JP6631609B2 - Method for manufacturing semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本開示は、光学部材の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法及び半導体レーザ装置に
関する。
The present disclosure relates to a method for manufacturing an optical member, a method for manufacturing a semiconductor laser device, and a semiconductor laser device.
光学分野、とりわけ半導体レーザでは、近年パッケージの小型化、高出力化が求められ
ている。このため、１つのパッケージ内に１つ又は複数のレーザ素子及びそれに対応する
光学部材、例えば、４５度傾斜面を有する光学部材を配置し、垂直に反射させたレーザ光
をレンズでコリメートして利用する形態の半導体レーザ装置が提案されている。また、４
５度傾斜面を有する光学部材を安価に供給するために、シリコンを用い、シリコンをウェ
ットエッチングして４５度傾斜面を有する光学部材を製造する方法が提案されている（例
えば、特許文献１〜３等）。
In the field of optics, especially semiconductor lasers, there has been a recent demand for smaller packages and higher output. Therefore, one or a plurality of laser elements and corresponding optical members, for example, an optical member having a 45-degree inclined surface are arranged in one package, and the laser light reflected vertically is collimated by a lens and used. A semiconductor laser device having such a configuration has been proposed. Also, 4
In order to supply an optical member having a 5-degree inclined surface at low cost, a method of manufacturing an optical member having a 45-degree inclined surface by wet etching silicon using silicon has been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3). 3 etc.).
しかし、４５度斜面の角度精度と平滑度の両立は容易ではない。また、このようなミラ
ーを簡便な方法で製造できる方法はいまだ確立しておらず、平滑度の高い斜面を備えた光
学部材を高精度で、簡便な方法にて製造する方法が要求されている。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、平滑度の高い斜面を備えた
光学部材を高精度で、簡便な方法にて製造する方法及びそのような高精度な光学部材を備
えた半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
However, it is not easy to achieve both angle accuracy and smoothness of a 45-degree slope. Further, a method for manufacturing such a mirror by a simple method has not yet been established, and a method for manufacturing an optical member having a slope with high smoothness with high accuracy and a simple method is required. .
The present disclosure has been made in order to solve the above-described problems, and is a method for manufacturing an optical member having a slope with high smoothness with high accuracy by a simple method and such a high-precision optical member. It is an object to provide a semiconductor laser device provided with the same.
本開示は、以下の発明を含む。
（１）｛１１０｝面からなる第１主面を有するシリコン基板を準備し、
前記第１主面上に、＜１００＞方向に伸びる開口を有するマスクパターンを形成し、
前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用いて前記第１主面側からウ
ェットエッチングして、｛１００｝面を有する傾斜面を形成することを含む光学部材の製
造方法。
（２）上記光学部材と、半導体レーザ素子とを、前記半導体レーザ素子から出射するレ
ーザ光が前記光学部材の前記反射膜に照射されるように、実装基板に固定することを含む
半導体レーザ装置の製造方法。
（３）実装基板と、
前記実装基板上に設けられた半導体レーザ素子と、
｛１１０｝面及び｛１００｝面を有するＳｉからなり、前記｛１１０｝面及び｛１００
｝面の一方が前記実装基板上に固定され、他方が反射膜で被覆され、前記半導体レーザ素
子から出射されたレーザ光を反射する光学部材と、を備える半導体レーザ装置。
The present disclosure includes the following inventions.
(1) A silicon substrate having a first main surface composed of a {110} plane is prepared,
Forming a mask pattern having an opening extending in the <100> direction on the first main surface;
A method for manufacturing an optical member, comprising wet-etching the silicon substrate from the first main surface side using the mask pattern as a mask to form an inclined surface having a {100} plane.
(2) A semiconductor laser device comprising fixing the optical member and the semiconductor laser element to a mounting substrate such that laser light emitted from the semiconductor laser element is irradiated on the reflection film of the optical member. Production method.
(3) a mounting board;
A semiconductor laser device provided on the mounting substrate,
It is made of Si having {110} plane and {100} plane, and the {110} plane and {100}
An optical member, one of the surfaces being fixed on the mounting substrate and the other being covered with a reflective film, for reflecting a laser beam emitted from the semiconductor laser element.
本開示によれば、平滑度の高い斜面を備えた光学部材を高精度で、簡便な方法にて製造
することができる。また、そのような高精度な光学部材を備えた半導体レーザ装置を提供
することができる。
According to the present disclosure, an optical member having a slope with high smoothness can be manufactured with high accuracy and a simple method. Further, it is possible to provide a semiconductor laser device provided with such a highly accurate optical member.
発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光
装置は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、
本開示を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容
は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していること
がある。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the light emitting device described below is for embodying the technical idea of the present disclosure, and unless otherwise specified,
The present disclosure is not limited to the following. Further, what is described in one embodiment or example can be applied to other embodiments or examples.
The size, positional relationship, and the like of the members shown in the drawings may be exaggerated for clarity of description.
実施形態１：光学部材の製造方法
この実施形態の光学部材の製造方法は、
（ａ）｛１１０｝面からなる第１主面を有するシリコン基板を準備し、
（ｂ）前記第１主面上に、＜１００＞方向に伸びる開口を有するマスクパターンを形成
し、
（ｃ）前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用いて前記第１主面側
からウェットエッチングして、｛１００｝面を有する傾斜面を形成することを含む。
Embodiment 1: Manufacturing method of optical member The manufacturing method of the optical member of this embodiment is as follows.
(A) preparing a silicon substrate having a first main surface composed of a {110} plane;
(B) forming a mask pattern having an opening extending in the <100> direction on the first main surface;
(C) wet etching the silicon substrate from the first main surface side using the mask pattern as a mask to form an inclined surface having a {100} plane.
（ａ：シリコン基板の準備）
｛１１０｝面からなる第１主面を有するシリコン基板を準備する。ここで、｛１１０｝
面とは、シリコンの常温及び常圧で安定な結晶構造であるダイヤモンド構造における結晶
格子面のうちのひとつ（１１０）面とその等価結晶面との全ての面を指す。等価結晶面と
は、ミラー指数によって定義される等価結晶面又はファセットのファミリを意味する。シ
リコン基板の第１主面は、｛１１０｝面に対して±２度程度のオフ角は許容される。オフ
角は、好ましくは±１度、より好ましくは±０．２度である。
(A: Preparation of silicon substrate)
A silicon substrate having a first main surface composed of a {110} plane is prepared. Where {110}
The plane refers to all of one (110) plane of crystal lattice planes and its equivalent crystal plane in a diamond structure which is a stable crystal structure of silicon at normal temperature and normal pressure. Equivalent crystal plane means a family of equivalent crystal planes or facets defined by the Miller index. The first main surface of the silicon substrate is allowed to have an off angle of about ± 2 degrees with respect to the {110} plane. The off angle is preferably ± 1 degree, more preferably ± 0.2 degree.
シリコン基板の大きさ及び厚みは、例えば、得ようとする光学部材の用途等により適宜
調整することができる。１つのシリコン基板から複数の光学部材を得ることが好ましく、
このために、シリコン基板は、数センチ〜数十センチの長さ及び／又は幅を有するもので
あればよい。
シリコン基板の厚みは、均一であることが好ましいが、部分的に異なる部分が存在して
もよい。シリコン基板の第１主面と反対側の第２主面も、｛１１０｝面からなる面である
シリコン基板が好ましい。つまり、シリコン基板は、第１主面に平行な第２主面を有する
ことが好ましい。シリコン基板の厚みは、例えば、１００〜数千μｍとすることができ、
例えば、５００〜２０００μｍとすることができる。
The size and thickness of the silicon substrate can be appropriately adjusted depending on, for example, the use of the optical member to be obtained. It is preferable to obtain a plurality of optical members from one silicon substrate,
For this purpose, the silicon substrate may have a length and / or a width of several centimeters to several tens centimeters.
The silicon substrate preferably has a uniform thickness, but may have partially different portions. It is preferable that the second main surface of the silicon substrate opposite to the first main surface is also a silicon substrate having a {110} plane. That is, the silicon substrate preferably has a second main surface parallel to the first main surface. The thickness of the silicon substrate can be, for example, 100 to several thousand μm,
For example, it can be 500 to 2000 μm.
（ｂ：マスクパターンの形成）
シリコン基板の第１主面にマスクパターンを形成する。このマスクパターンは、例えば
、図１に示すように、＜１００＞方向に伸びる開口を有する。＜１００＞方向に伸びる開
口は、第１主面に平行な方向に伸びる開口とすることができる。
ここで、＜１００＞方向とは、シリコンの常温及び常圧で安定な結晶構造であるダイヤ
モンド構造における結晶格子面のうちのひとつである（１００）面に対する垂直方向と、
その等価結晶面に対する垂直方向の全ての方向とを指す。
(B: Formation of mask pattern)
A mask pattern is formed on the first main surface of the silicon substrate. This mask pattern has an opening extending in the <100> direction, for example, as shown in FIG. The opening extending in the <100> direction may be an opening extending in a direction parallel to the first main surface.
Here, the <100> direction refers to a direction perpendicular to the (100) plane, which is one of crystal lattice planes in a diamond structure that is a stable crystal structure of silicon at normal temperature and normal pressure,
All directions perpendicular to the equivalent crystal plane.
マスクパターンの開口は、＜１００＞方向に伸びるストライプ状であってもよい。また
、＜１００＞方向に対して垂直に交わる方向（つまり、＜１１０＞方向）に伸びる開口と
連結した格子状であってもよい。例えば、＜１１０＞方向に伸びる開口と連結した格子状
でもよい。また、＜１００＞方向に伸びる開口は、その外縁（両端）が＜１００＞方向と
略平行であることが好ましく、＜１１０＞方向に伸びる開口は、その外縁（両端）が＜１
１０＞方向と略平行であることが好ましい。
＜１００＞方向に伸びる開口の長さは、用いるシリコン基板の大きさに従って適宜設定
することができる。＜１００＞方向に伸びる開口の幅は、後の工程において得ようとする
傾斜面の高さ等によって適宜設定することができる。例えば、２００〜１０００μｍ程度
が挙げられる。＜１００＞方向以外に伸びる開口を有する場合、その幅は、＜１００＞方
向に伸びる開口の幅と同等でもよいし、異なっていてもよい。＜１００＞方向以外に伸び
る開口により形成される傾斜面は光学部材としての機能に関係しない。よって、＜１００
＞方向以外に伸びる開口の幅は＜１００＞方向に伸びる開口の幅よりも小さいことが好ま
しい。これにより、シリコン基板の面積を有効に使用することができる。また、分割用の
溝として使用する場合には開口の幅はある程度大きいことが好ましく、例えば、５０〜５
００μｍ程度とすることができる。
開口の深さは、マスクパターンの厚みに相当し、例えば、０．１〜１μｍ程度が挙げら
れる。
The openings of the mask pattern may have a stripe shape extending in the <100> direction. Alternatively, the shape may be a lattice connected to openings extending in a direction perpendicular to the <100> direction (that is, the <110> direction). For example, it may be a lattice shape connected to openings extending in the <110> direction. The opening extending in the <100> direction preferably has an outer edge (both ends) substantially parallel to the <100> direction, and the opening extending in the <110> direction has an outer edge (both ends) of <1.
It is preferably substantially parallel to the 10> direction.
The length of the opening extending in the <100> direction can be appropriately set according to the size of the silicon substrate to be used. The width of the opening extending in the <100> direction can be appropriately set according to the height of the inclined surface to be obtained in a later step. For example, about 200 to 1000 μm is mentioned. When an opening extends in a direction other than the <100> direction, its width may be equal to or different from the width of the opening extending in the <100> direction. The inclined surface formed by the opening extending in a direction other than the <100> direction has no relation to the function as the optical member. Therefore, <100
It is preferable that the width of the opening extending in a direction other than the> direction is smaller than the width of the opening extending in the <100> direction. Thereby, the area of the silicon substrate can be used effectively. When the groove is used as a dividing groove, the width of the opening is preferably large to some extent.
It can be about 00 μm.
The depth of the opening corresponds to the thickness of the mask pattern, and is, for example, about 0.1 to 1 μm.
マスクパターンは、通常、レジスト膜又は絶縁膜（Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌ
ａ等の酸化膜又は窒化膜あるいはそれらの複合膜等）等の形成、フォトリソグラフィ及び
エッチング工程によって形成するなど、当該分野で公知の材料、公知の方法を利用して形
成することができる。特に、マスクパターンの材料は、後述するウェットエッチングのエ
ッチャントの種類によって適宜選択することが好ましい。
The mask pattern is usually a resist film or an insulating film (Si, Hf, Zr, Al, Ti, L
a, an oxide film or a nitride film, or a composite film thereof, etc.), a photolithography and an etching step, and the like, and a material known in the art and a known method can be used. In particular, it is preferable that the material of the mask pattern is appropriately selected depending on the type of an etchant for wet etching described later.
なお、上述した＜１００＞方向に対して垂直に交わる方向に伸びる開口を、シリコン基
板の第１主面のマスクパターンに形成しない場合には、シリコン基板の第２主面にマスク
パターン及び＜１００＞方向に対して垂直に交わる方向に伸びる開口を別個に形成しても
よい。
If the opening extending in the direction perpendicular to the <100> direction is not formed in the mask pattern on the first main surface of the silicon substrate, the mask pattern and the <100> are formed on the second main surface of the silicon substrate. An opening extending in a direction perpendicular to the direction may be separately formed.
（ｃ：傾斜面の形成）
シリコン基板を、マスクパターンをマスクとして用いて第１主面側からウェットエッチ
ングして、｛１００｝面を有する傾斜面を形成する。傾斜面は、＜１００＞方向に伸び、
シリコン基板の第２主面（つまり、｛１１０｝面）に対して４５度の傾斜角度を有する面
とすることが好ましい。言い換えると、傾斜面は、シリコン基板の第１主面と成す角度が
１３５度であることが好ましい。ただし、ここでいう｛１００｝面は、｛１００｝面に対
して±２度程度のオフ角は許容され、よって、第２主面に対して４５±２度程度の傾斜角
度を有する面であってもよい。オフ角は、好ましくは±１度、より好ましくは±０．２度
である。
なお、ここでのエッチングは、ウェットエッチングを行うことが好ましいが、異方性エ
ッチングを行うことができるエッチング方法であればよい。
(C: Formation of inclined surface)
The silicon substrate is wet-etched from the first main surface side using the mask pattern as a mask to form an inclined surface having a {100} plane. The slope extends in the <100> direction,
Preferably, the silicon substrate has a surface having a 45-degree inclination angle with respect to the second main surface (that is, the {110} plane). In other words, the angle formed by the inclined surface with the first main surface of the silicon substrate is preferably 135 degrees. However, the {100} plane here is a plane having an off angle of about ± 2 degrees with respect to the {100} plane, and thus has a tilt angle of about 45 ± 2 degrees with respect to the second main surface. There may be. The off angle is preferably ± 1 degree, more preferably ± 0.2 degree.
Note that the etching here is preferably performed by wet etching, but may be performed by any etching method capable of performing anisotropic etching.
ウェットエッチングは、上述したマスクパターンをマスクとして、異方性エッチングが
可能なエッチャントを用いる限り、どのような条件で行ってもよい。エッチャントとして
は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム
、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン等又はこれらにイソプロパノ
ール等を添加した混合液、またはこれらの混合液が挙げられる。その濃度は、シリコン基
板のエッチング速度等を考慮して、適宜設定することができる。なかでも、ＴＭＡＨを用
いることが好ましい。ＴＭＡＨは、他の異方性エッチャントに比較して、｛１１０｝面シ
リコン基板のエッチングにおいて異方性が高く、｛１１０｝面シリコン基板に対して、主
面から約４５度傾斜した傾斜面を高精度で形成できるからである。また、ＴＭＡＨは取り
扱いが容易であることからも好ましい。
エッチング条件としては、例えばエッチャントがＴＭＡＨである場合は、エッチャント
の温度を摂氏８０〜１１０度に設定し、２〜１０時間程度の浸漬を行うことが挙げられる
。浸漬時間は所望のエッチング量が得られる程度に調整すればよい。
The wet etching may be performed under any conditions as long as an etchant capable of anisotropic etching is used using the above mask pattern as a mask. Examples of the etchant include tetramethylammonium hydroxide (TMAH), potassium hydroxide, sodium hydroxide, ethylenediamine pyrocatechol (EDP), hydrazine and the like, or a mixed solution obtained by adding isopropanol or the like thereto, or a mixed solution thereof. The concentration can be appropriately set in consideration of the etching rate of the silicon substrate and the like. Especially, it is preferable to use TMAH. TMAH has a higher anisotropy in etching of a {110} plane silicon substrate than other anisotropic etchants, and has an inclined plane inclined about 45 degrees from the main surface with respect to the {110} plane silicon substrate. This is because it can be formed with high precision. TMAH is also preferred because it is easy to handle.
As an etching condition, for example, when the etchant is TMAH, the temperature of the etchant is set to 80 to 110 degrees Celsius, and immersion is performed for about 2 to 10 hours. The immersion time may be adjusted so that a desired etching amount is obtained.
ここで用いたマスクパターンに、上述した＜１００＞方向に対して垂直に交わる方向（
＜１１０＞方向）に伸びる開口をも形成されている場合には、＜１１０＞方向の辺から｛
１１１｝面である３５度程度の傾斜角度を有する面（図８Ａ〜８Ｃ中、１１ｄ参照）が形
成される。ここでの角度も、｛１１０｝面に対して±２度程度のオフ角は許容される。
In the mask pattern used here, a direction perpendicular to the <100> direction described above (
When an opening extending in the <110> direction is also formed, 形成 from the side in the <110> direction.
A plane having a tilt angle of about 35 degrees, which is a 111 ° plane (see 11d in FIGS. 8A to 8C), is formed. The angle here may be an off angle of about ± 2 degrees with respect to the {110} plane.
上述した４５度及び３５度の傾斜面が形成された後、引き続きエッチングを継続すると
、それぞれ対向する辺からの斜面によって、断面形状が、台形状、さらに進むとＶ字状の
溝が形成される。シリコン基板は、＜１００＞方向及び＜１１０＞方向ともに劈開性がな
いため、台形状、好ましくはＶ字状の溝が形成される場合には、Ｖ字の底において、後述
する分割が容易になるため、Ｖ字状の溝が形成されるまでエッチングすることが好ましい
。
When the etching is continued after the 45-degree and 35-degree inclined surfaces are formed, the cross-sectional shape becomes trapezoidal, and the V-shaped groove is formed further by the inclined surfaces from the opposite sides. . Since the silicon substrate has no cleavage property in both the <100> direction and the <110> direction, when a trapezoidal shape, preferably a V-shaped groove is formed, division described later can be easily performed at the bottom of the V-shape. Therefore, it is preferable to perform etching until a V-shaped groove is formed.
傾斜面は、シリコン基板の第１主面から、例えば、数百〜千数百μｍ程度、さらに２０
０〜１０００μｍ程度の深さにおいて形成することが好ましい。
The inclined surface is, for example, about several hundreds to several hundreds of μm from the first main surface of the silicon substrate, and further has
It is preferably formed at a depth of about 0 to 1000 μm.
（ｄ、ｄ’：反射膜の形成）
シリコン基板の一表面に反射膜を形成する。ここでの一表面とは、得られたシリコン基
板の使用形態によって、適宜選択することができる。例えば、得られた傾斜面及び第２主
面の一方に反射膜を形成することが好ましい。得られた傾斜面に反射膜を形成する場合に
は、傾斜した角度で成膜することになるため、膜厚の制御が困難になり、膜質が低下する
懸念があるため、なかでも、第２主面に形成することが好ましい。
(D, d ': formation of reflective film)
A reflection film is formed on one surface of a silicon substrate. Here, one surface can be appropriately selected depending on the usage form of the obtained silicon substrate. For example, it is preferable to form a reflective film on one of the obtained inclined surface and the second main surface. When a reflective film is formed on the obtained inclined surface, the film is formed at an inclined angle, so that it is difficult to control the film thickness, and there is a concern that the film quality is deteriorated. It is preferably formed on the main surface.
反射膜は、例えば半導体レーザ素子からの光を５０％以上反射し得る材料によって形成
することができる。言い換えると、反射膜は、半導体レーザ素子の発振波長における反射
率を５０％以上とすることができる。高出力の半導体レーザ素子（例えば光出力１Ｗ以上
）と組み合わせる場合は、８０％以上反射し得る材料によって形成することが好ましく、
さらには９０％以上又は９５％以上反射し得る材料によって形成することが好ましい。例
えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タンタル、タングス
テン、コバルト、ルテニウム、錫、亜鉛、鉛等の金属又はこれらの合金（例えば、Ａｌ合
金としては、Ａｌと、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の白金族系の金属との合金）の単層又は多層構
造膜が挙げられる。反射膜を金属で構成する場合は、なかでも、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ
の金属の単層膜等が好ましい。
The reflection film can be formed of, for example, a material capable of reflecting 50% or more of light from the semiconductor laser device. In other words, the reflection film can have a reflectance of 50% or more at the oscillation wavelength of the semiconductor laser device. When combined with a high-output semiconductor laser element (for example, light output of 1 W or more), it is preferable to form a material capable of reflecting 80% or more,
Further, it is preferable that the light-transmitting layer be formed of a material capable of reflecting 90% or more or 95% or more. For example, metals such as gold, silver, copper, iron, nickel, chromium, aluminum, titanium, tantalum, tungsten, cobalt, ruthenium, tin, zinc, lead or alloys thereof (for example, Al alloys such as Al and Cu , Ag, Pt and other alloys with platinum group metals). When the reflective film is made of a metal, Al, Au, Ag, Cr
Is preferred.
反射膜は、２種以上の誘電体を複数積層させた誘電体多層膜等であってもよい。誘電体
多層膜としては、ＤＢＲ（distributed Bragg reflector：分布ブラッグ反射）膜が好ま
しい。ＤＢＲ膜を構成する誘電体としては、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａ
ｌからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物又は窒化物が挙げられる
。なかでも、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物の積層構造が好ましい。また、反
射膜の１層目は、シリコンとの密着性が良いものが好ましく、例えばＳｉＯ2等のＳｉ含
有層が適していると考えられる。誘電体多層膜の各層の材料及び膜厚を調整することによ
って所望の反射率を得ることができる。
The reflection film may be a dielectric multilayer film in which a plurality of two or more dielectrics are stacked. As the dielectric multilayer film, a DBR (distributed Bragg reflector) film is preferable. As the dielectric constituting the DBR film, for example, Si, Ti, Zr, Nb, Ta, A
oxide or nitride containing at least one element selected from the group consisting of l. Among them, a stacked structure of oxides such as Si, Zr, Nb, Ta, and Al is preferable. The first layer of the reflective film preferably has good adhesion to silicon. For example, a Si-containing layer such as SiO 2 is considered to be suitable. A desired reflectance can be obtained by adjusting the material and thickness of each layer of the dielectric multilayer film.
反射膜は、特に、誘電体多層膜によって形成されるものが好ましい。誘電体多層膜は、
金属からなる反射膜と比較して、レーザの発振波長に対する反射率を高くできる。つまり
、反射率を１００％に近づけることができる。これによって、光吸収が小さい、つまり発
熱が小さい光学部材を実現することができる。その結果、高出力の半導体レーザ装置を実
現することができる。誘電体多層膜は各層の膜厚が変化すると反射率が変化するため、設
計値どおりの膜厚で形成できるように、ウェハ状態で被形成面に対して垂直方向に成膜す
ることが好ましい。したがって、誘電体多層膜は、シリコン基板の第２主面（｛１１０｝
面）に形成されるものがより好ましい。
The reflection film is particularly preferably formed by a dielectric multilayer film. The dielectric multilayer film
Compared to a reflective film made of metal, the reflectance for the laser oscillation wavelength can be increased. That is, the reflectance can be made close to 100%. Thus, an optical member having low light absorption, that is, low heat generation can be realized. As a result, a high-output semiconductor laser device can be realized. Since the reflectivity of the dielectric multilayer film changes when the thickness of each layer changes, it is preferable to form the dielectric multilayer film in a wafer state in a direction perpendicular to the surface on which the film is to be formed, so that the dielectric multilayer film can be formed with the thickness as designed. Therefore, the dielectric multilayer film is formed on the second main surface ({110}) of the silicon substrate.
Surface) is more preferable.
反射膜の厚みは、例えば、０．数〜数十μｍ程度が挙げられ、０．１〜１０μｍ程度が
好ましく、０．３〜７μｍ程度がより好ましい。
The thickness of the reflection film is, for example, 0. The number is about several to several tens of μm, preferably about 0.1 to 10 μm, and more preferably about 0.3 to 7 μm.
反射膜は、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオン・ベーパー・デポジ
ション（ＩＶＤ）法、スパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法、プラズマ蒸着法、化
学的気相成長（ＣＶＤ）法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、電子ビーム
蒸着（ＥＢ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法等の公知の方法によって形成することができる
。なお、いずれの成膜方法においても、被形成面に対して垂直方向に成膜することが好ま
しい。
The reflective film is formed, for example, by a vacuum deposition method, an ion plating method, an ion vapor deposition (IVD) method, a sputtering method, an ECR sputtering method, a plasma deposition method, a chemical vapor deposition (CVD) method, and an ECR-CVD. It can be formed by a known method such as an ECR-plasma CVD method, an electron beam evaporation (EB) method, and an atomic layer deposition (ALD) method. Note that in any of the film formation methods, it is preferable that the film be formed in a direction perpendicular to the formation surface.
このように、上述した傾斜面を作成した後、反射膜を形成することにより、角度精度及
び平滑度等に優れ、膜質の良い反射機能を有する反射膜を形成することができる。その結
果、光学部材の反射効率及び耐久性を高めることができる。また、光学部材を、簡易、簡
便かつ高精度に効率よく製造することができる。さらに、光学部材自体の製造コストを低
減することができる。
As described above, by forming the reflection film after forming the above-described inclined surface, it is possible to form a reflection film having excellent angle accuracy, smoothness, and the like, and having a reflection function with good film quality. As a result, the reflection efficiency and durability of the optical member can be improved. Further, the optical member can be manufactured simply, easily, with high accuracy, and efficiently. Further, the manufacturing cost of the optical member itself can be reduced.
（ｅ：シリコン基板の分割）
シリコン基板は、任意に分割してもよい。分割は、上述した反射膜を形成する前後のい
ずれでもよい。
シリコン基板の分割は、例えば、４５度傾斜面に沿った方向、つまり、＜１００＞方向
に行うことが好ましい。上述したように、シリコン基板に傾斜面を形成した場合、２つの
傾斜面を含んで又は１つの傾斜面によって、断面形状が台形状又はＶ字状の溝が形成され
るため、台形又はＶ字状の溝内において、この溝に沿って分割することが好ましい。これ
によって、マスクパターンにおける開口が複数存在する場合には、１つの光学部材の両側
に２つの傾斜面を有するものを形成することができる。
(E: division of silicon substrate)
The silicon substrate may be divided arbitrarily. The division may be made before or after the formation of the above-mentioned reflective film.
The division of the silicon substrate is preferably performed, for example, in the direction along the 45-degree inclined plane, that is, in the <100> direction. As described above, when the inclined surface is formed on the silicon substrate, a groove having a trapezoidal or V-shaped cross section is formed by including two inclined surfaces or by one inclined surface. It is preferable to divide the inside of the groove along the groove. Thus, when there are a plurality of openings in the mask pattern, a single optical member having two inclined surfaces on both sides can be formed.
また、２つの傾斜面の間において、シリコン基板の｛１１０｝面（第１主面）が存在す
る場合には、そのシリコン基板の｛１１０｝面において、＜１００＞方向に伸びる方向に
平行な方向においてさらに分割してもよい。このような分割により、１つの光学部材に、
１つの傾斜面のみを有するものを形成することができる。
When the {110} plane (first principal plane) of the silicon substrate exists between the two inclined planes, the {110} plane of the silicon substrate is parallel to the direction extending in the <100> direction. The direction may be further divided. By such a division, one optical member
One having only one inclined surface can be formed.
さらに、上述した＜１１０＞方向に伸びる方向のエッチングの有無にかかわらず、傾斜
面に沿った方向に対して直交する方向、つまり＜１１０＞方向にも分割することが好まし
い。ここでの分割は、＜１１０＞方向に伸びる方向のエッチングによる傾斜による溝を利
用してもよいし、後述するような分割の補助溝又はクラックを利用してもよい。
Furthermore, regardless of the presence or absence of the etching in the direction extending in the <110> direction, it is preferable to divide into the direction orthogonal to the direction along the inclined surface, that is, the <110> direction. The division here may use a groove formed by inclination in the direction extending in the <110> direction, or may use an auxiliary groove or crack for division as described later.
シリコン基板の分割の際には、分割の補助溝及び／又はクラックを形成して、分割する
ことが好ましい。このような補助溝及び／又はクラックは、例えば、ブレードダイシング
、レーザダイシング等の公知の方法によって行うことができる。なかでも、内部加工可能
なレーザダイシングを用いることが好ましい。これにより、どのような厚みであってもほ
ぼ全面にクラックを形成でき、分割の際にデブリの発生を抑制することができる。内部加
工可能なレーザダイシングを用いる場合は、例えば、レーザダイシング装置によって内部
加工レーザを照射し、それぞれのＶ字溝の直下にクラックを形成し、その後、図２Ｄに示
すように、Ｖ字溝の下端から、それを起点にブレイク装置でシリコン基板１１を分割する
。
分割後のシリコン基板の大きさは、任意に設定することができる。例えば、＜１１０＞
方向の辺が２．０ｍｍ、＜１００＞方向の辺が１．０ｍｍとすることができる。
When dividing the silicon substrate, it is preferable to form the auxiliary grooves and / or cracks for division and then divide the silicon substrate. Such auxiliary grooves and / or cracks can be formed by a known method such as blade dicing or laser dicing. Among them, it is preferable to use laser dicing that allows internal processing. Thereby, cracks can be formed on almost the entire surface regardless of the thickness, and generation of debris can be suppressed during division. In the case of using laser dicing capable of internal processing, for example, an internal processing laser is irradiated by a laser dicing device to form a crack immediately below each V-shaped groove, and then, as shown in FIG. From the lower end, the silicon substrate 11 is divided by the break device with the starting point as a starting point.
The size of the silicon substrate after division can be arbitrarily set. For example, <110>
The side in the direction can be 2.0 mm, and the side in the <100> direction can be 1.0 mm.
実施形態２：半導体レーザ装置
この実施形態の半導レーザ装置は、例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、
実装基板１と、
実装基板１上に設けられた半導体レーザ素子４と、
｛１１０｝面及び｛１００｝面を有するＳｉからなり、｛１１０｝面及び｛１００｝面
の一方が前記実装基板上に固定され、他方が反射膜で被覆され、半導体レーザ素子４から
出射されたレーザ光を反射する光学部材５とを備える。
Embodiment 2: Semiconductor laser device The semiconductor laser device of this embodiment is, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B.
Mounting board 1;
A semiconductor laser element 4 provided on the mounting substrate 1;
It is made of Si having a {110} plane and a {100} plane, and one of the {110} plane and the {100} plane is fixed on the mounting substrate, and the other is covered with a reflection film, and is emitted from the semiconductor laser device 4. And an optical member 5 for reflecting the laser light.
（光学部材５）
光学部材５は、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光を、意図する方向に反射さ
せる部材である。光学部材５は、Ｓｉ（シリコン）からなるものが好ましい。Ｓｉは、従
来の石英からなる光学部材、いわゆるプリズムよりも熱伝導率が高いため、例えば、半導
体レーザ素子の出力が１Ｗ以上の高出力レーザに対して特に有利である。
(Optical member 5)
The optical member 5 is a member that reflects the laser light emitted from the semiconductor laser element 4 in an intended direction. The optical member 5 is preferably made of Si (silicon). Since Si has a higher thermal conductivity than a conventional optical member made of quartz, that is, a so-called prism, Si is particularly advantageous, for example, for a high-output laser with an output of a semiconductor laser element of 1 W or more.
また、光学部材は、Ｓｉの｛１１０｝面及び｛１００｝面を有するものが好ましい。つ
まり、光学部材５のレーザの反射面を、｛１１０｝面又は｛１００｝面の一方とするもの
が好ましい。ただし、ここでの｛１１０｝面及び｛１００｝面は、±２度程度のオフ角に
よる傾斜が許容されることを意図する。さらに、Ｓｉの｛１１０｝面及び｛１００｝面の
一方が実装基板上に固定され、他方が反射膜で被覆されたものが好ましい。例えば、｛１
１０｝面が実装基板上に固定され、｛１００｝面が反射膜で被覆され、レーザ光の反射面
とすることができる。なお、ここでいう｛１００｝面は、｛１１０｝面に対する角度が４
５度である面を指すことができる。
The optical member preferably has a {110} plane and a {100} plane of Si. That is, it is preferable that the laser reflecting surface of the optical member 5 be one of the {110} plane and the {100} plane. However, the {110} plane and the {100} plane are intended to be allowed to tilt at an off angle of about ± 2 degrees. Further, it is preferable that one of the {110} plane and the {100} plane of Si is fixed on a mounting substrate, and the other is covered with a reflective film. For example, $ 1
The {10} surface is fixed on the mounting substrate, and the {100} surface is covered with a reflective film, so that the surface can be a reflective surface for laser light. Here, the {100} plane has an angle of 4 with respect to the {110} plane.
It can refer to a plane that is 5 degrees.
なお、この｛１１０｝面は、例えば、上述した光学部材の製造方法におけるシリコン基
板の第２主面に相当するもの、また、｛１００｝面は、＜１００＞方向に伸びる開口を有
するマスクパターンを用いたエッチングによって形成された傾斜面であることが好ましい
。
光学部材５は、反射面となる｛１１０｝面又は｛１００｝面が、上述したように、反射
膜で被覆されているものが通常使用される。
The {110} plane corresponds to, for example, the second main surface of the silicon substrate in the above-described optical member manufacturing method. The {100} plane is a mask pattern having an opening extending in the <100> direction. It is preferable that the inclined surface is formed by etching using.
As the optical member 5, the one in which the {110} surface or the {100} surface serving as the reflection surface is covered with the reflection film as described above is usually used.
光学部材５は、半導体レーザ素子４に対向して配置される。この場合の対向配置とは、
光学部材５の反射面、つまり反射膜で被覆された面に、半導体レーザ素子４から出射した
レーザ光が照射され、これを反射させることができる位置に、光学部材５と対面して、光
学部材５を配置することを意味する。例えば、光学部材の反射面を、半導体レーザ素子の
光学部材側の端部に対して傾斜するように配置する。このような反射面によって、レーザ
光が反射され、半導体レーザ素子４から出射されたレーザ光の光軸を方向転換することが
できる。半導体レーザ素子からレーザ光が実装基板の主面に対して平行に出射される場合
は、実装基板の主面と傾斜面とのなす角度を４５度±２度、好ましくは４５度±１度、よ
り好ましくは４５度±０．２度とすれば、半導体レーザ素子からの光を実装基板１に対し
て垂直な方向に出射させることができる。
The optical member 5 is arranged to face the semiconductor laser device 4. The opposing arrangement in this case is
The reflection surface of the optical member 5, that is, the surface covered with the reflection film is irradiated with the laser light emitted from the semiconductor laser element 4, and is opposed to the optical member 5 at a position where the laser light can be reflected. 5 means to arrange. For example, the reflection surface of the optical member is disposed so as to be inclined with respect to the optical member-side end of the semiconductor laser device. The laser light is reflected by such a reflecting surface, and the direction of the optical axis of the laser light emitted from the semiconductor laser element 4 can be changed. When the laser beam is emitted from the semiconductor laser element in parallel with the main surface of the mounting substrate, the angle between the main surface of the mounting substrate and the inclined surface is 45 ° ± 2 °, preferably 45 ° ± 1 °, If the angle is more preferably 45 degrees ± 0.2 degrees, light from the semiconductor laser element can be emitted in a direction perpendicular to the mounting substrate 1.
光学部材５の形状は、上述した反射面を備える限り、特に限定されるものではなく、種
々の形状が挙げられる。例えば、多角形柱、多角形錐台及びこれらが組み合わせられた形
状等が挙げられる。光学部材５は、さらに、｛１１０｝面に対して傾斜した傾斜面を有し
てもよい（図８Ａ〜８Ｃ中の１１ｄ参照）。該傾斜面の｛１１０｝面に対する傾斜角度は
、｛１００｝面の｛１１０｝面に対する傾斜角度よりも小さく、例えば３５度程度である
。
The shape of the optical member 5 is not particularly limited as long as the optical member 5 has the above-described reflection surface, and various shapes can be used. For example, a polygonal pillar, a polygonal frustum, a shape in which these are combined, and the like can be given. The optical member 5 may further have an inclined surface inclined with respect to the {110} plane (see 11d in FIGS. 8A to 8C). The inclination angle of the inclined plane with respect to the {110} plane is smaller than the inclination angle of the {100} plane with respect to the {110} plane, for example, about 35 degrees.
光学部材５は、反射面が、例えば、半導体レーザ素子から、１０〜１５０μｍ程度以内
で配置されていることが好ましく、２０〜１００μｍ程度以内であることがより好ましい
。
The reflecting surface of the optical member 5 is, for example, preferably disposed within a range of about 10 to 150 μm from the semiconductor laser element, and more preferably within a range of about 20 to 100 μm.
光学部材５は、実装基板上に１つのみ配置されていてもよいし、複数配置されていても
よい。後者の場合、例えば、行列状に配置されていることが好ましい。また、光学部材５
は、１つの半導体レーザ素子に対して１つずつ配置されていてもよいし、複数の半導体レ
ーザ素子に対して１つのみ配置されていてもよい。
Only one optical member 5 may be arranged on the mounting board, or a plurality of optical members 5 may be arranged. In the latter case, for example, it is preferable that they are arranged in a matrix. Also, the optical member 5
May be arranged one by one for one semiconductor laser element, or only one may be arranged for a plurality of semiconductor laser elements.
光学部材５は、通常、実装基板１上に、金属層及び／又は接着部材を介して配置されて
いる。金属層は、光学部材５の固定面及び／又は平面積よりも小さな面積で配置されてい
てもよいし、同等の面積で配置されていてもよい。また、光学部材５の固定面の縁からは
み出して配置されていてもよい。これによって、光学部材５の放熱経路を確保することが
できる。
The optical member 5 is usually arranged on the mounting substrate 1 via a metal layer and / or an adhesive member. The metal layer may be arranged in an area smaller than the fixed surface and / or the plane area of the optical member 5, or may be arranged in an equivalent area. Further, the optical member 5 may be disposed so as to protrude from the edge of the fixed surface. Thereby, a heat radiation path of the optical member 5 can be secured.
金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等による金属の単層又はそれらを含む積層体のいずれによ
って形成されていてもよい。具体的には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／
Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ／Ｐｄ等の積層体が挙げられる。金属層の最表面をＡｕとすると
、Ａｕの一部又は全部が後述する接着部材、例えば、Ａｕ系の半田に拡散することがある
。この場合は、拡散したＡｕは接着部材として機能する。金属層は、蒸着法、スパッタ法
、めっき等、当該分野で公知の方法によって形成することができる。なかでも、スパッタ
法によって形成されていることが好ましい。
The metal layer may be formed of a single layer of a metal such as Au, Ag, or Al, or a laminate including them. Specifically, Ti / Pt / Au, Ni / Au, Ni / Pd /
A laminate such as Au, Ni / Pd / Au / Pd may be used. If the outermost surface of the metal layer is Au, part or all of Au may diffuse into an adhesive member described later, for example, Au-based solder. In this case, the diffused Au functions as an adhesive member. The metal layer can be formed by a method known in the art, such as an evaporation method, a sputtering method, and plating. Especially, it is preferable to form by the sputtering method.
接着部材としては、Ａｕ系半田材（ＡｕＳｎ系半田、ＡｕＧｅ系半田、ＡｕＳｉ系半田
、ＡｕＮｉ系半田、ＡｕＰｄＮｉ系半田等）、Ａｇ系半田材（ＡｇＳｎ系半田）等の金属
材料からなるものが挙げられる。接着部材を用いる場合は、実装基板又は金属層と光学部
材との接着面を、接着部材を介して合わせた後、所定の温度及び圧力下で保持することに
よって行うことができる。例えば、熱圧着法が利用される。放熱性の観点から、接着部材
は、実装基板又は金属層と、光学部材との間の全面に配置されていることが好ましい。ま
た、ＵＶ硬化接着剤、熱硬化接着剤等の接着剤を用いてもよい。
Examples of the adhesive member include metal materials such as Au-based solder materials (AuSn-based solder, AuGe-based solder, AuSi-based solder, AuNi-based solder, AuPdNi-based solder, etc.) and Ag-based solder materials (AgSn-based solder). Can be In the case where an adhesive member is used, the bonding can be performed by holding the bonding surfaces of the mounting substrate or the metal layer and the optical member together at a predetermined temperature and pressure after bonding them through the adhesive member. For example, a thermocompression bonding method is used. From the viewpoint of heat dissipation, the adhesive member is preferably disposed on the entire surface between the mounting board or the metal layer and the optical member. Further, an adhesive such as a UV-curable adhesive or a thermosetting adhesive may be used.
（実装基板１）
実装基板１は、半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子４及び光学部材５等を載
置するためのものである。実装基板１は、半導体レーザ素子４で発生する熱を効率的に外
部に放出するためにも利用される。実装基板１は、典型的には絶縁性のセラミックからな
る。絶縁性のセラミックとしては、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ等が挙げられる。絶縁性の
セラミックの下面には、放熱性を考慮して、さらに金属部材（Ｃｕ、Ａｌ等）、異種材料
の絶縁性セラミック等が配置されていてもよい。
(Mounting board 1)
The mounting substrate 1 is for mounting the semiconductor laser element 4 and the optical member 5 constituting the semiconductor laser device. The mounting substrate 1 is also used to efficiently release heat generated by the semiconductor laser device 4 to the outside. The mounting substrate 1 is typically made of an insulating ceramic. Examples of the insulating ceramic include AlN, SiC, and alumina. On the lower surface of the insulating ceramic, a metal member (Cu, Al, or the like), an insulating ceramic of a different material, or the like may be further disposed in consideration of heat dissipation.
実装基板１の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．２〜５ｍｍ程度が挙げられる
。
実装基板１の形状、大きさは特に限定されるものではなく、意図する半導体レーザ装置
の形状及び大きさ等によって適宜調整することができる。平面形状としては、矩形等の多
角形、円形、楕円形又はこれらに近似する形状が挙げられる。実装基板１は、その表面に
凹凸等を有するものであってもよいが、表面が平坦な平板状のものが好ましい。例えば、
実装基板１として、一辺が２〜３０ｍｍ程度の平板状の矩形形状の実装基板１が挙げられ
る。
The thickness of the mounting substrate 1 is not particularly limited, but may be, for example, about 0.2 to 5 mm.
The shape and size of the mounting substrate 1 are not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the intended shape and size of the semiconductor laser device. Examples of the planar shape include a polygon such as a rectangle, a circle, an ellipse, or a shape similar thereto. The mounting substrate 1 may have irregularities or the like on its surface, but is preferably a flat plate having a flat surface. For example,
Examples of the mounting substrate 1 include a mounting substrate 1 having a flat rectangular shape with a side of about 2 to 30 mm.
実装基板１は、その表面に、配線パターンを有していてもよい。また、外部電源と接続
するための端子が設けられていてもよい。実装基板１内部に配線パターン等が埋設されて
いてもよい。実装基板１の表面に外部電源と接続するための端子を設けることにより、実
装基板１の裏面全面を放熱面とすることができる。
The mounting substrate 1 may have a wiring pattern on its surface. Further, a terminal for connecting to an external power supply may be provided. A wiring pattern or the like may be embedded inside the mounting board 1. By providing a terminal for connecting to an external power supply on the surface of the mounting substrate 1, the entire back surface of the mounting substrate 1 can be used as a heat dissipation surface.
（サブマウント３）
実装基板１上にサブマウント３が設けられていてもよい。このとき、半導体レーザ素子
４は、サブマウント３上に設けられる。サブマウント３は、半導体レーザ素子４の放熱の
ために熱伝導性の高い材料によって形成されており、シリコンよりも熱伝導性が高い材料
によって形成されているものが好ましい。具体的には、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ダイヤモンド、
ＳｉＣ、セラミックス等が挙げられる。なかでも、サブマウントは、単結晶のＡｌＮ又は
ＳｉＣからなるものが好ましい。
サブマウント３の厚みは、特に限定されないが、例えば、１００〜５００μｍ程度が挙
げられ、１２０〜４００μｍ程度が好ましく、１５０〜３００μｍ程度がより好ましい。
サブマウント３を一定以上の厚みとすることにより、半導体レーザ素子からの光を効率的
に反射部材で反射させて取り出すことができる。サブマウント３の厚みは、例えば、半導
体レーザ素子の発光点が反射膜の下端よりも上に位置する程度の厚みとする。半導体レー
ザ素子の高さは、半導体レーザ素子から放射される光のうち所望の部分（反射したい光強
度の部分）が反射膜に収まるように配置することが好ましい。
(Submount 3)
The submount 3 may be provided on the mounting substrate 1. At this time, the semiconductor laser device 4 is provided on the submount 3. The submount 3 is formed of a material having high thermal conductivity for heat radiation of the semiconductor laser element 4, and is preferably formed of a material having higher thermal conductivity than silicon. Specifically, AlN, CuW, diamond,
Examples include SiC and ceramics. In particular, the submount is preferably made of single crystal AlN or SiC.
The thickness of the submount 3 is not particularly limited, but is, for example, about 100 to 500 μm, preferably about 120 to 400 μm, and more preferably about 150 to 300 μm.
By setting the thickness of the submount 3 to a certain value or more, light from the semiconductor laser element can be efficiently reflected by the reflecting member and extracted. The thickness of the submount 3 is, for example, such that the light emitting point of the semiconductor laser element is located above the lower end of the reflection film. The height of the semiconductor laser device is preferably arranged such that a desired portion (a portion of light intensity to be reflected) of the light emitted from the semiconductor laser device is contained in the reflection film.
サブマウント３の平面形状は特に限定されず、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形
又はこれらに近似する形状等が挙げられる。サブマウント３の大きさは、放熱性や最終的
に得ようとする半導体レーザ装置の特性に合わせて適宜調整することができる。例えば、
サブマウント３は、平面視において、半導体レーザ素子４の平面積よりも大きな平面積を
有している。つまり、サブマウント３は、平面視において、半導体レーザ素子４の長さ及
び幅よりも大きな長さ及び幅を有する。これにより、半導体レーザ素子４の全体又は略全
体をサブマウント３上に配置することができ、放熱経路を確保することができる。
The planar shape of the submount 3 is not particularly limited, and may be, for example, a polygon such as a rectangle, a circle, an ellipse, or a shape similar thereto. The size of the submount 3 can be appropriately adjusted in accordance with the heat dissipation and the characteristics of the semiconductor laser device to be finally obtained. For example,
The submount 3 has a plane area larger than the plane area of the semiconductor laser element 4 in plan view. That is, the submount 3 has a length and a width that are larger than the length and the width of the semiconductor laser element 4 in a plan view. Thus, the entire or substantially the entire semiconductor laser element 4 can be arranged on the submount 3, and a heat radiation path can be secured.
サブマウント３は、実装基板１上に１つのみ配置されていてもよいし、複数配置されて
いてもよい。後者の場合、例えば、行列状に配置されていることが好ましい。
Only one submount 3 may be arranged on the mounting board 1 or a plurality of submounts 3 may be arranged. In the latter case, for example, it is preferable that they are arranged in a matrix.
サブマウント３は、通常、実装基板１上に、上述したような金属層及び／又は接着部材
を介して配置されている。金属層は、サブマウント３の平面積よりも小さな面積で配置さ
れていてもよいし、同等の面積で配置されていてもよい。また、サブマウント３の縁から
はみ出して配置されていてもよい。
The submount 3 is usually arranged on the mounting substrate 1 via the metal layer and / or the adhesive member as described above. The metal layer may be arranged in an area smaller than the plane area of the submount 3 or may be arranged in an equivalent area. Further, the submount 3 may be arranged so as to protrude from the edge of the submount 3.
（半導体レーザ素子４）
半導体レーザ素子４は、電圧が印加され、しきい値以上の電流が流れると、活性層及び
その付近でレーザ発振が起こり、生成されたレーザ光が導波路領域を通って外部に放射さ
れる機能を有する。このような半導体レーザ素子４としては、半導体が複数層積層されて
構成される公知のレーザ素子のいずれをも使用することができる。例えば、導電性の基板
の上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が順に積層され、半導体層の表面に絶縁膜
及び電極等が形成された構造の素子が挙げられる。半導体層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族の化
合物が挙げられ、なかでも窒化物半導体が好ましい。
(Semiconductor laser device 4)
The semiconductor laser element 4 has a function in which, when a voltage is applied and a current equal to or higher than a threshold value flows, laser oscillation occurs in and around the active layer, and the generated laser light is emitted to the outside through the waveguide region. Having. As such a semiconductor laser device 4, any known laser device configured by laminating a plurality of semiconductor layers can be used. For example, there is an element having a structure in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on a conductive substrate, and an insulating film, an electrode, and the like are formed on a surface of the semiconductor layer. Examples of the material of the semiconductor layer include a group III-V compound, among which a nitride semiconductor is preferable.
半導体レーザ素子４は、サブマウント３上に設けられている。これにより、半導体レー
ザ素子４から発生する熱を、サブマウント３等を介して実装基板１に効率的に逃がすこと
ができる。半導体レーザ素子４は、基板側が実装面となるジャンクションアップ（フェイ
スアップ）実装されていてもよいが、ジャンクションダウン（フェイスダウン）実装され
ていることが好ましい。ジャンクションダウン実装とすることにより、半導体レーザ素子
４におけるレーザ光の発振部位を下方のサブマウント３および実装基板１に近づけること
ができる。このようにレーザ光の発振部位という発熱しやすい部分をサブマウント３およ
び実装基板１の近くに配置することにより、効果的に放熱することができる。ジャンクシ
ョンダウン実装する場合は、半導体レーザ素子４を、その一部が、サブマウント３の端部
よりも光学部材５側に突き出るように配置することが好ましい。突き出る長さは、例えば
１０〜２０μｍ程度とすることができる。これにより、レーザ光がサブマウントに反射さ
れることを抑制でき、また、実装基板の表面に平行な方向における半導体レーザ素子４と
光学部材５との距離を短くすることができる。つまり、半導体レーザ素子４を後述する光
学部材５により近接させることができる。これにより、半導体レーザ装置のサイズをより
小さくすることができる。また、一般的に、半導体レーザ素子４は、半導体層側が発熱す
るため、半導体層側を実装基板側とする、つまり発熱箇所をサブマウント３又は実装基板
１に近づけることができるジャンクションダウン実装により放熱性をより向上させること
ができる。
The semiconductor laser device 4 is provided on the submount 3. Thus, heat generated from the semiconductor laser element 4 can be efficiently released to the mounting substrate 1 via the submount 3 and the like. The semiconductor laser element 4 may be mounted junction-up (face-up) with the substrate side as the mounting surface, but is preferably mounted junction-down (face-down). By performing the junction-down mounting, the laser beam oscillation portion of the semiconductor laser element 4 can be brought closer to the lower submount 3 and the mounting substrate 1. By arranging the portion of the laser beam oscillation portion that easily generates heat near the submount 3 and the mounting board 1 as described above, heat can be effectively dissipated. In the case of junction-down mounting, it is preferable to dispose the semiconductor laser element 4 so that a part thereof projects toward the optical member 5 from the end of the submount 3. The protruding length can be, for example, about 10 to 20 μm. Thereby, the reflection of the laser light on the submount can be suppressed, and the distance between the semiconductor laser element 4 and the optical member 5 in the direction parallel to the surface of the mounting substrate can be shortened. That is, the semiconductor laser element 4 can be brought closer to the optical member 5 described later. Thus, the size of the semiconductor laser device can be further reduced. In general, since the semiconductor layer side of the semiconductor laser element 4 generates heat, the semiconductor layer side is set to the mounting substrate side, that is, heat is radiated by junction-down mounting that allows a heat-generating portion to approach the submount 3 or the mounting substrate 1. Properties can be further improved.
半導体レーザ素子４は、１つのサブマウント３の上に１つのみ配置されていてもよいし
、１つのサブマウント３の上に複数配置されていてもよい。複数の半導体レーザ素子４は
、同じ波長帯、異なる波長帯のいずれでもよい。また、複数の半導体レーザ素子４は、行
列状に載置されていてもよい。
Only one semiconductor laser element 4 may be arranged on one submount 3 or a plurality of semiconductor laser elements 4 may be arranged on one submount 3. The plurality of semiconductor laser elements 4 may be in either the same wavelength band or different wavelength bands. Further, the plurality of semiconductor laser elements 4 may be mounted in a matrix.
（キャップ）
半導体レーザ装置１０は、さらに、半導体レーザ素子４及び光学部材５を被覆するよう
にキャップ８が実装基板１に取り付けられて、封止されていることが好ましく、気密封止
されていることがより好ましい。特に、発振波長が３００〜６００ｎｍ程度の半導体材料
（例えば、窒化物半導体）を用いた半導体レーザ素子４を用いる場合には、有機物及び水
分等を集塵しやすいため、キャップ８を設けることによって、レーザ装置内の気密性を高
め、防水性、防塵性を高めることができる。また、この場合は、キャップ８により気密封
止された内部に配置する部材は、樹脂等の有機物を含まない部材であることが好ましい。
(cap)
Preferably, the semiconductor laser device 10 is further sealed with a cap 8 attached to the mounting substrate 1 so as to cover the semiconductor laser element 4 and the optical member 5, and more preferably hermetically sealed. preferable. In particular, when a semiconductor laser element 4 using a semiconductor material (e.g., a nitride semiconductor) having an oscillation wavelength of about 300 to 600 nm is used, it is easy to collect organic substances, moisture, and the like. The airtightness in the laser device can be improved, and the waterproofness and dustproofness can be improved. In this case, it is preferable that the member disposed inside the airtightly sealed by the cap 8 does not contain an organic substance such as a resin.
キャップ８の形状は、有底の筒型（円柱又は多角形柱等）、錐台型（円錐台又は多角形
錐台等）、ドーム型及びこれらの変形形状等が挙げられる。キャップ８は、例えば、Ｎｉ
、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、コバール、真鍮等の材料を用いて形成することができる
。実装基板１に設けられたキャップ８は、その一面に開口部が設けられていることが好ま
しい。開口部には透光性部材７が設けられていることが好ましい。透光性部材７からレー
ザ光を取り出すことができる。キャップ８は、抵抗溶接又は半田付け等の公知の方法によ
り、実装基板１に固定することができる。
Examples of the shape of the cap 8 include a cylindrical shape with a bottom (such as a circular column or a polygonal column), a frustum type (such as a truncated cone or a polygonal frustum), a dome shape, and modified shapes thereof. The cap 8 is made of, for example, Ni
, Co, Fe, Ni—Fe alloy, Kovar, brass and the like. The cap 8 provided on the mounting substrate 1 preferably has an opening on one surface. It is preferable that a translucent member 7 is provided in the opening. Laser light can be extracted from the translucent member 7. The cap 8 can be fixed to the mounting board 1 by a known method such as resistance welding or soldering.
（レンズ）
レンズは、レーザ光を平行光、集光又は拡散させるなどの役割を果たす。レンズは、光
学部材ミラーによって反射されたレーザ光の出射方向に配置されていてもよいし、半導体
レーザ素子と光学部材との間であって、半導体レーザ素子からのレーザ光が照射される位
置に配置されていてもよい。
(lens)
The lens serves to collimate, condense, or diffuse the laser light. The lens may be arranged in the emission direction of the laser light reflected by the optical member mirror, or at a position between the semiconductor laser element and the optical member where the laser light from the semiconductor laser element is irradiated. It may be arranged.
レンズは、レーザ光を透過することのできる材料が用いられ、ガラス、石英、合成石英
、サファイア、透明セラミック、プラスチック等、一般に用いられている材料によって形
成することができる。種々のアプリケーションへの適用のため、半導体レーザ装置から取
り出す光を平行光とすることが好ましく、そのため、レーザ光を半導体レーザ装置から平
行光として出射させるために、コリメートレンズを用いることが好ましい。なお、レンズ
の形状は特に限定されず、円形または楕円形であることが好ましい。レンズの大きさとし
ては、最終的に半導体レーザ装置から取り出したいレーザ光に応じて任意に決定すること
ができる。
The lens is made of a material that can transmit laser light, and can be formed of a generally used material such as glass, quartz, synthetic quartz, sapphire, transparent ceramic, and plastic. For application to various applications, it is preferable that the light extracted from the semiconductor laser device be parallel light. Therefore, it is preferable to use a collimating lens to emit the laser light from the semiconductor laser device as parallel light. The shape of the lens is not particularly limited, and is preferably circular or elliptical. The size of the lens can be arbitrarily determined according to the laser light that is ultimately required to be extracted from the semiconductor laser device.
実施形態３：半導体レーザ装置の製造方法
この実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上述した光学部材と、半導体レーザ素
子とを、半導体レーザ素子から出射するレーザ光が光学部材の反射膜に照射されるように
、実装基板に固定することを含む。
実装基板に、まず半導体レーザ素子を固定し、次いで半導体レーザ素子から出射するレ
ーザ光が光学部材の反射膜に当たるように光学部材を固定してもよいし、まず光学部材を
固定し、光学部材の反射膜にレーザ光が当たるように、半導体レーザ素子を固定してもよ
いし、同時でもよい。
このように、半導体レーザ素子と光学部材とを固定することにより、半導体レーザ素子
から出射されたレーザ光を出射方向と異なる方向に反射させることができる。
Embodiment 3: Method for Manufacturing Semiconductor Laser Device In the method for manufacturing a semiconductor laser device of this embodiment, the above-described optical member and the semiconductor laser element are irradiated with laser light emitted from the semiconductor laser element onto a reflection film of the optical member. And fixing to a mounting substrate.
First, the semiconductor laser element is fixed to the mounting substrate, and then the optical member may be fixed so that the laser light emitted from the semiconductor laser element hits the reflection film of the optical member. The semiconductor laser element may be fixed so that the laser beam shines on the reflection film, or may be used simultaneously.
Thus, by fixing the semiconductor laser element and the optical member, the laser light emitted from the semiconductor laser element can be reflected in a direction different from the emission direction.
光学部材を実装基板に固定する場合、実装基板に対面させる光学部材の面を、実装基板
表面に対して４５度となるように固定することが好ましい。そのために、実装基板に対面
させる光学部材の面を、例えば、上述したシリコン基板の｛１１０｝面又は｛１００｝面
の一方とするものが好ましく、｛１００｝面がより好ましい。これにより、上述のエッチ
ング処理を施していない｛１１０｝面を反射面とすることができる。このような｛１１０
｝面は、エッチングによる面荒れや欠陥の発生が無いため、反射面としてより適している
。｛１１０｝面を実装基板に固定する場合には、実装基板表面に対して｛１００｝面が４
５度の角度で傾斜した反射面とすることができ、｛１００｝面を実装基板上に固定する場
合には、｛１１０｝面が４５度の角度で傾斜した反射面とすることができる。
When the optical member is fixed to the mounting substrate, it is preferable that the surface of the optical member facing the mounting substrate is fixed at 45 degrees with respect to the mounting substrate surface. Therefore, the surface of the optical member facing the mounting substrate is preferably, for example, one of the {110} surface and the {100} surface of the above-described silicon substrate, and more preferably the {100} surface. Thus, the {110} plane that has not been subjected to the above-described etching process can be used as a reflection plane. $ 110 like this
The｝ surface is more suitable as a reflecting surface because there is no occurrence of surface roughness or defects due to etching. When fixing the {110} surface to the mounting substrate, the {100} surface is 4
When the {100} plane is fixed on the mounting board, the {110} plane can be a 45 ° angled reflecting surface.
光学部材を実装基板に固定する場合、上述したように、金属層及び／又は接着部材を介
して固定することが好ましい。
When fixing the optical member to the mounting board, it is preferable to fix the optical member via the metal layer and / or the adhesive member as described above.
半導体レーザ素子を実装基板に固定する場合、半導体レーザ素子をサブマウントに固定
し、さらに、サブマウントを実装基板に、金属層及び／又は接着部材を介して固定するか
、実装基板にサブマウントを固定し、半導体レーザ素子をサブマウントに固定することが
好ましい。この場合、半導体レーザ素子をジャンクションダウン実装するのであれば、上
述のとおり、半導体レーザ素子を、その一部が、サブマウントの端部よりも光学部材側に
配置することが好ましい。半導体レーザ素子、サブマウント及び実装基板は、上述した金
属層及び／又は接着部材を介して固定することができる。
When the semiconductor laser device is fixed to the mounting substrate, the semiconductor laser device is fixed to the submount, and further, the submount is fixed to the mounting substrate via a metal layer and / or an adhesive member, or the submount is mounted to the mounting substrate. It is preferable to fix the semiconductor laser device to the submount. In this case, if the semiconductor laser element is mounted junction-down, it is preferable that a part of the semiconductor laser element is disposed closer to the optical member than the end of the submount, as described above. The semiconductor laser device, the submount, and the mounting substrate can be fixed via the above-described metal layer and / or adhesive member.
光学部材を実装基板に固定し、その後に半導体レーザを実装基板に固定することにより
、光学部材の位置をカメラ等で画像認識させ、光学部材の位置を基準として半導体レーザ
素子の実装位置を決定することができる。これにより、簡便な方法で正確な位置に半導体
レーザ素子及び光学部材を実装することができる。
By fixing the optical member to the mounting substrate, and then fixing the semiconductor laser to the mounting substrate, the position of the optical member is image-recognized by a camera or the like, and the mounting position of the semiconductor laser element is determined based on the position of the optical member. be able to. Thereby, the semiconductor laser element and the optical member can be mounted at accurate positions by a simple method.
半導体レーザ素子及び光学部材を実装基板に固定した後、各部材をダイボンディング及
びワイヤーボンディング等により電気的に接続する。
After fixing the semiconductor laser element and the optical member to the mounting substrate, each member is electrically connected by die bonding, wire bonding, or the like.
レンズを実装する場合には、任意に、レンズの位置合わせ及び接着を行ってもよい。レ
ンズの実装の位置を決定した後、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のＵＶ硬化接着剤、熱硬
化接着剤等を用いて、レンズを任意の位置に固定する。
When mounting a lens, the lens may be arbitrarily aligned and bonded. After determining the mounting position of the lens, the lens is fixed at an arbitrary position using a UV-curable adhesive such as an epoxy resin or an acrylic resin, a thermosetting adhesive, or the like.
半導体レーザ装置をキャップにより封止する場合は、任意に、抵抗溶接、半田付け等で
実装基板にキャップを接着すればよい。封止する際は、露点摂氏−１０度以下の乾燥した
大気中、窒素雰囲気中等で封止することができる。また、各部材をアッシング又は熱処理
等の方法を用いて前処理し、各部材に付着した水分、有機物の除去を行うことが好ましい
。
以下に、本発明の光学部材の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法及び半導体レーザ
装置の実施例を、図面を用いて具体的に説明する。
When the semiconductor laser device is sealed with a cap, the cap may be arbitrarily bonded to the mounting substrate by resistance welding, soldering, or the like. At the time of sealing, it can be sealed in a dry atmosphere having a dew point of -10 degrees Celsius or less, in a nitrogen atmosphere, or the like. Further, it is preferable that each member is pre-treated using a method such as ashing or heat treatment to remove moisture and organic substances attached to each member.
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing an optical member, a method for manufacturing a semiconductor laser device, and a semiconductor laser device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
実施例１：光学部材の製造方法
（ａ：シリコン基板の準備）
まず、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、シリコン基板１１を準備する。このシリコン基
板１１は、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｃにおいて｛１１０｝面を有している。シリ
コン基板１１の厚みは、例えば、５００μｍである。
Example 1 Manufacturing Method of Optical Member (a: Preparation of Silicon Substrate)
First, as shown in FIGS. 1A and 1B, a silicon substrate 11 is prepared. The silicon substrate 11 has a {110} plane in the first main surface 11a and the second main surface 11c. The thickness of the silicon substrate 11 is, for example, 500 μm.
（ｂ：マスクパターンの形成）
シリコン基板１１の第１主面１１ａのほぼ全面に、ＣＶＤ装置によりＳｉＯ2膜を成膜
する。そして、フォトリソグラフィにより、＜１００＞方向と＜１１０＞方向にそれぞれ
沿った開口を有するマスク形成用のパターンを形成し、バッファードフッ酸によってＳｉ
Ｏ2膜をウェットエッチングする。これによって、＜１００＞方向と＜１１０＞方向にそ
れぞれ沿った開口１２ａ、１２ｂを有するマスクパターン１２を形成した。つまり、マス
クパターン１２はＳｉＯ2からなる。マスクパターン１２においては、開口１２ａの幅Ｑ
を６００μｍとし、開口１２ｂの幅Ｚを３００μｍとした。また、マスクパターンの＜１
００＞方向の辺長Ｘを５００μｍ、＜１１０＞方向の辺長Ｙを７００μｍとした。
(B: Formation of mask pattern)
An SiO 2 film is formed on almost the entire first main surface 11a of the silicon substrate 11 by a CVD apparatus. Then, a pattern for forming a mask having openings along the <100> direction and the <110> direction is formed by photolithography, and Si is formed by buffered hydrofluoric acid.
The O 2 film is wet etched. Thus, a mask pattern 12 having openings 12a and 12b along the <100> direction and the <110> direction was formed. That is, the mask pattern 12 is made of SiO 2 . In the mask pattern 12, the width Q of the opening 12a is
Was set to 600 μm, and the width Z of the opening 12b was set to 300 μm. Also, the mask pattern <1
The side length X in the <00> direction was 500 μm, and the side length Y in the <110> direction was 700 μm.
（ｃ：傾斜面の形成）
次に、図２Ａに示すように、マスクパターン１２をマスクとして、シリコン基板１１の
第１主面１１ａである｛１１０｝面を摂氏約９０度のＴＭＡＨで２４０分間ウェットエッ
チングした。これによって、＜１００＞方向に沿って、第１主面１１ａから深さ約４００
μｍの４５度の傾斜面を露出させた。ここでの４５度の傾斜面に対向する面も４５度の傾
斜面であり、断面形状を略Ｖ字状の溝とした。ここでの４５度の傾斜面１１ｂは｛１００
｝面となる。
また、同時に、＜１１０＞方向に沿って、第１主面１１ａから深さ約３００μｍの３５
度の傾斜面を露出させた。ここでの３５度の傾斜面に対向する面も３５度の傾斜面であり
、断面形状を略Ｖ字状の溝とした。
その後、図２Ｂに示すように、マスクパターン１２をバッファードフッ酸によって除去
した。
(C: Formation of inclined surface)
Next, as shown in FIG. 2A, using the mask pattern 12 as a mask, the {110} plane, which is the first main surface 11a, of the silicon substrate 11 was wet-etched with TMAH at about 90 degrees Celsius for 240 minutes. As a result, along the <100> direction, a depth of about 400
A 45 degree inclined surface of μm was exposed. The surface facing the 45-degree inclined surface here was also a 45-degree inclined surface, and the cross-sectional shape was a substantially V-shaped groove. Here, the 45-degree inclined surface 11b is $ 100.
｝ Face.
Also, at the same time, along the <110> direction, a 35 μm depth of about 300 μm from the first main surface 11a.
Degree of slope was exposed. The surface facing the 35-degree inclined surface here was also a 35-degree inclined surface, and the cross-sectional shape was a substantially V-shaped groove.
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the mask pattern 12 was removed with buffered hydrofluoric acid.
（ｄ：反射膜の形成）
図２Ｃに示すように、得られたシリコン基板１１の傾斜面１１ｂである｛１００｝面に
、スパッタ装置を用いてＡｌ膜を２００ｎｍで成膜し、反射膜１３を形成した。この反射
膜１３の反射率は約９２％である。
ここでは、被成膜面が４５度で傾斜しているために、膜厚の制御が困難であることから
、傾斜面にも良好な膜厚制御で成膜することができる金属膜を反射膜として形成した。
(D: formation of reflection film)
As shown in FIG. 2C, an Al film having a thickness of 200 nm was formed on the {100} plane, which is the inclined surface 11b, of the obtained silicon substrate 11 by using a sputtering apparatus to form a reflective film 13. The reflectance of the reflection film 13 is about 92%.
Here, since the film formation surface is inclined at 45 degrees, it is difficult to control the film thickness. Therefore, a metal film that can be formed on the inclined surface with good film thickness control is used as the reflection film. Formed.
（ｅ：シリコン基板の分割）
次に、図２Ｄに示すように、シリコン基板１１を、シリコン基板１１の＜１００＞方向
及び＜１１０＞方向のエッチングされたＶ字状溝の中央（Ｖ字頂点部分）から分割した。
これによって、平面形状が略矩形のシリコン基板１１による光学部材を形成することが
できる。この光学部材は、図８Ａ〜８Ｃに示すように、４５度の２つの傾斜面、つまり１
１ｂ｛１００｝面と、３５度の２つの傾斜面、つまり１１ｄとの２種類の傾斜面を備える
ことができ、４５度の２つの傾斜面を反射面とすることができる。なお、１１ｂ｛１００
｝面と、３５度の傾斜面１１ｄとは、例えば、徐々に傾斜角度が変化した複数の面方位の
面によって連結されている。丸みを帯びた曲面によって連結されていてもよい。
(E: division of silicon substrate)
Next, as shown in FIG. 2D, the silicon substrate 11 was divided from the center (V-shaped vertex portion) of the etched V-shaped groove in the <100> direction and the <110> direction of the silicon substrate 11.
Thus, an optical member made of the silicon substrate 11 having a substantially rectangular planar shape can be formed. As shown in FIGS. 8A to 8C, the optical member has two inclined surfaces of 45 degrees, that is, 1 inclined surface.
It is possible to provide two kinds of inclined planes of 1b {100} plane and two inclined planes of 35 degrees, that is, 11d, and two inclined planes of 45 degrees can be reflection planes. Note that 11b１１100
The｝ surface and the 35-degree inclined surface 11d are connected to each other by, for example, surfaces having a plurality of plane orientations whose inclination angles are gradually changed. They may be connected by a rounded curved surface.
任意に、図２Ｅに示すように、シリコン基板１１の＜１００＞方向に沿って、Ｖ字溝間
に存在するシリコン基板の第２主面１１ｃである｛１１０｝面に補助溝１４を形成し、図
２Ｆに示すように、補助溝１４から＜１００＞方向にシリコン基板１１を分割してもよい
。このようにして、４５度の１つのみの傾斜面を反射面とする光学部材５Ａを形成する。
Optionally, as shown in FIG. 2E, along the <100> direction of the silicon substrate 11, an auxiliary groove 14 is formed on the {110} plane, which is the second main surface 11c of the silicon substrate existing between the V-shaped grooves. As shown in FIG. 2F, the silicon substrate 11 may be divided from the auxiliary groove 14 in the <100> direction. In this way, the optical member 5A having only one 45-degree inclined surface as a reflecting surface is formed.
実施例２：光学部材の製造方法
実施例１と同様に、シリコン基板１１に、断面形状が略Ｖ字状の４５度の傾斜面（図８
Ａ〜８Ｃ中、１１ｂ）及び３５度の傾斜面（図８Ａ〜８Ｃ中、１１ｄ）を形成する。
Example 2: Method for Manufacturing Optical Member As in Example 1, a 45 ° inclined surface having a substantially V-shaped cross section was formed on the silicon substrate 11 (FIG. 8).
In FIGS. 8A to 8C, 11b) and a 35-degree inclined surface (11d in FIGS. 8A to 8C) are formed.
（ｄ’：反射膜の形成）
図３Ａに示すように、得られたシリコン基板１１の第２主面１１ｃである｛１１０｝面
に、ＥＣＲ装置を用いてＳｉＯ2膜／ＺｒＯ2膜（７５ｎｍ／５０ｎｍ）を７ペアーの積層
構造（合計膜厚８７５ｎｍ）で成膜して反射膜２３を形成する。この反射膜２３の反射率
は約９９％である。
(D ': formation of reflective film)
As shown in FIG. 3A, a laminated structure of 7 pairs of SiO 2 film / ZrO 2 film (75 nm / 50 nm) is formed on the {110} plane which is the second main surface 11c of the obtained silicon substrate 11 by using an ECR apparatus. (Total film thickness: 875 nm) to form the reflective film 23. The reflectance of the reflection film 23 is about 99%.
その後、実施例１と同様に、図３Ｂに示すように、シリコン基板を分割し、４５度の２
つの傾斜面を反射面とする光学部材１５を形成する。
Then, as in Example 1, the silicon substrate is divided as shown in FIG.
An optical member 15 having the two inclined surfaces as reflection surfaces is formed.
実施例３：半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置１０は、図４Ａ及び４Ｂに示すように、主として、実装
基板１と、実装基板１上に設けられたサブマウント３と、サブマウント３上に設けられた
半導体レーザ素子４と、光学部材５Ａとを備える。また、半導体レーザ素子４及び光学部
材５Ａは、キャップ８によって気密封止されている。
Embodiment 3 Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 4A and 4B, a semiconductor laser device 10 of this embodiment mainly includes a mounting substrate 1, a submount 3 provided on the mounting substrate 1, and a submount 3. And an optical member 5A. The semiconductor laser element 4 and the optical member 5A are hermetically sealed by a cap 8.
実装基板１は、長方形のＡｌＮからなる絶縁性のセラミック板１ａと、その下面に配置
されたＣｕからなる金属部材１ｂによって構成されている。
実装基板１の上面には、金属層２Ａ、２Ｂが、半導体レーザ素子４及び光学部材５Ａが
載置される部位にそれぞれ互いに離間して配置されている。
金属層２Ａは、実装基板１側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）が積層さ
れており、さらに、その上にＡｕ−Ｓｎ系共晶半田（３μｍ）が配置されている。金属層
２Ｂは、実装基板１側からＴｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）／Ａｕ（１μｍ）
／Ｐｄ（０．３μｍ）が積層されており、さらに、その上にＡｕ−Ｓｎ系共晶半田（３μ
ｍ）が配置されている。
The mounting substrate 1 includes an insulating ceramic plate 1a made of rectangular AlN and a metal member 1b made of Cu disposed on the lower surface thereof.
On the upper surface of the mounting substrate 1, metal layers 2A and 2B are arranged at positions where the semiconductor laser element 4 and the optical member 5A are mounted, and are separated from each other.
In the metal layer 2A, Ti (0.06 μm) / Pt (0.2 μm) is laminated from the mounting substrate 1 side, and further, an Au—Sn-based eutectic solder (3 μm) is arranged thereon. The metal layer 2B is formed of Ti (0.06 μm) / Pt (0.2 μm) / Au (1 μm) from the mounting substrate 1 side.
/ Pd (0.3 μm) is laminated thereon, and an Au-Sn eutectic solder (3 μm)
m) is arranged.
光学部材５Ａは、シリコンからなり、実装基板１に固定されている第２主面１１ｃであ
る｛１１０｝面及び第２主面１１ｃに対して４５度傾斜した傾斜面１１ｂである｛１００
｝面を有する。傾斜面１１ｂには、上述したアルミニウムによる反射膜１３が形成されて
いる。光学部材５Ａの上面から底面までの高さは５００μｍである。また、傾斜面１１ｂ
の高さは、２００μｍである。
The optical member 5A is made of silicon, and is a {110} plane, which is the second main surface 11c fixed to the mounting substrate 1, and a {100} inclined surface 11b, which is inclined 45 degrees with respect to the second main surface 11c.
Has a surface. The reflecting film 13 made of aluminum described above is formed on the inclined surface 11b. The height from the top surface to the bottom surface of the optical member 5A is 500 μm. Also, the inclined surface 11b
Has a height of 200 μm.
光学部材５Ａの第２主面１１ｃは、金属層２Ｂを介して、実装基板１に固定されている
。光学部材５Ａと後述するサブマウント３とは、例えば、実装基板１表面において、３５
μｍである。
The second main surface 11c of the optical member 5A is fixed to the mounting board 1 via the metal layer 2B. The optical member 5A and the submount 3 described later are, for example, 35 mm on the surface of the mounting substrate 1.
μm.
サブマウント３は、裏面に、Ｔｉ（０．０６μｍ）／Ｐｔ（０．２μｍ）が積層された
ＡｌＮから構成されている。サブマウント３は、例えば、４５０μｍ×１９００μｍ×２
００μｍ（厚み）の直方体形状を有する。
サブマウント３の実装基板１上への実装時には、実装基板１側からＴｉ（０．０６μｍ
）／Ｐｔ（０．２μｍ）と、Ａｕ−Ｓｎ系共晶半田（３μｍ）と、Ｐｔ（０．２μｍ）／
Ｔｉ（０．０６μｍ）がこの順に積層され、加熱によって実装される。
The submount 3 is made of AlN with Ti (0.06 μm) / Pt (0.2 μm) laminated on the back surface. The submount 3 is, for example, 450 μm × 1900 μm × 2
It has a rectangular parallelepiped shape of 00 μm (thickness).
When mounting the submount 3 on the mounting substrate 1, Ti (0.06 μm
) / Pt (0.2 μm), Au—Sn based eutectic solder (3 μm), Pt (0.2 μm) /
Ti (0.06 μm) is stacked in this order and mounted by heating.
半導体レーザ素子４は、サブマウント３上に、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系共晶半田を介して
配置されている。半導体レーザ素子４は、窒化物半導体から形成された発振波長４４５ｎ
ｍの略矩形の素子（１５０×１２００μｍ）である。
半導体レーザ素子４の光学部材５Ａ側の端面は、サブマウント３の光学部材５Ａ側の端
面よりも、光学部材５Ａ側に配置されている。その端面間の距離は、例えば、１５μｍで
ある。
半導体レーザ素子４の光出射面は、光学部材５Ａの反射面と対面しており、１００μｍ
程度離間して配置されている。
The semiconductor laser element 4 is disposed on the submount 3 via, for example, an Au-Sn eutectic solder. The semiconductor laser element 4 has an oscillation wavelength of 445 n formed of a nitride semiconductor.
m is a substantially rectangular element (150 × 1200 μm).
The end surface of the semiconductor laser element 4 on the optical member 5A side is disposed closer to the optical member 5A than the end surface of the submount 3 on the optical member 5A side. The distance between the end faces is, for example, 15 μm.
The light emitting surface of the semiconductor laser element 4 faces the reflecting surface of the optical member 5A and has a thickness of 100 μm.
They are arranged at a distance from each other.
キャップ８は、半導体レーザ素子４及び光学部材５Ａを気密封止するように実装基板１
上に固定されている。キャップ８は上面に開口部を有しており、開口部にはガラスからな
る透光性部材７が設けられている。
The cap 8 is mounted on the mounting substrate 1 so as to hermetically seal the semiconductor laser element 4 and the optical member 5A.
Fixed on top. The cap 8 has an opening on the upper surface, and the opening is provided with a translucent member 7 made of glass.
このような半導体レーザ装置１０では、平滑度に優れ、簡便に角度精度がなされた反射
面を利用することができ、このような反射面に対して、膜質の良好な反射膜が配置してい
ることにより、反射効率及び耐久性に優れた半導体レーザ装置を安価に得ることができる
。
また、半導体レーザ素子４の大部分をサブマウント３上に配置させることができるため
に、サブマウント３による放熱性を確保することができる。さらに、半導体レーザ素子４
と光学部材５Ａとを近接させることができるため、レーザ光のビーム径を小さく維持する
ことができ、高輝度の光を得ることができる。
In such a semiconductor laser device 10, a reflection surface having excellent smoothness and having easy angular accuracy can be used, and a reflection film having good film quality is disposed on such a reflection surface. Thus, a semiconductor laser device having excellent reflection efficiency and durability can be obtained at low cost.
In addition, since most of the semiconductor laser element 4 can be disposed on the submount 3, heat radiation from the submount 3 can be ensured. Further, the semiconductor laser element 4
And the optical member 5A can be brought close to each other, so that the beam diameter of the laser light can be kept small, and high-luminance light can be obtained.
実施例４：半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置２０は、図５に示すように、実装基板１上に、光学部材
５と、この光学部材５を挟んで２つの半導体レーザ素子４とを備える以外、実質的に半導
体レーザ装置１０と同様の構成を有する。キャップ２８は、金属部材の開口部８ａに透光
性部材２７が設けられており、透光性部材２７からレーザ光を取り出すことができる。
ここでの光学部材５としては、上述した光学部材の製造において、図２Ｄに示す光学部
材を利用することができる。光学部材５は、直方体上に四角形錐台が載置された形状であ
り、互いに異なる大きさの略四角形状の上面及び底面を有し、上面及び底面の間に、上面
に隣接し、上面に対して４５度傾斜した傾斜面１１ｂ及び底面に隣接する非傾斜面を２つ
有する。光学部材５の上面から底面までの高さは５００μｍである。また、傾斜面１１ｂ
の高さは、２００μｍである。
半導体レーザ素子４は、光学部材５の２つの反射面に対向して２つ配置されている。
Embodiment 4 Semiconductor Laser Device As shown in FIG. 5, a semiconductor laser device 20 of this embodiment includes an optical member 5 and two semiconductor laser elements 4 with the optical member 5 interposed therebetween on a mounting substrate 1. Except for the configuration, it has a configuration substantially similar to that of the semiconductor laser device 10. The cap 28 has a light-transmitting member 27 provided in the opening 8a of the metal member, so that laser light can be extracted from the light-transmitting member 27.
As the optical member 5 here, the optical member shown in FIG. 2D can be used in the production of the above-described optical member. The optical member 5 has a shape in which a rectangular truncated pyramid is placed on a rectangular parallelepiped, has a substantially rectangular upper surface and a lower surface of different sizes, and is adjacent to the upper surface between the upper surface and the lower surface. It has two inclined surfaces 11b inclined at 45 degrees to each other and two non-inclined surfaces adjacent to the bottom surface. The height from the top surface to the bottom surface of the optical member 5 is 500 μm. Also, the inclined surface 11b
Has a height of 200 μm.
The two semiconductor laser elements 4 are arranged opposite to the two reflection surfaces of the optical member 5.
実施例５：半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置３０は、図６に示すように、実装基板１上に配置された
光学部材１５の向きが異なる以外、実質的に半導体レーザ装置１０と同様の構成を有する
。キャップ３８は、金属部材の開口部に透光性部材３７が設けられており、透光性部材３
７からレーザ光を取り出すことができる。
ここでの光学部材１５としては、上述した光学部材の製造において、図３Ｂに示す光学
部材を利用することができる。光学部材１５の反射面は、シリコン基板の第２主面１１ｃ
である｛１１０｝面であり、この反射面に、ＳｉＯ2膜／ＺｒＯ2膜（７５ｎｍ／５０ｎｍ
）の積層膜からなる反射膜２３を有している。この反射面が、実装基板１表面に対して４
５度となるように、光学部材１５の傾斜面１１ｂである｛１００｝面が、実装基板１に対
面して、金属層２Ｂを介して固定されている。
光学部材１５の最下端から最上端までの高さは１０００μｍである。
Embodiment 5: Semiconductor Laser Device The semiconductor laser device 30 of this embodiment is substantially the same as the semiconductor laser device 10 except that the direction of the optical member 15 arranged on the mounting substrate 1 is different as shown in FIG. It has the configuration of The cap 38 is provided with a light-transmitting member 37 at the opening of the metal member.
7 can extract a laser beam.
As the optical member 15 here, the optical member shown in FIG. 3B can be used in the production of the above-described optical member. The reflection surface of the optical member 15 is the second main surface 11c of the silicon substrate.
{110} plane, and a SiO 2 film / ZrO 2 film (75 nm / 50 nm
) Has a reflective film 23 made of a laminated film. This reflection surface is 4
The {100} plane, which is the inclined surface 11b of the optical member 15, faces the mounting substrate 1 and is fixed via the metal layer 2B so that the angle becomes 5 degrees.
The height from the lowermost end to the uppermost end of the optical member 15 is 1000 μm.
実施例６：半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置１０Ｂは、図７に示すように、光学部材５Ａと半導体レ
ーザ素子４との間にレンズ６が配置されている以外、実質的に半導体レーザ装置１０と同
様の構成を有する。
レンズ６は、半導体レーザ素子４から出射された光をコヒーレント光にするためのコリ
メートレンズ機能を有する。
Embodiment 6: Semiconductor laser device A semiconductor laser device 10B of this embodiment is substantially a semiconductor laser except that a lens 6 is disposed between an optical member 5A and a semiconductor laser element 4, as shown in FIG. It has the same configuration as the device 10.
The lens 6 has a collimating lens function for converting light emitted from the semiconductor laser element 4 into coherent light.
本発明の製造方法によれば、近年需要が増している高出力半導体レーザパッケージ、低
コスト小型レーザパッケージ等、大きさ及び形状を問わず幅広い表面実装型レーザパッケ
ージに対し、安価で品質の高い傾斜反射面を有する光学部材を容易に提供できる。また、
本発明の半導体レーザ装置は、光ディスク、光通信システム、プロジェクタ、ディスプレ
イ、印刷機又は測定器等のデバイスに幅広く利用することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, a high-power semiconductor laser package, a low-cost small-sized laser package, and the like, which are increasing in demand in recent years, are inexpensive and have high quality for a wide range of surface-mount laser packages regardless of size and shape. An optical member having a reflective surface can be easily provided. Also,
The semiconductor laser device of the present invention can be widely used for devices such as optical disks, optical communication systems, projectors, displays, printing machines, and measuring instruments.
１ 実装基板
１ａ セラミック板
１ｂ 金属部材
２Ａ、２Ｂ 金属層
３ サブマウント
４ 半導体レーザ素子
５、５Ａ、１５ 光学部材
６ レンズ
７、２７、３７ 透光性部材
８、２８、３８ キャップ
８ａ 開口部
１０、２０、３０、１０Ｂ 半導体レーザ装置
１１ シリコン基板
１１ａ 第１主面｛１１０｝
１１ｂ 傾斜面｛１００｝
１１ｃ 第２主面｛１１０｝
１１ｄ 傾斜面
１２ マスクパターン
１２ａ、１２ｂ 開口
１３、２３ 反射膜
１４ 補助溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mounting board 1a Ceramic plate 1b Metal member 2A, 2B metal layer 3 Submount 4 Semiconductor laser element 5, 5A, 15 Optical member 6 Lens 7, 27, 37 Translucent member 8, 28, 38 Cap 8a Opening 10, 20, 30, 10B Semiconductor laser device 11 Silicon substrate 11a First main surface {110}
11b Slope {100}
11c Second principal surface {110}
11d Inclined surface 12 Mask pattern 12a, 12b Opening 13, 23 Reflective film 14 Auxiliary groove
Claims (6)
（ｂ）前記第１主面上に、＜１００＞方向に伸びる開口を有するマスクパターンを形成し、
（ｃ）前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用い、水酸化テトラメチルアンモニウムをエッチャントとして用いて、前記第１主面側からウェットエッチングして、｛１００｝面を有する傾斜面を形成し、
（ｄ）得られた前記傾斜面に反射膜を形成し又は（ｄ'）前記第２主面に反射膜を形成し、
前記（ａ）〜（ｄ）又は前記（ａ）〜（ｄ'）で得られた光学部材を実装基板に固定し、且つ、半導体レーザ素子を、前記半導体レーザ素子から出射するレーザ光が前記光学部材の前記反射膜に照射されるように、シリコンよりも熱伝導性が高い材料によって形成されたサブマウントを介して、前記実装基板に固定することを含む半導体レーザ装置の製造方法。 (A) preparing a silicon substrate having a first principal surface and a second principal surface each comprising a {110} plane;
(B) forming a mask pattern having an opening extending in the <100> direction on the first main surface;
(C) wet-etching the silicon substrate from the first main surface side using the mask pattern as a mask and tetramethylammonium hydroxide as an etchant to form an inclined surface having a {100} plane; ,
(D) forming a reflective film on the obtained inclined surface or (d ′) forming a reflective film on the second main surface;
Wherein (a) ~ (d) or fixing said (a) ~ the optical engine material obtained in (d ') on a mounting substrate, and a semiconductor laser element, the semiconductor laser beam from the laser element to emit said A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: fixing to a mounting substrate via a submount formed of a material having higher thermal conductivity than silicon so that the reflection film of an optical member is irradiated.
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, further comprising: providing a cap for hermetically sealing the semiconductor laser element and the optical member on the mounting substrate.
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