JPS62257784A - 半導体レ−ザ装置 - 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、光通信、光計測、光情報処理システム等のコ
ヒーレント源として主に用いられる半導体レーザ装置に
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シ、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トして、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。この理由は、通常の半導体レーザでは温度変
化や電流変化に伴なって発振縦モードが隣接縦モード或
いは数本能れた縦モード間で変動して発振波長が連続的
或いは不連続的に変化し、またこのように発振状態が不
安定となるような場合には、レーザ軸モード間の相互作
用によって大きな光出力雑音が発生してシステムの能力
低下に多大な悪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即ちモー
ドホッピングを抑制して発振縦モード特性を安定化する
ために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ＣＤＦＢ）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番こ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ｌこより全体の
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る。この半導体レーザ
は内部の反射部を簡便に作製するのが困難であり、又１
強い内部反射が得られ難く、十分に実用化されるに至っ
ている。

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。この半導体レーザは、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と選択することができるが、こ
の場合の難点は、２つの半導体レーザ素子を結合性よく
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点にあシ適切
な制（財）を行なえない場合には逆に縦モード液化音生
じる結果となる。

更に、外部共振器型レーザは、第２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よシ出射されたレ
ーザ光３を外部反射鏡４により反射させて前記出射端面
カムら半導体レーザ素子ｌ内の共振器５内に帰還させ、
外部反射鏡４と出射端面２との距離つまり外部共振器長
し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ＩＱ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
。又、半導体レーザ素子ｌの他方の出射端面６から出射
されたレーザ光７は光学装置８を介して各種光学システ
ムのコヒーレント光源として情報の読み取シや書き込み
等に利用される。この外部共振器型レーザは１通常の半
導体レーザ素子ｌと外部反射鏡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装置のような素子
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
ｌこ作製できる利点があり、しかも広い温度範囲ｌこわ
念って安定な縦単一モードで発振させることができ、最
近次第に多用されてきている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 通常、外部共振器型半導体レーザ装置は第３図に示すよ
うにヒートシンク９上に半導体レーザ素子ｌと外部反射
部材ｌＯが距離りを隔てて接着されている。この装置の
製造工程を第４図ｔＡ１．β）に示す。真空コレラ）１
４にて吸引された半導体レーザ素子ｌが、予めろう材１
１の蒸着されたヒートシンク９上の然るべき場所ｌこ位
置決めされる。

その後、ヒートシンク９をろう材１１の融点まで加熱し
、半導体レーザ素子ｌの接着面１８に蒸着された接触Ｊ
ｄ　１２とろう材１１とを合金化させることにより接着
する。外部反射部材ｌＯも同様の方法にて、半導体レー
ザ素子１を接着後、ヒートシンク９上に距離りを隔てて
接着する。この構造では、半導体レーザ素子ｌと外部反
射部材１０ｉ同一ヒートシンク９上に接着する之めに、
外部反射部材ｌＯを接着する過程でヒートシンク９ｔろ
う材１１の融点まで加熱している間に、先に接着した半
導体レーザ素子１の接触層１２とろう材１１とのぬれ不
良および半導体素子ｌの位置ずれを引き起こしてしまう
。外部共振器型半導体レーザ装置において最も高い精度
にて制御すべき重要な構造パラメータの一つは外部共振
器長しである。

即ち、半導体レーザ素子１と外部反射部材ＩＯとの距離
であシ、この間隔が半導体レーザ素子１’！−出射し外
部反射部材１０にて反射され、再び半導体レーザ素子ｌ
の共振器内に帰還されるレーザ光の共振器端面における
光量と位相の制御を行ない発振モードの安定化を実現し
ている。従って、外部共振器長しは光の波長オーダーの
高い精度にて決定されなくてはならない。しかしながら
、先に述べたように従来の構造ではこのような高い精度
で外部共振器長Ｌ’を決定することは極めて困難であシ
、特性の再現性を十分に高めることができなかった。ま
た、接触層１２とろう材Ｉｆとのぬれ不良は半導体レー
ザ素子ｌとヒートシンク９との間の熱抵抗の増大を引き
起こし、劣化を促進させる要因となる。

半導体レーザ素子ｌと外部反射部材１０がたとえ高い位
置精度にてヒートタンク９上に接着されたとしても、こ
れらが同一ヒートシンク上に接着されている之めに、周
囲温度の変化がヒートシンクの熱膨張を引き起こし、半
導体レーザ素子と外部反射部材ｌＯとの間の距離りが変
化する。このことが安定化された発振モードを乱す原因
となりモード競合やモードホッピング等が発生する。

〈発明の目的〉 本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
半導体レーザ素子と外部反射部材の間隔が常に高い位置
精度に保たれ、接着工程あるいは動作時の周囲温度の変
動等によって変化することかない極めて安定に制御され
た単−発振縦モード動作を行なう外部共振器型半導体レ
ーザ装置を高い再現性をもって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〉 未発明の半導体レーザ装置は、上記目的を達成するため
に半導体レーザ素子の一方の出射端面ふら出射されたレ
ーザ光を外部反射部材により反射させて半導体レーザ素
子の共振器内に帰還させる外部共振器構造を具備して成
り、上記反射部材と半導体レーザ素子がそれぞれ互いに
熱的に分離された材料に接着されていることを特徴とす
るものである。

く作　用〉 上記構成としたことにより、半導体レーザ素子と外部反
射部材とは相互に熱的に分離され、それらを接着する工
程での温度サイクルに対しても接着不良および位置ずれ
が大幅に低減される。また同一ヒートシンク上に接着さ
れている場合と異なり、動作時の周囲温度の変動に伴な
うヒートシンクの膨張に起因する半導体レーザ素子と外
部反射部材の間隔の変動が効果的に抑制される。これら
の結果、半導体レーザ素子と外部反射部材との間隔は常
に高い位置精度に保持され、発振縦モードの安定化を極
めて高い再現性にて実現することが可能となる。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例について詳説する。

第１図は未発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の構
成図である。ＧａＡｓ−ＧａＡＪＡｓ系半導体レーザ素
子しと外部反射部材ｌＯが間隔りにてそれぞれヒートシ
ンク９，１５に接着されている。未実施例では、半導体
レーザ素子１は銅ヒートシンク９上に接着しているが、
このヒートシンク９の材料は銅に限らずダイヤモンド、
シリコン等熱伝導率の十分高い材料であれば特に限定さ
れない。半導体レーザ素子ｌが接着されたヒートシンク
９及び外部反射部材１０はセラミック基板１５上ｆこ接
着される。この場合、半導体レーザ素子ｌ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ｌＯにて
反射され、半導体レーザ素子ｌの共振器内に再び帰還さ
れるためにセラミック基板１５の一部には段差が設けら
れている。半導体レーザ素子ｌが接着されたヒートシン
ク９及び外部反射部材１０の接着の工程順はいずれが先
でもかまわず、接着面１６および１７に予め塗付された
半田１８のみを加熱・融解すればよい。加熱時はいずれ
か一方の接着面のみが加熱されておりもう一方の接着面
には熱は伝わらず加熱されない。

従って、従来問題となっていた接着工程中の接着不良あ
るいは位置ずれは起こらない。セラミック自体は熱膨張
係数が極めて高いため、接着後も周囲温度の変動による
熱膨張は極めて小さく１間隔りは変化しない。

この様に一定に保持された間隔により、設定の間隔りに
対°応する発振縦モード特性が高い再現性にて得られる
。その結果、従来再現性が低かった安定な発振縦モード
特性が、未実施例の構造によれば大幅に改善された。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々
の実施態様が考えられるのは勿論である。

例えば、＠５図にその一例を示す如く半導体レーザ素子
ｌと外部反射部材１０がそれぞれ独立したヒートシンク
９に接着され、これら２つのヒートシンクがセラミック
基板１５上に接着されてもよい。また、あらゆる実施例
に対して第６図に示す様に半導体レーザ素子ｌの一方の
出射端面２に対し平行に対面しこの出射端面からのレー
ザ光を上記半導体レーザ素子ｌに帰還させる帰還用反射
面１０ａと出射端面２に対し角度θで対向しこの出射端
面２からのレーザ光を動作出力検出部１９に向かって反
射させる光検出用反射面１０ｂとを備えた外部反射部材
ＩＯを配置することもできる。

上記実施例に用いられるセラミック基板の状態に関して
は特に制限はないが、通常使用されるパッケージ用ステ
ムに一体化して組み込されておれば実装工程は非常に簡
便になる。また、上記実施例ではセラミック基板が使用
されているが、その他の熱伝導率や熱膨張係数がともに
十分小さい材料であればセラミックに限定されるもので
はない。

さらに、半導体レーザ素子ｌはＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ
系のものに限らず他の半導体材料を用いたものでも適用
できることは明らめ１である。

〈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による
と半導体レーザ素子と外部反射部材が熱的に分離されて
ｂるため、接着工程での接着不良位置ずれおよび動作時
の周囲温度の変動によるヒートシンクの熱膨張に伴なう
半導体レーザ素子と外部反射部材との間隔りの変化を効
果的に抑制することが可能となる。このため間隔りに対
応する発振モード特性の再現性および歩留シの向上が計
れ大幅なコスト・ダウンを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の概
略構成図である。第２図は従来の外部共振器型半導体レ
ーザ装置の概念図である。第３図は従来の半導体レーザ
装置の概略構成図である。 第４図は第３図に示す半導体レーザ装置の接着工程図で
ある。第５図及び第６図はそれぞれ本発明の他の実施例
を示す半導体レーザ装置の構成図である。 ｌ・・・半導体レーザ素子、２・・・一方の出射端面、
８・・・レーザ光、　　４・・・外部反射鏡、５・・・
レーザ共振器、　　６・・・他方の出射端面、　７・・
・レーザ光、８・・・光学装置、　　９・・・ヒートシ
ンク、　　１０・・・外部反射部材、　　１０ａ・・・
帰還用反射部、１０ｂ・・・光検出用反射部、　　１１
・・・ろう材、　　１２・・・接触層、　　１３・・・
接着面、　　１４・・・真空コレット、１５・・・セラ
ミック基板、　　　１６．１７・・・接着面、１８・・
・半田、　　１９・・・動作出力検出部代理人　弁理士
　杉　山　毅　至（他１名）第　１　図 第　２　図 第３　図 第４１Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体レーザ素子の一方の出射端面から出射された
   レーザ光を外部反射部材により反射させて前記半導体レ
   ーザ素子内に帰還される外部共振器型の半導体レーザ装
   置において、前記反射部材と前記半導体レーザ素子はそ
   れぞれ互いに熱的に分離された部材に接着されて対向配
   置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。