(57)【要約】  傾斜劈開面を有する半導体レーザの活性層の出射面と光導波路型波長変換素子の光導波路の入射面とをバットカップリングさせてサブミクロンオーダーまで接近させることが可能なレーザ光源を提供する。レーザ光源は、基板と、活性層を底面にして基板上に固定された半導体レーザと、光導波路の入射面が半導体レーザの活性層の出射面に直接対向するように基板上に固定された光導波路型波長変換素子とを有し、半導体レーザの出射面は傾斜劈開面であり、光導波路型波長変換素子は、光導波路の入射面を含めて半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した入射端面を有する。
2014084368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
活性層を底面にして前記基板上に固定された半導体レーザと、
光導波路の入射面が前記半導体レーザの活性層の出射面に直接対向するように前記基板上に固定された光導波路型波長変換素子と、を有し、
前記半導体レーザの出射面は傾斜劈開面であり、
前記光導波路型波長変換素子は、前記光導波路の入射面を含めて前記半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した入射端面を有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記半導体レーザの出射面は、前記光導波路型波長変換素子に対してオーバーハングとなるように傾斜した傾斜劈開面である、請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、前記基板に垂直な面に対して、前記半導体レーザの傾斜劈開面より大きい傾斜角度を有する、請求項１又は２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、前記基板に垂直な面に対して３°以内の傾斜角度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、前記光導波路の入射面を含む１つの平面である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記半導体レーザと前記光導波路型波長変換素子は、Ａｕからなるマイクロバンプ構造を有する接合部を介して、前記基板との間で表面活性化接合技術により接合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザからのレーザ光を波長変換して出射するレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザと光導波路型波長変換素子（以下、「ＳＨＧ素子」とも称する）とを有し、半導体レーザの活性層の出射面とＳＨＧ素子の光導波路の入射面とを直接結合でサブミクロンオーダーまで接近又は密接させたレーザ光源が提案されている。【０００３】
また、端面発光型の半導体レーザは、量産性を向上させるために、大判の基板（ウェハ）をダイシング及び劈開を用いて多数個に分割してレーザ共振器を形成することで、安価に提供されているものが多い。こうした半導体レーザでは、出射面を含む端面が、結晶方位の関係で傾斜した傾斜劈開面になっている。【０００４】
図８（ａ）は、傾斜劈開面を有する半導体レーザ２２を用いた従来のレーザ光源２０の断面図である。レーザ光源２０は、基板２１と、半導体レーザ２２と、ＳＨＧ素子２３とを有する。半導体レーザ２２とＳＨＧ素子２３は、放熱特性を改善するために基板２１上にフェースダウンで搭載され、半導体レーザ２２は金−錫半田で、ＳＨＧ素子２３は接着剤で固着されている。半導体レーザ２２の活性層２２１の出射面２２２と、ＳＨＧ素子２３の光導波路２３１の入射面２３２は、直接結合でミクロンオーダーまで接近している。半導体レーザ２２は、活性層２２１の出射面２２２から赤外レーザ光を出射し、そのレーザ光は、ＳＨＧ素子２３の光導波路２３１の入射面２３２に入射する。ＳＨＧ素子２３は、入射したレーザ光が光導波路２３１を伝搬する間にそのレーザ光を波長変換して、緑色光又は青紫色光として出射する。【０００５】
図８（ｂ）は、図８（ａ）における半導体レーザ２２とＳＨＧ素子２３とのバットカップリング（butt coupling）部分Ｃの拡大部分断面図である。レーザ光源２０では、光導波路２３１の入射面２３２を含むＳＨＧ素子２３の入射端面２３３は、ＳＨＧ素子２３の底面に垂直である。一方、半導体レーザ２２の傾斜劈開面２２３は、結晶方位の関係で、例えばＧａＡｓ系の半導体レーザの場合は底面に垂直な面に対して傾斜角度θ２＝√２°で、ＳＨＧ素子２３に向かって傾斜（オーバーハング）している。図８（ｂ）では、この状態を模式的に示している。【０００６】
また、特許文献１では、ＳＨＧ素子の入射面の一部を半導体レーザの出射面に対して傾斜させることにより、半導体レーザからＳＨＧ素子への放熱の影響を低減させたレーザ光源が提案されている。【０００７】
図９（ａ）は、特許文献１のレーザ光源３０の断面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）における半導体レーザ３２とＳＨＧ素子３３とのバットカップリング部分Ｄの拡大部分断面図である。【０００８】
レーザ光源３０は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したレーザ光源２０と同様に、基板３１と、半導体レーザ３２と、ＳＨＧ素子３３とを有する。ただし、レーザ光源３０のＳＨＧ素子３３では、光導波路３３１の上に貼り合わされた基板３３０の端面３３３が、基板３１に垂直な面に対して角度θ１＝３０°〜４５°で傾斜研磨されている。一方、光導波路３３１の入射面３３２と半導体レーザ３２の出射面３２２は、傾斜面ではなく基板３１に垂直であり、互いに平行に対向している。このため、レーザ光源３０では、半導体レーザ３２とＳＨＧ素子３３とを接近させて配置することができ、良好な結合効率が得られる。更に、レーザ光源３０では、半導体レーザ３２に対向するＳＨＧ素子３３の基板３３０の端面３３３が傾斜面であるから、半導体レーザ３２からの放射熱がＳＨＧ素子３３に伝達されにくく、ＳＨＧ素子３３の温度上昇が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２６２８９６号公報（図１、図５）
【発明の概要】
【００１０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すレーザ光源２０では、半導体レーザ２２の傾斜劈開面２２３がＳＨＧ素子２３に向かって傾斜（オーバーハング）しているため、半導体レーザ２２の傾斜劈開面２２３の上部端２２４（活性層２２１とは反対側の端部）がＳＨＧ素子２３の入射端面２３３に突き当たる。したがって、レーザ光源２０では、半導体レーザ２２の出射面２２２とＳＨＧ素子２３の入射面２３２とをサブミクロンオーダーまで接近させることが不可能であり、結合効率が著しく損なわれる。
【００１１】
これに対し、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すレーザ光源３０では、ＳＨＧ素子３３の基板３３０が角度θ１＝３０°〜４５°で傾斜研磨されているので、半導体レーザ３２の端面が傾斜劈開面であっても、その上部端がＳＨＧ素子３３の入射端面３３３に突き当たることはない。したがって、特許文献１のレーザ光源３０では、半導体レーザ３２の出射面３２２とＳＨＧ素子３３の入射面３３２とをサブミクロンオーダーまで接近又は密接させることが可能である。
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、半導体レーザからの放射熱のＳＨＧ素子への影響を低減させるために傾斜角度が大きく形成されているのであって、半導体レーザ３２の傾斜劈開面に関しては一切言及されていない。
【００１３】
しかも、ＳＨＧ素子３３を作製するには、θ１＝３０°〜４５°の傾斜角度を有する基板３３０の尖った先端に、光導波路３３１を位置決めして貼り合わせる必要がある。このため、ＳＨＧ素子３３の製造工程は難易度が高く、工数が膨大になるので、量産が難しく、したがって特許文献１のレーザ光源３０は高価になる。
【００１４】
更に、ＳＨＧ素子３３の基板３３０のバットカップリング部分には大きな角度θ１の傾斜面が形成されているから、塵埃等が結合部分の間隙に挟まりやすく、出射光の妨げになる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、傾斜劈開面を有する半導体レーザの活性層の出射面と光導波路型波長変換素子の光導波路の入射面とをバットカップリングさせてサブミクロンオーダーまで接近させることが可能なレーザ光源を提供することである。また、本発明の目的は、半導体レーザと光導波路型波長変換素子との結合効率を向上させた、高出力のレーザ光源を提供することである。
【００１６】
レーザ光源は、基板と、半導体レーザと光導波路型波長変換素子とを有し、半導体レーザの活性層の出射面と光導波路型波長変換素子の光導波路の入射面が直接対向する位置となるように基板上に固定されたレーザ光源において、半導体レーザの出射面は、活性層を底面にしてオーバーハングとなるような傾斜角度を有する傾斜劈開面であり、光導波路型波長変換素子の入射面を有する入射端面が、半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した形状をなしていることにより、半導体レーザの出射面を光導波路型波長変換素子の入射面に接近させることを特徴とする。
【００１７】
また、レーザ光源は、基板と、活性層を底面にして基板上に固定された半導体レーザと、光導波路の入射面が半導体レーザの活性層の出射面に直接対向するように基板上に固定された光導波路型波長変換素子とを有し、半導体レーザの出射面は傾斜劈開面であり、光導波路型波長変換素子は、光導波路の入射面を含めて半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した入射端面を有することを特徴とする。
【００１８】
上記のレーザ光源では、半導体レーザの出射面は、光導波路型波長変換素子に対してオーバーハングとなるように傾斜した傾斜劈開面であることが好ましい。
【００１９】
上記のレーザ光源では、光導波路型波長変換素子の入射端面は、基板に垂直な面に対して、半導体レーザの傾斜劈開面より大きい傾斜角度を有することが好ましい。
【００２０】
上記のレーザ光源では、光導波路型波長変換素子の入射端面は、基板に垂直な面に対して３°以内の傾斜角度を有することが好ましい。
【００２１】
上記のレーザ光源では、光導波路型波長変換素子の入射端面は、光導波路の入射面を含む１つの平面であることが好ましい。
【００２２】
上記のレーザ光源では、半導体レーザと光導波路型波長変換素子は、Ａｕからなるマイクロバンプ構造を有する接合部を介して、基板との間で表面活性化接合技術により接合されていることが好ましい。
【００２３】
上記のレーザ光源によれば、傾斜劈開面を有する半導体レーザの活性層の出射面と光導波路型波長変換素子の光導波路の入射面とをバットカップリングさせてサブミクロンオーダーまで接近させることが可能となる。更に、上記のレーザ光源によれば、半導体レーザと光導波路型波長変換素子との結合効率が向上して、高出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】レーザ光源１の斜視図である。
【図２】レーザ光源１の図１におけるＡ−Ａ断面図及びバットカップリング部分Ｂの拡大部分断面図である。
【図３】半導体レーザ１２の断面図である。
【図４】半導体レーザ１２をレーザ光源１とは逆向きに搭載したレーザ光源１’のバットカップリング部分の拡大部分断面図である。
【図５】レーザ光源１のＳＨＧ素子１３の製造工程を説明するための工程図である。
【図６】図５に続くＳＨＧ素子１３の製造工程を説明するための工程図である。
【図７】レーザ光源２，２’のバットカップリング部分の拡大部分断面図である。
【図８】傾斜劈開面を有する半導体レーザ２２を用いた従来のレーザ光源２０の断面図及びバットカップリング部分Ｃの拡大部分断面図である。
【図９】特許文献１のレーザ光源３０の断面図及びバットカップリング部分Ｄの拡大部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、レーザ光源について説明する。なお、以下では、いわゆる赤外光を発光する半導体レーザと、そのレーザ光を１／２波長の二次高調波である緑色光に変換するＳＨＧ素子とを基板上でフェースダウン実装して、半導体レーザの活性層の出射面とＳＨＧ素子の光導波路の入射面とを直接結合させる例について説明する。
【００２６】
図１は、レーザ光源１の斜視図である。図２（ａ）は、レーザ光源１の図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）における半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３とのバットカップリング部分Ｂの拡大部分断面図である。
【００２７】
図１に示すように、レーザ光源１は、Ｓｉプラットフォーム１１と、半導体レーザ１２と、ＳＨＧ素子１３とを有する。Ｓｉプラットフォーム１１は、配線パターン、ランド、ロジックＬＳＩ、温度センサ、並びに光配線及び光回路となる光導波路等が形成されたシリコン基板である。半導体レーザ１２は、例えばＧａＡｓ、ＧａＮ等の材質からなり、近赤外用のＧａＡｓレーザを用いる場合には、活性層１２１の出射面から波長１０６４ｎｍの赤外レーザ光を出射する。ＳＨＧ素子１３は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなるＬＮ基板１３０と、酸化マグネシウムをドープしたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ３）からなる光導波路基板１３１とが接合されて形成される。ＳＨＧ素子１３は、光導波路基板１３１の光導波路の入射面に入射した赤外レーザ光を高調波に変換して、波長５３２ｎｍの緑色レーザ光Ｇを出射する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、半導体レーザ１２は、活性層１２１を下側にして、いわゆるフェースダウンでＳｉプラットフォーム１１の上面に搭載され、金−錫半田により固定されている。また、ＳＨＧ素子１３は、光導波路基板１３１の面を下側にして、同様にフェースダウンでＳｉプラットフォーム１１の上面に搭載され、調芯後、接着又は金−錫半田実装されている。レーザ光源１では、半導体レーザ１２の約２×２μｍ寸法の出射面とＳＨＧ素子１３の約４×４μｍ寸法の入射面とをバットカップリングで対向させ、更に、その間隔を１μｍ以下のサブミクロンオーダーの距離まで接近させる。レーザ光源１では、このような高精度の位置決めによって結合効率を向上させて、高出力が得られるようにしている。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３とのバットカップリング部分Ｂにおいて、半導体レーザ１２の活性層１２１は、レーザ光を出射する出射面１２２を有する。半導体レーザ１２の出射面１２２は、結晶方位の関係でＳｉプラットフォーム１１に垂直な面に対して角度θ２で傾斜した傾斜劈開面１２３と同一平面である。特に、レーザ光源１では、傾斜劈開面１２３は、上部端１２４（活性層１２１とは反対側の端部）がＳＨＧ素子１３に向かうように傾斜している。すなわち、傾斜劈開面１２３は、ＳＨＧ素子１３に対してオーバーハングとなるように傾斜している。以下では、傾斜劈開面１２３の傾斜角度θ２のことを、「劈開傾斜角度θ２」という。
【００３０】
ＳＨＧ素子１３の光導波路１３２は、半導体レーザ１２の出射面１２２に対向する入射面１３３を有する。以下では、半導体レーザ１２に面した、ＬＮ基板１３０と光導波路基板１３１（光導波路１３２）の端面のことを、ＳＨＧ素子１３の入射端面１３４という。入射端面１３４は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のレーザ光源３０とは異なり、光導波路１３２の入射面１３３を含む１つの平面である。また、入射端面１３４は、半導体レーザ１２の傾斜劈開面１２３に合わせて、劈開傾斜角度θ２より僅かに大きな傾斜角度θ３で、上部端が半導体レーザ１２から離れるように傾斜している。
【００３１】
したがって、レーザ光源１では、半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２に多少のバラツキがあったとしても、また、傾斜劈開面１２３に部分的な突起部があったとしても、半導体レーザ１２の傾斜劈開面１２３の上部端１２４がＳＨＧ素子１３の入射端面１３４に突き当たることがない。このため、レーザ光源１では、半導体レーザ１２の出射面１２２とＳＨＧ素子１３の入射面１３３とをバットカップリングでサブミクロンオーダーまで接近させることが可能であり、高い結合効率が得られる。
【００３２】
半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３の結合効率ηと、Ｓｉプラットフォーム１１に垂直な面に対するＳＨＧ素子１３の入射端面１３４の傾斜角度θ３との関係は、傾斜角度θ３＝０°のときを結合効率η＝１００％とすると、傾斜角度θ３＝１°のとき結合効率η＝９８％であり、傾斜角度θ３＝２°のとき結合効率η＝９４％であり、傾斜角度θ３＝３°のとき結合効率η＝８６％である。
【００３３】
したがって、入射端面１３４の傾斜角度θ３が３°以内であれば、結合効率ηは、傾斜角度θ３が０°（垂直面）のときの８６％程度まで減少するだけで済む。ただし、入射端面１３４の傾斜角度θ３が半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２よりも小さいと、図８（ｂ）に示したように、半導体レーザ１２の傾斜劈開面１２３の上部端１２４がＳＨＧ素子２３の入射端面１３４に突き当たってしまう。したがって、ＳＨＧ素子１３の入射端面１３４の傾斜角度θ３は、半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２よりも大きく、且つ３°以内であることが好ましい。例えば、半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２が√２°である場合には、ＳＨＧ素子１３の入射端面１３４の傾斜角度θ３は、√２°より大きく、且つ３°以下であることが好ましい。
【００３４】
なお、半導体レーザ１２の出射面１２２は、上部端がＳＨＧ素子１３から離れるように傾斜した傾斜劈開面であってもよい。この場合のレーザ光源について、図３と図４を用いて説明する。
【００３５】
図３は、半導体レーザ１２の断面図である。上記のレーザ光源１における半導体レーザ１２は、図３の右側にある傾斜劈開面１２３を出射面１２２として使用している。しかしながら、半導体レーザ１２の出射面としては、傾斜劈開面１２３に限らず、傾斜劈開面１２３の反対側にある傾斜劈開面１２３’も同様に使用可能である。傾斜劈開面１２３と１２３’は、どちらも、結晶方位により定まる同じ大きさの劈開傾斜角度θ２で、半導体レーザ１２の底面に垂直な面に対して傾斜している。
【００３６】
図４は、半導体レーザ１２をレーザ光源１とは逆向きに搭載したレーザ光源１’のバットカップリング部分の拡大部分断面図である。レーザ光源１’は、半導体レーザ１２を搭載する向きと、ＳＨＧ素子１３の入射端面の傾斜角度のみがレーザ光源１と異なり、他の構成は全てレーザ光源１と同一である。このため、重複する構成部材の説明は省略する。
【００３７】
レーザ光源１’では、半導体レーザ１２の活性層１２１の出射面１２２’は、上部端１２４’（活性層１２１とは反対側の端部）がＳＨＧ素子１３から離れるように傾斜した傾斜劈開面１２３’と同一平面である。また、レーザ光源１’のＳＨＧ素子１３では、光導波路１３２の入射面１３３’を含む入射端面１３４’がＳｉプラットフォーム１１に垂直な面になっている（すなわち、θ３＝０°である）。
【００３８】
これにより、レーザ光源１’でも、半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２に多少のバラツキがあったとしても、また、傾斜劈開面１２３’に部分的な突起部があったとしても、半導体レーザ１２の傾斜劈開面１２３’の上部端１２４’がＳＨＧ素子１３の入射端面１３４’に突き当たることがない。このため、レーザ光源１’でも、半導体レーザ１２の出射面１２２’とＳＨＧ素子１３の入射面１３３’とをバットカップリングでサブミクロンオーダーまで接近させることが可能であり、高い結合効率が得られる。
【００３９】
なお、ＳＨＧ素子１３の入射端面１３４’は、半導体レーザ１２の傾斜劈開面１２３’に合わせて、劈開傾斜角度θ２より僅かに大きな傾斜角度θ３で、上部端が半導体レーザ１２に向かうように傾斜していてもよい。あるいは、レーザ光源１’でも、入射端面１３４’は、レーザ光源１のＳＨＧ素子１３の入射端面１３４と同様に、傾斜角度θ３で上部端が半導体レーザ１２から離れるように傾斜していてもよい。ただし、半導体レーザ１２の出射面１２２’とＳＨＧ素子１３の入射端面１３４’とのなす角度が大きすぎると結合効率が悪くなるため、レーザ光源１と同様に、入射端面１３４’の傾斜角度θ３は３°以内であることが好ましい。この場合、劈開傾斜角度θ２と入射端面１３４’の傾斜角度θ３の向きを考慮すると、θ２＝√２°の場合には、半導体レーザ１２の出射面１２２’とＳＨＧ素子１３の入射端面１３４’とのなす角度は、√２°より大きく且つ３°＋√２°以内であることが好ましい。
【００４０】
図５及び図６は、レーザ光源１のＳＨＧ素子１３の製造工程を説明するための工程図である。図５と図６を用いて、ＳＨＧ素子１３の入射端面１３４に傾斜角度θ３を形成する製造工程を説明する。なお、各図において同一の構成部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
まず、図５に示すように、製造工程ＳＴ０１の貼合せ工程において、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなる大判ＬＮ基板１３０Ａと、分極反転用の共通電極を形成し酸化マグネシウムをドープしたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ３）からなる大判光導波路用基板１３１Ａとを、例えばエポキシ系接着剤で貼り合わせて、大判ＳＨＧ基板１３Ａを形成する。
【００４２】
次に、製造工程ＳＴ０２の研磨工程において、大判光導波路用基板１３１Ａに対して粗研磨と仕上げ研磨とＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨を行って、厚さを４〜５μｍほどにし、研磨面を鏡面に仕上げて、大判光導波路用研磨基板１３１Ｂを形成する。これにより、大判ＳＨＧ基板１３Ａは、極めて薄い大判光導波路用研磨基板１３１Ｂが０．５ｍｍ程度の厚さの大判ＬＮ基板１３０Ａに貼り付けられたものになる。
【００４３】
次に、製造工程ＳＴ０３の光導波路形成工程において、製造工程ＳＴ０２で得られた大判光導波路用研磨基板１３１Ｂに櫛歯電極を形成した後、分極反転処理を行い、更に、ドライエッチング又はレーザ加工を行って、多数本の不図示の光導波路が形成された大判光導波路形成基板１３１Ｃを形成する。
【００４４】
次に、製造工程ＳＴ０４のダイシング工程において、大判ＬＮ基板１３０Ａと光導波路が形成された大判光導波路形成基板１３１Ｃとを有する大判ＳＨＧ基板１３Ａに対し、図５に示すように、光導波路に平行な方向のダイシングラインＬ１及び光導波路に垂直な方向のダイシングラインＬ２に沿ってダイシングを行う。これにより、多数個のＳＨＧ子基板１３Ｂを形成する。個々のＳＨＧ子基板１３Ｂは、ＳＨＧ素子の集合体である。
【００４５】
続いて、図６に示す製造工程ＳＴ０５のセット工程において、製造工程ＳＴ０４でダイシングされたＳＨＧ子基板１３Ｂをピックアップして、研磨治具にセットする。ＳＨＧ子基板１３Ｂは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなるＬＮ子基板１３０Ｂと、光導波路１３２が形成された光導波路子基板１３１Ｄとを有する。
【００４６】
次に、製造工程ＳＴ０６の端面研磨工程において、製造工程ＳＴ０５で示したＳＨＧ子基板１３Ｂの光導波路１３２の両端を研磨して、ＬＮ子基板１３０Ｃと、光導波路１３２の入射面１３３及び不図示の出射面を有する光導波路子基板１３１Ｅとを形成する。すなわち、ＳＨＧ子基板１３Ｂの光導波路の両端に対して粗研磨と仕上げ研磨とＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨を行って、ＳＨＧ子基板１３Ｂの入射端面１３４及び不図示の出射端面を光学的な鏡面に仕上げる。入射端面１３４は、光導波路１３２の入射面１３３を含む１つの平面に形成され、傾斜研磨によって、図２（ｂ）に示すように鉛直方向に対する傾斜角度θ３を有する。一方、不図示の出射面を含む出射端面は、垂直研磨されて、光導波路子基板１３１Ｅの底面に対し垂直になる。また、入射端面１３４及び出射端面には、光学的な処理として反射防止膜を成膜する。
【００４７】
なお、端面研磨工程では、複数のＳＨＧ子基板１３Ｂを重ねた後に傾斜研磨を行ってもよい。ただし、個片化後のＳＨＧ素子１３の長さを揃えるためには、出射端面を垂直研磨する前に、傾斜研磨によって生じる長さの差を考慮して、各ＳＨＧ子基板１３Ｂを互いにずらしておく必要がある。
【００４８】
次に、製造工程ＳＴ０７のダイシング工程において、図６に示すように、ダイシングラインＬ３に沿ってダイシングを行い、ＳＨＧ素子の集合体であるＳＨＧ子基板１３Ｂを複数個のＳＨＧ素子１３に分離する。なお、カッティングラインＬ３は、ＳＨＧ素子１３の光導波路が中央部に沿って配置されるように形成される。
【００４９】
次に、製造工程ＳＴ０８において、図６に示すように、分離されたＳＨＧ素子１３が得られる。
【００５０】
以上の製造工程によって、ＬＮ基板１３０と光導波路基板１３１を有し、光導波路の入射側には入射面１３３を含む傾斜面である入射端面１３４が形成され、光導波路の出射側には不図示の出射面を含む垂直面である出射端面が形成されたＳＨＧ素子１３が得られる。入射端面１３４は、半導体レーザ１２の劈開傾斜角度θ２（例えば√２°）より大きく且つ３°以内である傾斜角度θ３を有する。
【００５１】
上記のように、半導体レーザ１２の出射面１２２に対向するＳＨＧ素子１３の入射面１３３と入射端面１３４とは、同一平面として同時に研磨加工できるため、ＳＨＧ素子１３の製造工程が単純化される。したがって、ＳＨＧ素子１３の製造が容易であり工数を短縮できるため、ＳＨＧ素子１３と、それを使用するレーザ光源１を安価に提供することが可能となる。
【００５２】
そして、研磨による傾斜角度θ３は僅かな傾きであるから、バットカップリングの結合効率もほとんど低下することがなく、高出力のレーザ光源を提供することが可能となる。更に、劈開傾斜角度θ２に対し研磨による傾斜角度θ３の開きが小さいから、半導体レーザ１２の出射面１２２とＳＨＧ素子１３の入射面１３３との間に塵埃等が入ることはほとんどない。
【００５３】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ、レーザ光源２，２’のバットカップリング部分の拡大部分断面図である。レーザ光源２，２’は、それぞれ、Ｓｉプラットフォーム１１と半導体レーザ１２及びＳＨＧ素子１３との接合方法のみがレーザ光源１，１’と異なり、他の構成は全てレーザ光源１，１’と同一である。このため、重複する構成部材の説明は省略する。
【００５４】
Ｓｉプラットフォーム１１の上面には、不図示のシリコン酸化膜が形成されている。このシリコン酸化膜は、絶縁膜として、半導体レーザ１２等の電気素子が電気的に接続されるランド部領域以外の配線パターン等を絶縁している。そして、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、Ｓｉプラットフォーム１１の上面には、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３を接合する領域に、それぞれ、Ａｕからなる多数のマイクロバンプを有する接合部１４２，１４４が形成されている。マイクロバンプは、例えば直径φ５μｍ、高さ２μｍの円柱状であり、接合部１４２，１４４においてピッチ１０〜２５μｍで形成されている。
【００５５】
一方、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３の下面、すなわち、Ｓｉプラットフォーム１１と接合される面には、それぞれ、Ａｕ膜１４１，１４３が成膜されている。そして、半導体レーザ１２は、Ａｕ膜１４１と接合部１４２のマイクロバンプとを表面活性化接合させることにより、Ｓｉプラットフォーム１１上に接合されている。同様に、ＳＨＧ素子１３は、Ａｕ膜１４３と接合部１４４のマイクロバンプとを表面活性化接合させることにより、Ｓｉプラットフォーム１１上に接合されている。ただし、光導波路の特性から、光導波路の近傍にＡｕ等の金属材が存在すると悪影響があるため、接合部１４４は、ＳＨＧ素子１３の下面全体でＡｕ膜１４３と接合するのではなく、少なくとも光導波路の幅の長手方向を除いた部分で接合している。
【００５６】
表面活性化接合技術を利用するためには、まず、Ｓｉプラットフォーム１１と半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３に対して、６〜８Ｐａレベルの真空下でアルゴンプラズマ処理を行う。これにより、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３のＡｕ膜１４１，１４３及びＳｉプラットフォーム１１における接合部１４２，１４４のマイクロバンプの表面を覆っている酸化膜、コンタミ（塵）等の不活性層を取り除いて、それらの表面を活性化させる。
【００５７】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３をＳｉプラットフォーム１１に載置して、１５０℃以下の常温大気中で荷重（例えば、５〜１０Ｋｇｆ／ｍｍ２）を掛けて加圧する。マイクロバンプは荷重に応じて厚み方向に僅かに潰れて変形し、Ａｕ原子の共有結合により、Ｓｉプラットフォーム１１と半導体レーザ１２及びＳＨＧ素子１３とが確実に接合される。
【００５８】
表面活性化接合技術によれば、加熱温度が常温レベルの１５０℃以下であるから、半導体レーザ１２、ＳＨＧ素子１３等の部品を接合したとしても、熱膨張係数差の残留応力による部品破壊、熱ストレスによる機能劣化、熱膨張による位置ズレ等の問題を生じることがない。このため、レーザ光源２では、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３を同一の基板上にサブミクロンオーダーで高精度に実装できるから、半導体レーザ１２とＳＨＧ素子１３のバットカップリング部分での結合効率が向上し、高出力を得ることが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は、上述したレーザ光源１，１’，２，２’に限定されることはなく、それらの全ての構成を含む必要もなく、特許請求の範囲に記載した内容の範囲内で種々の変更又は省略を行ってもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１，１’，２，２’    レーザ光源
１１    Ｓｉプラットフォーム
１２    半導体レーザ
１３    ＳＨＧ素子（光導波路型波長変換素子）
１２１    活性層
１２２，１２２’    出射面
１２３，１２３’    傾斜劈開面
１２４，１２４’    上部端
１３０    ＬＮ基板
１３１    光導波路基板
１３２    光導波路
１３３，１３３’    入射面
１３４，１３４’    入射端面
１４１，１４３    Ａｕ膜
１４２，１４４    接合部
【図１】
2014084368.tif 000003
【図２】
2014084368.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014084368.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2014084368.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月10日(2014.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
活性層を底面にして前記基板上に固定された半導体レーザと、
光導波路の入射面が前記半導体レーザの活性層の出射面に直接対向するように前記基板上に固定された光導波路型波長変換素子と、を有し、
前記半導体レーザの出射面は傾斜劈開面であり、
前記光導波路型波長変換素子は、前記光導波路の入射面を含めて前記半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した入射端面を有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記半導体レーザの出射面は、前記光導波路型波長変換素子に対してオーバーハングとなるように傾斜した傾斜劈開面である、請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、上部端が前記半導体レーザから離れるように傾斜している、請求項１又は２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、前記基板に垂直な面に対して３°以内の傾斜角度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記光導波路型波長変換素子の入射端面は、前記光導波路の入射面を含む１つの平面である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記半導体レーザと前記光導波路型波長変換素子は、Ａｕからなるマイクロバンプ構造を有する接合部を介して、前記基板との間で表面活性化接合技術により接合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月28日(2016.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
活性層を底面にして前記基板上に固定された半導体レーザと、
入射面が前記半導体レーザの活性層の出射面に直接対向するように前記基板上に固定された光導波路を含む素子と、を有し、
前記半導体レーザの出射面は傾斜劈開面であり、
前記素子は、前記光導波路の入射面を含めて前記半導体レーザの傾斜劈開面の傾斜角度に合わせて傾斜した入射端面を有し、
前記素子の入射端面は、上部端が前記半導体レーザから離れるように傾斜している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記半導体レーザの出射面は、前記素子に対してオーバーハングとなるように傾斜した傾斜劈開面である、請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記素子の入射端面は、前記基板に垂直な面に対して３°以内の傾斜角度を有する、請求項１又は２に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記素子の入射端面は、前記光導波路の入射面を含む１つの平面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記半導体レーザと前記素子は、Ａｕからなるマイクロバンプ構造を有する接合部を介して、前記基板との間で表面活性化接合技術により接合されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【国際調査報告】
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