JPS62140487A - 半導体レ−ザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体レーザ素子の一方の出射端面に近接し
て外部反射部材を配置したいわゆる外部共振器型の半導
体レーザ装置の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、高度情報関連システムとして半導体レーザを利用
した光応用技術が注目を集めており、これらの技術の実
用化に際し、光フアイバ通信システムや光情報処理シス
テムのコヒーレント光源として、発振縦モードが縦単一
モードに安定化された半導体レーザが強く要求されてい
る。これは、通常の半導体レーザは温度変化や電流変化
に伴って発振縦モードが隣接縦モード或いは数本離れた
縦モードに変化し、発振波長が連続的或いは不連続的に
変化し、このように発振状態が不安定となるような場合
には、レーザ軸モード間或いはレーザ軸モードと外部モ
ードとの相互作用によって大きな光出力雑音が発生し、
システムの能力低下に重大な影響を及ぼすからである。

従って、従来からこの半導体レーザにおける縦モードの
変化つまりモードホッピングを抑制して発振縮モード特
性の安定化に対し種々の提案や試みがなされてきた。

このうち代表的なものを列挙すると、分布帰還型（Ｄ　
Ｆ　Ｂ）やブラッグ反射型（ＤＢＲ）等の回折格子型レ
ーザ、内部反射干渉型レーザ、複合共振器型レーザ、外
部共振器型レーザがある。

これらを簡単に説明すると、先ず回折格子型レーザは、
導波路内部にグレーティング（回折格子）を形成するこ
とにより強い波長選択性を付与しているため、擾乱に対
して優れた縦モードの波長安定性を有するが、製造工程
が煩雑であり、半導体レーザの材質によっては製作その
ものが困難であったりする。

次に内部反射干渉型レーザは、１個の半導体レーザの共
振器内部つまり導波路内部に１つ又は複数の屈折率の異
なる領域つまり反射部を形成することにより全体の導波
路を複数に分割して内部反射を生じさせ、分割された各
導波路における縦モード間の干渉効果によって発振縦モ
ードの選択性を得るものであり、内部の反射部を簡便に
作製するのが困難であり、又、強い内部反射が得られ難
く、十分に実用化されるに至っていない。

又、複合共振器型レーザとしては、臂開面を介して２つ
の半導体レーザを共振器軸方向に並置した構造の通称Ｃ
３（Ｃ１ｅａｖｅｄ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｃａｖｉｔｙ）
レーザがある。このレーザは、２つのレーザ軸モードの
結合により発振縦モードの安定化を計るものであり、そ
れぞれ個別に半導体レーザを駆動することができること
によって発振波長を選択することができるが、この場合
の難点は、２つのレーザを結合性よく配置するのが難し
いこと、及び２つのレーザ注入を個別に制御して幅広い
領域で縦モードの安定性を実現するために高度な駆動技
術を必要とすることの２点にあり、適切な制御を行なえ
ない場合には逆に縦モード変化を生じる結果と−なる。

更に外部共振器型レーザは、第５図に示すように、半導
体レーザ素子１の一方の出射端面２より出射されたレー
ザ光３を平面鏡よりなる外部反射部材４により反射させ
て前記出射端面２に帰還させ、外部反射鏡部材４と出射
端面２との距離つまり外部共振器長りで決定されるいわ
ゆる外部縦モードと、半導体レーザ素子の両共振面で決
定される縦モードとの干渉効果を利用して安定な発振縦
モードを選択できるものである。この外部共振器型レー
ザは、通常の半導体レーザ素子１が１個と外部反射部材
４とによって構成できるから、前述の種々の波長安定化
レーザのうち素子作製のための複雑なプロセス工程を要
することなく簡便に作製できる利点があり、本願の発明
者等の実験においても広い温度範囲にわたって安定な縦
単一モードが実現されている。

この外部共振器型レーザについて詳述すると、その縦モ
ード選択性は、外部共振器長りとレーザ素子に戻される
光量とにより左右される。レーザ縦モード間隔Δλは、
発振波長をλ、半導体レーザ素子の実効屈折率を７．半
導体レーザ素子の共振器長を第５図に示すようにｌとそ
れぞれした場合に、Δλ＝λ０２／２ｎｌで表わされる
。一方、外部モードの縦モード間隔Δλｅは、外部共振
器長を前述のようにＬとした場合に、 Δλｅ＝λ０２／２Ｌで表わされる。例えば、半導体レ
ーザ素子１の共振器長ｌを２５０μｍ、半導体レーザ素
子１の実効屈折率Ｔを４．０．外部共振器長りを６０μ
ｍとそれぞれした場合に、発振波長λが７８００人近傍
では、レーザ縦モード間隔Δλが３人で、外部モードの
縦モード間隔Δλｅが４８人となる。従って、このレー
ザ未従モードと外部モードとが利得分布ピーク近傍で略
一致する縦モードが選択されるとともに、温度変化によ
って次のレーザ縦モードと外部モードとが一致する縦モ
ードに利得分布のピークが移動するまでの広い温度範囲
にわたって単−縦モードで発振する。

前記の例では両方の波長差である４８人変化するまでの
間つまり４８人周期で１つの縦モードにより発振する。

このように広い温度範囲でわたって安定な縦単一モード
が得られるので、近年において多用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、レーザ縦モードは温度によりレーザ共振器長
！及び屈折率Ｔが変化するため、安定化域では通常０．
６〜０．７人／ｄｅｑの温度係数をもち、この温度−発
振波長特性は第２図の実線で示すようになる。一方、外
部モードは、λｅ＝□　（但しｍは整数） で表わされ、旧式より明らかなように、外部共振器長り
の微小な相違により選択される外部モードが異なる。通
常、外部発振器長しの微小な違いにより発振波長λが、
第３図に示すように成る発振波長λ０の略半分の周期Ｔ
で変化し、モードジャンプする温度が全く不規則となる
。そのため、外部共振器長りを正確に位置決めして一定
としなければならないが、製造上、外部反射部材４を半
導体レーザ素子１の出射端面２に対し微小な違いもなく
全て一定距離に位置決めしてマウントすることができな
い。このような外部共振器長しの微小なばらつきにより
第２図の１点鎖線又は２点鎖線で示すような温度−発振
波特性のレーザ装置ができることになり、この特性の違
いにより使用温度範囲内でモードジャンプする場合が生
じ、高い歩留りを得られない。

〈発明の目的〉 本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、モ
ードジャンプする温度のばらつきを抑えて高い歩留りを
得ることができる外部共振器型半導体レーザ装置の製造
方法を提供することを目的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、前記目的を達
成するために、半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素
子の一方の出射端面から出射されたレーザ光の一部を前
記半導体レーザ素子に帰還させる外部反射部材とにより
構成される外部共振器型の半導体レーザ装置の製造方法
において、前記半導体レーザ素子をヒートシンク等に予
め固定し、一方の出射端面に前記外部反射部材を可動自
在に対面させ、所定温度において前記半導体レーザ素子
に通電してこれをレーザ駆動し、この半導体レーザ素子
の他方の出射端面から出射されるレーザ光を波長検出装
置に入射して、このレーザ光の波長をヰ食出しながら前
記外部反射部材を外部共振器長が可変する方向に微動さ
せ、前記波長検出装置によって検出される外部共振器長
の変化に対する波長に基いて前記外部反射部材の固定位
置を決定するようにした製造工程を経ることを要旨とす
るものである。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を詳述する。

第１図は本発明の製造方法に係る主要工程を示し、同図
において第５図と同−若しくは同等のものには同一の符
号を付しである。先づ、半導体レーザ素子１をヒートシ
ンク５上にＩｎ等の融着剤６を介して予め固着するとと
もに、半導体レーザ素子１の上面のｐ架着しくはｎ型の
電極にＡｕ。

ＡＪ等の導線７をワイヤボンディングにより電気的に接
続する。一方、外部反射部材４は真空コレット８に吸着
されその反射面９を半導体レーザ素子１の一方の出射端
面２に対し所定の間隔を有して平行に対面させ、真空コ
レット８により可動自在に配置する。この状態で所定温
度に調整した後、導線７とヒートシンク５との間に電圧
を印加して半導体レーザ素子１に電流を流し、半導体レ
ーザ素子１をレーザ動作させる。そして、半導体レーザ
素子１の一方の出射端面２から出射されたレーザ光が外
部反射部材４の反射面９によりレーザ素子１に帰還され
るとともに、半導体レーザ素子１の他方の出射端面１０
から出射されたレーザ光１１が、光ファイバ１２を介し
て回折格子分光器等からなる波長検出装置１２に入射さ
れ、このレーザ光１１の波長が検出される。このように
波長を検出しながら真空コレット８により外部反射部材
４を矢印で示すように微動させ、外部共振器長りを微小
に変化させる。従って、波長検出装置１３で検出する波
長の変化によって半導体レーザ素子１の縦モードスペク
トルを検知することができ、モードジャンプが生じた時
点で外部反射部材４の微動を停止する。即ち、モードジ
ャンプが生じる外部反射部材４の位置を検出し、この位
置から外部反射部材４を所望の距離だけ変化させてマウ
ント位置を設定する。その後に半導体レーザ素子１への
給電を停止してその駆動を止め、融着剤６を加熱して熔
融し、外部反射部材４を前述の設定位置に固着する。こ
のように外部共振器長りを高精度に設定できるから、モ
ードジャンプ温度を任意に再現性良く設定でき、例えば
温度−発振波長特性を第２図の実線に統一することがで
きる。

ところで、前述の外部反射部材４のマウント位置の検出
に際しては、半導体レーザ素子１を必らずしも発振状態
とする必要はない。これを第４図により説明すると、同
図は発振モードにおける光出力が８　ｍｗ、　３　ｍｗ
、　　ｌ　ｍｗおよび０．５ｍｗの場合の婚モードスペ
クトルをそれぞれＸｉ、ｘｉ。

ｘｌＯ／３．ｘｌＯのレンジで表わしたものである。最
下部にしきい値電流以下における縦モードスペクトルを
Ｘ１００Ｏのレンジで示しており、この図から明らかな
ように、しきい値電流以下の非発振状態における縦モー
ドも、外部共振器長しに対応する外部モードの存在によ
りスペクトルの飽和線が一様でなく、変形をうけて複数
のピークをもつ。このうち最も強いピーク近傍のレーザ
縦モードが発振する。従って、発振しきい値以下の縦モ
ードスペクトルを検出することによっても外部反射部材
４の適切なマウント位置を設定することができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
請求の範囲に基いて種々の実施態様が考えられるのは勿
論である。例えば、半導体レーザ素子１をレーザ動作さ
せるに際し、半導体レーザ素子１に実施例のように導線
７をワイヤボンデインせずに、素子１の電極にプローブ
を接触させて通電するようにしてもよい。又、半導体レ
ーザ素子ｌの他方の出射端面１０からのレーザ１１を波
長検出装置に導くに当たっては、実施例の光ファイバに
限らず、レンズ等を用いて空気中を伝播させても支障が
ない。更に、融着剤６としては、外部反射部材４はヒー
トシンク５に電気的に接続する必要がないので、エポキ
シ系の接着剤を用いても問題はない。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の半導体レーザ装置の製造方
法によると、広い温度範囲にわたって安定な縦単一モー
ドが得られる外部共振器型半導体レーザ装置を、外部共
振器長を極めて簡単な手段により使用温度範囲内でモー
ドジャンプすることのないよう正確に設定して作製する
ことができ、歩留りが格段に向上する大きな利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ装置の製造方法の実施に
係わる一実施例の概略斜視図、第２図は本発明が適用さ
れる外部共振型半導体レーザ装置の温度と発振波長との
関係を示す特性図、第３図は同様に外部共振器型半導体
レーザ装置の外部共振器長の微小な違いにより選択され
る発振波長の変化を示す図、第４図は各先出力における
縦モードスペクトルを示す図、第５図は外部共振器型半
導体レーザ装置の概略平面図である。 ■−半導体レーザ素子 ２−・−一方の出射端面 ３．１１−・レーザ光 ４−外部反射部材 ５−　ヒートシンク １０・−他方の出射端面 １３−波長検出装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子の一方
   の出射端面から出射されたレーザ光の一部を前記半導体
   レーザ素子に帰還させる外部反射部材とにより構成され
   る外部共振器型の半導体レーザ装置の製造方法において
   、前記半導体レーザ素子をヒートシンク等に予め固定し
   、一方の出射端面に前記外部反射部材を可動自在に対面
   させ、所定温度において前記半導体レーザ素子に通電し
   てこれをレーザ駆動し、この半導体レーザ素子の他方の
   出射端面から出射されるレーザ光を波長検出装置に入射
   して、このレーザ光の波長を検出しながら前記外部反射
   部材を外部共振器長が可変する方向に微動させ、前記波
   長検出装置によって検出される外部共振器長の変化に対
   する波長の変化によるレーザ縦スペクトルに基いて前記
   外部反射部材の固定位置を決定するようにしたことを特
   徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
2. （２）半導体レーザ素子をしきい値電流密度以下として
   非レーザ発振状態において、波長検出装置により半導体
   レーザ素子の発振しきい値以下の縦モードスペクトルを
   検知するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。