JP4779255B2 - レーザ光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザと光導波路デバイスをサブマウント上に実装したレーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの高密度化およ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。短波長化技術として、半導体レーザと擬似位相整合（以下、ＱＰＭと記す。）方式の光導波路型波長変換（山本他、Optics Letters Vol.16, No.15, 1156 (1991)）デバイスを用いた第２高調波発生（以下、ＳＨＧと記す。）がある。
【０００３】
光導波路型波長変換デバイスを用いた青紫色光源の概略構成図を図１１に示す。半導体レーザとして、分布ブラッグ反射（以下、ＤＢＲと記す。）領域を有する波長可変半導体レーザが用いられている。ＤＢＲ領域を有する波長可変半導体レーザを以下、ＤＢＲ半導体レーザと記す。４４は８２０ｎｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザで、活性層領域４５と位相領域４６とＤＢＲ領域４７から構成される。位相領域４６およびＤＢＲ領域４７への注入電流を可変することにより、発振波長を連続的に変化させることができる。波長変換素子である光導波路型波長変換デバイス４８は、Ｘ板ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板４９上に形成された光導波路５０と周期的な分極反転領域５１より構成されている。ＤＢＲ半導体レーザ４４と光導波路型波長変換デバイス４８は、活性層および光導波路が形成された面がサブマウント５２に対向するように固定され、ＤＢＲ半導体レーザ４４の出射部５３より出射されたレーザ光は、光導波路型波長変換デバイス４８の光導波路入射部５４に直接結合される。ＤＢＲ半導体レーザ４４を発光させながら光結合の調整を行い、１００ｍＷのレーザ出力に対して６０ｍＷのレーザ光が光導波路に結合された。ＤＢＲ半導体レーザ４４の位相領域４６とＤＢＲ領域４７への注入電流量を制御し、発振波長を光導波路型波長変換デバイス４８の位相整合波長に固定することで、波長４１０ｎｍの青紫色光が２０ｍＷ程度得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１を用いてレーザ光源の構成と、その作製方法を説明する。強誘電体基板であるＬｉＮｂＯ3基板２上にプロトン交換により基板表面に光導波路３を形成した光導波路型波長変換デバイス１とＤＢＲ半導体レーザ５をサブマウント１１上に配置することによって作製されるレーザ光源では、ＤＢＲ半導体レーザ５は接着部材として半田１０を用いて活性層９がサブマウント１１側になるように固定され、光導波路型波長変換デバイス１は接着剤１３を用い、光導波路３がサブマウント側になるように固定する。光導波路型波長変換デバイスの垂直方向の高さはスペーサー１２によって調整されている。
【０００５】
モジュールの作製には、光導波路型波長変換デバイス１およびＤＢＲ半導体レーザ５に形成されたアライメントマーカーを画像処理により認識し、それぞれの位置決めを行い実装する装置を用いる。レーザ光源の作製において、ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光をいかに高効率で光導波路３に光結合させるかが問題となる。特に、ＤＢＲ半導体レーザ５と光導波路型波長変換デバイス１から構成される短波長光源においては、得られる高調波光パワーが、光導波路３と光結合する基本波パワーの２乗に比例するため、光結合効率の向上と、サンプル間の結合効率のバラツキ低減が特に重要な要素となる。
【０００６】
高効率な光結合を実現するためには、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５と光導波路型波長変換デバイス１の光導波路入射部１４の間隔を小さくし、水平方向（Ｙ方向）および垂直方向（Ｚ方向）の位置を一致させることが重要である。特に垂直方向の位置精度は重要である。垂直方向の位置ずれに伴って光結合効率は大きく減少するためＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５に対して光導波路型波長変換デバイス１の光導波路入射部１４の位置ずれを±０．２μｍ以内に収める必要がある。
【０００７】
ＤＢＲ半導体レーザ５表面からレーザ光出射部１５までの距離ｄaは、ＤＢＲ半導体レーザ５作製時に非常に高精度に制御されている。光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３はＬｉＮｂＯ3基板２表面に形成されているため光導波路入射部１４の位置も高精度に制御されている。垂直方向の位置合わせに用いているスペーサーの大きさのばらつきも±０．１μｍ以内であり精度よく光導波路入射部１４の垂直方向の位置合わせを行うことができる。しかし、垂直方向の位置合わせを高精度に行い、ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光を高効率で光導波路３に光結合させるにはＤＢＲ半導体レーザの接着部材である半田１０の厚みを高精度に制御するという課題が残されている。
【０００８】
図２（ａ）、（ｂ）にこれまで使用したサブマウントを示す。図２（ａ）は上面から見たもの、図２（ｂ）は横方向から見たものである。サブマウント１１はＳｉで作られている。サブマウント１１上には、電極部として活性領域用電極１７、位相調整領域用電極１８、ＤＢＲ領域用電極１９、グランド用電極２０が形成され、各電極上においてＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田膜１０が形成されている。さらに、ＤＢＲ半導体レーザ位置合わせ用アライメントマーカー２１、光導波路デバイス固定部２２が付加されている。活性領域用電極１７、位相調整領域用電極１８、ＤＢＲ領域用電極１９、グランド用電極２０、アライメントマーカー２１、光導波路デバイス固定部２２はスパッタ蒸着により形成されており、同じ厚み（０．５μｍ）となっている。半田１０の厚みは３μｍである。
【０００９】
図３（ａ）、（ｂ）を用いて従来のＤＢＲ半導体レーザのサブマウントへの固定方法を説明する。まず、図３（ａ）のようにアライメントマーカー２１を目印としてＤＢＲ半導体レーザ５を半田１０上へ搬送する。次に図３（ｂ）のようにＤＢＲ半導体レーザ５を半田１０上へ荷重を加えながら乗せ、サブマウント１１の温度をヒーターにより上昇させ、半田１０を溶融後、冷却を行うことでＤＢＲ半導体レーザ５はサブマウント１１へ固定される。ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置制御は、ＤＢＲ半導体レーザ５を固定する際のＤＢＲ半導体レーザ５への荷重制御、半田溶融のための温度を制御し、ＤＢＲ半導体レーザ５の接着部材である半田１０の厚みを制御することで行われていた。しかし、ＤＢＲ半導体レーザ固定後の半田１０の厚みは２±０．５μｍであり、±０．５μｍのばらつきを持っていた。結果としてレーザ光出射部の位置は±０．５μｍばらつき、高効率な光結合を安定して実現することが困難であった。
【００１０】
高効率な光結合を安定して実現するため、さらなる実装精度の向上が必要であった。加えてＤＢＲ半導体レーザ５が傾いて実装され、接着部材である半田１０との接触面積がサンプルごとにばらつくため、ＤＢＲ半導体レーザ５の特性がばらついたり、放熱状態の悪化により、ＤＢＲ半導体レーザの寿命が短くなるという問題があった。さらに、サブマウントへ実装する際にＤＢＲ半導体レーザ５に反りが発生し、ＤＢＲ半導体レーザ５の個々の特性が異なったり、寿命に対する信頼性の低下などがあった。高効率な光結合効率の実現と共に、ＤＢＲ半導体レーザの特性改善の必要があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ光源は、少なくとも半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で、接着部材により前記電極部へ固定されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることが望ましい。
【００１３】
また、前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことが望ましい。
【００１５】
また、前記ストッパー部が前記電極部と位置的に分離されて形成されていることが望ましい。
【００１６】
また、前記ストッパー部と前記電極部との間に溝が形成されていることが望ましい。
【００１７】
また、前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることが望ましい。
【００１８】
また上記課題を解決するため、本発明のレーザ光源は少なくとも光導波路デバイスと半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で接着部材により前記電極部へ固定されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることが望ましい。
【００２０】
また、前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることが望ましい。
【００２１】
また、前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことが望ましい。
【００２２】
また、前記ストッパー部が前記電極部と位置的に分離されて形成されていることが望ましい。
【００２３】
また、前記ストッパー部と前記電極部との間に溝が形成されていることが望ましい。
【００２４】
また、前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることが望ましい。
【００２５】
また、前記サブマウント表面に前記光導波路デバイスを固定するための光導波路デバイス固定部が形成されており、前記光導波路デバイス固定部の厚みと、前記ストッパー部の厚みがほぼ同じであることが望ましい。
【００２６】
また、前記ストッパー部と前記光導波路デバイス固定部が、同一工程で同時に形成されていることが望ましい。
【００２７】
また、前記光導波路デバイスがスペーサーを介して前記サブマウントへ紫外線硬化樹脂により固定されていることが望ましい。
【００２８】
また、前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部が、蒸着またはメッキにより形成されていることが望ましい。
【００２９】
また、前記光導波路デバイス固定部表面がＡｕ以外の材料で形成されていることが望ましい。
【００３０】
また、前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部がエッチングにより形成されていることが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態では、光導波路デバイスおよび半導体レーザをサブマウント上に高精度に配置することにより作製されるレーザ光源において、高効率な光結合を得るためのレーザ光源用サブマウントについて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを、半導体レーザとしてＤＢＲ半導体レーザを用いた。ＤＢＲ半導体レーザと光導波路型波長変換デバイスを集積したレーザ光源においては、その光結合効率の向上が重要となる。ＤＢＲ半導体レーザと光導波路型波長変換デバイスから構成される第２高調波発生を用いた短波長光源においては、得られる高調波光パワーが、光導波路型波長変換デバイスの光導波路へ結合する基本波パワーの２乗に比例するためである。
【００３３】
図４（ａ）、（ｂ）に本発明のサブマウントを示す。本発明のサブマウント２３もＳｉ基板を用いて作製されている。サブマウント２３上には、従来のサブマウントと同様に電極部として活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７が形成され、各電極上においてＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田膜３０が形成されている。本実施の形態において、ＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田を用いた。なお、ＤＢＲ半導体レーザの接着部材としては導電性接着剤を用いてもよい。さらに、ＤＢＲ半導体レーザ位置合わせ用アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９、ストッパー部３１が付加されている。
【００３４】
活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７、アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９はＴｉを０．２μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを０．１μｍスパッタ蒸着することにより形成されている。電極表面となるＡｕは化学的に安定であり、電極材料として適している。従来のサブマウントは活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７、アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９が同じ厚み（０．５μｍ）となっていたが、本発明のサブマウントは各部の厚みが全て同じではない。
【００３５】
アライメントマーカー２８、活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７の厚みｄ1＝０．５μｍ、ストッパー部３１の厚みｄ2＝２μｍ、光導波路デバイス固定部２９の厚みも２μｍ、半田膜３０の厚みｄ3＝２．５μｍである。ＤＢＲ半導体レーザの高さ方向の位置制御を高精度に行うためストッパー部３１の厚みｄ2は電極部の厚みｄ1よりも大きくなっている。またＤＢＲ半導体レーザと半田膜３１との接合が確実に実現されるようにｄ1＋ｄ3≧ｄ2となるように設計した。
【００３６】
図５（ａ）、（ｂ）を用いて本発明のサブマウントを用いた場合のＤＢＲ半導体レーザのサブマウントへの固定方法を説明する。まず、図５（ａ）のようにアライメントマーカー２８を目印としてＤＢＲ半導体レーザ５を半田膜３０上へ搬送する。次に図５（ｂ）のようにＤＢＲ半導体レーザ５を半田膜３０上へ荷重を加えながら乗せ、サブマウント２３の温度をヒーターにより上昇させ、半田膜３０を溶融後、冷却を行うことでＤＢＲ半導体レーザ５はサブマウント２３へ固定される。本発明のサブマウントを用いた場合、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置は、ストッパー部３１により制御される。
【００３７】
ＤＢＲ半導体レーザ５へ荷重を加えながら、半田を溶融することでＤＢＲ半導体レーザ５はストッパー部３１の位置まで押さえつけられｄ1＋ｄ3≒ｄ2の関係となるが、半導体レーザ５はそれ以上降下しないため高精度に高さ方向の位置制御が行われる。また、ストッパー部３１によってＤＢＲ半導体レーザ５の高さ方向の位置制御が高精度に行われることで、ＤＢＲ半導体レーザ５と半田膜３０との接触面積のばらつきも低減され、サンプルごとでの放熱状態が安定し、ＤＢＲ半導体レーザ５の諸特性（例えば出力特性）のばらつきも低減された。
【００３８】
また、ストッパー部３１は複数配置した。本発明のサブマウント２３上にストッパー部３１を複数配置することでＤＢＲ半導体レーザ５が傾いて実装されることを防止でき、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置は安定して制御される。また、複数のストッパー部３１により、ＤＢＲ半導体レーザ５実装時に加えられる荷重がそれぞれのストッパー部へと分散されるため、ＤＢＲ半導体レーザが反りにくくなるという効果がある。
【００３９】
ストッパー部の配置方法は色々考えられるが、図４（ａ）のような配置方法よりも図５（ａ）のような配置方法のほうが良い。図５（ａ）のようにストッパー部３１のレーザ光導波部５８に対して垂直方向の配置間隔Ｗｓｔが、ＤＢＲ半導体レーザ５の接着部材である半田膜３０のレーザ光導波部５８に対して垂直方向の幅Ｗｓｏよりも大きくして配置することで、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光導波部５８と接着部材である半田膜３０との接触面積を増やすことができ、ＤＢＲ半導体レーザ５の放熱性が向上するという効果がある。但し、ストッパー部３１の間隔ＷｓｔはＤＢＲ半導体レーザ５の高さ方向の位置制御を行うためにＤＢＲ半導体レーザ５の幅ＷLよりも小さくする必要がある。本発明のサブマウントを用いることでレーザ光出射部の位置のばらつきは従来の±０．５μｍから±０．１μｍへと改善された。
【００４０】
このような高精度な高さ方向の位置制御を実現するためにはストッパー部とＤＢＲ半導体レーザが直接接した状態で実装される必要がある。ストッパー部とＤＢＲ半導体レーザとの間に半田などが挟まり実装精度が低下することを防ぐため、図６（ａ）（ｂ）に示すようにストッパー部３１を電極部２４〜２６と位置的に分離して形成すると、半田溶融時、半田３０は電極部２４〜２６上で拡がるが、電極部２４〜２６とストッパー部３１が位置的に分離されて形成されているためストッパー部３１への半田３０の流れ込みを防ぐことがない。それゆえ、ＤＢＲ半導体レーザ５とストッパー部３１との間に半田が挟まる現象を防ぐことができ、より安定して高精度な高さ方向の位置制御が可能となる。
【００４１】
さらに、溝部をストッパー部３１と電極部との間に形成することで、ストッパー部３１への半田の流れ込みをより防ぐことが可能となる。本実施の形態では、溝部をストッパー部３１の周辺に形成した。溝部はエッチングなどにより作製可能である。
【００４２】
さらに、本発明のサブマウントは図４および図６に示すように光導波路デバイス固定部２９の厚みをストッパー部３１の厚みと同じにしている。光導波路デバイス固定部２９の厚みをストッパー部３１の厚みと同じにすることでＤＢＲ半導体レーザからの出射光と光導波路型波長変換デバイス上の光導波路との高効率な光結合が実現しやすくなるためである。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄをストッパー部３１の厚みと同じｄ2とすることは高さ方向の位置制御が容易に実現され、工程が簡素化されるという利点がある。ストッパー部３１と光導波路デバイス固定部２９は、同時に蒸着して作製することで、容易に同じ高さにすることが可能である。
【００４３】
図７を用いてその効果を説明する。ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光と光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３との高効率な光結合を実現するにはＤＢＲ半導体レーザ５だけでなく、光導波路型波長変換デバイス１に形成された光導波路入射部１４の高さ方向の位置制御も高精度に行う必要がある。本実施の形態において光導波路入射部１４の高さ方向の位置制御を行うために、スペーサー１２の大きさを調整している。スペーサー１２として大きさの高精度に制御されたものは、液晶ディスプレイのパネルＧａｐ調整用にすでに開発されており入手するのは容易である。またスペーサーの大きさのばらつきは±０．１μｍ程度である。
【００４４】
本実施の形態で示すレーザ光源においては、ストッパー部の厚みがｄ2の場合、光導波路入射部１４の高さ方向の位置をｄ2＋３μｍとしたときにＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光と光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３との光結合効率が最大となる。図７のように光導波路デバイス固定部２９の厚みｄをｄ＝ｄ2とし、スペーサー１２の大きさを３μｍとすれば高効率な光結合が実現される。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄとストッパー部３１の厚みを同じｄ2にして形成すると、常に３μｍのスペーサーを使うことで高効率な光結合が実現される。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄとストッパー部３１の厚みｄ２が異なる場合は、スペーサー１２の大きさを（ｄ2＋３）−ｄとする必要がある。ストッパー部３１を形成後、ストッパー部３１の厚みを測定し、スペーサー１２の大きさを最適なものに調整するという工程が付加されるため、工程が多くなってしまう。
【００４５】
また、光導波路型波長変換デバイス１は紫外線硬化樹脂５７を用いて素子固定部２９へ固定されている。紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射することで硬化することができるため、光結合調整を行った後、紫外線を照射し短時間で素子を固定することができ、安定な固定が実現される。ストッパー部や素子固定部はメッキによっても作製可能である。さらにエッチングによって作製することも可能である。
【００４６】
エッチングにより作製する場合には図８のようにＳｉ基板にエッチングを施し、ストッパー部３１および光導波路デバイス固定部２９を形成した後、電極部を蒸着もしくはメッキにより形成する。Ｓｉ基板のエッチングにはふっ硝酸エッチ液を用いた。その後半田膜３０を電極部へ付加する。ストッパー部３１や素子固定部２９をエッチングにより作製した場合、蒸着やメッキで作製する場合に比べてＡｕの使用量が低減されるためコスト的に有利となる。また、素子固定部２９表面がＳｉであるため、Ａｕを蒸着もしくはメッキして素子固定部を作製した場合よりも接着剤との密着性が向上し、光導波路デバイスがより強固に固定される。一般的にＳｉと接着剤との密着性は、Ａｕと接着剤との密着性よりも良好である。
【００４７】
接着剤を用いて、光導波路デバイスと素子固定部とを接着する際の接着強度を向上させる手段として、素子固定部表面をＡｕ以外の材料で作製する方法がある。上述のように接着剤とＡｕとの密着性は他の材料に比べて良好ではない。そこで、図９（ａ）のように素子固定部としてサブマウント２３上に第１層目５５の表面がＡｕとなるように作製する。第１層目の作製と共に電極部２４〜２６およびストッパー部３１を同時に作製する。その後、図９（ｂ）のように第２層目５６およびストッパー部３１を接着剤との密着性の良い材料を用いて作製する。本実施の形態ではＡｌを用いて第２層目５６を作製し、接着剤との密着性の良い素子固定部を作製することができた。なお、Ａｌ以外にもＴｉ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いてもよい。
【００４８】
本発明のサブマウントを用いることで、ＤＢＲ半導体レーザからの出射光を高効率で光導波路型波長変換デバイスの光導波路へ光結合させることが安定して実現された。ＤＢＲ半導体レーザ出力５０ｍＷに対して、３０ｍＷのレーザ光を安定して光導波路に光結合することができ、ＤＢＲ半導体レーザの波長を光導波路型波長変換デバイスの位相整合波長に一致させることにより、波長４１０ｎｍで５ｍＷ以上の青紫色光が安定して得られた。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態１においては光導波路デバイスとして導波路型波長変換デバイスを用いたが、本実施の形態では光導波路デバイスとして光ファイバーを用いた場合について説明する。光導波路デバイスとして光ファイバーを用いた場合においても高精度に各デバイスを固定し、高効率な光結合を実現し、伝達損失をできる限り小さくすることが重要である。
【００５０】
図１０（ａ）（ｂ）を用いてＳｉ−Ｖ溝基板を用いた、半導体レーザと単一モードファイバの直接結合による表面実装型光モジュールの実装方法について説明する。Ｓｉ基板３２上に形成されたＶ溝３３に光ファイバー３４を図１０（ａ）のように正確に実装する。Ｖ溝３３はＳｉの異方性エッチングにより高精度に形成されている。光ファイバー３４も、外形寸法およびコア中心を高精度に制御して作製されているため、光ファイバー３４をＶ溝３３にはめ込み固定することで、光ファイバー３４の位置は高精度に制御される。また、半導体レーザの水平方向の位置は、Ｓｉ基板３２および半導体レーザ３５にアライメントマーカー３６を形成し、アライメントマーカー３６を画像認識することによりＶ溝３３中心および半導体レーザ３５の発光点位置を検出し、高精度に調整される。半導体レーザ３５の高さ方向の位置制御を行えば高効率な光結合を実現することができる。
【００５１】
従来、半導体レーザ３５の高さ方向の位置は半田３８の厚みにより決定されており、レーザ光出射部３９の位置は目標とする位置ｄ＝８μｍに対して±０．５μｍ程度ばらついていた。上記課題を解決するため、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｖ溝基板３２上にストッパー部３７を形成し、半導体レーザ３５の垂直方向の位置をストッパー部３７により制御することで、半導体レーザ３５のレーザ光出射位置３９を高精度に制御することができた。レーザ光出射位置は８μｍ±０．１μｍへと改善され、安定して高効率な光結合効率を実現した。光導波路デバイスとしては、導波路型変調器、分岐導波路等各種に適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少なくとも光導波路デバイスと半導体レーザおよびサブマウントからなるレーザ光源において、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で接着部材により前記電極部へ固定されることで半導体レーザのレーザ光出射部の位置が高精度に制御され、光導波路デバイス上の光導波路との高効率な光結合が安定して実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光源の構成図
【図２】従来のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図３】従来の半導体レーザの実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図４】本発明のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図５】本発明のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図６】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図７】光導波路型波長変換デバイスの位置制御方法を説明する図
【図８】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図９】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
【図１０】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図１１】レーザ光源の構成図
【符号の説明】
１，４８ 光導波路型波長変換デバイス
２，４９ Ｘ板ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板
３，５０ 光導波路
５，４４ ＤＢＲ半導体レーザ
９ 活性層
１０，３０，３８ 半田
１１，２３，５２ サブマウント
１２ スペーサー
１３ 接着剤
１４，５４ 光導波路入射部
１５，３９，５３ レーザ光出射部
１７，２４ 活性領域用電極
１８，２５ 位相調整領域用電極
１９，２６ ＤＢＲ領域用電極
２０，２７ グランド用電極
２１，２８，３６ アライメントマーカー
２２，２９ 光導波路デバイス固定部
３１，３７ ストッパー部
３２ Ｓｉ基板
３３ Ｖ溝
３４ 光ファイバー
３５ 半導体レーザ
４５ 活性領域
４６ 位相調整領域
４７ ＤＢＲ領域
５１ 分極反転領域
５５ 第１層目
５６ 第２層目
５８ レーザ光導波部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザと光導波路デバイスをサブマウント上に実装したレーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの高密度化およ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。短波長化技術として、半導体レーザと擬似位相整合（以下、ＱＰＭと記す。）方式の光導波路型波長変換（山本他、Optics Letters Vol.16, No.15, 1156 (1991)）デバイスを用いた第２高調波発生（以下、ＳＨＧと記す。）がある。
【０００３】
光導波路型波長変換デバイスを用いた青紫色光源の概略構成図を図１１に示す。半導体レーザとして、分布ブラッグ反射（以下、ＤＢＲと記す。）領域を有する波長可変半導体レーザが用いられている。ＤＢＲ領域を有する波長可変半導体レーザを以下、ＤＢＲ半導体レーザと記す。４４は８２０ｎｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザで、活性層領域４５と位相領域４６とＤＢＲ領域４７から構成される。位相領域４６およびＤＢＲ領域４７への注入電流を可変することにより、発振波長を連続的に変化させることができる。波長変換素子である光導波路型波長変換デバイス４８は、Ｘ板ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板４９上に形成された光導波路５０と周期的な分極反転領域５１より構成されている。ＤＢＲ半導体レーザ４４と光導波路型波長変換デバイス４８は、活性層および光導波路が形成された面がサブマウント５２に対向するように固定され、ＤＢＲ半導体レーザ４４の出射部５３より出射されたレーザ光は、光導波路型波長変換デバイス４８の光導波路入射部５４に直接結合される。ＤＢＲ半導体レーザ４４を発光させながら光結合の調整を行い、１００ｍＷのレーザ出力に対して６０ｍＷのレーザ光が光導波路に結合された。ＤＢＲ半導体レーザ４４の位相領域４６とＤＢＲ領域４７への注入電流量を制御し、発振波長を光導波路型波長変換デバイス４８の位相整合波長に固定することで、波長４１０ｎｍの青紫色光が２０ｍＷ程度得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１を用いてレーザ光源の構成と、その作製方法を説明する。強誘電体基板であるＬｉＮｂＯ3基板２上にプロトン交換により基板表面に光導波路３を形成した光導波路型波長変換デバイス１とＤＢＲ半導体レーザ５をサブマウント１１上に配置することによって作製されるレーザ光源では、ＤＢＲ半導体レーザ５は接着部材として半田１０を用いて活性層９がサブマウント１１側になるように固定され、光導波路型波長変換デバイス１は接着剤１３を用い、光導波路３がサブマウント側になるように固定する。光導波路型波長変換デバイスの垂直方向の高さはスペーサー１２によって調整されている。
【０００５】
モジュールの作製には、光導波路型波長変換デバイス１およびＤＢＲ半導体レーザ５に形成されたアライメントマーカーを画像処理により認識し、それぞれの位置決めを行い実装する装置を用いる。レーザ光源の作製において、ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光をいかに高効率で光導波路３に光結合させるかが問題となる。特に、ＤＢＲ半導体レーザ５と光導波路型波長変換デバイス１から構成される短波長光源においては、得られる高調波光パワーが、光導波路３と光結合する基本波パワーの２乗に比例するため、光結合効率の向上と、サンプル間の結合効率のバラツキ低減が特に重要な要素となる。
【０００６】
高効率な光結合を実現するためには、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５と光導波路型波長変換デバイス１の光導波路入射部１４の間隔を小さくし、水平方向（Ｙ方向）および垂直方向（Ｚ方向）の位置を一致させることが重要である。特に垂直方向の位置精度は重要である。垂直方向の位置ずれに伴って光結合効率は大きく減少するためＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５に対して光導波路型波長変換デバイス１の光導波路入射部１４の位置ずれを±０．２μｍ以内に収める必要がある。
【０００７】
ＤＢＲ半導体レーザ５表面からレーザ光出射部１５までの距離ｄaは、ＤＢＲ半導体レーザ５作製時に非常に高精度に制御されている。光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３はＬｉＮｂＯ3基板２表面に形成されているため光導波路入射部１４の位置も高精度に制御されている。垂直方向の位置合わせに用いているスペーサーの大きさのばらつきも±０．１μｍ以内であり精度よく光導波路入射部１４の垂直方向の位置合わせを行うことができる。しかし、垂直方向の位置合わせを高精度に行い、ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光を高効率で光導波路３に光結合させるにはＤＢＲ半導体レーザの接着部材である半田１０の厚みを高精度に制御するという課題が残されている。
【０００８】
図２（ａ）、（ｂ）にこれまで使用したサブマウントを示す。図２（ａ）は上面から見たもの、図２（ｂ）は横方向から見たものである。サブマウント１１はＳｉで作られている。サブマウント１１上には、電極部として活性領域用電極１７、位相調整領域用電極１８、ＤＢＲ領域用電極１９、グランド用電極２０が形成され、各電極上においてＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田膜１０が形成されている。さらに、ＤＢＲ半導体レーザ位置合わせ用アライメントマーカー２１、光導波路デバイス固定部２２が付加されている。活性領域用電極１７、位相調整領域用電極１８、ＤＢＲ領域用電極１９、グランド用電極２０、アライメントマーカー２１、光導波路デバイス固定部２２はスパッタ蒸着により形成されており、同じ厚み（０．５μｍ）となっている。半田１０の厚みは３μｍである。
【０００９】
図３（ａ）、（ｂ）を用いて従来のＤＢＲ半導体レーザのサブマウントへの固定方法を説明する。まず、図３（ａ）のようにアライメントマーカー２１を目印としてＤＢＲ半導体レーザ５を半田１０上へ搬送する。次に図３（ｂ）のようにＤＢＲ半導体レーザ５を半田１０上へ荷重を加えながら乗せ、サブマウント１１の温度をヒーターにより上昇させ、半田１０を溶融後、冷却を行うことでＤＢＲ半導体レーザ５はサブマウント１１へ固定される。ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置制御は、ＤＢＲ半導体レーザ５を固定する際のＤＢＲ半導体レーザ５への荷重制御、半田溶融のための温度を制御し、ＤＢＲ半導体レーザ５の接着部材である半田１０の厚みを制御することで行われていた。しかし、ＤＢＲ半導体レーザ固定後の半田１０の厚みは２±０．５μｍであり、±０．５μｍのばらつきを持っていた。結果としてレーザ光出射部の位置は±０．５μｍばらつき、高効率な光結合を安定して実現することが困難であった。
【００１０】
高効率な光結合を安定して実現するため、さらなる実装精度の向上が必要であった。加えてＤＢＲ半導体レーザ５が傾いて実装され、接着部材である半田１０との接触面積がサンプルごとにばらつくため、ＤＢＲ半導体レーザ５の特性がばらついたり、放熱状態の悪化により、ＤＢＲ半導体レーザの寿命が短くなるという問題があった。さらに、サブマウントへ実装する際にＤＢＲ半導体レーザ５に反りが発生し、ＤＢＲ半導体レーザ５の個々の特性が異なったり、寿命に対する信頼性の低下などがあった。高効率な光結合効率の実現と共に、ＤＢＲ半導体レーザの特性改善の必要があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ光源は、少なくとも半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で、接着部材により前記電極部へ固定されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることが望ましい。
【００１３】
また、前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことが望ましい。
【００１５】
また、前記ストッパー部が前記電極部と位置的に分離されて形成されていることが望ましい。
【００１６】
また、前記ストッパー部と前記電極部との間に溝が形成されていることが望ましい。
【００１７】
また、前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることが望ましい。
【００１８】
また上記課題を解決するため、本発明のレーザ光源は少なくとも光導波路デバイスと半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で接着部材により前記電極部へ固定されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることが望ましい。
【００２０】
また、前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることが望ましい。
【００２１】
また、前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことが望ましい。
【００２２】
また、前記ストッパー部が前記電極部と位置的に分離されて形成されていることが望ましい。
【００２３】
また、前記ストッパー部と前記電極部との間に溝が形成されていることが望ましい。
【００２４】
また、前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることが望ましい。
【００２５】
また、前記サブマウント表面に前記光導波路デバイスを固定するための光導波路デバイス固定部が形成されており、前記光導波路デバイス固定部の厚みと、前記ストッパー部の厚みがほぼ同じであることが望ましい。
【００２６】
また、前記ストッパー部と前記光導波路デバイス固定部が、同一工程で同時に形成されていることが望ましい。
【００２７】
また、前記光導波路デバイスがスペーサーを介して前記サブマウントへ紫外線硬化樹脂により固定されていることが望ましい。
【００２８】
また、前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部が、蒸着またはメッキにより形成されていることが望ましい。
【００２９】
また、前記光導波路デバイス固定部表面がＡｕ以外の材料で形成されていることが望ましい。
【００３０】
また、前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部がエッチングにより形成されていることが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態では、光導波路デバイスおよび半導体レーザをサブマウント上に高精度に配置することにより作製されるレーザ光源において、高効率な光結合を得るためのレーザ光源用サブマウントについて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを、半導体レーザとしてＤＢＲ半導体レーザを用いた。ＤＢＲ半導体レーザと光導波路型波長変換デバイスを集積したレーザ光源においては、その光結合効率の向上が重要となる。ＤＢＲ半導体レーザと光導波路型波長変換デバイスから構成される第２高調波発生を用いた短波長光源においては、得られる高調波光パワーが、光導波路型波長変換デバイスの光導波路へ結合する基本波パワーの２乗に比例するためである。
【００３３】
図４（ａ）、（ｂ）に本発明のサブマウントを示す。本発明のサブマウント２３もＳｉ基板を用いて作製されている。サブマウント２３上には、従来のサブマウントと同様に電極部として活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７が形成され、各電極上においてＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田膜３０が形成されている。本実施の形態において、ＤＢＲ半導体レーザの接着部材として半田を用いた。なお、ＤＢＲ半導体レーザの接着部材としては導電性接着剤を用いてもよい。さらに、ＤＢＲ半導体レーザ位置合わせ用アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９、ストッパー部３１が付加されている。
【００３４】
活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７、アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９はＴｉを０．２μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを０．１μｍスパッタ蒸着することにより形成されている。電極表面となるＡｕは化学的に安定であり、電極材料として適している。従来のサブマウントは活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７、アライメントマーカー２８、光導波路デバイス固定部２９が同じ厚み（０．５μｍ）となっていたが、本発明のサブマウントは各部の厚みが全て同じではない。
【００３５】
アライメントマーカー２８、活性領域用電極２４、位相調整領域用電極２５、ＤＢＲ領域用電極２６、グランド用電極２７の厚みｄ1＝０．５μｍ、ストッパー部３１の厚みｄ2＝２μｍ、光導波路デバイス固定部２９の厚みも２μｍ、半田膜３０の厚みｄ3＝２．５μｍである。ＤＢＲ半導体レーザの高さ方向の位置制御を高精度に行うためストッパー部３１の厚みｄ2は電極部の厚みｄ1よりも大きくなっている。またＤＢＲ半導体レーザと半田膜３１との接合が確実に実現されるようにｄ1＋ｄ3≧ｄ2となるように設計した。
【００３６】
図５（ａ）、（ｂ）を用いて本発明のサブマウントを用いた場合のＤＢＲ半導体レーザのサブマウントへの固定方法を説明する。まず、図５（ａ）のようにアライメントマーカー２８を目印としてＤＢＲ半導体レーザ５を半田膜３０上へ搬送する。次に図５（ｂ）のようにＤＢＲ半導体レーザ５を半田膜３０上へ荷重を加えながら乗せ、サブマウント２３の温度をヒーターにより上昇させ、半田膜３０を溶融後、冷却を行うことでＤＢＲ半導体レーザ５はサブマウント２３へ固定される。本発明のサブマウントを用いた場合、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置は、ストッパー部３１により制御される。
【００３７】
ＤＢＲ半導体レーザ５へ荷重を加えながら、半田を溶融することでＤＢＲ半導体レーザ５はストッパー部３１の位置まで押さえつけられｄ1＋ｄ3≒ｄ2の関係となるが、半導体レーザ５はそれ以上降下しないため高精度に高さ方向の位置制御が行われる。また、ストッパー部３１によってＤＢＲ半導体レーザ５の高さ方向の位置制御が高精度に行われることで、ＤＢＲ半導体レーザ５と半田膜３０との接触面積のばらつきも低減され、サンプルごとでの放熱状態が安定し、ＤＢＲ半導体レーザ５の諸特性（例えば出力特性）のばらつきも低減された。
【００３８】
また、ストッパー部３１は複数配置した。本発明のサブマウント２３上にストッパー部３１を複数配置することでＤＢＲ半導体レーザ５が傾いて実装されることを防止でき、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光出射部１５の高さ方向の位置は安定して制御される。また、複数のストッパー部３１により、ＤＢＲ半導体レーザ５実装時に加えられる荷重がそれぞれのストッパー部へと分散されるため、ＤＢＲ半導体レーザが反りにくくなるという効果がある。
【００３９】
ストッパー部の配置方法は色々考えられるが、図４（ａ）のような配置方法よりも図５（ａ）のような配置方法のほうが良い。図５（ａ）のようにストッパー部３１のレーザ光導波部５８に対して垂直方向の配置間隔Ｗｓｔが、ＤＢＲ半導体レーザ５の接着部材である半田膜３０のレーザ光導波部５８に対して垂直方向の幅Ｗｓｏよりも大きくして配置することで、ＤＢＲ半導体レーザ５のレーザ光導波部５８と接着部材である半田膜３０との接触面積を増やすことができ、ＤＢＲ半導体レーザ５の放熱性が向上するという効果がある。但し、ストッパー部３１の間隔ＷｓｔはＤＢＲ半導体レーザ５の高さ方向の位置制御を行うためにＤＢＲ半導体レーザ５の幅ＷLよりも小さくする必要がある。本発明のサブマウントを用いることでレーザ光出射部の位置のばらつきは従来の±０．５μｍから±０．１μｍへと改善された。
【００４０】
このような高精度な高さ方向の位置制御を実現するためにはストッパー部とＤＢＲ半導体レーザが直接接した状態で実装される必要がある。ストッパー部とＤＢＲ半導体レーザとの間に半田などが挟まり実装精度が低下することを防ぐため、図６（ａ）（ｂ）に示すようにストッパー部３１を電極部２４〜２６と位置的に分離して形成すると、半田溶融時、半田３０は電極部２４〜２６上で拡がるが、電極部２４〜２６とストッパー部３１が位置的に分離されて形成されているためストッパー部３１への半田３０の流れ込みを防ぐことがない。それゆえ、ＤＢＲ半導体レーザ５とストッパー部３１との間に半田が挟まる現象を防ぐことができ、より安定して高精度な高さ方向の位置制御が可能となる。
【００４１】
さらに、溝部をストッパー部３１と電極部との間に形成することで、ストッパー部３１への半田の流れ込みをより防ぐことが可能となる。本実施の形態では、溝部をストッパー部３１の周辺に形成した。溝部はエッチングなどにより作製可能である。
【００４２】
さらに、本発明のサブマウントは図４および図６に示すように光導波路デバイス固定部２９の厚みをストッパー部３１の厚みと同じにしている。光導波路デバイス固定部２９の厚みをストッパー部３１の厚みと同じにすることでＤＢＲ半導体レーザからの出射光と光導波路型波長変換デバイス上の光導波路との高効率な光結合が実現しやすくなるためである。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄをストッパー部３１の厚みと同じｄ2とすることは高さ方向の位置制御が容易に実現され、工程が簡素化されるという利点がある。ストッパー部３１と光導波路デバイス固定部２９は、同時に蒸着して作製することで、容易に同じ高さにすることが可能である。
【００４３】
図７を用いてその効果を説明する。ＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光と光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３との高効率な光結合を実現するにはＤＢＲ半導体レーザ５だけでなく、光導波路型波長変換デバイス１に形成された光導波路入射部１４の高さ方向の位置制御も高精度に行う必要がある。本実施の形態において光導波路入射部１４の高さ方向の位置制御を行うために、スペーサー１２の大きさを調整している。スペーサー１２として大きさの高精度に制御されたものは、液晶ディスプレイのパネルＧａｐ調整用にすでに開発されており入手するのは容易である。またスペーサーの大きさのばらつきは±０．１μｍ程度である。
【００４４】
本実施の形態で示すレーザ光源においては、ストッパー部の厚みがｄ2の場合、光導波路入射部１４の高さ方向の位置をｄ2＋３μｍとしたときにＤＢＲ半導体レーザ５からの出射光と光導波路型波長変換デバイス１上の光導波路３との光結合効率が最大となる。図７のように光導波路デバイス固定部２９の厚みｄをｄ＝ｄ2とし、スペーサー１２の大きさを３μｍとすれば高効率な光結合が実現される。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄとストッパー部３１の厚みを同じｄ2にして形成すると、常に３μｍのスペーサーを使うことで高効率な光結合が実現される。光導波路デバイス固定部２９の厚みｄとストッパー部３１の厚みｄ２が異なる場合は、スペーサー１２の大きさを（ｄ2＋３）−ｄとする必要がある。ストッパー部３１を形成後、ストッパー部３１の厚みを測定し、スペーサー１２の大きさを最適なものに調整するという工程が付加されるため、工程が多くなってしまう。
【００４５】
また、光導波路型波長変換デバイス１は紫外線硬化樹脂５７を用いて素子固定部２９へ固定されている。紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射することで硬化することができるため、光結合調整を行った後、紫外線を照射し短時間で素子を固定することができ、安定な固定が実現される。ストッパー部や素子固定部はメッキによっても作製可能である。さらにエッチングによって作製することも可能である。
【００４６】
エッチングにより作製する場合には図８のようにＳｉ基板にエッチングを施し、ストッパー部３１および光導波路デバイス固定部２９を形成した後、電極部を蒸着もしくはメッキにより形成する。Ｓｉ基板のエッチングにはふっ硝酸エッチ液を用いた。その後半田膜３０を電極部へ付加する。ストッパー部３１や素子固定部２９をエッチングにより作製した場合、蒸着やメッキで作製する場合に比べてＡｕの使用量が低減されるためコスト的に有利となる。また、素子固定部２９表面がＳｉであるため、Ａｕを蒸着もしくはメッキして素子固定部を作製した場合よりも接着剤との密着性が向上し、光導波路デバイスがより強固に固定される。一般的にＳｉと接着剤との密着性は、Ａｕと接着剤との密着性よりも良好である。
【００４７】
接着剤を用いて、光導波路デバイスと素子固定部とを接着する際の接着強度を向上させる手段として、素子固定部表面をＡｕ以外の材料で作製する方法がある。上述のように接着剤とＡｕとの密着性は他の材料に比べて良好ではない。そこで、図９（ａ）のように素子固定部としてサブマウント２３上に第１層目５５の表面がＡｕとなるように作製する。第１層目の作製と共に電極部２４〜２６およびストッパー部３１を同時に作製する。その後、図９（ｂ）のように第２層目５６およびストッパー部３１を接着剤との密着性の良い材料を用いて作製する。本実施の形態ではＡｌを用いて第２層目５６を作製し、接着剤との密着性の良い素子固定部を作製することができた。なお、Ａｌ以外にもＴｉ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いてもよい。
【００４８】
本発明のサブマウントを用いることで、ＤＢＲ半導体レーザからの出射光を高効率で光導波路型波長変換デバイスの光導波路へ光結合させることが安定して実現された。ＤＢＲ半導体レーザ出力５０ｍＷに対して、３０ｍＷのレーザ光を安定して光導波路に光結合することができ、ＤＢＲ半導体レーザの波長を光導波路型波長変換デバイスの位相整合波長に一致させることにより、波長４１０ｎｍで５ｍＷ以上の青紫色光が安定して得られた。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態１においては光導波路デバイスとして導波路型波長変換デバイスを用いたが、本実施の形態では光導波路デバイスとして光ファイバーを用いた場合について説明する。光導波路デバイスとして光ファイバーを用いた場合においても高精度に各デバイスを固定し、高効率な光結合を実現し、伝達損失をできる限り小さくすることが重要である。
【００５０】
図１０（ａ）（ｂ）を用いてＳｉ−Ｖ溝基板を用いた、半導体レーザと単一モードファイバの直接結合による表面実装型光モジュールの実装方法について説明する。Ｓｉ基板３２上に形成されたＶ溝３３に光ファイバー３４を図１０（ａ）のように正確に実装する。Ｖ溝３３はＳｉの異方性エッチングにより高精度に形成されている。光ファイバー３４も、外形寸法およびコア中心を高精度に制御して作製されているため、光ファイバー３４をＶ溝３３にはめ込み固定することで、光ファイバー３４の位置は高精度に制御される。また、半導体レーザの水平方向の位置は、Ｓｉ基板３２および半導体レーザ３５にアライメントマーカー３６を形成し、アライメントマーカー３６を画像認識することによりＶ溝３３中心および半導体レーザ３５の発光点位置を検出し、高精度に調整される。半導体レーザ３５の高さ方向の位置制御を行えば高効率な光結合を実現することができる。
【００５１】
従来、半導体レーザ３５の高さ方向の位置は半田３８の厚みにより決定されており、レーザ光出射部３９の位置は目標とする位置ｄ＝８μｍに対して±０．５μｍ程度ばらついていた。上記課題を解決するため、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｖ溝基板３２上にストッパー部３７を形成し、半導体レーザ３５の垂直方向の位置をストッパー部３７により制御することで、半導体レーザ３５のレーザ光出射位置３９を高精度に制御することができた。レーザ光出射位置は８μｍ±０．１μｍへと改善され、安定して高効率な光結合効率を実現した。光導波路デバイスとしては、導波路型変調器、分岐導波路等各種に適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少なくとも光導波路デバイスと半導体レーザおよびサブマウントからなるレーザ光源において、前記サブマウント上には電極部およびストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で接着部材により前記電極部へ固定されることで半導体レーザのレーザ光出射部の位置が高精度に制御され、光導波路デバイス上の光導波路との高効率な光結合が安定して実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光源の構成図
【図２】従来のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図３】従来の半導体レーザの実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図４】本発明のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図５】本発明のサブマウントの構成図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図６】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図７】光導波路型波長変換デバイスの位置制御方法を説明する図
【図８】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図９】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
【図１０】本発明のサブマウントを用いた実装方法を説明する図
（ａ）上面から見た図
（ｂ）横方向から見た図
【図１１】レーザ光源の構成図
【符号の説明】
１，４８ 光導波路型波長変換デバイス
２，４９ Ｘ板ＭｇドープＬｉＮｂＯ3基板
３，５０ 光導波路
５，４４ ＤＢＲ半導体レーザ
９ 活性層
１０，３０，３８ 半田
１１，２３，５２ サブマウント
１２ スペーサー
１３ 接着剤
１４，５４ 光導波路入射部
１５，３９，５３ レーザ光出射部
１７，２４ 活性領域用電極
１８，２５ 位相調整領域用電極
１９，２６ ＤＢＲ領域用電極
２０，２７ グランド用電極
２１，２８，３６ アライメントマーカー
２２，２９ 光導波路デバイス固定部
３１，３７ ストッパー部
３２ Ｓｉ基板
３３ Ｖ溝
３４ 光ファイバー
３５ 半導体レーザ
４５ 活性領域
４６ 位相調整領域
４７ ＤＢＲ領域
５１ 分極反転領域
５５ 第１層目
５６ 第２層目
５８ レーザ光導波部
Claims (16)
- 少なくとも半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部および前記半導体レーザの高さ方向の位置を規定するための突起した領域であるストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で、接着部材により前記電極部へ固定されており、
前記ストッパー部は前記電極部と位置的に分離されて形成されており、
さらに、前記ストッパー部の周辺の前記サブマウントに溝部が形成されている
ことを特徴とするレーザ光源。 - 前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
- 前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
- 少なくとも光導波路デバイスと半導体レーザおよびサブマウントからなり、前記サブマウント上には電極部および前記半導体レーザの高さ方向の位置を規定するための突起した領域であるストッパー部が形成され、前記半導体レーザが前記ストッパー部と接した状態で、接着部材により前記電極部へ固定されており、
前記ストッパー部は前記電極部と位置的に分離されて形成されており、
さらに、前記ストッパー部の周辺の前記サブマウントに溝部が形成されている
ことを特徴とするレーザ光源。 - 前記サブマウント上の電極部の厚みをｄ1、ストッパー部の厚みをｄ2、前記半導体レーザの接着部材の厚みをｄ3とすると、ｄ1＜ｄ2かつｄ2≒ｄ1＋ｄ3であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部が少なくとも２つ以上形成されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の配置間隔が、前記接着部材の前記半導体レーザのレーザ光導波部に対して垂直方向の幅よりも大きく、前記半導体レーザの幅よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
- 前記半導体レーザと前記電極部とが前記接着部材を介して電気的に導通していることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
- 前記サブマウント表面に前記光導波路デバイスを固定するための突起した領域である光導波路デバイス固定部が形成されており、前記光導波路デバイス固定部の厚みと、前記ストッパー部の厚みがほぼ同じであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部と前記光導波路デバイス固定部が、同一工程で同時に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ光源。
- 前記光導波路デバイスがスペーサーを介して前記サブマウントへ紫外線硬化樹脂により固定されていることを特徴とする請求項６または１１に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部が、蒸着またはメッキにより形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ光源。
- 前記光導波路デバイス固定部表面がＡｕ以外の材料で形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ光源。
- 前記ストッパー部、前記光導波路デバイス固定部がエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ光源。
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