JP2001042373A - Wavelength conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換装置に関
し、特に半導体レーザ素子の光出射面と、非線形光学結
晶に反転ドメイン部が形成された導波路型波長変換素子
の光入射面とが直接結合されてなり、半導体レーザ素子
から発せられた光を反転ドメイン部において波長変換を
行う波長変換装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength converter, and more particularly, to a device in which a light emitting surface of a semiconductor laser device and a light incident surface of a waveguide type wavelength converting device having an inversion domain formed in a nonlinear optical crystal are directly connected. The present invention relates to a wavelength converter that is coupled and performs wavelength conversion of light emitted from a semiconductor laser element in an inversion domain.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体レーザ素子と、例えば
ＭｇＯ等がドープされたＬｉＮｂＯ3結晶からなる基板
上に導波路と波長変換部（反転ドメイン部）が形成され
た導波路型波長変換素子とを直接結合させてサブマウン
ト上に配置し、半導体レーザ素子から発せられた基本波
を波長変換部で第２高調波に変換する波長変換装置等が
広く知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser device and a waveguide type wavelength conversion device in which a waveguide and a wavelength conversion portion (inversion domain portion) are formed on a substrate made of, for example, a LiNbO 3 crystal doped with MgO or the like. There is widely known a wavelength conversion device or the like in which a wavelength converter is directly coupled to a submount, and a fundamental wave emitted from a semiconductor laser element is converted into a second harmonic by a wavelength converter.
【０００３】この種の波長変換装置は、半導体レーザ素
子の発する基本波と波長変換素子の発する変換波が位相
整合（いわゆる疑似位相整合）することが必須であり、
そのために波長変換装置は通常ヒートシンク等の温度調
節手段により、一定の温度に調節されている。しかし、
半導体レーザ素子の発熱が大きいため、導波路型波長変
換素子がその発熱を受けて熱膨張を起こし、半導体レー
ザ素子と導波路型波長変換素子の位相整合波長がずれて
変換効率が低下し、出力が安定しないという問題があ
る。In this type of wavelength converter, it is essential that a fundamental wave emitted from a semiconductor laser device and a converted wave emitted from a wavelength converter be phase-matched (so-called quasi-phase matching).
For this purpose, the wavelength converter is usually adjusted to a constant temperature by a temperature adjusting means such as a heat sink. But,
Since the semiconductor laser element generates a large amount of heat, the waveguide type wavelength conversion element receives the heat and causes thermal expansion, so that the phase matching wavelength of the semiconductor laser element and the waveguide type wavelength conversion element shifts, the conversion efficiency is reduced, and the output is reduced. Is not stable.
【０００４】そこで、半導体レーザ素子の発熱が波長変
換部に伝わらないようにするために、特開平6-338650号
に示されるいくつかの方法により、半導体レーザ素子と
波長変換部を熱的に分離することがなされている。In order to prevent the heat generated by the semiconductor laser element from being transmitted to the wavelength conversion section, the semiconductor laser element and the wavelength conversion section are thermally separated by several methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-338650. That has been done.
【０００５】通常、半導体レーザ素子と波長変換素子の
サブマウントへの接着面はほとんどがサブマウントと接
しているが、上記公報に示される第１の方法は、サブマ
ウントの長さを半導体レーザ素子から波長変換素子の反
転ドメイン部手前までとするものである。第２の方法
は、サブマウントを反転ドメイン部手前から光出射方向
へテーパー状に削り、波長変換素子の光入射側の一部で
のみサブマウントと接触し、半導体レーザ素子の発熱が
波長変換素子に伝わらないようにするものである。第３
の方法は、波長変換素子の導波路とサブマウントの接着
面が垂直になるように波長変換素子を設置し、波長変換
素子とサブマウントの接触部分を減少させるものであ
る。第４の方法は、反転ドメイン部と接する部分のサブ
マウントに溝を形成し、サブマウントと反転ドメイン部
との接着面に隙間を形成するものである。第５の方法
は、半導体レーザ素子のサブマウントが接着されている
面とは反対側の面にサブマウントよりも熱伝導性の高い
ヒートシンクを取り付け、それにより半導体レーザ素子
の熱を逃がすものである。[0005] Usually, most of the bonding surfaces of the semiconductor laser device and the wavelength conversion device to the submount are in contact with the submount. However, the first method disclosed in the above-mentioned publication is to reduce the length of the submount. From before to the inversion domain portion of the wavelength conversion element. In the second method, the submount is tapered in the light emission direction from just before the inversion domain portion, and only a part of the wavelength conversion element on the light incident side comes into contact with the submount. It is something that is not transmitted to. Third
In the method of (1), the wavelength conversion element is installed so that the bonding surface of the waveguide of the wavelength conversion element and the submount are perpendicular to each other, and the contact portion between the wavelength conversion element and the submount is reduced. The fourth method is to form a groove in the submount in a portion in contact with the inversion domain portion, and to form a gap in the bonding surface between the submount and the inversion domain portion. In the fifth method, a heat sink having higher heat conductivity than the submount is attached to the surface of the semiconductor laser device opposite to the surface to which the submount is bonded, thereby releasing the heat of the semiconductor laser device. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記の第１の方法であ
る波長変換素子をサブマウントの一部で固定する方法、
第２の方法であるテーパー型のサブマウントを使用する
方法、あるいは第３の方法である半導体レーザ素子と波
長変換素子をサブマウントに垂直に配置する方法では、
波長変換素子の固定が不安定になり、製造上および信頼
性面で問題がある。The first method is a method of fixing the wavelength conversion element with a part of the submount.
In the second method, which uses a tapered submount, or the third method, in which a semiconductor laser element and a wavelength conversion element are vertically arranged on a submount,
The fixing of the wavelength conversion element becomes unstable, which causes problems in manufacturing and reliability.
【０００７】また、第４の方法であるサブマウントの波
長変換素子が配置される部分のみ溝を掘る方法や、第５
の方法であるヒートシンクを付ける方法では工程が複雑
化しコストがかかるという問題がある。A fourth method is to dig a groove only at a portion where a wavelength conversion element of a submount is arranged,
The method of attaching a heat sink, which is the method of (1), has a problem that the process is complicated and the cost is high.
【０００８】本発明は上記事情に鑑みて、半導体レーザ
素子の発熱が波長変換素子の波長変換部に影響を及ぼさ
ないようにして、安定した出力が得られる波長変換装置
を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a wavelength conversion device capable of obtaining a stable output by preventing heat generated by a semiconductor laser device from affecting a wavelength conversion portion of a wavelength conversion device. Is what you do.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の波長変換装置
は、下部に冷却手段を備えたサブマウント上に、半導体
レーザ素子と、基板上に波長変換部を備えた導波路型波
長変換素子が、該半導体レーザ素子の光出射端面と該導
波路型波長変換素子の光入射面とが直接結合するように
配置されてなる波長変換装置において、波長変換部が、
光出射端面からサブマウントの厚さ以上離れた位置に形
成されていることを特徴とするものである。According to the wavelength converter of the present invention, a semiconductor laser device and a waveguide type wavelength converter having a wavelength converter on a substrate are provided on a submount provided with a cooling device below. In a wavelength conversion device arranged so that a light emitting end face of the semiconductor laser element and a light incidence surface of the waveguide type wavelength conversion element are directly coupled, the wavelength conversion section includes:
It is characterized in that it is formed at a position away from the light emitting end face by a thickness of the submount or more.
【００１０】また、本発明の別の波長変換装置は、波長
変換素子の光入射面と波長変換部の間に機能素子が配置
されていることにより、波長変換部が半導体レーザ素子
の光出射面からサブマウントの厚さ以上離れた位置に形
成されているものであってもよい。In another wavelength converter according to the present invention, since the functional element is disposed between the light incident surface of the wavelength conversion element and the wavelength conversion section, the wavelength conversion section is provided on the light emission surface of the semiconductor laser element. It may be formed at a position separated from the submount by a thickness of the submount or more.
【００１１】また、本発明の別の波長変換装置は、活性
層を備えた半導体レーザ素子と、基板上に波長変換部を
備えた導波路型波長変換素子が、該半導体レーザ素子の
光出射端面と該導波路型波長変換素子の光入射面とが直
接結合するように配置されてなる波長変換装置におい
て、半導体レーザ素子の光出射端面もしくは該端面に隣
接した部分に、該端面の発熱を低減する構造を備えたこ
とを特徴とするものである。In another wavelength converter according to the present invention, a semiconductor laser device having an active layer and a waveguide type wavelength converter having a wavelength converter on a substrate are provided with a light emitting end face of the semiconductor laser device. And a light-incident surface of the waveguide-type wavelength conversion element, wherein the heat-generating surface of the semiconductor laser element is reduced at the light-emitting end surface or a portion adjacent to the end surface. It is characterized by having a structure to perform.
【００１２】また、前記構造は、光出射端面に隣接した
部分に絶縁領域あるいは非オーミック領域が形成されて
なるものであってもよい。Further, the structure may be one in which an insulating region or a non-ohmic region is formed in a portion adjacent to the light emitting end face.
【００１３】また、前記構造は、光出射端面に隣接した
部分の前記活性層の結晶構造を無秩序化した領域が形成
されてなるものであってもよい。Further, the structure may be formed by forming a region where the crystal structure of the active layer in a portion adjacent to the light emitting end face is disordered.
【００１４】さらに、前記構造は、光出射端面上に前記
活性層より広いバンドギャップを持つ材料が堆積された
膜、あるいは前記光出射端面での界面準位を減少させる
効果のある材料が堆積された膜が形成されてなるもので
あってもよい。Further, in the above structure, a film in which a material having a wider band gap than the active layer is deposited on the light emitting end face, or a material having an effect of reducing an interface state at the light emitting end face is deposited. May be formed by forming a film.
【００１５】また、さらに、前記構造は、光出射端面
に、該光出射端面での界面準位を低減するための処理を
施されてなるものであってもよい。Further, the structure may be such that a light emitting end face is subjected to a treatment for reducing an interface state at the light emitting end face.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明の波長変換装置によれば、下部に
冷却手段を備えたサブマウント上に、半導体レーザ素子
と、基板上に波長変換部を備えた導波路型波長変換素子
を、該半導体レーザ素子の光出射端面と該導波路型波長
変換素子の光入射面とが直接結合するように配置した波
長変換装置において、波長変換素子の波長変換部を半導
体レーザ素子からサブマウントの厚さ以上離した位置に
形成することにより、半導体レーザ素子の発熱が波長変
換部に影響を及ぼすことがなく、半導体レーザ素子と波
長変換素子の位相整合波長がずれることがないので、変
換効率の変動がなく安定した出力を得ることができる。According to the wavelength converter of the present invention, a semiconductor laser device and a waveguide type wavelength converter having a wavelength converter on a substrate are provided on a submount provided with a cooling means below. In a wavelength converter in which a light emitting end surface of a semiconductor laser device and a light incident surface of the waveguide type wavelength conversion device are directly coupled to each other, the wavelength conversion portion of the wavelength conversion device is moved from the semiconductor laser device to a thickness of a submount. By forming the semiconductor laser device at the above-mentioned separated position, the heat generated by the semiconductor laser device does not affect the wavelength conversion portion, and the phase matching wavelength of the semiconductor laser device and the wavelength conversion device does not shift. And a stable output can be obtained.
【００１７】また、波長変換素子の光入射面と波長変換
部の間に機能素子を配置することにより、半導体レーザ
素子の光出射面と波長変換素子の波長変換部をサブマウ
ント厚以上離間させることができ、熱的に分離すること
ができるので、安定した出力を得ることができる。Further, by disposing a functional element between the light incident surface of the wavelength conversion element and the wavelength conversion section, the light emission surface of the semiconductor laser element and the wavelength conversion section of the wavelength conversion element are separated from each other by a thickness equal to or greater than the submount thickness. And can be thermally separated, so that a stable output can be obtained.
【００１８】また、本発明の他の波長変換装置によれ
ば、半導体レーザ素子の光出射面に隣接した部分に絶縁
領域あるいは非オーミック領域を形成することにより、
光出射端面へのキャリアの注入が制限され、端面でのジ
ュール熱の発生を抑えることができるので、波長変換部
が受ける熱の影響を低減でき、半導体レーザ素子と波長
変換素子の発する波長が位相整合し、安定した出力を得
ることができる。According to another wavelength converter of the present invention, an insulating region or a non-ohmic region is formed in a portion adjacent to a light emitting surface of a semiconductor laser device.
Injection of carriers into the light emitting end face is restricted, and the generation of Joule heat at the end face can be suppressed, so that the influence of the heat received by the wavelength conversion section can be reduced, and the wavelengths emitted by the semiconductor laser element and the wavelength conversion element can be phase shifted. Matching and stable output can be obtained.
【００１９】また、本発明の他の波長変換装置によれ
ば、半導体レーザ素子の光出射端面に隣接した部分の活
性層の結晶構造を無秩序化した領域を形成することによ
り、半導体層のレーザ活性層に対してバンドギャップが
相対的に広がり、発振レーザ光に対する光出射端面での
光吸収が減少し、さらに光励起キャリアとそれによる非
発光再結合が減少するので、端面での熱の発生を抑制す
ることができ、安定した出力を得ることができる。Further, according to another wavelength converter of the present invention, by forming a region where the crystal structure of the active layer in the portion adjacent to the light emitting end face of the semiconductor laser element is disordered, the laser The band gap is relatively widened with respect to the layer, the light absorption of the emitted laser light at the light emitting end face is reduced, and the photoexcited carriers and the resulting non-radiative recombination are reduced, thus suppressing the generation of heat at the end face. And a stable output can be obtained.
【００２０】また、本発明の他の波長変換装置によれ
ば、半導体レーザ素子の光出射端面に、半導体レーザ素
子の活性層よりも広いバンドギャップを持つ材料が堆積
された膜、あるいは光出射端面での界面準位を減少させ
る効果のある材料が堆積された膜を施すことにより、光
出射端面でのレーザ光の光吸収を低減できるので、熱の
発生を抑制することができ、安定した出力を得ることが
できる。According to another wavelength converter of the present invention, a film in which a material having a band gap wider than the active layer of the semiconductor laser element is deposited on the light emitting end face of the semiconductor laser element, or the light emitting end face is provided. By applying a film on which a material having an effect of reducing the interface state at the surface is deposited, the light absorption of the laser beam at the light emitting end face can be reduced, so that the generation of heat can be suppressed and the stable output can be obtained. Can be obtained.
【００２１】また、本発明の他の波長変換装置によれ
ば、光出射端面での光吸収を防止するためには、半導体
光出射端面での界面準位を低減するための処理を施すこ
とも効果的である。According to another wavelength converter of the present invention, in order to prevent light absorption at the light emitting end face, a process for reducing an interface state at the semiconductor light emitting end face may be performed. It is effective.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００２３】図１に本発明の第１の実施の形態による波
長変換装置の作成過程を示す。FIG. 1 shows a process of producing a wavelength converter according to a first embodiment of the present invention.
【００２４】図１ａに示すように、厚さｄｓのＳｉウェ
ハ11に半導体レーザ素子マウント用の段差部12をフォト
リソグラフィおよびエッチングプロセスにて形成する。
この段差部12は、半導体レーザ素子の発光位置と波長変
換素子の導波路の高さ方向の位置を整合させるためのも
ので、半導体レーザ素子のｐ電極から活性層までの距離
とソルダの厚さの合計で決定される。As shown in FIG. 1A, a step 12 for mounting a semiconductor laser device is formed on a Si wafer 11 having a thickness of ds by photolithography and etching processes.
The step 12 is used to match the light emitting position of the semiconductor laser element with the position in the height direction of the waveguide of the wavelength conversion element. The distance from the p electrode of the semiconductor laser element to the active layer and the thickness of the solder Is determined by the sum of
【００２５】その後、図２ｂに示すように、半導体レー
ザ素子マウント用の段差部12にＡｕＳｎ合金からなるソ
ルダ13をダイボンディング時の収縮を見込んで蒸着す
る。この蒸着はマスク蒸着で行い、段差部近傍で薄くな
るようにアライメントしてある。なお、このソルダ13の
パターニングはリフトオフやフォトリソグラフィにより
形成してもよい。Thereafter, as shown in FIG. 2B, a solder 13 made of an AuSn alloy is deposited on the step 12 for mounting the semiconductor laser element in consideration of shrinkage during die bonding. This vapor deposition is performed by mask vapor deposition, and alignment is performed so as to be thin near the step. The patterning of the solder 13 may be formed by lift-off or photolithography.
【００２６】上記のように作成したＳｉウェハ11をダイ
シングソーで切断し、サブマウントとする。The Si wafer 11 prepared as described above is cut with a dicing saw to form a submount.
【００２７】次に、図２ｃに示すように、半導体レーザ
素子14の光出射面をサブマウントの段差部側面12’に突
き当て、上から加重（５ｇから２０ｇ）を加えながら、
加熱し、その後冷却して半導体レーザ素子14を固定す
る。Next, as shown in FIG. 2C, the light emitting surface of the semiconductor laser element 14 is abutted against the side surface 12 'of the step portion of the submount, and a load (5 to 20 g) is applied from above.
The semiconductor laser device 14 is heated and then cooled to fix the semiconductor laser device 14.
【００２８】次に、図２ｄに示すように、１０ｍｍ長の
反転ドメイン部16を形成した導波路型波長変換素子18
を、光入射端面から反転ドメイン部の開始位置までの距
離ｄが、サブマウントの厚さｄｓよりも大きくなるよう
に調整しながら光入射面を研磨する。その後、光出射面
と光入射面に反射防止膜を形成する。Next, as shown in FIG. 2D, a waveguide-type wavelength conversion element 18 having an inversion domain portion 16 having a length of 10 mm is formed.
Is adjusted such that the distance d from the light incident end face to the start position of the inversion domain portion is larger than the thickness ds of the submount. Thereafter, an anti-reflection film is formed on the light emitting surface and the light incident surface.
【００２９】次に、半導体レーザ素子14を固定したＳｉ
サブマウント11を光軸調整用治具にセットし、上記導波
路型波長変換素子18の表面に紫外線硬化樹脂を塗布した
ものをサブマウント11上に張り付ける。半導体レーザ素
子14に通電しレーザ光を照射しながら、波長変換素子18
の位置調整を行い、第２高調波出力の光強度が最大とな
る位置で保持し、上部より紫外線を照射して固定する。Next, the semiconductor laser device 14 is fixed to the Si
The submount 11 is set on an optical axis adjusting jig, and the surface of the waveguide type wavelength conversion element 18 coated with an ultraviolet curable resin is attached on the submount 11. While energizing the semiconductor laser element 14 and irradiating the laser beam, the wavelength conversion element 18
Is adjusted at the position where the light intensity of the second harmonic output is maximized, and is fixed by irradiating ultraviolet rays from above.
【００３０】半導体レーザ素子と波長変換素子とを直接
結合する場合は、結合効率を大きくするために半導体レ
ーザ素子と波長変換素子を３μｍ以下程度に近接する
が、本実施の形態では、研磨時に波長変換素子の光入射
端面から反転ドメイン形成開始位置までを調整している
ため、半導体レーザ素子14の端面からは精度良くサブマ
ウント厚以上の距離をとることができる。When the semiconductor laser element and the wavelength conversion element are directly coupled, the semiconductor laser element and the wavelength conversion element are brought close to each other to about 3 μm or less in order to increase the coupling efficiency. Since the distance from the light incident end face of the conversion element to the inversion domain formation start position is adjusted, the distance from the end face of the semiconductor laser element 14 can be accurately set to be equal to or greater than the thickness of the submount.
【００３１】上記導波路型波長変換素子18は、例えば、
非線形光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ3に
ＭｇＯがドープされた結晶からなる基板15に、その結晶
の自発分極の向きを反転させた反転ドメイン部16が周期
的に形成されてなる周期ドメイン反転構造と、この周期
ドメイン反転構造に沿ってのびる光導波路17が形成され
てなるものである。上記反転ドメイン部16は直接電場印
加法により形成することができる。The waveguide type wavelength conversion element 18 is, for example,
On a substrate 15 made of a crystal obtained by doping MgO into LiNbO 3 , which is a ferroelectric substance having a nonlinear optical effect, a periodic domain is formed by periodically forming an inverted domain portion 16 in which the direction of spontaneous polarization of the crystal is inverted. An inverted structure and an optical waveguide 17 extending along the periodic domain inverted structure are formed. The inversion domain portion 16 can be formed by a direct electric field application method.
【００３２】また、光導波路17は、上記反転ドメイン部
16を形成した後、反転ドメイン部16が形成された面上に
フォトリソグラフィとリフトオフにより金属マスクパタ
ーンを形成し、この基板15をピロリン酸中に浸漬してプ
ロトン交換処理を行い、マスクを除去した後にアニール
処理を行って形成されるものである。光導波路17は反転
ドメイン部16を形成する前に形成してもよい。The optical waveguide 17 is provided in the inversion domain section.
After forming 16, a metal mask pattern was formed by photolithography and lift-off on the surface on which the inverted domain portion 16 was formed, and the substrate 15 was immersed in pyrophosphoric acid to perform a proton exchange treatment, and the mask was removed. It is formed by performing an annealing process later. The optical waveguide 17 may be formed before forming the inversion domain portion 16.
【００３３】上記のようにして作成された波長変換装置
は、半導体レーザ素子14から発せられる基本波を、導波
路型波長変換素子18の反転ドメイン部16で波長が１/２
の第２高調波に変換し出射する。In the wavelength conversion device manufactured as described above, the fundamental wave emitted from the semiconductor laser device 14 is converted into a half wavelength by the inversion domain 16 of the waveguide type wavelength conversion device 18.
And emits it.
【００３４】図２に上記のように作成した波長変換装置
のサブマウントと半導体レーザ素子の熱解析の結果を示
す。波長変換素子は省略してある。サブマウントは下部
で一定温度に制御されている。図２から、半導体レーザ
素子31の熱は等温線33で示されるように、半導体レーザ
素子31から光出射方向（紙面右方向）にサブマウント32
の厚さ程度の位置まで広がっている。しかし、サブマウ
ントの厚さ以上離れた位置では制御された温度に保たれ
ていることがわかる。従って、波長変換素子の波長変換
部を半導体レーザ素子の光出射面からサブマウントの厚
さ以上離すことによって、波長変換装置は半導体レーザ
素子の発熱の影響を受けず、変換効率変動のない安定な
出力を得ることができる。FIG. 2 shows the results of thermal analysis of the submount and the semiconductor laser device of the wavelength conversion device prepared as described above. The wavelength conversion element is omitted. The submount is controlled at a constant temperature at the bottom. From FIG. 2, the heat of the semiconductor laser element 31 is, as indicated by the isotherm 33, the submount 32 in the light emitting direction (rightward on the paper) from the semiconductor laser element 31.
It spreads to a position about the thickness of. However, it can be seen that the temperature is controlled at a position that is more than the thickness of the submount. Therefore, by separating the wavelength conversion portion of the wavelength conversion element from the light emitting surface of the semiconductor laser element by the thickness of the submount or more, the wavelength conversion apparatus is not affected by the heat generated by the semiconductor laser element and has a stable conversion efficiency without fluctuation. You can get the output.
【００３５】（実施例）上記第１の実施の形態を参照し
て、厚さ６２５μｍのＳｉウェハに、半導体レーザ素子
マウント用に５μmの段差部をフォトリソグラフィおよ
びエッチングプロセスにて形成した。マウントされる半
導体レーザ素子は活性層から電極までの距離が３μmで
ある。そのため、ソルダはダイボンディング時の収縮を
見込み４μm蒸着した。その後、Ｓｉウェハをダイシン
グソーで幅２ｍｍ、長さ１２ｍｍに切断し、サブマウン
トとした。(Example) Referring to the first embodiment, a 5 μm step portion for mounting a semiconductor laser device was formed on a 625 μm thick Si wafer by photolithography and etching processes. The semiconductor laser device to be mounted has a distance of 3 μm from the active layer to the electrode. Therefore, the solder was deposited at 4 μm in anticipation of shrinkage during die bonding. Thereafter, the Si wafer was cut into a width of 2 mm and a length of 12 mm with a dicing saw to form a submount.
【００３６】次に、共振器長９００μｍ、幅４００μｍ
に形成した半導体レーザ素子を上記段差部に固定した。
次に、反転ドメイン部を形成した導波路型波長変換素子
を幅１．５ｍｍ、長さ１２ｍｍに切断し、光入射面から
反転ドメイン部の開始位置までの距離がサブマウントの
厚さよりも大きい６３０μｍとなるように光入射面を研
磨し、光入射面と光出射面に反射防止膜を形成した。そ
の後、光軸調整を行い導波路型波長変換素子を固定し、
波長変換装置を作成した。Next, a resonator length of 900 μm and a width of 400 μm
The semiconductor laser device formed in the above was fixed to the step portion.
Next, the waveguide type wavelength conversion element on which the inversion domain part is formed is cut into a width of 1.5 mm and a length of 12 mm, and the distance from the light incident surface to the start position of the inversion domain part is 630 μm which is larger than the thickness of the submount. The light incident surface was polished so as to obtain an antireflection film on the light incident surface and the light exit surface. After that, adjust the optical axis and fix the waveguide type wavelength conversion element,
A wavelength converter was created.
【００３７】この波長変換装置は、半導体レーザ素子か
ら発せられた基本波が波長変換素子の導波路を導波し、
反転ドメイン部で第２高調波に変換されて出射するもの
である。In this wavelength conversion device, the fundamental wave emitted from the semiconductor laser device is guided through the waveguide of the wavelength conversion device,
It is converted into the second harmonic in the inversion domain and emitted.
【００３８】図３に本発明の実施例による波長変換装置
と従来技術による波長変換装置の半導体レーザ出力と、
第２高調波出力の関係を示す。FIG. 3 shows the wavelength conversion device according to the embodiment of the present invention and the semiconductor laser output of the wavelength conversion device according to the prior art.
2 shows the relationship between the second harmonic output.
【００３９】図３ａに本発明の実施例による波長変換装
置の出力特性を、図３ｂに従来技術による波長変換装置
の出力特性を示す。図中の半導体レーザ素子の出力は、
駆動電流より換算した。従来の波長変換装置は、半導体
レーザ素子の光出射面に近い位置から波長変換部を作成
していたため、図３ｂに示すように、駆動電流が大きく
なるにつれて半導体レーザ素子からの発熱により、第２
高調波出力が低下した。一方、サブマウントの厚さ以上
離間させた位置に波長変換部を作成した本発明の実施例
による波長変換装置では、図３ａに示すように、駆動電
流が増大しても、波長変換部が半導体レーザ素子の発熱
の影響を受けることがないため、２乗則に従った高い変
換効率で第２高調波出力が得られた。FIG. 3A shows the output characteristics of the wavelength converter according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows the output characteristics of the wavelength converter according to the prior art. The output of the semiconductor laser device in the figure is
It was converted from the drive current. In the conventional wavelength conversion device, the wavelength conversion unit is formed from a position close to the light emission surface of the semiconductor laser device. Therefore, as shown in FIG.
Harmonic output decreased. On the other hand, in the wavelength converter according to the embodiment of the present invention in which the wavelength converter is formed at a position separated by more than the thickness of the submount, as shown in FIG. The second harmonic output was obtained with high conversion efficiency according to the square law because it was not affected by the heat generated by the laser element.
【００４０】次に本発明の第２の実施の形態である波長
変換装置について説明し、その波長変換装置を構成する
半導体レーザ素子の断面図を図４ａに示し、波長変換装
置を図４ｂに示す。Next, a wavelength converter according to a second embodiment of the present invention will be described. A sectional view of a semiconductor laser device constituting the wavelength converter is shown in FIG. 4A, and the wavelength converter is shown in FIG. 4B. .
【００４１】図４ａに示すように、半導体レーザ素子40
は、基板41上に第１導電型光導波層42、活性層43、第２
導電型光導波層44、コンタクト層45および２つの電極4
6、47を備えるものである。As shown in FIG. 4A, the semiconductor laser device 40
A first conductive type optical waveguide layer 42, an active layer 43, a second
Conductive optical waveguide layer 44, contact layer 45 and two electrodes 4
6 and 47 are provided.
【００４２】光出射面近傍48のコンタクト層45はフォト
リソグラフィにより一部取り除かれているため、電極46
と下層の半導体層とは非オーミック接触となっている。
これにより、活性層へのキャリアの注入が制限され、光
出射面でのレーザ光の非発光再結合が低減され、光出射
面でのジュール熱の発生が抑えられている。Since the contact layer 45 in the vicinity of the light emitting surface 48 has been partially removed by photolithography, the electrode 46
And the underlying semiconductor layer are in non-ohmic contact.
As a result, injection of carriers into the active layer is restricted, non-radiative recombination of laser light on the light emitting surface is reduced, and generation of Joule heat on the light emitting surface is suppressed.
【００４３】図４ｂに示すように、上記のように光出射
面での発熱を低減する構造を有する半導体レーザ素子40
を、例えばＬｉＮｂＯ3基板81上に光導波路82とドメイ
ン反転部83を有する波長変換素子80と直接結合させて波
長変換装置を形成する。なお、図示するように、半導体
レーザ素子40はサブマウント90上に設置されていてもよ
い。このような波長変換装置は、ドメイン反転部83が受
ける半導体レーザ素子からの発熱の影響が小さいため、
安定な出力を得ることができる。As shown in FIG. 4B, the semiconductor laser device 40 having a structure for reducing heat generation on the light emitting surface as described above.
Is directly coupled to, for example, a wavelength conversion element 80 having an optical waveguide 82 and a domain inversion section 83 on a LiNbO 3 substrate 81 to form a wavelength conversion device. As shown, the semiconductor laser device 40 may be installed on the submount 90. In such a wavelength conversion device, since the influence of heat generated from the semiconductor laser element received by the domain inversion unit 83 is small,
A stable output can be obtained.
【００４４】次に本発明の第３の実施の形態である波長
変換装置について説明する。その波長変換装置を構成す
る半導体レーザ素子の断面図を図５ａに示し、波長変換
装置を図５ｂに示す。Next, a wavelength converter according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A shows a cross-sectional view of a semiconductor laser device constituting the wavelength converter, and FIG. 5B shows the wavelength converter.
【００４５】図５ａに示すように、半導体レーザ素子50
は、基板51上に第１導電型光導波層52、活性層53、第２
導電型光導波層54、コンタクト層55、２つの電極56、57
および光出射面近傍に活性層の深さまでＳｉ、Ｚｎ、Ｎ
またはＢ等が拡散された領域58を備えるものである。光
出射面近傍に例えば不純物を拡散することにより、該光
出射端面近傍の活性層を無秩序化し、バンドギャップを
相対的に広げたものである。これにより、発振レーザ光
に対する端面での光吸収を低減でき、さらに光励起キャ
リアとそれによる非発光再結合を低減できるので、端面
での熱の発生を抑えることができる。As shown in FIG. 5A, the semiconductor laser device 50
A first conductive type optical waveguide layer 52, an active layer 53, a second
Conductive optical waveguide layer 54, contact layer 55, two electrodes 56, 57
And Si, Zn, N to the depth of the active layer near the light emitting surface.
Alternatively, a region 58 in which B or the like is diffused is provided. By diffusing impurities, for example, in the vicinity of the light emitting surface, the active layer near the light emitting end face is disordered, and the band gap is relatively widened. Accordingly, light absorption of the oscillation laser light at the end face can be reduced, and furthermore, photoexcited carriers and non-radiative recombination due to the light excitation carrier can be reduced, so that generation of heat at the end face can be suppressed.
【００４６】図５ｂに示すように、上記のように構成さ
れた半導体レーザ素子50を、例えばＬｉＮｂＯ3基板81
上に光導波路82とドメイン反転部83を有する波長変換素
子80と直接結合させて波長変換装置を形成する。なお、
図示するように、半導体レーザ素子40はサブマウント90
上に設置されていてもよい。このようにして作成された
波長変換装置は第２の実施の形態と同様、安定した出力
を得ることができる。As shown in FIG. 5B, the semiconductor laser device 50 constructed as described above is replaced with a LiNbO 3 substrate 81, for example.
The wavelength conversion device is formed by directly coupling to the wavelength conversion element 80 having the optical waveguide 82 and the domain inversion section 83 thereon. In addition,
As shown, the semiconductor laser element 40 has a submount 90.
It may be installed on top. The wavelength converter manufactured in this manner can obtain a stable output as in the second embodiment.
【００４７】次に本発明の第４の実施の形態である波長
変換装置について説明し、その波長変換装置を構成する
半導体レーザの断面図を図６ａに示し、波長変換装置を
図６ｂに示す。Next, a wavelength converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described. A sectional view of a semiconductor laser constituting the wavelength converter is shown in FIG. 6A, and the wavelength converter is shown in FIG. 6B.
【００４８】図６ａに示すように、この半導体レーザ素
子60は、基板61上に第１導電性光導波層62、活性層63、
第２導電型光導波層64、コンタクト層65、２つの電極6
6、67および光出射端面にコート膜68を備えるものであ
る。コート膜68を形成することにより、活性層に比べバ
ンドギャップの広い領域あるいは界面準位が低減された
領域が形成されるので、光出射端面での光吸収を低減す
ることができ、熱の発生を抑えることができる。As shown in FIG. 6A, this semiconductor laser device 60 has a first conductive optical waveguide layer 62, an active layer 63,
Second conductive type optical waveguide layer 64, contact layer 65, two electrodes 6
6, 67 and a coating film 68 on the light emitting end face. By forming the coat film 68, a region having a wider band gap or a region having a reduced interface state as compared with the active layer is formed, so that light absorption at the light emitting end face can be reduced, and heat generation can be achieved. Can be suppressed.
【００４９】図６ｂに示すように、この半導体レーザ素
子60を、例えばＬｉＮｂＯ3基板81上に光導波路82とド
メイン反転部83を有する波長変換素子80と直接結合させ
て波長変換装置を形成する。なお、図示するように、半
導体レーザ素子40はサブマウント90上に設置されていて
もよい。As shown in FIG. 6B, the semiconductor laser device 60 is directly coupled to, for example, a wavelength conversion device 80 having an optical waveguide 82 and a domain inversion section 83 on a LiNbO 3 substrate 81 to form a wavelength conversion device. As shown, the semiconductor laser device 40 may be installed on the submount 90.
【００５０】上記の第２、第３および第４の実施の形態
に示すように、光出射面での非発光再結合を低減し発熱
を抑えた構造を有する半導体レーザ素子と波長変換素子
とを直接結合させた波長変換装置は、半導体レーザ素子
端面の発熱が小さいため波長変換部への熱の影響も小さ
く、従来より高出力で安定した波長変換特性が得られ
る。また、半導体レーザ素子自体も端面破壊しにくくな
るため、波長変換装置自体の光出力も向上する。As described in the second, third and fourth embodiments, a semiconductor laser device and a wavelength conversion device having a structure in which non-radiative recombination on the light emitting surface is reduced and heat generation is suppressed are provided. In the wavelength converter directly coupled, the heat generated at the end face of the semiconductor laser element is small, so that the influence of the heat on the wavelength converter is small, and a stable wavelength conversion characteristic with higher output than the conventional one can be obtained. Further, since the end face of the semiconductor laser element itself is not easily broken, the optical output of the wavelength converter itself is also improved.
【００５１】本実施の形態では、不純物拡散による活性
層の無秩序化を例示したが、ＧａやＡｓの外拡散による
方法等でバンドギャップを広げても同様な効果が得られ
る。In this embodiment, the disordering of the active layer by impurity diffusion has been described as an example. However, the same effect can be obtained by widening the band gap by the method of external diffusion of Ga or As.
【００５２】次に本発明の第５の実施の形態である波長
変換装置について説明し、この平面図を図７に示す。Next, a wavelength converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described, and its plan view is shown in FIG.
【００５３】図７に示すように、この波長変換装置は、
下部を温度調節されたサブマウント上に半導体レーザ素
子71と、導波路型波長変換素子78を備えるものである。
導波路型波長変換素子78は基板72上に電圧印加法により
形成された反転ドメイン部76と例えばプロトン交換によ
り形成された２つの導波路74、75と、これらの２つの導
波路の脇および間に形成された平板状の電極77と、前記
導波路と電極からなる変調器73を備えるものである。As shown in FIG. 7, this wavelength conversion device
The semiconductor laser device 71 and the waveguide-type wavelength conversion device 78 are provided on a submount whose lower part is temperature-controlled.
The waveguide-type wavelength conversion element 78 includes an inversion domain portion 76 formed on the substrate 72 by a voltage application method, two waveguides 74 and 75 formed by, for example, proton exchange, and sides and between these two waveguides. And a modulator 73 composed of the waveguide and the electrode.
【００５４】半導体レーザ素子71から発する光は、導波
路74に入力されて導波し、電極77で制御される電圧によ
り導波路75に乗り移り、導波路75を導波し反転ドメイン
部76により波長変換され、出射する。Light emitted from the semiconductor laser element 71 is input to and guided by the waveguide 74, transits to the waveguide 75 by a voltage controlled by the electrode 77, is guided through the waveguide 75, and has a wavelength by the inversion domain section 76. It is converted and emitted.
【００５５】本実施の形態に示す波長変換装置のよう
に、半導体レーザ素子の光出射面と反転ドメイン部の間
に変調器を配置することにより、半導体レーザ素子の光
出射面から反転ドメイン部までの距離をサブマウントの
厚さ以上離間させ、半導体レーザ素子の発熱の波長変換
部への影響を小さくしたので、変換効率の変動がなく安
定した出力を得ることができる。By disposing a modulator between the light emitting surface of the semiconductor laser device and the inversion domain portion as in the wavelength converter shown in the present embodiment, the light from the light emitting surface of the semiconductor laser device to the inversion domain portion can be obtained. Are separated by a distance equal to or greater than the thickness of the submount, and the influence of heat generated by the semiconductor laser element on the wavelength conversion unit is reduced, so that a stable output can be obtained without a change in conversion efficiency.
【００５６】また、上記変調器の代わりに他の機能素子
を配置して距離をおいても同様の効果を得ることができ
る。The same effect can be obtained by arranging another functional element in place of the modulator and increasing the distance.
【００５７】また、本発明は熱を利用した変調器（ＴＯ
変調器）と波長変換素子を接続または集積化した場合に
おいても使用することができ、上記実施の形態と同様に
変調器の発熱部分と波長変換部をサブマウントの厚さ以
上離間することにより、半導体レーザ素子の発熱による
影響を事実上無視でき、安定した出力を得ることができ
る。The present invention also relates to a modulator utilizing heat (TO).
Modulator) and the wavelength conversion element can be used even when they are connected or integrated. By separating the heat generating portion of the modulator and the wavelength conversion portion by the thickness of the submount or more as in the above embodiment, The effect of the heat generated by the semiconductor laser element can be virtually ignored, and a stable output can be obtained.
【図１】本発明の第１の実施の形態による波長変換装置
の作成過程を示す図FIG. 1 is a diagram showing a process of producing a wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態による波長変換装置
の熱解析結果を示す図FIG. 2 is a diagram showing a thermal analysis result of the wavelength converter according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明と従来技術による波長変換装置の半導体
レーザ出力と第２高調波出力の関係を示すグラフFIG. 3 is a graph showing a relationship between a semiconductor laser output and a second harmonic output of the wavelength converter according to the present invention and the prior art.
【図４】本発明の第２の実施の形態による波長変換装置
を構成する半導体レーザ素子の断面図およびその半導体
レーザ素子を用いた波長変換装置を示す図FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device constituting a wavelength conversion device according to a second embodiment of the present invention and a diagram showing a wavelength conversion device using the semiconductor laser device.
【図５】本発明の第３の実施の形態による波長変換装置
を構成する半導体レーザ素子の断面図およびその半導体
レーザ素子を用いた波長変換装置を示す図FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser device constituting a wavelength conversion device according to a third embodiment of the present invention and a diagram showing a wavelength conversion device using the semiconductor laser device.
【図６】本発明の第４の実施の形態による波長変換装置
を構成する半導体レーザ素子の断面図およびその半導体
レーザ素子を用いた波長変換装置を示す図FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser device constituting a wavelength conversion device according to a fourth embodiment of the present invention and a diagram showing a wavelength conversion device using the semiconductor laser device.
【図７】本発明の第５の実施の形態による波長変換装置
を示す平面図FIG. 7 is a plan view showing a wavelength converter according to a fifth embodiment of the present invention.
11 ウェハ 12 半導体レーザ素子マウント用段差部 13 ソルダ 14,31,40,50,60,71 半導体レーザ素子 41,51,61 基板 16,76,83 反転ドメイン部 17,74,75,82 導波路 18,78,80 波長変換素子 32,90 サブマウント 73 変調器 15,72,81 ＬｉＬｂＯ3基板11 Wafer 12 Stepped portion for mounting semiconductor laser device 13 Solder 14,31,40,50,60,71 Semiconductor laser device 41,51,61 Substrate 16,76,83 Inversion domain 17,74,75,82 Waveguide 18 , 78,80 Wavelength conversion element 32,90 Submount 73 Modulator 15,72,81 LiLbO 3 substrate
Claims (7)
に、半導体レーザ素子と、基板上に波長変換部を備えた
導波路型波長変換素子が、該半導体レーザ素子の光出射
端面と該導波路型波長変換素子の光入射面とが直接結合
するように配置されてなる波長変換装置において、 前記波長変換部が、前記光出射端面から前記サブマウン
トの厚さ以上離れた位置に形成されていることを特徴と
する波長変換装置。1. A semiconductor laser device and a waveguide-type wavelength conversion device having a wavelength conversion portion on a substrate are provided on a submount having a cooling means at a lower portion, and a light emitting end face of the semiconductor laser device and the waveguide. In a wavelength conversion device arranged so as to be directly coupled to a light incident surface of a waveguide type wavelength conversion element, the wavelength conversion unit is formed at a position separated from the light emission end face by a thickness of the submount or more. A wavelength converter.
前記波長変換部との間に機能素子が配置されていること
を特徴とする請求項１記載の波長変換装置。2. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein a functional element is disposed between the light incident surface of the waveguide type wavelength conversion element and the wavelength conversion section.
板上に波長変換部を備えた導波路型波長変換素子が、該
半導体レーザ素子の光出射端面と該導波路型波長変換素
子の光入射面とが直接結合するように配置されてなる波
長変換装置において、 前記半導体レーザ素子の光出射端面もしくは該端面に隣
接した部分に、該端面の発熱を低減する構造を備えたこ
とを特徴とする波長変換装置。3. A semiconductor laser device having an active layer, and a waveguide-type wavelength conversion device having a wavelength conversion portion on a substrate, the light-emitting end face of the semiconductor laser device and the light of the waveguide-type wavelength conversion device. In a wavelength conversion device arranged so as to be directly coupled to an incident surface, a light emitting end surface of the semiconductor laser element or a portion adjacent to the end surface is provided with a structure for reducing heat generation at the end surface. Wavelength converter.
部分に絶縁領域あるいは非オーミック領域が形成されて
なるものであることを特徴とする請求項３記載の波長変
換装置。4. The wavelength conversion device according to claim 3, wherein said structure has an insulating region or a non-ohmic region formed in a portion adjacent to said light emitting end face.
部分の前記活性層の結晶構造を無秩序化した領域が形成
されてなるものであることを特徴とする請求項３記載の
波長変換装置。5. The wavelength conversion device according to claim 3, wherein the structure has a region in which the crystal structure of the active layer is disordered in a portion adjacent to the light emitting end face. .
層より広いバンドギャップを持つ材料が堆積された膜、
あるいは前記光出射端面での界面準位を減少させる効果
のある材料が堆積された膜が形成されてなるものである
ことを特徴とする請求項３記載の波長変換装置。6. A film in which a material having a wider band gap than the active layer is deposited on the light emitting end face,
4. The wavelength conversion device according to claim 3, wherein a film on which a material having an effect of reducing an interface state at the light emitting end face is deposited is formed.
射端面での界面準位を低減するための処理を施されてな
るものであることを特徴とする請求項３記載の波長変換
装置。7. The wavelength conversion device according to claim 3, wherein said structure is obtained by subjecting said light emitting end face to processing for reducing an interface state at said light emitting end face. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23121499A JP2001042373A (en) | 1999-05-25 | 1999-08-18 | Wavelength conversion device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-145007 | 1999-05-25 | ||
| JP14500799 | 1999-05-25 | ||
| JP23121499A JP2001042373A (en) | 1999-05-25 | 1999-08-18 | Wavelength conversion device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23121499A Withdrawn JP2001042373A (en) | 1999-05-25 | 1999-08-18 | Wavelength conversion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001042373A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009237326A (en) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Optical integrated circuit module, optical bench used for optical integrated circuit module and method of manufacturing optical integrated circuit module |
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-
1999
- 1999-08-18 JP JP23121499A patent/JP2001042373A/en not_active Withdrawn
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