(57)【要約】【課題】半導体レーザと光導波路デバイスとを直接結合する際に、半導体レーザと光導波路デバイスの間隔を高精度に調整することができる実装方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ１と光導波路デバイス２の間隔を検出する際に、半導体レーザの実像と光導波路デバイスの入射端面８で反射された光により形成される半導体レーザの鏡像１２の間隔を用いる。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと光導波路デバイスとを直接結合することにより作製される光導波路デバイスモジュールの実装方法であって、前記半導体レーザと前記光導波路デバイスの間隔を検出する際に、前記半導体レーザの実像と前記光導波路デバイスの入射端面で反射された光により形成される前記半導体レーザの鏡像の間隔を用いることを特徴とする光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【請求項２】
光導波路デバイスの厚みを半導体レーザの厚みよりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【請求項３】
半導体レーザの実像と前記半導体レーザの鏡像との間隔をＬとするとき、前記光導波路デバイスと前記半導体レーザの間隔をＬ／２として、前記半導体レーザと前記光導波路デバイスとの間隔を調整することを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【請求項４】
半導体レーザの出射端面と光導波路デバイスの入射端面が平面内においてなす角度を、０．６５度以内に調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【請求項５】
光導波路デバイスの入射端面の厚み方向における研磨角を、０．２２５度以内に調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【請求項６】
前記光導波路デバイスが平面デバイスであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光導波路デバイスモジュールの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザと光導波路デバイスを直接結合して作製される光導波路デバイスモジュールの実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの高密度化を実現するため、小型の短波長光源が必要とされている。光源の短波長化技術として、半導体レーザと擬似位相整合方式の光導波路型波長変換デバイスを用いた第２高調波発生（以下、ＳＨＧと称する）が知られている。
【０００３】
光導波路型波長変換デバイス（以下、ＳＨＧ素子と称する）を用いた青紫色光源（以下、ＳＨＧレーザモジュールと称する）の概略構成を図１に示す。図１はＳＨＧレーザモジュールの断面図である。半導体レーザ１として、分布ブラッグ反射領域を有する波長可変半導体レーザが用いられている。半導体レーザ１とＳＨＧ素子２はサブマウント３上に、それぞれ活性層４および光導波路５が形成された面をサブマウント３に対向させて固定されている。それにより、半導体レーザ１のレーザ光出射部６から出射されたレーザ光は、ＳＨＧ素子２の光導波路５に直接結合される。半導体レーザ１の出力１００ｍＷに対して６０ｍＷのレーザ光が光導波路５に光結合され、波長４１０ｎｍの青紫色光が２０ｍＷ程度得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＳＨＧレーザモジュールは、半導体レーザ１と光導波路デバイスであるＳＨＧ素子２を直接結合し、サブマウント３上に配置することによって作製された、光導波路デバイスモジュールの一例である。このように、半導体レーザと光導波路デバイスを直接結合してサブマウント上に配置した光導波路デバイスモジュールでは、半導体レーザからの出射光を光導波路デバイス上の光導波路に効率よく光結合することが要求される。特に図１に示すように、光導波路デバイスとして擬似位相整合方式のＳＨＧ素子２を用い、第２高調波発生を利用する短波長光源においては、得られる高調波出力が光導波路５へ光結合する基本波パワーの２乗に比例するため、光結合の効率は重要である。
【０００５】
高効率な光結合の実現のためには、半導体レーザ１のレーザ光出射部６の位置に対して、ＳＨＧ素子２の光導波路入射端７の位置はＸＹＺ方向においてそれぞれ、ずれ幅±０．２μｍ以内で非常に高精度に実装されることが要求される。ＳＨＧ素子２が光結合効率最大となる位置から位置ずれなく実装されることは、光導波路デバイスモジュールの高調波出力の高出力化において必須の条件である。
【０００６】
このように非常に高精度な位置決めが要求されるＳＨＧ素子２の実装における従来の課題について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は光導波路デバイスモジュールの断面図、図２（ｂ）は上面図である。ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１は、間隔Ｌが約１μｍまで近接されて実装される必要がある。これ以上間隔Ｌを小さくすると、温度上昇時において熱膨張によりＳＨＧ素子２と半導体レーザ１が接触し、半導体レーザ１が破損する恐れがある。また、間隔Ｌを大きくすると、光結合効率が低下することにより、高調波出力が低下してしまう。しかし従来は、ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１の間隔Ｌを調整して位置決めする精度が不充分で、ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１が接触したり、両デバイスの間隔が大きくなりすぎて光結合効率の低下が発生したりした。また、半導体レーザ１とＳＨＧ素子２が接触すると、半導体レーザ１の端面が破損する恐れがあるだけでなく、衝突時の衝撃によりＳＨＧ素子２の位置ずれが発生する。
【０００７】
ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１との間隔調整は、図２（ａ）に示すようにレンズ１０とＣＣＤカメラ１１を用い、画像処理技術を用いて、ＳＨＧ素子２の入射端面８と半導体レーザ１の出射端面９について、Ｘ方向における位置を検出して行う。ＳＨＧ素子２の位置検出を行う場合、ＳＨＧ素子２の入射端面８へフォーカスを合わせ、一方、半導体レーザ１の位置検出を行う場合、出射端面９へフォーカスを合わせる。
【０００８】
両デバイスの端面を鮮鋭に検出し、両デバイスの間隔Ｌを正確に調整するためには、両デバイスのＸ方向における位置検出部位である端面位置を同じ高さにしておく必要がある。ＳＨＧ素子２の厚みは１ｍｍ程度、一方半導体レーザ１の厚みは数１００μｍであるため、端面の検出部位を同じ高さにしようとすると、ＳＨＧ素子２の下面（サブマウント３側の面）のエッジを検出する必要がある。しかし、ＳＨＧ素子２の入射端面８が鮮鋭に見えた状態においても、ＳＨＧ素子２の高さ（サブマウント３からの距離ｈ）が±４μｍ程度ばらつくことは免れない。ＳＨＧ素子２の±４μｍの上下ずれに伴って、Ｘ方向における端面の検出位置については±１μｍ以上のばらつきが発生した。測定ばらつきを無くすため、測定の都度、距離ｈが同一になるように調整してＸ方向における位置検出を行うことが考えられるが、実際にはＳＨＧ素子２および半導体レーザ１の厚みがサンプルごとに変化するため、距離ｈを同じにしても、両デバイスの端面が毎回鮮鋭に検出できるとは限らない。
【０００９】
以上の状況は、ＳＨＧ素子に限らず、他の光導波路デバイスと半導体レーザとを直接結合することにより作製される、一般的な光導波路デバイスモジュールの場合に共通した課題である。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、半導体レーザと光導波路デバイスの間隔を高精度に調整することができる実装方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光導波路デバイスモジュールの実装方法は、半導体レーザと光導波路デバイスとを直接結合することにより作製される光導波路デバイスモジュールの実装方法であって、前記半導体レーザと前記光導波路デバイスの間隔を検出する際に、前記半導体レーザの実像と前記光導波路デバイスの入射端面で反射された光により形成される前記半導体レーザの鏡像の間隔を用いることを特徴とする。
【００１２】
光導波路デバイスの厚みを半導体レーザの厚みよりも大きくすることが望ましい。
【００１３】
また、半導体レーザの実像と前記半導体レーザの鏡像との間隔をＬとするとき、前記光導波路デバイスと前記半導体レーザの間隔をＬ／２として、前記半導体レーザと前記光導波路デバイスとの間隔を調整することが好ましい。
【００１４】
また、半導体レーザの出射端面と光導波路デバイスの入射端面が平面内においてなす角度を、０．６５度以内に調整することが望ましい。
【００１５】
また、光導波路デバイスの入射端面の厚み方向における研磨角を、０．２２５度以内に調整することが望ましい。
【００１６】
また、前記光導波路デバイスが平面デバイスであることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における光導波路デバイスモジュールの実装方法について、半導体レーザと光導波路デバイスとしてのＳＨＧ素子とをサブマウント上に配置して作製されるＳＨＧレーザモジュールを例として説明する。
【００１８】
図３（ａ）は、ＳＨＧ素子２および半導体レーザ１を対象とする検出光学系の構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の要部上面図を、レンズ１０およびＣＣＤカメラ１１を用いて写し出したモニター画面として示した図である。図３（ｂ）において、１２は半導体レーザ１の鏡像である。半導体レーザ１の実像は、図３（ａ）における実線矢印の経路を通った光により観測される。一方、鏡像１２は、ＳＨＧ素子２の入射側の入射端面８で反射された光により観測される。すなわち、図３（ａ）における点線矢印の経路をたどりＣＣＤカメラ１１の検出面に結像して観測される。鏡像１２は虚像であり、ＳＨＧ素子２の入射端面８によって反射された光が、あたかも図３（ａ）中のＡ点に存在しているかのように結像する。
【００１９】
ＳＨＧ素子２の入射端面８は、光導波路５に対して垂直（Ｘ方向に垂直）に光学研磨されて鏡面となっているため、鏡像１２は鮮鋭に結像される。
【００２０】
また、このように半導体レーザ１の鏡像１２を観測するためには、ＳＨＧ素子２の厚みは半導体レーザ１の厚みよりも大きくなければならない。本実施の形態において例えば、ＳＨＧ素子２の厚みは５００μ程度、半導体レーザ１の厚みは約２００μｍとする。ＳＨＧ素子２の厚みが薄くなりすぎると破損しやすくなるため、厚みは５００μｍ以上必要である。半導体レーザ１の厚みは３５０μｍ以下であることが望ましい。半導体レーザ１の厚みを３５０μｍ以上とすると、劈開性が悪化し、半導体レーザ１の端面に結晶の段差が生じやすくなり、歩留まりが低下してしまう傾向が確認された。
【００２１】
ＳＨＧ素子２の入射端面８の厚みが半導体レーザ１の厚みよりも十分大きく、垂直に研磨されていれば、ＳＨＧ素子２が数１０μｍ上下した場合でも鏡像１２の位置はほとんど変化しない。
【００２２】
ここで、ＳＨＧ素子２の厚み方向（Ｚ方向）の研磨角θｚについて、図４を参照して説明する。半導体レーザ１とＳＨＧ素子２の間隔Ｌは、最終的には０〜２μｍになるまで近接させられる。間隔Ｌが２μｍ以上になると、半導体レーザ１からの出射光とＳＨＧ素子２の光導波路５との光結合効率が低下し、光導波路５への入射光量が低下する。入射光量の低下により、波長変換される高調波出力の低下が生じるため、両デバイスの間隔Ｌは２μｍ以内である必要がある。その際、研磨角θｚが大きいと、ＳＨＧ素子２の上面（＋Ｚ面）が半導体レーザ１に覆いかぶさり、半導体レーザ１の実像を観測することが不可能になる。従ってｔａｎθｚ≦２μｍ／５００μｍを満たす必要がある。この条件を満たすためにはθｚ≦０．２２５°である必要がある。
【００２３】
同様に、半導体レーザ１とＳＨＧ素子２の間隔を２μｍ以内にするために、図３（ｂ）におけるＳＨＧ素子２と半導体レーザ１のＹ方向の角度調整を行う必要もある。Ｙ方向の角度調整について、図５を参照して説明する。半導体レーザ１の幅は約３００μｍ、ＳＨＧ素子２の幅は１ｍｍ（＝１０００μｍ）である。半導体レーザ１とＳＨＧ素子２の間隔Ｌは、最終的には２μｍ以下まで近接させられるので、その際、研磨角θｙが大きいと、半導体レーザ１とＳＨＧ素子２が接触してしまう。従って、ｔａｎθｙ≦２μｍ／１５０μｍを満たす必要がある。この条件を満たすためにはθｙ≦０．６５°である必要がある。
【００２４】
図３（ｂ）に示される半導体レーザ１と鏡像１２との間隔Ｌ’を画像処理によって検出した場合、ＳＨＧ素子２の位置が上下に±６０μｍずれた場合でも、Ｘ方向における端面の検出位置のばらつきは±０．２μｍ以内に抑えられ、従来の検出方法に比べ、大幅な検出精度の向上が実現された。
【００２５】
次に、ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１との実際の間隔を、鏡像１２を用いて調整する方法について説明する。上述のように、鏡像１２は入射端面８からの反射光によって結像されているので、ＳＨＧ素子２と半導体レーザ１の実際の間隔Ｌは、図３（ｂ）に示すように、半導体レーザ１の実像と鏡像１２との間隔をＬ’とした場合、Ｌ＝Ｌ’／２となる。この関係を考慮してＬ’の間隔を調整すれば、結果としてＳＨＧ素子２と半導体レーザ１の実際の間隔Ｌを適切に調整できる。
【００２６】
本実施の形態における、鏡像１２を用いた位置検出による実装方法によって、ＳＨＧ素子２の上下方向のずれが±６０μｍ発生した場合においても、検出位置のばらつき（Ｌ’のばらつき）は±０．２μｍ以内に抑制される。従って、実際の半導体レーザ１およびＳＨＧ素子２の間隔Ｌは、Ｌ＝Ｌ’／２の関係を考慮すれば、±０．１μｍ以内に調整されることになる。さらに、この結果は、ＳＨＧ素子２の厚みがサンプルごとに変化した場合においても、高精度な位置調整が可能であることを示している。
【００２７】
また、本実施の形態に係る方法を用いた場合、レンズ１０のフォーカス位置は半導体レーザ１の出射端面９に合わせるだけで良いため、実装工程の時間が短縮される。つまり従来のモジュール作製工程においては、半導体レーザ１の出射端面９およびＳＨＧ素子２の入射端面８が鮮鋭にモニターされるように、レンズ１０の位置およびＳＨＧ素子２の位置を制御していたため、調整に１分以上の時間を必要とした。本実施の形態に係る方法を用いた場合、ＳＨＧ素子２のＺ方向の位置調整には高精度を必要としないため、間隔Ｌの調整に要する時間は１０秒以内であった。
【００２８】
本実施の形態に係る方法により、高効率な光結合効率を実現したＳＨＧレーザモジュールを作製することが可能であり、また、モジュール作製時間の短縮と、高い歩留まりを達成することができた。
【００２９】
なお、本実施の形態は、光導波路デバイスとして波長変換デバイスであるＳＨＧ素子を用いた例であるが、光ファイバーを用いた場合や、光通信に用いられる光導波路デバイスを用いた場合においても、半導体レーザや受光素子などの鏡像をモニターすることが可能であるため、本発明の実装方法を適用してデバイス間の間隔を調整することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザと光導波路デバイスの間隔を検出する際に、半導体レーザの実像と光導波路デバイスに投影された半導体レーザの鏡像の間隔を用いることにより、光導波路デバイスと半導体レーザの間隔を高精度に位置調整することができ、高効率な光結合が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＨＧ素子を用いた光導波路デバイスモジュールの概略構成を示す断面図
【図２】（ａ）は従来の光導波路デバイスの位置検出方法を示す断面図、（ｂ）は従来の光導波路デバイスの位置検出方法を示す上面図
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態における光導波路デバイスモジュールの実装方法に用いられる検出光学系の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示した検出光学系による光導波路デバイスのモニター画面を示す平面図
【図４】ＳＨＧ素子の研磨角について説明するための断面図
【図５】ＳＨＧ素子と半導体レーザの水平方向の角度調整について説明するための平面図
【符号の説明】
１　半導体レーザ
２　ＳＨＧ素子
３　サブマウント
４　活性層
５　光導波路
６　レーザ光出射部
７　光導波路入射端
８　入射端面
９　出射端面
１０　レンズ
１１　ＣＣＤカメラ
１２　鏡像
【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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