(57)【要約】【課題】洗浄が必要な箇所に効率よく紫外線を照射して半導体レーザの出射端面を洗浄することが可能な半導体レーザの洗浄方法及びこれを用いた半導体レーザモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ１を半導体レーザパッケージ９に配置する工程と、半導体レーザ１の出力光を外部に取り出すための光ファイバ３を、半導体レーザ１と光学的に結合する位置に固定する工程と、半導体レーザ１の出射端面２近傍を酸素またはオゾンを含有する雰囲気にする工程と、光ファイバ３に半導体レーザパッケージ９外部から紫外線４を導入させて、酸素またはオゾンを含有する雰囲気において、出射端面２近傍に紫外線４を照射させて洗浄する工程とを含み、光ファイバ３は、紫外線４の波長及び半導体レーザ１の出力光波長を透過可能である。【選択図】図１
2012156353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザパッケージに配置された半導体レーザの出射端面洗浄方法であって、
前記半導体レーザを前記半導体レーザパッケージに配置する工程と、
前記半導体レーザの出力光を外部に取り出すための光ファイバを、前記半導体レーザと光学的に結合する位置に固定する工程と、
前記半導体レーザの出射端面近傍を酸素またはオゾンを含有する雰囲気にする工程と、
前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記酸素またはオゾンを含有する雰囲気において、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程と、
を含み、
前記光ファイバは、前記紫外線の波長及び前記半導体レーザの出力光波長を透過可能であることを特徴とする半導体レーザの洗浄方法。
【請求項２】
半導体レーザモジュールの製造方法であって、
半導体レーザを半導体レーザパッケージに配置する工程と、
前記半導体レーザの出力光を外部に取り出すための光ファイバを、前記半導体レーザと光学的に結合する位置に固定する工程と、
前記半導体レーザの出射端面近傍を酸素またはオゾンを含有する雰囲気にする工程と、
前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記酸素またはオゾンを含有する雰囲気において、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程と、
を含み、
前記光ファイバは、前記紫外線の波長及び前記半導体レーザの出力光波長を透過可能であることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程は、前記半導体レーザパッケージが開放された状態で行い、
前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄した後、前記半導体レーザ及び前記光ファイバの先端部を前記半導体レーザパッケージにより気密に封止することを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記半導体レーザ及び前記光ファイバの先端部が前記半導体レーザパッケージにより気密に封止された状態で、前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄することを特徴とする半導体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、紫外線照射による半導体レーザの洗浄方法及びこの洗浄方法を用いた半導体レーザモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ（ＬＤ）素子を用いた光源装置として、ＬＤ素子から出射する光を光ファイバに結合させ、半導体レーザと光ファイバの先端部をパッケージに気密封止した半導体レーザモジュールが知られている。
ＬＤ素子の出射端面に有機物や塵埃等の汚染物が堆積すると、ＬＤ素子から出射する光が汚染物に吸収されて発熱し、出射端面の過大な温度上昇により、ＣＯＤ（カタストロフィックオプティカルダメージ）等の故障が起こるおそれがある。
特許文献１には、発光素子を収納するパッケージをオゾン雰囲気下にて封止し、封止されたパッケージ内に４００ｎｍ以下の波長を有する光を照射する発光装置の組立方法が記載されている。
特許文献２には、酸素を導入したチャンバ内で半導体レーザ素子をマウントしたパッケージに紫外線を照射した後、不活性ガスでパージしパッケージを外気に曝すことなく不活性ガス雰囲気で気密封止する半導体レーザ素子の気密封止方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７３９０８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＤ素子の外面やパッケージの内部には、ＬＤ素子の半導体チップを樹脂封止する樹脂部、ＬＤ素子の駆動回路を構成するメッキ金属部、あるいはゴムなどの異種材料が存在する場合がある。このため、従来技術のように、パッケージ内で広い範囲に紫外線を照射すると、洗浄が不要な箇所にも紫外線が照射され、樹脂部やゴム等の有機材料の変質や、金属部の表面酸化など、部材の劣化が発生することがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、洗浄が必要な箇所に効率よく紫外線を照射して出射端面を洗浄することが可能な半導体レーザの洗浄方法及びこれを用いた半導体レーザモジュールの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、半導体レーザパッケージに配置された半導体レーザの出射端面洗浄方法であって、前記半導体レーザを前記半導体レーザパッケージに配置する工程と、前記半導体レーザの出力光を外部に取り出すための光ファイバを、前記半導体レーザと光学的に結合する位置に固定する工程と、前記半導体レーザの出射端面近傍を酸素またはオゾンを含有する雰囲気にする工程と、前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記酸素またはオゾンを含有する雰囲気において、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程と、を含み、前記光ファイバは、前記紫外線の波長及び前記半導体レーザの出力光波長を透過可能であることを特徴とする半導体レーザの洗浄方法を提供する。
本発明の半導体レーザの洗浄方法によれば、出射端面に光結合された光ファイバを通じて紫外線を照射することにより、出射端面における紫外線の照射範囲を制限して、出射端面に集中的に紫外線を照射することができる。これにより、半導体レーザやその周囲に存在する樹脂部やメッキ面等の紫外線洗浄が必要ない箇所への紫外線照射が抑制され、樹脂の変質や金属の表面酸化等の影響を回避しつつ、効率的に出射端面を洗浄することができる。
また、紫外線照射に用いる光ファイバが半導体レーザの発光波長を透過可能でもあるので、紫外線照射の際に光ファイバが光結合した状態を維持して半導体レーザ出力光を光ファイバから外部に取り出すことができる。これにより、出射端面の洗浄後に別の光ファイバに交換する手間が省け、コスト及び工数を削減できるとともに、別の光ファイバを光結合する際に出射端面が汚染するおそれがない。
【０００７】
また、本発明は、半導体レーザモジュールの製造方法であって、半導体レーザを半導体レーザパッケージに配置する工程と、前記半導体レーザの出力光を外部に取り出すための光ファイバを、前記半導体レーザと光学的に結合する位置に固定する工程と、前記半導体レーザの出射端面近傍を酸素またはオゾンを含有する雰囲気にする工程と、前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記酸素またはオゾンを含有する雰囲気において、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程と、を含み、前記光ファイバは、前記紫外線の波長及び前記半導体レーザの出力光波長を透過可能であることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法を提供する。
この製造方法によれば、半導体レーザ及び光ファイバがパッケージの所定位置に固定された状態で、上述の半導体レーザの洗浄方法を実施することができるので、出射端面の洗浄後には半導体レーザのパッケージへの取り付け作業を行う必要がなく、出射端面の清浄な状態を維持しやすくなる。
【０００８】
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄する工程は、前記半導体レーザパッケージが開放された状態で行い、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄した後、前記半導体レーザ及び前記光ファイバの先端部を前記半導体レーザパッケージにより気密に封止することもできる。
この場合、紫外線洗浄により汚れや異物等が分解されて生成したガスや水分等を、パッケージ外に容易に放出することができる。
【０００９】
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記半導体レーザ及び前記光ファイバの先端部が前記半導体レーザパッケージにより気密に封止された状態で、前記光ファイバに前記半導体レーザパッケージ外部から紫外線を導入させて、前記出射端面近傍に紫外線を照射させて洗浄することもできる。
この場合、出射端面の洗浄後にはパッケージの封止作業を行う必要がなく、出射端面の清浄な状態を維持しやすくなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光ファイバを通じて半導体レーザパッケージ外部から出射端面に集中的に紫外線を照射して、効率的に出射端面を洗浄することができるとともに、出射端面の洗浄後に半導体レーザを光ファイバと光結合する工程が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の半導体レーザの洗浄方法の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザモジュールの構成を例示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の半導体レーザの洗浄方法の一実施形態を示す。本実施形態では、半導体レーザ１と光ファイバ３の先端部６は、半導体レーザモジュール１０のパッケージ９の内部に収容されている。
【００１３】
光ファイバ３は、洗浄に用いられる紫外線の波長と半導体レーザ１の発光波長を透過可能なものが使用される。光ファイバ３としては、コアが純粋シリカ（ＳｉＯ２）ガラス、水酸基（ＯＨ基）含有シリカガラス等からなり、クラッドがフッ素（Ｆ）を添加したシリカガラス等からなるものが挙げられる。光ファイバ３のクラッド外周を覆う被覆材（コーティング）は、紫外線硬化樹脂等の樹脂からなるものが好ましい。光ファイバ３の一例として、コア径１００μｍ、クラッド径１２５μｍのマルチモードファイバが挙げられる。光ファイバ３の長さは、パッケージ９内の半導体レーザ１とパッケージ外の外部装置との間の光伝送が可能であればよく、特に限定されるものではないが１０ｃｍ〜３ｍ程度が挙げられる。この半導体レーザモジュール１０は、後述のように、半導体レーザからの出力光を光ファイバ３を介して、外部に出力する。
【００１４】
光ファイバ３の先端部６は、半導体レーザ１の出射端面２に対向するように位置決めされている。光ファイバ３の先端部６を保持する構成は特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、パッケージ９内では、光ファイバ３をファイバマウント７に固定する半田８等を用いて、光ファイバ３の先端部６を支持することができる。
光ファイバ３の先端部６は、出射端面２に向かって先細り状となり、光ファイバ３のコアの端面がレンズ状に加工されることが好ましい。光ファイバ３の先端部６と半導体レーザ１の出射端面２との間には、集光レンズ（図示せず）を配置することもできる。集光レンズを配置する場合、光ファイバ３の先端部は、光ファイバ３の長手方向に垂直な端面を有する形状であってもよく、レンズ状に加工をする必要はない。光ファイバ３の先端部６は、半導体レーザ１の出力光が光ファイバ３のコアに結合される位置に調芯されて固定される。
【００１５】
光ファイバ３の先端部には、反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜は、洗浄に用いられる紫外線の波長と半導体レーザ１の発光波長を透過可能で、半導体レーザ１の発光波長の反射率が低い（例えば５％以下）のものが使用される。反射防止膜は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）のように、屈折率の異なる複数の誘電体からなる誘電体多層膜により構成することができる。
光ファイバ３の先端部の反射防止膜により、半導体レーザ１から出力されたレーザ光が、光ファイバ３の先端部で反射して、半導体レーザ１の共振器に戻ることを抑制できる。戻り光を抑制できるので、半導体レーザ１のレーザ発振が不安定になることを抑制することができる。さらに、半導体レーザ１から出力されたレーザ光が、光ファイバ３の先端部で反射されることが抑制されるので、レーザ光を高い効率で光ファイバ３に導入することができる。
【００１６】
半導体レーザ１の発光波長は、光通信、光センサ等の用途に応じて、紫外光、可視光、赤外光の範囲から選択することができる。発光波長の具体例としては、９００ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１０２０ｎｍ帯、１４２０〜１４９０ｎｍ、及び１５５０ｎｍ帯等が挙げられる。光ファイバ３のコアが水酸基（ＯＨ基）を高濃度に含有するシリカガラスからなる場合、ＯＨ基の振動吸収が約１．３μｍ付近の波長帯に幅広く存在するため、吸収波長帯から離れた９８０ｎｍ等の発光波長を選択すると、発光波長における光ファイバ３の伝送損失が低くなり、好ましい。
半導体レーザ１は、例えばパッケージ９内に配置したマウント１１に保持させることができる。このマウント１１には、半導体レーザ１の過熱を防ぐため、ヒートシンクや冷却素子（図示せず）を設けることが好ましい。半導体レーザ１は、パッケージ９の外部からリード等の電極棒１４を介して供給される駆動電流により発光する。電極棒１４と半導体レーザ１との間は、マウント１１上の導体パターン１２やワイヤ１３によって電気的に接続されている。
【００１７】
パッケージ９は、半導体レーザ１及び光ファイバ３の先端部６を気密に封止するための容器であり、例えばケースとキャップとの組み合わせにより構成することができる。パッケージ９は、金属、ガラス、樹脂、ゴム等から選択される１種または２種以上により構成することができる。なお、図面ではパッケージ９の内部を示すため、上面と手前面を開放した状態で図示しているが、気密封止のためには全面を覆う必要がある。さらに、光ファイバ３は、パッケージ９の側壁に開口した孔に挿入され、その隙間には封止材（図示せず）等が充填されている。
【００１８】
次に、半導体レーザ１の出射端面２を洗浄する方法を説明する。まず、光ファイバ３の先端部６と反対の端部に紫外線光源を接続する。次に、半導体レーザ１の出射端面２近傍を酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）を含有する雰囲気とした状態において、光ファイバ３を通じて紫外線４を出射端面２に照射する。紫外線４が放射される光ファイバ３の先端部６は、半導体レーザ１の出力光が光ファイバ３のコアに結合される位置に調芯されて固定されているので、紫外線４は、半導体レーザ１の出射端面２のレーザ導波路近傍の領域に照射される。この紫外光の照射により、出射端面２を洗浄する。
紫外線４は、有機物に含まれる化学結合を切断するのに必要な光エネルギーを有するものが選択される。波長１５０〜２５０ｎｍの範囲で１または複数の発光ピークを有する限り、２５０ｎｍより長波長の光を含んでもよい。紫外線４の照射により、有機物の結合が切断されると、フリーラジカルや励起状態の分子を生成する。
なお、紫外線４照射中に、酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）を導入し、半導体レーザ１の出射端面２近傍を酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）を含有する雰囲気とさせてもよい。
【００１９】
紫外線４を発生する光源としては、例えば、波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を放射する低圧水銀ランプや波長１２６ｎｍ、１４６ｎｍ、１７２ｎｍ、及び２２２ｎｍ等の紫外線を放射するエキシマランプ、波長１７２ｎｍのＸｅ２エキシマレーザ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザが挙げられる。
例えば低圧水銀ランプを用いる場合、波長１８５ｎｍの紫外線が酸素に吸収されると、オゾンが発生する。さらにオゾンに波長２５４ｎｍの紫外線が吸収されると、励起酸素原子が生成される。この強力な酸化力をもったオゾンや励起酸素原子が、紫外線照射によって生成した有機物のフリーラジカルや励起状態の分子と反応することで、有機物が二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）のような揮発性物質に分解される。このようにして出射端面２に付着している有機物が、ほぼ完全に分解除去されるので、半導体レーザ１の出射端面２における堆積物の生成を防止し、半導体レーザ１の特性劣化を防止することができる。
【００２０】
紫外線による有機物の分解除去に要する処理時間は、有機物の量に依存するが、あらかじめ、アセトン、メタノール、イソプロピルアルコール、純水等の揮発性溶剤によって洗浄し、乾燥後に紫外線洗浄を行うことが好ましい。これにより、出射端面２に付着した有機物の量を低減できるので、紫外線洗浄の処理時間を短縮することができる。
雰囲気ガスは、水分を除いたドライなガスが望ましい。雰囲気ガスは、酸素（Ｏ２）及びオゾン（Ｏ３）の両方を含んでもよい。また、雰囲気ガスが、酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）のほかに、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）等の不活性ガスを含んでもよい。
【００２１】
半導体レーザ１と、光ファイバ３とをパッケージ９に取り付けた状態で、光ファイバ３を通じて紫外線４を出射端面２に照射すると、出射端面２の洗浄後には半導体レーザ１のマウント作業を行う必要がなく、出射端面２の清浄な状態を維持しやすく、好ましい。
パッケージ９が、マウント１１を有するケースと、ケースを閉鎖する蓋とからなる場合、半導体レーザ１及び光ファイバ３をケースに取り付けておき、洗浄後に蓋を取り付けてパッケージ９を封止することができる。この場合、紫外線洗浄により汚れや異物等が分解されて生成したガスや水分等を、パッケージ外に容易に放出することができ、分解されて生成したガスや水分等による出射端面２への再付着を抑制できるので好ましい。気密封止後にパッケージ９に封入される気体（置換ガス）としては、酸素（Ｏ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、酸素及び窒素の混合ガスが一般的に用いられる。ガスの置換を適宜の回数繰り返して、紫外線洗浄時の雰囲気ガスに含まれる水分等をパージすることが好ましい。
【００２２】
また、半導体レーザ１及び光ファイバ３の先端部６がパッケージ９により気密に封止された状態で、光ファイバ３を通じてパッケージ９外部から紫外線４を導入させて、紫外線４を出射端面２に照射させて洗浄することもできる。この場合、出射端面２の洗浄後にはパッケージ９の封止作業を行う必要がなく、出射端面２の清浄な状態を維持しやすく、好ましい。
【００２３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、半導体レーザモジュール１０は、１つのパッケージ９内に、半導体レーザ１と光ファイバ３を１組または複数組有することができる。
図２（ｂ）に示すように、１つのパッケージ９から複数の光ファイバ３が引き出されているときは、それぞれの光ファイバ３を通じてパッケージ９外部から紫外線４を半導体レーザ１の出射端面２に照射し、洗浄してもよい。
【００２４】
図２（ｃ）に示すように、複数の半導体レーザモジュール１０の有する複数の半導体レーザ１の出力を、各半導体レーザモジュール１０の光ファイバ３を介して受け取り、１本の光ファイバ２１に入射させる光結合系２０を備える構成とすることもできる。
この場合、光結合系２０の光ファイバ２１から紫外線４を照射することで、各半導体レーザモジュール１０の光ファイバ３を通じてパッケージ９外部から紫外線４を半導体レーザ１の出射端面２に照射し、洗浄することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
１…半導体レーザ、２…出射端面、３…光ファイバ、４…紫外線、９…半導体レーザパッケージ（パッケージ）、１０…半導体レーザモジュール。
【図１】
2012156353.tif 000003
【図２】
2012156353.tif 000004