(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールにおいて、容器内の汚染物質を除去し、良好な特性および信頼性を得る。【解決手段】  密閉容器２内の少なくとも一つの光学部品（例えば半導体レーザ素子６）とそれを固定する固定部材（例えばサブマウント５）との間に、エポキシ基を有する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を、接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより光学部品６を固定部材５に固定する。そして密閉容器２内には、ガス吸着機能を有する物質11を配置する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールにおいて、
前記密閉容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する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を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品が前記固定部材に固定されるとともに、
前記密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置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】
前記ガス吸着機能を有する物質が、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも一つ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】
前記密閉容器内に、光ファイバと、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を該ファイバに入力するための光学系とを備えた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】
前記半導体レーザ素子の発振波長が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記接着性組成物がシランカップリング剤を含有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記接着性組成物が０．１μｍ以上１．０μｍ以下の平均直径を有する球状シリカ粒子を含有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記固定部材が金属製部材からなり、前記光学部品が無機透明部材からなることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項８】
前記オキセタニル基を有する化合物が、下記一般式（１）で表されるものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のレーザモジュール。
【化１】
2005109402.tif 000009
式（１）中Ｒ１はメチル基またはエチル基を示し、Ｒ2は炭素数６ないし１２の炭化水素基を示す。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１項記載のレーザモジュールを製造する方法において、前記密閉容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する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し、室温における粘度が１０mPa・s 以上１，０００mPa・s 以下であって、被着体との接触角が４０度以下である接着性組成物を、接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように挿入した後、活性エネルギー線により硬化させ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュール、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ素子、コリメータレンズ、集光レンズ、および光ファイバ等が密閉容器に封止されてなるレーザモジュールが知られている。この種のレーザモジュールにおいては、密閉容器内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、レンズ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認められている。上記の汚染物質としては、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、この炭化水素化合物が、レーザ光により重合あるいは分解されて付着することが知られている。
【０００３】
この問題を解決するために、以下に示すように種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、波長４００ｎｍ以下のレーザ光の出力低下を防止するためには容器内の炭化水素化合物量を０．１％以下にすることが効果的であり、これにより炭化水素化合物の光分解による光学部品等への堆積を防止できることが記載されている。また、封止雰囲気をドライエアとすることも提案されており、雰囲気中の酸素と堆積した炭化水素化合物との光化学反応によって、堆積物を除去する効果が期待されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、炭化水素系ガスの光分解による半導体レーザ素子端面への炭化水素系化合物の付着を防止するため、このガス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記載されている。
【０００５】
また特許文献３には、油分等の汚染物質を脱脂および洗浄して除去することにより、長期信頼性の確保が可能であることが記載されている。
【０００６】
一方特許文献４には、発振波長が３５０〜４５０ｎｍのＧａＮ系半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールが提案されているが、この種のレーザモジュールにおいては、短波長のレーザ光はエネルギーが高いことから、モジュール内に存在する炭化水素系ガスが重合あるいは分解したものが、半導体レーザ素子の端面あるいは光学部品等に付着する確率が高く、特に問題となっている。
【特許文献１】特開平11-167132号公報
【特許文献２】米国特許第5392305号明細書
【特許文献３】特開平11-87814号公報
【特許文献４】特開2002-202442号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ光と炭化水素化合物の反応により生成される炭化水素系堆積物は、上記特許文献２に示されるように、一定量以上の酸素を含んだガス雰囲気中ではＣＯ2とＨ2Ｏとに分解されることにより解消される。
【０００８】
しかしながら、この種の堆積物には炭化水素化合物だけでなく、ケイ素化合物の存在も確認されており、酸素を雰囲気中に含有させるだけではこの種の堆積物を分解除去することが出来ないことが解っている。堆積するケイ素化合物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）、シラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）等のＳｉを含有した有機化合物ガス（以下有機ケイ素化合物と記す）とレーザ光との光化学反応により発生し、しかも雰囲気中の酸素の存在がその反応速度を大きくする効果がある。炭化水素化合物およびケイ素化合物の堆積物は、光学的な吸収を発生させるため、連続発振における経時信頼性を著しく損なうという問題がある。
【０００９】
なお、ここで言うケイ素化合物とは、有機、無機を問わずケイ素を含むあらゆる構造を有しているものを示し、無機ＳｉＯxおよび有機ケイ素化合物を含むものである。
【００１０】
その発生源は、主としてレーザモジュール製造工程の任意の場所に使用されているシリコーン系材料から発せられるガスである。これがレーザモジュール内の各部品表面に付着している場合があり、また、モジュールを封止して使用する場合は、その封止ガス中に微量含まれる。これらの工程中のガス成分を除去する方法として、通常のクリーンルームでの作業や封止ガス精製機の設置等が挙げられるが、これらの方法であっても完全に除去することが出来ず、多大な設備投資が必要となる。また、特許文献３に開示されているような油分等の脱脂工程を通しても、上述のような製造過程雰囲気からの上記化合物の混入は避けることが出来ない。
【００１１】
レーザモジュール内の部品に付着する炭化水素化合物およびケイ素化合物系のガスは、２００℃以上望ましくは３００℃以上の温度での加熱処理による分解蒸発により、除去することができる。しかし、この加熱処理は数〜数十時間にわたる処理時間が必要であるとともに、モジュール内部品を有機系接着剤により固定する場合、接着剤の熱劣化によって機械特性が劣化するため、この方法を用いることが出来ない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて、半導体レーザ素子が密閉容器内に配置されてなるレーザモジュールにおいて、汚染物質が良好に除去された信頼性の高いレーザモジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
また本発明は、上述のようなレーザモジュールを耐久性の高いものとして製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のレーザモジュールは、半導体レーザ素子が密閉容器内に設置されてなるレーザモジュールにおいて、
前記密閉容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する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を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品が前記固定部材に固定されるとともに、
前記密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
なお上記光学部品と固定部材との間に挿入される接着性組成物は、接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように挿入されることが望ましい。
【００１６】
また、上記容器内に配置されているガス吸着機能を有する物質は、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも１つであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のレーザモジュールは、密閉容器内に、光ファイバと、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を該ファイバに入力するための光学系とを備えたものであってもよい。
【００１８】
また、本発明のレーザモジュールを構成する半導体レーザ素子の発振波長は４５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１９】
他方、前記接着性組成物は、シランカップリング剤を含有するものであることが望ましい。
【００２０】
さらに上記接着性組成物は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の平均直径を有する球状シリカ粒子を含有していることが望ましい。
【００２１】
また、前記固定部材は金属製部材からなり、前記光学部品は無機透明部材からなるものであることが望ましい。
【００２２】
また、前記オキセタニル基を有する化合物は、下記一般式（１）で表されるものであることが好ましい。
【化２】
2005109402.tif 000003
【００２３】
式（１）中Ｒ１はメチル基またはエチル基を示し、Ｒ2は炭素数６ないし１２の炭化水素基を示す。
【００２４】
一方、本発明によるレーザモジュールの製造方法は、上述した本発明のレーザモジュールを製造する方法であって、前記密閉容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する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し、室温における粘度が１０mPa・s 以上１，０００mPa・s 以下であって、被着体との接触角が４０度以下である接着性組成物を、接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることを特徴とするものである。
【００２５】
なお、本発明において用いられる上記接着性組成物については、特開2001-177166号公報に詳しい記載がなされているが、以下、詳しく説明する。
【００２６】
この接着性組成物は、エポキシ基を有する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必須成分として含有する。これらの化合物および開始剤はいずれも１種類でも、２種以上の混合物でも良い。
【００２７】
また本発明には、１分子内に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物が使用できるが、このエポキシ化合物としては、１分子内に２個以上のエポキシ基を有し脂環式構造を有しないグリシジル化合物よりも、１分子内に２個以上のエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物が好ましく用いられる。「エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物」とは、シクロペンテン基、シクロヘキセン基等のシクロアルケン環の二重結合を過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化した部分構造を１分子内に２個以上有する化合物を言う。本発明のエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物としては、シクロヘキセンオキシド基またはシクロペンテンオキシド基を１分子内に２個以上有する化合物が好ましい。このような脂環式エポキシ化合物の具体例としては、４−ビニルシクロヘキセンジオキサイド、（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチル−３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、ジ（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート、ジ（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート、ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル、ジ（２，３−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、ジシクロペンタジエンジオキサイド、が挙げられる。エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物は１種類を使用しても、２種以上の混合物を使用しても良い。種々の脂環式エポキシ化合物が市販されており、ユニオンカーバイド日本（株）、ダイセル化学工業（株）等から入手できる。
【００２８】
また、１分子内に２個以上のエポキシ基を有し脂環式構造を有しないグリシジル化合物を前記脂環式エポキシ化合物とほぼ等重量以下併用することもできる。このようなグリシジル化合物としては、グリシジルエーテル化合物やグリシジルエステル化合物を挙げることができるが、グリシジルエーテル化合物を併用することが好ましい。グリシジルエーテル化合物の具体例を挙げると、１，３−ビス（２，３−エポキシプロピロキシ）ベンゼン、ビスフェーノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポシキ樹脂、フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂等の芳香族グリシジルエーテル化合物、１，４−ブタンジオールグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリトリグリシジルエーテル等の脂肪族グリシジルエーテル化合物が挙げられる。グシシジルエステルとしては、リノレン酸ダイマーのグリシジルエステルを挙げることができる。脂環式エポキシ化合物に併用するグリシジル化合物は、１種類でも良く、または２種以上を混合使用しても良い。グリシジルエーテル類は油化シェルエポキシ（株）等から市販品を入手できる。
【００２９】
また、前記オキセタニル基を有する化合物（以下、単に「オキセタン化合物」ともいう。）は、１分子中にオキセタニル基を１個以上有する化合物である。このオキセタニル基含有化合物は、１分子中に１個のオキセタニル基を有する化合物と、１分子中に２個以上のオキセタニル基を有する化合物に大別される。
【００３０】
１分子中に１個のオキセタニル基を有する単官能オキセタン化合物としては、以下の一般式（１）で表される化合物が好ましい。
【化３】
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【００３１】
式（１）中Ｒ１はメチル基またはエチル基を示し、Ｒ2は炭素数６ないし１２の炭化水素基を示す。Ｒ2の炭化水素基としては、フェニル基やベンジル基も採りうるが、炭素数６ないし８のアルキル基が好ましく、２−エチルへキシル基等の分岐アルキル基が特に好ましい。Ｒ2がフェニル基であるオキセタン化合物の例は、特開平11-140279号公報に記載されている。Ｒ2が置換されていても良い、ベンジル基であるオキセタン化合物の例は、特開平6-16804号公報に記載されている。Ｒ1がエチル基であり、Ｒ2が２−エチルへキシル基であるオキセタン化合物は、優れた希釈剤、硬化促進剤、柔軟性付与剤、および表面張力低下剤として本発明に好ましく使用される。
【００３２】
本発明においては、１分子中に２個以上のオキセタニル基を有する多官能オキセタン化合物が使用できるが、好ましい化合物群は、下記の一般式（２）で表される。
【化４】
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【００３３】
式（２）中、ｍは２、３または４の自然数を示し、Ｚは酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子を表す。Ｒ3は水素原子、フッ素原子、炭素数が１ないし６の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、炭素数が１ないし６のフルオロアルキル、アリル基、フェニル基またはフリル基である。Ｒ4は、ｍ価の連結基であり、炭素数が１ないし２０の基であることが好ましく、１個以上の酸素原子、硫黄原子を含んでいても良い。Ｚは酸素原子が好ましく、Ｒ3はエチル基が好ましく、ｍは２が好ましく、Ｒ4としては、炭素数が１ないし１６の線形または分岐アルキレン基、線形または分岐ポリ（アルキレンオキシ）基が好ましく、Ｒ3、Ｒ4、Ｚ、およびｍに対する好ましい例の内から任意の２つ以上を組み合わせた化合物はさらに好ましい。
【００３４】
本発明で用いるオニウム塩光反応開始剤は、活性エネルギー線が接着性組成物に照射されることにより、活性な化学種を生成すると考えられるオニウム塩を言う。オニウム塩光反応開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルフォニウム塩等が、熱的に比較的安定であるために、好ましい。ここで、活性エネルギー線とは、オニウム塩に作用して化学反応を開始しうる化学的活性種（ルイス酸、ブレンステッド酸等のカチオン種）を生成しうるエネルギー線であり、紫外線、電子線、ガンマー線、Ｘ線等が含まれるが、紫外線が好ましく用いられる。
【００３５】
芳香族スルフォニウム塩および芳香族ヨードニウム塩をオニウム塩光反応開始剤として使用する場合、その対アニオンとしては、ＢＦ4−、ＡｓＦ6−、ＳｂＦ6−、ＰＦ6−、ＰＦ6−、Ｂ（Ｃ6Ｆ5）4−などが挙げられる。開始剤としては、芳香族スルフォニウムのＰＦ6塩またはＳｂＦ6塩が、溶解性と適度の重合活性を有するために好ましく使用できる。また、溶解性を改良するために、芳香族基ヨードニウム塩または芳香族スルフォニウム塩の芳香族基、通常はフェニル基に、１ないし１０の炭素を有する、アルキル基またはアルコキシ基を１つ以上導入した化学構造が好ましい。芳香族スルフォニウム塩のＰＦ6塩またはＳｂＦ6塩は、ユニオンカーバイド日本（株）等から市販されている。旭電化工業（株）からも、アデカオプトマーＳＰシリーズの商品名で芳香族スルフォニウムのＰＦ6塩が市販されている。芳香族スルフォニウム塩は約３６０ｎｍまでに吸収を有し、芳香族ヨードニウム塩は約３２０ｎｍまでに吸収を有するので、硬化させるには、この領域の分光エネルギーを含む紫外線を照射するのが良い。
【００３６】
以下に示す化学構造式の中でもスルフォニウム塩PI-3およびPI-4は、光の吸収効率が高いために、好ましく使用される。
【化５】
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【００３７】
本発明で用いるオニウム塩光反応開始剤は、活性エネルギー線の作用により、活性なカチオン種を生成して、脂環式エポキシ化合物およびオキセタニル基を有する化合物をカチオン重合させることにより、本発明の接着性組成物を硬化させると考えられる。
【００３８】
本発明で用いる接着性組成物において、脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の重量比は、（９５ないし６５）重量部対（５ないし３５）重量部であり、好ましくは、（８０ないし７０）重量部対（２０ないし３０）重量部である。単官能オキセタン化合物が少なすぎると接着性組成物の粘度、表面張力等の液物性が良好でなく、逆に単官能オキセタン化合物の添加量が多すぎると、硬化物が柔軟になりすぎ、接着強度が低下する。また、オニウム塩光反応開始剤は触媒量使用すれば良く、その添加量は脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の合計１００重量部に対して、０．３ないし１０重量部であり、０．５ないし５重量部が好ましい範囲である。
【００３９】
本発明においては、光学部品と固定部材との間に接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように接着性組成物を挿入する。この接着厚さ以下では、接着強度が不足し、この厚さ以上では、接着剤の硬化収縮の悪影響が生じやすい。０．０５μｍ以上２μｍ以下の接着厚さが好ましく、０．２μｍ以上１μｍ以下の接着厚さが特に好ましい。
【００４０】
本発明においては、上記接着性組成物に、さらにシランカップリング剤を添加することが好ましい。シランカップリング剤は、光学部品およびその被着体である無機の部材や金属製部材と接着性組成物とを化学的に結合する性質を有していると考えられる。このシランカップリング剤の併用により、接着強度および接着耐久性を改良することができる。本発明に併用するシランカップリング剤としては、１分子中にエポキシ基およびトリメトキシシリル基を有するエポキシシラン類が好ましく用いられる。このようなカップリング剤は、信越化学工業（株）からＫＢＭ３０３、ＫＢＭ４０３、ＫＢＥ４０２等の商品名で入手できる。シランカップリング剤の好ましい使用範囲は、脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の合計１００重量部に対して、０．５ないし５重量部とすれば良く、１ないし３重量部が好ましい。
【００４１】
また本発明では、接着性組成物に球状シリカ粒子を含有させることが好ましい。シリカ粒子は、０．１μｍないし２μｍの直径を有し、粒度分布ができるだけ均一であると良い。平均粒度が０．２μｍ以上０．８μｍ以下である粒子が本発明に好ましく使用され、形状が真球状に近く、イオン性の不純物が少ないシリカ粒子が特に好ましく使用される。このシリカ粒子を添加することにより硬化させた接着性組成物の熱耐久性を改良することができる。球状シリカ粒子の添加量は接着性組成物１００重量部に対し、１ないし２０重量部の範囲で適宜選択できる。合成石英球状シリカは（株）龍森等から市販されている。
【００４２】
本発明において上記接着性組成物は、レンズ、反射ミラー等の無機透明部材とこれを接着固定する金属（銅、銅合金、アルミニウム等）製ホルダー等の金属製固定部材との接着に好ましく使用される。
【００４３】
本発明者は鋭意検討の結果、接着性組成物の室温（２５℃）における粘度を１０ｍＰａ・ｓ以上、１，０００ｍＰａ・ｓ以下に調節することが好ましく、粘度を８０ｍＰａ・ｓ以上、３００ｍＰａ・ｓ以下に調節することがさらに好ましく、加えて、この接着性組成物と被着体との接触角を４０度以下すること、より好ましくは３０度以下とすることが良好な接着固定を与えることを見いだした。組成物粘度を調節するするためには、単官能オキセタン化合物の添加が有効である。また、必要に応じて、フッ素系界面活性剤を添加することにより接触角の調節を行うことができる。フッ素系界面活性剤は、疎水基としてフッ化炭素を有する界面活性剤であり、アニオン、カチオンおよびノニオンの３種があるが、本発明にはフッ素化アルキルエステル系のノニオン界面活性剤の使用が好ましい。このノニオン界面活性剤の添加量は、接着性組成物の１００重量部に対して０．１ないし１重量部である。このノニオン界面活性剤は住友スリーエム（株）等からフロラード（ＦＣ１７０Ｃ、同１７１、同４３０、同４３１等）の商品名で市販されている。
【００４４】
また本発明で用いる接着性組成物には、上記の添加剤の他に、染料、顔料等の不活性成分を適宜添加することができる。また、光硬化性を向上させる目的で、ピレン、ペリレン、アクリジンオレンジ、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、ベンゾピラン等の光増感剤を添加しても良い。紫外線により硬化させるために紫外線照射光源として種々の光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、炭素アークランプ、タングステン−ハロゲン複写ランプが挙げられる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明のレーザモジュールによれば、半導体レーザ素子が設置される密閉容器内にガス吸着機能を有する物質が配置されていることにより、炭化水素系化合物およびケイ素化合物等が良好に吸着されるので、半導体レーザ素子の出射端面等にこれらの化合物が堆積することが無く、レーザ特性および信頼性を良好なものとすることができる。また、加熱処理を行う必要が無いので高信頼性の半導体レーザ素子を効率良く作製することが可能である。
【００４６】
また、従来技術のように、封止空間の雰囲気の調整あるいは脱脂および洗浄処理を行う必要が無く、モジュールの製造過程を簡略化することができる。
【００４７】
また、特にガス吸着機能を有する物質として、ゼオライト吸着剤および活性炭の少なくとも１つを用いた場合は、炭化水素系化合物等を良好に吸着することができるので、レーザ特性および信頼性をさらに良好なものとすることができる。
【００４８】
また、さらに光ファイバを備えたレーザモジュールに対して本発明を適用すれば、光学系部材の表面および光ファイバの入力端に汚染物質が堆積することを良好に防止することができるので効果的である。
【００４９】
特に、発振波長が４５０ｎｍ以下の半導体レーザ素子の場合、これらの短波長レーザ光による炭化水素系化合物の堆積速度および堆積量は長波長のレーザ光の場合に比べて大きいため、本発明を適用することは非常に効果的である。
【００５０】
また、本発明において、光学部品と固定部材との接着に前述の接着性組成物を使用すると、接着剤の硬化時の硬化収縮率（線収縮率）は２％程度に抑えることができる。そこで、レーザモジュールを構成する半導体レーザ素子、コリメータレンズ、集光レンズ、および光ファイバ等の光学部品を該接着性組成物によって固定部材に固定する場合、接着性組成物の層厚が５μｍ以下に調整されていれば、この接着性組成物の未硬化部分の硬化収縮が進行しても収縮は５×０．０２＝０．１μｍ程度と極めて少なく抑えられる。さらに上述の接着性組成物は、光学部品と固定部材との間が１μｍ程度に狭くなっても、均一に浸透して、紫外線等により硬化した後も強力かつ柔軟性のある硬化物を生成するために、低温（−２５℃）から高温（７０℃）にわたる広い温度範囲ではがれの発生の無い接着が実現できる。以上により、上述のような光学部品の相対位置精度が高く保たれるので、本発明のレーザモジュールはこの点からも高い信頼性を備えたものとなり得る。
【００５１】
他方、本発明のレーザモジュールの製造方法においては、密閉容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する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し、室温における粘度が１０mPa・s 以上１，０００mPa・s 以下（より好ましくは８０ｍＰａ・ｓ以上、３００ｍＰａ・ｓ以下）であって、被着体との接触角が４０度以下（より好ましくは３０度以下）である接着性組成物を、接着厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下となるように挿入した後、活性エネルギー線により硬化させるようにしたので、先に説明した通り、良好な接着固定を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
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。
【００５３】
本発明の第１の実施の形態によるキャン型封止レーザモジュールについて説明する。図１にそのレーザモジュールの概略構成図を示し、図２(a)に概略平面図を示し、図２(b)に概略側面図を示す。
【００５４】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図１に示すように、サブマウント５上に半導体レーザ素子６が接着されたヒートシンク４と、半導体レーザ素子６からワイヤ９によって接続された電極端子８と、電極端子12にワイヤ13により接続されたモニタ用フォトダイオード10とが、ステム１上に固設されており、さらに、ゼオライト吸着剤11が１個、無機接着剤により固定されており、これらが、無反射コーティングが施されたガラス窓３を備えた容器２によって、ドライエア（Ｎ2＝８０％、Ｏ2＝２０％）雰囲気でリングウェルド封止されてなるものである。なお、容器２の内容積は、６７．５ｍｍ3である。
【００５５】
ゼオライト吸着材11は、図２(a)、図２(b)に示すように、容器２の壁面とヒートブロック４との間のステム１上に設置されている。また、ゼオライト吸着剤11は、図２(c)に示すように、直径(x)１．５ｍｍ、高さ(y)１．５ｍｍの円柱状に成型したものを用いた。ゼオライト吸着剤の設置場所は、上記場所に限らずレーザ発振を妨害しない箇所であれば容器内のいずれの箇所であってもよい。
【００５６】
上記ゼオライト吸着剤11としては、東ソー（株）製の「ゼオラム Ｆ９ ＨＡ」が好ましく、この「ゼオラム Ｆ９ ＨＡ」は、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の結晶性含水アルミノケイ酸塩（Ｍe／x・Ａｌ2Ｏ3・mＳｉＯ2・nＨ2Ｏ：Ｍeはx価の金属イオン）からなるものである。ゼオライト吸着剤11の量は、容器の内容積、推定される汚染物質量および吸着剤11の吸着能力等を考慮して決定されることが望ましい。
【００５７】
なお、本実施の形態ではゼオライト吸着剤11を接着する接着剤として、無機接着剤を用いたが、有機接着剤および無機接着剤のいずれであってもよい。
【００５８】
また、図１は、容器内の部品構成を解りやすくするため、円筒形の容器２の手前半分については示していない。
【００５９】
本実施の形態によるキャン型封止レーザモジュールは、半導体レーザ素子６の前方出射光であるレーザ光７が無反射コーティングされた窓ガラス３から出射するものであり、半導体レーザ素子６の後方出射光はモニタフォトダイオード10によってその発光量が感知されて、レーザ光７の出力が一定となるように電流が自動的に制御されるものである。
【００６０】
次に、本発明によるレーザモジュールと従来例のレーザモジュールの経時信頼性について評価を行った。図３に従来例のレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化のグラフを示し、図４に本発明のレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化のグラフを示す。なお、グラフの縦軸は駆動電流を初期駆動電流で規格化した値である。
【００６１】
本発明のレーザモジュールとしては、上記第１の実施の形態によるレーザモジュールであって、半導体レーザ素子６の発振波長を４０５ｎｍとしたものを用いた。従来例のレーザモジュールには、ゼオライト吸着剤11を備えないこと以外は上記第１の実施の形態と同一のレーザモジュールを用いた。従来例および本発明のレーザモジュール内の封止雰囲気は、共にドライエア（Ｎ2＝８０％、Ｏ2＝２０％）である。環境温度２５℃で、光出力が３０ｍＷとなるように駆動電流を調整して評価を行った。
【００６２】
従来例のレーザモジュールでは、図３に示すように、経時で駆動電流の変化が見られるが、本発明のレーザモジュールでは、図４に示すように、駆動電流の増加は見られず経時で安定している。このことから、吸着剤をモジュール内に内蔵したことにより、炭化水素化合物等の汚染物質が半導体レーザ素子の端面あるいは光学部品等へ付着することを良好に防止でき、安定したレーザ特性を得ることができることが分かった。
【００６３】
次に、銅等の金属からなる固定部材であるサブマウント５に対する半導体レーザ素子６の接着について説明する。半導体レーザ素子６の接着面をサブマウント５の接着面に密着させて、その隙間に以下に詳述する接着性組成物を挿入した後、紫外線照射により硬化させた。脂環式エポキシ化合物としてユニオンカーバイド日本（株）製ＵＶＲ６１２８（ビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート）を使用し、単官能オキセタン化合物として東亜合成（株）のアロンオキセタンＯＸＴ−２１２（ＥＨＯＸ）を使用し、また光反応開始剤としてユニオンカーバイド日本（株）製のＵＶＩ−６９９０（トリアリ−ルスルフォニウムのＰＦ5塩）を使用し、これらの成分の重量比を下記の表１に示すように設定して、接着性組成物実施例１〜３および比較例１を調製した。
【表１】
2005109402.tif 000007
【００６４】
接着性組成物を紫外線照射により硬化させた後、接着均一性を光学顕微鏡により目視観察したところ、オキセタン化合物ＥＨＯＸを併用した実施例１〜３の接着剤が、併用しない比較例１の接着剤よりも優れた接着面の均一性を示した。
【００６５】
次に、本発明の第２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。そのレーザモジュールの概略側面図および上面図を図５に示す。
【００６６】
本実施の形態によるレーザモジュールは、図５に示すように、容器40の底面にベース板42が固定されており、このベース板42上に、７個のＧａＮ系半導体レーザ素子LD21〜LD27が接着されたヒートブロック20と、該ヒートブロック20に取付けられたコリメータレンズホルダ44に保持されたコリメータレンズ31〜37と、集光レンズホルダ45に保持された集光レンズ43と、ファイバホルダ46に保持されたマルチモード光ファイバ30とが固設されている。容器40の壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザ素子LD21〜LD27に駆動電流を供給する配線47が容器外に引き出されている。
【００６７】
また、容器40はその開口を閉じるように作製された蓋41を備えており、蓋41の裏面の領域51には、直径１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱状のゼオライト吸着剤50が１２０個、１０個×１２個の配列で、無機接着剤により固定されている。容器内に半導体レーザ素子および光学部材等を配置した後、ドライエア（Ｎ2＝８０％、Ｏ2＝２０％）雰囲気で、容器40は蓋41を接着されて封止される。容器40の内容積は、８１６０ｍｍ3であり、ゼオライト吸着剤50は上記第１の実施の形態と同様、東ソー（株）製の「ゼオラム Ｆ９ ＨＡ」を用いた。
【００６８】
また、コリメータレンズ31〜37の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ31〜37は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザ素子LD21〜LD27の発光点の配列方向と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００６９】
なお図５(a)においては、図の複雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザ素子のうち、半導体レーザ素子LD21およびLD27にのみ符号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ31および37にのみ符号を付している。
【００７０】
一方、ＧａＮ系半導体レーザ素子LD21〜LD27としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々のレーザビームB21〜B27を発するレーザが用いられている。これらの半導体レーザ素子LD21〜LD27は活性層と平行な方向に発光点が一列に並ぶように配設されている。
【００７１】
従って、各発光点から発せられたレーザビームB21〜B27は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ31〜37に対して拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ31〜37の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームB21〜B27の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。コリメータレンズ31〜37の各々は、焦点距離ｆ1＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００７２】
集光レンズ43は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ31〜37の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ43は、焦点距離ｆ2＝１２．５ｍｍ、ＮＡ＝０．３である。この集光レンズ43も、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００７３】
マルチモード光ファイバ30は、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバのいずれでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバを用いることができる。この光ファイバは、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスであり、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．３、端面コートの透過率＝９９．５％以上である。
【００７４】
レーザビームB21〜B27は上記集光レンズ43により集光されてマルチモード光ファイバ30に入射し、そこで互いに合波され、高出力化されてマルチモード光ファイバ30から出射する。
【００７５】
本第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、経時で駆動電流の増加は見られず、安定していることが確認されている。
【００７６】
吸着剤の接着に有機接着剤を用いた場合、該接着剤から発生する有機ガス成分がモジュール内に存在することとなる。特願2002-101714号明細書に、脱気処理により有機系ガス等を除去することが提案されているが、第２の実施の形態によるレーザモジュールにおいて、前記直径１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの円柱状のゼオライト吸着剤11を１５０個内蔵させれば、脱気処理を行わなず封止しても、有機ガス等は良好に吸着剤により吸着される。このため、製造工程および製造コストを増やすことなく、良好なレーザ特性および経時信頼性を得ることができる。
【００７７】
次に、銅等の金属からなる固定部材であるコリメータレンズホルダ44に対するコリメータレンズ31〜37の接着について説明する。コリメータレンズ31〜37の接着面（図５（ｂ）中の下端面）をコリメータレンズホルダ44の接着面に密着させて、その隙間に以下に詳述する接着性組成物を挿入した後、紫外線照射により硬化させた。脂環式エポキシ化合物としてユニオンカーバイド日本（株）製ＵＶＲ６１２８を使用し、さらに２官能グリシジル化合物として油化シェルエポキシ（株）製のビスフェノールＦ型系のエピコート８０６を併用し、単官能オキセタン化合物として東亜合成（株）のアロンオキセタンＯＸＴ−２１２（ＥＨＯＸ）を必要に応じて併用し、また光反応開始剤としてユニオンカーバイド日本（株）製のＵＶＩ−６９９０（トリアリ−ルスルフォニウムのＰＦ5塩）を使用し、シランカップリング剤として信越化学工業（株）製のＫＢＭ３０３、および（株）龍森の合成石英球状シリカ１−ＦＸ（平均粒径０．３８μｍ）を必要に応じて併用し、これらの成分の重量比を下記の表２に示すように設定して、接着性組成物実施例４〜１０を調製した。
【表２】
2005109402.tif 000008
【００７８】
接着性組成物を紫外線照射により硬化させ、−２５℃〜７０℃の保存試験を行った後に、接着面のハガレ発生率を測定したところ、表２中に示す結果が得られた。単官能オキセタン化合物ＥＨＯＸを増量した接着性組成物を用いた実施例５および６が実施例４よりも低いハガレ発生率を示し、さらにシランカップリング剤を併用した接着剤を使用した実施例７および８はさらにハガレ発生率が低くなり、特に実施例８においてはハガレの発生が認められなかった。また、実施例９は、ビスフェノールＦ型のジグリシジル化合物を脂環式エポキシ化合物に任意的に併用した実施態様であり、さらに実施例１０は、合成石英球状シリカを任意的に添加した実施態様であるが、いずれも、強制保存試験によってもコリメータレンズホルダ44と接着層の間のハガレを生じていない。
【００７９】
また、上記接着性組成物に紫外線を照射して硬化させた後に、コリメータレンズホルダ44とコリメータレンズ31〜37との間の各接着剤の層厚を測定したところ、約０．３〜０．６μｍであった。そしてこの接着剤は、体積硬化収縮が４〜５％であり、−25℃〜70℃の保存試験を行なった後の各接着剤層の厚さ変化は、０．０３μｍ以下に抑えられた。したがって、光軸調整されたＧａＮ系半導体レーザ素子LD21〜LD27とコリメータレンズ31〜37との相対位置関係が、上記接着のために狂うようなことがなく、良好な合波効果が得られる。
【００８０】
なお、上述のような接着方法は、容器40内のその他の光学部品と固定部材との接着、例えば集光レンズ43と集光レンズホルダ45との接着、マルチモード光ファイバ30とファイバホルダ46との接着等にも適用可能であり、そのようにした場合も、基本的に上述と同様の効果を奏するものである。
【００８１】
さらに上述のような接着方法は、第１および第２の実施の形態として示したレーザ装置に限らず、一般に光源、レンズ、ミラー、ハーフミラー、凹面鏡、凸面鏡、回折格子、等の光学部品を有する光デバイスにおいて、それらの光学部品とそれらの固定部材との接着固定に広く適用することができ、そのようにした場合も、基本的に上述と同様の効果を奏するものである。
【００８２】
また上記第１および第２の実施の形態においては、吸着剤として、ゼオライト吸着剤を用いたが、活性炭、あるいはゼオライト吸着剤と活性炭との両方を用いてもよく、ゼオライト吸着剤の場合と同様の効果を得ることができる。活性炭を用いる場合も、無機系あるいは有機系の接着剤を用いて容器内に固着すればよい。ガス吸着機能を有する物質として他の化合物からなる吸着剤を用いてもよい。
【００８３】
本発明により、半導体レーザ素子が封止されている容器内に存在する炭化水素化合物等の汚染物質を良好に除去することができるので、信頼性の高いレーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるレーザモジュールを示す概略構成図
【図２】上記レーザモジュールを示す平面図および側面図
【図３】従来のレーザモジュールにおける駆動電流の経時変化を示すグラフ
【図４】本発明の第１の実施形態によるレーザモジュールにおける、駆動電流の経時変化を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施形態によるレーザモジュールを示す概略構成図
【符号の説明】
【００８５】
１    ステム
２    蓋
３    窓ガラス
４    ヒートシンク
５    サブマウント
６    半導体レーザ素子
７    レーザ光
８    電極端子
９    ワイヤ
10    モニタフォトダイオード
11    ゼオライト吸着剤
12    電極端子
13    ワイヤ
30    マルチモード光ファイバ
31〜37    コリメータレンズ
40    容器
43    集光レンズ
44    コリメータレンズホルダ
45    集光レンズホルダ
LD21〜LD27    ＧａＮ系半導体レーザ素子
【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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