JPH06214129A - 光集積回路および第２次高調波発生装置 - Google Patents
光集積回路および第２次高調波発生装置Info
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- JPH06214129A JPH06214129A JP725293A JP725293A JPH06214129A JP H06214129 A JPH06214129 A JP H06214129A JP 725293 A JP725293 A JP 725293A JP 725293 A JP725293 A JP 725293A JP H06214129 A JPH06214129 A JP H06214129A
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- Japan
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- semiconductor laser
- optical
- integrated circuit
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- optical component
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハイブリッド光集積回路の放熱をよくし、熱
サイクルによるはがれや光軸ずれをなくす。 【構成】 ＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤモンド基板
上に半導体レーザおよび光部品をハイブリッド集積化し
た光集積回路、前記基板上にLiNbO3もしくはLiTaO3導波
路よりなる第２次高調波発生素子と半導体レーザをハイ
ブリッド集積化した第２次高調波発生装置とする。
サイクルによるはがれや光軸ずれをなくす。 【構成】 ＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤモンド基板
上に半導体レーザおよび光部品をハイブリッド集積化し
た光集積回路、前記基板上にLiNbO3もしくはLiTaO3導波
路よりなる第２次高調波発生素子と半導体レーザをハイ
ブリッド集積化した第２次高調波発生装置とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信、光計測、光記録
等に用いるハイブリッド光集積回路および光計測、光記
録等に光源として用いる第２次高調波発生装置に関する
ものである。
等に用いるハイブリッド光集積回路および光計測、光記
録等に光源として用いる第２次高調波発生装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来基板上に様々な光部品をハイブリッ
ド集積した光集積回路の基板としては、例えば1990年12
月発刊のIEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS,
AND MANUFACTURING TECHNOLOGYのVOL.13, NO.4, 780ペ
ージから786ページに記載されているようにシリコン基板を
用いていた。それはシリコン基板が微細加工を行うことが容
易であるために、ハイブリッド集積を行うのに適した基
板形状に加工することが容易であるからである。しかし
ながら、集積化する光部品の熱膨張係数と基板の熱膨張
係数が大きく異なる場合には実用上での基板からの光部
品のはがれ、および各部品の光軸のずれが問題となって
おり、基板と光部品の接着面積の許容範囲が厳しく制限
されていた。一方光源として半導体レーザを用いる場合
で、特に高出力の半導体レーザからの出射光が必要な場
合は基板の放熱が必要となり、半導体レーザ単体のサブ
マウントとしては通常、熱伝導のよい金属、ダイヤモン
ド、ＳｉＣ、ＡｉＮなどを用いてきた。
ド集積した光集積回路の基板としては、例えば1990年12
月発刊のIEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS,
AND MANUFACTURING TECHNOLOGYのVOL.13, NO.4, 780ペ
ージから786ページに記載されているようにシリコン基板を
用いていた。それはシリコン基板が微細加工を行うことが容
易であるために、ハイブリッド集積を行うのに適した基
板形状に加工することが容易であるからである。しかし
ながら、集積化する光部品の熱膨張係数と基板の熱膨張
係数が大きく異なる場合には実用上での基板からの光部
品のはがれ、および各部品の光軸のずれが問題となって
おり、基板と光部品の接着面積の許容範囲が厳しく制限
されていた。一方光源として半導体レーザを用いる場合
で、特に高出力の半導体レーザからの出射光が必要な場
合は基板の放熱が必要となり、半導体レーザ単体のサブ
マウントとしては通常、熱伝導のよい金属、ダイヤモン
ド、ＳｉＣ、ＡｉＮなどを用いてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のハイブ
リッド集積回路基板の問題点であった基板の放熱および
基板と光部品の熱膨張係数差によるはがれ、光軸ずれな
どの問題を解決しようとするものである。この課題は光
部品として半導体レーザとＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の
導波路よりなる第２次高調波発生素子の場合は特に切実
な課題となる。なぜならば、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
の熱膨張係数はシリコン基板とは大きく異なるうえ、半
導体レーザと導波路の光学的結合は位置ずれに対する許
容範囲が狭く、わずかな位置ずれでも結合効率は大きく
低下する。さらに、第２次高調波発生素子の第２次高調
波の変換効率は第２次高調波発生素子に入射される基本
波、すなわちここでは半導体レーザの出射光、の光パワ
ーの２乗に比例するために、結合効率の低下は発生する
第２次高調波の光パワーに大きく影響を及ぼす。
リッド集積回路基板の問題点であった基板の放熱および
基板と光部品の熱膨張係数差によるはがれ、光軸ずれな
どの問題を解決しようとするものである。この課題は光
部品として半導体レーザとＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の
導波路よりなる第２次高調波発生素子の場合は特に切実
な課題となる。なぜならば、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
の熱膨張係数はシリコン基板とは大きく異なるうえ、半
導体レーザと導波路の光学的結合は位置ずれに対する許
容範囲が狭く、わずかな位置ずれでも結合効率は大きく
低下する。さらに、第２次高調波発生素子の第２次高調
波の変換効率は第２次高調波発生素子に入射される基本
波、すなわちここでは半導体レーザの出射光、の光パワ
ーの２乗に比例するために、結合効率の低下は発生する
第２次高調波の光パワーに大きく影響を及ぼす。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前記従来技術の
課題を解決すべく、ＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤモ
ンド基板上に半導体レーザとＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
の導波路よりなる光部品をハイブリッド集積化した光集
積回路を提供するものである。
課題を解決すべく、ＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤモ
ンド基板上に半導体レーザとＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
の導波路よりなる光部品をハイブリッド集積化した光集
積回路を提供するものである。
【０００５】
【作用】本発明は半導体レーザとＬｉＮｂＯ3やＬｉＴ
ａＯ3の導波路よりなる光部品をハイブリッド集積化し
た光集積回路の基板にＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤ
モンドを用いることにより熱伝導がよく、放熱のよい基
板が得られ、半導体レーザを高出力で用いても安定に機
能する光集積回路が得られるだけでなく、基板とＬｉＮ
ｂＯ3やＬｉＴａＯ3の導波路の熱膨張係数が近いため
に、実用上熱サイクルに対しても安定な光集積回路が得
られる。
ａＯ3の導波路よりなる光部品をハイブリッド集積化し
た光集積回路の基板にＳｉＣ、ＡｌＮ、もしくはダイヤ
モンドを用いることにより熱伝導がよく、放熱のよい基
板が得られ、半導体レーザを高出力で用いても安定に機
能する光集積回路が得られるだけでなく、基板とＬｉＮ
ｂＯ3やＬｉＴａＯ3の導波路の熱膨張係数が近いため
に、実用上熱サイクルに対しても安定な光集積回路が得
られる。
【０００６】
【実施例】本発明の第１の実施例の構成図を図１に示
す。ＳｉＣ基板１上に半導体レーザ２とＬｉＴａＯ3導
波路３をそれぞれ半導体レーザ２の活性層４とＬｉＴａ
Ｏ3導波路３の導波層５を下側にして直接結合を行っ
た。図中に示したように座標軸をとると、半導体レーザ
２からの出射光を導波層５へ光学的に結合するためにに
は、ｚ軸は基板面を基準として位置調整が不用となり、
ｘ軸方向とｙ軸方向のみ導波光の出力パワーをモニター
しながら位置調整を行った。この際、ＳｉＣ基板１上に
光軸を示すマーキング６を図２に示すようにいれておく
と、ｘ，ｙ軸の位置調節がしやすい。図２においてはマ
ーキング６としてエッチングにより溝を形成した。
す。ＳｉＣ基板１上に半導体レーザ２とＬｉＴａＯ3導
波路３をそれぞれ半導体レーザ２の活性層４とＬｉＴａ
Ｏ3導波路３の導波層５を下側にして直接結合を行っ
た。図中に示したように座標軸をとると、半導体レーザ
２からの出射光を導波層５へ光学的に結合するためにに
は、ｚ軸は基板面を基準として位置調整が不用となり、
ｘ軸方向とｙ軸方向のみ導波光の出力パワーをモニター
しながら位置調整を行った。この際、ＳｉＣ基板１上に
光軸を示すマーキング６を図２に示すようにいれておく
と、ｘ，ｙ軸の位置調節がしやすい。図２においてはマ
ーキング６としてエッチングにより溝を形成した。
【０００７】また、位置調節時の半導体レーザ２とＬｉ
ＴａＯ3導波路３の接触による半導体レーザ２の端面破
壊を防止するために図３に示すようにＳｉＣ基板を微細
加工してストッパー７を形成してもよい。ＳｉＣ基板の
微細加工は通常のフォトリソグラフィー技術を用いて微
細加工パターンを形成し、例えばＡｒガスによるスパッ
タにより行った。
ＴａＯ3導波路３の接触による半導体レーザ２の端面破
壊を防止するために図３に示すようにＳｉＣ基板を微細
加工してストッパー７を形成してもよい。ＳｉＣ基板の
微細加工は通常のフォトリソグラフィー技術を用いて微
細加工パターンを形成し、例えばＡｒガスによるスパッ
タにより行った。
【０００８】光軸調整後、ＬｉＴａＯ3導波路とＳｉＣ
基板との固定は半田固定によって行った。図４にこの半
田固定の工程を説明するための図を示す。まず半導体レ
ーザ２とＳｉＣ基板は予め接着しておく。ＬｉＴａＯ３
導波路３とＳｉＣ基板１には半田のぬれのいい部分、つ
まりぬれパッド８を形成しておく。ぬれパッド８として
は通常のフォトリソグラフィーの技術をもちいて金属を
蒸着して形成した。ＳｉＣ基板１上のぬれパッド８上に
半田を蒸着もしくはめっきし半田パッド９を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ3導波路３の位置調整を行った後加熱により半
田パッド９を溶かして接着した。
基板との固定は半田固定によって行った。図４にこの半
田固定の工程を説明するための図を示す。まず半導体レ
ーザ２とＳｉＣ基板は予め接着しておく。ＬｉＴａＯ３
導波路３とＳｉＣ基板１には半田のぬれのいい部分、つ
まりぬれパッド８を形成しておく。ぬれパッド８として
は通常のフォトリソグラフィーの技術をもちいて金属を
蒸着して形成した。ＳｉＣ基板１上のぬれパッド８上に
半田を蒸着もしくはめっきし半田パッド９を形成し、Ｌ
ｉＴａＯ3導波路３の位置調整を行った後加熱により半
田パッド９を溶かして接着した。
【０００９】本発明のハイブリッド光集積回路は放熱効
果に優れ、半導体レーザ２の駆動電流を３００ｍＡ流
し、１５０ｍＷの光出力を発振させたが安定に発振し
た。また、ＬｉＴａＯ3導波路３を基板に固定するに当
たって従来の基板であるシリコン基板を用いたときには
ＬｉＴａＯ3導波路３と基板との熱膨張係数差が大き
く、接着面積や接着位置が厳しく制限されていたが本実
施例においては接着面積は従来の１．５倍以上、接着位
置の許容度も２倍以上に広がった。そのうえ接着面積が
大きくなったので機械的接着強度も強くなった。
果に優れ、半導体レーザ２の駆動電流を３００ｍＡ流
し、１５０ｍＷの光出力を発振させたが安定に発振し
た。また、ＬｉＴａＯ3導波路３を基板に固定するに当
たって従来の基板であるシリコン基板を用いたときには
ＬｉＴａＯ3導波路３と基板との熱膨張係数差が大き
く、接着面積や接着位置が厳しく制限されていたが本実
施例においては接着面積は従来の１．５倍以上、接着位
置の許容度も２倍以上に広がった。そのうえ接着面積が
大きくなったので機械的接着強度も強くなった。
【００１０】図５に本発明の第２の実施例の第２次高調
波発生装置の構成図を示す。ＳｉＣ基板１上に半導体レ
ーザ２とＬｉＴａＯ3導波路３よりなる第２次高調波発
生素子１０を直接結合で接着する。第２次高調波発生素
子１０には導波する基本波と第２次高調波の位相整合を
はかるための分極反転層１１、半導体レーザ２から出射
する基本波の波長を選択し安定に発振させるために選択
した波長の基本波のみを半導体レーザ２にフィードバッ
クするためのグレーティング１２、発生した第２次高調
波の一部をモニターするためのディテクタ１３、半導体
レーザ２からの基本波の発振波長と分極反転層１１の周
期の温度変化による不一致を補正するための電極１４が
集積化されており、波長８６０ｎｍの半導体レーザ２の
光出力パワー１５０ｍＷで第２次高調波である波長４３
０ｎｍのブルー光が１８ｍＷ安定に出力した。本第２次
高調波発生装置は軽量小型であるだけでなく、機械的お
よび熱的接着強度もつよく−２０から８０℃の１０万回
の熱サイクルにも安定であった。
波発生装置の構成図を示す。ＳｉＣ基板１上に半導体レ
ーザ２とＬｉＴａＯ3導波路３よりなる第２次高調波発
生素子１０を直接結合で接着する。第２次高調波発生素
子１０には導波する基本波と第２次高調波の位相整合を
はかるための分極反転層１１、半導体レーザ２から出射
する基本波の波長を選択し安定に発振させるために選択
した波長の基本波のみを半導体レーザ２にフィードバッ
クするためのグレーティング１２、発生した第２次高調
波の一部をモニターするためのディテクタ１３、半導体
レーザ２からの基本波の発振波長と分極反転層１１の周
期の温度変化による不一致を補正するための電極１４が
集積化されており、波長８６０ｎｍの半導体レーザ２の
光出力パワー１５０ｍＷで第２次高調波である波長４３
０ｎｍのブルー光が１８ｍＷ安定に出力した。本第２次
高調波発生装置は軽量小型であるだけでなく、機械的お
よび熱的接着強度もつよく−２０から８０℃の１０万回
の熱サイクルにも安定であった。
【００１１】本発明の実施例としてＳｉＣ基板を用いた
場合の構成図を示してきたが、本発明においては基板と
してＡｌＮまたはダイヤモンドを用いて同様の構成を行
ってもよい。ＡｌＮを基板として用いた場合は従来のＳ
ｉ基板を用いた場合に比べて、放熱効果が高く半導体レ
ーザを高出力で長時間駆動しても安定に発振するのみな
らず、熱膨張係数がＳｉの２倍近く大きく熱膨張係数の
大きいＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を基板上に接着する場
合に接着面積を従来の２倍以上大きくしても熱サイクル
に対してはがれ、光軸ずれなどの問題がおこらず、機械
的接着強度を高められ、またＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
を基板上に接着する際の熱的接着強度を高めることが容
易になった。ダイヤモンド基板を用いた場合は、放熱効
果が高いこと、ダイヤモンド基板の熱膨張係数がＳｉに
比べて大きく、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を基板上に接
着する場合の機械的接着強度および熱的接着強度を高め
ることができた。
場合の構成図を示してきたが、本発明においては基板と
してＡｌＮまたはダイヤモンドを用いて同様の構成を行
ってもよい。ＡｌＮを基板として用いた場合は従来のＳ
ｉ基板を用いた場合に比べて、放熱効果が高く半導体レ
ーザを高出力で長時間駆動しても安定に発振するのみな
らず、熱膨張係数がＳｉの２倍近く大きく熱膨張係数の
大きいＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を基板上に接着する場
合に接着面積を従来の２倍以上大きくしても熱サイクル
に対してはがれ、光軸ずれなどの問題がおこらず、機械
的接着強度を高められ、またＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3
を基板上に接着する際の熱的接着強度を高めることが容
易になった。ダイヤモンド基板を用いた場合は、放熱効
果が高いこと、ダイヤモンド基板の熱膨張係数がＳｉに
比べて大きく、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を基板上に接
着する場合の機械的接着強度および熱的接着強度を高め
ることができた。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、半導体レーザを高出力で
使用しても放熱がよく、軸ずれやはがれのない光集積回
路が得られた。
使用しても放熱がよく、軸ずれやはがれのない光集積回
路が得られた。
【図１】本発明の第１の実施例の構成図
【図２】本発明の基板上への光軸のマーキングの実施例
を示す図
を示す図
【図３】本発明の基板の微細加工の実施例を示す図
【図４】本発明の半田固定の工程を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施例の構成図
１ ＳｉＣ基板 ２ 半導体レーザ ３ ＬｉＴａＯ3導波路 ４ 活性層 ６ マーキング ７ ストッパ ８ ぬれパッド ９ 半田パッド １０ 第２高調波発生素子 １１ 分極反転層 １２ グレーティング １３ ディテクタ １４ 電極
Claims (24)
- 【請求項１】ＳｉＣ基板上に半導体レーザおよび光学部
品をハイブリッド集積化したことを特徴とする光集積回
路。 - 【請求項２】半導体レーザおよび光学部品を基板上には
んだによって接着した請求項１に記載の光集積回路。 - 【請求項３】光学部品としてＬｉＴａＯ3もしくはＬｉ
ＮｂＯ3よりなる光学部品を用いた請求項１に記載の光
集積回路。 - 【請求項４】光学部品として光導波路型光学部品を用い
た請求項１に記載の光集積回路。 - 【請求項５】半導体レーザと光学部品を光学的に直接結
合した請求項１に記載の光集積回路。 - 【請求項６】光学部品として第２次高調波発生素子を用
いた請求項１に記載の光集積回路。 - 【請求項７】基板を微細加工することにより、半導体レ
ーザと光学部品の位置合わせを行った請求項１に記載の
光集積回路。 - 【請求項８】ダイヤモンド基板上に半導体レーザおよび
光学部品をハイブリッド集積化したことを特徴とする光
集積回路。 - 【請求項９】半導体レーザおよび光学部品を基板上には
んだによって接着した請求項８に記載の光集積回路。 - 【請求項１０】光学部品としてＬｉＴａＯ3もしくはＬ
ｉＮｂＯ3よりなる光学部品を用いた請求項８に記載の
光集積回路。 - 【請求項１１】光学部品として光導波路型光学部品を用
いた請求項８に記載の光集積回路。 - 【請求項１２】半導体レーザと光学部品を光学的に直接
結合した請求項８に記載の光集積回路。 - 【請求項１３】光学部品として第２次高調波発生素子を
用いた請求項８に記載の光集積回路。 - 【請求項１４】基板を微細加工することにより、半導体
レーザと光学部品の位置合わせを行った請求項１に記載
の光集積回路。 - 【請求項１５】ＡｌＮ基板上に半導体レーザおよび光学
部品をハイブリッド集積化したことを特徴とする光集積
回路。 - 【請求項１６】半導体レーザおよび光学部品を基板上に
はんだによって接着した請求項１５に記載の光集積回
路。 - 【請求項１７】光学部品としてＬｉＴａＯ3もしくはＬ
ｉＮｂＯ3よりなる光学部品を用いた請求項１５に記載
の光集積回路。 - 【請求項１８】光学部品として光導波路型光学部品を用
いた請求項１５に記載の光集積回路。 - 【請求項１９】半導体レーザと光学部品を光学的に直接
結合した請求項１５に記載の光集積回路。 - 【請求項２０】光学部品として第２次高調波発生素子を
用いた請求項１５に記載の光集積回路。 - 【請求項２１】基板を微細加工することにより、半導体
レーザと光学部品の位置合わせを行った請求項１５に記
載の光集積回路。 - 【請求項２２】半導体レーザとＬｉＴａＯ3もしくはＬ
ｉＮｂＯ3の導波路よりなる第２次高調波発生素子の一
部に半田のぬれパッドとしての金属膜堆積部を形成し、
ＳｉＣよりなる基板の一部にも半田のぬれパッドとして
の金属膜堆積部を形成し、前記半導体レーザと前記第２
次高調波発生素子のぬれパッドと前記基板のぬれパッド
を半田により結合することにより、前記半導体レーザ素
子と第２次高調波発生素子とを光学的に結合したかとを
特徴とする第２次高調波発生装置。 - 【請求項２３】半導体レーザとＬｉＴａＯ3もしくはＬ
ｉＮｂＯ3の導波路よりなる第２次高調波発生素子の一
部に半田のぬれパッドとしての金属膜堆積部を形成し、
ＡｌＮよりなる基板の一部にも半田のぬれパッドとして
の金属膜堆積部を形成し、前記半導体レーザと前記第２
次高調波発生素子のぬれパッドと前記基板のぬれパッド
を半田により結合することにより、前記半導体レーザ素
子と第２次高調波発生素子とを光学的に結合したかとを
特徴とする第２次高調波発生装置。 - 【請求項２４】半導体レーザとＬｉＴａＯ3もしくはＬ
ｉＮｂＯ3の導波路よりなる第２次高調波発生素子の一
部に半田のぬれパッドとしての金属膜堆積部を形成し、
ダイヤモンドよりなる基板の一部にも半田のぬれパッド
としての金属膜堆積部を形成し、前記半導体レーザと前
記第２次高調波発生素子のぬれパッドと前記基板のぬれ
パッドを半田により結合することにより、前記半導体レ
ーザ素子と第２次高調波発生素子とを光学的に結合した
かとを特徴とする第２次高調波発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP725293A JPH06214129A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 光集積回路および第２次高調波発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP725293A JPH06214129A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 光集積回路および第２次高調波発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06214129A true JPH06214129A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11660841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP725293A Pending JPH06214129A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 光集積回路および第２次高調波発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06214129A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3929781A1 (de) * | 1988-09-07 | 1990-03-15 | Asahi Optical Co Ltd | Elektrische spiegelantriebsvorrichtung fuer eine einaeugige spiegelreflexkamera |
| JP2007003817A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Fujitsu Ltd | 光導波路構造体、光モジュールおよびレンズアレイ |
| US7173286B2 (en) * | 2002-02-15 | 2007-02-06 | Georgia Tech Research Corporation | Semiconductor devices formed of III-nitride compounds, lithium-niobate-tantalate, and silicon carbide |
| JP2007519234A (ja) * | 2003-12-24 | 2007-07-12 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 移送表面上における素子の組付 |
| JP4786761B1 (ja) * | 2010-08-23 | 2011-10-05 | パナソニック株式会社 | レーザ光源装置 |
| WO2013073024A1 (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-23 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP725293A patent/JPH06214129A/ja active Pending
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