田部Ｈ１１及び半田部Ｈ１２は、半田部Ｈ１及び半田部Ｈ２を表している。表面Ｍ１３及び表面Ｍ１２は、表面Ｍ２及び表面Ｍ３を表している。面領域Ｅ１１及び面領域Ｅ１３は、面領域Ｅ１及び面領域Ｅ３を表している。サブマウント５１がサブマウント３の場合には、サブマウント５２はサブマウント９であり、半田部Ｈ１１は半田部Ｈ２であり、半田部Ｈ１２は半田部Ｈ１である。更にこの場合、表面Ｍ１３は表面Ｍ２であり、面領域Ｅ１１は面領域Ｅ３であり、表面Ｍ１２は表面Ｍ３であり、面領域Ｅ１３は面領域Ｅ１である。また、サブマウント５１がサブマウント９の場合には、サブマウント５２はサブマウント３であり、半田部Ｈ１１は、半田部Ｈ１であり、半田部Ｈ１２は、半田部Ｈ２である。更にこの場合、表面Ｍ１３は表面Ｍ３であり、面領域Ｅ１１は面領域Ｅ１であり、表面Ｍ１２は表面Ｍ２であり、面領域Ｅ１３は面領域Ｅ３である。 A submount 51 (first submount) and a submount 52 (second submount) represent the submount 3 and the submount 9. The solder part H11 and the solder part H12 represent the solder part H1 and the solder part H2. The surface M13 and the surface M12 represent the surface M2 and the surface M3. The surface region E11 and the surface region E13 represent the surface region E1 and the surface region E3. When the submount 51 is the submount 3, the submount 52 is the submount 9, the solder portion H11 is the solder portion H2, and the solder portion H12 is the solder portion H1. Furthermore, in this case, the surface M13 is the surface M2, the surface region E11 is the surface region E3, the surface M12 is the surface M3, and the surface region E13 is the surface region E1. When the submount 51 is the submount 9, the submount 52 is the submount 3, the solder portion H11 is the solder portion H1, and the solder portion H12 is the solder portion H2. Further, in this case, the surface M13 is the surface M3, the surface region E11 is the surface region E1, the surface M12 is the surface M2, and the surface region E13 is the surface region E3.

まず、図５（ａ）に示す工程について説明する。図５（ａ）は、半導体レーザ素子５と、サブマウント５１及びサブマウント５２とが半田部Ｈ１１及び半田部Ｈ１２を介して接合される前の状態を模式的に示している。図５（ａ）に示すように、サブマウント５１、半導体レーザ素子５及びサブマウント５２を用意する。 First, the process shown in FIG. FIG. 5A schematically shows a state before the semiconductor laser element 5 and the submount 51 and the submount 52 are joined via the solder portion H11 and the solder portion H12. As shown in FIG. 5A, a submount 51, a semiconductor laser element 5, and a submount 52 are prepared.

ここで、サブマウント５１及びサブマウント５２の各々は、実質的に均一な熱膨張係数を有する金属材料を素材とする。また、サブマウント５１及びサブマウント５２は、非常に薄い（図２に示す厚みＴ１及びＴ３）ために共に可撓性を有し、曲げ撓みが可能である。サブマウント５１の熱膨張係数は、サブマウント５２の熱膨張係数よりも大きい。また、半導体レーザ素子５は、サブマウント５１及びサブマウント５２との接合前には、中央から端部に向かって反った湾曲形状を有しており、半導体レーザ素子５の表面Ｋ１及び表面Ｋ２のうち、表面Ｋ１の方が張り出している。具体的には、半導体レーザ素子５の表面Ｋ１の端部は中央部からＴ５（μｍ）だけ表面Ｋ１から表面Ｋ２に向かう方向に反っている。すなわち、半導体レーザ素子５を水平な平面に載置した場合に、この平面と半導体レーザ素子５の表面Ｋ１の端部との距離が、概ねＴ５（μｍ）となっている。ここで、Ｔ５は、３〜１０μｍ程度の距離を示している。なお、表面Ｋ１及び表面Ｋ２のうち何れが張り出しているかは、半導体レーザ素子５を構成する半導体材料の種類や内部構造によって異なる。 Here, each of the submount 51 and the submount 52 is made of a metal material having a substantially uniform thermal expansion coefficient. Further, since the submount 51 and the submount 52 are very thin (thicknesses T1 and T3 shown in FIG. 2), both the submount 51 and the submount 52 have flexibility and can be bent. The thermal expansion coefficient of the submount 51 is larger than the thermal expansion coefficient of the submount 52. Further, the semiconductor laser element 5 has a curved shape that warps from the center toward the end before joining the submount 51 and the submount 52, and the surface K1 and the surface K2 of the semiconductor laser element 5 are Of these, the surface K1 is overhanging. Specifically, the end of the surface K1 of the semiconductor laser element 5 warps in the direction from the surface K1 to the surface K2 by T5 (μm) from the center. That is, when the semiconductor laser element 5 is placed on a horizontal plane, the distance between this plane and the end of the surface K1 of the semiconductor laser element 5 is approximately T5 (μm). Here, T5 indicates a distance of about 3 to 10 μm. Note that which of the surface K1 and the surface K2 protrudes differs depending on the type of semiconductor material constituting the semiconductor laser element 5 and the internal structure.

そこで、定盤４１上にサブマウント５１を載置する。サブマウント５１が載置される定盤４１の表面は略水平な平面形状を成している。次いで、サブマウント５１上に半導体レーザ素子５を載置する。この際、半導体レーザ素子５の表面は、サブマウント５１の表面Ｍ１３（面領域Ｅ１１）に重ねられる。次いで、半導体レーザ素子５上にサブマウント５２を載置する。この際、半導体レーザ素子５の表面は、サブマウント５２の表面Ｍ１２（面領域Ｅ１３）に重ねられる。張り出している表面Ｋ１に対向して載置されているサブマウント５１の熱膨張係数の値は、サブマウント５２の熱膨張係数の値よりも大きい。なお、ここでは、サブマウント５１、半導体レーザ素子５、サブマウント５２の順に載置するとしたが、この順番は任意である。例えば、サブマウント５２、半導体レーザ素子５、サブマウント５１の順に載置してもよい。 Therefore, the submount 51 is placed on the surface plate 41. The surface of the surface plate 41 on which the submount 51 is placed has a substantially horizontal planar shape. Next, the semiconductor laser element 5 is mounted on the submount 51. At this time, the surface of the semiconductor laser element 5 is overlaid on the surface M13 (surface region E11) of the submount 51. Next, the submount 52 is placed on the semiconductor laser element 5. At this time, the surface of the semiconductor laser element 5 is overlaid on the surface M12 (surface region E13) of the submount 52. The value of the thermal expansion coefficient of the submount 51 placed opposite to the protruding surface K1 is larger than the value of the thermal expansion coefficient of the submount 52. Here, the submount 51, the semiconductor laser element 5, and the submount 52 are placed in this order, but this order is arbitrary. For example, the submount 52, the semiconductor laser element 5, and the submount 51 may be placed in this order.

更に、サブマウント５１及びサブマウント５２は、ともに可撓性を有している。このため、半導体レーザ素子５をサブマウント５１及びサブマウント５２上に載置すると（半導体レーザ素子５をサブマウント５１とサブマウント５２との間に挟むと）、半導体レーザ素子５の表面Ｋ１及び表面Ｋ２の湾曲形状に応じて、サブマウント５１及びサブマウント５２も多少湾曲する。 Furthermore, both the submount 51 and the submount 52 have flexibility. Therefore, when the semiconductor laser element 5 is placed on the submount 51 and the submount 52 (when the semiconductor laser element 5 is sandwiched between the submount 51 and the submount 52), the surface K1 and the surface of the semiconductor laser element 5 According to the curved shape of K2, the submount 51 and the submount 52 are also slightly curved.

半導体レーザ素子５は、上述した図６（ａ）に示す工程によって、サブマウント５１とサブマウント５２との間に挟まれた状態となっている。すなわち、半導体レーザ素子５の第１の表面とサブマウント５１の一面とを対向させて半導体レーザ素子５をサブマウント５１に載置するステップと、半導体レーザ素子５の第２の表面とサブマウント５２の一面とを対向させてサブマウント５２を半導体レーザ素子５に載置するステップとによって、半導体レーザ素子５は、サブマウント５１とサブマウント５２との間に挟まれた状態となる。 The semiconductor laser element 5 is sandwiched between the submount 51 and the submount 52 by the process shown in FIG. That is, the step of placing the semiconductor laser element 5 on the submount 51 with the first surface of the semiconductor laser element 5 and one surface of the submount 51 facing each other, the second surface of the semiconductor laser element 5 and the submount 52 The step of placing the submount 52 on the semiconductor laser element 5 so as to face one surface of the semiconductor laser element 5 puts the semiconductor laser element 5 between the submount 51 and the submount 52.

次に、図５（ｂ）に示す工程を説明する。図５（ｂ）は、半導体レーザ素子５と、サブマウント５１及びサブマウント５２とを、半田部Ｈ１１及び半田部Ｈ１２を介して接合する工程を模式的に示している。図５（ｂ）に示すように、サブマウント５１、半導体レーザ素子５及びサブマウント５２に対し、定盤４１を介して熱量Ａ３を供給する（加熱ステップ）。この熱量Ａ３は、定盤４１を、例えば摂氏１００度〜３５０度に設定して所定時間だけ加熱した際の熱量である。そして、熱Ａ３を供給した後に、半導体レーザ素子５の反りを矯正する向きに（換言すれば、サブマウント５１、半導体レーザ素子５及びサブマウント５２を定盤４１に押し付ける向きに）圧力Ａ２を加え、サブマウント５１、半導体レーザ素子５及びサブマウント５２を平坦化する（加圧ステップ）。圧力Ａ２は、例えば、１０〜５００ｇｆ／ｃｍ^２である。ここで、図５（ｂ）に示す処理は、例えばＮ_２又はＨ_２等の不活性雰囲気中又は空気中において行われる。なお、加熱する方法及び加圧する方法としては、他に様々な方法が考えられる。必ずしも定盤４１を介して加熱する必要はなく、雰囲気を介して加熱しても良い。また、上述した方向（半導体レーザ素子５及びサブマウント５２を定盤４１に押し付ける向き）とは逆の方向（サブマウント５１を上面として、定盤４１に押し付ける向き）に加圧することで半導体レーザ素子５の反りを矯正しても良い。また、上述の加熱ステップと加圧ステップとを同時に行うようにしても良い。 Next, the process shown in FIG. 5B will be described. FIG. 5B schematically shows a process of joining the semiconductor laser element 5 to the submount 51 and the submount 52 via the solder portion H11 and the solder portion H12. As shown in FIG. 5B, the amount of heat A3 is supplied to the submount 51, the semiconductor laser element 5, and the submount 52 through the surface plate 41 (heating step). The amount of heat A3 is the amount of heat when the platen 41 is set to, for example, 100 to 350 degrees Celsius and heated for a predetermined time. Then, after supplying the heat A3, the pressure A2 is applied in a direction in which the warp of the semiconductor laser element 5 is corrected (in other words, in a direction in which the submount 51, the semiconductor laser element 5 and the submount 52 are pressed against the surface plate 41). Then, the submount 51, the semiconductor laser element 5, and the submount 52 are flattened (pressure step). The pressure A2 is, for example, 10 to 500 gf / cm ² . Here, the process illustrated in FIG. 5B is performed in an inert atmosphere such as N ₂ or H ₂ or in the air. Various other methods are conceivable as the heating method and the pressurizing method. It is not always necessary to heat through the surface plate 41, and heating may be performed through the atmosphere. Further, by applying pressure in the direction opposite to the above-described direction (direction in which the semiconductor laser element 5 and the submount 52 are pressed against the surface plate 41) (direction in which the submount 51 is pressed onto the surface plate 41), the semiconductor laser element is pressed. You may correct 5 curvature. Moreover, you may make it perform the above-mentioned heating step and pressurization step simultaneously.

図５（ｂ）に示す処理の後には、図５（ｃ）に示すように、半導体レーザ素子５の反りが矯正されて平坦化されている。なお、図５（ｃ）は、上述の加熱ステップ及び加圧ステップの後に、室温程度にまで温度を下降させた状態の半導体レーザモジュール１を示している。以下、図６（ｂ）に示す状態から図６（ｃ）に示す状態に移る過程を「降温ステップ」と呼ぶ。本発明者らは、この降温ステップにおいて、温度下降に伴って生じるサブマウント５１及びサブマウント５２の収縮の程度の差（収縮力の差）によっても、上記の加圧ステップにおける加圧作用と共に半導体レーザ素子５の反りが矯正されると考えている。具体的に説明すると、サブマウント５１はサブマウント５２よりも大きな熱膨張係数を有しているため、降温ステップでは、逆に、サブマウント５１の方がサブマウント５２よりも大きく収縮する（収縮力が強い）ことになる。このサブマウント５１は、半導体レーザ素子５の張り出している方の表面Ｋ１に接合されているため、半導体レーザ素子５の反りが矯正され平坦化されることになる。 After the process shown in FIG. 5B, the warp of the semiconductor laser element 5 is corrected and flattened as shown in FIG. 5C. FIG. 5C shows the semiconductor laser module 1 in a state where the temperature is lowered to about room temperature after the heating step and the pressurizing step described above. Hereinafter, the process of shifting from the state shown in FIG. 6B to the state shown in FIG. 6C is referred to as a “temperature lowering step”. The inventors of the present invention have the semiconductor device as well as the pressurizing action in the pressurizing step due to the difference in the degree of contraction between the submount 51 and the submount 52 (difference in contraction force) that occurs as the temperature decreases. It is considered that the warp of the laser element 5 is corrected. More specifically, since the submount 51 has a larger thermal expansion coefficient than the submount 52, the submount 51 contracts more than the submount 52 in the temperature lowering step (contraction force). Is strong). Since the submount 51 is bonded to the surface K1 on which the semiconductor laser element 5 projects, the warp of the semiconductor laser element 5 is corrected and flattened.

すなわち、半導体レーザ素子５が有する湾曲形状に応じて、熱膨張係数の異なるサブマウント５１及びサブマウント５２を選択することによって、半導体レーザ素子５を、反った湾曲形状から平板形状に矯正しつつサブマウント５１及びサブマウント５２に接合することが容易且つ確実に行える。また、サブマウント５２が可撓性を有していることによって、より好適にこの効果を得ることができる。従って、平板形状に矯正された半導体レーザ素子５は、反りが矯正されて平坦化されるため、サブマウント５１及びサブマウント５２から剥がれにくくなる。更に、半導体レーザ素子５に設けられた複数の光出射部１１の位置は均一化されるため、発光特性（レーザ光の指向性等）が向上する。また、これに付随して、半導体レーザ素子５の光出射部１１の前方に、集光光学系等のレンズ系を精度よく配置することもできる。また、半導体レーザモジュール１の駆動中（発光中）にサブマウント５１又はサブマウント５２が熱膨張することで半導体レーザ素子５に作用する圧力は、半導体レーザ素子５の表面に対して均一に作用する。さらに、個々の半導体レーザモジュール１の平坦性が保てるので、半導体レーザスタック１００から出力されるレーザ光の直進性が向上する。更に、半導体レーザモジュール１及びこれを用いた半導体レーザスタック１００の歩留まりの向上も図られる。 That is, by selecting the submount 51 and the submount 52 having different thermal expansion coefficients in accordance with the curved shape of the semiconductor laser element 5, the semiconductor laser element 5 is corrected from the curved shape to the flat plate shape. It is possible to easily and reliably join the mount 51 and the submount 52. In addition, since the submount 52 has flexibility, this effect can be more suitably obtained. Therefore, the semiconductor laser element 5 corrected to a flat plate shape is flattened by correcting the warpage, and therefore, it is difficult to peel off from the submount 51 and the submount 52. Furthermore, since the positions of the plurality of light emitting portions 11 provided in the semiconductor laser element 5 are made uniform, the light emission characteristics (laser beam directivity and the like) are improved. Along with this, a lens system such as a condensing optical system can be accurately arranged in front of the light emitting portion 11 of the semiconductor laser element 5. Further, the pressure acting on the semiconductor laser element 5 due to the thermal expansion of the submount 51 or the submount 52 during the driving (light emission) of the semiconductor laser module 1 acts uniformly on the surface of the semiconductor laser element 5. . Furthermore, since the flatness of each semiconductor laser module 1 can be maintained, the straightness of the laser light output from the semiconductor laser stack 100 is improved. Furthermore, the yield of the semiconductor laser module 1 and the semiconductor laser stack 100 using the same can be improved.

＜変形例＞
なお、本発明は、上記のように説明した実施形態に係る半導体レーザモジュール１に限らない。例えば、本発明には、図６に示す半導体レーザモジュール１ａであっても適用可能である。半導体レーザモジュール１ａには、半導体レーザモジュール１が有するサブマウント３に替えてサブマウント３１が設けられている。この点を除けば、半導体レーザモジュール１ａの構成は、半導体レーザモジュール１の構成と同様である。 <Modification>
The present invention is not limited to the semiconductor laser module 1 according to the embodiment described above. For example, the present invention can be applied to the semiconductor laser module 1a shown in FIG. The semiconductor laser module 1 a is provided with a submount 31 instead of the submount 3 included in the semiconductor laser module 1. Except for this point, the configuration of the semiconductor laser module 1 a is the same as the configuration of the semiconductor laser module 1.

サブマウント３１は、互いに厚みの異なるｙ軸方向に長尺な板形状の第１部分３ａ及び第２部分３ｂを有し、第２部分３ｂの厚みの方が第１部分３ａの厚みよりも大きい。サブマウント３１の二つの表面のうち一方の表面Ｍ１ａには、面領域Ｅ１ａ及び面領域Ｅ１ｂが含まれており、面領域Ｅ１ａと面領域Ｅ１ｂとの間には段差Ｓ１ａが設けられている。サブマウント３１の他の表面Ｍ２ａは、略平面形状を成しており、表面Ｍ２ａ上には半導体レーザ素子５及びサブマウント９がｘ軸方向に互いに離隔して設けられている。特に、半導体レーザ素子５は、第１部分３ａ上に設けられ、サブマウント９は、第２部分３ｂ上に設けられている。なお、本変形例に係る半導体レーザモジュール１ａの製造方法も、上気した実施形態に係る半導体レーザモジュール１の製造方法と同様である。 The submount 31 has a plate-shaped first portion 3a and a second portion 3b that are elongated in the y-axis direction and have a thickness that is greater than the thickness of the first portion 3a. . One surface M1a of the two surfaces of the submount 31 includes a surface region E1a and a surface region E1b, and a step S1a is provided between the surface region E1a and the surface region E1b. The other surface M2a of the submount 31 has a substantially planar shape, and the semiconductor laser element 5 and the submount 9 are provided apart from each other in the x-axis direction on the surface M2a. In particular, the semiconductor laser element 5 is provided on the first portion 3a, and the submount 9 is provided on the second portion 3b. The manufacturing method of the semiconductor laser module 1a according to the present modification is the same as the manufacturing method of the semiconductor laser module 1 according to the above-described embodiment.

次に、図７を参照して、上述の半導体レーザモジュール１ａを設けた半導体レーザスタック１００ａの構成について説明する。図７に示す半導体レーザスタック１００ａには、上記した半導体レーザスタック１００のうち半導体レーザモジュール１に替えて半導体レーザモジュール１ａが設けられている。この点を除けば、半導体レーザスタック１００ａの構成は、半導体レーザスタック１００の構成と同様である。 Next, the configuration of the semiconductor laser stack 100a provided with the above-described semiconductor laser module 1a will be described with reference to FIG. The semiconductor laser stack 100a shown in FIG. 7 is provided with a semiconductor laser module 1a in place of the semiconductor laser module 1 in the semiconductor laser stack 100 described above. Except for this point, the configuration of the semiconductor laser stack 100 a is the same as the configuration of the semiconductor laser stack 100.

半導体レーザモジュール１ａの表面Ｍ４とヒートシンク２１の面領域Ｅ６との間には半田部Ｈ５が介在し、半導体レーザモジュール１ａの面領域Ｅ１ｂと、ヒートシンク２１の面領域Ｅ８ａとの間には半田部Ｈ６ａが介在している。すなわち、半導体レーザモジュール１ａは、隣接する二つのヒートシンク２１の間に、半田部Ｈ５及び半田部Ｈ６ａを介して固着されている。なお、半田部Ｈ６ａは、ＩｎやＡｕＳｎ等を含む。 A solder portion H5 is interposed between the surface M4 of the semiconductor laser module 1a and the surface region E6 of the heat sink 21, and a solder portion H6a is interposed between the surface region E1b of the semiconductor laser module 1a and the surface region E8a of the heat sink 21. Is intervening. That is, the semiconductor laser module 1a is fixed between two adjacent heat sinks 21 via the solder part H5 and the solder part H6a. The solder portion H6a includes In, AuSn, or the like.

なお、半導体レーザスタック１００では、半導体レーザ素子５は、サブマウント９に対してジャンクションダウン方式に基づいて実装されている。この実装方式により、活性層１１ａから発生する熱が、半導体レーザ素子５の二つの表面のうち、活性層１１ａにより近い表面に設けられたサブマウント９に主に伝導することになる。このサブマウント９はヒートシンク２１と面一に接続されているため、サブマウント９に伝導した熱は、更にヒートシンク２１に伝導する。従って、半導体レーザ素子５からの熱の除去がサブマウント９及びヒートシンク２１を介して効率良く行える。その一方で、半導体レーザ素子５が、サブマウント９に対してジャンクションダウン方式に基づいて実装されていない半導体レーザスタック１００について考察する。この場合、サブマウント３１の第１部分３ａが半導体レーザ素子５の二つの表面のうち活性層１１ａにより近い表面上に設けられる。このため、活性層１１ａから発生した熱は、主に第１部分３ａに伝導することになる。しかし、第１部分３ａは、サブマウント９に比べて厚みが小さく、ヒートシンク２１には接触していない。このため、第１部分３ａに伝導した熱は、ヒートシンク２１に接触している第２部分３ｂに伝導し、第２部分３ｂからヒートシンク２１に伝導することになる。従って、この場合、半導体レーザ素子５に生じた熱は、第１部分３ａ、第２部分３ｂ及びヒートシンク２１を介して半導体レーザ素子５から除去されることになる。このような活性層１１ａからヒートシンク２１への熱接続では、半導体レーザ素子５が上記ジャンクションダウン方式に基づいて実装されている場合に比較して、熱除去の効率が低下する、と考えられる。このような理由から、半導体レーザ素子５は、サブマウント９に対してジャンクションダウン方式に基づいて実装されている。 In the semiconductor laser stack 100, the semiconductor laser element 5 is mounted on the submount 9 based on the junction down method. With this mounting method, heat generated from the active layer 11 a is mainly conducted to the submount 9 provided on the surface closer to the active layer 11 a among the two surfaces of the semiconductor laser element 5. Since the submount 9 is connected flush with the heat sink 21, the heat conducted to the submount 9 is further conducted to the heat sink 21. Accordingly, the heat from the semiconductor laser element 5 can be efficiently removed via the submount 9 and the heat sink 21. On the other hand, the semiconductor laser stack 100 in which the semiconductor laser element 5 is not mounted on the submount 9 based on the junction down method will be considered. In this case, the first portion 3 a of the submount 31 is provided on the surface closer to the active layer 11 a among the two surfaces of the semiconductor laser element 5. For this reason, the heat generated from the active layer 11a is mainly conducted to the first portion 3a. However, the first portion 3 a is smaller in thickness than the submount 9 and is not in contact with the heat sink 21. For this reason, the heat conducted to the first portion 3 a is conducted to the second portion 3 b in contact with the heat sink 21, and is conducted from the second portion 3 b to the heat sink 21. Therefore, in this case, the heat generated in the semiconductor laser element 5 is removed from the semiconductor laser element 5 through the first portion 3a, the second portion 3b, and the heat sink 21. In such a thermal connection from the active layer 11a to the heat sink 21, it is considered that the efficiency of heat removal is reduced as compared with the case where the semiconductor laser element 5 is mounted based on the junction down method. For this reason, the semiconductor laser element 5 is mounted on the submount 9 based on the junction down method.

次に、図８を参照して、半導体レーザモジュール１ａの作用効果について説明する。半導体レーザモジュール１ａでは、半導体レーザ素子５により加熱された第１部分３ａは、図中符号Ｃ２に示す向きに熱膨張する。半導体レーザ素子５により加熱された第２部分３ｂは、図中符号Ｃ３に示す向きに熱膨張する。また、第１部分３ａに対応する領域にあるサブマウント９の第１部分９ａは、図中符号Ｃ４に示す向きに熱膨張する。第２部分３ｂに対応する領域にあるサブマウント９の第２部分９ｂは、図中符号Ｃ５に示す向きに熱膨張する。 Next, the function and effect of the semiconductor laser module 1a will be described with reference to FIG. In the semiconductor laser module 1a, the first portion 3a heated by the semiconductor laser element 5 thermally expands in the direction indicated by the symbol C2 in the figure. The second portion 3b heated by the semiconductor laser element 5 is thermally expanded in the direction indicated by the symbol C3 in the figure. In addition, the first portion 9a of the submount 9 in the region corresponding to the first portion 3a thermally expands in the direction indicated by the symbol C4 in the drawing. The second portion 9b of the submount 9 in the region corresponding to the second portion 3b thermally expands in the direction indicated by the symbol C5 in the drawing.

第２部分３ｂは、面領域Ｅ１ｂの全体にわたり半田部Ｈ６ａを介してヒートシンク２１に接合されている。よって、第２部分３ｂが熱膨張することにより第２部分３ｂから絶縁部材７には圧力Ａ４ａが作用する。第２部分９ｂは、半田材Ｈ５を介してヒートシンク２１に接合されている。このため、第２部分９ｂが熱膨張することにより絶縁材７に圧力Ａ４ｂが作用する。 The second portion 3b is joined to the heat sink 21 via the solder portion H6a over the entire surface region E1b. Therefore, the pressure A4a acts on the insulating member 7 from the second portion 3b due to the thermal expansion of the second portion 3b. The second portion 9b is joined to the heat sink 21 via the solder material H5. For this reason, the pressure A4b acts on the insulating material 7 by the thermal expansion of the second portion 9b.

また、第１部分３ａが熱膨張することにより第１部分３ａから半導体レーザ素子５に圧力Ａ５ａが作用する。この圧力Ａ５ａは、第１部分３ａがヒートシンク２１に接合されていないため、圧力Ａ４ａに比較して小さい。一方、第１部分９ａは、半田材Ｈ５を介してヒートシンク２１に面一に接合されている。このため、第１部分９ａが熱膨張することにより半導体レーザ素子５に対し圧力Ａ５ｂが作用する。圧力Ａ５ｂは、第１部分３ａがヒートシンク２１に接合されていないため、圧力Ａ４ｂに比較して小さい。 Further, the first portion 3a is thermally expanded, so that the pressure A5a acts on the semiconductor laser element 5 from the first portion 3a. The pressure A5a is smaller than the pressure A4a because the first portion 3a is not joined to the heat sink 21. On the other hand, the first portion 9a is joined flush to the heat sink 21 via the solder material H5. For this reason, the pressure A5b acts on the semiconductor laser element 5 by the thermal expansion of the first portion 9a. The pressure A5b is smaller than the pressure A4b because the first portion 3a is not joined to the heat sink 21.

従って、第１部分３ａがヒートシンク２１に接合されていないため、第１部分３ａ及び第１部分９ａが熱膨張することによって半導体レーザ素子５に作用する圧力Ａ５ａ及び圧力Ａ５ｂの低減化が可能となる。このため、サブマウント３又はサブマウント９の熱膨張によって半導体レーザ素子５の側面Ｓ３に半田材が押し出され、光出射部１１が、この押し出された半田材によって覆われる可能性は、実施形態に係る半導体レーザモジュール１の場合に比較して低減される。 Accordingly, since the first portion 3a is not joined to the heat sink 21, the pressure A5a and the pressure A5b acting on the semiconductor laser element 5 can be reduced by the thermal expansion of the first portion 3a and the first portion 9a. . For this reason, the possibility that the solder material is pushed out to the side surface S3 of the semiconductor laser element 5 by the thermal expansion of the submount 3 or the submount 9 and the light emitting portion 11 is covered with the pushed solder material is described in the embodiment. This is reduced as compared with the case of the semiconductor laser module 1.

実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser module which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser module which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor laser element which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体レーザスタックの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser stack concerning embodiment. 実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor laser module which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体レーザモジュールの他の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other structure of the semiconductor laser module which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体レーザスタックの他の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other structure of the semiconductor laser stack concerning embodiment. 実施形態の半導体レーザモジュールの作用効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the semiconductor laser module of embodiment.

Explanation of symbols

１，１ａ…半導体レーザモジュール、７，２３…絶縁部材、３，９…サブマウント、３ａ…第１部分、３ｂ…第２部分、５…半導体レーザ素子、５ａ…基板、５ｂ…積層部、１１…光出射部、１１ａ…活性層、１３，１５…クラッド、１６…キャップ層、１７…オーミック電極、２１…ヒートシンク、３１…サブマウント、４１…定盤、１００，１００ａ…半導体レーザスタック、Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１〜Ｅ４，Ｅ６〜Ｅ８，Ｅ８ａ，Ｅ９…面領域、Ｈ１〜Ｈ６，Ｈ６ａ…半田部、Ｋ１，Ｋ２…表面、Ｍ１，Ｍ１ａ，Ｍ２，Ｍ２ａ，Ｍ３〜Ｍ８…表面、Ｒ１〜Ｒ３…流路、Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ２，Ｓ３…側面。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Semiconductor laser module, 7, 23 ... Insulating member, 3, 9 ... Submount, 3a ... 1st part, 3b ... 2nd part, 5 ... Semiconductor laser element, 5a ... Substrate, 5b ... Laminate part, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Light emission part, 11a ... Active layer, 13, 15 ... Cladding, 16 ... Cap layer, 17 ... Ohmic electrode, 21 ... Heat sink, 31 ... Submount, 41 ... Surface plate, 100, 100a ... Semiconductor laser stack, E1a, E1b, E1 to E4, E6 to E8, E8a, E9 ... surface region, H1 to H6, H6a ... solder part, K1, K2 ... surface, M1, M1a, M2, M2a, M3 to M8 ... surface, R1 to R3 ... Flow path, S1, S1a, S2, S3.

Claims

A semiconductor laser element that emits laser light;
A first submount that is a member bonded to the semiconductor laser element, and is provided on a first surface that warps before bonding out of two surfaces of the semiconductor laser element;
A second submount bonded on a second surface different from the first surface of the two surfaces of the semiconductor laser element,
A semiconductor laser module in which the first submount has a larger coefficient of thermal expansion than the second submount.

The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the second submount has flexibility.

The semiconductor laser element has an active layer provided on the first surface side or the second surface side, and the active layer is provided on the first surface or the second surface. The heat sink for cooling the said semiconductor laser element is provided on the said 1st submount or the said 2nd submount provided on the surface of the side to which it is attached, or 1 characterized by the above-mentioned 2. The semiconductor laser module according to 2.

The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the semiconductor laser element is a semiconductor laser array in which a plurality of light emitting portions are arranged on a side surface.

A plurality of semiconductor laser modules according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of heat sinks for cooling the heating element,
The semiconductor laser stack, wherein the semiconductor laser module and the heat sink are alternately stacked.

A semiconductor laser element that emits laser light and a member that is bonded to the semiconductor laser element, and is provided on a first surface that warps before bonding, out of two surfaces of the semiconductor laser element. A method of manufacturing a semiconductor laser module, comprising: a first submount; and a second submount bonded to a second surface different from the first surface of the two surfaces of the semiconductor laser element. Because
The first surface of the semiconductor laser element and one surface of the first submount are opposed to each other, and one of the semiconductor laser element and the first submount is placed on the other. Steps,
The second submount having a smaller thermal expansion coefficient than that of the first submount is prepared, and the second surface of the semiconductor laser element is opposed to one surface of the second submount. Placing one of the semiconductor laser element and the second submount on the other;
A placing step including:
After the placing step, the semiconductor laser element, the first submount, and the second submount in a state where the semiconductor laser element is sandwiched between the first submount and the second submount. Heating and bonding the semiconductor laser element to the first submount and the second submount, and
Of manufacturing a semiconductor laser module.

After the placing step, in addition to the heating step, warping of the semiconductor laser element is corrected from the surface of the first submount or the second submount on which the semiconductor laser element is not placed. Applying pressure to the first submount, the semiconductor laser element, and the second submount to pressurize the semiconductor laser element to the first submount and the second submount. The method of manufacturing a semiconductor laser module according to claim 6, further comprising: