(57)【要約】【課題】  発光層の歪みを抑制しながら放熱特性を向上させた半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａと、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上に形成された発光層２Ｂと、発光層２Ｂ上に形成された第１電極１（上部電極）と、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面側に発光層２Ｂと離間して設けられた凹部２０Ａと、凹部２０Ａの底面上からｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上に形成された第２電極５（下部電極）と、凹部２０Ａとの間で冷媒用の流路３を形成するようにｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上に取付けられる蓋体４とを備え、流路３の幅（Ｗ１）に対する凹部２０Ａの底面から第１電極１の下面までの高さ（ｈ）の比は０．１１以上２．４以下程度である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第１電極と、
前記基板の裏面側に前記発光層と離間して設けられた凹部と、
少なくとも前記凹部の底面上に形成された第２電極と、
前記凹部との間で冷媒用の流路を形成するように前記基板の裏面上に取付けられる蓋部とを備え、
前記流路の幅に対する前記凹部の底面から前記第１電極の下面までの高さの比は０．１１以上２．４以下である半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記基板と前記蓋部との間に複数の前記流路が形成され、
前記複数の流路を隔てる側壁部の厚みは、前記流路の幅よりも小さい、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記側壁部の厚みは５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記流路の側壁上に凹凸部を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
基板と、
前記基板の主表面上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第１電極と、
前記基板の裏面側に設けられた第１凹部と、
少なくとも前記第１凹部の底面上に形成された第２電極と、
前記基板との間に冷媒用の流路を形成する第２凹部を有する蓋部とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記基板の少なくとも一部は前記第２凹部内に嵌め込まれ、
前記流路と接続され、前記流路の延在方向に沿って該流路からの流れを受け入れる他の流路を前記蓋部に設けた、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記流路は前記第１凹部と前記第２凹部とを対向させて形成される、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１と第２凹部の深さが等しく、
前記流路は前記第１凹部の一部と前記第２凹部の一部とを重ね合わせて形成される、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に発光層と、
前記発光層上に形成された第１電極と、
前記基板の裏面上に形成された第２電極と、
凹部を有し、前記第１電極との間で流路を形成し、前記発光層を覆うように設けられる蓋部とを備えた半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、放熱特性を向上させた半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却機構を備えた半導体レーザ装置が従来から知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００３−１８８４６２号公報（従来例１）においては、半導体レーザ素子の共振方向に延びる溝が表面に複数形成された基体と、板状の蓋体とからなるステム（レーザダイオード用冷却装置）上に半導体レーザ素子を取り付けた半導体レーザ装置が開示されている。
【０００４】
また、特開２００２−１５８３９３号公報および特開２００１−２９１９２４号公報（従来例２，３）においては、一方の電極を備えた基板上に、活性層を含む半導体層と他方の電極とを積層して構成した半導体レーザ素子において、基板における半導体層が形成された面と反対側の面から半導体層が形成された面に達する溝を設け、該溝の表面に上記一方の電極が形成された半導体レーザ装置が開示されている。上記溝は、冷媒用通路として用いられる。
【０００５】
一方、後述する非特許文献１（従来例４）においては、半導体素子に溝を設け、該溝をカバー部材で覆うことにより冷媒用流路を形成した半導体装置（ＶＬＳＩ：Ｖｅｒｙ  Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１８８４６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８３９３号公報
【特許文献３】特開２００１−２９１９２４号公報
【非特許文献１】D.B.TUCKERMAN、他１名，「High-Performance Heat Sinking for VLSI」，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，IEEE，１９８１年５月，第２巻，第５号，ｐ１２６−１２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような半導体レーザ装置においては、以下のような問題があった。
【０００７】
従来例１においては、熱源となるレーザダイオードと流路を構成する基体との間に蓋体が取り付けられるため、少なくとも蓋体の厚み分だけ、熱源と冷媒用流路とが離間し、結果として、放熱特性の向上が制限される場合がある。
【０００８】
また、従来例２，３においては、冷媒用流路を構成する溝部が発光層の近傍にまで達するため、流路内の冷媒の圧力により発光層に歪みが生じ、結果として、半導体レーザ素子の寿命を短縮する場合がある。
【０００９】
従来例４においては、従来例２，３と同様に、半導体素子に溝を設ける旨が開示されているものの、デバイスの信頼性を考慮した具体的構造についての記載がなく、上記思想を、単純に半導体レーザ装置に適用することはできない。
【００１０】
また、上記とは別の観点では、従来例１〜４において、半導体素子（半導体レーザ素子）に取付けられる蓋（カバー）に溝を設けるという思想は開示されていない。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発光層の歪みを抑制しながら放熱特性を向上させた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】
【００１２】
本発明に係る半導体レーザ装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された発光層と、発光層上に形成された第１電極と、半導体基板の裏面側に発光層と離間して設けられた凹部と、少なくとも凹部の底面上に形成された第２電極と、凹部との間で冷媒用の流路を形成するように半導体基板の裏面上に取付けられる蓋部とを備え、流路の幅に対する凹部の底面から第１電極の下面までの高さの比は０．１１以上２．４以下である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体レーザ装置において、発光層の歪みを抑制しながら放熱特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に基づく半導体レーザ装置の実施の形態について、図１から図１２を用いて説明する。
【００１５】
（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した上面図である。また、図２は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面を示し、図２（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【００１６】
図１，図２を参照して、本実施の形態における半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ（基板）およびｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上に形成された発光層２Ｂを含む半導体レーザ素子２と、発光層２Ｂ上に形成された第１電極１（上部電極）と、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面側（図２，図３中の下側）に発光層２Ｂと離間して設けられた凹部２０Ａと、凹部２０Ａの底面上からｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上に形成された第２電極５（下部電極）と、凹部２０Ａとの間で冷媒用の流路３を形成するようにｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上に封止材６を介して取付けられる蓋体４（蓋部）とを備える。
【００１７】
流路３内に冷媒を流すことによって、半導体レーザ装置の冷却を行なうことができる。冷媒の循環は、典型的には、数百ミリ気圧から数気圧の加圧力を有するポンプを用いて行なわれるが、たとえば比較的低圧力のヒートパイプ方式などを用いてもよい。
【００１８】
冷媒としては、典型的には、エチレングリコールと水との混合液体が用いられるが、その他にも、純水、炭化水素系の物質（たとえばメタノール、アセトンおよびエタノール）、二酸化炭素、窒素、希ガス（たとえばヘリウム）、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）などが使用可能である。また、冷媒に封止材６に対する防錆材を添加することで、封止部の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
封止材６および蓋体４は、導電性の材料により構成されている。これにより、蓋体４と半導体レーザ素子２とが電気的に接続される。
【００２０】
たとえば封止材６としては金−錫合金、銅−錫合金、錫−銀−銅合金（重量比１：３：０．５）などからなるはんだ、導電性接着剤、カーボンナノチューブと接着剤との混合体などが用いられる。比較的封止性能が高い封止材と比較的導電性が高い封止材とを組み合わせて用いることもできる。
【００２１】
一方、蓋体４としては、銅−タングステン合金を用いたが、その他にも、銅、タングステンなどが適用可能である。
【００２２】
上記のように、封止材６を介してｎ−ＧａＡｓ基板２Ａに蓋体４を取付けることで、流路３内の冷媒が外部に漏れるのを防止することができる。なお、図２においては、複数の流路３が互いに連通することなく形成されているが、冷媒が流路３の外部に漏れることがない限り、複数の流路３が互いに連通していてもよい。
【００２３】
蓋体４と第１電極１とに通電することにより、第１と第２電極１，５間における発光層２Ｂ（図２（ｂ）中における発光点１１）においてレーザ光が発生する。この際、電気−光変換効率は一般的には４０％程度であり、与えられた電気エネルギーの６０％程度が熱となる。したがって、半導体レーザ装置においては、放熱特性の向上が重要な問題となる。
【００２４】
蓋体４には、冷媒導入口７と外部導入口９とを結ぶ流路と、冷媒排出口８と外部排出口１０とを結ぶ流路とが形成されている。冷却された冷媒は、外部導入口９から冷媒導入口７を経由して流路３内に導かれ、冷媒排出口８から外部排出口１０を経由して、半導体レーザ装置の外部に排出される。その後、冷媒は、熱交換器において熱を放出し、冷却された後再び外部導入口９に達する。このようなサイクルによって、半導体レーザ素子２において発生した熱を外部へと伝達することができる。
【００２５】
ここで、半導体レーザ素子２に凹部２０Ａを形成し、該凹部内に冷媒用流路を形成するため、流路３と発光層２Ｂ（熱源）との距離が小さくなり、放熱特性が向上する。
【００２６】
また、封止材６はｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上にのみ形成され、凹部２０Ａ内には達しない。したがって、封止材６によって流路３の幅が狭くなることはなく、冷媒に対する圧力損失の小さい流路構造が実現される。
【００２７】
なお、図２においては、図示および説明の便宜上、１つの発光点１１の下部に複数形成された流路を、１つの流路（流路３）として表示している。
【００２８】
図３は、図２における１つの発光点１１近傍の詳細を示した断面図である。
【００２９】
図３を参照して、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上にｎ−ＩｎＧａＰ光導波層１４Ｂと、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１５と、ｐ−ＩｎＧａＰ光導波層１４Ａと、ｐ−ＧａＡｓ層１３とがこの順で積層され、発光層２Ｂを構成している。発光層２Ｂ上に第１電極１が設けられる。
【００３０】
ｐ−ＧａＡｓ層１３の両側には高抵抗層１２が形成され、共振方向（図３中における紙面に垂直な前後方向）に直交する方向（図３中の左右方向）の電流分布を帯状（ストライプ状）に制限している。これにより、半導体レーザ装置をより少ない電流で動作させることができる。
【００３１】
ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａは、凹部２０Ａを有する。該凹部２０Ａと蓋体４（図３においては図示せず）により、流路３が形成される。流路３は、発光点１１の直下において、共振方向に沿って形成される。これにより、発熱位置に近い位置で、熱を冷媒に伝達することができるので、高い放熱特性を得ることができる。
【００３２】
また、凹部２０Ａの壁面には凸部１６が形成されている。これにより、流路３の側壁上に凹凸部が形成され、流路３の壁面の表面積が増大する。この結果、流路３内の冷媒による熱交換の効率が向上する。なお、凸部１６が極端に大きくなると、流路抵抗が増大して放熱特性が低下するため、凹部２０Ａ上における凸部１６の形状は、要求される放熱量に応じて適宜調整される。
【００３３】
図３においては、流路３の側壁上にのみ凸部１６が形成されているが、流路３の底面に凸部１６を形成することも可能である。流路３の底面上にも凹凸部を形成することで、放熱特性がさらに向上する。
【００３４】
凹部２０Ａの底面上からｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上を覆うように第２電極５が形成される。第１と第２電極１，５に通電することで、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１５内の発光点１１において発光する。
【００３５】
凹部２０Ａの底面上に第２電極５を形成することで、発光点１１を挟んでほぼ平行に第１と第２電極１，５を形成することができる．この結果、電場が発光層２Ｂに対して平行になり、局所的な電界集中が発生しないため、発光層２Ｂの劣化が抑制され、安定した寿命の長い半導体レーザ装置が得られる。
【００３６】
上述した半導体レーザ装置の製造方法について、以下に説明する。
【００３７】
ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上にｎ−ＩｎＧａＰ光導波層１４Ｂと、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１５と、ｐ−ＩｎＧａＰ光導波層１４Ａと、ｐ−ＧａＡｓ層とを順次積層する。
【００３８】
次に、ｐ−ＧａＡｓ層上にマスクパターンを形成し、該パタンをマスクとしてＨ＋イオン注入を行なうことで、イオンが注入されていないｐ−ＧａＡｓ層１３とイオンが注入された高抵抗層１２とが形成される。高抵抗層１２によって隔てられた個々のｐ−ＧａＡｓ層１３を覆うように、第１電極１が形成される。なお、ｐ−ＧａＡｓ層１３は、１００μｍ程度の幅をもって、２００μｍ程度の周期で形成される。すなわち、発光点１１は、２００μｍ周期で形成されることになる。
【００３９】
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面に薄膜加工を施すことにより、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの厚みを１００μｍ程度にする。そして、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上に、第１電極１に対応する位置に開口を有するレジストパターンが形成される。該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、凹部２０Ａを形成する。凹部２０Ａの底面上からｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上を覆うように、Ｎｉ−Ａｕめっきによる第２電極５が形成される。さらに、第２電極５上に封止材６を介して蓋体４が取付けられる。ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上の第２電極５と蓋体４とによって囲まれた領域が、冷媒用の流路３となる。
【００４０】
封止材６による接合方法としては、典型的には、所定の位置（最終的に封止材６が形成される位置）に直接溶融はんだを載置して蓋体４を設置する方法が用いられるが、その他にも、導電性の感光性材料を封止材として用いて、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上全体に感光性材料を転載した後に該感光性材料をパターニングすることで所定の位置に封止材６を形成する方法や、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上の所定の位置にＮｉなどのはんだに対する濡れ性を向上させる層を設けた後にはんだによる接合を行なう方法などが用いられる。
【００４１】
開口部２０Ａを形成する際に、塩素系ガスなどによるエッチングとＣ4Ｆ8ガスなどの堆積性を有するガスによるエッチングとが交互に併用される。塩素系ガスによるエッチングにおいては、凹部２０Ａの底面および側壁の両方がエッチングされ、堆積性を有するガスによるエッチングにおいては、凹部２０Ａの底面のみがエッチングされる。結果として、流路３の側壁に凹凸部を形成することができる。また、凹部２０Ａの底面上に凸部１６を形成する場合は、該底面上に微小なマイクロマスクを形成してからドライエッチングを行なう。
【００４２】
図３において、流路３の幅（Ｗ１）は１５μｍ程度、流路３の側壁部の厚みは１０μｍ程度である。したがって、流路３は、２５μｍ程度の周期（Ｗ３）で形成されることになる。また、流路３の深さ（Ｈ）は７０μｍ程度であり、該流路３は、発光層２Ｂには達していない。
【００４３】
なお、上述したとおり、ｐ−ＧａＡｓ層１３は１６０μｍ程度の幅を有するため、実際には１つのｐ−ＧａＡｓ層１３の下部に７〜８本の流路３が形成されるが、図３においては、図示および説明の便宜上、３本の流路３のみを表示している。
【００４４】
本願発明者らが研究を進めたところ、流路３の幅（Ｗ１）に対する流路底面から第１電極１の下面までの高さ（ｈ）の比（ｈ／Ｗ１）を一定の範囲内に設定することが望ましいということが分かった。なお、以下では、上記比率（α＝ｈ／Ｗ１）をアスペクト比と称する。
【００４５】
アスペクト比が極端に小さい場合、流路３内の冷媒の圧力による半導体レーザ素子２における発光層２Ｂ周辺の歪みが大きくなる。一方、アスペクト比が極端に大きい場合、すなわち、熱源となる発光層２Ｂから流路３までの距離が流路３の幅に対して極端に大きい場合、流路３内を流れる冷媒による冷却効果が阻害される。
【００４６】
図４は、上記アスペクト比αと、発光層２Ｂ周辺の半導体レーザ素子２の歪みεとの関係を示した図である。
【００４７】
εとαとの関係は、一般的には、下記の式により表される。
ε＝βＰ／α2／Ｅ
ここで、βは比例定数であり、Ｐは流路３内における冷媒の圧力であり、Ｅは流路３上に位置する半導体レーザ素子２のヤング率である。図４においては、β＝５×１０7、Ｐ＝５ａｔｍ（０．５１ＭＰａ）、Ｅ＝８６ＧＰａ（ＧａＡｓのヤング率）として表している。
【００４８】
図４を参照して、アスペクト比αが大きくなるにつれて、半導体レーザ素子２の歪みεが小さくなる。したがって、アスペクト比αは一定の値以上であることが望ましい。
【００４９】
半導体レーザ素子２においては、発光層２Ｂの発熱によっても歪みが生じる。たとえば、冷媒圧力による歪みεを、発光層２Ｂの発熱による歪みよりも小さくすることで、半導体レーザ素子２の歪みをある程度の範囲内に抑えることができる。
【００５０】
半導体レーザ素子２は、その動作中にある一定の範囲内（たとえば１０℃以上４０℃以下程度）で温度上昇する。半導体レーザ素子２の温度が、１０℃，２０℃，４０℃で上昇した場合の該半導体レーザ素子２の歪みは、ＧａＡｓの熱膨張率が５．７３ｐｐｍ／℃であることから、それぞれ５７．３ｐｐｍ，１１４．６ｐｐｍ，２２９．２ｐｐｍと求められる。図４において、この歪み量を生じさせるアスペクト比αは、それぞれ０．３１，０．１６，０．１１である。
【００５１】
したがって、アスペクト比αは、０．１１以上程度（より好ましくは０．１６以上程度、さらに好ましくは０．３１以上程度）であることが好ましい。
【００５２】
これにより、一定の冷媒圧力下において、該冷媒圧力による半導体レーザ素子２の歪み量εを、発光層２Ｂの発熱による歪み量よりも小さくすることができる。結果として、半導体レーザ素子２の歪みが小さく、信頼性が高く、寿命の長い高出力の半導体レーザ装置が提供される。
【００５３】
一方、冷媒による熱輸送能力（冷却能力）は、アスペクト比が大きくなるほど低下する。すなわち、流路３の幅（Ｗ１）を一定とすると、流路底面から第１電極１の下面までの高さ（ｈ）が大きくなるほど流路と発熱部との間の距離が大きくなるので冷却能力が低下し、流路底面から第１電極１の下面までの高さ（ｈ）を一定とすると、流路３の幅（Ｗ１）が小さくなるほど冷媒が流れにくくなるので冷却能力が低下する。
【００５４】
熱輸送能力の大きさの指標として、熱抵抗（単位熱量を伝達するためのレーザ素子温度と冷媒温度との温度差）が用いられる。すなわち、熱抵抗が小さいほど、高い熱輸送能力が備えられていることを意味する。
【００５５】
たとえば、上記温度差が６０℃，４５℃である場合に１５０Ｗ以上の放熱特性を備えるためには、上記熱抵抗がそれぞれ０．４℃／Ｗ以下，０．３℃／Ｗ以下である必要がある。
【００５６】
図５は、アスペクト比αと、所定の熱抵抗（０．４℃／Ｗ，０．３℃／Ｗ）を得るための流路３の幅（Ｗ１）との関係を示した図である。
【００５７】
図５において、「□」は、０．４℃／Ｗを実現したシミュレーション結果に係る（アスペクト比α，流路幅Ｗ１）をプロットしたものであり、「◇」は、０．３℃／Ｗを実現したシミュレーション結果に係る（アスペクト比α，流路幅Ｗ１）をプロットしたものである。また、図５中の曲線は、上記プロットの分布から、Ｗ１＝ａ×αｂの式で求められたフィッティング曲線である。なお、「□」，「◇」に対して、（ａ，ｂ）の値は、それぞれ（１８．６，−０．２３７），（１５．９６，−０．２２１）である。
【００５８】
図５を参照して、流路３の幅（Ｗ１）を一定とすると、アスペクト比αを小さくすることで、熱抵抗が小さくなる。したがって、アスペクト比αは一定の値以下であることが望ましい。
【００５９】
本実施の形態においては、流路３の幅（Ｗ１）は１５μｍ程度であるので、０．４℃／Ｗの熱抵抗を実現するためのアスペクト比αは２．４程度であり、０．３℃／Ｗの熱抵抗を実現するためのアスペクト比αは１．１程度である。
【００６０】
したがって、アスペクト比αは、２．４以下程度（さらに好ましくは１．１以下程度）であることが好ましい。
【００６１】
ところで、流路３の幅（Ｗ１）とアスペクト比αとが一定の場合であっても、複数の流路３間の側壁部の厚みにより熱抵抗に差異が生じる。
【００６２】
図６は、複数の流路３間の壁の厚さ（Ｗ２）と、熱抵抗との関係を示した図である。なお、図６に示すデータは、流路３の幅（Ｗ１）が１５μｍ程度の場合において得られたものである。
【００６３】
図６を参照して、熱抵抗は、壁の厚さ（Ｗ２）が１０μｍ程度である場合において極小となる。したがって、本実施の形態においては、側壁部の厚み（Ｗ２）は、流路３の幅（Ｗ１＝１５μｍ）よりも小さく、５μｍ以上１５μｍ以下程度（典型的には１０μｍ程度）であるのが好ましい。
【００６４】
これにより、熱抵抗を一定の値（α１）以下程度とすることができ、放熱特性に優れた半導体レーザ装置が得られる。
【００６５】
上述した構成を採用することにより、共振方向に平行な長さ方向に１ｍｍ、共振方向に直行する幅方向に１０ｍｍの平面寸法を有し、厚みが１００μｍの半導体レーザ素子を用いた場合に、２×１０7Ｗ／ｍ2の放熱特性を得ることができる。すなわち、レーザ素子の面積１０ｍｍ2において、２００Ｗの放熱能力を得ることができるので、光出力１００Ｗ程度（電気−光変換効率を４０％程度とすると発熱量は１５０Ｗ程度）の半導体レーザ装置において、十分な放熱特性を得ることができる。
【００６６】
このように、本実施の形態においては、許容される温度上昇が一定であれば光出力が向上し、光出力が一定であれば温度上昇が抑制される。結果として、高出力で信頼性が高く、寿命の長い半導体レーザ装置が得られる。
【００６７】
なお、上述したｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの代わりに、ＧａＮ基板、またはＳｉＣなどのセラミック材料からなる基板を用いて半導体レーザ装置を構成した場合も、上記と同様に放熱特性を向上させることが可能である。
【００６８】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。また、図８は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図８（ａ）は、図７におけるＡ'−Ａ'断面を示し、図８（ｂ）は、図７におけるＢ'−Ｂ'断面を示す。
【００６９】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図８に示すように、半導体レーザ素子２に凹部２０Ａ（第１凹部）を形成するとともに、蓋体４に凹部４０Ａ（第２凹部）を形成している。
【００７０】
図８（ｂ）を参照して、凹部４０Ａ内において、蓋体４とｎ−ＧａＡｓ基板２Ａとの間に冷媒用の流路３が形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの一部（少なくとも一部、すなわち全部であってもよい。）は、凹部４０Ａ内に嵌め込まれている。
【００７１】
図８（ａ）を参照して、蓋体４内には、流路３と接続され、流路３の延在方向に沿って流路３からの流れを受け入れる流路３０（他の流路）が設けられている。
【００７２】
本実施の形態においては、蓋体４に凹部４０Ａを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。
【００７３】
たとえば、図８（ａ）に示すように、半導体レーザ素子２の下部に流路３の屈曲部が形成されない。したがって、半導体レーザ素子２の下部において冷媒の流れの淀み点が生じるのを防ぐことができる。この結果として、冷媒の流量が増大し、半導体レーザ装置の放熱特性が向上する。換言すると、凹部２０Ａの深さを比較的浅くしても一定の放熱特性を確保することができる。したがって、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制することができる。
【００７４】
また、冷媒の流れが半導体レーザ素子２に直接衝突することがないので、その衝撃力により半導体レーザ素子２の信頼性などが損なわれるのを抑制することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００７６】
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示した断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の上面図は、図１に示すとおりであり、図９（ａ）は、図１中のＡ−Ａ断面に相当し、図９（ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ断面に相当する。
【００７７】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図９に示すように、半導体レーザ素子２に凹部２０Ａ（第１凹部）を形成するとともに、蓋体４に凹部４０Ａ（第２凹部）を形成している。
【００７８】
図９（ａ），（ｂ）を参照して、流路３は、凹部２０Ａと凹部４０Ａとを対向させて形成されている。
【００７９】
本実施の形態においても、蓋体４に凹部４０Ａを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。
【００８０】
たとえば、上記のような構造を採用することにより、流路３の面積を大きくし、冷媒の流量を増大させることができる。結果として、半導体レーザ装置の放熱特性が向上する。換言すると、凹部２０Ａの深さを比較的浅くしても一定の放熱特性を確保することができる。したがって、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制することができる。
【００８１】
また、凹部４０Ａを形成しない場合と比較して、流路３の面積を等しくする場合は、凹部２０Ａ，４０Ａの深さを比較的浅くすることができる。したがって、凹部２０Ａ，４０Ａを形成するための加工が容易となる。
【００８２】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１，２と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００８３】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。また、図１１は、この半導体レーザ装置の断面図である。なお、図１１（ａ）は、図１０におけるＡ''−Ａ''断面を示し、図１１（ｂ）は、図１０におけるＢ''−Ｂ''断面を示す。
【００８４】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図１１に示すように、半導体レーザ素子２に凹部２０Ａ（第１凹部）を形成するとともに、蓋体４に凹部４０Ａ（第２凹部）を形成している。
【００８５】
図１１（ｂ）を参照して、凹部２０Ａ，４０Ａの深さが等しい。また、流路３は凹部２０Ａの一部と凹部４０Ａの一部とを重ね合わせて形成される。
【００８６】
本実施の形態においても、蓋体４に凹部４０Ａを形成することで、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を確保することができる。
【００８７】
たとえば、互いに深さが等しい凹部２０Ａの一部と凹部４０Ａの一部とを重ね合わせることで、図１１（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２における凹部２０Ａを蓋体４における凸部（凹部４０Ａが形成されていない部分）で支持することができる。結果として、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を得ることができる。
【００８８】
また、図１１（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２および蓋体４に形成される凹部２０Ａ，４０Ａの（深さ）／（幅）の値を小さくすることができる。したがって、凹部２０Ａ，４０Ａを形成するための加工が容易となる。
【００８９】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１〜３と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００９０】
（実施の形態５）
図１２は、実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示した断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の上面図は、図１に示すとおりであり、図１２（ａ）は、図１中のＡ−Ａ断面に相当し、図１２（ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ断面に相当する。
【００９１】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例であって、図１２に示すように、第１電極１を下部電極とし、第２電極５を上部電極としている。
【００９２】
図１２を参照して、本実施の形態においては、半導体レーザ素子２には凹部は形成されないが、蓋体４に凹部４０Ａを形成することで、流路３を形成している。半導体レーザ素子２と蓋体４とは、封止材６を介して接合される。
【００９３】
ここで、第１電極１と流路３とが接するため、発光点１１から流路３までの距離を従来よりも小さい距離（たとえば数μｍ程度）にすることができる。したがって、半導体レーザ素子２に凹部を形成しなくとも、従来よりも優れた放熱特性を得ることができる。換言すると、冷媒の圧力による半導体レーザ素子２の歪みを抑制しながら、一定の放熱特性を得ることができる。
【００９４】
上述した半導体レーザ装置について要約すると、以下のようになる。
【００９５】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａと、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａ上（図１２中の下側）に発光層２Ｂと、発光層２Ｂ上に形成された第１電極１（下部電極）と、ｎ−ＧａＡｓ基板２Ａの裏面上（図１２中の上側）に形成された第２電極５（上部電極）と、凹部４０Ａを有し、第１電極１との間で流路３を形成し、発光層２Ｂを覆うように設けられる蓋体４（蓋部）とを備える。
【００９６】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１〜４と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００９７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施例の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態１，３，５に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面を示し、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【図３】図２におけす発光点近傍の詳細を示した図である。
【図４】流路上に位置する半導体レーザ素子のアスペクト比と、半導体レーザ素子の歪みとの関係を示した図である。
【図５】流路上に位置する半導体レーザ素子のアスペクト比と、所定の熱抵抗を得るための流路の幅との関係を示した図である。
【図６】流路間の壁の厚さと、熱抵抗との関係を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、（ａ）は図７におけるＡ'−Ａ'断面を示し、（ｂ）は図７におけるＢ'−Ｂ'断面を示す。
【図９】本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面を示し、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示した上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、（ａ）は図１０におけるＡ''−Ａ''断面を示し、（ｂ）は図１０におけるＢ''−Ｂ''断面を示す。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示した断面図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面を示し、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【符号の説明】
【００９９】
１  第１電極、２  半導体レーザ素子、２Ａ  ｎ−ＧａＡｓ基板、２Ｂ  発光層、３  流路、４  蓋体、５  下部電極、６  封止材、７  冷媒導入口、８  冷媒排出口、９  外部導入口、１０  外部排出口、１１  発光点、１２  高抵抗層、１３  ｐ−ＧａＡｓ層、１４Ａ  ｐ−ＩｎＧａＰ光導波層、１４Ｂ  ｎ−ＩｎＧａＰ光導波層、１５  ＩｎＧａＡｓＰ活性層、１６  凸部、２０Ａ，４０Ａ  凹部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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