JP3506304B2 - 光発生装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
導波路型光機能デバイスとより構成される光発生装置、
及びその製造方法に関する。
出力を高速変調したり波長を半分にして短波長化したり
する光機能デバイスの開発が、活発に行われている。こ
こで、光を数GHz以上の周波数で変調したり、mW以
上の出力パワーを有する短波長レーザ光を実現したりす
るためには、光導波路型光機能デバイスが有望である。
以下では、光導波路型の第2高調波発生(second
harmonic generation:SHG)
デバイス(例えば、水内、他:アイ・イー・イー・イ
ー、ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス、
30(1994)、pp.1596を参照)及び光変調
デバイスについて、簡単に説明する。
いて説明する。図16は、典型的なSHGデバイス50
の構成を示す斜視図である。
aO3結晶基板31に光導波路32が形成され、さらに
それに直交して、周期的な分極反転領域33が形成され
ている。SHGデバイス50では、基本波と発生する高
調波との伝搬定数の不整合を分極反転領域33の周期構
造で補償することにより、高効率に高調波を出すことが
できる。
以下に説明する。
aO3結晶基板31に、Taの電極パターンを、蒸着及
びフォトリソグラフィーにより、幅数μmの周期で形成
する。次に、約2kV/mmの電圧を印加して、周期的
な分極反転領域33を形成する。次に、Taによるスリ
ットを、形成された周期的な分極反転領域33に直交す
るように形成し、その後にピロ燐酸(約260℃)中で
約16分間の熱処理を行って、プロトン交換を施す。さ
らにその後に、約420℃で約1分間のアニールを行
い、光導波路32を形成する。
基板31の上に形成されるプロトン交換された光導波路
32は、z方向に偏光成分をもつ光のみを導波すること
ができる。xカットLiTaO3結晶基板を用いてもS
HGデバイスを作製することは可能であるが、一般に
は、以上で説明したようにzカットLiTaO3結晶基
板の上に形成されたSHGデバイスの方が、高調波への
変換効率が大きい。
レーザとを用いた従来の光発生装置の構成を、図17を
参照して説明する。
光は、2つの結合レンズを用いて光導波路型SHGデバ
イス39の上の光導波路40に導かれる。具体的には、
半導体レーザ34から出た光は、コリメートレンズ35
で平行化された後に、半波長板(λ/2板)36及びバ
ンドパスフィルタ37を透過して、フォーカシングレン
ズ38により光導波路型SHGデバイス39の上に形成
された光導波路40に集光される。ここで、半導体レー
ザ34がTEモードで発振するのに対して、SHGデバ
イス39の光導波路40は、z方向の偏光方向の光(す
なわち、TMモードの光)のみを伝搬する。半波長板3
6は、そのような条件の下で、半導体レーザ34からの
出射光と光導波路40の伝搬光との間で最大のオーバー
ラップを得るために用いられる。半導体レーザ34から
出射された光は、光導波路40を伝搬する間に高調波光
に変換され、SHGデバイス39の出射端より取り出さ
れる。
20mWのAlGaAs半導体レーザ光を基本波とした
ときに、波長約430nmのブルー光が、約2.8mW
のパワーで得られる。また、上述した2つの結合レンズ
35及び38を用いた短波長光源のモジュール容量は、
典型的には約3ccである(例えば、北岡、他:レーザ
ー研究、23(1995)、pp.787を参照)。
光通信システムが一般に広く利用されるに従って、各デ
バイスの小型化及び低コスト化が重要視されてきてい
る。半導体レーザと光導波路型光機能デバイスとを有す
る光発生装置の小型化及び低コスト化を実現するために
は、光結合の調整作業(すなわち、光結合を得るための
位置合わせ作業)を簡素化するとともに、結合レンズを
なくすことが重要である。具体的には、現状では、図1
7に示すような半導体レーザ34の光を2つの結合レン
ズ35及び38によって光導波路40に導くモジュール
構成では、フォーカシングレンズ38の光軸方向(図1
7のy方向)の位置合わせ、コリメートレンズ35の光
軸方向(図17のy方向)の位置合わせ、及び半導体レ
ーザ34の図17に示すx及びz方向への位置合わせが
必要であり、結果として4つの光学的調整が必要とな
る。このため、調整に時間を要するとともに、製造コス
トがアップする。さらに、先述のように、上記の構成を
有するシステムはモジュール容量が約3ccと比較的大
きく、比較的大きな空間を占有する。これらの点は、光
ディスクシステムなどの民生品への応用に対して、大き
な課題となる。
て、結合レンズのない直接結合型モジュールが提案され
ている(山本、他:特公平5−29892号公報)。し
かし、この場合も、光結合の調整のために、3軸方向或
いは2軸方向に沿った調整(位置合わせ)が必要であ
り、光結合のための位置合わせ調整に時間を要すること
やそれに関連するため製造コストのアップという課題
は、解決されない。
ロトン交換法により作製された光導波路型光機能デバイ
スと、TEモードで発振する半導体レーザからの出射光
と、を一つのサブマウント上で簡便に光結合すること
は、現状では困難である。すなわち、zカットされた結
晶基板上にプロトン交換法により作製された光導波路
は、TMモードの光のみを導波することができる。従っ
て、そのような光導波路を、TEモードで発振する半導
体レーザと同じサブマウント上に固定して、発振された
レーザ光を光導波路に結合するためには、両者の間に半
波長板を設置する必要がある。
されたものであり、その目的は、(1)半導体レーザと
光導波路型光機能デバイスとの間の光学的結合を得るた
めの位置合わせ調整を容易に実施できる小型の光発生装
置を提供すること、及び、(2)その製造方法を提供す
ること、である。
サブマウントと、該サブマウント上に固定された半導体
レーザチップと、該サブマウント上に固定された、光導
波路が形成されている基板と、該半導体レーザチップと
該基板の間に挿入されている、所定の径を有する物体
と、を備えており、そのことによって上記目的が達成さ
れる。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板が、LiTaxN
b1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電
体結晶基板の上に形成されている周期的分極反転領域を
さらに備え得る。
れ得る。
あり得る。
は、第1の面及び第2の面を含むサブマウントと、該サ
ブマウントの該第1の面の上に固定された半導体レーザ
チップと、該サブマウントの該第2の面の上に固定され
た、光導波路が形成されている基板と、を備えており、
該第1の面と該第2の面とが垂直な位置関係にあり、そ
のことによって上記目的が達成される。
装置が、第1の部分と第2の部分とを含むサブマウント
と、該サブマウントの該第1の部分に固定された半導体
レーザチップと、該サブマウントの該第2の部分に固定
された、光導波路が形成されている基板と、を備えてお
り、該第1の部分の構成材料と該第2の部分の構成材料
とがお互いに異なっていて、そのことによって上記目的
が達成される。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板が、LiTaxN
b1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電
体結晶基板の上に形成されている周期的分極反転領域を
さらに備え得る。
れ得る。
記第1の部分と前記第2の部分との間に挿入されてい
る、複屈折性を有する結晶薄板をさらに備える。
導率が前記第2の部分の熱伝導率よりも大きい。
がセラミックスであり得る。
に垂直な位置関係にある第1の面及び第2の面を含むサ
ブマウントと、半導体レーザチップと、光導波路が形成
されている基板と、のそれぞれに、位置合わせ用のマー
クを形成するステップと、該サブマウントの該マークと
該半導体レーザチップの該マークとが一致するように両
者を位置合わせして、該サブマウントの該第1の面の上
に該半導体レーザチップを固定するステップと、該サブ
マウントの該マークと該基板の該マークとが一致するよ
うに両者を位置合わせして、該サブマウントの該第2の
面の上に該基板を固定するステップと、を包含してお
り、そのことによって上記目的が達成される。
製造方法が、第1の面及び第2の面を含むサブマウント
と、半導体レーザチップと、のそれぞれに、位置合わせ
用のマークを形成するステップと、該サブマウントに該
第1の面に対向する側から該サブマウントを透過する光
を照射して、該サブマウントの該マークと該半導体チッ
プの該マークとをそれぞれ画像認識するステップと、該
サブマウントの該マークと該半導体チップの該マークと
が一致するように両者を位置合わせして、該サブマウン
トの該第1の面の上に該半導体レーザチップを固定する
ステップと、光導波路が形成されている基板を、該サブ
マウントの該第2の面の上に固定するステップと、を包
含しており、そのことによって上記目的が達成される。
射する前記光がInP系半導体レーザ光である。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板がLiTaxNb
1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電体
結晶基板の上に周期的分極反転領域を設けるステップを
さらに包含し得る。
るステップをさらに包含し得る。
置の製造方法が、半導体レーザチップのレーザ発振のた
めの積層構造の少なくとも一部を発光させて発光領域を
形成するステップと、該半導体レーザチップの該発光領
域を認識して、その位置情報に基づいて、該半導体レー
ザチップをサブマウントの所望の位置に固定するステッ
プと、光導波路が形成された基板を該サブマウントの上
に固定するステップと、を包含しており、そのことによ
って上記目的が達成される。
領域を形成する。
プの活性層に外部から光結合することにより前記発光領
域を形成する。
ザチップのパルス駆動により前記発光領域を形成する。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板がLiTaxNb
1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電体
結晶基板の上に周期的分極反転領域を形成するステップ
をさらに包含し得る。
るステップをさらに包含し得る。
装置が、サブマウントと、該サブマウントの上に固定さ
れた半導体レーザチップと、該サブマウントの上に固定
された、複数の光導波路が形成されている基板と、を備
え、該複数の光導波路が形成されている該基板の表面と
該基板が固定されている該サブマウントの表面とがお互
いに非平行関係にあり、そのことによって上記目的が達
成される。
形成されている前記基板の表面に形成された突起をさら
に備え、該突起によって前記非平行関係が得られる。
いる前記サブマウントの表面に形成された突起をさらに
備え、該突起によって前記非平行関係が得られる。
いに平行ではない表面と裏面とを有しており、それによ
って前記非平行関係が得られる。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板がLiTaxNb
1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電体
結晶基板の上に形成されている周期的分極反転領域をさ
らに備え得る。
形成され得る。
ウントと、半導体レーザチップと、光導波路が形成され
ている基板と、を備え、該光導波路が形成されている該
基板の表面と該基板が固定される該サブマウントの表面
とがお互いに非平行関係にある、光発生装置の製造方法
であって、該方法は、該サブマウント及び該基板の少な
くとも一方を加工して該非平行関係を得るステップと、
該サブマウントの上に該半導体レーザチップを固定する
ステップと、該サブマウントの上で該基板を、該固定さ
れた半導体レーザチップの光軸に対して平行に移動さ
せ、該基板の厚み方向での該基板と該半導体レーザとの
間の結合光学調整を行って、該基板を該サブマウント上
の所望の位置に固定するステップと、を包含しており、
そのことによって上記目的が達成される。
れている前記基板の表面に突起を形成するステップをさ
らに包含し、該突起によって前記非平行関係が得られ
る。
いる前記サブマウントの表面に突起を形成するステップ
をさらに包含し、該突起によって前記非平行関係が得ら
れる。
と裏面とをお互いに非平行に形成するステップをさらに
包含し、それによって前記非平行関係が得られる。
晶基板である。前記強誘電体結晶基板がLiTaxNb
1-xO3(0≦x≦1)であり得る。また、前記強誘電体
結晶基板の上に形成されている周期的分極反転領域をさ
らに備え得る。
れ得る。
とも、半導体レーザチップと、光導波路が形成された強
誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が固定されてい
る光発生装置において、半導体レーザチップと強誘電体
結晶基板の間に所定の半径を有する物体、例えば、ファ
イバやお互いに同一の半径を有する複数の球を挿入する
ことで、半導体レーザチップと光導波路との間の光学的
な調整を容易に実現することが可能になる。
少なくとも、半導体レーザチップと、光導波路が形成さ
れた強誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が固定さ
れている光発生装置において、半導体レーザチップが固
定されているサブマウントの第1の面と強誘電体結晶基
板が固定されているサブマウントの第2の面とがお互い
に垂直な位置関係を有するようにすることで、半導体レ
ーザチップと光導波路との間の光学的な調整を容易に実
現することが可能になる。
に少なくとも、半導体レーザチップと、光導波路が形成
された強誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が固定
されている光発生装置において、半導体レーザチップが
固定されているサブマウントの第1の部分と強誘電体結
晶基板が固定されているサブマウントの第2の部分とを
異なる材料から形成することで、より安定して動作する
光発生装置を提供することが可能になる。
に少なくとも、半導体レーザチップと、光導波路が形成
された強誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が固定
されている光発生装置において、半導体レーザチップが
固定されているサブマウントの第1の部分と強誘電体結
晶基板が固定されているサブマウントの第2の部分とを
異なる材料から形成するとともに、第1の部分と第2の
部分との間に複屈折性を有する薄板を挿入することで、
より安定して動作する光発生装置を提供することが可能
になる。
少なくとも、半導体レーザチップと、光導波路が形成さ
れた強誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が固定さ
れている光発生装置において、半導体レーザチップと強
誘電体結晶基板とサブマウントとに位置合わせ用のマー
クを形成した上で、半導体レーザチップと強誘電体結晶
基板とを固定するサブマウントの面の反対側よりサブマ
ウントに透過光を照射して各マークを画像認識し、各マ
ークが一致するように各構成要素を位置合わせして、サ
ブマウント上に半導体レーザチップや強誘電体結晶基板
を固定する。これによって、光発生装置のさらに簡単な
製造方法が提供される。
プをサブマウント上に固定する際に、半導体レーザチッ
プを光励起により発光させたり、半導体レーザチップの
活性層内の導波路部分に外部から光結合させたりするこ
とにより、半導体レーザチップの積層構造に発光領域を
形成する。そして、この発光領域を利用して半導体レー
ザチップをサブマウントの所望の位置に固定することに
よって、光発生装置の安定した製造方法が提供される。
少なくとも、半導体レーザチップと、複数の光導波路が
形成された強誘電体結晶基板(光機能デバイス)と、が
固定されている光発生装置において、光導波路が形成さ
れている強誘電体結晶基板の表面と、強誘電体結晶基板
が固定されているサブマウントの表面とを、お互いに平
行でない非平行な位置関係に置く。これによって、光結
合のための位置合わせ調整を容易に行うことができる光
発生装置が提供される。
とから構成される光発生装置においては、結合レンズの
ない直接結合型の光発生装置の半導体レーザと光導波路
の光結合のための位置合わせ調整を簡素化することが重
要である。
は、半導体レーザチップと光機能デバイスとをサブマウ
ントの同一平面上で光学的に位置合わせ調整する場合
に、半導体レーザチップと光機能デバイスとの間に所定
の半径を有する物体、例えば同一半径の複数の球を挿入
することで、半導体レーザと光機能デバイスとの距離方
向y方向の調整を省略できることである。
結晶基板がzカット結晶基板である場合に、半導体レー
ザチップが固定されているサブマウントの面と強誘電体
結晶基板が固定されているサブマウントの面とをお互い
に垂直な位置関係にすることで、半導体レーザチップと
強誘電体結晶基板とを、それらの間に半波長板を設ける
ことなく同一サブマウント上に固定できる。さらに、半
導体レーザの活性層を強誘電体結晶基板が固定されてい
る平面内に固定すれば、強誘電体結晶基板を一軸方向に
位置合わせ調整するだけで、光結合のための位置合わせ
調整を容易に行うことができる。
様々な実施形態を以下に説明する。なお、各図面で、同
様の構成要素には同様の参照番号を付しており、重複す
る説明は省略する。
態における光発生装置100を、以下に説明する。
プ1と光導波路4が形成された基板(光機能デバイス)
3とが同一のサブマウント6の上に固定され、半導体レ
ーザチップ1と基板3の間に同一半径の複数の球8が挿
入されている。基板としては、xカットLiTaO3結
晶基板が用いられる。xカットLiTaO3結晶基板に
は、イオン交換法の一種であるプロトン交換法により光
導波路4が形成され、さらに電界印加法により、周期的
分極反転構造5が光導波路4に直交して形成されてい
る。よって、この基板は、半導体レーザチップ1からの
出射光を半分の波長の光に変換する、SHGデバイス3
としての機能を有する。
であり、図1(b)は、その上面図である。図1(a)
及び(b)において、1は波長約850nmのレーザ光
を発するAlGaAs系半導体レーザチップ、3は光導
波路型SHGデバイス、6はSiサブマウントである。
しているため、偏光方向は、基板表面或いは活性層2の
表面に対して平行である。一方、光導波路型SHGデバ
イス3のxカットLiTaO3結晶基板の上のプロトン
交換光導波路4は、基板のz方向に屈折率分布をもつた
めに、基板に対して平行方向の光を伝搬することができ
る(図中のx、y、zは結晶軸を示す)。そのため、半
導体レーザチップ1と光導波路型SHGデバイス3とを
Siサブマウント6の同一平面上に配置して、それらの
間で光結合を行うことができる。
Siサブマウント6の上に、活性層2を下向きにして
(すなわちジャンクションダウン方向に)、はんだでボ
ンディングされている。半導体レーザチップ1の活性層
2の高さは、Siサブマウントから約5μmである。
導波路4と周期約3.8μmの分極反転領域5とが形成
されている。半導体レーザチップ1の活性層2と光導波
路4の高さとを一致させるために、光導波路4の上に
は、厚さ約5μmのSiO2保護膜7が形成されてい
る。
デバイス3との間に挿入されている球8は、SiO2ガ
ラスからなる直径約4μmの球である。本実施形態で
は、球8として、液晶ディスプレイの液晶を挟む部分の
ギャップの形成に用いられるガラス球が用いられる。
デバイス3の距離は、球8が挿入されているため、一定
に保持される。そのため、図1(b)の矢印方向のみの
一軸に沿った調整で、半導体レーザチップ1の光を光導
波路4に結合させることができる。具体的には、半導体
レーザ出力約100mWに対して、約70mWの光を光
導波路4に結合することができる。
化樹脂にてSiサブマウント6に固定される。また、本
実施形態では、半導体レーザチップ1として、波長チュ
ーニング可能なDBR(分布ブラッグ反射型)半導体レ
ーザが用いられる。半導体レーザチップ1の光の波長
は、光導波路型SHGデバイス3の位相整合波長に可変
され、約1mWのブルー光を光導波路4の出射端面より
得ることができる。
容量1cc以下を実現できて、従来のレンズ結合型モジ
ュールよりも小さくできる。また、球8が半導体レーザ
チップ1とSHGデバイス3の距離を自動的に決めるた
め、一軸方向の位置合わせ調整のみで半導体レーザチッ
プ1の光を光導波路4に結合でき、従来より短時間の光
結合のための位置合わせ調整が実現できる。具体的に
は、モジュール製造時間として、従来のレンズ結合型で
は約5分、従来の3軸方向の位置合わせ調整を要する直
接結合型では約1分を要していたが、本実施形態の構成
では、約30秒で行うことができる。さらに、球8が半
導体レーザチップ1と光導波路型SHGデバイス3の間
に挿入されているため、活性層2や光導波路4の端面を
損傷することなく、光結合のための位置合わせ調整する
ことが可能である。
導波路型SHGデバイス3の距離を調整しているが、シ
ングルモードファイバのような円柱状の物体を挿入して
調整しても、同様の効果が得られる。
3結晶基板を用いてSHGデバイス3を構成している
が、xカットLiNbO3結晶基板やxカットKTiO
PO4結晶基板を用いた光導波路型SHGデバイス3と
半導体レーザチップ1とにより構成される光発生装置に
おいても、同様の効果が得られる。
実施形態における光発生装置200の側面図であり、図
2(b)は、その上面図である。
3結晶基板を用いた光導波路型SHGデバイス3を用い
る構成について述べた。しかし、現状では、zカットL
iTaO3結晶基板上に光導波路10と周期的分極反転
領域11とが形成された光導波路型SHGデバイス9の
方が、変換効率の高いデバイスを実現できる。そのた
め、図2(a)及び(b)の光発生装置200の構成で
は、zカットLiTaO3結晶基板を用いた光導波路型
SHGデバイス9の光導波路10の入射端面に半波長膜
12を形成して、サブマウント6の同一平面上で半導体
レーザチップ1との間の調整を行うようになっている。
にTa2O5をEB装置により斜め方向に蒸着して、形成
される。半波長板12の分だけ半導体レーザチップ1と
光導波路型SHGデバイス9の距離を近づけることが困
難となるため、結合効率は、半波長膜がない構成の約6
0%に低下する。しかし、SHGデバイス9の変換効率
が大きいため、約3mWのブルー出力が得られる。
TaO3結晶基板を用いているが、zカットLiNbO3
結晶基板やzカットKTiOPO4結晶基板を用いた光
導波路型SHGデバイスと半導体レーザにより構成され
る光発生装置においても、同様の効果が得られる。
ザチップ1と光導波路10が形成された基板(光機能デ
バイス)9とがサブマウント13の上に固定され、半導
体レーザチップ1が固定されている面と基板9の固定さ
れている面がお互いに垂直な位置関係にある光発生装置
300について説明する。図3(a)〜(c)は、それ
ぞれ本実施形態における光発生装置300の側面図、上
面図、及び斜視図である。
に、光導波路10が形成された基板9としてzカットL
iTaO3結晶基板により作製された光導波路型SHG
デバイス9を用いる。基板9には、プロトン交換法によ
り形成された光導波路10と、電界印加法により形成さ
れた周期的分極反転構造11とが、お互いに直交して設
けられている。これより、このデバイス9は、半導体レ
ーザチップ1の光を半分の波長の光に変換するSHGデ
バイス9としての機能を有する。
W、波長約850nmのAlGaAs系半導体レーザチ
ップであり、9は光導波路型SHGデバイスであり、1
3はSiサブマウントである。半導体レーザチップ1は
Siサブマウント13の第1の面13A’(「A面」と
も称する)に固定され、光導波路型SHGデバイス9は
第2の面13B’(「B面とも称する」)に固定され
る。
法について、詳しく説明する。
5mmのSi基板を、第1の面13A’と第2の面13
B’が垂直な位置関係になるように切断して作製され
る。Siサブマウント13の第1の面13A’には、A
u薄膜が形成されている。半導体レーザチップ1が取り
付けられる位置には、ボンディング用のAu/Snはん
だ層が蒸着されている。
ップ1は、Siサブマウント13上の第1の面13A’
の基準線C(第2の面13B’の延長線に一致する)よ
り約1μm離れたところに半導体レーザチップ1の活性
層2の発光領域が位置するように、固定される。発光点
Eは、基準線Dより約1μm離れている。
パルス駆動により発光させて発光点Eを認識し、所定の
位置に調整して固定する。直流駆動で動作させた半導体
レーザチップは、サブマウント上に固定されていない
と、十分に放熱されないために短時間で劣化を起こす。
しかし、パルス駆動により発光させた場合には、発光さ
せながら調整を行うことができる。
の面13B’上で調整する。光導波路型SHGデバイス
9は、第2の面13B’上で入射端面が基準線Dに接し
た状態で、図3(a)に示す矢印の方向に一軸に沿って
位置合わせ調整される。
振しているため、得られるレーザ光の偏光方向は、第1
の面13A’に対して平行な方向である。一方、zカッ
トLiTaO3結晶基板を用いて作製された光導波路型
SHGデバイス9の上のプロトン交換光導波路10は、
z方向に屈折率分布をもつために、基板表面に対して垂
直な方向の光(TMモード)を伝搬することができる。
本実施形態の構成では、半導体レーザチップ1と光導波
路型SHGデバイス9が、お互いに垂直な位置関係でS
iサブマウント13上に固定されているため、半波長板
がなくても、半導体レーザチップ1の光を光導波路10
に結合することができる。
は、第2の面13B’より約11μmの高さに固定され
ていて、半導体レーザチップ1と光導波路型SHGデバ
イス9の距離も約1μmであるため、図3(a)の矢印
方向の一軸に沿った位置合わせ調整のみで、半導体レー
ザチップ1の光を光導波路10に結合させることができ
る。具体的には、結合効率約60%を実現することがで
きる。
化樹脂を用いてサブマウント13に固定される。なお、
本実施形態の構成でも、半導体レーザチップ1としてD
BR半導体レーザが用いられる。半導体レーザチップ1
の光の波長を光導波路型SHGデバイス10の位相整合
波長に一致させて、約3mWのブルー出力が安定に得ら
れる。
現でき、従来のレンズ結合型モジュールに比べて大幅に
小さくすることができる。また、zカットLiTaO3
結晶基板を用いた光導波路型SHGデバイス9を半波長
板なしで利用することができるため、高効率のSHGブ
ルーレーザを実現できる。さらに、一軸位置合わせ調整
で半導体レーザ1の光を光導波路10に光結合できるた
め、その調整が容易であり、約30秒間で組立及び調整
が完了する。
は、サブマウント13の上に蒸着するはんだ(Au/S
n)層やAu層の厚さを制御して光軸合わせをする必要
がなく、光導波路型SHGデバイス9の位置の調整のみ
で、光軸合わせができる点である。通常、半導体レーザ
チップ1ははんだで固定されるので、はんだ層自身の厚
みを制御して半導体レーザチップ1の活性層2の高さレ
ベルを調整することは、困難である。本実施形態では、
光導波路型SHGデバイス9の固定位置の調整を半導体
レーザチップの高さ方向(図3(c)のx方向)に行う
ため、はんだ層の厚さを制御せずに光結合のための位置
合わせ調整を行える。
位置合わせ調整の調整尤度(最大結合効率の半分の結合
効率が得られる移動量)が、第1或いは第2の実施形態
の構成よりも大きいことである。従来のレンズ結合型の
構成では、最も厳しい方向、すなわち基板に対して垂直
な方向の調整尤度が、約±0.6μmであるのに対し
て、本実施形態のように半導体レーザチップ1とSHG
デバイス9の強誘電体結晶基板とをお互いに垂直な位置
関係に設置してその位置関係を調整することにより、調
整尤度が約2μmに拡大する。
動して発光点を認識しているため、半導体レーザチップ
1を劣化させることなく、サブマウント13上の所定の
位置に固定することができる。なぜならば、固定に際し
て、半導体レーザチップ1を、温度上昇なしでレーザ発
振させることができるためである。
3結晶基板が用いられたが、zカットLiNbO3結晶基
板やzカットKTiOPO4結晶基板を用いた光導波路
型SHGデバイスと半導体レーザにより構成される光発
生装置においても、同様の効果が得られる。
切断により作製したL字型のSiサブマウント上に半導
体レーザチップと光導波路型SHGデバイスとを固定し
た光発生装置300について説明した。本実施形態で
は、あるSiサブマウントに他のSiサブマウントを接
着して得られたL字型Siサブマウントを用いた光発生
装置400について説明する。
Siサブマウント14は第1の部分14A(「A部分」
とも称する)と第2の部分14B(「B部分」とも称す
る)から構成され、第1の部分14Aと第2の部分14
Bは、図4(a)に示すような段差ができるように接着
されている。本実施形態の光発生装置400と第3の実
施形態における光発生装置300の違いは、第1の面1
4A’上で第1の部分14Aと第2の部分14Bの間に
段差が存在するため、半導体レーザチップ1を固定する
際に、図4(a)のように半導体レーザチップ1を第2
の部分14Bにあてることで、基準線Dに対して一定の
距離で固定できることである。そのため、所望の位置に
半導体レーザチップ1を固定するためには、Siサブマ
ウント14上の第1の面14A’(A面)の基準線C
(第2の面14B’の延長線に相当する)より1μm離
れたところに半導体レーザチップ1の活性層2の発光領
域を一致させるだけでよく、一軸方向の位置合わせ調整
だけで済む。
置400の側面図、上面図、及び斜視図である。第3の
実施形態と同様に、半導体レーザチップ1は、Au/S
nはんだ層でSiサブマウント14上に固定される。光
導波路型SHGデバイス9は、第3の実施形態と同様に
第2の面14B’上でその位置を調整する。本実施形態
では、zカットLiTaO3結晶基板を用いて作製され
た光導波路型SHGデバイス9が用いられている。
プ1と光導波路型SHGデバイス9の距離を近付けるこ
とができるため、結合効率約70%が実現される。光導
波路型SHGデバイス9は、紫外線硬化樹脂にてサブマ
ウント14上に固定される。典型的には、半導体レーザ
1の出力約100mWに対して、約4mWのブルー光を
得ることができる。。
ブマウント13のコーナ部分を直角に形成することが困
難である。しかしながら、本実施形態では、2つのSi
サブマウント(第1の部分14Aと第2の部分14B)
とを接着してサブマウント14を形成するために、容易
に直角のコーナを形成できる。特に本実施形態の特徴
は、第1の部分14Aと第2の部分14Bの段差を形成
することにより、半導体レーザチップ1と光導波路型S
HGデバイス9の距離が自動的に決定され、より簡便な
一軸位置合わせ調整で、半導体レーザチップ1の光を光
導波路10に結合できることである。先の実施形態より
も半導体レーザチップ1の固定が容易であるため、組立
調整に要する時間は、約20秒である。
1cc以下の小型SHGブルーレーザが実現でき、また
zカットLiTaO3結晶基板に作製した光導波路型S
HGデバイス9を用いるために、高効率でブルー光を得
ることができる。また、先の実施形態と同様に、サブマ
ウント14上に蒸着するはんだ(Au/Sn)層やAu
層の厚さを制御することなく、光導波路型SHGデバイ
ス9の位置の調整のみで、光結合の調整を行うことがで
きる。
3結晶基板が用いられたが、zカットLiNbO3結晶基
板やzカットKTiOPO4結晶基板を用いた光導波路
型SHGデバイスと半導体レーザにより構成される光発
生装置においても、同様の効果が得られる。
考えた場合、サブマウントは、熱伝導性の高い材料で構
成されることが好ましい。また、半導体レーザチップだ
けでなく光機能デバイスも同時に固定することを考える
と、サブマウントの構成材料は加工性の良いことが望ま
れる。一方、半導体レーザチップの発熱が、光導波路が
形成された強誘電体結晶基板に伝達することは好ましく
ない。例えば、SHGデバイスの場合では、半導体レー
ザで発生した熱の伝導によりSHGデバイスの温度が不
均一になるため、高調波光への変換効率の劣化を招く。
材料である。また、材料の選択により、熱伝導率や線膨
張係数を所望の値に設定できる。例えば、AlN(熱伝
導率:0.4cal/cm/sec/℃)やSiC(熱
伝導率:0.15cal/cm/sec/℃)のセラミ
ックスは、Si(熱伝導率:0.3cal/cm/se
c/℃)とほぼ同程度か或いはそれ以上の熱伝導度を有
する。一方で、ZrO2(熱伝導率:0.01cal/
cm/sec/℃)などは、熱伝導の悪い材料である。
ントを用いた光発生装置について説明したが、上述した
ようにAlNやSiCのセラミックスは熱伝導性が大き
く、第1〜第4の実施形態の構成でSiサブマウントの
代わりに用いても、同様の効果が得られる。
マウント15のうちで半導体レーザチップ1が固定され
ている部分15A(「A部分」とも称する)と光導波路
4が形成された基板(光機能デバイス)3が固定されて
いる第2の部分15B(「B部分」とも称する)で、構
成材料が異なっている。光導波路4が形成された基板と
しては、xカットLiTaO3結晶基板光導波路型SH
Gデバイス3が用いられる。
00の側面図であり、図5(b)は、その上面図であ
る。
は、半導体レーザチップ1が固定される第1の部分15
A(A部分)と光導波路型SHGデバイス3の固定され
る第2の部分15B(B部分)により構成される。第1
の部分15Aの材料は、熱伝導性がよいAlNセラミッ
クスであり、第2の部分15Bの材料は、熱伝導性が悪
いZrO2セラミックスである。第1及び第2の部分1
5A及び15Bは、接着により一体化されてサブマウン
ト15を構成し、半導体レーザチップ1と光導波路型S
HGデバイス3が固定される面は、鏡面加工されてい
る。
成されている第1及び第2の部分15A及び15Bを接
着せずに、焼結する前にお互いに密着させ、その後に焼
結により一体化させてもよい。その場合には、図6に示
す光発生装置600のように、サブマウント15の第1
の部分15Aをテラス状の部分を有するように形成し、
第2の部分15Bをそのテラス状部分の上に載置するよ
うな構造の方が、機械的強度の観点からは有利である。
デバイス3は、第1の実施形態と同様にサブマウント1
5の同一平面上に固定して、半導体レーザチップ1の光
を導波路4に結合する。半導体レーザチップ1と光導波
路型SHGデバイス3の距離は、球8により一定に保持
される。本実施形態の構成でも、図5(b)の矢印方向
のみの一軸位置合わせ調整で、半導体レーザチップ1の
光を光導波路4に結合させることができる。典型的に
は、半導体レーザチップ1の出力約100mWに対し
て、約70mWの光を光導波路4に結合することができ
る。また、本実施形態の半導体レーザチップ1として
も、波長チューニング可能なDBR半導体レーザが用い
られる。半導体レーザチップ1の波長は、光導波路型S
HGデバイス9の位相整合波長に可変され、約1.5m
Wのブルー光を光導波路4の出射端面より得ることがで
きる。
ムなどにさらに固定すると、半導体レーザチップ1から
の発熱は、熟伝導度の高いAlNセラミックス(第1の
部分15A)を伝達してステムに放熱される。一方、光
導波路型SHGデバイス3は、熱伝導性の悪いZrO2
セラミックス(第2の部分15B)の上に固定されてい
るため、ほとんど半導体レーザチップ1からの熱の影響
を受けない。結果として、半導体レーザチップ1で発生
した熱の光導波路型SHGデバイス3への伝達が低減で
き、第1の実施形態と比較して約1.5倍高い変換効率
を得ることができる。
の部分15Bの熱伝導率の比が約40倍になるように
(第1の部分15Aが第2の部分15Bよりも約40倍
大きい熱伝導率を有するように)しているが、AlNの
代わりにSiCを用いても、同様の効果が得られる。し
かし、Al2O3(熱伝導率:0.05cal/cm/s
ec/℃)では必ずしも十分な効果が得られず、これよ
り、熱伝導率の比が、約10倍以上であることが望まし
い。
数などを考慮してセラミックスをサブマウント15の構
成材料として用いているが、熱伝導性のよい材料として
の金属と熱伝導性の悪い材料としてのガラスとの組み合
わせによっても、同様の効果が得られる。
O3結晶基板が用いられているが、xカットLiNbO3
結晶基板やxカットKTiOPO4結晶基板を用いた光
導波路型SHGデバイスと半導体レーザにより構成され
る光発生装置においても、同様の効果が得られる。
置700では、図7(a)に示すように、サブマウント
16のうちで半導体レーザチップ1が固定されている部
分16A(「A部分」とも称する)と光導波路10が形
成された基板(光機能デバイス)9が固定されている第
2の部分16B(「B部分」とも称する)で、構成材料
が異なっている。光導波路10が形成された基板として
は、zカットLiTaO3結晶基板光導波路型SHGデ
バイス9が用いられる。
形態の光発生装置700の側面図、上面図、及び斜視図
である。
は、半導体レーザチップ1が固定される第1の部分16
A(A部分)と光導波路型SHGデバイス9の固定され
る第2の部分16B(B部分)により構成される。第1
の部分16Aの材料は、熱伝導性がよいAlNセラミッ
クスであり、第2の部分16Bの材料は、熱伝導性が悪
いZrO2セラミックスである。第1及び第2の部分1
6A及び16Bは、接着により段差ができるように一体
化されてサブマウント16を構成し、半導体レーザチッ
プ1と光導波路型SHGデバイス9が固定される面は、
鏡面加工されている。
成されている第1及び第2の部分16A及び16Bを接
着せずに、焼結する前にお互いに密着させ、その後に焼
結により一体化させてもよい。その場合には、先に図6
を参照して説明した構成が、機械的強度の観点からは有
利である。
デバイス9とは第4の実施形態と同様に位置合わせ調整
及び固定されて、典型的には、約70%の結合効率を実
現する。また、半導体レーザ1の出力約100mWに対
して、約6mWのブルー光を得ることができる。
施形態と同様に、モジュール容量が1cc以下であり、
また簡便な一軸方向の位置合わせ調整で、半導体レーザ
チップ1の光を光導波路10に導くことができる。この
ため、小型で低コストのSHGブルーレーザを実現でき
る。また、光結合のための位置合わせ調整の結合尤度を
拡大することもできる。さらに、半導体レーザチップ1
の発生する熱が光導波路型SHGデバイス9に伝達する
ことを低減でき、第3及び第4の実施形態の構成と比較
して、約1.5倍の変換効率の向上が実現される。
3結晶基板が用いられたが、zカットLiNbO3結晶基
板やzカットKTiOPO4結晶基板を用いた光導波路
型SHGデバイスと半導体レーザにより構成される光発
生装置においても、同様の効果が得られる。
の実施形態で説明したサブマウントの第1の部分(A部
分)と第2の部分(B部分)の間に、半波長板が挟まれ
ているサブマウントを用いた光発生装置800について
説明する。
であり、図8(b)は、その上面図である。
は、半導体レーザチップ1が固定される第1の部分17
A(A部分)と光導波路型SHGデバイス9の固定され
る第2の部分17B(B部分)により構成される。第1
の部分17Aの材料は、熱伝導性がよいAlNセラミッ
クスであり、第2の部分17Bの材料は、熱伝導性が悪
いZrO2セラミックスである。第1及び第2の部分1
7A及び17Bの間には、厚さ約5.4μmのLiNb
O3結晶薄板18が挿入され、接着により一体化されて
いる。半導体レーザチップ1と光導波路型SHGデバイ
ス9が固定される面は、鏡面加工されている。なお、本
実施形態では、光導波路10が形成された基板として、
zカットLiTaO3結晶基板を用いた光導波路型SH
Gデバイス9が用いられている。
デバイス9は、第5の実施形態と同様にサブマウント1
7の同一平面上に固定されて、半導体レーザチップ1の
光を光導波路10に結合する。半導体レーザチップ1
は、出射端面がLilbO3結晶薄板(半波長板)18
に接した状態で、Au/Snはんだによりサブマウント
17に固定される。光導波路型SHGデバイス9上に
は、厚さ約5μmのSiO2保護膜7が形成されてい
て、半導体レーザチップ1の活性層2を、SHGデバイ
ス9の光導波路10の高さと同じにしている。
SHGデバイス9の入射端面がLiNbO3結晶薄板
(半波長板)18に接した状態で、図8(b)の矢印の
方向に一軸方向に位置合わせ調整して、半導体レーザチ
ップ1の光を光導波路10に結合する。半導体レーザチ
ップ1の出力約100mWに対して、約50mWの光を
光導波路10に結合することができ、約1mWのブルー
光を光導波路10の出射端面より得ることができる。
3結晶基板を用いた光導波路型SHGデバイス9を利用
することができるため、高効率のSHGブルーレーザを
実現できる。また、半導体レーザチップ1と光導波路型
SHGデバイス9の距離は、LiNbO3結晶薄板(半
波長板)18の厚さにより自動的に決定されるため、簡
便な一軸方向の位置合わせ調整のみで、光結合の調整が
行える。
基板が用いられたが、zカットLiNbO3結晶基板や
zカットKTiOPO4結晶基板を用いた光導波路型S
HGデバイスと半導体レーザにより構成される光発生装
置においても、同様の効果が得られる。
例えば、複屈折性を有する結晶薄板であるLiNbO3
結晶薄板を用いることができる。或いは、水晶やLiT
aO3結晶など、他の複屈折性結晶からできた薄板を用
いても、同様の効果が得られる。しかし、LiNbO3
結晶は、複屈折性が大きいため、結晶薄板を薄くしても
十分な効果が得られる。そのため、半導体レーザチップ
1と光導波路10を近づけることができ、さらに結合効
率も大きくできる。また、LiNbO3結晶は、加工性
がよい。これらの点より、LiNbO3結晶は、半波長
板18を構成する結晶薄板として望ましい材料である。
1〜第7の実施形態の光発生装置を製造するにあたって
は、まず、半導体レーザチップをサブマウント上の所望
の位置に固定することが重要である。特に、第3、第4
及び第6の実施形態のようなL字型のサブマウントを用
いた光発生装置においては、半導体レーザチップをサブ
ミクロンの精度で固定する必要がある。これに関して、
第1の実施形態では、半導体レーザチップ1をパルス駆
動して実際に発光させ、発光点を認識しながら位置合わ
せ調整及び固定作業を行うが、本実施形態では、サブマ
ウントの裏側より、サブマウントを透過する波長の光を
照射し、半導体レーザチップを精度良く画像認識して位
置合わせ調整及び固定する方法について説明する。
施形態で説明した光発生装置300において、半導体レ
ーザチップ1の活性層2の発光点EをSiサブマウント
13のA面上の所定の位置(基準線Cより1μm、基準
線Dより1μm離れた位置)に固定する方法を、以下に
説明する。
0倍の拡大率を有する顕微鏡、21はSiに対して透明
な赤外光源である。図10(a)〜(c)に示すよう
に、Siサブマウント13上には4つの三角形が配置さ
れたマーキングBが、半導体レーザチップ1の表面には
方形状のマーキングAが、それぞれAu薄膜で形成され
ている。Siサブマウント13上には、電極用のAu薄
膜22及びはんだ層23も形成されている。なお、図1
0(c)では、マーキングBのイメージの中央にマーキ
ングAのイメージが、重ねて描かれている。
た赤外光源21からの光は、マーキングA及びBでそれ
ぞれ反射する。反射光は、顕微鏡20で拡大されて検出
器19に結像する。本実施形態では、赤外光源21とし
て、1.3μm帯のInP半導体レーザが用いられる。
図10(c)のx方向とy方向のマーキングからの反射
光を検出し、検出器19上での反射光強度分布が中心対
称になるように半導体レーザチップ1を調整して、図1
0(c)に示すようにマーキングAをマーキングBの中
央の位置に位置させる。この状態で、Siサブマウント
13を加熱してはんだ層23を溶融させ、半導体レーザ
チップ1をサブマウント13の上の所定の位置に固定す
る。
て、第4及び第6の実施形態のように半導体レーザチッ
プ1の位置を一軸方向に調整する場合の調整方法につい
て述べる。
述べたように第1の部分14A(A部分)と第2の部分
14B(B部分)とに分かれて、それらの間には段差が
設けられている。半導体レーザチップ1をこの段差に押
し当てることで、半導体レーザチップ1の出射端面を基
準線D上に位置させることができる。半導体レーザチッ
プ1の発光領域の真上には、ライン状のマーキングCが
形成されている。また、Siサブマウント14上には、
マーキングDとはんだ層24が形成されている。
かれた矢印の方向に移動させて、マーキングCがマーキ
ングDの間に位置するように、その位置を調整する。先
に図9を参照して説明したように、赤外光源21により
Siサブマウント14の裏側からサブマウント14を透
過する光を照射すると、透過光はマーキングC及びマー
キングDで反射し、顕微鏡20で拡大されて検出器19
に結像する。マーキングCがマーキングDの間に位置す
るように位置合わせ調整されると、マーキングからの反
射光の強度が最大になる。この位置でSiサブマウント
14を加熱してはんだ層24を溶融し、半導体レーザチ
ップ1を所定の位置に固定する。
グを認識しようとすると、半導体レーザチップ1が多層
構造であるため、レンズの収差を補正することが困難で
ある。また、半導体レーザチップの上側にAu電極を形
成すると、赤外光がAuを透過しないため、マーキング
の認識が困難となる。これに対して本実施形態では、顕
微鏡20を構成するレンズをSiサブマウント13の厚
さを考慮して設計することで、マーキングA〜Dからの
反射光は収差なく検出器19に結像される。そのため、
サブマウント14の裏側から光を照射してマーキングA
〜Dを裏面から認識することで、高精度の位置調整が実
現できる。
半導体レーザチップ1の発光領域を認識するために、半
導体レーザチップ1にマーキングAやマーキングCを形
成する必要がある。これに対して本実施形態では、半導
体レーザチップ1にマーキングせずに発光領域を検出す
る方法について説明する。
波長650nmの色素パルスレーザ25で照射すると、
活性層2の電子が励起されてレーザ発振を起こす。発振
が起きると発光点Eが発光するため、発光点Eを認識し
ながら位置合わせ調整を行うことができる。
帯のAlGaAs系半導体レーザ26から出射された光
を、半導体レーザチップ1の後端面に集光する。このと
き、AlGaAs系半導体レーザ26の光は、半導体レ
ーザチップ1の活性層(発光領域)2の内部を伝搬して
いき、その過程で活性層2の電子が励起されて発光点E
が発光する。これにより、発光点Eを認識しながら位置
合わせ調整を行うことができる。
体レーザチップ1に電流を印加することなく、発光点E
を認識することができる。また、半導体レーザチップ1
にマーキングを形成する必要もなく、半導体レーザチッ
プ1の位置を認識できる。形成された発光点Eを利用す
ることで、約20秒間という短時間で、半導体レーザチ
ップ1の位置合わせ調整及び固定が行えて、光発生装置
を簡便に製造することができる。
14(a)〜(e)を参照して、光導波路が形成されて
いる基板の表面と、基板(光機能デバイス)が固定され
ているサブマウントの表面が平行でなく、基板をスライ
ド移動させることで、光導波路とサブマウントの高さを
調整できる光発生装置について説明する。
面と基板が固定されているサブマウントの表面とを非平
行状態にする方法について説明する。本実施形態では、
光機能デバイスとして、xカットLiTaO3結晶基板
上に光導波路4を作製した光導波路SHGデバイス3を
用いて説明する。
(b)に示す上面図において、第1の実施形態と同様
に、Siサブマウント6上には、半導体レーザチップ1
と光導波路型SHGデバイス3が固定される。Siサブ
マウント6上には電極用のAu層が蒸着され、さらに、
はんだ層により半導体レーザチップ1が固定される。第
1の実施形態では、光導波路型SHGデバイス3上にS
iO2保護膜を形成して半導体レーザチップ1の活性層
2と光導波路4の高さを調整したが、本実施形態では、
図14(c)に示すように、光導波路型SHGデバイス
3の光導波路4が形成されている基板表面にストライプ
状の突起27が形成されていて、この突起27を利用し
て活性層2と光導波路4の高さを調整する。突起27の
高さは、例えば約10μmである。
複数の光導波路4が約30μm間隔で形成されている。
そのため、突起27が光導波路型SHGデバイス3の上
に形成されていると、図14(c)に示すO点、P点及
びQ点で、それぞれ光導波路4のサブマウント6の表面
からの高さが異なることになる。具体的には、光導波路
4のサブマウント6の表面からの高さは、例えばO点で
は約0μm、P点では約5μm、さらにQ点では約10
μmとなる。故に、図14(b)の矢印方向に光導波路
型SHGデバイス3を移動させることにより、最大の光
結合効率が得られるように、光導波路4の高さを任意に
調整できる。典型的には、結合効率を、約80%にまで
改善することができて、約1.3mWのブルー光を得る
ことができる。
イス3に突起27を形成した構成になっているが、図1
4(d)のように、Siサブマウント6の上に突起27
を形成しても、同様の効果が得られる。
イス3の光導波路4が形成されていない結晶基板面をサ
ブマウント6に密着させて固定する場合、結晶を斜めに
研磨することで光導波路4の高さを順に変化させて、同
様の効果が得ることができる。図14(e)の配置で
は、光導波路4がサブマウント6よりも離れて位置する
ために、半導体レーザチップ1からサブマウント6を通
じたSHGデバイス3への熱伝導を、より効果的に防止
することができる。
ス3の一軸位置調整により、光導波路4の高さの調整も
行える。このため、半導体レーザチップ1を固定する際
のはんだ層の厚さを厳密に制御する必要がなく、より実
用的な製造が実現できる。
発明を光導波路型光変調デバイスに適用して、同様の効
果が得られることを説明する。
は、zカットLiNbO3結晶基板28上に、2つのY
分岐光導波路が、組み合わされて形成されている。分岐
された2つの光導波路29には、それぞれ電極30が構
成されている。TMモードの伝搬光は、それぞれの光導
波路29で△φ及び−△φの位相変化を受けるので、両
者の間には2△φの位相差が生じる(プッシュプル動
作)。これより、出力光の強度は、2△φの位相差に対
して光変調される。
導体レーザチップからの光を光導波路に結合するための
結合レンズを削除した直接結合型が、小型化のためには
望まれる。この場合、光結合のための位置合わせ調整の
簡素化が可能なモジュール構成の実現が、重要である。
また、直接結合型モジュールでは、半導体レーザチップ
からの熱伝導は、位相変化に影響を与え、さらに変調特
性の劣化を招くことになる。
おいて、光機能デバイスとしてSHGデバイスの代わり
に光変調デバイスを固定した光発生装置を構成すれば、
容積が約1cc以下と小型で且つ約30秒以内の短い時
間で製造できる、直接結合型の光変調デバイスが実現で
きる。また、半導体レーザチップが固定されているサブ
マウントの部分の構成材料を、光変調デバイスが固定さ
れているサブマウントの部分の構成材料から異ならせる
ことで、半導体レーザチップから光デバイス(光変調デ
バイス)への熱伝導を低減できて、出力光の強度変調を
安定して行うことができる。
上にプロトン交換法により作製された光導波路型光機能
デバイスを用いた光発生装置を説明しているが、ガラス
基板上にイオン交換より作製された光導波路型光機能デ
バイスを用いても、同様の効果が得られる。
径(同一の厚さ)を有する複数の球やファイバなどの物
体を、半導体レーザチップと光機能デバイス(例えば、
SHGデバイス、或いは光変調デバイス)としての機能
を有する強誘電体結晶基板の間に挿入することにより、
半導体レーザの光を光導波路へ光結合するための位置合
わせ調整(光結合調整)、特に半導体レーザチップと強
誘電体結晶基板の距離方向の調整が簡素化される。さら
に、超小型の光発生装置を実現することができる。
半導体レーザチップと光導波路が形成された強誘電体結
晶基板(光機能デバイス)とが固定された光発生装置に
おいて、半導体レーザチップが固定されているサブマウ
ントの面と強誘電体結晶基板(光機能デバイス)が固定
されているサブマウントの面を、お互いに垂直な位置関
係に配置することにより、半導体レーザの光を光導波路
へ導くための光学的調整(位置合わせ調整)を簡素化す
ることができ、超小型の光発生装置を実現することがで
きる。特に、SHGデバイスのような光機能デバイスを
z板結晶基板上に形成した場合に、半波長板なしで半導
体レーザチップと光機能デバイスとの間の光結合を行う
ことができる。
少なくとも半導体レーザチップと光導波路が形成された
強誘電体結晶基板(光機能デバイス)が固定された光発
生装置において、半導体レーザチップが固定されている
部分のサブマウントの材料の熱伝導率が、強誘電体結晶
基板が固定されている部分のサブマウントの材料の熱伝
導率よりも大きくなるように、それぞれの部分を異なっ
た材料から形成する。これによって、半導体レーザチッ
プから発熱する熱が強誘電体結晶基板に伝導することを
低減し、強誘電体結晶基板上に形成した光機能デバイス
の特性劣化を防止できる。セラミックスをサブマウント
の構成材料として用いる場合、熱伝導率や線膨張係数を
自由に選択でき、また加工性もよいため、半導体レーザ
チップから発熱する熱が光機能デバイスへ伝導すること
を、効果的に低減できる。
いる部分と強誘電体結晶基板(光機能デバイス)が固定
されている部分との間に、複屈折性を有する結晶薄板を
挿入することにより、光結合のための位置合わせ調整が
容易で且つ半導体レーザチップの放熱特性にすぐれた光
発生装置が実現される。
少なくとも半導体レーザチップと光導波路が形成された
強誘電体結晶基板(光機能デバイス)が固定された光発
生装置において、半導体レーザチップと強誘電体結晶基
板とサブマウント上に、位置合わせ用のマークを形成す
る。そして、半導体レーザチップと強誘電体結晶基板と
固定される面の反対側よりサブマウントに透過光を照射
し、各マークを画像認識する。認識された各マークを利
用して位置合わせ調整を行うことで、調整作業を簡易化
することができる。
プをサブマウント上に固定する際に、半導体レーザチッ
プを光励起により発光させたり、半導体レーザチップの
活性層内の導波路部分に外部から光結合させたり、半導
体レーザチップをパルス駆動させたりして、発光部を形
成する。この発光部を認識しながら、サブマウントの所
望の位置に半導体レーザチップを位置合わせさせること
により、短時間で且つ半導体レーザチップを劣化させる
ことのない光学調整の実施が可能になる。
発生装置の側面図であり、(b)はその上面図である。
発生装置の側面図であり、(b)はその上面図である。
発生装置の側面図であり、(b)は、その上面図であ
り、(c)は、その斜視図である。
発生装置に用いられるサブマウントの構成を示す側面図
であり、(b)は、その光発生装置の側面図であり、
(c)は、その上面図であり、(d)は、その斜視図で
ある。
発生装置の側面図であり、(b)はその上面図である。
置の側面図である。
発生装置に用いられるサブマウントの構成を示す側面図
であり、(b)は、その光発生装置の側面図であり、
(c)は、その上面図であり、(d)は、その斜視図で
ある。
発生装置の側面図であり、(b)はその上面図である。
る半導体レーザチップのある位置合わせ工程を模式的に
説明するための図である。
の製造プロセスにおける半導体レーザチップの位置合わ
せ工程を模式的に説明するための図である。
置の製造プロセスにおける半導体レーザチップの他の位
置合わせ工程を模式的に説明するための図である。
ける半導体レーザチップのさらに他の位置合わせ工程を
模式的に説明するための図である。
ける半導体レーザチップのさらに他の位置合わせ工程を
模式的に説明するための図である。
の製造プロセスにおける光導波路の高さ調整工程を模式
的に説明するための図である。
ある。
Claims (47)
- 【請求項1】 サブマウントと、 該サブマウント上に固定された半導体レーザチップと、 該サブマウント上に固定された、光導波路が形成されて
いる基板と、 該半導体レーザチップと該基板の間に挿入されている、
所定の径を有する物体と、を備える、光発生装置。 - 【請求項2】 前記基板が強誘電体結晶基板である、請
求項1に記載の光発生装置。 - 【請求項3】 前記強誘電体結晶基板が、LiTaxN
b1-xO3(0≦x≦1)である、請求項2に記載の光発
生装置。 - 【請求項4】 前記強誘電体結晶基板の上に形成されて
いる周期的分極反転領域をさらに備える、請求項2に記
載の光発生装置。 - 【請求項5】 前記光導波路がイオン交換法により形成
されている、請求項1に記載の光発生装置。 - 【請求項6】 前記物体がガラス球体である、請求項1
に記載の光発生装置。 - 【請求項7】 前記物体がファイバである、請求項1に
記載の光発生装置。 - 【請求項8】 第1の面及び第2の面を含むサブマウン
トと、 該サブマウントの該第1の面の上に固定された半導体レ
ーザチップと、 該サブマウントの該第2の面の上に固定された、光導波
路が形成されている基板と、を備える光発生装置であっ
て、 該第1の面と該第2の面とが垂直な位置関係にある、光
発生装置。 - 【請求項9】 第1の部分と第2の部分とを含むサブマ
ウントと、 該サブマウントの該第1の部分に固定された半導体レー
ザチップと、 該サブマウントの該第2の部分に固定された、光導波路
が形成されている基板と、を備える光発生装置であっ
て、 該第1の部分の構成材料と該第2の部分の構成材料とが
お互いに異なっている、光発生装置。 - 【請求項10】 前記基板が強誘電体結晶基板である、
請求項8或いは9に記載の光発生装置。 - 【請求項11】 前記強誘電体結晶基板が、LiTax
Nb1-xO3(0≦x≦1)である、請求項10に記載の
光発生装置。 - 【請求項12】 前記強誘電体結晶基板の上に形成され
ている周期的分極反転領域をさらに備える、請求項10
に記載の光発生装置。 - 【請求項13】 前記光導波路がイオン交換法により形
成されている、請求項8或いは9に記載の光発生装置。 - 【請求項14】 前記サブマウントの前記第1の部分と
前記第2の部分との間に挿入されている、複屈折性を有
する結晶薄板をさらに備える、請求項9に記載の光発生
装置。 - 【請求項15】 前記第1の部分の熱伝導率が前記第2
の部分の熱伝導率よりも大きい、請求項9に記載の光発
生装置。 - 【請求項16】 前記第1の部分及び前記第2の部分の
材料がセラミックスである、請求項9に記載の光発生装
置。 - 【請求項17】 お互いに垂直な位置関係にある第1の
面及び第2の面を含むサブマウントと、半導体レーザチ
ップと、光導波路が形成されている基板と、のそれぞれ
に、位置合わせ用のマークを形成するステップと、 該サブマウントの該マークと該半導体レーザチップの該
マークとが一致するように両者を位置合わせして、該サ
ブマウントの該第1の面の上に該半導体レーザチップを
固定するステップと、 該サブマウントの該マークと該基板の該マークとが一致
するように両者を位置合わせして、該サブマウントの該
第2の面の上に該基板を固定するステップと、を包含す
る、光発生装置の製造方法。 - 【請求項18】 第1の面及び第2の面を含むサブマウ
ントと、半導体レーザチップと、のそれぞれに、位置合
わせ用のマークを形成するステップと、 該サブマウントに該第1の面に対向する側から該サブマ
ウントを透過する光を照射して、該サブマウントの該マ
ークと該半導体チップの該マークとをそれぞれ画像認識
するステップと、 該サブマウントの該マークと該半導体チップの該マーク
とが一致するように両者を位置合わせして、該サブマウ
ントの該第1の面の上に該半導体レーザチップを固定す
るステップと、 光導波路が形成されている基板を、該サブマウントの該
第2の面の上に固定するステップと、を包含する、光発
生装置の製造方法。 - 【請求項19】 前記サブマウントに照射する前記光が
InP系半導体レーザ光である、請求項18に記載の光
発生装置の製造方法。 - 【請求項20】 前記基板が強誘電体結晶基板である、
請求項17或いは18に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項21】 前記強誘電体結晶基板がLiTaxN
b1-xO3(0≦x≦1)である、請求項20に記載の光
発生装置の製造方法。 - 【請求項22】 前記強誘電体結晶基板の上に周期的分
極反転領域を設けるステップをさらに包含する、請求項
20に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項23】 前記光導波路をイオン交換法により形
成するステップをさらに包含する、請求項17或いは1
8に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項24】 半導体レーザチップのレーザ発振のた
めの積層構造の少なくとも一部を発光させて発光領域を
形成するステップと、 該半導体レーザチップの該発光領域を認識して、その位
置情報に基づいて、該半導体レーザチップをサブマウン
トの所望の位置に固定するステップと、 光導波路が形成された基板を該サブマウントの上に固定
するステップと、を包含する、光発生装置の製造方法。 - 【請求項25】 光励起により前記発光領域を形成す
る、請求項24に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項26】 前記半導体レーザチップの活性層に外
部から光結合することにより前記発光領域を形成する、
請求項24に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項27】 前記半導体レーザチップのパルス駆動
により前記発光領域を形成する、請求項24に記載の光
発生装置の製造方法。 - 【請求項28】 前記基板が強誘電体結晶基板である、
請求項24から27のいずれかに記載の光発生装置の製
造方法。 - 【請求項29】 前記強誘電体結晶基板がLiTaxN
b1-xO3(0≦x≦1)である、請求項28に記載の光
発生装置の製造方法。 - 【請求項30】 前記強誘電体結晶基板の上に周期的分
極反転領域を形成するステップをさらに包含する、請求
項28に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項31】 前記光導波路をイオン交換法により形
成するステップをさらに包含する、請求項24から27
のいずれかに記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項32】 サブマウントと、 該サブマウントの上に固定された半導体レーザチップ
と、 該サブマウントの上に固定された、複数の光導波路が形
成されている基板と、を備える光発生装置であって、 該複数の光導波路が形成されている該基板の表面と該基
板が固定されている該サブマウントの表面とがお互いに
非平行関係にある、光発生装置。 - 【請求項33】 前記複数の光導波路が形成されている
前記基板の表面に形成された突起をさらに備え、該突起
によって前記非平行関係が得られる、請求項32に記載
の光発生装置。 - 【請求項34】 前記基板が固定されている前記サブマ
ウントの表面に形成された突起をさらに備え、該突起に
よって前記非平行関係が得られる、請求項32に記載の
光発生装置。 - 【請求項35】 前記基板がお互いに平行ではない表面
と裏面とを有しており、それによって前記非平行関係が
得られる、請求項32に記載の光発生装置。 - 【請求項36】 前記基板が強誘電体結晶基板である、
請求項32から35のいずれかひとつに記載の光発生装
置。 - 【請求項37】 前記強誘電体結晶基板が、LiTax
Nb1-xO3(0≦x≦1)である、請求項36に記載の
光発生装置。 - 【請求項38】 前記強誘電体結晶基板の上に形成され
ている周期的分極反転領域をさらに備える、請求項36
に記載の光発生装置。 - 【請求項39】 前記複数の光導波路がイオン交換法に
より形成されている、請求項32から35のいずれかひ
とつに記載の光発生装置。 - 【請求項40】 サブマウントと、半導体レーザチップ
と、光導波路が形成されている基板と、を備え、該光導
波路が形成されている該基板の表面と該基板が固定され
る該サブマウントの表面とがお互いに非平行関係にあ
る、光発生装置の製造方法であって、該方法は、 該サブマウント及び該基板の少なくとも一方を加工して
該非平行関係を得るステップと、 該サブマウントの上に該半導体レーザチップを固定する
ステップと、 該サブマウントの上で該基板を、該固定された半導体レ
ーザチップの光軸に対して平行に移動させ、該基板の厚
み方向での該基板と該半導体レーザとの間の結合光学調
整を行って、該基板を該サブマウント上の所望の位置に
固定するステップと、を包含する、光発生装置の製造方
法。 - 【請求項41】 前記光導波路が形成されている前記基
板の表面に突起を形成するステップをさらに包含し、該
突起によって前記非平行関係が得られる、請求項40に
記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項42】 前記基板が固定されている前記サブマ
ウントの表面に突起を形成するステップをさらに包含
し、該突起によって前記非平行関係が得られる、請求項
40に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項43】 前記基板の表面と裏面とをお互いに非
平行に形成するステップをさらに包含し、それによって
前記非平行関係が得られる、請求項40に記載の光発生
装置の製造方法。 - 【請求項44】 前記基板が強誘電体結晶基板である、
請求項40から43のいずれかひとつに記載の光発生装
置の製造方法。 - 【請求項45】 前記強誘電体結晶基板が、LiTax
Nb1-xO3(0≦x≦1)である、請求項44に記載の
光発生装置の製造方法。 - 【請求項46】 前記強誘電体結晶基板の上に形成され
ている周期的分極反転領域をさらに備える、請求項44
に記載の光発生装置の製造方法。 - 【請求項47】 前記光導波路がイオン交換法により形
成されている、請求項32から35のいずれかひとつに
記載の光発生装置の製造方法。
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