(57)【要約】【課題】信頼性の高い光素子モジュールおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】光学的に結合するように位置合わせされた、半導体光素子を含む複数の光素子を備え、前記複数の光素子の少なくとも一つは、バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含む接合材によって固定をしたものである。好ましくは、前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの使用温度の上限値よりも大きいものである。【選択図】図１
2012068407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に結合するように位置合わせされた、半導体光素子を含む複数の光素子を備え、前記複数の光素子の少なくとも一つは、バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含む接合材によって固定をしたものであることを特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの使用温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの保存温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項４】
前記金属は、バルク状態での融点が４５０℃以上のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項５】
前記金属は、銀材、銅材または金材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子は、粒子径の平均値が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項７】
前記半導体光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１〜６のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項８】
前記複数の光素子の少なくとも一つは、アクティブアライメントによって前記半導体レーザ素子に対して位置合わせをしていることを特徴とする請求項７に記載の光素子モジュール。
【請求項９】
前記複数の光素子を収容するための筐体と、前記接合材によって前記筐体に対して固定された、前記複数の光素子の少なくとも一つを冷却するための電子冷却装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項１０】
バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含む接合材によって、半導体光素子を含む複数の光素子から選択した１つの光素子を固定する第１固定工程と、
前記複数の光素子から選択した他の光素子を、前記固定した光素子に光学的に結合するように位置合わせして固定する第２固定工程と、
を含むことを特徴とする光素子モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの使用温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする請求項１０に記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの保存温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする請求項１０に記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記金属は、バルク状態での融点が４５０℃以上のものであることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記金属は、銀材、銅材または金材であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記金属ナノ粒子は、粒子径の平均値が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記第１固定工程において前記固定すべき光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１０〜１５のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記第２固定工程において前記固定すべき光素子をアクティブアライメントによって位置合わせすることを特徴とする請求項１６に記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第２固定工程において前記接合材によって前記他の光素子を固定することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記接合材は、前記第１および／または第２固定工程後に蒸発もしくは熱分解する有機溶媒を主成分とすることを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか一つに記載の光素子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、光素子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】
光通信に用いられる光素子モジュール、たとえば半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子、レンズドファイバ、フォトダイオードなどの複数の光素子から構成されている。また、波長ロッカー機能付きの半導体レーザモジュールは波長モニタ用の光素子、たとえばエタロンフィルタを備えている。これらの光素子は、互いに光学的に結合するように位置合わせをされて基台上に配置されて固定され、筐体内に収容されている。これらの光素子の位置が不適切であると、半導体レーザモジュールが出力するレーザ光の強度が低下したり、波長がずれたりするなどの問題が発生する。そのため、半導体レーザモジュールは、光素子を他の光素子に対して精密に位置合わせして固定するという工程を順次行い、製造される。
【０００３】
しかしながら、半導体レーザモジュールの製造時に、光素子を固定する際の接合材として半田を用いると、以下の問題が発生する。すなわち、半田は、光素子の接合時にはその融点（たとえば２００℃）まで温度を上げるが、その後室温に戻ると熱応力が内部に残留した状態となる。この残留応力が、半導体レーザモジュールの使用中に徐々に開放されると、半田のクリープ変形が起こる。クリープ変形とは、外部からの加重や内部応力によって半田が変形する現象のことである。すると、半田により固定されていた各光素子の相対的な位置関係がずれてしまい、これらの光学的結合状態が劣化する。その結果、レーザ光の強度低下や波長ずれ等の光学特性の劣化および信頼性の低下の問題が発生する。
また、半導体レーザ素子が、素子（チップ）内にグレーティングを有するようなＤＦＢ（Distributed  FeedBack）レーザの場合、チップを固定する半田のクリープによって、グレーティングの間隔が接合直後から変化してしまい、レーザ発振波長が変動してしまうという問題が発生する。
【０００４】
このような問題を回避するために、製造後の半導体レーザモジュールにアニールを行い、あらかじめクリープ変形を発生させてしまい、半導体レーザモジュールの使用中にはクリープ変形が発生しないようにする技術が知られている。しかしながら、このようなアニール工程を行なう技術は、アニールに長時間を要するとともに、あらかじめクリープ変形の影響を考慮して設計を行なわなければならないので、半導体レーザモジュールの製造性および実現される光学特性を低下させることとなる。
【０００５】
これに対して、クリープ変形の発生を抑制する各種技術が開示されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−４３４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−１５７６号公報
【特許文献３】特許第４１０１１８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kyoung-Sik  Moon  et  al.,  “Thermal  behavior  of  silver  nanoparticles  for  low-temperature  interconnect  applications”  Journal  of  Electronic  Materials,  vol  34  number  2/February,2005  pp.168-175.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、光素子を固定する際に用いる接合材のクリープ変形は、光素子モジュールの信頼性を低下させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性の高い光素子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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光素子モジュールは、光学的に結合するように位置合わせされた、半導体光素子を含む複数の光素子を備え、前記複数の光素子の少なくとも一つは、バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含む接合材によって固定をしたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの使用温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの保存温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記金属は、バルク状態での融点が４５０℃以上のものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記金属は、銀材、銅材または金材であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記金属ナノ粒子は、粒子径の平均値が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記半導体光素子は半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記複数の光素子の少なくとも一つは、アクティブアライメントによって前記半導体レーザ素子に対して位置合わせをしていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光素子モジュールは、上記の発明において、前記複数の光素子を収容するための筐体と、前記接合材によって前記筐体に対して固定された、前記複数の光素子の少なくとも一つを冷却するための電子冷却装置とをさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含む接合材によって、半導体光素子を含む複数の光素子から選択した１つの光素子を固定する第１固定工程と、前記複数の光素子から選択した他の光素子を、前記固定した光素子に光学的に結合するように位置合わせして固定する第２固定工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの使用温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記金属は、クリープ変形が発生する温度が当該光素子モジュールの保存温度の上限値よりも大きいものであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記金属は、バルク状態での融点が４５０℃以上のものであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記金属は、銀材、銅材または金材であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記金属ナノ粒子は、粒子径の平均値が１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記第１固定工程において前記固定すべき光素子は半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記第２固定工程において前記固定すべき光素子をアクティブアライメントによって位置合わせすることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記第２固定工程において前記接合材によって前記他の光素子を固定することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記接合材は、前記第１および／または第２固定工程後に蒸発もしくは熱分解する有機溶媒を主成分とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、信頼性の高い光素子モジュールを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面平面図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【図３】図３は、通常接合材として用いられている半田および実施の形態１の接合材の特性を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例２に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面平面図である。
【図７】図７は、図６に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光素子モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。
【００３２】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光素子モジュールである半導体レーザモジュールについて説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面平面図である。図２は、図１に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【００３３】
図１、２に示すように、この半導体レーザモジュール１００は、筐体１と、筐体１内に収容され、底部１ａ上に配置された電子冷却装置２と、電子冷却装置２上に載置された主基台３と、主基台３上に、副基台４を介して載置された半導体光素子であるファブリペロ型の半導体レーザ素子５と、副基台６を介して載置された半導体光素子であるフォトダイオード７と、半導体レーザ素子５の近傍に載置されたサーミスタ８と、を備えている。
【００３４】
さらに、この半導体レーザモジュール１００は、筐体１に設けられた突出部１ｂ内に挿着されたフェルール９を介して筐体１内に挿入された光素子であるレンズドファイバ１０を備えている。レンズドファイバ１０は、外部からフェルール９までの樹脂被覆された樹脂被覆部１０ａと、フェルール９から先端部に向かってメタライズされたメタライズド部１０ｂと、先端に位置し、くさび型レンズに加工されたレンズ加工部１０ｃとを有する。レンズドファイバ１０はメタライズド部１０ｂの部分がフェルール１１に挿着されるとともに、レンズ加工部１０ｃがフェルール１１から突出して半導体レーザ素子５の紙面右側の前端面に対向するように固定されており、固定部材１２、１３を介して主基台３上に載置されている。
【００３５】
主基台３と副基台４、６、主基台３と固定部材１２、１３、副基台４と半導体レーザ素子５、副基台６とフォトダイオード７、主基台３とサーミスタ８、メタライズド部１０ｂとフェルール１１、フェルール１１と固定部材１２、１３、突出部１ｂとフェルール９、筐体１の底部１ａと電子冷却装置２、および電子冷却装置２と主基台３は、いずれも本実施の形態１に係る接合材（以下、本接合材とする）を塗布し、加熱して焼成することによって接合されている。本接合材は、一次粒子の粒子径の平均値がナノメートルオーダーの銀のナノ粒子を、主成分の有機溶剤に分散させて形成したペースト状のものである。
【００３６】
つぎに、各構成要素について説明する。まず、半導体レーザ素子５は、電流注入により前端面からたとえば波長９８０ｎｍ帯のレーザ光を出力する。なお、半導体レーザ素子５は後端面からもレーザ光を出力する。レンズドファイバ１０は、半導体レーザ素子５が前端面から出力したレーザ光をレンズ加工部１０ｃにおいて受光し、これを導波して外部に出力する。フォトダイオード７は、半導体レーザ素子５の後端面から出力されるレーザ光を受光して電流に変換するものであり、この半導体レーザモジュール１００が外部に出力するレーザ光の強度をモニタするために使用される。また、電子冷却装置２は、サーミスタ８が検出した温度に基づいて、半導体レーザ素子５を冷却し、所望の素子温度に維持する機能を有する。なお、効率良く冷却を行なうために、主基台３と副基台４、６は、ＡｌＮ、ＣｕＷ、Ｓｉ、またはダイヤモンド等の熱伝導率が高い材料からなることが好ましい。
【００３７】
半導体レーザ素子５、レンズドファイバ１０、およびフォトダイオード７は、主基台３上に配置され、互いに光学的に結合するように調芯され、位置合わせされたものである。これらの光素子が最適に位置合わせされていることによって、半導体レーザ素子５とレンズドファイバ１０とが結合効率高く結合し、より高強度のレーザ光を外部に出力することができ、かつ、フォトダイオード７によってレーザ光の強度をより正確にモニタすることができる。
【００３８】
ここで、この半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子５、レンズドファイバ１０、およびフォトダイオード７のいずれもが、本接合材を塗布、焼成することによって、主基台３に対して位置合わせのための固定をしたものである。その結果、この半導体レーザモジュール１００は、使用中の接合材のクリープ変形による各光素子間の光学的結合の劣化が防止されており、信頼性が高いものとなっている。
【００３９】
以下、具体的に説明する。図３は、通常接合材として用いられている半田および本接合材の特性を説明する図である。図３において縦軸は温度を絶対温度で示している。また、半導体レーザモジュール１００は温度範囲Ｒで使用または保存するものとする。下限温度Ｔ１はたとえば−４０℃（約２３３Ｋ）、上限温度Ｔ２はたとえば８５℃（約３５８Ｋ）である。ここで、使用温度は半導体レーザモジュール１００に通電している時の温度を示し、保存温度は半導体レーザモジュール１００に通電していない時の温度を示す。
【００４０】
通常用いられている半田の融点Ｔ３は、たとえば約１００〜３００℃（約３７３〜５７３Ｋ）である（なお、図３では、融点Ｔ３がたとえば１００℃（約３７３Ｋ）の場合を示している）。ここで、金属のクリープ変形は、バルク状態での融点（絶対温度）の約１／２以上の絶対温度で発生しやすくなることが知られている。したがって、クリープが発生しやすくなる温度の下限をクリープ発生温度とすると、半田の場合のクリープ発生温度Ｔ４は約−８６．５〜＋１３．５℃（１８６．５〜２８６．５Ｋ）である（図３に示す場合は、融点Ｔ４は約−８６．５℃（１８６．５Ｋ）である）。このクリープ発生温度Ｔ４は温度範囲Ｒ内の典型的な使用温度や保存温度である２５℃よりも低いため、半田を接合材として使用した半導体レーザモジュールは、その使用中に接合材のクリープ変形が発生することとなる。
【００４１】
これに対して、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００において用いている本接合材は、銀のナノ粒子を含んでおり、接合後にはこのナノ粒子が融着してバルク状態となっている。そのため、接合後の本接合材の融点Ｔ５は約９６２℃（約１２３５Ｋ）であるため、クリープ発生温度Ｔ６は約３４４．５℃（約６１７．５Ｋ）である。このクリープ発生温度Ｔ６は温度範囲Ｒの上限温度Ｔ２よりもはるかに高いため、本接合材を用いた半導体レーザモジュール１００の場合には、使用中のクリープ変形が防止されることとなる。その結果、半導体レーザモジュール１００は信頼性が高いものとなる。
【００４２】
なお、この半導体レーザモジュール１００を製造する場合は、たとえば以下のような工程により行う。はじめに、電子冷却装置２およびサーミスタ８を接合した主基台３と、副基台４と、半導体レーザ素子５とに本接合材を塗布して互いに接合し、本接合材を焼成して固定する。つぎに、主基台３と、副基台６と、フォトダイオード７とに本接合材を塗布して互いに接合し、本接合材を焼成して固定する。なお、フォトダイオード７は、半導体レーザ素子５に光学的に結合するように位置合わせをして接合固定する。
【００４３】
ここで、本接合材に含まれる銀ナノ粒子は、その体積に比べて表面積が大きいため、その融点がバルク状態の銀の融点である約９６２℃よりも大幅に低い。たとえば銀ナノ粒子の平均粒子径が２０ｎｍの場合には融点が１５０℃以下（非特許文献１参照）である。すなわち、この銀ナノ粒子はバルク状態よりも低温で焼結出来る。したがって、上記の半導体レーザ素子５の接合時には、本接合材を温度１５０℃以上に加熱して焼成する。焼成を行なった後には、本接合材に含まれる銀ナノ粒子は融着してバルク状態となるため、その融点はバルク状態の銀の融点と同じになる。なお、本接合材は、上記のように融点が低いので、半導体レーザ素子５を破損することなく、また半導体レーザ素子５に熱応力を残留させることなく、焼成を行うことができる。
【００４４】
したがって、その後にフォトダイオード７の接合を行なうために本接合材を焼成したとしても、その温度では半導体レーザ素子５の接合に用いた本接合剤は再溶融することがないので、半導体レーザ素子５は確実に固定されたままであり、その位置ずれは防止される。よって、その後も光素子を位置ずれさせることなく半導体レーザモジュール１００の製造を行うことができる。なお、銀ナノ粒子の一次粒子の粒子径の平均値が１０００ｎｍ以下であれば、バルク状態よりも低温で焼結できるという効果が期待出来る。さらに、一次粒子の粒子径の平均値が１００ｎｍ以下であれば、焼結時の温度を十分に下げることができるので、焼結の際の加熱による光部品への熱的負荷を軽減することができるので好ましい。また、一次粒子の粒子径の平均値が１ｎｍ以上であれば、粒子同士が凝集しにくい粒径であり、接合材の使い勝手が良くなるので好ましい。
【００４５】
従来の半田を接合材に用いた場合には、再溶融の影響がないように、融点が異なる半田を複数種用意して融点が高い半田から順次接合に使用したり、製造の工程の順番を制限したりする必要があったが、本接合材を用いれば、複数種の半田の用意や工程の順番の制限をする必要がない。したがって、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００は、簡易且つ低コストに製造できる。
【００４６】
続けて半導体レーザモジュール１００の製造工程を説明する。フォトダイオード７を固定した後は、筐体１の底部１ａに、上記接合固定を行なった電子冷却装置２を、本接合材にて接合固定する。つぎに、フェルール９、１１を取り付けたレンズドファイバ１０を筐体１内に導入し、主基台３に、固定部材１２、１３と、フェルール１１を取り付けたレンズドファイバ１０とを、本接合材にて順次接合し、固定する。なお、レンズドファイバ１０は、レンズ加工部１０ｃが半導体レーザ素子５に光学的に結合するように位置合わせをして固定する。その後、不活性ガス雰囲気において、蓋部１ｃを筐体１に取り付けて気密封止し、半導体レーザモジュール１００が完成する。
【００４７】
なお、上記の製造工程の順番は一例であって、本接合材は再溶融することがないので、工程の順番を適宜変更して半導体レーザモジュール１００を製造することができる。
【００４８】
また、半導体レーザ素子５に対してレンズドファイバ１０を位置合わせする際に、半導体レーザ素子５に電流を流してレーザ光を出力し、レンズドファイバ１０のレンズ加工部１０ｃとは反対側の端部から出力されるレーザ光の強度をモニタしながら位置合わせをするというアクティブアライメントによって位置合わせをすることが好ましい。アクティブアライメントにより位置合わせを行えば、より確実に、高強度のレーザ光出力を実現することができる。また、フォトダイオード７についても、アクティブアライメントによって位置合わせをすれば、より正確な位置合わせができるので好ましい。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００は、信頼性が高く、簡易に製造でき、かつ低コストのものとなる。
【００５０】
（変形例１）
つぎに、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールについて説明する。図４は、実施の形態１の変形例１に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【００５１】
この変形例１に係る半導体レーザモジュール１００ａは、図１、２に示す実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００において、フェルール１１、固定部材１２、１３に代えて、副基台１４が主基台３上に載置されている。そして、本接合材を加熱、焼成した接合材１５によって、レンズドファイバ１０のメタライズド部１０ｂの部分が副基台１４に接合されている。なお、副基台１４と主基台３との間も、本接合材を塗布し、加熱して焼成することによって接合されている。また、半導体レーザモジュール１００ａのその他の部分は、半導体レーザモジュール１００と同様の構成を有する。
【００５２】
この半導体レーザモジュール１００ａは、半導体レーザモジュール１００よりも使用部品点数が少ないため、より低コストなものとなる。
【００５３】
（変形例２）
つぎに、実施の形態１の変形例２に係る半導体レーザモジュールについて説明する。図５は、実施の形態１の変形例２に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【００５４】
この変形例２に係る半導体レーザモジュール１００ｂは、図４に示す変形例１に係る半導体レーザモジュール１００ａにおいて、フェルール９を用いずに、本接合材を加熱、焼成した接合材１６によって、レンズドファイバ１０を直接突出部１ｂに接合したものである。なお、半導体レーザモジュール１００ｂのその他の部分は、半導体レーザモジュール１００と同様の構成を有する。
【００５５】
この半導体レーザモジュール１００ｂは、半導体レーザモジュール１００ａよりもさらに使用部品点数が少ないため、さらに低コストなものとなる。
【００５６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光素子モジュールである波長ロッカー機能付きの半導体レーザモジュールについて説明する。図６は、実施の形態２に係る半導体レーザモジュールの模式的な一部断面平面図である。図７は、図６に示す半導体レーザモジュールの模式的な一部断面側面図である。
【００５７】
図６、７に示すように、この半導体レーザモジュール２００は、筐体２１と、筐体２１内に収容され、底部２１ａ上に配置された電子冷却装置２２と、電子冷却装置２２上に載置された主基台２３と、主基台２３上に、副基台２４を介して載置された分布帰還型の半導体レーザ素子２５と、レンズホルダ２６を介して載置された光素子であるコリメートレンズ２７と、副基台２８を介して載置された光素子であるビームスプリッタ２９と、副基台３０を介して載置されたフォトダイオード３１、光素子であるエタロンフィルタ３２、およびフォトダイオード３３と、副基台３４を介して載置された光素子である光アイソレータ３５と、半導体レーザ素子２５の近傍に載置されたサーミスタ３６と、を備えている。
【００５８】
さらに、この半導体レーザモジュール２００は、筐体２１の筒状部２１ｂ内に配置された窓部３７および集光レンズ３８と、筒状部２１ｂの先端に設けられた突出部２１ｃに挿着されたフェルール３９と、フェルール３９にさらに挿着された光素子である光ファイバ４０とを備えている。
【００５９】
主基台２３と各副基台２４、２８、３０、３４、副基台２４と半導体レーザ素子２５、主基台２３とレンズホルダ２６、副基台２８とビームスプリッタ２９、副基台３０とフォトダイオード３１、３３およびエタロンフィルタ３２、副基台３４と光アイソレータ３５、主基台２３とサーミスタ３６、筒状部２１ｂと窓部３７および集光レンズ３８、突出部２１ｃとフェルール３９、筐体２１の底部２１ａと電子冷却装置２２、および電子冷却装置２２と主基台２３は、いずれも本接合材を塗布し、加熱して焼成することによって接合されている。
【００６０】
つぎに、各構成要素について説明する。まず、半導体レーザ素子２５は、電流注入により紙面右側の前端面からレーザ光Ｌを出力する。コリメートレンズ２７は、レーザ光Ｌを平行光にする。ビームスプリッタ２９は、レーザ光Ｌの殆ど、たとえば９７〜９８％を透過しつつ、残りを反射レーザ光ＬＲとして斜め後方に反射する。光アイソレータ３５は、ビームスプリッタ２９を透過したレーザ光Ｌを透過させつつ、外部からの反射光などの半導体レーザ素子２５側に進行する光を阻止する。窓部３７は、レーザ光Ｌを透過させるとともに、筐体２１の内部を気密状態するために設けられている。集光レンズ３８は、レーザ光Ｌを光ファイバ４０の端面に集光する。光ファイバ４０は、レーザ光Ｌを導波して外部に出力する。
【００６１】
フォトダイオード３１は、反射レーザ光ＬＲの光路の一部を遮るように配置されており、反射レーザ光ＬＲの一部を受光して電流に変換するものであり、この半導体レーザモジュール２００が出力するレーザ光Ｌの強度をモニタするために使用される。エタロンフィルタ３２は、フォトダイオード３１により遮られなかった反射レーザ光ＬＲを透過する。フォトダイオード３３は、エタロンフィルタ３２を透過した反射レーザ光ＬＲを受光して電流に変換する。
【００６２】
ここで、エタロンフィルタ３２は、その透過中心波長がレーザ光Ｌの設定波長に一致するように調整されている。そのため、レーザ光Ｌの波長が設定波長からずれると、エタロンフィルタ３２を透過する反射レーザ光ＬＲの強度が急激に減少し、フォトダイオード３３の受光量および電流値も急激に減少する。この半導体レーザモジュール２００は、フォトダイオード３３の電流値とサーミスタ３６が検出した温度とに基づいて、電子冷却装置２２が半導体レーザ素子２５の素子温度を調整し、レーザ光Ｌの波長が設定温度にロックされるように制御されている。これによって波長ロッカー機能が実現されている。
【００６３】
半導体レーザ素子２５、コリメートレンズ２７、ビームスプリッタ２９、フォトダイオード３１、３３、エタロンフィルタ３２、光アイソレータ３５、集光レンズ３８、および光ファイバ４０は、互いに光学的に結合するように調芯され、位置合わせされたものである。これらの光素子が最適に位置合わせされていることによって、半導体レーザ素子２５と光ファイバ４０とが結合効率高く結合し、より高強度のレーザ光Ｌを外部に出力することができ、レーザ光Ｌの強度をより正確にモニタでき、かつレーザ光Ｌの波長をより正確にロックすることができる。
【００６４】
ここで、この半導体レーザモジュール２００は、半導体レーザ素子２５、コリメートレンズ２７、ビームスプリッタ２９、フォトダイオード３１、３３、エタロンフィルタ３２、光アイソレータ３５、集光レンズ３８、および光ファイバ４０のいずれもが、本接合材を塗布、焼成することによって固定したものである。その結果、この半導体レーザモジュール２００は、実施の形態１に係る半導体レーザモジュール１００と同様に、使用中の接合材のクリープ変形による各光素子間の光学的結合の劣化が防止されており、製造性が高いものとなる。
【００６５】
なお、この半導体レーザモジュール２００を製造する場合は、たとえば以下のようなアクティブアライメントを用いた工程により行う。はじめに、主基台２３と、サーミスタ３６を接合した副基台２４と、半導体レーザ素子２５とに本接合材を塗布して接合し、焼成して固定する。つぎに、主基台２３と、レンズホルダ２６とに本接合材を塗布して接合し、焼成して固定する。なお、レンズホルダ２６は、コリメートレンズ２７が半導体レーザ素子２５に光学的に結合するように位置合わせをして接合固定する。位置合わせは、半導体レーザ素子２５に電流を流してレーザ光Ｌを出力し、コリメートレンズ２７を保持したレンズホルダ２６を配置し、コリメートレンズ２７を通過したレーザ光Ｌの広がり角が最小となるように位置合わせをし、固定する。その後、筐体２１の底部２１ａに電子冷却装置２２を本接合材にて接合する。
【００６６】
つぎに、電子冷却装置２２上に主基台２３を本接合材にて接合する。この際、半導体レーザ素子２５からレーザ光Ｌを出力してそのニアフィールドパターン（ＮＦＰ）を観察しながら、レーザ光Ｌが窓部３７の中心軸に沿って出射されるように主基台２３を接合する。
【００６７】
つぎに、主基台２３上に副基台３４を介して円筒状の光アイソレータ３５を本接合材にて接合する。この際、光アイソレータ３５を通過するレーザ光Ｌの強度が最大となるように光アイソレータ３５を回転調芯し、固定する。つぎに、主基台２３上に副基台３０を介してフォトダイオード３１、エタロンフィルタ３２、フォトダイオード３３を本接合材にて接合する。この際、エタロンフィルタ３２の透過中心波長がレーザ光Ｌの設定波長になるように、反射レーザ光ＬＲの光路に対するエタロンフィルタ３２の角度を調整する。
【００６８】
つぎに、不活性ガス雰囲気において、蓋部２１ｄを筐体２１に取り付けて気密封止する。最後に、筐体２１の筒状部２１ｂ内に集光レンズ、および光ファイバ４０が挿着されたフェルール３９を、順次位置合わせ後に本接合材にて接合し、半導体レーザモジュール２００が完成する。
【００６９】
なお、上記の製造工程の順番は一例であって、本接合材は再溶融することがないので、工程の順番を適宜変更して半導体レーザモジュール２００を製造することができる。また、融点が異なる半田を複数種用意すること無く製造を行なえるので、この半導体レーザモジュール２００は、簡易に製造でき、且つ低コストである。
【００７０】
以上説明したように、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュール２００は、信頼性が高く、簡易に製造でき、かつ低コストのものとなる。
【００７１】
なお、上記の本接合材は銀のナノ粒子を含むものであるが、本発明はこれに限らず、金、銅、白金、パラジウム、ニッケル、ジルコニウム等の金属のナノ粒子を用いることができる。なお、従来の半田よりも熱伝導性が高い銀材、銅材、金材等の金属のナノ粒子であれば、半導体レーザ素子の冷却効果を高くできるので、電子冷却装置の消費電力を低減することができる。
【００７２】
また、バルク状態での融点が４５０℃以上の金属の微粒子を用いれば、接合後のバルク状態においてクリープ変形が発生する温度が約８８℃以上となるため、通常の光通信用の光素子モジュールの使用温度である−４０℃〜８５℃において、クリープ変形の発生をほとんど抑制できるので好ましい。
【００７３】
また、本発明に係る接合材を焼成するための温度は、接合材に含ませる金属ナノ粒子の種類と一次粒子の粒子径との設定によって、適宜調整できる。この接合材の焼成温度は、接合させる光素子を損傷しないような温度とすることが好ましい。また、この接合材の主成分となる有機溶媒については、特に限定されないが、接合材の焼成温度にて蒸発もしくは熱分解するような有機溶媒であれば、光素子を接合固定する工程の後に有機溶媒が残留しないため、より好ましい。
【００７４】
また、本発明に係る接合材は、バルク状態よりも低温で焼結出来るような粒子径を有する金属ナノ粒子を含むものであれば、その効果を奏するものである。したがって、本発明に係る接合材は、金属ナノ粒子の他に、一次粒子の粒子径の平均値がマイクロメートルオーダーである金属マイクロ粒子を含んでいてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態はいずれも半導体レーザモジュールであるが、本発明はこれに限らず、互いに光学的に結合するように位置合わせされた複数の光素子を備える光素子モジュールに対して適用できるものである。
【００７６】
また、上記実施の形態に係る半導体レーザモジュールでは、全ての光素子が本接合材にて接合されているが、少なくとも１つの光素子が本接合材にて接合されていれば、本発明の効果を奏するものとなる。
【００７７】
また、上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２において、半導体レーザ素子の後端面側にフォトダイオードとエタロンフィルタとを配置してレーザ光の強度および波長をモニタするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１、２１  筐体
１ａ、２１ａ  底部
１ｂ、２１ｃ  突出部
１ｃ、２１ｄ  蓋部
２、２２  電子冷却装置
３、２３  主基台
４、６、１４、２４、２８、３０、３４  副基台
５、２５  半導体レーザ素子
７、３１、３３  フォトダイオード
８、３６  サーミスタ
９、１１、３９  フェルール
１０  レンズドファイバ
１０ａ  樹脂被覆部
１０ｂ  メタライズド部
１０ｃ  レンズ加工部
１２、１３  固定部材
１５、１６  接合材
２１ｂ  筒状部
２６  レンズホルダ
２７  コリメートレンズ
２９  ビームスプリッタ
３２  エタロンフィルタ
３５  光アイソレータ
３７  窓部
３８  集光レンズ
４０  光ファイバ
１００、２００  半導体レーザモジュール
Ｌ  レーザ光
ＬＲ  反射レーザ光
Ｒ  温度範囲
Ｔ１  下限温度
Ｔ２  上限温度
Ｔ３、Ｔ５  融点
Ｔ４、Ｔ６  クリープ発生温度
【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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