(57)【要約】      （修正有）【課題】  高温雰囲気下であっても長期的に発光駆動できる窒化物半導体レーザ光源の製造方法、およびその窒化物半導体レーザ光源の製造装置の提供。【解決手段】  窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとを有し、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に前記レーザチップが封入されてなる窒化物半導体レーザ光源の製造方法であって、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面にオゾンまたは励起酸素原子を暴露して、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するアッシング工程と、前記アッシング工程後に、前記レーザチップ、前記ステム及び前記キャップの表面に第１のガスを供給し、当該第１のガスの雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング工程とを備える窒化物半導体レーザ光源の製造方法とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとを有し、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に前記レーザチップが封入されてなる窒化物半導体レーザ光源の製造方法であって、
前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面にオゾンまたは励起酸素原子を暴露して、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するアッシング工程と、
前記アッシング工程後に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に第１のガスを供給し、当該第１のガスの雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング工程と
を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項２】
前記第１のガスは、不活性ガスのみからなる
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項３】
前記第１のガスは、不活性ガスと酸素ガスとからなる
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項４】
前記第１のガスは、水分濃度が１０００ｐｐｍ以下の大気からなる
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項５】
前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項６】
前記アッシング工程の清浄化処理が、前記オゾンまたは励起酸素原子により、前記レーザチップ、ステムまたはキャップの表面に付着した汚染物質を酸化分解して、当該汚染物質を前記レーザチップ、ステムまたはキャップの表面から除去する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項７】
前記励起酸素原子を、酸素ガスに紫外光を照射して発生させる
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項８】
前記励起酸素原子を、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面に供給した酸素ガスに紫外光を照射して発生させる
ことを特徴とする請求項７記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項９】
前記励起酸素原子を、オゾンガスに紫外光を照射して発生させる
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１０】
前記アッシング工程において、さらに、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面に不活性ガスを含む第２のガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１１】
前記不活性ガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項２または３記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１２】
前記第２のガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである
ことを特徴とする請求項１０記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１３】
前記第１のガスと前記第２のガスとが、同一種類のガスである
ことを特徴とする請求項１０記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１４】
前記アッシング工程と前記キャッピング工程との間に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に、前記第１のガスのみを供給する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１５】
前記アッシング工程と前記キャッピング工程との間に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に、前記不活性ガスのみを供給する
ことを特徴とする請求項３記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１６】
前記アッシング工程と前記キャッピング工程との間に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に、前記第２のガスのみを供給する
ことを特徴とする請求項１０記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１７】
前記アッシング工程中の雰囲気温度が１００℃以上５００℃以下である
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１８】
前記第１のガスの圧力が、７６０×１３３．３２２Ｐａ以上である
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項１９】
前記アッシング工程でアッシングする前記ステムに、前記レーザチップが実装されている
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項２０】
前記アッシング工程において、前記密閉容器内に封入する全ての部材の表面を清浄化する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項２１】
前記アッシング工程の前に、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面を２００〜３５０℃に加熱する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項２２】
前記アッシング工程の後であって、前記キャッピング工程の前に、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップを２００〜３５０℃に加熱する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ光源の製造方法。
【請求項２３】
窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとの表面に励起酸素原子を暴露して、当該表面を清浄化するアッシング処理炉と、
前記表面が清浄化されたレーザチップ、ステムおよびキャップの表面に第１のガスを供給し、当該第１のガスの雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング部と
を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
【請求項２４】
前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項２３記載の窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
【請求項２５】
前記アッシング処理炉と前記キャッピング部とがパスボックス部によって密閉連結されており、
当該パスボックス部に、前記第１のガスと同一または異なる種類のガスが供給される
ことを特徴とする請求項２３記載の窒化物半導体レーザ光源の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長寿命な窒化物半導体レーザ光源の製造方法、およびこのレーザ光源の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近紫外や紫外の短波長域の半導体レーザ光源は、一般に、窒化物半導体レーザチップを、レーザ光を透過するキャップの内部空間に封入することで製造されるが、製造時にキャップの内部空間へ汚染物質が侵入し、レーザチップの共振器端面に付着してレーザ特性を劣化させるという問題がある。
【０００３】
上記汚染物質とは炭化水素化合物やシロキサンなどを意味するものであり、大気中に含まれていたり、レーザ光源の製造過程で発生して雰囲気中に放散されたりする。このため、レーザ光源の製造中にレーザチップやキャップへ汚染物質が付着してしまい、たとえレーザチップのキャップ内への封入時に新鮮な雰囲気を用いたとしても、汚染物質がキャップ内に侵入することを避けられない。
また、炭化水素化合物やシロキサンなどの汚染物質は、レーザ光源を製造するための構成部材に元々付着している場合もあり、何の処理も行わずにレーザ光源を製造すると、汚染物質がキャップ内に残存してしまう。
【０００４】
また、レーザの駆動時には熱が発生するが、この駆動熱により、封入雰囲気中での汚染物質の対流が引き起こされるため、短波長レーザ光を浴びてイオン化される汚染物質が多くなる。そして、イオン化された汚染物質は、レーザチップの共振器端面に集中的かつ強固に吸着して当該端面を黒色化させるため、レーザ光源の発光強度が経時的に低下する。
【０００５】
ここで、封入雰囲気中に浮遊する汚染物質を除去して共振器端面の黒色化を防止するため、キャップ内にゼオライト吸着剤を設ける技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４８２０号公報（第２頁）
【０００７】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、この特許文献１に記載の技術を用いても、封入雰囲気中の汚染物質を十分に吸着除去することができず、例えばこのレーザ光源を、６０℃を超える高温雰囲下にて３０００時間を超えて長期的に作動させた場合に、レーザチップの共振器端面が黒色化してしまうことが判った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高温雰囲気下にて長期的に使用してもその発光強度が低下しない、長寿命型の窒化物半導体レーザ光源の製造方法、およびその窒化物半導体レーザ光源の製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとを有し、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に前記レーザチップが封入されてなる窒化物半導体レーザ光源の製造方法であって、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面にオゾンまたは励起酸素原子を暴露して、当該レーザチップ、ステムまたはキャップの表面を清浄化処理するアッシング工程と、前記アッシング工程後に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に第１のガスを供給し、当該第１のガスの雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムとキャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成であると、キャッピング工程に先んじてアッシング工程を行うことにより、ステムとキャップとからなる密閉容器の内側やレーザチップの表面から汚染物質を除去した後に、密閉容器内へレーザチップが封入されるため、レーザ光源の製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量を顕著に削減することができる。これにより、高温下で長期的に使用した場合にも、汚染物質の重合や分解に起因したレーザチップの共振器端面の黒色化が発生しにくく発光強度の経時劣化が抑制されるため、窒化物半導体レーザ光源が長寿命化する。
【００１１】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、上記第１のガスが、不活性ガスのみ、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガス、あるいは水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気である構成とすることができる。
【００１２】
キャッピング工程に用い、キャップ内に封入される第１のガスが不活性ガスであると、封止後のレーザ装置の性能が低下することがない。
【００１３】
また、封入ガスに、酸素ガスが添加されていると、レーザ光源を長期動作した場合に電気的特性などの素子特性を安定化できる。この酸素ガス濃度は、好ましくは１００ｐｐｍ以上８０％以下とし、更に好ましくは０．１％以上４０％以下とし、もっとも好ましくは１％以上１８％以下とする。酸素ガス濃度が低すぎると、特性安定化の効果を十分に得ることができず、高すぎると酸素ガスが素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１４】
また、水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気は、主に、約７８％の窒素ガス（不活性ガス）と、約２１％の酸素ガスと、約１％のアルゴンガス（不活性ガス）とからなるため、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたものと同様の効果を得ることができるとともに、不活性ガスや、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いる場合に比べて、製造コストを引き下げることができる。
なお、この場合、汚染物質等の不純物をフィルターなどにより除去した大気を用いることが望ましい。また、水分濃度を１０００ｐｐｍ以下とすることにより、大気中に汚染物質が混入していても、端面劣化（黒色化）への影響を抑制することができ、本発明の効果を得ることができる。
【００１５】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記窒化物半導体レーザチップの発光波長が４５０ｎｍ以下である構成とすることができる。
【００１６】
レーザ光源内部に汚染物質が混入している場合には、レーザ光源の発光波長が短波長であるほどレーザチップの共振器端面の黒色化が生じやすいが、この構成であるとレーザ光源の製造時に密閉容器内へ汚染物質が混入しにくいため、青色から紫外域の発光波長である４５０ｎｍ以下、さらには４２０ｎｍ以下のより短波長のレーザチップを用いつつも、レーザチップの共振器端面の黒色化を抑制することができる。
【００１７】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程の清浄化処理が、前記オゾンまたは励起酸素原子により、前記レーザチップ、ステムまたはキャップの表面に付着した汚染物質を酸化分解して、当該汚染物質を前記レーザチップ、ステムまたはキャップの表面から除去する構成とすることができる。
【００１８】
励起酸素原子（Ｏ（１Ｄ））やオゾンには強い酸化力があるため、レーザ光源の各構成部材表面に付着したシロキサンや有機化合物等の汚染物質に暴露させる上記構成であると、これらの汚染物質を酸化分解してガス化させ、各構成部材の表面からアッシング炉の雰囲気中に飛散させて、各構成部材の表面を清浄化することができる。
【００１９】
ここで、上記オゾンは公知のオゾンガス生成法を用いて発生させることができ、また、上記励起酸素原子は、酸素ガスやオゾンガスに紫外光を照射して発生させることができる。
【００２０】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記励起酸素原子を、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面に供給した酸素ガスに紫外光を照射して発生させる構成とすることができる。
【００２１】
この構成であると、紫外光の照射によって有機系汚染物質の分子鎖を切断することができるため、オゾンや励起酸素原子の強い酸化力による汚染物質の分解作用を促進できる。
【００２２】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程において、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面に不活性を含む第２のガスを供給する構成とすることができる。
【００２３】
清浄化処理中のアッシング炉内には、酸素ガス、オゾンガスまたは励起酸素原子以外にも、窒素ガスやヘリウムガス等からなる不活性ガスが存在していてもよい。好ましくは、アッシング炉内の酸素濃度が５％〜１００％となるように、不活性ガスを含む第２のガスを供給する。また、第２のガスが、水分濃度１０００ｐｐｍ以下の大気（但し、不純物をフィルター等により除去したものが望ましい）であってもよい。
【００２４】
前記不活性ガスまたは前記第２のガスが、窒素ガスまたはヘリウムガスである構成とすることができる。
【００２５】
この構成であると、ヘリウムガスの高い熱伝導率を利用して、放熱媒体として活用することで窒化物半導体レーザチップの熱ダメージを顕著に軽減することができる。他方、窒素ガスは他の不活性ガスと比較して安価であるため、不活性ガスにこれを使用して、レーザ光源の製造コストを引き下げることができる。
【００２６】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記第１のガスと前記第２のガスとが、同一種類のガスである構成とすることができる。
【００２７】
この構成であると、レーザ光源の製造工程を通じて同一種類のガスを用いるため、ガスの供給作業を簡略化でき、また複数種のガスを使い分けることに比べて安価にレーザ光源を製造することができる。
【００２８】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程と前記キャッピング工程との間に、前記レーザチップ、前記ステムおよび前記キャップの表面に、前記第１のガス、前記不活性ガスまたは前記第２のガスのいずれか一種のみを供給する構成とすることができる。
【００２９】
この構成であると、アッシング工程からキャッピング工程終了までの間に、レーザ光源の主構成部材であるレーザチップ、ステムおよびキャップが大気中へ暴露されることがなく、常に気密状態に保たれるため、清浄化された部材表面に汚染物質が再付着してしまうことがない。よって、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入が確実に防止され、レーザ光源がさらに長寿命化する。
【００３０】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程中の雰囲気温度が１００℃以上５００℃以下である構成とすることができる。
【００３１】
この構成であると、雰囲気温度の上昇により励起酸素原子等の酸化活性が加速度的に高まることに相乗して、アッシング工程中の雰囲気温度を１００℃以上とすることで部材表面から水分を揮発させることができ、さらに雰囲気温度を２００℃以上とすると、有機化合物やシロキサンが分解蒸発するベーキング作用が得られるため、レーザ光源の各構成部材表面の清浄化処理を促進することができる。また、雰囲気温度が５００℃以下であれば、窒化物半導体レーザチップに熱ダメージが発生したり、キャップやステムが熱変形したりせずに、この清浄化処理の促進効果を得ることができる。
【００３２】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記第１のガスの圧力が、７６０×１３３．３２２Ｐａ以上である構成とすることができる。
【００３３】
この構成であると、キャッピング部の内部に不活性ガスを７６０×１３３．３２２Ｐａ（７６０  Ｔｏｒｒ）よりも高い圧力で充填することにより、完成後のレーザ光源における密閉容器内の圧力が大気圧よりも高い状態になり、当該密閉容器内への大気の流入、すなわち汚染物質の侵入を防止することができる。
【００３４】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程でアッシングする前記ステムに、前記レーザチップが実装されている構成とすることができる。
【００３５】
この構成であると、キャッピング工程においてレーザチップをステム上に実装する必要がない。よって、密閉容器内にレーザチップを封入するキャッピング作業を、汚染物質の付着を防ぐための密閉された環境下で行う必要がないため、レーザ光源の製造工程やこれにかかる設備を簡易化することができる。
【００３６】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程において、前記密閉容器内に封入する全ての部材の表面を清浄化する構成とすることができる。
【００３７】
この構成であると、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入を、一層確実に防止することができる。
【００３８】
上記本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法は、さらに、前記アッシング工程の前に、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップの表面を２００〜３５０℃に加熱する構成とすることができ、また、前記アッシング工程の後であって、前記キャッピング工程の前に、前記レーザチップ、前記ステムまたは前記キャップを２００〜３５０℃に加熱する構成とすることができる。
【００３９】
炭化水素化合物やシロキサン等の汚染物質を含むガスは２００℃程度に加熱して分解蒸発することができるため、これらの構成であると、汚染物質を徹底的に主構成部材の表面から排除することができる。また、温度が３５０℃以上であると、各構成部材を接合する半田が熱溶融してレーザ光源が破損したり、レーザチップが劣化したりする危険性が高くなる。
【００４０】
上記課題を解決するために、本発明にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造装置は、窒化物半導体レーザチップと、前記レーザチップを搭載するステムと、前記レーザチップを覆うキャップとの表面に励起酸素原子を暴露して、当該表面を清浄化するアッシング処理炉と、前記表面が清浄化されたレーザチップ、ステムおよびキャップの表面に第１のガスを供給し、当該第１のガスの雰囲気中で、前記レーザチップを、前記ステムと前記キャップとからなる密閉容器内に封入するキャッピング部とを備えることを特徴とする。
【００４１】
上記構成の製造装置を用いると、上記本発明の製造方法を容易に実施できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によると、レーザ光源の製造時における密閉容器内への汚染物質の混入量が顕著に削減されるため、高温雰囲気下で長期的に使用する場合にも、レーザチップの共振器端面の黒色化を抑制してレーザ光源を長寿命化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の窒化物半導体レーザ光源の製造方法にかかる最良の形態について、以下、実施の形態を例として説明する。
【００４４】
〔実施の形態〕
図１は、本実施の形態にかかる窒化物半導体レーザ光源の製造方法によって作製された窒化物半導体レーザ光源の概略構造を示す断面模式図である。図１で示すように、この窒化物半導体レーザ光源１７は、発光波長４５０ｎｍ以下の窒化物半導体レーザチップ１５と、このレーザチップ１５を搭載するステム１０と、釣鐘状のキャップ１３とを有しており、キャップ１３とステム１０とが密着してなる密閉容器内に、レーザチップ１５が封入されてなるものである。なお、本実施の形態は、第１のガスとして不活性ガスのみを用いるものであり、密閉容器の内部には不活性ガス（窒素ガスまたはヘリウムガス）が充填されている。
【００４５】
上記窒化物半導体レーザチップは、窒化物半導体レーザ素子または窒化物半導体スーパールミネッセントダイオードをいう。
【００４６】
キャップ１３の頭頂部には窓部１４が設けられており、この窓部１４を透過して、レーザチップ１５の前方出射レーザ光が光源外部へと射出される。また、ステム１０には光検出素子１６が設けられており、この光検出素子１６によってレーザチップ１５の後方出射レーザ光の発光量が検出され、レーザ光の射出量が一定となるようにレーザチップの駆動電圧がフィードバック調節される。
【００４７】
レーザチップ１５は、ステム１０から延出したチップ搭載部１１により担持されている。なお、この窒化物半導体レーザチップは、サブマウントに固定されつつステムに搭載されていてもよい。また、ステム１０を貫通して電極リード線１２が設けられており、この電極リード線１２と、レーザチップ１５や光検出素子１６とが、接続ワイヤー（図示せず）を介して導通されている。
【００４８】
このような窒化物半導体レーザ光源１７を、以下のようにして作製した。
【００４９】
まず、レーザ光源１７の構成部材である、例えば金線からなる電極リード線１２がその主面を貫通する、例えば表面が金コートされた鉄からなるステム１０と、公知の方法で作製された、共振器端面を有する発光波長４５０ｎｍ以下の窒化物半導体レーザチップ１５と、レーザ光を透過するガラスからなる窓部１４がその頭頂部に設けられた、金属製の釣鐘状のキャップ１３と、ＣＣＤ素子等の光検出素子１６と、接続ワイヤーとを準備した。なお、上記ステムでは、動作時にチップで発生する熱の放熱性を高めるため、レーザチップ１５が直接搭載される部分に、熱伝導性の高い銅を用いてもよい。
【００５０】
上述したレーザ光源の各構成部材を、図２の概念図で示すような、レーザ光源の製造装置２０にかかるアッシング処理炉２１の内部に配置した後、後述するようにして各構成部材の表面を清浄化処理した（アッシング工程）。
【００５１】
この清浄化処理について以下に説明する。上述したように、この清浄化処理とは、対象物の表面に励起酸素原子を暴露することにより、その表面に付着したシロキサン、有機化合物、水分等の汚染物をガス状に酸化除去することをいう。
【００５２】
まず、上記レーザ光源の各構成部材を内部に配したアッシング処理炉２１の内部の雰囲気を、酸素濃度１００％、大気圧（７６０×１３３．３２２Ｐａ）、２００℃に調整した。
【００５３】
次に、このような雰囲気下において、上記レーザ光源の各構成部材の表面に低圧水銀ランプから紫外光を照射して、部材表面を清浄化処理した。なお、この紫外光は１８５ｎｍ〜２５４ｎｍに波長のピークを有するものであり、ランプと試料との距離を約２〜１０ｍｍとし、照射時間を１分〜２０時間とした。
【００５４】
ここで、この清浄化処理についてより詳しく説明する。上記照射条件の紫外光が酸素ガス（Ｏ2）に照射されると、酸素ガスは分解され、励起酸素原子（Ｏ（１Ｄ））が発生する。励起酸素原子（Ｏ（１Ｄ））には強い酸化力があるため、レーザ光源の各構成部材の表面が励起酸素原子に暴露されると、部材表面に付着したシロキサンや有機化合物等の汚染物質が酸化分解されてガス化し、各構成部材の表面からアッシング炉の雰囲気中に飛散する。なお、アッシング炉内では新しい雰囲気への換気が連続的に行われており、ガス化した汚染物質が含まれた雰囲気を速やかにアッシング炉外へと排出しているため、飛散した汚染物質がアッシング炉内で部材表面に再付着することがない。
【００５５】
本発明にかかる清浄化処理では、上述した励起酸素原子のような反応性の強いガスを、部材表面に暴露させることが重要である。それゆえ上記の態様以外にも、例えば、公知のオゾンガス生成法を用いて発生させたオゾン（Ｏ3）や、酸素ガスやオゾンガスに紫外光を照射することで予め発生させておいた励起酸素原子を部材表面に暴露させる態様としてもよい。この場合、部材表面へのオゾンや励起酸素原子の暴露に並行して、部材表面への紫外光照射を行うと、オゾンや励起酸素原子の反応性をさらに高めることができ好ましい。
【００５６】
さらに、清浄化処理中のアッシング炉内の雰囲気温度は、１００℃以上であることが好ましく、２００℃以上５００℃以下であることがより好ましい。この理由としては、雰囲気温度の上昇によって励起酸素原子等の酸化活性が加速度的に高まることに相乗して、雰囲気温度を２００℃以上とすると、有機化合物やシロキサンが分解蒸発するベーキング作用により、レーザ光源の各構成部材表面の清浄化処理が促進されることがあげられる。また、１００℃以上とすることで、部材表面から水分を揮発できることもあげられる。他方、雰囲気温度が５００℃を超えると、窒化物半導体レーザチップに熱ダメージが発生したり、キャップやステムが熱変形したりするため好ましくない。
【００５７】
また、励起酸素原子やオゾンガスによる汚染物質の分解作用が十分に発揮される限り、清浄化処理中のアッシング炉内には、酸素ガス、オゾンガスまたは励起酸素原子以外にも、窒素ガスやヘリウムガス等からなる不活性ガスが存在していてもよい。具体的には、酸素濃度が５％〜１００％となるようにして不活性ガスと酸素ガスとが混合されたガスを、アッシング炉に付設されたオゾンガス発生装置に供給するなどの態様があげられる。なお、ヘリウムガスは熱伝導率が非常に高いため、放熱媒体として活用することで窒化物半導体レーザチップの熱ダメージを顕著に軽減できる一方、窒素ガスは他の不活性ガスと比較して安価であるため、不活性ガスにこれを使用するとレーザ光源の製造コストが引き下がる。
【００５８】
また、清浄化処理にかかる時間は、上述したように１分以上２０時間以下とすることが好ましい。これは、処理時間が１分よりも短いと、汚染物質を十分に分解することができないためである。他方、処理時間はその上限が制限されるものではないが、清浄化の程度が２０時間でほぼ臨界値に達して実用的に十分となるため、処理時間を上記範囲とすることが好ましい。
【００５９】
また、レーザチップ、ステムまたはキャップのいずれか１つを、アッシング工程における清浄化処理の対象とするだけでも、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入を一定程度に防止することができるが、汚染物質のレーザ光源内への混入を顕著に防止するには、上述のようにレーザチップ、ステムおよびキャップの全てを清浄化処理することが好ましく、密閉容器内に封入する全ての部材の表面を清浄化しておくことがさらに好ましい。なお、レーザチップをサブマウントに固定してステムに搭載する場合には、サブマウントも清浄化しておくことが好ましいのは勿論である。
【００６０】
次に、この清浄化処理の後の工程について説明する。本実施の形態で用いるレーザ光源の製造装置２０は、上記アッシング処理炉２１と、ステムとキャップとからなる密閉容器内へのレーザチップ封入作業を行うキャッピング部２２とがそれぞれ独立しており、これらのアッシング処理炉２１とキャッピング部２２とが、パスボックス部２３によって気密状態で連結されている。
【００６１】
上記清浄化処理の完了後、アッシング炉内への励起酸素原子、オゾンまたは酸素ガスの供給を停止する一方、窒素ガスやヘリウムガス等からなる不活性ガスを供給して、アッシング炉内にあるレーザ光源の各構成部材の表面に不活性ガスのみを暴露させた。また、パスボックス部２３やキャッピング部２２の内部に不活性ガスを７６０×１３３．３２２Ｐａよりも高い圧力で充填して、雰囲気ガスとした。
【００６２】
次に、清浄化処理したレーザ光源の各構成部材を、パスボックス部２３を通過させて、アッシング炉２１からキャッピング部２２へと移動させた。なお、上述したようにアッシング処理炉２１とキャッピング部２２とがパスボックス部２３によって気密連結され、また、それぞれの内部に不活性ガスが充填されているため、この移動時に構成部材の表面が大気中に暴露されることがない。よって、清浄化処理と後述するキャッピング工程との間に、レーザ光源の構成部材の表面へ汚染物質が再付着することがない。
【００６３】
最後に、このキャッピング部２２にて、釣鐘状のキャップ１３の内部へ窒化物半導体レーザチップ１５を収納するようにして、キャップ１３とステム１０とを不活性ガスと共に密着封止し、図１で示すような窒化物半導体レーザ光源１７を組み上げた（キャッピング工程）。
【００６４】
なお、予めステム上にレーザチップを実装させたものを清浄化処理に供すると、このキャッピング工程においてレーザチップをステム上に実装する必要がなくなり、密閉容器内へのレーザチップの封入作業を単純化できるため好ましい。
【００６５】
この窒化物半導体レーザ光源を用いて、６０℃以上の雰囲気下で、光出力３０ｍＷの条件にて連続駆動させる長期エージング試験を行ったところ、３０００時間以上の時間が経過しても、動作し続け、特性の経時劣化の主要因であるレーザチップの共振器端面の黒色化も観察されなかった。一方、従来型のレーザ光源では、３０００時間も動作させることはできず、レーザチップの共振器端面が、図３で示すように黒色化１１０していることが確認された。
【００６６】
このような本実施の形態にかかるレーザ光源の製造方法では、ステムとキャップとからなる密閉容器内へレーザチップを封入する上記キャッピング工程に先んじて上記アッシング工程を行うことにより、密閉容器の内側やレーザチップの表面から汚染物質が除去され、キャッピング時に密閉容器内へ封入される汚染物質量を顕著に削減することができるため、上述したような長寿命の特性を有する窒化物半導体レーザ光源を提供することができる。
【００６７】
また、本実施の形態にかかるレーザ光源の製造方法では、アッシング工程からキャッピング工程が終了するまでの間に、レーザ光源の各構成部材が大気中へ暴露されることがなく、常に気密状態の不活性ガス下に保たれるため、清浄化された部材表面に汚染物質が再付着してしまうことがない。よって、装置製造時における密閉容器内への汚染物質の混入が確実に防止されるため、レーザ光源がさらに長寿命化する。
【００６８】
また、キャッピング部２２の内部に不活性ガスを７６０×１３３．３２２Ｐａ（７６０  Ｔｏｒｒ）よりも高い圧力で充填して、密閉容器内の圧力が大気圧よりも高くなるように調節することにより、完成後のレーザ光源内への大気の流入、すなわち汚染物質の侵入が抑制されるため、レーザ光源が長寿命化する。
【００６９】
ところで、レーザ光源の製造装置としては、レーザ光源の製造時における密閉容器内への汚染物質の混入を防止することができる限り、上述したような、それぞれ独立したアッシング処理炉２１とキャッピング部２２とがパスボックス部２３により気密連結された製造装置２０に限定するものではなく、例えば、パスボックス部を有さず、アッシング処理炉とキャッピング部とを兼ねてなる一体構造型の製造装置を用いてもよい。
【００７０】
さらに、清浄化処理後に供給する不活性ガスとしては、上記アッシング時に供給した不活性ガスと種類の異なる不活性ガスを用いてもよいが、レーザ光源の製造工程を通じて同一種類の不活性ガスを用いる方が、不活性ガスの供給作業を簡略化でき、また複数種の不活性ガスを使い分けることに比べて安価にレーザ光源を製造できるため好ましい。
【００７１】
また、炭化水素化合物やシロキサン等の汚染物質を含むガスは２００℃程度に加熱して分解蒸発することができるため、汚染物質を徹底的に排除するには、アッシング工程前、アッシング工程とキャッピング工程との間、またはキャッピング工程後に、レーザ光源またはその構成部材を２００℃程度に加熱処理することが好ましい。
【００７２】
レーザ光源内部に汚染物質が混入している場合には、レーザ光源の発光波長が短波長であるほどレーザチップの共振器端面の黒色化が顕著に生じるが、本実施の形態であると、レーザ光源の製造時に密閉容器内へ汚染物質が混入しないため、青色から紫外域の発光波長である４５０ｎｍ以下、さらには４２０ｎｍ以下のより短波長のレーザチップを用いつつも、レーザ光源を長寿命化することができる。
【００７３】
なお、レーザチップをステムとキャップから成る密閉容器内に封入する、封入ガスである第１のガスに、酸素ガスが添加されていてもよい。封入ガスに酸素ガスが添加されていると、長期動作における電気的特性などの素子特性を安定化できる。第１のガス中の酸素ガス濃度は、好ましくは１００ｐｐｍ以上８０％以下とし、更に好ましくは０．１％以上４０％以下とし、もっとも好ましくは１％以上１８％以下とする。酸素濃度が小さすぎると、素子特性安定化の効果を十分に得ることができず、高すぎると酸素ガスによりレーザ素子特性を劣化させるおそれがある。
【００７４】
また、その封入ガスは、水分濃度に関しては、水分濃度が高いと、封入雰囲気内の水分により素子特性が劣化しやすい傾向にあるため、水分濃度が低いことが好ましい。具体値としては、好ましくは水分濃度が１０００ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは４００ｐｐｍ以下であり、もっとも好ましくは１００ｐｐｍ以下である。これは、水分濃度が上記範囲にある不活性ガスを用いることにより、レーザ光源を通常使用する環境において密閉容器内に液相で存在する水分媒体量を削減して、短波長レーザ光の照射によってイオン化された水分に起因して生じることが知られている共振器端面の黒色化を防止できるためである。
【００７５】
これらのことを合わせて、第１のガスは、不活性ガスとして窒素ガスまたはヘリウムガスを含み、酸素ガスが上記比率で混合されており、水分濃度が上記値以下であることが好ましい。
【００７６】
なお、キャッピング工程中に供給する不活性ガス（第１のガス）の代わりに、水分濃度が１０００ｐｐｍ以下の大気（不純物を除去したもの）を用いても同様の効果が得られた。これは、水分濃度が１０００ｐｐｍ以下の大気が、主に、不活性ガス（約７８％の窒素ガスと約１％のアルゴンガス）と、約２１％の酸素ガスからなることによるものと考えられる。この場合、不活性ガス、もしくは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いる上記実施の形態と比較して、製造コストを引き下げることができる。
なお、この場合、汚染物質等の不純物をフィルターなどにより除去した大気を用いることが望ましい。また、大気中に汚染物質が含まれている場合でも、水分濃度を１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは４００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下にすることにより、端面劣化（黒色化）への影響を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上説明したように、本発明によると、製造時にレーザ光源内へ汚染物質が混入しにくく、高温雰囲気下での長期使用時におけるレーザチップの共振器端面の黒色化防止にも利用できるので、その産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の製造方法により製造される窒化物半導体レーザ光源の一例を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明のレーザ光源の製造装置を示す模式図である。
【図３】図３は、レーザ光射出端面が黒色化した窒化物半導体レーザチップを示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    ステム
１１    チップ搭載部
１２    電極リード線
１３    キャップ
１４    窓部
１５    半導体レーザチップ
１６    光検出素子
１７    レーザ光源
２０    レーザ光源の製造装置
２１    アッシング処理炉
２２    キャッピング部
２３    パスボックス部
１００    基板
１０１    窒化物半導体層
１０２    活性層
１０３    窒化物半導体層
１０４    絶縁層
１０５    正電極
１０６    負電極
１１０    黒色化したレーザ光出射領域
【図１】
2006140441.tif 000003
【図２】
2006140441.tif 000004
【図３】
2006140441.tif 000005