JP6593182B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関し、より特定的には発振波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールに関するものである。

パッケージ内に半導体レーザ素子を配置した光モジュールが知られている。このような光モジュールにおいては、半導体レーザ素子の共振器端面の黒色化や半導体結晶内への水素の侵入を抑制して安定した駆動を達成する目的で、パッケージ内の水分濃度を低減する技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開２００７−２８８１６０号公報 特開２００７−１７３４３４号公報 特開２００６−１２８６２９号公報

パッケージ内に半導体レーザ素子を配置した光モジュールにおいては、安定した駆動の達成が重要である。そこで、安定した駆動を達成することが可能な緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、発振波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色半導体レーザ素子を含む。緑色半導体レーザ素子は、複数の半導体層が積層され、半導体層の積層方向に交差する方向に延在するリッジ部を有する半導体積層体と、リッジ部の頂面上に接触して配置されるコンタクト電極と、を含む。緑色半導体レーザ素子の動作を電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で開始し、出力を維持しつつ６００時間動作させた前後におけるコンタクト電極を構成する元素の、コンタクト電極および半導体積層体の厚み方向におけるオージェ信号のピーク強度の変化率は０．２以下である。

上記光モジュールによれば、安定した駆動を達成することが可能な緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールを提供することができる。

光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略平面図である。 緑色レーザダイオードの構造を示す概略図である。 図４の線分Ｖ−Ｖに沿う概略断面図である。 動作前後におけるＩ−Ｖ曲線を示す図である。 電圧上昇が２Ｖであったサンプルのオージェ分光分析の結果を示す図である。 電圧上昇が１．２Ｖであったサンプルのオージェ分光分析の結果を示す図である。 電圧上昇が０．１Ｖであったサンプルのオージェ分光分析の結果を示す図である。 電圧上昇が０．０１Ｖであったサンプルのオージェ分光分析の結果を示す図である。 水分濃度と電圧上昇との関係を示す図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、発振波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色半導体レーザ素子を含む。緑色半導体レーザ素子は、複数の半導体層が積層され、半導体層の積層方向に交差する方向に延在するリッジ部を有する半導体積層体と、リッジ部の頂面上に接触して配置されるコンタクト電極と、を含む。緑色半導体レーザ素子の動作を電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で開始し、出力を維持しつつ６００時間動作させた前後におけるコンタクト電極を構成する元素の、コンタクト電極および半導体積層体の厚み方向におけるオージェ信号のピーク強度の変化率は０．２以下である。

本発明者は、発振波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールの安定した駆動を達成する方策について検討した。その結果、緑色半導体レーザ素子においては、より発振波長が短い青色半導体レーザ素子において発生する共振器端面の黒色化等による劣化ではなく、コンタクト電極を構成する原子のリッジ部への拡散によってレーザ素子が劣化し、光モジュールの安定した駆動が阻害されることを見出した。

より具体的には、緑色半導体レーザ素子においては、コンタクト電極を構成する原子がリッジ部へと拡散することにより、コンタクト電極と半導体積層体との接触状態がオーミック接触からショットキー接触へと変化する。そのため、コンタクト電極と半導体積層体との接触抵抗が増大し、動作電圧が上昇する。その結果、光モジュールの安定した駆動が阻害される。

コンタクト電極を構成する原子がリッジ部へと拡散すると、コンタクト電極を構成する元素の、コンタクト電極および半導体積層体の厚み方向におけるオージェ信号のピーク強度が低下する。本発明者の検討によれば、緑色半導体レーザ素子の動作を電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で開始し、出力を維持しつつ６００時間動作させた前後におけるコンタクト電極を構成する元素の、コンタクト電極および半導体積層体の厚み方向におけるオージェ信号のピーク強度の変化率を０．２以下とすることにより、緑色半導体レーザ素子の劣化を許容可能な範囲に抑えることができる。その結果、緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールの安定した駆動が達成される。このように、本願の光モジュールによれば、安定した駆動を達成することが可能な緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールを提供することができる。

ここで、コンタクト電極を構成する元素のオージェ信号のピーク強度の変化率は、動作開始前におけるピーク強度Ｐ_０と６００時間動作させた後におけるピーク強度Ｐ_１との差を動作開始前におけるピーク強度Ｐ_０で除した値、すなわち（Ｐ_０−Ｐ_１）／Ｐ_０と定義される。

上記光モジュールにおいて、上記保護部材により閉じられた空間内の水分濃度は２．４体積％以下であってもよい。保護部材により閉じられた空間内には、封止時に当該空間内に存在するガスに含まれる水分のほか、当該空間内に配置される部品および部品を固定する接着剤等に含まれる水分が存在する。本発明者の検討によれば、緑色半導体レーザ素子への水分の侵入は、コンタクト電極を構成する原子のリッジ部への拡散の原因となる。上記保護部材により閉じられた空間内の水分濃度は２．４体積％以下とすることにより、上記ピーク強度の変化率を０．２以下とすることが容易となる。

保護部材により閉じられた空間内の水分濃度は、たとえばガス分析装置として沖エンジニアリング社製半導体内臓ガス分析装置を用い、検出器としてファイファーバキューム社製四重極質量分析計（ＱＭＩ４２２／ＱＭＡ−１２５）を用いて測定することができる。保護部材により閉じられた空間内の水分濃度は、０．１体積％以上であってもよく、０．３体積％以上であってもよい。

上記光モジュールにおいて、緑色半導体レーザ素子は、リッジ部の頂面上においてコンタクト電極を覆い、リッジ部の側面に対応する領域にまで延在するパッド電極をさらに含んでいてもよい。パッド電極の、リッジ部の側面に対応する領域には、パッド電極が部分的に途切れた領域である隙間部が形成されていてもよい。

パッド電極の、リッジ部の側面に対応する領域に、パッド電極が部分的に途切れた領域である隙間部が形成される場合がある。この隙間部は、リッジ部の頂面に対して側面が大きく傾斜していることに起因して発生する。そのため、パッド電極を形成する際のパッド電極を構成する原子の供給の向きに対するリッジ部の側面の角度を変化させる等の対策により、上記隙間部の形成を回避することができる。しかし、このような製造手順を採用すると、製造コストが上昇するという問題が生じる。本発明者の検討によれば、上記隙間部が存在する場合でも、上記オージェ信号のピーク強度の変化率が０．２以下であれば、緑色半導体レーザ素子の劣化を許容可能な範囲に抑えることができる。したがって、上記隙間部の形成を許容することにより、光モジュールの製造コストを抑制することができる。

上記光モジュールにおいて、上記隙間部の、上記リッジ部の延在方向に沿った長さは３０ｎｍ以上であってもよい。隙間部の長さが３０ｎｍ以上にわたる場合でも、本願の光モジュールによれば安定した駆動を達成することができる。上記光モジュールにおいて、上記隙間部の、上記リッジ部の延在方向に沿った長さは１００ｎｍ以上であってもよい。

上記光モジュールにおいて、緑色半導体レーザ素子は、リッジ部の側面に対応する領域において、半導体積層体とパッド電極との間に、半導体積層体およびパッド電極に接触するように配置され、絶縁体からなる絶縁膜をさらに含んでいてもよい。このようにすることにより、リッジ部の側面とパッド電極との間を絶縁することができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、樹脂硬化型接着剤により固定される部品を含んでいてもよい。水分の発生源となる樹脂硬化型接着剤が部品の固定に使用される光モジュールに、本願の光モジュールは好適である。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、銀ペースト接着剤により固定される部品を含んでいてもよい。水分の発生源となる銀ペースト接着剤が部品の固定に使用される光モジュールに、本願の光モジュールは好適である。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、複数の半導体レーザ素子を含んでいてもよい。このようにすることにより、複数のレーザ素子を単一のパッケージ内に収納した光モジュールを得ることができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応する複数のレンズと、複数の半導体レーザ素子からの光を合波するフィルタと、をさらに含んでいてもよい。このように、単一のパッケージ内に複数のレーザ素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波可能とすることで、複数のパッケージからの光を合波する場合に比べて、光モジュールが用いられる装置のコンパクト化を達成することができる。なお、フィルタとしては、たとえば波長選択性フィルタ、偏波合成フィルタなどを採用することができる。

上記光モジュールにおいて、コンタクト電極はパラジウム（Ｐｄ）からなっていてもよい。パラジウムは、本願の光モジュールにおいて、コンタクト電極を構成する材料として好適である。

上記光モジュールにおいて、保護部材により閉じられた空間の体積は２００ｍｍ^３以上であってもよい。このようにすることにより、多数の部品がパッケージ内に搭載された光モジュールを得ることが容易となる。

上記光モジュールにおいて、光形成部に含まれる半導体レーザ素子に対する投入電力の総和が０．９５Ｗ以上であってもよい。投入電力が大きく、パッケージ内における水分の放出量が大きくなる光モジュールに、本願の光モジュールは好適である。光形成部に含まれる半導体レーザ素子に対する投入電力の総和は、１．４５Ｗ以上であってもよい。

上記光モジュールにおいて、保護部材の内壁面には、表面粗さがＲａで０．５μｍ以上である領域が形成されていてもよい。表面粗さが大きく、水分が付着しやすい保護部材を含む光モジュールに、本願の光モジュールは好適である。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図５を参照しつつ説明する。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン５１とを備えている。

ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。保護部材であるステム１０とキャップ４０とにより閉じられた空間の水分濃度は、２．４体積％以下である。ステム１０とキャップ４０とにより閉じられた空間の体積は、たとえば２００ｍｍ^３以上である。保護部材であるステム１０およびキャップ４０の内壁面（ハーメチックシールされた空間を取り囲む壁面）には、表面粗さがＲａで０．５μｍ以上である領域が形成されていてもよい。たとえば、キャップ４０の内壁面の表面粗さは、Ｒａで０．５μｍ以上である。

キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓は一対の主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。

図２および図３を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。

第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。第１サブマウント７１は、たとえば銀ペースト接着剤により接着されて第１チップ搭載領域６３に対して固定されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１半導体レーザ素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。

一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置される。第２サブマウント７２および第３サブマウント７３は、たとえば銀ペースト接着剤により接着されて第２チップ搭載領域６４に対して固定されている。そして、第２サブマウント７２上には、第２半導体レーザ素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３半導体レーザ素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。

赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（ベース板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３により調整されて一致している。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３に対する投入電力の総和は、たとえば０．９５Ｗ以上であってもよく、１．４５Ｗ以上であってもよい。

ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。そして、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９上には、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれたとえば樹脂硬化型接着剤により接着されて第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９に対して固定されている。

第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。

ベース板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置される。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば樹脂硬化型接着剤により接着されてベース領域６１に対して固定されている。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置される。

図３を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

図２を参照して、光形成部２０は、電子冷却モジュール３０を含む。電子冷却モジュール３０は、ステム１０とベース板６０との間に配置される。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、光形成部２０を構成する部品の温度変化が抑制される。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行して第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_２に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行して第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_２に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行して第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_３に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

次に、図４および図５を参照して、光形成部２０に含まれる緑色レーザダイオード８２について説明する。図４には、図５の線分ＩＶ−ＩＶに沿う断面が含まれる。また、図５は、図４の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。

図４および図５を参照して、本実施の形態における緑色レーザダイオード８２は、基板１０２と、エピ層１０３と、絶縁膜１７１と、ｐ側コンタクト電極１８１と、ｐ側パッド電極１８２と、ｎ側電極１８３と、前側誘電体多層膜１６０Ａと、後側誘電体多層膜１６０Ｂと、を備えている。基板１０２は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。基板１０２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｎ型であるＧａＮ（窒化ガリウム）を採用することができる。基板１０２は、たとえば基板１０２を構成するＧａＮの半極性面である（２０−２１）面に対応する第１の主面１０２Ａを有している。第１の主面１０２Ａは、ＧａＮの（０００１）面（ｃ面）に対応するものであってもよい。基板１０２は、第１の主面１０２Ａとは反対側の主面である第２の主面１０２Ｂを有している。

エピ層１０３は、基板１０２の第１の主面１０２Ａ上に接触するように配置されている。エピ層１０３は、基板１０２の第１の主面１０２Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。エピ層１０３は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。エピ層１０３は、バッファ層１２１と、ｎ側クラッド層１２２と、第１ｎ側ガイド層１２３と、第２ｎ側ガイド層１２４と、活性層１３１と、第１ｐ側ガイド層１４１と、電子ブロック層１４２と、第２ｐ側ガイド層１４３と、ｐ側クラッド層１４４と、コンタクト層１４５と、を含んでいる。

バッファ層１２１は、基板１０２の第１の主面１０２Ａ上に接触するように配置されている。バッファ層１２１は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。バッファ層１２１を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｎ型であるＧａＮを採用することができる。バッファ層１２１は、基板１０２の第１の主面１０２Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

ｎ側クラッド層１２２は、バッファ層１２１の基板１０２とは反対側の主面１２１Ａ上に接触するように配置されている。ｎ側クラッド層１２２は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。ｎ側クラッド層１２２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｎ型であるＩｎＡｌＧａＮ（窒化インジウムアルミニウムガリウム）を採用することができる。ｎ側クラッド層１２２は、バッファ層１２１の主面１２１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

第１ｎ側ガイド層１２３は、ｎ側クラッド層１２２のバッファ層１２１とは反対側の主面１２２Ａ上に接触するように配置されている。第１ｎ側ガイド層１２３は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。第１ｎ側ガイド層１２３は、たとえば導電型がｎ型であるＧａＮからなっている。第１ｎ側ガイド層１２３は、ｎ側クラッド層１２２の主面１２２Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

第２ｎ側ガイド層１２４は、第１ｎ側ガイド層１２３のｎ側クラッド層１２２とは反対側の主面１２３Ａ上に接触するように配置されている。第２ｎ側ガイド層１２４は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。第２ｎ側ガイド層１２４は、たとえばアンドープのＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなっている。第２ｎ側ガイド層１２４は、第１ｎ側ガイド層１２３の主面１２３Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

活性層１３１は、第２ｎ側ガイド層１２４の第１ｎ側ガイド層１２３とは反対側の主面１２４Ａ上に接触するように配置されている。活性層１３１は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。活性層１３１は、たとえばＩｎＧａＮからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層とが交互に複数周期積層された構造を有する。活性層１３１は、第２ｎ側ガイド層１２４の主面１２４Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。活性層１３１は、その内部において電子と正孔とが再結合して光を発生するＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を構成する。

第１ｐ側ガイド層１４１は、活性層１３１の第２ｎ側ガイド層１２４とは反対側の主面１３１Ａ上に接触するように配置されている。第１ｐ側ガイド層１４１は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。第１ｐ側ガイド層１４１を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえばアンドープのＩｎＧａＮを採用することができる。第１ｐ側ガイド層１４１は、活性層１３１の主面１３１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

電子ブロック層１４２は、第１ｐ側ガイド層１４１の活性層１３１とは反対側の主面１４１Ａ上に接触するように配置されている。電子ブロック層１４２は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。電子ブロック層１４２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｐ型であるＡｌＧａＮなどを採用することができる。電子ブロック層１４２は、第１ｐ側ガイド層１４１の主面１４１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

第２ｐ側ガイド層１４３は、電子ブロック層１４２の第１ｐ側ガイド層１４１とは反対側の主面１４２Ａ上に接触するように配置されている。第２ｐ側ガイド層１４３は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。第２ｐ側ガイド層１４３を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｐ型であるＧａＮを採用することができる。第２ｐ側ガイド層１４３は、電子ブロック層１４２の主面１４２Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

ｐ側クラッド層１４４は、第２ｐ側ガイド層１４３の電子ブロック層１４２とは反対側の主面１４３Ａ上に接触するように配置されている。ｐ側クラッド層１４４は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。ｐ側クラッド層１４４を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｐ型であるＩｎＡｌＧａＮ、導電型がｐ型であるＡｌＧａＮなどを採用することができる。ｐ側クラッド層１４４は、第２ｐ側ガイド層１４３の主面１４３Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

コンタクト層１４５は、ｐ側クラッド層１４４の第２ｐ側ガイド層１４３とは反対側の主面１４４Ａ上に接触するように配置されている。コンタクト層１４５は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなっている。コンタクト層１４５を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、たとえば導電型がｐ型であるＧａＮなどを採用することができる。コンタクト層１４５は、ｐ側クラッド層１４４の主面１４４Ａ上にエピタキシャル成長により形成された層である。

バッファ層１２１の主面１２１Ａ、ｎ側クラッド層１２２の主面１２２Ａ、第１ｎ側ガイド層１２３の主面１２３Ａ、第２ｎ側ガイド層１２４の主面１２４Ａ、活性層１３１の主面１３１Ａ、第１ｐ側ガイド層１４１の主面１４１Ａ、電子ブロック層１４２の主面１４２Ａ、第２ｐ側ガイド層１４３の主面１４３Ａ、ｐ側クラッド層１４４の主面１４４Ａおよびコンタクト層１４５の主面１４５Ａは、基板１０２の第１の主面１０２Ａと同じ面方位を有している。基板１０２およびエピ層１０３は、本実施の形態における半導体積層体を構成する。

図４を参照して、エピ層１０３には、半導体層（バッファ層１２１、ｎ側クラッド層１２２、第１ｎ側ガイド層１２３、第２ｎ側ガイド層１２４、活性層１３１、第１ｐ側ガイド層１４１、電子ブロック層１４２、第２ｐ側ガイド層１４３、ｐ側クラッド層１４４およびコンタクト層１４５）の積層方向に交差する方向（積層方向に垂直な方向）に沿うように延在する溝部１５１が形成されている。溝部１５１は、コンタクト層１４５の主面１４５Ａにおいて開口するとともに、コンタクト層１４５、ｐ側クラッド層１４４および第２ｐ側ガイド層１４３を貫通し、電子ブロック層１４２内に底壁を有している。つまり、溝部１５１の側壁には、コンタクト層１４５、ｐ側クラッド層１４４および第２ｐ側ガイド層１４３が露出している。溝部１５１は、等間隔に複数形成されている。その結果、隣り合う溝部１５１に挟まれた領域は、リッジ部１５２を構成する。リッジ部１５２には、コンタクト層１４５、ｐ側クラッド層１４４および第２ｐ側ガイド層１４３が含まれる。リッジ部１５２は、エピ層１０３を構成する半導体層の積層方向に交差する方向（垂直な方向）に延在する。

エピ層１０３上に接触するように、絶縁膜１７１が形成されている。絶縁膜１７１は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）などの絶縁体からなっている。絶縁膜１７１は、溝部１５１の底壁および側壁を覆う。すなわち、絶縁膜１７１は、リッジ部１５２の側面１５２Ａを覆う。絶縁膜１７１には、コンタクト層１４５の主面１４５Ａに対応する領域に開口部が形成されている。つまり、当該開口部から、リッジ部１５２の頂面であるコンタクト層１４５の主面１４５Ａが露出している。絶縁膜１７１は、リッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域において、エピ層１０３とｐ側パッド電極１８２との間に、エピ層１０３およびｐ側パッド電極１８２に接触するように配置されている。

コンタクト層１４５の主面１４５Ａ上に接触するようにｐ側コンタクト電極１８１が形成されている。ｐ側コンタクト電極１８１は、リッジ部１５２の頂面１５２Ｂ上に接触して配置される。ｐ側コンタクト電極１８１は、Ｐｄ、Ｎｉ（ニッケル）など、コンタクト層１４５とオーミックコンタクトを形成可能な金属などの導電体からなっている。ｐ側コンタクト電極１８１とコンタクト層１４５とは、オーミックコンタクトを形成している。

溝部１５１の底壁上、溝部１５１の側壁上およびコンタクト層１４５の主面１４５Ａ上に対応する領域を覆うようにｐ側パッド電極１８２が配置されている。すなわち、ｐ側パッド電極１８２は、リッジ部１５２の頂面１５２Ｂ上においてｐ側コンタクト電極１８１を覆い、リッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域上に形成された絶縁膜１７１上にまで延在する。ｐ側パッド電極１８２は、たとえばＡｕ（金）からなっている。また、ｐ側コンタクト電極１８１とｐ側パッド電極１８２との間には、Ｔｉ（チタン）からなる層が形成されていてもよい。すなわち、ｐ側電極には、たとえばＰｄ／Ｔｉ／Ａｕが採用される。

基板１０２の第２の主面１０２Ｂ上に接触するように、ｎ側電極１８３が配置されている。ｎ側電極１８３には、たとえばＡｌ／Ｔｉ／Ａｕ（アルミニウム／チタン／金）を採用することができる。ｎ側電極１８３と基板１０２とは、オーミックコンタクトを形成している。

図５を参照して、リッジ部１５２の延在方向における一対の端部のそれぞれには、活性層１３１の共振面１３１Ｂ，１３１Ｃを含むように端面１０３Ａ，１０３Ｂが形成されている。リッジ部１５２の延在方向におけるエピ層１０３の一方の端面である前側端面１０３Ａ上に接触するように前側誘電体多層膜１６０Ａが配置され、他方の端面である後側端面１０３Ｂに接触するように後側誘電体多層膜１６０Ｂが配置されている。前側誘電体多層膜１６０Ａおよび後側誘電体多層膜１６０Ｂは、それぞれエピ層１０３の前側端面１０３Ａおよび後側端面１０３Ｂを全域にわたって覆うように形成されている。

次に、本実施の形態における緑色レーザダイオード８２の動作について説明する。図４および図５参照して、ｐ側パッド電極１８２とｎ側電極１８３との間に電圧が印加されると、ｐ側パッド電極１８２とｎ側電極１８３との間に電流が流れる。このとき、活性層１３１には、ｐ側コンタクト電極１８１側から正孔が、ｎ側電極１８３側から電子が注入される。そして、活性層１３１内において、正孔と電子とが再結合し、光が発生する。

発生した光は、厚み方向において活性層１３１内に閉じ込められる。一方、図５を参照して、前側誘電体多層膜１６０Ａおよび後側誘電体多層膜１６０Ｂが形成されることにより、活性層１３１の前側共振面１３１Ｂにおける上記光の反射率は後側共振面１３１Ｃにおける反射率に比べて小さく調整される。たとえば、上記光の前側共振面１３１Ｂにおける反射率は４０％程度、後側共振面１３１Ｃにおける反射率は９５％程度と設定される。厚み方向において活性層１３１内に閉じ込められた光は、前側共振面１３１Ｂと後側共振面１３１Ｃとの間で反射を繰り返す。その結果、位相の揃った光が増幅され、レーザ発振が達成される。そして、前側共振面３１Ｂから、レーザ光が放出される。緑色レーザダイオード８２の発振波長は５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。すなわち、緑色レーザダイオード８２は、緑色のレーザ光を出射する。

ここで、光モジュール１に電力を供給して緑色レーザダイオード８２の動作を電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で開始し、出力を維持しつつ６００時間動作させた前後におけるｐ側コンタクト電極１８１を構成する元素の、コンタクト電極１８１および半導体積層体の厚み方向（エピ層１０３の積層方向）におけるオージェ信号のピーク強度の変化率は０．２以下である。ピーク強度の変化率がこの範囲内となる程度にまでｐ側コンタクト電極１８１を構成する元素の拡散を抑制することにより、緑色半導体レーザダイオード８２の劣化を許容可能な範囲に抑えることができる。その結果、緑色半導体レーザダイオード８２を含む光モジュール１の安定した駆動が達成される。このように、光モジュール１は、安定した駆動を達成することが可能な緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールとなっている。

また、図４を参照して、ｐ側パッド電極１８２の、リッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域には、ｐ側パッド電極１８２が部分的に途切れた領域である隙間部１９９が形成されている。隙間部１９９は、リッジ部１５２の延在方向に沿って延在する。リッジ部１５２の延在方向に沿った隙間部１９９の長さＬは、たとえば３０ｎｍ以上であってもよく、１００ｎｍ以上であってもよい。隙間部１９９は、ｐ側パッド電極１８２を貫通し、絶縁膜１７１まで到達するか、ｐ側コンタクト電極１８１にまで到達するように形成されている。隙間部１９９の存在は、たとえばＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察にて確認することができる。

本実施の形態の光モジュール１においては、光モジュール１に含まれる緑色レーザダイオード８２の、ｐ側パッド電極１８２のリッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域に、隙間部１９９が形成されている。また、光モジュール１の保護部材であるステム１０とキャップ４０とにより閉じられた空間内の水分濃度は２．４体積％以下とされている。光モジュール１においては、隙間部１９９が存在するものの、ステム１０とキャップ４０とにより閉じられた空間内の水分濃度が２．４体積％以下とされることにより、ｐ側コンタクト電極１８１を構成する原子のリッジ部１５２への拡散が抑制される。その結果、上記ピーク強度の変化率を０．２以下とすることが容易となっている。

次に、光モジュール１および緑色レーザダイオード８２の製造方法の一例について説明する。本実施の形態における光モジュール１および緑色レーザダイオード８２の製造方法では、まず基板を準備する工程が実施される。この工程では、図４および図５を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、第１の主面１０２Ａを有する基板１０２が準備される。具体的には、たとえばｃ軸方向の結晶成長により得られたＧａＮからなるインゴットをｃ面に対して所望の角度をなす平面でスライスし、洗浄、乾燥などの手順を経て、基板１０２が準備される。

次に、エピタキシャル成長によりエピ層を形成する工程が実施される。この工程では、先の工程において準備された基板１０２上にエピタキシャル成長によりエピ層１０３が形成される。具体的には、図４および図５を参照して、基板１０２の第１の主面１０２Ａ上に、バッファ層１２１、ｎ側クラッド層１２２、第１ｎ側ガイド層１２３、第２ｎ側ガイド層１２４、活性層１３１、第１ｐ側ガイド層１４１、電子ブロック層１４２、第２ｐ側ガイド層１４３、ｐ側クラッド層１４４およびコンタクト層１４５がエピタキシャル成長により順次形成される。このエピ層１０３の形成は、基板１０２を成長炉内に設置し、成長炉内に適切な原料ガスを供給しつつ、成長炉内の温度および圧力を適切に調整することにより実施することができる。このとき、Ｇａ（ガリウム）の原料ガスとしては、たとえばＴＭＧ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ｇａｌｌｉｕｍ）、Ａｌ（アルミニウム）の原料ガスとしては、たとえばＴＭＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）、Ｉｎ（インジウム）の原料ガスとしては、たとえばＴＭＩ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ｉｎｄｉｕｍ）、Ｎ（窒素）の原料ガスとしては、たとえばアンモニアを採用することができる。これらの原料ガスの流量などを適切に調整することにより、所望の成分組成を有するバッファ層１２１、ｎ側クラッド層１２２、第１ｎ側ガイド層１２３、第２ｎ側ガイド層１２４、活性層１３１、第１ｐ側ガイド層１４１、電子ブロック層１４２、第２ｐ側ガイド層１４３、ｐ側クラッド層１４４およびコンタクト層１４５を成長させることができる。

次に、リッジ部を形成するとともに、絶縁膜およびコンタクト電極を形成する工程が実施される。この工程では、図４および図５を参照して、先の工程において得られたエピ層１０３にリッジ部１５２が形成されるとともに、絶縁膜１７１、ｐ側コンタクト電極１８１およびｎ側コンタクト電極（ｎ側電極１８３において基板１０２に接触する部分）が形成される。リッジ部１５２の形成は、たとえばドライエッチングにより溝部１５１を形成することにより実施することができる。ドライエッチングとしては、たとえばＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍ − Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を採用することができる。絶縁膜１７１、ｐ側コンタクト電極１８１およびｎ側コンタクト電極の形成は、たとえば蒸着法により実施することができる。絶縁膜１７１としては、たとえば二酸化珪素からなる膜を形成することができる。ｐ側コンタクト電極１８１としては、たとえばＰｄからなる膜を形成することができる。ｎ側コンタクト電極としては、たとえばＮｉからなる膜を形成することができる。

次に、パッド電極を形成する工程が実施される。この工程では、図４および図５を参照して、ｐ側パッド電極１８２およびｎ側パッド電極（ｎ側電極１８３において基板１０２とは反対側の表面を含む領域）が形成される。具体的には、たとえばｐ側コンタクト電極１８１およびｎ側コンタクト電極上にＴｉからなる膜が形成された後、Ａｕからなる膜が形成される。パッド電極の形成は、たとえば蒸着法により実施することができる。

ここで、ｐ側パッド電極１８２は、リッジ部１５２の頂面であるコンタクト層１４５の主面１４５Ａに対応する領域を覆い、リッジ部の側面１５２Ａに対応する領域にまで延在する。方向性を持ってｐ側パッド電極１８２を構成する材料、たとえばＡｕを供給してｐ側パッド電極１８２を形成する場合、ｐ側コンタクト電極１８１の存在するコンタクト層１４５の主面１４５Ａに対して直交する方向にＡｕを供給することが適切である。この場合、コンタクト層１４５の主面１４５Ａに対して交差する面であるリッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域には、Ａｕが供給されにくくなる。その結果、リッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域に、ｐ側パッド電極１８２が部分的に途切れた領域である隙間部１９９が形成される。

次に、共振器の端面が形成される工程が実施される。この工程では、リッジ部１５２の延在方向における一対の端部のそれぞれに、活性層１３１の共振面１３１Ｂ，１３１Ｃを含むように前側端面１０３Ａおよび後側端面１０３Ｂが形成される。前側端面１０３Ａおよび後側端面１０３Ｂは、たとえば基板１０２上にエピ層１０３等が形成された構造体を機械的に破断させることにより形成することができる。

次に、誘電体多層膜を形成する工程が実施される。この工程では、上記工程において形成された前側端面１０３Ａおよび後側端面１０３Ｂ上に、それぞれ前側誘電体多層膜１６０Ａおよび後側誘電体多層膜１６０Ｂが形成される。前側誘電体多層膜１６０Ａおよび後側誘電体多層膜１６０Ｂは、たとえばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタにより形成することができる。その後、チップに切断されて緑色レーザダイオード８２が完成する。

次に、光モジュールを組み立てる工程が実施される。この工程では、図１〜図３を参照して、上述のように製造された緑色レーザダイオード８２を含む部品が組み合わされて、光モジュール１が組み立てられる。第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３は、たとえば銀ペースト接着剤により固定される。光学部品である第１レンズ９１、第２レンズ９２、第３レンズ９３、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば樹脂硬化型接着剤により固定される。キャップ４０は、ステム１０に対して、たとえば溶接される。これにより、ステム１０とキャップ４０とは気密状態とされている。このとき、ステム１０とキャップ４０とにより閉じられる空間には、乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入される。これにより、当該空間内の水分濃度（封入される気体の水分濃度ではなく、空間内に存在する接着剤等から発生する水分を含む水分濃度）は２．４体積％以下とされる。

上記製造方法によれば、光モジュール１に含まれる緑色レーザダイオード８２の、ｐ側パッド電極１８２のリッジ部１５２の側面１５２Ａに対応する領域における隙間部１９９の形成を許容することにより、隙間部１９９が形成されないように複数回の蒸着やｐ側パッド電極１８２を構成する材料の供給方向を変化させた蒸着を実施する場合に比べて、製造コストを抑制することができる。また、光モジュール１の保護部材であるステム１０とキャップ４０とにより閉じられた空間内の水分濃度は２．４体積％以下とされる。これにより、ｐ側コンタクト電極１８１を構成する原子のリッジ部１５２への拡散が抑制され、動作電圧の上昇が許容可能な範囲に低減される。その結果、製造コストが低減されつつ、緑色レーザダイオード８２の劣化が抑制される。このように、上記製造方法により、製造コストを抑制しつつ、安定した駆動が達成される緑色レーザダイオード８２を含む光モジュール１を製造することができる。

上記実施の形態と同様の構造の緑色レーザダイオード８２を作製した。エピ層１０３として、ｎ−ＧａＮバッファ層、ｎ−（Ｉｎ）ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ−（Ｉｎ）ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ−（Ｉｎ）ＧａＮガイド層、ｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層をｎ−ＧａＮ基板上に形成した。ｐ側の電極としてＰｄ／Ｔｉ／Ａｕを採用した。ｎ側の電極としてＡｌ／Ｔｉ／Ａｕを採用した。電極形成後の合金化熱処理は実施しなかった。

上記緑色レーザダイオードに加えて、青色レーザダイオードとして窒化物化合物半導体レーザダイオード、赤色レーザダイオードとしてＧａＡｓ（ガリウム砒素）系レーザダイオードを準備した。さらに、上記実施の形態と同様にレンズ、フィルタ、サブマウント、ステム、キャップなどの部品を準備した。そして、これらの部品を組み立てることにより、上記実施の形態と同様の構造の光モジュールを作製した。サブマウントとレーザダイオードとは、ＡｕＳｎ（金スズ）ハンダで接合した。サブマウントは、Ａｇペースト接着剤により固定した。レンズおよびフィルタは、ＵＶ硬化樹脂接着剤（樹脂硬化型接着剤）により固定した。組立に際しては、ステムおよびキャップにより閉じられる空間内に封入される水分濃度を変化させた。このようにして得られたサンプルについて、電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で緑色レーザダイオードの発光をスタートし、スタート時の出力を維持するように電圧を調整しつつ６００時間発光を継続した前後における電圧の上昇量（電圧上昇）を算出した。また、発光終了後の光モジュールのキャップに貫通孔を形成し、ステムおよびキャップにより閉じられる空間内の水分濃度を測定した。水分濃度は、ガス分析装置として沖エンジニアリング社製半導体内臓ガス分析装置を用い、検出器としてファイファーバキューム社製四重極質量分析計（ＱＭＩ４２２／ＱＭＡ−１２５）を用いて測定した。

電圧上昇の大きかった緑色レーザダイオードについてＩ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図６に示す。図６において、横軸は駆動電流を示す。また、縦軸は、当該駆動電流に対応する電圧を示す。図６において、実線は動作前、破線は６００時間動作後の緑色レーザダイオードのＩ−Ｖ曲線である。

図６を参照して、動作前後の電圧を比較すると、低電流である１ｍＡにおいて０．５Ｖの電圧上昇が認められる。これは、電圧上昇の原因がショットキー成分の増加による抵抗の増大にあることを示唆している。ショットキー成分の増加が発生する場所としては、ｐ側コンタクト電極とｐ−ＧａＮコンタクト層との界面、またはｎ側コンタクト電極とｎ−ＧａＮ基板との界面が考えられる。ｎ側コンタクト電極とｎ−ＧａＮ基板との界面について、ＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ − Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による分析を行った結果、当該界面に動作前後における変化は認められなかった。したがって、ショットキー成分の増加は、ｐ側コンタクト電極とｐ−ＧａＮコンタクト層との界面において発生していると考えられる。

そこで、水分濃度確認後の光モジュールから緑色レーザダイオードを取り出し、ｐ側コンタクト電極からリッジ部にかけての深さ方向（半導体層の積層方向）におけるＴｉ、ＧａおよびＰｄの分布を調査し、動作（発光）前の分布（基準）と比較した。なお、基準となる発光前のＴｉ、ＧａおよびＰｄの分布は、同一ロットで作製した緑色レーザダイオードについての調査から得られたものである。Ｔｉ、ＧａおよびＰｄの分布は、オージェ電子分光法により調査した。オージェ電子分光装置としては、アルバック・ファイ社製ＰＨＩ７００を使用した。実験結果を図７〜図１０に示す。

図７、図８、図９および図１０は、それぞれ電圧上昇が２Ｖ、１．２Ｖ、０．１Ｖおよび０．０１ＶであったサンプルのＴｉ、ＧａおよびＰｄの分布を示している。図７〜図１０において、横軸は深さ、縦軸は各元素の濃度に対応する。また、図７〜図１０において、実線、破線および一点鎖線は、それぞれＴｉ、ＧａおよびＰｄに対応する。また、図７〜図１０において、細線は基準となる発光前の濃度分布、太線は発光後の濃度分布に対応する。図１０に対応するサンプルの水分濃度は２．３４体積％（２．４体積％以下）である。

図７〜図１０を参照して、電圧上昇の大きい図７および図８のサンプルにおいては、発光後におけるＰｄの分布が深さ方向において広がるとともにピーク強度が低下していることが分かる。また、Ｐｄの分布の広がりおよびピーク強度の低下は、図７および図８に比べて電圧上昇の小さい図９において小さくなっており、さらに電圧上昇の小さい図１０においてはＰｄの分布の広がりおよびピーク強度低下が一層小さくなっている。このことから、電圧上昇（緑色レーザダイオードの劣化）は、ｐ側コンタクト電極を構成する材料（金属）であるＰｄの拡散によって生じていることが分かる。各サンプルの電圧上昇とＰｄのオージェ信号のピーク強度の変化率を表１に示す。

光モジュールの安定した動作への影響を考慮すると、緑色レーザダイオードの電圧上昇は、０．１Ｖ未満であることが好ましい。表１を参照して、Ｐｄのピーク強度の変化率を０．２以下とすることにより、電圧上昇が０．１Ｖ未満となることが分かる。

以上の実験結果より、本願の光モジュールによれば、安定した駆動が達成される緑色半導体レーザ素子を含む光モジュールを提供可能であることが確認される。

また、ステムとキャップとにより閉じられた空間内における水分濃度と電圧上昇との関係を図１１に示す。

図１１において、横軸はステムおよびキャップにより閉じられる空間内の水分濃度を示す。また図１１において、縦軸は電圧上昇（ΔＶ_ｆ）を示す。図１１を参照して、水分濃度を２．４体積％以下とすることにより、電圧上昇を許容可能な範囲（０．１Ｖ未満）にまで低減できることが分かる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の光モジュールは、安定した駆動が求められる光モジュールに、特に有利に適用され得る。

１ 光モジュール
１０ ステム
１０Ａ 一方の主面
１０Ｂ 他方の主面
２０ 光形成部
３０ 電子冷却モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
４０ キャップ
４１ 出射窓
５１ リードピン
６０ ベース板
６０Ａ，６０Ｂ 主面
６１ ベース領域
６２ チップ搭載領域
６３ 第１チップ搭載領域
６４ 第２チップ搭載領域
７１ 第１サブマウント
７２ 第２サブマウント
７３ 第３サブマウント
７７ 第１レンズ保持部
７８ 第２レンズ保持部
７９ 第３レンズ保持部
８１ 赤色レーザダイオード
８２ 緑色レーザダイオード
８３ 青色レーザダイオード
８８ 第１突出領域
８９ 第２突出領域
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
１０２ 基板
１０２Ａ 第１の主面
１０２Ｂ 第２の主面
１０３ エピ層
１０３Ａ 前側端面
１０３Ｂ 後側端面
１２１ バッファ層
１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａ 主面
１２２ ｎ側クラッド層
１２３ 第１ｎ側ガイド層
１２４ 第２ｎ側ガイド層
１３１ 活性層
１３１Ａ 主面
１３１Ｂ 前側共振面
１３１Ｃ 後側共振面
１４１ 第１ｐ側ガイド層
１４１Ａ，１４２Ａ，１４３Ａ，１４４Ａ，１４５Ａ 主面
１４２ 電子ブロック層
１４３ 第２ｐ側ガイド層、
１４４ ｐ側クラッド層
１４５ コンタクト層
１５１ 溝部
１５２ リッジ部
１５２Ａ 側面
１６０Ａ 前側誘電体多層膜
１６０Ｂ 後側誘電体多層膜
１７１ 絶縁膜
１８１ ｐ側コンタクト電極
１８２ ｐ側パッド電極
１８３ ｎ側電極
１９９ 隙間部

Claims (11)

1. 光を形成する光形成部と、
   前記光形成部からの光を透過する出射窓を有し、前記光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備え、
   前記光形成部は、
   発振波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色半導体レーザ素子を含み、
   前記緑色半導体レーザ素子は、
   複数の半導体層が積層され、前記半導体層の積層方向に交差する方向に延在するリッジ部を有する半導体積層体と、
   前記リッジ部の頂面上に接触して配置されるコンタクト電極と、を含み、
   前記緑色半導体レーザ素子の動作を電流密度１０ｋＡ／ｃｍ^２で開始し、出力を維持しつつ６００時間動作させた前後における前記コンタクト電極を構成する元素の、前記コンタクト電極および前記半導体積層体の厚み方向におけるオージェ信号のピーク強度の変化率は０．２以下であり、
   前記緑色半導体レーザ素子は、前記リッジ部の頂面上においてコンタクト電極を覆い、前記リッジ部の側面に対応する領域にまで延在するパッド電極をさらに含み、
   前記パッド電極の、前記リッジ部の側面に対応する領域には、前記パッド電極を厚み方向に貫通し、前記パッド電極が部分的に途切れた領域である隙間部が形成されている、光モジュール。
2. 前記保護部材により閉じられた空間内の水分濃度は２．４体積％以下である、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記隙間部の、前記リッジ部の延在方向に沿った長さは３０ｎｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記光形成部は、樹脂硬化型接着剤により固定される部品を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記光形成部は、銀ペースト接着剤により固定される部品を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 前記光形成部は、複数の半導体レーザ素子を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記光形成部は、
   前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対応する複数のレンズと、
   前記複数の半導体レーザ素子からの光を合波するフィルタと、をさらに含む、請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記コンタクト電極はパラジウムからなる、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記保護部材により閉じられた空間の体積は２００ｍｍ^３以上である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
10. 前記光形成部に含まれる半導体レーザ素子に対する投入電力の総和が０．９５Ｗ以上である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール。
11. 前記保護部材の内壁面には、表面粗さがＲａで０．５μｍ以上である領域が形成されている、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
    
    

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