(57)【要約】  本開示の一側面によればサブマウントが提供される。前記サブマウントは、基材と、絶縁層と、導電層と、を含む。前記基材は、厚さ方向を向く主面を有し、かつ単結晶の半導体材料からなる。前記絶縁層は、電気絶縁性を有し、かつ前記主面の少なくとも一部を覆う。前記導電層は、前記絶縁層の上に配置されている。前記半導体材料は、第１導電型の炭化ケイ素である。
2019116981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向を向く主面を有する基材であって、単結晶の半導体材料からなる基材と、
電気絶縁性を有し、かつ前記主面の少なくとも一部を覆う絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された導電層と、を備え、
前記半導体材料は、第１導電型の炭化ケイ素である、サブマウント。
【請求項２】
前記絶縁層の熱伝導率は、１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、請求項１に記載のサブマウント。
【請求項３】
前記絶縁層の厚さは、０．０５〜５μｍである、請求項２に記載のサブマウント。
【請求項４】
前記絶縁層の構成材料は、窒化ケイ素を含む、請求項２または３に記載のサブマウント。
【請求項５】
前記絶縁層の厚さは、０．２〜１０μｍである、請求項１に記載のサブマウント。
【請求項６】
前記絶縁層の構成材料は、第２導電型の炭化ケイ素、または真性半導体である炭化ケイ素である、請求項５に記載のサブマウント。
【請求項７】
前記導電層の上に配置された導電接着層をさらに備える、請求項１ないし６のいずれかに記載のサブマウント。
【請求項８】
前記導電接着層は、前記導電層に接するバリア層と、前記バリア層の上に積層された接着層と、を有する、請求項７に記載のサブマウント。
【請求項９】
前記基材は、前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
前記裏面を覆う金属層をさらに備える、請求項１ないし８のいずれかに記載のサブマウント。
【請求項１０】
前記絶縁層には、前記主面を露出させる開口部が形成され、
前記開口部から露出する前記主面の一部の領域には、第２導電型半導体層が設けられている、請求項９に記載のサブマウント。
【請求項１１】
前記第２導電型半導体層に接続された第１パッドと、前記開口部から露出する前記主面に接続された第２パッドと、をさらに備える、請求項１０に記載のサブマウント。
【請求項１２】
請求項９に記載のサブマウントと、
レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、
前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、
ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、
前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層に導通し、
前記第２リードは、前記半導体レーザ素子に導通している、半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のサブマウントと、
レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、
前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、
ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、
前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層と、前記第２パッドと、の双方に導通し、
前記第２リードは、前記半導体レーザ素子と、前記第１パッドと、の双方に導通している、半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記ステムは、前記出射方向をその厚さ方向とする板状であり、かつ前記第１リードおよび前記第２リードを支持するベースと、前記ベースから前記出射方向に突出するヒートシンクと、を有し、
前記サブマウントの前記金属層が、前記ヒートシンクに接合されている、請求項１２または１３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントの前記導電層に対向する第１電極と、前記サブマウントの前記基材の厚さ方向において前記第１電極から離間した第２電極と、を有し、
前記第１電極は、前記導電層に電気的に接合され、
前記第２電極は、前記第２リードに導通している、請求項１４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記ベースには、前記出射方向に貫通し、かつ前記第１リードが挿通される第１貫通孔と、前記出射方向に貫通し、かつ前記第２リードが挿通される第２貫通孔と、が設けられ、
前記第１貫通孔と前記第１リードとの間に介在し、かつ前記第２貫通孔と前記第２リードとの間に介在する絶縁材をさらに備え、
前記第１リードおよび前記第２リードは、前記絶縁材を介して前記ベースに支持されている、請求項１５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記サブマウントおよび前記半導体レーザ素子を覆い、かつ前記ベースに固定されたキャップをさらに備え、
前記キャップには、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を通過させる窓部が設けられている、請求項１５に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、サブマウントと、当該サブマウントを備える半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置の主要部をなす半導体レーザ素子（レーザダイオードなど）を支持するサブマウントが知られている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の第１の側面によればサブマウントが提供される。前記サブマウントは、基材と、絶縁層と、導電層と、を含む。前記基材は、厚さ方向を向く主面を有し、かつ単結晶の半導体材料からなる。前記絶縁層は、電気絶縁性を有し、かつ前記主面の少なくとも一部を覆う。前記導電層は、前記絶縁層の上に配置されている。前記半導体材料は、第１導電型の炭化ケイ素である。
【０００４】
本開示の第２の側面によれば、前記金属層をさらに備える本開示の第１の側面によるサブマウントと、レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層に導通し、前記第２リードは、前記半導体レーザ素子に導通していることを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【０００５】
本開示の第３の側面によれば、前記金属層、前記第１パッドおよび前記第２パッドをさらに備える本開示の第１の側面によるサブマウントと、レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層と、前記第２パッドと、の双方に導通し、前記第２リードは、前記半導体レーザ素子と、前記第１パッドと、の双方に導通していることを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【０００６】
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の第１の側面によるサブマウントの第１実施形態にかかる斜視図である。
【図２】図１に示すサブマウントの平面図である。
【図３】図１に示すサブマウントの底面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】本開示の第１の側面によるサブマウントの第２実施形態にかかる斜視図である。
【図７】図６に示すサブマウントの平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】本開示の第２の側面による半導体レーザ装置の第１実施形態にかかる斜視図（キャップの透光板を透過）である。
【図１１】図１０に示す半導体レーザ装置の平面図（キャップを透過）である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４】図１３の部分拡大図である。
【図１５】本開示の第２の側面による半導体レーザ装置の第２実施形態にかかる断面図である。
【図１６】図１５の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について、添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
＜サブマウント＞
本開示の第１の側面によるサブマウントとして、その第１実施形態であるサブマウントＡ１０と、その第２実施形態であるサブマウントＡ２０とについて説明する。
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１〜図５に基づき、サブマウントＡ１０について説明する。サブマウントＡ１０は、基材１１、絶縁層１２、導電層１３、金属層１４および導電接着層１９を備える。これらの図に示すサブマウントＡ１０は、レーザダイオードなどの半導体レーザ素子２０（詳細は後述）を支持するものである。なお、図１〜図５（図３を除く）は、理解の便宜上、半導体レーザ素子２０を想像線（二点鎖線）で示している。
【００１１】
サブマウントＡ１０の説明においては、便宜上、基材１１の厚さ方向を「ｚ方向」と呼ぶ。基材１１のｚ方向視において、サブマウントＡ１０は矩形状である。ｚ方向に対して直交し、かつｚ方向視におけるサブマウントＡ１０の短辺に沿った方向を「ｘ方向」と呼ぶ。ｚ方向およびｘ方向の双方に対して直交し、かつｚ方向視におけるサブマウントＡ１０の長辺に沿った方向を「ｙ方向」と呼ぶ。「ｚ方向」、「ｘ方向」および「ｙ方向」は、後述するサブマウントＡ２０の説明においても適用する。
【００１２】
基材１１は、図１〜図５に示すように、絶縁層１２、導電層１３、金属層１４および導電接着層１９が配置されたサブマウントＡ１０の本体である。基材１１は、単結晶の半導体材料からなる。当該半導体材料は、第１導電型（ｎ型）の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。ｎ型炭化ケイ素は、単結晶、かつ真性半導体（ｉ型）である炭化ケイ素に、微量のｎ型ドーパントがイオン注入により添加されたものである。ｎ型ドーパントは、たとえば窒素（Ｎ）またはリン（Ｐ）である。図４および図５に示すように、基材１１は、主面１１１および裏面１１２を有する。主面１１１は、ｚ方向のうち基材１１に対して半導体レーザ素子２０が位置する側を向く。裏面１１２は、ｚ方向において主面１１１とは反対側を向く。
【００１３】
絶縁層１２は、図２、図４および図５に示すように、基材１１の主面１１１の少なくとも一部を覆っている。サブマウントＡ１０では、絶縁層１２は、主面１１１の全体を覆っている。絶縁層１２は、電気絶縁性を有する。絶縁層１２の熱伝導率は、１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。絶縁層１２の厚さは、０．０５〜５μｍであることが好ましい。より好ましい絶縁層１２の厚さは、０．０５〜１μｍである。このような熱伝導率および厚さを満たす絶縁層１２の構成材料として、たとえば窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）のような絶縁体材料が挙げられる。構成材料が窒化ケイ素である絶縁層１２は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成される。
【００１４】
絶縁層１２の構成材料は、先述の絶縁材料以外に、半導体材料としてもよい。当該半導体材料は、たとえば第２導電型（ｐ型）の炭化ケイ素、または真性半導体である。第２導電型の炭化ケイ素は、単結晶、かつ真性半導体である炭化ケイ素に、微量のｐ型ドーパントがイオン注入により添加されたものである。ｐ型ドーパントは、たとえばホウ素（Ｂ）またはアルミニウム（Ａｌ）である。構成材料が第２導電型である炭化ケイ素である絶縁層１２の形成方法は、エピタキシャル成長により基材１１の主面１１１の上に真性半導体である炭化ケイ素を形成した後、ｐ型ドーパントを当該炭化ケイ素に添加させる。なお、ｐ型ドーパントの添加量は、基材１１との関係により絶縁層１２の電気絶縁性が確保される程度に留める必要がある。構成材料が真性半導体である炭化ケイ素である絶縁層１２の形成方法は、エピタキシャル成長により主面１１１の上に当該炭化ケイ素を形成する。構成材料を第２導電型の炭化ケイ素、または真性半導体である炭化ケイ素としたときの絶縁層１２の厚さは、０．２〜１０μｍであることが好ましい。より好ましい絶縁層１２の厚さは、０．２〜４μｍである。
【００１５】
導電層１３は、図１〜図５（図３を除く）に示すように、絶縁層１２の上に配置されている。導電層１３に半導体レーザ素子２０が電気的に接合されている。導電層１３は、たとえば絶縁層１２に接するチタン（Ｔｉ）層に、プラチナ（Ｐｔ）層、金（Ａｕ）層の順に積層されたものである。導電層１３は、真空蒸着により形成される。
【００１６】
金属層１４は、図３〜図５に示すように、基材１１の裏面１１２を覆っている。サブマウントＡ１０では、金属層１４は、裏面１１２の全体を覆っている。金属層１４は、絶縁層１２により導電層１３との電気絶縁が確保されている。金属層１４は、たとえば導電層１３と同一の金属が裏面１１２に積層されたものである。金属層１４は、真空蒸着により形成される。
【００１７】
導電接着層１９は、図１〜図５（図３を除く）に示すように、導電層１３の上に配置されている。導電接着層１９は、半導体レーザ素子２０を導電層１３に電気的に接合させるために利用される。導電接着層１９は、バリア層１９１および接着層１９２を有する。バリア層１９１は、導電層１３に接している。バリア層１９１の構成材料は、チタンである。接着層１９２は、バリア層１９１の上に積層されている。接着層１９２は、ＡｕＳｎなどの共晶金属層である。導電接着層１９は、真空蒸着により形成される。半導体レーザ素子２０を導電接着層１９に静置した後、リフローにより導電接着層１９を溶融させ、さらに導電接着層１９を固化させることにより、半導体レーザ素子２０が導電層１３に電気的に接合される。
【００１８】
サブマウントＡ１０は、単結晶の半導体材料からなる基材１１を備える。当該半導体材料は、第１導電型（ｎ型）の炭化ケイ素である。第１導電型の炭化ケイ素の熱伝導率は、約４９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導率（約２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））と比較して極めて高い。これにより、サブマウントＡ１０は、半導体レーザ素子２０から発せられた熱を効率よく放出することができる。したがって、サブマウントＡ１０によれば、放熱性の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
第１導電型の炭化ケイ素は、パワーデバイスに使用されるスイッチング素子などの主要材料であるため、市場流通性が比較的高い材料である。このため、サブマウントＡ１０の製造コストを縮減することができる。
【００２０】
サブマウントＡ１０は、絶縁層１２を備えることにより、導電層１３と金属層１４との相互の電気絶縁が確保されたものとなる。これにより、サブマウントＡ１０を導電部材に対してフローティング接続させることが可能となる。
【００２１】
第１導電型の炭化ケイ素の熱膨張率は、半導体レーザ素子２０の一般的な主要材料であるヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱膨張率に近い値である。これにより、半導体レーザ素子２０から発せられる熱によりサブマウントＡ１０が熱膨張した場合、半導体レーザ素子２０とサブマウントＡ１０との熱ひずみの差が極力小さくなるため、半導体レーザ素子２０に発生する熱応力を抑制することができる。
【００２２】
絶縁層１２の構成材料を窒化ケイ素などの絶縁体材料とする場合、絶縁層１２の熱伝導率は、１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。絶縁層１２の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、サブマウントＡ１０の放熱性が低下するおそれがある。
【００２３】
一方、絶縁層１２の構成材料を第２導電型（ｐ型）の炭化ケイ素、または真性半導体（ｉ型）である炭化ケイ素とする場合、絶縁層１２の熱伝導率を１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上確保することが可能である。構成材料が炭化ケイ素である絶縁層１２は、既存の半導体製造装置により容易に形成することができる。
【００２４】
サブマウントＡ１０は、導電層１３の上に配置された導電接着層１９を備える。導電接着層１９は、バリア層１９１および接着層１９２を有する。これにより、リフローにより接着層１９２が溶融した際、接着層１９２がバリア層１９１の形成領域内に留まるため、接着層１９２の厚さが確保される。したがって、導電層１３に対する半導体レーザ素子２０の接合強度の低下を防止できる。
【００２５】
〔第２実施形態〕
図６〜図９に基づき、サブマウントＡ２０について説明する。これらの図において、先述したサブマウントＡ１０と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図６〜図９は、理解の便宜上、半導体レーザ素子２０を想像線で示している。
【００２６】
サブマウントＡ２０は、絶縁層１２の構成と、第２導電型半導体層１５、第１パッド１６１および第２パッド１６２を備える点とが、先述したサブマウントＡ１０と異なる。
【００２７】
図６〜図９に示すように、絶縁層１２には、基材１１の主面１１１を露出させる開口部１２１が形成されている。サブマウントＡ２０では、開口部１２１は、ｚ方向視において矩形状である。開口部１２１は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）により形成される。なお、サブマウントＡ２０では、絶縁層１２の構成材料は、第２導電型である炭化ケイ素である場合を想定している。
【００２８】
第２導電型半導体層１５は、図６〜図９に示すように、絶縁層１２の開口部１２１から露出する基材１１の主面１１１に接して設けられている。第２導電型半導体層１５は、ｚ方向視において絶縁層１２から離間して配置されている。第２導電型半導体層１５の主要材料は、単結晶、かつ真性半導体である炭化ケイ素である。第２導電型半導体層１５は、エピタキシャル成長により開口部１２１から露出した主面１１１の上に真性半導体である炭化ケイ素を形成した後、ｐ型ドーパントを当該炭化ケイ素に添加させることにより形成される。なお、第２導電型半導体層１５におけるｐ型ドーパントの添加量は、先述した第２導電型の炭化ケイ素を構成材料とした絶縁層１２におけるｐ型ドーパントの添加量と異なる。
【００２９】
第１パッド１６１は、図６〜図９に示すように、第２導電型半導体層１５に接続されている。また、第２パッド１６２は、図６〜図８に示すように、絶縁層１２の開口部１２１から露出する基材１１の主面１１１に接続されている。サブマウントＡ２０では、第１パッド１６１および第２パッド１６２は、ｘ方向において互いに離間して配置されている。第１パッド１６１および第２パッド１６２の構成材料は、たとえば金である。第１パッド１６１および第２パッド１６２は、真空蒸着により形成される。
【００３０】
サブマウントＡ１０は、単結晶の半導体材料からなる基材１１を備える。当該半導体材料は、ｎ型炭化ケイ素である。したがって、サブマウントＡ２０によっても、放熱性の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
サブマウントＡ２０では、絶縁層１２の開口部１２１から露出した基材１１の一部の領域と、第２導電型半導体層１５とにより、ｐｎ接合がなされている。これにより、サブマウントＡ２０において定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）を設けることができる。この場合では、第１パッド１６１が当該定電圧ダイオードのアノードとなり、第２パッド１６２が当該定電圧ダイオードのカソードとなる。
【００３２】
＜半導体レーザ装置＞
本開示の第２の側面による半導体レーザ装置として、その第１実施形態である半導体レーザ装置Ｂ１０と、その第２実施形態である半導体レーザ装置Ｂ２０とについて説明する。  
【００３３】
〔第１実施形態〕
図９〜図１３に基づき、半導体レーザ装置Ｂ１０について説明する。半導体レーザ装置Ｂ１０は、サブマウントＡ１０、半導体レーザ素子２０、ステム３０、接合層３９、第１リード４１、第２リード４２、第３リード４３、絶縁材４９、第１ワイヤ５１、第２ワイヤ５２およびキャップ６０を備える。半導体レーザ装置Ｂ１０は、レーザ光８０を出射する。なお、図１０は、理解の便宜上、キャップ６０の透光板６４（詳細は後述）を透過している。図１１は、理解の便宜上、キャップ６０を透過している。図１１において透過したキャップ６０を想像線で示している。図１２は、一点鎖線にて示される図１１のＸＩＩ−ＸＩＩに沿う断面図である。
【００３４】
半導体レーザ装置Ｂ１０の説明においては、便宜上、サブマウントＡ１０の基材１１の厚さ方向を「ｚ方向」と呼ぶ。ｚ方向に対して直交し、かつステム３０の内面３１Ａ（詳細は後述）に沿った方向を「ｘ方向」と呼ぶ。ｚ方向およびｘ方向の双方に対して直交し、かつステム３０の内面３１Ａに対して直交する方向を「ｙ方向」と呼ぶ。これらのうち、「ｙ方向」の一方側（図１０に示すｙ方向において上方を向く側）が、半導体レーザ装置Ｂ１０から出射されるレーザ光８０の出射方向Ｌに一致する。「ｚ方向」、「ｘ方向」および「ｙ方向」は、後述する半導体レーザ装置Ｂ２０の説明においても適用する。
【００３５】
半導体レーザ素子２０は、図１０〜図１３に示すように、サブマウントＡ１０に支持されている。半導体レーザ装置Ｂ１０では、半導体レーザ素子２０は、レーザダイオードである。半導体レーザ素子２０は、ｚ方向視において矩形状である。半導体レーザ素子２０は、その長辺が出射方向Ｌに沿うようにサブマウントＡ１０に支持されている。半導体レーザ素子２０から、レーザ光８０が出射方向Ｌに出射される。図１４に示すように、半導体レーザ素子２０は、ｎ型半導体層２１、ｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型クラッド層２４、絶縁膜２５、ｐ型コンタクト層２６、第１電極２７および第２電極２８を有する。
【００３６】
ｎ型半導体層２１は、ｎ型半導体からなる。ｎ型半導体層２１は、半導体レーザ素子２０における導電性の支持体である。ｎ型半導体層２１の主要材料は、ヒ化ガリウムまたは窒化ガリウムである。半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光８０の出力を向上させる場合は、ｎ型半導体層２１の主要材料として窒化ガリウムが用いられる。半導体レーザ装置Ｂ１０では、ｎ型半導体層２１の主要材料として窒化ガリウムを用いた場合を説明する。
【００３７】
ｎ型クラッド層２２は、ｚ方向のうちｎ型半導体層２１に対してサブマウントＡ１０が位置する側において、ｎ型半導体層２１に積層されている。ｎ型クラッド層２２は、ｎ型半導体からなる。ｎ型クラッド層２２の主要材料は、たとえばＩｎＧａＮである。
【００３８】
活性層２３は、ｚ方向のうちｎ型半導体層２１に対してサブマウントＡ１０が位置する側において、ｎ型クラッド層２２に積層されている。活性層２３は、誘導放出により光を発する。活性層２３の主要材料は、窒化ガリウムである。
【００３９】
ｐ型クラッド層２４は、ｚ方向のうちｎ型半導体層２１に対してサブマウントＡ１０が位置する側において、活性層２３に積層されている。ｐ型クラッド層２４は、ｐ型半導体からなる。ｐ型クラッド層２４の主要材料は、たとえばＩｎＧａＮである。
【００４０】
絶縁膜２５は、ｐ型クラッド層２４の表面を覆っている。絶縁膜２５は、電気絶縁性を有する。絶縁膜２５の構成材料は、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）である。絶縁膜２５には、出射方向Ｌに延びるスリット状の開口２５１が形成されている。
【００４１】
ｐ型コンタクト層２６は、絶縁膜２５の開口２５１に充填されている。ｐ型コンタクト層２６は、導電性を有する。ｐ型コンタクト層２６は、たとえば金を含む金属層である。
【００４２】
第１電極２７は、絶縁膜２５の表面を覆い、かつｐ型コンタクト層２６に接している。第１電極２７は、ｐ型コンタクト層２６を介してｐ型クラッド層２４に導通している。このため、第１電極２７は、半導体レーザ素子２０のアノードである。第１電極２７は、サブマウントＡ１０の導電層１３に対向している。第１電極２７は、たとえば金を含む金属層であり、真空蒸着により形成される。第１電極２７は、導電接着層１９により導電層１３に電気的に接合されている。
【００４３】
第２電極２８は、ｚ方向においてｎ型半導体層２１に対してｎ型クラッド層２２とは反対側に位置し、かつｎ型半導体層２１の表面を覆っている。第２電極２８は、ｎ型クラッド層２２に導通している。このため、第２電極２８は、半導体レーザ素子２０のカソードである。第２電極２８は、たとえば金を含む金属層であり、真空蒸着により形成される。
【００４４】
半導体レーザ素子２０では、第１電極２７から第２電極２８に向けて電流が流れることにより、活性層２３から光が発せられる。当該光は、ｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２４との双方によりｚ方向において繰り返し反射して共振されることによって、レーザ光８０となる。レーザ光８０は、活性層２３から出射方向Ｌに出射される。
【００４５】
ステム３０は、図１０〜図１３に示すように、サブマウントＡ１０を支持する金属製の導電部材である。これにより、半導体レーザ装置Ｂ１０では、半導体レーザ素子２０がサブマウントＡ１０を介してステム３０に支持された構成となっている。ステム３０の構成材料は、たとえば鉄（Ｆｅ）または鉄合金である。ステム３０では、これらの金属の表面にニッケル（Ｎｉ）などのめっきを施してもよい。ステム３０は、ベース３１およびヒートシンク３２を有する。半導体レーザ装置Ｂ１０は、ベース３１およびヒートシンク３２は一体成形されている。
【００４６】
図１０〜図１３に示すように、ベース３１は、出射方向Ｌを厚さ方向とする板状である。半導体レーザ装置Ｂ１０では、ベース３１は、ｙ方向視において略円形状である。ベース３１は、内面３１Ａおよび外面３１Ｂを有する。内面３１Ａは、出射方向Ｌを向く。外面３１Ｂは、出射方向Ｌとは反対側を向く。また、ベース３１には、第１貫通孔３１１および第２貫通孔３１２が設けられている。第１貫通孔３１１および第２貫通孔３１２は、出射方向Ｌに貫通している。第１貫通孔３１１および第２貫通孔３１２は、ｘ方向において互いに離間している。
【００４７】
図１０〜図１３に示すように、ヒートシンク３２は、ベース３１の内面３１Ａから出射方向Ｌに突出している。半導体レーザ装置Ｂ１０では、ヒートシンク３２は、直方体状である。ｙ方向視においてヒートシンク３２は、ベース３１に設けられた第１貫通孔３１１および第２貫通孔３１２の双方に対して離間している。ヒートシンク３２は、ｘ方向および出射方向Ｌの双方に沿っており、かつサブマウントＡ１０に対向する支持面３２１を有する。
【００４８】
接合層３９は、図１４に示すように、ステム３０のヒートシンク３２の支持面３２１と、サブマウントＡ１０の金属層１４との間に介在している。金属層１４は、接合層３９により支持面３２１に接合されている。これにより、サブマウントＡ１０は、接合層３９を介してヒートシンク３２に支持されている。また、サブマウントＡ１０の基材１１の厚さ方向（ｚ方向）が、出射方向Ｌに対して直交する構成となっている。サブマウントＡ１０は、その長辺が出射方向Ｌに沿うようにヒートシンク３２に支持されている。接合層３９は、たとえば錫（Ｓｎ）を含む合金（はんだ）である。サブマウントＡ１０は、先述した構成に基づきヒートシンク３２に対してフローティング接続されている。このため、半導体レーザ素子２０は、ステム３０に対して電気絶縁がなされている。
【００４９】
第１リード４１は、図１１および図１２に示すように、ステム３０のベース３１に設けられた第１貫通孔３１１に挿通された棒状の導電部材である。第１リード４１の構成材料は、たとえば鉄−ニッケル合金である。第１リード４１の表面には、金めっきを施してもよい。第１リード４１は、ベース３１の外面３１Ｂから出射方向Ｌとは反対側に突出している。また、第１リード４１は、ベース３１の内面３１Ａから出射方向Ｌにも突出している。第１リード４１において、内面３１Ａから出射方向Ｌに突出する区間の長さは、外面３１Ｂから出射方向Ｌの反対側に突出する区間の長さよりも小である。
【００５０】
第２リード４２は、図１１および図１２に示すように、ステム３０のベース３１に設けられた第２貫通孔３１２に挿通された棒状の導電部材である。これにより、第１リード４１および第２リード４２は、ｘ方向において互いに離間している。第２リード４２の構成材料は、第１リード４１の構成材料と同一である。第２リード４２は、ベース３１の外面３１Ｂから出射方向Ｌとは反対側に突出している。また、第２リード４２は、ベース３１の内面３１Ａから出射方向Ｌにも突出している。第２リード４２において、内面３１Ａから出射方向Ｌに突出する区間の長さは、外面３１Ｂから出射方向Ｌの反対側に突出する区間の長さよりも小である。
【００５１】
第３リード４３は、図１２および図１３に示すように、ステム３０のベース３１の外面３１Ｂに接合された棒状の導電部材である。図１１に示すように、ｙ方向視において第３リード４３は、ステム３０のヒートシンク３２に重なっている。このため、第３リード４３は、第１リード４１および第２リード４２の双方に対して離間している。第３リード４３の構成材料は、第１リード４１の構成材料と同一である。第３リード４３は、外面３１Ｂから出射方向Ｌとは反対側に突出している。
【００５２】
絶縁材４９は、図１１および図１２に示すように、ステム３０のベース３１に設けられた第１貫通孔３１１と、第１リード４１との間に介在している。また、絶縁材４９は、ベース３１に設けられた第２貫通孔３１２と、第２リード４２との間に介在している。絶縁材４９は、電気絶縁性を有する。絶縁材４９の構成材料は、たとえばガラスである。第１リード４１および第２リード４２は、絶縁材４９によりステム３０に対して電気絶縁がなされた状態で、絶縁材４９を介してベース３１に支持されている。
【００５３】
第１ワイヤ５１は、図１２に示すように、第１リード４１と、サブマウントＡ１０の導電層１３とを接続する導電部材である。第１ワイヤ５１により、第１リード４１は、導電層１３に導通し、さらには半導体レーザ素子２０の第１電極２７に導通している。このため、第１リード４１は、半導体レーザ装置Ｂ１０のアノードである。第１ワイヤ５１の構成材料は、たとえば金である。
【００５４】
第２ワイヤ５２は、図１２に示すように、第２リード４２と、半導体レーザ素子２０の第２電極２８とを接続する導電部材である。第２ワイヤ５２により、第２リード４２は、第２電極２８に導通している。このため、第２リード４２は、半導体レーザ装置Ｂ１０のカソードである。第２ワイヤ５２の構成材料は、第１ワイヤ５１の構成材料と同一である。
【００５５】
キャップ６０は、図１０、図１２および図１３に示すように、ステム３０のベース３１の内面３１Ａに固定されている。キャップ６０は、サブマウントＡ１０および半導体レーザ素子２０と、ともに内面３１Ａから出射方向Ｌに突出する第１リード４１および第２リード４２のそれぞれ一部ずつと、第１ワイヤ５１および第２ワイヤ５２とを覆っている。キャップ６０の構成材料は、ステム３０の構成材料と同一である。キャップ６０は、頂部６１、側部６２、フランジ部６３および透光板６４を有する。
【００５６】
図１０、図１２および図１３に示すように、頂部６１は、出射方向Ｌにおいてステム３０に対して離間しており、かつ出射方向Ｌに対して直交する面を有する。半導体レーザ装置Ｂ１０では、出射方向Ｌに対して直交する頂部６１の面の外周縁は、円形状である。ｙ方向視における頂部６１の中央には、頂部６１を出射方向Ｌに貫通する窓部６１１が設けられている。半導体レーザ装置Ｂ１０では、ｙ方向視における窓部６１１の周縁は、円形状である。窓部６１１は、半導体レーザ素子２０から出射されたレーザ光８０を通過させる。
【００５７】
図１０、図１２および図１３に示すように、側部６２は、ｙ方向視においてサブマウントＡ１０および半導体レーザ素子２０の周囲を取り囲んでいる。半導体レーザ装置Ｂ１０では、側部６２は、円筒状である。出射方向Ｌにおける側部６２の一端は、頂部６１の外縁につながっている。
【００５８】
図１０、図１２および図１３に示すように、フランジ部６３は、側部６２に対して頂部６１とは出射方向Ｌの反対側に位置し、かつ出射方向Ｌにおける側部６２の他端につながっている。ｙ方向視においてフランジ部６３は、側部６２の周縁から外側に向けて突出している。半導体レーザ装置Ｂ１０では、ｙ方向視におけるフランジ部６３は、円環状である。フランジ部６３は、ステム３０のベース３１の内面３１Ａに接合されている。
【００５９】
図１０、図１２および図１３は、透光板６４は、キャップ６０の内部から頂部６１に設けられた窓部６１１を塞いでいる。透光板６４は、透光性を有する。透光板６４の構成材料は、たとえばガラスである。半導体レーザ素子２０から出射されたレーザ光８０は、透光板６４を透過する。
【００６０】
半導体レーザ装置Ｂ１０は、サブマウントＡ１０と、サブマウントＡ１０の導電層１３に電気的に接合された半導体レーザ素子２０と、サブマウントＡ１０を支持する金属製のステム３０を備える。サブマウントＡ１０は、先述した構成によりその放熱性の向上が図られていることから、半導体レーザ素子２０から発せられた熱は、サブマウントＡ１０を介して効率よくステム３０に伝熱される。したがって、半導体レーザ装置Ｂ１０によれば、放熱性の向上を図ることが可能となる。
【００６１】
半導体レーザ装置Ｂ１０は、サブマウントＡ１０を備えることにより放熱性の向上を図ることが可能である。したがって、半導体レーザ装置Ｂ１０によれば、半導体レーザ素子２０の高出力化を図ることができる。
【００６２】
半導体レーザ装置Ｂ１０は、ステム３０に支持された第１リード４１および第２リード４２を備える。第１リード４１は、サブマウントＡ１０の導電層１３に導通している。第２リード４２は、半導体レーザ素子２０の第２電極２８に導通している。サブマウントＡ１０は、先述した構成によりステム３０のヒートシンク３２に対してフローティング接続されている。これにより、半導体レーザ装置Ｂ１０では、ステム３０には電流が流れない構成となり、外部に対する半導体レーザ装置Ｂ１０の電気絶縁性の向上を図ることができる。このことは、半導体レーザ素子２０の高出力化を図る上で好適である。
【００６３】
〔第２実施形態〕
図１５および図１６に基づき、半導体レーザ装置Ｂ２０について説明する。これらの図において、先述した半導体レーザ装置Ｂ１０と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図１５の断面位置は、図１２の断面位置と同一である。
【００６４】
半導体レーザ装置Ｂ２０は、サブマウントＡ１０の代わりにサブマウントＡ２０を備える点と、第３ワイヤ５３および第４ワイヤ５４をさらに備える点とが、先述した半導体レーザ装置Ｂ１０と異なる。
【００６５】
図１５および図１６に示すように、ステム３０のヒートシンク３２に対するサブマウントＡ２０の支持形態は、半導体レーザ装置Ｂ１０におけるサブマウントＡ１０の支持形態と同一である。
【００６６】
第３ワイヤ５３は、図１５および図１６に示すように、第１リード４１と、サブマウントＡ１０の第２パッド１６２とを接続する導電部材である。第１ワイヤ５１および第３ワイヤ５３により、第１リード４１は、サブマウントＡ２０の導電層１３と、第２パッド１６２との双方に導通している。第３ワイヤ５３の構成材料は、第１ワイヤ５１の構成材料と同一である。
【００６７】
第４ワイヤ５４は、図１５および図１６に示すように、第２リード４２と、サブマウントＡ１０の第１パッド１６１とを接続する導電部材である。第２ワイヤ５２および第４ワイヤ５４により、第２リード４２は、半導体レーザ素子２０の第２電極２８と、第１パッド１６１との双方に導通している。第４ワイヤ５４の構成材料は、第１ワイヤ５１の構成材料と同一である。
【００６８】
半導体レーザ装置Ｂ２０は、サブマウントＡ２０と、サブマウントＡ２０の導電層１３に電気的に接合された半導体レーザ素子２０と、サブマウントＡ２０を支持する金属製のステム３０を備える。サブマウントＡ２０は、先述した構成によりその放熱性の向上が図られていることから、半導体レーザ素子２０から発せられた熱は、サブマウントＡ２０を介して効率よくステム３０に伝熱される。したがって、半導体レーザ装置Ｂ２０によれば、放熱性の向上を図ることが可能となる。
【００６９】
半導体レーザ装置Ｂ２０は、サブマウントＡ２０を備えることにより放熱性の向上を図ることが可能である。したがって、半導体レーザ装置Ｂ２０によれば、半導体レーザ素子２０の高出力化を図ることができる。
【００７０】
半導体レーザ装置Ｂ２０では、第１リード４１は、サブマウントＡ２０の導電層１３と、第２パッド１６２との双方に導通している。第２リード４２は、半導体レーザ素子２０の第２電極２８と、第１パッド１６１との双方に導通している。サブマウントＡ２０には、先述した構成により定電圧ダイオードが設けられている。第１パッド１６１が当該定電圧ダイオードのアノードであり、第２パッド１６２が当該定電圧ダイオードのカソードである。これにより、逆電圧から半導体レーザ素子２０を保護することが可能となり、半導体レーザ装置Ｂ２０の静電耐圧の向上を図ることができる。
【００７１】
本開示は、先述した実施形態に限定されるものではない。本開示の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００７２】
本開示は以下の付記を含む。
［付記１］
厚さ方向を向く主面を有する基材であって、単結晶の半導体材料からなる基材と、
電気絶縁性を有し、かつ前記主面の少なくとも一部を覆う絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置された導電層と、を備え、
前記半導体材料は、第１導電型の炭化ケイ素である、サブマウント。
［付記２］
前記絶縁層の熱伝導率は、１０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、付記１に記載のサブマウント。
［付記３］
前記絶縁層の厚さは、０．０５〜５μｍである、付記２に記載のサブマウント。
［付記４］
前記絶縁層の構成材料は、窒化ケイ素を含む、付記２または３に記載のサブマウント。
［付記５］
前記絶縁層の厚さは、０．２〜１０μｍである、付記１に記載のサブマウント。
［付記６］
前記絶縁層の構成材料は、第２導電型の炭化ケイ素、または真性半導体である炭化ケイ素である、付記５に記載のサブマウント。
［付記７］
前記導電層の上に配置された導電接着層をさらに備える、付記１ないし６のいずれかに記載のサブマウント。
［付記８］
前記導電接着層は、前記導電層に接するバリア層と、前記バリア層の上に積層された接着層と、を有する、付記７に記載のサブマウント。
［付記９］
前記基材は、前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
前記裏面を覆う金属層をさらに備える、付記１ないし８のいずれかに記載のサブマウント。
［付記１０］
前記絶縁層には、前記主面を露出させる開口部が形成され、
前記開口部から露出する前記主面の一部の領域には、第２導電型半導体層が設けられている、付記９に記載のサブマウント。
［付記１１］
前記第２導電型半導体層に接続された第１パッドと、前記開口部から露出する前記主面に接続された第２パッドと、をさらに備える、付記１０に記載のサブマウント。
［付記１２］
付記９に記載のサブマウントと、
レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、
前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、
ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、
前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層に導通し、
前記第２リードは、前記半導体レーザ素子に導通している、半導体レーザ装置。
［付記１３］
付記１１に記載のサブマウントと、
レーザ光を出射し、かつ前記サブマウントの前記導電層に電気的に接合された半導体レーザ素子と、
前記サブマウントの前記基材の厚さ方向が前記レーザ光の出射方向に対して直交するように、前記サブマウントを支持する金属製のステムと、
ともに前記ステムから前記出射方向とは反対側に突出する区間を有し、かつ互いに離間した状態で前記ステムに支持された第１リードおよび第２リードと、を備え、
前記第１リードは、前記サブマウントの前記導電層と、前記第２パッドと、の双方に導通し、
前記第２リードは、前記半導体レーザ素子と、前記第１パッドと、の双方に導通している、半導体レーザ装置。
［付記１４］
前記ステムは、前記出射方向をその厚さ方向とする板状であり、かつ前記第１リードおよび前記第２リードを支持するベースと、前記ベースから前記出射方向に突出するヒートシンクと、を有し、
前記サブマウントの前記金属層が、前記ヒートシンクに接合されている、付記１２または１３に記載の半導体レーザ装置。
［付記１５］
前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントの前記導電層に対向する第１電極と、前記サブマウントの前記基材の厚さ方向において前記第１電極から離間した第２電極と、を有し、
前記第１電極は、前記導電層に電気的に接合され、
前記第２電極は、前記第２リードに導通している、付記１４に記載の半導体レーザ装置。
［付記１６］
前記ベースには、前記出射方向に貫通し、かつ前記第１リードが挿通される第１貫通孔と、前記出射方向に貫通し、かつ前記第２リードが挿通される第２貫通孔と、が設けられ、
前記第１貫通孔と前記第１リードとの間に介在し、かつ前記第２貫通孔と前記第２リードとの間に介在する絶縁材をさらに備え、
前記第１リードおよび前記第２リードは、前記絶縁材を介して前記ベースに支持されている、付記１５に記載の半導体レーザ装置。
［付記１７］
前記サブマウントおよび前記半導体レーザ素子を覆い、かつ前記ベースに固定されたキャップをさらに備え、
前記キャップには、前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を通過させる窓部が設けられている、付記１５に記載の半導体レーザ装置。
【図１】
2019116981.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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