KR20070069036A - 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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nitride semiconductor
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야스유끼 벳쇼
야스히꼬 노무라
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

질화물계 반도체 레이저 장치 소자(20)는 광출사면(5a)에 형성된 SiO2로 이루어지는 유전체층(5b)을 갖는 질화물계 반도체 레이저 소자(5)와, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 기밀 밀봉되는 패키지부(1)를 구비하고 있다. 또한, 패키지부(1) 내의 분위기는 수분 농도 5000 ppm 이하 및 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기이다. 패키지부(1) 내의 분위기를 조정함으로써, 반도체 레이저 소자의 단부면에 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층의 변질에 기인하는 출력의 저하 및 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
질화물계 반도체 레이저 소자, 패키지부, 광출사면, 유전체층, 질화물계 반도체 레이저 장치 소자

Description

반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법 {Semiconductor Laser Device and Manufacturing Method Thereof}
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 구조를 도시한 사시도.
도2는 도1의 100-100선에 따른 단면도.
도3은 도1에 도시한 본 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 반도체 레이저 소자의 구조를 도시한 단면도.
도4 내지 도9는, 도1에 나타낸 일 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도10은 도1에 나타낸 실시 형태에 대응하는 제1 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경과 시간과의 관계를 나타낸 상관도.
도11은 도1에 나타낸 실시 형태에 대응하는 제2 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경과 시간과의 관계를 나타낸 상관도.
도12는 제1 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경시 시간과의 관계를 나타낸 상관도.
도13은 제2 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경시 시간과의 관계를 나타낸 상관도.
도14는 질화물계 반도체 레이저 소자의 수분 농도와 전류 상승률과의 관계를 나타낸 상관도.
도15는 제3 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경과 시간과의 관계를 나타낸 상관도.
도16은 청자색 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 소자를 광원에 이용한 광디스크 장치의 기록 속도와, 반도체 레이저 소자의 광출력과의 관계의 일례를 나타낸 그래프.
도17은 패키지부 내의 분위기의 수분 농도가 5000 ppm인 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 통전 시간과, COD 레벨과의 관계를 나타낸 그래프.
도18은 패키지부 내의 분위기의 수분 농도가 5000 ppm인 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출력과, 100시간 통전 후의 전류 상승률과의 관계를 나타낸 그래프.
도19는 패키지부 내의 분위기의 수분 농도가 5500 ppm인 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 통전 시간과, COD 레벨과의 관계를 나타낸 그래프.
도20은 패키지부 내의 분위기의 수분 농도가 5500 ppm인 제4 내지 제6 비교예 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출력 과, 100시간 통전 후의 전류 상승률과의 관계를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 패키지부
2 : 스템
3 : 캡부
4 : 히트 싱크
5 : 질화물계 반도체 레이저 소자
6 : 캡 글래스
8 : 절연 링
9 : 와이어
10 : 용접부
12 : 와이어
20 : 질화물계 반도체 레이저 장치
[문헌 1] 일본 특허 공개 2005-209801호 공보
2005년 12월 27일에 제출된 일본 출원 P2005-374222 및 2006년 8월 31일에 제출된 일본 출원 P2006-235673은, 여기에 35USC119를 기초로 하여 우선권의 이익 을 주장하는 동시에, 이 모든 내용에 대해 참조에 의한 합체를 행한다.
본 발명은 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 특히 반도체 레이저 소자가 기밀 밀봉되는 패키지부를 갖는 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 레이저 소자가 패키지부 내에 기밀 밀봉된 반도체 레이저 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-209801호 공보에는, 스템(지지부)에 질화물계 반도체 레이저 소자가 장착되는 동시에, 비도전성 재료로 이루어지는 캡부가 질화물계 반도체 레이저 소자를 덮도록 접합된 질화물계 반도체 레이저 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-209801호 공보에 기재되어 있는 질화물계 반도체 레이저 소자에서는, 그 단부면에 반사율을 조정하기 위한 코팅막이 형성되어 있다. 반도체 레이저 소자에서는, 일반적으로 전단부면(광출사면) 및 후단부면에 반사율 제어 및 단부면 보호를 위한 단부면 코트막이 형성되어 있고, 이 단부면 코트막의 재료로서는 SiO2나 SiN 등으로 이루어지는 유전체가 이용되고 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2005-209801호 공보에 기재되어 있는 질화물계 반도체 레이저 장치에서는, 패키지부 내의 분위기, 수분 농도, 단부면 코트막의 재질에 관해 전혀 고려되어 있지 않다. 이로 인해, 패키지부 내의 분위기, 수분 농도 및 단부면 코트막의 재질에 의해 단부면 코트막의 변질이 생기고, 질화물계 반도체 레이저 소자의 출력 특성이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 본 발명 중 하나의 목적은, 반도체 레이저 소자의 단부면에 형성된 유전체층 변질에 기인하는 출력의 저하 및 신뢰성의 저하를 억제하는 것이 가능한 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 국면에 있어서의 반도체 레이저 장치는, 적어도 광출사면에 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층을 갖는 반도체 레이저 소자와, 반도체 레이저 소자가 기밀 밀봉되는 패키지부를 구비하고, 패키지부 내의 분위기는 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기이다.
상기한 바와 같이, 반도체 레이저 소자의 적어도 광출사면에 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 동시에, 반도체 레이저 소자를 패키지부 내에 기밀 밀봉하고, 패키지부 내의 분위기를 산소 함유 분위기로 함으로써, 패키지부 내의 분위기 중의 산소 농도가 지나치게 낮아지는 것에 기인하여, 산화물로 이루어지는 유전체층으로부터 산소가 탈리한다는 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 이 산소의 탈리에 의해 가속적으로 생기는 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제할 수 있다. 또한, 패키지부 내의 분위기 중의 수분 농도를 5000 ppm 이하로 함으로써 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 유전체층으로부터의 산소의 탈리와, 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제할 수 있으므로, 반도체 레이저 소자의 특성 열화를 억제할 수 있는 동시에 반도체 레이저 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 있어서의 반도체 레이저 장치는, 광출사면에는 형성되지 않고 광출사면과는 반대측의 후단부면에만 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층을 갖는 반도체 레이저 소자와, 반도체 레이저 소자가 기밀 밀봉되는 패키지부를 구비하고, 패키지부 내의 분위기는 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기이다.
바람직하게는, 산소 함유 분위기 중의 산소 농도는 5 ％ 이상이다. 또한, 패키지부는, 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 지지부에 접합되는 동시에 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고, 지지부의 표면 및 캡부의 내측 표면에는 산화 방지층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 패키지부는 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 지지부에 접합되는 동시에, 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고, 캡부와 지지부와의 접합부에는 용접 접합에 의한 용접부가 형성되어 있다. 바람직하게는, 반도체 레이저 소자는 질화물계 반도체 레이저 소자이다.
본 발명의 또 다른 국면에 의한 반도체 레이저 장치의 제조 방법은, 적어도 반도체 레이저 소자의 광출사면에 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정과, 반도체 레이저 소자를 지지부에 설치하는 공정과, 반도체 레이저 소자가 설치된 지지부에 자외광을 조사하는 공정과, 그 후에, 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 수분 농도 5000 ppm 이하 및 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기에서 기밀 밀봉하는 공정을 구비하고 있다.
이 반도체 레이저 장치의 제조 방법에서는, 상기한 바와 같이 반도체 레이저 소자의 적어도 광출사면에 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 동시에, 반도체 레이저 소자를 패키지부 내에 기밀 밀봉하고, 패키지부 내의 분위기를 산소 함유 분위기로 함으로써 패키지부 내의 분위기 중의 산소 농도가 지나치게 낮아지는 것에 기인하여, 산화물로 이루어지는 유전체층으로부터 산소가 탈리한다는 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 이 산소의 탈리에 의해 가속적으로 생기는 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제할 수 있다. 또한, 패키지부 내의 분위기 중의 수분 농도를 5000 ppm 이하로 함으로써 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 반도체 레이저 소자가 설치된 지지부에 자외광을 조사함으로써, 반도체 레이저 소자에 부착물이 부착되어 있는 경우라도 자외광의 조사에 의한 광 분해에 의해 반도체 레이저 소자의 상면에 부착된 부착물이 제거되므로, 부착물에 포함되는 수분 및 유기물이 패키지부 내의 분위기 중에 휘발하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 패키지부 내의 수분 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 유전체층으로부터의 산소의 탈리와, 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제할 수 있으므로, 반도체 레이저 소자의 특성 열화를 억제할 수 있는 동시에 반도체 레이저 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 레이저 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정에 앞서, 적어도 반도체 레이저 소자의 광출사면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 더 구비한다.
본 발명의 또 다른 국면에 의한 반도체 레이저 장치의 제조 방법은, 반도체 레이저 소자의 광출사면에는 형성되지 않고 광출사면과는 반대측의 후단부면에만 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정과, 반도체 레이저 소자를 지지부에 설치하는 공정과, 반도체 레이저 소자가 설치된 지지부에 자외광을 조사하는 공정과, 그 후에 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 수분 농도 5000 ppm 이하 및 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기에서 기밀 밀봉하는 공정을 구비한다.
상기 반도체 레이저 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정에 앞서, 반도체 레이저 소자의 광출사면과는 반대측의 후단부면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 더 구비한다.
상기 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정에 있어서, 바람직하게는 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정은 불활성 가스의 분위기 중에서 행해진다. 또, 불활성 가스라 함은, 희가스 또는 질소 가스이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다. 도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 구조를 도시한 사시도이다. 도2는 도1의 100-100선에 따른 단면도이다. 도3은 도1에 도시한 일 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 반도체 레이저 소자의 구조를 도시한 단면도이다. 도1 내지 도3을 참조하여, 본 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치(20)의 구조에 대해 설명한다. 또, 본 실시 형태에서는 본 발명의 반도체 레이저 장치의 일례로서, 발진 파장 405 ㎚의 청자색 레이저광을 출사하는 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착된 질화물계 반도체 레이저 장치(20)에 대해 설명 한다.
본 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치(20)에서는, 도1에 도시하는 바와 같이 철제의 스템(2)과 코바르(Fe-29 ％Ni-17 ％Co합금)로 이루어지는 캡부(3)로 구성되는 패키지부(1) 내에 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착되어 있다. 또, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 후단부면으로부터 출사되는 레이저광을 수광하기 위한 포토다이오드를 별도 설치하도록 해도 좋다.
도1 및 도2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 질화물계 반도체 레이저 장치(20)의 구조는 철제의 스템(2)에 구리로 이루어지는 방열 부재(2a)가 일체적으로 형성되어 있다. 그리고, 방열 부재(2a)에는 AlN으로 이루어지는 히트 싱크(서브마운트)(4)가 설치되어 있고, 히트 싱크(4)에는 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 설치되어 있다. 이 질화물계 반도체 레이저 소자(5)는 광출사면(광출사측의 공진기 단부면)(5a)이 후술하는 캡 글래스(6)와 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 스템(2)에는 2개의 리드(7a, 7b)가 설치되어 있고, 그 2개의 리드(7a 및 7b) 중 1개의 리드(7b)는 절연 링(8)에 의해 스템(2)과 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 리드(7a)는 방열 부재(2a)와 히트 싱크(4) 상의 전극(도시하지 않음)을 와이어(12)로 접속함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속하도록 스템(2)에 설치되어 있다. 또한, 리드(7b)의 한쪽 단부는 스템(2)의 상면으로부터 영역(1a)측으로 돌출되어 있다. 또한, 리드(7a 및 7b)는 기밀성이 유지된 상태에서 스템(2)에 설치되어 있다. 또한, 리드(7b)는 와이어(9)를 통해 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 다른 쪽 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 스템(2)에는 코바르(Fe-29 ％Ni-17 ％Co합금)로 이루어지는 동시에, 개구부(3a)를 갖는 원통 형상의 캡부(3)가 접합되어 있다. 이 캡부(3)의 개구부(3a)에 대응하는 영역에는 캡 글래스(6)가 융착되어 있다. 또한, 캡 글래스(6)는 질화물계 반도체 레이저 소자(5)로부터 출사되는 레이저광을 패키지부(1)의 외부로 취출하는 기능을 갖고 있다. 그리고, 캡 글래스(6) 및 캡부(3)에 의해 패키지부(1) 내의 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 설치되는 영역(1a)이 기밀 밀봉되어 있다. 또한, 스템(2)은 본 발명의「지지부」의 일례이고, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)는 본 발명의「반도체 레이저 소자」의 일례이다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 스템(2)의 표면에는 산화 방지층으로서의 Ni/Au 도금층이 형성되어 있는 동시에, 캡부(3)의 내측 표면 및 외측 표면에는 산화 방지층으로서의 Ni 도금층이 형성되어 있다. 또한, 캡부(3)와 스템(2)과의 접합은 용접에 의해 행해지기 때문에, 캡부(3)와 스템(2)과의 접합 부분에는 용접부(10)가 형성되어 있다. 또한, 패키지부(1) 내의 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 설치되는 영역(1a)에는 수분 농도 5000 ppm 이하인 동시에, 산소 농도가 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기인 대기가 충전되어 기밀 밀봉되어 있다.
또한, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)는 도3에 도시한 바와 같이 광출사면(5a)인 전단부면에 약 105 ㎚의 두께를 갖는 동시에, SiO2로 이루어지는 반사율 약 10 ％의 유전체층(5b)이 형성되어 있다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 광출사면(5a)과는 반대측 면인 후단부면에는, 후단부면측으로부터 약 70 ㎚의 두께를 갖는 5개의 SiO2층(5d)과 약 43 ㎚의 두께를 갖는 5개의 TiO2층(5e)이 교대로 적층된 반사율 약 98 ％의 유전체층(5c)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 광출사면(5a)에 산화물로 이루어지는 유전체층(5b)을 형성하는 동시에, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 기밀 밀봉되는 패키지부(1) 내의 분위기를 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기로 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 본 발명에 따르면, 패키지부(1) 내의 분위기 중의 산소 농도가 5 ％ 미만이 되어 지나치게 낮아지는 것에 기인하여, 산화물로 이루어지는 유전체층(5b)으로부터 산소가 탈리하는 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 이 산소의 탈리에 의해 가속적으로 생기는 유전체층(5b)에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제할 수 있다. 또한, 패키지부(1) 내의 분위기 중의 수분 농도를 5000 ppm 이하로 하고 있기 때문에 유전체층(5b)에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다. 이 결과, 유전체층(5b)으로부터의 산소의 탈리 및 유전체층(5b)에 의한 수분의 흡수 및 흡착을 억제함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 특성 열화를 억제할 수 있으므로, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 특성 열화를 억제함으로써 질화물계 반도체 레이저 장치(20)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 공진기의 광출사면(5a) 및 후단부면에 각각 유전체층(5b 및 5c)을 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 반도체 레이저 소자의 공진기의 후단부면에만 유전체층을 형성하도록 해도 좋다. 이와 같은 구성의 반도체 레이저 소자는 저출력용에 이용할 수 있는 동시에, 전술과 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 스템(2)의 표면에 Ni/Au 도금층을 형성하고, 캡부(3)의 내측 표면에 Ni 도금층을 형성함으로써, 이들 Ni/Au 도금층 및 Ni 도금층이 산화 방지층으로서 기능하고, 스템(2) 및 캡부(3)의 내면의 산화를 억제할 수 있다. 이로 인해, 스템(2) 및 캡부(3)의 내면의 산화에 수반하는 패키지부(1) 내의 산소 농도의 저하를 억제할 수 있으므로, 산화물로 이루어지는 유전체층(5b)으로부터의 산소의 탈리를 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 이 결과, 산소의 탈리에 의해 가속적으로 생기는 유전체층(5b)에의 수반의 흡수 및 흡착을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 이들 산소의 탈리, 수분의 흡수 및 흡착에 의해 생기는 유전체층(5b)의 변질을 효과적으로 억제할 수 있고, 그 결과, 신뢰성이 보다 향상된 질화물계 반도체 레이저 장치(20)를 제공할 수 있다. 또한, 스템(2) 및 캡부(3)의 내며에 상관없이 패키지부(1) 내에 노출되는 방열 부재(2a) 및 다른 부재의 표면에도 Ni/Au 도금을 실시하는 등의 방법에 의해 산화 방지막을 형성함으로써 패키지부(1) 내의 산소 농도의 저하를 한층 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 캡부(3)와 스템(2)과의 접합부에 용접에 의한 용접부(10)를 형성함으로써 캡부(3)와 스템(2)과의 접합시에 접합 부분의 기밀성을 용이하게 유지할 수 있으므로, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 수납되는 패키지부(1)를 용이하게 기밀 밀봉할 수 있다. 이로 인해, 외부로부터 패키지부(1) 내로의 수분의 침입을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있으므로, 유전체층(5b)의 변질을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.
(반도체 장치의 제조 방법)
도4 내지 도9는 도1에 나타낸 일 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 다음에, 도1, 도2 및 도4 내지 도9를 참조하여, 본 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치(20)의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 도4에 도시한 웨이퍼(50)를 스트라이프 형상(가늘고 긴 형상)의 릿지부(rigde)(전류 통로부)(도시하지 않음)의 연장하는 방향(화살표 B 방향)과 수직인 방향(화살표 A 방향)을 따라 벽개함으로써, 도5에 도시한 복수의 바아 형상의 웨이퍼(51)를 형성한다. 구체적으로는, 우선 도4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(50)의 릿지부와 반대측 표면에 화살표 A 방향으로 연장하는 벽개용 홈부(52)를 형성한다. 이 벽개용 홈부(52)는 웨이퍼(50)의 화살표 A 방향의 한쪽 단부측으로부터 다른 쪽 단부측까지 연속적으로 연장하는 선형으로 형성하도록 해도 좋고, 웨이퍼(50)의 화살표 A 방향의 한쪽 단부측으로부터 다른 쪽 단부측까지 연장하는 파선형으로 형성하도록 해도 좋다. 또한, 벽개용 홈부(52)는 웨이퍼(50)의 화살표 A 방향의 한쪽 단부 및 다른 쪽 단부 근방에만 형성하도록 해도 좋다. 또한, 벽개용 홈부(52)는 웨이퍼(50)의 릿지부측 표면에 형성하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 벽개용 홈부(52)를 웨이퍼(50)의 화살표 B 방향으로 연장하는 릿지부 근방을 포함하지 않는 화살표 A 방향의 한쪽 단부측으로부터 다른 쪽 단부측까지 연장하는 파선형으로 형성하거나, 또는 웨이퍼(50)의 화살표 A 방향의 한쪽 단부 및 다른 쪽 단부 근방에 만 형성하도록 하면 좋다. 또한, 이 벽개용 홈부(52)는 화살표 B 방향으로 소정의 간격을 두고 복수 형성한다. 또한, 벽개용 홈부(52)는 다이아몬드 포인트, 레이저광 및 에칭 등 중 어느 하나에 의해 형성된다. 그리고, 롤러나 날 형상의 지그 등을 이용하여 웨이퍼(50)의 벽개용 홈부(52)를 따라 분할함으로써, 도5에 도시한 복수의 바아 형상의 웨이퍼(51)가 형성된다. 이 바아 형상의 웨이퍼(51)의 분할면은 전단부면(광출사면)(51a) 및 후단부면(51b)으로서 이용된다.
다음에, 도6에 도시한 바와 같이, 복수의 바아 형상의 웨이퍼(51)를 전단부면(광출사면)(51a)이 상방에 위치하는 상태에서 플라즈마 발생 장치(60)의 지지 대(61)에 배치한다. 이 플라즈마 발생 장치(60)로서는, 예를 들어 ECR(Electron Cyclotron Resonance : 전자 사이클로트론 공명) 플라즈마 성막 장치를 이용한다. 그리고, 플라즈마 발생 장치(60)의 내부에 질소 가스, 아르곤 가스 및 헬륨 가스 등의 불활성 가스를 도입하면서 ECR 플라즈마를 발생시킴으로써 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)을 클리닝한다. 또, 본 실시 형태에서는 질소 가스 분위기 중의 ECR 플라즈마에 있어서, 마이크로파 출력 약 500 W, 질소 가스 압력 약 5 × 10-2 ㎩의 조건에서 약 5시간 클리닝을 행하였다. 그 후, 동일한 플라즈마 발생 장치(60)에 있어서, 아르곤 가스 및 산소 가스를 도입하면서 ECR 플라즈마를 발생시킴으로써, 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)에 약 105 ㎚의 두께를 갖는 SiO2로 이루어지는 유전체층을 형성한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)의 클리닝과, 유전체층의 형성이 동일한 플라즈마 발생 장치(60)를 이용하여 연속해서 행해진다.
다음에, 마그네트론 스퍼터법 또는 EB 증착법 등에 의해, 복수의 바아 형상의 웨이퍼(51)의 후단부면(51b)에 SiO2층과 TiO2층을 교대로 적층함으로써 유전체층이 형성된다. 또한, 플라즈마 발생 장치(60)에 의해 복수의 바아 형상의 웨이퍼(51)의 후단부면(51b)을 클리닝하는 동시에, 유전체층을 형성하도록 해도 좋다.
다음에, 도7에 도시한 바아 형상의 웨이퍼(51)를 릿지부의 연장하는 방향(화살표 B 방향)을 따라 분할함으로써, 도8에 도시한 복수의 질화물계 반도체 레이저 소자(5)를 형성한다. 구체적으로는, 우선 도7에 도시한 바와 같이 바아 형상의 웨이퍼(51)의 릿지부와 반대측 또는 릿지부측 표면에 릿지부의 형성 영역을 사이에 두도록 화살표 B 방향으로 연장하는 분리용 홈부(53)를 형성한다. 이 분리용 홈부(53)는 바아 형상의 웨이퍼(51)의 화살표 B 방향의 한쪽 단부측으로부터 다른 쪽 단부측까지 연속적으로 연장하는 선형으로 형성하도록 해도 좋고, 바아 형상의 웨이퍼(51)의 화살표 B 방향의 한쪽 단부측으로부터 다른 쪽 단부측까지 연장하는 파선형으로 형성하도록 해도 좋다. 또한, 분리용 홈부(53)는 바아 형상의 웨이퍼(51)의 화살표 B 방향의 한쪽 단부 및 다른 쪽 단부 근방에만 형성하도록 해도 좋다. 또한, 이 분리용 홈부(53)는 화살표 A 방향으로 소정의 간격을 두고 릿지부마다 복수 형성되어 있다. 또한, 분리용 홈부(53)는 다이아몬드 포인트, 레이저광 및 에칭 등 중 어느 하나에 의해 형성되어 있다. 그리고, 롤러나 날 형상의 지그 등을 이용하여 바아 형상의 웨이퍼(51)의 분리용 홈부(53)를 따라 분할함으로써 도8에 도시한 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 형성된다.
다음에, 도9에 도시한 바와 같이 리드(7a)에 전기적으로 접속되는 스템(2)의 방열 부재(2a)에 히트 싱크(서브마운트)(4)를 AuSn 땜납을 이용하여 설치하는 동시에, 히트 싱크(4) 상에 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 한쪽 전극(도시하지 않음)을 AuSn 땜납을 이용하여 설치하고, 히트 싱크(4) 상의 전극(도시하지 않음)과 방열 부재(2a)를 와이어(도시하지 않음)로 접속함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자(5)와 리드(7a)가 전기적으로 접속된다. 이때, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 광출사면(5a)이 스템(2)과 반대측에 위치하도록 배치한다. 다음에, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 다른 쪽 전극(도시하지 않음)에 와이어(9)의 한쪽 단부를 접속하는 동시에, 와이어(9)의 다른 쪽 단부를 리드(7b)에 접속한다. 이에 의해, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)와 리드(7b)가 전기적으로 접속된다. 그 후, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착된 스템(2) 전체에 자외(UV)광을 약 30분간 조사한다. 이에 의해, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 상면에 부착되어 있는 부착물(11)을 광 분해에 의해 제거한다.
다음에, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착된 스템(2) 전체를 베이킹로(도시하지 않음) 내에 넣고 약 200 ℃에서 약 1시간 열처리를 행한다. 이때, 캡부(3)도 동일한 베이킹로 내에 넣고 약 200 ℃에서 약 1시간 열처리를 행한다. 그 후, 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기(대기) 중에서, 도2에 도시한 바와 같이 캡부(3)를 스템(2)에 용접한다. 이에 의해, 패키지부(1) 내의 분위기가 수분 농도 5000 ppm 이하의 대기(산소 농도 약 20 ％)에서 패키지부(1) 내에 기밀 밀봉된다. 이와 같이 하여, 도1에 나타낸 본 실시 형태에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치(20)가 제작된다.
본 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 캡부(3)를 스템(2)에 용접하기 전에, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착된 스템(2)을 베이킹로에서 열처리함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자(5)에 포함되는 수분 및 스템(2)에 포함되는 수분을 증발시킬 수 있으므로, 기밀 밀봉 후에 질화물계 반도체 레이저 소자(5)에 포함되는 수분 및 스템(2)에 포함되는 수분이 패키지부(1) 내의 분위기 중에 증발하는 것에 기인하여, 패키지부(1) 내의 분위기의 수분 농도가 5000 ppm을 넘게 되는 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 캡부(3)를 스템(2)에 용접하기 전에, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)가 장착된 스템(2)에 자외광을 조사함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자(5)에 부착물(11)이 부착되어 있는 경우라도 자외광의 조사에 의한 광 분해에 의해 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 상면에 부착된 부착물(11)이 제거되므로, 부착물(11)에 포함되는 수분 및 유기물이 패키지부(1) 내의 분위기 중에 휘발하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 패키지부(1) 내의 수분 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 수분 농도의 상승에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치(20)의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있는 동시에, 막의 형성에 의한 레이저광의 출력의 저하는 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 적어도 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a) 을 ECR 플라즈마에 의해 클리닝함으로써, 낮은 에너지를 갖는 플라즈마를 발생시키는 것에 의해 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)이 손상되는 것을 억제하면서 클리닝할 수 있다. 이에 의해, 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)에 부착된 산화물 및 오염물 등을 제거할 수 있으므로, 전단부면(51a)에서의 광의 흡수가 억제된다. 그 결과, 질화물계 반도체 레이저 소자(5)의 COD(Catastrophic Optical Damage : 광학 손상) 레벨의 저하를 억제할 수 있으므로, 질화물계 반도체 레이저 장치(20)를 고출력화할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)의 클리닝과, SiO2로 이루어지는 유전체층의 형성을 연속해서 행함으로써, 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)이 클리닝 후에 대기에 노출되는 것에 기인하여 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)이 오염되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 질소 가스, 아르곤 가스 및 헬륨 가스 등의 불활성 가스를 도입하면서 ECR 플라즈마를 발생시킴으로써, 바아 형상의 웨이퍼(51)의 전단부면(51a)을 클리닝하는 것에 의해 바아 형상의 웨이퍼(5)의 전단부면(51a)에 부착된 산화물 및 오염물 등을 효과적으로 제거할 수 있다. 또, 질화물계 반도체 레이저 소자에 대해서는, 플라즈마 클리닝의 분위기는 질소 가스가 더 바람직하다. 이것은 반도체 레이저 소자를 구성하는 원소와 동일한 N(질소)를 이용하여 클리닝함으로써, 클리닝 중에 전단부면(51a)으로부터 N(질소)가 탈리하는 것을 억제할 수 있기 때문이라 판단된다.
다음에, 상기 실시 형태의 효과를 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, 질화물계 반도체 레이저 장치(20)에 미치는 패키지부(1) 내의 분위기 중의 수분 농도의 영향을 확인하기 위해, 수분 농도를 다양하게 바꾸어 동작 전류의 경시 변화를 측정하였다. 도10 및 도11은, 각각 도1에 나타낸 실시 형태에 대응하는 제1 실시예 및 제2 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경과 시간과의 관계를 나타낸 상관도이다. 또한, 도12 및 도13은 각각 제1 비교예 및 제2 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경시 시간과의 관계를 나타낸 상관도이다. 도10 내지 도13의 상관도의 횡축은 경과 시간(h)을 나타내고 있다. 또한, 도10 내지 도13의 상관도의 종축은 동작 전류(㎃)를 나타내고 있다. 즉, 도10 내지 도13은 질화물계 반도체 레이저 장치를 동작시킨 경우에 있어서의 동작 전류의 경시 변화를 나타내고 있다. 또한, 수분 농도 이외의 조건은 제1 실시예, 제2 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 모두 동일 조건으로 하였다. 즉, 반도체 레이저 소자는 모두 질화물계 반도체 레이저 소자를 이용하고, 패키지부 내의 분위기는 모두 대기로 하였다. 또한, 캡부를 스템에 용접하기 전에는 모두 자외광을 약 30분간 조사했다. 또, 수분 농도는, 제1 실시예(도10 참조)에서는 2500 ppm, 제2 실시예(도11 참조)에서는 5000 ppm, 제1 비교예(도12 참조)에서는 5500 ppm 및 제2 비교예(도13 참조)에서는 10000 ppm으로 하였다. 또한, 제1 실시예 및 제2 실시예에서는 각각 5개의 질화물계 반도체 레이저 장치를 제작하여 각 질화물계 반도체 레이저 장치마다 측정을 행하고, 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 각각 3개의 질화물계 반도체 레이저 소자를 제작하여 각 질화 물계 반도체 레이저 장치마다 측정을 행하였다.
또, 수분 농도의 측정은 발저스사(독일)제의 사중극 질량 분석 장치(형 번호 : QMG421C형)를 이용하여 행하였다. 이 사중극 질량 분석 장치에는 샘플 챔버 및 구멍 형성 장치 등이 구비되어 있다. 그리고, 질화물계 반도체 레이저 장치를 샘플 챔버 내에 삽입한 후 샘플 챔버 내를 진공으로 하고, 구멍 형성 장치에 의해 질화물계 반도체 레이저 장치에 구멍을 뚫어 패키지부 내의 가스를 방출하였다. 그 후, 사중극 질량 분석 장치에 방출된 가스를 도입하고, 수분 농도의 측정을 행하였다.
도10 내지 도13에 나타낸 측정 결과로부터, 수분 농도가 높아지는 것에 수반하여, 1000시간 경과 후의 동작 전류치가 커지는 경향이 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 제1 실시예의 수분 농도 2500 ppm의 질화물계 반도체 레이저 장치에서는, 도10에 도시한 바와 같이 1000시간 경과 후의 동작 전류치의 상승은 거의 볼 수 없었다. 또한, 제2 실시예의 수분 농도 5000 ppm의 질화물계 반도체 레이저 장치에서는 도11에 도시한 바와 같이 1000시간 경과 후의 동작 전류치는 매우 조금 상승했다. 이에 대해, 제1 비교예에 의한 수분 농도 5500 ppm의 질화물계 반도체 레이저 장치에서는, 도12에 도시한 바와 같이 제2 실시예(도11)의 수분 농도 5000 ppm의 질화물계 반도체 레이저 장치에 비해, 1000시간 경과 후의 동작 전류치의 상승 정도는 커지고 있는 것이 판명되었다. 또한, 수분 농도 10000 ppm의 제2 비교예의 질화물계 반도체 레이저 장치에서는, 도13에 도시한 바와 같이 제1 비교예(도12)에 비해, 1000시간 경과 후의 동작 전류치의 상승 정도는 보다 커지고 있는 것이 판명 되었다.
도14는 질화물계 반도체 레이저 소자의 수분 농도와 전류 상승률과의 관계를 나타낸 상관도이다. 구체적으로는, 상기 도10 내지 도13의 결과에 대해 전류 상승률(％)을 산출하고, 그 산출한 전류 상승률과 수분 농도와의 관계를 나타냈다. 또한, 도14에 있어서의 전류 상승률(％)은 도10 내지 도13에 있어서 질화물계 반도체 레이저 소자를 동작시킨 직후의 동작 전류와, 1000시간 경과 후의 동작 전류와의 차를 각 측정마다 백분율로 나타내고, 각각의 수분 농도에 있어서의 각 측정의 평균치로 나타냈다. 또한, 전류 상승률(％)의 허용 범위는 10 ％ 이하로 하였다.
도14에 나타낸 측정 결과로부터, 질화물계 반도체 레이저 장치의 패키지부 내의 수분 농도는 5000 ppm 이하인 경우에 전류 상승률이 허용 범위인 10 ％ 이하가 되는 동시에, 수분 농도가 5000 ppm으로부터 5500 ppm이 될 때에 전류 상승률이 급격하게 증가하는 것이 판명되었다. 이것은 이하의 이유에 따른다고 생각된다. 즉, 수분 농도가 5000 ppm을 넘으면, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 형성된 유전체층에 수분의 흡수 및 흡착이 생기고, 이에 의해 유전체층의 변질이 가속되는 동시에, 질화물계 반도체 레이저 소자의 열화도 가속되기 때문에 전류 상승률이 높아진 것으로 생각된다. 도14에 나타낸 측정 결과로부터, 유전체층을 산화물(SiO2)로 구성하고, 패키지부 내의 분위기를 대기 분위기(산소 농도 약 20 ％)로 하고, 패키지부 내의 수분 농도를 5000 ppm 이하로 함으로써 질화물계 반도체 레이저 장치의 수명이 길어지고, 그 결과 신뢰성이 향상되는 것을 확인할 수 있었 다.
다음에, 질화물계 반도체 레이저 소자의 유전체층으로부터의 산소의 탈리를 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, 수분 농도 및 산소 농도를 다양하게 바꾼 질화물계 반도체 레이저 장치를 이용하여 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 형성된 유전체층의 관찰을 행하였다. 또한, 유전체층의 관찰은 질화물계 반도체 레이저 장치를 50 ㎽의 출력으로 약 100시간 동작시킨 후, 광학 현미경을 이용하여 유전체층의 색의 변화를 눈으로 관찰하였다. 또, 산소 농도는 0 ％, 2 ％, 5 ％, 10 ％, 20 ％ 및 30 ％의 6조건으로 하고, 수분 농도는 2500 ppm, 5000 ppm 및 10000 ppm 의 3조건으로 하였다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 형성된 유전체층으로부터 산소가 탈리함으로써 유전체층의 색이 변색한다고 생각되기 때문에, 유전체층의 변색에 의해 산소의 탈리가 발생하고 있다고 판단하였다. 또한, 본 관찰에서는 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면(광출사면)의 유전체층만 변색 유무의 관찰을 행하였다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 장치의 패키지부 내의 산소 농도의 측정은 상기 수분 농도의 측정과 동일한 방법으로 행하였다. 그 결과를 이하의 표1에 나타낸다.
[표1]
산소 농도(％)
0 2 5 10 20 30
수분 농도 (ppm) 2500 × × ○ ○ ○ ○
5000 × × ○ ○ ○ ○
10000 × × △ △ △ △
○ : 변색 없음, △ : 변색 없음(변질 있음), × : 변색 있음
상기 표1 중의 ○표는, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 형성된 유전체층의 변색이 없는 것을 나타내고 있고, ×표는 유전체층의 변색이 있는 것을 나타내고 있다. 또한, △표는 유전체층의 변색은 없는 한편, 상기 도13의 결과로부터 전류 상승률이 크기 때문에 유전체층의 변질이 있다고 생각되는 것을 나타내고 있다.
상기 표1에 나타낸 바와 같이, 어떠한 수분 농도에 있어서도 광학 현미경에 의한 육안 관찰에서는, 산소 농도 5 ％ 이상에서 유전체층의 변색은 확인할 수 없었다. 이로 인해, 패키지부 내의 분위기 중의 산소 농도를 5 ％ 이상으로 함으로써, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 억제 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또, 수분 농도 10000 ppm의 질화물계 반도체 레이저 장치에서는 산소 농도 5 ％ 이상에서 유전체층의 변색은 확인할 수 없는 한편, 전류 상승이 현저했기 때문에 유전체층의 변질은 생기는 것이라 생각된다. 이로 인해, 표1에 나타낸 결과를 기초로 하면, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 형성된 유전체층의 열화를 억제하기 위해서는, 패키지부 내의 분위기는 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기인 것이 필요한 동시에, 수분 농도도 5000 ppm 이하인 것이 필요하다고 생각된다.
다음에, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 설치된 유전체층으로부터의 산소의 탈리에 의한 영향을 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, 패키지부 내의 분위기를, 수분 농도 5000 ppm의 산소를 포함하지 않는 질소 분위기로 한 질화물계 반도체 레이저 장치를 제작하고, 동작 전류의 경시 변화를 측정하였다. 도15는 제3 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치의 동작 전류와 경과 시간과의 관계를 나타낸 상관도이다. 도15의 상관도의 횡축은 도10 내지 도13과 마찬가지로 경과 시간(h)을 나타내고 있다. 또한, 도15의 상관도의 종축은 도10 내지 도13과 마찬가지로 동작 전류(㎃)를 나타내고 있다. 도15에서는 밀봉 분위기는 질소(산소 농도 0 ％)이기 때문에, 상기 표1의 결과로부터 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 발생하는 것이라 생각된다.
도15에 나타낸 측정 결과로부터, 밀봉 분위기를 질소로 한 경우에는, 도10 내지 도13의 밀봉 분위기를 대기(산소 농도 약 20 ％)로 한 경우에 비해, 시간의 경과에 수반하는 동작 전류의 상승 정도는 매우 커지는 것이 판명되었다. 이것으로부터, 밀봉 분위기를 산소를 포함하지 않는 질소 분위기로 한 경우에는, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 많은 것에 의해 질화물계 반도체 레이저 장치의 신뢰성이 현저하게 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
다음에, 패키지부 내의 분위기가 산소를 포함하지 않는 질소 분위기인 경우의 발진 파장과 광출력과의 관계를 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, 다른 발진 파장의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 장치를 제작하고, 패키지부 내의 분위기가 산소를 포함하지 않는 질소 분위기인 경우의 다양한 광출력에서의 유전체층으로부터의 산소의 탈리를 관찰하였다. 관찰 방법은 상기 표1과 같다. 즉, 반도체 레이저 장치를 약 100시간 동작시킨 후, 광학 현미경을 이용하여 유전체층의 변색의 유무를 눈으로 관찰하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.
[표2]
밀봉 분위기 : 질소
발진 파장(㎚)
405 650 780
광출력(㎽) 5 × ○ ○
10 × ○ ○
30 × ○ ○
50 × × ○
○ : 변색 없음, × : 변색 있음
상기 표2에 나타낸 바와 같이, 발진 파장은 405 ㎚, 650 ㎚ 및 780 ㎚의 3조건으로 하고, 광출력은 5 ㎽, 10 ㎽, 30 ㎽ 및 50 ㎽의 4조건으로 하였다. 또한, 패키지부 내의 수분 농도는 모두 5000 ppm으로 하였다. 또한, 표2 중의 ○표는 유전체층의 변색이 없는 것을 나타내고 있고, ×표는 유전체층의 변색이 있는 것을 나타내고 있다. 상기 표2에 나타낸 바와 같이, 패키지부 내의 분위기가 산소를 포함하지 않는 질소 분위기인 경우, 발진 파장 405 ㎚의 청자색 레이저광을 출사하는 질화물계 반도체 레이저 장치에서는, 어떠한 광출력(5 ㎽, 10 ㎽, 30 ㎽ 및 50 ㎽)에서도 유전체층의 변색이 확인되고, 산소의 탈리가 발생하는 것이 확인되었다. 또한, 패키지부 내의 분위기가 산소를 포함하지 않는 질소 분위기인 경우, 발진 파장 650 ㎚의 적색 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 장치에서는, 광출력이 낮은 경우(5 ㎽, 10 ㎽)에는 유전체층의 변색은 확인되지 않고, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 발생하고 있지 않은 한편, 광출력 높은 경우(30 ㎽ 및 50 ㎽)에는 유전체층의 변색이 확인되고, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 발생하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 패키지부 내의 분위기가 산소를 포함하지 않는 질소 분위 기인 경우, 발진 파장 780 ㎚의 적외 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 장치에서는 어떠한 광출력(5 ㎽, 10 ㎽, 30 ㎽ 및 50 ㎽)에서도 유전체층의 변색이 확인되지 않고, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 발생하고 있지 않은 것이 확인되었다.
이들의 결과로부터, 반도체 레이저 소자로서, 발진 파장 405 ㎚의 청자색 레이저광을 출사하는 질화물계 반도체 레이저 소자를 이용한 경우에는, 패키지부 내의 산소 농도가 0 ％(질소 분위기)일 때에는 광출력이 5 ㎽로 낮을 때라도 유전체층이 산소의 탈리가 발생하는 것이 판명되었다. 이에 의해, 발진 파장 405 ㎚의 청자색 레이저광을 출사하는 질화물계 반도체 레이저 소자는 발진 파장 650 ㎚의 적색 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 장치 및 발진 파장 780 ㎚의 적외 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 장치에 비해, 유전체층으로부터의 산소의 탈리가 발생하기 쉬운 것을 알 수 있다. 이 이유로서는, 질화물계 반도체 레이저 소자로부터 출사되는 발진 파장 405 ㎚의 청자색 레이저광은, 발진 파장 650 ㎚의 적색 레이저광 및 발진 파장 780 ㎚의 적외 레이저광에 비해 큰 광에너지를 갖고 있기 때문이라 생각된다. 따라서, 상술한 실시 형태와 같이, 패키지부 내의 분위기를 5000 ppm 이하의 수분 농도에서 5 ％ 이상의 산소 농도 분위기로 함으로써 산화물로 이루어지는 유전체층으로부터의 산소의 탈리를 억제하는 것은, 질화물계 반도체 레이저 장치에 특히 유효하다고 판단된다.
여기서, 반도체 레이저 소자에 요구되는 특성에 대해 설명한다. 최근, 광디스크로의 데이터의 기록에 대해서는 기록 속도 및 기록 용량의 향상이 요구되고 있 다. 그리고, 기록 속도의 향상을 위해서는, 광디스크로의 데이터의 기록 시간을 단축할 필요가 있는 동시에, 기록 용량의 향상을 위해서는 광디스크의 다층화가 필요하다. 어떠한 경우에 있어서도, 광원이 되는 반도체 레이저 소자의 고출력화가 요구된다. 도16은 청자색 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 소자를 광원에 이용한 광디스크 장치의 기록 속도와, 반도체 레이저 소자의 광출력과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다. 기록 속도 및 기록 용량을 향상시키기 위해, 광디스크에 데이터를 2층 4배속으로 기록하기 위해서는, 도16에 도시한 바와 같이 약 200 ㎽의 광출력이 요구된다. 또한, 반도체 레이저 소자로부터 약 200 ㎽의 광출력을 얻기 위해서는, 약 250 ㎽ 내지 약 300 ㎽의 COD(Catastrophic Optical Damage : 광학 손상) 레벨이 요구된다.
다음에, 유전체층을 형성하기 전에 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면(광출사면) 및 후단부면을 ECR 플라즈마에 의해 클리닝한 경우의 효과를 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, ECR 플라즈마에 의한 클리닝의 영향을 확인하기 위해, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제3 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치와, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치와, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면을 클리닝하지 않은 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치를 제작하였다. 또한, 패키지부 내의 분위기는 모두 수분 농도 5000 ppm의 대기로 하였다. 또한, 캡부를 스템에 용접하기 전에는 모두 자외광을 약 30분간 조사하였다.
우선, 제작한 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 광출력 60 ㎽, 패키지부의 온도 70 ℃, 패키지부 내의 분위기의 수분 농도 5000 ppm의 조건에서 350시간의 통전을 행하고, 제3 내지 제5 실시예에 있어서의 COD 레벨을 측정하였다. 그 측정 결과가 도17에 나타난다. 도17에 나타낸 측정 결과로부터, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제3 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치 및 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 350시간의 통전 후에 있어서도 COD 레벨이 300 ㎽ 이상이었다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제3 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 비해 약간 높은 COD 레벨이었다. 그 반면, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면을 클리닝하지 않았던 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 350시간의 통전 후에 있어서 COD 레벨이 100 ㎽ 이하였다. 이것으로부터, ECR 플라즈마에 의한 클리닝을 행함으로써, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 또는 후단부면의 산화물 및 오염물 등이 제거되는 것에 의해 전단부면 또는 후단부면에 있어서 광의 흡수가 억제되므로 COD 레벨의 저하가 억제되고 있다고 생각된다.
다음에, 제작한 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 광출력 20 ㎽ 내지 200 ㎽, 패키지부의 온도 70 ℃, 패키지부 내의 분위기의 수분 농도 5000 ppm의 조건에서 100시간의 통전을 행하고, 질화물계 반도체 레 이저 소자의 각 광출력에 대한 100시간 통전 후의 전류 상승률을 측정하였다. 그 측정 결과가 도18에 나타난다. 도18에 나타낸 측정 결과로부터, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제3 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치 및 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 광출력 200 ㎽에서 100시간 통전 후의 전류 상승률이 10 ％ 이하였다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제3 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 비해 약간 낮은 전류 상승률이었다. 그 반면, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면을 클리닝하지 않은 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 광출력 150 ㎽에서 100시간 통전 후에 질화물계 반도체 레이저 소자가 COD에 의해 손상되었다. 이것으로부터, 질화물계 반도체 레이저 소자의 COD 레벨의 저하를 억제함으로써, 질화물계 반도체 레이저 장치를 고출력화할 수 있다고 생각된다. 따라서, 패키지부 내의 분위기의 수분 농도를 5000 ppm으로 한 경우에, 적어도 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면에 ECR 플라즈마에 의해 클리닝을 행한 제3 및 제4 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치를 이용함으로써 약 200 ㎽의 광출력이 요구되는 2층 4배속으로 광디스크에 데이터를 기록하는 것이 가능한 광디스크 장치를 얻을 수 있다고 생각된다.
다음에, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 클리닝 및 패키지부 내의 분위기 중의 수분 농도의 영향을 확인하기 위해 행한 실험에 대해 설명한다. 이 실험에서는, 상기 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치와 달리, 패키지부 내의 분위기 중의 수분 농도가 5500 ppm인 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치를 제작하였다. 또한, 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치를 제작하였을 때의 수분 농도 이외의 조건은, 각각 제3 내지 제5 실시예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치와 같다. 그리고, 제작한 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 광출력 60 ㎽, 패키지부의 온도 70 ℃, 패키지부 내의 분위기의 수분 농도 5500 ppm의 조건에서 350시간의 통전을 행하고, 제4 내지 제6 비교예에 있어서의 COD 레벨을 측정하였다. 그 측정 결과가 도19에 나타난다. 도19에 나타낸 측정 결과로부터, 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 모두 100시간의 통전 후에 있어서 COD 레벨이 200 ㎽ 이하였다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제4 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제5 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 비해 약간 높은 COD 레벨이었다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면을 클리닝하지 않았던 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제5 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 비해 낮은 COD 레벨이었다. 이것으로부터, ECR 플라즈마에 의한 클리닝을 행함으로써 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 또는 후단부면의 산화물 및 오염물 등이 제거되는 경우에도, 패키지부 내의 분위기 중의 수분 농도가 5000 ppm보다도 높은 것 에 기인하여 유전체층에 의한 수분의 흡수 및 흡착이 발생함으로써 전단부면 또는 후단부면에 있어서 광이 흡수되므로 COD 레벨이 저하된다고 판단된다.
다음에, 제작한 제4 내지 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치에 있어서, 광출력 20 ㎽ 내지 200 ㎽, 패키지부의 온도 70 ℃, 패키지부 내의 분위기의 수분 농도 5500 ppm의 조건에서 100시간의 통전을 행하고, 질화물계 반도체 레이저 소자의 각 광출력에 대한 100시간 통전 후의 전류 상승률을 측정하였다. 그 측정 결과가 도20에 나타난다. 도20에 나타난 측정 결과로부터, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면의 양방을 클리닝한 제4 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치 및 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면만을 클리닝한 제5 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 광출력 200 ㎽에서 100시간 통전 후에 질화물계 반도체 레이저 소자가 COD에 의해 손상되었다. 또한, 질화물계 반도체 레이저 소자의 전단부면 및 후단부면을 클리닝하지 않은 제6 비교예에 의한 질화물계 반도체 레이저 장치는 광출력 100 ㎽에서 100시간 통전 후에 질화물계 반도체 레이저 소자가 COD에 의해 손상되었다. 이것으로부터, 패키지부 내의 수분 농도가 5000 ppm을 넘는 경우에는, ECR 플라즈마에 의한 클리닝 처리의 유무에 관계없이, 질화물계 반도체 레이저 소자의 COD 레벨이 저하됨으로써 질화물계 반도체 레이저 장치를 고출력화하는 것이 곤란하다고 생각된다. 따라서, ECR 플라즈마에 의한 클리닝 처리는 패키지부 내의 수분 농도가 5000 ppm 이하의 조건에서 유효하게 기능한다고 생각된다.
본 발명은 본 실시 형태에 기재된 것 이외에도 취지를 일탈하지 않는 다른 실시 형태도 포함한다. 본 실시 형태는 발명의 설명을 하는 것이며, 그 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 범위는 클레임의 기재에 의해 나타나는 것이며, 명세서의 기재에 의해 나타나는 것은 아니다. 따라서, 발명은 클레임의 균등한 범위 내에 있어서의 의미나 범위를 포함하는 모든 형태를 포함한다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 본 발명의 반도체 레이저 소자의 일례로서 질화물계 반도체 레이저 소자에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 질화물계 반도체 레이저 소자 이외의 반도체 레이저 소자에 적용해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 광출사면(5a)인 전단부면과, 광출사면(5a)과는 반대측 면인 후단부면에 각각 산화물로 이루어지는 유전체층(5b 및 5c)을 형성하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 광출사면인 전단부면과, 광출사면과는 반대측 면인 후단부면 중 어느 한쪽에만 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 히트 싱크(서브마운트)로서 AlN을 이용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, AlN 이외의 재료를 이용하여 히트 싱크(서브마운트)를 구성하도록 해도 좋다. AlN 이외의 재료로서는, 예를 들어 SiC, 다이아몬드, Si, Cu, Al, CuW 등이 고려된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 철제의 스템이 코바르(Fe-29 ％Ni-17 ％Co합금)로 이루어지는 캡부를 접합한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 스템 및 캡부는 각각 철 및 코바르(Fe-29 ％Ni-17 ％Co합금) 이외의 재료를 이용하도 록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 스템의 표면에 Ni/Au 도금층을 형성하는 동시에, 캡부의 내측 표면 및 외측 표면에 Ni 도금층을 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 스템 및 캡부의 표면의 산화를 억제할 수 있으면, 스템의 표면에는 Ni/Au 도금층 이외의 Au 도금층 및 Ni 도금층 등을 형성하는 동시에, 캡부의 내측 표면 및 외측 표면에는 Ni 도금층 이외의 Au 도금층 및 Ni/Au 도금층 등을 형성하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 질화물계 반도체 레이저 소자의 단부면에 형성하는 유전체층으로서 SiO2 및 TiO2를 이용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 산화물로 이루어지는 유전체층이면 SiO2 및 TiO2 이외의 재료를 이용하도록 해도 좋다. SiO2 및 TiO2 이외의 재료로서는, 예를 들어 Al2O3, ZrO2, Ta2O5, Nb2O5 및 La2O3 등이 고려된다. 또한, Ti3O5 및 Nb2O3 등의 이들과 금속과 산소의 조성 비율이 다른 산화물 등이 고려된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 1층의 유전체층을 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 질화물계 반도체 레이저 소자의 광출사면에 다층 구조의 유전체층을 형성해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 패키지부 내의 분위기로서 대기를 이용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 산소 농도가 5 ％ 이상이면 대기 이외의 산소 함유 분위기를 이용하도록 해도 좋다. 대기 이외의 산소 함유 분위기로서 는, 예를 들어 N2와 O2와의 혼합 가스, 그 밖의 불활성 가스와 O2와의 혼합 가스 등이 고려된다.
본 발명에 따르면, 반도체 레이저 소자의 단부면에 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층 변질에 기인하는 출력의 저하 및 신뢰성의 저하를 억제하는 것이 가능한 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 반도체 레이저 장치이며,
    적어도 광출사면에 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층을 갖는 반도체 레이저 소자와,
    상기 반도체 레이저 소자가 기밀 밀봉되는 패키지부를 포함하여 이루어지고,
    상기 패키지부 내의 분위기는 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기인 반도체 레이저 장치.
  2. 광출사면에는 형성되지 않고 상기 광출사면과는 반대측의 후단부면에만 형성된 산화물로 이루어지는 유전체층을 갖는 반도체 레이저 소자와,
    상기 반도체 레이저 소자가 기밀 밀봉되는 패키지부를 포함하여 이루어지고,
    상기 패키지부 내의 분위기는 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기인 반도체 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산소 함유 분위기 중의 산소 농도는 5 ％ 이상인 반도체 레이저 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 분위기 중의 산소 농도는 5 ％ 이상인 반도체 레이저 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패키지부는 상기 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 상기 지지부에 접합되는 동시에 상기 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고,
    상기 지지부의 표면 및 상기 캡부의 내측 표면에는 산화 방지층이 형성되어 있는 반도체 레이저 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 패키지부는 상기 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 상기 지지부에 접합되는 동시에 상기 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고,
    상기 지지부의 표면 및 상기 캡부의 내측 표면에는 산화 방지층이 형성되어 있는 반도체 레이저 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패키지부는 상기 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 상기 지지부에 접합되는 동시에 상기 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고,
    상기 캡부와 상기 지지부와의 접합부에는 용접 접합에 의한 용접부가 형성되어 있는 반도체 레이저 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 패키지부는 상기 반도체 레이저 소자를 지지하기 위한 지지부와, 상기 지지부에 접합되는 동시에 상기 반도체 레이저 소자를 기밀 밀봉하기 위한 캡부를 포함하고,
    상기 캡부와 상기 지지부와의 접합부에는 용접 접합에 의한 용접부가 형성되어 있는 반도체 레이저 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자는 질화물계 반도체 레이저 소자인 반도체 레이저 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자는 질화물계 반도체 레이저 소자인 반도체 레이저 장치.
  11. 반도체 레이저 장치의 제조 방법이며,
    적어도 반도체 레이저 소자의 광출사면에 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정과,
    상기 반도체 레이저 소자를 지지부에 설치하는 공정과,
    상기 반도체 레이저 소자가 설치된 상기 지지부에 자외광을 조사하는 공정과,
    그 후에, 상기 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기에서 기밀 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 기밀 밀봉하는 공정은 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기에서 행해지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정에 앞서, 적어도 상기 반도체 레이저 소자의 광출사면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 더 포함하는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  14. 반도체 레이저 장치의 제조 방법이며,
    반도체 레이저 소자의 광출사면에는 형성하지 않고 상기 광출사면과는 반대측의 후단부면에만 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정과,
    상기 반도체 레이저 소자를 지지부에 설치하는 공정과,
    상기 반도체 레이저 소자가 설치된 상기 지지부에 자외광을 조사하는 공정과,
    그 후에, 상기 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 수분 농도 5000 ppm 이하의 산소 함유 분위기에서 기밀 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자를 캡부에 의해 기밀 밀봉하는 공 정은 산소 농도 5 ％ 이상의 산소 함유 분위기에서 행해지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 산화물로 이루어지는 유전체층을 형성하는 공정에 앞서, 상기 반도체 레이저 소자의 광출사면과는 반대측의 후단부면을 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정을 더 포함하는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정은 불활성 가스의 분위기 중에서 행해지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 클리닝하는 공정은 불활성 가스의 분위기 중에서 행해지는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009088066A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Panasonic Corp 半導体装置
CN103907249B (zh) * 2011-11-30 2015-02-25 松下电器产业株式会社 氮化物半导体发光装置
US8976825B1 (en) * 2014-01-13 2015-03-10 Richard Redpath Heat sink mount for laser diode
US10431955B2 (en) * 2014-04-25 2019-10-01 Lmd Power Of Light Corp Laser core having conductive mass electrical connection
US10333270B2 (en) * 2015-11-18 2019-06-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical module and method for manufacturing the optical module
JP6624899B2 (ja) * 2015-11-18 2019-12-25 住友電気工業株式会社 光モジュール及び光モジュールの製造方法
JP6339652B1 (ja) * 2016-12-07 2018-06-06 日機装株式会社 光半導体装置の製造方法
US20200182445A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-11 Richard Redpath Optical mount and heat separator apparatus
CA3127651A1 (en) * 2019-02-02 2020-08-06 Nuburu, Inc. High reliability, high power, high brightness blue laser diode systems and methods of making the same
EP4101036A4 (en) * 2020-02-03 2024-04-17 Nuburu Inc LONG LIFE LASER DIODE PACKAGING

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5392305A (en) * 1993-07-14 1995-02-21 Corning Incorporated Packaging of high power semiconductor lasers
US6393035B1 (en) * 1999-02-01 2002-05-21 Gigatera Ag High-repetition rate passively mode-locked solid-state laser
US7110425B2 (en) * 2002-04-03 2006-09-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser module and production process thereof
US20060045159A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Honeywell International Inc. System and method for maintaining a purity level of a lasing gas
US7790484B2 (en) * 2005-06-08 2010-09-07 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing laser devices

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