特開 2023-11382 光半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023011382

(43)【公開日】2023-01-24

(54)【発明の名称】光半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02208 20210101AFI20230117BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02208

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021115212

(22)【出願日】2021-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠井 輝明

(72)【発明者】

【氏名】松田 佳昭

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MC04

5F173MD65

5F173MD84

5F173ME03

5F173ME14

5F173ME15

5F173ME64

5F173ME85

5F173MF03

5F173MF39

(57)【要約】

【課題】特性劣化が抑制された短波長のレーザ光を出射可能な光半導体装置を提供する。
【解決手段】光半導体装置１００は、レーザ光を出射する出射面３０ａを有する半導体レーザアレイ３０と、半導体レーザアレイ３０に電力を供給する第１電極体１０及び第２電極体５０と、出射面３０ａの周辺に気体を噴出する噴出孔４０と、を少なくとも有している。半導体レーザアレイ３０は、第１電極体１０と第２電極体５０とで半導体レーザアレイ３０の厚さ方向に挟み込まれるように配置される。噴出孔４０は第１電極体１０に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射する出射面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子に電力を供給する第１電極体及び第２電極体と、
前記出射面の周辺に気体を噴出する噴出孔と、を少なくとも有し、
前記半導体レーザ素子は、前記第１電極体と前記第２電極体とで前記半導体レーザ素子の厚さ方向である第１方向に挟み込まれるように配置され、
前記噴出孔が、前記第１電極体、前記第２電極体、前記半導体レーザ素子と前記第１電極体との間隙、または前記半導体レーザ素子と前記第２電極体との間隙のいずれかに設けられている、光半導体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光半導体装置において、
前記噴出孔は、前記出射面の法線方向と交差する方向である第２方向に沿って複数設けられている、光半導体装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光半導体装置において、
前記半導体レーザ素子は、それぞれ前記レーザ光を出射するエミッタを複数有しており、
複数の前記エミッタは、前記第２方向に沿って互いに間隔をあけて設けられている、光半導体装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記レーザ光の光路中に前記出射面と所定の間隔をあけて配置された光学部品をさらに備え、
前記噴出孔から噴出された前記気体が前記光学部品と前記出射面との間を通るように、前記噴出孔が配置されている、光半導体装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記レーザ光の波長範囲は、３８０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下である、光半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は光半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レーザ加工等に使用される光半導体装置の光源として、短波長のレーザ光を出射する半導体レーザが用いられてきている。例えば、緑色から青紫色の波長域のレーザ光を用いることが多くなっている。

【0003】

また、高出力のレーザ光を得るために、複数のエミッタが一方向に配列された半導体レーザアレイが用いられる。複数のエミッタからそれぞれ出射されたレーザ光が１または複数の光学部品により結合され、１本のレーザ光に合成されることで、高出力のレーザ光が得られる。また、通常、半導体レーザアレイは、中空パッケージの内部に収容される。

【0004】

一方、短波長のレーザ光は、大気中の低分子シロキサン（以下、単にシロキサンと言う）を分解することが知られている。パッケージ内に存在するシロキサンがレーザ光により分解されると、レーザ光の光密度が最も高い半導体レーザアレイの光出射面に付着し、レーザ特性を劣化させるという課題があった。

【0005】

これを防止するため、通常、半導体レーザアレイを透明窓が設けられた中空パッケージに収容し、パッケージを気密封止することが行われる。

【0006】

しかし、半導体レーザアレイに搭載されるエミッタの数が増加すると、チップの幅が増大し、サイズが規格化された気密封止パッケージに収容することが難しくなる。

【0007】

これを解決するため、例えば、特許文献１には、気体の導入口と排気口とを設けたケース内にＧａＮ系半導体レーザ素子を収容する構成が提案されている。この構成では、導入口から導入された気体を半導体レーザ素子の光出射面に吹き付けるための筒体が設けられている。筒体から気体を吹き付けることにより、光出射面にシロキサンの分解物等の汚染物質が付着するのを抑制できる。このことにより、レーザ特性の劣化を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０５４５９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、特許文献１に開示される従来の構成では、パッケージに筒体を取り付けるにあたって、有限の組立公差が発生する。これは、パッケージの内部に半導体レーザアレイを配置する場合にも生じる。したがって、筒体の先端、つまり、気体の噴出口と半導体レーザアレイの光出射面との距離や位置関係を正確に設定することは難しかった。このため、光出射面の周辺の雰囲気中にシロキサン等が残存し、分解物が光出射面に付着してしまうおそれがあった。

【0010】

また、光出射面に対し、気体が適切に吹き付けられない場合、光出射面の温度が上昇し、長時間使用時にレーザ特性が劣化してしまうおそれがあった。

【0011】

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、特性劣化が抑制された短波長のレーザ光を出射可能な光半導体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】

上記目的を達成するため、本開示に係る光半導体装置は、レーザ光を出射する出射面を有する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子に電力を供給する第１電極体及び第２電極体と、前記出射面の周辺に気体を噴出する噴出孔と、を少なくとも有し、前記半導体レーザ素子は、前記第１電極体と前記第２電極体とで前記半導体レーザ素子の厚さ方向である第１方向に挟み込まれるように配置され、前記噴出孔が、前記第１電極体、前記第２電極体、前記半導体レーザ素子と前記第１電極体との間隙、または前記半導体レーザ素子と前記第２電極体との間隙のいずれかに設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、特性劣化が抑制された短波長のレーザ光を出射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１に係る光半導体装置の斜視図である。

【図2】光半導体装置の要部の正面図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面模式図である。

【図4】変形例１に係る光半導体装置の断面模式図である。

【図5】変形例１に係る別の光半導体装置の断面模式図である。

【図6】実施形態２に係る光半導体装置の断面模式図である。

【図7】変形例２に係る光半導体装置の断面模式図である。

【図8】変形例２に係る別の光半導体装置の断面模式図である。

【図9】変形例３に係る光半導体装置の断面模式図である。

【図10】変形例３に係る別の光半導体装置の断面模式図である。

【図11】実施形態３に係る光半導体装置の断面模式図である。

【図12】実施形態３に係る別の光半導体装置の断面模式図である。

【図13】その他の実施形態に係る光半導体装置の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0016】

（実施形態１）
［光半導体装置の構成］
図１は、実施形態１に係る光半導体装置の斜視図を示し、図２は、光半導体装置の要部の正面図を示し、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面模式図を示す。

【0017】

なお、図１～３において、光半導体装置１００及びこれを構成する各部の形状を模式的に図示している。

【0018】

なお、以降の説明において、エミッタ３１（図２参照）から出射されるレーザ光の光軸方向をＺ方向または前後方向あるいは第３方向と呼ぶことがある。Ｚ方向は、半導体レーザアレイ３０の出射面３０ａの法線方向に相当する。半導体レーザアレイ３０の厚さ方向をＹ方向または上下方向あるいは第１方向と呼ぶことがある。Ｚ方向及びＹ方向とそれぞれ交差する方向をＸ方向または左右方向あるいは第２方向と呼ぶことがある。Ｚ方向において、レーザ光が出射される側を前または前側あるいは前方と呼び、その反対側を後または後側あるいは後方と呼ぶことがある。Ｙ方向において、第２電極体５０が配置された側を上または上側あるいは上方と呼び、その反対側である第１電極体１０が配置された側を下または下側あるいは下方と呼ぶことがある。

【0019】

図１～３に示すように、光半導体装置１００は、第１電極体１０と支持体２０と半導体レーザアレイ３０と第２電極体５０と絶縁体６０とを有している。

【0020】

第１電極体１０は、銅からなる板状の部材である。なお、第１電極体１０の材質を銅合金としてもよい。また、第１電極体１０の厚さは、要求される光半導体装置１００の電気抵抗やレーザ光の出力や放熱性等に応じて適宜変更されうる。

【0021】

また、第１電極体１０は、張り出し部１１を有している。張り出し部１１は、支持体２０の前端面よりも前方に張り出した第１張り出し部１１ａと、第１張り出し部１１ａの左右に配置された第２張り出し部１１ｂを有している。第２張り出し部１１ｂの上面は、張り出し部１１以外の第１電極体１０の上面からそのまま連続して前方に延びている。一方、第１張り出し部１１ａの上面は、前方に延びるにつれて下方に傾斜している。

【0022】

また、第１張り出し部１１ａには、複数の噴出孔４０が設けられている。図１，２に示すように、複数の噴出孔４０は、Ｘ方向に沿って互いに間隔をあけて設けられている。また、複数の噴出孔４０が配置された領域のＸ方向に沿った長さは、半導体レーザアレイ３０のＸ方向の幅と同程度かそれよりも長い。

【0023】

図３に示すように、複数の噴出孔４０のそれぞれは、第１電極体１０の下面から第１張り出し部１１ａの上面にかけてＹ方向に沿って延在している。また、複数の噴出孔４０のそれぞれは、第１張り出し部１１ａの上面において、半導体レーザアレイ３０におけるレーザ光の出射面３０ａ（以下、単に出射面３０ａと呼ぶ）の周辺に配置されている。

【0024】

図示しない気体供給装置から供給された気体は、第１電極体１０の下面から複数の噴出孔４０のそれぞれを通って、第１張り出し部１１ａの上面に噴出される。このため、図３に示すように、気体は、Ｙ方向に沿って、出射面３０ａと略平行に、下方から上方に流れる。また、出射面３０ａのＸ方向の幅全体にわたって気体が流れる。

【0025】

なお、本実施形態において、噴出孔４０から供給される気体は、ドライエアーであるが、特にこれに限定されない。他の種類の気体、例えば、水分量が調整された窒素等の不活性ガスであってもよい。

【0026】

支持体２０は、銅とタングステンの金属複合体（線膨張係数 ６．０×１０^－６／Ｋ、熱伝導率 １５４Ｗ／ｍＫ、ヤング率 ３５０ＧＰａ）からなる板状の導電部材である。支持体２０は、平面視で四角形状である。なお、支持体２０のＸ方向の幅及びＺ方向の幅は、半導体レーザアレイ３０のサイズや放熱性等に応じて適宜変更されうる。

【0027】

また、支持体２０は、後で述べる半導体レーザアレイ３０を構成する主たる半導体材料と線膨張係数が近く、また、ヤング率が高い導電材料であればよい。よって、支持体２０を他の材質、例えば、銅とダイヤモンドの複合体（線膨張係数 ６．０×１０^－６／Ｋ、熱伝導率 ５３０Ｗ／ｍＫ、ヤング率 ５６０ＧＰａ）としてもよい。支持体２０として銅とダイヤモンドの複合体を用いた場合、前述の銅とタングステンの金属複合体を支持体２０に用いた場合よりも熱抵抗を低減することができる。なお、前述の複合体とは、銅のブロック中にタングステンの粒体やダイヤモンドの粒体が充満した状態の材料を言う。

【0028】

半導体レーザアレイ３０は、それぞれ前方にレーザ光を出射する複数のエミッタ３１（図２参照）を有している。半導体レーザアレイ３０を構成する主たる半導体材料は窒化ガリウムである（ＧａＮ：線膨張係数 ５．６×１０^－６／Ｋ）。半導体レーザアレイ３０からは、短波長のレーザ光が出射される。ここで、「短波長」とは、例えば、４００ｎｍ以上、４６０ｎｍ以下の波長範囲を言うが、特にこれに限定されない。レーザ光の波長範囲は、光半導体装置１００の実使用期間において、シロキサンが所定量以上分解される程度の範囲である。例えば、レーザ光の波長範囲が、３８０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であってもよい。

【0029】

半導体レーザアレイ３０は、平面視で略四角形状であり、半導体レーザアレイ３０の外形は、支持体２０の外形よりも一回り小さくなるように設定される。半導体レーザアレイ３０の上面及び下面にはそれぞれ金を主として含む電極（図示せず）が形成されている。

【0030】

また、図２及び図３に示すように、半導体レーザアレイ３０の上面には、図示しない電極を介して複数のバンプ電極３３が設けられている。複数のバンプ電極３３は、Ｘ方向及びＺ方向に互いに間隔をあけて設けられている。複数のバンプ電極３３のそれぞれは、第２電極体５０と直接、または図示しない導電材シートを介して、電気的に接続されている。

【0031】

また、図２，３に示すように、支持体２０の上面に半導体レーザアレイ３０が金属ロウ材７０を介して接合されている。具体的には、エミッタ３１の発光点３２が支持体２０の上面に近い側に位置するようにして半導体レーザアレイ３０が配置される。なお、金属ロウ材７０として、例えば、金スズ合金（ＡｕＳｎ）が用いられる。また、支持体２０と第１電極体１０とは、金属ロウ材７０を介して接合されている。金属ロウ材７０として、例えば、金スズ合金（ＡｕＳｎ）が用いられる。

【0032】

つまり、半導体レーザアレイ３０は、複数のバンプ電極３３と支持体２０と金属ロウ材７０とを介して、第１電極体１０及び第２電極体５０とそれぞれ電気的に接続されている。

【0033】

図３に示すように、半導体レーザアレイ３０の前端面がレーザ光の出射面３０ａである。支持体２０の前端面と半導体レーザアレイ３０の前端面とが略面一になるようにするか、あるいは半導体レーザアレイ３０の前端面を支持体２０の前端面よりも所定の長さだけ前方に突出させるようにするかして、半導体レーザアレイ３０が支持体２０の上面に実装される。

【0034】

なお、本願明細書におけるエミッタ３１は、１本のレーザ光を出射するための半導体レーザ構造を言う。また、本願明細書における半導体レーザアレイ３０は、１つの半導体基板に複数のエミッタ３１が形成された構造（図２参照）だけでなく、個別に形成された複数のエミッタ（図示せず）がＸ方向に配列された構造も含む。後者の場合、支持体２０の表面からの発光点３２の高さが、それぞれのエミッタ３１で同じになるように、複数のエミッタ３１が支持体２０の上面に実装される。

【0035】

第２電極体５０は、銅からなる板状の部材である。第２電極体５０の下面には、前方が開放された凹部５１が形成されている。図３に示すように、第１電極体１０と凹部５１とで囲まれる空間に、支持体２０及び半導体レーザアレイ３０が収容される。なお、第２電極体５０の材質を銅合金としてもよい。また、第２電極体５０の厚さは、要求される光半導体装置１００の電気抵抗やレーザ光の出力や放熱性等に応じて適宜変更されうる。

【0036】

また、第２電極体５０は、凹部５１から前方に張り出した張り出し部５２を有している。第２電極体５０の張り出し部５２は、絶縁体６０を挟んで第１電極体１０の第２張り出し部１１ｂと重なるように配置されている。

【0037】

光半導体装置１００の第１電極体１０及び第２電極体５０は、前述の張り出し部１１，５２をそれぞれ有している。このことにより、支持体２０から第１電極体１０への熱引き及び半導体レーザアレイ３０から第２電極体５０への熱引きを向上できる。また、第１電極体１０の第１張り出し部１１ａの上面が下り傾斜となっているため、第１電極体１０に干渉されること無く、複数のエミッタ３１のそれぞれからレーザ光を前方に向けて出射することができる。

【0038】

絶縁体６０は、窒化アルミニウムからなるシート状の部材であり、図示しないが、その外形は、第１電極体１０の上面の外形に対応している。図１，３に示すように、絶縁体６０は、第１電極体１０と第２電極体５０とに挟み込まれて、第１電極体１０と第２電極体５０とを互いに電気的に絶縁している。なお、本実施形態では、絶縁性と放熱性を両立させる観点から、絶縁体６０の材質を窒化アルミニウムとしたが、他の材質を選択してもよい。

【0039】

また、第１電極体１０と半導体レーザアレイ３０とは、金属ロウ材７０と支持体２０とを介して電気的に接続される一方、絶縁体６０によって、第２電極体５０と電気的に絶縁される。

【0040】

以上説明したように構成された光半導体装置１００において、第１電極体１０と第２電極体５０との間に外部から所定の電圧を印加することで、半導体レーザアレイ３０に所定量の電流が通電され、複数のエミッタ３１のそれぞれからレーザ光が前方に向けて出射される。つまり、第１電極体１０及び第２電極体５０から、半導体レーザアレイ３０に所定の電力が供給される。なお、高出力のレーザ光を得るために、１または複数の光学部品（図示せず）により、複数のレーザ光が結合され、１本のレーザ光に合成されてもよい。

【0041】

また、光半導体装置１００を構成する各部品、つまり、第１電極体１０と支持体２０と半導体レーザアレイ３０と第２電極体５０と絶縁体６０とは、互いに位置合わせを行った上で組み立てられる。したがって、組立公差の範囲内で、複数の噴出口４０に対する出射面３０ａの位置は、設計された配置となる。

【0042】

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る光半導体装置１００は、レーザ光を出射する出射面３０ａを有する半導体レーザアレイ（半導体レーザ素子）３０と、半導体レーザアレイ３０に電力を供給する第１電極体１０及び第２電極体５０と、出射面３０ａの周辺に気体を噴出する噴出孔４０と、を少なくとも有している。

【0043】

半導体レーザアレイ３０は、第１電極体と第２電極体５０とで半導体レーザアレイ３０の厚さ方向であるＹ方向（第１方向）に挟み込まれるように配置されている。

【0044】

噴出孔４０は、第１電極体１０の第１張り出し部１１ａをＹ方向に貫通して、かつＸ方向（第２方向）に互いに間隔をあけて複数設けられている。

【0045】

このように噴出孔４０を設けることで、気体が出射面３０ａの周辺をＹ方向に沿って下方から上方に流れる。また、気体は出射面３０ａのＸ方向の幅全体にわたって流れる。

【0046】

本実施形態によれば、噴出孔４０から気体を噴出させることで、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。このことにより、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。ここで、レーザ特性の劣化とは、例えば、長時間使用時にレーザ光の出力が許容範囲を超えて低下することを言い、レーザ発振が突然停止し、レーザ光が出射不能となる場合も含む。または、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）と交差する平面におけるレーザ光の広がり形状が、許容範囲を超えて変形してしまうことを言う。

【0047】

また、前述したように、組立公差の範囲内で、複数の噴出口４０に対する出射面３０ａの位置が定められる。

【0048】

一方、特許文献１に開示された従来の構成では、パッケージに取り付けられた筒体から半導体レーザアレイ３０の出射面３０ａに気体を吹き付けることになる。この場合、出射面３０ａに対する筒体の先端の位置及び角度は、パッケージに対する筒体の取り付け公差の範囲でばらつく。さらに、パッケージに対する半導体レーザアレイの組立公差の範囲のばらつきも重畳される。

【0049】

つまり、前述した従来の構成では、本実施形態に示す構成に比べて、出射面３０ａに対する筒体の先端、つまり、気体が噴出される部分の位置が大幅にばらついてしまう。また、出射面３０ａに対する筒体の先端の角度もばらつく。これらのことにより、出射面３０ａに対して、気体が適切に吹き付けられず、出射面３０ａの周辺の雰囲気中にシロキサン等が所定量以上残存してしまうおそれがあった。また、シロキサンの分解物の付着により、レーザ特性が劣化してしまうおそれがあった。さらに、出射面３０ａに対して、気体が適切に吹き付けられない場合、出射面３０ａの温度が上昇し、長時間使用時にレーザ特性が劣化してしまうおそれがあった。

【0050】

一方、本実施形態によれば、複数の噴出口４０に対する出射面３０ａの位置ばらつきを、小さくできる。このことにより、出射面３０ａの周辺に気体を適切に噴出することができ、シロキサンの分解物の付着によるレーザ特性の劣化を抑制できる。また、出射面３０ａの温度上昇を抑制して、長時間使用時のレーザ特性の劣化を抑制できる。

【0051】

さらに本実施形態によれば、シロキサンの分解物の付着を防止する観点では、中空パッケージ内に光半導体装置１００を気密封止する必要が無い。このことにより、光半導体装置１００のコストを低減できる。また、複数の光半導体装置１００を用いて高出力のレーザ光源（図示せず）を構成する場合、レーザ光源の内部での光半導体装置１００の配置自由度を高められる。

【0052】

また、従来の構成では、中空パッケージの内部に筒体を配置するため、パッケージ自体が大きくなり、ひいては、光半導体装置１００が大型化してしまうおそれがあった。

【0053】

一方、本実施形態によれば、少なくとも筒体が不要となるため、光半導体装置１００を小型化できる。

【0054】

半導体レーザアレイ３０は、それぞれレーザ光を出射するエミッタ３１を複数有している。複数のエミッタ３１は、Ｘ方向（第２方向）に沿って互いに間隔をあけて設けられている。

【0055】

半導体レーザアレイ３０をこのようにすることで、複数のエミッタ３１から出射されたレーザ光をまとめて、１本の高出力のレーザ光を出射できる。

【0056】

なお、半導体レーザアレイ３０が実装された支持体２０を第１電極体１０と第２電極体５０とで挟み込んで保持固定する手法は、種々考えられる。例えば、第１電極体１０と第２電極体５０のそれぞれの四隅であって、平面視で支持体２０と重ならない部分にねじ孔（図示せず）を設けてもよい。この場合、それぞれのねじ孔にねじまたはボルト（いずれも図示せず）を挿通して、第１電極体１０と第２電極体５０とが導通しないように、ねじ孔に締結する。このようにすることで、半導体レーザアレイ３０及び支持体２０を第１電極体１０と第２電極体５０とで挟み込んで保持固定してもよい。

【0057】

＜変形例１＞
図４は、本変形例に係る光半導体装置の断面模式図を示し、図５は、別の光半導体装置の断面模式図を示す。なお、説明の便宜上、図４，５及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0058】

噴出孔を第１電極体１０に形成するにあたって、図３に示す例以外に種々の配置が考えられる。例えば、図４に示すように、噴出孔４１を第１電極体１０に設けてもよい。噴出孔４１は、その一端が、第１電極体１０の後端面に設けられている。また、噴出孔４１は、当該一端から第１電極体１０の内部をＺ方向に沿って延びている。さらに、噴出孔４１は、支持体２０の前端面の近傍で上方に向かい、他端が第１張り出し部１１ａの上面に達している。なお、図示しないが、噴出孔４０と同様に、噴出孔４１は、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。このことは、実施形態１に示す構成と同様である。なお、この場合、第１電極体１０の後端面に設けられた複数の噴出孔４１の一端が、一つにまとめられていてもよい。

【0059】

図４に示す構成においても、気体が出射面３０ａの周辺をＹ方向に沿って下方から上方に流れる。また、気体は出射面３０ａのＸ方向の幅全体にわたって流れる。

【0060】

したがって、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、噴出孔４１から気体を噴出させることで、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。このことにより、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。また、出射面３０ａの温度上昇を抑制して、長時間使用時のレーザ特性の劣化を抑制できる。

【0061】

また、図５に示すように、噴出孔４２を第１電極体１０に設けてもよい。噴出孔４２は、第１電極体１０をＹ方向に貫通している点で、図３に示す噴出孔４０と同様である。また、なお、図示しないが、噴出孔４０と同様に、噴出孔４２は、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。このことは、実施形態１に示す構成と同様である。ただし、Ｚ方向に沿った配置が異なり、噴出孔４２は、凹部５１のＺ方向の内側面と支持体２０の後端面との間に配置されている。

【0062】

この場合、噴出孔４２から噴出された気体は、図５に示すように、凹部５１の上側面に当たった後、第２電極体５０と半導体レーザアレイ３０との間隙、さらに言うと、複数のバンプ電極３３と凹部５１の上側面との間隙を前方に向かって流れる。気体は、そのまま、出射面３０ａの前方に流れる。つまり、第２電極体５０と半導体レーザアレイ３０との間隙は、噴出孔４２の一部として機能する。

【0063】

図５に示す場合、気体は、出射面３０ａの上方から噴出され、さらに前方に流れる。このため、図３や図４に示す場合とは気体の流れが異なる。

【0064】

しかし、図５に示す場合、気体の流れの後方が陰圧となるため、出射面３０ａの周辺の雰囲気が陰圧となった方向に移動し、気流が生じる。このことにより、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。つまり、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。したがって、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。

【0065】

（実施形態２）
図６は、本実施形態に係る光半導体装置の断面模式図を示す。

【0066】

図６に示す光半導体装置１００は、第２電極体５０に噴出孔４３が設けられている点で、実施形態１や変形例１に示す光半導体装置１００と異なる。なお、図示しないが、噴出孔４０と同様に、噴出孔４３が、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられているのは、実施形態１や変形例１に示す光半導体装置１００と同様である。

【0067】

噴出孔４３は、その一端が、第２電極体５０の後端面に設けられている。また、噴出孔４３は、当該一端から第２電極体５０の内部をＺ方向に沿って延びている。さらに、噴出孔４３の他端は、凹部５１のＺ方向の内側面に達している。

【0068】

図６に示す光半導体装置１００では、図５に示すのと同様に、噴出孔４３から噴出された気体は、第２電極体５０と半導体レーザアレイ３０との間隙、さらに言うと、複数のバンプ電極３３と凹部５１の上側面との間隙を前方に向かって流れる。気体は、そのまま、出射面３０ａの前方に流れる。つまり、第２電極体５０と半導体レーザアレイ３０との間隙は、噴出孔４３の一部として機能する。

【0069】

本実施形態によれば、図５に示すのと同様に、出射面３０ａの周辺の雰囲気が、気体の流れの後方に向かって、移動する。このことにより、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。つまり、変形例１、ひいては実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。したがって、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。

【0070】

＜変形例２＞
図７は、本変形例に係る光半導体装置の断面模式図を示し、図８は、別の光半導体装置の断面模式図を示す。

【0071】

第１電極体１０及び第２電極体５０の形状は、実施形態１，２や変形例１に示す構成に特に限定されない。例えば、図７，８に示すように、第１電極体１０から張り出し部１１を省略してもよい。また、第２電極体５０から張り出し部５２を省略してもよい。ただし、この場合、出射面３０ａから出射されるレーザ光が第１電極体１０や第２電極体５０でけられないようにする必要がある。図７，８に示す例で言えば、レーザ光が第２電極体５０でけられないように、バンプ電極３３のＹ方向の高さや出射面３０ａと第２電極体５０の前端面とのＺ方向の間隔を適切に設定する必要がある。

【0072】

また、図７に示すように、噴出孔４４を第２電極体５０に設けてもよい。噴出孔４４は、第２電極体５０をＹ方向に貫通し、その一端が、凹部５１のＹ方向の内側面に達している。また、噴出孔４４の一端は、出射面３０ａの周辺に配置される。なお、図示しないが、噴出孔４０と同様に、噴出孔４４は、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。このことは、実施形態１に示す光半導体装置１００と同様である。

【0073】

また、図８に示すように、噴出孔４５を第２電極体５０に設けてもよい。噴出孔４５の一端は、第２電極体５０の後端面に設けられている。また、噴出孔４５は、当該一端から第２電極体５０の内部をＺ方向に沿って延びている。さらに、噴出孔４５は、支持体２０の前端面の近傍で下方に向かい、他端が凹部５１のＹ方向の内側面に達している。なお、図示しないが、噴出孔４０と同様に、噴出孔４５は、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。このことは、実施形態１に示す光半導体装置１００と同様である。なお、この場合、第２電極体５０の後端面に設けられた複数の噴出孔４５の一端が、一つにまとめられていてもよい。

【0074】

図７，８に示す構成において、気体が出射面３０ａの周辺をＹ方向に沿って上方から下方に流れる。また、気体は出射面３０ａのＸ方向の幅全体にわたって流れる。この場合も、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、噴出孔４４または噴出孔４５から気体を噴出させることで、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。このことにより、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。また、出射面３０ａの温度上昇を抑制して、長時間使用時のレーザ特性の劣化を抑制できる。

【0075】

＜変形例３＞
図９は、本変形例に係る光半導体装置の断面模式図を示し、図１０は、別の光半導体装置の断面模式図を示す。

【0076】

図９に示す光半導体装置１００は、第１電極体１０及び第２電極体５０にそれぞれ張り出し部１１，５２が設けられていない点を除き、図３に示す光半導体装置１００と同じである。つまり、噴出孔４０と同様に、噴出孔４６は、第１電極体１０をＹ方向に貫通し、また、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。

【0077】

また、図１０に示す光半導体装置１００は、第１電極体１０及び第２電極体５０にそれぞれ張り出し部１１，５２が設けられていない点を除き、図４に示す光半導体装置１００と同じである。つまり、噴出孔４０と同様に、噴出孔４７は、その一端が、第１電極体１０の後端面に設けられている。また、噴出孔４７は、当該一端から第１電極体１０の内部をＺ方向に沿って延びている。さらに、噴出孔４７は、支持体２０の前端面の近傍で上方に向かい、他端が第１電極体１０の上面に達している。なお、図示しないが、噴出孔４１と同様に、噴出孔４７は、Ｘ方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。また、第１電極体１０の後端面に設けられた複数の噴出孔４７の一端が、一つにまとめられていてもよい。

【0078】

本変形例によれば、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、噴出孔４６または噴出孔４７から気体を噴出させることで、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。このことにより、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。また、出射面３０ａの温度上昇を抑制して、長時間使用時のレーザ特性の劣化を抑制できる。

【0079】

なお、図９，１０に示す第１電極体１０及び第２電極体５０の外形は、図７，８に示す第１電極体１０及び第２電極体５０の外形と同様である。

【0080】

したがって、出射面３０ａから出射されるレーザ光が第１電極体１０や第２電極体５０でけられないようにする必要がある。つまり、レーザ光が第２電極体５０でけられないように、バンプ電極３３のＹ方向の高さや出射面３０ａと第２電極体５０の前端面とのＺ方向の間隔を適切に設定する必要がある。

【0081】

（実施形態３）
図１１は、本実施形態に係る光半導体装置の断面模式図を示し、図１２は、別の光半導体装置の断面模式図を示す。

【0082】

図１１に示す光半導体装置１００は、固定部材８０とコリメートレンズ（光学部品）９０を備えている点で、図３に示す光半導体装置１００と異なる。また、図１２に示す光半導体装置１００は、固定部材８０とコリメートレンズ９０を備えている点で、図５に示す光半導体装置１００と異なる。

【0083】

固定部材８０は、コリメートレンズ９０を第２電極体５０に取り付け固定するための部材である。コリメートレンズ９０は、図示しない接着材を介して固定部材８０に取り付けられる。また、固定部材８０は、第２電極体５０の前端面に、図示しない接着材を介して取り付けられる。コリメートレンズ９０は、固定部材８０の前端面に、図示しない接着材を介して取り付けられる。固定部材８０は、コリメートレンズ９０が取り付けられる前に第２電極体５０に取り付けられてもよい。また、コリメートレンズ９０が取り付けられた後に、固定部材８０が第２電極体５０に取り付けられてもよい。

【0084】

コリメートレンズ９０は、半導体レーザアレイ３０から出射されたレーザ光を整形するための光学部品である。コリメートレンズ９０は、固定部材８０を介して出射面３０ａの前方に配置されている。別の見方をすれば、コリメートレンズ９０は、レーザの光路中であって、出射面３０ａの前方に出射面３０ａと所定の間隔をあけて配置されている。本実施形態では、コリメートレンズ９０と出射面３０ａとのＺ方向に沿った間隔は、３０μｍ～２００μｍ程度である。

【0085】

レーザ光は、エミッタ３１の活性層（図示せず）から出射される際、活性層の幅方向よりも厚さ方向に広がって進行する。本願明細書に示す例では、活性層の幅方向はＸ方向であり、厚さ方向はＹ方向である。一方、レーザ加工等にレーザ光を利用する場合、その広がり形状は、レーザ光の進行方向と交差する断面視で真円に近い形状の方が好ましい。そこで、本実施形態では、レーザ光の光路中にコリメートレンズ９０を設けて、レーザ光のＹ方向の広がりを抑えている。

【0086】

図１１に示すように、噴出孔４０から噴出された気体は、コリメートレンズ９０と出射面３０ａとの間をＹ方向に沿って下方から上方に流れる。また、図１２に示すように、噴出孔４２から噴出された気体は、コリメートレンズ９０と出射面３０ａとの間をＹ方向に沿って下方から上方に流れる。言い換えると、噴出孔４０または噴出孔４２から噴出された気体が、コリメートレンズ９０と出射面３０ａとの間を通るように、噴出孔４０または噴出孔４２が配置されている。なお、図１２に示す例において、第２電極体５０と半導体レーザアレイ３０との間隔が噴出孔４２の一部として機能することは、変形例１に示したのと同様である。

【0087】

本実施形態によれば、実施形態１や変形例１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、噴出孔４０または噴出孔４２から気体を噴出させることで、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを防止できる。このことにより、半導体レーザアレイ３０からレーザ光が出射された場合に、出射面３０ａにシロキサンの分解物が付着し、レーザ特性が劣化するのを抑制できる。また、出射面３０ａの温度上昇を抑制して、長時間使用時のレーザ特性の劣化を抑制できる。

【0088】

また、本実施形態によれば、出射面３０ａの前方に所定の間隔をあけてコリメートレンズ９０が配置されている。このため、例えば、気体の流れがＺ方向に広がりすぎることが無く、出射面３０ａの周辺に効率良く気体を流すことができる。このことにより、出射面３０ａの周辺にシロキサンを含む雰囲気が滞留するのを確実に防止でき、出射面３０ａへのシロキサンの分解物の付着、ひいてはレーザ特性の劣化を確実に抑制できる。

【0089】

なお、本実施形態では、出射面３０ａの前方に配置される光学部品をコリメートレンズ９０としたが、特にこれに限定されない。例えば、集光レンズであってもよい。あるいは、レーザ光の進行方向を変更させる部品、例えば、回折格子等であってもよい。また、本実施形態では、固定部材８０を介してコリメートレンズ９０を第２電極体５０に取り付けたが、コリメートレンズ９０を第２電極体５０に直接取り付けてもよい。後者の場合、第２電極体５０の前端面がコリメートレンズ９０の取り付け面になる。よって、レーザ光のけられの防止及び気体がスムーズに流れることを考慮した上で、第２電極体５０の前端面と出射面３０ａとのＺ方向の間隔を適切に設定する必要がある。

【0090】

（その他の実施形態）
実施形態１～３及び各変形例に示した各構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、実施形態３に示す固定部材８０やコリメートレンズ９０を実施形態２や変形例２，３に示す第２電極体５０に取り付けるようにしてもよい。また、支持体２０と半導体レーザアレイ３０との間に介在する金属ロウ材７０の材質や融点が、支持体２０と第１電極体１０との間に介在する金属ロウ材７０の材質や融点と異なっていてもよい。

【0091】

また、図１３に示すように、支持体２０が金属ロウ材７０を介して第２電極体５０、さらに言うと、凹部５１の上側面に取り付けられていてもよい。この場合、半導体レーザアレイ３０はバンプ電極３３を介して第１電極体１０と電気的に接続される。

【0092】

また、図１３に示す例では、Ｚ方向に沿って、凹部５１の後側面と支持体２０の後端面との間に配置された噴出孔４２から気体が噴出される。噴出された気体は、半導体レーザアレイ３０と第１電極体１０との間隙、さらに言うと、複数のバンプ電極３３と第１電極体１０との間隙をＺ方向に沿って流れ、さらに出射面３０ａの前方に流れる。この場合、半導体レーザアレイ３０と第１電極体１０との間隙が噴出孔４２の一部として機能することは言うまでもない。

【0093】

以上の通りであるから、本開示の光半導体装置１００において、噴出孔４０～４７は、第１電極体１０、第２電極体５０、半導体レーザアレイ３０と第１電極体１０との間隙、または半導体レーザアレイ３０と第２電極体５０との間隙のいずれかに設けられていると言える。このようにすることで、本願明細書に開示された光半導体装置１００は、高出力でかつ特性劣化が抑制された短波長のレーザ光を出射することができる。

【0094】

なお、本願明細書では、半導体レーザ素子として半導体レーザアレイ３０を例に取って説明したが、特にこれに限定されない。半導体レーザ素子が、単一のエミッタ３１を有する半導体レーザ素子であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0095】

本開示の光半導体装置は、半導体レーザ素子の出射面にシロキサンの分解物が付着するのを防止できるため、特性劣化が抑制された短波長のレーザ光を出射可能な光半導体装置として有用である。

【符号の説明】

【0096】

１０ 第１電極体
１１ 張り出し部
２０ 支持体
３０ 半導体レーザアレイ（半導体レーザ素子）
３０ａ 出射面
３１ エミッタ
４０～４７ 噴出孔
５０ 第２電極体
５１ 凹部
５２ 張り出し部
６０ 絶縁体
７０ 金属ロウ材
８０ 固定部材
９０ コリメートレンズ（光学部品）
１００ 光半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】