JP5079474B2 - キャップ部材およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体素子を覆うキャップ部材およびそれを用いた半導体装置に関する。

光ピックアップ装置などに用いられる半導体レーザ素子（半導体素子）のパッケージとして、従来、半導体レーザ素子を金属製のキャップ部材で封止するキャンパッケージ型の半導体レーザ装置（半導体装置）が知られている。このようなキャンパッケージ型の半導体レーザ装置では、搭載される半導体レーザ素子の種類によって、上記したキャップ部材で半導体レーザ素子が気密封止される場合がある。たとえば、窒化物系の半導体レーザ素子では、大気中で素子を駆動させた場合、レーザ光出射部に塵芥が付着したり、レーザ光出射部に有機物の焼き付きなどが発生したりするため、これによって特性が劣化するという不都合が生じる。このため、窒化物系の半導体レーザ素子は、一般的に、気密封止された状態でキャンパッケージに搭載されて、光ピックアップ装置などの光源として用いられる。

なお、半導体レーザ素子を封止するキャップ部材には、レーザ光を取り出すための開口が設けられており、キャップ部材の開口の周縁部には、この開口を塞ぐようにガラスからなる光透過窓が低融点ガラスで封着されている。キャップ部材のこのような構成は、たとえば、特許文献１に記載されている。

また、近年、ノート型のパーソナルコンピュータなどの電子機器においては、小型化・薄型化が進展しており、これらの電子機器に光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブを搭載するために、光ディスクドライブの薄型化が要求されている。そして、それに伴い光ピックアップ装置の光源として用いられるキャンパッケージ型の半導体レーザ装置の小型化が要求されている。

しかしながら、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置を小型化した場合には、放熱特性が低下するという不都合が生じる。放熱特性が低下した場合には、半導体レーザ素子の駆動時に生じる熱が放熱され難くなるため、半導体レーザ素子の素子温度が上昇する。これにより、半導体レーザ素子の素子特性や信頼性が低下するため、放熱特性の改善が要求される。

そこで、従来、小型化した場合でも、放熱特性を改善することが可能なキャンパッケージ型の半導体レーザ装置の構造が知られている。図４５は、従来知られているキャンパッケージ型の半導体レーザ装置の構造を説明するための断面図である。図４５を参照して、従来知られているキャンパッケージ型の半導体レーザ装置は、ステム３００１と、ステム３００１上に設けられたブロック部３００２と、ブロック部３００２の側面上にサブマウント３００３を介して取り付けられた半導体レーザ素子３００４と、半導体レーザ素子３００４に電力を供給するためのリードピン３００５と、半導体レーザ素子３００４を気密封止するキャップ部材３１００とを備えている。このキャンパッケージ型の半導体レーザ装置では、放熱特性を改善するために、半導体レーザ素子３００４が搭載されるブロック部３００２が出来るだけ大きく構成されている。すなわち、上記したブロック部３００２は、ヒートシンクとしての機能を有しており、このブロック部３００２を出来る限り大きく構成することによって、放熱性が確保されている。

また、キャップ部材３１００は、金属板をプレス加工することによって形成されており、円筒状の側壁部３１０１と、側壁部３１０１の一端に設けられた天面部３１０２と、側壁部３１０１の他端に設けられたフランジ部３１０３とを含んでいる。このキャップ部材３１００の天面部３１０２には、レーザ光を取り出すための開口３１０２ａが設けられており、キャップ部材３１００の開口３１０２ａは、半導体レーザ素子３００４を気密封止するために光透過窓３１０４によって覆われている。なお、光透過窓３１０４は、低融点ガラス３１０５によってキャップ部材３１００に取り付けられている。

一方、キャップ部材３１００のフランジ部３１０３は、金属板が所定の曲率半径で側壁部３１０１の外側に折り曲げられることによって、円筒状の側壁部３１０１の他端に形成されている。そして、フランジ部３１０３がステム３００１の上面に溶接されることによって、キャップ部材３１００が、半導体レーザ素子３００４やブロック部３００２などを覆うようにステム３００１の上面に固定されている。

ここで、図４５に示したキャンパッケージ型の半導体レーザ装置では、放熱特性を改善するために上記ブロック部３００２が出来るだけ大きく構成されているため、このブロック部３００２を覆うキャップ部材３１００の直径Ｄもブロック部３００２を覆うことが可能な大きさとなるように出来るだけ大きく構成されている。

図４６は、図４５に示したキャンパッケージ型の半導体レーザ装置のキャップ部材をステム上に固定する方法を説明するための断面図である。次に、図４６を参照して、キャップ部材３１００をステム３００１上に固定する方法について説明する。まず、キャップ部材３１００をブロック部３００２や半導体レーザ素子３００４などを覆うように、ステム３００１の上面に載置する。次に、ステム３００１の下面に第２電極３３００を当接させるとともに、第１電極３２００をステム３００１側（図４６の矢印Ｓ方向）に移動させることにより、第１電極３２００でキャップ部材３１００のフランジ部３１０３をステム３００１の上面に押圧する。そして、第１電極３２００と第２電極３３００との間に電流を流す。これにより、フランジ部３１０３の一部が電気抵抗による熱で溶けてキャップ部材３１００のフランジ部３１０３がステム３００１の上面に溶接される。このようにして、半導体レーザ素子３００４がキャップ部材３１００で気密封止される。

特開２００５−１０１４８１号公報

しかしながら、図４５に示したキャンパッケージ型の半導体レーザ装置では、キャップ部材３１００の直径Ｄを出来るだけ大きく構成したことによって、側壁部３１０１の外表面からフランジ部３１０３の一端までの距離ｂが小さくなっている。このため、第１電極３２００（図４６参照）でキャップ部材３１００のフランジ部３１０３をステム３００１の上面に押圧する際に、所定の曲率半径で折り曲げられた曲面部分（アール部分）３１０６が押圧されてしまうという不都合がある。これにより、第１電極３２００でフランジ部３１０３を押圧する際に、フランジ部３１０３以外の側壁部３１０１や天面部３１０２にも力が加わってしまうという不都合がある。

そして、光透過窓３１０４を封着する低融点ガラス３１０５は比較的脆いため、キャップ部材３１００の側壁部３１０１や天面部３１０２に力が加わると、その力によって低融点ガラス３１０５が割れて光透過窓３１０４が脱落したり、低融点ガラス３１０５にひびが入ったりするという不都合が生じる。これにより、キャンパッケージの気密性が失われるため、半導体レーザ素子３００４の素子特性などが低下する。このように、上記した従来のキャンパッケージ型の半導体レーザ装置では、信頼性および製造歩留が低下するという問題点がある。

なお、第１電極３２００でフランジ部３１０３を押圧した際に、低融点ガラス３１０５が割れなかったり、低融点ガラス３１０５にひびが入らなかったりしたとしても、キャップ部材３１００に応力が残ってしまう。このため、このような応力が残るキャップ部材３１００に外部から力が加わると、容易に低融点ガラス３１０５が割れたり、容易に低融点ガラス３１０５にひびが入ったりするという不都合が生じる。

一方、ステムの外径がφ９ｍｍやφ５．６ｍｍなどの一般的なパッケージサイズのキャンパッケージ型半導体レーザ装置では、図４５に示したキャンパッケージ型の半導体レーザ装置と異なり、キャップ部材の側壁部の外表面からフランジ部の一端までの距離が十分大きく確保されているので、キャップ部材をステムの上面に溶接する際に、図４５に示したキャンパッケージ型の半導体レーザ装置に比べて、キャップ部材の側壁部や天面部に力が加わり難い。このため、キャップ部材の溶接時に、光透過窓を封着している低融点ガラスが割れたり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じ難い。

しかしながら、光透過窓を封着する低融点ガラスは上述したように脆いため、キャップ部材に外部から力が加わった場合には、上記した一般的なパッケージサイズのキャンパッケージ型半導体レーザ装置であっても、低融点ガラスが割れて光透過窓が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じる。これにより、製品（キャンパッケージ型半導体レーザ装置）の信頼性が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、信頼性の低下を抑制することが可能であり、かつ、製造歩留を向上させることが可能なキャップ部材を提供することである。

この発明のもう１つの目的は、信頼性の高い半導体装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるキャップ部材は、筒状の側壁部と、側壁部の一端を閉じるとともに所定領域に開口が形成された天面部と、開口を塞ぐように天面部に取り付けられた透光性を有する窓部材と、側壁部の他端に配設され、半導体素子が設置された支持基体上に固定される取付部とを備えている。そして、側壁部および天面部の少なくとも一方には、側壁部および天面部の他の部分よりも厚みの小さい部分が１カ所以上設けられている。

この第１の局面によるキャップ部材では、上記のように、キャップ部材の側壁部およびキャップ部材の天面部の少なくとも一方に、側壁部および天面部の他の部分よりも厚みの小さい部分を１カ所以上設けることによって、キャップ部材を固定（溶接）する際にキャップ部材の側壁部およびキャップ部材の天面部に力が加わったとしても、その力をキャップ部材に設けられた厚みの小さい部分で緩和することができる。このため、天面部の開口を塞ぐ窓部材が比較的脆い低融点ガラスで封着されている場合でも、その低融点ガラスに力が加わる（伝わる）のを抑制することができる。すなわち、厚みの小さい部分は、他の部分に比べて変形し易いので、キャップ部材に力が加わった際に、厚みの小さい部分が変形することによって低融点ガラスに力が伝わり難くすることができる。これにより、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このキャップ部材を用いて半導体装置を組み立てることにより、半導体装置の製造歩留を向上させることができるとともに、半導体装置の気密性が失われるのを抑制することができるので、同時に、信頼性の低下を抑制することができる。

また、第１の局面によるキャップ部材では、上記のように構成することによって、キャップ部材を固定（溶接）した後に、このキャップ部材に外部から力が加わった場合でも、キャップ部材に設けられた厚みの小さい部分でキャップ部材に加わった外部からの力を緩和することができる。これにより、低融点ガラスに力が加わる（伝わる）のを抑制することができるので、このような場合でも、窓部材を封着する低融点ガラスが割れたり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。

上記第１の局面によるキャップ部材において、好ましくは、天面部には、開口の周縁部の少なくとも一部に第１段差部が形成されており、この第１段差部によって、厚みの小さい部分が天面部に形成されている。このように構成すれば、容易に、天面部に他の部分よりも厚みの小さい部分を形成することができるので、キャップ部材に力が加わった場合でも、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。

この場合において、好ましくは、天面部の開口は、平面的に見て円形状に形成されており、第１段差部は、開口の周縁部の全周にわたって形成されている。このように構成すれば、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に抑制することができる。

上記第１の局面によるキャップ部材において、天面部の所定領域には、第１溝部が形成されており、第１溝部によって、厚みの小さい部分が天面部に形成されていてもよい。このように構成すれば、容易に、天面部に他の部分よりも厚みの小さい部分を形成することができるので、キャップ部材に力が加わった場合でも、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。これにより、容易に、信頼性の低下を抑制することができるとともに、製造歩留を向上させることができる。

上記天面部に第１溝部が形成されている構成において、好ましくは、第１溝部は、平面的に見て開口を囲むように周状に形成されている。このように構成すれば、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に抑制することができる。

上記天面部に第１溝部が形成されている構成において、第１溝部は、天面部の内面および外面のいずれか一方に形成されていてもよい。

上記天面部に第１溝部が形成されている構成において、第１溝部は、天面部の内面および外面の両方に形成されていてもよい。

上記第１の局面によるキャップ部材において、好ましくは、側壁部の所定領域には、第２段差部が形成されており、この第２段差部によって、厚みの小さい部分が側壁部に形成されている。このように構成すれば、容易に、側壁部に他の部分よりも厚みの小さい部分を形成することができるので、キャップ部材に力が加わった場合でも、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。

この場合において、好ましくは、第２段差部は、側壁部の周方向に一周するように形成されている。このように構成すれば、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に抑制することができる。

上記側壁部に第２段差部が形成されている構成において、第２段差部は、側壁部の２カ所以上に形成されていてもよい。

上記第１の局面によるキャップ部材において、好ましくは、側壁部の所定領域には、第２溝部が形成されており、この第２溝部によって、厚みの小さい部分が側壁部に形成されている。このように構成すれば、容易に、側壁部に他の部分よりも厚みの小さい部分を形成することができるので、キャップ部材に力が加わった場合でも、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを容易に抑制することができる。

この場合において、好ましくは、第２溝部は、側壁部の周方向に一周するように形成されている。このように構成すれば、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に抑制することができる。

上記側壁部に第２溝部が形成されている構成において、第２溝部は、側壁部の２カ所以上に形成されていてもよい。

上記側壁部に第２溝部が形成されている構成において、第２溝部は、側壁部の内面および外面のいずれか一方に形成されていてもよい。

上記側壁部に第２溝部が形成されている構成において、第２溝部は、側壁部の内面および外面の両方に形成されていてもよい。

なお、上記側壁部に形成された第２溝部は、線状であってもよいし、線状以外の形状であってもよい。たとえば、一定以上の幅を持った帯状の凹部を持ち、上記側璧部に２段階以上の内径及び外径を持つものであってもよい。第２溝部を２段階以上の内径及び外径を持つように構成した場合には、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に抑制することが可能となる。

上記第１の局面によるキャップ部材において、好ましくは、取付部は、側壁部の他端に側壁部と一体的に形成されているとともに、取付部には、支持基体側に突出し、支持基体の上面に押圧される突起部が形成されており、曲率半径が所定の値となるように取付部が筒状の側壁部の外側に折り曲げられることによって、取付部が平面部を含むように構成されており、この取付部の平面部に突起部が形成されている。このように構成すれば、キャップ部材を支持基体の上面に溶接するために電極などで取付部を押圧した場合でも、溶接部分となる突起部を支持基体の上面に良好な状態で押圧することが可能となる。このため、キャップ部材の固定（溶接）時に、取付部以外の側壁部や天面部に力が加わるのを抑制することができる。これにより、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。

この場合において、好ましくは、突起部は、取付部の側壁部とは反対側の端部側に形成されている。このように構成すれば、容易に、突起部を取付部の平面部に形成することができるので、容易に、良好な状態で、突起部を支持基体の上面に押圧することが可能となる。これにより、低融点ガラスが割れて窓部材が脱落したり、低融点ガラスにひびが入ったりするという不都合が生じるのをより効果的に抑制することができる。

この発明の第２の局面による半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が設置される支持基体と、上記第１の局面によるキャップ部材とを備えている。そして、キャップ部材は、半導体素子を覆うように支持基体上に固定されている。このように構成すれば、容易に、半導体装置の信頼性が低下するのを抑制することができるとともに、半導体装置の製造歩留を向上させることができる。

上記第２の局面による半導体装置において、キャップ部材を支持基体上に固定することによって、容易に、半導体素子をキャップ部材で気密封止することができる。

上記第２の局面による半導体装置において、好ましくは、半導体素子は、窒化物系半導体レーザ素子である。このように構成すれば、容易に、素子特性の低下、および、信頼性の低下を抑制することが可能な窒化物系半導体レーザ装置を得ることができる。

上記第２の局面による半導体装置において、好ましくは、支持基体は、平面的に見て、略円形状を有しており、支持基体の直径は、３．８ｍｍ以下である。このような構成を上記第２の局面による半導体装置に適用することによって、信頼性の高い小型パッケージ（小型半導体装置）を容易に得ることができる。これにより、容易に、半導体装置の小型化に対応することが可能となる。なお、支持基体の直径が３．８ｍｍ以下の半導体装置としては、たとえば、支持基体の直径がφ３．８ｍｍ、φ３．３ｍｍなどのパッケージサイズの半導体装置（パッケージ）があげられる。

以上のように、本発明によれば、信頼性の低下を抑制することが可能であり、かつ、製造歩留を向上させることが可能なキャップ部材を容易に得ることができる。

また、本発明によれば、信頼性の高い半導体装置を容易に得ることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の半導体装置の一例であるキャンパッケージ型の半導体レーザ装置に本発明を適用した場合について説明する。また、以下の説明では、パッケージサイズがφ３．３ｍｍである半導体レーザ装置について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図２は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の分解斜視図である。図４〜図８は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。

第１実施形態による半導体レーザ装置は、キャンパッケージ型に構成されており、図１〜図３に示すように、ステム１と、ステム１の上面上に設けられたブロック部２（図１および図３参照）と、ブロック部２の側面上に取り付けられたサブマウント１０と、サブマウント１０上に実装された半導体レーザ素子３０と、ステム１の上面に半導体レーザ素子３０などを覆うように溶接（固定）されたキャップ部材１００と、３本のリードピン３、４および５とを備えている。なお、ステム１は、本発明の「支持基体」の一例であり、半導体レーザ素子３０は、本発明の「半導体素子」の一例である。

ステム１は、銅または鉄などの金属材料から構成されており、図３に示すように、円板状に形成されている。このステム１の外径は、φ３．３ｍｍであり、ステム１の表面には、金メッキなどのメッキ処理が施されている。また、ステム１の上面には、半導体レーザ素子３０で発生した熱を放熱するためのヒートシンクとして機能するブロック部２が設けられている。このブロック部２は、ステム１と同一材料から構成されており、ステム１に一体的に形成されている。また、ブロック部２は、放熱性を確保するためにできるだけ大きく構成されている。なお、ブロック部２の表面にも、金メッキなどのメッキ処理が施されている。また、図１および図３に示すように、ステム１の所定領域には、リードピン４および５がそれぞれ接続される貫通孔１ａおよび１ｂが設けられている。

サブマウント１０は、図８に示すように、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、または、ダイヤモンドなどから構成される絶縁性の基材部１１と、この基材部１１の上面および下面の各々に形成された金属膜１２および１３とを含んでいる。金属膜１２および１３の各々は、たとえば、基材部１１側から順次積層されたＴｉ（チタン）層（図示せず）、Ｐｔ（白金）層（図示せず）およびＡｕ（金）層（図示せず）から構成されている。また、サブマウント１０は、図１、図３および図７に示すように、ブロック部２の先端側一側面の所定領域に、ＡｕＳｎ半田層６（図７参照）を介して固定されている。このサブマウント１０は、ブロック部２とともに半導体レーザ素子３０で発生した熱を放熱する機能を有している。

半導体レーザ素子３０は、窒化物半導体を含む窒化物系の半導体レーザ素子から構成されている。この半導体レーザ素子３０は、図８に示すように、上面側および下面側に、それぞれ、ｐ側電極３８およびｎ側電極３９を有している。そして、ｎ側電極３９がサブマウント１０側となるように配置された状態で、ＡｕＳｎ半田層７を介してサブマウント１０上に固定されている。ここで、窒化物半導体とは、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成されるものとする。このとき、窒化物半導体の窒素元素のうち、約２０％以下がＡｓ、ＰおよびＳｂのいずれかの元素と置換されていても構わない。また、窒化物半導体中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅがドーピングされていても構わない。なお、半導体レーザ素子３０の詳細は後述する。

また、図１〜図３に示すように、３本のリードピン３、４および５は、それぞれ、銅や鉄などの金属材料から構成されており、その表面には金メッキなどのメッキ処理が施されている。また、３本のリードピン３、４および５の内、リードピン３は、ステム１の裏面（下面）側の所定領域に直接取り付けられている。一方、３本のリードピン３、４および５の内、リードピン４および５は、その一方端部がステム１の上面側に突出するように、貫通孔１ａおよび１ｂに通されて、ガラスなどの絶縁性リング２０を介して、ステム１に絶縁固定されている。また、図１、図３、図７および図８に示すように、リードピン５の一方端部は、ボンディングワイヤ８を介して、半導体レーザ素子３０のｐ側電極３８（図８参照）と電気的に接続されている。一方、リードピン４の一方端部は、ボンディングワイヤ９およびＡｕＳｎ半田層７（図８参照）を介して半導体レーザ素子３０のｎ側電極３９と電気的に接続されている。

また、図２に示すように、ステム１の上面に固定（封着）されたキャップ部材１００は、コバール（Ｋｏｖａｒ）、４５アロイ（４５Ａｌｌｏｙ）または鉄などの金属材料からなる金属板をプレス加工することによって形成されており、円筒状の側壁部１０１と、この側壁部１０１の一端に一体的に設けられた天面部１０２と、側壁部１０１の他端に一体的に設けられた（配設された）フランジ部１０３とを含んでいる。また、キャップ部材１００の表面には、ニッケルメッキなどのメッキ処理が施されている。また、図４〜図６に示すように、キャップ部材１００の天面部１０２には、半導体レーザ素子３０から出射されたレーザ光を外部に取り出すための出射孔１０２ａが設けられている。この出射孔１０２ａは、図５に示すように、平面的に見て円形状に形成されており、天面部１０２の略中央部に配置されている。また、出射孔１０２ａは、半導体レーザ素子３０を気密封止するために、レーザ光を透過することが可能なガラスやプラスチックなどからなる光透過窓１０４によって塞がれている。具体的には、図６に示すように、キャップ部材１００の内側から低融点ガラス１０５で光透過窓１０４が封着されることによって、天面部１０２の出射孔１０２ａが光透過窓１０４で塞がれている。なお、フランジ部１０３は、本発明の「取付部」の一例であり、光透過窓１０４は、本発明の「透光性を有する窓部材」の一例である。また、出射孔１０２ａは、本発明の「開口」の一例である。

また、キャップ部材１００のフランジ部１０３は、側壁部１０１に対して所定の曲率半径Ｒ１で側壁部１０１の外側に折り曲げられることにより、側壁部１０１の他端に一体的に形成されている。また、キャップ部材１００は、ブロック部２を覆うことができるように、円筒状の側壁部１０１の直径（外径）Ｄ１１が約２．２８ｍｍに構成されている。そして、キャップ部材１００のフランジ部１０３は、その外径Ｄ１２が約２．６１ｍｍとなるように構成されている。また、フランジ部１０３の曲率半径Ｒ１は、０．２５ｍｍ（ｍａｘ）に構成されている。なお、第１実施形態では、側壁部１０１の外表面からフランジ部１０３の一端１０３ａまでの距離ｗ１１が約０．１７ｍｍ（＝（２．６１−２．２８）／２）であるとともに、曲率半径Ｒ１が０．２５ｍｍ（ｍａｘ）であるため、フランジ部１０３は、曲面状となっている。また、第１実施形態では、キャップ部材１００を断面的に見た場合に、フランジ部１０３の底面に沿った線ａ１１と側壁部１０１に沿った線ａ１２との交差する角度θ１が鈍角（９０°以上）となるようにキャップ部材１００のフランジ部１０３が構成されている。

また、フランジ部１０３は、その底面に天面部１０２と反対方向に突出する（ステム１側に突出する）突起状のプロジェクション部１０６を有している。このプロジェクション部１０６は、約０．１ｍｍの幅ｗ１２を有しており、図５に示すように、フランジ部１０３の周方向に一周するように形成されている。また、プロジェクション部１０６は、フランジ部１０３の一端（端部）１０３ａに沿うように平面的に見て円形（円周）状に形成されている。さらに、プロジェクション部１０６は、図５および図６に示すように、その外周部がフランジ部１０３の一端１０３ａと一致するように、フランジ部１０３の端部側（側壁部１０１とは反対側の端部）に配設されている。なお、プロジェクション部１０６は、本発明の「突起部」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図１および図６に示すように、キャップ部材１００の天面部１０２の所定領域に、天面部１０２の他の部分よりも厚みの小さい部分１１０が設けられている。具体的には、図６に示すように、天面部１０２の内面（キャップ部材１００の内側の面）の所定領域に、プレス加工などによって溝部１１１が形成されている。そして、この溝部１１１によって厚みの小さい部分１１０が天面部１０２に形成されている。なお、キャップ部材１００の厚み（側壁部１０１の厚みおよび天面部１０２の他の部分の厚み）ｔ１１は、約０．１ｍｍであり、厚みの小さい部分１１０の厚みｔ１２は、約０．０７ｍｍである。また、図５に示すように、溝部１１１は、平面的に見て出射孔１０２ａを囲むように円形（円周）状に形成されており、これによって、上記した厚みの小さい部分１１０も平面的に見て出射孔１０２ａを囲むように円形（円周）状に形成されている。なお、溝部１１１は、本発明の「第１溝部」の一例である。

図９および図１０は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。次に、図９および図１０を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子３０の構造について説明する。

この半導体レーザ素子３０は、上述したように、窒化物系半導体レーザ素子から構成されている。具体的には、図９に示すように、約４０μｍ〜約１５０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板３１の上面上に、ｎ型ＧａＮ基板３１側から順次積層されたｎ型クラッド層３２、ＩｎＧａＮ活性層３３、ｐ型クラッド層３４を含む窒化物半導体層３５が形成されている。また、ｐ型クラッド層３４は、凸部と、凸部以外の平坦部とを有しており、この凸部によってストライプ状（細長状）のリッジ部３６が構成されている。また、リッジ部３６の両脇におけるｐ型クラッド層３４の平坦部上には、酸化シリコンからなる絶縁性の埋め込み層３７が形成されている。

また、リッジ部３６の上面上および埋め込み層３７の上面上には、ｐ側電極３８が形成されている。このｐ側電極３８は、たとえば、ｐ型クラッド層３４側から順にＰｄ（パラジウム）およびＭｏ（モリブデン）が積層された積層体３８ａと、積層体３８ａ上に形成され、積層体３８ａ側から順にＰｔ（白金）およびＡｕ（金）が積層された積層体３８ｂとから構成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板３１の裏面（下面）上には、ｎ側電極３９が形成されている。このｎ側電極３９は、ｎ型ＧａＮ基板３１側から順にＨｆ（ハフニウム）およびＡｌ（アルミニウム）が積層された積層体３９ａと、積層体３９ａ上に形成され、積層体３９ａ側から順にＭｏ（モリブデン）、Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）が積層された積層体３９ｂとから構成されている。

また、半導体レーザ素子３０は、図１０に示すように、約８００μｍの共振器長Ｌ１を有しているとともに、約４００μｍの共振器幅Ｗ１を有している。また、半導体レーザ素子３０の光出射端面４０には、光出射端面４０側から窒化アルミニウム層（図示せず）および酸化アルミニウム層（図示せず）が積層された２層からなるＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング層４２が形成されている。一方、光出射端面４０と反対側の共振器端面４１には、酸化シリコン層（図示せず）と酸化チタン層（図示せず）とが交互に全９層積層されたＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング層４３が形成されている。

図１１および図１２は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図である。次に、図９〜１２を参照して、半導体レーザ素子３０の製造方法について説明する。

まず、約３５０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板３１の上面上に、エピタキシャル成長法などを用いて、ｎ型クラッド層３２、ＩｎＧａＮ活性層３３、ｐ型クラッド層３４を順次形成する。次に、ｐ型クラッド層３４の所定領域をエッチングにより除去することによって、リッジ部３６を形成する。これにより、図９に示したように、ｎ型ＧａＮ基板３１上に、ｎ型クラッド層３２、ＩｎＧａＮ活性層３３、ｐ型クラッド層３４を含む窒化物半導体層３５が形成される。続いて、リッジ部３６の両脇に酸化シリコンからなる埋め込み層３７を形成する。次に、リッジ部３６上および埋め込み層３７上にｐ側電極３８を形成する。

そして、ｎ型ＧａＮ基板３１の裏面側から、研磨またはエッチングを行うことにより、ｎ型ＧａＮ基板３１の厚みを当初の約３５０μｍから４０μｍ〜１５０μｍ程度の厚みまで薄くする。その後、ｎ型ＧａＮ基板３１の裏面上にｎ側電極３９を形成する。これにより、窒化物半導体層３５、ｐ側電極３８およびｎ側電極３９が形成されたウエハ（図示せず）が得られる。次に、このウエハ（図示せず）をバー状に劈開する。そして、真空蒸着法、スパッタ蒸着法またはＥＣＲスパッタ法などを用いて、図１０に示したように、光出射端面４０となる一方の劈開面にＡＲコーティング層４２を形成するとともに、他方の劈開面（共振器端面４１）にＨＲコーティング層４３を形成する。なお、ウエハの劈開の代わりにエッチングによって端面の形成を行ってもよい。このようにして形成されたバー状の素子４５が図１１に示されている。

続いて、バー状の素子４５を粘着シート５０上に貼り付ける。次に、図示しないスクライブ装置を用いて、スクライブ装置内のダイヤモンドスクライバ（図示せず）でバー状の素子４５にスクライブライン４６を形成する。そして、図１２に示すように、粘着シート５０をスクライブライン４６と直交する方向（矢印Ａ１方向および矢印Ａ２方向）に引き伸ばすことにより、バー状の素子４５（図１１参照）を個々の半導体レーザ素子３０に分割する。分割された半導体レーザ素子３０は、粘着シート５０に貼り付けられているため、分散することがない。なお、半導体レーザ素子３０への分割は、ダイヤモンドスクライバを用いないダイシング法やレーザアブレーション法などによって行ってもよい。このようにして得られた半導体レーザ素子３０をパルス電流駆動による特性評価を行うことにより、閾値電流値が基準値よりも小さい良品を選別し、キャンパッケージ型の半導体レーザ装置に搭載する。

図１３は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザ素子の搭載方法を説明するための図である。続いて、図７〜図９および図１３を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザ素子３０の搭載方法（ダイボンディング方法）について説明する。

まず、図１３に示すように、ステム１をダイボンディング装置（図示せず）の支持台６０にセットする。次に、ＡｕＳｎ半田層６および７が予め形成されたサブマウント１０をブロック部２の側面上に載置する。そして、上述した製造方法により得られた半導体レーザ素子３０をコレット６５で吸引し、サブマウント１０のＡｕＳｎ半田層７の上まで移動させる。その後、半導体レーザ素子３０をサブマウント１０のＡｕＳｎ半田層７上に載置し、コレット６５の吸引を停止する。なお、ＡｕＳｎ半田層６および７は、それぞれ、ＡｕとＳｎとの割合が７０％：３０％（重量比）であり、融点は約２８０℃である。次に、コレット６５により半導体レーザ素子３０に荷重Ｆを加え、約３１０℃で５秒間加熱することにより、ＡｕＳｎ半田層６および７を溶融させる。これにより、半導体レーザ素子３０のｎ側電極３９（図８および図９参照）に含まれるＡｕがＡｕＳｎ半田層７に溶け出すとともに、サブマウント１０の金属膜１３（図８参照）に含まれるＡｕがＡｕＳｎ半田層６に溶け出す。したがって、ＡｕＳｎ半田層６およびＡｕＳｎ半田層７の各々のＡｕとＳｕとの割合が７０％：３０％（重量比）よりＡｕの比率（割合）が大きくなり、共晶ができる。その後、室温まで冷却することにより、ＡｕＳｎ半田層６および７を固化させる。これにより、同時ダイボンディング（半導体レーザ素子３０、サブマウント１０、ステム１のブロック部２が同時に固着されること）が行われる。

なお、ＡｕＳｎ半田層６および７に、たとえば、ＡｕとＳｎとの割合が１０％：９０％（重量比）で融点が約２１７℃のＡｕＳｎ半田を用いることもできる。Ｓｎの組成比率としては、１５ｗｔ％以上であれば実用的な融点になるため、Ｓｎの組成比率としては１５ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下が好適であり、特に、ＡｕとＳｎとの共晶点である１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％および８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％、高融点が得られる３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％が好適である。

続いて、ワイヤボンディング装置（図示せず）を用いて、図７および図８に示したように、半導体レーザ素子３０のｐ側電極３８（図８参照）とリードピン５との間にボンディングワイヤ８を接続するとともに、サブマウント１０の金属膜１２（図８参照）とリードピン４との間にボンディングワイヤ９を接続する。このようにして、半導体レーザ素子３０がキャンパッケージのステム１（ブロック部２）に搭載される。

図１４および図１５は、キャップ部材で半導体レーザ素子を気密封止する方法を説明するための図である。次に、図１４および図１５を参照して、キャップ部材１００で半導体レーザ素子３０を気密封止する方法について説明する。

まず、上述のようにして半導体レーザ素子３０が搭載されたステム１とキャップ部材１００とをオーブン付の気密封止装置（図示せず）内に導入する。その際、気密封止装置内には大気圧の乾燥空気を導入し、装置内の露点を−４０℃に保っておく。次に、オーブン内の温度を約２６０℃にして、上記したステム１（半導体レーザ素子３０が搭載されたステム１）およびキャップ部材１００を約３０分間加熱処理する。そして、処理を終えたステム１（半導体レーザ素子３０が搭載されたステム１）およびキャップ部材１００を、オーブンから取り出し、大気に曝すことなく気密封止装置（図示せず）内に導入する。続いて、図１４に示すように、露点−４０℃の雰囲気下において、半導体レーザ素子３０を覆うようにキャップ部材１００をステム１の上面に載置する。

次に、ステム１の下面に第２電極８０を当接させるとともに、第１電極７０をステム１側（矢印Ｂ方向）に移動させる。そして、図１５に示すように、第１電極７０でキャップ部材１００のフランジ部１０３を矢印Ｂ方向に押圧することにより、プロジェクション部１０６（図１４参照）をステム１の上面にくい込ませる。その状態で第１電極７０と第２電極８０との間に電圧を印加することによって、プロジェクション部１０６に電流を集中させ、その電気抵抗による熱でプロジェクション部１０６の一部を溶融させる。これにより、キャップ部材１００のフランジ部１０３とステム１とが抵抗溶接される。その際、キャップ部材１００の表面に被着されたニッケルメッキ被膜が溶接時に溶融して凝固することにより、フランジ部１０３とステム１とが効果的に気密封止される。このようにして、キャップ部材１００がステム１上に固定（溶接）され、キャップ部材１００で半導体レーザ素子３０が気密に封止される。

第１実施形態では、上記のように、キャップ部材１００の天面部１０２に、天面部１０２の他の部分よりも厚みの小さい部分１１０を設けることによって、キャップ部材１００を抵抗溶接する際に、曲面状になったフランジ部１０３が第１電極７０で押圧されることによりキャップ部材１００のフランジ部１０３以外の部分に力が加わったとしても、その力をキャップ部材１００に設けられた厚みの小さい部分１１０で緩和することができる。このため、光透過窓１０４を封着する低融点ガラス１０５にまで力が加わる（伝わる）のを抑制することができる。すなわち、厚みの小さい部分１１０は、他の部分に比べて変形し易いので、キャップ部材１００に力が加わった際に、厚みの小さい部分１１０が変形することによって低融点ガラス１０５にまで力が伝わり難くすることができる。これにより、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。したがって、このキャップ部材１００を用いて半導体レーザ装置を組み立てることにより、半導体レーザ装置の製造歩留を向上させることができるとともに、半導体レーザ装置の気密性が失われるのを抑制することができるので、同時に、信頼性の低下を抑制することができる。

また、第１実施形態では、キャップ部材１００を上記のように構成することによって、キャップ部材１００をステム１に固定（溶接）した後に、このキャップ部材１００に外部から何らかの力が加わった場合でも、キャップ部材１００に設けられた厚みの小さい部分１１０でキャップ部材１００に加わった外部からの力を緩和することができる。これにより、低融点ガラス１０５にまで力が加わる（伝わる）のを抑制することができるので、このような場合でも、光透過窓１０４を封着する低融点ガラス１０５が割れたり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、天面部１０２の所定領域に溝部１１１を形成することによって、この溝部１１１により、容易に、厚みの小さい部分１１０を天面部１０２に形成することができる。

また、第１実施形態では、溝部１１１を、平面的に見て出射孔１０２ａを囲むように円周状に形成することによって、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのをより容易に（効果的に）抑制することができる。

（第２実施形態）
図１６は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の断面図であり、図１７は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図１８は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図であり、図１９は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の断面図である。次に、図６および図１６〜図１９を参照して、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、キャップ部材２００以外の構成については、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

この第２実施形態による半導体レーザ装置では、図１６および図１７に示すように、キャップ部材２００がステム１の上面に固定（抵抗溶接）されている。このキャップ部材２００は、図１８および図１９に示すように、上記した第１実施形態によるキャップ部材１００（図６参照）の構成と異なり、キャップ部材２００のフランジ部２０３の曲率半径Ｒ２（図１９参照）が０．０７ｍｍ（ｍａｘ）となるように構成されている。すなわち、第２実施形態では、上記第１実施形態よりもフランジ部の曲率半径が小さくなるように構成されている。なお、フランジ部２０３は、本発明の「取付部」の一例である。

また、第２実施形態によるキャップ部材２００は、図１９に示すように、上記第１実施形態と同様、円筒状の側壁部１０１の直径（外径）Ｄ１１が約２．２８ｍｍに構成されている。また、キャップ部材２００のフランジ部２０３の外径Ｄ１２は、約２．６１ｍｍに構成されている。このため、側壁部１０１の外表面からフランジ部２０３の一端２０３ａまでの距離ｗ１１は約０．１７ｍｍ（＝（２．６１−２．２８）／２）となる。そして、曲率半径Ｒ２が０．０７ｍｍ（ｍａｘ）であるため、フランジ部２０３は、約０．１ｍｍの幅ｗ２１を有する平面部２２０を含んでいる。

また、第２実施形態では、キャップ部材２００を断面的に見た場合に、フランジ部２０３の底面に沿った線ａ２３と側壁部１０１に沿った線ａ２３との交差する角度が略直角となるようにフランジ部２０３が構成されている。

また、フランジ部２０３は、その底面に天面部１０２と反対方向に突出する（ステム１側に突出する）突起状のプロジェクション部２０６を有している。このプロジェクション部２０６は、約０．１ｍｍの幅ｗ２２を有している。そして、第２実施形態では、プロジェクション部２０６が上記したフランジ部２０３の平面部２２０に配設されている。また、プロジェクション部２０６は、上記第１実施形態と同様、フランジ部２０３の周方向に一周するように形成されており、フランジ部２０３の一端（端部）２０３ａに沿うように平面的に見て円形（円周）状に形成されている。さらに、プロジェクション部２０６は、その外周部がフランジ部２０３の一端２０３ａと一致するように、フランジ部２０３の端部側（側壁部１０１とは反対側の端部）に配設されている。

また、第２実施形態のキャップ部材２００は、上記第１実施形態と同様、キャップ部材２００の天面部１０２の所定領域に、天面部１０２の他の部分よりも厚みの小さい部分１１０が設けられている。具体的には、図１９に示すように、天面部１０２の内面（キャップ部材２００の内側の面）の所定領域にプレス加工などによって溝部１１１が形成されており、この溝部１１１により厚みの小さい部分１１０が天面部１０２に形成されている。なお、キャップ部材２００の厚み（側壁部１０１の厚みおよび天面部１０２の他の部分の厚み）ｔ１１は、約０．１ｍｍであり、厚みの小さい部分１１０の厚みｔ１２は、約０．０７ｍｍである。また、上記第１実施形態と同様、溝部１１１は、平面的に見て出射孔１０２ａを囲むように円形（円周）状に形成されており、これによって、上記した厚みの小さい部分１１０も平面的に見て出射孔１０２ａを囲むように円形（円周）状に形成されている。

なお、第２実施形態のキャップ部材２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態のキャップ部材２００は、上記第１実施形態と同様の方法により、半導体レーザ素子３０を気密封止するようにステム１の上面に抵抗溶接されている。

第２実施形態では、上記のように、キャップ部材２００のフランジ部２０３の曲率半径Ｒ２を０．０７ｍｍ（ｍａｘ）に構成することによって、フランジ部２０３に平面部２２０を設けることができるとともに、これにより、フランジ部２０３の底面に沿った線ａ２３と側壁部１０１に沿った線ａ２２との交差する角度が略直角となるようにフランジ部２０３を構成することができる。このため、図２０および図２１に示すように、キャップ部材２００をステム１の上面に固定（抵抗溶接）するために第１電極７０でフランジ部２０３を押圧する際に、フランジ部２０３の平面部２２０を押圧することによって、プロジェクション部２０６をステム１の上面に対して良好な状態で押圧（ステム１の上面に対して垂直に押圧）することが可能となる。このため、キャップ部材２００をステム１の上面に固定（抵抗溶接）する際に、キャップ部材２００のフランジ部２０３以外の部分に力が加わるのを抑制することができる。これにより、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを効果的に抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、プロジェクション部２０６を、その外周部がフランジ部２０３の一端２０３ａと一致するようにフランジ部２０３の端部側に配設することによって、容易に、フランジ部２０３の平面部２２０にプロジェクション部２０６を形成することができるので、容易に、良好な状態で、プロジェクション部２０６をステム１の上面に押圧することが可能となる。これにより、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのをより効果的に抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態の効果と同様である。

続いて、上記第２実施形態の効果を確認するために行った検査について説明する。この検査では、上記した第２実施形態によるキャップ部材２００がステムに溶接された半導体レーザ装置を実施例１とし、厚みの小さい部分が設けられていないキャップ部材がステムに溶接された半導体レーザ装置を比較例として、各々の半導体レーザ装置について、光透過窓の脱落および気密不良の検査を行った。なお、実施例１による半導体レーザ装置と比較例による半導体レーザ装置とは、キャップ部材のみが異なり、その他の構成は同じとした。また、キャップ部材のステム１への抵抗溶接は、上記した第１実施形態と同様の方法で行った。

図２２および図２３は、比較例による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。図２２および図２３を参照して、比較例による半導体レーザ装置では、従来の半導体レーザ装置と同様の構成とするために、半導体レーザ素子３０を気密封止するキャップ部材２５０を、天面部１０２および側壁部１０１のいずれにも厚みの小さい部分が設けられていない構成とした。また、比較例では、図２３に示すように、キャップ部材２５０のフランジ部１０３の曲率半径Ｒ１を、上記第１実施形態と同様、０．２５ｍｍ（ｍａｘ）とした。なお、その他の構成は、実施例１（または、第１実施形態）による半導体レーザ装置のキャップ部材と同様とした。

また、実施例１による半導体レーザ装置および比較例による半導体レーザ装置は、それぞれ、１０００個ずつ検査に供した。そして、これらの半導体レーザ装置について、まず、顕微鏡を用いた目視観察（外観観察）により、光透過窓の脱落の有無を検査した。その後、外観観察による不良品を除外した残りの半導体レーザ装置について、気密検査を行った。その結果を表１に示す。なお、表１中における検査結果の分母は、検査個数を示しており、分子は、不良個数を示している。

上記表１に示すように、比較例による半導体レーザ装置では、検査数１０００個に対して、光透過窓の脱落が認められた半導体レーザ装置が１個あり、また、気密不良が認められた半導体レーザ装置も１個あった。これに対して、実施例１による半導体レーザ装置では、検査数１０００個に対して、光透過窓の脱落が認められた半導体レーザ装置は１つもなく、また、気密不良が認められた半導体レーザ装置も１つもなかった。

これより、実施例１による半導体レーザ装置では、信頼性の低下を抑制することが可能であり、かつ、製造歩留を向上させることが可能であることが確認された。なお、所定の検査数に対して不良数が１個でもある場合は、品質管理上、全数検査を実施しなければならなくなる可能性があり、量産化された場合に全数検査をしなければならなくなると、製造効率が著しく低下する。このため、実施例１による半導体レーザ装置は、比較例に比べて、良好な効果を有するものと考えられる。

次に、キャップ部材に外部から力が加わった際の低融点ガラスの壊れやすさを確認するために、実施例１による半導体レーザ装置および比較例による半導体レーザ装置を用いて、キャップ部材に外部から力を加えた際の耐荷重を評価した。耐荷重の測定は、天面部に荷重を加えた場合と、側壁部に荷重を加えた場合との２種類行った。図２４は、キャップ部材の天面部に荷重を加えることにより耐荷重を測定する方法を説明するための図である。図２４を参照して、天面部への荷重の負荷は、半導体レーザ装置のキャップ部材の天面部１０２に金属板９０を載置し、この金属板９０に荷重装置９５で所定の荷重を加えることによって行った。そして、上記の方法により所定の荷重を加えた後に荷重を除荷し、負荷された荷重が異なる複数の半導体レーザ装置を作製した。なお、キャップ部材に負荷する荷重は、０．２５ｋｇｆピッチで変化させた。そして、荷重が負荷された半導体レーザ装置の各々について外観検査と気密検査を行い、低融点ガラスに割れが発生しているか否かを確認した。低融点ガラスに割れが発生している半導体レーザ装置に加えられた荷重を、そのキャップ部材の耐荷重とした。図２５は、キャップ部材の側壁部に荷重を加えることにより耐荷重を測定する方法を説明するための図である。図２５を参照して、側壁部への荷重の負荷は、半導体レーザ装置のキャップ部材の側壁部１０１に金属板９０を載置し、この金属板９０に荷重装置９５で所定の荷重を加えることによって行った。なお、負荷する荷重および耐荷重の評価は、上記天面部に荷重を加える場合と同様とした。その結果（１０個の耐荷重の平均値）を表２に示す。

上記表２に示すように、天面部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例では２．２ｋｇｆであったのに対して、実施例１では、３．７５ｋｇｆと比較例よりも高い結果となった。一方、側壁部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例では７．２ｋｇｆであったのに対して、実施例１では、７．４ｋｇｆと比較例よりも若干高い結果となった。これより、天面部に溝部を形成することによって、天面部に外部から力が加わった場合に、低融点ガラスが割れにくくなることが確認された。

（第３実施形態）
図２６は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図２７は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図２８は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。図２９および図３０は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の構造を説明するための図である。次に、図２６〜図３０を参照して、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、キャップ部材３００以外の構成については、上記した第１および第２実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

この第３実施形態による半導体レーザ装置では、図２６〜図２８に示すように、出射孔１０２ａの周縁部にプレス加工などによって段差部３１１が形成されている。なお、段差部３１１は、本発明の「第１段差部」の一例である。この段差部３１１は、図２９に示すように、出射孔１０２ａの周縁部の全周にわたって形成されている。すなわち、段差部３１１は、天面部１０２の出射孔１０２ａの周縁部に沿うように、平面的見て円周（円形）状に形成されている。そして、図３０に示すように、この段差部３１１によって、天面部１０２に、天面部１０２の他の部分よりも厚みの小さい部分３１０（厚みｔ３２）が設けられている。なお、上記厚みの小さい部分３１０は、出射孔１０２ａの周縁部に沿うように平面的に見て円周（円形）状に形成されている。

なお、第３実施形態のキャップ部材３００のその他の構成は、上記第２実施形態の構成と同様である。また、第３実施形態のキャップ部材３００は、上記第１および第２実施形態と同様の方法により、半導体レーザ素子３０（図３０参照）を気密封止するようにステム１の上面に抵抗溶接されている。

第３実施形態では、上記のように、天面部１０２の出射孔１０２ａの周縁部に段差部３１１を形成することによって、この段差部３１１により、容易に、天面部１０２に他の部分よりも厚みの小さい部分３１０を形成することができる。このため、キャップ部材３００に力が加わった場合でも、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を容易に得ることができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態の効果と同様である。

続いて、上記第３実施形態の効果を確認するために行った検査について説明する。この検査は、上記第２実施形態と同様の方法を用いて行った。また、上記した第３実施形態による半導体レーザ装置を実施例２とし、比較例には、上記第２実施形態で行った検査の結果を用いた。その結果を表３に示す。

上記表３に示すように、実施例２では、検査数１０００個に対して、光透過窓の脱落が認められた半導体レーザ装置は１つもなく、また、気密不良が認められた半導体レーザ装置も１つもなかった。これより、上記した実施例１（第２実施形態）と同様、実施例２（第３実施形態）による半導体レーザ装置でも、比較例に比べて、優位性があることが確認された。

次に、キャップ部材に外部から力が加わった際の低融点ガラスの壊れやすさを確認するために耐荷重を測定した。耐荷重の測定は、上記第２実施形態と同様の方法で行った。また、耐荷重の測定は、天面部に荷重を加えた場合と側壁部に荷重を加えた場合との２種類行った。なお、比較例には、上記第２実施形態で行った測定結果を用いた。その結果（１０個の耐荷重の平均値）を表４に示す。

上記表４に示すように、天面部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例では２．２ｋｇｆであったのに対して、実施例２では、４．２ｋｇｆと比較例よりも２倍近く高い結果が得られた。また、側壁部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例では７．２ｋｇｆであったのに対して、実施例２では、８．４ｋｇｆとこちらも比較例より高い結果が得られた。これより、天面部に段差部を形成することによって、天面部に外部から力が加わった場合および側壁部に外部から力が加わった場合のいずれにおいても、低融点ガラスが割れにくくなることが確認された。

（第４実施形態）
図３１は、本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図３２は、本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。図３３は、本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。図３４および図３５は、本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の構造を説明するための図である。次に、図３１〜図３５を参照して、本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、キャップ部材４００以外の構成については、上記した第１〜第３実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

この第４実施形態による半導体レーザ装置では、図３１〜図３３に示すように、キャップ部材４００の側壁部１０１の所定領域に溝部４１１が形成されている。この溝部４１１は、図３３および図３４に示すように、側壁部１０１の外表面に形成されており、側壁部１０１の周方向に一周するように構成されている。そして、この溝部４１１によって、側壁部１０１に、側壁部１０１の他の部分よりも厚みの小さい部分４１０が、側壁部１０１の周方向に一周するように形成されている。なお、溝部４１１は、本発明の「第２溝部」の一例である。

また、図３５に示すように、溝部４１１によって側壁部１０１に形成された厚みの小さい部分４１０の厚みｔ４２は、約０．０７ｍｍに構成されている。上記溝部４１１は、切削加工やプレス加工などによって形成することができる。プレス加工によって溝部４１１を形成する場合には、キャップ部材４００を形成する前の板材に、その側壁部１０１に対応する領域に予めプレス加工で溝部を形成しておき、溝部が形成されている板材をプレス加工でキャップ部材４００に形成することにより、キャップ部材４００の側壁部１０１に溝部４１１を形成することができる。なお、第４実施形態では、上記第２および第３実施形態と異なり、厚みの小さい部分４１０は側壁部１０１にのみ設けられている。

第４実施形態のキャップ部材４００のその他の構成は、上記第２および第３実施形態の構成と同様である。また、第４実施形態のキャップ部材４００は、上記第１〜第３実施形態と同様の方法により、半導体レーザ素子３０（図３１参照）を気密封止するようにステム１の上面に抵抗溶接されている。

第４実施形態では、上記のように、側壁部１０１の所定領域に溝部４１１を形成することによって、この溝部４１１により、容易に、キャップ部材４００の側壁部１０１に他の部分よりも厚みの小さい部分４１０を形成することができる。このため、キャップ部材４００に力が加わった場合でも、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を容易に得ることができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態の効果と同様である。

続いて、上記第４実施形態の効果を確認するために行った検査について説明する。この検査は、上記第２および第３実施形態と同様の方法を用いて行った。また、上記した第４実施形態による半導体レーザ装置を実施例３とし、比較例には、上記第２実施形態で行った検査の結果を用いた。その結果を表５に示す。

上記表５に示すように、実施例３では、検査数１０００個に対して、光透過窓の脱落が認められた半導体レーザ装置は１つもなく、また、気密不良が認められた半導体レーザ装置も１つもなかった。これより、上記した実施例１（第２実施形態）および実施例２（第３実施形態）と同様、実施例３（第４実施形態）による半導体レーザ装置でも、比較例に比べて、優位性があることが確認された。

次に、キャップ部材に外部から力が加わった際の低融点ガラスの壊れやすさを確認するために耐荷重を測定した。耐荷重の測定は、上記第２および第３実施形態と同様の方法で行った。また、耐荷重の測定は、天面部に荷重を加えた場合と側壁部に荷重を加えた場合との２種類行った。なお、比較例には、上記第２実施形態で行った測定結果を用いた。その結果（１０個の耐荷重の平均値）を表６に示す。

上記表６に示すように、天面部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例と実施例３とでほとんど差が認められなかった。一方、側壁部に荷重を加えた場合の耐荷重は、比較例では７．２ｋｇｆであったのに対して、実施例３では、９．３ｋｇｆと比較例より高い結果が得られた。これより、側壁部に溝部を形成することによって、側壁部に外部から力が加わった場合に、低融点ガラスが割れにくくなることが確認された。

（第５実施形態）
図３６は、本発明の第５実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。図３７は、本発明の第５実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の断面図である。次に、図３６および図３７を参照して、本発明の第５実施形態による半導体レーザ装置の構造について説明する。なお、キャップ部材５００以外の構成については、上記した第１〜第４実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

この第５実施形態による半導体レーザ装置では、図３６および図３７に示すように、キャップ部材５００の側壁部１０１の所定領域に段差部５１１が形成されている。この段差部５１１は、側壁部１０１の周方向に一周するように構成されている。そして、この段差部５１１によって、側壁部１０１に、側壁部１０１の他の部分よりも厚みの小さい部分５１０（厚みｔ５２）が、側壁部１０１の周方向に一周するように形成されている。また、段差部５１１は、上記第４実施形態と同様、切削加工やプレス加工などによって形成することができる。なお、段差部５１１は、本発明の「第２段差部」の一例である。

第５実施形態のキャップ部材５００のその他の構成は、上記第４実施形態の構成と同様である。また、第５実施形態のキャップ部材５００は、上記第１〜第４実施形態と同様の方法により、半導体レーザ素子３０（図３６参照）を気密封止するようにステム１の上面に抵抗溶接されている。

第５実施形態では、上記のように、側壁部１０１の所定領域に段差部５１１を形成することによって、この段差部５１１により、容易に、キャップ部材５００の側壁部１０１に他の部分よりも厚みの小さい部分５１０を形成することができる。このため、キャップ部材５００に力が加わった場合でも、低融点ガラス１０５が割れて光透過窓１０４が脱落したり、低融点ガラス１０５にひびが入ったりするという不都合が生じるのを抑制することが可能な半導体レーザ装置を容易に得ることができる。

第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第４実施形態の効果と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

たとえば、上記第１〜第５実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子が搭載された窒化物系の半導体レーザ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体レーザ素子以外の半導体素子が搭載された半導体装置にも本発明を適用することができる。たとえば、有機半導体や酸化亜鉛系半導体を用いたレーザ素子、現在開発中であって将来窒化物系半導体レーザ素子を超える、優れた特性が得られることが期待される他のレーザ素子を搭載した半導体装置においても本発明を適用することができる。また、窒化物系半導体レーザ素子の代わりに、ＳＬＤ（スーパールミネッセンスダイオード）や、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体素子を搭載することもできる。なお、窒化物系半導体レーザ素子が搭載される半導体レーザ装置において、搭載される窒化物系半導体レーザ素子は、上記第１〜第５実施形態に示した構成以外の構成であってもよい。

また、上記第１〜第５実施形態では、パッケージサイズがφ３．３ｍｍのキャンパッケージ型半導体レーザ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、φ３．３ｍｍ以外のパッケージサイズの半導体装置に本発明を適用してもよい。たとえば、φ３．８ｍｍのパッケージサイズの半導体装置や、φ３．３ｍｍより小さいパッケージサイズの半導体装置に本発明を適用してもよい。また、φ３．８ｍｍよりも大きいパッケージサイズの半導体装置に本発明を適用することもできる。

また、上記第１〜第５実施形態では、キャップ部材を略円筒形に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャップ部材は直方体であってもよく、または円筒の天面で、円弧の一部又は複数部を天面部に対し垂直な平面で切断した形状、すなわち天面から見てD型や、I型に形成した柱体形状であってもよい。これにより、同じ直径を持つ円柱よりも更なる省スペース化を達成することができる。

また、上記第３〜第５実施形態では、キャップ部材のフランジ部の曲率半径を上記第１実施形態に比べて小さく構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャップ部材のフランジ部の曲率半径を上記第１実施形態と同じに構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、天面部の内面に溝部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図３８に示すキャップ部材６００のように、天面部６０２の外面に溝部６１１を形成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、天面部の１カ所に厚みの小さい部分を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図３９に示すキャップ部材７００のように、天面部７０２に段差部７１１と溝部７２１とを形成することによって、天面部７０２の２カ所に厚みの小さい部分７１０および７２０を設けるようにしてもよい。また、天面部の２カ所以上に厚みの小さい部分を設けるようにしてもよい。

また、図４０に示すような段差部８１１をキャップ部材８００の天面部８０２に形成することによって、天面部８０２に厚みの小さい部分８１０を設けるようにしてもよい。

また、上記第４実施形態では、側壁部の１カ所に溝部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図４１および図４２に示すキャップ部材９００のように、側壁部９０１の２カ所に溝部９１１を形成してもよい。これにより、側壁部９０１の２カ所に厚みの小さい部分９１０が設けられる。また、側壁部の２カ所以上に溝部を形成してもよい。

また、上記第４実施形態では、側壁部の外表面に溝部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、側壁部の内面に溝部を形成してもよい。

また、上記第５実施形態では、側壁部の１カ所に段差部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図４３に示すキャップ部材１０００のように、側壁部１００１の２カ所に段差部を形成してもよい。また、側壁部の２カ所以上に段差部を形成してもよい。

また、たとえば、図４４に示すキャップ部材１１００のように、側壁部１１０１の外表面と内面との両方に溝部１１１１を形成してもよい。さらに、側壁部に溝部と段差部とを形成してもよいし、天面部と側壁部との各々に、溝部や段差部を形成してもよい。このように溝部や段差部の組み合わせを変えることによって、天面部に外部から力が加わった場合および側壁部に外部から力が加わった場合のいずれにおいても、低融点ガラスをより割れにくく構成することが可能となる。

本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の平面図である。 図５の２０００−２０００線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材を取り外した状態を示した平面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の一部を拡大して示した図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の平面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置に搭載される半導体レーザ素子の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置における半導体レーザ素子の搭載方法を説明するための図である。 キャップ部材で半導体レーザ素子を気密封止する方法を説明するための図である。 キャップ部材で半導体レーザ素子を気密封止する方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の断面図である。 キャップ部材で半導体レーザ素子を気密封止する方法を説明するための図である。 キャップ部材で半導体レーザ素子を気密封止する方法を説明するための図である。 比較例による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。 比較例による半導体レーザ装置の構造を説明するための図である。 キャップ部材の天面部に荷重を加えることにより耐荷重を測定する方法を説明するための図である。 キャップ部材の側壁部に荷重を加えることにより耐荷重を測定する方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の平面図である。 図２９の２１００−２１００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図である。 本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の全体斜視図である。 本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の平面図である。 図３４の２２００−２２００線に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態による半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第５実施形態による半導体レーザ装置のキャップ部材の断面図である。 本発明の第１変形例によるキャップ部材の断面図である。 本発明の第２変形例によるキャップ部材の断面図である。 本発明の第３変形例によるキャップ部材の断面図である。 本発明の第４変形例によるキャップ部材の全体斜視図である。 本発明の第４変形例によるキャップ部材の断面図である。 本発明の第５変形例によるキャップ部材の断面図である。 本発明の第６変形例によるキャップ部材の断面図である。 従来知られているキャンパッケージ型の半導体レーザ装置の構造を説明するための断面図である。 図４５に示した従来知られているキャンパッケージ型の半導体レーザ装置のキャップ部材をステム上に固定する方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１ ステム（支持基体）
２ ブロック部
３、４、５ リードピン
６、７ ＡｕＳｎ半田層
１０ サブマウント
２０ 絶縁性リング
３０ 半導体レーザ素子（半導体素子）
３１ ｎ型ＧａＮ基板
３２ ｎ型クラッド層
３３ ＩｎＧａＮ活性層
３４ ｐ型クラッド層
３５ 窒化物半導体層
３６ リッジ部
３７ 埋め込み層
３８ ｐ側電極
３９ ｎ側電極
４０ 光出射端面
４１ 共振器端面
４２ ＡＲコーティング層
４３ ＨＲコーティング層
１００、２００、３００、４００、５００ キャップ部材
１０１ 側壁部
１０２ 天面部
１０２ａ 出射孔（開口）
１０３、２０３ フランジ部（取付部）
１０４ 光透過窓（透光性を有する窓部材）
１０５ 低融点ガラス
１０６、２０６ プロジェクション部（突起部）
１１０、３１０、４１０、５１０ 厚みの小さい部分
１１１ 溝部（第１溝部）
２２０ 平面部
３１１ 段差部（第１段差部）
４１１ 溝部（第２溝部）
５１１ 段差部（第２段差部）

Claims (19)

1. 筒状の側壁部と、
   前記側壁部の一端を閉じるとともに所定領域に開口が形成された天面部と、
   前記開口を塞ぐように前記天面部に取り付けられた透光性を有する窓部材と、
   前記側壁部の他端に配設され、半導体素子が設置された支持基体上に固定される取付部とを備え、
   前記側壁部および前記天面部の少なくとも一方には、前記側壁部および前記天面部の他の部分よりも厚みの小さい部分が１カ所以上設けられ、
   前記取付部は、前記側壁部の他端に前記側壁部と一体的に形成されているとともに、前記取付部には、前記支持基体側に突出し、前記支持基体の上面に押圧される突起部が形成されており、
   曲率半径が所定の値となるように前記取付部が前記筒状の側壁部の外側に折り曲げられることによって、前記取付部が平面部を含むように構成されており、
   前記取付部の平面部の一端に前記突起部が形成され、
   前記突起部は、前記取付部の前記側壁部とは反対側の端部に沿うように形成され、前記突起部の外周部が前記取付部の前記端部と一致するように形成されていることを特徴とする、キャップ部材。
2. 前記天面部には、前記開口の周縁部の少なくとも一部に第１段差部が形成されており、
   前記第１段差部によって、前記厚みの小さい部分が前記天面部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のキャップ部材。
3. 前記天面部の開口は、平面的に見て円形状に形成されており、
   前記第１段差部は、前記開口の周縁部の全周にわたって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のキャップ部材。
4. 前記天面部の所定領域には、第１溝部が形成されており、
   前記第１溝部によって、前記厚みの小さい部分が前記天面部に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のキャップ部材。
5. 前記第１溝部は、平面的に見て前記開口を囲むように周状に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のキャップ部材。
6. 前記第１溝部は、前記天面部の内面および外面のいずれか一方に形成されていることを特徴とする、請求項４または５に記載のキャップ部材。
7. 前記第１溝部は、前記天面部の内面および外面の両方に形成されていることを特徴とする、請求項４または５に記載のキャップ部材。
8. 前記側壁部の所定領域には、第２段差部が形成されており、
   前記第２段差部によって、前記厚みの小さい部分が前記側壁部に形成されていることを
   特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のキャップ部材。
9. 前記第２段差部は、前記側壁部の周方向に一周するように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のキャップ部材。
10. 前記第２段差部は、前記側壁部の２カ所以上に形成されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のキャップ部材。
11. 前記側壁部の所定領域には、第２溝部が形成されており、
    前記第２溝部によって、前記厚みの小さい部分が前記側壁部に形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のキャップ部材。
12. 前記第２溝部は、前記側壁部の周方向に一周するように形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のキャップ部材。
13. 前記第２溝部は、前記側壁部の２カ所以上に形成されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のキャップ部材。
14. 前記第２溝部は、前記側壁部の内面および外面のいずれか一方に形成されていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のキャップ部材。
15. 前記第２溝部は、前記側壁部の内面および外面の両方に形成されていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のキャップ部材。
16. 半導体素子と、
    前記半導体素子が設置される支持基体と、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のキャップ部材とを備え、
    前記キャップ部材は、前記半導体素子を覆うように前記支持基体上に固定されていることを特徴とする半導体装置。
17. 前記キャップ部材が前記支持基体上に固定されることによって、前記半導体素子が前記キャップ部材で気密封止されていることを特徴とする、請求項１６に記載の半導体装置。
18. 前記半導体素子は、窒化物系半導体レーザ素子であることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の半導体装置。
19. 前記支持基体は、平面的に見て、略円形状を有しており、
    前記支持基体の直径は、３．８ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置。

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