JP5036308B2 - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

光ディスクの記録容量を拡大するためには、データの読み出し／書き込みに必要なレーザ光の波長を短くすることが求められる。現在普及しているＤＶＤのプレーヤやレコーダでは、波長６６０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが広く用いられており、この赤色半導体レーザは、例えばＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体をＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させることによって製造される。

近年、ＤＶＤよりも記録容量を拡大するため、次世代の光ディスクが活発に開発されている。そのような次世代光ディスク用の光源としては、赤色の光よりも波長が更に短い青紫色レーザ光（波長４００ｎｍ帯）を安定に放射することが要求される。波長４００ｎｍ帯のＧａＮ系半導体レーザは、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（商標）などの次世代光ディスクの記録再生用光源として最も期待されている。

特許文献１は、光ディスク装置における短波長光源として好適に用いられる半導体レーザ装置を開示している。
特開２００３−５９０８７号公報

赤色光よりも波長が短いレーザ光を長期間にわたって安定して放射し得る半導体レーザ装置を実用化するためには、解決しなければならない幾つかの課題がある。なかでも、半導体レーザ装置の信頼性を更に高め、実用上充分に長い寿命を達成することが強く求められている。しかし、本発明者らが、青紫色レーザ光を放射する半導体レーザチップをキャップで気密封止した状態で動作させていると、ステムおよびキャップの種類によって素子寿命が著しく短くなるという問題のあることがわかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、長寿命化を達成し、短波長レーザ光を安定して放射し得る半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体レーザ装置は、レーザ光を放射する半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップを支持するステムと、前記ステムに設けられた貫通孔に挿入され、前記半導体レーザチップに給電するための複数の端子電極と、前記レーザ光を透過する光学窓を有し、かつ、前記半導体レーザチップを覆うように前記ステムに固着されるキャップと、前記ステムと前記端子電極との間に設けられた絶縁ガラスとを備えた半導体レーザ装置であって、前記絶縁ガラスが７００℃以上８５０℃以下の温度に加熱されたときに放出するフッ化珪素ガスの総量は１．０μｇ以下である。

好ましい実施形態において、前記ステムおよびキャップで囲まれた空間の内部には、前記半導体レーザチップに接触する雰囲気ガスが封止されており、前記絶縁ガラスのうち、前記雰囲気ガスと接触する表面におけるフッ化珪素の濃度が前記絶縁ガラスの内部におけるフッ化珪素の濃度よりも低下している。

好ましい実施形態において、前記絶縁ガラスはフッ化珪素を含有しない。

好ましい実施形態において、前記キャップの内周縁端と前記絶縁ガラスの外周面との間隔が５０μｍ以下である。

好ましい実施形態において、前記レーザ光の波長は５００ｎｍ以下である。

好ましい実施形態において、前記絶縁ガラスのうち、前記雰囲気ガスと接触する表面におけるフッ化珪素の濃度は、前記絶縁ガラスの内部におけるフッ化珪素の濃度の１０分の１以下である。

好ましい実施形態において、前記雰囲気ガスは、窒素ガスおよび／または不活性ガスである。

好ましい実施形態において、前記雰囲気ガスは、酸素ガスを含有している。

本発明の光ディスク装置は、上記いずれかの半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から放射されたレーザ光を光ディスクに集光する光学系とを備えている。

好ましい実施形態において、前記レーザ光の照射を受ける領域に、前記レーザ光によって光化学反応を生じる物質を含有する材料から形成された部材を有していない。

半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ光を放射する半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップを支持するステムと、前記ステムに設けられた貫通孔に挿入され、前記半導体レーザチップに給電するための複数の端子電極と、前記レーザ光を透過する光学窓を有し、かつ、前記半導体レーザチップを覆うように前記ステムに固着されるキャップとを備えた半導体レーザ装置を製造する方法であって、７００℃以上８５０℃以下の温度に加熱されたときにフッ化珪素ガスを放出しない絶縁ガラスによって前記端子電極を前記ステムから絶縁する工程（Ａ）と、前記ステムに前記キャップを固着する工程（Ｂ）とを含む。

好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）と前記工程（Ｂ）との間に、前記ステムおよびキャップの表面をヘキサンで洗浄する工程を行なう。

好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）と前記工程（Ｂ）との間に、波長５００ｎｍ以下の光で前記ステムおよびキャップの表面を照射する工程を行なう。

本発明によれば、波長５００ｎｍ以下のレーザ光を放射する半導体レーザ装置の長寿命化を達成することができる。

半導体レーザチップ（以下、「レーザチップ」と称する）における劣化した光出射端面を詳細に観察したところ、半導体レーザ装置の劣化の原因が、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、光出射端面における発光領域上に「異物」が付着することにあることがわかった。半導体レーザ装置によっては、このような劣化が生じない場合もあり、当初、付着物がレーザチップの光出射端面に形成される理由は不明であった。

光出射端面に付着した異物を分析したところ、付着物中にはＳｉ（珪素）が多く含まれていることが確認され、更に、付着物中のＳｉは、レーザチップを覆うパッケージの組み立てに使用されるＳｉ含有部材（特にＳｉ含有低融点ガラス）に由来することもわかった。

このようなＳｉ含有部材は、赤色光を放射する半導体レーザ装置にも使用されていたが、その場合、Ｓｉを多く含む異物がレーザチップの光出射端面に付着するような劣化現象は観察されていなかった。このため、Ｓｉ含有部材は、５００ｎｍよりも長い波長を持つレーザ光の照射を受けた場合には、前述した劣化現象を引き起こさないことがわかる。これに対し、青色レーザ光のように波長の短い（５００ｎｍ以下、典型的には４２０ｎｍ以下）のレーザ光の場合に、前述の劣化現象が引き起こされると考えられる。すなわち、Ｓｉ含有部材は、波長５００ｎｍ以下の短波長レーザ光を受けて光化学反応を引き起こし、その結果、付着物の原因となる物質（主としてＳｉ）を雰囲気ガス中に供給する。さらには、そのような短波長レーザ光は、異物を光出射端面の発光領域に付着させることにも寄与していると考えられる。

短波長レーザ光によって生じる光化学反応の詳細なメカニズムは、まだ解明できていないが、レーザ光が照射される部位からＳｉ含有部材を排除することにより、Ｓｉを含む異物による端面劣化の問題を解決できることを確認した。

さらに、本発明者は、波長が５００ｎｍ以下のレーザ光が照射される領域からＳｉ含有部材を排除することによって上記端面劣化の問題を解決する方法以外にも、以下に示す解決手段を採用して、上記端面劣化の問題を解決できることを見出した。

（１）封止前の段階でＳｉ含有部材に対してレーザ光の波長以下の波長を有する光（例えば紫外線）を照射することにより、Ｓｉ含有部材の一部からＳｉまたはＳｉ含有物質を放出させ、Ｓｉ含有部材の表面におけるＳｉ濃度を低下させる。これにより、Ｓｉ含有部材においてパッケージ内のガスと接触する表面での前記物質の濃度がＳｉ含有部材の内部におけるＳｉ濃度よりも低下するため、封止後、レーザ光が照射されてもパッケージ内にＳｉまたはＳｉ含有物が放出されることを抑制できる。

（２）レーザ光の照射によって光化学反応が生じない安定な材料からなる膜によってＳｉ含有部材の表面を被覆する。この膜は、例えば、レーザチップの端面を被覆するために用いられるコーティング膜と同様の材料から形成されるが、レーザ光を吸収・反射する膜であってもよい。レーザ光を吸収または反射する膜でＳｉ含有部材を覆うことにより、レーザ光が誘起する光化学反応を抑制するとともに、Ｓｉ含有部材を雰囲気ガスから遮断して異物の原因物質をＳｉ含有部材内に閉じ込める効果も得られる。

（実施形態１）
以下、本発明による半導体レーザ装置の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態の半導体レーザ装置の構成を概略的に示す一部分解斜視図である。図示される半導体レーザ装置は、波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を放射するレーザチップ１と、レーザチップ１が実装されたサブマウント２と、サブマウント２が固着されたヒートシンク３と、レーザチップ１を覆うキャップ５と、ヒートシンク３およびキャップ５を支持するベース４とを備えたキャンタイプレーザである。ヒートシンク３とベース３は全体として「ステム」を構成している。

レーザチップ１は、例えば幅３５０μｍ×長さ（共振器長）７００μｍ×厚さ１００μｍの矩形形状を有するレーザダイオード素子であり、ＧａＮ、ＳｉＣ、またはサファイアなどの基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体の積層構造を有している。積層構造を構成する窒化物半導体の組成や層の厚さは、公知の構成を採用することができる。本実施形態のレーザチップ１は、４０５ｎｍの発振波長が得られるように、厚さ３ｎｍのＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ量子井戸層と厚さ９ｎｍのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎバリア層とを交互に積層した量子井戸構造を有する活性層を備えている。

サブマウント２は、熱伝導性の高い材料（例えばＳｉＣやＡｌＮ）から形成されたブロック状の部材であり、レーザチップ１で発生した熱を速やかにヒートシンク３およびベース４へ放散する機能を有している。

キャップ５は、軟鋼などの金属材料から形成され、略円筒状の形状を有しており、上端面に設けられた開口部には、レーザチップ１から放射されたレーザ光を透過する光学窓（キャップガラス）６が取り付けられている。キャップ５は、高電界プレスなどによってベース４の上面に固着（融着）されている。

ベース４は、好適には銅および鉄などの金属材料から形成され、複数の端子電極（リードピン）７が固定されている。端子電極７は、ボンディングワイヤなどを介して、レーザチップ１の電極（不図示）と電気的に接続される。端子電極７を介して外部の駆動回路からレーザチップ１に電流が供給され、レーザチップ１内でレーザ発振が引き起こされる。なお、端子電極７とベース４との間には、端子電極７をベース４から電気的に絶縁するため、絶縁ガラス８が設けられている。

図２は、本実施形態の半導体レーザ装置の主要部を示す断面図である。

図２に示すように、レーザ光を透過する光学窓６は、厚さ０．２５ｍｍ、直径３．１ｍｍ程度のサイズを有する円盤状ガラス板から形成されており、低融点ガラスの層（以下、「接着層」と称する）１０を介してキャップ５の内壁面に接着されている。

キャップ５、ベース４、および光学窓６によって囲まれる空間は、大気から遮断された状態でレーザチップ１を収容するため、キャップ５、ベース４、および光学窓６は、レーザチップ１のための１つの「パッケージ」を構成しているといえる。このようなパッケージの内部空間には、窒素などの不活性なガスが封入されている。

本実施形態において、光学窓６をキャップ５に接着する低融点ガラスの接着層１０は、レーザ光を受けて光化学反応が生じる物質（ＳｉまたはＳｉ含有物質）を含有する材料から形成されている。このような低融点ガラスの接着層１０は、例えば、封着に便利なようにタブレット状に加工された低融点粉末ガラスを用いて形成される。粉末ガラスのタブレットは、粉末ガラスをバインダ樹脂と混合した後、焼結することによって形成される。バインダ樹脂は焼結前の加熱工程（脱バインダ工程）で除去されるが、樹脂の一部は接着層１０に残存している。

本実施形態では、低融点ガラスの接着層１０のうち、少なくとも雰囲気ガスと接触する表面におけるＳｉ含有物質の濃度を低下させるため、図３に示すように、ＵＶ光源５０を用いて紫外線（ＵＶ）を照射している。この紫外線の波長は、２００〜３５０ｎｍ程度の範囲にあり、レーザチップ１が放射する光と同程度かそれよりも波長が短い。紫外線の照射時間は例えば１０〜６０分の範囲に設定される。

このような短波長光で低融点ガラスの接着層１０を照射することにより、接着層１０からＳｉまたはＳｉ含有物質がガス化して放出される。紫外線照射を行なうとき、キャップ３はベース４にまだ取り付けられていない状態にあるため、接着層１０から放出された物質は、大気に解放される。

接着層１０に対する紫外線照射を充分に行なうことにより、図４に示すように、接着層１０の中においてＳｉ濃度が他の部分によりも相対的に低下した領域１０ａ、１０ｂを形成することができる。以下、この領域１０ａ、１０ｂを、「低Ｓｉ濃度領域」と称することとする。低Ｓｉ濃度領域１０ａ、１０ｂは、接着層１０の内部におけるＳｉ濃度の１０分の１以下であることが好ましい。

図４における黒太の矢印は、紫外線照射によってＳｉ（またはＳｉ化合物などのＳｉ含有物）が接着層１０から離脱する様子を模式的に示している。

このような紫外線照射の処理を施したキャップ３を用いて図２に示す半導体レーザ装置を組み立てると、半導体レーザ装置の動作中にレーザチップ１から放射されたレーザ光や、その散乱光（迷光）が接着層１０を照射しても、Ｓｉがレーザチップ１の光出射端面に付着してレーザ特性を劣化させる問題はほとんど生じなくなった。その結果、Ｓｉを含有する低融点ガラスを接着層１０として使用した場合でも、半導体レーザ装置の長寿命化を達成することができる。

なお、接着層１０におけるＳｉ濃度の分布は、低Ｓｉ濃度領域１０ａ、１０ｂと他の領域（相対的にＳｉ濃度の高い領域）との境界で急峻に変化している必要はない。重要な点は、キャップ３によって閉じた空間が形成された後、レーザチップ１からのレーザ光の照射を受けても、接着層１０から殆んどＳｉが上記空間内に供給されないようにできればよい。

本実施形態では、紫外線のように波長の短い光で接着層１０を照射しているが、Ｓｉなどの光化学反応性のある物質を含有する部材から、そのような物質をできるだけ取り除く手段は、光照射に限定されない。たとえば、光照射に代えて、あるいは光照射とともに、加熱処理を行なうことが有効な場合がある。図３に示すように一端が開放された状態のキャップ３を例えば１００〜６００℃に加熱し、１０〜６０分程度、保持しても良い。このような加熱処理により、光化学反応性のある物質を接着層１０から気化（飛散）させ、図４に示す構造と同様の構造を接着層１０に付与することができる。

接着層１０の材料として、低融点ガラスに代え、加熱処理によってＳｉ含有物質が飛散しやすい材料（ニトロセルロースなどの低分子材料や酸素含有物質）を用いても良い。

（実施形態２）
以下、図５を参照しながら、本発明による半導体レーザ装置の第２の実施形態を説明する。

本実施形態の半導体レーザ装置と実施形態１における半導体レーザ装置とは、以下に説明する相違点以外の点では共通の構成を有している。このため、ここでは、相違点のみを詳細に説明することにする。

本実施形態の半導体レーザ装置では、キャップ５によって形成された空間に封入されたガス（窒素ガス）と接着層１０との接触を遮断するため、キャップ５の内部において本来的に露出する接着層１０の表面をシールド膜２０によって被覆している。

本実施形態におけるシールド膜２０の役割は、レーザ光の照射を受けた接着層１０中でＳｉまたはＳｉ含有物質の気化・離脱現象が生じた場合に、そのようなＳｉまたはＳｉ含有物質が窒素ガス中に漏れ出さないようにすることにある。このため、シールド膜２０は、気密効果を発揮する緻密な材料から形成されることが好ましい。例えば、酸化二オブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）などの材料がシールド膜２０の材料として好適に用いられる。

シールド膜２０の厚さは、１０〜１００ｎｍ程度の範囲から適宜選択される。シールド膜２０の厚さが１０ｎｍよりも小さくなると、充分な遮断効果（気密性）が得られないため好ましくない。また、シールド膜２０の厚さが１００ｎｍを超えて厚くなりすぎると、今度は、熱膨張係数差等によりシールド膜２０にクラックが発生したり、シールド膜２０が部分的に剥離するおそれがある。

シールド膜２０は、リフトオフ法などによって形成され得るが、シールド膜２０の堆積に先立って、実施形態１について説明したＵＶ照射や加熱処理を行なっておいても良い。

レーザチップ１の光出射端面には、反射率を調整するために種々の反射コーティング膜や保護膜が堆積されている。これらの膜は、レーザ光を受けても反応しにくい安定した材料として信頼性の高い材料から形成されている。このため、レーザチップ１の光出射端面に用いられ得る膜と同様の膜からシールド膜２０を形成することが好ましい。

なお、シールド膜２０は、レーザチップ１から放射されるレーザ光を透過する膜であってもよいが、このレーザ光を吸収または反射する材料から形成されていれば、接着層１０に到達するレーザ光の量を低減できるため、光化学反応を抑制する効果を得ることも可能である。本実施形態で用いるレーザ光を効果的に吸収する材料としては、例えば、金（Ａｕ）等の金属が好適に用いられる。シールド膜２０がレーザ光を反射する材料から形成されている場合、レーザチップ１に対する戻り光が発生してノイズを生じる可能性がある。このため、反射性のある材料からシールド膜２０を形成する場合は、反射光がレーザチップ１に戻りにくいようにシールド膜の形状やサイズを設計することが好ましい。

シールド膜２０は積層構造やコンポジット構造を有していてもよい。例えば、レーザ光を反射する金属層と、レーザ光を吸収する樹脂層とを積層することによって積層構造を有するシールド膜２０を形成してもよい。また、例えば微小な金属微粒子を絶縁膜中に分散されることによってコンポジット構造を有するシールド膜２０を形成してもよい。なお、シールド膜２０の表面は平滑である必要はなく、光散乱性を示すように微細な凹凸が形成されていてもよい。

このようにシールド膜２０がレーザ光を吸収したり、反射したりする材料から形成される場合は、図５に示すように、レーザ光を透過すべき領域にはシールド膜２０を設けるべきではない。ただし、シールド膜２０をレーザ光に対して透明な材料から形成する場合は、光学窓４の全面がシールド膜２０によって覆われていても良い。

以上、Ｓｉを含有した低融点ガラスの接着層１０で光学窓６がキャップ５に接着される実施形態について、本発明を説明してきたが、本発明はこのような場合に限定されない。Ｓｉを含有した低融点ガラスの接着層１０は、パッケージ内部において光学窓６以外の部材を接着するために使用され得る。

（実施形態３）
以下、本発明による半導体レーザ装置の更に他の実施形態を説明する。

図３を参照しながら最初の実施形態について説明したように、キャップ５に紫外線を照射し、キャップ５の接着層１０におけるＳｉ含有物質の濃度を低減することは、半導体レーザ装置の寿命を増大させる上で効果的である。しかしながら、本発明者による更なる検討の結果、パッケージを小型化したとき（すなわちベース４の上面サイズを小さくしたとき）、キャップ５に対する紫外線照射だけでは、レーザチップの光出射端面における異物の付着を充分に抑制できない場合があることを見出した。このようにパッケージが小型化した場合に生じる問題と、その解決方法を以下に説明する。

まず、図１を参照する。図１に示されるように、ベース４には、複数の端子電極（リードピン）７が固定されている。これらの端子電極７のうちの２本の端子電極７は、ベース４に設けられた貫通孔に挿入され、低融点の絶縁ガラス（シールドガラス）８を介してベース４に固着される。

キャップ５は、高電界プレスによってベース４に融着されている。高電界プレス装置では、融着部近傍の部材を熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）から形成し、また氷冷を行うなどして、融着時に大量の熱がベース４に流れこむことを抑制しようとしている。しかしながら、キャップ５の周端部における融着部材は、融点が１０００℃程度に達するコバールなどの材料から形成されているため、融着部の高温化は避けられない。その結果、ベース４を小型化すると、キャップ５をベース４に融着するときの加熱により、端子電極７の周りに存在する絶縁ガラス８の温度が局所的に急激に上昇する可能性がある。しかし、実施形態１では、５．６ｍｍφのベース４を用いているため、キャップ５の周縁端と絶縁ガラス８の外周面との距離は１００〜１５０μｍ程度離れている。このような場合は、キャップ５をベース４に融着するときでも、端子電極７の周りの絶縁ガラス８の温度が７００℃程度を大きく超えることは無いと考えられる。しかし、ベース４の外径が例えば３ｍｍφ程度である場合は、絶縁ガラス８とキャップ５の周縁端との距離が５０μｍ程度またはそれ以下に短縮することになる。このような場合、絶縁ガラス８の温度は７００℃程度を超えて大きく上昇する可能性があり、それによって絶縁ガラスに含まれていたＳｉ含有物質が顕著に放出されるものと推量される。

図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、小型パッケージのＩカット型パッケージおよびハーフカット型パッケージのベース上面を示す平面図である。これらのベース４は、端子電極７とキャップ５（破線部）の内周縁端との距離が短くなり、キャップ５をベース４に融着するときの熱で端子電極７の周りの絶縁ガラス８が局所的に高温化されやすい。このようなタイプのパッケージでは、そのサイズによらず、キャップ５をベース４に融着するときに端子電極７の近傍に位置する絶縁ガラス８が加熱されやすく、Ｓｉ含有物質を放出しやすい。

図８（ａ）は、融点を低下させるためにフッ化珪素（ＳｉＦ_x、ｘ≧１）が添加された低融点絶縁ガラスを含む５．６ｍｍφ中のステムの加熱温度と、このステムから放出されるＳｉ含有物質（ＳｉＯＨ、ＳｉＦ_x）の検出強度との関係を示すグラフである。横軸は加熱温度であり、縦軸はガス検出強度である。ステムを入れた容器を真空状態に排気してから容器内のステムを室温から１０００℃まで50℃／分の昇温速度で加熱し、そのステムから出てくるガス（デガス）を質量分析装置で検出した。

なお、図８（a）および（b）には、シロキサンの代表例として質量数４５のＳｉＯＨ、フッ化珪素の代表例として質量数４７のＳｉＦを例示した。加熱温度が７００℃以下のとき、ステムからＳｉＯＨ（シロキサンの１種）が放出されるが、ＳｉＦ_x（ｘ≧１、実験ではｘ＝１．３）は放出されないことがわかる。一方、加熱温度が７００℃を超えて上昇してゆくと、ステム（絶縁ガラス）からＳｉＦ_xの放出が活発化し、支配的になる。なお、「シロキサン」とは、Ｄ₂ＳｉＯを基本構成単位とするシリコンおよび酸素を主成分とする有機または無機化合物群である。ここで、Ｄはアルキル基（通常はメチル基）である。

図８（ｂ）は、ＳｉＦ_xを含有しない（高融点）絶縁ガラスを含むステムの加熱温度と、このステムから放射されるＳｉ含有物質（ＳｉＯＨ、ＳｉＦ_x）の検出強度との関係を示すグラフである。図８（ｂ）に示されるように、加熱温度にかかわらず、ＳｉＦ_xの放出は大幅に低減された。

以上の説明からわかるように、端子電極７の周りの絶縁ガラス８がＳｉＦ_xを含有する場合においては、端子電極７の近傍が７００℃を超える温度に加熱されなければ、ＳｉＦ_xの放出は抑制される。したがって、パッケージが大型である場合は、端子電極７の周りの絶縁ガラスからのＳｉＦ_xの放出はさほど重要ではなくなる。なお、このような絶縁ガラスとして、ＳｉＦ_xを含有しない絶縁ガラスを用いる場合は、加熱温度を８００℃以下に抑える限り、Ｓｉ含有物質（シロキサンなど）の放出を相対的に低く抑制できる。

以上のことから、ベース４の外径が５ｍｍφ以下となる場合、または、Ｉ型パッケージやハーフカット型パッケージを採用する場合には、端子電極７の周りに用いる絶縁ガラス８がＳｉＦ_xを放出しやすくなるため、それによって半導体レーザ装置の寿命が短くなるという問題の生じることがわかる。このような問題を解決するため、本実施形態では、以下に説明する各種の対応策を講じている。

まず、本実施形態では、通常の低融点絶縁ガラス８を介して端子電極７をベース４に固着させた後、この絶縁ガラス８中に含まれるＳｉＦ_xの濃度を低減するための特別の処理を行う。具体的には、ベース４（端子電極７の近傍に存在する絶縁ガラス８部分）に対して、ヘキサン洗浄およびＵＶ照射を行なう。本発明者の実験によると、ヘキサン洗浄はＳｉＦ_xの除去に極めて効果的であることがわかった。ベース４に対するヘキサン洗浄を行うことにより、キャップ融着時の加熱で絶縁ガラスが放出するＳｉＦ_xの量を１０分の１以下に低減できる。また、このとき、絶縁ガラスのうち、雰囲気ガスと接触する表面におけるフッ化珪素の濃度は、内部における濃度の１０分の１以下となっている。このようなヘキサン洗浄は、ベース４を含むステムの表面に付着したシロキサンの除去にも効果がある。したがって、ヘキサン洗浄は、ＵＶ照射とともにキャップ５などに対しても行うことが好ましい。

本実施形態によれば、キャップ５をベース４に融着する前にベース４上に存在するＳｉＦ_xの濃度を低減しているため、キャップ５をベース４に融着するとき、端子電極７の近傍が７００℃を超えるような高温（例えば９００℃）になっても、絶縁ガラスなどからのＳｉＦ_xの放出量が大きく低減されため、パッケージ内におけるレーザチップの光出射端面の劣化が抑制される。この結果、キャップ５がベース４の表面に融着される位置と絶縁ガラス８の外周面との間隔が５０μｍ以下となるような場合でも、効果的に半導体レーザ装置の寿命を実用的なレベルに延ばすことが可能になる。具体的には、７５０℃以上８５０℃以下の温度に加熱されたときのＳｉＦ_x放出総量は、１．０μｇ以下であることが好ましく、０．１μｇ以下であることが更に好ましい。

なお、本実施形態では、ＳｉＦ_xを含有する絶縁ガラスを用いているが、そもそも、ＳｉＦ_xを含有しない絶縁ガラスで端子電極７をベース４に固着することが好ましい。ＳｉＦ_xを含有しない絶縁ガラスの融点は、ＳｉＦ_xを含有する絶縁ガラスの融点に比べて高くなるが、レーザチップの光出射端面の劣化を防止するためには、ＳｉＦ_xを実質的に含有しない絶縁ガラスを用いることが好ましい。なお、このような場合でも、ベース４を含むステム全体に対してヘキサン洗浄やＵＶ照射を行うことが望ましい。絶縁ガラス以外に由来を持つＳｉ含有物質がステム表面に存在している場合、例えば、ステム表面のメッキ（ＮｉメッキやＡｕメッキ）中やステム搬送時の外部からの汚染などがあり、そのようなＳｉ含有物質をステム表面から可能な限り除去することが、半導体レーザ装置の寿命を延ばすことに寄与するからである。

実施形態１〜３におけるパッケージ内封入ガスは窒素ガスであるが、酸素を混入したガス（例えばエアー）を封入ガスとして用いてもよい。酸素が混入されていると、レーザ出射端面への異物付着を抑制する効果が顕著になるからである。酸素は、レーザ光の波長（５００ｎｍ以下）に活性であるため、光化学反応で分解したＳｉがレーザ端面に付着する前に反応し、ゲッタリング効果を発揮するからである。同様のゲッタリング効果は、レーザ光（波長５００ｎｍ以下）に対して活性なガス、即ち波長が５００ｎｍ以下のレーザ光によって光化学反応が生じて分解するガス（フッ素、塩素など）であれば発揮され得るので、これらのガスを酸素に加えて、または酸素に代えて添加しても良い。

以上説明してきたことからわかるように、レーザ光の波長が５００ｎｍよりも短くなるにつれ、従来は全く問題にならなかった各種の材料についても見直しを行なう必要がある。例えば、Ｓｉを含有する低融点ガラスなどの材料は、光ディスク装置に含まれる光学系（レンズなどの光学系部品）にも使用されるため、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光の光路中、あるいは、光路から外れてはいるが散乱光（迷光）が当たる領域にＳｉ含有物質が存在していると、レーザ光照射によってＳｉが放出され、レンズなどの光学系部品の表面に付着するおそれがある。したがって、レーザ光を受けて光化学反応が生じる物質を含有する材料から形成された部材は、光化学反応が生じない安定な材料からなる膜によって被覆したり、光化学反応が生じないように改質（特に表面改質）を行ったり、レーザ光が照射される領域外に配置したりすることが望ましい。

以上、レーザ光を受けて光化学反応が生じる物質がＳｉである場合のみを説明してきたが、本発明は、このような場合に限定されず、例えばハイドロカーボン（C）のように、他の物質がレーザ光を受けて放出され、レーザチップの光出射端面に付着する場合にも有効である。

本発明の半導体レーザ装置は、波長５００ｎｍ以下の短波長レーザ光を必要とする各種の電子機器（光ディスク装置など）の光源として用いられ、機器の信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態における半導体レーザ装置の構成を概略的に示す一部分解斜視図である。 実施形態１における半導体レーザ装置の主要部を示す断面図である。 紫外線照射によるクリーニング処理を示す図である。 接着層１０からＳｉが放出され、低Ｓｉ濃度領域が形成された状態を模式的に示す部分断面である。 実施形態２における半導体レーザ装置の主要部を示す断面図である。 （ａ）は断面SＥＭ（走査電子顕微鏡写真）であり、（ｂ）は、（ａ）の断面SＥＭの像を模式的に表現した図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、Ｉカット型パッケージおよびハーフカット型パッケージのベース上面を示す平面図である。 （ａ）は、融点を低下させるためにＳｉＦ_xが添加された低融点絶縁ガラスの加熱温度と、この絶縁ガラスから放射されるＳｉ含有物質（ＳｉＯＨ、ＳｉＦ_x）の検出強度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ＳｉＦ_xを含有しない高融点絶縁ガラスの加熱温度と、この高融点絶縁ガラスから放射されるＳｉ含有物質（ＳｉＯＨ、ＳｉＦ_x）の検出強度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ レーザチップ
２ サブマウント
３ ヒートシンク（ステム）
４ ベース（ステム）
５ キャップ
６ 光学窓
７ 端子電極
８ 絶縁ガラス
１０ 低融点ガラスの接着層
１０ａ 低Ｓｉ濃度領域
１０ｂ 低Ｓｉ濃度領域
２０ シールド膜
５０ ＵＶ光源

Claims (10)

1. レーザ光を放射する半導体レーザチップと、
   前記半導体レーザチップを支持するステムと、
   前記ステムに設けられた貫通孔に挿入され、前記半導体レーザチップに給電するための複数の端子電極と、
   前記レーザ光を透過する光学窓を有し、かつ、前記半導体レーザチップを覆うように前記ステムに固着されるキャップと、
   フッ化珪素が添加され、前記ステムと前記端子電極との間に設けられた絶縁ガラスと、
   を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記絶縁ガラスが７００℃以上８５０℃以下の温度に加熱されたときに放出するフッ化珪素ガスの総量は、１．０μｇ以下であり、
   前記ステムおよびキャップで囲まれた空間の内部には、前記半導体レーザチップに接触する雰囲気ガスが封止されており、
   前記絶縁ガラスのうち、前記雰囲気ガスと接触する表面におけるフッ化珪素の濃度が前記絶縁ガラスの内部におけるフッ化珪素の濃度よりも低下している、半導体レーザ装置。
2. 前記キャップの内周縁端と前記絶縁ガラスの外周面との間隔が５０μｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記レーザ光の波長は５００ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記絶縁ガラスのうち、前記雰囲気ガスと接触する表面におけるフッ化珪素の濃度は、
   前記絶縁ガラスの内部におけるフッ化珪素の濃度の１０分の１以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記雰囲気ガスは、窒素ガスおよび／または不活性ガスである請求項１に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記雰囲気ガスは、酸素ガスを含有している請求項１に記載の半導体レーザ装置。
7. 請求項１に記載の半導体レーザ装置と、
   前記半導体レーザ装置から放射されたレーザ光を光ディスクに集光する光学系と、
   を備えた光ディスク装置。
8. 前記レーザ光の照射を受ける領域に、前記レーザ光によって光化学反応を生じる物質を含有する材料から形成された部材を有していない、請求項７に記載の光ディスク装置。
9. レーザ光を放射する半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップを支持するステムと、前記ステムに設けられた貫通孔に挿入され、前記半導体レーザチップに給電するための複数の端子電極と、前記レーザ光を透過する光学窓を有し、かつ、前記半導体レーザチップを覆うように前記ステムに固着されるキャップとを備えた半導体レーザ装置を製造する方法であって、
   フッ化珪素が添加された絶縁ガラスによって前記端子電極を前記ステムから絶縁する工程（Ａ１）と、
   ７００℃以上８５０℃以下の温度に加熱されたときにフッ化珪素ガスを放出しない濃度まで前記絶縁ガラスのフッ化珪素の濃度を低減する工程（Ａ２）と、
   前記ステムに前記キャップを固着する工程（Ｂ）と、
   を含み、
   前記工程（Ａ２）は、波長５００ｎｍ以下の光で前記ステムおよびキャップの表面を照射する工程を含む、半導体レーザ装置の製造方法。
10. 前記工程（Ａ２）は、前記ステムおよびキャップの表面をヘキサンで洗浄する工程を含む、請求項９に記載の製造方法。

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