(57)【要約】【課題】低熱膨張である半導体レーザチップやサブマウント及びガラス板と、熱膨張係数の大きい金属製の放熱板を一体化する場合には、半導体レーザチップの発熱により各部材に異なる応力が発生し、ガラス板とサブマウント等との間に形成された接着用液状ガラスにクラックなどの損傷が発生し、半導体装置の信頼性を損ねる課題があった。【解決手段】金属製の放熱板の上面にサブマウントと半導体レーザチップが順に積層され、サブマウントまたは半導体レーザチップに液状ガラスで接着されたガラス板が、放熱板と固着されない構造とする。【選択図】図１
2014232790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウントが、金属からなる放熱板の上面に接合され、
半導体レーザチップが前記サブマウントに搭載され、前記半導体レーザチップの光出射端面と前記サブマウントの側面とが略同一平面を形成するような位置関係で構成され、
透明なガラス板が、前記半導体レーザチップの光出射端面と前記サブマウントの前記側面に、前記ガラス板と同等の屈折率を有する透明な材料で接着され、
前記ガラス板は前記放熱板と固着されていないことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
ガラス板は放熱板から離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
半導体レーザチップから出射されるレーザ光は、前記半導体レーザチップとサブマウントの接合面に対して垂直方向に±２２度以上の範囲で前記ガラス板を透過することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
ガラス板の光出射端面が無反射コーティングされており、前記ガラス板と前記透明な材料との屈折率差は０．２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
硬化した透明な材料の厚みが５μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
サブマウントのガラス板と最近接する端部のうち、前記放熱板へ接合される側の辺に沿った部分に溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
サブマウントのガラス板と最近接する端部のうち、前記放熱板へ接合される側の辺に沿った部分が面取りされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
透明な材料が、無機のガラスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
放熱板に切り欠き部が形成され、ガラス板とサブマウントとの接触面と垂直な方向において、前記ガラス板の光出射端面が前記切り欠き部の内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
放熱板はＴＯ−ＣＡＮパッケージの一部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
サブマウントを準備する工程と、
前記サブマウントに半導体レーザチップを搭載する工程と、
ガラス基板に液状ガラスを塗布する工程と、
前記サブマウントおよび前記半導体レーザチップとからなる構成体を複数配列して前記ガラス基板と前記液状ガラスを介して接着する工程と、
前記ガラス基板をダイシングすることにより、個片化されたガラス板、前記半導体レーザチップおよび前記サブマウントからなる接合体を形成する工程と、
前記サブマウントを放熱板に接合して、前記ガラス板と前記放熱板とは固着しない工程と、
からなる半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
放熱板とガラス基板とが離間するような位置関係で、前記サブマウントおよび前記半導体レーザチップとからなる構成体を、前記ガラス基板と前記液状ガラスを介して接着することを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、青ないし青紫色の短波長半導体レーザおよび光ディスクの記録やモーションセンサ、プロジェクタなどに使用される高出力の半導体レーサ装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザの使用用途は従来からの光ディスクドライブの用途に留まらず、プロジェクタなどの表示装置や、モーションセンサ用の光源としての用途が広がりつつあり、それに伴い光出力も増大傾向にある。
【０００３】
さらに、その発振波長領域も青色から青紫色といった短い波長領域での用途拡大に加え、逆により長波長の半導体レーザも求められるようになっている。その一方で、小型化や、低コスト化の要望も強いものとなっている。
【０００４】
従来、このような高出力レーザや、短波長レーザにおいては、キャップシールを行った金属製のＴＯ−ＣＡＮパッケージが用いられてきた。このパッケージは気密性の高い金属製のパッケージにガラスの窓をもった金属製のキャップを内部のガスの成分を管理しつつ溶接して、発光源となる半導体レーザチップが清浄な環境で動作するように構成された半導体レーザ装置のパッケージとなっており、良好な品質が得られる反面、小型化や、低コスト化の要望に対しては満足できない状況となっていた。
【０００５】
これらの状況に対して他方では主に光ディスク装置に用いられる半導体レーザとして、小型で、低コストが実現できるフレームレーザパッケージがＣＤ用の赤外光用、およびＤＶＤ用の赤色のレーザに対して広く用いられている。
【０００６】
しかしながらフレームレーザパッケージは半導体レーザチップが気密環境ではない状態で動作するため、光ディスク用で求められる出力を超えた高出力の領域では、半導体レーザチップの光の出射端面部分に、外気からの異物を誘着して特性劣化を引き起こすことがある。
【０００７】
さらにブルーレイディスク用などのより短波長の領域の領域においては、その異物の誘着現象が顕著であり、再生専用用途の低出力の半導体レーザにおいてすらフレームレーザパッケージでは品質を維持できないため、気密封止を行うことができるＴＯ−ＣＡＮパッケージを使用する必要があった。
【０００８】
そのような課題に対応すべく、フレームレーザパッケージのようなオープンなＰＫＧに半導体レーザチップを搭載した後に透明樹脂で半導体レーザチップを包みこむ提案がなされている。透明樹脂で包み込むことによって、半導体レーザチップは外気と遮断されて異物の誘着現象を回避する効果が期待できる。しかしながら有機物である透明樹脂では半導体レーザチップの発する高いパワー密度の光と、高熱に耐える材料が見出されていない。
【０００９】
図８（ａ）は従来の透明樹脂で半導体レーザチップを包み込む構造の半導体レーザ装置を示す斜視図である。図８（ｂ）は前記従来の透明樹脂で半導体レーザチップ２を包み込む構造の半導体レーザ装置の断面図である。半導体レーザ装置は半導体レーザチップ２がサブマウント４を介して主にアルミや銅などの熱伝導性の良好な金属製の放熱板６に接続されており、さらにガラス板８は、前記金属放熱板に半導体レーザチップ２の光の出射方向である前面に垂直かつ半導体レーザチップ２の出射端面に平行に接着されており、その構造体の上方向から液状の透明樹脂をポッティングして硬化させることにより半導体レーザチップ２を透明樹脂６３で包み込んだ構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−１４８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記構成の半導体レーザ装置によりレーザプロジェクタや、モーションセンサといった用途に向けた、数百ｍＷを超える光出力の半導体レーザ装置や、６００ｎｍより短い発振波長の半導体レーザ装置に適用しようとする場合の課題がある。
【００１２】
有機物をその成分とする透明樹脂６３が、高い光出力にともなう高温に耐えられない場合や、波長が短く反応性の高いレーザ光によって樹脂の成分が分解されて劣化・白濁するなどしてその透明度を維持できなくなることである。一旦透明度が劣化すると、さらに光を吸収、発熱して劣化が加速進行する。そして一気に光出力が取り出せなくなり、半導体レーザ装置としての性能を失うことになる。
【００１３】
これに対して昨今では、透明樹脂６３の代わりに無機の液状ガラスを塗布して硬化させることが可能になったため、この熱や光に対する反応による劣化が抑制できるようになってきた。
【００１４】
しかしながら液状ガラスは、硬化してガラスとなり、その硬度が上昇する一方で、脆性が発現するために耐応力性が弱く、従来例のように比較的低熱膨張である半導体レーザチップ２やサブマウント４及びガラス板８と熱膨張係数の大きい金属製の放熱板６を一体化して包み込む場合には半導体レーザチップ２の発熱もあって温度差が発生して大きな応力が発生し、硬化した液状ガラスの接合部分にクラックなどの損傷が発生し、信頼性を損ねる課題があった。図９（ａ）を用いてこの様子を説明する。液状ガラスの硬化物は半導体レーザチップ２、サブマウント４、ガラス板８と放熱板６を一体化して固着している。しかしこの中で放熱板６のみが放熱の必要から通常Ｃｕなどの金属が用いられていて、熱膨張係数の値がそのほかの部材と比べて２から３倍程度も大きいものとなっている。また、ここで硬化した液状ガラス１０は、通常のガラスと同様に５０〜９０Ｇｐａ程度の高い弾性率持っており、さらに塑性変形が少ない特性も通常のガラスと同様である。このようなガラスの特性によって、温度変化で強い応力が発生するため、図９（ａ）のような構造では硬化した液状ガラスの接合界面にクラック６４が入りやすいという課題がある。これは有機物である透明樹脂を使用する場合では透明樹脂が低弾性率であるために問題とはならなかったポイントである。
【００１５】
また液状ガラスは、液体である状態から、塗布した後に硬化させる際に体積の減少量が大きい。現状の材料では、硬化後に６〜７割程度に減少する。この特性によって、図９（ｂ）の気泡６６の発生や、図９（ｃ）に示すような体積の減少によるレーザの出射光路の未充填６８状態がしばしば発生し、生産上の課題となっていた。気泡６６や、未充填６８が半導体レーザチップ２からの出射光が通過する場所に存在すると、出射光を散乱、減衰させる不具合となるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明の半導体レーザ装置は、サブマウントが、金属からなる放熱板の上面に接合され、半導体レーザチップが前記サブマウントに搭載され、前記半導体レーザチップの光出射端面と前記サブマウントの側面とが略同一平面を形成するような位置関係で構成され、透明なガラス板が、前記半導体レーザチップの光出射端面と前記サブマウントの前記側面に、前記ガラス板と同等の屈折率を有する透明な材料で接着され、前記ガラス板は前記放熱板と固着されていない半導体レーザ装置である。
【００１７】
また、ガラス板は放熱板から離間している半導体レーザ装置である。
【００１８】
これにより、熱膨張係数の差の大きい金属の放熱板から温度差による応力を受けることがなく、ガラス板の接着にクラックなどの障害が発生することを回避できる。
【００１９】
また、半導体レーザチップから出射されるレーザ光は、前記半導体レーザチップとサブマウントの接合面に対して垂直方向に±２２度以上の範囲で前記ガラス板を透過する半導体レーザ装置である。
【００２０】
これにより、半導体レーザが出射したレーザ光の損失を抑制し、無駄なく光出力エネルギーを利用できる。
【００２１】
また、ガラス板の光出射端面が無反射コーティングされており、前記ガラス板と前記透明な材料との屈折率差は０．２以下である半導体レーザ装置である。
【００２２】
これにより、ガラス板８の出射端面側の表面から、レーザ光が出射される際の反射が防止できる。さらにガラス板と硬化した液状ガラスの硬化物との間の屈折率差による反射も抑制できるため、出射される光の大部分を利用可能となり、半導体レーザチップに出射光の一部が戻ってその動作が不安定になる現象も回避できる。
【００２３】
また、硬化した透明な材料の厚みが５μｍ以上３０μｍ以下である半導体レーザ装置である。
【００２４】
これにより、ガラス板と半導体レーザチップ端面の間を隙間なく液状ガラスの硬化物にて充填できる。さらに、余った液状ガラスが、サブマウントの裏面や、半導体レーザの表面に回りこみ、サブマウントと放熱板および半導体レーザチップへのワイヤーボンドの接合性が損なわれることが無い。
【００２５】
また、サブマウントのガラス板と最近接する端部のうち、前記放熱板へ接合される側の辺に沿った部分に溝が形成されている半導体レーザ装置である。
【００２６】
これにより、サブマウントの裏面に、不用意に液状ガラスが滲み出ることを確実に回避できると同時に硬化した液状ガラスが、接合部に形成するフィレットの高さを抑制し、サブマウントを放熱板に搭載した際にサブマウントの裏面の溝以外のほぼすべての面積で放熱板に隙間なく接合することが可能となり、良好な放熱性が確保できる。
【００２７】
また、サブマウントのガラス板と最近接する端部のうち、前記放熱板へ接合される側の辺に沿った部分が面取りされている半導体レーザ装置である。
【００２８】
これにより、サブマウントを放熱板に搭載した際にフィレット部が回避でき、フィレット部以外のすべての面積でサブマウントが放熱板に隙間なく接合することが可能となる。
【００２９】
また、透明な材料が、無機のガラスである半導体レーザ装置である。
【００３０】
これにより、高出力レーザの動作時に発生する熱に耐えることが可能となる。さらに青紫色のような４００ｎｍ近辺の波長の光が、有機物を劣化させて透明度が劣化する課題を解決できる。
【００３１】
また、放熱板に切り欠き部が形成され、ガラス板とサブマウントとの接触面と垂直な方向において、前記ガラス板の光出射端面が前記切り欠き部の内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置である。
【００３２】
これにより、ガラス板に外部からの機械的な力が加わることを回避し、ガラス板と半導体レーザチップ及びサブマウントとの接合部分を保護できる。
【００３３】
また、放熱板はＴＯ−ＣＡＮパッケージの一部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置である。
【００３４】
また、本願発明の半導体レーザ装置の製造方法は、サブマウントを準備する工程と、前記サブマウントに半導体レーザチップを搭載する工程と、ガラス基板に液状ガラスを塗布する工程と、前記サブマウントおよび前記半導体レーザチップとからなる構成体を複数配列して前記ガラス基板と前記液状ガラスを介して接着する工程と、前記ガラス基板をダイシングすることにより、個片化されたガラス板、前記半導体レーザチップおよび前記サブマウントからなる接合体を形成する工程と、前記サブマウントを放熱板に接合して、前記ガラス板と前記放熱板とは固着しない工程と、からなる半導体レーザ装置の製造方法である。
【００３５】
また、本願発明の半導体レーザ装置の製造方法は、放熱板とガラス基板とが離間するような位置関係で、前記サブマウントおよび前記半導体レーザチップとからなる構成体を、前記ガラス基板と前記液状ガラスを介して接着する半導体レーザ装置の製造方法である。
【００３６】
これにより、ガラス板を接着した半導体レーザチップとサブマウントを得ることによって製造することができ、本願発明の構造の半導体レーザ装置において、液状ガラスの塗布厚みが均一な半導体レーザ装置を安価に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本願発明の半導体レーザ装置およびその製造方法により、熱膨張係数の差の大きい金属の放熱板から温度差による応力を受けることがなく、ガラス板の接着にクラック６４などの障害が発生することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本願の半導体レーザ装置の構造を示す断面図
【図２ａ】本願のガラス板の大きさを説明する断面図（発光点が半導体レーザチップの上にある場合）
【図２ｂ】本願のガラス板の大きさを説明する断面図（発光点が半導体レーザチップの下にある場合）
【図３】本願の光の反射の抑制を説明する概念図
【図４】（ａ）本願のサブマウントに設けた溝の構成を示す斜視図、（ｂ）同断面図、（ｃ）放熱板に設けた面取りの構成を示す断面図
【図５ａ】フレームレーザパッケージへの適用を説明する斜視図
【図５ｂ】放熱板に切り欠きを設けたフレームレーザパッケージへの適用を説明する斜視図
【図６ａ】ＴＯ−ＣＡＮパッケージへの適用を説明する斜視図
【図６ｂ】放熱板に切り欠きを設けたＴＯ−ＣＡＮパッケージへの適用を説明する斜視図
【図７ａ】本願の半導体レーザ装置の製造方法を説明する概念図（ガラス板接着工程）
【図７ｂ】本願の半導体レーザ装置の製造方法を説明する概念図（ダイスボンド工程）
【図８】（ａ）従来例の構成を示す斜視図、（ｂ）同断面図
【図９】従来例の課題を説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本願発明の半導体レーザ装置およびその製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、本願発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施形態の半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【００４１】
図１に示すように、半導体レーザチップ２がサブマウント４に搭載されておりその光出射側の双方の端面はほぼ面一になっている。この端面に対して、ガラス板８が接着されている。
【００４２】
この接着の材料になっているのが、ガラス板８上に膜を形成した液状ガラスの硬化物１０である。
【００４３】
この硬化物は、完全に無機材料によって構成されており、３００℃以上の耐熱性と、紫外線に対する耐性を持っている。そしてガラス化しており、高硬度であり、一方で脆性を有する。サブマウント４の底部は金属製の放熱板６に導電性ペーストもしくはＡｇを含む金属ナノペーストもしくはハンダ１４などによってできるだけ良好な放熱性を確保するように接合されている。ガラス板８は耐熱性、耐光性の観点から、無機のガラス板８が用いられる。さらに半導体レーザチップ２、サブマウント４、液状ガラスの硬化物１０とガラス板８はなるべく熱膨張係数が近い材料が選択されている。そして熱膨張係数の差が避けられない金属製の放熱板６との接合はサブマウント４の底部のみをもってなされていて、ガラス板８は放熱板６と固着されていない。
【００４４】
このような構成とすることによって脆性を有する液状ガラスの硬化物１０でガラス板８と半導体レーザチップ２およびサブマウント４が接合されていながら、良好な信頼性を得ることができ、温度の急激な変化とその繰り返しがあったとしても接合を維持できる。またガラス板８の光出射出口には、出射されるレーザ光の波長に対して無反射コーティングされていることが望ましい。出射面での無用な反射で利用可能な光出力が損失することを防止する。また無用な反射光が半導体レーザチップ２への戻り光となって光強度が揺動することを防止することができる。
【００４５】
同様に半導体レーザの出射端面とガラス板８の間は完全に液状ガラスの硬化物によって充填されており、図９に示したような未充填６８や気泡６６が発生しないように構成される。屈折率の異なる部分が接合部分に存在すると、光が乱反射して、出力の損失となると同時に光出射パターン（ファーフィールドパターン：ＦＦＰ）の乱れとなって実用上の障害となる為である。このような未充填６８や気泡６６を回避する目的において、ガラス板８に形成される液状ガラスは、均等で、出来る限り薄いことが望ましい。
【００４６】
このように液状ガラスの硬化物１０によって半導体レーザチップ２の出射端面（前端面）とガラス板８が光学的に一体化されており、光の損失となる反射、散乱といった不具合が発生しないようになっている。
【００４７】
また本実施形態では、半導体レーザチップ２の後ろ端面、すなわち半導体レーザチップ２のガラス板８が接着される側と反対側の端面は空気と接しており、従来のポッティングによる構造の場合のように透明樹脂と接することは無い。半導体レーザの後ろ端面は通常は高い反射率のコーティングがなされているが、ここに屈折率の異なる材料が接すると反射率が低下して、後ろ側へのモレ光が発生し利用可能な前側への出射光１８に対するエネルギーの利用効率が低下することがある。このような観点からも半導体レーザチップ２の前端面に予めガラス板８を接着する本願の構造には優位性がある。実際の用途には、ガラス板８を接着した半導体レーザチップ２とサブマウント４を金属製の放熱板６に接合した後、配線となるワイヤーボンドを行って実用に供する。
【００４８】
このような構成によって、半導体レーザチップ２からの出射光１８は、損失なく、ガラス板８の出射側のＡＲコート面を通過して実用に供することができる。同時に、半導体レーザの出射端面は非常に小さなスポット領域から強いレーザ光が出るために光パワー密度が高く、光ピンセット効果によって外気に浮遊する様々な汚染成分をその出射部分に誘着、堆積させる現象が発生する。光出力特性に劣化が起こることがあるが、ガラス板８の出射面では半導体レーザチップ２からの光スポットサイズが距離に応じて拡大しているため、光パワー密度としては著しく減少し、結果として光ピンセット効果による誘着・堆積の抑制が可能となり信頼性を確保することができる。
【００４９】
次に、本願発明の第２の実施形態を図２（ａ）および図２（ｂ）に基づいて説明する。図２（ａ）は本実施形態のガラス板の形状、位置またはサイズについて説明する断面図（発光点が半導体レーザチップ２の中心よりも上側にある場合）である。ガラス板８は半導体レーザチップ２のレーザ出射部から出射されるレーザ光を、半導体レーザチップ２とサブマウント４の接合面に対して垂直方向に少なくとも±２２度以上の範囲で出射された光をガラス板８の出射端側表面まで透過させることが出来る大きさである。通常、ガラス板８は、工程中の強度を維持するためと、半導体レーザチップ２からの出射光を広げて光ピンセット効果を回避するために距離をとる目的によって０．２ｍｍ程度以上の厚みを採用する。ガラス板８の出射端側表面の大きさは、±２２度以上の広がりに応じた面積が必要となり、通常は図２（ａ）に示すように半導体レーザチップ２の上方向（サブマウント４と反対方向）に上方ガラス板のはみ出し２２ができる状態となる。発光点が半導体レーザチップの上側にあるので、前記上方ガラス板のはみ出し２２の大きさは２２度以上の広がり角を考慮してガラス板８の厚みのおよそ０．４倍の大きさ以上を設けることとなる。これによって半導体レーザからの出射光１８の大部分をガラス板８の出射側面より導出させることができ、光出力の損失を少なくすることができる。一方、図２（ｂ）に示すように発光点が半導体レーザチップ２の中心よりも下側にある場合は、前記上方ガラス板のはみ出し２２は、ガラス板８の厚みの０．４倍から半導体レーザチップ２の厚みを差し引いた大きさ以上を設定すればよいこととなる。
【００５０】
次に、本願発明の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。
【００５１】
図３は本実施形態の光の反射の抑制を説明する概念図である。ガラス板８の出射端側の表面が無反射コーティングされており、ガラス板８と硬化した液状ガラスの硬化物１０との屈折率差は０．２以下である。これによって光出力の損失が少なく、光の利用率を高めることが出来る。光が屈折率の相違する界面を通過する際には、その屈折率の差が大きい場合には大きな反射が起きる。我々は光学ガラスとしてテンパックス材を用いた。屈折率は１．４７である。この光学ガラスから、屈折率が１．０である空気中に光が放散される場合は、その屈折率差から、約４％の反射が発生し、その分、出射光１８のエネルギーが減少してしまう。これを回避する為にガラス板８の光出射面には無反射コーティングが施されていて反射光２９の発生を抑制している。
【００５２】
同様に、ガラス板８と液状ガラスの硬化物１０との境界面においても相互に屈折率の差があればそこに光の反射が発生する。特に高い光出力で使用する半導体レーザ装置においては、僅かな損失を回避する必要があるものの、通常は反射率は０．５％以下程度であれば問題になることは無い。この反射率０．５％以下という特性は、相互の屈折率差を０．２以下にする材料の選択によって実現が可能である。実際に、我々が用いたテンパックス材によるガラス板８（屈折率１．４７）に対して、液状ガラスの硬化物の屈折率はおよそ１．４５である。この選択によってガラス板８と液状ガラスの硬化物との屈折率差は僅か０．０２であり、反射率も０．００５％程度と見込まれるため、損失はほぼ無い。また、テンパックス材は熱膨張率が３．２５ｐｐｍ／℃と小さく、サブマウント４の材料として主に用いられる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材の熱膨張率  約４．５ｐｐｍ／℃にも近く、応力回避の観点からも好ましい。
【００５３】
次に、本願発明の第４の実施形態を引き続き図３に基づいて説明する。
【００５４】
本実施形態は、硬化した液状ガラスの厚み３０が５μｍ以上３０μｍ以下である。５μｍ以上であることによって、半導体レーザチップ２とサブマウント４の搭載位置が一般的に注意深く搭載した場合に発生しえるずれ量３１（５μｍ程度）に対しても、半導体レーザチップ２およびサブマウント４の端面とガラスの間の隙間を液状ガラスで充填できる。一方、硬化した液状ガラスの厚み３０が、３０μｍ以下であれば、サブマウント４の底面への液状ガラスの滲み出しを抑制し、サブマウント４と放熱板６の熱的な結合を阻害しない。また３０μｍ以下であれば、液状ガラスが硬化時に発生する屈折率むら（脈理）の影響を抑制でき、出射光１８の収差が発生して出射光の波面の品質に悪影響を及ぼすことがない。この５μｍから３０μｍの厚みは後述するスピンコートの方法で比較的容易に制御性よく実現することが可能である。
【００５５】
次に、本願発明の第５の実施形態を図４（ａ）および図４（ｂ）に基づいて説明する。図４（ａ）は本実施形態のサブマウントに設けた溝の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は本実施形態のサブマウントに設けた溝の効果を示す断面図である。図４（ａ）において、サブマウントの放熱板への接合面である底面とガラス板への接合面が交わる辺が溝３８になっている。これによってサブマウント４とガラス板８との接合の際、液状ガラスがサブマウント４の底面に滲み出すことを抑制することができる。もしくは、この溝３８は放熱板への接合面上の辺に接して形成されている場合は同様の効果が期待できる。
【００５６】
特に高出力の半導体レーザ装置においては、半導体レーザチップ２からの発熱が大きく、有効に放熱をとらないと、半導体レーザチップ２の活性領域が高温化して、デバイスとしての信頼性を低下させる。これを回避するには、半導体レーザチップ２を搭載しているサブマウント４と放熱板６をできるだけ広い面積で接合する必要がある。このため、サブマウント４の底面に液状樹脂が滲み出すと、その部分ではサブマウント４と放熱板６の接合が出来なくなるため、熱放散性を劣化させる。これを回避するため、上記の３８溝は図４（ｂ）の断面図に示すように溝は深さ、幅ともに５０μｍ以下程度が選択される。液状ガラスの塗布厚みが５０μｍ以下程度であるため、溝に塗布された液状ガラスを溜め込む作用を発揮して十分に滲みだしを防止することが可能であり、サブマウント４と放熱板の接合を確保できる。
【００５７】
次に、本願発明の第６の実施形態を図４（ｃ）に基づいて説明する。
【００５８】
図４（ｃ）は本実施形態の放熱板に設けた面取りの構成を示す断面図である。
【００５９】
本実施形態は、放熱板６のサブマウント４が接合される面とガラス板８と対向する面が交わる辺が面取りされている。ガラス板８から、サブマウント４や半導体レーザチップ２が接合されて概垂直に立ち上がる境界の部分には、液状ガラスのフィレット４２が形成される。仮に、このフィレット４２がサブマウント４側にあった場合には、放熱板６の前縁部（ガラス板８側の端部）であるサブマウントが接合される面とガラス板と対向する面が交わる辺が直角に形成されているとフィレット４２が放熱板の前縁（ガラス板８側の端部）と干渉してサブマウント４と放熱板６の密着性が得られない場合がある。液状ガラスのフィレットは２０μｍ以下程度の大きさである為、本実施形態では２０μｍ程度の面取り４４を設けてフィレット部の高さを吸収して、サブマウント４と放熱板６の密着性を確保する。尚、このような面取り４４は放熱板を金型プレスで製造する工程の金型設計によって容易に形成することができる。さらに、前述したように、第５の実施形態のサブマウント４に溝３８を設ける形態と第６の実施形態の面取り４４による形態は、どちらかを選択しても良いし、併用してその効果を高めることも可能である。
【００６０】
次に、本願発明の第７の実施形態を図３に基づいて説明する。
【００６１】
図３に示すように、液状ガラスの硬化物１０は有機成分を含まない無機のガラスである。有機の成分は熱や、紫外線によって分解し、白濁するなどの課題があるが、ここでは、有機の成分を含まないことによって耐熱性、耐光性が得られる。無機の液状ガラスの硬化物においては、耐熱性は３００℃以上あり、通常想定される高出力の半導体レーザチップの端面近傍の温度が１５０℃であるのに対して余裕を持って耐えることができる。また、紫外線の耐性において４０５ｎｍの波長で２Ｗの動作においても劣化を認めず、紫外線に対する耐性も確認できた。
【００６２】
次に、本願発明の第８の実施形態を図５（ａ）および図５（ｂ）に基づいて説明する。
【００６３】
図５（ａ）は、フレームレーザパッケージに本願のガラス板８を接着した半導体レーザチップ２を搭載した半導体レーザ装置の構成を示す斜視図である。フレームレーザパッケージは主に銅などの金属からなり、放熱板６として機能するダイボン面とワイヤーによる電気接続の接続先となるリード部が、樹脂製の枠体３４によって保持された構造となったパッケージである。半導体レーザチップ２は、放熱板６上のダイボン面の前縁（ガラス板８側の端部）で、枠体３４の開口した領域に実装されており、半導体レーザチップ２の端面に接着されたガラス板８は同前縁部よりはみ出た部分に位置している。一方で、サブマウント４はその底面のうち一部の前端部（ガラス板８側の端部）以外の全ての面が、放熱板６のダイボン面との間で接合されている。この接合は一般的に、銀などの金属を含むペースト材１４（図２（ｂ）に図示）によって接合される。この接合の後に配線のワイヤーが施されて実用に供される。
【００６４】
また、放熱板６のダイボン面となる金属部分はガラス板８と固着されていない。このような構成により、放熱板６のダイボン面とガラス板８とが仮に固着される場合に発生する可能性のあった熱による応力が発生せず、良好な接合を維持できる。尚、ガラス板８の下側にはみ出た部分はダイボン面の金属板の厚みを超えて下側に突き出すことはなく、金属板の下面の放熱面としての平坦性を確保している。また上側のはみ出し高さは樹脂の枠体３４の高さを超えて上側にでることの無いように設計してある。
【００６５】
このような構成により、半導体レーザチップ２がオープンな環境で動作するフレームレーザパッケージにおいても特別な気密封止を必要とせず、より高出力の用途や、青から青紫にいたる短波長の用途にしても適用することが可能となり、コストの低減が可能となる。
【００６６】
また、図５（ｂ）は、前記のフレームレーザパッケージ３２の放熱板６の光出射方向前端に切り欠き部４６があり、前記切り欠き部４６の内側にガラス板８の光出射面が位置する構造である。具体的には切り欠き４６によって放熱板の前縁線４８の内側にガラス板８の光出射面が位置する。これによってガラス板８を外部接触から保護可能できる構成となり、実用上の安全性を確保できる。
【００６７】
次に、本願発明の第９の実施形態を図６（ａ）および図６（ｂ）に基づいて説明する。
【００６８】
図６（ａ）は ＴＯ−ＣＡＮパッケージへの適用を説明する斜視図である。円形のベース部５１にハーメチックシールにより、リード５２が絶縁、保持されている。さらにベース部５１には放熱板６となる金属ブロックが装着されており、その放熱板の前縁部に本願によるガラス板８を装着した半導体レーザチップ２とサブマウント４が搭載され、さらにワイヤー１６で電気的にリード５２と電気的に接続されている。このような構成においては、従来必要であったキャップで気密封止することなく、高出力や青紫色のレーザに適用できる。
【００６９】
さらに本実施形態は、図６（ｂ）に示すように、放熱板６の一部が、ワイヤー１６の接続先であるインナーリード部の外側にまで延在し、半導体レーザチップ２とサブマウント４との構成体を挟むような位置に側壁５４を有する構造により、インナーリード部分を外力から保護する構造を合わせて具備している。
【００７０】
本実施形態について、図６（ｂ）の放熱板に切り欠きを設けたＴＯ−ＣＡＮパッケージへの適用を説明する斜視図を用いて説明する。ＴＯ−ＣＡＮパッケージの放熱板の光出射方向前端に切り欠き部５６があり、その切り欠き部５６の内側にガラス板８の光出射面が位置する構造である。具体的には、ガラス板８の光出射面が、放熱板６の前縁先端部から形成される仮定の放熱板前縁面５８の内側に位置するように構成されている。これによってガラス板８を外部接触から保護可能となっており、実用上の安全性を確保できる。
【００７１】
次に、本願発明の第１０の実施の形態を図７（ａ）および図７（ｂ）に基づいて説明する。
【００７２】
図７（ａ）は本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法（ガラス板接着工程）を示す。
【００７３】
本実施形態の構成におけるガラス板８が半導体レーザチップ２およびサブマウント４と予め接合された構造を図７（ａ）に示す製造方法によって容易に実現できる。初めに所定の厚みのウエハー上のガラス板８を用意する。このガラス板８はその裏面が光の出射面となる為、裏面には使用する半導体レーザの波長に対応した無反射（ＡＲ）コーティングが施されている。このウエハー状のガラス板８に、スピンコートなどの手法によって液状ガラス６２が均一な厚みで塗布されている。サブマウント４に搭載された半導体レーザチップ２は、相互の搭載位置ばらつきによって前端位置が一致せず、相互に５μｍ以下程度ばらつくことを考慮して、液状ガラス６２の厚みは硬化後に５μｍ〜３０μｍ程度になるようにするのがよい。液状ガラス６２の硬化時の体積減少を考慮すると液状ガラス６２の塗布厚みとしては８〜５０μｍ程度である。液状ガラス６２が必要以上に厚い場合は、余剰の液状ガラス６２が半導体レーザチップ２の上面に付着してワイヤーボンドの障害となったり、サブマウント４の底面に付着して接合不良となり、放熱性の妨げとなったりする可能性があるためである。しかしながら、スピンコートによる方法では、良好な膜厚再現性が得られるため、通常問題にならない。
【００７４】
次に、別途接合済みの半導体レーザを搭載したサブマウント４をその光出射面を下にしてこのガラス板８上に均等なピッチで整列搭載する。この整列搭載され半導体レーザを搭載したサブマウント４は、塗布されている液状ガラス６２が薄い効果により、その粘性によって衝撃を与えないかぎりその搭載された位置を維持する。
【００７５】
その後、図９に示したような気泡６６を除去する為の減圧脱泡処理をして熱硬化を行う。この熱硬化は半導体レーザチップ２とサブマウント４を接合しているハンダ材の融点を超えない２００℃以下の温度で実施が可能である。
【００７６】
硬化が完了したガラス板８は、粘着シートに貼り付けてブレードダイシングを行う。このブレードダイシングによる切断位置は切断の際にダイシングブレードに接近する半導体レーザチップ２やサブマウント４に対して所定の距離を確保しつつ切り進める必要があるため、ダイシング後にはガラス板８が半導体レーザおよびサブマウント４の端面の周囲４方向ともにはみ出しの有る形状となる。
【００７７】
このガラス板８のはみ出しは前述の半導体レーザチップ２から拡大しつつ出射される光をケラレ（光が透過しないこと）無くガラス板８の出口から出射するために出射側のガラス板８の面積を確保するために必要である。また、ガラス板８が、半導体レーザチップ２およびサブマウント４の接着面からはみ出すことは、外力が不用意に半導体レーザチップ２や配線に用いるワイヤーにかかることを防止するための障壁としても機能する。このため通常は、半導体レーザチップ２の上側では０．２〜０．５ｍｍ程度のはみ出しとする。
【００７８】
一方で、ガラス板８が、放熱板６の厚みを超えてはみ出すことを避けることが必要となる。なぜなら、放熱板６の底面の平坦性を維持し、機器側の放熱装置にその底面を密着させる必要があるためである。このためサブマウント４の下側には０．１５〜０．４ｍｍ程度のはみ出しとすることが好ましい。
【００７９】
さらに、１枚のガラス板８から、より多くの製品を得て、コストを低減するために必要最小限のはみ出しに設定することが好ましいことはいうまでも無い。
【００８０】
上記のような方法によれば、半導体レーザチップ２を搭載したサブマウント４はウエハー状態のガラス板への接合となり、図８に示す背景技術のように個々の半導体レーザにガラスの小片を貼り付けるようなデリケートな工程を必要としない。例えば直径６インチのガラス板８を使用し、幅０．８ｍｍ、厚み０．２ｍｍのサブマウント４上に厚み０．１ｍｍの半導体レーザチップ２を搭載し、はみ出しを各辺０．２ｍｍとした場合、ガラスの出射面の大きさは１．２×０．８ｍｍとなり、ブレード幅０．１ｍｍで切断した場合は、およそ１２０００個もの数量が一気に完成できることとなる。
【００８１】
さらに、ダイシングの後は、粘着シート上に製品が整然と配列された状態となるため、通常の半導体ウエハーをダイシングしたものをピックアップするのと同様に自動化機械によってピックアップし、パッケージに搭載することも容易である。このように製造の工程の効率を高めることが出来る。切り出された個辺のガラスを購入する場合、非常に割高であることに鑑みてもコストを大幅に低減することが可能となる。
【００８２】
このように、ダイシングされて個辺化したガラス板８が接続された半導体レーザチップ２とサブマウント４は粘着シートからピックアップされ、半導体レーザチップ２側を上向きに回転した後に図７（ｂ）に示すように、フレームレーザパッケージの放熱板６の先端部表面に塗布されたＡｇペースト１４の部分に搭載される。
【００８３】
その後、Ａｇペーストを硬化する工程とワイヤーボンドを行う工程を経て完成し、実用に供することができる。
【００８４】
以上のように構成された半導体レーザ装置は、高出力、短波長に対応しながら、キャップ封止工程が不用で、小型に構成できるため、この半導体レーザ装置を搭載する機器の小型化に貢献する。また、製造の工程の能率が高く、低コストであることによって、機器の低コスト化にも貢献できる。
【００８５】
尚、以上の説明は単一の半導体レーザチップ２をもとに行ったが、二波長半導体レーザチップ２を搭載してもよい。
【００８６】
さらに単一のサブマウント４に複数の半導体レーザチップ２を搭載したものでもよい。またその発振波長は青紫色レーザなどの短波長の半導体レーザチップ２を含むものでも良いため、ＣＤ用赤外レーザとＤＶＤ用の赤色レーザの２波長半導体レーザチップ２と、ＢＤ用の青紫色半導体レーザチップ２の２チップを搭載したサブマウント４を用いてフレームレーザに搭載することも可能となることは言うまでも無い。またその発振出力に関しても１Ｗを超える用途にも適用可能である。
【００８７】
尚、ガラス板８と放熱板６は固着せず、空隙があるとしているが、温度サイクルなどによる負荷でクラック６４が発生しないような低弾性の材料で充填しても差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本願発明の半導体レーザ装置によれば、高出力対応が可能で、青紫色のような短波長の半導体レーザに対してもキャップ封止を不用とし、小型化低コストし、さらに温度変化にたいしても高い信頼性をし確保できる。
【符号の説明】
【００８９】
２  半導体レーザチップ
４  サブマウント
６  放熱板
８  ガラス板
１０  液状ガラスの硬化物
１２  非固着空隙
１４  導電性ペースト／Ａｇを含む金属ナノペースト／ハンダ
１６  ワイヤー
１８  出射光
２０  出射光の垂直方向広がり角の半値
２２  上方ガラス板のはみ出し
２４  下方ガラス板のはみ出し
２５  ガラス板の光出射面
２６  前端面コート
２７  後端面コート
２８  ガラスＡＲコート
２９  反射光
３０  硬化した液状ガラスの厚み
３１  半導体レーザチップとサブマウントの搭載位置ずれ
３２  フレームレーザパッケージ
３４  枠体
３６  リード
３７  放熱板下面
３８  溝
４０  液状ガラスの滲み
４２  液状ガラスのフィレット
４３  放熱板面
４４  放熱板の面取り
４６  放熱板前端の切り欠き
４８  放熱板前縁線
５０  ＴＯ−ＣＡＮレーザパッケージ
５１  ベース部
５２  リード
５４  側壁
５６  放熱板前端の切り欠き
５８  放熱板前縁面
６０  ガラスウエハー
６２  液状ガラス（硬化前）
６４  クラック
６６  気泡
６８  未充填
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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