JP2000284135A - Optical waveguide device having planar optical waveguide, integrated optical module consisted by using the same and method to mount the same - Google Patents

Optical waveguide device having planar optical waveguide, integrated optical module consisted by using the same and method to mount the same

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JP2000284135A
JP2000284135A JP11094132A JP9413299A JP2000284135A JP 2000284135 A JP2000284135 A JP 2000284135A JP 11094132 A JP11094132 A JP 11094132A JP 9413299 A JP9413299 A JP 9413299A JP 2000284135 A JP2000284135 A JP 2000284135A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical waveguide device having a planar optical waveguide in which alignment keys for fabrication are formed with high accuracy by forming the optical waveguide and alignment keys by using one mask. SOLUTION: A Ta film is vapor deposited on a Mg-doped LiNbO3 substrate 1 and etched to form a stripe mask having openings to form a planar optical waveguide 3. At a same time, a pair of alignment keys 4 consisting of a Ta film is simultaneously formed at the positions symmetric for the center line M2 of the opening. A planar optical waveguide 3 is formed by proton exchange treatment through the opening of the mask. The Ta film is masked by a resist and removed by etching to form an additional pattern 4A. Then a SiO2 protective film 5 is formed on the surface of the substrate 1 to cover the planar optical waveguide 3, alignment keys 4 and additional pattern 4A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プレーナ型光導波
路が形成されている光導波路デバイス(プレーナ型光導
波路デバイス)に関し、特に、位置合わせ用のマークで
あるアライメントキーが高い位置精度で形成されている
プレーナ型光半導体デバイスに関する。更に本発明は、
上記のようなプレーナ型光導波路デバイスと半導体レー
ザとをサブマウントの上に実装して構成される集積化光
モジュールの構成及び実装方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device (planar optical waveguide device) on which a planar optical waveguide is formed, and more particularly, an alignment key which is a mark for positioning is formed with high positional accuracy. To a planar-type optical semiconductor device. Furthermore, the present invention
The present invention relates to a configuration and a mounting method of an integrated optical module configured by mounting a planar optical waveguide device and a semiconductor laser as described above on a submount.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信分野において、石英系光波回路プ
ラットフォームの上に半導体レーザ、電子素子、光ファ
イバなどをハイブリッド集積した小型且つ低コストの集
積化光モジュールの開発が、重要視されている。
2. Description of the Related Art In the field of optical communication, development of a small-sized and low-cost integrated optical module in which a semiconductor laser, an electronic element, an optical fiber, and the like are hybrid-integrated on a silica-based light-wave circuit platform is regarded as important.

【0003】このような集積化光モジュールの形成にあ
たって重要なことは、高い位置精度で各素子を固定し
て、伝達損失をできる限り小さくすることである。この
目的のために、Si−V溝基板を用いて半導体レーザと
単一モードファイバとを直接結合する表面実装型光モジ
ュールが、実現されている(例えば、1997年電子情
報通信学会総合大会、C−3−63)。
[0003] In forming such an integrated optical module, it is important to fix each element with high positional accuracy and minimize the transmission loss. For this purpose, a surface mount type optical module that directly couples a semiconductor laser and a single mode fiber using a Si-V groove substrate has been realized (for example, the 1997 IEICE General Conference, C.I. -3-63).

【0004】図9は、上記の技術によって得られる光モ
ジュールの構成を模式的に示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical module obtained by the above technique.

【0005】この構成では、Siサブマウント26のチ
ップ搭載領域125に所定の形状(パターン)のアライ
メントキー(位置合わせ用マーカ)126を形成すると
共に、このチップ搭載領域125に搭載されるべき半導
体レーザ27にも、所定の形状(パターン)のアライメ
ントキー(位置合わせ用マーカ)127を形成する。そ
して、これらのアライメントキー126及び127を画
像認識し、その位置情報を画像処理プロセスで演算する
ことによって、Siの異方性エッチングによりSiサブ
マウント26に高精度に形成されたV溝28の中心軸
に、半導体レーザ27の活性層を高精度に位置合わせ調
整する。一方、V溝28には光ファイバ29を実装する
が、この実装はV溝28及び光ファイバ29の形状を利
用して高精度に行われて、光ファイバ29の光軸が、V
溝28の中心軸に高精度に位置合わせ調整される。
In this configuration, an alignment key (positioning marker) 126 having a predetermined shape (pattern) is formed in a chip mounting area 125 of a Si submount 26, and a semiconductor laser to be mounted in the chip mounting area 125 is formed. 27, an alignment key (positioning marker) 127 having a predetermined shape (pattern) is formed. The alignment keys 126 and 127 are image-recognized, and their position information is calculated by an image processing process, so that the center of the V-groove 28 formed on the Si submount 26 with high precision by Si anisotropic etching. The active layer of the semiconductor laser 27 is aligned and adjusted with high accuracy on the axis. On the other hand, an optical fiber 29 is mounted in the V-groove 28, and this mounting is performed with high accuracy by using the shapes of the V-groove 28 and the optical fiber 29, and the optical axis of the optical fiber 29 is
The alignment with the center axis of the groove 28 is adjusted with high precision.

【0006】このようにして、図9の構成では、光ファ
イバ29の光軸と半導体レーザ27の発光点(活性層)
とが高精度に位置合わせ調整され、実装ばらつきをx方
向で約±0.61μm、z方向で約±1μmに抑制する
ことを実現している。
As described above, in the configuration of FIG. 9, the optical axis of the optical fiber 29 and the light emitting point (active layer) of the semiconductor laser 27
Are adjusted with high accuracy, and the implementation variation is suppressed to about ± 0.61 μm in the x direction and about ± 1 μm in the z direction.

【0007】一方、光情報処理分野において、光ディス
クの高密度化及びディスプレイの高繊細化を実現するた
め、小型の短波長光源が必要とされている。短波長化を
実現するための技術としては、半導体レーザと、プレー
ナ型光導波路を用いた擬似位相整合(以下、「QPM」
と記す)方式の波長変換デバイスとを用いた第2高調波
発生(以下、「SHG」と記す)技術を利用した方法が
ある(例えば、山本、他:Optics Letter
s、Vol.16、No.15、p.1156(199
1)を参照)。
On the other hand, in the field of optical information processing, a compact short-wavelength light source is required in order to realize a high-density optical disc and a high-definition display. Technologies for realizing a shorter wavelength include a semiconductor laser and a quasi-phase matching (hereinafter, referred to as “QPM”) using a planar optical waveguide.
There is a method using a second harmonic generation (hereinafter, referred to as “SHG”) technique using a wavelength conversion device of the following type (eg, Yamamoto, et al .: Optics Letter).
s, Vol. 16, No. 15, p. 1156 (199
1)).

【0008】図10には、プレーナ型光導波路を有する
波長変換デバイスを含むブルー光源の概略構成図を示
す。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a blue light source including a wavelength conversion device having a planar optical waveguide.

【0009】図10の構成では、半導体レーザ30とし
て、分布ブラッグ反射(以下、「DBR」と記す)領域
32を有する波長可変半導体レーザ30が用いられてい
る。なお、以下では、DBR領域を有する波長可変半導
体レーザを、「DBR半導体レーザ」或いは「DBRレ
ーザ」と記す。DBR半導体レーザ30は、例えば0.
85μm帯の100mW級AlGaAs系DBR半導体
レーザ30であって、活性層領域31とDBR領域32
とから構成されている。配線39及びボンディングワイ
ヤ40を介してDBR領域32へ注入される注入電流の
量を可変することにより、DBR半導体レーザ30の発
振波長を可変することができる。一方、波長変換素子で
あるプレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイス33
は、X板MgOドープLiNbO3基板36に形成され
たプレーナ型光導波路34と周期的な分極反転領域35
とから、構成されている。DBR半導体レーザ30及び
波長変換デバイス33は、それぞれサブマウント37及
び38の上にジャンクションアップで固定されている。
サブマウント37及び38は、同一の支持部材41の上
に固定されている。
In the configuration shown in FIG. 10, a tunable semiconductor laser 30 having a distributed Bragg reflection (hereinafter referred to as “DBR”) region 32 is used as the semiconductor laser 30. Hereinafter, a wavelength tunable semiconductor laser having a DBR region is referred to as a “DBR semiconductor laser” or a “DBR laser”. The DBR semiconductor laser 30 is, for example, 0.1 mm.
An 85 m band 100 mW-class AlGaAs-based DBR semiconductor laser 30 comprising an active layer region 31 and a DBR region 32
It is composed of The oscillation wavelength of the DBR semiconductor laser 30 can be changed by changing the amount of injection current injected into the DBR region 32 via the wiring 39 and the bonding wire 40. On the other hand, a wavelength conversion device 33 using a planar type optical waveguide as a wavelength conversion element.
Are a planar optical waveguide 34 formed on an X-plate MgO-doped LiNbO 3 substrate 36 and a periodically poled region 35.
And from. The DBR semiconductor laser 30 and the wavelength conversion device 33 are fixed on the submounts 37 and 38 by junction-up, respectively.
The submounts 37 and 38 are fixed on the same support member 41.

【0010】DBR半導体レーザ30の光出射端面より
得られたレーザ光は、レンズなどの結合光学系を使用す
ることなく、直接、波長変換デバイス33のプレーナ型
光導波路34に結合される。具体的には、サブマウント
37及び38の上におけるDBR半導体レーザ30及び
波長変換デバイス33の位置関係を調整することによ
り、半導体レーザ30からの約100mWのレーザ出力
に対して、約60mWのレーザ光が波長変換デバイス3
3のプレーナ型光導波路34に結合する。更に、DBR
半導体レーザ30のDBR領域32への注入電流量を制
御することによって、その発振波長を、波長変換デバイ
ス33の位相整合波長許容度内に固定する。このような
構成によって、現在では、波長425nmのブルー光が
約10mWの出力で得られる。
The laser light obtained from the light emitting end face of the DBR semiconductor laser 30 is directly coupled to the planar optical waveguide 34 of the wavelength conversion device 33 without using a coupling optical system such as a lens. Specifically, by adjusting the positional relationship between the DBR semiconductor laser 30 and the wavelength conversion device 33 on the submounts 37 and 38, a laser beam of about 60 mW is output for a laser output of about 100 mW from the semiconductor laser 30. Is the wavelength conversion device 3
3 is coupled to the planar optical waveguide 34. Furthermore, DBR
By controlling the amount of current injected into the DBR region 32 of the semiconductor laser 30, its oscillation wavelength is fixed within the tolerance of the phase matching wavelength of the wavelength conversion device 33. With such a configuration, blue light having a wavelength of 425 nm can be obtained with an output of about 10 mW at present.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図9に示す半導体レー
ザ27と光ファイバ29とを集積した光モジュールで
は、光ファイバ29がSiサブマウント26の上に形成
されたV溝28に実装され、そのV溝28を基準位置と
して、半導体レーザ27を実装する。光ファイバ29は
円筒状であり、そのコア部(光伝搬領域)は、光ファイ
バ29の中心に形成されている。また、光ファイバ29
の直径も、高精度に制御されて形成される。更に、Si
サブマウント26の上に形成されるV溝28も、Siの
異方性エッチングを利用して高い精度で形成される。こ
の結果、光ファイバ29の中心であるコア部は、Siサ
ブマウント26に対して高い位置合わせ精度で実装され
る。また、半導体レーザ27も、その位置合わせのため
に形成されているアライメントキー126及び127が
V溝28を基準にして形成されているので、高い位置合
わせ精度でSiサブマウント26の上に実装できる。
In an optical module in which a semiconductor laser 27 and an optical fiber 29 are integrated as shown in FIG. 9, the optical fiber 29 is mounted in a V-groove 28 formed on a Si submount 26. The semiconductor laser 27 is mounted with the V groove 28 as a reference position. The optical fiber 29 has a cylindrical shape, and its core (light propagation region) is formed at the center of the optical fiber 29. The optical fiber 29
Is also formed with a high precision controlled. Further, Si
The V-groove 28 formed on the sub-mount 26 is also formed with high precision using anisotropic etching of Si. As a result, the core, which is the center of the optical fiber 29, is mounted on the Si submount 26 with high positioning accuracy. Also, the semiconductor laser 27 can be mounted on the Si submount 26 with high positioning accuracy because the alignment keys 126 and 127 formed for the positioning are formed with reference to the V groove 28. .

【0012】一方、図10の構成におけるプレーナ型光
導波路を用いた波長変換デバイス33では、LiNbO
3基板36の上に、プロトン交換などの方法によって平
面的(2次元的)なプレーナ型光導波路34が形成され
ている。なお、本願明細書では、光ファイバのように同
軸中心に光導波層がある光導波路デバイス以外の、薄膜
などを利用して平面的(2次元的)なプレーナ型光導波
路(いわゆる「プレーナ型光導波路」)が形成されてい
る光導波路デバイスを、「プレーナ型光導波路デバイ
ス」とも称する。
On the other hand, in the wavelength conversion device 33 using the planar optical waveguide in the configuration of FIG.
A planar (two-dimensional) planar optical waveguide 34 is formed on the three substrates 36 by a method such as proton exchange. In the specification of the present application, a planar (two-dimensional) planar optical waveguide (a so-called “planar optical waveguide”) using a thin film or the like other than an optical waveguide device having an optical waveguide layer coaxially like an optical fiber. The optical waveguide device in which the waveguide is formed is also referred to as a “planar optical waveguide device”.

【0013】このプレーナ型光導波路デバイスでは、基
板表面からの高さ方向におけるプレーナ型光導波路の位
置の制御は、その形成時に高い精度で行える。しかし、
デバイスの横方向におけるプレーナ型光導波路の位置
は、個々のデバイスを作成する際の切断や研磨などのプ
ロセスによって大きく影響され、その位置を高精度に制
御することは困難である。これに対して、半導体レーザ
の実装と同様の方法により、アライメントキーなどを形
成してプレーナ型光導波路の位置を検出することによっ
てプレーナ型光導波路デバイスを実装することも可能で
あるが、この方法では、半導体レーザ及びプレーナ型光
導波路デバイスの各々をアライメントキーに対して実装
するために、実装誤差が大きくなる。
In this planar type optical waveguide device, the position of the planar type optical waveguide in the height direction from the substrate surface can be controlled with high precision at the time of formation. But,
The position of the planar optical waveguide in the lateral direction of the device is greatly affected by processes such as cutting and polishing when producing individual devices, and it is difficult to control the position with high precision. On the other hand, it is possible to mount a planar optical waveguide device by forming an alignment key or the like and detecting the position of the planar optical waveguide by the same method as that for mounting a semiconductor laser. In this case, since each of the semiconductor laser and the planar optical waveguide device is mounted on the alignment key, a mounting error increases.

【0014】特に、プレーナ型光導波路を用いて且つ第
2高調波発生(SHG)を利用した波長変換デバイスで
は、その波長変換効率が波長変換デバイスのプレーナ型
光導波路への基本波の入射パワーに比例し、且つ、得ら
れる高調波光パワーが、基本波の入射パワーの2乗に比
例する。このため、優れた動作特性を呈する波長変換デ
バイスを得るためには、デバイスのプレーナ型光導波路
への結合効率の向上、及びサンプル間におけるバラツキ
の低減が、必要不可欠である。
In particular, in a wavelength conversion device using a planar optical waveguide and utilizing second harmonic generation (SHG), the wavelength conversion efficiency depends on the incident power of the fundamental wave to the planar optical waveguide of the wavelength conversion device. The harmonic power obtained is proportional to the square of the incident power of the fundamental wave. For this reason, in order to obtain a wavelength conversion device exhibiting excellent operating characteristics, it is essential to improve the coupling efficiency of the device to the planar optical waveguide and to reduce the variation between samples.

【0015】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、(1)実装のためのア
ライメントキーが高精度に形成されたプレーナ型光導波
路を有する光導波路デバイスを提供すること、(2)半
導体レーザと上記のようなプレーナ型光導波路とを組み
合わせて構成された集積化光モジュールを提供するこ
と、並びに(3)半導体レーザと上記のようなプレーナ
型光導波路を有する光導波路デバイスとの実装時の位置
を高精度に位置合わせ調整して集積化光モジュールを構
成する、集積化光モジュールの実装方法を提供するこ
と、である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its objects the following objects: (1) An optical waveguide device having a planar optical waveguide in which an alignment key for mounting is formed with high precision. (2) To provide an integrated optical module configured by combining a semiconductor laser and the above-mentioned planar optical waveguide, and (3) To provide a semiconductor laser and the above-mentioned planar optical waveguide It is an object of the present invention to provide a method for mounting an integrated optical module in which an integrated optical module is configured by adjusting the position at the time of mounting with an optical waveguide device having high precision to constitute an integrated optical module.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路デバイ
スは、強誘電体基板と、該強誘電体基板に形成されたプ
レーナ型光導波路と、該強誘電体基板の表面において、
プレーナ型光導波路から所定の距離だけ離れた位置に形
成されたアライメントキーと、該プレーナ型光導波路及
び該アライメントキーを覆うように該強誘電体基板の表
面に形成された保護膜と、を少なくとも備えており、そ
のことによって、上記の目的が達成される。
An optical waveguide device according to the present invention comprises: a ferroelectric substrate; a planar optical waveguide formed on the ferroelectric substrate; and a surface of the ferroelectric substrate.
At least an alignment key formed at a position separated from the planar optical waveguide by a predetermined distance, and a protective film formed on the surface of the ferroelectric substrate so as to cover the planar optical waveguide and the alignment key. And thereby achieves the objectives set forth above.

【0017】例えば、前記プレーナ型光導波路が、プロ
トン交換法により形成されたプロトン交換プレーナ型光
導波路である。
For example, the planar optical waveguide is a proton exchange planar optical waveguide formed by a proton exchange method.

【0018】好ましくは、前記プレーナ型光導波路と前
記アライメントキーとが、同じフォトマスクを利用して
形成されている。
Preferably, the planar optical waveguide and the alignment key are formed using the same photomask.

【0019】好ましくは、前記アライメントキーが前記
プレーナ型光導波路から10μm以上離れた場所に位置
する。
Preferably, the alignment key is located at a position at least 10 μm away from the planar optical waveguide.

【0020】ある実施形態では、前記プレーナ型光導波
路の中に周期的に分極反転領域が形成されていて、擬似
位相整合により第2高調波発生デバイスとして機能す
る。
In one embodiment, a domain-inverted region is periodically formed in the planar optical waveguide, and functions as a second harmonic generation device by quasi-phase matching.

【0021】本発明によって提供される集積化光モジュ
ールは、上記のような特徴を有する本発明の光導波路デ
バイスと、該光導波路デバイスの前記プレーナ型光導波
路に出射光が光学的に結合するように配置された半導体
レーザと、を少なくとも備えており、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。
An integrated optical module provided by the present invention has an optical waveguide device of the present invention having the above-described features, and an output light optically coupled to the planar optical waveguide of the optical waveguide device. And a semiconductor laser disposed at least in the above, whereby the above-mentioned object is achieved.

【0022】本発明の他の局面によれば、少なくとも半
導体レーザとプレーナ型光導波路が形成された光導波路
デバイスとをサブマウント上に実装して構成される集積
化光モジュールの実装方法が提供される。この実装方法
は、該半導体レーザの光出射端面のエッジ部と該光導波
路デバイスの光入射端面のエッジ部とを検出するステッ
プと、該各々のエッジ部の検出結果を利用して、該サブ
マウントの表面内で、該半導体レーザ及び該光導波路デ
バイスの位置を、該半導体レーザの該光出射端面の法線
方向にほぼ沿った方向において、位置合わせ調整するス
テップと、を包含しており、そのことによって、前述の
目的が達成される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a mounting method of an integrated optical module configured by mounting at least a semiconductor laser and an optical waveguide device having a planar optical waveguide formed on a submount. You. This mounting method includes a step of detecting an edge portion of a light emitting end surface of the semiconductor laser and an edge portion of a light incident end surface of the optical waveguide device, and using the detection results of the respective edge portions to form the submount. Adjusting the positions of the semiconductor laser and the optical waveguide device in a direction substantially along a normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser within the surface of the semiconductor laser. Thereby, the above-mentioned object is achieved.

【0023】本発明の更に他の局面によれば、第1のア
ライメントキーが形成された半導体レーザと、プレーナ
型光導波路が形成され且つ第2のアライメントキーが形
成された光導波路デバイスと、をサブマウント上に少な
くとも実装して構成される集積化光モジュールの実装方
法が提供される。この実装方法は、該半導体レーザの該
第1のアライメントキーと該光導波路デバイスの該第2
のアライメントキーとを検出するステップと、該サブマ
ウントの表面内で、該検出された第1及び第2のアライ
メントキーの何れか一方の位置を基準位置として、該検
出された他方のアライメントキーの位置を、該光導波路
デバイスの光入射端面にほぼ平行な方向において、位置
合わせ調整するステップと、を包含しており、そのこと
によって、前述の目的が達成される。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser having a first alignment key formed thereon, and an optical waveguide device having a planar optical waveguide formed thereon and having a second alignment key formed therein. A method for mounting an integrated optical module configured to be mounted at least on a submount is provided. The mounting method comprises the steps of: providing the first alignment key of the semiconductor laser and the second alignment key of the optical waveguide device;
Detecting the position of one of the detected first and second alignment keys within the surface of the submount as a reference position. Adjusting the position in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device, thereby achieving the aforementioned object.

【0024】例えば、前記第1のアライメントキーの位
置を基準位置として、前記第2のアライメントキーの位
置を、前記光導波路デバイスの光入射端面にほぼ平行な
方向において、位置合わせ調整しても良い。或いは、前
記第2のアライメントキーの位置を基準位置として、前
記第1のアライメントキーの位置を、前記光導波路デバ
イスの光入射端面にほぼ平行な方向において、位置合わ
せ調整しても良い。
For example, with the position of the first alignment key as a reference position, the position of the second alignment key may be adjusted in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device. . Alternatively, with the position of the second alignment key as a reference position, the position of the first alignment key may be adjusted in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device.

【0025】本発明の更に他の局面によって提供される
集積化光モジュールの実装方法は、第1のアライメント
キーが形成された半導体レーザをサブマウントの上に実
装する第1実装ステップと、プレーナ型光導波路が形成
され且つ第2のアライメントキーが形成された光導波路
デバイスを該サブマウントの上に実装する第2実装ステ
ップと、を包含し、該第2実装ステップは、該半導体レ
ーザの上の該第1のアライメントキーと該光導波路デバ
イスの上の該第2のアライメントキーとを検出し、該サ
ブマウントの表面内で、該検出された第1のアライメン
トキーの位置を基準位置として、該検出された第2のア
ライメントキーの位置を、該光導波路デバイスの光入射
端面にほぼ平行な方向において、位置合わせ調整するス
テップと、該半導体レーザの上の光出射端面のエッジ部
と該光導波路デバイスの該光入射端面のエッジ部とを検
出し、該各々のエッジ部の検出結果を利用して、該サブ
マウントの表面内で、該半導体レーザ及び該光導波路デ
バイスの位置を、該半導体レーザの該光出射端面の法線
方向にほぼ沿った方向において、位置合わせ調整するス
テップと、を含んでおり、そのことによって、前述の目
的が達成される。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of mounting an integrated optical module, comprising: a first mounting step of mounting a semiconductor laser on which a first alignment key is formed on a submount; A second mounting step of mounting the optical waveguide device on which the optical waveguide is formed and the second alignment key is formed on the submount, wherein the second mounting step is performed on the semiconductor laser. Detecting the first alignment key and the second alignment key on the optical waveguide device, and using the detected position of the first alignment key as a reference position within the surface of the submount; Adjusting the position of the detected second alignment key in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device; Detecting the edge of the light emitting end face on the laser and the edge of the light incident end face of the optical waveguide device, and utilizing the detection results of the respective edge parts, within the surface of the submount, Adjusting the positions of the semiconductor laser and the optical waveguide device in a direction substantially along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser. Achieved.

【0026】上記のような本発明による集積化光モジュ
ールの実装方法において、前記プレーナ型光導波路と前
記第2のアライメントキーとが、同じフォトマスクを利
用して形成され得る。
In the method for mounting an integrated optical module according to the present invention as described above, the planar optical waveguide and the second alignment key may be formed using the same photomask.

【0027】また、好ましくは、前記第2のアライメン
トキーが前記プレーナ型光導波路から10μm以上離れ
た場所に位置する。
Preferably, the second alignment key is located at a position at least 10 μm away from the planar optical waveguide.

【0028】更に、例えば、前記プレーナ型光導波路
が、プロトン交換法により形成されたプロトン交換プレ
ーナ型光導波路であっても良い。
Further, for example, the planar optical waveguide may be a proton exchanged planar optical waveguide formed by a proton exchange method.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】先に述べたように、半導体レーザ
と、プレーナ型光導波路を有する光導波路デバイス(プ
レーナ型光導波路デバイス)とを集積した集積化光モジ
ュールにおいては、半導体レーザからの出射光のプレー
ナ型光導波路への結合効率の向上、並びにサンプル間で
の結合効率のバラツキ低減が、重要となる。特に、半導
体レーザと、プレーナ型光導波路デバイスとしてのプレ
ーナ型光導波路を用いた波長変換デバイスとから構成さ
れる第2高調波発生(SHG)を利用した短波長光源の
集積化光モジュールでは、得られる高調波光パワーが、
プレーナ型光導波路に結合する基本波の入射パワーの2
乗に比例するため、結合効率の向上及びサンプル間にお
けるバラツキの低減が、特に重要な要素になる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, in an integrated optical module in which a semiconductor laser and an optical waveguide device having a planar optical waveguide (planar optical waveguide device) are integrated, the output from the semiconductor laser is considered. It is important to improve the coupling efficiency of the emitted light to the planar optical waveguide and to reduce the variation in the coupling efficiency between samples. In particular, an integrated optical module of a short wavelength light source using second harmonic generation (SHG) composed of a semiconductor laser and a wavelength conversion device using a planar optical waveguide as a planar optical waveguide device is obtained. Harmonic light power
2 of the incident power of the fundamental wave coupled to the planar optical waveguide
Since it is proportional to the power, improvement of coupling efficiency and reduction of variation between samples are particularly important factors.

【0030】以下では、高精度にアライメントキーを形
成したプレーナ型光導波路デバイス、及びそれと半導体
レーザとから構成される集積化光モジュールにおいて、
高精度な光結合を実現するための位置合わせ調整を可能
にする光導波路デバイスの構成やそれを利用した光モジ
ュールの実装方法について、本発明の幾つかの具体的な
実施形態を説明する。
In the following, a planar optical waveguide device in which an alignment key is formed with high precision, and an integrated optical module composed of the device and a semiconductor laser,
Several specific embodiments of the present invention will be described with respect to the configuration of an optical waveguide device that enables alignment adjustment for realizing high-precision optical coupling and a method of mounting an optical module using the configuration.

【0031】(第1の実施形態)従来、アライメントキ
ーを形成するためには、プレーナ型光導波路の導波損失
などを避けるため、バッファ層をプレーナ型光導波路上
に形成し、その上にアライメントキーを形成していた。
しかし、この方法では、アライメントキーを形成すると
きのフォトマスクの位置合わせ誤差が生じるため、高精
度にアライメントキーを形成することが困難であった。
(First Embodiment) Conventionally, in order to form an alignment key, a buffer layer is formed on a planar optical waveguide and alignment is performed on the buffer layer in order to avoid the waveguide loss of the planar optical waveguide. Had formed the key.
However, in this method, since an alignment error of the photomask when forming the alignment key occurs, it is difficult to form the alignment key with high accuracy.

【0032】そこで、本実施形態では、上記の課題を解
決するために、強誘電体基板上にプレーナ型光導波路と
位置合わせ用のアライメントキーとを同じフォトマスク
を使用して形成したプレーナ型光導波路デバイス100
について、説明する。
Therefore, in the present embodiment, in order to solve the above-mentioned problems, a planar optical waveguide in which a planar optical waveguide and an alignment key for alignment are formed on a ferroelectric substrate using the same photomask. Waveguide device 100
Will be described.

【0033】図1は、本実施形態におけるプレーナ型光
導波路デバイス100の構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a planar optical waveguide device 100 according to this embodiment.

【0034】この構成では、強誘電体材料からなる基
板、例えばMgドープLiNbO3基板1の中心線M2
に沿って、プレーナ型光導波路3が形成されている。プ
レーナ型光導波路3に対して線対称的な位置に、例えば
Ta膜からなる一対のアライメントキー4、及び一対の
付加的なパターン4Aが形成されている。更に、例えば
SiO2からなる保護膜5が、プレーナ型光導波路3、
アライメントキー4、及び付加的なパターン4Aを覆う
ように、基板1の表面に形成されている。但し、アライ
メントキー4、及び付加的なパターン4Aの数は、それ
ぞれ一対に限られるものではなく、任意の数(ペア数)
だけ形成することが可能である。また、アライメントキ
ー4及び付加的なパターン4Aの各々の形状も、図示さ
れているものに限られることはなく、適切な任意の形状
とすることができる。
In this configuration, the center line M2 of a substrate made of a ferroelectric material, for example, a Mg-doped LiNbO 3 substrate 1
A planar optical waveguide 3 is formed along. A pair of alignment keys 4 made of, for example, a Ta film and a pair of additional patterns 4A are formed at positions symmetrical with respect to the planar optical waveguide 3. Further, a protective film 5 made of, for example, SiO 2 is
It is formed on the surface of the substrate 1 so as to cover the alignment key 4 and the additional pattern 4A. However, the number of the alignment keys 4 and the number of the additional patterns 4A are not limited to one pair, but are arbitrary numbers (the number of pairs).
It is possible to form only Further, the shape of each of the alignment key 4 and the additional pattern 4A is not limited to the illustrated one, but may be any appropriate shape.

【0035】このような構成を有するプレーナ型光導波
路デバイス100の形成にあたっては、まず図2に示す
ように、MgドープLiNbO3基板1の上にTa膜を
蒸着し、このTa膜に対する一般的なフォトリソグラフ
工程及びドライエッチング工程により、プレーナ型光導
波路3を形成するための開口部2A(例えば、幅約5μ
m)を有するストライプマスク2を形成する。このマス
ク形成工程(フォトリソグラフ工程及びドライエッチン
グ工程)では、同時に、開口部2Aの中心線M2に対し
て対称な位置に、一対のアライメントキー4を同時に形
成する。
In forming the planar type optical waveguide device 100 having such a structure, first, as shown in FIG. 2, a Ta film is deposited on a Mg-doped LiNbO 3 substrate 1, and a general Ta film is formed on the Ta film. An opening 2A (for example, about 5 μm in width) for forming the planar optical waveguide 3 by a photolithographic process and a dry etching process.
m) is formed. In this mask formation step (photolithography step and dry etching step), a pair of alignment keys 4 are simultaneously formed at positions symmetrical with respect to the center line M2 of the opening 2A.

【0036】次に、ピロリン酸(温度約200℃)の中
で約7分間に渡って、マスク2の開口部2Aを通したプ
ロトン交換処理を行い、更にその後にアニール処理(温
度約330℃で約200分間)を行うことにより、プレ
ーナ型光導波路3を形成する。その後、形成されている
アライメントキー4、及び図1に示した一対の付加的な
パターン4Aの形成位置に相当する箇所をレジストでマ
スキングした上で、ウエットエッチングによりTa膜を
除去する。このウエットエッチングによって、付加的な
パターン4Aが形成されることになる。更にその後に、
プレーナ型光導波路3、アライメントキー4、及び付加
的なパターン4Aを覆うように、基板1の表面にSiO
2保護膜5を形成する。
Next, a proton exchange treatment is performed in pyrophosphoric acid (at a temperature of about 200 ° C.) through the opening 2A of the mask 2 for about 7 minutes, followed by an annealing treatment (at a temperature of about 330 ° C.). (Approximately 200 minutes) to form the planar optical waveguide 3. Thereafter, a portion corresponding to the formed position of the alignment key 4 and the pair of additional patterns 4A shown in FIG. 1 is masked with a resist, and the Ta film is removed by wet etching. By this wet etching, an additional pattern 4A is formed. And then,
The surface of the substrate 1 is covered with SiO 2 so as to cover the planar optical waveguide 3, the alignment key 4, and the additional pattern 4A.
2 A protective film 5 is formed.

【0037】以上のようにして、図1に示す構成を有す
るプレーナ型光導波路デバイス100が作製される。
As described above, the planar optical waveguide device 100 having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.

【0038】SiO2保護膜5は、集積化光モジュール
を形成するためにプレーナ型光導波路デバイス100を
サブマウント上にジャンクションダウンで(すなわち光
導波路形成面がサブマウントに向くような方向で)実装
する際の、プレーナ型光導波路3のサブマウントからの
高さ調整にも利用される。すなわち、この保護膜5の膜
厚(SiO2の膜厚)は、集積化光モジュールを構成す
るために、同様にサブマウント上にジャンクションダウ
ンで実装されてプレーナ型光導波路デバイス100に結
合される半導体レーザの、サブマウント表面から活性層
までの距離に基づいて、制御されている。具体的には、
例えば本実施形態では、厚さ約1000nmの保護膜5
が形成されている。
The SiO 2 protective film 5 is used to mount the planar optical waveguide device 100 on the submount in a junction-down manner (ie, in a direction such that the optical waveguide forming surface faces the submount) to form an integrated optical module. In this case, it is also used for adjusting the height of the planar optical waveguide 3 from the submount. That is, the film thickness of the protective film 5 (the film thickness of SiO 2 ) is similarly mounted on the submount by junction down and coupled to the planar optical waveguide device 100 to constitute an integrated optical module. It is controlled based on the distance from the submount surface to the active layer of the semiconductor laser. In particular,
For example, in this embodiment, the protective film 5 having a thickness of about 1000 nm is used.
Are formed.

【0039】一方、マスク2、アライメントキー4、及
び付加的なパターン4Aを構成するために形成されるT
a膜(金属膜)の膜厚は、例えば約100nmである。
ここで、付加的なパターン4Aは、プレーナ型光導波路
デバイス100をサブマウント上にジャンクションダウ
ンで実装する際に、プレーナ型光導波路3のサブマウン
トからの高さを均一に保持するために形成されるもので
ある。もし、この付加的なパターン4Aを形成せずに、
アライメントキー4だけを形成すると、アライメントキ
ー4を構成する金属膜(Ta膜)の厚さによって、プレ
ーナ型光導波路3がサブマウントに対してその長手方向
に斜めに位置されることになり、好ましくない。これに
対して、アライメントキー4と同じ厚さの膜からなる付
加的なパターン4Aを形成することで、上記の問題は発
生しない。
On the other hand, a mask 2, an alignment key 4, and a T formed to form an additional pattern 4 A are formed.
The film thickness of the a film (metal film) is, for example, about 100 nm.
Here, the additional pattern 4A is formed to keep the height of the planar optical waveguide 3 from the submount uniform when the planar optical waveguide device 100 is mounted on the submount in a junction-down manner. Things. If this additional pattern 4A is not formed,
When only the alignment key 4 is formed, the planar optical waveguide 3 is positioned obliquely in the longitudinal direction with respect to the submount depending on the thickness of the metal film (Ta film) constituting the alignment key 4, which is preferable. Absent. On the other hand, by forming the additional pattern 4A made of a film having the same thickness as the alignment key 4, the above problem does not occur.

【0040】従来技術におけるように、フォトマスクの
位置合わせによりアライメントキーを形成すると、その
精度は、通常は±0.3μm程度となる。これに対し
て、本実施形態のように、プロトン交換プレーナ型光導
波路3に対しては、プロトン交換処理のためのTaマス
ク2の形成時に、同じフォトマスクを利用してアライメ
ントキー4を形成できる。このため、フォトマスクの作
製精度でアライメントキー4の位置を制御できるため、
アライメントキー4に対して高い位置精度が得られるこ
とになり、具体的には、例えば約±0.1μmの精度で
アライメントキー4が形成できる。
When an alignment key is formed by positioning a photomask as in the prior art, the accuracy is usually about ± 0.3 μm. On the other hand, for the proton exchange planar optical waveguide 3 as in the present embodiment, the alignment key 4 can be formed using the same photomask when the Ta mask 2 for the proton exchange treatment is formed. . For this reason, since the position of the alignment key 4 can be controlled with the photomask fabrication accuracy,
As a result, a high positional accuracy can be obtained for the alignment key 4, and more specifically, the alignment key 4 can be formed with an accuracy of, for example, about ± 0.1 μm.

【0041】また、保護膜5と基板1との間にアライメ
ントキー4を形成することにより、集積化光モジュール
の構成時にプレーナ型光導波路デバイス100をジャン
クションダウンでサブマウント上に実装しても、アライ
メントキー4がサブマウントと接触することがない。こ
の結果、アライメントキー4に傷がつくこともなく、そ
のエッジ部の明確な形状が保持されて確実に画像認識さ
れるので、その実用的効果は大きい。
Further, by forming the alignment key 4 between the protective film 5 and the substrate 1, even when the planar optical waveguide device 100 is mounted on the submount in a junction-down manner when the integrated optical module is constructed. The alignment key 4 does not contact the submount. As a result, the alignment key 4 is not damaged, and a clear shape of the edge portion thereof is maintained and the image is reliably recognized, so that the practical effect is large.

【0042】ところで、以上のようにプロトン交換プレ
ーナ型光導波路3では、プレーナ型光導波路3の形成の
ためのプロトン交換時のTaマスク2の形成時に、同じ
フォトマスクでアライメントキー4を形成することがで
きる。これに対して、Ti拡散プレーナ型光導波路にお
いては、プレーナ型光導波路の形成にあたって、Tiを
拡散するために1000℃以上で6時間の熱処理を行う
必要がある。このため、上記のようにプレーナ型光導波
路形成時の同じフォトマスクでアライメントキーを形成
すると、Tiを拡散するための熱処理によって、形成し
たTiのアライメントキーが変形及び劣化する。従っ
て、Ti拡散プレーナ型光導波路に対しては、本実施形
態のように、プレーナ型光導波路形成時のフォトマスク
によりアライメントキーを形成することは困難である。
As described above, in the proton exchange planar optical waveguide 3, when the Ta mask 2 is formed during proton exchange for forming the planar optical waveguide 3, the alignment key 4 is formed using the same photomask. Can be. On the other hand, in the case of the Ti-diffused planar optical waveguide, it is necessary to perform a heat treatment at 1000 ° C. or more for 6 hours in order to diffuse Ti in forming the planar optical waveguide. For this reason, when the alignment key is formed using the same photomask at the time of forming the planar optical waveguide as described above, the heat treatment for diffusing Ti deforms and deteriorates the formed Ti alignment key. Therefore, it is difficult to form an alignment key for a Ti-diffused planar optical waveguide using a photomask at the time of forming the planar optical waveguide as in the present embodiment.

【0043】このように、本実施形態のようなアライメ
ントキーの形成は、プロトン交換により作製されたプレ
ーナ型光導波路デバイスに対して特に有効であり、高精
度なアライメントキーを容易に形成することができる。
As described above, the formation of the alignment key as in the present embodiment is particularly effective for a planar optical waveguide device manufactured by proton exchange, and it is possible to easily form a high-precision alignment key. it can.

【0044】また、本実施形態の構成では、典型的に
は、アライメントキー4をプレーナ型光導波路3から離
れた位置に、例えば少なくとも約10μm離れた位置
に、形成する。これは、以下の理由による。
In the configuration of the present embodiment, typically, the alignment key 4 is formed at a position apart from the planar optical waveguide 3, for example, at a position at least about 10 μm apart. This is for the following reason.

【0045】もし、アライメントキー4がプレーナ型光
導波路3の上、或いはその近傍に形成されていると、プ
レーナ型光導波路3の実効屈折率、すなわち位相状態が
変化する。また、アライメントキー4は金属膜(例えば
Ta膜)から形成されているため、プレーナ型光導波路
3に接近し過ぎていると、その導波損失を増加させる。
これらの点は、周期的分極反転構造が形成されたプレー
ナ型光導波路を用いた波長変換デバイスでは、大きな問
題となる。従って、このような問題を避けるためには、
アライメントキー4をプレーナ型光導波路3から離れた
位置に、本願発明者らによる検討結果に基づけば少なく
とも約10μm以上離して形成することが、好ましい。
If the alignment key 4 is formed on or near the planar optical waveguide 3, the effective refractive index of the planar optical waveguide 3, that is, the phase state changes. Further, since the alignment key 4 is formed of a metal film (for example, a Ta film), if the alignment key 4 is too close to the planar optical waveguide 3, the waveguide loss increases.
These points are serious problems in a wavelength conversion device using a planar optical waveguide having a periodically poled structure. Therefore, to avoid such problems,
It is preferable that the alignment key 4 is formed at a position distant from the planar optical waveguide 3 and at least about 10 μm or more based on the result of the study by the present inventors.

【0046】上記の点は、アライメントキー4と同じ金
属膜(例えばTa膜)から形成される付加的なパターン
4Aについても同様であって、上記と同じ理由により、
付加的なパターン4Aは、プレーナ型光導波路3から少
なくとも約10μm以上離して形成することが好まし
い。
The above point is the same for the additional pattern 4A formed from the same metal film (for example, Ta film) as the alignment key 4, for the same reason as described above.
The additional pattern 4A is preferably formed at least about 10 μm or more away from the planar optical waveguide 3.

【0047】更に以下では、上記で説明した特徴を有す
るプレーナ型光導波路デバイスのより具体的な構成例と
して、プレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイス2
00を説明する。
In the following, as a more specific configuration example of the planar optical waveguide device having the features described above, a wavelength conversion device 2 using a planar optical waveguide will be described.
00 will be described.

【0048】図3は、本実施形態に従って形成される波
長変換デバイス200の構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a wavelength conversion device 200 formed according to the present embodiment.

【0049】この構成では、X板MgドープLiNbO
3基板1の中心線M2に沿って、プロトン交換プレーナ
型光導波路3が形成されている。また、基板1の表面に
は、プロトン交換プレーナ型光導波路3に直交する方向
に、周期3.2μmで周期的な分極反転領域7が形成さ
れている。プレーナ型光導波路3に対して線対称的な位
置には、Ta膜からなる一対のアライメントキー4、及
び一対の付加的なパターン4Aが形成されている。更
に、SiO2からなる保護膜5が、プレーナ型光導波路
3、アライメントキー4、及び付加的なパターン4Aを
覆うように、基板1の表面に形成されている。
In this configuration, the X-plate Mg-doped LiNbO
A proton exchange planar optical waveguide 3 is formed along the center line M2 of the substrate 1. On the surface of the substrate 1, a periodically domain-inverted region 7 having a period of 3.2 μm is formed in a direction orthogonal to the proton exchange planar optical waveguide 3. A pair of alignment keys 4 made of a Ta film and a pair of additional patterns 4A are formed at positions symmetrical with respect to the planar optical waveguide 3. Further, a protective film 5 made of SiO 2 is formed on the surface of the substrate 1 so as to cover the planar optical waveguide 3, the alignment key 4, and the additional pattern 4A.

【0050】上記のアライメントキー4及び付加的なパ
ターン4Aの形成方法は、先に説明した通りである。ま
た、アライメントキー4、及び付加的なパターン4Aの
数は、それぞれ一対に限られるものではなく、任意の数
(ペア数)だけ形成することが可能である。更に、それ
らの形状も、図示されているものに限らず、適切に設定
することができる。保護膜5及び付加的なパターン4A
の各々の機能も、先に説明した通りである。
The method of forming the alignment key 4 and the additional pattern 4A is as described above. In addition, the number of the alignment keys 4 and the number of the additional patterns 4A are not limited to one pair, but may be any number (the number of pairs). Further, their shapes are not limited to those shown, but can be set appropriately. Protective film 5 and additional pattern 4A
Are also as described above.

【0051】この波長変換デバイス200では、周期的
分極反転領域7により、プレーナ型光導波路3に入射し
た基本波とそれが変換されて発生する第2高調波との間
で発生する伝搬速度の差が補償される。そのため、プレ
ーナ型光導波路3に位相変化が与えられると、波長変換
効率の低下、波長に対する第2高調波発生カーブの変化
など、波長変換特性の劣化を招く。ここで、アライメン
トキーがプレーナ型光導波路の上、或いはその近傍に形
成されていると、プレーナ型光導波路の実効屈折率、す
なわち位相状態が変化することは、先に説明した通りで
ある。
In the wavelength conversion device 200, the difference between the propagation speed generated between the fundamental wave incident on the planar optical waveguide 3 and the second harmonic generated by conversion of the fundamental wave is caused by the periodically poled region 7. Is compensated. Therefore, when a phase change is given to the planar optical waveguide 3, wavelength conversion characteristics are deteriorated such as a decrease in wavelength conversion efficiency and a change in a second harmonic generation curve with respect to wavelength. Here, as described above, when the alignment key is formed on or near the planar optical waveguide, the effective refractive index of the planar optical waveguide, that is, the phase state changes, as described above.

【0052】そこで、図3の構成において、プロトン交
換プレーナ型光導波路3に近接して3対のアライメント
キー4を形成したときの波長変換デバイスの導波損失特
性について、検討した。その結果、アライメントキー4
が形成されていない場合には、プレーナ型光導波路の導
波損失が0.5dB/cmであったのに対して、アライ
メントキー4がプレーナ型光導波路3に近接して形成さ
れているとき(具体的には約5μmの距離に形成されて
いるとき)には、導波損失が0.8dB/cmであり、
アライメントキー4の形成により導波損失の増大が観測
された。
Therefore, the waveguide loss characteristics of the wavelength conversion device when three pairs of alignment keys 4 are formed close to the proton exchange planar optical waveguide 3 in the configuration of FIG. 3 were examined. As a result, alignment key 4
Is not formed, the waveguide loss of the planar optical waveguide is 0.5 dB / cm, whereas the alignment key 4 is formed close to the planar optical waveguide 3 ( Specifically, when formed at a distance of about 5 μm), the waveguide loss is 0.8 dB / cm,
An increase in waveguide loss was observed by forming the alignment key 4.

【0053】本実施形態の波長変換デバイス200の構
成では、上記のような導波損失の増大を避けるために、
アライメントキー4をプレーナ型光導波路3から約10
μm以上離して形成する。なお、この点は、アライメン
トキー4と同じ金属膜(Ta膜)から形成される付加的
なパターン4Aについても同様であって、上記と同じ理
由により、付加的なパターン4Aは、プレーナ型光導波
路3から約10μm以上離して形成することが好まし
い。
In the configuration of the wavelength conversion device 200 of the present embodiment, in order to avoid the above-described increase in the waveguide loss,
The alignment key 4 is moved from the planar optical waveguide 3 by about 10
Formed at a distance of at least μm. This is the same for the additional pattern 4A formed of the same metal film (Ta film) as the alignment key 4, and for the same reason as described above, the additional pattern 4A is a planar optical waveguide. It is preferable to form them at a distance of about 10 μm or more from 3.

【0054】一方、図4は、プレーナ型光導波路を用い
た波長変換デバイスに含まれる周期的分極反転領域に、
更に位相変化部を設けることによって、波長に対する第
2高調波発生カーブの頂上近傍部をフラットにして、波
長変換のための波長許容幅が拡大された特性を示してい
る(例えば、オプティカル・レター、Vol.23、N
o.24、pp.1880−1882、1998年を参
照)。このように、位相変化部の設置によって第2高調
波発生カーブの特性を調整している場合には、位相変化
や導波損失の変化が与えられると、第2高調波発生カー
ブに与える影響は大きくなる。例えば、図5は、図4の
特性を示すプレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイ
スの構成(周期的分極反転領域に更に位相変化部が設け
られている構成)において、プレーナ型光導波路から5
μm離れた位置に更にアライメントキーを形成したとき
に得られる第2高調波発生カーブを示している。この場
合には、図4の特性に比べて、カーブの頂上近傍のフラ
ット部に傾きが生じて、特性が劣化している。これに対
して、アライメントキーをプレーナ型光導波路から少な
くとも10μm離れた位置に形成すれば、図4と同様の
第2高調波発生カーブが観測されて、特性劣化は観測さ
れない。
On the other hand, FIG. 4 shows periodic polarization inversion regions included in a wavelength conversion device using a planar optical waveguide.
Further, by providing a phase change portion, the vicinity of the top of the second harmonic generation curve with respect to the wavelength is flattened, and the wavelength tolerance for wavelength conversion is expanded (for example, an optical letter, Vol.23, N
o. 24 pp. 1880-1882, 1998). As described above, in the case where the characteristics of the second harmonic generation curve are adjusted by installing the phase change portion, if the phase change or the change of the waveguide loss is given, the effect on the second harmonic generation curve is not affected. growing. For example, FIG. 5 shows a configuration of a wavelength conversion device using a planar optical waveguide having the characteristics shown in FIG. 4 (a configuration in which a phase change portion is further provided in a periodically poled region).
The second harmonic generation curve obtained when an alignment key is further formed at a position apart by μm is shown. In this case, the flat portion near the top of the curve is inclined compared to the characteristics in FIG. 4, and the characteristics are degraded. On the other hand, if the alignment key is formed at a position at least 10 μm away from the planar optical waveguide, a second harmonic generation curve similar to that in FIG. 4 is observed, and no characteristic deterioration is observed.

【0055】本実施形態のように、プレーナ型光導波路
を用いた波長変換デバイスにおいて、プレーナ型光導波
路3の上或いはその近接部を避けてアライメントキー4
を形成することにより、アライメントキー4の設置に伴
うプレーナ型光導波路3の導波損失及び位相状態に与え
る影響を低減することができる。特に、擬似位相整合方
式の第2高調波発生を利用した波長変換デバイスにおい
ては、上記によって波長変換効率の低下や第2高調波発
生カーブの劣化を低減できて、その実用的効果は大き
い。
As in the present embodiment, in the wavelength conversion device using the planar optical waveguide, the alignment key
Is formed, it is possible to reduce the influence on the waveguide loss and the phase state of the planar optical waveguide 3 due to the installation of the alignment key 4. In particular, in the wavelength conversion device using the second harmonic generation of the quasi-phase matching method, a decrease in the wavelength conversion efficiency and the deterioration of the second harmonic generation curve can be reduced by the above, and the practical effect is large.

【0056】更に、本実施形態では、アライメントキー
4と同じ厚さの膜からなる付加的なパターン4Aがプレ
ーナ型光導波路3の両側に形成されているため、プレー
ナ型光導波路を用いた波長変換デバイスをジャンクショ
ンダウンでサブマウント上に実装しても、プレーナ型光
導波路3のサブマウントからの高さが均一に保持され
て、安定した光結合特性が実現化される。
Further, in this embodiment, since the additional pattern 4A made of a film having the same thickness as the alignment key 4 is formed on both sides of the planar optical waveguide 3, the wavelength conversion using the planar optical waveguide is performed. Even if the device is mounted on the submount in a junction-down manner, the height of the planar optical waveguide 3 from the submount is kept uniform, and stable optical coupling characteristics are realized.

【0057】(第2の実施形態)本実施形態では、半導
体レーザとプレーナ型光導波路デバイスとをサブマウン
ト上に集積した集積化光モジュール300において、半
導体レーザ及びプレーナ型光導波路デバイスの各々の上
に形成されたアライメントキーを認識し、各アライメン
トキーの位置関係を調整することにより、半導体レーザ
とプレーナ型光導波路デバイスとの間の高効率な光結合
を実現する実装方法について説明する。
(Second Embodiment) In the present embodiment, in an integrated optical module 300 in which a semiconductor laser and a planar optical waveguide device are integrated on a submount, each of the semiconductor laser and the planar optical waveguide device A mounting method for realizing highly efficient optical coupling between the semiconductor laser and the planar optical waveguide device by recognizing the alignment keys formed on the semiconductor laser and adjusting the positional relationship between the alignment keys will be described.

【0058】図6(a)及び(b)は、本実施形態に従
って構成される集積化光モジュール300の構成を示す
側面図及び平面図である。
FIGS. 6A and 6B are a side view and a plan view showing the configuration of the integrated optical module 300 constructed according to the present embodiment.

【0059】本実施形態の光モジュール300では、S
iサブマウント13の上に、半導体レーザ11とプレー
ナ型光導波路デバイスとが搭載されている。プレーナ型
光導波路デバイスとしては、第1の実施形態で説明し
た、MgドープLiNbO3基板1の上に周期的分極反
転領域(図6には不図示)とプロトン交換プレーナ型光
導波路3とが形成された波長変換デバイス200を用い
ている。波長変換デバイス200の基板1の上には、第
1の実施形態に示された方法によって、プレーナ型光導
波路3から10μm離れた位置にアライメントキー4が
形成されている。プレーナ型光導波路3の両側には更
に、アライメントキー4と同じ材料及び厚さの膜(例え
ばTa膜)によって、付加的なパターン4Aが形成され
ている。また、アライメントキー4及び付加的なパター
ン4Aの形成後には、プレーナ型光導波路3と半導体レ
ーザ11のレーザ発光部19とのジャンクションダウン
実装時の位置を高さ方向で位置合わせ調整するために、
SiO2保護膜5が、第1の実施形態と同様に形成され
ている。更に保護膜5の上には、例えばTaからなる金
属膜21が蒸着されている。そして、Siサブマウント
13の上に電極として機能する金属膜14を介して蒸着
されたはんだ層15にTa金属膜21を固定すること
で、波長変換デバイス200がSiサブマウント13に
固定される。
In the optical module 300 of this embodiment, S
The semiconductor laser 11 and the planar optical waveguide device are mounted on the i-submount 13. As the planar optical waveguide device, the periodically poled region (not shown in FIG. 6) and the proton exchange planar optical waveguide 3 are formed on the Mg-doped LiNbO 3 substrate 1 described in the first embodiment. The wavelength conversion device 200 is used. On the substrate 1 of the wavelength conversion device 200, the alignment key 4 is formed at a position 10 μm away from the planar optical waveguide 3 by the method described in the first embodiment. On both sides of the planar optical waveguide 3, additional patterns 4A are formed by a film (for example, a Ta film) having the same material and thickness as the alignment key 4. After the formation of the alignment key 4 and the additional pattern 4A, in order to adjust the position of the planar optical waveguide 3 and the laser emitting portion 19 of the semiconductor laser 11 at the time of junction down mounting in the height direction,
The SiO 2 protective film 5 is formed in the same manner as in the first embodiment. Further, a metal film 21 made of, for example, Ta is deposited on the protective film 5. Then, by fixing the Ta metal film 21 to the solder layer 15 deposited on the Si submount 13 via the metal film 14 functioning as an electrode, the wavelength conversion device 200 is fixed to the Si submount 13.

【0060】一方、半導体レーザ11の表面にも、電極
23及びアライメントキー17が形成されている。Si
サブマウント13の上に金属膜14を介して蒸着された
はんだ層15に電極23を固定することで、半導体レー
ザ11がSiサブマウント13に固定される。
On the other hand, an electrode 23 and an alignment key 17 are also formed on the surface of the semiconductor laser 11. Si
The semiconductor laser 11 is fixed to the Si submount 13 by fixing the electrode 23 to the solder layer 15 deposited on the submount 13 via the metal film 14.

【0061】半導体レーザ11がDBR半導体レーザで
ある場合には、半導体レーザ11の電極23、並びに半
導体レーザ11に対応してSiサブマウント13の上に
形成されている金属膜14及びはんだ層15は、半導体
レーザ11の活性層領域及びDBR領域の各々(不図
示)に対応して、図示されているように分割して設けら
れる。或いは、半導体レーザ11がDBR型ではない一
般的な半導体レーザである場合には、その構造を考慮し
て、電極23、金属膜14、及びはんだ層15を図示さ
れるように分割して設ける必要はない。
When the semiconductor laser 11 is a DBR semiconductor laser, the electrode 23 of the semiconductor laser 11 and the metal film 14 and the solder layer 15 formed on the Si submount 13 corresponding to the semiconductor laser 11 are formed. The semiconductor laser 11 is divided and provided for each of the active layer region and the DBR region (not shown) of the semiconductor laser 11 as shown. Alternatively, when the semiconductor laser 11 is a general semiconductor laser that is not a DBR type, it is necessary to provide the electrode 23, the metal film 14, and the solder layer 15 separately as shown in FIG. There is no.

【0062】なお、図6(b)では、便宜上、半導体レ
ーザ11のサブマウント側の表面に形成されているアラ
イメントキー17、並びに、波長変換デバイス200の
サブマウント側の表面に形成されているアライメントキ
ー4、付加的なパターン4A、及びプレーナ型光導波路
3の位置を、図中に描いている。
In FIG. 6B, for convenience, the alignment key 17 formed on the submount surface of the semiconductor laser 11 and the alignment key 17 formed on the submount surface of the wavelength conversion device 200 are shown. The positions of the key 4, the additional pattern 4A and the planar optical waveguide 3 are depicted in the figure.

【0063】半導体レーザ11及び波長変換デバイス2
00は、何れも、活性層(ジャンクション)面或いはプ
レーナ型光導波路形成面がSiサブマウント13に接す
るように、ジャンクションダウンでSiサブマウント1
3に実装される。実装にあたっては、半導体レーザ11
と波長変換デバイス200とは、それぞれ別々のチップ
ハンド161及び162で、Siサブマウント13に対
して平行になるように保持される。なお、半導体レーザ
11のレーザ発光部19の位置、及びプレーナ型光導波
路を用いた波長変換デバイス200のプレーナ型光導波
路3の位置は、それぞれ実装後にSiサブマウント13
の表面から10μmの高さになるように、調整されてい
る。
Semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 2
No. 00 is the junction sub-mount 1 so that the active layer (junction) surface or the planar optical waveguide forming surface is in contact with the Si sub-mount 13.
3 is implemented. When mounting the semiconductor laser 11
And the wavelength conversion device 200 are held by separate chip hands 161 and 162, respectively, so as to be parallel to the Si submount 13. Note that the position of the laser light emitting portion 19 of the semiconductor laser 11 and the position of the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide are respectively determined by the Si submount 13 after mounting.
Is adjusted so as to have a height of 10 μm from the surface.

【0064】実装時にアライメントキー4及び17の画
像認識のために使用される検出装置136は、赤外光を
発するハロゲンランプ、赤外光を検出するための赤外光
カメラ、及び検出した画像を処理するためのコンピュー
タを含む。具体的には、Siサブマウント13の裏面か
らハロゲンランプの赤外光を照射し、赤外光カメラに
て、半導体レーザ11に形成されたアライメントキー1
7、及び波長変換デバイス200に形成されたアライメ
ントキー4を、それぞれ検出する。半導体レーザ11及
び波長変換デバイス200の上のアライメントキー17
及び4は、それぞれ光が導波する部分(レーザ発光部1
9及びプレーナ型光導波路3)に対して中心対称位置に
形成されている。そのため、検出装置136の赤外光カ
メラにて検出されたアライメントキー17及び4の像を
コンピュータにて画像処理して、それぞれのアライメン
トキー17及び4の中心線M1及びM2を求める。
A detection device 136 used for image recognition of the alignment keys 4 and 17 at the time of mounting includes a halogen lamp that emits infrared light, an infrared camera for detecting infrared light, and a detected image. Includes a computer for processing. Specifically, the infrared light of the halogen lamp is irradiated from the back surface of the Si submount 13 and the alignment key 1 formed on the semiconductor laser 11 is irradiated by the infrared light camera.
7, and the alignment key 4 formed on the wavelength conversion device 200 are detected. Alignment key 17 on semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 200
And 4 are portions where light is guided (laser emitting portion 1).
9 and the planar optical waveguide 3). Therefore, the images of the alignment keys 17 and 4 detected by the infrared light camera of the detection device 136 are image-processed by a computer, and the center lines M1 and M2 of the respective alignment keys 17 and 4 are obtained.

【0065】図11(a)及び(b)を参照して、アラ
イメントキー17及び4の中心線M1及びM2の算出プ
ロセスを詳細に説明する。図11(a)及び(b)は、
それぞれ、検出装置136によって得られる半導体レー
ザ11及び波長変換デバイス200の上のアライメント
キー17及び4の認識画像を模式的に示す図である。な
お、アライメントキー17及び4は、それぞれ実際に
は、対をなす2つのキーから構成されており、ここでは
それらを17−1及び17−2、並びに4−1及び4−
2として参照する。
Referring to FIGS. 11A and 11B, the process of calculating the center lines M1 and M2 of the alignment keys 17 and 4 will be described in detail. FIGS. 11 (a) and (b)
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating recognition images of alignment keys 17 and 4 on a semiconductor laser 11 and a wavelength conversion device 200 obtained by a detection device 136, respectively. Each of the alignment keys 17 and 4 is actually composed of two pairs of keys. Here, they are referred to as 17-1 and 17-2, and 4-1 and 4-
Referenced as 2.

【0066】まず、図11(a)に示される半導体レー
ザ11の上の各アライメントキー17−1及び17−2
の重心A1及びA2を、認識された画像に基づくコンピ
ュータでの画像処理によって求める。次に、計算された
重心A1及びA2の中心線M1を求める。同様に、図1
1(b)に示される波長変換デバイス200の上の各ア
ライメントキー4−1及び4−2の重心B1及びB2
を、認識された画像に基づくコンピュータでの画像処理
によって求める。次に、計算された重心B1及びB2の
中心線M2を求める。実際の処理の際には、一画面に4
つのアライメントキー17−1及び17−2並びに4−
1及び4−2が認識されるが、はじめに画面の片側のみ
を画像処理し、次に画面のもう一方の側のみを画像処理
することにより、それぞれの中心線M1及びM2が認識
される。
First, the alignment keys 17-1 and 17-2 on the semiconductor laser 11 shown in FIG.
Are determined by computer image processing based on the recognized images. Next, the center line M1 of the calculated centroids A1 and A2 is obtained. Similarly, FIG.
The center of gravity B1 and B2 of each alignment key 4-1 and 4-2 on the wavelength conversion device 200 shown in FIG.
Is obtained by image processing on a computer based on the recognized image. Next, the center line M2 of the calculated centroids B1 and B2 is obtained. At the time of actual processing, 4
Four alignment keys 17-1 and 17-2 and 4-
1 and 4-2 are recognized. First, only one side of the screen is image-processed, and then only the other side of the screen is image-processed, whereby the respective center lines M1 and M2 are recognized.

【0067】本実施形態における光モジュール300の
実装後の構成では、半導体レーザ11のレーザ発光部1
9及びプレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイス2
00のプレーナ型光導波路3を、それぞれSiサブマウ
ント13から10μmの高さに位置するように調整して
いる。これに対して、半導体レーザ11における中心線
M1の算出時には、波長変換デバイス200を意図的に
半導体レーザ11とは異なる高さ、例えばSiサブマウ
ント13から50μmの高さに保持することによって、
半導体レーザ11の上のアライメントキー17−1及び
17−2のみが検出されることになる。
In the configuration after mounting the optical module 300 in the present embodiment, the laser light emitting section 1 of the semiconductor laser 11
Conversion device 2 using an optical waveguide 9 and a planar optical waveguide
The planar optical waveguides No. 00 are adjusted so as to be located at a height of 10 μm from the Si submount 13 respectively. On the other hand, when the center line M1 of the semiconductor laser 11 is calculated, the wavelength conversion device 200 is intentionally held at a height different from that of the semiconductor laser 11, for example, at a height of 50 μm from the Si submount 13.
Only the alignment keys 17-1 and 17-2 on the semiconductor laser 11 are detected.

【0068】上記のようにそれぞれの中心線M1及びM
2が求められたら、次に、波長変換デバイス200の中
心線M2を基準として、それに半導体レーザの中心線M
1が一致するように、波長変換デバイス200の光入射
端面に平行な方向(この場合には、光伝搬方向に垂直な
方向)において、半導体レーザ11の位置を調整する。
なお、半導体レーザの中心線M1を基準とし、それに対
して波長変換デバイス200の中心線M2を位置合わせ
するように調整してもよいが、半導体レーザ11の方が
波長変換デバイス200よりも小さく且つ軽いので、半
導体レーザ11を移動させて位置合わせ調整する方が、
望ましい。
As described above, the respective center lines M1 and M
Is obtained, the center line M2 of the wavelength conversion device 200 is then used as a reference, and the center line M2
The position of the semiconductor laser 11 is adjusted in a direction parallel to the light incident end face of the wavelength conversion device 200 (in this case, a direction perpendicular to the light propagation direction) so that 1 coincides.
The center line M1 of the semiconductor laser may be used as a reference and the center line M2 of the wavelength conversion device 200 may be adjusted with respect to the center line M1, but the semiconductor laser 11 is smaller than the wavelength conversion device 200 and Since it is light, it is better to adjust the alignment by moving the semiconductor laser 11,
desirable.

【0069】次に、半導体レーザ11の光出射端面のエ
ッジ部、及び波長変換デバイス200の光入射端面のエ
ッジ部の検出結果に基づいて、これらの端面間の距離が
3μmになるように、半導体レーザ11の光出射端面の
法線方向に沿った方向(この場合には、光伝搬方向)の
位置を調整する。半導体レーザ11と波長変換デバイス
200との間の距離が10μmである場合、この距離が
0μmの場合(すなわち半導体レーザ11と波長変換デ
バイス200とが直接的に接触している場合)と比較す
ると、両者の間の結合効率が半分に低下する。しかし、
その一方で、半導体レーザ11と波長変換デバイス20
0とが近接し過ぎると、半導体レーザ11の端面を破壊
する危険性がある。そのため、本実施形態では、半導体
レーザ11と波長変換デバイス200との間(光出射端
面と光入射端面との間)の距離を、3μmに設定してい
る。
Next, based on the detection results of the edge of the light emitting end face of the semiconductor laser 11 and the edge of the light incident end face of the wavelength conversion device 200, the distance between the end faces is set to 3 μm. The position in the direction along the normal direction of the light emitting end face of the laser 11 (in this case, the light propagation direction) is adjusted. When the distance between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 is 10 μm, when compared with the case where the distance is 0 μm (that is, when the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are in direct contact), The coupling efficiency between the two is reduced by half. But,
On the other hand, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 20
If 0 is too close, the end face of the semiconductor laser 11 may be destroyed. Therefore, in the present embodiment, the distance between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 (between the light emitting end face and the light incident end face) is set to 3 μm.

【0070】上記のようにして位置合わせが完了する
と、半導体レーザ11と波長変換デバイス200とをそ
れぞれSiサブマウント13の上に載置して、Siサブ
マウント13を300℃まで加熱し、はんだ層15を溶
融する。続いて、はんだの酸化を避けるためにN2ガス
を流しながら冷却して、はんだを再び固化する。これに
よって、半導体レーザ11及び波長変換デバイス200
を、Siサブマウント13の上に固定する。
When the alignment is completed as described above, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are respectively mounted on the Si submount 13, and the Si submount 13 is heated to 300 ° C. 15 is melted. Subsequently, the solder is cooled while flowing N 2 gas to avoid oxidation of the solder, and the solder is solidified again. Thereby, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200
Is fixed on the Si submount 13.

【0071】本実施形態の集積化光モジュール300の
構成では、半導体レーザ11の光出射端面より得られた
レーザ光は、波長変換デバイス200のプレーナ型光導
波路3に結合される。具体的には、半導体レーザ11か
らの100mWのレーザ出力に対して、50mWのレー
ザ光が、波長変換デバイス200のプレーナ型光導波路
3に結合した(結合効率50%)。半導体レーザ11の
発振波長を波長変換デバイス200の位相整合波長許容
度内に固定することにより、波長425nmの高調波光
が5mW程度得られ、高効率光結合及び波長変換が実現
された。
In the configuration of the integrated optical module 300 of this embodiment, the laser light obtained from the light emitting end face of the semiconductor laser 11 is coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200. Specifically, for a laser output of 100 mW from the semiconductor laser 11, a laser beam of 50 mW was coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200 (coupling efficiency 50%). By fixing the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 within the tolerance of the phase matching wavelength of the wavelength conversion device 200, harmonic light having a wavelength of 425 nm was obtained at about 5 mW, and highly efficient optical coupling and wavelength conversion were realized.

【0072】本発明では、Siサブマウント13の上に
は、位置合わせ用のアライメントキーが形成されていな
い。これは、従来技術におけるようにSiサブマウント
13の上のアライメントキーに対して位置合わせ調整を
行うと、それぞれの実装時に誤差が生じて、結果として
実装誤差が大きくなるためである。例えば、従来技術に
従ってSiサブマウント13の上にアライメントキーを
設けて、これに対して位置合わせ調整を行うと、実装時
の位置精度は約±0.6μm程度である。これに対し
て、本実施形態のように、波長変換デバイス200の上
のアライメントキー4に対して、半導体レーザ11のア
ライメントキー17を位置合わせ調整すれば、それぞれ
の相対位置関係を直接的に調整できるので高精度の位置
合わせ調整が可能となり、典型的には約±0.3μm以
下の位置合わせ調整精度で実装することができた。半導
体レーザと波長変換デバイスとの間の光結合特性におい
て、その光結合効率が半分になる位置合わせ調整精度は
一般的に約±0.5μmであるので、上記のように約±
0.3μm以下の位置合わせ調整精度の実現により、9
0%以上のサンプルにおいて、45%以上の結合効率が
得られる。また、1回の位置合わせ調整により実装が可
能なので、実装に要する時間も短い。そのため、本実施
形態の位置合わせ調整及び実装方法は、量産性に適した
実用的な方法であり、その効果も大きい。
In the present invention, no alignment key for positioning is formed on the Si submount 13. This is because, when the alignment is adjusted with respect to the alignment key on the Si submount 13 as in the related art, an error occurs at the time of each mounting, and as a result, a mounting error increases. For example, when an alignment key is provided on the Si submount 13 according to the related art and the alignment is adjusted with respect to the alignment key, the positional accuracy at the time of mounting is about ± 0.6 μm. On the other hand, if the alignment key 17 of the semiconductor laser 11 is aligned and adjusted with respect to the alignment key 4 on the wavelength conversion device 200 as in the present embodiment, the relative positional relationship between them is directly adjusted. As a result, high-precision alignment adjustment was possible, and the mounting was typically achieved with an alignment adjustment accuracy of about ± 0.3 μm or less. In the optical coupling characteristics between the semiconductor laser and the wavelength conversion device, the alignment adjustment accuracy at which the optical coupling efficiency is halved is generally about ± 0.5 μm.
By realizing the alignment adjustment accuracy of 0.3 μm or less, 9
With a sample of 0% or more, a coupling efficiency of 45% or more is obtained. In addition, since mounting can be performed by a single alignment adjustment, the time required for mounting is short. Therefore, the alignment adjustment and mounting method of the present embodiment is a practical method suitable for mass productivity, and has a great effect.

【0073】本実施形態では、半導体レーザ11と波長
変換デバイス200との位置関係を直接的に調整できる
ので、位置合わせ調整及び実装の精度は、アライメント
キー17及び4の作製時の誤差に依存する。第1の実施
形態に関連して説明したように、プロトン交換プレーナ
型光導波路3では、プレーナ型光導波路形成のためのプ
ロトン交換時のTaマスクの形成時に、同じフォトマス
クでアライメントキー4を形成することができる。これ
に対して、Ti拡散プレーナ型光導波路においては、プ
レーナ型光導波路の形成にあたって、Tiを拡散するた
めに1000℃以上で6時間の熱処理を行う必要があ
る。このため、上記のようにプレーナ型光導波路形成時
の同じフォトマスクでアライメントキーを形成すると、
Tiを拡散するための熱処理によって、形成したTiの
アライメントキーが変形及び劣化する。従って、Ti拡
散プレーナ型光導波路に対しては、本実施形態のよう
に、プレーナ型光導波路形成時のフォトマスクによりア
ライメントキーを形成することは困難である。これよ
り、本実施形態の集積化光モジュールの位置合わせ調整
方法においても、プロトン交換により作製されたプレー
ナ型光導波路デバイスの場合の方が高精度なアライメン
トキーの形成が容易であり、高精度な位置合わせ調整及
び実装が可能となって、より有効である。
In the present embodiment, since the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 can be directly adjusted, the accuracy of alignment adjustment and mounting depends on errors in the production of the alignment keys 17 and 4. . As described in relation to the first embodiment, in the proton exchange planar optical waveguide 3, the alignment key 4 is formed using the same photomask when the Ta mask is formed at the time of proton exchange for forming the planar optical waveguide. can do. On the other hand, in the case of the Ti-diffused planar optical waveguide, it is necessary to perform a heat treatment at 1000 ° C. or more for 6 hours in order to diffuse Ti in forming the planar optical waveguide. For this reason, if the alignment key is formed using the same photomask when forming the planar optical waveguide as described above,
The heat treatment for diffusing Ti deforms and deteriorates the formed alignment key of Ti. Therefore, it is difficult to form an alignment key for a Ti-diffused planar optical waveguide using a photomask at the time of forming the planar optical waveguide as in the present embodiment. Thus, in the method for adjusting the alignment of the integrated optical module of the present embodiment, it is easier to form a highly accurate alignment key in the case of the planar optical waveguide device manufactured by proton exchange, and it is possible to obtain a highly accurate alignment key. Positioning adjustment and mounting become possible, which is more effective.

【0074】以上の本実施形態の説明では、波長変換デ
バイスとして、第1の実施形態で説明したプレーナ型光
導波路を用いた波長変換デバイス200を用いる構成を
例として、説明している。本実施形態によれば、半導体
レーザ11とプレーナ型光導波路を用いた波長変換デバ
イス200との位置関係を直接に調整することにより、
高精度の位置合わせ調整が可能であり、両者の間で高効
率な光結合が実現できる。特に、半導体レーザと、プレ
ーナ型光導波路を用いた波長変換デバイスとから構成さ
れる第2高調波発生(SHG)を利用した短波長光源の
集積化光モジュールでは、得られる高調波光パワーが、
プレーナ型光導波路に結合する基本波の入射パワーの2
乗に比例するため、結合効率の向上が特に重要な要素に
なる。従って、本実施形態による集積化光モジュールの
位置合わせ調整方法は、第2高調波発生デバイスである
プレーナ型光導波路デバイスには、特に有効である。
In the above description of the present embodiment, the configuration using the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide described in the first embodiment as an example is described. According to the present embodiment, by directly adjusting the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide,
High-precision alignment adjustment is possible, and highly efficient optical coupling between the two can be realized. In particular, in the integrated optical module of the short wavelength light source using the second harmonic generation (SHG) composed of the semiconductor laser and the wavelength conversion device using the planar type optical waveguide, the obtained harmonic light power is
2 of the incident power of the fundamental wave coupled to the planar optical waveguide
Since it is proportional to the power, improvement of coupling efficiency is a particularly important factor. Therefore, the method for adjusting the alignment of the integrated optical module according to the present embodiment is particularly effective for a planar optical waveguide device that is a second harmonic generation device.

【0075】なお、本実施形態では、Siサブマウント
13への実装固定時に、はんだ層15を溶融するための
加熱処理が行われるが、この際に波長変換デバイス20
0が300℃まで加熱され、プロトン交換プレーナ型光
導波路3がアニールされる。従って、あらかじめプロト
ン交換プレーナ型光導波路3に対するアニール効果を考
慮して、波長変換デバイス200を設計し形成してい
る。これにより、はんだ層15の加熱溶融により半導体
レーザ11及び波長変換デバイス200をSiサブマウ
ント13に実装固定しても、高効率な波長変換特性を得
ることができる。
In the present embodiment, a heating process for melting the solder layer 15 is performed at the time of mounting and fixing to the Si submount 13.
0 is heated to 300 ° C., and the proton exchange planar optical waveguide 3 is annealed. Therefore, the wavelength conversion device 200 is designed and formed in consideration of the annealing effect on the proton exchange planar optical waveguide 3 in advance. Thus, even if the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are mounted and fixed on the Si submount 13 by heating and melting the solder layer 15, highly efficient wavelength conversion characteristics can be obtained.

【0076】(第3の実施形態)本実施形態では、半導
体レーザとプレーナ型光導波路デバイスとを集積した光
モジュール400において、半導体レーザ及びプレーナ
型光導波路デバイスの各々の上に形成されたアライメン
トキーをデバイス側から認識し、各アライメントキーの
位置関係を調整することにより、Siよりも熱伝導性の
高いAlNサブマウントの上に半導体レーザとプレーナ
型光導波路デバイスとを高精度で実装して、両者の間の
高効率な光結合を実現する、光モジュールの実装方法に
ついて説明する。本実施形態では、熱伝導の高い材料
(AlN)から構成されるサブマウントを用いることに
より、半導体レーザの寿命を長くし、また、熱分布から
生じるサブマウントの歪みを低減することができる。
(Third Embodiment) In this embodiment, in an optical module 400 in which a semiconductor laser and a planar optical waveguide device are integrated, an alignment key formed on each of the semiconductor laser and the planar optical waveguide device is provided. From the device side, and by adjusting the positional relationship of each alignment key, the semiconductor laser and the planar optical waveguide device are mounted on the AlN submount having higher thermal conductivity than Si with high accuracy. A method of mounting an optical module for realizing highly efficient optical coupling between the two will be described. In this embodiment, by using a submount made of a material having high thermal conductivity (AlN), the life of the semiconductor laser can be prolonged, and the distortion of the submount resulting from heat distribution can be reduced.

【0077】図7(a)及び(b)は、本実施形態に従
って構成される集積化光モジュール400の構成を示す
側面図及び平面図である。
FIGS. 7A and 7B are a side view and a plan view showing the configuration of an integrated optical module 400 constructed according to the present embodiment.

【0078】本実施形態の光モジュール300では、A
lNサブマウント24の上に、半導体レーザ11とプレ
ーナ型光導波路デバイスとが搭載されている。プレーナ
型光導波路デバイスとしては、第1の実施形態で説明し
た、MgドープLiNbO3基板1の上に周期的分極反
転領域(図7には不図示)とプロトン交換プレーナ型光
導波路3とが形成された波長変換デバイス200を用い
ている。波長変換デバイス200の基板1の上には、第
1の実施形態に示された方法によって、プレーナ型光導
波路3から10μm離れた位置にアライメントキー4が
形成されている。プレーナ型光導波路3の両側には更
に、アライメントキー4と同じ材料及び厚さの膜(例え
ばTa膜)によって、付加的なパターン4Aが形成され
ている。また、アライメントキー4及び付加的なパター
ン4Aの形成後には、プレーナ型光導波路3と半導体レ
ーザ11のレーザ発光部19とを高さ方向で位置合わせ
調整するために、SiO2保護膜5が、第1の実施形態
と同様に形成されている。更に保護膜5の上には、例え
ばTaからなる金属膜21が蒸着されている。そして、
AlNサブマウント24の上に電極として機能する金属
膜14を介して蒸着されたはんだ層15にTa金属膜2
1を固定することで、波長変換デバイス200がAlN
サブマウント24に固定される。
In the optical module 300 of this embodiment, A
The semiconductor laser 11 and the planar optical waveguide device are mounted on the 1N submount 24. As the planar optical waveguide device, the periodically poled region (not shown in FIG. 7) and the proton exchange planar optical waveguide 3 are formed on the Mg-doped LiNbO 3 substrate 1 described in the first embodiment. The wavelength conversion device 200 is used. On the substrate 1 of the wavelength conversion device 200, the alignment key 4 is formed at a position 10 μm away from the planar optical waveguide 3 by the method described in the first embodiment. On both sides of the planar optical waveguide 3, additional patterns 4A are formed by a film (for example, a Ta film) having the same material and thickness as the alignment key 4. After the formation of the alignment key 4 and the additional pattern 4A, the SiO 2 protective film 5 is used to adjust the alignment between the planar optical waveguide 3 and the laser emitting portion 19 of the semiconductor laser 11 in the height direction. It is formed similarly to the first embodiment. Further, a metal film 21 made of, for example, Ta is deposited on the protective film 5. And
The Ta metal film 2 is formed on the solder layer 15 deposited on the AlN submount 24 via the metal film 14 functioning as an electrode.
1 is fixed, the wavelength conversion device 200 becomes AlN
It is fixed to the submount 24.

【0079】一方、半導体レーザ11の表面にも、電極
23及びアライメントキー17が形成されている。Al
Nサブマウント24の上に金属膜14を介して蒸着され
たはんだ層15に電極23を固定することで、半導体レ
ーザ11がAlNサブマウント24に固定される。
On the other hand, an electrode 23 and an alignment key 17 are also formed on the surface of the semiconductor laser 11. Al
The semiconductor laser 11 is fixed to the AlN submount 24 by fixing the electrode 23 to the solder layer 15 deposited on the N submount 24 via the metal film 14.

【0080】半導体レーザ11がDBR半導体レーザで
ある場合には、半導体レーザ11の電極23、並びに半
導体レーザ11に対応してAlNサブマウント24の上
に形成されている金属膜14及びはんだ層15は、半導
体レーザ11の活性層領域及びDBR領域の各々(不図
示)に対応して、図示されているように分割して設けら
れる。或いは、半導体レーザ11がDBR型ではない一
般的な半導体レーザである場合には、その構造を考慮し
て、電極23、金属膜14、及びはんだ層15を図示さ
れるように分割して設ける必要はない。
When the semiconductor laser 11 is a DBR semiconductor laser, the electrode 23 of the semiconductor laser 11 and the metal film 14 and the solder layer 15 formed on the AlN submount 24 corresponding to the semiconductor laser 11 are The semiconductor laser 11 is divided and provided for each of the active layer region and the DBR region (not shown) of the semiconductor laser 11 as shown. Alternatively, when the semiconductor laser 11 is a general semiconductor laser that is not a DBR type, it is necessary to provide the electrode 23, the metal film 14, and the solder layer 15 separately as shown in FIG. There is no.

【0081】なお、図7(b)では、便宜上、半導体レ
ーザ11のサブマウント側の表面に形成されているアラ
イメントキー17、並びに、波長変換デバイス200の
サブマウント側の表面に形成されているアライメントキ
ー4、付加的なパターン4A、及びプレーナ型光導波路
3の位置を、図中に描いている。
In FIG. 7B, for convenience, the alignment key 17 formed on the submount side surface of the semiconductor laser 11 and the alignment key 17 formed on the submount side surface of the wavelength conversion device 200 are shown for convenience. The positions of the key 4, the additional pattern 4A and the planar optical waveguide 3 are depicted in the figure.

【0082】半導体レーザ11及び波長変換デバイス2
00は、何れも、活性層(ジャンクション)面或いはプ
レーナ型光導波路形成面がAlNサブマウント24に接
するように、ジャンクションダウンでAlNサブマウン
ト24に実装される。実装にあたっては、半導体レーザ
11と波長変換デバイス200とは、それぞれ別々のチ
ップハンド161及び162でAlNサブマウント24
に対して平行になるように保持される。なお、半導体レ
ーザ11のレーザ発光部19の位置、及びプレーナ型光
導波路を用いた波長変換デバイス200のプレーナ型光
導波路3の位置は、実装後にそれぞれSiサブマウント
13の表面から10μmの高さになるように、調整され
ている。
Semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 2
No. 00 is mounted on the AlN submount 24 by junction down so that the active layer (junction) surface or the planar optical waveguide forming surface is in contact with the AlN submount 24. In mounting, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are separated from each other by the chip hands 161 and 162, respectively.
Is held parallel to. In addition, the position of the laser light emitting portion 19 of the semiconductor laser 11 and the position of the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide are each set at a height of 10 μm from the surface of the Si submount 13 after mounting. It has been adjusted to be.

【0083】実装時にアライメントキー4及び17の画
像認識のために使用される検出装置136は、赤外光を
発するハロゲンランプ、赤外光を検出するための赤外光
カメラ、及び検出した画像を処理するためのコンピュー
タを含む。具体的には、本実施形態の光モジュールの構
成では、AlNサブマウント24が赤外光を透過しない
ので、サブマウント24のデバイス実装面の側からハロ
ゲンランプの赤外光を照射し、赤外光カメラにて、半導
体レーザ11に形成されたアライメントキー17、及び
波長変換デバイス200に形成されたアライメントキー
4を、それぞれ検出する。半導体レーザ11及び波長変
換デバイス200の上のアライメントキー17及び4
は、それぞれ光が導波する部分(レーザ発光部19及び
プレーナ型光導波路3)に対して中心対称位置に形成さ
れている。そのため、第2の実施形態に関連して図11
(a)及び(b)を参照しながら説明した方法により、
検出装置136の赤外光カメラにて検出されたアライメ
ントキー17及び4の像をコンピュータにて画像処理し
て、それぞれのアライメントキー17及び4の中心線M
1及びM2を求める。
A detection device 136 used for image recognition of the alignment keys 4 and 17 at the time of mounting includes a halogen lamp that emits infrared light, an infrared camera for detecting infrared light, and a detected image. Includes a computer for processing. Specifically, in the configuration of the optical module of the present embodiment, since the AlN submount 24 does not transmit infrared light, the submount 24 is irradiated with infrared light from a halogen lamp from the device mounting surface side, The optical camera detects an alignment key 17 formed on the semiconductor laser 11 and an alignment key 4 formed on the wavelength conversion device 200, respectively. Alignment keys 17 and 4 on semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 200
Are formed at centrally symmetric positions with respect to the portions where the light is guided (the laser light emitting portion 19 and the planar optical waveguide 3). Therefore, FIG.
According to the method described with reference to (a) and (b),
The images of the alignment keys 17 and 4 detected by the infrared light camera of the detection device 136 are image-processed by a computer, and the center line M of each of the alignment keys 17 and 4 is processed.
1 and M2 are obtained.

【0084】それぞれの中心線M1及びM2が求められ
たら、次に、波長変換デバイス200の中心線M2を基
準として、それに半導体レーザの中心線M1が一致する
ように、波長変換デバイス200の光入射端面に平行な
方向(この場合には、光伝搬方向に垂直な方向)におい
て、半導体レーザ11の位置を調整する。なお、半導体
レーザの中心線M1を基準とし、それに対して波長変換
デバイス200の中心線M2を位置合わせするように調
整してもよいが、半導体レーザ11の方が波長変換デバ
イス200よりも小さく且つ軽いので、半導体レーザ1
1を移動させて位置合わせ調整する方が、望ましい。
After the respective center lines M1 and M2 have been obtained, the light incident on the wavelength conversion device 200 is next set so that the center line M1 of the semiconductor laser coincides with the center line M2 of the wavelength conversion device 200. The position of the semiconductor laser 11 is adjusted in a direction parallel to the end face (in this case, a direction perpendicular to the light propagation direction). The center line M1 of the semiconductor laser may be used as a reference and the center line M2 of the wavelength conversion device 200 may be adjusted with respect to the center line M1, but the semiconductor laser 11 is smaller than the wavelength conversion device 200 and Because it is light, semiconductor laser 1
It is more desirable to adjust the alignment by moving the position 1.

【0085】次に、第2の実施形態においてと同様に、
半導体レーザ11の光出射端面のエッジ部と波長変換デ
バイス200の光入射端面のエッジ部との間の距離が3
μmになるように、両者の位置を半導体レーザ11の光
出射端面の法線方向に沿った方向(この場合には、光伝
搬方向)に調整する。位置合わせが完了すると、半導体
レーザ11と波長変換デバイス200とをそれぞれAl
Nサブマウント24の上に載置して、AlNサブマウン
ト24を300℃まで加熱し、はんだ層15を溶融す
る。続いて、はんだの酸化を避けるためにN2ガスを流
しながら冷却して、はんだを再び固化させる。これによ
って、半導体レーザ11及び波長変換デバイス200を
AlNサブマウント24の上に固定する。
Next, as in the second embodiment,
The distance between the edge of the light emitting end face of the semiconductor laser 11 and the edge of the light incident end face of the wavelength conversion device 200 is 3
The position of both is adjusted in the direction along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser 11 (in this case, the light propagation direction) so as to be μm. When the alignment is completed, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are respectively set to Al
Placed on the N submount 24, the AlN submount 24 is heated to 300 ° C. and the solder layer 15 is melted. Subsequently, cooling is performed while flowing N 2 gas to avoid oxidation of the solder, and the solder is solidified again. Thus, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are fixed on the AlN submount 24.

【0086】本実施形態の集積化光モジュール400の
構成では、半導体レーザ11の光出射端面より得られた
レーザ光は、波長変換デバイス200のプレーナ型光導
波路3に結合される。具体的には、半導体レーザ11か
らの100mWのレーザ出力に対して、50mWのレー
ザ光が、波長変換デバイス200のプレーナ型光導波路
3に結合した(結合効率50%)。半導体レーザ11の
発振波長を波長変換デバイス200の位相整合波長許容
度内に固定することにより、波長425nmの高調波光
が5mW程度得られ、高効率光結合及び波長変換が実現
された。また、AlNサブマウント24は熱伝導率が高
く、その熱膨張係数が、半導体レーザの基板の構成材料
として典型的に使用されるGaAsの熱膨張係数に近い
こともあり、光モジュールの温度変化に対して、Siサ
ブマウントよりも安定した光結合が得られる。具体的に
は、約±20℃の温度変化に対して、結合効率の変動は
約±5%以下であった。
In the configuration of the integrated optical module 400 of this embodiment, the laser light obtained from the light emitting end face of the semiconductor laser 11 is coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200. Specifically, for a laser output of 100 mW from the semiconductor laser 11, a laser beam of 50 mW was coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200 (coupling efficiency 50%). By fixing the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 within the tolerance of the phase matching wavelength of the wavelength conversion device 200, harmonic light having a wavelength of 425 nm was obtained at about 5 mW, and highly efficient optical coupling and wavelength conversion were realized. Also, the AlN submount 24 has a high thermal conductivity, and its thermal expansion coefficient is close to that of GaAs typically used as a constituent material of a semiconductor laser substrate. On the other hand, more stable optical coupling is obtained than with the Si submount. Specifically, for a temperature change of about ± 20 ° C., the variation of the coupling efficiency was about ± 5% or less.

【0087】本実施形態においても、第2の実施形態と
同様に、AlNサブマウント24の上には位置合わせ用
のアライメントキーが形成されていない。これは、第2
の実施形態に関連して説明したように、サブマウントの
上のアライメントキーに対して位置合わせ調整を行う
と、それぞれの実装時に誤差が生じて、結果として実装
誤差が大きくなるためである。本実施形態によれば、半
導体レーザ11と波長変換デバイス200との位置関係
を直接に調整することにより、高精度の位置合わせ調整
が可能となる。また、1回の位置合わせ調整により実装
が可能なので、実装に要する時間も短い。そのため、本
実施形態の位置合わせ調整及び実装方法は、量産性に適
した実用的な方法であり、その効果も大きい。
In this embodiment, similarly to the second embodiment, no alignment key is formed on the AlN submount 24 for positioning. This is the second
This is because, as described in connection with the embodiment, when the alignment adjustment is performed on the alignment key on the submount, an error occurs at the time of each mounting, and as a result, a mounting error increases. According to the present embodiment, high-precision alignment adjustment can be performed by directly adjusting the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200. In addition, since mounting can be performed by a single alignment adjustment, the time required for mounting is short. Therefore, the alignment adjustment and mounting method of the present embodiment is a practical method suitable for mass productivity, and has a great effect.

【0088】本実施形態でも、第2の実施形態と同様
に、半導体レーザ11と波長変換デバイス200との位
置関係を直接的に調整できるので、位置合わせ調整及び
実装の精度は、アライメントキー17及び4の作製時の
誤差に依存する。既に説明したように、プロトン交換プ
レーナ型光導波路3では、プレーナ型光導波路形成のた
めのプロトン交換時のTaマスクの形成時に、同じフォ
トマスクでアライメントキー4を高精度に形成すること
ができる。これより、本実施形態の集積化光モジュール
の位置合わせ調整方法においても、プロトン交換により
作製されたプレーナ型光導波路デバイスの方が高精度な
アライメントキーの形成が容易であり、高精度な位置合
わせ調整及び実装が可能となって、より有効である。
In this embodiment, as in the second embodiment, the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 can be directly adjusted. 4 depends on the error at the time of fabrication. As described above, in the proton-exchanged planar optical waveguide 3, the alignment key 4 can be formed with high precision using the same photomask when forming the Ta mask at the time of proton exchange for forming the planar-type optical waveguide. Accordingly, in the method for adjusting the alignment of the integrated optical module according to the present embodiment, it is easier to form the alignment key with higher accuracy in the planar-type optical waveguide device manufactured by proton exchange, and the alignment with higher accuracy is achieved. Adjustment and implementation are possible, which is more effective.

【0089】以上の本実施形態の説明では、波長変換デ
バイスとして、第1の実施形態で説明したプレーナ型光
導波路を用いた波長変換デバイス200を用いる構成を
例として、説明している。本実施形態によれば、半導体
レーザ11と波長変換デバイス200との位置関係を直
接に調整することにより、高精度の位置合わせ調整が可
能であり、両者の間で高効率な光結合が実現できる。特
に、半導体レーザと、プレーナ型光導波路を用いた波長
変換デバイスとから構成される第2高調波発生(SH
G)を利用した短波長光源の集積化光モジュールでは、
得られる高調波光パワーが、プレーナ型光導波路に結合
する基本波の入射パワーの2乗に比例するため、結合効
率の向上が特に重要な要素になる。従って、本実施形態
による集積化光モジュールの位置合わせ調整方法は、第
2高調波発生デバイスであるプレーナ型光導波路デバイ
スには、特に有効である。
In the above description of the present embodiment, the configuration using the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide described in the first embodiment is described as an example. According to the present embodiment, high-precision alignment adjustment is possible by directly adjusting the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200, and highly efficient optical coupling between the two can be realized. . In particular, the second harmonic generation (SH) composed of a semiconductor laser and a wavelength conversion device using a planar optical waveguide
In the integrated optical module of short wavelength light source using G),
Since the obtained harmonic light power is proportional to the square of the incident power of the fundamental wave coupled to the planar optical waveguide, improvement of coupling efficiency is a particularly important factor. Therefore, the method for adjusting the alignment of the integrated optical module according to the present embodiment is particularly effective for a planar optical waveguide device that is a second harmonic generation device.

【0090】なお、本実施形態では、AlNサブマウン
ト24への実装固定時に、はんだ層15を溶融するため
の加熱処理が行われるが、この際に波長変換デバイス2
00が300℃まで加熱されて、プロトン交換プレーナ
型光導波路3がアニールされる。従って、あらかじめプ
ロトン交換プレーナ型光導波路3に対するアニール効果
を考慮して、波長変換デバイス200を設計し形成して
いる。これにより、はんだ層15の加熱溶融により半導
体レーザ11及び波長変換デバイス200をAlNサブ
マウント24に実装固定しても、高効率な波長変換特性
を得ることができる。
In this embodiment, when the semiconductor device is mounted and fixed on the AlN submount 24, a heat treatment for melting the solder layer 15 is performed.
00 is heated to 300 ° C., and the proton exchange planar optical waveguide 3 is annealed. Therefore, the wavelength conversion device 200 is designed and formed in consideration of the annealing effect on the proton exchange planar optical waveguide 3 in advance. Thus, even if the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are mounted and fixed on the AlN submount 24 by heating and melting the solder layer 15, highly efficient wavelength conversion characteristics can be obtained.

【0091】(第4の実施形態)本実施形態では、半導
体レーザとプレーナ型光導波路デバイスとを集積した光
モジュール500において、半導体レーザ及びプレーナ
型光導波路デバイスの各々の上に形成されたアライメン
トキーを認識し、各アライメントキーの位置関係を調整
することにより、半導体レーザとプレーナ型光導波路デ
バイスとの間の高効率な光結合を実現する実装方法につ
いて説明する。
(Fourth Embodiment) In this embodiment, in an optical module 500 in which a semiconductor laser and a planar optical waveguide device are integrated, an alignment key formed on each of the semiconductor laser and the planar optical waveguide device is provided. A method of realizing highly efficient optical coupling between the semiconductor laser and the planar optical waveguide device by recognizing the above and adjusting the positional relationship between the alignment keys will be described.

【0092】図8(a)〜(e)は、本実施形態におけ
る集積化光モジュール500の実装方法の各ステップを
説明する図である。
FIGS. 8A to 8E are diagrams illustrating each step of the mounting method of the integrated optical module 500 in the present embodiment.

【0093】本実施形態の光モジュール500では、S
iサブマウント13の上に、半導体レーザ11とプレー
ナ型光導波路デバイスとが搭載されている。プレーナ型
光導波路デバイスとしては、第1の実施形態で説明し
た、MgドープLiNbO3基板1の上に周期的分極反
転領域(図8には不図示)とプロトン交換プレーナ型光
導波路3とが形成された波長変換デバイス200を用い
ている。波長変換デバイス200の基板1の上には、第
1の実施形態に示された方法によって、プレーナ型光導
波路3から10μm離れた位置にアライメントキー4が
形成されている。プレーナ型光導波路3の両側には更
に、アライメントキー4と同じ材料及び厚さの膜(例え
ばTa膜)によって、付加的なパターン4Aが形成され
ている。また、アライメントキー4及び付加的なパター
ン4Aの形成後には、プレーナ型光導波路3と半導体レ
ーザ11のレーザ発光部19とを高さ方向で位置合わせ
調整するために、SiO2保護膜5が、第1の実施形態
と同様に形成されている。このような構成を有する波長
変換デバイス200は、本実施形態では、Siサブマウ
ント13の上に形成された電極として機能する金属膜1
4に対して、紫外線硬化樹脂(UV硬化樹脂)によって
固定される。
In the optical module 500 of this embodiment, S
The semiconductor laser 11 and the planar optical waveguide device are mounted on the i-submount 13. As the planar optical waveguide device, the periodic domain-inverted region (not shown in FIG. 8) and the proton exchange planar optical waveguide 3 are formed on the Mg-doped LiNbO 3 substrate 1 described in the first embodiment. The wavelength conversion device 200 is used. On the substrate 1 of the wavelength conversion device 200, the alignment key 4 is formed at a position 10 μm away from the planar optical waveguide 3 by the method described in the first embodiment. On both sides of the planar optical waveguide 3, additional patterns 4A are formed by a film (for example, a Ta film) having the same material and thickness as the alignment key 4. After the formation of the alignment key 4 and the additional pattern 4A, the SiO 2 protective film 5 is used to adjust the alignment between the planar optical waveguide 3 and the laser emitting portion 19 of the semiconductor laser 11 in the height direction. It is formed similarly to the first embodiment. In the present embodiment, the wavelength conversion device 200 having such a configuration is the metal film 1 functioning as an electrode formed on the Si submount 13.
4 is fixed by an ultraviolet curable resin (UV curable resin).

【0094】一方、半導体レーザ11の表面には、例え
ばAu膜によって、電極23及びアライメントキー17
が形成されている。Siサブマウント13の上の半導体
レーザ11の搭載位置に相当する箇所には、電極として
機能する金属膜14の上にはんだ層15が形成されてお
り、このはんだ層15に電極23を固定することで、半
導体レーザ11がSiサブマウント13に固定される。
On the other hand, an electrode 23 and an alignment key 17 are formed on the surface of the semiconductor laser 11 by, for example, an Au film.
Are formed. At a position corresponding to the mounting position of the semiconductor laser 11 on the Si submount 13, a solder layer 15 is formed on a metal film 14 functioning as an electrode, and the electrode 23 is fixed to the solder layer 15. Thus, the semiconductor laser 11 is fixed to the Si submount 13.

【0095】半導体レーザ11がDBR半導体レーザで
ある場合には、半導体レーザ11の電極23、並びに半
導体レーザ11に対応してSiサブマウント13の上に
形成されている金属膜14及びはんだ層15は、半導体
レーザ11の活性層領域及びDBR領域の各々(不図
示)に対応して、図示されているように分割して設けら
れる。或いは、半導体レーザ11がDBR型ではない一
般的な半導体レーザである場合には、その構造を考慮し
て、電極23、金属膜14、及びはんだ層15を図示さ
れるように分割して設ける必要はない。
When the semiconductor laser 11 is a DBR semiconductor laser, the electrode 23 of the semiconductor laser 11 and the metal film 14 and the solder layer 15 formed on the Si submount 13 corresponding to the semiconductor laser 11 are formed. The semiconductor laser 11 is divided and provided for each of the active layer region and the DBR region (not shown) of the semiconductor laser 11 as shown. Alternatively, when the semiconductor laser 11 is a general semiconductor laser that is not a DBR type, it is necessary to provide the electrode 23, the metal film 14, and the solder layer 15 separately as shown in FIG. There is no.

【0096】続いて、図8(a)〜(e)を参照して、
本実施形態における光モジュール500の実装方法を、
あらためて説明する。
Subsequently, referring to FIGS. 8A to 8E,
The mounting method of the optical module 500 in the present embodiment
I will explain again.

【0097】本実施形態においても、半導体レーザ11
及び波長変換デバイス200は、ともに活性層(ジャン
クション)面或いはプレーナ型光導波路形成面がSiサ
ブマウント13に接するように、ジャンクションダウン
でSiサブマウント13に実装される。実装にあたって
は、まず図8(a)に示すように、半導体レーザ11及
び波長変換デバイス200を、それぞれ別々のチップハ
ンド161及び162でSiサブマウント13に対して
平行になるように保持し、Siサブマウント13の上の
各々の実装箇所の上方に位置させる。次に、半導体レー
ザ11をSiサブマウント13のはんだ層15の上に載
置した上でSiサブマウント13を300℃まで加熱
し、はんだ層15を溶融する。続いて、はんだの酸化を
避けるためにN2ガスを流しながら冷却してはんだを再
び固化して、図8(b)に示すように、半導体レーザ1
1をSiサブマウント13の上に固定する。
In this embodiment, the semiconductor laser 11
The wavelength conversion device 200 and the wavelength conversion device 200 are mounted on the Si submount 13 by junction down so that the active layer (junction) surface or the planar optical waveguide forming surface is in contact with the Si submount 13. At the time of mounting, first, as shown in FIG. 8A, the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 are held by separate chip hands 161 and 162, respectively, so as to be parallel to the Si submount 13. It is located above each mounting location on the submount 13. Next, after placing the semiconductor laser 11 on the solder layer 15 of the Si submount 13, the Si submount 13 is heated to 300 ° C. to melt the solder layer 15. Subsequently, in order to avoid oxidation of the solder, cooling is performed while flowing N 2 gas to solidify the solder again, and as shown in FIG.
1 is fixed on the Si submount 13.

【0098】次に、半導体レーザ11の上に形成された
アライメントキー17を利用して、波長変換デバイス2
00の位置合わせ調整を行って、Siサブマウント13
の上に、プレーナ型光導波路面がSiサブマウント13
に接するように実装する。
Next, using the alignment key 17 formed on the semiconductor laser 11, the wavelength conversion device 2
00 alignment adjustment, and the Si submount 13
The planar optical waveguide surface is on the Si submount 13
Implement to touch.

【0099】具体的には、まず図8(c)に示すよう
に、波長変換デバイス200をチップハンド162で保
持し、Siサブマウント13に対して平行になるように
位置を調整する。
Specifically, first, as shown in FIG. 8C, the wavelength conversion device 200 is held by the chip hand 162, and the position is adjusted so as to be parallel to the Si submount 13.

【0100】次に、Siサブマウント13の裏面から赤
外光を発するハロゲンランプ(不図示)を照射して、赤
外光カメラ(不図示)にて、半導体レーザ11及び波長
変換デバイス200にそれぞれ形成されたアライメント
キー17及び4を検出する。そして、検出された画像に
基づくコンピュータでの画像処理によって、まずアライ
メントキー17の重心を求め、それに基づいて、アライ
メントキー17の中心線M1を求める。次に、同様に、
波長変換デバイス200の上の各アライメントキー4の
重心を求めて、更にその中心線M2を求める。実際の処
理の際には、一画面に両アライメントキー17及び4が
認識されるが、はじめに画面の片側のみを画像処理し、
次に画面のもう一方の片側のみを画像処理することによ
り、それぞれの中心線M1及びM2が認識される。
Next, a halogen lamp (not shown) emitting infrared light is irradiated from the back surface of the Si submount 13 to the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 by an infrared camera (not shown). The formed alignment keys 17 and 4 are detected. Then, the center of gravity of the alignment key 17 is first determined by image processing by a computer based on the detected image, and the center line M1 of the alignment key 17 is determined based on the center of gravity. Then, similarly,
The center of gravity of each alignment key 4 on the wavelength conversion device 200 is obtained, and the center line M2 thereof is further obtained. At the time of actual processing, both alignment keys 17 and 4 are recognized on one screen. First, only one side of the screen is image-processed.
Next, image processing is performed only on the other side of the screen, whereby the respective center lines M1 and M2 are recognized.

【0101】半導体レーザ11及び波長変換デバイス2
00の上のアライメントキー17及び4は、それぞれ光
が導波する部分(レーザ発光部19及びプレーナ型光導
波路3)に対して中心対称位置に形成されている。上記
のようにしてそれぞれの中心線M1及びM2が求められ
たら、次に、半導体レーザ11の中心線M1を基準とし
て、それに波長変換デバイス200の中心線M2が一致
するように、波長変換デバイス200の位置を、光伝搬
方向に垂直な方向、すなわち、波長変換デバイス200
の光入射端面に平行な方向(図8(d)の矢印62の方
向)で調整する。
Semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 2
Alignment keys 17 and 4 above 00 are formed at centrally symmetrical positions with respect to the portions where light is guided (laser light emitting portion 19 and planar optical waveguide 3). After the respective center lines M1 and M2 are obtained as described above, the wavelength conversion device 200 is next set such that the center line M2 of the wavelength conversion device 200 matches the center line M1 of the semiconductor laser 11. In the direction perpendicular to the light propagation direction, that is, the wavelength conversion device 200.
8 (in the direction of arrow 62 in FIG. 8D).

【0102】次に、第2の実施形態においてと同様に、
半導体レーザ11の光出射端面と波長変換デバイス20
0の光入射端面との間の距離が3μmになるように、そ
れぞれのエッジ部の検出結果に基づく光伝搬方向、すな
わち、半導体レーザ11の光出射端面の法線方向に沿っ
た方向(図8(d)の矢印64の方向)での位置調整を
行う。位置合わせが完了すると、ディスペンサー(不図
示)によって、波長変換デバイス200とSiサブマウ
ント13との間にUV硬化樹脂を塗布し、更にUV光の
照射を行って、塗布された樹脂を硬化させる。これによ
って、図8(e)に示すように、波長変換デバイス20
0がSiサブマウント13の上に固定し、光モジュール
500が構成される。
Next, as in the second embodiment,
Light emitting end face of semiconductor laser 11 and wavelength conversion device 20
The light propagation direction based on the detection result of each edge portion, that is, the direction along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser 11 (FIG. 8) so that the distance from the light incident end face of the semiconductor laser 11 becomes 3 μm. Position adjustment in the direction of the arrow 64 in (d)) is performed. When the alignment is completed, a UV curable resin is applied between the wavelength conversion device 200 and the Si submount 13 by a dispenser (not shown), and further, irradiation of UV light is performed to cure the applied resin. As a result, as shown in FIG.
0 is fixed on the Si submount 13 to configure the optical module 500.

【0103】本実施形態の集積化光モジュール500の
構成では、半導体レーザ11の光出射端面より得られた
レーザ光は、波長変換デバイス200のプレーナ型光導
波路3に結合される。具体的には、半導体レーザ11か
らの100mWのレーザ出力に対して、50mWのレー
ザ光が、波長変換デバイス200のプレーナ型光導波路
3に結合した(結合効率50%)。また、第2の実施形
態と同様に、約±0.3μm以下の位置合わせ調整精度
が実現され、この結果として、90%以上のサンプルに
おいて45%以上の結合効率が得られる。半導体レーザ
11の発振波長を波長変換デバイス200の位相整合波
長許容度内に固定することにより、波長425nmの高
調波光が5mW程度得られ、高効率光結合及び波長変換
が実現された。また、本実施形態では、波長変換デバイ
ス200が熱処理されずに実装されるので、より高効率
な波長変換特性が実現される。
In the configuration of the integrated optical module 500 of this embodiment, the laser light obtained from the light emitting end face of the semiconductor laser 11 is coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200. Specifically, for a laser output of 100 mW from the semiconductor laser 11, a laser beam of 50 mW was coupled to the planar optical waveguide 3 of the wavelength conversion device 200 (coupling efficiency 50%). Further, similarly to the second embodiment, a positioning adjustment accuracy of about ± 0.3 μm or less is realized, and as a result, a coupling efficiency of 45% or more is obtained for a sample of 90% or more. By fixing the oscillation wavelength of the semiconductor laser 11 within the tolerance of the phase matching wavelength of the wavelength conversion device 200, harmonic light having a wavelength of 425 nm was obtained at about 5 mW, and highly efficient optical coupling and wavelength conversion were realized. Further, in the present embodiment, since the wavelength conversion device 200 is mounted without heat treatment, more efficient wavelength conversion characteristics are realized.

【0104】本実施形態においても、第2の実施形態と
同様に、Siサブマウント13の上には位置合わせ用の
アライメントキーが形成されていない。第2の実施形態
に関連して説明したように、サブマウントの上のアライ
メントキーに対して位置合わせ調整を行うと、それぞれ
の実装時に誤差が生じて、結果として実装誤差が大きく
なるためである。本実施形態によれば、半導体レーザ1
1と波長変換デバイス200との位置関係を直接に調整
することにより、高精度の位置合わせ調整が可能とな
る。また、1回の位置合わせ調整により実装が可能なの
で、実装に要する時間も短い。そのため、本実施形態の
位置合わせ調整及び実装方法は、量産性に適した実用的
な方法であり、その効果も大きい。
In the present embodiment, similarly to the second embodiment, no alignment key for positioning is formed on the Si submount 13. As described in relation to the second embodiment, if the alignment is adjusted with respect to the alignment key on the submount, an error occurs at the time of each mounting, and as a result, a mounting error increases. . According to the present embodiment, the semiconductor laser 1
By directly adjusting the positional relationship between the device 1 and the wavelength conversion device 200, highly accurate alignment adjustment can be performed. In addition, since mounting can be performed by a single alignment adjustment, the time required for mounting is short. Therefore, the alignment adjustment and mounting method of the present embodiment is a practical method suitable for mass productivity, and has a great effect.

【0105】本実施形態でも、第2の実施形態と同様
に、半導体レーザ11と波長変換デバイス200との位
置関係を直接的に調整できるので、位置合わせ調整及び
実装の精度は、アライメントキー17及び4の作製時の
誤差に依存する。既に説明したように、プロトン交換プ
レーナ型光導波路3では、プレーナ型光導波路形成のた
めのプロトン交換時のTaマスクの形成時に、同じフォ
トマスクでアライメントキー4を高精度に形成すること
ができる。これより、本実施形態の集積化光モジュール
の位置合わせ調整方法においても、プロトン交換により
作製されたプレーナ型光導波路デバイスの方が高精度な
アライメントキーの形成が容易であり、高精度な位置合
わせ調整及び実装が可能となって、より有効である。
In the present embodiment, as in the second embodiment, the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200 can be directly adjusted. 4 depends on the error at the time of fabrication. As described above, in the proton-exchanged planar optical waveguide 3, the alignment key 4 can be formed with high precision using the same photomask when forming the Ta mask at the time of proton exchange for forming the planar-type optical waveguide. As a result, in the method for adjusting the alignment of the integrated optical module of the present embodiment, it is easier to form a highly accurate alignment key in the planar optical waveguide device manufactured by proton exchange, and to achieve a highly accurate alignment. Adjustment and implementation are possible, which is more effective.

【0106】以上の本実施形態の説明では、波長変換デ
バイスとして、第1の実施形態で説明したプレーナ型光
導波路を用いた波長変換デバイス200を用いる構成を
例として説明している。本実施形態によれば、半導体レ
ーザ11と波長変換デバイス200との位置関係を直接
に調整することにより、高精度の位置合わせ調整が可能
であり、両者の間で高効率な光結合が実現できる。特
に、半導体レーザと波長変換デバイスとから構成される
第2高調波発生(SHG)を利用した短波長光源の集積
化光モジュールでは、得られる高調波光パワーが、プレ
ーナ型光導波路に結合する基本波の入射パワーの2乗に
比例するため、結合効率の向上が特に重要な要素にな
る。従って、本実施形態による集積化光モジュールの位
置合わせ調整方法は、第2高調波発生デバイスであるプ
レーナ型光導波路デバイスには、特に有効である。
In the above description of the present embodiment, the configuration using the wavelength conversion device 200 using the planar optical waveguide described in the first embodiment as an example of the wavelength conversion device has been described. According to the present embodiment, high-precision alignment adjustment is possible by directly adjusting the positional relationship between the semiconductor laser 11 and the wavelength conversion device 200, and highly efficient optical coupling between the two can be realized. . In particular, in an integrated optical module of a short wavelength light source using second harmonic generation (SHG) composed of a semiconductor laser and a wavelength conversion device, the obtained harmonic light power is applied to the fundamental wave coupled to the planar optical waveguide. , Is proportional to the square of the incident power, so that the coupling efficiency is a particularly important factor. Therefore, the method for adjusting the alignment of the integrated optical module according to the present embodiment is particularly effective for a planar optical waveguide device that is a second harmonic generation device.

【0107】本実施形態では、波長変換デバイス200
をUV硬化樹脂により固定するため、加熱処理を行うこ
となく実装できる。これにより、動作特性の変化を考慮
せずに実装できるので、その効果は大きい。
In this embodiment, the wavelength conversion device 200
Is fixed with a UV curable resin, so that it can be mounted without performing a heat treatment. As a result, since the mounting can be performed without considering the change in the operation characteristics, the effect is large.

【0108】なお、光ディスク装置における光源などと
して本発明の集積化光モジュールを使用する際には、半
導体レーザにおける発光点などを、100μm程度の位
置精度で位置合わせすることが要求される。その場合に
は、本発明に従ったアライメントキーとは別に、従来の
一般的なアライメントキーを半導体レーザ及びサブマウ
ントの上に形成しておいて、これらを利用して半導体レ
ーザをサブマウントに実装し、その後に本実施形態の方
法に従って、中心線M1とM2とが一致するように波長
変換デバイス200を実装された半導体レーザ11に対
して位置合わせ調整して実装しても、同様の効果が得ら
れる。
When the integrated optical module of the present invention is used as a light source or the like in an optical disk device, it is required to align a light emitting point of a semiconductor laser with a positional accuracy of about 100 μm. In that case, apart from the alignment key according to the present invention, a conventional general alignment key is formed on the semiconductor laser and the submount, and the semiconductor laser is mounted on the submount using these. Then, even if the wavelength conversion device 200 is aligned and mounted on the mounted semiconductor laser 11 so that the center lines M1 and M2 coincide with each other according to the method of the present embodiment, the same effect can be obtained. can get.

【0109】上記の各実施形態の説明では、集積化光モ
ジュールに含まれるプレーナ型光導波路デバイスの光入
射端面が、プレーナ型光導波路に対して垂直に形成され
ている。しかし、本発明の適用はこのような場合に限ら
れるわけではなく、プレーナ型光導波路に対して端面が
斜めに形成されているプレーナ型光導波路デバイスを用
いた集積化光モジュールの実装においても、本発明は同
様の効果を奏することができる。
In the description of each of the above embodiments, the light incidence end face of the planar optical waveguide device included in the integrated optical module is formed perpendicular to the planar optical waveguide. However, the application of the present invention is not limited to such a case, and even in mounting an integrated optical module using a planar optical waveguide device whose end face is formed obliquely with respect to the planar optical waveguide, The present invention can provide the same effect.

【0110】図12には、斜め端面を有するプレーナ型
光導波路デバイスを用いた集積化光モジュールの構成の
一例を、模式的に示す。
FIG. 12 schematically shows an example of the configuration of an integrated optical module using a planar optical waveguide device having an oblique end face.

【0111】この集積化光モジュールでは、サブマウン
ト53の上に、半導体レーザ50とプレーナ型光導波路
52を有する光導波路デバイス51とが、半導体レーザ
50の光出射端面と光導波路デバイス51の光入射端面
とが相対するように実装されている。ここで、光導波路
デバイス51の端面は、光導波路52に対して直交する
方向から約4度傾いて形成されている。この場合、光導
波路デバイス51がLiNbO3基板(屈折率=約2.
1)を使用して形成されていれば、スネルの法則に従っ
て、光導波路52への光の入射角度は約8.4度になる
(すなわち、光導波路52の光軸は、半導体レーザ50
の出射光の光軸に対して約8.4度だけ傾いている)。
このために、半導体レーザ50の光軸と光導波路デバイ
ス51の光導波路52における光伝搬方向とは、お互い
に平行ではなくなる。
In this integrated optical module, the semiconductor laser 50 and the optical waveguide device 51 having the planar optical waveguide 52 are mounted on the submount 53 by the light emitting end face of the semiconductor laser 50 and the light incident on the optical waveguide device 51. It is mounted so that it faces the end face. Here, the end face of the optical waveguide device 51 is formed to be inclined about 4 degrees from a direction orthogonal to the optical waveguide 52. In this case, the optical waveguide device 51 is made of a LiNbO 3 substrate (refractive index = about 2.
1), the angle of incidence of light on the optical waveguide 52 is approximately 8.4 degrees according to Snell's law (ie, the optical axis of the optical waveguide 52 is
Is inclined by about 8.4 degrees with respect to the optical axis of the outgoing light.
Therefore, the optical axis of the semiconductor laser 50 and the light propagation direction in the optical waveguide 52 of the optical waveguide device 51 are not parallel to each other.

【0112】このような場合でも、半導体レーザ50の
光出射端面と光導波路デバイス51の光入射端面との間
の距離を一定に保持しながら光結合調整を行うために
は、これまでの実施形態で説明した本発明による方法に
従って、図12に矢印72で示す方向、すなわち光導波
路デバイス51の光入射端面に平行な方向に光導波路デ
バイス51を移動させて、位置合わせ調整を行う。
Even in such a case, in order to perform the optical coupling adjustment while keeping the distance between the light emitting end face of the semiconductor laser 50 and the light incident end face of the optical waveguide device 51 constant, the above-described embodiment is used. In accordance with the method according to the present invention described above, the alignment adjustment is performed by moving the optical waveguide device 51 in the direction indicated by the arrow 72 in FIG. 12, that is, in the direction parallel to the light incident end face of the optical waveguide device 51.

【0113】なお、図12に矢印74で示す方向、すな
わち半導体レーザ50の光出射端面の法線方向に沿った
方向での位置合わせ調整は、これまでの実施形態で説明
したように、半導体レーザ50の光出射端面のエッジ部
及び光導波路デバイス51の光入射端面のエッジ部の検
出結果に基づいて、行うことができる。
The alignment adjustment in the direction indicated by the arrow 74 in FIG. 12, that is, the direction along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser 50 is performed as described in the previous embodiments. This can be performed based on the detection results of the edge portion of the light emitting end surface of the optical waveguide device 50 and the edge portion of the light incident end surface of the optical waveguide device 51.

【0114】以上の各実施形態の説明では、プレーナ型
光導波路を有する光導波路デバイスとして、波長変換デ
バイスを用いる構成を特に説明しているが、本発明の適
用はこれに限られるものではなく、例えば、3dBカッ
プラやマッハチェンダー干渉計などを利用したプレーナ
型光導波路を有する変調デバイスにおいても、同様の効
果が得られる。これらを用いる構成においても、半導体
レーザ及びプレーナ型光導波路デバイスのサブマウント
上での位置を、半導体レーザの上のアライメントキーの
中心線とプレーナ型光導波路デバイスの上のアライメン
トキーの中心線とが一致するように、且つ両者の対向す
る端面間の距離が所望の値になるように調整し、それぞ
れを実装することにより、高効率の光結合が実現でき
て、光の利用効率も向上する。これによって、半導体レ
ーザの出力が低減されて、その実用的効果は大きい。
In the above description of each embodiment, a configuration using a wavelength conversion device as an optical waveguide device having a planar optical waveguide is particularly described. However, the application of the present invention is not limited to this. For example, a similar effect can be obtained in a modulation device having a planar optical waveguide using a 3 dB coupler, a Mach-Cheander interferometer, or the like. Also in the configuration using these, the positions of the semiconductor laser and the planar optical waveguide device on the submount are aligned with the center line of the alignment key on the semiconductor laser and the central line of the alignment key on the planar optical waveguide device. By adjusting the distances so that they coincide with each other and the distance between the opposite end faces to a desired value and mounting them, highly efficient optical coupling can be realized, and the light use efficiency can be improved. Thereby, the output of the semiconductor laser is reduced, and its practical effect is great.

【0115】プレーナ型光導波路3を有する光導波路デ
バイスにおいて、プレーナ型光導波路3を形成する基板
1としては、上記の各実施形態で説明しているようなM
gドープLiNbO3基板に限られるものではなく、当
該技術分野で使用される他の適切な強誘電体基板であっ
てもよい。具体的には、LiTaO3結晶、KTiOP
4結晶、或いはKNbO3結晶など、大きな非線形光学
定数を有する結晶からなる基板の使用が、可能である。
In the optical waveguide device having the planar optical waveguide 3, the substrate 1 on which the planar optical waveguide 3 is formed is made of M as described in each of the above embodiments.
It is not limited to a g-doped LiNbO 3 substrate, but may be any other suitable ferroelectric substrate used in the art. Specifically, LiTaO 3 crystal, KTiOP
It is possible to use a substrate made of a crystal having a large nonlinear optical constant, such as an O 4 crystal or a KNbO 3 crystal.

【0116】また、上記の各実施形態では、プレーナ型
光導波路3を形成するためのストライプマスクと同じ材
料から形成されるアライメントキー4及び付加的なパタ
ーン4Aの構成材料を、Ta膜としている。しかし、こ
れに限られるものではなく、当該技術分野で使用される
他の適切な材料の膜であってもよい。具体的には、A
l、Cr、或いはTi/Auなどの金属膜、特に、アラ
イメントキー4の検出のために使用される光に対して十
分に大きな反射率を有する金属膜から、アライメントキ
ー4及び付加的なパターン4Aを構成することができ
る。或いは、アライメントキー4の検出のために使用さ
れる光に対する反射率を大きく設計した誘電体膜によっ
て、アライメントキー4及び付加的なパターン4Aを構
成してもよい。
In each of the above embodiments, the material of the alignment key 4 and the additional pattern 4A formed of the same material as the stripe mask for forming the planar optical waveguide 3 is a Ta film. However, the present invention is not limited to this, and may be a film of another appropriate material used in the art. Specifically, A
From the metal film such as l, Cr, or Ti / Au, particularly the metal film having a sufficiently large reflectivity to the light used for detecting the alignment key 4, the alignment key 4 and the additional pattern 4A Can be configured. Alternatively, the alignment key 4 and the additional pattern 4A may be formed by a dielectric film designed to have a large reflectance for light used for detecting the alignment key 4.

【0117】更に、プレーナ型光導波路3を有する光導
波路デバイスにおいて、アライメントキー4の保護及び
プレーナ型光導波路3の高さ方向での位置の調整のため
に基板1の表面に設けられる保護膜5の構成材料も、上
記の説明におけるSiO2に限られるわけではなく、当
該技術分野で使用される他の適切な材料の膜であっても
よい。例えば、Al25やTa25など、基板よりも低
い屈折率を有し、且つ基本波及び高調波に対して透明で
ある材料の膜を使用することができる。
Further, in the optical waveguide device having the planar optical waveguide 3, a protective film 5 provided on the surface of the substrate 1 for protecting the alignment key 4 and adjusting the position of the planar optical waveguide 3 in the height direction. Is not limited to SiO 2 in the above description, and may be a film of another appropriate material used in the art. For example, a film of a material such as Al 2 O 5 or Ta 2 O 5 which has a lower refractive index than the substrate and is transparent to the fundamental wave and the harmonics can be used.

【0118】また、上記の説明における半導体レーザの
光出射端面の法線方向に沿った方向での位置合わせ調
整、並びに光導波路デバイスの光入射端面に平行な方向
での位置合わせ調整とは、それぞれ、厳密にその方向に
沿っている必要はない。それらの方向からある程度の角
度を有して調整される場合、すなわち、半導体レーザの
光出射端面の法線方向にほぼ沿った方向、及び光導波路
デバイスの光入射端面にほぼ平行な方向で、それぞれ位
置合わせ調整が行われるような場合に対しても、本発明
は適用可能であって、同様の効果を得ることが可能であ
る。
In the above description, the alignment adjustment in the direction along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser and the alignment adjustment in the direction parallel to the light incident end face of the optical waveguide device are respectively described. Need not be strictly along that direction. When adjusted with a certain angle from those directions, that is, in a direction substantially along the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser and in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device, respectively. The present invention is applicable to the case where the alignment adjustment is performed, and the same effect can be obtained.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プレーナ
型光導波路を有する光導波路デバイスにおいて、プレー
ナ型光導波路に対して小さな導波損失しか与えない小さ
なアライメントキーを、高い位置精度で形成できる。
As described above, according to the present invention, in an optical waveguide device having a planar optical waveguide, a small alignment key that gives only a small waveguide loss to the planar optical waveguide is formed with high positional accuracy. it can.

【0120】また、本発明によれば、半導体レーザと、
プレーナ型光導波路を有する光導波路デバイスとを、1
回の位置合わせ調整によって実装することが可能とな
り、且つ高精度な位置合わせ調整を行うことができるの
で、量産性に優れた集積化光モジュールが提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor laser,
An optical waveguide device having a planar optical waveguide;
Since the mounting can be performed by performing the positioning adjustments a plurality of times and the positioning adjustment can be performed with high accuracy, an integrated optical module excellent in mass productivity can be provided.

【0121】更に本発明によれば、集積化光モジュール
のサンプル間での結合効率のばらつきが低減される。ま
た、半導体レーザに対する位置合わせ調整を省略するこ
とも可能である。
Further, according to the present invention, variation in coupling efficiency between samples of the integrated optical module is reduced. It is also possible to omit the alignment adjustment for the semiconductor laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態における、プレーナ型
光導波路を有する光導波路デバイスの構成を示す斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide device having a planar optical waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の光導波路デバイスの形成プロセスを説明
するための斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view for explaining a forming process of the optical waveguide device of FIG. 1;

【図3】本発明の第1の実施形態における、プレーナ型
光導波路を有する光導波路デバイスの具体的な一例とし
て、プレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイスの構
成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a wavelength conversion device using a planar optical waveguide as a specific example of an optical waveguide device having a planar optical waveguide in the first embodiment of the present invention.

【図4】波長許容幅が拡大された第2高調波発生デバイ
スの第2高調波発生カーブの一例を模式的に示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of a second harmonic generation curve of a second harmonic generation device having an increased allowable wavelength width.

【図5】図4の特性を有する第2高調波発生デバイスに
おいて、プレーナ型光導波路の近接部にアライメントキ
ーが形成された場合の、第2高調波発生カーブの一例を
模式的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a second harmonic generation curve when an alignment key is formed in the vicinity of the planar optical waveguide in the second harmonic generation device having the characteristics of FIG. 4; is there.

【図6】(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態
に従って構成される集積化光モジュールの構成を示す側
面図及び平面図である。
FIGS. 6 (a) and (b) are a side view and a plan view showing a configuration of an integrated optical module configured according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)及び(b)は、本発明の第3の実施形態
に従って構成される集積化光モジュールの構成を示す側
面図及び平面図である。
FIGS. 7A and 7B are a side view and a plan view showing a configuration of an integrated optical module configured according to a third embodiment of the present invention.

【図8】(a)〜(e)は、本発明の第4の実施形態に
おける集積化光モジュールの実装方法の各ステップを説
明する図である。
FIGS. 8A to 8E are diagrams illustrating steps of a method for mounting an integrated optical module according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】従来技術による光モジュールの構成を模式的に
示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical module according to a conventional technique.

【図10】他の従来技術による光モジュールの構成を模
式的に示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an optical module according to another conventional technique.

【図11】(a)及び(b)は、それぞれ、本発明によ
る集積化光モジュールに関して、検出装置によって得ら
れる半導体レーザ及び波長変換デバイスの上のアライメ
ントキーの認識画像を模式的に示す図である。
FIGS. 11A and 11B are diagrams schematically showing a recognition image of an alignment key on a semiconductor laser and a wavelength conversion device obtained by a detection device with respect to an integrated optical module according to the present invention, respectively. is there.

【図12】本発明が適用され得る、斜め端面を有するプ
レーナ型光導波路デバイスを用いた集積化光モジュール
の構成例を模式的に示す図である。
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an integrated optical module using a planar optical waveguide device having an oblique end face to which the present invention can be applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 MgドープLiNbO3基板 2 ストライプマスク 2A 開口部 3 プレーナ型光導波路 4 アライメントキー 4−1 アライメントキー 4−2 アライメントキー 4A 付加的なパターン 5 保護膜 7 分極反転領域 11 半導体レーザ 13 Siサブマウント 14 金属膜 15 はんだ層 17 アライメントキー 17−1 アライメントキー 17−2 アライメントキー 19 レーザ発光部 21 金属膜 23 電極 24 AlNサブマウント 136 検出装置 161 チップハンド 162 チップハンド 26 Siサブマウント 27 半導体レーザ 28 V溝 29 光ファイバ 125 チップ搭載領域 126 アライメントキー 127 アライメントキー 30 DBR半導体レーザ 31 活性層領域 32 DBR領域 33 プレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイス 34 プレーナ型光導波路 35 分極反転領域 36 MgドープLiNbO3基板 37 サブマウント 38 サブマウント 39 配線 40 ボンディングワイヤ 41 支持部材 50 半導体レーザ 51 プレーナ型光導波路デバイス 52 プレーナ型光導波路 53 サブマウント 100 プレーナ型光導波路を有する光導波路デバイス
(プレーナ型光導波路デバイス) 200 プレーナ型光導波路を用いた波長変換デバイス 300 集積化光モジュール 400 集積化光モジュール 500 集積化光モジュール A1 重心 A2 重心 B1 重心 B2 重心 M1 中心線 M2 中心線
Reference Signs List 1 Mg-doped LiNbO 3 substrate 2 Stripe mask 2A Opening 3 Planar type optical waveguide 4 Alignment key 4-1 Alignment key 4-2 Alignment key 4A Additional pattern 5 Protective film 7 Polarized region 11 Semiconductor laser 13 Si submount 14 Metal film 15 Solder layer 17 Alignment key 17-1 Alignment key 17-2 Alignment key 19 Laser emission unit 21 Metal film 23 Electrode 24 AlN submount 136 Detector 161 Chip hand 162 Chip hand 26 Si submount 27 Semiconductor laser 28 V groove REFERENCE SIGNS LIST 29 Optical fiber 125 Chip mounting area 126 Alignment key 127 Alignment key 30 DBR semiconductor laser 31 Active layer area 32 DBR area 33 Wavelength change using planar optical waveguide Device 34 planar optical waveguide 35 inverted regions 36 Mg-doped LiNbO 3 substrate 37 submount 38 submount 39 wire 40 bonding wire 41 support member 50 semiconductor laser 51 planar optical waveguide device 52 planar optical waveguide 53 submount 100 planar Optical waveguide device having an optical waveguide (planar optical waveguide device) 200 Wavelength conversion device using planar optical waveguide 300 Integrated optical module 400 Integrated optical module 500 Integrated optical module A1 Center of gravity A2 Center of gravity B1 Center of gravity B2 Center of gravity M1 Center Line M2 Center line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 和久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H037 AA01 AA04 BA02 DA03 DA04 DA12 DA18 2H047 KA04 MA05 MA07 PA13 PA21 QA03 RA00 RA04 TA32 2K002 AA01 AA02 AB12 AB27 CA03 CA22 DA06 EA25 FA17 FA26 GA10 HA20 5F073 AA65 BA01 BA04 FA07 FA13 FA23  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhisa Yamamoto 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (reference) 2H037 AA01 AA04 BA02 DA03 DA04 DA12 DA18 2H047 KA04 MA05 MA07 PA13 PA21 QA03 RA00 RA04 TA32 2K002 AA01 AA02 AB12 AB27 CA03 CA22 DA06 EA25 FA17 FA26 GA10 HA20 5F073 AA65 BA01 BA04 FA07 FA13 FA23

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体基板と、 該強誘電体基板に形成されたプレーナ型光導波路と、 該強誘電体基板の表面において、プレーナ型光導波路か
ら所定の距離だけ離れた位置に形成されたアライメント
キーと、 該プレーナ型光導波路及び該アライメントキーを覆うよ
うに該強誘電体基板の表面に形成された保護膜と、を少
なくとも備える、光導波路デバイス。
A ferroelectric substrate; a planar optical waveguide formed on the ferroelectric substrate; and a surface formed on the surface of the ferroelectric substrate at a predetermined distance from the planar optical waveguide. An optical waveguide device, comprising: at least an alignment key; and a protective film formed on a surface of the ferroelectric substrate so as to cover the planar optical waveguide and the alignment key.
【請求項2】 前記プレーナ型光導波路が、プロトン交
換法により形成されたプロトン交換プレーナ型光導波路
である、請求項1に記載の光導波路デバイス。
2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the planar optical waveguide is a proton exchange planar optical waveguide formed by a proton exchange method.
【請求項3】 前記プレーナ型光導波路と前記アライメ
ントキーとが、同じフォトマスクを利用して形成されて
いる、請求項1或いは2に記載の光導波路デバイス。
3. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the planar optical waveguide and the alignment key are formed using the same photomask.
【請求項4】 前記アライメントキーが前記プレーナ型
光導波路から10μm以上離れた場所に位置する、請求
項1から3の何れか一つに記載の光導波路デバイス。
4. The optical waveguide device according to claim 1, wherein said alignment key is located at a distance of at least 10 μm from said planar optical waveguide.
【請求項5】 前記プレーナ型光導波路の中に周期的に
分極反転領域が形成されていて、擬似位相整合により第
2高調波発生デバイスとして機能する、請求項1から4
の何れか一つに記載の光導波路デバイス。
5. The device according to claim 1, wherein a domain-inverted region is periodically formed in said planar optical waveguide, and functions as a second harmonic generation device by quasi-phase matching.
The optical waveguide device according to any one of the above.
【請求項6】 請求項1から5の何れか一つに記載の光
導波路デバイスと、 該光導波路デバイスの前記プレーナ型光導波路に出射光
が光学的に結合するように配置された半導体レーザと、
を少なくとも備える、集積化光モジュール。
6. An optical waveguide device according to claim 1, further comprising: a semiconductor laser arranged so that outgoing light is optically coupled to the planar optical waveguide of the optical waveguide device. ,
An integrated optical module comprising at least:
【請求項7】 少なくとも半導体レーザとプレーナ型光
導波路が形成された光導波路デバイスとをサブマウント
上に実装して構成される集積化光モジュールの実装方法
であって、 該半導体レーザの光出射端面のエッジ部と該光導波路デ
バイスの光入射端面のエッジ部とを検出するステップ
と、 該各々のエッジ部の検出結果を利用して、該サブマウン
トの表面内で、該半導体レーザ及び該光導波路デバイス
の位置を、該半導体レーザの該光出射端面の法線方向に
ほぼ沿った方向において、位置合わせ調整するステップ
と、を包含する、集積化光モジュールの実装方法。
7. A method for mounting an integrated optical module, comprising mounting at least a semiconductor laser and an optical waveguide device having a planar optical waveguide formed on a submount, wherein a light emitting end face of the semiconductor laser is provided. Detecting the edge portion of the optical waveguide device and the edge portion of the light incident end face of the optical waveguide device; and utilizing the detection results of the respective edge portions, within the surface of the submount, the semiconductor laser and the optical waveguide. Adjusting the position of the device in a direction substantially parallel to the normal direction of the light emitting end face of the semiconductor laser.
【請求項8】 第1のアライメントキーが形成された半
導体レーザと、プレーナ型光導波路が形成され且つ第2
のアライメントキーが形成された光導波路デバイスと、
をサブマウント上に少なくとも実装して構成される集積
化光モジュールの実装方法であって、 該半導体レーザの該第1のアライメントキーと該光導波
路デバイスの該第2のアライメントキーとを検出するス
テップと、 該サブマウントの表面内で、該検出された第1及び第2
のアライメントキーの何れか一方の位置を基準位置とし
て、該検出された他方のアライメントキーの位置を、該
光導波路デバイスの光入射端面にほぼ平行な方向におい
て、位置合わせ調整するステップと、を包含する、集積
化光モジュールの実装方法。
8. A semiconductor laser on which a first alignment key is formed, and a semiconductor laser on which a planar optical waveguide is formed and a second alignment key is formed.
An optical waveguide device on which an alignment key of
Detecting the first alignment key of the semiconductor laser and the second alignment key of the optical waveguide device by mounting the integrated optical module at least on a submount. In the surface of the submount, the detected first and second
Adjusting the position of the other detected alignment key in a direction substantially parallel to the light incident end face of the optical waveguide device, using any one of the alignment keys as a reference position. To implement an integrated optical module.
【請求項9】 前記第1のアライメントキーの位置を基
準位置として、前記第2のアライメントキーの位置を、
前記光導波路デバイスの光入射端面にほぼ平行な方向に
おいて、位置合わせ調整する、請求項8に記載の集積化
光モジュールの実装方法。
9. With the position of the first alignment key as a reference position, the position of the second alignment key is
The mounting method of an integrated optical module according to claim 8, wherein the alignment is adjusted in a direction substantially parallel to a light incident end face of the optical waveguide device.
【請求項10】 前記第2のアライメントキーの位置を
基準位置として、前記第1のアライメントキーの位置
を、前記光導波路デバイスの光入射端面にほぼ平行な方
向において、位置合わせ調整する、請求項8に記載の集
積化光モジュールの実装方法。
10. The position of the first alignment key is adjusted in a direction substantially parallel to a light incident end face of the optical waveguide device, using the position of the second alignment key as a reference position. 9. The mounting method of the integrated optical module according to 8.
【請求項11】 第1のアライメントキーが形成された
半導体レーザをサブマウントの上に実装する第1実装ス
テップと、 プレーナ型光導波路が形成され且つ第2のアライメント
キーが形成された光導波路デバイスを該サブマウントの
上に実装する第2実装ステップと、を包含し、該第2実
装ステップは、 該半導体レーザの上の該第1のアライメントキーと該光
導波路デバイスの上の該第2のアライメントキーとを検
出し、該サブマウントの表面内で、該検出された第1の
アライメントキーの位置を基準位置として、該検出され
た第2のアライメントキーの位置を、該光導波路デバイ
スの光入射端面にほぼ平行な方向において、位置合わせ
調整するステップと、 該半導体レーザの上の光出射端面のエッジ部と該光導波
路デバイスの該光入射端面のエッジ部とを検出し、該各
々のエッジ部の検出結果を利用して、該サブマウントの
表面内で、該半導体レーザ及び該光導波路デバイスの位
置を、該半導体レーザの該光出射端面の法線方向にほぼ
沿った方向において、位置合わせ調整するステップと、
を含む、集積化光モジュールの実装方法。
11. A first mounting step of mounting a semiconductor laser on which a first alignment key is formed on a submount, and an optical waveguide device on which a planar optical waveguide is formed and a second alignment key is formed. A second mounting step of mounting the first alignment key on the semiconductor laser and the second alignment key on the optical waveguide device. An alignment key, and using the detected position of the first alignment key as a reference position within the surface of the submount, using the detected position of the second alignment key as the light of the optical waveguide device. Adjusting the alignment in a direction substantially parallel to the incident end face; and an edge of the light emitting end face on the semiconductor laser and the light incident end of the optical waveguide device. And detecting the positions of the semiconductor laser and the optical waveguide device within the surface of the submount by using the detection results of the respective edge portions. Adjusting the alignment in a direction substantially along the normal direction of
A mounting method of an integrated optical module, comprising:
【請求項12】 前記プレーナ型光導波路と前記第2の
アライメントキーとが、同じフォトマスクを利用して形
成されている、請求項8から11の何れか一つに記載の
集積化光モジュールの実装方法。
12. The integrated optical module according to claim 8, wherein the planar optical waveguide and the second alignment key are formed using the same photomask. Implementation method.
【請求項13】 前記第2のアライメントキーが前記プ
レーナ型光導波路から10μm以上離れた場所に位置す
る、請求項8から12の何れか一つに記載の集積化光モ
ジュールの実装方法。
13. The mounting method for an integrated optical module according to claim 8, wherein said second alignment key is located at a position at least 10 μm away from said planar optical waveguide.
【請求項14】 前記プレーナ型光導波路が、プロトン
交換法により形成されたプロトン交換プレーナ型光導波
路である、請求項7から13の何れか一つに記載の集積
化光モジュールの実装方法。
14. The mounting method for an integrated optical module according to claim 7, wherein said planar optical waveguide is a proton exchange planar optical waveguide formed by a proton exchange method.
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