特許 6077879 半導体レーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6077879

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】半導体レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20060101AFI20170130BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/022

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-27325(P2013-27325)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-157894(P2014-157894A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2015年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】大貫 紳一

(72)【発明者】

【氏名】澤田 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】長島 靖明

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２２０６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３４９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２８８２３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１５８８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３３８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１５１６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０９５６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−４３６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１７８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−５９７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−５０１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８６２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平５−２００１６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

活性層（３４）を含む複数の半導体層が積層されてなる半導体レーザ（１０）と、光ファイバ（１１）と、当該半導体レーザからの出射光を当該光ファイバに向けて集光するレンズ（１２）と、を備える半導体レーザモジュール（１，２，３，４）であって、
前記半導体レーザの前記出射光の光強度分布が、前記活性層を中心とした層厚方向に非対称であり、
前記レンズの前記半導体レーザに対向する側の光学面（１２ａ）が非球面形状をなし、
前記レンズの光軸が、前記半導体レーザの光軸に対し、前記半導体レーザに向かう方向において前記非対称な光強度分布の偏りの小さい側に傾斜しており、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが、互いに平行ではなく所定の角度をなして交差し、
前記所定の角度は、前記半導体レーザから前記レンズの前記半導体レーザに対向する前記光学面に入射した光の光強度分布が、前記光ファイバの光軸方向に垂直な方向に整形され、前記光学面に入射した光が、前記光ファイバの光軸に関して非対称性が緩和されて前記レンズの前記光ファイバに対向する光学面（１２ｂ）から出射されるように設定されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。

【請求項2】

前記半導体レーザを支持する支持部材（１３，７６）をさらに備え、
前記支持部材は、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で前記半導体レーザを支持するための傾斜面（１３ａ，７６ａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項3】

一方の端面（２３ａ，２４ａ）と他方の端面（２３ｂ，２４ｂ）とが互いに平行に形成された突き当てブロック（２３，２４）と、
前記半導体レーザを支持し、一端面において前記突き当てブロックの前記一方の端面に当接する支持部材（５３）と、
前記レンズを保持し、当該保持したレンズの光軸と交差する端面（２２ａ）を有するレンズホルダ（２２）と、をさらに備え、
前記レンズホルダは、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で、前記レンズの光軸と交差する前記端面の縁部において、前記突き当てブロックの前記他方の端面に固定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項4】

一方の端面（６３ａ，６４ａ）と他方の端面（６３ｂ，６４ｂ）とを有する突き当てブロック（６３，６４）と、
前記半導体レーザを支持し、一端面において前記突き当てブロックの前記一方の端面に当接する支持部材（５３）と、
前記レンズを保持し、当該保持したレンズの光軸と交差する端面（２２ａ）を有し、当該端面において前記突き当てブロックの前記他方の端面に当接して固定されるレンズホルダ（２２）と、をさらに備え、
前記突き当てブロックの前記他方の端面は、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で前記レンズホルダを固定するための傾斜面（６３ｂ，６４ｂ）をなすことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項5】

前記半導体レーザは、
ＩｎＰからなる基板（３１）上に、活性層（３４）と、該活性層を挟むＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層（３２）及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層（３６）を設けてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光通信システムの信号用光源として用いられる半導体レーザを有する半導体レーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光通信システムにおいては、変調された電気信号を光信号に変換するためのモジュールとして、半導体レーザモジュールが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

上記のような半導体レーザモジュールは、図１６に示すように、レーザ光を出力する半導体レーザ１００と、半導体レーザ１００に光学的に結合されるシングルモード光ファイバとしての光ファイバ１１０と、半導体レーザ１００からの出射光を光ファイバ１１０に向けて集光するレンズ１２０と、を主に備える。

【0004】

上記の半導体レーザモジュールに設置される半導体レーザ１００には、高出力かつ高安定度の特性が要求される（例えば、特許文献２参照）。これは、光通信システムに用いられる光信号は、長距離にわたって敷設された光ファイバ内を伝送される間に、その強度が徐々に減衰していくためである。

【0005】

特許文献２に開示された半導体レーザは、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなる半導体基板上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなるｎ型クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰからなる光分離閉じ込め（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）層、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造の活性層、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層が順番に積層されてなる。

【0006】

上記の半導体レーザにおいては、高出力化を実現するために、活性層及びＳＣＨ層における光閉じ込め係数を低減している。さらに、光の分布をｎ型クラッド層側に偏らせることにより、ｐ型クラッド層内における価電子帯間光吸収による光損失を抑制している。このため、上記の半導体レーザの出力光のスポット形状及び光強度分布は、図１７に示すように活性層を中心とした層厚方向に非対称なものとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−２７８２０１号公報

【特許文献2】特許第３５２５２５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に開示されたような従来の半導体レーザモジュールは、図１６に示したように、半導体レーザ１００の光軸とレンズ１２０の光軸とが同一直線上に位置している。このため、上記の半導体レーザ１００として特許文献２に開示された半導体レーザを用いる場合には、非対称な光強度分布を有する出力光がその非対称性を保ったまま光ファイバ１１０に入射される。従って、図１８に示すような対称な光強度分布を有するレーザ光を出力する半導体レーザを用いた場合と比較して、半導体レーザと光ファイバとの結合効率が悪いという問題があった。

【0009】

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザを備える半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることが可能な半導体レーザモジュール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】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の半導体レーザモジュールは、
活性層を含む複数の半導体層が積層されてなる半導体レーザと、光ファイバと、当該半導体レーザからの出射光を当該光ファイバに向けて集光するレンズと、を備える半導体レーザモジュールであって、前記半導体レーザの前記出射光の光強度分布が、前記活性層を中心とした層厚方向に非対称であり、前記レンズの前記半導体レーザに対向する側の光学面が非球面形状をなし、前記レンズの光軸が、前記半導体レーザの光軸に対し、前記半導体レーザに向かう方向において前記非対称な光強度分布の偏りの小さい側に傾斜しており、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが、互いに平行ではなく所定の角度をなして交差し、前記所定の角度は、前記半導体レーザから前記レンズの前記半導体レーザに対向する前記光学面に入射した光の光強度分布が、前記光ファイバの光軸方向に垂直な方向に整形され、前記光学面に入射した光が、前記光ファイバの光軸に関して非対称性が緩和されて前記レンズの前記光ファイバに対向する光学面から出射されるように設定されている構成を有している。

【0011】

この構成により、レンズの半導体レーザに対向する光学面が非球面形状をなし、半導体レーザの出射光の光軸とレンズの光軸とが互いに平行ではなく所定の角度をなして交差することにより、半導体レーザからレンズに入射した非対称な光強度分布のレーザ光が、光ファイバの光軸を中心とした上下方向に整形されてレンズから出射されるため、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることができる。

【0012】

また、本発明の請求項２の半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザを支持する支持部材をさらに備え、前記支持部材は、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で前記半導体レーザを支持するための傾斜面を有する構成を有している。

【0013】

この構成により、半導体レーザの光軸をレンズの光軸に対して傾けることにより、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることができる。

【0014】

また、本発明の請求項３の半導体レーザモジュールは、一方の端面と他方の端面とが互いに平行に形成された突き当てブロックと、前記半導体レーザを支持し、一端面において前記突き当てブロックの前記一方の端面に当接する支持部材と、前記レンズを保持し、当該保持したレンズの光軸と交差する端面を有するレンズホルダと、をさらに備え、前記レンズホルダは、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で、前記レンズの光軸と交差する前記端面の縁部において、前記突き当てブロックの前記他方の端面に固定される構成を有している。

【0015】

この構成により、レンズの光軸を半導体レーザの光軸に対して傾けることにより、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることができる。

【0016】

また、本発明の請求項４の半導体レーザモジュールは、一方の端面と他方の端面とを有する突き当てブロックと、前記半導体レーザを支持し、一端面において前記突き当てブロックの前記一方の端面に当接する支持部材と、前記レンズを保持し、当該保持したレンズの光軸と交差する端面を有し、当該端面において前記突き当てブロックの前記他方の端面に当接して固定されるレンズホルダと、をさらに備え、前記突き当てブロックの前記他方の端面は、前記半導体レーザの光軸と前記レンズの光軸とが前記所定の角度をなして交差した状態で前記レンズホルダを固定するための傾斜面をなす構成を有している。

【0017】

この構成により、レンズの光軸を半導体レーザの光軸に対して傾けることにより、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることができる。

【0018】

また、本発明の請求項５の半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザは、ＩｎＰからなる基板上に、活性層と、該活性層を挟むＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層を設けてなる構成を有していても良い。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザを備える半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザと光ファイバとの結合効率を向上させることが可能な半導体レーザモジュールを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す側面図である。

【図2】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す上面図である。

【図3】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える半導体レーザの斜視図である。

【図4】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える半導体レーザの要部の構成を示す拡大断面図である。

【図5】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える半導体レーザの屈折率特性を示すグラフである。

【図6】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える半導体レーザの出射光の光強度分布特性を示すグラフである。

【図7】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールの要部の構成を示す側面図である。

【図8】第１の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える半導体レーザの光軸とレンズの光軸が交わる角度と結合損失の関係を示すグラフである。

【図9】第２の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す側面図である。

【図10】第２の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える突き当てブロック及びレンズホルダの構成を示す斜視図である。

【図11】第２の実施形態としての半導体レーザモジュールの要部の構成を示す側面図である。

【図12】第３の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す側面図である。

【図13】第３の実施形態としての半導体レーザモジュールが備える突き当てブロック及びレンズホルダの構成を示す斜視図である。

【図14】第４の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す上面図である。

【図15】第４の実施形態としての半導体レーザモジュールの要部の構成を示す側面図である。

【図16】従来の半導体レーザモジュールの要部の構成を示す側面図である。

【図17】従来の半導体レーザの出力光の非対称なスポット形状及び光強度分布を示す図である。

【図18】従来の半導体レーザの出力光の対称なスポット形状及び光強度分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。

【0022】

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態としての半導体レーザモジュールの構成について説明する。

【0023】

図１，２に示すように、バタフライ型の半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ１０と、シングルモード光ファイバとしての光ファイバ１１と、半導体レーザ１０からの出射光を光ファイバ１１に向けて集光するレンズ１２と、基板１３と、を主に備える。

【0024】

半導体レーザ１０、レンズ１２、及び基板１３は、内部が中空の直方体状のパッケージ（筺体）１４に格納されている。光ファイバ１１は、パッケージ１４の正面側の壁面１４ａに接続され、レンズ１２により集光された光をパッケージ１４の外部に導くようになっている。

【0025】

図２に示すように、パッケージ１４の両側壁１４ｂ，１４ｃには、半導体レーザモジュール１の動作を制御するための信号が入出力される複数の端子１５が、所定間隔で取り付けられている。これらの端子１５は、プリント基板（図示せず）上のパターンに半田付けされるようになっている。また、パッケージ１４の前端下部及び後端下部にはフランジ部１６が設けられ、フランジ部１６には半導体レーザモジュール１を放熱板（図示せず）にネジ止めするための取り付け穴１７が設けられている。

【0026】

図１に示すように、パッケージ１４内の底壁１４ｄの上面には、ペルチェ素子１８が固定されている。このペルチェ素子１８上に上記の基板１３が固定されている。

【0027】

さらに、パッケージ１４の内部には、半導体レーザ１０及びレンズ１２に加え、光ファイバ１１側から来る反射光などの戻り光を防止するアイソレータ１９と、半導体レーザ１０のレンズ１２側と反対の光出射端面からわずかに出射される光を受光して半導体レーザ１０の動作をモニタする受光素子２０と、が格納されている。

【0028】

基板１３は、傾斜面としての上面１３ａを有する１つの上段部１３ｂと、２つの下段部１３ｃ，１３ｄとで形成されている。上段部１３ｂ上には、光（レーザ光）を出射する半導体レーザ１０がチップキャリア２１を介して固定されている。一方の下段部１３ｃ上には、レンズ１２を保持するレンズホルダ２２を支持する一対の突き当てブロック２３，２４と、アイソレータ１９を支持する台座２５と、が固定されている。また、他方の下段部１３ｄ上には、受光素子２０を支持するＰＤサブマウント２６が固定されている。

【0029】

即ち、チップキャリア２１、突き当てブロック２３，２４、台座２５、及びＰＤサブマウント２６は、基板１３上に固定されている。ここで、基板１３の上段部１３ｂは、半導体レーザ１０を支持する支持部材を構成する。

【0030】

ここで、突き当てブロック２３，２４は、一方の端面２３ａ，２４ａと他方の端面２３ｂ，２４ｂとがＸＺ平面に対して互いに平行に形成されている。基板１３の上段部１３ｂの一端面は一方の端面２３ａ，２４ａに当接している。

【0031】

レンズホルダ２２は、ステンレスなどの金属からなっており、レンズ１２の光軸と直交する端面２２ａが突き当てブロック２３，２４の他方の端面２３ｂ，２４ｂに当接した状態で、他方の端面２３ｂ，２４ｂに半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。

【0032】

半導体レーザ１０の光軸は、一対の突き当てブロック２３，２４の間を通過するようになっている。ここで、半導体レーザ１０の光軸とは、半導体レーザ１０の出射光の導波方向に沿った軸を意味する。

【0033】

パッケージ１４の壁面１４ａには、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光を外部に導くための円形の出射口が形成されており、その手前側には窓ガラス２７が取り付けられている。光ファイバ１１の先端部分に取り付けられた円筒状のフェルール２８は、スリーブ２９によってパッケージ１４の壁面１４ａに固定され、さらにフェルール２８の全体及び光ファイバ１１の一部を取り囲む円筒状のカバー３０が、パッケージ１４の壁面１４ａに固定されている。

【0034】

上記の構成により、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光は、レンズ１２、アイソレータ１９及び窓ガラス２７を通ってパッケージ１４の壁面１４ａに達し、光ファイバ１１の一方の端部に入射する。そして、光ファイバ１１に入射したレーザ光は、光ファイバ１１内を伝搬して、光ファイバ１１の他方の端部から出射される。

【0035】

次に、本実施形態の半導体レーザモジュール１が備える半導体レーザ１０の構成について説明する。

【0036】

図３に示すように、半導体レーザ１０は、例えば、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板３１の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなるｎ型クラッド層３２、ＩｎＧａＡｓＰからなる光分離閉じ込め（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）層３３、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層３４、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層３５と、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層３６と、が順番に積層されてなる。

【0037】

図３において、ｎ型クラッド層３２、ＳＣＨ層３３、活性層３４、ＳＣＨ層３５、及びｐ型クラッド層３６はメサ型の光導波路を構成しており、このメサ型の光導波路の両側方にｐ型ＩｎＰからなる下部埋め込み層３７及びｎ型ＩｎＰからなる上部埋め込み層３８が形成されている。

【0038】

ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層３６はＳＣＨ層３５の上側及び上部埋め込み層３８の上面に形成されており、このｐ型クラッド層３６の上面には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型コンタクト層３９が形成されている。さらに、このｐ型コンタクト層３９の上面には、ｐ型金属電極４０が設けられている。また、ｎ型半導体基板３１の下面にはｎ型金属電極４１が設けられている。

【0039】

また、半導体レーザ１０の劈開によって形成された光出射端面４２ａ，４２ｂには、それぞれ所定の反射率を有する誘電体膜（図示せず）が施されている。

【0040】

活性層３４は、図４の拡大断面図に示すように、井戸層３４ａと障壁層３４ｂとが繰返し交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有する。即ち、活性層３４は、複数の障壁層３４ｂと、当該複数の障壁層３４ｂの個数よりも１つ少ない個数の井戸層３４ａと、を有する。あるいは、活性層３４は、２つの障壁層３４ｂの間に１つの井戸層３４ａが挟まれた単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造を有するものであっても良い。

【0041】

また、この活性層３４の下側に位置するＳＣＨ層３３は複数の層３３ａ，３３ｂ，３３ｃからなる多層構造を有する。同様に、活性層３４の上側に位置するＳＣＨ層３５は複数の層３５ａ，３５ｂ，３５ｃからなる多層構造を有する。

【0042】

ここで、活性層３４における障壁層３４ｂの屈折率をｎ_ｓ、ｎ型クラッド層３２の屈折率をｎ_ａ、ｐ型クラッド層３６の屈折率をｎ_ｂとする。また、ＳＣＨ層３３を構成する各層３３ａ，３３ｂ，３３ｃの屈折率及び厚さをそれぞれｎ_１，ｎ_２，ｎ_３，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３とし、同様に、ＳＣＨ層３５を構成する各層３５ａ，３５ｂ，３５ｃの屈折率及び厚さをｎ_１，ｎ_２，ｎ_３，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３とする。

【0043】

そして、各屈折率の大小関係は、図５に示すように、活性層３４から遠ざかる程小さくなるように設定され、かつ、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３２の屈折率ｎ_ａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層３６の屈折率ｎ_ｂより高い。

【0044】

ｎ_ｓ＞ｎ_１＞ｎ_２＞ｎ_３＞ｎ_ａ＞ｎ_ｂ

【0045】

さらに、この半導体レーザ１０においては、図５に示すように、各ＳＣＨ層３３，３５を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層３４からｎ型クラッド層３２及びｐ型クラッド層３６へそれぞれ向かう程小さくなるように設定されている。

【0046】

即ち、
ｎ_ｓ−ｎ_１＞ｎ_１−ｎ_２＞ｎ_２−ｎ_３＞ｎ_３−ｎ_ｂ＞ｎ_３−ｎ_ａ
となるように設定されている。

【0047】

また、ＳＣＨ層３３，３５を構成する各層３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃの厚みｔ_１，ｔ_２，ｔ_３は等しく設定されている。

【0048】

このように構成された半導体レーザ１０では、ｐ型金属電極４０とｎ型金属電極４１との間に直流電圧が印加されると、活性層３４でレーザ光Ｐが生起され、そのレーザ光Ｐが図３に示した半導体レーザ１０の光出射端面４２ａ，４２ｂから外部へ出射される。

【0049】

この場合、図５の屈折率特性に示すように、ＳＣＨ層３３，３５を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層３４からｎ型クラッド層３２及びｐ型クラッド層３６へそれぞれ向かう程小さくなるように設定されているので、ＳＣＨ層３３，３５内における活性層３４の近傍領域の屈折率の高い領域においては屈折率が急激に低下し、ｎ型クラッド層３２及びｐ型クラッド層３６の近傍領域の屈折率の低い領域においては、屈折率が緩慢に低下する。

【0050】

このため、光導波路内で光の集中度を緩和する、即ち、光閉じ込め係数を低くすることができ、内部損失が低下する。

【0051】

また、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３２の屈折率ｎ_ａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層３６の屈折率ｎ_ｂより高いので、半導体レーザ１０の出射光の光強度分布は、活性層３４を中心とした層厚方向に非対称となる。より詳細には、光強度分布は、ｎ型クラッド層３２とｐ型クラッド層３６を同一屈折率にしたときの対称な特性Ａ'（図６参照）に対して、特性Ａ（図６参照）のようにｎ型クラッド層３２側に偏って分布する。

【0052】

このため、ｐ型クラッド層３６における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。

【0053】

このように構成された半導体レーザ１０は、半導体レーザモジュール１において上段部１３ｂ上にチップキャリア２１を介してジャンクションダウンで固定されている。

【0054】

なお、層厚方向に非対称な光強度分布を示す半導体レーザは、上記のように屈折率分布が非対称なクラッド構造を有するＩｎＰ系の埋め込み型の半導体レーザに限定されず、例えば、屈折率分布が非対称なクラッド構造を有するＧａＡｓ（ガリウム・砒素）系のリッジ型あるいは埋め込みリッジ型の半導体レーザであっても良い。

【0055】

次に、本実施形態の半導体レーザモジュール１の要部の構成について説明する。
図７に示すように、レンズ１２は、半導体レーザ１０に対向する側の光学面１２ａと、光ファイバ１１に対向する側の光学面１２ｂと、を有している。光学面１２ａは非球面形状をなしており、光学面１２ｂはほぼ球面形状をなしている。このようなレンズ１２としては、市場に出回っている非球面レンズを使用することができる。
なお、光学面１２ｂは非球面形状をなしていても良い。

【0056】

また、図７はレンズ１２が１枚のレンズからなる構成を示しているが、レンズ１２は、２枚レンズ系の構成であっても良い。この場合は、半導体レーザ１０に近い方のレンズの半導体レーザ１０に対向する側の光学面が非球面形状をなしていれば良い。

【0057】

半導体レーザ１０の光軸とレンズ１２の光軸とは、互いに平行ではなく所定の角度θをなして交差している。図７に示すように、レンズ１２の光軸は、半導体レーザ１０の光軸に対し、半導体レーザ１０に向かう方向において非対称な光強度分布の偏りの小さい側に傾斜している。

【0058】

レンズ１２の光学面１２ａの形状は非球面形状であるため、所定の角度θを適切に選べば、半導体レーザ１０からレンズ１２の光学面１２ａに入射したレーザ光は、その非対称性が緩和されてレンズ１２の光学面１２ｂから出射されることとなる。そして、非対称性が緩和されたレーザ光が光ファイバ１１に入射されることにより、半導体レーザ１０と光ファイバ１１の結合効率が向上することとなる。

【0059】

従って、上記の角度θは、半導体レーザ１０からレンズ１２の光学面１２ａに入射した非対称な光強度分布のレーザ光が、光ファイバ１１の光軸を中心としたＺ軸方向に整形されてレンズ１２の光学面１２ｂから出射される角度に設定されることが望ましい。具体的な構成としては、図１に示すように、基板１３の傾斜面１３ａのＸＹ平面に対する傾斜角度をθとすることにより、半導体レーザ１０の光軸をレンズ１２の光軸に対して傾ける。

【0060】

さらに、本願出願人は、図７の構成において、半導体レーザ１０のレーザ光の出射点が光ファイバ１１の光軸の延長線上に配置された場合に、半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率が良好な値となることを実験で確認している。なお、図７においては、レンズ１２の中心点も光ファイバ１１の光軸の延長線上に配置されているが、本構成は一例であり、必ずこのような構成とする必要はない。

【0061】

図８に半導体レーザ１０と光ファイバ１１間の結合損失と角度θとの関係の一例を示す。図８のグラフから、角度θを０（ゼロ）度から増加させることにより結合損失が減少し、半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率が向上することが確認できる。

【0062】

図８のグラフには示されていないが、角度θには最小の結合損失、言い換えれば最大の結合効率を得られる角度θ_０が存在する。このときの角度θ_０は、レンズ１２の光学面１２ｂから出射されるレーザ光の光強度分布が、光ファイバ１１の光軸に関して最も対称となる角度である。

【0063】

なお、図１に示した傾斜面１３ａは、ＹＺ平面内において右肩上がりに傾斜しているが、傾斜面１３ａの傾斜の向きはこれに限定されず、半導体レーザ１０の出射光の偏りの方向やレンズ１２の光学面１２ａの非球面形状に応じて、ＹＺ平面内において右肩下がりに傾斜する場合もあり得る。

【0064】

さらに、図３等に示した半導体レーザ１０に代えて、水平方向（Ｘ軸方向）に非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザを半導体レーザモジュール１に設置する場合には、傾斜面１３ａの傾斜の向きをＸＺ平面内において右肩上がりまたは右肩下がりに傾斜させても良い。

【0065】

ここで、水平方向（Ｘ軸方向）に非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザとしては、例えば、光導波路の光軸が光出射端面の法線に対して０（ゼロ）度ではない角度をなす斜め端面の半導体レーザが挙げられる。

【0066】

また、図１には傾斜面１３ａを基板１３に設けた例を示したが、基板１３の上面をＸＹ平面に平行としてチップキャリア２１に傾斜面を設けても良い。あるいは、基板１３及びチップキャリア２１の両方に傾斜面を設けても良い。

【0067】

以上説明したように、本実施形態の半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ１０の光軸を非球面形状の光学面１２ａを有するレンズ１２の光軸に対して傾けることにより、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率を向上させることができる。

【0068】

半導体レーザ１０と光ファイバ１１とを光結合するレンズ１２としては、市場に出回っている非球面レンズを使用することができるため、安価かつ簡易な構成で半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率を向上させることができる。

【0069】

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態としての半導体レーザモジュール２について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0070】

図９に示すように、本実施形態の半導体レーザモジュール２は、第１の実施形態の基板に代えて、チップキャリア２１を介して半導体レーザ１０を固定する１つの上段部５３ｂと、２つの下段部５３ｃ，５３ｄとを有する基板５３を備える。

【0071】

上段部５３ｂの上面５３ａはＸＹ平面に平行であり、その上に配置される半導体レーザ１０の光軸もＸＹ平面に平行となる。ここで、基板５３の上段部５３ｂは、半導体レーザ１０を支持する支持部材を構成する。基板５３の上段部５３ｂの一端面は、一対の突き当てブロック２３，２４の一方の端面２３ａ，２４ａに当接している。

【0072】

図９，１０に示すように、レンズ１２を保持するレンズホルダ２２は、レンズ１２の光軸と直交する端面２２ａの縁部の任意の箇所Ｐにおいて、一対の突き当てブロック２３，２４の他方の端面２３ｂ，２４ｂと半田、溶接もしくは接着剤で固定される。

【0073】

次に、本実施形態の半導体レーザモジュール２の要部の構成について説明する。
図１１に示すように、半導体レーザ１０の光軸とレンズ１２の光軸とは、互いに平行ではなく所定の角度θをなして交差している。第１の実施形態と同様に、レンズ１２の光軸は、半導体レーザ１０の光軸に対し、半導体レーザ１０に向かう方向において非対称な光強度分布の偏りの小さい側に傾斜している。さらに、上記の角度θは、半導体レーザ１０からレンズ１２の光学面１２ａに入射した非対称な光強度分布のレーザ光が、光ファイバ１１の光軸を中心としたＺ軸方向に整形されてレンズ１２の光学面１２ｂから出射される角度に設定されている。

【0074】

具体的には、図９に示すように、レンズホルダ２２の端面２２ａが突き当てブロック２３，２４の他方の端面２３ｂ，２４ｂに対してなす角度をθとすることにより、レンズ１２の光軸を半導体レーザ１０の光軸に対して傾けている。

【0075】

以上のように構成された半導体レーザモジュール２は、非球面形状の光学面１２ａを有するレンズ１２の光軸を半導体レーザ１０の光軸に対して傾けることにより、第１の実施形態と同様に、非対称な光強度分布のレーザ光を出射する半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率を向上させることができる。

【0076】

なお、本実施形態においては、半導体レーザ１０の光軸がＸＹ平面に平行であるとしたが、基板５３の上面５３ａを傾斜面として、第１の実施形態のように半導体レーザ１０の光軸を傾けても良い。また、チップキャリア２１に傾斜面を設けても良い。あるいは、基板５３及びチップキャリア２１の両方に傾斜面を設けても良い。

【0077】

また、本実施形態においては、レンズホルダ２２の端面２２ａがレンズ１２の光軸と直交するとしたが、必ずしもこの構成に限定されず、端面２２ａの法線とレンズ１２の光軸の向きが一致しない状態でレンズ１２がレンズホルダ２２内に固定されていても良い。

【0078】

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態としての半導体レーザモジュール３について図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0079】

図１２は、本実施形態の半導体レーザモジュール３の構成を示す側面図である。第２の実施形態と同様に、基板５３は、チップキャリア２１を介して半導体レーザ１０を固定する１つの上段部５３ｂと、２つの下段部５３ｃ，５３ｄとで形成されている。上段部５３ｂの上面５３ａはＸＹ平面に平行であり、その上に配置される半導体レーザ１０の光軸もＸＹ平面に平行となる。ここで、基板５３の上段部５３ｂは、半導体レーザ１０を支持する支持部材を構成する。

【0080】

また、図１２，１３に示すように、本実施形態の半導体レーザモジュール３は、第１及び第２の実施形態の突き当てブロックに代えて、ＸＺ平面に平行な一方の端面６３ａ，６４ａと、一方の端面６３ａ，６４ａに対して所定の角度θをなす傾斜面としての他方の端面６３ｂ，６４ｂとを有する突き当てブロック６３，６４を備える。

【0081】

ここで、基板５３の上段部５３ｂの一端面は、突き当てブロック６３，６４の一方の端面６３ａ，６４ａに当接している。また、図１２，１３に示すように、レンズ１２を保持するレンズホルダ２２は、レンズ１２の光軸と直交する端面２２ａが突き当てブロック６３，６４の他方の端面６３ｂ，６４ｂに当接した状態で、他方の端面６３ｂ，６４ｂに半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。半導体レーザ１０の光軸は、一対の突き当てブロック６３，６４の間を通過するようになっている。

【0082】

突き当てブロック６３，６４が上記の傾斜面６３ｂ，６４ｂを有することにより、図１２，１３に示すように、半導体レーザ１０の光軸とレンズ１２の光軸とは、互いに平行ではなく所定の角度θをなして交差する。第１及び第２の実施形態と同様に、この角度θは、半導体レーザ１０からレンズ１２の光学面１２ａに入射した非対称な光強度分布のレーザ光が、光ファイバ１１の光軸を中心としたＺ軸方向に整形されてレンズ１２の光学面１２ｂから出射される角度に設定されている。

【0083】

以上のように構成された半導体レーザモジュール３は、非球面形状の光学面１２ａを有するレンズ１２の光軸を半導体レーザ１０の光軸に対して傾けることにより、第１及び第２の実施形態と同様に、半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率を向上させることができる。

【0084】

なお、本実施形態においては、半導体レーザ１０の光軸がＸＹ平面に平行であるとしたが、基板５３の上面５３ａを傾斜面として、第１の実施形態のように半導体レーザ１０の光軸を傾けても良い。また、チップキャリア２１に傾斜面を設けても良い。あるいは、基板５３及びチップキャリア２１の両方に傾斜面を設けても良い。

【0085】

また、本実施形態においては、レンズホルダ２２の端面２２ａがレンズ１２の光軸と直交するとしたが、必ずしもこの構成に限定されず、端面２２ａの法線とレンズ１２の光軸の向きが一致しない状態でレンズ１２がレンズホルダ２２内に固定されていても良い。

【0086】

（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、半導体レーザモジュールとしてバタフライ型を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体レーザモジュールが同軸型であっても良い。以下、本発明の第４の実施形態としての同軸型の半導体レーザモジュール４について図面を参照しながら説明する。なお、第１〜第３の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0087】

図１４，１５に示すように、本実施形態の半導体レーザモジュール４は、底板７１に固定されて用いられるＣＡＮパッケージ７２と、ＣＡＮパッケージ７２から出射されたレーザ光が入射する光ファイバ１１と、を主に備える。

【0088】

ＣＡＮパッケージ７２は、３本のリード７３が背面側に向けて突出している円盤状のステム７４と、ステム７４の正面側に固定された中空で円筒状のキャップ７５と、によってその外形が形成される。

【0089】

図１５に示すように、キャップ７５の中には、半導体レーザ１０と、ステム７４から延伸し、半導体レーザ１０を支持固定するための保持ブロック７６と、半導体レーザ１０と保持ブロック７６との間に配置されるチップキャリア７７と、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光を光ファイバ１１に結合させるレンズ１２と、半導体レーザ１０からのレーザ光を受光するフォトダイオード（不図示）と、が収められている。

【0090】

ここで、保持ブロック７６は半導体レーザ１０を支持する支持部材を構成する。なお、図１５はレンズ１２が１枚のレンズからなる構成を示しているが、レンズ１２は、２枚レンズ系の構成であっても良い。この場合においては、半導体レーザ１０に近い方のレンズの半導体レーザ１０に対向する側の光学面が非球面形状をなしていれば良い。

【0091】

図１４に示すように、底板７１は、背面７１ａ側から正面７１ｂ側に向かって段階的に径が狭まる貫通穴７８を有している。ＣＡＮパッケージ７２は、貫通穴７８の内部に配置される。

【0092】

半導体レーザモジュール４は、さらに、ＣＡＮパッケージ７２のキャップ７５と光ファイバ１１とを結ぶホルダ７９と、光ファイバ１１の先端部分に取り付けられた円筒状のフェルール８０をホルダ７９に固定するスリーブ８１と、ＣＡＮパッケージ７２、光ファイバ１１、ホルダ７９、及びスリーブ８１を覆うカバー８２と、を備える。

【0093】

ホルダ７９とスリーブ８１とは溶接により連結固定される。また、カバー８２は底板７１と接着剤により連結固定される。また、フェルール８０は、溶接によりスリーブ８１内に固定される。

【0094】

次に、本実施形態の半導体レーザモジュール４の要部の構成について説明する。
図１５に示すように、保持ブロック７６は、ＸＹ平面に対して所定の角度θをなす傾斜面としての上面７６ａを有する。保持ブロック７６が上記の傾斜面７６ａを有することにより、図７に示すように、半導体レーザ１０の光軸とレンズ１２の光軸とは、互いに平行ではなく所定の角度θをなして交差する。第１〜第３の実施形態と同様に、この角度θは、半導体レーザ１０からレンズ１２の光学面１２ａに入射した非対称な光強度分布のレーザ光が、光ファイバ１１の光軸を中心としたＺ軸方向に整形されてレンズ１２の光学面１２ｂから出射される角度に設定されている。

【0095】

以上のように構成された半導体レーザモジュール４は、半導体レーザ１０の光軸を非球面形状の光学面１２ａを有するレンズ１２の光軸に対して傾けることにより、第１〜第３の実施形態と同様に、半導体レーザ１０と光ファイバ１１との結合効率を向上させることができる。

【0096】

なお、本実施形態においては、保持ブロック７６が傾斜面７６ａを有するとしたが、保持ブロック７６の上面をＸＹ平面に平行としてチップキャリア７７に傾斜面を設けても良い。あるいは、保持ブロック７６及びチップキャリア７７の両方に傾斜面を設けても良い。

【符号の説明】

【0097】

１〜４ 半導体レーザモジュール
１０ 半導体レーザ
１１ 光ファイバ
１２ レンズ
１２ａ，１２ｂ 光学面
１３，５３ 基板（支持部材）
１３ａ，７６ａ 上面（傾斜面）
１３ｂ，５３ｂ 上段部（支持部材）
１３ｃ，１３ｄ，５３ｃ，５３ｄ 下段部
１４ パッケージ（筺体）
２１，７７ チップキャリア
２２ レンズホルダ
２２ａ 端面
２３，２４，６３，６４ 突き当てブロック
２３ａ，２４ａ，６３ａ，６４ａ 一方の端面
２３ｂ，２４ｂ 他方の端面
３１ ｎ型半導体基板
３２ ｎ型クラッド層
３３，３５，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ ＳＣＨ層
３４ 活性層
３６ ｐ型クラッド層
４２ａ，４２ｂ 光出射端面
５３ａ 上面
６３ｂ，６４ｂ 他方の端面（傾斜面）
７６ 保持ブロック（支持部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】