(57)【要約】【課題】光出力が突然停止することのない、高い信頼性を有する半導体光学装置を実現する。【解決手段】サブマウント１と、半導体レーザ素子２と、サブマウント１および半導体レーザ素子２の間に配置された合金層を備えた構造を有する。合金層３は、半導体レーザ素子２の電極の一部と、サブマウント１上にあらかじめ設けられた半田層とによって形成され、合金層３に含まれるＳｎの含有率を２６重量％以下とする。Ｓｎの含有率を低減することで、動作時にレーザ光出射領域にＳｎが凝集することを抑制することができ、レーザ発振が停止することを防止する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、該基台上に固定された半導体光学素子とを備えた半導体光学装置であって、
前記基台と前記半導体光学素子との間に配置され、Ｓｎの含有率が２６重量％以下である合金層を備えたことを特徴とする半導体光学装置。
【請求項２】
前記合金層は、前記基台上に配置された半田層と、前記半導体光学素子下面に配置され、前記半田層と接触する金属電極の少なくとも一部とによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光学装置。
【請求項３】
前記金属電極は、複数の金属材料を順次配置した多層構造を有し、
前記合金層は、前記半田層と、前記多層構造において前記半田層と接触する層とを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体光学装置。
【請求項４】
前記多層構造において半田層と接触する層は、Ａｕを含有することを特徴とする請求項３に記載の半導体光学装置。
【請求項５】
前記半田層は、ＡｕおよびＳｎを含有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項６】
前記半田層は、Ｐｂ、ＣｄおよびＡｇから選択した２種類の金属と、Ｓｎとを含有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項７】
前記半田層は、ＧｅまたはＳｉと、Ａｕと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項８】
前記半田層は、ＡｇまたはＩｎと、Ｐｂと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項９】
前記半田層は、ＡｇまたはＺｎと、Ｃｄと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項１０】
前記半田層は、ＡｌまたはＡｇと、Ｚｎと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項１１】
前記半田層は、ＣｕまたはＴｅと、Ｚｎと、Ａｌと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項１２】
前記半田層は、Ｉｎと、Ａｇと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項１３】
前記半導体光学素子は、半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の半導体光学装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体光学装置と、
前記半導体光学装置から出射されたレーザ光を外部に導波する伝送路と、
前記半導体光学装置と前記伝送路とを光結合する光結合レンズ系と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１５】
前記半導体光学装置の光出力を測定する光検出器と、
前記半導体光学装置の温度を制御する温調モジュールと、
アイソレータと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１６】
請求項１３に記載の半導体光学装置または請求項１４若しくは１５に記載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、
増幅用光ファイバと、
前記励起光源と前記増幅用光ファイバとを光結合させるためのカプラと、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１７】
前記増幅用光ファイバは、エルビウムが添加されていることを特徴とする請求項１６に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブマウント上に固着された半導体光学素子を備えた半導体光学装置に関し、特に、レーザ発振が突然停止することがない、高い信頼性を有する半導体光学装置、半導体レーザモジュール及び光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザ素子等の半導体光学素子は、光出射時に発生する熱を効率よく外部に放出するために、サブマウント上に固着した状態で使用される。かかるサブマウントは、熱伝導性に優れた材料によって形成され、半導体光学素子との接触面を介して光出射時に発生する熱を受け取り、外部に放出する機能を有する。
【０００３】
半導体光学素子をサブマウントに固着するためには、通常、あらかじめサブマウント上面上に半田材料からなる半田層を配置しておき、かかる半田層によってサブマウント上に半導体光学素子を固定する手法がとられる。具体的には、サブマウント上面上に半導体光学素子を配置した状態で、半導体光学素子に対して圧力を印加し、ヒータによって全体を加熱して半田層を流動状態にする。その後、温度を下げて半田層を再び硬化させることで半導体光学素子をサブマウント上に固着する。
【０００４】
半田層を介して半導体光学素子をサブマウントに固着する構造としたことで、半導体光学素子とサブマウントとの密着性が高まり、より効率的に熱を外部に放出することが可能となる。また、半導体光学素子は、通常サブマウントとの固着面上に電極が形成された構造を有するため、導電性を有する半田層を使用することで、電極が取り出しやすくなるという利点も有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半田層を介してサブマウント上に半導体光学素子を固着した状態で使用することによって、新たな問題が生じる。かかる状態で半導体光学素子を使用した場合、例えば、半導体レーザ素子において、稀にではあるがレーザ発振が突然停止することが知られている。
【０００６】
図１３は、一般的な半田層を介在させて半導体レーザ素子をサブマウント上に固着した構造の半導体レーザ装置について加速試験を行った結果、発振停止した半導体レーザ素子の注入電流値の変化を示す模式的なグラフである。かかる加速試験では、７０℃の温度条件下で、光出力を５００ｍＷに維持した状態における注入電流値の変化を調べている。図１３に示すように、レーザ発振が停止するパターンは、発振停止直前まで良好な電流特性を示すにも関わらず、突然レーザ発振が停止するパターン（以下、「突然劣化」と言う）と、急速に電流値が増大する傾向を示した後にレーザ発振が停止するパターン（以下、「急速劣化」と言う）の２通りが存在する。
【０００７】
かかる発振停止のパターンのうち、突然劣化によるレーザ発振の停止は、主にＣＯＭＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄａｍａｇｅ：共振器端面破壊）に起因する。ＣＯＭＤは、半導体レーザ素子の端面近傍において発生する熱に起因した現象であって、かかる突然劣化は半導体レーザ素子単体を使用した場合にも起こりうる現象である。
【０００８】
一方、急速劣化によるレーザ発振の停止は、半導体レーザ素子単体を加速試験した場合には再現されず、また、半田層を使用せずにサブマウント上に半導体レーザ素子を固着した場合にも再現されることはない。このため、急速劣化による発振停止は、半田層の存在によって起こることが推測され、急速劣化によるレーザ発振の停止を防止するためには、半田層の材料等について最適化を行う必要がある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、レーザ発振が突然停止する事のない、高い信頼性を有する半導体光学装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる半導体光学装置は、基台と、該基台上に固定された半導体光学素子とを備えた半導体光学装置であって、前記基台と前記半導体光学素子との間に配置され、Ｓｎの含有率が２６重量％以下である合金層を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、合金層におけるＳｎの含有率が２６重量％以下となることとしたため、半導体光学素子の光出射領域においてＳｎが凝集することを抑制でき、急速劣化によるレーザ発振の停止を防止した半導体光学装置を実現することができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記合金層は、前記基台上に配置された半田層と、前記半導体光学素子下面に配置され、前記半田層と接触する金属電極の少なくとも一部とによって形成されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記金属電極は、複数の金属材料を順次配置した多層構造を有し、前記合金層は、前記半田層と、前記多層構造において前記半田層と接触する層とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記多層構造において半田層と接触する層は、Ａｕを含有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＡｕおよびＳｎを含有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、Ｐｂ、ＣｄおよびＡｇから選択した２種類の金属と、Ｓｎとを含有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＧｅまたはＳｉと、Ａｕと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＡｇまたはＩｎと、Ｐｂと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＡｇまたはＺｎと、Ｃｄと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＡｌまたはＡｇと、Ｚｎと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、ＣｕまたはＴｅと、Ｚｎと、Ａｌと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半田層は、Ｉｎと、Ａｇと、不可避不純物とによって形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３にかかる半導体光学装置は、上記の発明において、前記半導体光学素子は、半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１４にかかる半導体レーザモジュールは、請求項１３に記載の半導体光学装置と、前記半導体光学装置から出射されたレーザ光を外部に導波する伝送路と、前記半導体光学装置と前記伝送路とを光結合する光結合レンズ系とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１５にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記半導体光学装置の光出力を測定する光検出器と、前記半導体光学装置の温度を制御する温調モジュールと、アイソレータとをさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１６にかかる光ファイバ増幅器は、請求項１３に記載の半導体光学装置または請求項１４若しくは１５に記載の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、増幅用光ファイバと、前記励起光源と前記増幅用光ファイバとを光結合させるためのカプラとを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１７にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、エルビウムが添加されていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる半導体光学装置、半導体レーザモジュール及び光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明する。図面の記載において同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２９】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す図である。実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、サブマウント１と、半導体レーザ素子２と、サブマウント１および半導体レーザ素子２の間に配置された合金層３とを備えた構造を有する。
【００３０】
サブマウント１は、半導体レーザ素子２がレーザ発振する際に発生する熱を外部に放出するためのものである。具体的には、サブマウント１は、ＣｕＷ等の熱伝導性に優れた材料によって形成されることで、半導体レーザ素子２から生じる熱を外部に放出する機能を備える。
【００３１】
半導体レーザ素子２は、下面に第１電極４を配置し、上面に第２電極５を配置した構造を有する。また、半導体レーザ素子２は、内部に活性層６を少なくとも備え、第１電極４および第２電極５の間に電流注入を行うことで、レーザ発振する構造を有する。なお、本実施の形態１に用いる半導体レーザ素子２は、例えば、ホモ接合レーザ、ダブルへテロ接合レーザ（ＤＨレーザ）、ＤＨストライプレーザ、埋め込みヘテロ型レーザ（ＢＨレーザ）、リッジ型レーザ、ＳＡＳ（ＳｅｌｆＡｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：　自己整合構造）型レーザ、ＤＣＨ（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：　完全分離閉じこめ構造）型レーザ等の構造をとることが可能である。また、半導体レーザ素子２を形成する半導体材料についても、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等を用いることが可能である。
【００３２】
第１電極４は、複数の金属層による多層構造を有する。具体的には、図２（ａ）に示すように、それぞれ異なる金属を主成分とする第１金属層８、第２金属層９、第３金属層１０とを備えた構造を有する。なお、本実施の形態１において、第３金属層１０はＡｕを主成分とする。
【００３３】
合金層３は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１電極４の一部である第３金属層１０と、サブマウント１上に配置された半田層１１とが合金化することによって形成される。なお、半田層１１は、ＳｎとＡｕを主成分とする半田材料によって形成されており、また、上記したように第３金属層１０はＡｕを主成分とすることから、合金層３は、Ｓｎ、Ａｕを主成分とした合金によって形成される。合金層３におけるＳｎの含有率は２６重量％以下である。
【００３４】
合金層３が形成される態様について説明する。半導体レーザ素子２は、半導体基板上に所望の半導体層をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等によって積層した後、半導体基板裏面およびこれに対向する表面上にそれぞれ多層構造を有する第２電極５および第１電極４とを配置した状態で完成する。一方、サブマウント１上面上には、半田層１１が塗布されている。
【００３５】
そして、半田層１１と、第２電極５を構成する第３金属層１０とが接触するよう半導体レーザ素子２をサブマウント１上に配置し、所定の圧力を印加した状態で全体をヒータ等によって加熱する。かかる加熱によって半田層１１が溶融し、接触する第３金属層１０との間で合金化が生じ、図２（ｂ）に示すようにサブマウント１と半導体レーザ素子２との間に合金層３が形成される。
【００３６】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ素子において、合金層３におけるＳｎの含有率は２６重量％以下とした理由を以下に説明する。既に説明したように、半導体レーザ素子をサブマウント上に固着してレーザ発振を行う際に、従来構造の半導体レーザ装置では、一部において図１３の曲線に示すような急速劣化による発振停止が問題となっていた。急速劣化によってレーザ発振を停止した半導体レーザ装置の出射側端面のＳＥＭ像を観察したところ、図３に示すように、レーザ光出射領域近傍において粒子の凝集がみられた。かかる現象は、急速劣化した半導体レーザ装置に特徴的に観測されるため、粒子の凝集が急速劣化の原因をなすと推測される。
【００３７】
凝集した粒子について調べるため、急速劣化した半導体レーザ素子の出射側端面上であって、図４に示す各領域に存在する元素の組成についてオージェ分析によって調べた。ここで、第１領域１２は、粒子が凝集したレーザ光出射領域の一部であり、第２領域１３は、半導体レーザ素子の出射側端面上であって合金層の近傍の領域である。また、第３領域１４は、合金層表面の領域であって、第２領域１３近傍の領域であり、第４領域１５は、ＳＥＭ像において特に変化が見られない合金層表面の領域である。かかるオージェ分析の結果について、図５〜図８にグラフを示す。図５は、第１領域１２のオージェ分析の結果を示すグラフであって、以下、図６、図７、図８は、順次第２領域１３、第３領域１４、第４領域１５のオージェ分析の結果を示すグラフである。
【００３８】
図５に示すように、レーザ光出射領域の一部である第１領域１２において、Ｃが８．９ｍｏｌ％、Ｓｎが２９．０ｍｏｌ％、Ｏが５２．０ｍｏｌ％であった。また、図６に示すように、第２領域１３においては、Ｃが１２．２ｍｏｌ％、Ｓｎが２６．１ｍｏｌ％、Ｏが４３．９ｍｏｌ％、Ｇａが２．８ｍｏｌ％、Ｓｉが１４．９ｍｏｌ％で、Ａｕが微量だけ観測された。さらに、図７に示すように、第３領域１４において、Ｃが１１．２ｍｏｌ％、Ｓｎが２４．８ｍｏｌ％、Ｏが４４．９ｍｏｌ％、Ｇｅが７．３ｍｏｌ％、Ａｕが１１．８ｍｏｌ％であった。また、図８に示すように、ＳＥＭ像で特に変化が見られない第４領域１５において、Ｃが１１．８ｍｏｌ％、Ｓｎが２０．０ｍｏｌ％、Ｏが４２．２ｍｏｌ％、Ｇａが１０．９ｍｏｌ％、Ａｕが１５．２ｍｏｌ％であった。
【００３９】
半導体レーザ素子はＳｎを含まない構造を備えるため、本来Ｓｎは合金層にのみ含まれるはずである。しかし、図５および図６に示すオージェ分析の結果から、第１領域１２および第２領域１３におけるＳｎの割合は、それぞれ２９．１ｍｏｌ％、２６．１ｍｏｌ％と非常に高い値を示している。また、同じ合金層に属する第３領域１４、第４領域１５についても、特に変化が観察されない第４領域１５に比べ、第２領域１３近傍の第３領域１４では、Ｓｎの割合が高くなっていることが示される。かかる事実に鑑みるに、急速劣化した半導体レーザ装置は、合金層に含まれるＳｎが何らかの原因によってマイグレーションを生じていることが推測できる。そして、光出射領域に多量のＳｎ粒子が凝集することによって急速劣化を引き起こし、レーザ発振を停止するものと思われる。
【００４０】
この事実を確認するため、図４と異なる半導体レーザ装置について、急速劣化した後のレーザ光出射領域を含む積層方向の元素分析を行った。かかる半導体レーザ装置では、ＳＥＭによる観測では合金層近傍において特に変わった点は観測されなかったが、図４の場合と同様に、レーザ光出射領域において粒子の凝集が観察されている。図９は、かかる半導体レーザ装置の出射側端面について、積層方向に関するＡｕの分布を示すグラフであり、図１０は、積層方向に関するＳｎの分布を示すグラフである。図９に示すように、合金層に含まれるＡｕは、レーザ光出射領域を含む半導体レーザ素子の端面上ではほとんど存在しないのに対し、図１０に示すように、Ａｕと同様に合金層に含まれるＳｎについては、レーザ光出射領域に対応した位置において一定量存在していることが示されている。半田層を形成する金属材料のうち、Ａｕについてはレーザ光出射領域に凝集することはなく、Ｓｎのみがレーザ光出射領域に凝集することから、急速劣化は、半導体レーザ装置が、Ｓｎを多量に含んだ合金層を有する場合に発生すると結論づけることができる。
【００４１】
かかる結論より、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、合金層３におけるＳｎの含有率を一定量以下としている。特に、合金層３におけるＳｎの含有率を２６重量％以下となるよう図２（ａ）に示す半田層１１および第３金属層１０を形成することで、レーザ光出射領域にＳｎが凝集することを効果的に抑制することができ、ひいては急速劣化によるレーザ発振の停止を抑制することが可能となる。
【００４２】
なお、半田層１１について、本実施の形態１ではＳｎとＡｕとを主成分としたが、この他にも、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｄ−Ａｇ等の３元系半田材料と不可避不純物等を含有することとしても良い。このような半田材料を用いた場合でも、金属電極の一部と形成される合金層において、Ｓｎの含有率を２６重量％以下に抑制する構造とすることで、急速劣化による発振停止を防止することができる。
【００４３】
また、Ｓｎを全く含まない半田材料によって半田層１１を形成することも有効である。Ｓｎを含まない半田材料の例としては、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｉｎ、Ｃｄ−Ａｇ、Ｃｄ−Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ、Ｚｎ−Ａｇ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ａｇ等が挙げられる。Ｓｎを全く含まない半田材料と不可避不純物等によって半田層１１を形成した場合、合金層３におけるＳｎの含有率は０重量％となるため、Ｓｎがレーザ光出射領域上に凝集することはなく、急速劣化によるレーザ発振停止を抑制することができる。なお、不可避不純物等を完全に除去する事が可能であれば、不可避不純物等を半田層１１中に含む必要が無いことは言うまでもない。
【００４４】
さらに、第１電極４を形成する第３金属層１０について、Ａｕ以外の金属材料を用いても良い。さらに、第１電極４について、第１金属層８、第２金属層９、第３金属層１０の３層構造以外の多層構造としても良く、単一の金属層によって第１電極を形成しても良い。また、合金層３についても、半田層１１と第１電極４の一部とによって形成されるのみならず、例えば、半田層１１と第１電極４の全部が合金化されることで形成されても良いし、半田層１１のみで形成されても良い。これらの場合であっても、形成された合金層３においてＳｎの含有率が２６重量％以下であれば、レーザ光出射領域におけるＳｎの凝集を抑制することが可能である。従って、急速劣化によるレーザ発振の停止を防止することができ、高い信頼性を有する半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態１では対象を半導体レーザ装置としたが、その他の一般的な半導体光学素子をサブマウント１上に配置した半導体光学装置についても本発明は有効性を有する。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）についても、介在する合金層におけるＳｎの含有率を２６重量％以下とすることで、光出射領域にＳｎが凝集することを防止することができ、急速劣化による発光の停止を防止することができ、高い信頼性を有する半導体光学装置を実現することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールについて説明する。本実施の形態２では、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を用いて半導体レーザモジュールを構成している。
【００４７】
図１１は、この発明の実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールの構造を示す側面断面図である。本実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールは、上述した実施の形態１で示した半導体レーザ装置に対応する半導体レーザ素子２１およびサブマウント２８を有する。半導体レーザモジュールの筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ３１の内部底面上に、温度制御装置としての温調モジュール３０が配置される。温調モジュール３０上にはベース２７が配置され、ベース２７上にはサブマウント２８が配置され、サブマウント２８上には半導体レーザ素子２１が図示しない合金層を介して固着される。温調モジュール３０には、図示しない電流が与えられ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ素子２１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却器として機能する。すなわち、温調モジュール３０は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的に、サブマウント２８上であって、半導体レーザ素子２１の近傍に配置されたサーミスタ２９の検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、サブマウント２８の温度が一定に保たれるように温調モジュール３０を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ素子２１の駆動電流を上昇させるに従って、サブマウント２８の温度が下がるように温調モジュール３０を制御する。このような温度制御を行うことによって、半導体レーザ素子２１の出力安定性を向上させることができ、歩留まりの向上にも有効となる。
【００４８】
ベース２７上には、半導体レーザ素子２１およびサーミスタ２９を配置したサブマウント２８、第１レンズ３２、および電流モニタ２６が配置される。半導体レーザ素子２１から出射されたレーザ光は、第１レンズ３２、アイソレータ３３、および第２レンズ２４を介し、光ファイバ２５上に導波される。第２レンズ２４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ３１上に設けられ、外部接続される光ファイバ２５に光結合される。なお、電流モニタ２６は、半導体レーザ素子２１の高反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００４９】
ここで、この半導体レーザモジュールでは、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻らないように、半導体レーザ素子２１と光ファイバ２５との間にアイソレータ３３を介在させている。
【００５０】
また、半導体レーザ素子２１の発振波長を規定するために、必要に応じて光ファイバ２５内部にはファイバグレーティングを配置し、半導体レーザ素子２１の反射側端面と共振器を形成する構造とする。この場合、アイソレータ３３は半導体レーザモジュール内に配置するのではなく、インライン式にする必要がある。
【００５１】
本実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子２１をサブマウント２８上に固着する際に形成される合金層におけるＳｎの含有率を２６重量％以下としている。そのため、レーザ光出射領域上にＳｎが凝集することもなく、急速劣化によってレーザ発振が停止することのない、高い信頼性を有する半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００５２】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる光ファイバ増幅器について説明する。図１２は、実施の形態３にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。実施の形態３にかかる光ファイバ増幅器は、励起光源として機能し、その構造が実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールに対応する半導体レーザモジュール３５を有する。また、信号光３６を増幅する増幅用光ファイバ３９と、半導体レーザモジュール３５から出射された励起光を増幅用光ファイバ３９に入射させるためのＷＤＭカプラ３８とを有する。また、信号光３６がＷＤＭカプラ３８に入射する手前にはアイソレータ３７が配置され、増幅用光ファイバ３９の後にはアイソレータ４０が配置されている。
【００５３】
信号光３６は、信号光源から出射されて光ファイバ中を伝送してきた光であって、その波長は１５５０ｎｍとする。また、ＷＤＭカプラ３８は、半導体レーザモジュール３５から出射された励起光を増幅用光ファイバ３９に出力する。また、アイソレータ３７は、ＷＤＭカプラ３８の方から反射してくる光を遮り、雑音等を抑える働きをする。また、アイソレータ４０は、増幅用光ファイバ３９を反射光から遮るためのものである。
【００５４】
増幅用光ファイバ３９は、本実施の形態３においてはエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いている。ＥＤＦは、光ファイバに対してエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を添加したもので、９８０ｎｍ程度もしくは１４８０ｎｍ程度の波長の光を吸収してエルビウムイオン中の電子が励起される性質を有する。かかる励起された電子によって、１５５０ｎｍの波長を有する信号光３６は増幅される。
【００５５】
次に、本実施の形態３にかかる光ファイバ増幅器による光増幅のメカニズムについて概説する。励起光源である半導体レーザモジュール３５から出射されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ３８を通過して増幅用光ファイバ３９に前方から入射する。入射したレーザ光の波長を９８０ｎｍとした場合、レーザ光は、増幅用光ファイバ３９中にドープされたエルビウムイオンに吸収されて、エルビウムイオン中の電子が励起される。
【００５６】
また、信号光３６は、アイソレータ３７を通過して増幅用光ファイバ３９に入射する。上述したように、増幅用光ファイバ３９にドープされたエルビウムイオンの電子は励起されており、励起された電子が有するエネルギーによって信号光３６は増幅される。
【００５７】
ここで、半導体レーザモジュール３５内部に備えられた半導体レーザ装置は、内部に備えるサブマウントと半導体レーザ素子との間に存在する合金層におけるＳｎの含有率を２６重量％以下としている。そのため、レーザ発振時にレーザ光出射領域上にＳｎが凝集することを抑制でき、急速劣化によるレーザ発振が停止することを防止できる。
【００５８】
なお、本実施の形態３においては、励起光を増幅用光ファイバ３９の前方から励起する、いわゆる前方励起方式を採用しているが、励起方式はこれらに限定されるものではない。たとえば、増幅する前の信号光と励起光とをあらかじめ合波した上で増幅用光ファイバ３９に入射させる、いわゆる後方励起方式からなる光ファイバ増幅器であっても、本発明を適用することが可能である。後方励起方式の場合であっても、信号光の一部は励起光源を構成する半導体レーザモジュールに入射するため、反射して励起光源から信号光の一部が再び出射することを抑制する必要があるためである。また、前方励起方式と後方励起方式を併用した双方向励起方式としても良い。
【００５９】
また、本実施の形態３ではＥＤＦＡを用いて信号光の増幅をおこなっているが、本発明は、ＥＤＦＡ以外の励起方式を採用する光ファイバ増幅器にも適用することが可能である。たとえば、ラマン増幅器に適用することが可能である。なお、ラマン増幅器に適用する場合には、波長シフトを考慮して励起光源に含まれる半導体レーザ装置の出射波長を決定する必要がある。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜６の発明によれば、半導体光学素子とサブマウントとの間に位置する合金層において、Ｓｎの含有率を２６重量％以下とする構成としたため、光出射領域上にＳｎが凝集することを抑制でき、半導体光学素子の光出力が停止することを防止できるという効果を奏する。
【００６１】
また、請求項７〜１３の発明によれば、サブマウント上に半導体光学素子を固着する際に使用する半田層が、Ｓｎを含まない半田材料によって形成される構成としたため、光出射領域上にＳｎが凝集することを防止し、半導体光学素子の光出力が停止することを防止できるという効果を奏する。
【００６２】
また、請求項１４または請求項１５の発明によれば、請求項１３に記載の半導体レーザ装置を用いる構成としたため、レーザ光出射領域にＳｎが凝集することを防止し、レーザ発振が停止することが防止された半導体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。
【００６３】
また、請求項１６または請求項１７の発明によれば、請求項１３に記載の半導体レーザ装置または請求項１４若しくは請求項１５に記載の半導体レーザモジュールを用いて励起光源を形成する構成としたため、Ｓｎの凝集によるレーザ発振の停止を防止された光ファイバ増幅器を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子とサブマウントとを分離した構造を示す図であり、（ｂ）は、半導体レーザ素子をサブマウント上に固着した状態を示す図である。
【図３】急速劣化によってレーザ発振を停止した半導体レーザ装置のレーザ光出射領域近傍におけるＳＥＭ画像を表わす写真である。
【図４】オージェ分析を行った第１領域〜第４領域の位置を示す図である。
【図５】第１領域のオージェ分析の結果を示すグラフである。
【図６】第２領域のオージェ分析の結果を示すグラフである。
【図７】第３領域のオージェ分析の結果を示すグラフである。
【図８】第４領域のオージェ分析の結果を示すグラフである。
【図９】急速劣化によってレーザ発振を停止した半導体レーザ装置について、レーザ光出射領域を含む積層方向に関するＡｕの分布を示すグラフである。
【図１０】急速劣化によってレーザ発振を停止した半導体レーザ装置について、レーザ光出射領域を含む積層方向に関するＳｎの分布を示すグラフである。
【図１１】実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールの構造を示す側面断面図である。
【図１２】実施の形態３にかかる光ファイバ増幅器の構造を示す模式図である。
【図１３】従来技術にかかる半導体レーザ装置において、加速試験によってレーザ発振が停止するパターンを示す模式的なグラフである。
【符号の説明】
１　　　　　サブマウント
２　　　　　半導体レーザ素子
３　　　　　合金層
４　　　　　第１電極
５　　　　　第２電極
６　　　　　活性層
８　　　　　第１金属層
９　　　　　第２金属層
１０　　　第３金属層
１１　　　半田層
１２　　　第１領域
１３　　　第２領域
１４　　　第３領域
１５　　　第４領域
２１　　　半導体レーザ素子
２４　　　レンズ
２５　　　光ファイバ
２６　　　電流モニタ
２７　　　ベース
２８　　　サブマウント
２９　　　サーミスタ
３０　　　温調モジュール
３１　　　パッケージ
３２　　　レンズ
３３　　　アイソレータ
３５　　　半導体レーザモジュール
３６　　　信号光
３７　　　アイソレータ
３８　　　カプラ
３９　　　増幅用光ファイバ
４０　　　アイソレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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