JP6928199B1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

半導体レーザ装置（１００）は、底板部（４５）、底板部（４５）の表面から突出した凸部（４６）を備えたサブマウント（３０）と、サブマウント（３０）に接合された半導体レーザ（１）と、を備えている。半導体レーザ（１）は、半導体基板（２）と、半導体基板（２）の表面に形成された、活性層（５）を含む半導体構造部（３）と、第一電極（８）と、第二電極（９）と、を備えている。半導体レーザ（１）における凸部（４６）に対向する側面及び第二電極（９）が、それぞれ凸部（４６）における半導体レーザ（１）に対向する側面及び底板部（４５）の表面に接合部材（４０）により接合されている。凸部（４６）の側面と半導体レーザ（１）の側面とを接合している接合部材（４０）は、凸部（４６）が突出している方向であるｚ方向の端部が、半導体レーザ（１）の半導体基板（２）の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。

Description

本願は、半導体レーザ装置に関するものである。

一般的に半導体レーザ装置は、チップ状の半導体レーザがサブマウントに接合されている。半導体レーザ装置は、例えば−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲で動作することを求められる場合がある。−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲で動作させるために、一般的な半導体レーザ装置は、動作中の半導体レーザ装置を冷却するペルチェクーラー等の温度調整機構と共に缶パッケージ等のパッケージに搭載されたり、他の光学部品と共にモジュール化された光モジュールに搭載されたりしている。パッケージ化された半導体レーザ装置又は半導体レーザ装置を搭載した光モジュールを小型にする等のために、温度調整機構による温度調整を必要としない、いわゆるアンクールド動作が可能な半導体レーザ装置が要求される場合がある。

広範な温度範囲でアンクールド動作が可能な半導体レーザ装置を実現するためには、半導体レーザにより発生された熱を温度調整機構がなくても十分に放熱する必要があり、放熱性を向上する必要がある。特許文献１には、放熱性を向上させるために、絶縁性基板に形成された窒化物半導体レーザが、内面に金属が形成された支持体（サブマウント）の凹部に挿入されている半導体レーザ装置が開示されている。特許文献２には、第一サブマウント部とエポキシ樹脂で接着された第二サブマウント部を有し、断面形状がＬ字型のサブマウントに、第二サブマウント部の側面に形成されたプリント配線及び第一サブマウント部の表面に形成されたプリント配線がそれぞれ第一電極及び第二電極に半田パターンを介して接続するように半導体レーザが搭載された半導体レーザ装置が開示されている。

特開平１０-２２５７０号公報（図３） 特開２０１９-２１２８５９号公報（図１４）

特許文献１の半導体レーザ装置は、サブマウントの凹部における底面と側面の底面側にて半導体レーザが接続されており、半導体レーザの側面からサブマウントの凹部の側面への十分な放熱ができていない。このため、特許文献１の半導体レーザ装置は、広範な温度範囲でアンクールド動作を行うことが困難である。

特許文献２の半導体レーザ装置における半導体レーザは、活性層を含むリッジの最上層であるコンタクト層に接続されると共に半導体基板の側面及び裏面に延伸して配置された第一電極と、半導体基板の裏面に形成された第二電極とを備えており、リッジのコンタクト層に接続された第一電極とサブマウントとをワイヤを用いずに接続するワイヤボンディングレスの半導体レーザである。半導体基板の裏面に形成された第二電極は、絶縁膜で覆われた凸部により側面から延伸した第一電極と絶縁されている。特許文献２の半導体レーザ装置において、半導体レーザの裏面からの放熱は、凸部に挟まれて１／３程度に狭くなった第二電極から半田パターンを介して第一サブマウント部への経路により主に行われる。また、半導体レーザの側面からの放熱は、１／３程度に狭くなった窪みに配置された第一電極から半田パターンを介して第二サブマウント部への経路により主に行われる。また、第一サブマウント部と第二サブマウント部とは、エポキシ樹脂によって絶縁されている。したがって、特許文献２の半導体レーザ装置は、半導体レーザの側面から第二サブマウント部を経由した体積の大きい第一サブマウント部への十分な放熱ができていない。このため、特許文献２の半導体レーザ装置は、広範な温度範囲でアンクールド動作を行うことが困難である。

本願明細書に開示される技術は、広範な温度範囲でアンクールド動作が可能な半導体レーザ装置を実現することを目的とする。

本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、底板部、底板部の表面から突出した凸部を備えたサブマウントと、サブマウントに接合された半導体レーザと、を備えている。半導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の表面に形成された、出射端面から出射する光が生成される活性層を含む半導体構造部と、半導体構造部における半導体基板と反対側の表面に形成された第一電極と、半導体基板の裏面に形成された第二電極と、を備えている。半導体レーザにおける凸部に対向する側面及び第二電極が、それぞれ凸部における半導体レーザに対向する側面及び底板部の表面に接合部材により接合されている。凸部が底板部の表面から突出している方向をｚ方向とし、接合部材は、凸部の側面と半導体レーザの側面とを接合している部分におけるｚ方向の端部が、半導体レーザの半導体基板の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。サブマウントは、凸部におけるｚ方向の端部が、半導体レーザの第一電極の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。

本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、半導体レーザの側面及び裏面側の第二電極とこれらに対向するサブマウントにおける凸部の側面及び底板部の表面とが接合部材により接合されており、接合部材は凸部の側面と半導体レーザの側面とを接合している部分におけるｚ方向の端部が半導体基板表面よりもｚ方向の遠方に位置しており、サブマウントの凸部におけるｚ方向の端部が、半導体レーザの第一電極におけるｚ方向の表面よりもｚ方向の遠方に位置しているので、広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。

実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図１の半導体レーザ装置の断面図である。 図１の半導体レーザにおける半導体構造部の要部を示す断面図である。 実施の形態１に係るサブマウントの他の例を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図５の半導体レーザを示す斜視図である。 図５の半導体レーザ装置における第一の断面図である。 図５の半導体レーザ装置における第二の断面図である。 図５のサブマウントの本体を示す断面図である。 図５のサブマウントの蓋を示す斜視図である。 図１０のサブマウントの蓋における第一の断面図である。 図１０のサブマウントの蓋における第二の断面図である。 図５のサブマウントの他の蓋を示す表面図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、図２は図１の半導体レーザ装置の断面図である。図３は図１の半導体レーザにおける半導体構造部の要部を示す断面図であり、図４は実施の形態１に係るサブマウントの他の例を示す断面図である。図２は、図１の破線４９を含みｚ方向に平行に切断した断面である。実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１、半導体レーザ１を搭載するサブマウント３０を備えている。半導体レーザ１は、半導体基板２と、半導体基板２の表面に形成された、光が生成される活性層５を含む半導体構造部３と、半導体構造部３の半導体基板２と反対側の表面に形成された表面電極である第一電極８と、半導体基板２の裏面側に形成された裏面電極である第二電極９と、を備えている。サブマウント３０は、土台３１、土台３１における半導体レーザ１が搭載される側に形成された金属層３２を備えている。半導体レーザ１は、出射端面２１から光を光軸２０に沿って出射する。また、半導体レーザ１は、出射端面２１から光を光軸２０に沿って出射し、出射端面２１と反対側の端面から光を光軸２０に沿って出射する場合もある。光軸２０において出射端面２１から光が出射される方向に矢印を付している。図において、半導体基板２に垂直な方向はｚ方向であり、活性層５が延伸する延伸方向に平行な方向はｘ方向であり、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向はｙ方向である。

サブマウント３０は、底板部４５、底板部４５からｚ方向に突出した凸部４６を備えており、サブマウント３０のｘ軸に垂直な断面形状はＬ字形状になっている。サブマウント３０の凸部４６は、底板部４５の表面からｚ方向に延伸している。サブマウント３０は、Ｌ字型サブマウントである。底板部４５は破線４７ａから破線４８までの範囲であり、凸部４６は破線４８から破線４７ｂまでの範囲である。破線４７ａはサブマウント３０の金属層３２と反対側の面すなわち裏面に沿った破線であり、破線４７ｂはサブマウント３０における裏面からｚ方向の最遠部に接する破線である。破線４８は、サブマウント３０における半導体レーザ１の裏面に対向する表面に沿った破線である。金属層３２は、半導体レーザ１に対向するサブマウント３０の表面である底板部４５における土台３１の表面、凸部４６における土台３１のｙ方向の表面及びｚ方向の表面に形成されている。金属層３２は、半導体レーザ１に対向するサブマウント３０の表面である底板部４５の表面及び凸部４６のｙ方向の表面に形成されているということもできる。なお、適宜、ｙ方向の表面は側面と称することにする。

図１、図２では、金属層３２が凸部４６における土台３１のｚ方向の表面にも形成されており、サブマウント３０における土台３１のｚ方向正側の面、ｙ方向正側の面の全面に金属層３２が形成されている例を示した。半導体レーザ１は、第二電極９及びｙ方向負側の表面であるサブマウント３０に対向する側面が、半田材等の接合部材４０によりサブマウント３０の金属層３２に接合されている。図１には、半導体レーザ１の第一電極８に接続されたワイヤ４１ａと、サブマウント３０の金属層３２に接続されたワイヤ４１ｂも記載した。半導体レーザ装置１００は、ワイヤ４１ａ、４１ｂにより外部回路等に接続される。なお、凸部４６のｚ方向の表面から外部回路等に接続しない場合には、凸部４６のｚ方向の表面に金属層３２が形成されていなくても構わない。

実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１における２つの表面にてサブマウント３０に接合されている例である。サブマウント３０は、第一サブマウント部と第二サブマウント部とがエポキシ樹脂によって絶縁されている特許文献２のサブマウントと異なり、底板部４５と凸部４６との熱伝導が阻害されないように、一体形成されている土台３１、又は図４のように２つの土台ブロック３３ａ、３３ｂが半田材等の導電性接合部材３４にて接合された土台３１を備えている。図４に示したサブマウント３０の他の例は、土台ブロック３３ａが底板部４５における土台であり、土台ブロック３３ｂが凸部４６における土台である例である。

実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、光の生成に伴って発生する熱をサブマウント３０へ放熱する放熱性を向上させるために、活性層５からサブマウント３０の凸部４６の側面までの熱抵抗が、活性層５からサブマウント３０の底板部４５の表面までの熱抵抗に比べて極端に小さくならずに、又はできるだけ同等になるように、活性層５がサブマウント３０の凸部４６側に近づけた位置、すなわちオフセットされた位置に配置されている。活性層５は、半導体レーザ１におけるｙ方向の両側面間の中心である側面間中心１８よりも凸部４６側に配置されている。破線１７は、側面間中心１８を含みｚ方向に延伸する破線である。より具体的には、活性層５のｘ方向に平行な中心軸２２からサブマウント３０の凸部４６に対向するｙ方向の表面すなわち半導体レーザ１における半導体構造部３の側面及び半導体基板２の側面までの距離ｄ１が、活性層５の中心軸２２からサブマウント３０の底板部４５に対向する半導体レーザ１における半導体基板２の裏面までの距離ｄ２よりも短くなるように設計されている。破線５１ａは中心軸２２を含みｚ方向に延伸する破線であり、破線５１ｃは中心軸２２を含みｙ方向に延伸する破線である。破線５１ｂはサブマウント３０の凸部４６に対向する半導体レーザ１における半導体構造部３及び半導体基板２の側面に沿った破線であり、破線５１ｄはサブマウント３０の底板部４５に対向する半導体レーザ１における半導体基板２の裏面に沿った破線である。距離ｄ１は破線５１ａから破線５１ｂまでの距離であり、距離ｄ２は破線５１ｃから破線５１ｄまでの距離である。

サブマウント３０の凸部４６の側面と半導体レーザ１の側面とを接合する接合部材４０のｚ方向の長さｌ１は、半導体レーザ１の側面の長さＬ１と同程度の長さであり、少なくとも底板部４５の表面から半導体レーザ１の半導体基板２の表面までの長さよりも長くなっている。図２では、サブマウント３０の凸部４６の側面に配置されている接合部材４０のｚ方向正側端が半導体基板２の表面と半導体構造部３の表面との間にある例を示した。つまり、凸部４６の側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０は、凸部４６が突出している方向であるｚ方向の端部（破線５５ｃの部分）が、半導体レーザ１の半導体基板２の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。また、サブマウント３０は、凸部４６における突出しているｚ方向の端部（破線４７ｂの部分）が、半導体レーザ１の第一電極８の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。破線５５ａは半導体レーザ１における半導体構造部３の表面に沿った破線であり、破線５５ｂは半導体レーザ１における第二電極９のｚ方向負側の面すなわち裏面に沿った破線である。破線５５ｃは、サブマウント３０の底板部４５からｚ方向に最も離れている、接合部材４０のｚ方向正側端に接する破線である。破線４８は、前述したようにサブマウント３０における半導体レーザ１の裏面に対向する表面に沿った破線である。より具体的には、破線４８は、接合部材４０のｚ方向負側端に接する破線でもあり、サブマウント３０の底板部４５に形成された金属層３２の半導体レーザ１に対向する表面に沿った破線である。長さＬ１は破線５５ａから破線５５ｂまでの長さであり、長さｌ１は破線５５ｃから破線４８までの長さである。

半導体レーザ１の構造例を詳しく説明する。半導体基板２は、例えば、第一導電型のＩｎＰの基板である。半導体レーザ１の半導体構造部３は、第一導電型のＩｎＰの半導体基板２の表面に形成されている。半導体レーザ１の半導体構造部３は、第一導電型のＩｎＰのクラッド層４、活性層５、第二導電型のＩｎＰのクラッド層６、ＩｎＰの埋込層１２、第二導電型のＩｎＧａＡｓのコンタクト層７、Ｓｉ０_２等の絶縁膜１１を備えている。半導体構造部３の半導体基板２と反対側の表面に形成された表面電極である第一電極８は、絶縁膜１１に形成された開口１５からコンタクト層７に接続されている。破線５２ｃと破線５２ｄとの間が半導体構造部３である。破線５２ｃは半導体基板２と埋込層１２との境界に沿った破線であり、破線５２ｄは絶縁膜１１の表面に沿った破線である。裏面電極である第二電極９、表面電極である第一電極８は、例えばＴｉＡｕ、ＡｕＺｎ等である。活性層５は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ等を含む多重量子井戸から構成されている。第一導電型がｎ型であり、第二導電型がｐ型である場合は、第一電極８はアノード電極であり、第二電極９はカソード電極である。第一導電型がｐ型であり、第二導電型がｎ型である場合は、第一電極８はカソード電極であり、第二電極９はアノード電極である。クラッド層４、活性層５、及びクラッド層６の一部はｘ方向に延伸したメサであるメサストライプ１３を構成している。破線５２ａと破線５２ｂとの間がメサストライプ１３である。メサストライプ１３におけるｙ方向の両側に、埋込層１２が形成されており、更に半導体構造部３を貫通して半導体基板２に達する溝１０ａ、１０ｂが形成されている。

半導体構造部３の製造方法の概要を説明する。メサストライプ１３は、半導体基板２に順次形成された、クラッド層４、活性層５、クラッド層６の一部をＳｉＯ_２のマスクを用いてドライエッチングで形成される。メサストライプ１３のｙ方向両側におけるドライエッチングで露出した半導体基板２に埋込層１２を形成する。埋込層１２の表面及びメサストライプ１３の表面にクラッド層６、コンタクト層７を形成し、フォトレジストのマスクを用いたウェットエッチングにて、溝１０ａ、１０ｂを形成する。フォトレジストのマスクを除去し、コンタクト層７及び溝１０ａ、１０ｂの表面に絶縁膜１１を形成する。フォトレジストのマスクを用いて絶縁膜１１の開口１５を形成する。その後、フォトレジストのマスクを除去し、半導体レーザ１の表面及び裏面に電極材料の金属層を成膜し、第一電極８、第二電極９を形成する。

サブマウント３０の土台３１の材料は、例えばＡｌＮである。金属層３２の材料は、例えばＡｕである。接合部材４０は、ＡｕＳｎ等の半田材、導電性樹脂ペースト等である。

実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、単純な六面体形状のサブマウントの一面に半導体レーザが搭載された一般的は半導体レーザ装置と異なり、サブマウント３０が底板部４５、底板部４５からｚ方向に突出した凸部４６を備えており、半導体レーザ１における裏面側の第二電極９及び側面が、サブマウント３０における底板部４５表面及び凸部４６の側面に接合されているので、半導体レーザ１の裏面及び側面からサブマウント３０へ放熱できる。また、実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、サブマウント３０に対向する半導体レーザ１の側面のほぼ全て、例えば半導体レーザ１における半導体基板２の側面の全てがサブマウント３０の凸部４６に接合されているので、特許文献１の半導体レーザ装置及び特許文献２の半導体レーザ装置よりも半導体レーザ１の側面からサブマウント３０への放熱性を向上することができ、−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。更に、実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、活性層５の中心軸２２からサブマウント３０の凸部４６に対向する側面までの距離ｄ１が、活性層５の中心軸２２からサブマウント３０の底板部４５に対向する半導体基板２の裏面までの距離ｄ２よりも短くすることで、すなわち活性層５の位置をｙ方向の中心からサブマウント３０の凸部４６側にオフセットさせることで、活性層５の位置がｙ方向にオフセットされていない場合に比べて、出射される出力光の出力が大きく、消費電力が大きな半導体レーザ１であっても、−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲でアンクールド動作が実現できる。

以上のように、実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、底板部４５、底板部４５の表面から突出した凸部４６を備えたサブマウント３０と、サブマウント３０に接合された半導体レーザ１と、を備えている。半導体レーザ１は、半導体基板２と、半導体基板２の表面に形成された、出射端面２１から出射する光が生成される活性層５を含む半導体構造部３と、半導体構造部３における半導体基板２と反対側の表面に形成された第一電極８と、半導体基板２の裏面に形成された第二電極９と、を備えている。半導体レーザ１における凸部４６に対向する側面及び第二電極９が、それぞれ凸部４６における半導体レーザ１に対向する側面及び底板部４５の表面に接合部材４０により接合されている。凸部４６の側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０は、凸部４６が突出している方向であるｚ方向の端部が、半導体レーザ１の半導体基板２の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。実施の形態１の半導体レーザ装置１００は、この構成により、半導体レーザ１の側面及び裏面側の第二電極９とこれらに対向するサブマウント３０における凸部４６の側面及び底板部４５の表面とが接合部材４０により接合されており、凸部４６の側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０におけるｚ方向の端部が半導体基板２の表面よりも遠方に位置しているので、広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。

実施の形態２．
図５は実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、図６は図５の半導体レーザを示す斜視図である。図７は図５の半導体レーザ装置における第一の断面図であり、図８は図５の半導体レーザ装置における第二の断面図である。図９は図５のサブマウントの本体を示す断面図であり、図１０は図５のサブマウントの蓋を示す斜視図である。図１１は図１０のサブマウントの蓋における第一の断面図であり、図１２は図１０のサブマウントの蓋における第二の断面図である。図１３は、図５のサブマウントの他の蓋を示す表面図である。図７は図５の破線５４ａを含みｚ方向に平行に切断した断面であり、図８は図５の破線５４ｂを含みｚ方向に平行に切断した断面である。図１１は図１０の破線５７ａを含みｚ方向に平行に切断した断面であり、図１２は図１０の破線５７ｂを含みｚ方向に平行に切断した断面である。なお、図５において、凸部４６ｂにおけるｚ方向正側の金属層３２ａのパターンは省略した。また、図１０において、ｚ方向正側の金属層３２ｂ及び接合部材４０ｂのパターンは省略した。実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１における４つの表面すなわち出射端面２１及び出射端面２１の反対側の端面以外のｚ方向の表面及びｙ方向の表面にてサブマウント３０と半導体レーザ１とが接合されている例である。実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、本体３８及び蓋３９を備えたサブマウント３０の内面すなわちサブマウント３０におけるｚ方向の内面及びｙ方向の内面にて、サブマウント３０と半導体レーザ１とが接合している点で、実施の形態１の半導体レーザ装置１００と異なる。実施の形態１の半導体レーザ装置１００と異なる部分を主に説明する。

実施の形態２の半導体レーザ１は、半導体基板２と、半導体基板２の表面に形成された、光が生成される活性層５を含む半導体構造部３と、半導体構造部３の半導体基板２と反対側の表面に形成された表面電極である第一電極８と、半導体基板２の裏面側に形成された裏面電極である第二電極９と、半導体構造部３のｚ方向正側の表面、第一電極８のｚ方向正側の表面及びｙ方向の表面に形成された保護膜１４を備えている。保護膜１４には、第一電極８の一部を露出する開口１６が形成されている。保護膜１４はポリイミド等の樹脂膜であり、半導体レーザ１のウェハプロセス中に形成されている。保護膜１４は、液状の樹脂材料がスピンコートされ、フォトレジストのマスクを用いたウェットエッチングにて、開口１６が形成される。実施の形態２のサブマウント３０は、本体３８、蓋３９を備えている。本体３８は、土台３１、土台３１における半導体レーザ１が搭載される側に形成された金属層３２ａを備えている。蓋３９は、土台３５、土台３５における半導体レーザ１に対向する側及び本体３８に対向する側に形成された金属層３２ｂを備えている。蓋３９には、半導体レーザ１の第一電極８に接続するワイヤ４１ａが通過する貫通孔である開口３６が形成されている。開口３６は、蓋３９の蓋裏面６２から蓋表面６３を貫通している。第一電極８は、保護膜１４の開口１６及び蓋３９の開口３６により露出している。

本体３８は、底板部４５、底板部４５からｚ方向に突出した２つの凸部４６ａ、４６ｂを備えており、本体３８のｘ軸に垂直な断面形状はＵ字形状或いは凹部を備えた形状になっている。底板部４５は破線４７ａから破線４８までの範囲であり、ｙ方向負側の凸部４６ａは破線４８から破線４７ｂまでの範囲であり、ｙ方向正側の凸部４６ｂは破線４８から破線４７ｃまでの範囲である。破線４７ｂは、本体３８における裏面からｚ方向正側の最も遠方に位置するｚ方向正側の最遠部に接する破線であり、ｙ方向負側の凸部４６ａにおけるｚ方向正側の最遠部に接する破線である。破線４７ｃは、ｙ方向正側の凸部４６ｂにおけるｚ方向の最遠部に接する破線である。金属層３２ａは、半導体レーザ１に対向する本体３８の表面であり内面である、底板部４５における土台３１の表面、凸部４６ａにおける土台３１のｙ方向正側の表面、凸部４６ｂにおける土台３１のｙ方向負側の表面に形成されている。また、凸部４６ａにおける土台３１のｚ方向の表面にも金属層３２ａが形成されている。金属層３２ａは、半導体レーザ１に対向する本体３８の表面であり内面である、底板部４５の表面、凸部４６ａのｙ方向正側の表面、凸部４６ｂのｙ方向負側の表面に形成されているということもできる。

図５、図７、図８には、金属層３２ａが凸部４６ａにおける土台３１のｚ方向正側の表面にも形成されており、本体３８における土台３１の内面、２つの凸部４６ａ、４６ｂのうち一方の凸部４６ａのｚ方向正側の面に金属層３２ａが形成されている例を示した。半導体レーザ１は、第二電極９及びｙ方向両側の表面である本体３８に対向する両側面が、半田材等の接合部材４０ａにより本体３８の金属層３２ａに接合されている。また、半導体レーザ１は、半導体基板２と反対側の表面すなわち保護膜１４の表面が半田材等の接合部材４０ｂにより蓋３９の金属層３２ｂに接合されている。蓋３９の金属層３２ｂのｙ方向両側の表面は、対向する本体３８の凸部４６ａ、４６ｂの金属層３２ａに半田材等の接合部材４０ｂにより接合されている。すなわち、蓋３９は、凸部４６ａの側面に対向する第一の蓋側面６１ａ、他の凸部４６ｂの側面に対向する第二の蓋側面６１ｂ、半導体レーザ１の保護膜１４の表面に対向する蓋裏面６２が、それぞれ対向する凸部４６ａの側面、他の凸部４６ｂの側面、保護膜１４の表面に他の接合部材４０ｂにより接合されている。図５、図７、図８には、半導体レーザ１の第一電極８に接続されたワイヤ４１ａと、サブマウント３０の本体３８の金属層３２ａに接続されたワイヤ４１ｂも記載した。半導体レーザ装置１００は、ワイヤ４１ａ、４１ｂにより外部回路等に接続される。

サブマウント３０の本体３８の凸部４６ａ、４６ｂの側面と半導体レーザ１の側面とを接合する接合部材４０ａのｚ方向の長さｌ２は、半導体レーザ１の側面の長さＬ２と同程度の長さであり、少なくとも底板部４５の表面から半導体レーザ１の半導体構造部３の表面までの長さよりも長くなっている。図７、図８では、サブマウント３０の本体３８の凸部４６ａ、４６ｂの側面に配置されている接合部材４０ａのｚ方向正側端が保護膜１４の表面と等しいｚ方向の位置になっている例を示した。つまり、凸部４６ａ、４６ｂの側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０ａは、凸部４６ａ、４６ｂが突出している方向であるｚ方向の端部（破線５６ａの部分）が、半導体レーザ１の半導体基板２の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。破線５６ａは半導体レーザ１における保護膜１４の表面に沿った破線であり、破線５６ｂは半導体レーザ１における第二電極９のｚ方向負側の面すなわち裏面に沿った破線である。また、破線５６ａは、サブマウント３０の本体３８の底板部４５からｚ方向に最も離れている、接合部材４０ａのｚ方向正側端に接する破線でもある。破線４８は、サブマウント３０の本体３８における半導体レーザ１の裏面に対向する表面に沿った破線である。より具体的には、破線４８は、接合部材４０ａのｚ方向負側端に接する破線でもあり、本体３８の底板部４５に形成された金属層３２ａの半導体レーザ１に対向する表面に沿った破線である。長さＬ２は破線５６ａから破線５６ｂまでの長さであり、長さｌ２は破線５６ａから破線４８までの長さである。

実施の形態２の半導体レーザ装置１００の製造方法を説明する。図９のように、サブマウント３０の本体３８の内面すなわち金属層３２ａの表面に接合部材４０ａを形成し、半導体レーザ１をサブマウント３０の本体３８の内面に載せて、接合部材４０ａにより半導体レーザ１とサブマウント３０の本体３８とを接合する（第一工程）。その後、図１０〜図１２のように、蓋３９における半導体レーザ１に対向する面及び本体３８に対向する面に形成された金属層３２ｂの表面に接合部材４０ｂを形成し、この蓋３９を本体３８に搭載された半導体レーザ１の表面に載せて、接合部材４０ｂにより半導体レーザ１及び本体３８と蓋３９とを接合する（第二工程）。接合部材４０ａ、４０ｂが半田材の場合は、第一工程において半導体レーザ１と本体３８とを完全に接合せずに、第二工程において接合部材４０ａ、４０ｂを溶融して、半導体レーザ１、本体３８、蓋３９を同時に互いに接合してもよい。

実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、サブマウント３０の本体３８が底板部４５、底板部４５からｚ方向に突出した２つの凸部４６ａ、４６ｂを備えており、半導体レーザ１における裏面側の第二電極９及び両側面が、サブマウント３０の本体３８における底板部４５表面と、凸部４６ａ、４６ｂの内面すなわち半導体レーザ１に対向する側の凸部４６ａ、４６ｂの側面とに接合されているので、半導体レーザ１の裏面及び両側面からサブマウント３０へ放熱できる。また、実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、サブマウント３０の蓋３９が半導体レーザ１の表面に形成された保護膜１４及び本体３８の凸部４６ａ、４６ｂの内面に接合されているので、半導体レーザ１における４つの表面である裏面、両側面、裏面と反対側の表面からサブマウント３０へ放熱できる。このため、実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、実施の形態１の半導体レーザ装置１００よりもサブマウント３０への放熱性を向上することができ、−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。

保護膜１４は絶縁性であるため、保護膜１４の熱伝導率は半導体基板２、半導体構造部３よりも低くなるが、保護膜１４の部分が空隙になっている半導体レーザ装置に比べて放熱性は向上することができる。実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、蓋３９の開口３６を除いたサブマウント３０の内面が、これに対向する半導体レーザ１の４つの面である裏面、両側面、表面に接合部材４０ａ、４０ｂによりほとんど隙間なく接合されているので、実施の形態１の半導体レーザ装置１００よりもサブマウント３０への放熱性を向上することができ、−４０℃〜９５℃の広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。なお、第二電極９のｙ方向の側面が半導体基板２のｙ方向の側面よりも後退しており、第二電極９とサブマウント３０の本体３８との間に空隙がある例を示した。第二電極９、半導体基板２の熱伝率が空隙にくらべて大きいので、第二電極９とサブマウント３０の本体３８との間に多少の空隙があっても問題がない。また、第二電極９のｙ方向の側面が半導体基板２のｙ方向の側面とほぼ同一になっていてもよい。この場合は、蓋３９の開口３６を除いたサブマウント３０の内面が、これに対向する半導体レーザ１の４つの面である裏面、両側面、表面に接合部材４０ａ、４０ｂにより隙間なく接合される。

実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ１の活性層５のｙ方向の位置は、実施の形態１の半導体レーザ１と異なりオフセットしていない例を示した。半導体レーザ１の活性層５のｙ方向の位置は、活性層５からｙ方向正側の本体３８の凸部４６ｂまでの熱抵抗と活性層５からｙ方向負側の本体３８の凸部４６ａまでの熱抵抗とがほぼ等しいことが望ましい。なお、開口３６は、蓋３９の蓋裏面６２から蓋表面６３を貫通している貫通孔の例を示したが、これに限定されない。開口３６は、ワイヤ４１ａが接続される第一電極８の少なくとも一部が露出するように、蓋３９の蓋裏面６２から蓋表面６３を貫通していればよい。例えば、図１３のように開口３６は、蓋３９のｘ方向の表面（側面）に連結していてもよい。

以上のように、実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、底板部４５、底板部４５の表面から突出した凸部４６ａ、底板部４５の表面から突出した他の凸部４６ｂを備えた本体３８と、凸部４６ａ及び他の凸部４６ｂに接合している蓋３９とを備えたサブマウント３０と、サブマウント３０に接合された半導体レーザ１と、を備えている。半導体レーザ１は、半導体基板２と、半導体基板２の表面に形成された、出射端面２１から出射する光が生成される活性層５を含む半導体構造部３と、半導体構造部３における半導体基板２と反対側の表面に形成された第一電極８と、半導体基板２の裏面に形成された第二電極９と、半導体構造部３の表面及び第一電極８の表面に形成された保護膜１４と、を備えている。半導体レーザ１における凸部４６ａに対向する側面及び第二電極９が、それぞれ凸部４６ａにおける半導体レーザ１に対向する側面及び底板部４５の表面に接合部材４０ａにより接合されている。半導体レーザ１における他の凸部４６ｂに対向する側面が、他の凸部４６ｂにおける半導体レーザ１に対向する側面に接合部材４０ａにより接合されている。凸部４６ａの側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０ａは、凸部４６ａが突出している方向であるｚ方向の端部が、半導体レーザ１の半導体基板２の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。他の凸部４６ｂの側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０ａは、他の凸部４６ｂが突出している方向であるｚ方向の他の端部が、半導体レーザ１の半導体基板２の表面よりもｚ方向の遠方に位置している。蓋３９は、凸部４６ａの側面に対向する第一の蓋側面６１ａ、他の凸部４６ｂの側面に対向する第二の蓋側面６１ｂ、半導体レーザ１の保護膜１４の表面に対向する蓋裏面６２が、それぞれ対向する凸部４６ａの側面、他の凸部４６ｂの側面、保護膜１４の表面に他の接合部材４０ｂにより接合されている。実施の形態２の半導体レーザ装置１００は、この構成により、半導体レーザ１の両側面及び裏面側の第二電極９とこれらに対向するサブマウント３０における凸部４６ａ、４６ｂの側面及び底板部４５の表面とが接合部材４０ａにより接合されており、凸部４６ａ、４６ｂの側面と半導体レーザ１の側面とを接合している接合部材４０ａにおけるｚ方向の端部が半導体基板２の表面よりも遠方に位置しており、蓋３９が凸部４６ａ、４６ｂの側面、保護膜１４の表面に他の接合部材４０ｂにより接合されているので、広範な温度範囲でアンクールド動作が可能である。

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１…半導体レーザ、２…半導体基板、３…半導体構造部、５…活性層、８…第一電極、９…第二電極、１４…保護膜、１６…開口、１８…側面間中心、２１…出射端面、２２…中心軸、３０…サブマウント、３６…開口、３８…本体、３９…蓋、４０、４０ａ、４０ｂ…接合部材、４５…底板部、４６、４６ａ、４６ｂ…凸部、６１ａ、６１ｂ…蓋側面、６２…蓋裏面、６３…蓋表面、１００…半導体レーザ装置、ｄ１…距離、ｄ２…距離

Claims (6)

1. 底板部、前記底板部の表面から突出した凸部を備えたサブマウントと、前記サブマウントに接合された半導体レーザと、を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザは、
   半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された、出射端面から出射する光が生成される活性層を含む半導体構造部と、前記半導体構造部における前記半導体基板と反対側の表面に形成された第一電極と、前記半導体基板の裏面に形成された第二電極と、を備えており、
   前記半導体レーザにおける前記凸部に対向する側面及び前記第二電極が、それぞれ前記凸部における前記半導体レーザに対向する側面及び前記底板部の表面に接合部材により接合されており、
   前記凸部が前記底板部の表面から突出している方向をｚ方向とし、
   前記接合部材は、
   前記凸部の側面と前記半導体レーザの側面とを接合している部分における前記ｚ方向の端部が、前記半導体レーザの前記半導体基板の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記サブマウントは、
   前記凸部における前記ｚ方向の端部が、前記半導体レーザの前記第一電極の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置している、半導体レーザ装置。
2. 前記半導体レーザの前記活性層が延伸する方向をｘ方向とし、前記ｘ方向及び前記ｚ方向に垂直な方向をｙ方向とし、
   前記活性層は、前記半導体レーザにおける前記ｙ方向の両側面間の中心よりも前記凸部側に配置されている、請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記活性層が延伸する方向の前記活性層の中心軸から前記凸部に対向する前記半導体レーザの側面までの距離は、前記活性層の前記中心軸から前記半導体基板の裏面までの距離よりも短くなっている、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 底板部、前記底板部の表面から突出した凸部、前記底板部の表面から突出した他の凸部を備えた本体と、前記凸部及び前記他の凸部に接合している蓋と、を備えたサブマウントと、前記サブマウントに接合された半導体レーザと、を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザは、
   半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された、出射端面から出射する光が生成される活性層を含む半導体構造部と、前記半導体構造部における前記半導体基板と反対側の表面に形成された第一電極と、前記半導体基板の裏面に形成された第二電極と、前記半導体構造部の表面及び前記第一電極の表面に形成された保護膜と、を備えており、
   前記半導体レーザにおける前記凸部に対向する側面及び前記第二電極が、それぞれ前記凸部における前記半導体レーザに対向する側面及び前記底板部の表面に接合部材により接合されており、
   前記半導体レーザにおける前記他の凸部に対向する側面が、前記他の凸部における前記半導体レーザに対向する側面に前記接合部材により接合されており、
   前記凸部及び前記他の凸部が前記底板部の表面から突出している方向をｚ方向とし、
   前記接合部材は、
   前記凸部の側面と前記半導体レーザの側面とを接合している部分における前記ｚ方向の端部が、前記半導体レーザの前記半導体基板の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記他の凸部の側面と前記半導体レーザの側面とを接合している部分における前記ｚ方向の他の端部が、前記半導体レーザの前記半導体基板の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記蓋は、前記凸部の側面に対向する第一の蓋側面、前記他の凸部の側面に対向する第二の蓋側面、前記半導体レーザの前記保護膜の表面に対向する蓋裏面が、それぞれ対向する前記凸部の側面、前記他の凸部の側面、前記保護膜の表面に他の接合部材により接合されている、半導体レーザ装置。
5. 底板部、前記底板部の表面から突出した凸部、前記底板部の表面から突出した他の凸部を備えた本体と、前記凸部及び前記他の凸部に接合している蓋と、を備えたサブマウントと、前記サブマウントに接合された半導体レーザと、を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザは、
   半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された、出射端面から出射する光が生成される活性層を含む半導体構造部と、前記半導体構造部における前記半導体基板と反対側の表面に形成された第一電極と、前記半導体基板の裏面に形成された第二電極と、前記半導体構造部の表面及び前記第一電極の表面に形成された保護膜と、を備えており、
   前記半導体レーザにおける前記凸部に対向する側面及び前記第二電極が、それぞれ前記凸部における前記半導体レーザに対向する側面及び前記底板部の表面に接合部材により接合されており、
   前記半導体レーザにおける前記他の凸部に対向する側面が、前記他の凸部における前記半導体レーザに対向する側面に前記接合部材により接合されており、
   前記凸部及び前記他の凸部が前記底板部の表面から突出している方向をｚ方向とし、
   前記接合部材は、
   前記凸部の側面と前記半導体レーザの側面とを接合している部分における前記ｚ方向の端部が、前記半導体レーザの前記半導体基板の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記他の凸部の側面と前記半導体レーザの側面とを接合している部分における前記ｚ方向の他の端部が、前記半導体レーザの前記半導体基板の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記サブマウントは、
   前記凸部における前記ｚ方向の端部及び前記他の凸部における前記ｚ方向の他の端部が、前記半導体レーザの前記第一電極の表面よりも前記ｚ方向の遠方に位置しており、
   前記蓋は、前記凸部の側面に対向する第一の蓋側面、前記他の凸部の側面に対向する第二の蓋側面、前記半導体レーザの前記保護膜の表面に対向する蓋裏面が、それぞれ対向する前記凸部の側面、前記他の凸部の側面、前記保護膜の表面に他の接合部材により接合されている、半導体レーザ装置。
6. 前記半導体レーザの前記保護膜に第一の開口が形成されており、
   前記サブマウントの前記蓋に、前記蓋裏面から前記蓋裏面と反対側の蓋表面に貫通する第二の開口が形成されており、
   前記第一電極が前記第一の開口及び前記第二の開口により露出している、請求項４または５記載の半導体レーザ装置。

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