(57)【要約】【課題】４００ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザ素子と、レーザビームを伝送する光ファイバを備えたレーザモジュールにおいて、低コストで高い出力と信頼性を得る。【解決手段】ヒートブロック（放熱ブロック）１０上に配列固定された８個のＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８と、コリメータレンズ１１と、集光レンズ１２とが、壁面に光導波路部材３０が固定されてなるパッケージ４０内に、半導体レーザ素子ＬＤ１〜８から出射されたレーザビームが、光導波路部材３０の光導波路３４の入射端３４ａに集光されるように配置固定された状態で、該パッケージ４０の内部を脱気して気密封止した後、光出射窓１５に光ファイバ１３の入射端を押圧密着させて固定する。半導体レーザ素子ＬＤ１〜８、コリメータレンズ１１、集光レンズ１２および光導波路部材３０の固定にフラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤あるいは融着もしくは溶接を用いる。【選択図】          図１
2004233885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が内部を臨み、他端が外部を臨む光導波路を有する光導波路部品を一壁面に備えた、気密封止されたパッケージと、
前記パッケージの内部に配置された、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを前記光導波路の前記一端に集光する、前記パッケージの内部に配置された集光光学系と、
前記パッケージの外部に配置された、前記光導波路の他端と光学的に結合される入射端を備えた光ファイバとからなり、
前記光導波路部品が、前記一壁面にフラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により固定されていることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記パッケージ内部の雰囲気が、１ｐｐｍ以上の酸素と不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記光導波路部品が、フェルールと該フェルールの内部に挿入された、前記光導波路を構成する光ファイバ素線とからなり、
前記フェルールと前記光ファイバ素線とが、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により固定されていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュール。
【請求項４】
光出射開口を有する気密封止可能なパッケージの一壁面に、光導波路を備えた光導波路部品を、該光導波路の一端が前記パッケージの内部を臨み、他端が前記パッケージの外部を臨むように配置して、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により、前記開口を封止するように固定するとともに、前記パッケージ内部に、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである１つもしくは複数の半導体レーザ素子と集光光学系とを、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザビームが前記集光光学系により前記光導波路の前記一端に集光されるように配置固定し、
前記パッケージの内部を脱気処理し、
該脱気処理後、前記パッケージを気密封止し、
その後、前記パッケージの外部に配された光ファイバの入射端に前記レーザビームが光学的に結合するように、該光ファイバの入射端を前記光導波路の前記他端に密着させて固定するものであることを特徴とするレーザモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザモジュールおよびその製造方法に関し、特に、４００ｎｍ帯の発振波長の半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射したレーザビームを伝送するための光ファイバとを備えたレーザモジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、気密封止されたパッケージ内に収容された半導体レーザ素子と、一端（光入射端）がこのパッケージの内部を臨む状態にして該パッケージに固定された光ファイバと、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを光ファイバの光入射端に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザモジュールは、いわゆるピッグテール型レーザモジュールとして、光通信部品として一般的に知られている。
【０００３】
レーザモジュール内部においては、半導体レーザと光ファイバの光入射端とが光学的に結合された状態をマイクロメートルオーダで安定的に維持するために、光ファイバおよび集光光学系等は、通常、半田もしくは接着剤等の接着手段を用いて固定されている。
【０００４】
光ファイバは、その素線のままでは傷がつきやすく、その傷をきっかけに折れてしまうので被膜が施されている。市販の光ファイバでは、ＵＶ硬化樹脂による１次被膜、ポリマーによる２次被膜が施されている。レーザモジュール内部や固定時には有機被膜を取り除いた後に金属薄膜により素線を被膜する、いわゆるメタライズを施すことが一般的に行われている。これはファイバ素線の傷つき防止効果と、半田固定作業のための半田との親和性を向上させる目的を有しており、メタライズを施すの先端の２５ｍｍ以下とするのが一般的である。
【０００５】
ファイバの先端を保護し、研磨やハンドリングを容易にするために、ジルコニアセラミック、あるいはガラスで構成されるフェルールと呼ばれる部品がある。また、光ファイバを同士を接続する際には、ＳＣ型、ＦＣ型、ＭＵ型、ＬＣ型などのコネクタが市販されているが、これらはどれも２本のファイバの先端にフェルールを取り付けて研磨を行い、両者を押し当てることによって低損失かつ作業性の容易なファイバを実現している。
【０００６】
特許文献１では、このフェルールをレーザモジュールのパッケージの壁面に固定し、半導体レーザと光学的に結合することで、コネクタの着脱により光ファイバをパッケージから着脱可能な構造が開示されている。また、特許文献２では、レセプタクル構造とすることで、パッケージから光ファイバを着脱可能な構造を開示している。
【０００７】
さて、一方、レーザモジュールにおいて、気密封止されたパッケージ内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、集光光学系および光ファイバ等の光学部品に付着して、レーザ特性を劣化させるという問題が知られている。特に、光密度の高い部分において物質が付着する効果（集塵効果）が顕著である。さらに、ＧａＮ系半導体レーザ素子等の３５０〜４５０ｎｍ（４００ｎｍ帯）の波長のレーザビームを出射する半導体レーザ素子を備えたレーザモジュールにおいては、光子エネルギーが高く、物質との光化学反応がより起きやすくなるために、集塵効果がより顕著に現れる。
【０００８】
汚染物質の１つとしては、製造工程の雰囲気中から混入する炭化水素化合物が挙げられ、この炭化水素が、レーザ光により重合あるいは分解されて分解物が付着し、出力の向上を妨げることが知られている。
【０００９】
また、空中を浮遊している低分子シロキサンが紫外線による光化学反応で酸素と反応し、光学ガラス窓部品にＳｉＯｘの形で堆積、付着することが開示されており、このため、大気と接する「窓」部材の定期的な交換を推奨している（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
そこで、この集塵効果を防止するために、種々の提案がなされている。例えば、炭化水素化合物等を分解することを目的とした酸素を１００ｐｐｍ以上封止ガスに混入させることが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
また、４００ｎｍ以下の紫外線を光学部品に照射する光学系において、光学部品の雰囲気を９９．９％以上の窒素とすることが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１２】
さらに、パッケージを封止する直前に、パッケージ内部の脱気処理を行うことが集塵効果の防止に効果があることも知られている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−４３６９０号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−３３４６５４号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−５４８５２号公報
【００１６】
【特許文献４】
米国特許５３９２３０５号公報
【００１７】
【特許文献５】
特開平１１−１６７１３２号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および２に記載のような、パッケージ内に被膜つき光ファイバが内包されていない構造とすることにより、パッケージ脱気時に光ファイバ被膜から発生する汚染物質、および光ファイバ固定に用いられる接着剤もしくは半田等からの汚染物質は低減されると考えられる。
【００１９】
しかしながら、壁面に挿入されているフェルールにファイバを固定するレーザモジュールの場合、一般的にはファイバ被膜を一部剥いでフェルール細孔に挿入し、ＵＶ被膜樹脂を用いて光ファイバ素線をフェルールに固定する。光通信に使用する赤外線の場合は、これら接着剤の使用に問題はなかったが、上述のＧａＮ系半導体レーザ素子のように４００ｎｍ帯の高エネルギーのレーザビームを出射するレーザ素子を備えたモジュールを構成する場合、通常のＵＶ硬化樹脂では上記集塵効果を引き起こす揮発ガス成分が含まれており、長期信頼性が減少する。
【００２０】
本発明は上記事情に鑑み、汚染物質の付着を抑制した高出力および高信頼性が得られる、波長４００ｎｍ帯のレーザビームを出射する半導体レーザ素子を備えたレーザモジュールおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザモジュールは、一端が内部を臨み、他端が外部を臨む光導波路を有する光導波路部品を一壁面に備えた、気密封止されたパッケージと、
前記パッケージの内部に配置された、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを前記光導波路の前記一端に集光する、前記パッケージの内部に配置された集光光学系と、
前記パッケージの外部に配置された、前記光導波路の他端と光学的に結合される入射端を備えた光ファイバとからなり、
前記光導波路部品が、前記一壁面にフラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により固定されていることを特徴とするものである。
【００２２】
前記パッケージ内部の雰囲気が、１ｐｐｍ以上の酸素と不活性ガスとの混合ガスであることが望ましい。
【００２３】
前記光導波路部品の光導波路は、効率よい光伝送のために、そのコア径およびＮＡが、前記光ファイバのコア径およびＮＡと同等以下であることが望ましい。
【００２４】
さらに、前記光導波路部品が、フェルールと該フェルールの内部に挿入された、前記光導波路を構成する光ファイバ素線とからなり、前記フェルールと前記光ファイバ素線とが半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは、融着もしくは溶接により固定されていることが望ましい。
【００２５】
本発明のレーザモジュール製造方法は、光出射開口を有する気密封止可能なパッケージの一壁面に、光導波路を備えた光導波路部品を、該光導波路の一端が前記パッケージの内部を臨み、他端が前記パッケージの外部を臨むように配置して、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により、前記開口を封止するように固定するとともに、前記パッケージ内部に、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである１つもしくは複数の半導体レーザ素子と集光光学系とを、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザビームが前記集光光学系により前記光導波路の前記一端に集光されるように配置固定し、
前記パッケージの内部を脱気処理し、
該脱気処理後、前記パッケージを気密封止し、
その後、前記パッケージの外部に配された光ファイバの入射端に前記レーザビームが光学的に結合するように、該光ファイバの入射端を前記光導波路の前記他端に密着させて固定するものであることを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のレーザモジュールによれば、光導波路を有する光導波路部品を一壁面に備えた１つのパッケージ内に半導体レーザ素子と集光光学系が備えられて密封され、光ファイバはパッケージ外部に固定されているので、パッケージ内の脱気処理を光ファイバ装着前に行うことができ、光ファイバの被覆からの脱ガスによるパッケージ内の汚染が生じない。光導波路部品を、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により固定しているので、Ｓｉ系化合物が発生せず、該有機物ガスが光学部品に付着して、光学部品の透過率が変化したり、また、それによる光出力の低下あるいは光ノイズの発生を防止することができ、高出力まで信頼性の高い光出力を得ることができる。また、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである半導体レーザ素子を備えているため、半導体レーザ素子端面やレーザビームが集光される光導波路の一端においては特に光密度が高くなり、集塵効果が大きくなるが、光ファイバの被膜からの脱ガスによる汚染がなく、また、Ｓｉ系有機物ガスが発生しない構成であるため、汚染防止の付着の防止効果が特に有効である。
【００２７】
このように本発明のレーザモジュールによれば、パッケージ内における汚染物質の付着すなわち集塵効果を抑制することができるので光出力を向上させることができ、また高い信頼性を得ることができる。
【００２８】
パッケージ内部の雰囲気が１ｐｐｍ以上の酸素と不活性ガスの混合ガスであれば、炭化水素の光分解による半導体レーザ素子端面への炭化水素化合物の付着を効果的に防止することができる。
【００２９】
光導波路部品が、フェルールと該フェルールの内部に挿入された、前記光導波路を構成する光ファイバ素線とからなるものであれば、外部に配される光ファイバとの効率よい光伝送ができる。
【００３０】
本発明のレーザモジュールの製造方法においては、光ファイバをパッケージに固着する前に、パッケージ内の脱気処理を行うので、光ファイバの被膜からのガスによる汚染を生じない。また、光ファイバをパッケージの外側に最後に固定するので、パッケージ封止までの工程で光ファイバを取り扱う必要がないためモジュールの製造が簡便なものとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態によるレーザモジュールについて説明する。図１および図２は、そのレーザモジュールの概略形状を示す平面図および側断面図である。
【００３３】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図１および図２に示すように、銅または銅合金からなるヒートブロック（放熱ブロック）１０上に配列固定された一例として８個のＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜８と、コリメータレンズアレイ１１と、集光レンズ１２とが、光導波路部品３０が固着された開口１６を有するパッケージ４０内に収容され、１本の光ファイバ１３がパッケージ４０の外部で光導波路部品３０にその入射端を押し付けるようにして密着固定されてなるものである。
【００３４】
なおこの図１および２は、本実施の形態のレーザモジュールの基本構成を示すものであり、コリメータレンズアレイ１１および集光レンズ１２の形状は概略的に示してある。また図の煩雑化を避けるため、ＧａＮ系半導体レーザ素子のうち両端に配されている素子ＬＤ１およびＬＤ８にのみ符号を付し、またレーザビームＢ１〜Ｂ８のうちＢ１およびＢ８にのみ符号を付してある。また、理解を容易にするために一部断面図で示している。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜８は、例えばＡｌＮからなるサブマウント上に固設されたものをヒートブロック１０に取付けてもよい。
【００３５】
光導波路部品３０は、フェルール３２と該フェルール３２の細孔に通されて封止固定されている光ファイバ素線３４とからなり、フェルール３２を保持する保持部３６を介してパッケージの一壁面に固着されている。光ファイバ素線３４が光導波路としてパッケージ４０の内部からパッケージ外部にレーザビームＢを導光するものである。
【００３６】
フェルール３２は、円柱状のジルコニアセラミックの中心に細孔が設けられたものである。フェルール３２と光ファイバ素線３４との封止固定は、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により行う。光ファイバ素線３４は、パッケージの外部に配される光ファイバ１３と同じものを用いることが望ましい。フェルール３２に光ファイバ素線３４が封止固定された状態で両端面が研磨されており、少なくともパッケージ内部を臨む端面にＡＲコーティングが施されている。なお、フェルール３２のパッケージ内部を望む端面は、研磨により平面もしくは球面とされていることが望ましい。また、フェルールはガラス製でも金属製でもよい。なお、ガラス製フェルールの場合は、表面に金属コーティングが施されていることが望ましい。
【００３７】
ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８から発散光状態で出射したレーザービームＢ１〜８は、それぞれレンズアレイ１１によって平行光化される。
【００３８】
半導体レーザ素子ＬＤ１〜８、レンズアレイ１１、集光レンズ１２および光導波路部品３０は、平行光とされたレーザビームＢ１〜８が、集光レンズ１２によって集光され、光導波路部品３０の光ファイバ素線３４の一端３４ａで収束するように調芯されている。
【００３９】
光ファイバ１３はその光入射端の被膜が剥がされた状態でフェルール２０に挿入されており、光ファイバ１３の素線１３ａの光入射端が光導波路である光ファイバ素線３４の出射端に密着するように、フェルール２０ごとフェルール３４に密着される。本例ではレンズアレイ１１および集光レンズ１２によって集光光学系１９が構成され、それと光ファイバ１３とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ１２によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜８がこの光ファイバ１３のコアに入射して光ファイバ１３内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されて光ファイバ１３の図示しない出射端面から出射する。光ファイバ１３は、フェルール２０に挿入されている部分を除いて光ファイバ素線１３ａが樹脂層１３ｂにより被覆されてなるものである。
【００４０】
なお光ファイバ１３としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【００４１】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定され、このベース板４２の上面にヒートブロック１０が取り付けられ、そしてこのヒートブロック１０にレンズアレイ１１を保持するコリメータレンズホルダ４４が固定されている。さらにベース板４２の上面には、集光レンズ１２を保持する集光レンズホルダ４５が固定されている。パッケージ４０の一壁面には光導波路部材を保持する、フェルールの外径よりわずかに大きな内径を有する円筒形の保持部が取り付けられている。フェルールは、この保持部に挿入され、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により封止固定されている。またＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８に駆動電流を供給する配線類４７は、パッケージ４０の光導波路部品が固定されている壁面と対向する壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。なお、パッケージ４０には全面に金メッキが施されている。
【００４２】
なお、レンズアレイ１１および集光レンズ１２は、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着、溶接により固定されている。
【００４３】
なお、図中斜線で示す部分は封止部もしくは固定部であり、上述の通り、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により封止もしくは固定されている。
【００４４】
次に、本実施形態のレーザモジュールの製造方法について説明する。
【００４５】
全面に金メッキが施されたパッケージ４０の一壁面には導電用の端子が取り付けられており、パッケージ４０の上面は開放されている。パッケージの内部には、複数の半導体レーザ素子がヒートブロックに半田固定されており、導電用端子とワイヤボンティングにより電気的に接続されている。光導波路部品３０をパッケージ４０の壁面の保持部に通し、レンズアレイ１１および集光レンズ１２を、複数の半導体レーザ素子から発せられた光を、光導波路部品の光ファイバ素線のコアと効率よく結合させるように調芯を行い、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤あるいは、融着もしくは溶接により固定する。
【００４６】
その後、レーザの長期信頼性を低減させる原因となるパッケージ内部の揮発成分を除去するために、パッケージ４０を脱気処理装置に入れて、１ｐｐｍ以上の酸素を含有する不活性ガス雰囲気中で９０℃に加熱して脱気処理を行う。脱気処理後、パッケージ４０上面に蓋４１を設け、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により封止する。
【００４７】
その後、先端にフェルール２０を備えた光ファイバ１３の、該フェルール２０を保持部３６に挿入し、光導波路部品３０であるフェルール３２にフェルール２０を押し当てて密着させて、光ファイバ素線３４と光ファイバ１３の素線１３ａを光学的に結合させる。フェルール２０を備えた光ファイバ１３の入射端は、フェルール球面研磨することが望ましい。これによりフェルールを押しつける際に入射端に空気を含まないようにすることができる。光ファイバ１３の入射端を光導波路である光ファイバ素線３４に結合させた状態で、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接によりフェルール２０を保持部３６に固定する。
【００４８】
このように、本発明のレーザモジュールの製造方法によれば、樹脂被膜１３ｂを有する光ファイバ１３がパッケージ４０に取り付けられる前にパッケージ内の脱気処理を行うことができるので、パッケージ内の脱気処理において光ファイバの樹脂皮膜からの脱ガスによりパッケージ内が汚染されるという虞がない。
【００４９】
また、パッケージ４０内におけるレンズアレイ１１、集光レンズ１２、光導波路部材であるフェルール等の各部材の固定には、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接によって行っているため、Ｓｉ系有機ガスの発生がほとんどないので、光密度の高い部分へのＳｉ系有機ガスの光分解による堆積物の付着を効果的に防止することができる。また、パッケージ内に酸素を含有するガスが封入されているため、炭化水素の光分解による半導体レーザ素子端面等への炭化水素化合物の付着を効果的に防止することができる。すなわち、レーザモジュール全体として集塵効果が抑制されるので光出力を向上させることができ、また高い信頼性を得ることができる。
【００５０】
Ｓｉ系有機物を含まない接着剤としては、例えば、特開２００１−１７７１６６号公報記載の脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物であって、シランカップリング剤を含まない接着性組成物からなるものが挙げられる。
【００５１】
また、フラックスフリー半田としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ等が挙げられる。通常の半田材に含まれるフラックスは汚染の要因となるが、フラックスフリーの半田を用いれば汚染物質を発生させる虞がない。なお、環境に配慮して鉛フリー半田を使用することが望ましい。
【００５２】
溶接は市販のシーム溶接機、例えば日本アビオニクス社製のシーム溶接機を利用して行うことができる。具体的には、パッケージに蓋を載せ、パッケージの蓋と筐体の境界部にシーム溶接機により高電圧を印加することでパッケージの溶接封止を行うことができる。また、融着は市販の融着機、例えば、ＦＩＴＥＬ  Ｓ−２０００を用いて行うことができる。
【００５３】
なお、パッケージに充填するガスとしては、上述の通り１ｐｐｍ以上の酸素と不活性ガスとの混合ガスが望ましいが、さらに、ハロゲン族ガスもしくはハロゲン化合物ガスの少なくともいずれか一方が混入されていてもよい。また、大気と同じ比率の窒素、酸素混合ガスであるクリーンエアを用いてもよい。
【００５４】
封止雰囲気中に１ｐｐｍ以上の濃度の酸素が含まれると、レーザモジュールの劣化を抑制することができる。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有される酸素が、炭化水素成分の光分解により発生した固形物を酸化分解するためである。一方、酸素濃度が１ｐｐｍ未満であると、劣化抑制効果が得られない。
【００５５】
ハロゲン族ガスとは、塩素ガス（Ｃｌ２）、フッ素ガス（Ｆ２）等のハロゲンガスであり、ハロゲン化合物ガスとは、塩素原子（Ｃｌ）、臭素原子（Ｂｒ）、ヨウ素原子（Ｉ）、フッ素原子（Ｆ）等のハロゲン原子を含有するガス状の化合物である。
【００５６】
ハロゲン化合物ガスとしては、ＣＦ３Ｃｌ、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＦＣｌ３、ＣＦ３Ｂｒ、ＣＣｌ４、ＣＣｌ４−Ｏ２、Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２、Ｃｌ−Ｈ２、ＣＦ３Ｂｒ、ＰＣｌ３、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２、Ｃ３Ｆ８、ＣＨＦ３等が挙げられるが、フッ素又は塩素と炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、キセノン（Ｘｅ）との化合物が好ましく、フッ素原子を含有するものが特に好ましい。
【００５７】
ハロゲン系ガスは微量でも劣化抑制効果を発揮するが、顕著な劣化抑制効果を得るためには、ハロゲン系ガスの含有濃度を１ｐｐｍ以上とするのが好ましい。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有されるハロゲン系ガスが有機珪素化合物ガスの光分解により発生した堆積物を分解するためである。
【００５８】
なお、図３にレーザモジュールの他の実施形態の一部拡大側断面図を示すように、パッケージ４０の光出射開口１６に光導波路部材であるフェルール３２を保持する保持部材としてフェルール３２と嵌合する装着器（レセプタクル）５０を備え、さらに、光ファイバ１３の先端に備えられているフェルール２０にレセプタクル４０と嵌合するコネクタ５６を備えるようにしてもよい。レセプタクル４０およびコネクタ５６を備えることにより、光ファイバ１３のパッケージ４０への装着をより簡便なものとすることができる。図３に示すように、光導波路部材のフェルール３２は、レセプタクル４０に嵌装され、パッケージ内部側でフェルール３２を保持部５０に封止固定されている。また、光ファイバ１３の先端のフェルール３２は、コネクタ５６をレセプタクル４０と嵌合させることにより、フェルール２０をレセプタクル５０に嵌装するとともに、フェルール同士を密着固定するものである。コネクタ５６はバネ５８を備えており、フェルール３２の後端側からフェルール２０を光導波路３０側に押圧する。半田等の接着材料を用いないために、光ファイバ１３の取り付けおよび取外しが非常に簡便なものとなる。
【００５９】
上記実施形態においては、光導波路部材が、その光導波路と光学的に接続する光ファイバと同一仕様の光ファイバの素線とフェルールとからなるものを用いるものとしたが、接続される光ファイバとは異なる仕様の光ファイバを用いてもよい。また、ＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉを拡散して設けた光導波路、周期屈折率構造を構成したフォトニック結晶を光導波路部材として用いてもよい。しかしながら、パッケージ内の光学素子と外の光ファイバとをつなぐ光ファイバ、もしくは光導波路は、効率よい光伝送のために、接続する光ファイバと同一の光ファイバを使用することがより望ましい。異なる部材を用いる場合には、導波路のコア径もしくは有効径が接続する光ファイバのコア径もしくは有効径と同等もしくは小さいことが望ましく、導波路のＮＡは接続する光ファイバのＮＡと同等もしく小さいことが望ましい。
【００６０】
次に、上記実施形態において用いられる半導体レーザ素子の一例としてＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【００６１】
図４（ａ）に示すように、有機金属気相成長法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアを成長用原料に用い、ｎ型ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用い、（０００１）Ｃ面サファイヤ基板１２１上に、温度５００℃でＧａＮバッファ層１２２を２０ｎｍ程度の膜厚で形成する。続いて、温度を１０５０℃にしてＧａＮ層１３３を２μｍ程度成長させる。その上に、ＳｉＯ２膜１２４を形成し、レジスト１２５を塗布後、通常のリソグラフィを用いて、
【数１】
2004233885.tif 000003
方向に３μｍ幅のＳｉＯ２膜１２４を除去して、幅７μｍ程度のＳｉＯ２膜１２４のライン部を形成することにより、１０μｍ程度の周期のラインアンドスペースのパターンを形成する。
【００６２】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト１２５とＳｉＯ２膜１２４をマスクとして、塩素系のガスを用いてバッファ層１２２とＧａＮ層１２３をドライエッチングによりサファイヤ基板１２１上面まで除去した後、レジスト１２５とＳｉＯ２膜１２４を除去する。このとき、サファイヤ基板１２１が少しエッチングされてもよい。
【００６３】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＧａＮ層１２６を２０μｍ程度選択成長させる。この時、横方向の成長により、最終的にストライプが合体して、表面が平坦化する。この時点で、バッファ層１２２とＧａＮ層１２３からなる層のライン部上部には貫通転位が発生しているが、そのライン部間のＧａＮ層１２６には貫通転位は発生していない。
【００６４】
次いで、ＧａＮ層１２６上にＳｉＯ２膜１２７を形成し、図４（ｄ）に示すように、前記バッファ層１２２とＧａＮ層１２３が残ってできたライン部間のスペース部の中央に位置するＳｉＯ２膜１２７を３μｍ程除去する。
【００６５】
次に、図４（ｅ）に示すように、成長温度を１０５０℃にしてＧａＮ層１２８を２０μｍ程度選択成長させる。この時横方向の成長により、最終的にストライプが合体し、表面が平坦化する。
【００６６】
次いで、ＧａＮ層１２８上にＳｉＯ２膜１２９を形成し、図４（ｆ）に示すように、残ったＳｉＯ２膜１２７の中央に位置するＳｉＯ２膜１２９を幅３μｍ程度除去し、その上に、成長温度を１０５０℃にして、ＧａＮ層１３０を２０μｍ程度選択成長させる。
【００６７】
最後に、図４（ｇ）に示すように、上記のように作成したＧａＮ基板上に、ｎ−ＧａＮ層１３１を１００〜２００μｍ程度成長させた後、サファイア基板からＧａＮ層１３０までを除去し、ｎ‐ＧａＮ層１３１を後述の図５に示すｎ型ＧａＮ基板１４１とする。
【００６８】
次に、図５に示すように、上記のようにして作製されたｎ型ＧａＮ基板１４１上に、ｎ−ＧａＮバッファ層１４２、１５０ペアのｎ−Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層１４３、ｎ−ＧａＮ光導波層１４４、ｎ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ（１０．５ｎｍ）／ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（３．５ｎｍ）三重量子井戸活性層１４５、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎキャリアブロック層１４６、ｐ−ＧａＮ光導波層１４７、１５０ペアのｐ−Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（２．５ｎｍ）／ＧａＮ（２．５ｎｍ）超格子クラッド層１４８、ｐ−ＧａＮコンタクト層１４９を積層する。ここでは、ｐ型の不純物としてＭｇを使用する。このＭｇの活性化のために成長後窒素雰囲気中で熱処理するか、または窒素リッチ雰囲気で成長を実施するかのいずれかの方法を用いてもよい。
【００６９】
次に、ストライプ領域に開口（開口幅４μｍ）を有するＳｉＯ２膜１５０を形成する。なお、ストライプ領域は１００μｍピッチで形成される。ストライプ領域の開口を覆うようにしてＮｉ／Ａｕよりなるストライプ状のｐ電極１５１を形成する。次に、基板１４１を研磨し、Ｔｉ／Ａｕよりなるｎ電極１５２を形成し、劈開して形成した共振器面に高反射コート、低反射コートを行い、その後、さらにへき開して共振器長４００μｍ、長さ約１ｃｍの半導体レーザ素子ＬＤを完成させる。
【００７０】
図５に示すようにＬＤは、１００μｍピッチで形成された発光幅４μｍのキャビティ１５５を有するマルチキャビティ半導体レーザ素子であり、素子としての発光幅は４００μｍであり、出力２００〜１０００ｍＷに達する。
【００７１】
なお、実施形態において使用される半導体レーザ素子としては、マルチキャビティのものに限らず、シングルキャビティの素子であってもよい。例えば、上記半導体レーザ素子の製造方法において、ストライプ領域の開口幅を５０μｍとし、へき開により１つのストライプ領域のみを有するチップとすれば、発光幅５０μｍ、出力５００〜２０００ｍＷに達するシングルキャビティの素子を得ることができる。
【００７２】
但し、本発明はこのような高出力半導体レーザ素子を備えたレーザモジュールに限るものではなく、発光幅数μｍ、出力２０〜１００ｍＷ程度のシングルモードレーザを備えたものであってもよい。
【００７３】
また、本発明のレーザモジュールにおいては、シングルキャビティの半導体レーザを１つもしくは複数備える形態、マルチキャビティの半導体レーザを１つもしくは複数備える形態いずれであってもよい。
【００７４】
図６は、本発明の第２の実施形態のレーザモジュールの平面図を示すものである。
【００７５】
本実施の形態によるレーザモジュールは、ヒートブロック７０上に配列固定された５個のチップ状態のシングルキャビティＧａＮ系半導体レーザＬＤ１１〜１５と、集光レンズアレイ７２とが、５つの光導波路を有する光導波路部材６０を一壁面に備えたパッケージ８０内に収容され、５本の光ファイバ７３の入射端がそれぞれマルチファイバフェルール９０に挿入されて、光導波路部材６０の光導波路に各光ファイバのコアが光学的に接続するように密着固定されてなるものである。このレーザモジュールは、ファイバアレイ型のレーザモジュールであり、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームをそれぞれ異なる光ファイバに結合させるものである。
【００７６】
光導波路部材６０は、５つの細孔を有するマルチファイバフェルール６２と、該５つの細孔にそれぞれ備えられた光ファイバ素線６４とから構成されており、フェルール６２と光ファイバ素線６４とは、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接で封止固定されている。また、光導波路部材６０は、パッケージ８０に固着された筒状の保持部８５に挿入されて、パッケージ内側でフラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接で封止固定されている。
【００７７】
ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１１〜１５から発散光状態で出射したレーザービームＢ１１〜１５は、それぞれ集光レンズアレイ７２を構成する各集光レンズによって集光されてそれぞれ光導波路部材６０の各光導波路である光ファイバ素線６４の入射端に収束される。５本の光ファイバ７３はマルチファイバフェルール９０にその先端が被膜を剥いだ状態で挿入され、マルチファイバフェルール９０ごと光導波路部材のフェルール６２に密着固定される。各レーザビームＢ１１〜１５はそれぞれ異なる光ファイバ素線６４に結合して、光導波路を導波して各光ファイバ７３の入射端に結合し、さらに該光ファイバを導波して図示しない出射端から出射される。
【００７８】
本実施形態のレーザモジュールにおいても、パッケージ８０は脱気処理後に気密封止されており、各部材の固定およびパッケージ封止は、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤が用いられ、あるいは融着もしくは溶接によりなされている。したがって、パッケージ８０内部において、Ｓｉ系有機ガスの発生がほとんどないので、光密度の高い部分へのＳｉ系有機ガスの光分解による堆積物の付着を効果的に防止することができる。また、パッケージ内に酸素を含有するガスが封入されているため、炭化水素の光分解による半導体レーザ素子端面等への炭化水素化合物の付着を効果的に防止することができる。すなわち、レーザモジュール全体として集塵効果が抑制されるので光出力を向上させることができ、また高い信頼性を得ることができる。
【００７９】
図７は、本発明の第３の実施形態のレーザモジュールの平面図を示すものである。
【００８０】
本実施形態のレーザモジュールは、ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤを内部に備え気密封止されたＣＡＮパッケージ１１０と、集光レンズ１２とが、光導波路部品３０が固着された開口１６を有するパッケージ４０内に収容され、１本の光ファイバ１３がパッケージ４０の外部で光導波路部品３０にその入射端を押し付けるようにして密着固定されてなるものである。ここでは、第１の実施形態のレーザモジュールと同等の要素には同符号を付し詳細な説明を省略する。
【００８１】
ＣＡＮパッケージ１１０、集光レンズ１２はベース板１０５上の各固定部材に、半導体レーザ素子ＬＤから出射されたレーザビームＢが集光レンズ１２により光導波路部品３０のファイバ素線３４の一端３４ａで収束するように配置固定されている。それぞれの固定には、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含まない接着剤が用いられている。なお、融着もしくは溶接により固定されてもよい。
【００８２】
本実施形態においては、半導体レーザ素子ＬＤが、ＣＡＮパッケージ１１０中に備えられている。ＣＡＮパッケージは、内部の揮発成分を除去するため脱気処理を施した上で気密封止されたものである。半導体レーザ素子ＬＤは、脱気処理され気密封止されたＣＡＮパッケージ１１０内に備えられており、ＣＡＮパッケージ１１０の脱気処理時には、光ファイバ１３を脱気処理装置内に配することはないので、光ファイバ１３の樹脂皮膜からの脱ガスによる影響を受けない。さらに、このＣＡＮパッケージ１１０は気密封止されたパッケージ４０の内部に備えられているため、集塵効果をより抑制することができ、レーザモジュール全体として集塵効果が抑制されるので光出力を向上させることができ、また高い信頼性を得ることができる。特に上述の製造方法により製造されるＧａＮ系半導体レーザ素子のような発振波長４００ｎｍ帯の高出力半導体レーザ素子を備えた場合には、集塵効果が顕著であるため、本実施形態のように半導体レーザ素子を２重にパッケージで内包した構造とする効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザモジュールの概略構成を示す平面図
【図２】第１の実施の形態によるレーザモジュールの側断面図
【図３】他の実施の形態によるレーザモジュールの一部拡大側断面図
【図４】ＧａＮ系半導体レーザ素子の基板作製方法を示す断面図
【図５】ＧａＮ系半導体レーザ素子の断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態によるレーザモジュールの概略構成を示す平面図
【図７】本発明の第３の実施の形態によるレーザモジュールの概略構成を示す側断面図
【符号の説明】
ＬＤ，ＬＤ１〜８    半導体レーザ素子
Ｂ，Ｂ１〜８    レーザビーム
１０    ヒートブロック
１１    レンズアレイ
１２    集光レンズ
１３    光ファイバ
１３ａ    光ファイバ素線
１３ｂ    樹脂被膜
２０    フェルール
３０    光導波路部品
３２    フェルール
３４    光ファイバ素線
３６    レセプタクル（保持部）
４０    パッケージ
【図１】
2004233885.tif 000004
【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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