(57)【要約】  【課題】  本発明は、キャップによって封止する封入雰囲気のＨ2Ｏ濃度を制限することで半導体レーザ素子の寿命の安定性を良好にした半導体レーザ装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  側面の端部に窒化物半導体レーザ素子１が設置されたヒートシンク２と、窒化物半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光強度を検出する光検出素子４とが搭載されたステム３に対して、キャップ５を溶着する際、キャップ５によって封止されるガス雰囲気を十分に水分除去されたものとする。【選択図】      図１
2007173434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層が積層されて構成される窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子が積載されるステムと、該ステム上にガスとともに前記窒化物半導体レーザ素子を封入するキャップと、を備える半導体レーザ装置において、
前記キャップにより封入されるガスの水分濃度が４００ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記キャップにより封入されるガスの水分濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記封入されるガス雰囲気中に酸素が含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記封入されるガス雰囲気中に窒素が含まれることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記封入されるガスが空気であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記窒化物半導体レーザ素子が、該窒化物半導体レーザ素子の電流注入領域における電流密度を１０ｋＡ／ｃｍ２以上の状態で駆動することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
その室内で、窒化物半導体層が積層されて構成される窒化物半導体レーザ素子が積載されるステム上に、ガスとともに前記窒化物半導体レーザ素子を封入するキャップが接着される組立工程が行われる、外気から密閉可能な組立室と、
該組立室内のガス雰囲気の水分濃度を４００ｐｐｍ以下とする水分濃度調整部と、
を備え、
前記水分濃度調整部によって４００ｐｐｍ以下とされたガス雰囲気を備えた前記組立室において、前記ステム上に前記キャップが接着される組立工程が行われることを特徴とする組立装置。
【請求項８】
前記組立室内の圧力を調整する第１圧力調整部を備えることを特徴とする請求項７に記載の組立装置。
【請求項９】
前記第１圧力調整部が真空ポンプであることを特徴とする請求項８に記載の組立装置。
【請求項１０】
前記組立室と隣接して構成される外気から密閉可能なロードロック室と、
前記組立室と前記ロードロック室との間を開放／閉鎖可能な第１密閉扉と、
前記ロードロック室と外気との間を開放／閉鎖可能な第２密閉扉と、
を備え、
前記水分濃度調整部が、前記ロードロック室内のガス雰囲気の水分濃度をも４００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかに記載の組立装置。
【請求項１１】
前記ロードロック室内の圧力を調整する第２圧力調整部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の組立装置。
【請求項１２】
前記第２圧力調整部が真空ポンプであることを特徴とする請求項１１に記載の組立装置。
【請求項１３】
前記ロードロック室内に、前記ステム及び前記キャップに対して熱を与える加熱装置が設置されることを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置及びこの半導体レーザ装置を組み立てる組立装置に関するもので、特に、ＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導体より成る窒化物半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置及びこの半導体レーザ装置を組み立てる組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクなどにおける記録容量の大容量化が要求され、隣接トラック間の距離の短い高密度の光ディスクが提供されつつある。この高密度光ディスクを対象とした情報の読み出しや書き込みを行うための短波長光源技術として、ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子が注目されている。又、このＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、可視光を発光することができるため、照明やバックライトなどの可視光源としても要求されている。
【０００３】
又、光源として半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置として、半導体レーザ素子をステム上に設置した半導体レーザ装置が提供されている（特許文献１参照）。この半導体レーザ装置は、図９に示すように、レーザ光を出射する半導体レーザ素子４１と、半導体レーザ素子４１が側面の端部に設置されるヒートシンク４２と、その表面上にヒートシンク４２の底面が接合されるステム４３と、ステム４３の表面上に設置されて半導体レーザ素子４１から出射されたレーザ光強度を検出する光検出素子４４と、ステム４３の表面をモールディングして覆う合成樹脂などの光透過性可塑性物質４５と、を備える。
【特許文献１】特開平１０−３１３１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許文献１の半導体レーザ装置では、光透過性可塑性物質４５をモールディングしたパッケージング構造とされることにより、キャップ及びカバーガラスなどの強度的に脆弱な部分がないので、真空環境下や高圧環境下においても利用可能な半導体レーザ装置とすることができる。しかしながら、このようなモールディング構造とする場合、光透過性可塑性物質４５として光透過性の良好な材料を使用したとしても、その結晶構造により多少の光の散乱などが生じ、キャップやカバーガラスと比べて、レーザ光の指向性が悪くなる。又、キャップやカバーガラスのように、ステム上に設置して取り付けられる工程だけで良いことに比べ、モールディング構造するための型が必要となるとともに、モールディング後にも成形する工程も必要となり、その製造工程が煩雑化する。
【０００５】
それに対して、キャップやカバーガラスをステム上に設置した半導体レーザ装置としたとき、半導体レーザ素子として窒化物半導体レーザ素子を適用した場合、半導体レーザ装置の電極及び半導体レーザ素子に１０ｋＡ／ｃｍ2以上の高い電流密度の電流が注入される。このように高い電流密度の電流が注入されると、半導体レーザ装置内の半導体レーザ素子に印加される電圧が初期状態を維持することができず、その寿命特性が不安定なものとなるという問題が生じる。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、キャップによって封止する封入雰囲気のＨ2Ｏ濃度を制限することで半導体レーザ素子の寿命の安定性を良好にした半導体レーザ装置を提供することを目的とする。又、本発明は、この半導体レーザ装置を組み立てるための組立装置を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置は、窒化物半導体層が積層されて構成される窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子が積載されるステムと、該ステム上にガスとともに前記窒化物半導体レーザ素子を封入するキャップと、を備える半導体レーザ装置において、前記キャップにより封入されるガスの水分濃度が４００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
このような半導体レーザ装置において、更に、記キャップにより封入されるガスの水分濃度が１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【０００９】
又、前記封入されるガス雰囲気中に酸素が含まれるものであっても構わない。このとき、更に、前記封入されるガス雰囲気中に窒素が含まれるものであっても構わない。又、前記封入されるガスが空気であっても構わない。
【００１０】
又、前記窒化物半導体レーザ素子が、該窒化物半導体レーザ素子の電流注入領域における電流密度を１０ｋＡ／ｃｍ２以上の状態で駆動するものであっても構わない。
【００１１】
更に、前記封入されるガス雰囲気の圧力が、０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲であるものとする。
【００１２】
本発明の組立装置は、その室内で、窒化物半導体層が積層されて構成される窒化物半導体レーザ素子が積載されるステム上に、ガスとともに前記窒化物半導体レーザ素子を封入するキャップが接着される組立工程が行われる、外気から密閉可能な組立室と、該組立室内のガス雰囲気の水分濃度を４００ｐｐｍ以下とする水分濃度調整部と、を備え、前記水分濃度調整部によって４００ｐｐｍ以下とされたガス雰囲気を備えた前記組立室において、前記ステム上に前記キャップが接着される組立工程が行われることを特徴とする。
【００１３】
このとき、前記組立室内の圧力を調整する第１圧力調整部を備えるものとしても構わない。そして、前記第１圧力調整部を真空ポンプとし、前記組立室の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲とするものとしても構わない。
【００１４】
又、前記組立室と隣接して構成される外気から密閉可能なロードロック室と、前記組立室と前記ロードロック室との間を開放／閉鎖可能な第１密閉扉と、前記ロードロック室と外気との間を開放／閉鎖可能な第２密閉扉と、を備え、前記水分濃度調整部が、前記ロードロック室内のガス雰囲気の水分濃度をも４００ｐｐｍ以下とするものとしても構わない。
【００１５】
このとき、前記組立室において、前記水分濃度調整部による水分濃度の調整が行われた状態とし、前記第１密閉扉を閉鎖した状態で前記第２密閉扉を開放して前記ステムと前記キャップを前記ロードロック室に投入し、前記第２密閉扉を閉鎖して前記ロードロック室の水分濃度を調整した後、前記第１密閉扉を開放して、前記ステムと前記キャップとを前記組立室に移動させると、前記第１密閉扉を閉鎖する。このようにすることで、前記組立室を大気と遮断した状態のまま、前記ステムと前記キャップを前記組立室に搬送することができる。
【００１６】
又、前記ロードロック室内の圧力を調整する第２圧力調整部を備えるものとしても構わない。そして、前記第２圧力調整部を真空ポンプとし、前記ロードロック室の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲とするものとしても構わない。更に、前記ロードロック室内に、前記ステム及び前記キャップに対して熱を与える加熱装置が設置されるものとしても構わない。
【００１７】
又、これらの組立装置において、前記水分濃度調整部が、外部で生成されたガスを前記組立室及び前記ロードロック室の室内に供給して各室内のガスと置換させるものであっても構わないし、各室内のガスを循環させるものであっても構わない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、キャップにより封入されるガスの水分濃度を４００ｐｐｍ以下とすることにより、キャップにより封止される窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体結晶に取り込まれる水素の量を抑制し、この水素によるドーパントの補償効果を防ぐことができる。即ち、高温下で高密度電流を窒化物半導体レーザ素子に流した場合においても、窒化物半導体結晶に取り込まれる水素量を抑制し、この水素によるドーパントの補償効果を防ぎ、素子電圧以上を防ぐことができる。よって、半導体レーザ装置のドーパントの高電流密度の駆動条件において、長期動作時においても、安定した電圧特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
＜半導体レーザ装置の構成＞
まず、本実施形態の半導体レーザ装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００２１】
図１の半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子１と、窒化物半導体レーザ素子１が側面の端部に設置されるヒートシンク２と、その表面上にヒートシンク２の底面が接合されるステム３と、ステム３の表面上に設置されて窒化物半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光強度を検出する光検出素子４と、ステム３の表面上に設置されて窒化物半導体レーザ素子１及びヒートシンク２及び光検出素子４を封止するキャップ５と、ステム３の裏面上に設置された３本の電極リード線６ａ〜６ｃと、を備える。
【００２２】
そして、電極リード線６ａが、ステム３と電気的に接続されたグランド用電極であり、電極リード線６ｂが、ステム３と絶縁されるとともに窒化物半導体レーザ素子１と電気的に接続された半導体レーザ駆動用電極であり、電極リード線６ｃが、ステム３と絶縁されるとともに光検出素子４と電気的に接続された光検出素子用電極である。又、窒化物半導体レーザ素子１がヒートシンク２及びステム３を通じて電極リード線６ａと電気的に接続されるとともに、窒化物半導体レーザ素子１のヒートシンク２との接触面と逆側の面と電極リード線６ｂとが不図示のワイヤでワイヤボンディングされる。更に、光検出素子４がステム３を通じて電極リード線６ａと電気的に接続されるとともに、光検出素子４のステム３との接触面と逆側の面と電極リード線６ｃとが不図示のワイヤでワイヤボンディングされる。
【００２３】
又、窒化物半導体レーザ素子１の共振器方向がステム３と垂直な方向に設置される。そして、窒化物半導体レーザ素子１において、その劈開端面のうちステム３との距離が遠い側の劈開端面１ａをレーザ出射端面とし、このレーザ出射端面と反対側の劈開端面１ｂから漏れるレーザ光がステム３の表面に設置された光検出素子に照射される。又、キャップ５は、窒化物半導体レーザ素子１のレーザ出射端面１ａと対向する面に、窒化物半導体レーザ素子１から出謝されるレーザ光を外部に透過するための窓７が設けられる。
【００２４】
更に、ステム３とキャップ５によって封止された空間には、封入雰囲気８が封止されている。この封入雰囲気８は、窒化物半導体レーザ素子１及びヒートシンク２及び光検出素子４が表面上に設置されるステム３に対してキャップ５を取り付ける際の組立装置内の雰囲気によって決まる。キャップ５がステム３に取り付けられる際、組立装置内の雰囲気は、Ｈ2Ｏ濃度４００ｐｐｍ以下の範囲にある空気であり、その圧力が０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲にあればよい。即ち、封入雰囲気８は、その圧力が０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下であるとともにＨ2Ｏ濃度４００ｐｐｍ以下となる空気である。尚、封入雰囲気８のＨ2Ｏ濃度については、より好ましくは、１００ｐｐｍ（露点約−４０℃）以下であれば良い。
【００２５】
＜窒化物半導体レーザ素子＞
次に、図１の半導体レーザ装置に設置される窒化物半導体レーザ素子の構成にいて、図面を参照して説明する。尚、図２は、図１の半導体レーザ装置に設置される窒化物半導体レーザ素子の概略構成を示す断面図である。
【００２６】
まず、この窒化物半導体レーザ素子１に用いられる「窒化物半導体層」は、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の式で表わされる窒化物半導体結晶を含む。ここで、「Ａｌ」はアルミニウムを、「Ｇａ」はガリウムを、「Ｉｎ」はインジウムを、「Ｎ」は窒素を示す。又、「ｘ」はアルミニウムの含有比率を、「ｙ」はガリウムの含有比率を、「ｚ」はインジウムの含有比率を示す。又、窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶が六方晶である場合には、窒化物半導体層中の窒素元素のうち１０％以下の窒素元素がヒ素、リンおよびアンチモンのうち少なくとも１種の元素に置換されていてもよい。
【００２７】
更に、以下において、ＡｌxＧａyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＝１）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層を「ＡｌＧａＮ層」と略記する。又、窒化物半導体層には、例えば、ケイ素、酸素、塩素、硫黄、セレン、炭素、ゲルマニウム、亜鉛、カドミウム、マグネシウムおよびベリリウムのうち少なくとも１種がドーピングされることで、窒化物半導体層はＰ型又はＮ型のいずれかの導電型を有するものとしていてもよい。特に、Ｐ型不純物としては、マグネシウムを用いるものがよい。このような窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層を備えた窒化物半導体レーザ素子１の一構成例を、図２の断面図を参照にして説明する。
【００２８】
図２の窒化物半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、厚さ０．５μｍのｎ−ＧａＮ層１０１、厚さ２μｍのｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ下部クラッド層１０２、厚さ０．１μｍのｎ−ＧａＮガイド層１０３、厚さ２０ｎｍのＧａＮ下部隣接層１０４、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層（厚さ：４ｎｍ）とアンドープのＧａＮ障壁層（厚さ：８ｎｍ）とを備えた活性層１０５、厚さ５０ｎｍのＧａＮ上部隣接層１０６、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０７、厚さ０．６μｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層１０８、０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１０９が順次形成されている。そして、基板裏面には、ｎ側電極１２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９に接してｐ側電極１２１が形成されている。
【００２９】
このように各層が積層されて構成されるとき、上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９は、共振器方向に延伸したストライプ状に形成されており、リッジストライプ型導波路を構成している。この上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９におけるストライプ状に形成された部分を、以下、「リッジストライプ」とする。そして、上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９におけるリッジストライプ以外の部分は、絶縁膜１２２で埋め込まれ、電流狭窄を実現している。更に、上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９におけるリッジストライプの幅を約１．６μｍとし、窒化物半導体レーザ素子１の共振器長６００μｍとする。
【００３０】
このリッジストライプを備えた窒化物半導体レーザ素子１のレーザ出射端面１ａに、アルミナによるＡＲコーティングを施すとともに、レーザ出射端面１ａの反対側の劈開端面１ｂに、アルミナとチタニアの交互積層膜によるＨＲコーティングを施す。又、上記のように積層された各相において、Ｐ型の層には、ｐドープ不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）が１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3濃度で含有されている。このマグネシウムの含有量は、例えば、上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９において、代表的には、４×１０19／ｃｍ3である。
【００３１】
又、活性層１０５は、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層（厚さ：４ｎｍ）とアンドープのＧａＮ障壁層（厚さ：８ｎｍ）とが、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層の順で形成された多重量子井戸構造（井戸数３）である。この活性層１０５を構成する井戸層及び障壁層をこのように構成することで、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような組成とする。
【００３２】
又、ｐ側電極１２１は、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９に接する側から順番に積層された、第１層１３１（Ｐｄ層／Ｍｏ層）、第２層１３２（バリア層）、第３層１３３（パッド）の３層から成る。ここで、バリア層より上の層となる第２層１３２及び第３層１３３は、絶縁膜１２２上にも形成される。バリア層となる第２層１３２は、絶縁膜１２２に対して密着性がよく、密着改善のための機能も有することが良い。又、第１層１３１の内のＰｄ層は、Ｐ型窒化物半導体にオーミック接触するための層である。このｐ側電極１２１を構成する各層１３１〜１３３は、電子ビーム（ＥＢ）真空蒸着法のほか、高周波スパッタリング法などの製膜法によって製膜される。
【００３３】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子１は、公知の窒化物半導体の結晶成長方法で作製できる。即ち、各窒化物半導体層は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition method）により積層され、ドライエッチングを用いたエッチング処理により、上部クラッド層１０８とコンタクト層１０９におけるリッジストライプ構造が形成される。このように窒化物半導体層を積層する際の窒化物半導体結晶の成長方法として、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合、キャリアガスやＶ族原料ガスに水素が含まれるため、窒化物半導体結晶内にも水素が取り込まれる。それに対して、窒化物半導体結晶の成長方法として、分子ビームエピタキシ法（ＭＢＥ法：Molecular Beam Epitaxy method）が用いられることもあるが、この場合もＶ族原料としてアンモニアなどが使用されると、やはり窒化物半導体結晶内に水素が取り込まれる。
【００３４】
又、窒化物半導体レーザ素子１の発振波長は、３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲にあるものとする。更に、本実施形態では、半導体レーザ装置に搭載する発光素子として、図２に示すＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用いて説明したが、窒化物半導体レーザダイオードの他、窒化物半導体スーパールミネッセントダイオードや窒化物半導体ＬＥＤに置換することができる。
【００３５】
尚、図２の構成の窒化物半導体レーザ素子１は、一例であり、各窒化物膜半導体層の膜圧、リッジストライプの幅、及び共振器長についても、上述の値に限るものではない。又、例えば、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９を省略して、上部クラッド層１０８がコンタクト層を兼ねるようにしてもよい。又、活性層１０５を構成する井戸層および障壁層を、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＮ1-xＡｓx（０＜ｘ＜１）、ＧａＮ1-xＰx（０＜ｘ＜１）、又は、これらの化合物などの窒化物半導体で形成するものとしても構わない。但し、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような組成とする。又、窒化物半導体素子１の発振閾値を引き下げる目的から、活性層を井戸数が２〜４の多重量子井戸構造（ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造）とすることが好ましいが、単一量子井戸構造（ＳＱＷ（Single Quantum Well）構造）としても構わない。この場合、上述した構成例における井戸層に挟まれる障壁層は存在しない。
【００３６】
＜組立装置の第１例＞
上述のような窒化物半導体レーザ素子１を搭載したステム３にキャップ５を設置するように組立を行う組立装置の第１例について、図面を参照して説明する。尚、図３は、本例の組立装置の内部構成を示すブロック図である。
【００３７】
図３の組立装置は、ステム３にキャップ５を設置する組立工程を行う組立室５１と、組立室５１を大気に開放しないために組立室５１に隣接して設けられたロードロック室５２と、組立室５１とロードロック室５２との間におけるステム３とキャップ５との搬送を行う搬送部５３と、組立室５１とロードロック室５２との間を開閉する密閉扉５４と、ロードロック室５２に対する搬入及び搬出を行う密閉扉５５と、組立室５１及びロードロック室５２に水分除去した空気を供給する供給ガス生成部５６と、を備える。
【００３８】
そして、組立室５１は、組立室５１内の空気を外部に排出する真空ポンプ５７ａが接続されるとともに、供給ガス生成部５６からの水分除去された空気が供給されるガス供給路５８ａが接続される。又、このガス供給路５８ａに、組立室５１に供給する空気の流量を決定する流量制御弁５９ａが設けられるとともに、組立室５１に、組立室５１内のＨ2Ｏ濃度を検出する水分センサ６０ａと、組立室５１内の圧力を検出する圧力センサ６１ａとが設置される。
【００３９】
又、ロードロック室５２は、組立室５１と同様、ロードロック室５２内の空気を外部に排出する真空ポンプ５７ｂが接続されるとともに、供給ガス生成部５６からの水分除去された空気が供給されるガス供給路５８ｂが接続される。又、このガス供給路５８ｂにロードロック室５２に供給する空気の流量を決定する流量制御弁５９ｂが設けられるとともに、ロードロック室５２に、ロードロック室５２内のＨ2Ｏ濃度を検出する水分センサ６０ｂと、ロードロック室５２内の圧力を検出する圧力センサ６１ｂとが設置される。
【００４０】
このように構成されるとき、真空ポンプ５７ａ，５７ｂについては、例えば、高圧時における減圧動作を行うロータリーポンプと、低圧時における減圧動作を行うターボ分子ポンプとを組み合わせる構成としても構わない。又、水分センサ６０ａ，６０ｂとして、セラミック湿度センサ、高分子湿度センサ、塩化リチウム湿度センサ、露点センサ、熱伝導式湿度センサなどを使用することで、Ｈ2Ｏ濃度を検出することができる。更に、供給ガス生成部５６には、シリカゲルやゼオライトなどの水分吸着剤を備えられ、この水分吸着剤に空気を接触させることで、空気中の水分除去が成される。
【００４１】
この組立装置は、組立室５１及びロードロック室５２内の圧力及びＨ2Ｏ濃度を表示するモニタ６２と、組立装置の各部の制御を行う制御部６３と、作業者によって操作が行われる操作部６４と、を備える。即ち、制御部６３は、水分センサ６０ａ，６０ｂ及び圧力センサ６１ａ，６１ｂで検出された検出値が入力され、搬送部５３、密閉扉５４，５５、供給ガス生成部５６、真空ポンプ５７ａ，５７ｂ、及び、流量制御弁５９ａ，５９ｂを駆動制御する。又、不図示であるが、組立装置は、組立室５１内に、ステム３にキャップ５を溶着させる組立用機械を備え、この組立用機械が制御部６３によって駆動制御される。又、制御部６３は、操作部６４からの操作を確認して各部の動作制御を行うとともに、モニタ６２への表示動作も制御する。
【００４２】
以下に、この組立装置による組立動作について、説明する。
【００４３】
まず、制御部６３によって供給ガス生成部５６からガス供給路５８ａ，５８ｂへ排出する空気のＨ2Ｏ濃度を検出し、供給ガス生成部５６が水分吸着剤によって水分除去する空気流量を設定することで、供給ガス生成部５６からガス供給路５８ａ，５８ｂに与える空気のＨ2Ｏ濃度が調整される。このとき、例えば、ガス供給路５８ａ，５８ｂより供給する空気のＨ2Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下程度になるように、供給ガス生成部５６で調整するものとする。
【００４４】
又、組立室５１では、制御部６３によって、密閉扉５４が閉じられて大気から遮断された状態とされ、制御部６３によって真空ポンプ５７ａが動作し、圧力センサ６１ａによって確認される内部圧力が所定の圧力となるまで減圧する。このとき、流量制御弁５９ａを閉じた状態とし、ガス供給路５８ａを通じて供給ガス生成部５６からの空気の供給が禁止される。このようにして、例えば、この真空ポンプ５７ａによって、内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲まで低くする。又、圧力センサ６１ａによって計測された圧力値が制御部６３で確認されると、モニタ６２に、計測された組立室５１の内部圧力が表示される。
【００４５】
そして、組立室５１の内部圧力が所定の圧力の状態で維持するように、真空ポンプ５７ａが駆動したままの状態で、制御部６３によって流量制御弁５９ａが開けられ、水分除去された空気が供給ガス生成部５６より組立室５１に供給される。このとき、水分センサ６０ａによって組立室５１内の空気のＨ2Ｏ濃度が検出されるとともに、圧力センサ６１ａによって組立室５１の内部圧力が検出される。
【００４６】
この水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれの検出値が制御部６３に与えられることで、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度それぞれが所定値となるように、流量制御弁５９ａの開度と真空ポンプ５７ａによる減圧量とが制御される。上述の動作を行うことによって、例えば、組立室５１の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲に保持しながら、組立室５１内の空気のＨ2Ｏ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。又、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれの検出値によって、モニタ６２に、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度が表示される。
【００４７】
このようにして、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態であるとき、作業者が、モニタ６２の表示により組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度を認識して、ステム３へのキャップ５の溶着組立が可能であることを確認する。そして、作業者が組立装置に窒化物半導体レーザ装置の部品を投入するために、操作部６４を操作すると、制御部６３によってロードロック室５２の密閉扉５５が開かれる。よって、作業者は、ロードロック室５２内の搬送部５３に、窒化物半導体レーザ素子１及びヒートシンク２及び光検出素子４を搭載したステム３とキャップ５とを、載置する。
【００４８】
このとき、組立室５１とロードロック室５２との間の密着扉５４は閉じた状態であるとともに、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態とするために、流量制御弁５９ａの開度と真空ポンプ５７ａによる減圧量とが制御される。又、モニタ６２には、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれで検出された組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度が表示されている。その後、ステム３とキャップ５とをロードロック室５２内に投入すると、作業者によって操作部６４が操作されて、ステム３へのキャップ５の溶着組立を開始するように指示されることで、制御部６３によってロードロック室５２の密閉扉５５が閉じられる。
【００４９】
密閉扉５５が閉じられて、ロードロック室５２が大気から遮断されると、まず、制御部６３によって真空ポンプ５７ｂが駆動されて、ロードロック室５２が減圧されて、組立室５１と同等の内部圧力とされる。このとき、圧力センサ６１ｂで検出された値が制御部６３に与えられ、ロードロック室５２の圧力がモニタ６２に表示される。よって、例えば、組立室５１と同様、真空ポンプ５７ｂで減圧を行うことによって、ロードロック室５２の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲まで低くする。
【００５０】
そして、制御部６３において、圧力センサ６１ｂで検知されたロードロック室５２の内部圧力が、圧力センサ６１ａで検知される組立室５１と同じ内部圧力となったことを確認すると、流量制御弁５９ｂが開けられ、水分除去された空気が供給ガス生成部５６よりロードロック室５２に供給される。このとき、水分センサ６０ｂによってロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度が検出されるとともに、圧力センサ６１ｂによってロードロック室５２の内部圧力が検出される。
【００５１】
この水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂそれぞれの検出値が制御部６３に与えられることで、ロードロック室５２の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度それぞれが所定値となるように、流量制御弁５９ｂの開度と真空ポンプ５７ｂによる減圧量とが制御される。上述の動作を行うことによって、例えば、ロードロック室５２の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲に保持しながら、ロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。又、水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂそれぞれの検出値によって、モニタ６２に、ロードロック室５２の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度が表示される。
【００５２】
そして、制御部６３において、水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂで検知されたロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力が、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａで検知される組立室５１と同じＨ2Ｏ濃度及び内部圧力となったことを確認すると、制御部６３によって密閉扉５４が開かれる。尚、上述のようにして、窒化物半導体レーザ装置部品を投入して密閉扉５５を閉じた後、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態とするため、流量制御弁５９ａの開度と真空ポンプ５７ａによる減圧量とが制御されたままである。又、モニタ６２には、水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂそれぞれで検出されたロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力とともに、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれで検出された組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力も表示されている。
【００５３】
その後、搬送部５３が制御部６３によって駆動されることで、ロードロック室５２内に投入されているステム３及びキャップ５が組立室５１内に搬送され、位置センサなどで搬送完了したことを制御部６３で確認すると、密閉扉５４を閉じる。このようにして、組立室５１内への窒化物半導体装置部品の搬送が終了すると、制御部６３は、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａで検知される組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力それぞれが、所定範囲内の値であることを確認する。そして、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度それぞれが所定範囲内であることが確認されると、制御部６３によって組立用機械を駆動して、キャップ５をステム３に溶着させる。
【００５４】
尚、このようにして、窒化物半導体レーザ装置部品を組立室５１に搬送して密閉扉５４を閉じた後、ロードロック室５２の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態とするため、流量制御弁５９ｂの開度と真空ポンプ５７ｂによる減圧量とが制御されたままである。又、モニタ６２には、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれで検出された組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力とともに、水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂそれぞれで検出されたロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力も表示されている。
【００５５】
組立室５１におけるステム３へのキャップ５の溶着工程が終了すると、密閉扉５４が開かれた後、組立室５１でキャップ５が溶着された窒化物半導体装置が搬送部５３によってロードロック室５２に搬送される。そして、組立後の窒化物半導体装置がロードロック室５２に搬送されたことを制御部６３が位置センサなどによって確認すると、密閉扉５４を閉じて、組立室５１が大気から遮断されるようにする。
【００５６】
その後、制御部６３により真空ポンプ５７ｂを徐々に停止することによって、ロードロック室５２の内部気圧を大気圧まで加圧する。このとき、圧力センサ６１ｂによってロードロック室５２の内部圧力が検出され、圧力センサ６１ｂの検出値が制御部６３に与えられる。この圧力センサ６１ｂによって検出されたロードロック室５２の内部圧力が大気圧近傍に近い値となると、流量制御弁５９ｂを閉じるとともに密閉扉５５を開いた後、ロードロック室５２内の組立後の窒化物半導体装置が作業者によって取り出される。
【００５７】
尚、上述のようにして、窒化物半導体レーザ装置をロードロック室５２に搬送して密閉扉５４を閉じた後においても、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態とするため、流量制御弁５９ａの開度と真空ポンプ５７ａによる減圧量とが制御されたままである。又、モニタ６２には、圧力センサ６１ｂで検出されたロードロック室５２の内部圧力とともに、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれで検出された組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力も表示されている。
【００５８】
＜組立装置の第２例＞
上述のような窒化物半導体レーザ素子１を搭載したステム３にキャップ５を設置するように組立を行う組立装置の第２例について、図面を参照して説明する。尚、図４は、本例の組立装置の内部構成を示すブロック図である。又、図４の組立装置において、図３の組立装置と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図４の組立装置は、図３の組立装置と異なり、供給ガス生成部５６、ガス供給路５８ａ，５８ｂ、及び、流量制御弁５９ａ，５９ｂの代わりに、組立室５１において、組立室５１内のＨ2Ｏ濃度を調節するための循環経路７１ａが設置されるとともに、ロードロック室５２内のＨ2Ｏ濃度を調節するための循環経路７１ｂが設置される。
【００６０】
そして、循環経路７１ａが、組立室５１内の空気を排出して循環経路７１ａに導出する循環ポンプ７２ａと、循環ポンプ７２ａによって循環経路７１ａに流れてきた空気を除湿する除湿部７３ａと、除湿部７３ａをバイパスするバイパス路７４ａと、除湿部７３ａへ供給される空気の流量制御を行う流量制御弁７５ａと、バイパス路７４ａを流れる空気の流量制御を行う流量制御弁７６ａと、を備える。
【００６１】
又、循環経路７１ｂが、循環経路７１ａと同様、ロードロック室５２内の空気を排出して循環経路７１ｂに導出する循環ポンプ７２ｂと、循環ポンプ７２ｂによって循環経路７１ｂに流れてきた空気を除湿する除湿部７３ｂと、除湿部７３ｂをバイパスするバイパス路７４ｂと、除湿部７３ｂへ供給される空気の流量制御を行う流量制御弁７５ｂと、バイパス路７４ｂを流れる空気の流量制御を行う流量制御弁７６ｂと、を備える。
【００６２】
このように構成されるとき、除湿部７３ａ，７３ｂには、シリカゲルやゼオライトなどの水分吸着剤を備えられ、この水分吸着剤に空気を接触させることで、空気中の水分除去が成される。又、循環ポンプ７２ａ，７２ｂについては、低圧となる空気を循環させる低圧用の循環ポンプが使用される。
【００６３】
この組立装置の制御部６３は、水分センサ６０ａ，６０ｂ及び圧力センサ６１ａ，６１ｂで検出された検出値が入力され、搬送部５３、密閉扉５４，５５、真空ポンプ５７ａ，５７ｂ、循環ポンプ７２ａ，７２ｂ、及び、流量制御弁７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂを駆動制御する。又、この組立装置において、除湿部７３ａと、バイパス路７４ａと、流量制御弁７５ａ，７６ａと、水分センサ６０ａと、制御部６３とによって、組立室５１内の空気のＨ2Ｏ濃度を調整する水分濃度調整部が構成されるとともに、除湿部７３ｂと、バイパス路７４ｂと、流量制御弁７５ｂ，７６ｂと、水分センサ６０ｂと、制御部６３とによって、ロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度を調整する水分濃度調整部が構成される。
【００６４】
このように構成することによって、本例の組立装置は、第１例の組立装置と異なり、外部からＨ2Ｏ濃度の低い空気が組立室５１及びロードロック室５２に供給されるのではなく、組立室５１及びロードロック室５２内の空気を循環させて、Ｈ2Ｏ濃度の低い空気とすることができる。
【００６５】
以下に、この組立装置による組立動作について、説明する。
【００６６】
まず、制御部６３によって、組立室５１において、密閉扉５４が閉じられて大気から遮断された状態とされ、制御部６３によって真空ポンプ５７ａが動作し、圧力センサ６１ａによって確認される内部圧力が所定の圧力となるまで減圧する。このとき、循環ポンプ７２ａを停止するとともに流量制御弁７５ａ，７６ａを閉じた状態とし、循環経路７１ａによる組立室５１の空気の循環が禁止される。このようにして、例えば、この真空ポンプ５７ａによって、内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲まで低くする。又、圧力センサ６１ａによって計測された組立室５１の内部圧力が、モニタ６２に表示される。
【００６７】
そして、組立室５１の内部圧力が所定の圧力となると、この所定の圧力の状態で維持するように真空ポンプ５７ａが駆動したままの状態で、流量制御弁７５ａを開くとともに循環ポンプ７２ａを駆動させて、循環経路７１ａによる組立室５１内の空気の循環を開始する。このとき、流量制御弁７６ａが閉じたままであるため、バイパス路７４ａへ空気が流れることなく、循環ポンプ７２ａによって組立室５１から排出された空気が除湿部７３ａ
に供給され、空気の水分除去が行われる。よって、除湿部７３ａで水分除去された空気が、組立室５１に供給されることとなり、組立室５１のＨ2Ｏ濃度を低くする。
【００６８】
このようにして、組立室５１のＨ2Ｏ濃度を低くするように循環経路７１ａを動作させているとき、水分センサ６０ａによって組立室５１内の空気のＨ2Ｏ濃度が検出されるとともに、圧力センサ６１ａによって組立室５１の内部圧力が検出され、この水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれの検出値が制御部６３に与えられる。このとき、圧力センサ６１ａで検出された組立室５１の内部圧力が所定値のままで維持されるように、真空ポンプ５７ａの動作が制御部６３によって制御される。又、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれの検出値によって、モニタ６２に、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度が表示される。
【００６９】
更に、このとき、水分センサ６０ａで検出された組立室５１のＨ2Ｏ濃度が所定値とであるか否かが制御部６３で確認され、組立室５１のＨ2Ｏ濃度が所定値となると、組立室５１のＨ2Ｏ濃度が所定値で保持されるように、流量制御弁７５ａ，７６ａそれぞれの開度が制御部６３により制御される。即ち、流量制御弁７５ａ，７６ａの開度が制御されることにより、除湿部７３ａに供給されて除湿する空気の流量を制御し、組立室５１のＨ2Ｏ濃度を所定値で保持させる。尚、このとき、圧力センサ６１ａで検出された組立室５１の内部圧力が所定値のままで維持されるように、真空ポンプ５７ａが駆動制御される。上述の動作を行うことによって、例えば、組立室５１の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲に保持しながら、組立室５１内の空気のＨ2Ｏ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。
【００７０】
このようにして、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態であるとき、作業者が、モニタ６２の表示よりステム３へのキャップ５の溶着組立が可能であることを確認する。そして、まず、作業者が組立装置に窒化物半導体レーザ装置の部品を投入するために、操作部６４を操作すると、制御部６３によってロードロック室５２の密閉扉５５が開かれる。このとき、密閉扉５４が閉じられた状態であるため、組立室５１は大気と遮断された状態である。そして、作業者が、ロードロック室５２内の搬送部５３にステム３とキャップ５とを載置し、操作部６４を操作することで、制御部６３によってロードロック室５２の密閉扉５５が閉じられて、ステム３へのキャップ５の溶着組立が開始される。
【００７１】
溶着組立が開始すると、まず、制御部６３によって真空ポンプ５７ｂが駆動されて、ロードロック室５２が減圧される。このとき、圧力センサ６１ｂで検出された値が制御部６３に与えられ、ロードロック室５２の圧力がモニタ６２に表示される。このように真空ポンプ５７ｂでロードロック室５２が減圧されるとき、制御部６３において、ロードロック室５２の内部圧力が所定圧力まで減圧されたことを確認すると、循環ポンプ７２ｂを駆動する。よって、ロードロック室５２の内部圧力が、例えば、０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲まで減圧される。
【００７２】
このように循環ポンプ７２ｂの駆動を開始すると、循環経路７１ｂを通じた空気の水分除去を行うために、制御部６３によって、流量制御弁７５ｂが開かれるとともに、流量制御弁７６ｂが閉じられる。これにより、循環ポンプ７２ｂによってロードロック室５２から循環経路７１ｂに排出された空気が、除湿部７３ｂに供給されることとなる。よって、除湿部７３ｂで水分除去された空気が、ロードロック室５２に供給されることとなり、ロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度が低下する。このとき、水分センサ６０ｂによってロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度が検出されるとともに、圧力センサ６１ｂによってロードロック室５２の内部圧力が検出される。
【００７３】
そして、水分センサ６０ｂで検出去られたロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度が所定値とであるか否かが制御部６３で確認され、ロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度が所定値となると、ロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度が所定値で保持されるように、流量制御弁７５ｂ，７６ｂそれぞれの開度が制御部６３により制御される。このとき、圧力センサ６１ｂで検出されたロードロック室５２の内部圧力が所定値のままで維持されるように、真空ポンプ５７ｂが駆動制御される。上述の動作を行うことによって、例えば、ロードロック室５２の内部圧力を０．１Ｐａ以上２００ｋＰａ以下の範囲に保持しながら、ロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。
【００７４】
尚、上述のようにして、窒化物半導体レーザ装置部品を投入して密閉扉５５を閉じた後も、組立室５１の内部圧力及びＨ2Ｏ濃度をそれぞれ所定値に保持した状態とするため、真空ポンプ５７ａによる減圧量と流量制御弁７５ａ，７６ａの開度とが制御されたままである。又、モニタ６２には、水分センサ６０ｂ及び圧力センサ６１ｂそれぞれで検出されたロードロック室５２のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力とともに、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａそれぞれで検出された組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力も表示されている。
【００７５】
その後、第１例の組立装置と同様、組立室５１及びロードロック室５２それぞれの内部圧力及びＨ2Ｏ濃度が略等しくなったことが確認されると、密閉扉６４が開かれて、搬送部５３によってロードロック室５２内に投入されているステム３及びキャップ５が組立室５１内に搬送される。搬送終了後、密閉扉５４が閉じられて、ステム３及びキャップ５が搬入された組立室５１が大気と遮断される。そして、水分センサ６０ａ及び圧力センサ６１ａで検知される組立室５１のＨ2Ｏ濃度及び内部圧力それぞれが所定範囲内の値であることを確認されると、組立室５１内の組立用機械によってキャップ５をステム３に溶着させる。この溶着工程が終了すると、密閉扉５４が開かれた後、組み立てられた窒化物半導体装置が搬送部５３によりロードロック室５２に搬送され、密閉扉５４が閉じられる。
【００７６】
そして、制御部６３により、循環ポンプ７２ｂが停止されるとともに、流量制御弁７５ｂ，７６ｂが閉じられて循環経路７１ｂによる循環動作を停止し、又、真空ポンプ５７ｂを徐々に停止することによって、ロードロック室５２の内部気圧を大気圧まで加圧する。その後、圧力センサ６１ｂによって検出されたロードロック室５２の内部圧力が大気圧近傍に近い値となると、密閉扉５５が開かれて、ロードロック室５２内の組立後の窒化物半導体装置が作業者によって取り出される。
【００７７】
このように、上述の各例における組立装置によると、まず、窒化物半導体レーザ装置をその組立装置内部に投入する。そして、この組立装置が、少なくとも、ロードロック室と組立室とを備えるため、組立室内部を大気開放せずとも組立装置内部に窒化物半導体レーザ装置の部品を投入し、組立室内部において制御された雰囲気で封止組み立てすることができる。
【００７８】
尚、上述の各例における組立装置において、組立前の窒化物半導体装置部品であるステム３およびキャップ５に付着したＨ2Ｏやその他の付着物を除去するために、ロードロック室５２内に加熱装置を設け、ロードロック室５２に投入された組立前のステム３やキャップ５をベークするものとしても構わない。又、第２例における組立装置において、循環経路７１ｂにおいて、バイパス経路７４ｂ及び流量制御弁７６ｂを省略した構成とし、ロードロック室５２内の空気のＨ2Ｏ濃度が所定値以下となった後も、ロードロック室５２内の空気が全て除湿部７３に循環されるものとしても構わない。
【００７９】
尚、本実施形態では、組立装置内の雰囲気として、Ｈ2Ｏ濃度が１００ｐｐｍ以下となる空気を用いた例をあげたが、Ｈ2Ｏ濃度が４００ｐｐｍ以下であれば良く、又、Ｈ2Ｏ濃度が４００ｐｐｍ以下であれば、空気以外のガスとしても構わない。
【００８０】
＜半導体レーザ装置の通電試験結果＞
上述の組立装置によって構成されるとともに、上述の例で示す図２の構成の窒化物半導体レーザ素子１を備えた半導体レーザ装置に対して、通電試験を行った際の結果について、以下に説明する。尚、キャップ５により封入したガス雰囲気を空気とするとともに、このキャップ５内に封入された空気のＨ2Ｏ濃度を、約１００ｐｐｍ、約４００ｐｐｍ、約１０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍとした４種類の半導体レーザ装置を構成する。
【００８１】
そして、各Ｈ2Ｏ濃度条件の異なる４種類の半導体レーザ装置に対する試験条件を、７０℃の高温下で、ＤＣ１２０ｍＡの一定電流駆動とし、各条件に対して５つの試料となる半導体レーザ装置を用いて試験を行い、それぞれの半導体レーザ装置内の窒化物半導体レーザ素子１の動作電圧を検出する。又、約１００ｐｐｍ、約４００ｐｐｍ、約１０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された４種類の半導体レーザ装置それぞれにおける結果を、図５〜図８に示し、この図５〜図８を比較することにより、本願発明における半導体レーザ装置の優位性について説明する。
【００８２】
上述の通電試験の結果、約１０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された半導体レーザ装置はそれぞれ、図７及び図８のグラフに示すように、試料のうちの複数において、通電開始後、数１０時間で駆動電圧が急激に上昇する現象が見られた。それに対して、約１００ｐｐｍ、約４００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された半導体レーザ装置はそれぞれ、図５及び図６のグラフに示すように、全ての試料において、通電開始後１０００時間以上経過しても、一定の素子電圧（約５．２Ｖ）で安定して駆動し続けている。
【００８３】
このように、約１００ｐｐｍ、約４００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された半導体レーザ装置では、約１０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された半導体レーザ装置で見られるような電圧特性の劣化が生じることなく、長期動作時における電圧特性における安定性が補償される結果となった。又、約１００ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度となる空気が封入された半導体レーザ装置では、約１３ｋＡ／ｃｍ2という高電流密度の駆動条件においても安定した電圧特性を示した。
【００８４】
この半導体レーザ装置のチップにより封止されるガスのＨ2Ｏ濃度を約４００ｐｐｍの以下の範囲に規定することで、電圧の劣化が防止される物理的なメカニズムについては、現段階では不明であるが、次のとおり推測している。
【００８５】
上述したように、窒化物半導体レーザ素子１において、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等で成長を行ったＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、キャリアガスやＶ族原料ガスに水素が含まれるため、その結晶内に水素が含まれる。又、窒化物半導体レーザ素子１の素子構造の一部として形成されている絶縁膜にも、同様に水素が含まれる。ｐ型ドーパントが添加されたＩＩＩ族窒化物半導体結晶において、結晶中の水素によるドーパントの補償が生じることによって、ｐ型半導体層のｐ型キャリアが減少して膜抵抗が増大することがある。
【００８６】
又、この窒化物半導体レーザ素子１に対して、その電流注入領域中に１０ｋＡ／ｃｍ2以上というような高密度の電流を注入し続けた場合、半導体中における外部からの水素の取り込みが発生する。そのため、取り込まれた水素による上述のドーパントの補償効果により、窒化物半導体レーザ素子１の抵抗が増大して素子電圧異常を引き起こしていることが考えられる。このことから、窒化物半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置において、チップ５により封止された雰囲気中のＨ2Ｏが窒化物半導体レーザ素子１内に取り込まれるように作用し、この雰囲気中のＨ2Ｏにおける水素原子が作用することで、ドーパントの補償効果による素子電圧異常現象を増大させるものと思われる。よって、チップ５により封止された雰囲気中のＨ2Ｏ濃度が高い場合は、これらの現象を促進することになり、素子電圧異常が発生しやすくなると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子を用いた窒化物半導体レーザ装置、特に、高出力を発する窒化物半導体レーザ装置、例えば、単一横モードタイプにおいて、１００ｍＷ以上の光出力が得られる窒化物半導体レーザ装置に応用できる。このような窒化物半導体レーザ装置は、１３ｋＡ／ｃｍ2を超えるような、高電流密度での駆動を必要とすることが一般的である。又、例えば、単体の半導体レーザ装置、ホログラム素子を備えたホログラムレーザ装置、駆動もしくは信号検出等の処理のためのＩＣチップと一体化してパッケージされたオプトエレクトロニクスＩＣ装置、導波路あるいは微小光学素子と一体化してパッケージされた複合光学装置などに応用可能である。又、本発明は、これらの半導体レーザ装置を備えた、光記録システム、光ディスクシステムや、紫外から緑色領域の光源システムなどに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】は、本発明の実施形態における半導体レーザ装置の構成を示す概略図である。
【図２】は、図１の半導体レーザ装置に組み込まれる窒化物半導体レーザ素子の一構成例を示す断面模式図である。
【図３】は、図１の半導体レーザ装置におけるキャップの溶着組立を行う組立装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】は、図１の半導体レーザ装置におけるキャップの溶着組立を行う組立装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図５】は、Ｈ2Ｏ濃度が約１００ｐｐｍとなるガスを封止した半導体レーザ装置の通電試験の結果を示すグラフである。
【図６】は、Ｈ2Ｏ濃度が約４００ｐｐｍとなるガスを封止した半導体レーザ装置の通電試験の結果を示すグラフである。
【図７】は、Ｈ2Ｏ濃度が約１０００ｐｐｍとなるガスを封止した半導体レーザ装置の通電試験の結果を示すグラフである。
【図８】は、Ｈ2Ｏ濃度が約３０００ｐｐｍとなるガスを封止した半導体レーザ装置の通電試験の結果を示すグラフである。
【図９】は、従来の半導体レーザ装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，４１    窒化物半導体レーザ素子
２，４２    ヒートシンク
３，４３    ステム
４，４４    光検出素子
５    キャップ
６ａ〜６ｃ    電極リード線
７    窓
４５    光透過性可塑性物質
５１    組立室
５２    ロードロック室
５３    搬送部
５４，５５    密閉扉
５６    供給ガス生成部
５７ａ，５７ｂ    真空ポンプ
５８ａ，５８ｂ    ガス供給路
５９ａ，５９ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ    流量制御弁
６０ａ，６０ｂ    水分センサ
６１ａ，６１ｂ    圧力センサ
６２    モニタ
６３    制御部
６４    操作部
７１ａ，７１ｂ    循環経路
７２ａ，７２ｂ    循環ポンプ
７３ａ，７３ｂ    除湿部
７４ａ，７４ｂ    バイパス路
【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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