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JP2004235534A - レーザ素子およびそのレーザ素子の製造方法並びにそのレーザ素子を用いたレーザモジュール - Google Patents

レーザ素子およびそのレーザ素子の製造方法並びにそのレーザ素子を用いたレーザモジュール Download PDF

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JP2004235534A
JP2004235534A JP2003024001A JP2003024001A JP2004235534A JP 2004235534 A JP2004235534 A JP 2004235534A JP 2003024001 A JP2003024001 A JP 2003024001A JP 2003024001 A JP2003024001 A JP 2003024001A JP 2004235534 A JP2004235534 A JP 2004235534A
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laser
semiconductor laser
heat sink
laser bar
nitride semiconductor
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JP2003024001A
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English (en)
Inventor
Hideo Yamanaka
英生 山中
Teruhiko Kuramachi
照彦 蔵町
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020040005594A priority patent/KR20040070040A/ko
Priority to TW093102073A priority patent/TW200419753A/zh
Priority to US10/766,808 priority patent/US7120177B2/en
Priority to CNA2004100025715A priority patent/CN1519996A/zh
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Abstract

【課題】窒化物半導体レーザバーがＣｕヒートシンク上に、強固に固定ているレーザ素子を得る。
【解決手段】表面にＮｉ（０．１μｍ）およびＰｔ（０．２μｍ）がこの順に蒸着されたＣｕからなるヒートシンク１１上に、厚さ３μｍから５０μｍ程度のペレット状のＡｕＳｎからなるロウ材１４を配置し、その上に窒化物系半導体レーザバー１３を配置する。このレーザバーを、レーザバーと同等の長手方向の長さを有し、平坦なボンディングコレットで押しつけながら、ＡｕＳｎロウ材１４（Ａｕ：Ｓｎ＝８０％：２０％、融点２８０℃）を加熱して溶融した後固化させて、窒化物半導体レーザバーを固定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一基板内に複数の発光点を有する窒化物半導体からなるレーザバーがヒートシンクに固定されてなるレーザ素子の製造方法およびそのレーザ素子を備えたレーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザの高出力化のため、複数のレーザビームと、光ファイバと、前記複数のレーザビームを光ファイバに合波するコリメートレンズおよび集光レンズからなる光学系とを備えたレーザモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。複数のレーザビーム光源として、１つの発光点を有するダイオードを複数ヒートシンク等に設置したものや、一基板上に半導体層が積層されてなる複数の発光点を有する半導体レーザバーを用いることができる。
【０００３】
しかし、同一基板上に結晶成長により複数の発光点が形成されてなる半導体レーザバーにおいては、発光点の並び方向では、スマイルと呼ばれる反りが生じ、レーザビームの一部が並び位置から上方あるいは下方へシフトしてしまうという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。このような半導体レーザバーを、固定面が平坦なヒートシンク上に接着する場合、従来、円柱状のコレットを用いて、半導体レーザバーの発光点並び方向の中心付近を押すことにより、反りを矯正しながら接着していた。
【０００４】
上記のようなレーザモジュールにおける光学系において、拡大率が、例えば約１０倍の場合、半導体レーザバーにおける発光点の変位量が２μｍ程度であれば、集光点はファイバ入射端で、２μｍ×１０＝２０μｍ動くことになる。これは、５０μｍファイバ（半径２５μｍ）の中心部から最大で２０μｍ集光スポットが動くことを意味しており、大幅な結合効率低下を招く。なお、ここでは、「発光点の変位量」とは、ヒートシンクの固定面が平坦な場合、半導体レーザバーをレンズ光軸方向から見て、ヒートシンクの半導体レーザバー固定面から最も近い発光点中心までの距離と、最も遠い発光点中心までの距離との差を示すものとする。
【０００５】
一方、従来、ＧａＡｓ系半導体レーザバーとＣｕヒートシンクとのボンディングには、剛性の低い（柔らかい）Ｉｎが用いられている。ＣｕヒートシンクとＧａＡｓ系半導体レーザバーとの熱膨張係数が大きく異なるため、半導体レーザバー駆動時の発熱等によって半導体レーザに内部歪が生じるが、Ｉｎを用いることによりこの内部歪を緩和することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４４２号公報
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄｒ．Ｒｏｌａｎｄ Ｄｉｃｈｅｌ，”Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒｓ”，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
サファイア基板あるいはＧａＮ基板上にＧａＮ系化合物半導体を成長させてなる複数の発光点を有する窒化物半導体レーザバーは、ＧａＡｓ系半導体レーザバーに比べ、剛性が高い。したがって、窒化物半導体レーザバーの場合、上記のようなコレットを用いて、バーの発光点並び方向の中心付近のみを押してヒートシンクに接着しても、ヒートシンク表面と同等の形状にすることができない。また、ロウ材として硬度の低いＩｎを用いると、窒化物半導体レーザバーの硬度が高いためヒートシンク表面と同等の形状で固定することが難しい。
【０００９】
さらに、前述のようなレーザモジュールに窒化物半導体レーザバーを用いた場合は、その反りのため、光ファイバへの結合効率が低いという問題がある。また、駆動時の発熱等により経時でレーザバーが本来の反りへ戻ろうとすることによっても結合効率が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて、ヒートシンク上に半導体レーザバーが、該ヒートシンクのレーザバー固定面の形状とほぼ一致する形状で固定されてなるレーザ素子、およびそのレーザ素子の製造方法、ならびにそのレーザ素子を用いた、ファイバへの結合効率が大きいレーザモジュールを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ素子は、ＣｕまたはＣｕを含む合金からなるヒートシンク上に、一基板内に３以上の発光点を有する窒化物半導体レーザバーが、ヒートシンクの該半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけられて、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材により固定されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のレーザ素子の製造方法は、ＣｕまたはＣｕを含む合金からなるヒートシンク上に、一基板内に３以上の発光点を有する窒化物半導体レーザバーを、ヒートシンクの該半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけて、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材により固定することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のレーザモジュールは、上記本発明のレーザ素子と、光ファイバと、レーザ素子からの複数のレーザ光を該光ファイバに合波して入射させる集光光学系とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のレーザ素子によれば、半導体レーザバーを、ヒートシンクの半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけて固定するので、複数の発光点が、ヒートシンクの半導体レーザバー固定面の形状と略同等の形状で並ぶものとすることができる。
【００１５】
また、ロウ材として、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるものを用いているので、強固に半導体レーザバーがヒートシンクに接着され、また、発光点の経時移動量の小さく、信頼性の高いものとすることができる。
【００１６】
このようなレーザ素子を、レーザ光をファイバに合波させるレーザモジュールに用いた場合は、複数の発光点がヒートシンクの表面形状とほぼ同等の形状に並ぶものであるので、複数の発光点に対応したレンズの光軸の並びをヒートシンクの表面形状と同等にすればよく、光学系の設計を簡便にし、また位置あわせを容易に行うことができるので、レーザモジュールの製造を容易なものとすることができる。
【００１７】
本発明のレーザ素子の製造方法によれば、半導体レーザバーを、ヒートシンクの該半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけて固定するので、複数の発光点を、ヒートシンクの半導体レーザバー固定面の形状と略同等の形状で容易に配列させることができる。
【００１８】
また、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材を用いることにより、Ｃｕと窒化物半導体レーザバーとの間の熱膨張係数差を吸収することができるので、半導体レーザバー内部に生じる歪を小さくすることができる。
【００１９】
さらに、Ｉｎと比較して硬度が高いＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材を用いることにより、剛性が高い窒化物半導体レーザバーを強固に固定することができる。また、硬度が高いので窒化物半導体レーザバーが、経時で反りが戻ることを防止できるので、高い経時信頼性を得ることができる。
【００２０】
本発明のレーザモジュールによれば、上記のような経時信頼性が高いレーザ素子を用いているので、光学系を介した光ファイバへの結合効率を高いものとすることができる。また、光学系の設計、および位置合わせを容易にすることができるので、製造を容易なものとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態によるレーザ素子の製造方法について説明する。図１にそのレーザ素子製造過程の断面図を示す。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、最表面にＡｕが厚さ１μｍ程度メッキされたＣｕからなるヒートシンク１１の平坦な表面１１ａに、厚さ３μｍから５０μｍ程度のペレット状のＡｕＳｎからなるロウ材１４を配置し、その上に窒化物半導体レーザバー１３を配置する。この窒化物半導体レーザバー１３を、窒化物半導体レーザバー１４と略同等の長手方向の長さで、ヒートシンクの表面１１ａの形状に対応した平坦な板からなるボンディングコレット１６で押しながら、ＡｕＳｎロウ材１４を加熱して溶融した後固化させて、窒化物半導体レーザバー１３を固定する。なお、ヒートシンクの表面１１ａは、１０ｍｍあたり０．０２μｍ以下の平坦性を有するものである。
【００２４】
このようにして製造されたレーザ素子は、図２（ｂ）に示すように、反りが矯正され、ヒートシンクの表面１１ａ形状とほぼ同等に一直線に発光点が並ぶものであり、発光点変位量は０．２μｍである。
【００２５】
ＡｕＳｎロウ材１４は、ペレット状のものに限らず、ヒートシンク上に蒸着により形成したものであってもよい。
【００２６】
また、ヒートシンクは、厚さ約６ｍｍで、Ｃｕブロック表面にＮｉ（０．１μｍ）およびＰｔ（０．２μｍ）がこの順に蒸着されてなるものである。
【００２７】
コレットは板状のものに限らず、複数の凸部を有していてもよいが、その複数の凸部の先端からなる形状が、ヒートシンクの固定面と同等の形状を有するものであることが望ましい。
【００２８】
なお、ここで発光点の変位量とは、図２に示すように、ヒートシンクの表面が平坦である場合、半導体レーザバーをレンズ光軸方向から見て、ヒートシンクの半導体レーザバー表面から最も遠い発光点中心までの距離ｄ２と、最も近い発光点中心までの距離ｄ１との差（ｄ２−ｄ１）とする。
【００２９】
次に、窒化物半導体レーザバーの作製方法について説明する。図３に、そのレーザバーのＧａＮ基板の製造過程の断面図を示し、図４に、ＧａＮ基板上への半導体層の積層過程の断面図を示す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、有機金属気相成長法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアを成長用原料に用い、ｎ型ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用い、（０００１）Ｃ面サファイヤ基板２１上に、温度５００℃でＧａＮバッファ層２２を２０ｎｍ程度の膜厚で形成する。続いて、温度を１０５０℃にしてＧａＮ層３３を２μｍ程度成長させる。その上に、ＳｉＯ２膜２４を形成し、レジスト２５を塗布後、通常のリソグラフィを用いて、
【数１】
Figure 2004235534
方向に３μｍ幅のＳｉＯ２膜２４を除去して、幅７μｍ程度のＳｉＯ２膜２４のライン部を形成することにより、１０μｍ程度の周期のラインアンドスペースのパターンを形成する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト２５とＳｉＯ２膜２４をマスクとして、塩素系のガスを用いてバッファ層２２とＧａＮ層２３をドライエッチングによりサファイヤ基板２１上面まで除去した後、レジスト２５とＳｉＯ２膜２４を除去する。このとき、サファイヤ基板２１が少しエッチングされてもよい。
【００３２】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＧａＮ層２６を２０μｍ程度選択成長させる。この時、横方向の成長により、最終的にストライプが合体して、表面が平坦化する。この時点で、バッファ層２２とＧａＮ層２３からなる層のライン部上部には貫通転位が発生しているが、そのライン部間のＧａＮ層２６には貫通転位は発生していない。
【００３３】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜２７を形成し、前記バッファ層２２とＧａＮ層２３が残ってできたライン部間のスペース部の中央に位置するＳｉＯ２膜２７を３μｍ程除去する。
【００３４】
次に、図３（ｅ）に示すように、成長温度を１０５０℃にしてＧａＮ層２８を２０μｍ程度選択成長させる。この時横方向の成長により、最終的にストライプが合体し、表面が平坦化する。
【００３５】
次に、図３（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２膜２９を形成し、残ったＳｉＯ２膜２７の中央に位置するＳｉＯ２膜２９を幅３μｍ程度除去し、その上に、成長温度を１０５０℃にして、ＧａＮ層３０を２０μｍ程度選択成長させる。
【００３６】
最後に、図３（ｇ）に示すように、上記のように作成したＧａＮ基板上に、ｎ−ＧａＮ層３１を１００〜２００μｍ程度成長させた後、サファイア基板からＧａＮ層３０までを除去し、ｎ‐ＧａＮ層４１をｎ型ＧａＮ基板とする。
【００３７】
次に、図４に示すように、上記のようにして作製されたｎ型ＧａＮ基板４１上に、ｎ−ＧａＮバッファ層４２、１５０ペアのｎ−Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層４３、ｎ−ＧａＮ光導波層４４、ｎ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ（１０．５ｎｍ）／ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（３．５ｎｍ）三重量子井戸活性層４５、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎキャリアブロック層４６、ｐ−ＧａＮ光導波層４７、１５０ペアのｐ−Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層４８、ｐ−ＧａＮコンタクト層４９を積層する。ここでは、ｐ型の不純物としてＭｇを使用する。このＭｇの活性化のために成長後窒素雰囲気中で熱処理するか、または窒素リッチ雰囲気で成長を実施するかのいずれかの方法を用いてもよい。
【００３８】
次に、ストライプ領域に開口を有するＳｉＯ２膜５０を形成し、幅２μｍの開口を５００μｍピッチで設ける。Ｎｉ／Ａｕよりなるｐ側電極５１を形成した後、基板を研磨し、基板裏面にＴｉ／Ａｕよりなるｎ電極５２をｐ側電極に対応する領域に形成する。上記のようにして作製された試料を劈開して形成した共振器面の一方に高反射コートを行い、他方に低反射コートを行い、その後、共振器長４００μｍ、長さ約１ｃｍのバーにへき開して、半導体レーザバー１３を完成させる。
【００３９】
このように作製された窒化物半導体レーザバーの発振帯λは４００〜４２０ｎｍであり、出力は３０ｍＷである。また、幅２μｍの発光点が２０個、約５００μｍピッチで形成されており、発光点の並び方向の長さは約１ｃｍである。そして、ｐ側電極側の面を上にして、凸状に反っており、その発光点変位量は約１０μｍであった。
【００４０】
次に、上記のようにして製造されたレーザ素子に、−２０℃から８０℃まで１００サイクル温度を昇降させて行うヒートサイクル処理を行った。なお、このヒートサイクル処理は、半導体レーザバーとヒートシンクとをボンディングする際にロウ材が溶融固化するときに発生するロウ材内部の応力緩和に必要な工程であり、素子の信頼性を確保する上で省略できない工程である。
【００４１】
ヒートシンクへの接着後およびヒートサイクル処理後のレーザ素子の発光点変位量について、比較例のレーザ素子と比較した。その結果を図５に示す。なお、比較例の窒化物半導体レーザバーは本発明の窒化物半導体レーザバーと同様に作製されたものであり、発光点を２０個有し、発光点の配列方向の長さが約１ｃｍ、発光点変位量も１０μｍ程度のものである。ヒートシンク上への固定方法は、本発明と同様である。
【００４２】
図５に示すように、本発明のレーザ素子の製造方法によって製造されたレーザ素子においては、発光点変位量は０．２μｍであるのに対し、従来のレーザ素子の製造方法によって製造されたレーザ素子の発光点変位量は２μｍであった。本発明による窒化物半導体レーザバーは、ヒートシンクの表面１１ａの形状と同様の平坦な表面形状を有するコレットを用い、ロウ材として硬度の高いＡｕＳｎを用いたため、発光点変位量を小さくすることができたと考えられる。
【００４３】
また、ヒートサイクル処理後の発光点変位量は、本発明では０．２μｍであり、比較例では２．５μｍであった。比較例は、本発明のレーザ素子で用いているＡｕＳｎより硬度が低いＩｎを用いているため、レーザバーに再び反りが生じたと考えられる。
【００４４】
ヒートシンクは、Ｃｕのみからなるものに限らず、Ｃｕを含む合金、例えばＣｕＴｅからなるものであってもよい。
【００４５】
次に、上記本発明のレーザ素子を備えたレーザモジュールの一実施の形態について説明する。図６に、そのレーザモジュールの概略平面図を示す。
【００４６】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図６に示すように、２０の発光点を有する窒化物半導体レーザバー（長さ１ｃｍ）１３が、発光点変位量０．２μｍで、Ｃｕからなるヒートシンク１１上にＡｕＳｎロウ材により固定されてなるレーザ素子１５と、コリメータレンズアレイ６１および１つの集光レンズ６２からなる光学系と、１本のマルチモード光ファイバ６３とから構成されている。
【００４７】
なお、図６においては、図の煩雑化を避けるために、窒化物半導体レーザバーから発せられるレーザ光Ｂ１からＢ２０までのうち、Ｂ１とＢ２０のみに符号を付し、Ｂ２からＢ１９については省略している。
【００４８】
窒化物半導体レーザバー１３の発光点それぞれから発散光状態で出射したレーザビームＢ１〜Ｂ２０は、それぞれコリメータレンズアレイ６１によって平行光化される。
【００４９】
平行光とされたレーザビームＢ１〜Ｂ２０は、集光レンズ６２によって集光され、マルチモード光ファイバ６３のコアの入射端面上で収束する。本例ではコリメータレンズアレイ６１および集光レンズ６２によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバ６３とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ６２によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ２０がこのマルチモード光ファイバ６３のコアに入射してそこを伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ６３から出射する。
【００５０】
コリメータレンズアレイ６１は、２０個のコリメータレンズ６１ａが一列に一体的に固定されてなるものである。各コリメータレンズ６１ａは、軸対称レンズの光軸を含む一部を細長く切り取った形状とされる。具体的には、各コリメータレンズ６１ａの開口径は水平方向、垂直方向で各々０．５ｍｍ、１．５ｍｍであり、また、各コリメータレンズ６１ａの各焦点距離ｆ１＝１．２ｍｍ、ＮＡ＝０．６、有効高さは２．５ｍｍである。また、レーザビームの断面形状に合わせて縦横比が例えば３：１とされている。これら２０個のコリメータレンズ６１ａのピッチは、窒化物半導体レーザバーの発光点ピッチに合わせて５００μｍ（誤差は０．２μｍ以下）とされている。
【００５１】
各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ２０は、上述のように細長い形状とされた各コリメータレンズに対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。入射するレーザビームＢ１〜Ｂ２０の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．３６ｍｍ、１．０４ｍｍである。つまり、細長い形状とされた各コリメータレンズ６１ａは、入射するレーザビームＢ１からＢ２０の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。
【００５２】
集光レンズ６２は、幅が１２ｍｍ、有効高さが１０ｍｍ、焦点距離が１６．０ｍｍ、ＮＡが０．６のトランケート型レンズである。２０本のレーザビームは集光レンズ６２により集光されて、マルチモード光ファイバ６３のコア端面に集光スポット径約２６μｍで収束する。
【００５３】
マルチモード光ファイバ６３としては、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．３、端面コートの透過率＝９９．５％以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×ＮＡの値は７．５μｍである。
【００５４】
本実施形態においてレーザモジュールを構成する各要素は、上方が開口した箱状のパッケージ内に収容され、このパッケージの上記開口がパッケージ蓋によって閉じられることが望ましい。これにより、各要素表面の光路上に汚染物が付着するのを防止し、経時信頼性の高いモジュールを得ることができる。特に、３５０〜４５０ｎｍの波長帯では、エネルギーが高く集塵効果も高いため、効果的である。
【００５５】
本実施の形態の構成においては、レーザービームＢ１〜Ｂ２０のマルチモード光ファイバへ６３の結合効率が９０％となる。したがって、窒化物半導体レーザバー１３の各発光点からの出力が３０ｍＷのときには、出力５４０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．９×２０）の合波レーザービームＢが得られることになる。
【００５６】
ここで、上記のようなレーザモジュールにおいて、１本のレーザビームがファイバ中心からずれた場合のファイバとの結合効率の変化について説明する。図７に、レーザバーから発せられるビームの光ファイバ入射端におけるファイバ中心（半径２５μｍ）からのズレ量とファイバへの結合効率との関係を示す。
【００５７】
上記レーザモジュールの光学系の拡大率は、コリメートレンズおよび集光レンズの焦点距離から、１６ｍｍ／１．２ｍｍ≒１３．３倍である。すなわち、例えば、凸状に反った窒化物半導体レーザバーの発光点変位量が１μｍである場合、素子中心の発光点を基準位置とし、基準位置のビームをファイバ中心に調芯すると、最も基準位置からずれた発光点からのビームは、ファイバ中心から１３．３μｍずれることになる。１３．３μｍずれると、図７に示すように、結合効率は１５％程度低下する。
【００５８】
つまり、上記比較例のレーザモジュールにおいては、レーザ素子のヒートサイクル処理後の変位量が２．５μｍであるので、例えばレーザバー中心部に位置する発光点にからのレーザビームを光ファイバ中心に調芯した場合（つまりその発光点からのレーザビームをコリメータレンズの光軸を合わせて調芯た場合）、両端の発光点からのレーザビームは、３３μｍ（＝２．５μｍ×１３．４）光ファイバ中心からずれることになる。３３μｍ程度ずれると、コア径５０μｍのファイバ（半径２５μｍ）に結合させることができない。
【００５９】
一方、本発明によるレーザモジュールにおいては、レーザ素子のヒートサイクル処理後の発光点変位量が０．２μｍであるため、このレーザ素子をレーザモジュールに用いた場合、上記比較例と同様に調芯した場合、両端の発光点からのレーザビームは、２．６μｍ（＝０．２μｍ×１３．３）ファイバ中心からずれることになる。２．６μｍ程度のずれの場合、図７より、結合効率の低下を５％以内とすることができ高い結合効率を維持できる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態によるレーザ素子の製造方法について説明する。その製造過程の断面図を図８に示す。
【００６１】
図８（ａ）に示すように、ヒートシンクは、厚さ約６ｍｍ、円柱状のＣｕブロック表面にＮｉ（０．１μｍ）、Ｐｔ（０．２μｍ）およびＡｕ（１μｍ）がこの順に蒸着された、ヒートシンク７３の弧状の表面７３ａ上に、厚さ３μｍから５０μｍ程度のＡｕＳｎからなるロウ材１４を蒸着により形成し、その上に窒化物系半導体レーザバー１３を配置する。このレーザバーを、ヒートシンクの曲率と略同等の曲率を有するボンディングコレット７１で押しながら、ＡｕＳｎロウ材１４を加熱して溶融した後固化させて、窒化物半導体レーザバー１３を固定する。
【００６２】
このようにして製造されたレーザ素子は、図８（ｂ）に示すように、発光点がヒートシンクの曲率半径と略同等の曲率半径で一線状に並び、発光点変位量が、０．４μｍのものである。また、ＡｕＳｎロウ材により接着されて固定されているので、強固に接着されたものであり、経時信頼性が高い。
【００６３】
なお、ヒートシンクの表面形状が弧状の場合の発光点変位量とは、図９に示すように、ヒートシンクの曲率半径Ｒと、レーザ素子の発光点の並びに対する曲率半径Ｒ１との差（Ｒ１−Ｒ）で示される。
【００６４】
次に、上記のように製造されたレーザ素子について説明する。そのレーザ素子の斜視図を図１０に示す。
【００６５】
本実施の形態によるレーザ素子７５は、図１０に示すように、半径７ｍｍの円柱状のヒートシンク７３の表面７３ａに、窒化物半導体レーザバー１３と同様に製造された２０の発光点を有する３つの窒化物半導体レーザバー１３ａ、１３ｂおよび１３ｃが、同間隔で、ＡｕＳｎロウ材により接着されてなるものである。
【００６６】
次に、上記実施の形態によるレーザ素子を備えたレーザモジュールについて説明する。
【００６７】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図１１に示すように、レーザ素子７５と、３つのコリメータレンズアレイコリメータレンズアレイ８１ａ、８１ｂ、８１ｃと、１つの集光レンズ８２と、１本のマルチモード光ファイバ８３とからなるものである。コリメータレンズと集光レンズとにより、光学系が構成されている。
【００６８】
なお、図１１においては、図の煩雑化を避けるために、窒化物半導体レーザバー１３ａ、１３ｂおよび１３ｃのそれぞれから発せられる２０本のレーザ光のうち２本についてのみ記載して、後の１８本については省略している。
【００６９】
窒化物半導体レーザバー１３ａ、１３ｂおよび１３ｃのそれぞれの発光点から発散光状態で出射した２０本のレーザビームは、それぞれコリメータレンズアレイ８１ａ、８１ｂおよび８１ｃによって平行光化される。
【００７０】
平行光とされたレーザビームは、集光レンズ８２によって集光され、マルチモード光ファイバ８３のコアの入射端面上で収束し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ８３から出射する。
【００７１】
集光レンズ８２は、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【００７２】
本発明のレーザモジュールは、発光点がヒートシンクの曲率半径と略同等の曲率半径で一線状に並び、強固に接着され経時信頼性が高いレーザ素子を用いているので、コリメータレンズの光軸の並びをヒートシンクの表面形状と同等にすればよく、光学系の設計を簡便にし、また位置あわせを容易に行うことができるので、製造を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザ素子の製造方法を示す断面図
【図２】ヒートシンクの表面が平坦な場合の発光点変位量の定義を説明する図
【図３】本発明のレーザ素子を構成する窒化物半導体レーザバーのＧａＮ基板の製造過程を示す断面図
【図４】本発明のレーザ素子を構成する窒化物半導体レーザバーの製造過程を示す断面図
【図５】本発明のレーザ素子および比較例のレーザ素子のヒートシンクへの実装後およびヒートサイクル処理後の発光点変位量を示すグラフおよび表
【図６】本発明の第１の実施の形態によるレーザモジュールを示す概略構成図
【図７】レーザビームの光ファイバ中心からのズレ量と結合効率との関係を示すグラフ
【図８】本発明の第２の実施の形態によるレーザ素子の製造方法を示す断面図
【図９】ヒートシンクの表面が弧状の場合の発光点変位量の定義を示す断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態によるレーザ素子を示す斜視図
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるレーザモジュールを示す斜視図
【符号の説明】
１１ Ｃｕヒートシンク
１２ 発光点
１３ 窒化物半導体レーザバー
１４ ロウ材
１６ コレット
１５ レーザ素子
２１ サファイヤ基板
２２ ＧａＮバッファ層
２３ ＧａＮ層
２４，２７，２９ ＳｉＯ２膜
２５ レジスト
２６，２８ ＧａＮ層
３０，３１ ｎ−ＧａＮ層
４１ ｎ型ＧａＮ基板
４２ ＧａＮバッファ層
４３ ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層
４４ ＧａＮ光導波層
４５ ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ三重量子井戸活性層
４６ ＡｌＧａＮキャリアブロック層
４７ ＧａＮ光導波層
４８ ＡｌＧａＮ超格子クラッド層
４９ ＧａＮコンタクト層
５０ ＳｉＯ２膜
５１ ｐ側電極
５２ ｎ側電極

Claims (3)

  1. ＣｕまたはＣｕを含む合金からなるヒートシンク上に、一基板内に３以上の発光点を有する窒化物半導体レーザバーが、前記ヒートシンクの該半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけられて、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材により固定されてなることを特徴とするレーザ素子
  2. ＣｕまたはＣｕを含む合金からなるヒートシンク上に、一基板内に３以上の発光点を有する窒化物半導体レーザバーを、前記ヒートシンクの該半導体レーザバーを固定する表面の形状に対応した形状を有する部材で押しつけて、ＡｕとＳｎまたはＳｉとからなるロウ材により固定することを特徴とするレーザ素子の製造方法。
  3. 請求項１記載のレーザ素子と、光ファイバと、前記レーザ素子からの複数のレーザ光を該光ファイバに合波して入射させる集光光学系とからなることを特徴とするレーザモジュール。
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