特許 7166932 半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-10-28

(45)【発行日】2022-11-08

(54)【発明の名称】半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02326 20210101AFI20221031BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20221031BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20221031BHJP

   H01S 5/02385 20210101ALI20221031BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20221031BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02326

G02B6/42

H01S5/02253

H01S5/02385

H01S5/40

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018558086

(86)(22)【出願日】2017-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2017046089

(87)【国際公開番号】W WO2018117251

(87)【国際公開日】2018-06-28

【審査請求日】2020-09-24

(31)【優先権主張番号】P 2016250076

(32)【優先日】2016-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有賀 麻衣子

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 悠介

(72)【発明者】

【氏名】山岡 一樹

(72)【発明者】

【氏名】菅谷 俊雄

【審査官】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０２８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１８１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１８０２９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１６４７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９０１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９０１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／１０８５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／０３２１８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２６９８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１９８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１７８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３０３１０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／４２ － ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射端に入射して、導波させる導波路を有する導波路型光機能素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路の、前記導波路型光機能素子の導波路の前記入射端に関する延長線上に設けられた突起物と、を備え、
前記突起物は、前記レーザ光を反射または散乱し得る構造物であり、
前記突起物の高さは、前記導波路型光機能素子の高さよりも高く、
前記半導体レーザ素子と前記導波路型光機能素子との間において、前記半導体レーザ素子の側にコリメートレンズが配置され、前記導波路型光機能素子の側に集光レンズが配置され、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が、前記コリメートレンズと前記集光レンズとを介して、前記導波路型光機能素子の導波路の入射端に空間結合し、
前記集光レンズが配置されていない状態では、前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光の径は、前記導波路型光機能素子の厚さより大きく、光路を進むレーザ光の一部は、前記導波路型光機能素子の上部を通過して前記突起物に到達し、
前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光を前記導波路型光機能素子の導波路の入射端に集光するように、前記集光レンズの位置が調整されている
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。

【請求項2】

前記導波路型光機能素子が固定されるサブマウントをさらに備え、前記突起物が前記サブマウント上に固定されている
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】

前記導波路型光機能素子の導波路は、前記入射端近傍に曲げ導波路を有し、前記導波路型光機能素子全体が前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路に対して斜めに配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項4】

前記導波路型光機能素子は、入射された前記レーザ光を増幅する半導体光増幅器である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項5】

前記突起物は、半球状の形状をしている
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項6】

前記突起物は、柱状の形状をしている
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項7】

前記突起物は、金属でできている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項8】

前記突起物は、金（Ａｕ）でできている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項9】

半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射して、導波させる導波路を有する導波路型光機能素子と、を備える半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記半導体レーザ素子を前記半導体レーザモジュールの基板に対して固定するレーザ素子配置工程と、
前記半導体レーザ素子と前記導波路型光機能素子との間に、前記半導体レーザ素子から出射するレーザ光を平行光化するコリメートレンズを前記半導体レーザ素子に対して固定するコリメートレンズ配置工程と、
前記導波路型光機能素子と前記導波路型光機能素子の導波路の入射端から入射方向の延長線上に設けられた突起物とが共に固定された第１サブマウントを、前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光が前記突起物に到達するように位置決めして前記基板に対して固定する導波路型光機能素子配置工程と、
前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光を前記導波路型光機能素子の導波路の入射端に集光させるための集光レンズを、前記コリメートレンズと前記導波路型光機能素子との間に固定する集光レンズ配置工程と、
を含み、
前記突起物を、前記レーザ光を反射または散乱し得る構造物とし、
前記突起物の高さを前記導波路型光機能素子の高さよりも高くし、
前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光の径が、前記導波路型光機能素子の厚さより大きくなるようにして、光路を進むレーザ光の一部を前記導波路型光機能素子の上部を通過して前記突起物に到達させるようにする
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10】

前記コリメートレンズ配置工程は、前記半導体レーザ素子が固定された第２サブマウントに対して前記コリメートレンズを固定する工程であり、
前記レーザ素子配置工程は、前記コリメートレンズ配置工程の後に、前記半導体レーザ素子と前記コリメートレンズとを固定した前記第２サブマウントを前記基板に対して固定する工程である、
ことを特徴とする請求項９に記載の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、半導体レーザモジュールおよび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】

従来、光通信用の光源として用いられる半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ素子（ＬＤ）で発振されたレーザ光を半導体光増幅器（ＳＯＡ）にて増幅し、半導体レーザモジュールから出力されるレーザ光を高出力化する構成が広く採用されている。このとき、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを同一の素子に集積することも広く一般的に採用されている（例えば特許文献１～４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２１６７９１号公報

【文献】特開２００６－２１６６９５号公報

【文献】米国特許第９０５４４８０号明細書

【文献】国際公開２０１３／１８０２９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、近年は光通信における高出力化への要求がますます高まり、半導体レーザ素子および半導体光増幅器へ供給される電流も増大している。結果、半導体レーザ素子および半導体光増幅器からの発熱量も増大し、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを分離して温度制御する半導体レーザモジュールの構成への需要も高まっている。半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを分離して別の熱電素子にて温度制御すれば、熱電素子の温度調節に用いられる消費電力の総和を低く抑えることにもつながる。

【0005】

一方、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とを分離する構成を採用した場合、半導体レーザ素子から出射したレーザ光を、半導体光増幅器に精度よく空間結合する必要がある。つまり、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との相対的位置合わせを精度良く行うという新たな技術課題も生じる。なお、この空間結合における位置合わせという課題は、半導体光増幅器に限らず、光変調器、石英・シリコン・ポリマーなどによる光導波路デバイスなどの他の導波路型光機能素子と半導体レーザ素子とを備える半導体レーザモジュールにおいても同様である。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体レーザ素子と導波路型光機能素子との相対的位置合わせを精度良く行うことができる半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射端に入射して、導波させる導波路を有する導波路型光機能素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路の、前記入射端に関する延長線上に設けられた突起物と、を備えることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記導波路型光機能素子が固定されるサブマウントをさらに備え、前記突起物が前記サブマウント上に固定されていることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記突起物が前記導波路型機能素子上に固定されていることを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記導波路型光機能素子の導波路は、前記入射端近傍に曲げ導波路を有し、前記導波路型光機能素子全体が前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路に対して斜めに配置されている、ことを特徴とする。

【0011】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記導波路型光機能素子は、入射された前記レーザ光を増幅する半導体光増幅器であることを特徴とする。

【0012】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記突起物は、半球状の形状をしていることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記突起物は、柱状の形状をしていることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記突起物は、金属でできていることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記突起物は、金（Ａｕ）でできていることを特徴とする。

【0016】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子と前記導波路型光機能素子との間には、コリメートレンズと集光レンズとが配置され、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が、前記コリメートレンズと前記集光レンズとを介して、前記導波路型光機能素子の導波路の入射端に空間結合する、ことを特徴とする。

【0017】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光の径は、前記導波路型光機能素子の厚さより大きく、前記サブマウントに関する前記突起物の高さは、前記導波路型光機能素子の高さよりも高い、ことを特徴とする。

【0018】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射端に入射して、導波させる導波路を有する導波路型光機能素子と、前記導波路型光機能素子と突起物とが共に固定されるサブマウントと、を備え、前記突起物は、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路の、前記入射端に関する延長線と平行な直線上に設けられている、ことを特徴とする。

【0019】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールの製造方法は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を入射して、導波させる導波路を有する導波路型光機能素子と、を備える半導体レーザモジュールの製造方法であって、前記半導体レーザ素子を前記半導体レーザモジュールの基板に対して固定するレーザ素子配置工程と、前記半導体レーザ素子から出射するレーザ光を平行光化するコリメートレンズを前記半導体レーザ素子に対して固定するコリメートレンズ配置工程と、前記導波路型光機能素子と前記導波路型光機能素子の導波路の入射端から入射方向の延長線上に設けられた突起物とが共に固定された第１サブマウントを、前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光が前記突起物に到達するように位置決めして前記基板に対して固定する導波路型光機能素子配置工程と、前記コリメートレンズによって平行光化されたレーザ光を前記導波路型光機能素子の導波路の入射端に集光するための集光レンズを、前記コリメートレンズと前記導波路型光機能素子との間に固定する集光レンズ配置工程と、を有することを特徴とする。

【0020】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールの製造方法は、前記コリメートレンズ配置工程は、前記半導体レーザ素子が固定された第２サブマウントに対して前記コリメートレンズを固定する工程であり、前記レーザ素子配置工程は、前記コリメートレンズ配置工程の後に、前記半導体レーザ素子と前記コリメートレンズとを固定した前記第２サブマウントを前記基板に対して固定する工程である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明に係る半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法は、半導体レーザ素子と導波路型光機能素子との相対的位置合わせを精度良く行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法の要旨を示すフローチャートである。

【図3】図３は、半導体光増幅器の位置決め工程における半導体レーザモジュールの側面概略構成を示す図である。

【図4】図４は、集光レンズの配置工程における半導体レーザモジュールの側面概略構成を示す図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る半導体レーザモジュールの概略構成を示す図である。

【図6A】図６Ａは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図6B】図６Ｂは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図6C】図６Ｃは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図6D】図６Ｄは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図6E】図６Ｅは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図6F】図６Ｆは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図である。

【図7A】図７Ａは、各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法を例示する図である。

【図7B】図７Ｂは、各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法を例示する図である。

【図7C】図７Ｃは、各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法を例示する図である。

【図7D】図７Ｄは、各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法を例示する図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る半導体レーザモジュールを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュールおよびその製造方法を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本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。また、図面は模式的なものであり、各構成の寸法などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。

【0024】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの概略構成を示す図である。図１に示される第１実施形態に係る半導体レーザモジュールは、基本構成のみを示すものであり、実際の半導体レーザモジュールは、後述する実施形態のように、様々な追加の構成を備え得る。

【0025】

図１に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１１と、半導体光増幅器２１と、突起物２２と、ＳＯＡサブマウント２０とを備えている。さらに、図１に示すように、半導体レーザモジュール１００は、コリメートレンズ１２と、集光レンズ３０と、ＬＤサブマウント１０とを備えている。これらは、半導体レーザモジュール１００の筐体に収容される基板１０１上に設けられる構成としてもよいし、半導体レーザモジュール１００の筐体の底板を基板１０１として、底板上に設けられる構成としてもよい。

【0026】

半導体レーザ素子１１は、電流の注入によりレーザ発振をしてレーザ光を出射するものであり、温度制御によって発振波長を変更することができる、例えば分布帰還型半導体レーザ素子を用いる。

【0027】

半導体光増幅器２１は、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光を入射して、導波させる導波路２３を有する導波路型光機能素子の代表例であり、導波路型光機能素子の他の例として、光変調器などが挙げられる。図１に示すように、半導体光増幅器２１は、素子全体が半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１に対して斜めに配置されている。このために、半導体光増幅器２１の導波路は、入射端２４の近傍に曲げ導波路が形成されている。また、図１に示される半導体光増幅器２１の例では、出射端２５の近傍にも曲げ導波路が形成され、半導体光増幅器２１から出射されるレーザ光の光路Ｌ２が光路Ｌ１に対して略平行となるように構成されている。導波路を有する導波路型光機能素子のさらに他の例としては、プレーナ光波回路（ＰＬＣ）などの石英ガラス系光導波路デバイス、シリコン導波路デバイス、ポリマー導波路デバイスなども挙げられる。

【0028】

突起物２２は、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１の半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する延長線Ｌ３上に設けられたワイヤボールである。突起物２２は、配線を接続するために金（Ａｕ）などの金属で形成された通常のワイヤボンディングの半球状の構造物であり、ここでは、配線の接続に用いるのではなく、後述するように、半導体光増幅器２１の位置決め（粗調整）に用いられる。突起物２２をワイヤボールとすれば、通常の配線処理の際に形成することができるので簡便であるが、突起物２２はワイヤボールに限定されず、例えば一旦形成したワイヤを切断した柱状（曲がった場合も含む）であったり、レーザ光を反射や散乱し得る構造物であれば適切に利用可能である。

【0029】

ＳＯＡサブマウント２０は、半導体光増幅器２１と突起物２２とが共に固定されるサブマウントである。ＳＯＡサブマウント２０上における、半導体光増幅器２１と突起物２２との高さ関係は、突起物２２の高さが半導体光増幅器２１の高さよりも高いように構成されている。半導体光増幅器２１と突起物２２とがＳＯＡサブマウント２０の同一平面上に固定される場合、突起物２２の高さが、半導体光増幅器２１の厚さよりも大きいことになる。なお、一般に半導体光増幅器２１は板状の形状であり、略一定の厚さを有するが、厚さが一定でない場合は、最厚部をもって厚さを定義する。

【0030】

また、突起物２２は、上述のように、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１の半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する延長線Ｌ３上に設けられ、半導体光増幅器２１と突起物２２との相対的位置関係が確定している。したがって、突起物２２を目標としてＳＯＡサブマウント２０の位置決めを行うことにより、結果的に、半導体光増幅器２１の位置決めを行うことが可能となる。なお、突起物２２の固定箇所はサブマウント（ＳＯＡサブマウント２０）上には限定されない。導波路型光機能素子が各光学部品と共にベース上に固定される場合、メタライズの施された熱電素子上に固定される場合がある。これらの場合は突起物も導波路デバイス（導波路型光機能素子）が固定されたベース上に固定される。さらに、導波路型光機能素子に含まれる導波路が当該素子の上面に近い場合、導波路型光機能素子上に突起物を固定しても良い。光変調器やその他の導波路型光機能素子の場合は、導波路が当該素子の上面に近く、当該素子の面積も大きいために、当該素子上に突起物を固定することが可能である。

【0031】

コリメートレンズ１２は、半導体レーザ素子１１から出射するレーザ光を平行光化するための光学素子である。ここで、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光の径は、半導体光増幅器２１の厚さより大きくなるよう設計されている。また、図１に示される半導体レーザモジュール１００の構成例では、コリメートレンズ１２と半導体レーザ素子１１とが同一のＬＤサブマウント１０の上に配置されている。しかしながら、コリメートレンズ１２の配置位置はこれに限定されず、半導体レーザ素子１１と独立して半導体レーザモジュール１００に固定されてもよい。また、コリメートレンズ１２は半導体レーザ素子１１と独立した素子とは限らず、半導体レーザ素子１１の出射端面にコリメートレンズ１２が形成される構成を採用することも可能である。

【0032】

集光レンズ３０は、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光を半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に集光するための光学素子である。後述するように、集光レンズ３０は、半導体レーザモジュールの製造工程の途中で配置されるものである。集光レンズ３０が配置された状態では、コリメートレンズ１２によって平行光化された光路Ｌ１のレーザ光は、半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に集光し、半導体光増幅器２１の導波路２３を導波して、半導体光増幅器２１の出射端２５から光路Ｌ２へ出射される。

【0033】

一方、集光レンズ３０が配置されていない状態では、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光の径が半導体光増幅器２１の厚さより大きいので、光路Ｌ１を進むレーザ光の一部は、半導体光増幅器２１の上部を通過し、半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する光路Ｌ１の延長線Ｌ３上に設けられた突起物２２にまで到達することになる。突起物２２は、ワイヤボールなどのレーザ光を反射や散乱し得る構造物であるので、突起物２２にまで到達したレーザ光は、突起物２２によって反射や散乱され、レーザ光が突起物２２にまで到達したことを確認することができる。

【0034】

以上の関係を用いれば、集光レンズ３０が配置されていない状態で、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光が突起物２２に照射されるようにＳＯＡサブマウント２０の位置決めを行えば、集光レンズ３０が配置された状態では、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光が半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に空間結合するような粗調整が実現できる。後は、集光レンズ３０の配置を微調整することによって、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光が半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に適切に空間結合する配置が実現できる。この微調整は、半導体光増幅器２１から出力されるレーザ光の強度を観察しながら行うことができる。

【0035】

次に、上記説明した第１実施形態に係る半導体レーザモジュール１００の構成例を用いて、半導体レーザモジュールの製造方法を説明する。

【0036】

図２は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法の要旨を示すフローチャートである。図３は、半導体光増幅器の位置決め工程における半導体レーザモジュールの側面概略構成を示す図である。図４は、集光レンズの配置工程における半導体レーザモジュールの側面概略構成を示す図である。

【0037】

図２に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法は、半導体レーザ素子１１とコリメートレンズ１２とを配置する工程から始まる（ステップＳ１）。この工程は、図２に示されるフローチャートでは一つの工程として記載されているが、二つの工程に分離することも可能である。

【0038】

先述したように、半導体レーザモジュール１００の構成例では、コリメートレンズ１２と半導体レーザ素子１１とが同一のＬＤサブマウント１０の上に配置されているが、コリメートレンズ１２を半導体レーザ素子１１と独立して配置することも可能であり、また、半導体レーザ素子１１の出射端面にコリメートレンズ１２が形成される構成を採用することも可能である。

【0039】

したがって、コリメートレンズ１２と半導体レーザ素子１１とを同一のＬＤサブマウント１０の上に配置する場合、半導体レーザ素子１１が固定されたＬＤサブマウント１０に対してコリメートレンズ１２を固定した後に、ＬＤサブマウント１０を半導体レーザモジュール１００の基板１０１に対して固定することによって、ステップＳ１の工程を実現する。また、半導体レーザ素子１１の出射端面にコリメートレンズ１２が形成される構成を採用する場合、半導体レーザ素子１１を半導体レーザモジュール１００の基板１０１に対して固定すれば、自動的にコリメートレンズ１２を半導体レーザモジュール１００の基板に対して固定することになり、ステップＳ１の工程が実現される。コリメートレンズ１２を半導体レーザ素子１１と独立して配置する構成の場合、半導体レーザ素子１１を半導体レーザモジュール１００の基板１０１に対して固定し、その後、コリメートレンズ１２を半導体レーザモジュール１００の基板１０１に対して固定することで、ステップＳ１の工程を実現する。

【0040】

次に、図２に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法では、半導体光増幅器２１の位置決め工程が行われる（ステップＳ２）。本工程の説明は、図３を共に参照すると理解が容易となるので、ここに参照する。

【0041】

半導体光増幅器２１の位置決め工程では、事前に用意された半導体光増幅器２１と突起物２２とが共に固定されたＳＯＡサブマウント２０を半導体レーザモジュール１００の基板１０１に対して固定することによって行われる。先述のように、突起物２２は、ＳＯＡサブマウント２０上にて、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１の半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する延長線上に設けられている。また、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光の径は、半導体光増幅器２１の厚さより大きくなるよう設計され、突起物２２の高さが半導体光増幅器２１の高さよりも高いように構成されている。

【0042】

したがって、図３に示すように、半導体光増幅器２１の位置決め工程では、光路Ｌ１を進むレーザ光の一部は、半導体光増幅器２１の上部を通過し、突起物２２にまで到達することになる。ここで、突起物２２が半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１の半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する延長線上に設けられ、半導体光増幅器２１と突起物２２との相対的位置関係が確定していることを利用すれば、突起物２２を目標としてＳＯＡサブマウント２０の位置決めを行うことにより、半導体光増幅器２１の位置決め（粗調整）を行うことが可能となる。

【0043】

次に、図２に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法では、集光レンズ３０の配置工程が行われる（ステップＳ３）。本工程の説明は、図４を共に参照すると理解が容易となるので、ここに参照する。

【0044】

集光レンズ３０の配置工程では、集光レンズ３０がコリメートレンズ１２と半導体光増幅器２１との間に固定される。集光レンズ３０は、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光を半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に集光するための光学系である。このとき、集光レンズ３０の配置工程は、コリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光を半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に集光するように、集光レンズ３０の位置を微調整する工程を含んでいる。先述のように、この微調整は、半導体光増幅器２１から出力されるレーザ光の強度を観察しながら行うことができる。半導体レーザモジュールの製造方法は、ステップＳ２にて半導体光増幅器２１の位置の粗調整が完了しているので、集光レンズ３０の位置を微調整することが容易となっている。

【0045】

以上説明した構成の半導体レーザモジュール１００およびその製造方法に従えば、半導体レーザ素子１１と半導体光増幅器２１との相対的位置合わせを精度よく行うことができる。

【0046】

（第２実施形態）
次に、より実際的な構成の半導体レーザモジュールの例示を行う。図５は、第２実施形態に係る半導体レーザモジュールの概略構成を示す図である。図５に示される第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２００の構成は、第１実施形態と共通のものが多い。したがって、以下で説明する半導体レーザモジュール２００の構成では、第１実施形態と同一の参照符号を付することによって、その説明を省略する。同一の参照符号を付することによって省略された部位の構成および機能は、第１実施形態と実質的に同一であるものと理解することが可能である。

【0047】

図５に示すように、半導体レーザモジュール２００は、半導体レーザ素子１１とコリメートレンズ１２とを備えるＬＤサブマウント１０と、半導体光増幅器２１と突起物２２とを備えるＳＯＡサブマウント２０と、集光レンズ３０とを備えている。これら半導体レーザモジュール２００の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。

【0048】

半導体レーザ素子１１とコリメートレンズ１２とを備えるＬＤサブマウント１０は、ＬＤ用熱電素子４１の上に配置されている。ＬＤ用熱電素子４１は、例えばペルチェ素子であり、ＬＤ用熱電素子４１に供給される電流の強さおよび方向によって、半導体レーザ素子１１を加熱および冷却することができる。先述したように、半導体レーザ素子１１は、温度制御によって発振波長を変更することができる例えば分布帰還型半導体レーザ素子であり、ＬＤ用熱電素子４１に供給される電流の強さおよび方向を制御することによって、半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光の波長を制御することが可能である。

【0049】

半導体光増幅器２１と突起物２２とを備えるＳＯＡサブマウント２０は、ＳＯＡ用熱電素子４２の上に配置されている。ＳＯＡ用熱電素子４２は、例えばペルチェ素子であり、ＳＯＡ用熱電素子４２に供給される電流の強さおよび方向によって、半導体光増幅器２１を加熱および冷却することができる。半導体光増幅器２１は、大きな発熱源であるので積極的に加熱する状況は限定されるが、本構成の半導体レーザモジュール２００では、半導体レーザ素子１１の温度制御に用いるＬＤ用熱電素子４１と、半導体光増幅器２１の温度制御に用いるＳＯＡ用熱電素子４２とを、独立して備えているので、半導体レーザ素子１１と半導体光増幅器２１とのそれぞれを最適に温度制御することが可能である。すなわち、半導体レーザ素子１１および半導体光増幅器２１の温度制御に無駄な電力が消費されることも減り、ＬＤ用熱電素子４１とＳＯＡ用熱電素子４２との総和の消費電力も低く抑えることができる。

【0050】

図５に示すように、第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２００は、コリメートレンズ１２と集光レンズ３０との間に、第１ビームスプリッタ３１とアイソレータ３２とを備えている。第１ビームスプリッタ３１とアイソレータ３２との配置順は、図５に示されるものに限定されるものではないが、コリメートレンズ１２と集光レンズ３０との間のレーザ光が平行光となる箇所に配置することが好ましい。

【0051】

第１ビームスプリッタ３１は、半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光の一部を波長ロッカー５０へ分岐するための光学素子であり、プリズム型のものやフィルタ型のものなど一般的な分岐用光学素子を用いることができる。アイソレータ３２は、光学素子の反射等に起因して光路を逆行するレーザ光が半導体レーザ素子１１に入射してしまうことを防ぐための素子であり、レーザ光の偏光性を用いて、逆行するレーザ光の光路のみを変化させることができる光学素子である。

【0052】

波長ロッカー５０は、第１ビームスプリッタ３１で分岐されたレーザ光の波長を測定し、半導体レーザ素子１１が出射しているレーザ光の波長をモニタするための装置である。波長ロッカー５０がモニタしたレーザ光の波長は、ＬＤ用熱電素子４１の温度制御へフィードバックされ、半導体レーザ素子１１が所望の波長のレーザ光を出射し続けるように、フィードバック制御が行われる。

【0053】

波長ロッカー５０は、第２ビームスプリッタ５１と、第２ビームスプリッタ５１によって分岐されたレーザ光の強度を直接モニタする第１受光素子５２と、第２ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の強度をエタロンフィルタ５３を介してモニタする第２受光素子５４と、を備えている。エタロンフィルタ５３は、光の波長に対して周期的な透過特性を有する光学素子である。したがって、エタロンフィルタ５３を透過した光と透過していない光との強度比を測定することによって当該光の波長を特定することが可能である。波長ロッカー５０は、第１受光素子５２が取得するレーザ光の強度と第２受光素子５４が取得するレーザ光の強度との比を用いて、第１ビームスプリッタ３１で分岐されたレーザ光の波長を測定する。

【0054】

さらに、図５に示すように、第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２００は、半導体光増幅器２１から射出されたレーザ光を半導体レーザモジュール２００の外部へ導出する光ファイバ６０と、半導体光増幅器２１から射出されたレーザ光を光ファイバ６０へ結合させるための結合光学系６１とを備えている。なお、図５に示される結合光学系６１は、１つのレンズよって構成されているよう描かれているが、コリメートレンズと集光レンズなど複数に分離される構成とすることも可能であり、配置される位置も同図に示される位置に限定されるものではない。光ファイバ６０は、半導体レーザ素子１１から射出されるレーザ光に対して適切な伝搬特性を有する一般的なシングルモードのガラス光ファイバを用いればよい。

【0055】

以下、図６Ａ～６Ｆおよび図７Ａ～７Ｄを参照しながら、第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２００の組み立て方法について、２つの例を説明する。図６Ａ～６Ｆは、各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法を例示する図であり、図７Ａ～７Ｄは、各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法を例示する図である。

【0056】

（第１の組み立て方法）
各構成部品を基板上で組み立てた後に基板を筐体へ入れる方法では、図６Ａに示すように、最初にＬＤサブマウント１０の上に半導体レーザ素子１１とコリメートレンズ１２とを配置する。

【0057】

その後、図６Ｂに示すように、基板２０１の上にＬＤ用熱電素子４１とＳＯＡ用熱電素子４２とを配置し、ＬＤ用熱電素子４１の上にＬＤサブマウント１０を配置し、ＳＯＡ用熱電素子４２の上に第１ビームスプリッタ３１とアイソレータ３２とを配置する。

【0058】

そして、図６Ｃに示すように、半導体光増幅器２１と突起物２２とを備えるＳＯＡサブマウント２０をＳＯＡ用熱電素子４２に位置決めしながら固定する。このときの位置決め方法は、先述したように、半導体レーザ素子１１から出射されてコリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光が突起物２２まで到達することをもって半導体光増幅器２１の位置決めを行う方法である。

【0059】

その後、図６Ｄに示すように、基板２０１を筐体２０２の中に収容する。このとき、基板２０１上に配置された各構成部品に対して配線を施して電気的接続を確立してしまうことが好ましい。

【0060】

次に、図６Ｅに示すように、集光レンズ３０を配置する。この集光レンズ３０の配置工程は、半導体レーザ素子１１から出射されてコリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光が半導体光増幅器２１の導波路の入射端に集光させるための微調整を含んでいる。当該微調整は、半導体光増幅器２１から出力されるレーザ光の強度をモニタしながら集光レンズ３０の位置を微調整することで行うことができる。

【0061】

最後に、図６Ｆに示すように、波長ロッカー５０を取り付け、さらに、結合光学系６１と光ファイバ６０とを取り付けて第２実施形態に係る半導体レーザモジュールが完成する。なお、波長ロッカー５０の内部構成は先述の通りである。

【0062】

（第２の組み立て方法）
各構成部品を筐体内の基板上に順次配置する方法では、筐体内で作業を行うので、以下の工夫をすることが好ましいが、第１の組み立て方法と実質的に異なるものではない。したがって、ここでは、第１の組み立て方法とは異なる部分に着目して説明をする。

【0063】

最初に、図７Ａに示すように、筐体２０２の内部に、ＬＤ用熱電素子４１とＳＯＡ用熱電素子４２とを配置し、ＬＤ用熱電素子４１の上に、半導体レーザ素子１１とコリメートレンズ１２とを備えたＬＤサブマウント１０を配置し、ＳＯＡ用熱電素子４２の上に第１ビームスプリッタ３１とアイソレータ３２とを配置する。

【0064】

そして、位置決め作業時に用いる観察用ミラーＭを筐体２０２の内部に配置する。なお、観察用ミラーＭの位置は、図に示される位置に限定されず、位置決め作業時に突起物を観察するのに適切な位置に配置すればよい。また、位置決め作業時に突起物を観察することが容易であれば、必ずしも観察用ミラーＭを筐体２０２の内部に配置する必要はない。また、筐体２０２の一部に観察用の窓を設けるなどの別の手段によって代用することも可能である。

【0065】

そして、図７Ｂに示すように、半導体光増幅器２１と突起物２２とを備えるＳＯＡサブマウント２０をＳＯＡ用熱電素子４２に位置決めしながら固定する。このときの位置決め方法は、先述したように、半導体レーザ素子１１から出射されてコリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光が突起物２２まで到達することをもって半導体光増幅器２１の位置決めを行う方法である。上述のように、観察用ミラーＭを筐体２０２の内部に配置してあるので、突起物２２まで到達したレーザ光の反射や散乱を容易に確認することができる。

【0066】

その後、図７Ｃに示すように、観察用ミラーＭを撤去し、集光レンズ３０を配置する。この集光レンズ３０の配置工程は、半導体レーザ素子１１から出射されてコリメートレンズ１２によって平行光化されたレーザ光が半導体光増幅器２１の導波路の入射端に集光させるための微調整を含んでいる。

【0067】

最後に、図７Ｄに示すように、波長ロッカー５０を取り付け、さらに、結合光学系６１と光ファイバ６０とを取り付けて第２実施形態に係る半導体レーザモジュールが完成する。

【0068】

（第３実施形態）
次に、突起物の位置が異なる第３実施形態に係る半導体レーザモジュールについて図８を用いて説明する。図８においては、簡単のために基板や集光レンズは図示を省略している。半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１の半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４に関する延長線Ｌ３上には突起物はなく、ＳＯＡサブマウント２０Ａ上にある、延長線Ｌ３と平行な線Ｌ４上に突起物２２が形成されている。延長線Ｌ３と平行な線Ｌ４との間の距離Ｄをあらかじめ測定しておき、ＳＯＡサブマウント２０Ａを突起物２２によって位置決めした後、ＳＯＡサブマウント２０Ａをその距離Ｄだけ図面上側にシフトし、延長線Ｌ３と平行な線Ｌ４とを一致させて基板に固定する。これにより、半導体レーザ素子１１から出射されたレーザ光の光路Ｌ１と、半導体光増幅器２１の導波路の入射端２４との容易な調芯が可能となる。

【0069】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明の範疇に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0070】

以上のように、本発明は、例えば光通信の分野に適用して好適なものである。

【符号の説明】

【0071】

１００，２００ 半導体レーザモジュール
１０１，２０１ 基板
２０２ 筐体
１０ ＬＤサブマウント
１１ 半導体レーザ素子
１２ コリメートレンズ
２０、２０Ａ ＳＯＡサブマウント
２１ 半導体光増幅器
２２ 突起物
２３ 導波路
２４ 入射端
２５ 出射端
３０ 集光レンズ
３１ 第１ビームスプリッタ
３２ アイソレータ
４１ ＬＤ用熱電素子
４２ ＳＯＡ用熱電素子
５０ 波長ロッカー
５１ 第２ビームスプリッタ
５２ 第１受光素子
５３ エタロンフィルタ
５４ 第２受光素子
６０ 光ファイバ
６１ 結合光学系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】