JP2000352730A

JP2000352730A - 導波路型波長変換装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000352730A
Application number: JP11163790A
Authority: JP
Inventors: Akira Mizuyoshi; 明水由; Masami Hatori; 正美羽鳥
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】パッケージに密封された導波路型波長変換装
置において、パッケージ内の汚染物質による出力低下を
防止して安定な光出力を得、信頼性を向上させる。【解決手段】密封パッケージに、半導体レーザ素子10
と、導波路型光波長変換素子15と、図示されないペルチ
ェとサーミスタを備えた導波路型波長変換装置におい
て、密封する前に、素子が配置されたパッケージ内部を
オゾンによりクリーニングし、その後、パッケージを例
えば１００ｐｐｍの濃度のオゾン雰囲気で気密封止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導波路型波長変換
装置およびその製造方法に関し、特に、半導体レーザ素
子と該半導体レーザから発せられる光を波長変換する導
波路型波長変換素子がパッケージに密封された導波路型
波長変換装置およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、印刷機器、画像処理装置等の
光源として、単一モードの半導体レーザ素子から発せら
れる光を反転ドメインＬｉＮｂＯ₃導波路型波長変換素
子に入射して、半分の波長の光を得る波長変換装置が知
られている。このような波長変換装置は、光出力や発振
波長の安定化のために、通常、ペルチェ素子等により温
度制御が行われており、また、使用される環境での塵芥
による影響や温度変化による結露を防止するために、金
属製のケース等に乾燥空気や乾燥窒素により封止される
のが一般的である。

【０００３】ケース内には、半導体レーザ素子と、半導
体レーザ素子を接着するヘッダーと、ペルチェ素子と、
ヘッダーとペルチェ素子との間に使用する熱伝導性のよ
い基準板と、光学レンズと、光学ミラーと、導波路型波
長変換素子とが内蔵されている。さらに、このケース
は、光取出し用の窓付き金属ふたが、パラレルシーム溶
接により取り付けられる。

【０００４】これらの部品を組み立てる際、半導体レー
ザ素子とヘッダーの間では、例えば金錫、錫鉛、または
インジューム錫等の合金ハンダまたは、錫あるいはイン
ジュームなどのハンダが使用される。また、このハンダ
付けの際、ハンダ表面の酸化等によって固着したい面で
のハンダの濡れ性が低下することを回避するために、例
えばフラックス等の有機物を含む材料を使用することが
ある。後でこのフラックスは有機溶剤などで洗浄し取り
除くが、パッケージ内の表面積が大きい場合、あるいは
光学素子の微細な隙間にフラックスが入り込んだ場合は
取除くことが非常に難しい。また、ハンダ接着方法は、
ヘッダーと熱伝導性基準板の間にも使用され、フラック
スを使用する頻度も通常でも数回あるので、パッケージ
内の汚染の可能性が高くなる。

【０００５】また、このような半導体レーザ装置は、光
出力や発振波長を安定にするために温度調節されている
が、そのための素子温度を測定するサーミスタがヘッダ
ーに固定され内蔵されるのが一般的である。しかし、こ
のサーミスタをヘッダーに固定するためには、シリコー
ン系などの熱伝導性接着剤が使用されており、これらの
接着剤にはシロキサンあるいは軟化剤などの有機物を含
むため、これらによる汚染が生じることがある。

【０００６】さらに、ペルチェ素子とパッケージの接着
あるいはペルチェ素子と熱伝導性基準板との接着には、
例えば銀ペーストなどを用いることがあり、後でこの銀
ペーストに含まれるフィラーを１００〜１５０℃の適当
なガス出しベーキングにより取り除くが、脱ガスしきれ
ずに内部に吸着して残る場合がある。また、光学レンズ
や光学ミラーの固定に際しても、接着剤を使用する場
合、有機物が残留し装置内が汚染されることがある。

【０００７】上記のように、装置内の汚染源は、部品を
組み立てる際の、部材の固定を行ったり、電気的な導通
をとったり、熱伝導を確保するために必然的に行う、い
わゆる接着工程によるものだけではなく、使用する部材
そのものに付着していてパッケージ内に持ち込まれる場
合もある。このような状態のまま、パッケージを乾燥窒
素あるいは乾燥空気中で密封した場合に、内在するこれ
らの汚染物質が、光学部材の表面に堆積し、光路を遮
り、光量低下などの問題を引き起こす。この現象は、と
りわけ光強度の光密度の高い部分で起きやすい。

【０００８】しかし、導波路型波長変換装置のように、
半導体レーザ素子と波長変換素子の間隔が数μｍ以下で
近接している場合には、半導体レーザ素子の出力端面側
では汚染は生じない。むしろ、汚染物質は、波長変換素
子の出力端で加速的に生じることが見いだされた。とく
に装置を一定電流で連続動作させながら、光強度の経時
変化を観察してみると、光強度の低下の程度は、時間の
経過と共に徐々に加速されることが判った。これは、光
出射端面に何らかの異物が付着すると、その異物自身が
光を吸収し、さらにこれら異物自身がその堆積速度を速
めるものと考えられる。このことからレーザ装置内の汚
染物質はレーザ装置の経時信頼性を保証する上で非常に
大きな問題であった。

【０００９】これは光の波長が短くなること、つまり１
個あたりのフォトンの光のエネルギーが増加することに
起因し、より低いパワー密度例えば１ｍＷ程度において
も異物の堆積などが生じる。このため、第２次高調波発
生装置においては、密封した場合の光路上の出射端面の
異物による汚染は信頼性確保の上で重大な問題であっ
た。

【００１０】上記のような問題を解決する手段として、
USP5578863号には、発振波長が０．６μｍから０．９μ
ｍであり、パッケージに密封された半導体発光ダイオー
ドにおいて、パッケージ内に、例えば０．２容量％の酸
化性ガスを含む乾燥不活性ガスを含有させることによ
り、パッケージ内の汚染物質をＣＯ₂や気体化合物に分
解できるため、あるいはミラー被膜上に汚染物質が堆積
しても除去できるため、良好な出力が得られることが記
載されている。

【００１１】また、USP5392305号には、５０ｍＷ以上の
ハイパワーの半導体レーザのパッケージ内に、１００ｐ
ｐｍ以上の酸素ガスを封入することにより、良好な出力
が得られることが記載されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
波長変換装置では、パッケージに密封した場合、発光部
の端面や光学部材の光透過部分に、実装の際のフラック
スや導電性ペーストや接着剤などの有機物の残留物が異
物となって堆積し、徐々に光出力が低下したり、ついに
は停止したりする問題があった。

【００１３】特に発振波長が短く高出力の波長変換装置
においては、汚染物質の堆積速度も速いという問題があ
った。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みて、密封された波
長変換装置内に残留する有機物等が光出力を低下するこ
とを防止し、光出力の安定した信頼性の高い波長変換装
置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の導波路型波長変
換装置は、密封されたパッケージ内に、半導体レーザ素
子と導波路型波長変換素子とを備えた導波路型波長変換
装置において、密封されたパッケージの内部がオゾンに
よりクリーニングされており、密封されたパッケージの
内部にオゾンを含むことを特徴とするものである。

【００１６】パッケージ内のオゾンの濃度は、１０００
ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００１７】また、上記の本発明の導波路型波長変換装
置を、導波路型波長変換素子から発せられる光の波長が
４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である波長変換装置に使
用することはより効果的である。

【００１８】また、本発明の導波路型波長変換装置の製
造方法は、パッケージに半導体レーザ素子と導波路型波
長変換素子を密封する導波路型波長変換装置の製造方法
において、半導体レーザ素子と導波路型波長変換素子を
パッケージ内に設置し、オゾンによりパッケージの内部
をクリーニングし、その後、パッケージの内部にオゾン
を導入し、パッケージを密封することを特徴とするもの
である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の導波路型波長変換装置による
と、密封されたパッケージ内に、半導体レーザ素子と導
波路型波長変換素子とを備えた導波路型波長変換装置に
おいて、密封されたパッケージ内がオゾンによりクリー
ニングされており、パッケージ内にオゾンを含むため、
パッケージ内に残留する接着工程での有機物等の汚染物
質を酸化して、ＣＯ₂または気体化合物に分解できるた
め、光出射面に汚染物質が堆積するのを防止することが
でき、あるいは堆積しても除去することができるので、
光出力の低下あるいは停止を防止することができ、安定
な出力を得ることができる。よって長期信頼性を向上さ
せることができる。

【００２０】またパッケージ内のオゾンの濃度を１００
０ｐｐｍ以下にすることにより、パッケージ内の汚染物
質を良好に分解することができる。

【００２１】また、汚染物質は短波長を発振する装置ほ
ど光出射面への堆積速度が速いという問題があったが、
発振波長が４００ｎｍから５５０ｎｍの導波路型波長変
換装置において、本発明による導波路型波長変換装置を
適用することは、汚染物質を分解するためにはより効果
的である。

【００２２】また、本発明の導波路型波長変換装置の製
造方法によれば、パッケージに半導体レーザ素子および
導波路型波長変換素子を配置した後、密封する前に、オ
ゾンにより、パッケージ内をクリーニングすることによ
り、汚染物質を分解することができる。また、クリーニ
ングを行った後に、パッケージ内にオゾンを導入して密
封することにより、非常にわずかなオゾン濃度で密封し
ても、良好な出力を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の第１の実施の形態による発
振波長５０３ｎｍ帯の導波路型波長変換装置を示す。

【００２５】図１に示されるように、この波長変換装置
は、半導体レーザ素子10と、この半導体レーザ素子10か
ら発散光状態で出射したレーザビーム（後方出射光）11
Ｒを平行光化するコリメータレンズ12と、平行光化され
たレーザビーム11Ｒを収束させる集光レンズ13と、これ
らのレンズ12および13の間に配された波長変換素子とし
ての狭帯域バンドパスフィルター14と、上記集光レンズ
13によるレーザビーム11Ｒの収束位置に配されたミラー
20とを有している。

【００２６】そして、半導体レーザ素子10の前方端面
（図中の左端面）は、導波路型光波長変換素子15の端面
に直接結合されている。

【００２７】光波長変換素子15は非線形光学効果を有す
る強誘電体であるＬｉＮｂＯ₃にＭｇＯが、例えば５mo
l％ドープされたもの（以下、ＭｇＯ−ＬＮと称する）
の結晶からなる基板16に、そのＺ軸と平行な自発分極の
向きを反転させたドメイン反転部17が周期的に形成され
てなる周期ドメイン反転構造に沿ってのびるチャンネル
光導波路18が形成されてなるものである。

【００２８】周期ドメイン反転構造は、基板16のＸ軸方
向にドメイン反転部17が並ぶように形成される。このよ
うな周期ドメイン反転構造は、例えば特開平6-242478号
に示される方法によって形成することができる。

【００２９】一方、チャンネル光導波路18は、周期ドメ
イン反転部17を形成した後、基板16の＋Ｚ面上に公知の
フォトリソグラフィとリフトオフにより金属マスクパタ
ーンを形成し、この基板16をピロリン酸中に浸漬してプ
ロトン交換処理を行い、マスクを除去した後にアニール
処理等の方法によって作成することができる。その後、
このチャンネル光導波路18の両端面18ａ、18ｂをエッジ
研磨し、端面18ａを含む素子端面に基本波であるレーザ
ビーム11に対するＡＲ（無反射）コート30を施し、端面
18ｂを含む素子端面に後述する第２高調波19に対するＡ
Ｒコート31を施すと、光波長変換素子15が完成する。な
お、半導体レーザ10の両端面（劈開面）には、その発振
波長の光に対するＬＲ（低反射率）コート32が施されて
いる。

【００３０】次に、この波長変換装置の作用について説
明する。半導体レーザ10から前方側（図中左側に）発せ
られた中心波長１００６ｎｍのレーザビーム11は、チャ
ンネル光導波路18内に入射する。このレーザビーム11は
チャンネル光導波路18をＴＥモードで導波して、波長が
１／２のつまり５０３ｎｍの第２高調波19に波長変換さ
れる。その際、周期ドメイン反転領域で位相整合（いわ
ゆる疑似位相整合）がとられ、この第２高調波19のチャ
ンネル光導波路18を導波モードで伝搬して、光導波路端
面18ｂから出射する。光導波路端面18ｂからは、波長変
換されなかったレーザビーム11も発散光状態で出射す
る。第２高調波19は、レンズ21により平行光化される。

【００３１】半導体レーザ素子10から出射した後方出射
光11Ｒがミラー20で反射して、半導体レーザ素子10にフ
ィードバックされる。つまりこの装置では、半導体レー
ザ素子10の前方端面（図１中の左方の端面）と上記ミラ
ー20とによって半導体レーザ素子10の外部共振器が構成
されている。

【００３２】なお、上記のように構成される導波路型波
長変換装置は、半導体レーザ素子10と導波路型光波長変
換素子15は、図示されないペルチェとサーミスタにより
温度調節され、一定温度に保たれている。また、パッケ
ージ内のこれらの素子、ペルチェおよびサーミスタは、
オゾンによりクリーニングされており、パッケージは例
えば１００ｐｐｍの濃度のオゾンにより気密封止されて
いる。

【００３３】本実施の形態による導波路型波長変換装置
においては、半導体レーザ素子10の光出射側端面は、導
波路型波長変換素子と直接結合されているため、パッケ
ージ内の汚染物質が堆積することはほとんどないが、導
波路型光波長変換素子の光出射端面18ｂ側に汚染物質が
堆積しやすい。特に、短波長を発生する装置ほど汚染物
質の堆積速度が速い。しかし、この波長変換装置が密封
されたパッケージ内はオゾンによりクリーニングされて
おり、また、オゾンを含んでいることにより、汚染物質
がオゾンにより酸化され気体化合物に分解されるので、
汚染物質が出力を低下させることを防止でき、安定した
出力を得ることができる。従って、長期信頼性をも向上
させることができる。

【００３４】次に本発明の第１の実施の形態による導波
路型波長変換装置の製造方法について説明する。

【００３５】上記第１の実施の形態による導波路型波長
変換装置を構成する、半導体レーザ素子10、導波路型光
波長変換素子15、ペルチェ、サーミスタなどをパッケー
ジ内に設置する。次に、ゴミによる汚染や温度変化によ
る結露を防ぐために、光学窓付きキャップをパッケージ
に、例えばパラレルシーム溶接装置等で溶接および封止
するが、このときパラレルシーム溶接装置の溶接部を含
む部分は、大気と遮断するためにグローブボックス等に
入れられている。さらに、上記素子が配置されたパッケ
ージをグローブボックスに入れるための、大気と遮断さ
れた予備室が、グローブボックスに付属している。

【００３６】上記グローブボックス内で、濃度が例えば
１００ｐｐｍ程度のオゾンを発生させる。オゾンの発生
方法は、ＵＶランプを用いてもよいし、放電方式であっ
ても差し支えない。このグローブボックス内で、前記発
生させたオゾンを用いてパッケージ内部に付着している
フラックスおよび接着剤の有機物を除去する。その後、
大気中に出すことなく、オゾン濃度が例えば１００ｐｐ
ｍ程度の雰囲気にしてある溶接部グローブボックスに入
れて、窓付きキャップを溶接する。

【００３７】本発明の製造方法により、光学素子が配置
されたパッケージを窓付きキャップで密封する前に、オ
ゾンでパッケージ内をクリーニングするので、密封され
たパッケージ内のオゾンの濃度が非常にわずかであって
も、光出射面への汚染物質の堆積を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による波長変換装置
を示す図

【符号の説明】

10 半導体レーザ素子 12,21 コリメータレンズ 13 集光レンズ 14 バンドパスフィルター 15 導波路型光波長変換素子 16 基板 17 ドメイン反転部 18 光導波路 20 ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密封されたパッケージ内に、半導体レー
ザ素子と導波路型波長変換素子とを備えた導波路型波長
変換装置において、前記密封されたパッケージの内部がオゾンによりクリー
ニングされており、前記密封されたパッケージの内部に
オゾンを含むことを特徴とする導波路型波長変換装置。
【請求項２】前記パッケージ内のオゾンの濃度が１０
００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の
導波路型波長変換装置。
【請求項３】前記導波路型波長変換素子から発せられ
る光の波長が、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の導波路型波長変
換装置。
【請求項４】パッケージに半導体レーザ素子と導波路
型波長変換素子を密封する導波路型波長変換装置の製造
方法において、前記半導体レーザ素子と前記導波路型波長変換素子を前
記パッケージ内に設置し、オゾンにより前記パッケージ
の内部をクリーニングし、その後、該パッケージにオゾ
ンを導入し、該パッケージを密封することを特徴とする
導波路型波長変換装置の製造方法。