(57)【要約】【課題】放熱性の向上した窒化物半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】本発明の窒化物半導体レーザ装置は、ある実施態様によれば、第１の熱伝導体上に窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材とを備え、窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置し、第１の熱放射材と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱伝導体上に、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材を備える窒化物半導体レーザ装置であって、
窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、
窒化物半導体レーザ素子と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置し、
第１の熱放射材と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１の熱放射材は、放射率が０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１の熱伝導体は、熱伝導係数が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１の熱伝導体は、ＳｉＣ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＭｏまたはＡｇのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の熱放射材は、前記窒化物半導体レーザ素子から１μｍ〜５ｍｍの距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項６】
窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材を備える窒化物半導体レーザ装置であって、
窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、
第１の熱放射材は、放射率が０．７以上であり、
窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材とは、接して配置するか、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項７】
窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の出力強度が最も大きい出射方向と、第１の熱放射材の主面の法線方向とが５０度以上の角度を成すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記窒化物半導体レーザ素子は、密閉手段により大気から遮断され、
前記密閉手段は、放射率０．７以上の第２の熱放射材を備え、
前記密閉手段と第２の熱放射材とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記密閉手段は、窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の透過率が９０％以上である窓部と、第２の熱伝導体を備え、
第２の熱伝導体と第２の熱放射材とが、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第２の熱放射材は、アルミナ、セラミック、レンガ、コンクリート、ラッカーまたは塗料のいずれかからなることを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１の熱放射材は、アルミナ、セラミック、レンガ、コンクリート、ラッカーまたは塗料のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１の熱放射材は、前記窒化物半導体レーザ素子から最も離れた位置までの距離が、１μｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第１の熱放射材は、厚さが０．０１μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ装置に関するものであり、窒化物半導体レーザ素子からの発熱が問題となる０．５ワット以上の光出力を有する窒化物半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高出力の半導体レーザ素子は、ワット級の光出力を得ることができ、レーザ光を用いた加工分野および医療分野などで用いられている。一方、近年、光ディスクのピックアップ用の波長４００ｎｍ付近の青紫色レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子の開発が進められており、実用化段階に入りつつある。青紫色レーザ光は、波長が短く、ワット級の光出力を得ることができれば、加工分野および医療分野などに利用範囲がさらに広がることが期待される。
【０００３】
また、近年、白熱電球および蛍光灯といった従来の照明装置に代わり、半導体発光素子と蛍光体を用いた照明装置が開発されている。半導体発光素子の一例として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を発光層とした発光ダイオードを挙げることができ、赤色から青色、さらには白色で発光する素子が実用化されている。この発光ダイオードを用いた素子は、小型・安価で消費電力が小さく、寿命が長いといった従来からの照明装置に無い特徴を有している。しかし、白熱電球または蛍光灯程の大きな出力が得られないことから、現在のところ、主としてディスプレイのバックライト、イルミネーションまたはインジケータとしての利用に留まっている。ワット級の半導体レーザ素子を光源に用いた場合、発光ダイオードと比較して電気−光変換効率が極めて高く、大幅な高出力化が可能となることが期待される。
【０００４】
窒化物半導体レーザ素子で、０．５Ｗ以上の光出力を動作させるためには、少なくとも５００ｍＡ以上の電流を印加する必要がある。一方、赤外色光を発する半導体レーザ素子または赤色光を発する半導体レーザ素子の動作電圧が１．８〜２．５Ｖであるのに対し、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧は４〜６Ｖと高い。このため、投入電力は少なくとも２Ｗ以上必要となる。この際、窒化物半導体レーザ素子に投入された電力の内、出力光に変換されなかった電力の大部分は、熱に変換され、窒化物半導体レーザ素子の温度を上昇させる。温度上昇は、光出力および発振波長などの発振特性を変化させるだけでなく、素子寿命に多大な影響を及ぼす。したがって、高出力レーザ素子などの高い動作電流を必要とする窒化物半導体レーザ素子をパッケージに実装する場合には、放熱特性を向上させるため、素子のｐｎ接合面側をサブマウントにボンディングする。つまり、素子基板の裏面側を露出させるジャンクションダウン配置で実装するのが一般的である（特許文献１参照）。図７に、従来のジャンクションダウン配置で実装した窒化物半導体レーザ装置の構造を示す。図７に示すように、この窒化物半導体レーザ装置では、窒化物半導体レーザ素子７０１が、ｐｎ接合面７０２側をサブマウント７０３に接合し、ヒートシンク７０４に実装されている。
【０００５】
図８は、図７に示した従来の窒化物半導体レーザ装置における熱抵抗回路網を示す。窒化物半導体レーザ素子の発光領域における発熱８０１は、窒化物半導体レーザ素子の発光領域からサブマウント上側表面までの熱抵抗８０２、サブマウント上側表面までの熱抵抗からヒートシンク上側表面までの熱抵抗８０３、ヒートシンク上側表面から窒化物半導体レーザ装置が収納される筐体までの熱抵抗８０４を経て、放熱されている。なお、図７に示した熱抵抗以外に、窒化物半導体レーザ素子・サブマウント・ヒートシンクの表面から、自然冷却により放熱される経路に相当する熱抵抗も存在するが、通常は図示した熱抵抗に比べて十分大きく、この経路を通って放熱される熱流は無視できるほど小さいため、省略する。
【特許文献１】特開２００２−２６１３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の方法で窒化物半導体レーザ素子をマウントしたレーザ装置の電流−光出力（以下、「Ｉ−Ｌ」ともいう。）特性を図９に示す。図９に示すように、電流値９０１より低い電流値では、Ｉ−Ｌ特性は直線的な関係を有するが、電流値９０１から電流値９０２の範囲では、Ｉ−Ｌ特性は直線的な関係になく、光出力が低下している。これは、窒化物半導体レーザ素子からの発熱により温度が上昇するため、光出力が低下したためである。さらに、電流値９０２より高い電流値では、窒化物半導体レーザ素子からの発熱のため、光出力が飽和し、以降電流を加えても、素子からの発熱により光出力が低下する。したがって、レーザ素子からの発熱により、窒化物半導体レーザ素子の光出力が制限され、ワットクラスの窒化物半導体レーザ素子の実現を阻んでいる。また、放熱をよくするために、窒化物半導体レーザ素子の構造、サブマウントの材料および形状について、従来より検討されているが、十分な改善には至っていない。
【０００７】
本発明の課題は、従来の放熱経路に新しい放熱経路を付加することにより、さらに放熱性の向上した窒化物半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、ある実施態様によれば、第１の熱伝導体上に窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材を備え、窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置し、第１の熱放射材と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする。
【０００９】
第１の熱放射材は、放射率が０．７以上である態様が好ましく、熱伝導係数が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である態様が好ましい。具体的には、第１の熱伝導体は、ＳｉＣ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＭｏまたはＡｇのいずれかからなる態様が好適である。また、第１の熱放射材は、窒化物半導体レーザ素子から１μｍ〜５ｍｍの距離を隔てて配置されている態様が好ましい。
【００１０】
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、他の実施態様によれば、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材を備え、窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、第１の熱放射材は、放射率が０．７以上であり、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材とは、接して配置するか、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置することを特徴とする。
【００１１】
窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の出力強度が最も大きい出射方向と、第１の熱放射材の主面の法線方向とが５０度以上の角度を成す態様が好ましい。また、窒化物半導体レーザ素子は、密閉手段により大気から遮断され、この密閉手段が、放射率０．７以上の第２の熱放射材を備え、密閉手段と第２の熱放射材とが、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する態様が好ましい。この密閉手段は、窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の透過率が９０％以上である窓部と、第２の熱伝導体を備え、第２の熱伝導体と第２の熱放射材とが、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する態様が好適である。
【００１２】
第１の熱放射材と第２の熱放射材は、アルミナ、セラミック、レンガ、コンクリート、ラッカーまたは塗料のいずれかからなる態様が好ましい。第１の熱放射材は、窒化物半導体レーザ素子から最も離れた位置までの距離が、１μｍ〜１０ｍｍである態様が好ましく、第１の熱放射材の厚さは０．０１μｍ〜１０００μｍが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
放熱性の優れた窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、本発明の窒化物半導体レーザ装置のある実施形態を例示する。図１に示すように、この窒化物半導体レーザ装置１００は、第１の熱伝導体１０３上に、窒化物半導体レーザ素子１０１と第１の熱放射材１０５を備える。窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有する。第１の熱放射材１０５により、半導体レーザ素子からの熱を電磁波に変換して外部へ放出するため、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べて、放熱特性を向上させることができる。
【００１５】
窒化物半導体レーザ素子と第１の熱伝導体とは、窒化物半導体レーザ素子からの放熱性を高める観点から、接して配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する態様が好ましい。同様に、放熱性を高める点で、第１の熱放射材と第１の熱伝導体とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する態様が好ましい。窒化物半導体レーザ素子と第１の熱伝導体とが接して配置する態様、または、第１の熱放射材と第１の熱伝導体とが接して配置する態様においては、絶縁体からなる支持台で押付けるなどの手段により両者を接触させて固定することができる。また、ハンダ材を挟んで配置する態様においては、熱伝導性を高める点で、ハンダ材の厚さは５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００１６】
第１の熱放射材の放射率は、放熱性を向上させる点で、０．７以上が好ましく、０．８以上がより好ましい。具体的には、アルミナ、セラミック、レンガ、コンクリート、ラッカー、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＣＯ3、ＺｒＯ2、ＴｈＯ2、ＭｇＯ、ＰｂＣＯ3、ＰｂＯ、ＰｂＣｒＯ4、Ａｌなどを含む塗料が好適である。本明細書において、熱放射は、熱エネルギーの電磁波変換による熱放出を指し、また、放射率とは、物体が熱を帯びているときに出す赤外線の強さを表わす数値を、理想黒体を１．０としたときの比率で表わす。理想黒体は、実際には存在しない理論上の理想的な放射体であり、放射率は、同じ温度でも物体の材質および表面状態などにより異なる。また、第１の熱伝導体の熱伝導係数は、窒化物半導体レーザ素子からの熱放出性を高める点で、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。具体的には、ＳｉＣ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ｍｏ、Ａｇなどが好適である。
【００１７】
本発明の窒化物半導体レーザ装置は、他の態様によれば、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材を備え、窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを少なくとも有し、第１の熱放射材は、放射率が０．７以上であり、窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材とは、接して配置するか、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する。窒化物半導体レーザ素子からの熱は、第１の熱放射材に伝わり、電磁波に変換して外部へ放出するため、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べて、放熱特性が高い。窒化物半導体レーザ素子と第１の熱放射材とが接して配置する態様においては、絶縁体からなる支持台で押付けるなどの手段により両者を接触させて固定することができる。また、ハンダ材を挟んで配置する態様においては、熱伝導性を高める点で、ハンダ材の厚さは５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００１８】
図１０に示すように、窒化物半導体レーザ素子１００１からのレーザ光の出力強度が最も大きい出射方向Ｘと、第１の熱放射材１００５の主面の法線方向との成す角度θが５０度以上である態様が好ましい。窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の出射は、レーザ光の出力強度の最も大きい出射方向Ｘの周囲に±５０度の広がりを有するため、窒化物半導体レーザ素子１００１からのレーザ光の出力強度が最も大きい出射方向Ｘと、第１の熱放射材１００５の主面の法線方向との成す角度θが５０度以上であるときは、第１の熱放射材からの熱放射とレーザ光とが重ならないようにすることができる。図１０（ａ）には、レーザ光の出力強度が最も大きい出射方向Ｘと、第１の熱放射材１００５の主面の法線方向との成す角度θが９０度である態様を例示する。また、図１０（ｂ）には、レーザ光の出力強度が最も大きい出射方向Ｘと、第１の熱放射材１００５の主面の法線方向との成す角度θが５０〜９０度である態様を例示する。
【００１９】
図５に、本発明の窒化物半導体レーザ装置の他の実施形態を例示する。図５に示すように、この窒化物半導体レーザ装置において、窒化物半導体レーザ素子５０１は、密閉手段５０６、５０７、５０９により大気から遮断され、密閉手段は、放射率０．７以上の第２の熱放射材５０８を備え、密閉手段と第２の熱放射材とは、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する。窒化物半導体レーザ素子５０１からの熱が第１熱放射材５０５に伝わり、第１熱放射材５０５から放射された電磁波が、第２の熱伝導体５０６であるキャップの内側に配置した第２の熱放射材５０８に吸収されることにより、窒化物半導体レーザ素子５０１からの熱が、第２の熱放射材５０８にまで伝わる経路ができるため、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、放熱特性の高い窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２０】
密閉手段と第２の熱放射材とが接して配置する態様においては、絶縁体からなる支持台で押付けるなどの手段により両者を接触させて固定することができる。また、ハンダ材を挟んで配置する態様においては、熱伝導性を高める点で、ハンダ材の厚さは、５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００２１】
図５に示す窒化物半導体レーザ装置においては、密閉手段は、窒化物半導体レーザ素子５０１からのレーザ光の透過率が９０％以上である窓部５０９と、第２の熱伝導体５０６を備え、第２の熱伝導体５０６と第２の熱放射材５０８とが、接して配置するか、または、溶接されて配置するか、または、厚さ５μｍ以下のハンダ材を挟んで配置する態様を例示する。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明の窒化物半導体レーザ装置１００の模式図である。図１に示すように、この窒化物半導体レーザ装置１００では、窒化物半導体レーザ素子１０１を、ｐｎ接合面１０２側が、ＳｉＣで構成された第１の熱伝導体１０３であるサブマウントに、厚さ２μｍのハンダ材（図示していない。）を用いてボンディングした。図１に示すように、窒化物半導体レーザ装置１００は、窒化物半導体レーザ素子１０１をマウント部材に搭載し、一体化したものをいう。窒化物半導体レーザ素子１０１は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを有し、サブマウントは、ヒートシンク１０４に、ハンダ材（図示していない。）を用いてボンディングした。また、サブマウントには、窒化物半導体レーザ素子１０１が積層されていない領域の大部分を占めるように、アルミナ板などの第１の熱放射材１０５を厚さ２μｍのハンダ材を用いてボンディングした。なお、図１においては、Ａｕ線などは省略している。本発明においては、このアルミナ板が、第１の熱放射材となっており、熱を電磁波に変換して窒化物半導体装置の外部へ放出するため、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、放熱特性を向上させることができた。
【００２３】
図２に、本発明の窒化物半導体レーザ装置における熱抵抗回路網を示す。図２に示すように、窒化物半導体レーザ素子の発光領域における発熱２０１は、窒化物半導体レーザ素子の発光領域からサブマウント上側表面までの熱抵抗２０２、サブマウント上側表面までの熱抵抗からヒートシンク上側表面までの熱抵抗２０３、ヒートシンク上側表面から窒化物半導体レーザ装置が収納される筐体までの熱抵抗２０４を経て放熱されている。さらに、熱抵抗２０３，２０４に並列に、ヒートシンク上側表面からアルミナ板表面までの熱抵抗２０５と、アルミナ板表面から外部筐体までの熱抵抗２０６という熱経路が生じている。なお、図示した熱抵抗以外に、窒化物半導体レーザ素子・サブマウント・ヒートシンクの表面から、自然冷却により放熱される経路に相当する熱抵抗も並列的に存在するが、この経路を通って放熱される熱流は無視できるほど小さいため、省略する。
【００２４】
本発明の窒化物半導体レーザ装置においては、第１の熱放射材であるアルミナ材を、第１の熱伝導体上であって窒化物半導体レーザ素子がボンディングされていない領域の大半を占めるようにボンディングしているので、図８に示した従来の窒化物半導体レーザ装置における熱経路に何ら悪影響を与えることなく、熱抵抗２０５と熱抵抗２０６による熱経路が付加し、これにより従来の窒化物半導体レーザ装置に比して、放熱特性が向上した。なお、図１に示すように、第１の熱放射材１０５であるアルミナ材を第１の熱伝導体１０３上にボンディングすることにより、第１の熱伝導体１０３の上側表面から自然冷却により放熱される熱経路は失われるが、前述のとおり、この経路を通って放熱される熱流は、他の熱抵抗を通って放熱される熱に比べて無視できるほど小さいため、悪影響は生じない。
【００２５】
図６に、本発明の窒化物半導体レーザ装置におけるＩ−Ｌ特性６０１を示す。図６には、比較のために、従来の窒化物半導体レーザ装置におけるＩ−Ｌ特性６０２を併せて示す。図６に示すように、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、高い電流値に至るまで、光出力の飽和が見られなかった。これは、本発明の効果に他ならない。
【００２６】
図３に、窒化物半導体レーザ素子からの距離と、サブマウントの上側表面における温度との関係を示す。熱源である窒化物半導体レーザ素子から距離が遠ざかるにつれて、サブマウントの上側表面の温度は低下し、筐体温度に徐々に近づいていくが、この筐体との温度差が５℃以下の領域では、第１の熱放射材を配置しても、熱放射による熱流が殆ど生じないため、本来の役割を果たさない。この観点から、第１の熱放射材と窒化物半導体レーザ素子との距離は近いほど望ましい。より具体的には、第１の熱放射材は、窒化物半導体レーザ素子から５ｍｍ以下の距離を隔てて配置される態様が望ましく、より望ましくは１ｍｍ以下である。一方、第１の熱放射材は、製造の容易さの観点から、窒化物半導体レーザ素子からの距離が１μｍ以上が望ましく、１０μｍ以上がより望ましい。同様に、熱放出性を高める点で、第１の熱放射材は、窒化物半導体レーザ素子から最も離れた位置までの距離が、１０ｍｍ以下である態様が望ましく、１ｍｍ以下がより望ましい。一方、第１の熱放射材の大きさは、大きいほど熱放射の効果が顕著となる点で、第１の熱放射材は、窒化物半導体レーザ素子から最も離れた位置までの距離が、１μｍ以上が望ましく、１０μｍ以上がより望ましい。
【００２７】
図４に、第１の熱放射材であるアルミナ材の厚さと、窒化物半導体レーザ素子のｐｎ接合面の平均温度との関係を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子のｐｎ接合面の平均温度は、窒化物半導体レーザ素子の光出力と注入電流値から、窒化物半導体レーザ素子の温度特性を考慮して算出したものである。図４に示すように、アルミナ材を厚さ０から厚さ４０１まで増加させていくと、窒化物半導体レーザ素子のｐｎ接合面の平均温度は急激に低下する。これは、アルミナ材の厚さが薄すぎると、熱放射に必要な電磁波の強度が得られず、第１の熱放射材としての機能が低下するためである。この傾向は、アルミナ以外の材料を用いた場合でも同様であり、第１の熱放射材の厚さは、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。
【００２８】
また、図４に示すように、第１の熱放射材であるアルミナ材を厚さ４０１からさらに増加させ、厚さ４０２を上回ると、再び窒化物半導体レーザ素子のｐｎ接合面の温度が上昇に転じ、厚さ０の場合の温度に徐々に接近する傾向を示す。これは、アルミナ材の下側表面で発生した電磁波が、アルミナ材の上側表面から外部へ放出される前に、再度アルミナ材内部で吸収されてしまうためであり、アルミナ材の表面から数μｍの深さまでの温度と筐体温度との差が５℃以下になると、第１の熱放射材としての役割を果たさなくなる。このような観点からアルミナ材の厚さは、１０００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下が特に好ましい。アルミナ以外の材料を用いた場合でも同様である。
【００２９】
本実施例において、第１の熱放射材にはアルミナを用いたが、アルミナのほか、放射率が０．７以上の材料を好ましく使用することができる。また、サブマウントにはＳｉＣを用いたが、ＳｉＣのほか、熱伝導係数が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を好ましく使用することができる。
【００３０】
（実施例２）
図５は、本実施例の窒化物半導体レーザ装置の模式図である。図５に示すように、窒化物半導体レーザ素子５０１は、ｐｎ接合面５０２側が、第１熱伝導体５０３であるサブマウント側を向くように配置し、厚さ２μｍのハンダ材（図示していない。）によりボンディングした。窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型の窒化物半導体層とを有する。本実施例では、ＳｉＣ製のサブマウントを使用した。サブマウントは、ヒートシンク５０４にハンダ材（図示していない。）を用いてボンディングし、サブマウント上であって、窒化物半導体レーザ素子５０１がボンディングされていない領域の大部分を占めるように、第１の熱放射材５０５であるアルミナ板を、厚さ２μｍのハンダ材（図示していない。）によりボンディングした。ヒートシンク５０４は、ステム５０７と一体的に形成した。
【００３１】
また、図５に示すように、窒化物半導体レーザ素子５０１と、第１の熱伝導体５０３であるサブマウント、ヒートシンク５０４と、第１の熱放射材５０５であるアルミナ板の全体を密閉手段により大気から遮断した。密閉手段は、第２の熱伝導体５０６であるキャップと、ステム５０７と、窓部５０９であり、窓部５０９は、レーザ光の透過率が９０％以上である。また、キャップの内壁には、第２の熱放射材５０８を形成し、第２の熱放射材５０８は、第１の熱放射材５０５であるアルミナ板に対向するように配置した。また、第２の熱放射材５０８として、ＣｕＯを主成分とする黒色の塗料をコーティングし、密閉手段と第２の熱放射材とを接触して配置した。図５では、Ａｕ線などは省略する。
【００３２】
本実施例においては、第１熱放射材５０５であるアルミナ板から放射された電磁波が、キャップの内壁に配置した第２の熱放射材５０８に吸収され、窒化物半導体レーザ素子５０１からの熱が第２の熱放射材に伝わるため、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、放熱特性が向上した。第２の熱放射材５０８の放射率は、熱放出性を高める点で、０．７以上が好ましく、０．８以上がより好ましい。本実施例においては、第２の熱伝導体５０６であるキャップの内壁に、第２の熱放射材５０８として黒色の塗料を用いたが、他の材料として、たとえばアルミナ、セラミック、レンガ、コンクリート、ラッカーなどを用いることができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
従来の放熱経路に新しい放熱経路を付加することにより、さらに放熱性の向上した窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ装置のある実施形態を示す図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ装置における熱抵抗回路網を示す図である。
【図３】窒化物半導体レーザ素子からの距離と、サブマウントの上側表面における温度との関係を示す図である。
【図４】第１の熱放射材であるアルミナ材の厚さと、窒化物半導体レーザ素子のｐｎ接合面の平均温度との関係を示す図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ装置の他の実施形態を例示する図である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ装置におけるＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図７】ジャンクションダウン配置で実装した従来の窒化物半導体レーザ装置の構造を示す図である。
【図８】従来の窒化物半導体レーザ装置における熱抵抗回路網を示す図である。
【図９】従来の方法で窒化物半導体レーザ素子をマウントしたレーザ装置の電流−光出力特性を示す図である。
【図１０】窒化物半導体レーザ素子からのレーザ光の出力強度が最も大きい出射方向Ｘと、第１の熱放射材の主面の法線方向とが５０度以上の角度を成す態様を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  窒化物半導体レーザ装置、１０１  窒化物半導体レーザ素子、１０２  ｐｎ接合面、１０３  第１の熱伝導体、１０４  ヒートシンク、１０５  第１の熱放射材。
【図１】
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【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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