JP2015135931A - 半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制された半導体レーザモジュールを実現する。【解決手段】半導体レーザモジュールが、半導体ＬＤを光源素子と、支持基板上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子と、を備え、光源素子は、光源用基台の上方において光源素子が光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されてなり、第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、光源用基台と導波路用基台とが互いの側面にて接合固定されてなり、光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、光源素子の出射面と第１の導波用素子の第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、ようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、光源としての半導体レーザダイオード素子と光導波路を有する素子とを備える半導体レーザモジュールに関し、特に各素子の配置関係に関する。

一般に、半導体発光装置（半導体レーザ）としては、両端面に形成したミラーで活性層を挟むことにより光共振器を構成してなる、ファブリ−ペロー（ＦＰ）型のものが採用されている。しかしながら、このＦＰ型レーザは、定在波条件が成立する波長で発振するために、縦モードが多モードになりやすい。特に電流や温度が変化すると発振波長が変化し、それにより光強度が変化するという性質がある。

一方、光通信やガスセンシングなどの分野では、波長安定性の高い単一モード発振のレーザが必要とされている。係る要求を満たすべく、波長安定性のある半導体レーザとして、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザや分布反射型（ＤＢＲ）レーザが開発されてなる。これらのレーザは、半導体中にグレーティング（回折格子）を設け、その波長依存性を利用して特定の波長のみを発振させるものである。

また、グレーティングを半導体とは異なる部材に設けることで外部共振器を形成する、外部共振器型の半導体発光装置も既に公知である（例えば、特許文献１参照）。このタイプの半導体発光装置は、波長安定性、温度安定性、制御性がよいという特徴がある。

特開２００２−１３４８３３号公報

特許文献１に開示されている外部共振器型半導体発光装置は、一の基板（共通基板）の上に、半導体レーザダイオード（ＬＤ）素子とグレーティング素子とを設けた構成を有する。このような構成を採用する場合は、共通基板の厚み方向において導波路の光電界ピーク位置が一致するように、半導体ＬＤとグレーティング素子とが共通基板上に固定（接合）される。

係る固定は、位置の確認や微調整が不要なアライメントフリーで実現されるのが好ましい。アライメントフリーが実現されるには、半導体ＬＤ素子の出射位置とグレーティング素子の導波路の高さとを±０．２μｍ以下の精度で一致させる必要がある。しかしながら、共通基板への半導体ＬＤ素子やグレーティング素子の固定は、共通基板の上面に半固形状の半田や接着剤を供給しその上にサイズの小さい各素子を載置することによって行うことから、上述の高さ位置精度が確保された固定を確実に行うことは必ずしも容易ではない。それゆえ、アライメントフリーでの固定につき、実現の確実性（歩留まり）を向上させるには、各素子の製造ばらつき（例えばグレーティング素子における導波路の形成位置ばらつき）や、半田や接着剤の塗布量、硬化収縮、および熱膨張収縮を考慮した実装構造の改善が必要となる。

仮に、半導体ＬＤ素子とグレーティング素子の間のアライメントがずれると、結合損失が増大して外部共振器型半導体レーザの発振条件の１つであるゲイン条件におけるゲインしきい値（レーザが発振するための最小限必要なゲイン）が大きくなるため、レーザ発振が生じにくくなり、出力の低下を招いてしまうため好ましくない。ゲインしきい値は半導体ＬＤ素子とグレーティング素子との間の結合効率の減少関数として表されるので、結合効率が高いほどゲインしきい値が低下してレーザ発振が生じやすくなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体ＬＤ素子と、これに隣り合う光導波路を有する素子との結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制された半導体レーザモジュールを実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、半導体レーザモジュールであって、光源素子として半導体レーザダイオードが光源用基台の上方に備わるとともに、支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子を備え、前記光源素子は、前記光源用基台の上方において、少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されてなり、前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定されてなり、前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、半導体レーザモジュールであって、光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージと、支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の導波用素子と、を備え、前記光源素子パッケージにおいては、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定されてなり、前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定されてなり、前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュールであって、前記第１の光導波路の幅が入射面側と出射面側とで異なるとともに前記第１の光導波路の途中にテーパ状の部分を有する、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、前記導波用基台の上に第２の導波用素子が設けられてなり、前記第２の導波用素子の第２の光導波路が前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路の延在方向に位置してなる、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載の半導体レーザモジュールであって、前記第２の導波用素子が、前記第２の光導波路がリッジ型をなしている光導波路素子である、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４に記載の半導体レーザモジュールであって、前記第２の導波用素子が、前記第２の光導波路として光ファイバーを備える光ファイバー素子である、ことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、前記導波用素子が、前記第１の光導波路の途中に設けられたブラッググレーティングを備えており、入射した前記レーザ光のうち所定の波長成分の光を前記光源素子と前記ブラッググレーティングとの間で発振させて前記半導体レーザモジュールの外部への出射光として出射するグレーティング素子である、ことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の半導体レーザモジュールであって、前記光学材料層の厚みが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であって、前記レーザ光の光軸方向における前記ブラッググレーティングの長さをＬ_ｂとし、前記ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さをｔ_ｄとするときに、１０μｍ≦Ｌ_ｂ≦３００μｍかつ１０ｎｍ≦ｔ_ｄ≦２５０ｎｍである、ことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、前記光学材料層の材質が、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム、酸化タンタル、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛および酸化アルミナからなる群より選択されたものである、ことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、前記第１の導波用素子の長手方向のサイズが５００μｍ以下である、ことを特徴とする。

請求項１１の発明は、半導体レーザモジュールであって、光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージと、支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子と、を備え、前記光源素子パッケージは、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定されてなり、前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、前記導波路用基台が前記光源用基台との前記に接合固定されてなり、前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、ことを特徴とする。

請求項１２の発明は、半導体レーザモジュールの作製方法であって、光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージを用意する第１の準備工程と、支持基板の上に設けた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子を用意する第２の準備工程と、前記光源素子パッケージを、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定する第１の載置固定工程と、前記第１の導波用素子を、導波路用基台の上面において入射面側が前記導波路用基台から突出するように前記導波路用基台の前記上面に載置固定する第２の載置固定工程と、前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定する接合固定工程と、を備え、前記第１の載置固定工程、前記第２の載置固定工程、および前記接合固定工程においては、前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とを合致させるとともに、前記光源素子と前記第１の導波用素子の前記入射面側とを１０μｍ以下の間隙で近接させる、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項１２の発明によれば、光源素子の周囲に放熱用領域を備えるような場合においても、光源素子と導波用素子との近接配置が実現されてなるので、光出力の大きな半導体レーザモジュールが安定的に得られる。

特に、請求項７および請求項８の発明によれば、光源素子とグレーティング素子との結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる半導体レーザモジュールが安定的に得られる。

第１の形態に係る半導体レーザモジュール１の構成を模式的に示す側断面図である。 グレーティング素子９の概略斜視図である。 グレーティング素子９のＹＺ断面図である。 グレーティング素子９ＡのＹＺ断面図である。 半導体レーザモジュール１Ａの構成を模式的に示す側断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｂの構成を模式的に示す側断面図である。 第２の実施の形態の変形例に係るグレーティング素子９を示すＸＹ平面図である。 第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｃの構成を模式的に示す側断面図である。 第３の実施の形態の変形例に係るグレーティング素子９を示すＸＹ平面図である。 第２の実施の形態の応用例を示すＸＹ平面図である。 第３の実施の形態の応用例を示すＸＹ平面図である。

＜第１の実施の形態＞
＜半導体レーザモジュールの概略構成＞
図１は、第１の形態に係る半導体レーザモジュール１の構成を模式的に示す側断面図である。半導体レーザモジュール１は、電流の注入によって半導体レーザ光Ａ（図２参照）を発する光源素子２と、グレーティング素子９とを主として備える外部共振器型発光装置である。図２は、グレーティング素子９の概略斜視図である。図３は、グレーティング素子９のＹＺ断面図である。半導体レーザモジュール１においては、これら光源素子２とグレーティング素子９とが備わることで、共振器構造が実現されてなる。光源素子２とグレーティング素子９の各端面は、それぞれ、端面反射を抑制するために斜めカットされていてもよい。

なお、図１および以降の図面においては、光源素子２からの半導体レーザ光Ａの出射は水平面内においてなされるものとする。そして、これらの図面においては、係る半導体レーザ光Ａの光軸方向をＸ軸方向とし、水平面内においてＸ軸方向と垂直な方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする、右手系のＸＹＺ座標を付している。ただし、図２および図３においては、説明の都合上、Ｚ軸方向負側が上になるようにグレーティング素子９の図示を行っている。また、より詳細にいえば、図１は半導体レーザモジュール１のＺＸ断面図である。

光源素子２は、その内部に、半導体レーザ光Ａの発振箇所である活性層５を備える（図７等参照）。半導体レーザモジュール１においては、光源素子２の内部における活性層５の延在方向が、半導体レーザ光Ａの光軸方向となっている。活性層５としては、ＧａＡｓ系半導体やＩｎＰ系半導体を用いるのが好適である。具体的な材質や波長は適宜選択できる。例えば、非線形光学素子を利用して第２高調波である緑色レーザを発光させる場合であれば、波長１０６４ｎｍ付近の光を発するＧａＡｓ系半導体を活性層５に用いることになる。

また、光源素子２は、活性層５の外側（グレーティング素子９とは反対側）の端面に反射膜４を備える。反射膜４の材質としては、金などの金属膜などが例示される。また、活性層５のグレーティング素子９側の端面にも反射膜が設けられていてもよい。係る反射膜は、二酸化珪素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどの酸化物の積層膜として形成するのが好適である。

なお、本実施の形態において、光源素子２は、基台に実装されたものを用いるものとする。係る実装には種々の態様がある。例えば、図１においては、第１基台Ｍ１と配線基板３とからなる複合基台に光源素子２を実装する態様を示している。図１に示す場合においては、上面に光源素子２を載置固定してなる第１基台Ｍ１が配線基板３の上に固定されてなることにより、光源素子パッケージＰが構成されてなる。係る場合、光源素子パッケージＰにおいては、配線基板３と光源素子２との間で、図示しない配線類の接続が適宜になされているものとする。

第１基台Ｍ１としては、熱伝導率が高い金属であり銅を含む金属化合物が例示できる。配線基板３としては例えば、熱伝導率の高い絶縁体である窒化アルミ等が例示できる。

なお、光源素子２を実装するにあたっては、光源素子２からの放熱が十分になされ、長期信頼性が確保されるよう、光源素子２は、その平面サイズよりも一回り大きな平面サイズを有する基台に固定される。

例えば、図１に示す光源素子パッケージの場合であれば、光源素子２が直接に固定される第１基台Ｍ１の平面サイズが光源素子２自体の平面サイズよりも一回り大きくなっている。換言すれば、第１基台Ｍ１は光源素子２の直下の領域のみならずその周囲にも放熱用領域を有するものとなっている。あるいはさらに、配線基板３の平面サイズについても第１基台Ｍ１の平面サイズより大きい場合がある（図１においては係る場合を例示している）。それゆえ、通常、光源素子２の出射面は、水平面内において第１基台Ｍ１の側端面から奥まったところに位置してなる。さらに、第１基台Ｍ１の出射側側面は、水平面内において配線基板３の側端面から奥まったところに位置してなる。仮に、光源素子２を第１基台Ｍ１の側端面から突出する態様にて配置した場合には、係る突出部分の放熱が不十分となり、光源素子２の活性層５が損傷して破損することになる。

また、第１基台Ｍ１を設けず、光源素子２が配線基板３に直接に実装される構成であってもよい。この場合、光源素子２は、その出射側側面が水平面内において配線基板３の側端面から奥まったところに位置するように、配線基板３に載置固定される。係る場合、配線基板３は、光源素子２の直下の領域のみならずその周囲にも放熱用領域を有するものとなっている。

一方、図１においては図示を省略しているが、グレーティング素子９は、概略、平板状の支持基板１０の一方主面上に、光学材料層１１を接着層１５によって接合させた構成を有する。ただし、図１からわかるように、グレーティング素子９は、支持基板側が上方となる態様にて半導体レーザモジュール１に組み込まれる。支持基板１０の材質は特に限定されず、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラス等のガラス、水晶、Ｓｉなどを例示することができる。

光学材料層１１は、半導体レーザ光Ａが入射する入射面１１ａと所望波長の出射光Ｂを出射する出射面１１ｂとを有する。光学材料層１１の厚みＴｓは、０．５μｍ以上３μｍ以下であるのが好ましい。

また、光学材料層１１の図３における上面１１ｄ側には、Ｘ軸方向に沿って平行に設けられた直線状の溝部である１対のリッジ溝１９が設けられてなり、リッジ溝１９の間の部分が光導波路（リッジ型光導波路）１８とされてなる。そして、係る光導波路１８に、ブラッググレーティング１２が設けられてなる。リッジ溝１９の深さＴｒは、０．２５μｍ以上０．８５μｍ以下であるのが好ましく、光導波路１８の幅（Ｙ軸方向のサイズ）Ｗｍは１．５μｍ以上８μｍ以下であるのが好ましい。

リッジ溝１９は、例えば反応性イオンエッチングによるドライエッチング、フッ硝酸によるウエットエッチング、外周刃による切削加工やレーザアブレーション加工などによる物理的な加工によって形成が可能である。

ブラッググレーティング１２は、図２において部分拡大図Ｅにて示すように、光軸方向に沿って一定のピッチΛおよび深さｔ_ｄで設けられた周期的な凹凸部である。光軸方向における凸部と凹部の長さは等しくΛ／２である。なお、図１においてはＺＸ平面に沿ってブラッググレーティング１２を示しているがこれはあくまで説明の都合に過ぎず、実際には、ブラッググレーティング１２はＸＹ平面に沿って形成される。

ピッチΛは、半導体レーザモジュール１から出射させたい光の波長に応じて適宜に定められる。一方、深さｔ_ｄは、１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とされるのが好適である。

ブラッググレーティング１２においては、ブラッグ条件のもと、ピッチΛに応じて定まる反射率プロファイルに基づき光が反射される。なお、反射率プロファイルの主ピークの波長λ_Ｇは温度係数ｄλ_Ｇ／ｄＴで変化する温度の関数となる。また、ブラッググレーティング１２における反射率（グレーティング反射率）、特に主ピークの波長λ_Ｇにおける反射率は、光学材料層１１の形成材料（特にその屈折率ｎｂ）や、ブラッググレーティング１２のピッチΛ、深さｔ_ｄのほか、Ｙ軸方向における長さ（以下、Ｌ_ｂとする）の値などに応じて定まる値である。

半導体レーザモジュール１における発振を促進するという観点からは、５％以上４０％以下というグレーティング反射率が実現されるのが好ましく、これは、ブラッググレーティング１２の長さＬ_ｂを１０μｍ以上とすることによって実現される。また、グレーティング反射率は反射膜４の反射率よりも大きい方が好ましい。なお、グレーティング反射率が５％以上であれば出力パワーは安定するが、大きな出力パワーを得るという観点からは、グレーティング反射率は２５％以下がより好ましい。

なお、半導体レーザモジュール１においては、ブラッググレーティング１２の凹凸の深さｔ_ｄを上述のように１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることによって、ブラッググレーティング１２の反射率プロファイルの主ピークの半値全幅ΔλＧを０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下という、従来に比して大きい値としている。つまりは、反射率プロファイルの主ピークを従来に比してブロードなものとしている。

その一方で、ブラッググレーティング１２の長さＬ_ｂを３００μｍ以下とすることによって、反射率プロファイルの半値全幅ΔλＧの範囲に含まれる縦モードの数が２以上５以下に設定されてなる。

また、伝搬部１３の長さＬ_ｍは１００μｍ以下とするのが好ましい。これによって安定した発振が促進される。さらに、長さＬ_ｍは１０μｍ以上とするのが好ましく、２０μｍ以上がより好ましい。

さらに、光軸方向におけるグレーティング素子９の長さＬ_ｗｇは５００μｍ以下とするのが好ましい。長さＬ_ｗｇは４００μｍ以下とするのがより好ましく、３００μｍ以下がさらに好ましい。また、長さＬ_ｗｇは５０μｍ以上が好ましい。

なお、ブラッググレーティング１２は、光学材料層１１の図２における下面１１ｃの側に設けられる態様であってもよい。ブラッググレーティング１２とリッジ溝１９の形状ばらつきを低減するという観点からは、ブラッググレーティング１２を下面１１ｃ上に形成することによって、ブラッググレーティング１２とリッジ溝１９の形成面を違える方が好ましい。

ブラッググレーティング１２は、物理的あるいは化学的なエッチングにより形成することができる。例えば、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属膜を光学材料層１１の上面に成膜し、フォトリソグラフィーにより周期的に窓を設けることによってエッチング用マスクを形成する。その後、マスクされていない箇所を反応性イオンエッチングなどのドライエッチング装置でエッチングし、最後に金属マスクを除去することにより、ブラッググレーティング１２が形成される。

ブラッググレーティング１２は、光学材料層１１の入射面１１ａおよび出射面１１ｂのいずれからも離隔して設けられてなる。特に、入射面１１ａとブラッググレーティング１２との間は、グレーティングが存在しない伝搬部１３となっている。伝搬部１３は、活性層５と対向配置されてなる。ただし、外部共振器の長さを短くするという観点からは、伝搬部１３はなくてもよい。

なお、図２では図示を省略しているが、および図３に示すように、光学材料層１１の上下面に下側バッファ層１６と上側バッファ層１７とが設けられる。従って、より厳密には、光学材料層１１は下側バッファ層１６を介して支持基板１０上に設けられる。

ただし、下側バッファ層１６および上側バッファ層１７はなくてもよい。上側バッファ層１７がない場合、空気層が直接ブラッググレーティング１２に接することになるので、上側バッファ層１７が備わる場合に比して、ブラッググレーティング１２が無いところとの屈折率差がより大きくなることから、ブラッググレーティング１２の長さＬ_ｂを短くしつつ、反射率を大きくすることができる。

下側バッファ層１６と上側バッファ層１７とは、例えば酸化珪素からなるのが好適である。下側バッファ層１６と上側バッファ層１７とは、スパッタなどの公知の薄膜形成手法によって形成が可能である。

光学材料層１１は、屈折率ｎｂが１．８以上であって、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物質を用いて構成するのが好ましい。例えば、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム、酸化タンタル、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛、および、酸化アルミナからなる群より選択される物質のバルク結晶（基板）などを用いることが好ましい。

屈折率ｎｂが１．８以上の材料にて光学材料層１１を構成することにより、グレーティング素子９の構造をコンパクトなものとしつつ高いグレーティング反射率を得ることができる。さらには、屈折率ｎｂは１．９以上であることがより好ましい。なお、屈折率ｎｂの上限に特段の制限はないが、屈折率ｎｂを大きくする一方でピッチΛを小さくすることによって反射率を確保するような場合において、ピッチΛが小さすぎるとブラッググレーティング１２の形成が困難になることから、実用上は、屈折率ｎｂは４以下で十分である。

また、グレーティング素子９をなす支持基板１０や光学材料層１１が上述のようなセラミックスやガラス材料で構成される場合、熱伝導が小さいことから、蓄熱効果を奏する。これにより、半導体レーザの放熱が抑制され、半導体レーザが高温に保持される。係る蓄熱効果は、環境温度の変化に起因した発光波長の変動の抑制に資するものである。係る蓄熱効果を高めるためには、支持基板１０や光学材料層１１を熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物質にて形成するのが好ましく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物質にて形成するのがもっとも好ましい。

光学材料層１１中には、光導波路１８の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させてもよい。係る場合においては、マグネシウムを含有させるのが特に好ましい。また、ドープ成分として、希土類元素を含有させる態様であってもよい。係る場合、希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。

接着層１５は、無機接着剤にて形成する態様であっても、有機接着剤にて形成する態様であってもよく、無機接着剤と有機接着剤との組み合わせにて形成する態様であってもよい。あるいは、接着層１５を形成せず、直接接合によって支持基板１０と光学材料層１１とを貼り合わせる態様であってもよい。この場合、常温直接接合法、表面活性化法、原子拡散接合法を採用することができる。

以上のような構成を有する半導体レーザモジュール１のレーザ発振の原理について以下に概説する。レーザ発振する初期の過程において、活性層５に注入電流が与えられると該活性層５において自然放出光（一次発光）が生じる。係る自然放出光は、図２の入射光Ａとなってグレーティング素子９の光導波路１８に入射するが、ブラッググレーティング１２においては該一次発光のうちブラッグ条件を満たす所定の波長成分の光のみが反射される（図２の反射光Ｃ）ので、反射膜４からブラッググレーティング１２までの区間において、所定の位相条件をみたす波長（発振波長）の光の発振（レーザ光）が生じる。半導体レーザモジュール１においては、概略、このような態様にてレーザ光を出射することができるようになっている。なお、反射膜４と反対側の端面にも反射膜が設けられる場合、両者の区間においてもファブリペロー型共振器が構成できるが、反射膜の反射率がグレーティングの反射率より小さい場合には、反射膜４からブラッググレーティング１２までの間で構成する共振器の方がゲイン閾値を小さくすることができる。このためブラッググレーティング１２の発振モードが支配的になる。

また、図４は、図３に示したグレーティング素子９の変形例であるグレーティング素子９ＡのＹＺ断面図である。グレーティング素子９Ａは、グレーティング素子９と同じ層構成を有しているが、リッジ溝１９および光導波路１８の形成位置が異なっている。具体的には、素子内部である光学材料層１１の支持基板１０側に、リッジ溝１９と光導波路１８とが形成されている。これに伴い、接着層１５がリッジ溝１９の部分に対応して凸部を有してなる。また、光学材料層１１の上面１１ｅは平坦面となっている。

係る場合においては、ブラッググレーティング１２は平坦面である上面１１ｅ側に形成される態様であってもよく、リッジ溝１９のある下面１１ｆ側に形成される態様であってもよい。

あるいは、ブラッググレーティング１２とリッジ溝１９の形状ばらつきを低減するという観点からは、ブラッググレーティング１２を上面１１ｅ上に形成することによって、ブラッググレーティング１２とリッジ溝１９の形成面を違える方が好ましい。

また、グレーティング素子９の場合と同様の理由から、グレーティング素子９Ａにおいても上側バッファ層１７はなくてもよい。

なお、グレーティング素子９とグレーティング素子９Ａとの構成上の差異点は、後述する本実施の形態に係る発明の特徴点と直接には関係しないことから、以降の説明においては、特に断らない限り、グレーティング素子９とグレーティング素子９Ａとを特に区別せずに説明する。

＜半導体レーザモジュールにおける各部の配置＞
次に、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１における各部の配置の仕方について説明する。以下においては、半導体レーザモジュール１を構成するにあたって上述のように光源素子パッケージＰとして供される光源素子２を用いる場合について、主に説明する。

概略的には、図１に示したように、半導体レーザモジュール１は、光源素子２を備える光源素子パッケージＰが適宜の手法にて上面に載置固定された第２基台Ｍ２（光源用基台）と、グレーティング素子９が上面に載置固定された第３基台Ｍ３（導波路用基台）とが、互いの側面にて接合固定される（いわゆるバットジョイントの状態とされてなる）ことで、構成されてなる。第２基台Ｍ２および第３基台Ｍ３は例えばＳＵＳや銅などの熱伝導のよい金属からなる。

ただし、より詳細には、第２基台Ｍ２の上方においては、光源素子２の直下のみならず周囲にも放熱用領域が設けられてなることで、水平面内において光源素子２が少なくともその出射面の側において第２基台Ｍ２の側端面よりも奥まった位置に配置されてなる一方で、第３基台Ｍ３に対するグレーティング素子９の固定は、その上面において（つまりは水平面内において）グレーティング素子９の一方端部（より詳細には伝搬部１３が備わる入射面１１ａの側）が該第３基台Ｍ３から突出し、光学材料層１１の入射面１１ａが光源素子２に近接する態様にてなされる。これにより、グレーティング素子９と光源素子２との結合効率が確保されてなる。なお、第３基台Ｍ３に対するグレーティング素子９の固定、および、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３との固定はそれぞれ、ＵＶ硬化樹脂からなる接着層６、７によってなされている。接着層６、７としてはこのほかにもプライマ硬化型の接着剤が使用でき、この場合は室温硬化型樹脂が使用できる。

また、当然ながら、グレーティング素子９は、その光学材料層１１に備わる光導波路１８の延在方向が光源素子２の光軸方向と合致するように固定されるが、本実施の形態においては、ブラッググレーティング１２を下側とする（ブラッググレーティング１２の備わる側の面を第３基台Ｍ３に対する被載置面とする）、いわゆるジャンクションダウンの状態でグレーティング素子９を固定することで、係る状態が実現されてなる。

このように、本実施の形態においては、光源素子２からの半導体レーザ光Ａの出射方向（光軸方向）にグレーティング素子９の光導波路１８が位置するという配置関係をみたしつつ、光源素子２が上面に載置された第２基台Ｍ２とグレーティング素子９が上面に載置された第３基台Ｍ３とを互いの側面にて接着固定させることによって、外部共振器型半導体レーザが構成されてなる。

係る場合においては、素子そのものよりも比較的サイズの大きな基台をそれぞれの側面で固定することにより半導体レーザモジュール１が形成されてなることから、特許文献１に開示されているような共通基板を用いる場合に比べると、高さ方向における位置合わせは容易である。すなわち、光源素子２とグレーティング素子９の間のアライメントのずれが原因となった、ゲインしきい値の増大が起こりにくくなっている。

しかも、グレーティング素子９の一方端部を上面において突出させつつ第３基台Ｍ３に載置固定することによって、光源素子２が光源素子パッケージＰとして供されているために光源素子２の出射面が水平面内において配線基板３および第２基台Ｍ２の側端面から奥まっているにも関わらず、グレーティング素子９と光源素子２との近接配置が実現されてなる。

仮に、グレーティング素子９の一方端部が水平面内において第３基台Ｍ３から突出していない場合、光源素子２とグレーティング素子９との間は大きく離隔してしまうことになるので、結合効率を確保するためには、両素子の間にレンズを介在させる必要がある。しかしながら、本実施の形態においては、上述のように両素子が近接するので、両素子の間にレンズを介在させずとも、両素子間の結合効率を確保することが出来る。なお、安定な発振を確保するという観点からは、光源素子２とグレーティング素子９との間隙を、１μｍ以上１０μｍ以下とするのが好ましい。

なお、グレーティング素子９の第３基台Ｍ３からの突出量は、少なくとも、光源素子２の出射面と、該出射面の側にある第１基台Ｍ１の側面との距離以上であることが必要であるが、１０μｍ以上であることが望ましく、さらに、５０μｍ以上が好ましい。一方、突出量の上限値は、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とが固定され、かつ、第３基台Ｍ３に対するグレーティング素子９の固定が十分なものである限りにおいては、特に制限はない。ただし、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３は、係る突出量に応じたサイズ・形状を有することになる。

以上、説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザモジュールにおいては、光源素子の直下のみならずその周囲にも放熱用領域を備える態様にて光源素子を載置固定してなる光源素子用の基台と、グレーティング素子を載置固定してなるグレーティング素子用の基台とを互いの側面にて接合固定するにあたって、グレーティング素子を水平面内にて光源素子用の基台から突出させる態様にて該基台に固定し、両基台の接合固定に際してグレーティング素子の光導波路と光源素子の出射面とを近接させるようにすることで、両素子の結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
上述した第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１においては、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とを互いの側面にて接合固定していたが、グレーティング素子９を水平面内において光源素子２の側へと突出させつつ第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とを接合固定する態様は、これに限られるものではない。

図５は、第１の実施の形態とは異なる態様にて第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とを接合固定してなる半導体レーザモジュール１Ａの構成を模式的に示す側断面図である。

図５に示す半導体レーザモジュール１Ａは、グレーティング素子９を上面に載置固定してなる第３基台Ｍ３を配線基板３と同様に第２基台Ｍ２の上面に載置固定した構成を有する他は、第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。なお、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３との固定は、ＵＶ硬化樹脂からなる接着層７Ａによってなされている。このほかにも、プライマ硬化型の接着剤が使用でき、この場合は室温硬化型樹脂が使用できる。

係る半導体レーザモジュール１Ａにおいても、グレーティング素子９と光源素子２との近接配置が実現されてなるので、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる。

また、上述の実施の形態では、光源素子パッケージＰが第２基台Ｍ２に固定される構成を例示しているが、配線基板３が第２基台Ｍ２を兼ねる構成、つまりは、配線基板３と第３基台Ｍ３とを接着固定する構成でもよい。この場合も、両者の固定には、ＵＶ硬化樹脂、プライマ硬化型の接着剤が使用できる。係る構成においても、グレーティング素子９と光源素子２との近接配置は上述の実施の形態と同様に実現されるので、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる。

＜第２の実施の形態＞
図６は、第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｂの構成を模式的に示す側断面図である。

半導体レーザモジュール１Ｂは、第３基台Ｍ３の上に、グレーティング素子９に加えて、光導波路素子２０が設けられてなる他は、第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。

光導波路素子２０は、概略、非線形光学材料からなる光導波路素子用基板２１の一方主面に、光導波路２２が設けられた構成を有する。光導波路２２は、グレーティング素子９に備わる光導波路２２と同様のリッジ型光導波路として設けられてもよいし、他の態様にて設けられてもよい。光導波路素子２０は、グレーティング素子９に備わる光導波路１８の延長線上に光導波路２２が位置するように、第３基台Ｍ３の上に載置固定される。係る固定は、ＵＶ硬化樹脂からなる接着層８によってなされている。このほかにも、プライマ硬化型の接着剤が使用でき、この場合は室温硬化型樹脂が使用できる。

光源素子２とグレーティング素子９との配置関係は第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１と同様であるので、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｂにおいても、半導体レーザモジュール１と同様、光源素子の直下のみならずその周囲にも放熱用領域を備える態様にて光源素子を載置固定してなる光源素子用の基台と、グレーティング素子を載置固定してなるグレーティング素子用の基台とを互いの側面にて接合固定するにあたって、グレーティング素子を水平面内にて光源素子用の基台から突出させる態様にて該基台に固定し、両基台の接合固定に際してグレーティング素子の光導波路と光源素子の出射面とを近接させるようにすることで、両素子の結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
なお、一般に、光源素子２の活性層５の出射面側ニアフィールドの幅（Ｙ軸方向のサイズ、以降も同様）と光導波路素子２０の光導波路２２の入射面側ニアフィールドの幅とは同じであるとは限らない。図７は、両者の幅が異なる場合に用いるグレーティング素子９を示すＸＹ平面図である。

図７に示すグレーティング素子９は、活性層５の出射面側ニアフィールドと同じ幅を有しかつブラッググレーティング１２を含む第１部分（入射面側ニアフィールド）１８ａと、光軸方向に沿って幅が変化するテーパ状の第２部分１８ｂと、光導波路２２の入射面側ニアフィールドと同じ幅を有する第３部分（出射面側ニアフィールド）１８ｃとから構成される光導波路１８を有する。すなわち、グレーティング素子９の光導波路１８が、幅の相異なる活性層５と光導波路２２とのジョイントとして機能するので、レーザ発振のしきい値電流を下げることができ、波長安定性が高く、高出力のレーザ光を得ることが可能となる。かつ、光導波路素子２０に高効率でレーザ光を結合させることができるので、半導体レーザモジュール１Ｂを高出力の波長変換レーザとして機能することが可能となる。

＜第３の実施の形態＞
図８は、第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｃの構成を模式的に示す側断面図である。

半導体レーザモジュール１Ｃは、第３基台Ｍ３の上に、グレーティング素子９に加えて、光ファイバー素子３０が設けられてなる他は、第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。

光ファイバー素子３０は、概略、光ファイバー素子用基板の内部に、光ファイバー３１が埋設された構成を有する。光ファイバー素子３０は、グレーティング素子９に備わる光導波路１８の延長線上に光ファイバー３１が位置するように、第３基台Ｍ３に固定される。図８においては、第３基台Ｍ３に設けられた凹部に光ファイバー素子３０を固定することによって、係る配置関係が実現される場合を例示している。光ファイバー素子３０の固定は、ＵＶ硬化樹脂からなる接着層８Ａによってなされている。

光源素子２とグレーティング素子９との配置関係は第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１と同様であるので、本実施の形態に係る半導体レーザモジュール１Ｃにおいても、半導体レーザモジュール１と同様、光源素子の直下のみならずその周囲にも放熱用領域を備える態様にて光源素子を載置固定してなる光源素子用の基台と、グレーティング素子を載置固定してなるグレーティング素子用の基台とを互いの側面にて接合固定するにあたって、グレーティング素子を水平面内にて光源素子用の基台から突出させる態様にて該基台に固定し、両基台の接合固定に際してグレーティング素子の光導波路と光源素子の出射面とを近接させるようにすることで、両素子の結合効率が確保されてなるとともに、レーザ発振のためのゲインしきい値の増大が抑制されてなる。

＜第３の実施の形態の変形例＞
なお、一般に、光源素子２の活性層５の出射面側ニアフィールドの幅と光ファイバー素子３０の光ファイバー３１の入射面側ニアフィールドの幅とは同じであるとは限らない。図９は、両者の幅が異なる場合に用いるグレーティング素子９を示すＸＹ平面図である。

図９に示すグレーティング素子９は、活性層５の出射面側ニアフィールドと同じ幅を有しかつブラッググレーティング１２を含む第１部分（入射面側ニアフィールド）１８ａと、光軸方向に沿って幅が変化するテーパ状の第２部分１８ｂと、光導波路２２の入射面側ニアフィールドと同じ幅を有する第３部分（出射面側ニアフィールド）１８ｃとから構成される光導波路１８を有する。係る場合、グレーティング素子９の光導波路１８が、幅の相異なる活性層５と光導波路２２とのジョイントとして機能するので、レーザ発振のしきい値電流を下げることができ、波長安定性が高く、高出力のレーザ光を得ることが可能となる。かつ、光導波路素子２０に高効率でレーザ光を結合させることができるので、半導体レーザモジュール１Ｃを高出力の波長変換レーザとして機能することが可能となる。

＜第２および第３の実施形態の応用例＞
上述した第２および第３の実施の形態の変形例における素子配置は、グレーティング素子９を有さない半導体レーザモジュールにも応用できる。

例えば、図１０は、図７に例示した第２の実施の形態の変形例の構成において、光学材料層１１のところにブラッググレーティング１２を設ける代わりに、活性層５と同じ幅を有する第１部分４１ａと、光軸方向に沿って幅が変化するテーパ状の第２部分４１ｂと、光導波路２２と同じ幅を有する第３部分４１ｃとから構成される光導波路４１を有する光導波路素子４０を用いる場合を示す上面図である。また、図１１は、図９に例示した第３の実施の形態の変形例の構成において、光学材料層１１のところにブラッググレーティング１２を設ける代わりに、活性層５と同じ幅を有する第１部分５１ｄと、光軸方向に沿って幅が変化するテーパ状の第２部分５１ｅと、光導波路２２と同じ幅を有する第３部分５１ｆとから構成される光導波路５１を有する光導波路素子５０を用いる場合を示す上面図である。

＜変形例＞
第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュール１においても、グレーティング素子９を、図７あるいは図９に例示したようなテーパ状の部分を有する光導波路１８を備えるものとしてもよい。

また、光学材料層１１の入射面１１ａ側の端面および出射面１１ｂ側の端面には無反射膜が設けられていてもよい。この場合、端面全面に形成されていてよい。係る無反射膜は、二酸化珪素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどの酸化物の積層膜や、金属膜として形成するのが好適である。これらの無反射膜は、ブラッググレーティング１２における反射率（グレーティング反射率）よりも反射率が小さい層として設けられればよい。具体的には、反射率は０．１％以下であるのがより好ましい。

（実施例１）
第１の実施の形態の構成に係る半導体レーザモジュール１を作製し、その特性を評価した。ただし、グレーティング素子９としては、図７に例示した構成を有し、かつ、無反射膜を備えるものを用いた。

初めに、グレーティング素子９を作製した。

具体的には、まず、グレーティング素子９を形成するために、光学材料層１１の材料として屈折率ｎｂ＝２．１７であるｙ板ＭｇＯドープのニオブ酸リチウム結晶基板（以下、ＬＮ基板）を用意した。該結晶基板の一方主面上にマスクとして金属Ｔｉ膜を形成し、フォトリソグラフィー技術によるパターニングとフッ素系の反応性イオンエッチングとにより、ピッチΛ＝２２５ｎｍ、長さＬ_ｂ＝１５０μｍ、深さｔ_ｄ＝１５ｎｍのブラッググレーティング１２となるグレーティングパターンを形成した。なお、パターニングの際には、伝搬部１３の長さＬ_ｍが２０μｍとなるようにした。

続いて、エキシマレーザにてリッジ溝１９を形成することにより、第１部分１８ａにおいては幅Ｗｍ＝３μｍ、深さＴｒ＝０．５μｍであり、第３部分１８ｃにおいては幅Ｗｍ＝１μｍ、深さＴｒ＝０．５μｍである光導波路１８を長手方向に沿って設けた。なお、長手方向における第１部分１８ａ、第２部分１８ｂ、第３部分１８ｃの長さはそれぞれ３０μｍ、３０μｍ、５０μｍである。さらに、スパッタ装置によって、リッジ溝１９が形成された側の面にＳｉＯ_２からなる下側バッファ層１６を０．５μｍの厚みに形成した。その後、支持基板１０としてブラックＬＮ基板を用意し、その一方主面と下側バッファ層１６とを接着して積層体を得た。接着層１５はエポキシ系樹脂を使用して形成した。

次に、ブラックＬＮ基板の非接着面側を研磨定盤に貼り付けて、露出しているＬＢ基板の他方主面（ブラッググレーティングの非形成面）を精密研磨し、光学材料層１１の厚みＴｓを１．２μｍとした。その後、積層体を研磨定盤から外し、研磨面に対し、スパッタ装置によってＳｉＯ_２からなる上側バッファ層１７を０．５μｍの厚みに形成した。

続いて、ダイシング装置にて、積層体をブラックグレーティングの延在方向が長手方向となる棒状に切断した。切断面を光学研磨した後、無反射膜として反射率０．１％のＡＲコートを形成した。最後に、チップ切断を行うことにより、グレーティング素子９を得た。最終的な素子サイズは長さＬ_ｗｇ＝５００μm、幅＝１ｍｍとした。

得られたグレーティング素子９について室温（２０℃とする）での光学特性を評価した。具体的には、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子９にＴＥモードの光を入力し、その出力光を光スペクトルアナライザで分析し、得られた透過特性から、グレーティング素子９の反射特性を評価した。

その結果、ＴＥモードに対して、中心波長λ_Ｇ＝９７５ｎｍ、最大反射率＝２０％、半値全幅△λＧ＝２ｎｍという結果を得た。

続いて、このグレーティング素子９を用いて、半導体レーザモジュール１を作製した。

まず、活性層５がＧａＡｓからなるＧａＡｓ系レーザ（以下、半導体レーザとも称する）を光源素子２とする光源素子パッケージＰを用意した。光源素子２の素子長（活性層５の長さ）Ｌ_ａは２５０μｍであった。光源素子２から出射されるレーザ光の室温における中心波長は９７７ｎｍであり、出力は４５ｍＷであった。

係る光源素子パッケージＰを第２基台Ｍ２にはんだ固定した。また、グレーティング素子９を、伝搬部１３が備わる入射面１１ａの側を水平方向において突出させる態様にて第３基台Ｍ３に固定した。第３基台Ｍ３に対するグレーティング素子９の固定は、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とを接合固定した際の光源素子２とグレーティング素子９との間隙を１μｍとし得るように行った。グレーティング素子９の固定には、ＵＶ硬化樹脂を使用した。

さらに両素子をＸＹＺ３軸方向にて光軸調芯して光出力が最大になるようにアライメントした。係るアライメント状態を保ちつつさらに光源素子２とグレーティング素子９との間隙が１μｍとなるように、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とをＵＶ硬化樹脂にて接合固定した。これにより、半導体レーザモジュール１が得られた。

得られた半導体レーザモジュール１を、ペルチェ素子による冷却を行うことなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、室温においては、ブラッググレーティング１２の反射プロファイルの中心波長λ_Ｇに対応した波長９７５ｎｍで発振する発振光（出射光Ｂ）が得られた。出力（レーザ出力）は、半導体レーザのみの出力と同じ４５ｍＷであった。

同様の手順にて全１０個の半導体レーザモジュール１を作製し、それぞれのレーザ出力を測定した結果、出力は４５ｍＷ±１ｍＷの範囲内に全て収まった。

（実施例２）
第１の実施の形態の変形例に係る半導体レーザモジュール１Ａを作製し、その特性を評価した。

グレーティング素子９および光源素子パッケージＰとしては、実施例１と同様のものを用意した。

まず、グレーティング素子９を、伝搬部１３が備わる入射面１１ａの側を水平方向において突出させる態様にて第３基台Ｍ３に固定した。第３基台Ｍ３に対するグレーティング素子９の固定は、第２基台Ｍ２と第３基台Ｍ３とを接合固定した際の光源素子２とグレーティング素子９との間隙を１μｍとし得るように行った。グレーティング素子９の固定には、ＵＶ硬化樹脂を使用した。

続いて、光源素子２とグレーティング素子９とをＸＹＺ３軸方向にて光軸調芯して光出力が最大になるようにアライメントした。そして、係るアライメント状態を保ちつつさらに光源素子２とグレーティング素子９との間隙が１μｍとなるように、光源素子パッケージＰの配線基板３を第２基台Ｍ２にはんだ固定するとともに、グレーティング素子９が接合固定されてなる第３基台Ｍ３を第２基台Ｍ２にＵＶ硬化樹脂にて接合固定した。これにより、半導体レーザモジュール１Ａが得られた。

得られた半導体レーザモジュール１Ａを、ペルチェ素子による冷却を行うことなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、室温においては、ブラッググレーティング１２の反射プロファイルの中心波長λ_Ｇに対応した波長９７５ｎｍで発振する発振光（出射光Ｂ）が得られた。出力（レーザ出力）は、半導体レーザのみの出力と同じ４５ｍＷであった。

同様の手順にて全１０個の半導体レーザモジュール１を作製し、それぞれのレーザ出力を測定した結果、出力は４５ｍＷ±１ｍＷの範囲内に全て収まった。

（比較例）
比較例として、実施例１の光源素子２とグレーティング素子９とを共通基板上に直接に載置固定してなる半導体レーザモジュールを作製し、その特性を評価した。

具体的には、あらかじめ光源素子２とグレーティング素子９の配置位置（マウント位置）が定められてなる共通基板の当該配置位置に光源素子２とグレーティング素子９とをそれぞれ配置し、Ｘ、Ｚ軸方向のみ光軸調芯して光出力が最大になるようにアライメントした。この状態で光源素子２をはんだ固定するとともにグレーティング素子９をUV硬化樹脂にて接着固定した。

得られた半導体レーザモジュールを、ペルチェ素子による冷却を行うことなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、室温においては、ブラッググレーティング１２の反射プロファイルの中心波長λ_Ｇに対応した波長９７５ｎｍで発振する発振光（出射光Ｂ）が得られた。出力（レーザ出力）は、半導体レーザのみの出力よりも小さい４０ｍＷであった。

同様の手順にて全１０個の半導体レーザモジュールを作製し、それぞれのレーザ出力を測定した結果、出力は４０ｍＷ±３ｍＷの範囲内に全て収まった。

（実施例と比較例との対比）
実施例１および実施例２と比較例とを対比すると、前者の方が、大きなレーザ出力が得られる一方で、出力ばらつきが小さい。係る結果は、実施例１および実施例２の手法が、比較例の手法よりも、特性の優れた半導体レーザモジュールを安定的に（歩留まりよく）作製可能であることを意味している。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 半導体レーザモジュール
２ 光源素子
３ 配線基板
４ 反射膜
５ 活性層
６、７、７Ａ、８、８Ａ 接着層
９、９Ａ グレーティング素子
１０ 支持基板
１１ 光学材料層
１２ ブラッググレーティング
１３ 伝搬部
１８ 光導波路
１９ リッジ溝
２０、４０、５０ 光導波路素子
２１ 光導波路素子用基板
２２、４１、５１ 光導波路
３０ 光ファイバー素子
３１ 光ファイバー
３１ 光ファイバー素子用基板
Ａ 半導体レーザ光
Ｂ 出射光
Ｃ 反射光
Ｍ１ 第１基台
Ｍ２ 第２基台
Ｍ３ 第３基台
Ｐ 光源素子パッケージ

Claims (12)

1. 半導体レーザモジュールであって、
   光源素子として半導体レーザダイオードが光源用基台の上方に備わるとともに、
   支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子を備え、
   前記光源素子は、前記光源用基台の上方において、少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されてなり、
   前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、
   前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定されてなり、
   前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、
   前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 半導体レーザモジュールであって、
   光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージと、
   支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子と、
   を備え、
   前記光源素子パッケージにおいては、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定されてなり、
   前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、
   前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定されてなり、
   前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、
   前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記第１の光導波路の幅が入射面側と出射面側とで異なるとともに前記第１の光導波路の途中にテーパ状の部分を有する、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記導波路用基台の上に第２の導波用素子が設けられてなり、
   前記第２の導波用素子の第２の光導波路が前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路の延在方向に位置してなる、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
5. 請求項４に記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記第２の導波用素子が、前記第２の光導波路がリッジ型をなしている光導波路素子である、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
6. 請求項４に記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記第２の導波用素子が、前記第２の光導波路として光ファイバーを備える光ファイバー素子である、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記導波用素子が、前記第１の光導波路の途中に設けられたブラッググレーティングを備えており、入射した前記レーザ光のうち所定の波長成分の光を前記光源素子と前記ブラッググレーティングとの間で発振させて前記半導体レーザモジュールの外部への出射光として出射するグレーティング素子である、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
8. 請求項７に記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記光学材料層の厚みが０．５μｍ以上３．０μｍ以下であって、
   前記レーザ光の光軸方向における前記ブラッググレーティングの長さをＬ_ｂとし、前記ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さをｔ_ｄとするときに、
   １０μｍ≦Ｌ_ｂ≦３００μｍ
   かつ
   １０ｎｍ≦ｔ_ｄ≦２５０ｎｍ
   である、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、
   前記光学材料層の材質が、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム、酸化タンタル、タンタル酸リチウム、酸化亜鉛および酸化アルミナからなる群より選択されたものである、
   ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体レーザモジュールであって、
    前記第１の導波用素子の長手方向のサイズが５００μｍ以下である、
    ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
11. 半導体レーザモジュールであって、
    光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージと、
    支持基板の上に設けられた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子と、
    を備え、
    前記光源素子パッケージにおいては、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定されてなり、
    前記第１の導波用素子は、導波路用基台の上面に前記導波路用基台から突出するように載置固定されてなり、
    前記導波路用基台が前記光源用基台との前記に接合固定されてなり、
    前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とが合致してなり、
    前記光源素子の出射面と前記第１の導波用素子の前記第１の光導波路とが１０μｍ以下の間隙で近接してなる、
    ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
12. 半導体レーザモジュールの作製方法であって、
    光源素子として半導体レーザダイオードを備える光源素子パッケージを用意する第１の準備工程と、
    支持基板の上に設けた光学材料層にリッジ型の第１の光導波路を有する第１の導波用素子を用意する第２の準備工程と、
    前記光源素子パッケージを、光源用基台の上面であって少なくとも前記光源素子の出射面が備わる側において前記光源素子が前記光源用基台の側面よりも奥まった位置に配置されるように前記光源用基台の前記上面に載置固定する第１の載置固定工程と、
    前記第１の導波用素子を、導波路用基台の上面において入射面側が前記導波路用基台から突出するように前記導波路用基台の前記上面に載置固定する第２の載置固定工程と、
    前記光源用基台と前記導波路用基台とが互いの側面にて接合固定する接合固定工程と、
    を備え、
    前記第１の載置固定工程、前記第２の載置固定工程、および前記接合固定工程においては、
    前記光源素子から発せられたレーザ光の光軸方向と前記第１の光導波路の延在方向とを合致させるとともに、
    前記光源素子と前記第１の導波用素子の前記入射面側とを１０μｍ以下の間隙で近接させる、
    ことを特徴とする半導体レーザモジュールの作製方法。

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