JP7438476B2

JP7438476B2 - Semiconductor laser device and its manufacturing method

Info

Publication number: JP7438476B2
Application number: JP2019150572A
Authority: JP
Inventors: 尚史小川; 将嗣市川; 哲至高野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2024-02-27
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: JP2021034450A

Description

実施形態は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。 Embodiments relate to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same.

近年、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）又は半導体光増幅器等の半導体レーザ素子と、レンズ等の透光性部材を組み合わせた半導体レーザ装置が開発されている。このような半導体レーザ装置においては、半導体レーザ素子の光出射面が光集塵により汚染されて、レーザ光の出力が低下する問題がある。特許文献１には、半導体レーザ素子と透光性部材との間にシリコーンオイルを充填し、これを変性させることにより、半導体レーザ素子の光出射面における光集塵を抑制する技術が開示されている。 In recent years, semiconductor laser devices have been developed in which a semiconductor laser element such as a laser diode (LD) or a semiconductor optical amplifier is combined with a light-transmitting member such as a lens. In such a semiconductor laser device, there is a problem in that the light emitting surface of the semiconductor laser element is contaminated by optical dust, resulting in a decrease in laser light output. Patent Document 1 discloses a technique for suppressing light dust collection on the light emitting surface of a semiconductor laser element by filling silicone oil between a semiconductor laser element and a light-transmitting member and denaturing the silicone oil. There is.

特開２０１１－００３８８９号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-003889

本発明の一実施形態は、光学特性が精度よく制御された半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 One embodiment of the present invention aims to provide a semiconductor laser device whose optical characteristics are precisely controlled and a method for manufacturing the same.

本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置は、支持体と、前記支持体に接合された半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の光出射面に直接接合され、無機材料からなる透光性部材と、を備える。 A semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention includes a support, a semiconductor laser element bonded to the support, and a translucent member made of an inorganic material and directly bonded to a light emitting surface of the semiconductor laser element. and.

本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法は、半導体レーザ素子を支持体に接合する工程と、前記半導体レーザ素子の光出射面を含む第１面を平坦化する工程と、前記平坦化した第１面に無機材料からなる透光性部材を直接接合する工程と、を備える。 A method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention includes the steps of: bonding a semiconductor laser element to a support; flattening a first surface including a light emitting surface of the semiconductor laser element; a step of directly bonding a translucent member made of an inorganic material to the first surface.

実施形態によれば、光学特性が精度良く制御された半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できる。 According to the embodiment, it is possible to realize a semiconductor laser device whose optical characteristics are precisely controlled and a method for manufacturing the same.

第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of the semiconductor laser device according to the first embodiment. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。1 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。1 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。1 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。1 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、保護部材を設けた例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example in which a protection member is provided in the semiconductor laser device according to the first embodiment. 第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of a semiconductor laser device according to a second embodiment. 第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a second embodiment. 第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a second embodiment. 第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of a semiconductor laser device according to a third embodiment. 第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a third embodiment. 第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to a third embodiment. 第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment. 第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment. 第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の半導体レーザ素子と透光性部材の接合面を示す一部拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a bonding surface between a semiconductor laser element and a light-transmitting member of a semiconductor laser device according to a sixth embodiment. 第７の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a seventh embodiment. 第７の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to a seventh embodiment. 第８の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to an eighth embodiment. 第９の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to a ninth embodiment. 第１０の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to a tenth embodiment. 第１１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to an eleventh embodiment. 第１２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to a twelfth embodiment.

＜第１の実施形態＞
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１は、支持体４１と、支持体４１に接合された半導体レーザ素子２１と、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａに直接接合され、無機材料からなる透光性部材３１と、を有する。 <First embodiment>
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment includes a support 41, a semiconductor laser element 21 bonded to the support 41, and a light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 directly connected to the support 41. and a translucent member 31 made of an inorganic material and joined together.

支持体４１は、半導体レーザ素子２１を搭載可能な上面４１ａを持つ部材である。支持体４１の熱膨張率は、半導体レーザ素子２１の熱膨張率に近いことが好ましい。半導体レーザ素子２１がＧａＮ系半導体材料により形成されている場合は、支持体４１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）若しくは酸化アルミニウム（ＡｌＯ）等の絶縁材料、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）若しくはダイヤモンド（Ｃ）等の半導体材料、又は、銅（Ｃｕ）等の導電材料によって形成することができる。支持体４１には、半導体レーザ素子２１に電力を供給する配線が設けられていてもよい。 The support body 41 is a member having an upper surface 41a on which the semiconductor laser element 21 can be mounted. The thermal expansion coefficient of the support body 41 is preferably close to that of the semiconductor laser element 21. When the semiconductor laser element 21 is formed of a GaN-based semiconductor material, the support body 41 is made of, for example, an insulating material such as aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (AlO), silicon (Si), or silicon carbide (SiC). Alternatively, it can be formed of a semiconductor material such as diamond (C) or a conductive material such as copper (Cu). The support body 41 may be provided with wiring for supplying power to the semiconductor laser element 21.

半導体レーザ素子２１は、支持体４１の上面４１ａに設けられ、支持体４１に対して固定されている。半導体レーザ素子２１は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）である。半導体レーザ素子２１は、例えば、一般式が、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示され、ガリウム及び窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体によって形成することができる。当該一般式で示される具体的な半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等が挙げられる。半導体レーザ素子２１は、光出射面２１ａからレーザ光１００を出射する。半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ及び支持体４１の端面４１ｂは、連続した平坦面を構成している。言い換えると、光出射面２１ａと端面４１ｂの間には段差がなく、面一とされている。 The semiconductor laser element 21 is provided on the upper surface 41a of the support 41 and is fixed to the support 41. The semiconductor laser element 21 is, for example, a laser diode (LD). For example, the semiconductor laser element 21 has a general formula of In _x Al _y Ga _1-x-y N (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1), and contains gallium and nitrogen. It can be formed using a gallium nitride-based compound semiconductor containing. Specific semiconductors represented by the general formula include, for example, GaN, AlGaN, InGaN, AlGaInN, and the like. The semiconductor laser element 21 emits laser light 100 from the light emitting surface 21a. The light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 and the end surface 41b of the support body 41 constitute a continuous flat surface. In other words, there is no step between the light emitting surface 21a and the end surface 41b, and they are flush with each other.

透光性部材３１は無機材料からなり、例えば、ガラス、石英、サファイア又はダイアモンドを含んでいてもよい。本実施形態においては、透光性部材３１の機能及び形状は特に限定しない。例えば、透光性部材３１は、半導体レーザ素子２１から出射したレーザ光１００に対して所定の光学的効果を加える光学部材であってもよい。後述する他の実施形態において説明するように、例えば、透光性部材３１は凸レンズ若しくは凹レンズ、回折格子、又は光ファイバー等の所定の形状を有し、レーザ光１００の波面や経路を制御してもよい。 The translucent member 31 is made of an inorganic material, and may include glass, quartz, sapphire, or diamond, for example. In this embodiment, the function and shape of the translucent member 31 are not particularly limited. For example, the light-transmitting member 31 may be an optical member that adds a predetermined optical effect to the laser beam 100 emitted from the semiconductor laser element 21. As explained in other embodiments to be described later, for example, the translucent member 31 has a predetermined shape such as a convex lens, a concave lens, a diffraction grating, or an optical fiber, and can control the wavefront and path of the laser beam 100. good.

半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ側から見て、透光性部材３１は半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａの発光領域よりも大きい。半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ及び支持体４１の端面４１ｂは、透光性部材３１の光入射面３１ａに直接接合されている。 When viewed from the light emitting surface 21 a side of the semiconductor laser element 21 , the light-transmitting member 31 is larger than the light emitting area of the light emitting surface 21 a of the semiconductor laser element 21 . The light exit surface 21a of the semiconductor laser element 21 and the end surface 41b of the support body 41 are directly joined to the light entrance surface 31a of the transparent member 31.

直接接合には、固相接合及び液相接合があり、固相接合には、原子拡散接合（Atomic Diffusion Bonding：ＡＤＢ）及び表面活性化接合（Surface Activated Bonding：ＳＡＢ）等、いくつかの方法があるが、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ及び支持体４１の端面４１ｂと透光性部材３１は、いずれの方法によって直接接合されていてもよい。本実施形態においては、原子拡散接合（ＡＤＢ）によって直接接合されている例を説明する。 Direct bonding includes solid phase bonding and liquid phase bonding, and solid phase bonding includes several methods such as atomic diffusion bonding (ADB) and surface activated bonding (SAB). However, the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 and the end surface 41b of the support body 41 and the light-transmitting member 31 may be directly joined by any method. In this embodiment, an example will be described in which they are directly bonded by atomic diffusion bonding (ADB).

図３に示すように、半導体レーザ素子２１と透光性部材３１との間には、金属含有層９１が形成されている。後述するように、金属含有層９１は、原子拡散接合によって半導体レーザ素子２１と透光性部材３１とを直接接合した結果、形成されたものである。金属含有層９１は、半導体レーザ素子２１の成分及び透光性部材３１の成分に加えて、金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含有する。 As shown in FIG. 3, a metal-containing layer 91 is formed between the semiconductor laser element 21 and the transparent member 31. As will be described later, the metal-containing layer 91 is formed as a result of directly bonding the semiconductor laser element 21 and the light-transmitting member 31 by atomic diffusion bonding. The metal-containing layer 91 contains a metal, for example, aluminum (Al), in addition to the components of the semiconductor laser element 21 and the light-transmitting member 31.

半導体レーザ素子２１及び透光性部材３１においては、原子が規則的に配列されており、単結晶を形成している。金属含有層９１においては、原子の配列がやや乱れているが、乱れの程度は小さく、空隙は実質的に存在しない。金属含有層９１の厚さｔは、数原子層程度であり、例えば５ｎｍ以下であり、例えば１ｎｍ以下である。金属含有層９１はレーザ光１００の波長と比較して十分に薄いため、レーザ光１００の特性には実質的に影響を及ぼさない。なお、例えば、透光性部材３１をサファイアによって形成し、後述する金属層９３ａ及び９３ｂをアルミニウムによって形成した場合、半導体レーザ素子２１から透光性部材３１にかけて成分分析を行うと、金属含有層９１に相当する領域においては、透光性部材３１に相当する領域と比較して、（Ａｌ／Ｏ）比が若干高くなった。 In the semiconductor laser element 21 and the light-transmitting member 31, atoms are regularly arranged to form a single crystal. In the metal-containing layer 91, the arrangement of atoms is slightly disordered, but the degree of disorder is small and there are substantially no voids. The thickness t of the metal-containing layer 91 is approximately several atomic layers, and is, for example, 5 nm or less, for example, 1 nm or less. Since the metal-containing layer 91 is sufficiently thin compared to the wavelength of the laser beam 100, it does not substantially affect the characteristics of the laser beam 100. Note that, for example, when the transparent member 31 is formed of sapphire and the metal layers 93a and 93b described later are formed of aluminum, when a component analysis is performed from the semiconductor laser element 21 to the transparent member 31, the metal-containing layer 91 In the region corresponding to the transparent member 31, the (Al/O) ratio was slightly higher than that in the region corresponding to the transparent member 31.

次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る半導体レーザ装置１の製造方法は、半導体レーザ素子２１を支持体４１に接合する工程と、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａを含む第１面９２を平坦化する工程と、平坦化した第１面９２に無機材料からなる透光性部材３１を直接接合する工程と、を備える。直接接合は、例えば、固相接合によって行い、例えば、原子拡散接合（ＡＤＢ）によって行う。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 1 according to this embodiment will be described.
The method for manufacturing the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment includes a step of bonding the semiconductor laser element 21 to the support body 41, a step of flattening the first surface 92 including the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21, The method includes a step of directly bonding a light-transmitting member 31 made of an inorganic material to the flattened first surface 92. Direct bonding is performed, for example, by solid phase bonding, for example by atomic diffusion bonding (ADB).

以下、より具体的に説明する。
先ず、図４Ａに示すように、半導体レーザ素子２１を支持体４１の上面４１ａに接合する。接合方法は特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接着でもよく、半田を用いた接合でもよく、これらを併用してもよい。
次に、図４Ｂに示すように、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ及び支持体４１の端面４１ｂを含む第１面９２を研磨する。これにより、第１面９２を平坦化する。 This will be explained in more detail below.
First, as shown in FIG. 4A, the semiconductor laser element 21 is bonded to the upper surface 41a of the support 41. The bonding method is not particularly limited, and for example, bonding using an adhesive or solder may be used, or a combination of these may be used.
Next, as shown in FIG. 4B, the first surface 92 including the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 and the end surface 41b of the support body 41 is polished. This flattens the first surface 92.

次に、図４Ｃに示すように、半導体レーザ素子２１及び支持体４１からなる構造体と、透光性部材３１を、真空チャンバー２０１内に装入する。そして、真空チャンバー２０１内を排気して、真空にする。このとき、真空チャンバー２０１内の圧力は、５．０×１０^－７Ｐａ以下とすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 4C, the structure including the semiconductor laser element 21 and the support body 41 and the light-transmitting member 31 are placed into the vacuum chamber 201. Then, the inside of the vacuum chamber 201 is evacuated to create a vacuum. At this time, the pressure inside the vacuum chamber 201 is preferably 5.0×10 ⁻⁷ Pa or less.

次に、平坦化した第１面９２、及び、透光性部材３１の光入射面３１ａに、金属を堆積させる。例えば、スパッタリング法により、アルミニウムを堆積させる。これにより、第１面９２に金属層９３ａが形成されると共に、光入射面３１ａに金属層９３ｂが形成される。金属層９３ａ及び９３ｂの厚さは、それぞれ、スパッタレート換算で０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下とし、例えば、０．２ｎｍ程度とする。なお、図４Ｃ及び図４Ｄにおいて、金属層９３ａ及び９３ｂは実際よりも厚く描かれている。 Next, metal is deposited on the flattened first surface 92 and the light incident surface 31a of the translucent member 31. For example, aluminum is deposited by sputtering. As a result, a metal layer 93a is formed on the first surface 92, and a metal layer 93b is formed on the light incidence surface 31a. The thickness of each of the metal layers 93a and 93b is set to be 0.05 nm or more and 0.5 nm or less, for example, about 0.2 nm in terms of sputtering rate. Note that in FIGS. 4C and 4D, the metal layers 93a and 93b are drawn thicker than they actually are.

次に、図４Ｄに示すように、同じ真空チャンバー２０１内で、真空を破らずに、支持体４１及び半導体レーザ素子２１の第１面９２と、透光性部材３１の光入射面３１ａとを、金属層９３ａ及び９３ｂを介して当接させ、加圧する。これにより、金属層９３ａ及び９３ｂを構成する金属原子と、支持体４１を構成する原子と、半導体レーザ素子２１を構成する原子が相互に固相拡散し、金属層９３ａ及び９３ｂが金属含有層９１に変化する。これにより、支持体４１の端面４１ｂ及び半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａに、透光性部材３１が原子拡散接合される。このようにして、本実施形態に係る半導体レーザ装置１が製造される。 Next, as shown in FIG. 4D, in the same vacuum chamber 201, the first surface 92 of the support 41 and the semiconductor laser element 21, and the light incident surface 31a of the light-transmitting member 31 are connected to each other without breaking the vacuum. , are brought into contact with each other via the metal layers 93a and 93b, and pressurized. As a result, the metal atoms forming the metal layers 93a and 93b, the atoms forming the support 41, and the atoms forming the semiconductor laser element 21 are solid-phase diffused into each other, and the metal layers 93a and 93b become the metal-containing layer 91. Changes to Thereby, the light-transmitting member 31 is atomic diffusion bonded to the end surface 41b of the support body 41 and the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21. In this way, the semiconductor laser device 1 according to this embodiment is manufactured.

なお、半導体レーザ素子２１に透光性部材３１を直接接合した後、図４Ｅに示すように、半導体レーザ装置１の上面に保護部材５１を設けてもよい。保護部材５１は、半導体レーザ素子２１の上面及び側面を覆い、外部雰囲気から半導体レーザ素子２１を保護する。保護部材５１は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はフッ素樹脂等の樹脂材料により形成することができる。 Note that after directly bonding the light-transmitting member 31 to the semiconductor laser element 21, a protective member 51 may be provided on the upper surface of the semiconductor laser device 1, as shown in FIG. 4E. The protective member 51 covers the top and side surfaces of the semiconductor laser device 21 and protects the semiconductor laser device 21 from the external atmosphere. The protective member 51 can be made of a resin material such as silicone resin, epoxy resin, or fluororesin.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａが透光性部材３１の光入射面３１ａに直接接合されている。このため、光出射面２１ａが大気に曝されることがなく、光集塵を抑制できる。 Next, the effects of this embodiment will be explained.
In the semiconductor laser device 1 according to this embodiment, the light exit surface 21a of the semiconductor laser element 21 is directly bonded to the light entrance surface 31a of the transparent member 31. Therefore, the light exit surface 21a is not exposed to the atmosphere, and light dust collection can be suppressed.

また、半導体レーザ素子２１が透光性部材３１に直接接合されているため、光出射面２１ａとの光入射面３１ａとの間に、反射率及び屈折率等の光学特性に影響を及ぼす部材が存在しない。このため、半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子２１と透光性部材３１の光学特性で定まるとおりの、波面、経路、出力及び波長等の特性をもつレーザ光１００を得ることができる。言い換えると、半導体レーザ装置１は光学特性が精度よく制御されている。 Furthermore, since the semiconductor laser element 21 is directly bonded to the light-transmitting member 31, there is a member between the light output surface 21a and the light incidence surface 31a that affects optical properties such as reflectance and refractive index. not exist. Therefore, the semiconductor laser device 1 can obtain the laser beam 100 having characteristics such as wavefront, path, output, and wavelength determined by the optical characteristics of the semiconductor laser element 21 and the transparent member 31. In other words, the optical characteristics of the semiconductor laser device 1 are precisely controlled.

これに対して、仮に、透光性部材３１を半導体レーザ素子２１に接着剤層を介して接着すると、接着剤層がレーザ光１００の特性に影響を及ぼす可能性がある。接着剤層の反射率及び屈折率等の光学特性を正確に見積もることは困難であるため、半導体レーザ装置の光学特性を設計どおりに実現することは困難である。例えば、接着剤層の屈折率分布の不均一性により、レーザ光の波面が歪む等の不具合が発生する場合がある。 On the other hand, if the transparent member 31 is adhered to the semiconductor laser element 21 via an adhesive layer, the adhesive layer may affect the characteristics of the laser beam 100. Since it is difficult to accurately estimate optical properties such as reflectance and refractive index of an adhesive layer, it is difficult to realize optical properties of a semiconductor laser device as designed. For example, non-uniformity in the refractive index distribution of the adhesive layer may cause problems such as distortion of the wavefront of the laser beam.

更に、本実施形態においては、半導体レーザ素子２１を支持体４１に接合した後、透光性部材３１に直接接合している。これにより、直接接合時の加圧により、半導体レーザ素子２１が破損することを抑制できる。また、半導体レーザ素子２１を支持体４１に接合してから研磨することにより、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａを精度よく研磨して平坦化することができる。光出射面２１ａ及び光入射面３１ａを原子レベルまで平坦化することにより、光出射面２１ａと光入射面３１ａとの距離が原子間距離に近くなり、直接接合が効果的に発生し、半導体レーザ素子２１を透光性部材３１に強固に接合することができる。 Furthermore, in this embodiment, after the semiconductor laser element 21 is bonded to the support body 41, it is directly bonded to the light-transmitting member 31. Thereby, damage to the semiconductor laser element 21 due to pressurization during direct bonding can be suppressed. Moreover, by bonding the semiconductor laser element 21 to the support body 41 and then polishing it, the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 can be accurately polished and flattened. By flattening the light exit surface 21a and the light entrance surface 31a to the atomic level, the distance between the light exit surface 21a and the light entrance surface 31a becomes close to the interatomic distance, and direct bonding occurs effectively, resulting in a semiconductor laser. The element 21 can be firmly bonded to the transparent member 31.

なお、本実施形態においては、金属層９３ａ及び９３ｂをアルミニウムにより形成する例を示したが、これには限定されない。金属層９３ａ及び９３ｂには、一般的な光学薄膜に使用される材料が使用可能である。例えば、金属層９３ａ及び９３ｂの材料には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、クロム（Ｃｒ）からなる群より選択された１種以上の金属を使用可能である。また、固相接合の際には、必要に応じて、熱処理を施してもよい。 Note that in this embodiment, an example is shown in which the metal layers 93a and 93b are formed of aluminum, but the metal layers are not limited to this. Materials used for general optical thin films can be used for the metal layers 93a and 93b. For example, the materials for the metal layers 93a and 93b include aluminum (Al), gold (Au), titanium (Ti), silver (Ag), tantalum (Ta), niobium (Nb), hafnium (Hf), and zirconium (Zr). ), cerium (Ce), and chromium (Cr). Further, during solid phase bonding, heat treatment may be performed as necessary.

＜第２の実施形態＞
本実施形態に係る半導体レーザ装置２の基本的な構成は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１の構成と同様である。本実施形態においては、透光性部材３１が、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａに、表面活性化接合（ＳＡＢ）によって直接接合されている。 <Second embodiment>
The basic configuration of the semiconductor laser device 2 according to this embodiment is the same as the configuration of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment. In this embodiment, the light-transmitting member 31 is directly bonded to the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 by surface activated bonding (SAB).

図５に示すように、半導体レーザ素子２１と透光性部材３１との間には、半導体レーザ素子２１の材料からなる第１非晶質層９４ａと、透光性部材３１の材料からなる第２非晶質層９４ｂとが形成されており、第１非晶質層９４ａは第２非晶質層９４ｂに接している。第１非晶質層９４ａ及び第２非晶質層９４ｂの厚さは、それぞれ、数ｎｍ程度である。 As shown in FIG. 5, between the semiconductor laser element 21 and the transparent member 31, there is a first amorphous layer 94a made of the material of the semiconductor laser element 21 and a first amorphous layer 94a made of the material of the transparent member 31. Two amorphous layers 94b are formed, and the first amorphous layer 94a is in contact with the second amorphous layer 94b. The thickness of the first amorphous layer 94a and the second amorphous layer 94b is approximately several nm, respectively.

次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置２の製造方法について説明する。
先ず、図４Ａ及び図４Ｂに示す工程を実施する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 2 according to this embodiment will be described.
First, the steps shown in FIGS. 4A and 4B are performed.

次に、図６Ａに示すように、半導体レーザ素子２１及び支持体４１からなる構造体と、透光性部材３１を、真空チャンバー２０２内に装入する。そして、真空チャンバー２０２内を排気して、真空にする。 Next, as shown in FIG. 6A, the structure consisting of the semiconductor laser element 21 and the support body 41 and the light-transmitting member 31 are placed into the vacuum chamber 202. Then, the inside of the vacuum chamber 202 is evacuated to create a vacuum.

次に、平坦化した第１面９２、及び、透光性部材３１の光入射面３１ａに、不活性ガス、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）をイオン注入する。これにより、第１面９２及び光入射面３１ａが活性化する。この結果、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａに第１非晶質層９４ａが形成されると共に、透光性部材３１の光入射面３１ａに第２非晶質層９４ｂが形成される。 Next, ions of an inert gas such as argon gas (Ar) are implanted into the flattened first surface 92 and the light incident surface 31a of the transparent member 31. This activates the first surface 92 and the light entrance surface 31a. As a result, a first amorphous layer 94a is formed on the light exit surface 21a of the semiconductor laser element 21, and a second amorphous layer 94b is formed on the light entrance surface 31a of the transparent member 31.

次に、図６Ｂに示すように、同じ真空チャンバー２０２内で、真空を破らずに、第１非晶質層９４ａと第２非晶質層９４ｂとを接触させて、加圧する。これにより、活性化した第１非晶質層９４ａと第２非晶質層９４ｂとが表面活性化接合され、透光性部材３１が支持体４１及び半導体レーザ素子２１に直接接合される。このようにして、本実施形態に係る半導体レーザ装置２が製造される。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。 Next, as shown in FIG. 6B, in the same vacuum chamber 202, the first amorphous layer 94a and the second amorphous layer 94b are brought into contact with each other and pressurized without breaking the vacuum. Thereby, the activated first amorphous layer 94a and the second amorphous layer 94b are surface activated and bonded, and the light-transmitting member 31 is directly bonded to the support body 41 and the semiconductor laser element 21. In this way, the semiconductor laser device 2 according to this embodiment is manufactured. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment described above.

＜第３の実施形態＞
図７に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置３においては、半導体レーザ素子２１に、素子本体部２１ｃ及び光学膜２１ｄが設けられている。光学膜２１ｄは、素子本体部２１ｃの表面に形成されており、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａを構成する。したがって、透光性部材３１は、半導体レーザ素子２１の光学膜２１ｄに直接接合されている。直接接合は、例えば、原子拡散接合（ＡＤＢ）であり、光学膜２１ｄと透光性部材３１との間に、金属含有層９１が形成されている。すなわち、半導体レーザ装置３においては、レーザ光１００の経路に沿って、半導体レーザ素子２１の素子本体部２１ｃ、光学膜２１ｄ、金属含有層９１及び透光性部材３１がこの順に配列されている。 <Third embodiment>
As shown in FIG. 7, in the semiconductor laser device 3 according to this embodiment, the semiconductor laser element 21 is provided with an element main body 21c and an optical film 21d. The optical film 21d is formed on the surface of the device main body portion 21c, and constitutes the light emitting surface 21a of the semiconductor laser device 21. Therefore, the light-transmitting member 31 is directly bonded to the optical film 21d of the semiconductor laser element 21. Direct bonding is, for example, atomic diffusion bonding (ADB), and a metal-containing layer 91 is formed between the optical film 21d and the transparent member 31. That is, in the semiconductor laser device 3, the element main body 21c of the semiconductor laser element 21, the optical film 21d, the metal-containing layer 91, and the transparent member 31 are arranged in this order along the path of the laser beam 100.

光学膜２１ｄは、光出射面２１ａの平坦化のために設けられており、さらに、反射率の調整のために設けられる場合もある。光学膜２１ｄがレーザ光１００の波長に対して十分に薄い場合、例えば、光学膜２１ｄの厚さが数ｎｍ以下の場合は、光学膜２１ｄはレーザ光１００に実質的に影響を及ぼさず、光出射面２１ａの平滑化のみに寄与する。一方、光学膜２１ｄの厚さがレーザ光１００の波長と同程度以上である場合は、平滑化と共に反射率の調整にも寄与する。この場合、光学膜２１ｄは、例えば、半導体レーザ素子２１及び透光性部材３１に対して反射防止膜又は部分透過膜となる単層膜又は多層膜である。 The optical film 21d is provided to flatten the light exit surface 21a, and may also be provided to adjust the reflectance. When the optical film 21d is sufficiently thin with respect to the wavelength of the laser beam 100, for example, when the thickness of the optical film 21d is several nm or less, the optical film 21d does not substantially affect the laser beam 100 and the light It only contributes to smoothing the output surface 21a. On the other hand, when the thickness of the optical film 21d is approximately equal to or greater than the wavelength of the laser beam 100, it contributes to smoothing and adjustment of reflectance. In this case, the optical film 21d is, for example, a single layer film or a multilayer film that serves as an antireflection film or a partially transmitting film for the semiconductor laser element 21 and the light-transmitting member 31.

光学膜２１ｄが単層膜である場合、光学膜２１ｄの屈折率は、半導体レーザ素子２１の素子本体部２１ｃの屈折率及び透光性部材３１の屈折率に近い値であることが好ましい。例えば、素子本体部２１ｃが窒化ガリウム（ＧａＮ）により形成されている場合は、窒化ガリウムの屈折率は、その発光波長に対して、約２．４であるため、光学膜２１ｄの屈折率は、窒化ガリウムの発光波長に対して、２．１以上２．８以下の範囲であることが好ましい。これにより、レーザ光１００の反射率を０．５％程度に抑えることができる。光学膜２１ｄの屈折率は、２．３以上２．６以下の範囲であることがより好ましい。光学膜２１ｄの材料として、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いることができる。酸化チタンの屈折率は、窒化ガリウムの発光波長に対して、約２．５である。 When the optical film 21d is a single-layer film, the refractive index of the optical film 21d is preferably close to the refractive index of the element main body 21c of the semiconductor laser element 21 and the refractive index of the translucent member 31. For example, when the element main body 21c is made of gallium nitride (GaN), the refractive index of gallium nitride is approximately 2.4 with respect to its emission wavelength, so the refractive index of the optical film 21d is It is preferably in the range of 2.1 or more and 2.8 or less with respect to the emission wavelength of gallium nitride. Thereby, the reflectance of the laser beam 100 can be suppressed to about 0.5%. The refractive index of the optical film 21d is more preferably in the range of 2.3 or more and 2.6 or less. For example, titanium oxide (TiO ₂ ) can be used as a material for the optical film 21d. The refractive index of titanium oxide is approximately 2.5 with respect to the emission wavelength of gallium nitride.

光学膜２１ｄが多層膜である場合は、低屈折率層と高屈折率層を所定の周期で交互に積層させてもよい。これにより、各層の反射光を干渉させて、全体の反射率を調整することができる。各層の組成は、レーザ光１００の波長、半導体レーザ素子２１の素子本体部２１ｃに対する付着性等を考慮して選択する。例えば、低屈折率層を酸化シリコン（ＳｉＯ_２）により形成し、高屈折率層を酸化チタンにより形成することができる。酸化シリコンの屈折率は、窒化ガリウムの発光波長に対して、約１．５である。 When the optical film 21d is a multilayer film, low refractive index layers and high refractive index layers may be alternately laminated at a predetermined period. Thereby, the reflected light of each layer can be caused to interfere with each other, and the overall reflectance can be adjusted. The composition of each layer is selected in consideration of the wavelength of the laser beam 100, the adhesion to the device main body 21c of the semiconductor laser device 21, and the like. For example, the low refractive index layer can be formed from silicon oxide (SiO ₂ ), and the high refractive index layer can be formed from titanium oxide. The refractive index of silicon oxide is approximately 1.5 with respect to the emission wavelength of gallium nitride.

次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置３の製造方法について説明する。
先ず、図８Ａに示すように、支持体４１の上面４１ａに半導体レーザ素子２１の素子本体部２１ｃを搭載する。このとき、支持体４１の端面４１ｂと素子本体部２１ｃの光出射面２１ａが連続した第１面９２を構成するようにする。なお、図４Ｂに示すように、第１面９２を研磨してもよい。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 3 according to this embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 8A, the element main body 21c of the semiconductor laser element 21 is mounted on the upper surface 41a of the support 41. At this time, the end surface 41b of the support body 41 and the light exit surface 21a of the element main body portion 21c constitute a continuous first surface 92. Note that the first surface 92 may be polished as shown in FIG. 4B.

次に、図８Ｂに示すように、例えば、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）により、第１面９２に光学膜２１ｄを形成する。成膜後の表面粗さや段差に応じて、必要と判断された場合には、第１面９２に対して、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）等の研磨処理を施す。これにより、第１面９２が平坦化される。 Next, as shown in FIG. 8B, an optical film 21d is formed on the first surface 92 by, for example, chemical vapor deposition (CVD). If it is determined that it is necessary depending on the surface roughness and level difference after film formation, the first surface 92 is subjected to a polishing process such as chemical mechanical polishing (CMP). As a result, the first surface 92 is flattened.

次に、図４Ｃ及び図４Ｄに示す工程を実施して、半導体レーザ素子２１及び支持体４１に透光性部材３１を原子拡散接合（ＡＤＢ）により直接接合する。このようにして、本実施形態に係る半導体レーザ装置３が製造される。 Next, the steps shown in FIGS. 4C and 4D are performed to directly bond the light-transmitting member 31 to the semiconductor laser element 21 and the support body 41 by atomic diffusion bonding (ADB). In this way, the semiconductor laser device 3 according to this embodiment is manufactured.

本実施形態によれば、光学膜２１ｄを形成し、必要に応じて研磨処理を施すことにより、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａを高精度に平坦化することができる。また、光学膜２１ｄの設計によっては、半導体レーザ素子２１と透光性部材３１との間の反射率を調整することができる。この結果、半導体レーザ装置３の光学特性の設計の自由度及び調整の精度が向上する。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。 According to this embodiment, the light emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 can be flattened with high precision by forming the optical film 21d and performing polishing treatment as necessary. Further, depending on the design of the optical film 21d, the reflectance between the semiconductor laser element 21 and the transparent member 31 can be adjusted. As a result, the degree of freedom in designing the optical characteristics of the semiconductor laser device 3 and the accuracy of adjustment are improved. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment described above.

＜第４の実施形態＞
図９に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置４においては、透光性部材３１に、部材本体部３１ｃ及び光学膜３１ｄが設けられている。光学膜３１ｄは、部材本体部３１ｃの表面に形成されており、透光性部材３１の光入射面３１ａを構成する。したがって、半導体レーザ素子２１及び支持体４１は、透光性部材３１の光学膜３１ｄに直接接合されている。直接接合は、例えば、原子拡散接合（ＡＤＢ）であり、半導体レーザ素子２１及び支持体４１と光学膜３１ｄとの間に、金属含有層９１が形成されている。すなわち、半導体レーザ装置４においては、レーザ光１００の経路に沿って、半導体レーザ素子２１、金属含有層９１、光学膜３１ｄ及び部材本体部３１ｃがこの順に配列されている。 <Fourth embodiment>
As shown in FIG. 9, in the semiconductor laser device 4 according to this embodiment, the light-transmitting member 31 is provided with a member main body portion 31c and an optical film 31d. The optical film 31d is formed on the surface of the member main body portion 31c, and constitutes the light incident surface 31a of the translucent member 31. Therefore, the semiconductor laser element 21 and the support body 41 are directly bonded to the optical film 31d of the transparent member 31. The direct bonding is, for example, atomic diffusion bonding (ADB), and a metal-containing layer 91 is formed between the semiconductor laser element 21 and the support 41 and the optical film 31d. That is, in the semiconductor laser device 4, the semiconductor laser element 21, the metal-containing layer 91, the optical film 31d, and the member body 31c are arranged in this order along the path of the laser beam 100.

光学膜３１ｄの構成及び機能は、第３の実施形態における光学膜２１ｄの構成及び機能と同様である。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。 The structure and function of the optical film 31d are similar to the structure and function of the optical film 21d in the third embodiment. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the third embodiment described above.

＜第５の実施形態＞
本実施形態は、前述の第３の実施形態と第４の実施形態を組み合わせた例である。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザ装置５においては、光学膜は半導体レーザ素子２１と透光性部材３１の双方に設けられている。 <Fifth embodiment>
This embodiment is an example of a combination of the third and fourth embodiments described above. That is, in the semiconductor laser device 5 according to this embodiment, the optical film is provided on both the semiconductor laser element 21 and the transparent member 31.

図１０に示すように、半導体レーザ素子２１には素子本体部２１ｃ及び光学膜２１ｄが設けられており、透光性部材３１には部材本体部３１ｃ及び光学膜３１ｄが設けられており、光学膜２１ｄが光学膜３１ｄに直接接合されている。これにより、光学膜２１ｄと光学膜３１ｄの間には金属含有層９１が形成されている。したがって、レーザ光１００の経路に沿って、半導体レーザ素子２１の素子本体部２１ｃ、光学膜２１ｄ、金属含有層９１、透光性部材３１の光学膜３１ｄ及び部材本体部３１ｃが、この順に配列されている。 As shown in FIG. 10, the semiconductor laser element 21 is provided with an element body part 21c and an optical film 21d, and the light-transmitting member 31 is provided with a member body part 31c and an optical film 31d. 21d is directly bonded to the optical film 31d. Thereby, a metal-containing layer 91 is formed between the optical film 21d and the optical film 31d. Therefore, along the path of the laser beam 100, the element main body 21c, the optical film 21d, the metal-containing layer 91, the optical film 31d and the member main body 31c of the light-transmitting member 31 are arranged in this order. ing.

本実施形態によれば、半導体レーザ素子２１及び透光性部材３１の双方に光学膜を設けることにより、半導体レーザ素子２１の光出射面２１ａ及び透光性部材３１の光入射面３１ａの双方をより平滑化することができる。この結果、半導体レーザ装置５の光学特性をより向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。 According to this embodiment, by providing an optical film on both the semiconductor laser element 21 and the light-transmitting member 31, both the light-emitting surface 21a of the semiconductor laser element 21 and the light-incidence surface 31a of the light-transmitting member 31 can be protected. It can be made smoother. As a result, the optical characteristics of the semiconductor laser device 5 can be further improved. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the third embodiment described above.

＜第６の実施形態＞
図１１に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置６は、第５の実施形態に係る半導体レーザ装置５と比較して、半導体レーザ素子２１と透光性部材３１との直接接合を、表面活性化接合（ＳＡＢ）によって行っている点が異なっている。このため、半導体レーザ装置６においては、金属含有層９１は形成されておらず、半導体レーザ素子２１の光学膜２１ｄには第１非晶質層９４ａが形成されており、透光性部材３１の光学膜３１ｄには第２非晶質層９４ｂが形成されている。第１非晶質層９４ａは第２非晶質層９４ｂに接している。第１非晶質層９４ａは光学膜２１ｄの材料からなり、第２非晶質層９４ｂは光学膜３１ｄの材料からなる。本実施形態に係る半導体レーザ装置６の製造方法は、第２の実施形態と同様である。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第５の実施形態と同様である。 <Sixth embodiment>
As shown in FIG. 11, the semiconductor laser device 6 according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device 5 according to the fifth embodiment in that the semiconductor laser device 21 and the transparent member 31 are directly bonded. The difference is that surface activated bonding (SAB) is used. Therefore, in the semiconductor laser device 6, the metal-containing layer 91 is not formed, and the first amorphous layer 94a is formed on the optical film 21d of the semiconductor laser element 21. A second amorphous layer 94b is formed on the optical film 31d. The first amorphous layer 94a is in contact with the second amorphous layer 94b. The first amorphous layer 94a is made of the material of the optical film 21d, and the second amorphous layer 94b is made of the material of the optical film 31d. The method of manufacturing the semiconductor laser device 6 according to this embodiment is the same as that of the second embodiment. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the fifth embodiment.

＜第７の実施形態＞
図１２及び図１３に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置７においては、支持体４１上に半導体レーザ素子２２が設けられている。半導体レーザ素子２２は、半導体光増幅器である。半導体レーザ素子２２は、光入射面２２ｂに入射したレーザ光１０１を増幅して、光出射面２２ａからレーザ光１０２を出射する。半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａは支持体４１の端面４１ｂと連続した平坦面を構成しており、半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂは支持体４１の端面４１ｃと連続した平坦面を構成している。支持体４１の端面４１ｂと端面４１ｃとは、相互に反対側に位置している。 <Seventh embodiment>
As shown in FIGS. 12 and 13, in the semiconductor laser device 7 according to this embodiment, a semiconductor laser element 22 is provided on a support 41. The semiconductor laser element 22 is a semiconductor optical amplifier. The semiconductor laser element 22 amplifies the laser beam 101 that has entered the light entrance surface 22b, and emits the laser beam 102 from the light exit surface 22a. The light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22 constitutes a flat surface continuous with the end surface 41b of the support body 41, and the light incidence surface 22b of the semiconductor laser element 22 constitutes a flat surface continuous with the end surface 41c of the support body 41. are doing. The end surface 41b and the end surface 41c of the support body 41 are located on opposite sides.

また、半導体レーザ装置７においては、透光性部材３１及び３２が設けられている。透光性部材３２は無機材料からなり、その組成は例えば、透光性部材３１と同様である。本実施形態においては、透光性部材３２の機能及び形状は特に限定しないが、例えば、第１の実施形態において説明した透光性部材３１の機能及び形状と同様である。透光性部材３２の組成、機能及び形状は、透光性部材３１の組成、機能及び形状と同じであってもよく、異なっていてもよい。 Further, in the semiconductor laser device 7, transparent members 31 and 32 are provided. The transparent member 32 is made of an inorganic material, and has the same composition as the transparent member 31, for example. In this embodiment, the function and shape of the light-transmitting member 32 are not particularly limited, but are similar to the function and shape of the light-transmitting member 31 described in the first embodiment, for example. The composition, function, and shape of the light-transmitting member 32 may be the same as or different from those of the light-transmitting member 31.

半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａ及び支持体４１の端面４１ｂは、透光性部材３１の光入射面３１ａに直接接合されている。また、半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂ及び支持体４１の端面４１ｃは、透光性部材３２の光出射面３２ａに直接接合されている。直接接合の方法は特に限定されず、例えば、固相接合であってもよく、例えば、原子拡散接合（ＡＤＢ）又は表面活性化接合（ＳＡＢ）であってもよい。半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａ及び光入射面２２ｂ、並びに、支持体４１の端面４１ｂ及び端面４１ｃの平坦化の方法も特に限定されず、例えば、研磨又は光学膜の形成であってもよい。 The light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22 and the end surface 41b of the support body 41 are directly bonded to the light incident surface 31a of the transparent member 31. Further, the light incident surface 22b of the semiconductor laser element 22 and the end surface 41c of the support body 41 are directly bonded to the light emitting surface 32a of the transparent member 32. The method of direct bonding is not particularly limited, and may be, for example, solid phase bonding, such as atomic diffusion bonding (ADB) or surface activated bonding (SAB). The method of flattening the light emitting surface 22a and the light incident surface 22b of the semiconductor laser element 22, and the end surface 41b and end surface 41c of the support body 41 is not particularly limited, and may be, for example, polishing or forming an optical film. .

半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａ側から見て、透光性部材３１は半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａの発光領域よりも大きい。また、半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂ側から見て、透光性部材３２は半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂの発光領域よりも大きい。なお、「発光領域」とは、レーザ光１０１の光束が通過する領域である。 When viewed from the light emitting surface 22a side of the semiconductor laser element 22, the light-transmitting member 31 is larger than the light emitting area of the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22. Further, when viewed from the light incidence surface 22b side of the semiconductor laser element 22, the light-transmitting member 32 is larger than the light emitting area of the light incidence surface 22b of the semiconductor laser element 22. Note that the "light emitting region" is a region through which the luminous flux of the laser beam 101 passes.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る半導体レーザ装置７においては、半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂが透光性部材３２の光出射面３２ａに光学的に結合されている。このため、透光性部材３２から半導体レーザ素子２２にレーザ光１０１を導入することができる。半導体レーザ素子２２は、入射したレーザ光１０１を増幅して、光出射面２２ａからレーザ光１０２を出射する。 Next, the effects of this embodiment will be explained.
In the semiconductor laser device 7 according to this embodiment, the light incident surface 22b of the semiconductor laser element 22 is optically coupled to the light emitting surface 32a of the transparent member 32. Therefore, the laser light 101 can be introduced from the light-transmitting member 32 to the semiconductor laser element 22. The semiconductor laser element 22 amplifies the incident laser light 101 and emits the laser light 102 from the light emitting surface 22a.

また、透光性部材３２の光出射面３２ａにおけるレーザ光１０１が出射する領域は、半導体レーザ素子２２に直接接合されている。このため、この領域が大気に曝されることがない。このため、光集塵を抑制できる。 Furthermore, a region of the light emitting surface 32 a of the light-transmitting member 32 from which the laser beam 101 is emitted is directly bonded to the semiconductor laser element 22 . Therefore, this area is not exposed to the atmosphere. Therefore, optical dust collection can be suppressed.

更に、半導体レーザ素子２２が透光性部材３２に直接接合されているため、透光性部材３２の光出射面３２ａと半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂとの間に、反射率及び屈折率等の光学特性に影響を及ぼす部材が存在しない。このため、半導体レーザ素子２２と透光性部材３２の光学特性で定まるとおりの、波面、経路、出力及び波長等の特性をもつレーザ光１０１を半導体レーザ素子２２に入射させることができ、半導体レーザ素子２２から、半導体レーザ素子２２と透光性部材３３の光学特性で定まるとおりの、波面、経路、出力及び波長等の特性をもつレーザ光１０２を出射させることができる。したがって、半導体レーザ装置７は、光学特性が精度よく制御されている。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。 Furthermore, since the semiconductor laser element 22 is directly bonded to the light-transmitting member 32, the reflectance and refractive index are There are no components that affect the optical properties. Therefore, the laser beam 101 having characteristics such as wavefront, path, output, and wavelength determined by the optical characteristics of the semiconductor laser element 22 and the light-transmitting member 32 can be made incident on the semiconductor laser element 22, and the semiconductor laser The laser beam 102 can be emitted from the element 22 and has characteristics such as a wavefront, a path, an output, and a wavelength determined by the optical characteristics of the semiconductor laser element 22 and the transparent member 33. Therefore, the optical characteristics of the semiconductor laser device 7 are precisely controlled. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment described above.

＜第８の実施形態＞
図１４に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置８においては、半導体レーザ素子２２の出力側に透光性部材３３が設けられており、半導体レーザ素子２２の入力側に透光性部材３９が設けられている。透光性部材３３及び３９は、凸レンズである。透光性部材３３の光入射面３３ａは、支持体４１の端面４１ｂ及び半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａに直接接合されている。透光性部材３９の光出射面３９ａは、支持体４１の端面４１ｃ及び半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂに直接接合されている。半導体レーザ素子２２は、第７の実施形態において説明したように、半導体光増幅器である。直接接合は、例えば、原子拡散接合（ＡＤＢ）又は表面活性化接合（ＳＡＢ）である。 <Eighth embodiment>
As shown in FIG. 14, in the semiconductor laser device 8 according to this embodiment, a light-transmitting member 33 is provided on the output side of the semiconductor laser element 22, and a light-transmitting member 33 is provided on the input side of the semiconductor laser element 22. 39 are provided. The translucent members 33 and 39 are convex lenses. The light incident surface 33a of the transparent member 33 is directly joined to the end surface 41b of the support body 41 and the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22. The light exit surface 39a of the transparent member 39 is directly joined to the end surface 41c of the support body 41 and the light entrance surface 22b of the semiconductor laser element 22. The semiconductor laser element 22 is a semiconductor optical amplifier, as described in the seventh embodiment. Direct bonding is, for example, atomic diffusion bonding (ADB) or surface activated bonding (SAB).

本実施形態によれば、凸レンズである透光性部材３９によって集光したレーザ光１０１を、波面や経路等が精度良く制御された状態で、半導体レーザ素子２２に入射させることができる。また、半導体レーザ素子２２から出力したレーザ光１０２を、凸レンズである透光性部材３３によって集光することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第７の実施形態と同様である。なお、透光性部材として凹レンズ又はプリズムを設けてもよい。 According to this embodiment, the laser beam 101 focused by the light-transmitting member 39, which is a convex lens, can be made to enter the semiconductor laser element 22 with its wavefront, path, etc. accurately controlled. Further, the laser beam 102 output from the semiconductor laser element 22 can be focused by the light-transmitting member 33, which is a convex lens. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the seventh embodiment. Note that a concave lens or a prism may be provided as the light-transmitting member.

＜第９の実施形態＞
図１５に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置９においては、半導体レーザ素子２２の出力側に、透光性部材３４が設けられている。透光性部材３４は、回折格子３４ｃが設けられた回折光学素子（Diffractive Optical Elements：ＤＯＥ）である。透光性部材３４の光入射面３４ａは、支持体４１の端面４１ｂ及び半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａに直接接合されている。 <Ninth embodiment>
As shown in FIG. 15, in the semiconductor laser device 9 according to this embodiment, a light-transmitting member 34 is provided on the output side of the semiconductor laser element 22. The transparent member 34 is a diffractive optical element (DOE) provided with a diffraction grating 34c. The light incident surface 34a of the transparent member 34 is directly joined to the end surface 41b of the support body 41 and the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22.

本実施形態によれば、半導体レーザ素子２２から出力したレーザ光１０２を、回折格子３４ｃが設けられた透光性部材３４によって回折させて、種々のパターンにモード整形することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第７の実施形態と同様である。 According to this embodiment, the laser beam 102 output from the semiconductor laser element 22 can be diffracted by the transparent member 34 provided with the diffraction grating 34c, and can be mode-shaped into various patterns. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the seventh embodiment.

＜第１０の実施形態＞
図１６に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１０においては、半導体レーザ素子２２の出力側に、透光性部材３５が設けられている。透光性部材３５は、レーザーゲイン媒質である。レーザーゲイン媒質は、例えば、チタンサファイア結晶又は希土類ドープガラスや希土類ドープ固体単結晶等である。透光性部材３５の光入射面３５ａは、支持体４１の端面４１ｂ及び半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａに直接接合されている。 <Tenth embodiment>
As shown in FIG. 16, in the semiconductor laser device 10 according to this embodiment, a light-transmitting member 35 is provided on the output side of the semiconductor laser element 22. The transparent member 35 is a laser gain medium. The laser gain medium is, for example, a titanium sapphire crystal, rare earth doped glass, rare earth doped solid single crystal, or the like. The light incident surface 35a of the transparent member 35 is directly joined to the end surface 41b of the support body 41 and the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22.

本実施形態によれば、半導体レーザ素子２２から出力したレーザ光１０２によって、レーザーゲイン媒質である透光性部材３５を励起し、発光させることができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第７の実施形態と同様である。 According to this embodiment, the laser beam 102 output from the semiconductor laser element 22 can excite the transparent member 35, which is a laser gain medium, to cause it to emit light. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the seventh embodiment.

＜第１１の実施形態＞
図１７に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１１においては、半導体レーザ素子２２の出力側に、透光性部材３６が設けられている。透光性部材３６は、非線形光学結晶である。非線形光学結晶は、例えば、ＢＢＯ（ベータホウ酸バリウム：β－ＢａＢ_２Ｏ_４）結晶又はＬｉＮｂＯ_３結晶等である。透光性部材３６の光入射面３６ａは、支持体４１の端面４１ｂ及び半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａに直接接合されている。 <Eleventh embodiment>
As shown in FIG. 17, in the semiconductor laser device 11 according to this embodiment, a light-transmitting member 36 is provided on the output side of the semiconductor laser element 22. The translucent member 36 is a nonlinear optical crystal. The nonlinear optical crystal is, for example, a BBO (beta barium borate: β-BaB ₂ O ₄ ) crystal or a LiNbO ₃ crystal. The light incident surface 36a of the transparent member 36 is directly joined to the end surface 41b of the support body 41 and the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22.

本実施形態によれば、半導体レーザ素子２２から出力したレーザ光１０２を、非線形光学結晶である透光性部材３６によって波長変換することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第７の実施形態と同様である。 According to this embodiment, the wavelength of the laser beam 102 output from the semiconductor laser element 22 can be converted by the transparent member 36, which is a nonlinear optical crystal. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the seventh embodiment.

＜第１２の実施形態＞
図１８に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１２においては、半導体レーザ素子２２の入力側及び出力側に、それぞれ、透光性部材３７及び透光性部材３８が設けられている。透光性部材３７及び３８は光ファイバーである。光ファイバーである透光性部材３７の光入射面３７ａは、半導体レーザ素子２２の光出射面２２ａに直接接合されている。光ファイバーである透光性部材３８の光出射面３８ａは、半導体レーザ素子２２の光入射面２２ｂに直接接合されている。 <Twelfth embodiment>
As shown in FIG. 18, in the semiconductor laser device 12 according to this embodiment, a light-transmitting member 37 and a light-transmitting member 38 are provided on the input side and the output side of the semiconductor laser element 22, respectively. Translucent members 37 and 38 are optical fibers. The light incident surface 37a of the light-transmitting member 37, which is an optical fiber, is directly bonded to the light emitting surface 22a of the semiconductor laser element 22. The light exit surface 38a of the light-transmitting member 38, which is an optical fiber, is directly bonded to the light entrance surface 22b of the semiconductor laser element 22.

透光性部材３７は光出射面２２ａにおけるレーザ光１０２が出射する領域に直接接合されていればよく、光出射面２２ａ側から見て、透光性部材３７は半導体レーザ素子２２よりも小さくてもよい。また、透光性部材３８は、透光性部材３８内を伝播したレーザ光１０１が半導体レーザ素子２２に確実に入射するような位置に接合されていればよく、光入射面２２ｂ側から見て、透光性部材３８は半導体レーザ素子２２よりも小さくてもよい。 It is sufficient that the light-transmitting member 37 is directly bonded to the region of the light-emitting surface 22a from which the laser beam 102 is emitted, and the light-transmitting member 37 is smaller than the semiconductor laser element 22 when viewed from the light-emitting surface 22a side. Good too. Further, the light-transmitting member 38 only needs to be joined at a position where the laser light 101 propagated within the light-transmitting member 38 reliably enters the semiconductor laser element 22, and when viewed from the light incidence surface 22b side. , the light-transmitting member 38 may be smaller than the semiconductor laser element 22.

本実施形態によれば、光ファイバーである透光性部材３８内を伝播したレーザ光１０１が、半導体レーザ素子２２に入射する。そして、半導体レーザ素子２２がレーザ光１０１を増幅してレーザ光１０２を生成する。半導体レーザ素子２２から出射したレーザ光１０２は、光ファイバーである透光性部材３７に入射し、透光性部材３７内を伝播する。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第７の実施形態と同様である。 According to this embodiment, the laser light 101 propagated within the light-transmitting member 38, which is an optical fiber, enters the semiconductor laser element 22. Then, the semiconductor laser element 22 amplifies the laser beam 101 to generate a laser beam 102. The laser beam 102 emitted from the semiconductor laser element 22 enters the transparent member 37, which is an optical fiber, and propagates within the transparent member 37. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the seventh embodiment.

前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。前述の各実施形態においては、半導体レーザ素子がＬＤ又は半導体光増幅器である例を示したが、本発明はこれには限定されない。直接接合の方法も、原子拡散接合（ＡＤＢ）及び表面活性化接合（ＳＡＢ）には限定されず、例えば、プラズマ活性化接合等の他の方法でもよい。透光性部材の例も、前述の各実施形態において例示した形態には限定されない。 Each of the embodiments described above can be implemented in combination with each other. In each of the embodiments described above, an example was shown in which the semiconductor laser element is an LD or a semiconductor optical amplifier, but the present invention is not limited thereto. Direct bonding methods are also not limited to atomic diffusion bonding (ADB) and surface activated bonding (SAB), and other methods such as plasma activated bonding may also be used. Examples of the translucent member are also not limited to the forms exemplified in each of the above-described embodiments.

本発明は、例えば、車載用照明装置、ディスプレイ装置及びプロジェクタ装置等の光源に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the light source of a vehicle-mounted lighting device, a display device, a projector device, etc., for example.

１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２：半導体レーザ装置
２１、２２：半導体レーザ素子
２１ａ、２２ａ：光出射面
２１ｂ、２２ｂ：光入射面
２１ｃ：素子本体部
２１ｄ：光学膜
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９：透光性部材
３１ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ：光入射面
３２ａ、３８ａ：光出射面
３１ｃ：部材本体部
３１ｄ：光学膜
３４ｃ：回折格子
４１：支持体
４１ａ：上面
４１ｂ、４１ｃ：端面
５１：保護部材
９１：金属含有層
９２：第１面
９３ａ、９３ｂ：金属層
９４ａ、９４ｂ：非晶質層
１００、１０１、１０２：レーザ光
２０１、２０２：真空チャンバー
ｔ：厚さ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12: Semiconductor laser device 21, 22: Semiconductor laser element 21a, 22a: Light output surface 21b, 22b: Light incidence surface 21c: Element main body 21d: Optical film 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39: Transparent member 31a, 33a, 34a, 35a, 36a, 37a: Light incidence surface 32a, 38a: Light output Surface 31c: Member body 31d: Optical film 34c: Diffraction grating 41: Support 41a: Upper surface 41b, 41c: End surface 51: Protective member 91: Metal-containing layer 92: First surface 93a, 93b: Metal layer 94a, 94b: Amorphous layer 100, 101, 102: Laser light 201, 202: Vacuum chamber t: Thickness

Claims

a support and
a semiconductor laser element bonded to the upper surface of the support;
a translucent member made of an inorganic material and directly bonded to the light emitting surface of the semiconductor laser element;
Equipped with
The light-transmitting member is larger than the light-emitting region of the semiconductor laser element when viewed from the light-emitting surface side, and the light-transmitting member is also directly bonded to the end surface of the support body,
In the semiconductor laser device , the light emitting surface and the end surface constitute a continuous flat surface .

2. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein a metal-containing layer having a thickness of 1 nm or less is formed between the semiconductor laser element and the light-transmitting member.

a support and
a semiconductor laser element bonded to the upper surface of the support;
a translucent member made of an inorganic material and directly bonded to the light emitting surface of the semiconductor laser element;
Equipped with
A first amorphous layer containing the material of the semiconductor laser element and a second amorphous layer containing the material of the light-transmitting member are formed between the semiconductor laser element and the light-transmitting member. the first amorphous layer is in contact with the second amorphous layer,
The semiconductor laser device is characterized in that the light-transmitting member is larger than the light-emitting region of the semiconductor laser element when viewed from the light-emitting surface side, and the light-transmitting member is also directly bonded to an end surface of the support.

a support and
a semiconductor laser element bonded to the support;
a translucent member made of an inorganic material and directly bonded to the light emitting surface of the semiconductor laser element;
Equipped with
A first amorphous layer containing the material of the semiconductor laser element and a second amorphous layer containing the material of the light-transmitting member are formed between the semiconductor laser element and the light-transmitting member. and the first amorphous layer is in contact with the second amorphous layer.

The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser element contains gallium and nitrogen .

6. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the semiconductor laser element is a laser diode.

6. The semiconductor laser device according to claim 1 , wherein the semiconductor laser element is a semiconductor optical amplifier.

8. The semiconductor laser device according to claim 7 , further comprising another light-transmitting member made of an inorganic material and directly bonded to the light incident surface of the semiconductor laser element.

The other light-transmitting member is larger than the light-emitting region of the semiconductor laser element when viewed from the light incident surface side, and the other light-transmitting member is also directly bonded to an end face of the support body. 8. The semiconductor laser device according to 8 .

The semiconductor laser element is
An element main body,
an optical film formed on the surface of the element main body and directly bonded to the light exit surface of the other light-transmitting member;
The semiconductor laser device according to claim 8 or 9 , having:

The other translucent member is
A member main body,
an optical film formed on the surface of the member main body and directly bonded to the semiconductor laser element;
The semiconductor laser device according to any one of claims 8 to 10 .

The semiconductor laser element is
An element main body,
an optical film formed on the surface of the element main body and directly bonded to the light-transmitting member;
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9 .

The translucent member is
A member main body,
an optical film formed on the surface of the member main body and directly bonded to the semiconductor laser element;
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 12 .

14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light-transmitting member is an optical fiber.

14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light-transmitting member is a lens.

14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light-transmitting member is a diffractive optical element.

14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light-transmitting member is a laser gain medium.

14. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the light-transmitting member is a nonlinear optical crystal.

a step of bonding the semiconductor laser element to the upper surface of the support;
flattening a first surface including a light emitting surface of the semiconductor laser element and an end surface of the support;
Directly bonding a translucent member made of an inorganic material to the flattened first surface;
A method for manufacturing a semiconductor laser device comprising:

20. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 19 , wherein the planarizing step includes a step of polishing the first surface.

20. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 19 , wherein the planarizing step includes forming an optical film on the first surface.

22. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 19 , wherein the direct bonding is solid phase bonding.

23. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 19 , wherein the direct bonding is atomic diffusion bonding.

23. The method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 19 , wherein the direct bonding is a surface activated bonding.

a step of bonding the semiconductor laser element to the support;
flattening a first surface including a light emitting surface of the semiconductor laser element;
solid-phase bonding a translucent member made of an inorganic material to the flattened first surface;
A method for manufacturing a semiconductor laser device comprising: