(57)【要約】【課題】低コストで製造可能であり、半導体レーザ素子端面等への汚染物質の付着を防止した信頼性の高い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、ステム１と、ガラス窓３を取り付けられた蓋１とを備えている。蓋１内には、ステム２の面上にヒートシンクが設けられ、ヒートシンク上にはサブマウントを介して半導体レーザ素子４が接着されている。気密封止された蓋１内の雰囲気は湿度を加えた不活性ガスであり、当該雰囲気に含まれる水分子（Ｈ2Ｏ）中の酸素がレーザ光により反応し、有機物を二酸化炭素（ＣＯ2）と水（Ｈ2Ｏ）に分解するため、半導体レーザ素子４の端面に固体の有機物が付着することを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密封止されたパッケージに半導体レーザ素子が内包された半導体レーザ装置であって、
前記パッケージ内の雰囲気が、所定の湿度を有する不活性ガスであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
室温での前記湿度が１０パーセント以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記パッケージ内に湿度を調整する吸着剤をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザ素子を気密封止してなる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージ内に気密封止された半導体レーザ素子において、ＰＩＦ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ）と呼ばれる劣化がある。これはパッケージ内に残留した炭化水素が、光化学反応により、レーザ光が発振する端面に固体の有機物として付着し、この付着した有機物が光を吸収して端面の温度が上昇するため、半導体レーザ素子の端面が溶融破壊する劣化である。
【０００３】
このような課題を解決するための技術が、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１記載の技術では、半導体レーザ素子のパッケージを、気密封止する装置のチャンバ内に設置した後、酸素を導入し、パッケージを紫外線で照射して炭化水素を分解除去した後、そのチャンバ内を不活性ガスでパージし、外気に曝すことなく、前記不活性ガスで気密する方法が示されている。なお、不活性ガスとは、光学的要素に対して不活性なガスであり、例えば、乾燥した窒素、アルゴン等の希ガスが用いられている。
【０００４】
また、特許文献２記載の技術では、封止ガス中に酸素（気体）を混入させることで、有機物がレーザ光で分解され、固体の有機物が付着するのを防止する技術が用いられている。しかし、封止ガス中の酸素（気体）は、パッケージ内に残留した珪素原子を含む有機化合物ガスが、光反応により、レーザ光が発振する端面に珪素化合物として付着するのを促進するため、特許文献２記載の技術ではさらに、不活性ガス中に、１ｐｐｍ以上（望ましくは１００ｐｐｍ以下）の酸素（気体）とハロゲン族ガス及びハロゲン化合物ガスの少なくとも一方を含むガスで気密する方法が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３７３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２９８１７１号公報
【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、特許文献１記載の技術においては、パッケージを組立てる装置のほかに、紫外線を照射する装置も必要となるため、コスト高となること、また、製造工程数も複数にわたるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２記載の技術においては、不活性ガス中に混入する酸素濃度が低いため、その濃度を精密に制御する必要があるうえ、さらにハロゲン族ガス及びハロゲン化合物ガスを導入するため、コスト高の要因となるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記のようなコスト高とならず、パッケージ内に残留する炭化水素が、レーザ光が発振する端面に固体の有機物として付着するのを簡単な構造で防止して、信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体レーザ装置は、気密封止されたパッケージに半導体レーザ素子が内包された半導体レーザ装置であって、前記パッケージ内の雰囲気が、所定の湿度を有する不活性ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る半導体レーザ装置は、気密封止されたパッケージに半導体レーザ素子が内包された半導体レーザ装置であって、前記パッケージ内の雰囲気が、所定の湿度を有する不活性ガスであることを特徴とするので、前記雰囲気内の水分子中の酸素がレーザ光により有機物と反応し、二酸化炭素と水に分解するため、前記半導体レーザ素子の端面に前記有機物が付着することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
本発明に係る実施の形態１の半導体レーザ装置の概略断面図を図１に示す。本実施の形態１に係る半導体レーザ装置は、ステム２と、ガラス窓３が取り付けられて蓋１とが、湿度を加えた不活性ガス中で封止固定されて構成される。以下、蓋１、ステム２およびガラス窓３との組み合わせから成る部分をパッケージと呼ぶ。すなわち、気密封止されたパッケージ内の雰囲気は湿度を加えた不活性ガスである。
【００１２】
また、パッケージ内では、ステム２の一方の面上にヒートシンク６が設けられ、ヒートシンク６上にサブマウント５を介して半導体レーザ素子４が接着されている。また、ステム２の他方の面には、半導体レーザ素子４と電気的に接続する電極端子７が取り付けられている。なお、電極端子７は、半導体レーザ素子４と接続するもの以外に、例えば、図示しないモニタ用受光素子と電気的に接続する電極端子等も含む。
【００１３】
電極端子７から半導体レーザ素子４に駆動電流が供給されると、半導体レーザ素子４の端面からレーザ光が発振し、ガラス窓３を通過して出射される。
【００１４】
ここで、気密封止されたパッケージ内の雰囲気や各部品には、製造工程の雰囲気中から混入されるなどして残存した炭化水素が含まれているものとする。炭化水素がレーザ光との光反応により半導体素子４の端面に固体の有機物として付着する恐れがあるが、パッケージ内の雰囲気（湿度を加えた不活性ガス）に含まれる水分子（Ｈ2Ｏ）中の酸素が、レーザ光により炭化水素と反応して、二酸化炭素（ＣＯ2）と水（Ｈ2Ｏ）に分解するため、半導体レーザ素子４の端面に個体の有機物として付着するのを防止することができる。
【００１５】
すなわち、製造工程の雰囲気から混入されるなどして残存した炭化水素が、個体の有機物として半導体レーザ素子の端面に付着するのを防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、気密封止されたパッケージ内の雰囲気中には、酸素（気体）が含まれていないため、例えば、製造工程中にパッケージ内に残留した珪素原子を含む有機化合物ガスが、半導体レーザ素子４の端面へ珪素化合物として付着することも抑制することができる。
【００１７】
また、湿度を加えた不活性ガス中でステム２に蓋１を封止固定して、本実施の形態１に係る半導体レーザ装置を製造することは、一般的な気密封止装置で容易に実現可能なうえ、製造工程数を増やす必要がないため、コスト高の要因を伴うことなく製造することができる。
【００１８】
次に、本発明者は、本実施の形態１に係る半導体レーザ装置の効果を確認すべく、信頼性試験を行っている。不活性ガスとして窒素を使用し、発振波長６５０ｎｍの半導体レーザ素子４と、強制的に有機物で汚染させた蓋１を用いて、図１に示す半導体レーザ装置を複数作製した。作製された半導体レーザ装置は、それぞれパッケージ内の室温（常温を含む日常的な部屋の中の温度）での湿度が異なっている。信頼性試験は、室温で、それぞれの半導体レーザ素子４を２０時間発振させて、発振前後の半導体レーザ素子４の端面に付着する炭素量をオージェ電子分光法で測定する方法で実施した。
【００１９】
信頼性試験の結果を図２に示す。図２は、半導体レーザ素子４に付着する炭素量の湿度依存性を示すものであり、縦軸は、発振前の炭素量で規格化した発振後の炭素量である。したがって、縦軸が１であれば、発振前後で半導体レーザ素子４の端面に付着する炭素量は変化していないことになり、１より大きければ、半導体レーザ素子４の端面に付着する炭素量は増加したことになる。
【００２０】
図２に示すように、不活性ガスの湿度が略０％のとき、発振前後で半導体レーザ素子４の端面に付着する炭素量は４倍程度に増加するのに対し、湿度を加えていくことで、端面に付着する炭素量を減少させることができる。これは、上述したように、湿度を加えた不活性ガス内に含まれる水分子（Ｈ2Ｏ）中の酸素が、レーザ光により有機物と反応し、二酸化炭素（ＣＯ2）と水（Ｈ2Ｏ）に分解するため、半導体レーザ素子４の端面に有機物が付着するのを防止できるからである。
【００２１】
また、湿度１０％未満では、湿度が略０％と比べて、端面に付着する炭素量は少ないものの発振前後で炭素量は増加している。一方、湿度１０％以上では、発振前後での炭素量はほとんど変わらない。
【００２２】
すなわち、不活性ガスの湿度を１０％以上とすることで、パッケージ内に残存した炭化水素が、個体の有機物として半導体レーザ素子の端面に付着するのをほぼ完全に防止することができる。
【００２３】
なお、不活性ガスとして、窒素を使用する態様で説明したが、これに限らず、例えばアルゴン、クリプトンなどを用いても良い。
【００２４】
（実施の形態２）
通常、半導体レーザ装置は温度調整する装置がない状況で動作することが多いため、半導体レーザ装置の温度は、周囲の環境温度に大きく左右されることになる。実施の形態１に係る半導体レーザ装置において、気密封止されたパッケージ内の雰囲気に含まれる水分量は一定であることから、温度が変化することで雰囲気の湿度が変化することが予想される。温度が下降すると湿度が上昇し、ついにはガラス窓３が結露して、半導体レーザ素子４から発振したレーザ光を半導体レーザ装置から十分に取り出すことができない場合が生じる恐れがある。
【００２５】
本実施の形態２は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施の形態２の半導体レーザ装置を図３に示す。なお、同一符号は同一または相当部分を指し、重畳する説明は省略する。すなわち、本実施の形態２に係る半導体レーザ装置は、気密封止されたパッケージ内に湿度を調整できる吸着剤８を備えていること以外は、図１に示す実施の形態１に係る半導体レーザ装置と同一である。
【００２６】
吸着剤８は、パッケージ内の雰囲気中の水分子を吸着また脱離させる機能を有する。環境温度が上昇して湿度が減少したときは、水分子を脱離して湿度を増加させ、環境温度が下降して湿度が増加したときは、水分子を吸着して湿度減少をさせる。すなわち、環境温度が下降して生じる結露を防ぐことができる。また、環境温度が上昇したときは、パッケージ内の水分子の量が増えるため、有機物の分解能力が向上するという効果を生じる。湿度を調整できる吸着剤８としては、雰囲気中の水分子を可逆的に吸着、脱離することが可能な活性炭やモンモリロナイト等を用いることができる。
【００２７】
すなわち、本実施の形態２では、結露による光学特性の劣化を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性をさらに向上することができる。なお、本実施の形態２でも、実施の形態１に係る半導体レーザ装置と同等の効果を発揮することは言うまでもない。
【００２８】
なお、本発明では、単体の半導体レーザ素子が収納された半導体レーザ装置として説明しているが、複数の半導体レーザ素子がリニアアレイ状に並べられた半導体レーザ装置であってもよく、複数の光学部品がさらに設けられた半導体レーザ装置であっても構わない。このときは、半導体レーザ素子４の端面のみならずこれらの光学部品への有機物の付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１に係る半導体レーザ装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体レーザの信頼性試験の結果を示す図である。
【図３】実施の形態２に係る半導体レーザ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  蓋、２  ステム、３  ガラス窓、４  半導体レーザ素子、８  吸着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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