WO2017135099A1 - 光ファイバと半導体レーザとの光結合構造 - Google Patents

光ファイバと半導体レーザとの光結合構造 Download PDF

Info

Publication number
WO2017135099A1
WO2017135099A1 PCT/JP2017/002261 JP2017002261W WO2017135099A1 WO 2017135099 A1 WO2017135099 A1 WO 2017135099A1 JP 2017002261 W JP2017002261 W JP 2017002261W WO 2017135099 A1 WO2017135099 A1 WO 2017135099A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
semiconductor laser
submount
intermediate layer
optical fiber
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/002261
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅和 三浦
三代川　純
一樹 山岡
森　肇
Original Assignee
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 古河電気工業株式会社 filed Critical 古河電気工業株式会社
Priority to CN201780007379.0A priority Critical patent/CN108474918B/zh
Publication of WO2017135099A1 publication Critical patent/WO2017135099A1/ja
Priority to US16/051,935 priority patent/US10670819B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4286—Optical modules with optical power monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Definitions

  • the present invention relates to an optical coupling structure between an optical fiber and a semiconductor laser in a semiconductor laser module.
  • a semiconductor laser module that couples light output from a semiconductor laser to an optical fiber has been used.
  • the semiconductor laser is fixed on a submount, and light emitted from the semiconductor laser is optically coupled to an optical fiber (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 4A is a view showing a conventionally used submount material 100
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion X in FIG. 4A.
  • the submount material is made of, for example, AlN
  • the plating layer 101 is formed on a part of the surface.
  • the plating layer 101 is made of AuSn plating, AuNi, or the like, and is used as solder for connecting to a semiconductor laser disposed on the top.
  • FIG. 5A is a diagram showing a state in which the submount material 100 is cut
  • FIG. 5B is an enlarged view of a Y portion in FIG. 5A. Since the submount material 100 is extremely hard, burrs and the like are unlikely to be generated, but since the plating layer 101 is a soft metal layer, burrs 103 are likely to be generated during cutting.
  • burr 103 If such a burr 103 is generated, there is a possibility that a problem of blocking a part of light emitted from the semiconductor laser may occur. In addition, burrs may be obstructed, the installation accuracy of the semiconductor laser may be deteriorated, and problems such as burrs may fall off may occur. Therefore, a method that does not cause burrs when the submount material 100 is cut is desired.
  • FIG. 6A there is a method of forming a non-plated portion 105 where the plated layer 101 is not formed at the cut portion.
  • FIG. 6B it is possible to suppress the occurrence of burrs due to the plating layer 101 in the cut portion.
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the semiconductor laser 111 is fixed on the submount 109 having such a pullback and the semiconductor laser 111 and the optical fiber 107 are optically coupled.
  • the non-plated portion 105 is formed in a predetermined range from the end portion of the submount 109. That is, the plating layer 101 is disposed at a position other than the non-plating portion 105 and at a predetermined distance from the end of the submount 109.
  • the electrode layer 111 a of the semiconductor laser 111 is fixed at substantially the same position as the plating layer 101 on the submount 109. That is, the semiconductor laser 111 is fixed at a position away from the end of the submount 109 by a predetermined distance. In this way, by joining to the submount 109 (plating layer 101) over substantially the entire lower surface of the semiconductor laser 111, the heat of the semiconductor laser 111 can be efficiently transferred to the submount 109 and a high cooling effect can be obtained. it can.
  • the semiconductor laser 111 and the optical fiber 107 are directly optically coupled, it is necessary to bring the tip of the optical fiber 107 close to the semiconductor laser 111.
  • the optical fiber 107 may interfere with the submount 109 (Z in the figure).
  • the electrode layer 111 a of the semiconductor laser 111 is fixed so as to protrude from the plating layer 101, the heat from the semiconductor laser 111 cannot be transmitted well to the submount 109. Therefore, it is necessary to match the position of the electrode layer 111 a of the semiconductor laser 111 with the position of the plating layer 101. Further, if the non-plated portion 105 is not formed, there is a risk of burrs as described above.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and the light of an optical fiber and a semiconductor laser capable of efficiently optically coupling a semiconductor laser and an optical fiber disposed on a submount having a pullback.
  • the object is to provide a bonded structure.
  • the present invention provides a submount, a non-plated portion formed in a predetermined range from an end portion of the submount, a plated layer formed in a portion other than the non-plated portion, An intermediate layer formed on the plating layer and disposed so as to be drawn by a predetermined amount from the end of the submount, a semiconductor laser disposed on the intermediate layer, and a lensed fiber optically coupled to the semiconductor laser And an optical coupling structure between the optical fiber and the semiconductor laser, wherein a distance between the semiconductor laser and the lensed fiber is smaller than an amount of the intermediate layer drawn from the end face of the submount.
  • a junction down type in which the light emitting surface of the semiconductor laser is disposed on the intermediate layer side may be used.
  • the intermediate layer may be a member softer than the submount and the semiconductor laser.
  • the intermediate layer may be made of copper.
  • the thickness of the intermediate layer may be 10 ⁇ m or more of the outer diameter of the lensed fiber.
  • interference between the lensed fiber and the submount can be suppressed by disposing the intermediate layer on the submount and raising the semiconductor laser.
  • Such an effect is particularly effective in the case of a junction down type in which the light emitting surface of the semiconductor laser is disposed on the intermediate layer side.
  • the intermediate layer is a softer material than the submount and the semiconductor laser, it is possible to suppress a large stress from being applied to the semiconductor laser due to the difference in the linear expansion coefficient of each member. That is, the intermediate layer can function as a buffer layer.
  • the intermediate layer is made of copper, a high cooling effect can be obtained because of its high thermal conductivity.
  • the thickness of the intermediate layer is 10 ⁇ m or more, interference between the lensed fiber and the submount can be more reliably suppressed.
  • an optical coupling structure between an optical fiber and a semiconductor laser capable of efficiently optically coupling a semiconductor laser and an optical fiber arranged on a submount having a pull back.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser module 1.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion X in FIG.
  • FIG. It is a figure which shows the conventional submount raw material 100, and the Y section enlarged view of FIG. 5A.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion X in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the semiconductor laser module 1.
  • the semiconductor laser module 1 mainly includes a base 3, a submount 5, an optical fiber 7, a semiconductor laser 11, and the like.
  • the base 3 is arranged in a package not shown.
  • a cooler such as a Peltier element is disposed on the lower surface of the base 3 or can dissipate heat by contact with the package bottom plate.
  • the base 3 may be made of any material such as ceramic, metal, resin, or glass.
  • the submount 5 and the fiber fixing base 9 are provided on the base 3.
  • the fiber fixing base 9 is a base for fixing the optical fiber 7.
  • a semiconductor laser 11 is fixed on the submount 5.
  • Each component on the base 3 may be formed integrally with the base 3.
  • the optical fiber 7 is a so-called lensed fiber having a wedge-shaped tip. That is, the optical fiber 7 and the semiconductor laser 11 are directly optically coupled without passing through another lens or the like.
  • a light receiving unit 15 is disposed behind the semiconductor laser 11.
  • the light receiving unit 15 receives the light output of the semiconductor laser 11 and monitors the light output of the semiconductor laser 11.
  • the light receiving unit 15 is, for example, a photodiode.
  • the configuration of the semiconductor laser module 1 is not limited to the illustrated example. For example, some of the illustrated configurations may not be included, and other configurations may be further included. Further, the size and arrangement of each part are not limited to the illustrated example.
  • the intermediate layer 13 is formed in a predetermined range on the upper surface of the submount 5. That is, the semiconductor laser 11 is fixed on the submount 5 via the intermediate layer 13.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an optical coupling structure 20 between the optical fiber 7 and the semiconductor laser 11.
  • a non-plated portion 21 called a pull back is formed.
  • the non-plating part 21 is a part where the plating layer 17 is not provided and the base material of the submount 5 is exposed.
  • a portion other than the non-plated portion 21 becomes the plated layer 17. That is, the plating layer 17 is not formed in the vicinity of the end of the submount 5, and the plating layer 17 is formed at a position away from the end of the submount 5 by a predetermined distance (A in the figure). For this reason, the big burr
  • the plating layer 17 is, for example, Au plating, Ni plating, AuNi plating, AuSn plating, or the like, and serves as a joint portion with the upper intermediate layer 13. That is, the intermediate layer 13 is formed on the plating layer 17.
  • a plating layer 19 is formed on the intermediate layer 13.
  • the plating layer 19 is, for example, gold plating or AuSn plating and serves as a joint portion with the upper semiconductor laser 11. That is, the semiconductor laser 11 is formed on the plating layer 19 (intermediate layer 13).
  • the intermediate layer 13 may be formed on the plating layer 17 by plating, or another member may be attached.
  • the end positions (end positions on the optical fiber 7 side) of the plating layer 17, the intermediate layer 13, and the plating layer 19 are formed at substantially the same position. That is, the intermediate layer 13 and the plated layer 19 do not protrude from the non-plated portion 21, and the intermediate layer 13 and the plated layer 19 are disposed so as to be pulled in a predetermined amount from the end of the submount 5.
  • the end position of the electrode layer 11a of the semiconductor laser 11 substantially coincides with the end position of the plating layer 19 (intermediate layer 13). That is, even when there is a shift between the end face of the intermediate layer 13 and the end face of the semiconductor laser 11, the shift amount is sufficiently smaller than the pull-in amount of the intermediate layer 13 from the end face of the submount 5 (A in the figure). By doing so, heat from the semiconductor laser 11 can be efficiently conducted to the intermediate layer 13.
  • the optical fiber 7 needs to be closer to the semiconductor laser 11 by a predetermined amount or more.
  • the distance (B in the figure) between the optical fiber 7 and the semiconductor laser 11 is about 5 ⁇ m.
  • the distance (B in the figure) between the optical fiber 7 and the semiconductor laser 11 is smaller than the drawing amount of the intermediate layer 13 (A in the figure) or the drawing layer 17 from the end face of the submount 5.
  • the layout of the semiconductor laser 11 is preferably a junction down type. That is, the light emitting portion of the semiconductor laser 11 is arranged on the lower side (submount side). By doing in this way, the heat from the semiconductor laser 11 can be efficiently transmitted downward and radiated.
  • the optical fiber 7 that is optically coupled to the semiconductor laser 11 is arranged so that the center thereof is on the lower side of the semiconductor laser 11 as illustrated. Is done.
  • the material of the intermediate layer 13 is not particularly limited, but is preferably a soft material for the semiconductor laser 11 and the submount 5.
  • the intermediate layer 13 is preferably made of a soft metal, such as copper (pure copper or copper alloy).
  • the intermediate layer 13 is made of a soft material, so that the intermediate layer 13 functions as a buffer layer against stress due to the difference in linear expansion coefficient among the semiconductor laser 11, the intermediate layer 13, and the submount 5. 11 can be suppressed.
  • the intermediate layer 13 is made of copper, the heat of the semiconductor laser 11 can be efficiently conducted to the lower submount 5.
  • the thickness of the intermediate layer 13 (C in the figure) will be described.
  • the thickness of the intermediate layer 13 is set so that a distance (E in the figure) between the optical fiber 7 and the submount 5 can be secured. That is, the intermediate layer 13 can prevent interference between the optical fiber 7 and the submount 5.
  • FIG. 3 is a diagram showing a calculation result when the distance between the optical fiber 7 and the submount 5 (E in FIG. 2) is taken on the vertical axis and the thickness of the intermediate layer 13 (C in FIG. 2) is taken on the horizontal axis. It is.
  • the opening angle ( ⁇ in FIG. 2) of the tip of the optical fiber 7 was 90 °.
  • the distance between the optical fiber 7 and the semiconductor laser 11 (B in FIG. 2) was 5 ⁇ m, and the thickness of the plating layer 17 was 5 ⁇ m.
  • F in the figure is when the pull-in amount of the intermediate layer 13 (A in FIG. 2) is 10 ⁇ m
  • G in the figure is when the pull-in amount of the intermediate layer 13 (A in FIG. 2) is 20 ⁇ m
  • H in the figure is intermediate
  • I in the figure indicates that the pull-in amount of the intermediate layer 13 (A in FIG. 2) is 40 ⁇ m
  • J in the drawing indicates the pull-in amount of the intermediate layer 13 ( FIG. 2A shows the calculation result when 50 ⁇ m.
  • the optical fiber 7 and the submount 5 are in contact with each other (more than the optical fiber 7 is placed on the semiconductor laser 11 side. Ca n’t get close). For this reason, it is necessary to set the thickness of the intermediate layer 13 so that the distance between the optical fiber 7 and the submount 5 (E in FIG. 2) exceeds 0 on the vertical axis.
  • the thickness of the intermediate layer 13 needs to be about 10 ⁇ m or more. That is, if the thickness of the intermediate layer (C in FIG. 2) is 10 ⁇ m or more, contact between the optical fiber 7 and the submount 5 can be prevented.
  • the thickness of the intermediate layer 13 (C in FIG. 2) is equal to or greater than 1 ⁇ 2 of the outer diameter of the optical fiber 7 (D in FIG. 2), it depends on the amount of pull-in of the intermediate layer 13 (A in FIG. 2). Therefore, contact between the optical fiber 7 and the submount 5 can be prevented.
  • the distance between the optical fiber 7 and the submount 5 is set to 10 ⁇ m, for example.
  • the semiconductor layer 11 is raised by disposing the intermediate layer 13 on the submount 5 and fixing the semiconductor laser 11 on the intermediate layer 13. 7 and the submount 5 can be prevented from interfering with each other.
  • the optical fiber 7 approaches the submount 5, so that the optical fiber 7 and the submount 5 can be more effectively connected. Interference can be prevented.
  • the intermediate layer 13 is made of a softer material than the submount 5 or the like, so that the intermediate layer 13 functions as a buffer layer against thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient of each member. Can do. For this reason, application of excessive stress to the semiconductor laser 11 can be suppressed.
  • the intermediate layer 13 is made of copper, the heat of the semiconductor laser 11 can be efficiently conducted to the submount 5.
  • the thickness of the intermediate layer 13 is appropriately set so as to avoid interference between the optical fiber 7 and the submount 5.
  • the thickness is set to at least 10 ⁇ m, the optical fiber 7 and the submount are generally used. 5 can be prevented.
  • the shape of the optical fiber 7 is not limited to the illustrated example.
  • the tip shape of the optical fiber 7 may be any of a spherical shape, an aspherical shape, a planar shape, and the like.
  • the intermediate layer 13 may have a multi-layer structure as well as a single-layer structure.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

サブマウント５の端部から所定の範囲には、非めっき部２１が形成される。非めっき部２１は、めっき層１７が設けられず、サブマウントの母材が露出する部位である。中間層１３は、めっき層１７上に形成される。また、中間層１３上には、めっき層１９が形成される。半導体レーザ１１は、めっき層１９上に形成される。半導体レーザ１１の端部位置は、めっき層１９（中間層１３）の端部位置と略一致する。すなわち、中間層１３の端面と半導体レーザ１１の端面とにずれがある場合でも、このずれ量は、サブマウント５の端面からの中間層１３の引き込み量よりも十分に小さい。

Description

光ファイバと半導体レーザとの光結合構造
　本発明は、半導体レーザモジュールにおける光ファイバと半導体レーザとの光結合構造に関するものである。
　従来から、半導体レーザから出力された光を、光ファイバに結合する半導体レーザモジュールが使用されている。半導体レーザは、サブマウント上に固定され、半導体レーザから出射した光が光ファイバに光結合される（例えば特許文献１）。
特開２０１３－４７５２号公報
　図４Ａは、従来使用されているサブマウント素材１００を示す図であり、図４Ｂは、図４ＡのＸ部拡大図である。サブマウント素材は、例えばＡｌＮ等で構成され、表面の一部にはめっき層１０１が形成される。めっき層１０１は、ＡｕＳｎめっきやＡｕＮｉ等であり、上部に配置される半導体レーザと接続するための半田として利用される。
　このようなサブマウント素材１００は、複数に切断して使用される。図５Ａは、サブマウント素材１００を切断した状態を示す図、図５Ｂは図５ＡのＹ部拡大図である。サブマウント素材１００は極めて硬質であるため、バリなどが生じにくいが、めっき層１０１は軟質な金属層であるため、切断時にバリ１０３が生じやすい。
　このようなバリ１０３が生じると、半導体レーザからの出射光の一部をふさぐ問題が発生する可能性がある。また、バリがじゃまになり、半導体レーザの設置精度が悪くなり、更に、バリが脱落するなどの問題が生じる恐れもある。したがって、サブマウント素材１００の切断時に、バリが生じない方法が望まれる。
　これに対し、図６Ａに示すように、切断部分にめっき層１０１が形成されない非めっき部１０５を形成する方法がある。このように、切断部に非めっき部１０５を形成する、いわゆるプルバックを形成することで、図６Ｂに示すように、切断部にめっき層１０１によるバリが生じることを抑制することができる。
　図７は、このようなプルバックを形成したサブマウント１０９上に半導体レーザ１１１を固定し、半導体レーザ１１１と光ファイバ１０７とを光結合させた状態を示す図である。前述したように、サブマウント１０９の端部から所定の範囲に非めっき部１０５が形成される。すなわち、めっき層１０１は、非めっき部１０５以外の部位であって、サブマウント１０９の端部から所定の距離だけ離れた位置に配置される。
　半導体レーザ１１１の電極層１１１ａは、サブマウント１０９上のめっき層１０１と略同一の位置に固定される。すなわち、サブマウント１０９の端部から、所定の距離だけ離れた位置に、半導体レーザ１１１が固定される。このように、半導体レーザ１１１の下面の略全面にわたってサブマウント１０９（めっき層１０１）と接合することで、半導体レーザ１１１の熱をサブマウント１０９に効率良く伝達させて、高い冷却効果を得ることができる。
　一方、半導体レーザ１１１と光ファイバ１０７とを直接光結合させる場合には、光ファイバ１０７の先端を半導体レーザ１１１に近づける必要がある。しかし、前述したように、サブマウント１０９の端部から、半導体レーザ１１１が引っ込んでいるため、光ファイバ１０７がサブマウント１０９と干渉する恐れがある（図中Ｚ）。
　しかし、前述したように、半導体レーザ１１１の電極層１１１ａをめっき層１０１からはみ出すように固定すると、半導体レーザ１１１からの熱をサブマウント１０９へうまく伝えることができない。したがって、半導体レーザ１１１の電極層１１１ａの位置を、めっき層１０１の位置に合わせる必要がある。また、非めっき部１０５を形成しなければ、前述したようにバリの発生の恐れがある。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、プルバックを有するサブマウント上に配置された半導体レーザと光ファイバとを効率良く光結合することが可能な光ファイバと半導体レーザとの光結合構造を提供することを目的とする。
　前述した目的を達するために本発明は、サブマウントと、前記サブマウントの端部から所定の範囲に形成される非めっき部と、前記非めっき部以外の部位に形成されるめっき層と、前記めっき層の上部に形成され、前記サブマウントの端部から所定量引込むように配置される中間層と、前記中間層上に配置される半導体レーザと、前記半導体レーザと光結合されるレンズドファイバと、を具備し、前記半導体レーザと前記レンズドファイバの距離が、前記サブマウントの端面からの前記中間層の引き込み量よりも小さいことを特徴とする光ファイバと半導体レーザとの光結合構造である。
　前記半導体レーザの発光面が前記中間層側に配置されるジャンクションダウン型であってもよい。
　前記中間層は、前記サブマウントと、前記半導体レーザよりも軟質の部材であってもよい。
　この場合、前記中間層は、銅製であってもよい。
　前記中間層の厚みが、前記レンズドファイバの外径の１０μｍ以上としてもよい。
　本発明によれば、サブマウント上に中間層を配置し、半導体レーザをかさ上げすることで、レンズドファイバとサブマウントとの干渉を抑制することができる。
　このような効果は、半導体レーザの発光面が中間層側に配置されるジャンクションダウン型である場合に特に有効である。
　また、中間層がサブマウントおよび半導体レーザよりも軟質の材質であれば、各部材の線膨張係数の違いによって半導体レーザに大きな応力がかかることを抑制することができる。すなわち、中間層を緩衝層として機能させることができる。
　また、中間層が銅製であれば、熱伝導率が高いため、高い冷却効果を得ることができる。
　また、中間層の厚みが、１０μｍ以上であれば、より確実にレンズドファイバとサブマウントとの干渉を抑制することができる。
　本発明によれば、プルバックを有するサブマウント上に配置された半導体レーザと光ファイバとを効率良く光結合することが可能な光ファイバと半導体レーザとの光結合構造を提供することができる。
半導体レーザモジュール１を示す斜視図。 光ファイバ７と半導体レーザ１１との光結合構造２０を示す図。 光ファイバとサブマウントとの距離の計算結果を示す図。 従来のサブマウント素材１００を示す図。 従来のサブマウント素材１００を示す図で図４ＡのＸ部拡大図。 従来のサブマウント素材１００を切断した状態を示す図。 従来のサブマウント素材１００を示す図で図５ＡのＹ部拡大図。 非めっき部１０５を有する従来のサブマウント素材１００を示す図。 図６Ａの従来のサブマウント素材１００を切断した状態を示す図。 光ファイバ１０７と半導体レーザ１１１との従来の光結合構造を示す図。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、半導体レーザモジュール１を示す斜視図である。なお、各構成に形成される回路等については、図示を省略する。半導体レーザモジュール１は、主に、ベース３、サブマウント５、光ファイバ７、半導体レーザ１１等から構成される。
　ベース３は、図示を省略したパッケージ内に配置される。ベース３の下面には、ペルチェ素子などの冷却器が配置されるか、または、パッケージ底板との接触によって、放熱可能である。なお、ベース３は、例えばセラミック、金属、樹脂、ガラス等いずれの材質でも良い。
　ベース３上には、サブマウント５およびファイバ固定台座９が設けられる。ファイバ固定台座９は、光ファイバ７を固定する台座である。また、サブマウント５上には半導体レーザ１１が固定される。なお、ベース３上の各構成は、ベース３と一体で形成されてもよい。
　光ファイバ７は、先端が楔形のいわゆるレンズドファイバである。すなわち、光ファイバ７と半導体レーザ１１とは、他のレンズ等を介さずに直接光結合される。
　半導体レーザ１１の後方には、受光部１５が配置される。受光部１５は、半導体レーザ１１の光出力を受光して、半導体レーザ１１の光出力をモニタする。受光部１５は、例えばフォトダイオードである。
　なお、半導体レーザモジュール１の構成は、図示した例には限られない。例えば、図示した構成の一部を含まなくてもよく、他の構成をさらに含んでもよい。また、各部のサイズや配置は図示した例には限られない。
　本発明では、サブマウント５の上面の所定の範囲に、中間層１３が形成される。すなわち、半導体レーザ１１は、中間層１３を介して、サブマウント５上に固定される。
　図２は、光ファイバ７と半導体レーザ１１との光結合構造２０を示す断面拡大図である。
　サブマウント５の端部から所定の範囲には、プルバックと呼ばれる非めっき部２１が形成される。非めっき部２１は、めっき層１７が設けられず、サブマウント５の母材が露出する部位である。ここで、非めっき部２１以外の部位がめっき層１７となる。すなわち、サブマウント５の端部近傍にはめっき層１７が形成されず、めっき層１７は、サブマウント５の端部から所定距離（図中Ａ）離れた位置に形成される。このため、前述したサブマウント素材の切断部（サブマウント５の端部）近傍に、めっき層１７の大きなバリが形成されることがない。
　めっき層１７は、例えばＡｕめっき、Ｎｉめっき、ＡｕＮｉめっきまたはＡｕＳｎめっき等であり、上部の中間層１３との接合部となる。すなわち、中間層１３は、めっき層１７上に形成される。また、中間層１３上には、めっき層１９が形成される。めっき層１９は、例えば金めっきまたはＡｕＳｎめっきであり、上部の半導体レーザ１１との接合部となる。すなわち、半導体レーザ１１は、めっき層１９（中間層１３）上に形成される。
　ここで、中間層１３は、めっき層１７上にめっきで形成してもよく、他の部材を貼り付けてもよい。なお、めっき層１７、中間層１３、めっき層１９の端部位置（光ファイバ７側の端部位置）は、略同一の位置で形成される。すなわち、非めっき部２１上に、中間層１３およびめっき層１９がはみ出さず、中間層１３およびめっき層１９は、サブマウント５の端部から所定量引込むように配置される。
　また、前述した様に、半導体レーザ１１の電極層１１ａの端部位置は、めっき層１９（中間層１３）の端部位置と略一致する。すなわち、中間層１３の端面と半導体レーザ１１の端面とにずれがある場合でも、このずれ量は、サブマウント５の端面からの中間層１３の引き込み量（図中Ａ）よりも十分に小さい。このようにすることで、半導体レーザ１１からの熱を効率よく中間層１３に伝導させることができる。
　前述した様に、光ファイバ７と半導体レーザ１１とは、直接光結合するため、光ファイバ７は半導体レーザ１１と所定以上近づける必要がある。例えば、光ファイバ７と半導体レーザ１１との距離（図中Ｂ）は、５μｍ程度である。なお、光ファイバ７と半導体レーザ１１との距離（図中Ｂ）は、サブマウント５の端面からの中間層１３の引き込み量（図中Ａ）またはめっき層１７引き込み量よりも小さい。
　なお、本発明は、半導体レーザ１１のレイアウトとして、ジャンクションダウン型であることが望ましい。すなわち、半導体レーザ１１の発光部が、下側（サブマウント側）になるように配置される。このようにすることで、半導体レーザ１１からの熱を効率よく下方に伝達させて放熱することができる。
　このように、半導体レーザ１１の発光部が下側である場合には、図示したように、半導体レーザ１１と光結合する光ファイバ７は、その中心が半導体レーザ１１の下部側にくるように配置される。
　ここで、中間層１３の材質は特に限定されないが、半導体レーザ１１およびサブマウント５に対して軟質の材質であることが望ましい。例えば、半導体レーザ１１がＧａＡｓであり、サブマウントがＡｌＮやＣｕＷである場合に、中間層１３を軟質な金属、例えば銅製（純銅または銅合金）とすることが望ましい。
　このように、中間層１３を軟質の材質とすることで、半導体レーザ１１、中間層１３、サブマウント５の線膨張係数の差による応力に対し、中間層１３が緩衝層として機能し、半導体レーザ１１に付与される熱応力を抑制することができる。特に、中間層１３が銅製であれば、半導体レーザ１１の熱を効率よく下方のサブマウント５へ伝導することができる。
　次に、中間層１３の厚み（図中Ｃ）について説明する。中間層１３の厚みは、光ファイバ７とサブマウント５との距離（図中Ｅ）を確保できるように設定される。すなわち、中間層１３によって、光ファイバ７とサブマウント５との干渉を防止することができる。
　図３は、縦軸に光ファイバ７とサブマウント５との距離（図２のＥ）をとり、横軸に中間層１３の厚み（図２のＣ）をとった際の計算結果を示す図である。なお、光ファイバ７の先端の開き角（図２のθ）は９０°とした。また、光ファイバ７と半導体レーザ１１との距離（図２のＢ）は、５μｍとし、めっき層１７の厚みを５μｍとした。
　図中Ｆは、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が１０μｍの場合、図中Ｇは、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が２０μｍの場合、図中Ｈは、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が３０μｍの場合、図中Ｉは、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が４０μｍの場合、図中Ｊは、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が５０μｍの場合の計算結果である。
　縦軸の光ファイバ７とサブマウント５との距離（図２のＥ）が０以下となる条件では、光ファイバ７とサブマウント５とが接触する（それ以上光ファイバ７を半導体レーザ１１側に近づけることができない）。このため、縦軸に光ファイバ７とサブマウント５との距離（図２のＥ）が０を超えるように、中間層１３の厚みを設定する必要がある。
　例えば、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）が、一般的な２０μｍ程度で設定される場合には、中間層１３の厚みは約１０μｍ以上必要である。すなわち、中間層の厚み（図２のＣ）を１０μｍ以上とすれば、光ファイバ７とサブマウント５との接触を防止することができる。
　なお、中間層１３の厚み（図２のＣ）を、光ファイバ７の外径（図２のＤ）の１／２以上とすれば、中間層１３の引き込み量（図２のＡ）によらず、光ファイバ７とサブマウント５との接触を防止することができる。
　このように、図２に示す光ファイバ７、サブマウント５、中間層１３、半導体レーザ１１、めっき層１７、１９等の位置関係に基づいて、光ファイバ７とサブマウント５との距離を例えば１０μｍ程度離れるように、中間層１３の厚みを設定することで、光ファイバ７の調芯時においても、光ファイバ７とサブマウント５との接触を防止することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、サブマウント５上に中間層１３を配置し、中間層１３上に半導体レーザ１１を固定することで、半導体レーザ１１をかさ上げし、光ファイバ７とサブマウント５との干渉を防止することができる。
　特に、半導体レーザ１１の発光面が下部（中間層１３側）となるジャンクションダウン型の場合には、光ファイバ７がサブマウント５に近づくため、より効果的に光ファイバ７とサブマウント５との干渉を防止することができる。
　また、中間層１３をサブマウント５等と比較して軟質の材質で構成することで、各部材の線膨張係数の違いに伴い生じる熱応力に対して、中間層１３を緩衝層として機能させることができる。このため、半導体レーザ１１に過剰な応力が付与されることを抑制することができる。
　特に、中間層１３を銅製とすることで、半導体レーザ１１の熱を効率よくサブマウント５へ伝導させることができる。
　また、中間層１３の厚みは、光ファイバ７とサブマウント５との干渉を避けるように適宜設定されるが、少なくとも、１０μｍ以上とすることで、一般的な場合に、光ファイバ７とサブマウント５との接触を防止することができる。さらに、光ファイバ７の外径の１／２以上とすることで、確実に光ファイバ７とサブマウント５との接触を防止することができる。
　以上、添付図を参照しながら、典型的なサイズを基に、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、光ファイバ７の形状は図示した例には限られない。例えば、光ファイバ７の先端形状を球面状、非球面状、平面状などいずれであってもよい。また、中間層１３は、１層構造のみではなく複数層構造であってもよい。
１………半導体レーザモジュール
３………ベース
５………サブマウント
７………光ファイバ
９………ファイバ固定台座
１１………半導体レーザ
１１ａ………電極層
１３………中間層
１５………受光部
１７、１９………めっき層
２０………光結合構造
２１………非めっき部
１００………サブマウント素材
１０１………めっき層
１０３………バリ
１０５………非めっき部
１０７………光ファイバ
１０９………サブマウント
１１１………半導体レーザ
１１１ａ………電極層
 

Claims (5)

  1. 　サブマウントと、
    　前記サブマウントの端部から所定の範囲に形成される非めっき部と、
    　前記非めっき部以外の部位に形成されるめっき層と、
    　前記めっき層の上部に形成され、前記サブマウントの端部から所定量引込むように配置される中間層と、
    　前記中間層上に配置される半導体レーザと、
    　前記半導体レーザと光結合されるレンズドファイバと、
    　を具備し、
    　前記半導体レーザと前記レンズドファイバの距離が、前記サブマウントの端面からの前記中間層の引き込み量よりも小さいことを特徴とする光ファイバと半導体レーザとの光結合構造。
  2. 　前記半導体レーザの発光面が前記中間層側に配置されるジャンクションダウン型であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバと半導体レーザとの光結合構造。
  3. 　前記中間層は、前記サブマウントと、前記半導体レーザよりも軟質の部材であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバと半導体レーザとの光結合構造。
  4. 　前記中間層は、銅製であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバと半導体レーザとの光結合構造。
  5. 　前記中間層の厚みが、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバと半導体レーザとの光結合構造。
     
PCT/JP2017/002261 2016-02-04 2017-01-24 光ファイバと半導体レーザとの光結合構造 WO2017135099A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780007379.0A CN108474918B (zh) 2016-02-04 2017-01-24 光纤与半导体激光器的光耦合结构
US16/051,935 US10670819B2 (en) 2016-02-04 2018-08-01 Optical coupling structure between optical fiber and semiconductor laser

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016019495A JP6667307B2 (ja) 2016-02-04 2016-02-04 光ファイバと半導体レーザとの光結合構造
JP2016-019495 2016-02-04

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/051,935 Continuation US10670819B2 (en) 2016-02-04 2018-08-01 Optical coupling structure between optical fiber and semiconductor laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017135099A1 true WO2017135099A1 (ja) 2017-08-10

Family

ID=59500659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/002261 WO2017135099A1 (ja) 2016-02-04 2017-01-24 光ファイバと半導体レーザとの光結合構造

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10670819B2 (ja)
JP (1) JP6667307B2 (ja)
CN (1) CN108474918B (ja)
WO (1) WO2017135099A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5544735A (en) * 1978-09-25 1980-03-29 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
JPS6066493A (ja) * 1983-08-23 1985-04-16 シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト レーザダイオード
JPS62169488A (ja) * 1986-01-22 1987-07-25 Hitachi Ltd 光電子装置
JPH1048479A (ja) * 1996-07-30 1998-02-20 Nec Corp 光接続装置
US20110026558A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Jds Uniphase Corporation light emitting semiconductor device
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

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05257042A (ja) 1992-03-13 1993-10-08 Hitachi Ltd 光結合構造
EP0767923B1 (en) * 1994-06-29 2000-01-05 BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company Packaged optical device
US6467972B2 (en) * 2000-02-29 2002-10-22 Kyocera Corporation Optical interconnection module
US6791181B2 (en) * 2000-11-29 2004-09-14 Mitsubishi Chemical Corporation Semiconductor light emitting device
JP2002351086A (ja) * 2001-03-22 2002-12-04 Fuji Photo Film Co Ltd 露光装置
JP3909257B2 (ja) * 2002-03-12 2007-04-25 日本オプネクスト株式会社 光結合装置
CN100368842C (zh) * 2002-03-14 2008-02-13 新科实业有限公司 用于半导体器件与光纤的无源光学对准的集成平台
EP1741136A2 (fr) * 2004-04-13 2007-01-10 SA Intexys Procede de fabrication de circuits electroniques et optoelectroniques
JP2007258480A (ja) 2006-03-23 2007-10-04 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザモジュール
JP2013004752A (ja) 2011-06-16 2013-01-07 Fujikura Ltd レーザモジュール
JP6177596B2 (ja) * 2013-06-18 2017-08-09 シャープ株式会社 発光装置
JP2016111240A (ja) 2014-12-08 2016-06-20 株式会社フジクラ 半導体素子収容筐体、半導体モジュール、及び半導体素子収容筐体の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5544735A (en) * 1978-09-25 1980-03-29 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
JPS6066493A (ja) * 1983-08-23 1985-04-16 シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト レーザダイオード
JPS62169488A (ja) * 1986-01-22 1987-07-25 Hitachi Ltd 光電子装置
JPH1048479A (ja) * 1996-07-30 1998-02-20 Nec Corp 光接続装置
US20110026558A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Jds Uniphase Corporation light emitting semiconductor device
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

Also Published As

Publication number Publication date
US20180335593A1 (en) 2018-11-22
JP6667307B2 (ja) 2020-03-18
JP2017138489A (ja) 2017-08-10
US10670819B2 (en) 2020-06-02
CN108474918A (zh) 2018-08-31
CN108474918B (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100859137B1 (ko) 반도체 발광 장치
US8231251B2 (en) Multiple piece reflective angle transformer
US9158078B2 (en) Laser module
US8537873B2 (en) High power surface mount technology package for side emitting laser diode
US10944236B2 (en) Optical unit, fixing mechanism for optical unit, and semiconductor laser module
US9935422B2 (en) High-power laser diode packaging method and laser diode module
US20050196112A1 (en) Transmitting optical subassembly capable of monitoring the front beam of the semiconductor laser diode
US11626705B2 (en) Optical member holding device, semiconductor laser device, method of manufacturing optical member holding device, and method of manufacturing semiconductor laser device
JP5509317B2 (ja) レーザ装置およびその製造方法
US9929531B2 (en) Optical module
CN111712975B (zh) 光模块
WO2017135099A1 (ja) 光ファイバと半導体レーザとの光結合構造
JP2015185667A (ja) 半導体レーザモジュール、及び、半導体レーザモジュールの製造方法
WO2023042461A1 (ja) 半導体発光デバイス
KR101164377B1 (ko) 집적형 두 파장 광 송신 모듈
JP5515182B2 (ja) 光モジュール
JP2009111065A (ja) 光半導体装置
JP2009158644A (ja) レーザモジュール
US20050129074A1 (en) Soft metal heat transfer for transceivers
KR101118841B1 (ko) 집적형 두 파장 광 송신 모듈
JP2012255846A (ja) 光ファイバ固定方法、及びレーザモジュールの製造方法
JP4350382B2 (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
JPH04141606A (ja) 光電子装置
WO2016093262A1 (ja) 光モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17747258

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17747258

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1