JP3596659B2 - 波長可変半導体レーザ及びそれを使用した光集積化デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野及び光情報処理分野（光ディスク、ディスプレイなど）に用いられる波長可変半導体レーザ、及びその波長可変半導体レーザと光導波路デバイスとから構成される光集積化デバイス、並びにそれらの製造方法に関する。特に本発明は、上記のような波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップと光導波路型波長変換デバイスとから構成される集積化短波長光源の構成、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、石英系光波回路プラットフォームの上に半導体レーザ、電子素子、光ファイバなどをハイブリッド集積した小型且つ低コストの光モジュールの開発が、重要視されている。
【０００３】
ここで重要なことは、高位置精度で各素子を固定して、伝達損失をできる限り小さくすることである。この目的のために、Ｓｉ−Ｖ溝基板を用いて半導体レーザと単一モードファイバとを直接結合する表面実装型光モジュールが、実現されている（１９９７年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−３−６３）。この技術では、Ｓｉ基板及び半導体レーザ素子にマーカを形成し、そのマーカを画像認識することによりＶ溝中心及び半導体レーザ素子の発光点を検出し、高精度に位置決め調整を行うことで、実装ばらつきをｘ方向で約±０．６１μｍ、ｚ方向で約±１μｍに抑制することを実現している。
【０００４】
光情報処理分野において、光ディスクの高密度化及びディスプレイの高繊細化を実現するため、小型の短波長光源が必要とされている。短波長化を実現するための技術としては、半導体レーザと擬似位相整合（以下、「ＱＰＭ」と記す）方式の光導波路型波長変換デバイスとを用いた第２高調波発生（以下、「ＳＨＧ」と記す）方法がある（例えば、山本、他：Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１５、ｐ．１１５６（１９９１）を参照）。
【０００５】
光導波路型波長変換デバイスを用いたブルー光源の概略構成図を、図１に示す。
【０００６】
図１の構成では、半導体レーザ１１０として、分布ブラッグ反射（以下、「ＤＢＲ」と記す）領域を有する波長可変半導体レーザ１１０が用いられている。なお、以下では、ＤＢＲ領域を有する波長可変半導体レーザを、「ＤＢＲ半導体レーザ」或いは「ＤＢＲレーザ」と記す。
【０００７】
ＤＢＲ半導体レーザ１１０は、例えば０．８５μｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザ１１０であって、活性層領域１１２とＤＢＲ領域１１１とから構成されている。ＤＢＲ領域１１１への注入電流を可変することにより、発振波長を可変することができる。
【０００８】
一方、波長変換素子である光導波路型波長変換デバイス１１６は、Ｘ板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１１３に形成された光導波路１１５と周期的な分極反転領域１１４とから、構成されている。半導体レーザ１１０及び波長変換デバイス１１６は、それぞれサブマウント１１７及び１１８の上にジャンクションアップで固定されている。
【０００９】
ＤＢＲ半導体レーザ１１０の出射端面より得られたレーザ光は、直接、光導波路型波長変換デバイス１１６の光導波路１１５に結合される。具体的には、サブマウント１１７及び１１８の上におけるＤＢＲ半導体レーザ１１０及び光導波路型波長変換デバイス１１６の位置関係を調整することにより、半導体レーザ１１０からの約１００ｍＷのレーザ出力に対して、約６０ｍＷのレーザ光が波長変換デバイス１１６の光導波路１１５に結合する。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１１０のＤＢＲ領域１１１への注入電流量を制御することによって、その発振波長を、光導波路型波長変換デバイス１１６の位相整合波長許容度内に固定する。このような構成によって、現在では、波長４２５ｎｍのブルー光が約１０ｍＷの出力で得られる。
【００１０】
また、分極反転型導波路デバイスを用いたブルー光源の概略構成図を、図２に示す。
【００１１】
ＤＢＲ半導体レーザ２２１（０．８５μｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザ）には、発振波長を固定するためのＤＢＲ部２２８が設けられており、ＤＢＲ部２２８の内部には更に、発振波長を可変するための内部ヒータ（不図示）が形成されている。一方、波長変換素子である分極反転型導波路デバイス２２４は、Ｘ板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板２２５に形成された光導波路２２６と周期的な分極反転領域２２７とから、構成されている。
【００１２】
半導体レーザ２２１から出射されてコリメートレンズ２２２（開口数ＮＡ＝０．５）で平行になったレーザ光２２９は、フォーカシングレンズ２２３（開口数ＮＡ＝０．５）で分極反転型導波路デバイス２２４の光導波路２２６の端面に集光され、分極反転領域２２７をもつ光導波路２２６に結合される。具体的には、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、約７０ｍＷのレーザ光を光導波路２２６に結合させることができる。この構成でも、ＤＢＲ半導体レーザ２２１のＤＢＲ部２２８への注入電流量を制御して、発振波長を分極反転型導波路デバイス２２４の位相整合波長許容度内に固定する。
【００１３】
得られるブルー光の出力は、光導波路２２６に結合するレーザ光の出力の２乗に比例して増大するため、高出力のブルー光を得るためには、結合効率が非常に重要な要素となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザと単一モードファイバとの直接結合による表面実装型光モジュールの場合、半導体レーザの光を高効率に光ファイバ内に結合させるためには、光ファイバの断面に平行なｘ方向及びｙ方向に関してはサブミクロンオーダ、光ファイバの光軸に沿ったｚ方向に関しては数ミクロンオーダの位置調整精度が必要である。この場合、光ファイバは、Ｖ溝により高精度に固定される。また、半導体レーザチップも、光ファイバの断面内であって実装基板の表面に平行なｘ方向や光ファイバの光軸に沿ったｚ方向に関しては、従来技術でも一般に高精度の位置決め調整が実現されている。しかし、光ファイバの断面内であって実装基板の表面に垂直なｙ方向における半導体レーザチップの位置決めに関しては、固定のための半田層が存在するために、一般にはサブミクロン以下の精度で位置決め調整及び固定を行うことは困難である。
【００１５】
一方、半導体レーザと光導波路型波長変換素子（光導波路デバイス）とから構成される短波長光源においては、現在のところ、図２に示したようなレンズ結合型モジュールが実現されている。しかし、民生分野にそのような短波長光源を応用する場合には、光源の小型化及び低コスト化が必要不可欠であるにもかかわらず、現状のレンズ結合型モジュールでは、レンズの調整及び半導体レーザの調整が必要であって、その量産性は低い。また、構成の全体サイズの小型化も、数ｃｃ程度までの小型化が限界である。更なる小型化を実現する技術としては直接結合技術があるが、直接結合型モジュールの低コスト化を更に進めるためには、更に量産性が高く且つ高精度で位置決めできるモジュール化技術が必要とされる。
【００１６】
半導体レーザの広がり角は、一般に実装基板の表面に平行な方向（ｘ方向）に小さく、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）に大きい。また、プロトン交換法により作製される光導波路の広がり角も、同様に実装基板の表面に平行な方向（ｘ方向）に小さく、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）に大きい。そのため、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）の位置決め調整精度が厳しくなり、サブミクロン以下の調整精度が要求される。すなわち、半導体レーザを実装するサブマウントから活性層までの高さを、高精度に制御する必要がある。しかし、ＡｌＧａＡｓ半導体レーザで一般に基板として用いられるＧａＡｓ基板の厚さは、通常はサブミクロン精度では制御されていない。それに対して、活性層などのエピタキシャル層や電極の厚さは、高精度に制御されている。そのため、高さ方向（ｙ方向）の位置を高精度に制御するためには、半導体レーザはジャンクションダウン（活性層が形成された面（＝エピタキシャル面）がサブマウントに接する方向）で実装される必要がある。
【００１７】
また、ジャンクションアップで実装された半導体レーザでは活性層領域の放熱状態が良くないため、レーザの信頼性も十分ではない。この観点からも、ジャンクションダウンでの実装が必要とされる。
【００１８】
しかし、光導波路集積化光源を構成する波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザは、ＤＢＲ領域への注入電流量を制御することによって発振波長を可変する。具体的には、電流注入によってＤＢＲ領域の温度を変化させ、その結果として屈折率を変化させることによって、ＤＢＲ領域からフィードバックする光の波長を可変する。この原理に従うと、ジャンクションダウン実装時にはＤＢＲ領域の放熱状態が良くなるために、むしろ波長の可変制御の実現が困難となる。
【００１９】
また、光導波路デバイスの固定にあたっても、光ファイバの固定時におけるＶ溝のような構成の使用は不可能であるため、特にｙ方向に対して、高精度な位置決め調整が要求される。
【００２０】
これより、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、（１）ジャンクションダウン実装した場合にも安定した波長可変動作が実現できる波長可変半導体レーザを提供すること、（２）上記のような波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップと光導波路デバイスとから構成されている光集積化デバイスにおいて、基板厚さ方向の実装精度を向上させて半導体レーザチップからのレーザ光を光導波路デバイスの光導波路に高効率に結合させることができる光集積化デバイスを提供すること、（３）２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと２つ以上の光導波路を有する光導波路デバイスとを用いて、同時に多数の光結合を高効率且つ簡便に短時間で調整できる光集積化デバイスを提供すること、（４）上記のような特性を有する光集積化デバイスを高い量産性で容易に製造し得る光集積化デバイスの製造方法を提供すること、及び（５）特に、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを用いることにより、青色領域から緑色領域の光を発する超小型短波長光源を実現すること、である。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域の放熱状態と該分布ブラッグ反射領域の放熱状態とが異なるように、該サブマウントの上に実装されていて、そのことによって、上記の目的が達成される。
【００２２】
ある実施形態では、前記活性層領域の前記サブマウントへの接触面積と前記分布ブラッグ反射領域の該サブマウントへの接触面積とが異なる。
【００２３】
本発明の他の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域のみが該サブマウントに接するように、該サブマウントの上に実装されていて、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２４】
本発明の更に他の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、該サブマウントの上に実装されており、該サブマウントのうちで、該活性層領域が接する第１の部分の構成材質と該分布ブラッグ反射領域が接する第２の部分の構成材質とが異なり、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２５】
ある実施形態では、前記サブマウントの前記第１の部分の熱伝導係数と前記第２の熱伝導係数とが異なる。
【００２６】
本発明の光集積化デバイスは、サブマウントの上に実装された半導体レーザと光導波路デバイスとを少なくとも有し、該半導体レーザが上記のような特徴を有する波長可変半導体レーザであって、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２７】
本発明の他の光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に固定された半導体レーザチップ及び光導波路素子と、を備え、該サブマウントの表面であって該半導体レーザチップが固定される部分及び該光導波路素子が固定される部分の少なくとも一方に溝が形成されており、該溝の内部に該半導体レーザチップ或いは該光導波路素子を固定するための固定部材を有し、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２８】
前記固定部材は、半田であり得る。或いは、前記固定部材は、接着剤であり得る。
【００２９】
好ましくは、前記半導体レーザチップ或いは前記光導波路素子の固定後の前記固定部材の体積が、前記溝の体積よりも小さい。
【００３０】
好ましくは、前記溝が前記半導体レーザチップの発光領域の下方に位置する。
【００３１】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００３２】
ある実施形態では、前記光導波路素子は光ファイバである。
【００３３】
ある実施形態では、前記光導波路素子が、前記半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００３４】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００３５】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００３６】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップの前記サブマウントへの固定後に前記光導波路素子が該サブマウントに固定されたものである。
【００３７】
ある実施形態では、前記光導波路素子が平面型光導波路素子である。
【００３８】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００３９】
ある実施形態では、前記サブマウントの表面に、前記溝に連続して、前記固定部材の逃げ溝が更に形成されている。
【００４０】
本発明の更に他の光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に固定された半導体レーザチップ及び平面型光導波路素子と、を備え、該平面型光導波路素子が該サブマウントの表面に分子結合力によって固定されており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４１】
ある実施形態では、前記サブマウントがシリコンから構成されており、その表面が酸化されている。
【００４２】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００４３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００４４】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００４５】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００４６】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００４７】
本発明の他の局面によって提供される波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように実装されていて、該サブマウントの表面には、該半導体レーザチップの該活性層領域と該分布ブラッグ反射領域とを電気的に分離する溝が設けられており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４８】
本発明の他の局面によって提供される光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ及び２つ以上の光導波路を有する平面型光導波路素子と、を備え、該アレー型半導体レーザチップの該発光部の間隔と該平面型光導波路素子の該光導波路の間隔とが等しくなっており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４９】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００５０】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記アレー半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００５１】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００５２】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００５３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００５４】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の間隔、及び前記平面型光導波路素子の前記光導波路の間隔が、それぞれ約０．３ｍｍ以上且つ約１．０ｍｍ以下である。
【００５５】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子に、前記発光部と前記光導波路との位置合わせ調整用のマーキングがそれぞれ形成されている。
【００５６】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子との間に、所定のギャップを形成するための金属膜或いは誘電体膜が形成されている。
【００５７】
本発明の光集積化デバイスの製造方法は、２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップをサブマウントの上に実装する第１の実装工程と、２つ以上の光導波路を有し、該光導波路の間隔が該発光部の間隔に等しい平面型光導波路素子を、該サブマウントの上の所定の位置に実装する第２の実装工程と、該サブマウントを所定の個片に、該個片が該アレー型半導体レーザチップの該発光部と該平面型光導波路素子の該光導波路とのペアを少なくとも１対以上有するように切断する切断工程と、を包含しており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００５８】
ある実施形態では、前記第２の実装工程は、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の少なくとも１つからレーザ光を発光させる工程と、該発光されたレーザ光を前記平面型光導波路素子の前記光導波路のうちの対応する光導波路に結合させる工程と、該結合させた光導波路への光結合効率が最大になるように、前記サブマウント上での該平面型光導波路素子の位置を調整する工程と、該サブマウント上の該調整された位置に該平面型光導波路素子を固定する工程と、を含む。
【００５９】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップを、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定する。
【００６０】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記アレー半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００６１】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００６２】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００６３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００６４】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の間隔、及び前記平面型光導波路素子の前記光導波路の間隔が、それぞれ約０．３ｍｍ以上且つ約１．０ｍｍ以下である。
【００６５】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子に、前記発光部と前記光導波路との位置合わせ調整用のマーキングがそれぞれ形成されている。
【００６６】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子との間に、所定のギャップを形成するための金属膜或いは誘電体膜が形成されている。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明のある局面は、波長可変半導体レーザとしてＤＢＲ半導体レーザを用いた光導波路デバイス集積化光源において、半導体レーザを高出力で高い信頼性をもって動作させ、且つ波長可変半導体レーザの動作特性を安定させることに関係している。特に、波長可変半導体レーザであるＤＢＲ半導体レーザと光導波路デバイスである光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長光源において、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで実装した超小型の直接結合型モジュールを実現するために、本発明は必要不可欠なものである。
【００６８】
ここで、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで実装する理由としては、
（１）サブマウントから活性層（ジャンクション部）までの高さを高精度に制御できるとともに、光導波路デバイスと直接結合する場合に、活性層及び光導波路の高さ方向での位置合わせ調整が容易に行えること、及び、
（２）活性層領域の放熱性が高いので、レーザの長寿命化や高出力化に有利であること、
などが挙げられる。
【００６９】
一般に、波長可変半導体レーザの発振波長を可変する方法としては、（１）キャリア注入による屈折率の変化の利用（キャリア注入すると屈折率が小さくなるというプラズマ効果の利用）、或いは、（２）高抵抗層への電流注入によって生じる温度変化による屈折率の変化の利用（電流注入によって屈折率が大きくなるというヒータ効果の利用）、が挙げられる。ＩｎＰ系半導体レーザのような長波長半導体レーザでは、（１）のプラズマ効果の影響の方が大きく、一方、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでは、（２）のヒータ効果の影響の方が大きい。
【００７０】
従来技術として説明した短波長光源では、ＡｌＧａＡｓ系の波長可変半導体レーザから発せられた光を基本波として使用しているので、ヒータ効果を利用して波長可変を実現している。そのために、サブマウントにジャンクションダウン実装すると、放熱性が過度に良くなってしまって、安定して波長可変を実現することが困難になり、また消費電力も大きくなる。特に、従来技術として言及した構成の短波長光源で使用されている光導波路型波長変換デバイスでは、位相整合波長許容幅が約０．１ｎｍと小さく、より高精度で波長制御（選択性）を実現することが必要になる。
【００７１】
以下では、波長可変半導体レーザをジャンクションダウン実装した場合にも安定した波長可変動作が実現できる方式として、本発明の波長可変半導体レーザの実装構成及びそれを用いた短波長光源について、幾つかの実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００７２】
（第１の実施形態）
本実施形態では、ＤＢＲ領域３と活性層領域２とを有するＤＢＲ半導体レーザ１をサブマウント５に実装した構成について説明する。より具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がサブマウント５の上にジャンクションダウンで実装され、且つその活性層領域２のみがサブマウント５の上に固定されている装置構成を、模式的に示す。
【００７３】
参照番号１は、波長８５０ｎｍでＴＥモードにて発振する１００ｍＷ級のＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザである。ＤＢＲ半導体レーザ１の基板側表面及び活性層表面側には、それぞれ電極（上側電極１５ａ及び下側電極１５ｂ）が形成されており、このうち活性層側表面に形成される下側電極１５ｂは、活性層領域２とＤＢＲ領域３とで分離されている。活性層などのエピタキシャル層や電極の厚さはサブミクロン以下に制御されていて、活性層（ジャンクション部４）までの厚さは、約３μｍである。
【００７４】
参照番号５はＳｉサブマウントであって、その上には、膜厚が制御された電極１３、及び半田層１４としてのＡｕ／Ｓｎ層１４が蒸着されている。本実施形態では、サブマウント５の長さは活性層領域２の長さより少し短く設計されていて、活性層領域２のみがサブマウント５の上に固定されている。
【００７５】
各電極には電気的接続のためのワイヤ１２が接続されるが、このうち活性層領域２における下側電極１５ｂに関しては、Ｓｉサブマウント５に固定されているために直接にワイヤ１２は接続されず、代わりにＳｉサブマウント５の上の電極１３にワイヤ１２が接続される。一方、上側電極１５ａ及びＤＢＲ領域３における下側電極１５ｂに対しては、図示されるようにワイヤ１２が接続されている。
【００７６】
図３（ａ）及び（ｂ）の構成において、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、従来よりも約５ｍＡ低減される。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流も約１４０ｍＡであり、従来よりも約３０ｍＡ低減される。そのために、レーザの長寿命化や信頼性の向上が実現される。
【００７７】
また、ＤＢＲ領域３はサブマウント５に接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪い。そのため、図３（ａ）及び（ｂ）の構成のＤＢＲ半導体レーザ１における波長可変特性は、ジャンクションアップ実装時と同様に、約８０ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【００７８】
このように、本実施形態のようにＤＢＲ半導体レーザ１をジャンクションダウン実装する際に、すなわち、活性層領域２のみをサブマウント５に固定し、ＤＢＲ領域３は固定しない構成にすることにより、安定な波長可変特性、及び信頼性の高いレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。
【００７９】
（第２の実施形態）
図４（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント６の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【００８０】
Ｓｉサブマウント６の表面には、絶縁層として酸化によりＳｉＯ２層７を形成する。その後に、再びフォトプロセスにより調整用十字キー（不図示）及び電極８のレジストパターンを形成し、そのパターンに従ってＡｕ膜を蒸着する。更に、電極８の上には、半田層９としてのＡｕ／Ｓｎ層９を蒸着する。また、Ｓｉサブマウント６の上には溝１０が形成されており、ＤＢＲ半導体レーザ１は、その活性層領域２のみがサブマウント６に固定されるように長さが調整されている。
【００８１】
図４（ａ）及び（ｂ）の構成の実装にあたっては、まず、Ｓｉサブマウント６の上にＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。具体的には、ＤＢＲ半導体レーザ１及びＳｉサブマウント６の上には調整用十字キー（不図示）が形成されており、別々のカメラによりそれらの十字キーを画像認識して各々の中心線を検出し、中心線同士が一致する位置に、ＤＢＲ半導体レーザ１を精密ステージにより移動する。ＤＢＲ半導体レーザ１は、真空バキュームでツールに固定され、一方、Ｓｉサブマウント６は、パルスヒータが装備されている台に固定される。次に、ＤＢＲ半導体レーザ１の出射端面を画像認識し、Ｓｉサブマウント６の上の溝１０に少し突出するように位置決め調整する。固定位置が決定したらＳｉサブマウント６をパルス加熱し、Ａｕ／Ｓｎ層９を溶融してＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。これによって、ＤＢＲ半導体レーザ１は、ジャンクションダウンで活性層領域２のみがＳｉサブマウント６の上に固定される。
【００８２】
次に、光導波路型波長変換デバイス１１をＳｉサブマウント６の上に固定する。ｘカット基板１２５の上に作製された光導波路１２６はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が可能である。また、光導波路型波長変換デバイス１１の表面には、厚さ方向（ｙ方向）の位置決め調整用に、保護膜１６が形成されている。保護膜１６は、例えばＳｉＯ２のスパッタリング膜から構成され、精密にその厚さが制御されている。
【００８３】
光導波路型波長変換デバイス１１の固定には、例えば紫外線硬化剤を用いる。半導体レーザチップ１と同様、Ｓｉサブマウント６及び光導波路型波長変換デバイス１１には十字キー（不図示）が形成されている。光導波路型波長変換デバイス１１の上の十字キーの中心線とＳｉサブマウント６の上の十字キーの中心線とが一致し、且つ半導体レーザチップ１の出射面と光導波路型波長変換デバイス１１の入射面との間の距離が約３μｍになるように、光導波路型波長変換デバイス１１を移動させる。その後、光導波路型波長変換デバイス１１に一定量の圧力を加えながら、紫外線を照射して固定する。
【００８４】
次に、各電極に電気的接続のためのワイヤ１２を接続する。このうち、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２における下側電極１５ｂに関しては、Ｓｉサブマウント６に固定されているために直接にワイヤ１２は接続されず、代わりにＳｉサブマウント６の上の電極８にワイヤ１２が接続される。一方、上側電極１５ａ及びＤＢＲ領域３における下側電極１５ｂに対しては、図示されるようにワイヤ１２が接続されている。
【００８５】
本実施形態では、ＤＢＲ半導体レーザ１がジャンクションダウン実装で固定されているため、約１４０ｍＡの動作電流に対して約１００ｍＷのレーザ出力が得られる。また、活性層４の高さ及び光導波路１２６の高さが精密に制御されているため、約６０ｍＷのレーザ光を光導波路１２６に結合することができる。また、ＤＢＲ領域３がサブマウント６に接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪く、安定した波長可変特性が得られる。
【００８６】
ＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ領域３に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ１の発振波長を光導波路型波長変換デバイス１１の位相整合波長８５１ｎｍに一致させることにより、波長４２５．５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。
【００８７】
更に本実施形態では、ＤＢＲ半導体レーザ１と光導波路型波長変換デバイス１１とが実装されたＳｉサブマウント６を、好ましくはＮ２で封入する。このようにＮ２（０．０６６ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）などの熱伝導性の低い気体で封入することにより、ＤＢＲ領域３の放熱を防止することができると同時にレーザ端面の劣化を防止できるため、その実用的効果は大きい。また、Ｎ２よりも更に熱伝導の低い気体、例えばＫｒ（０．０２１ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）などで封入したり、或いは真空状態にすることによって、放熱を低減することができるので、波長可変のための注入電流を小さくすることが可能となる。
【００８８】
（第３の実施形態）
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、波長可変半導体レーザ１としてＤＢＲ領域３を有するＤＢＲ半導体レーザ１を用いる。図５（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び平面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がＳｉサブマウント２０の上にジャンクションダウンで実装され、ＤＢＲ領域３の一部分と活性層領域２とがサブマウント２０の上に固定されている装置構成を、模式的に示す。
【００８９】
本実施形態の装置構成では、第１の実施形態の装置構成とは異なり、Ｓｉサブマウント２０の上に溝２１が形成されている。この溝２１は、フォトリソグラフィプロセス及びドライエッチングプロセスにより形成される。溝２１の幅は、ＤＢＲ半導体レーザ１の幅よりも狭く、ＤＢＲ領域３の一部分も、Ｓｉサブマウント２０の上に固定される。
【００９０】
Ｓｉサブマウント２０の表面には、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層２２が形成されている。その上には、電極２３としてのＡｕ層２３、及び固定用半田層２４としてＡｕ／Ｓｎ層２４が、順に蒸着されている。活性層領域２における電極２３及び半田層２４は、ＤＢＲ領域３における電極２３及び半田層２４から電気的に分離されている。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４の上の電極１５ｂも、活性層領域２とＤＢＲ領域３との間で電気的に分離されている。そして、電極２３及び半田層２４の分離されている部分が電極１５ｂの分離されている部分に一致するように、ＤＢＲ半導体レーザ１はジャンクションダウンでサブマウント２０の上に固定される。この実装時には、活性層領域２は、その表面全体がサブマウント２０に接触して固定され、一方、ＤＢＲ領域３は、その表面の一部分がサブマウント２０に接触して固定される。
【００９１】
次に、各電極に電気的接続のためのワイヤ２５を接続する。このうち、ＤＢＲ半導体レーザ１の下側電極１５ｂに関しては、活性層領域２及びＤＢＲ領域３の何れにおいてもＳｉサブマウント２０に固定されているために直接にワイヤ２５は接続されず、代わりにＳｉサブマウント２０の上の電極２３にワイヤ２５が接続される。一方、上側電極１５ａに対しては、図示されるようにワイヤ２５が接続されている。この場合には、何れの電極に対してもワイヤ２５が上側から接続されるので、その形成が容易である。
【００９２】
このようにして形成される本実施形態の装置構成では、発振しきい値電流は約２０ｍＡである。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は、約１４０ｍＡである。更に、ＤＢＲ領域３はサブマウント２０に一部分しか接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪くなっており、そのために、波長可変特性はジャンクションアップ実装時とほぼ同様で、約９０ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【００９３】
本実施形態のように、ＤＢＲ半導体レーザ１をジャンクションダウンで実装する際に活性層領域２は全面的にサブマウント２０に固定され、ＤＢＲ領域３は一部分のみをサブマウント２０に固定する構成にすることにより、安定な波長可変特性及び高信頼性でのレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。また、第１の実施形態の構成に比べて、本実施形態の構成では、ＤＢＲ領域３での熱分布（放熱分布）が小さいために、より安定な単一縦モードでの波長可変特性が得られる。
【００９４】
（第４の実施形態）
図６（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント２６の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【００９５】
本実施形態の装置構成では、第２の実施形態の装置構成とは異なり、Ｓｉサブマウント２６の上に溝２７が形成されている。この溝２７は、フォトリソグラフィプロセス及びドライエッチングプロセスにより形成される。溝２７の幅は、ＤＢＲ半導体レーザ１の幅よりも狭く、ＤＢＲ領域３の一部分も、Ｓｉサブマウント２６の上に固定される。
【００９６】
更に、第３の実施形態の構成と同様に、サブマウント２６の表面には、ＳｉＯ２層２８、電極２９、及び半田層（Ａｕ／Ｓｎ層）３０が形成されており、これらは、活性層領域２とＤＢＲ領域３とで電気的に分離されている。
【００９７】
図６（ａ）及び（ｂ）の構成の実装は、第２の実施形態と同様の手法による。すなわち、まず、Ｓｉサブマウント２６の上にＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。具体的には、ＤＢＲ半導体レーザ１及びＳｉサブマウント２６の上には調整用十字キー（不図示）が形成されており、別々のカメラによりそれらの十字キーを画像認識して各々の中心線を検出し、中心線同士が一致する位置に、ＤＢＲ半導体レーザ１を精密ステージにより移動する。ＤＢＲ半導体レーザ１の出射端面を画像認識し、Ｓｉサブマウント２６の上の溝３１に少し突出するように位置決め調整する。固定位置が決定したらＳｉサブマウント２６をパルス加熱し、Ａｕ／Ｓｎ層３０を溶融してＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。これによって、ＤＢＲ半導体レーザ１は、ジャンクションダウンでＳｉサブマウント２６の上に固定される。続いて、やはり第２の実施形態においてと同様の手法で、光導波路型波長変換デバイス１１をＳｉサブマウント２６の上に固定する。
【００９８】
このようにして得られる本実施形態の構成では、ＤＢＲ半導体レーザ１の発振しきい値電流は約２０ｍＡである。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は、約１４０ｍＡである。更に、ＤＢＲ領域３への注入電流が約９０ｍＡのときに、約２ｎｍの波長可変領域が得られる。また、活性層４の高さ及び光導波路１２６の高さが精密に制御されているため、約６０ｍＷのレーザ光を光導波路１２６に結合することができる。
【００９９】
ＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ領域３に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ１の発振波長を光導波路型波長変換デバイス１１の位相整合波長８５１ｎｍに一致させることにより、波長４２５．５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。更に、本実施形態の構成では、第２の実施形態における構成よりもＤＢＲ領域３での熱分布（放熱分布）が小さいため、より安定な単一縦モード発振が実現でき、ブルー光の出力安定性も向上することができる。
【０１００】
（第５の実施形態）
本実施形態では、サブマウント３５を異なる熱伝導率を有する材質からなる２つの部分３５Ａ及び３５Ｂの組合せによって構成することにより、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２とＤＢＲ領域３とでの放熱状態に差を生じさせて、より安定なレーザ発振及び波長可変特性を実現する構成について説明する。
【０１０１】
熱伝導率の異なる材質を組み合わせてサブマウント３５を構成する場合、セラミックス材料を選択すると、加工性もよく容易に形成できる。例えば、熱伝導性の良いセラミック材料としてＡｌＮ（熱伝導率：０．４ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ− １・ｄｅｇ−１）或いはＳｉＣ（熱伝導率：０．１５ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）は、Ｓｉ（熱伝導率：０．３ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）とほぼ同程度の熱伝導率を有し、一方、熱伝導性の悪いセラミック材料としてはＺｒＯ２（熱伝導率：０．０１ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）が挙げられる。
【０１０２】
図７（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がＡｌＮ及びＺｒＯ２から構成されるサブマウント３５に実装された波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す。
【０１０３】
サブマウント３５は、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２が固定される部分３５ＡとＤＢＲ領域３が固定される部分３５Ｂより構成されており、部分３５Ａの構成材質はＡｌＮであり、部分３５Ｂの構成材質はＺｒＯ２である。更に、サブマウント３５の上には、これまでの実施形態における構成と同様に電極３６及び半田層３７が形成されており、また、部分３５Ａ及び３５Ｂはお互いに電気的に分離されている。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４の側に位置する下側電極１５ｂも電気的に分離された２つの部分に分かれており、分離されている下側電極１５ｂの２つの部分がサブマウント３５の２つの部分３５Ａ及び３５Ｂにそれぞれ一致するように、ＤＢＲ半導体レーザ１はジャンクションダウンでサブマウント３５上に固定される。ＤＢＲ半導体レーザ１のボンディング後には、図示するように各電極からワイヤ３８を形成する。
【０１０４】
サブマウント３５の部分３５ＡはＡｌＮから構成されているため、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２で発生された熱はサブマウント３５に効率よく放熱される。一方、部分３５ＢはＺｒＯ２で構成されているために、ＤＢＲ領域３からサブマウント３５への熱伝導が低減されている。
【０１０５】
本実施形態では、第１〜第４の実施形態で用いられているＳｉよりも更に熱伝導率の大きなＡｌＮがサブマウント３５の構成材料として用いられているので、活性部領域２の放熱性が改善されており、ＤＢＲ半導体レーザ１の発振しきい値電流は約２０ｍＡ、また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１３０ｍＡである。一方、ＤＢＲ領域３の放熱状態はＺｒＯ２の使用によって低減されているため、約１００ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【０１０６】
本実施形態のように、ＤＢＲ半導体レーザ１が搭載されるサブマウント３５において、活性層領域２に対応する部分３５Ａには熱伝導率の大きい構成材料を用い、ＤＢＲ領域３に対応する部分には熱伝導率の低い材料を用いることにより、信頼性の高いレーザ駆動特性及び安定な波長可変特性を得ることができる。
【０１０７】
なお、上記ではＤＢＲ領域３を全面的にサブマウント３５の部分３５Ｂに固定しているが、第３の実施形態と同様に、適当なパターンの溝をＺｒＯ２からなる部分３５Ｂに形成することにより、熱伝導性を更に意図的に低下させることが可能になって、より安定な波長可変特性が得られる。
【０１０８】
（第６の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント３９の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【０１０９】
ここで、サブマウント３９は、以下の３つの部分から構成されるている；
部分３９Ａ：光導波路型波長変換デバイスが固定される部分
部分３９Ｂ：活性層領域が固定される部分
部分３９Ｃ：ＤＢＲ領域が固定される部分
部分３９Ａ及び３９ＣはＺｒＯ２セラミックスから構成されており、一方、部分３９Ｂは、ＡｌＮセラミックスから構成される。サブマウント３９の表面でＤＢＲ半導体レーザ１が固定される箇所には、これまでの実施形態と同様に電極４０及び半田層４１が形成されている。また、ＤＢＲ半導体レーザ１が固定される箇所と光導波路型波長変換デバイス１１が固定される箇所との間には、溝４２が形成されている。
【０１１０】
第４の実施形態と同様にＤＢＲ半導体レーザ１及び光導波路型波長変換デバイス１１をサブマウント３９上に固定し、各電極からワイヤ３８を形成して、ＤＢＲ半導体レーザ１の動作特性を測定したところ、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１３０ｍＡであった。また、ＤＢＲ領域３への注入電流量が約１００ｍＡであるときに、約２ｎｍの波長可変領域が得られた。
【０１１１】
光導波路型波長変換デバイス１１は、その位相整合波長が温度依存性を有するため、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４からの熱により光導波路型波長変換デバイス１１の内部に温度分布が生じると、その波長変換効率や動作安定性に影響を与える。そのため、先に説明した第２或いは第４の実施形態の構成では、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、波長変換デバイスからは約１０ｍＷの出力しか得られない。これに対して、本実施形態の構成では、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２で発生する熱が、効率的に、サブマウント３９のうちでＡｌＮセラミックスから構成される部分３９Ｂに放熱され、且つ溝４２の形成によって光導波路型波長変換デバイス１１への熱伝達が防止できるので、ＤＢＲ半導体レーザ１の信頼性向上及び光導波路型波長変換デバイス１１の均一性向上が実現できる。その結果、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、波長変換デバイス１１からは約１５ｍＷのブルー出力を得ることができる。
【０１１２】
（第７の実施形態）
第１〜第６の実施形態では、活性層領域２とＤＢＲ領域３とから構成されるＤＢＲ半導体レーザ１を用いた波長可変半導体レーザ及び短波長光源について説明したが、本実施形態では、更に位相補償領域が付加されたＤＢＲ半導体レーザを用いた構成について説明する。図９（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び平面図には、上記の構成を模式的に示す。
【０１１３】
この構成に含まれるＤＢＲ半導体レーザ４５は、波長８５０ｎｍでＴＥモード発振する１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザ４５であり、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８から構成される。ＤＢＲ半導体レーザ４５の基板側及び活性層側には、それぞれ電極１５ａ及び１５ｂが形成されており、特に活性層側の下側電極１５ｂは、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８で電気的に分離されている。また、活性層４などのエピタキシャル層や電極１５ａ及び１５ｂの厚さはサブミクロン以下に制御されていて、活性層（ジャンクション部４）までの厚さは約３μｍである。
【０１１４】
一方、サブマウント４９はＳｉからできており、溝５０が形成されている。溝５０の長さは、ＤＢＲ半導体レーザ４５の位相補償領域４７とＤＢＲ領域４８とを合わせた長さにほぼ一致している。これより、活性層領域４６で発生する熱はＳｉサブマウント４９に放熱する一方で、位相補償領域４７及びＤＢＲ領域４８では、注入電流によって生じた熱が放熱し難い。
【０１１５】
Ｓｉサブマウント４９の上には、これまでの実施形態においてと同様に、膜厚制御された電極５１及び半田層５２が蒸着されている。これらの電極５１及び半田層５２は、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８がそれぞれ固定される部分で、お互いに電気的に分離されている。また、位相補償領域４７が固定される部分の電極５１の長さは、位相補償領域４７の長さと同じになっている。
【０１１６】
これまでの実施形態と同様に、ＤＢＲ半導体レーザ４５をサブマウント４９上に固定し、各電極からワイヤ３８を形成して、ＤＢＲ半導体レーザ４５の動作特性を測定したところ、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１４０ｍＡである。また、波長可変特性としては、ジャンクションアップ時とほぼ同様に、約９０ｍＡの注入電流量に対して、位相補償領域４７により位相調整を行うことで連続的に約２ｎｍの波長可変特性が得られる。
【０１１７】
本実施形態のように、位相補償領域４７が付加されたＤＢＲ半導体レーザ４５をジャンクションダウンで実装する際にも、安定な波長可変特性及び信頼性の高いレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。
【０１１８】
また、本実施形態の上記の説明では、溝５０が形成されたＳｉサブマウント４９にＤＢＲ半導体レーザ４５が実装された構成について説明しているが、第５或いは第６の実施形態で説明したような異なる材質（セラミックス）から構成された複数の部分が組み合わされているサブマウントに実装する構成でも、同様の効果が得られる。
【０１１９】
上記で説明した第１〜第７の実施形態では、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを用いているが、ＬｉＮｂ０３基板上に形成された光導波路型高速変調デバイスなどの光導波路型機能デバイスを用いても、同様の効果が得られる。また、ＤＢＲ半導体レーザを光通信分野で絶対基準波長用光源や波長多重通信用光源として用いる場合において、サブマウントに形成したＶ溝に固定した光ファイバなどにレーザ光を結合する場合にも、第１〜第４の実施形態のような構成でＤＢＲ半導体レーザを固定することにより、信頼性の高いレーザ駆動特性及び安定な波長可変特性を得ることができる。
【０１２０】
更に、上記では直接結合型モジュールの構成について説明したが、レンズ結合型のモジュールに本発明を適用してもその実用的効果は大きく、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンでサブマウントに実装することにより、高出力での発振状態においても、高い信頼性が得られる。例えば、第１の実施形態の構成を例にとれば、出力約１００ｍＷでの駆動電流値が約３０ｍＡだけ低減される。
【０１２１】
高出力の半導体レーザを安定に駆動させるためには、半導体レーザチップの放熱状態を向上させる必要がある。半導体レーザと波長可変デバイスとから構成される短波長光源においては、得られる高調波出力が半導体レーザ出力の２乗に比例するため、特に高出力の半導体レーザが用いられる。そのため、ジャンクションダウン実装が、特に必要とされる。
【０１２２】
また、半導体レーザと光導波路デバイスとから構成される光集積化デバイスを民生用途に応用する際には、大きさ及びコストが大きな要素となり、その実現のためには、やはりジャンクションダウン実装技術が必要となる。これは、ジャンクションダウン実装では、サブマウントから活性層（ジャンクション部）までの高さを高精度に制御できるので、光導波路デバイスと半導体レーザを直接結合する場合に、活性層と光導波路との高さ方向での位置合わせ調整が容易に実現されるからである。
【０１２３】
以上のように、本発明の第１から第７の実施形態によれば、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザと、光導波路型デバイスとしての光導波路型波長変換デバイスや光ファイバなどの光学要素とがサブマウントに固定された光導波路集積化光源において、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで高精度にサブマウント上に固定し、ＤＢＲ半導体レーザの活性層領域の放熱性を向上させる一方でＤＢＲ領域の放熱性を意図的に低減させることにより、安定な発振特性及び波長可変特性が実現され、更に高効率光結合を可能とするモジュール光源が提供される。すなわち、本発明は、短波長光源や光通信分野で必要不可欠とされるＤＢＲ半導体レーザを以上のようにジャンクションダウンで実装する場合に、安定な波長可変特性及び信頼性の高いレーザ発振特性が実現され、その実用的効果は大きい。
【０１２４】
一方、以下に第８以降の実施形態として説明する本発明においては、半導体レーザチップをサブマウントに実装する際の量産性の向上を意図した構成が開示される。
【０１２５】
ここで、使用され得る半導体レーザチップとしては、活性層領域とＤＢＲ領域とから構成されるＤＢＲ半導体レーザ、或いは分布フィードバック型（ＤＦＢ）ＩｎＰ半導体レーザなどが例示できる。一方、光導波路素子としては、光ファイバや半導体レーザチップから放出されるレーザ光を、発振波長の半分の波長を有する光に変換する波長変換デバイスなどが例示できる。更に、半田としてはＡｕ／ＳｎやＰｂ／Ｓｎなどが、接着剤としては紫外線硬化剤を含む接着剤（以下、紫外線硬化型接着剤という）などが、分子結合力としてはファンデルワールス力などが、それぞれ例示できる。
【０１２６】
（第８の実施形態）
図１０に模式的に示す本実施形態の光集積化デバイスの構成では、半導体レーザチップ１０６を固定する部分のサブマウント１０１の表面に溝１０３が形成され、その溝１０３の内部に半田が設けられている。半導体レーザチップ１０６は、溝１０３の内部に供給された半田を用いて、サブマウント１０１に密着して固定されている。
【０１２７】
シリコン（Ｓｉ）よりなるサブマウント１０１は、その表面に、絶縁層としてＳｉＯ２層１０２を有している。サブマウント１０１のＳｉＯ２層１０２上には、本発明の溝１０３が形成されている。半導体レーザチップ１０６は、ＳｉＯ２層１０２上に装着される。本実施形態では、半導体レーザチップ１０６として、１．５５μｍ帯の分布フィードバック型（ＤＦＢ）ＩｎＰ半導体レーザを用いている。更に、サブマウント１０１及び半導体レーザチップ１０６の表面には、画像認識用の十字キー１０７及び１０８が形成されている。また、光導波路素子として光ファイバ１１０は、サブマウント１０１上に形成されたＶ溝１０９に実装され、半導体レーザチップ１０６からのレーザ光は光ファイバ１１０に結合される。
【０１２８】
図１１は、十字キー１０７間の中心線Ａ１を含む図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ１０６及び光ファイバ１１０がサブマウント１０１に装着された状態を示す。
【０１２９】
図示されるように、ＳｉＯ２層１０２上に形成された溝１０３に電極としてＡｕ層１０４が形成され、更にその溝１０３の内部に、半田１０５を有する。本実施形態では、半田１０５はＡｕ／Ｓｎからなる。
【０１３０】
従来技術では、一般に、サブマウント上に電極としてＡｕ層が形成され、更にその上には半田層としてＡｕ／Ｓｎが蒸着される。半田層の膜厚は、約２μｍ〜約３μｍである。半導体レーザチップは、そのジャンクション（活性層部）がサブマウント側になるように配置され、サブマウントを加熱して半田を溶融することによって、サブマウント上に固定される。
【０１３１】
半導体レーザチップの表面から活性層までの厚さは、エピタキシャル成長時に正確に制御されている。また、サブマウント上のＡｕ層の膜厚も、正確に制御されている。そのため、活性層のサブマウントからの高さは、半田層の膜厚制御性に大きく依存する。しかし、実際には、半田層を溶融して半導体レーザチップを固定するために、その制御性は±約１μｍに過ぎない。結果として、半導体レーザチップの発光点のサブマウントからの高さにバラツキが生じるので、従来技術においては、半導体レーザのサブマウント上への高精度な固定の実現が、困難である。
【０１３２】
これに対して本実施形態の構成では、図１１に示すように、サブマウント１０１の表面に溝１０３が形成され、半田１０５が溝１０３の内部に存在しているために、半導体レーザチップ１０６の表面とサブマウント１０１のＡｕ層１０４とが、直接的に接触する。このため、サブマウント１０１から半導体レーザチップ１０６の活性層までの高さは、Ａｕ層１０４の厚さの精度のみに依存し、結果として高さ方向の位置決めが高精度に行われる。
【０１３３】
次に、本実施形態におけるサブマウント１０１の形成方法について、説明する。
【０１３４】
まず、Ｓｉの（１００）基板からなるサブマウント１０１表面に、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層１０２を形成する。
【０１３５】
次に、サブマウント１０１上にレジストを塗布し、フォトプロセスにより幅約１０μｍ及び周期約２０μｍの周期状レジストパターン、並びに幅約１００μｍのＶ溝用レジストパターンを形成する。それらの形成後、ウェットエッチングにより、サブマウント１０１上に深さ約５μｍの溝１０３を形成する。（１００）基板表面のウェットエッチングでは（１１１）面が現れるので、台形形状（Ｖ溝部分は三角形状）の溝が形成される。或いは、ドライエッチングを行うことで矩形の溝を形成することも可能である。
【０１３６】
次に、レジストを除去した後、再びフォトプロセスにより、調整用の十字キー１０７及び電極のレジストパターンを形成し、Ａｕ層１０４を蒸着する。次に、溝１０３の内部のみに半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着するために、再びレジストを除去し、溝１０３の形成時と同様のマスクを用いてマスクの位置合わせを行った上で溝１０３の形成時と同様のレジストパターンを形成し、それを用いて半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着する。これにより、半田１０５を溝１０３の内部に形成することができる。
【０１３７】
一方、半導体レーザチップ１０６の表面にも、十字キー１０８が形成される。サブマウント１０１の表面の十字キー１０７は、Ｖ溝１０９の中心線Ａ１に対して線対称の位置に形成され、また、半導体レーザチップ１０６の表面の十字キー１０８は、半導体レーザチップ１０６の発光点（中心線Ｂ１上）に対して線対称の位置に形成されている。
【０１３８】
本実施形態では、サブマウント１０１に形成される溝１０３の幅とその間隔（隣接する溝１０３の間の距離）は、どちらも１０μｍと等しく設定されている。しかし、半導体レーザチップ１０６の放熱性を考慮すると、溝１０３（或いは、その中に形成される半田（Ａｕ／Ｓｎ）１０５）の面積を大きくする方が、サブマウント１０１への放熱効果が大きくなり、半導体レーザチップ１０６の寿命（信頼性）の向上の点で有利である。
【０１３９】
次に、本実施形態の構成における位置合わせ調整方法を、図１２を参照して説明する。
【０１４０】
半導体レーザチップ１０６は、図１２に示すように、活性層が形成された面（エピタキシャル成長面）がサブマウント側に位置するように、ジャンクションダウンで固定される。本実施形態では、半導体レーザチップ１０６及びサブマウント１０１上に形成された十字キー１０８及び１０７を別々のカメラ１１１及び１１２により画像認識し、各々の中心線Ａ１及びＢ１を検出して、各々の中心線が一致する位置に半導体レーザチップ１０６を精密ステージにより移動して実装する。
【０１４１】
半導体レーザチップ１０６は真空バキュームでツール１１３に、また、サブマウント１０１はパルスヒータが装備されている台１１４に、それぞれ固定されている。カメラ１１１により、半導体レーザチップ１０６上に形成された十字キー１０８を画像認識し、カメラ１１２により、サブマウント１０１上の十字キー１０７を画像認識する。これによって、十字キー１０７間の中心線Ａ１及び十字キー１０８間の中心線を、それぞれ検出する。その後に、中心線Ａ１及びＢ１が一致するように、半導体レーザチップ１０６を精密ステージにより移動する。
【０１４２】
次に、半導体レーザチップ１０６の出射端面をカメラ１１２により画像認識し、その電極がサブマウント１０１の上の十字キー１０７のパターンに一致するように調整する。固定位置が決定したら、サブマウント１０１をパルス加熱して半田１０５を溶融し、半導体レーザチップ１０６を固定する。これにより、半導体レーザチップ１０６は、図１２に示すように、サブマウント１０１のＡｕ層１０４に密着して実装される。
【０１４３】
なお、溝１０３の体積よりも固定後の半田１０５の体積を小さくすれば、実装時の密着性が高まり、その実用的効果は大きい。
【０１４４】
半導体レーザチップ１０６を固定後、図１０及び図１１に示すように、Ｖ溝１０９に、光導波路素子として光ファイバ１１０を実装する。このとき、光ファイバ１１０の端面と半導体レーザチップ１０６の出射端面との間の距離は、サブマウント１０１と電極との間の距離で決定される。本実施形態では、サブマウント１０１から半導体レーザ１０６の発光点までの高さが精密制御されているために、結合効率は、サブマウント１０１のＶ溝１０９の加工精度に依存する。具体的には、Ｖ溝１０９はエッチングにより精密に加工されているため、光ファイバ１１０への結合効率として約３０％という値が安定に得られる。
【０１４５】
また、本実施形態では、図１１に示すように、半導体レーザチップ１０６の表面とサブマウント１０１上のＡｕ層１０４が密着しているため、サブマウントからの活性層までの高さがＡｕ層１０４の厚さ精度に依存し、高精度に実装することが可能である。但し、実際には、溝１０３の中に配置された半田（Ａｕ／Ｓｎ）１０５に対する逃げ溝が設けられていないため、半田１０５が過剰に供給された場合には、高さ方向の位置決め精度に悪影響が及ぼされる可能性がある。従って、半田１０５の供給量は、溝１０３の体積と同じか或いはそれより少なくする必要がある。
【０１４６】
一方、図２５に示すのは、図１０の構成の改変例であって、各々の溝１０３に隣接して逃げ溝１３３が形成されている。従って、もし半田１０５が過剰に供給されても、過剰分は、実装時に逃げ溝１３３に押し出される。このため、半導体レーザチップ１０６とサブマウント１０１との間の密着性が向上すると共に、過剰は半田による高さ方向の位置決め精度への悪影響が回避される。なお、図２５において、図１０と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、その説明はここでは省略する。
【０１４７】
図２５の構成の形成方法は、以下の通りである。
【０１４８】
まず、Ｓｉの（１００）基板からなるサブマウント１０１表面に、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層１０２を形成する。
【０１４９】
次に、サブマウント１０１上にレジストを塗布し、フォトプロセスにより所定のレジストパターンを同時に形成する。それらの形成後、ウェットエッチングにより、サブマウント１０１上に深さ約５μｍの溝１０３及び逃げ溝１３３を、同時に形成する。
【０１５０】
レジストを除去した後、再びフォトプロセスにより、調整用の十字キー１０７及び電極のレジストパターンを形成し、Ａｕ層１０４を蒸着する。次に、溝１０３の内部のみに半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着するために、再びレジストを除去し、溝１０３の形成時とは異なるマスクを用いてマスクの位置合わせを行った上で、溝１０３の形成時とは異なるレジストパターンを形成し、それを用いて半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着する。このとき、半田１０５は、溝１０３の全体に蒸着されるのではなく、半導体レーザチップ１０６が固定される領域に蒸着される。これによって、半田１０５の両側には逃げ溝１３３が形成されて、半導体レーザチップ１０６とサブマウント１０１との間の実装時の密着性が向上される。
【０１５１】
以上のような構成によって、半導体レーザチップ１０６からのレーザ光を光ファイバ１１０や光導波路に高効率に結合するために必要とされるサブミクロン以下の位置合わせ調整精度が容易に実現され、実用性の高い光集積化デバイスが供給される。
【０１５２】
上記の実施形態では、光導波路素子として光ファイバ１１０を用いた場合について説明しているが、光導波路素子として、半導体レーザチップ１０６から放出されるレーザ光の波長を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスを用いることも、勿論可能である。また、半導体レーザチップ１０６として、活性層領域とＤＢＲ領域とから構成されるＤＢＲ半導体レーザチップを用いることも、可能である。
【０１５３】
例えば、半導体レーザチップとしてＴＥモードで発振する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザ（発振波長は８５０ｎｍ）を用い、光導波路素子としてｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路及び周期的分極反転領域が形成された光導波路型波長変換デバイスを用いることが、可能である。このような構成では、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０１５４】
以上の説明では、半導体レーザチップ１０６の発光領域と垂直な方向に、溝１０３が形成されている。これに対して以下では、図１３及び図１４を参照して、半導体レーザチップ１２０の発光領域と平行方向に溝１１７が形成されているサブマウント１１５を用いた構成について、説明する。
【０１５５】
図１３に模式的に示す光集積化デバイスの構成においても、シリコン（Ｓｉ）よりなるサブマウント１１５は、その表面に、絶縁層としてＳｉＯ２層１１６を有している。サブマウント１１５のＳｉＯ２層１１６上には、溝１１７が形成されている。半導体レーザチップ１２０は、ＳｉＯ２層１１６上に装着される。サブマウント１１５及び半導体レーザチップ１２０の表面には、画像認識用の十字キー１２１及び１２２が形成されている。また、光導波路素子として光ファイバ１２４は、サブマウント１１５上に形成されたＶ溝１２３に実装され、半導体レーザチップ１２０からのレーザ光は光ファイバ１２４に結合される。
【０１５６】
図１４は、十字キー１２１間の中心線Ａ２を含む図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図であって、半導体レーザチップ１２０及び光ファイバ１２４がサブマウント１１５に装着された状態を示す。図示されるように、ＳｉＯ２層１１６上に形成された溝１１７に電極としてＡｕ層１１８が形成され、更にその溝１１７の内部に、半田（Ａｕ／Ｓｎ）１１９を有する。
【０１５７】
実装時には、十字キー１２１及び１２２を画像認識し、それぞれの中心線Ａ２及びＢ２を検出して、それらが一致するように半導体レーザチップ１２０をサブマウント１１５に実装する。このとき、図１０に示すように半導体レーザの活性層の方向とサブマウントの溝の形成方向とがお互いに垂直であって、活性層が半田を介してサブマウントに固定されている部分が半導体レーザの光軸方向に周期的に存在している構成では、動作時に発生する熱分布が、光軸方向に周期的になる可能性がある。これに対して、図１３に示す構成では、半導体レーザチップ１２０からの放熱が均一に行われるために有利であり、その信頼性の向上につながる。
【０１５８】
（第９の実施形態）
図１５に模式的に示す本実施形態の光集積化デバイスの構成では、半導体レーザチップ２０３を固定する部分に加えて平面型光導波路素子２０４を固定する部分のサブマウント２０１の表面に溝２０２が形成され、その溝２０２の内部に半田が設けられている。平面型光導波路素子２０４及び半導体レーザチップ２０３は、これらの溝の中に設けられた半田を用いて、サブマウント２０１に密着して固定されている。
【０１５９】
平面型光導波路素子２０４の光導波路は、誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路であり、ウェハを用いて半導体プロセスにより作製できるので、量産性が高い。
【０１６０】
図１５の構成において、半導体レーザチップ２０３は、第８の実施形態と同様の方法で、サブマウント２０１にジャンクションダウンで実装される。サブマウント２０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【０１６１】
平面型光導波路素子２０４としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路２０９及び周期的分極反転領域２１０が形成された光導波路型波長変換デバイス２０４が用いられる。一方、半導体レーザチップ２０３としては、ＴＥモードで発振（発振波長：８５０ｎｍ）する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザが、用いられる。ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、上記の構成では、プレーナータイプの直接結合が可能である。これに対して、ｚカット基板上に作製された光導波路を用いた場合、偏光方向を一致させるために半波長板が必要であり、直接結合時に結合効率が低下する。
【０１６２】
光導波路型波長変換デバイス２０４の表面には、厚さ方向（ｙ方向）での位置合わせ調整用に保護膜２０５が形成されている。この保護膜２０５は、例えばＳｉＯ２スパッタリング膜から構成され、精密に膜厚が制御されている。
【０１６３】
図１６は、十字キー２０７間の中心線Ａ３を含む図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ２０３及び光導波路型波長変換デバイス２０４がサブマウント２０１に装着された状態を示す。
【０１６４】
図１６に示すように、溝２０２の中には固定用の接着剤２０６が注入される。本実施形態では、接着剤２０６として、例えば紫外線硬化型接着剤を用いる。紫外線硬化型接着剤は粘性が小さいので、溝２０２の内部に注入しやすく、実用性が高い。
【０１６５】
図１５に示すように逃げ溝が設けられていない構成では、接着剤２０６の硬化後の体積が溝２０２の体積よりも小さいことが、密着性を高める点で望ましい。或いは、第８の実施形態で図２５を参照して説明したように、溝２０２に隣接して逃げ溝を設ければ、実装時に過剰な接着剤が逃げ溝に流れるために、位置合わせ精度に悪影響が及ぼされることなく、平面型光導波路素子２０４とサブマウント２０１との間の密着性が向上される。
【０１６６】
図１５に示すように、半導体レーザチップの実装用と同様に、サブマウント２０１及び光導波路型波長変換デバイス２０４には、波長変換デバイス２０４の実装用に十字キー２０７及び２０８が形成されている。十字キー２０７間の中心線Ａ３は、半導体レーザチップ固定用の十字キー間の中心線Ｂ３と一致している。
【０１６７】
実装時には、光導波路型波長変換デバイス２０４上の十字キー２０８の中心線と、サブマウント２０１上の十字キー２０７の中心線とが一致し、且つ半導体レーザチップ２０３の出射面と光導波路型波長変換デバイス２０４の入射面との間の距離が約３μｍになるように（図１６参照）、光導波路型波長変換デバイス２０４を移動させる。その後、光導波路型波長変換デバイス２０４を一定加圧しながら、紫外線を照射して接着剤２０６を固定する。
【０１６８】
本発明のモジュール構成では、接着剤２０６が溝２０２の内部に存在しているため、保護膜２０５とサブマウント２０１とが密着し、保護膜２０５の厚さ精度によって厚さ方向の位置合わせ調整が行える。このため、７０％の結合効率を高い歩留まりで実現することができる。
【０１６９】
具体的には、半導体レーザチップ２０３のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ２０３の発振波長を光導波路型波長変換デバイス２０４の位相整合波長に一致させることにより、波長変換デバイス２０４からは、波長４２５ｎｍのブルー光の出力約１０ｍＷが得られる。
【０１７０】
上記のような溝２０２が存在しないサブマウント上に光導波路型波長変換デバイスが接着剤（紫外線硬化型接着剤）により固定される場合、光導波路素子とサブマウントとの間の接着剤層の厚さがｙ方向の位置合わせ調整精度に大きく影響する。また、接着剤の硬化時に一般に発生する収縮現象は、位置合わせ調整の精度を更に劣化させる。これらの要因のために、従来技術によれば、サブミクロン以下の調整精度で光導波路型波長変換デバイスをサブマウントに固定することは、困難であった。これに対して本実施形態の構成では、平面型光導波路素子とサブマウントの間に接着剤層が存在しないため、光導波路とサブマウントと間のの距離は保護膜２０５の膜厚に依存して決定される。これより、高精度の位置決めが可能になって、高効率の光結合が実現される。
【０１７１】
なお、本実施形態では接着剤として紫外線硬化型接着剤を用いているが、他の接着剤を用いても同様の効果が得られる。特に、接着後に収縮する接着剤を使用すれば、サブマウントとの密着性がより高まるため、より良好な効果が得られる。
【０１７２】
誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路は、一般にその深さが約２μｍである。そのため、光ファイバを用いた光集積化デバイスの場合よりも、より高精度な調整が要求される。従って、本実施形態のようにサブマウント上に溝を形成して基板厚さ方向の位置合わせ調整精度を向上することができれば、その実用的効果が大きい。具体的には、例えばＤＢＲ半導体レーザとＬｉＮｂＯ３基板やＬｉＴａＯ３基板の上に周期的分極反転領域を有する光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長ブルー光源に対して、本発明は大きな実用的効果を発揮する。
【０１７３】
以上の説明では、平面型光導波路デバイス２０４の光導波路２０９の方向とは垂直な方向に、溝２０２が形成されている。これに対して、均一な放熱状態の実現のためには、第８の実施形態で図１３及び図１４を参照して説明した場合に類似するように、光導波路２０９と平行方向に溝２０２が形成されていることが望ましい。特に、光導波路型波長変換デバイスでは、素子内部の温度分布が波長変換効率などの素子特性に大きな影響を与えるので、平行方向の溝の形成による均一な温度分布の実現により、大きな効果が得られる。
【０１７４】
（第１０の実施形態）
第９の実施形態では、平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）を接着剤（紫外線硬化型接着剤）により固定する際に、サブマウント上に溝を形成することにより高精度な実装を実現するデバイス構成について説明した。これに対して本実施形態では、紫外線硬化型接着剤のような接着剤を用いず、分子結合力で平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）をサブマウント上に固定する構成及び方法について、図１７及び図１８を参照して説明する。この場合、平面型光導波路素子とサブマウントとの間に何も存在しないため、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１７５】
図１７は、上記のような構成を模式的に示す斜視図であり、図１８は、十字キー３０６間の中心線を含む図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ３０３及び光導波路型波長変換デバイス３０４がサブマウント３０１に装着された状態を示す。
【０１７６】
図１７において、シリコン（Ｓｉ）からなるサブマウント３０１の全表面が酸化されていること、すなわち、サブマウント３０１の全表面にＳｉＯ２層３０２が形成されていることが好ましい。これは、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板との結合性を高めるためである。半導体レーザチップ３０３を固定する部分は、第１の実施形態で図１３及び図１４を参照して説明したような形状になっていて、電極及び半田が蒸着されている。そして、第８の実施形態と同様の方法により、半導体レーザチップ３０３はサブマウント３０１上の所望の位置に、活性層側の面がサブマウント３０１側になるようにジャンクションダウンで実装される。具体的には、半導体レーザチップ３０３は、例えばＴＥモードで発振する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザであり、その発振波長は８５０ｎｍである。
【０１７７】
次に、平面型光導波路素子３０４をサブマウント３０１上に実装する方法について説明する。
【０１７８】
平面型光導波路素子３０４としては、第２の実施形態と同様に、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路及び周期的分極反転領域が形成された光導波路型波長変換デバイス３０４を用いる。この場合、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が可能である。
【０１７９】
光導波路型波長変換デバイス３０４の表面には、ｙ方向の位置合わせ調整を行うために、保護膜３０７、例えばＳｉＯ２スパッタ膜３０７が形成されている。サブマウント３０１上のＳｉＯ２層３０２の表面及び光導波路型波長変換デバイス３０４の実装面は、実装前に十分に洗浄されている。
【０１８０】
実装時には、十字キー３０５及び十字キー３０６を画像認識し、それらの中心線同士を位置合わせするとともに、半導体レーザチップ３０３の端面と光導波路型波長変換デバイス３０４の端面との間の距離が約３μｍになるように、配置を調整する（図１８参照）。その位置で、光導波路型波長変換デバイス３０４に一定の圧力を加えながら光導波路型波長変換デバイス３０４とサブマウント３０１とをオプティカルコンタクトさせ、その状態で温度約３００℃で約３０分間保持する。この加熱保持工程では、光導波路も同時に上記条件でアニールされることになり、本実施形態で用いられる光導波路型波長変換デバイス３０４は、あらかじめその点を考慮して作製されている。
【０１８１】
このようなアニール工程の実施により、本実施形態では、光導波路型波長変換デバイス３０４とサブマウント３０１との間に何も介さず、両者を固定することができる。これより、光導波路型波長変換デバイス３０４の光導波路の高さを保護膜３０７の厚さ精度のみで調整できるため、高精度な固定が実現できる。
【０１８２】
具体的には、本実施形態の構成では、約７０％の結合効率を高い歩留まりで実現することができる。また、半導体レーザチップ３０３のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ３０３の発振波長を光導波路型波長変換デバイス３０４の位相整合波長に一致させることにより、波長変換デバイス３０４から波長４２５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。
【０１８３】
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態では、図１９の断面図を参照して、絶縁層であるＳｉＯ２層を利用して、ＤＢＲ半導体レーザのような２つの電極を有する半導体レーザチップを実装するサブマウントの構成について説明する。
【０１８４】
図１９において、シリコン（Ｓｉ）からなるサブマウント４０１は、その表面上に絶縁層としてＳｉＯ２層４０２を有し、その上には、電極としてのＡｕ層４０３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層４０４が蒸着されている。また、これらの電極層を所定の領域に分離するために、ＳｉＯ２層４０２、Ａｕ層４０３、及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層４０４をエッチングして溝４１０が形成される。ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５は利得を与えるための活性層領域４０６と発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）４０７とから構成され、それぞれの領域４０６及び４０７に、電気的に分離された電極４０８及び４０９が形成されている。本実施形態のように、サブマウント４０１に溝４１０を設けて、ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５の活性層領域４０６に対応する部分とＤＢＲ領域４０７に対応する部分とを電気的に分離することにより、活性層領域４０６に注入される電流とＤＢＲ領域４０７に注入される電流とを完全に分離できるため、安定な動作を実現できる。
【０１８５】
なお、ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５は、その活性層側の面がサブマウント側になるようにして、ジャンクションダウンでサブマウント４０１に固定されている。ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ半導体レーザでは、ＤＢＲ領域に高抵抗層が存在しており、電流注入によって高抵抗層の温度が上昇して屈折率が変化し、それによって波長が変化する。この場合、活性層に近い側がサブマウント側に位置するジャンクションダウン実装では、ＤＢＲ領域からサブマウントへの放熱性が向上してしまうために、波長可変特性はむしろ劣化する。このような悪影響を防ぐためには、サブマウントのうちでＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲ領域における光導波部分が接する部分に適切な形状の溝を形成して、その放熱特性を意図的に劣化させることによって、波長可変特性の劣化の抑制、或いは波長可変特性の改善を、実現することができる。
【０１８６】
本実施形態に記載されたＤＢＲ半導体レーザチップ４０５に対する搭載構成は、２電極を有する半導体レーザチップを、これまでに説明した第８〜第１０の実施形態及び後述する第１２〜第１４の実施形態の構成にて使用する場合に、適用可能である。
【０１８７】
（第１２の実施形態）
本実施形態では、複数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと複数の光導波路を有する平面型光導波路素子とがサブマウント上に実装されている直接結合型光集積化デバイスについて、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は、上記のような構成を模式的に示す斜視図であり、図２１は、図２０の線ＸＸＩ−ＸＸＩに沿った断面図である。
【０１８８】
本実施形態の構成では、半導体レーザチップ５０２として、１０個の発光部５０３を有する１００ｍＷ級のアレー型分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザチップ５０２を用いている。また、平面型光導波路素子５０４としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板の上に、１０本のプロトン交換光導波路５０５と周期的分極反転領域５０６とが形成された光導波路型波長変換デバイス５０４を用いている。
【０１８９】
本実施形態の構成では、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔と、光導波路型波長変換デバイス５０４の光導波路５０５の間隔とが、一致しているので、１０本の光導波路に対して同時に光結合調整が実現できる。なお、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔、及び光導波路素子５０４の光導波路５０５の間隔は、何れも約０．３ｍｍ以上で約１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０１９０】
また、アレー型半導体レーザチップ５０２としては、ＴＥモードで発振するものが用いられている。この場合、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０１９１】
光導波路型波長変換デバイス５０４及び半導体レーザチップ５０２の両端には、それぞれ画像認識用の十字キー５１１及び５１６が形成されている。また、サブマウント５０１の表面にも、十字キー５１０及び５１５が形成されている。これらの十字キーは同一マスクで形成されており、また、アレー型半導体レーザチップ５０２上の発光部５０３と十字キー５１６との位置関係が、光導波路型波長変換デバイス５０４上の光導波路５０５と十字キー５１１との位置関係と同じになるように、それらの形成位置が調整されている。
【０１９２】
光導波路型波長変換デバイス５０４の表面には、厚さ調整用の保護膜５０８が形成されている。光導波路型波長変換デバイス５０４は、第９の実施形態と同様に、溝５０７が形成されたシリコン（Ｓｉ）サブマウント５０１上に固定される。溝５０７の中には、接着剤として紫外線硬化型接着剤５０９が注入されている。サブマウント５０１上に形成された溝５０７の内部に接着剤５０９が注入されていることから、光導波路型波長変換デバイス５０４上の保護膜５０８の膜厚を高精度に制御することにより、基板厚さ方向（ｙ方向）での位置合わせ調整が容易に行える。
【０１９３】
図２１の断面図を参照すると、サブマウント５０１上のアレー型半導体レーザチップ５０２が実装される部分には、第８の実施形態で説明したような溝が形成されていない。この部分には、絶縁層としてＳｉＯ２層５１２が形成され、更にその上には、電極としてのＡｕ層５１３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４が、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の下にＡｕ層５１３が位置するような所定の電極パターンで、形成されている。
【０１９４】
本実施形態の構成では、Ａｕ層５１３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４の厚さを高精度に制御し、且つアレー型半導体レーザチップ５０２に加える圧力及び半田溶融時の温度を高精度に制御することにより、ｙ方向の実装精度（位置合わせ調整精度）を向上させている。
【０１９５】
次に、本実施形態の構成に対する実装方法を説明する。
【０１９６】
まずはじめに、アレー型半導体レーザチップ５０２をサブマウント５０１上に、活性層側の面がサブマウント５０１側になるようにジャンクションダウンで固定する。次に、半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４を溶融するため、サブマウント５０１をパルス加熱する。この加熱工程では、サブマウント５０１の温度が約３００℃まで上昇するため、光導波路型波長変換デバイス５０４を先に固定してからアレー型半導体レーザチップ５０２の固定のための加熱工程を実施すると、波長変換デバイス５０４の動作特性が変化する可能性がある。そのため、光導波路型波長変換デバイス５０４の固定に先立って、アレー型半導体レーザチップ５０２を加熱によって固定する方が望ましい。
【０１９７】
その後に、第８の実施形態と同様に、アレー型半導体レーザチップ５０２及びサブマウント５０１を別々のカメラにより画像認識し、十字キー５１５及び５１６間の中心線Ａ５及びＢ５が一致するように精密ステージを移動し、その後にサブマウント５０１を加熱して固定処理を行う。
【０１９８】
アレー型半導体レーザチップ５０２を実装後、第９の実施形態と同様に、光導波路型波長変換デバイス５０４及びサブマウント５０１上の十字キー５１０及び５１１間の中心線がお互いに一致し、且つアレー型半導体レーザチップ５０２の出射面と光導波路型波長変換デバイス５０４の入射面との間の距離が約３μｍになるように、光導波路型波長変換デバイス５０４を移動する。その後に、光導波路型波長変換デバイス５０４に一定の加圧を加えながら、紫外線照射により固定する。
【０１９９】
本実施形態の構成では、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔と光導波路型波長変換デバイス５０４の光導波路５０５の間隔とが一致しているため、１０本の光導波路５０５の全てに対して、６０％以上の結合効率が実現される。アレー型半導体レーザチップ５０２のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ５０２の発振波長を光導波路型波長変換デバイス５０４の位相整合波長に一致させることにより、光導波路５０５の各々から約１０ｍＷのブルー出力が得られる。
【０２００】
以上のように、多数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ５０２の発光部間隔と、多数の光導波路５０５を有する波長変換デバイス５０４の光導波路間隔とを一致させれば、多数の光導波路に対する結合調整が同時に行えるため、アレー型短波長光源が容易に実現できる。
【０２０１】
上記の本実施形態の説明では、光導波路型波長変換デバイス５０４として、ＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３基板の上に作製された構成を用いているが、ＬｉＴａＯ３基板やＫＴｉＯＰＯ４基板の上に作製された光導波路型波長変換デバイスを用いても、同様の効果が得られる。
【０２０２】
また、上記のようにアレー型半導体レーザチップ５０２と光導波路型波長変換デバイス５０４との間の距離を観測しながら位置合わせ調整を行う代わりに、図２２の断面図に示すように、光導波路型波長変換デバイス５０４の端面に厚さ約１μｍのＴａ膜５１７を形成すれば、半導体レーザ５０２と波長変換デバイス５０４との間に所定の大きさのギャップを高精度に確保できる。これにより、容易にｚ方向の位置合わせ調整が実現できる、より実用性の高いデバイス構成が得られる。Ｔａ膜５１７に代えて、各種金属膜或いは誘電体膜を、適宜選択して設けることもできる。
【０２０３】
なお、図２２の構成で、図２０或いは図２１に描かれている構成においてと同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、それらの説明は、ここでは省略する。
【０２０４】
（第１３の実施形態）
第１２の実施形態では、サブマウント、アレー型半導体レーザチップ、及び光導波路型波長変換デバイスの上にそれぞれ形成された十字キーを画像認識することにより、パッシブな位置合わせ調整によって実装工程を行い、短波長光源を実現している。それに対して本実施形態では、アレー型半導体レーザチップを発光させ、実際にレーザ光を光導波路に結合させながら位置合わせ調整を行うアクティブな調整方法について、図２３及び図２４の模式的な斜視図及び平面図を参照しながら、説明する。
【０２０５】
図２３において、アレー型半導体レーザチップ６０２は、第１２の実施形態と同様の方法により、シリコン（Ｓｉ）サブマウント６０１上にジャンクションダウンで実装されている。アレー型半導体レーザチップ６０２としては、例えば、５０個の発光部６０４を有する１００ｍＷ級のアレー型分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザチップ６０２を用いる。この半導体レーザチップ６０２の幅は、典型的には約２０ｍｍであり、その発光部の間隔は、典型的には約４００μｍである。
【０２０６】
一方、平面型光導波路素子６０３としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板の上にプロトン交換光導波路６０５及び周期的分極反転領域が形成されている光導波路型波長変換デバイス６０３を用いる。光導波路型波長変換デバイス６０３の光導波路６０５の間隔も、約４００μｍに設計されており、計５０本の光導波路６０５を有している。
【０２０７】
なお、アレー型半導体レーザチップ６０２としては、ＴＥモードで発振するチップが用いられている。ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、上記によって、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０２０８】
光導波路型波長変換デバイス６０３は、第１２の実施形態と同様に、溝６０６が形成されたサブマウント６０１の上に実装される。溝６０６の内部には、接着剤として紫外線硬化型接着剤６０７が注入されている。一方、光導波路型波長変換デバイス６０３の表面には厚さ調整用の保護膜６０８が形成され、また端面には、ギャップ調整用の厚さ約１μｍのＴａ膜６０９が形成されている（図２４参照）。このように光導波路型波長変換デバイス６０３の表面に保護膜６０８及びＴａ膜６０９が形成されているため、第１２の実施形態と同様に、ｙ方向及びｚ方向の位置合わせ調整が容易に行える。
【０２０９】
次に、本実施形態の構成におけるｘ方向の位置合わせ調整方法を、図２４を参照して説明する。
【０２１０】
本実施形態では、第１２の実施形態とは異なり、光導波路型波長変換デバイス６０３の上には調整用の十字キーが形成されていない。その代わりに、光導波路型波長変換デバイス６０３の両端から出射されるレーザ光をコリメートするために、開口数０．５の非球面レンズが２個固定されたレンズ鏡筒６１０が用いられる。具体的には、半導体レーザチップ６０２の１番目及び５０番目の活性層部（図中では、それぞれ（１）及び（５０）として示している）に電流を流入してレーザ発振させ、そのときに光導波路型波長変換デバイス６０３の対応する１番目及び５０番目の光導波路６０５から出射されるレーザ光６１３をレンズ鏡筒６１０によりコリメートして、フォトディテクタ６１１及び６１２でその出力を検出する。そして、光導波路型波長変換デバイス６０５の位置をｘ方向に調整ながら、フォトディテクタ６１１及び６１２で検出された出力の和が最大になる位置で、接着剤を紫外線照射により硬化させて光導波路型波長変換デバイス６０３を固定する。
【０２１１】
このような位置合わせ方法において、２つの光導波路に対する結合効率は、典型的にはそれぞれ約７０％になる。また、両端の２本の光導波路６０５において結合効率が最大になるように光導波路型波長変換デバイス６０３の位置調整を行うことにより、全５０本の光導波路６０５の各々に対して、約６５％以上の結合効率が得られる。
【０２１２】
以上のように、多数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ６０２の発光部間隔と、多数の光導波路６０５を有する波長変換デバイス６０３の光導波路間隔とを一致させれば、少数の光導波路に関する結合調整のみを行うことによって残りの多数の光導波路に対する結合調整が同時に行えるため、アレー型短波長光源が容易に実現できる。
【０２１３】
以上の本実施形態の説明では、両端の発光部及び光導波路を用いて位置合わせ調整を行っているが、中央部の発光部及び光導波路を用いても、同様の効果が得られる。また、２つの光導波路での結合効率の和が最大になるように位置合わせ調整を行っているが、発光部間隔及び光導波路間隔の形成精度が高ければ、１つの発光部のみをレーザ発振させて、そこから対応する１つの光導波路に結合する光のみを検出し位置合わせ調整を行っても、同様の効果が得られる。
【０２１４】
一方、位置合わせ調整のために発光させる箇所は３つ以上でも良い。但し、その数が多すぎると、実質的にアクティブな調整方法と同じになり、レーザ発振のための電源も複数必要となって調整工程が複雑となるので、その実用的効果は小さくなる。
【０２１５】
本実施形態のように、実際にレーザ発振させて結合調整を行うことにより、より高精度なデバイス固定を実現することができる。実際にレーザ発振させて光学調整する場合には、半導体レーザチップが劣化する危険性があるが、本実施形態のように５０個の発光部のうちで２個のみを発振させれば、残りの発光部の劣化の危険性はなく、パッシブ調整に近い光学調整が実現される。
【０２１６】
（第１４の実施形態）
本発明の第１４の実施形態として、第１２及び第１３の実施形態で説明したアレー型短波長光源の製造方法に、一対の半導体レーザチップ及び光導波路に切断する方法を組み合わせることによって、量産性の高い短波長光源を作製する方法を説明する。
【０２１７】
一般に、アレー型短波長光源を作製する工程は、２つの工程から成り立つ。具体的には、第１の工程は、アレー型半導体レーザチップを半田によりサブマウントに固定する工程であり、第２の工程は、平面型光導波路素子を紫外線硬化型接着剤によりサブマウントに固定する工程である。
【０２１８】
更に第１の工程は、半導体レーザチップをツールに取り付け、サブマウントを台に固定する工程と、半導体レーザチップ及びサブマウント上の十字キーをカメラにより認識し、所望の位置に調整する工程と、サブマウントを加熱し半田を溶融して半導体レーザチップを固定する工程と、がある。画像認識及び調整に必要な時間は約１２０秒であり、また半田を溶融して固定するのに必要な時間は約３０秒である。
【０２１９】
第２の工程には、光導波路型波長変換デバイスをツールに取り付ける工程と、サブマウント上に紫外線硬化型接着剤を注入する工程と、光導波路型波長変換デバイス及びサブマウント上の十字キーをカメラにより認識し、所望の位置に調整する工程と、紫外線を照射し光導波路型波長変換デバイスを固定する工程がある。第２の工程おいて必要な時間は、約１２０秒である。
【０２２０】
従って、短波長光源を作製するのに必要とされる工程時間は、１個あたり約２７０秒である。これより、半導体レーザチップと光導波路型波長変換デバイスとを１つずつサブマウント上に固定することによって集積化デバイスを作製すると、１対につき約２７０秒の作製時間が必要となることから、材料費よりも調整・固定に必要とされるコストが大きくなる。集積化デバイスを普及させるためには量産性が高く且つ低コストであることが要求されており、上記の製造方法では、このような要求に応えることはできない。
【０２２１】
一方、第１２或いは第１３の実施形態におけるようなアレー型短波長光源においても、その調整及び固定に必要とされる時間は、上記とほぼ同じである。そこで、第１２或いは第１３の実施形態におけるようなアレー型短波長光源をまず形成した上で、その後に第３の工程として、アレー型短波長光源を一対づつに切断することにより、１対あたりの調整及び固定に必要とされる時間は大幅に低減される。
【０２２２】
切断には、ダイシングソーやレーザ加工機などが用いられ得て、これらの手段によって切断に必要とされる時間は約１００秒である。
【０２２３】
実用的には、ダイシングソーよりもレーザ加工機で切断する方が、半導体レーザチップや光導波路型波長変換デバイスに与えるダメージが小さく、加工上望ましい。具体的には、レーザ加工機の光源としては、（１）ＹＡＧレーザ、（２）エキシマレーザ、及び（３）固体レーザの発振光の高調波による紫外線レーザ、が用いられ得て、それぞれ以下の特徴を有する。
【０２２４】
（１） ＹＡＧレーザ：熱的に加工するため、光導波路型波長変換デバイスに与えるダメージが大きい。
【０２２５】
（２） エキシマレーザ：集光性が悪いために切断用のマスクを必要とする。しかし、紫外線領域の光であること、及び化学反応による付加的効果があることにより、比較的発熱が抑制されたダメージの少ない切断が可能である。
【０２２６】
（３） 固体レーザの高調波による紫外線レーザ：集光性が高く、化学反応による効果も大きく、デバイスに与えるダメージも小さい。
【０２２７】
ダイシングソーやレーザ加工機による切断では、切りしろとして約５０μｍ〜約１００μｍの領域を確保する必要がある。この点を考慮すると、アレー型半導体レーザの発光部間隔及び光導波路型波長変換デバイスの光導波路間隔は、約０．３ｍｍ以上で約１．０ｍｍ以下であることが望ましい。これらの間隔が約１．０ｍｍを超えると、一つの基板から得られるデバイスの数が少なくなる。また、これらの間隔が約０．３ｍｍより小さくなると、十分な切りしろを確保できない。
【０２２８】
以上の一連の３工程を実施することによって、超小型の短波長光源が作製される。このとき、１個の短波長光源あたりに必要とされる製造時間は、約８秒（＝３７０秒／５０）であり、１台の装置で１時間当たり４５０個の超小型短波長光源を実現できる。これにより、量産性の高いデバイス作製が可能となる。
【０２２９】
半導体レーザチップや光導波路型波長変換デバイスとサブマウントとの間の固定強度が弱い場合、ダイシングソーで切断すると、デバイスがサブマウントからはずれることが考えられる。そこで、有機溶剤により除去可能なレジストやワックスなどの材料をアレー型超短波長光源の光結合部に塗布した上で半導体レーザチップ及び光導波路型波長変換デバイスを固定し、その後に切断工程を行い、切断後に有機溶剤により塗布した材料を除去すれば、ダメージの少ない切断が可能となる。
【０２３０】
光集積化デバイスにおいては、半導体レーザチップ、光ファイバ、光導波路型デバイスなどをサブマウント上に実装し、半導体レーザからのレーザ光を高効率に光ファイバや光導波路デバイスに結合することが必要不可欠である。特に、誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路では、一般的にその深さは約２μｍであって、光ファイバを用いた光集積化デバイスよりも更に高精度な、例えばサブミクロンオーダの位置合わせ調整が要求される。そのため、上記のようにサブマウント上に溝を形成し、基板厚さ方向の位置合わせ調整精度を高めることは重要である。特に、ＤＢＲ半導体レーザとＬｉＮｂＯ３基板やＬｉＴａＯ３基板の上に周期的分極反転領域を有するような光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長ブルー光源に対して本発明を適用すれば、その実用的効果は大きい。
【０２３１】
また、半田や接着剤を介して半導体レーザチップや光導波路デバイスをサブマウントに実装する場合、半田や接着剤の厚さ制御が重要である。しかし、実際には、半田や接着剤の厚さを厳密に制御して、厚さ方向（ｙ方向）にサブミクロンでの位置合わせ調整を行うことは、困難である。これに対して、本発明のようにサブマウント上に溝を形成し、その溝の内部に半田や接着剤を注入すれば、半導体レーザチップや光導波路デバイスとサブマウントの密着性が向上するために高精度な実装が実現でき、その実用的効果は大きい。
【０２３２】
一方、光集積化デバイスを民生分野で更に普及させるためには、直接結合型モジュールの低コスト化を更に進める必要があり、そのためには、量産性が高く且つ高精度のモジュール化工法技術が必要とされる。本発明のように、多数の発光点を有するアレー型半導体レーザと多数の光導波路を有する光導波路デバイスとを用い、それらの発光点間隔と光導波路間隔とを一致させれば、高精度でありながら容易に多数の光結合を行うことができる。また、ダイシングソーやレーザ加工機により、アレー構造を、１つの半導体レーザと１つの光導波路からなる個々の構成に切断することにより、量産性の高いデバイス作製が可能となる。
【０２３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、サブマウント上に半導体レーザ及び光導波路素子を実装して構成される集積化光デバイスにおいて、基板厚さ方向（ｙ方向）での実装精度が向上され、半導体レーザチップから放出されるレーザ光を光導波路素子の光導波路に高効率で結合させることができる。
【０２３４】
また、本発明によれば、利得を与えるための活性層領域と発振波長を制御するための分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）領域とを備えた波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップをサブマウントにジャンクションダウンで固定する際に、サブマウント表面に、活性層領域に対応する箇所とＤＢＲ領域に対応する箇所とを電気的に分離する溝を形成することによって、安定な波長可変特性及び発振特性を実現することができる。
【０２３５】
更に、本発明によれば、複数（２つ以上）の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと複数（２つ以上）の光導波路を有する平面型光導波路素子とをサブマウント上に実装して集積化光デバイスを形成するにあたって、同時に多数の発光部−光導波路間の光結合が実現できる。
【０２３６】
また、本発明によれば、高い量産性で光集積化デバイスが供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路型波長変換デバイスを用いた従来のブルー光源の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】分極反転型導波路デバイスを用いた従来のブルー光源の構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第６の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第７の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び平面図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。
【図１２】図１１の光集積化デバイスにおける実装方法を模式的に説明するための図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１６】図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図である。
【図１７】本発明の第１０の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１８】図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図１９】本発明の第１１の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】本発明の第１２の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２１】図２０の線ＸＸＩ−ＸＸＩに沿った断面図である。
【図２２】本発明の第１２の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す断面図である。
【図２３】本発明の第１３の実施形態による光集積化デバイスの位置合わせ調整方法を説明するための斜視図である。
【図２４】本発明の第１３の実施形態による光集積化デバイスの位置合わせ調整方法を説明するための平面図である。
【図２５】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ＤＢＲ半導体レーザ
２ 活性層領域
３ ＤＢＲ領域
４ ジャンクション部（活性層）
５、６ Ｓｉサブマウント
７ ＳｉＯ２層
８ 電極
９ 半田層
１０ 溝
１１ 光導波路型波長変換デバイス
１２ ワイヤ
１３ 電極
１４ 半田層
１５ａ、１５ｂ 電極
１６ 保護膜
２０ Ｓｉサブマウント
２１ 溝
２２ ＳｉＯ２層
２３ 電極
２４ 半田層
２５ ワイヤ
２６ Ｓｉサブマウント
２７ 溝
２８ ＳｉＯ２層
２９ 電極
３０ 半田層
３１ 溝
３５ サブマウント
３６ 電極
３７ 半田層
３８ ワイヤ
３９ サブマウント
４０ 電極
４１ 半田層
４２ 溝
４５ ＤＢＲ半導体レーザ
４６ 活性層領域
４７ 位相補償領域
４８ ＤＢＲ領域
４９ サブマウント
５０ 溝
５１ 電極
５２ 半田層
１０１ サブマウント
１０２ ＳｉＯ２層
１０３ 溝
１０４ Ａｕ層
１０５ 半田層
１０６ 半導体レーザチップ
１０７、１０８ 十字キー
１０９ Ｖ溝
１１０ 光導波路素子（光ファイバ）
１１１、１１２ カメラ
１１３ ツール
１１４ 台
１１５ サブマウント
１１６ ＳｉＯ２層
１１７ 溝
１１８ Ａｕ層
１１９ 半田層
１２０ 半導体レーザチップ
１２１、１２２ 十字キー
１２３ Ｖ溝
１２４ 光導波路素子（光ファイバ）
１２５ ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板
１２６ プロトン交換光導波路
１２７ 周期的分極反転領域
１３３ 逃げ溝
２０１ サブマウント
２０２ 溝
２０３ 半導体レーザチップ
２０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
２０５ 保護膜
２０６ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
２０７、２０８ 十字キー
２０９ 光導波路
２１０ 分極反転領域
３０１ サブマウント
３０２ ＳｉＯ２層
３０３ 半導体レーザチップ
３０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
３０５、３０６ 十字キー
３０７ 保護膜
４０１ サブマウント
４０２ ＳｉＯ２層
４０３ Ａｕ層
４０４ 半田層
４０５ ＤＢＲ半導体レーザチップ
４０６ 活性層領域
４０７ ＤＢＲ領域
４０８、４０９ 電極
４１０ 溝
５０１ サブマウント
５０２ アレー型半導体レーザチップ
５０３ 発光部
５０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
５０５ 光導波路
５０６ 分極反転領域
５０７ 溝
５０８ 保護膜
５０９ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
５１０、５１１ 十字キー
５１２ ＳｉＯ２層
５１３ Ａｕ層
５１４ 半田層
５１５、５１６ 十字キー
５１７ Ｔａ膜
６０１ サブマウント
６０２ アレー型半導体レーザチップ
６０３ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
６０４ 発光部
６０５ 光導波路
６０６ 溝
６０７ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
６０８ 保護膜
６０９ Ｔａ膜
６１０ レンズ鏡筒
６１１、６１２ フォトディテクタ
６１３ レーザ光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野及び光情報処理分野（光ディスク、ディスプレイなど）に用いられる波長可変半導体レーザ、及びその波長可変半導体レーザと光導波路デバイスとから構成される光集積化デバイス、並びにそれらの製造方法に関する。特に本発明は、上記のような波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップと光導波路型波長変換デバイスとから構成される集積化短波長光源の構成、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、石英系光波回路プラットフォームの上に半導体レーザ、電子素子、光ファイバなどをハイブリッド集積した小型且つ低コストの光モジュールの開発が、重要視されている。
【０００３】
ここで重要なことは、高位置精度で各素子を固定して、伝達損失をできる限り小さくすることである。この目的のために、Ｓｉ−Ｖ溝基板を用いて半導体レーザと単一モードファイバとを直接結合する表面実装型光モジュールが、実現されている（１９９７年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−３−６３）。この技術では、Ｓｉ基板及び半導体レーザ素子にマーカを形成し、そのマーカを画像認識することによりＶ溝中心及び半導体レーザ素子の発光点を検出し、高精度に位置決め調整を行うことで、実装ばらつきをｘ方向で約±０．６１μｍ、ｚ方向で約±１μｍに抑制することを実現している。
【０００４】
光情報処理分野において、光ディスクの高密度化及びディスプレイの高繊細化を実現するため、小型の短波長光源が必要とされている。短波長化を実現するための技術としては、半導体レーザと擬似位相整合（以下、「ＱＰＭ」と記す）方式の光導波路型波長変換デバイスとを用いた第２高調波発生（以下、「ＳＨＧ」と記す）方法がある（例えば、山本、他：Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１５、ｐ．１１５６（１９９１）を参照）。
【０００５】
光導波路型波長変換デバイスを用いたブルー光源の概略構成図を、図１に示す。
【０００６】
図１の構成では、半導体レーザ１１０として、分布ブラッグ反射（以下、「ＤＢＲ」と記す）領域を有する波長可変半導体レーザ１１０が用いられている。なお、以下では、ＤＢＲ領域を有する波長可変半導体レーザを、「ＤＢＲ半導体レーザ」或いは「ＤＢＲレーザ」と記す。
【０００７】
ＤＢＲ半導体レーザ１１０は、例えば０．８５μｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザ１１０であって、活性層領域１１２とＤＢＲ領域１１１とから構成されている。ＤＢＲ領域１１１への注入電流を可変することにより、発振波長を可変することができる。
【０００８】
一方、波長変換素子である光導波路型波長変換デバイス１１６は、Ｘ板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１１３に形成された光導波路１１５と周期的な分極反転領域１１４とから、構成されている。半導体レーザ１１０及び波長変換デバイス１１６は、それぞれサブマウント１１７及び１１８の上にジャンクションアップで固定されている。
【０００９】
ＤＢＲ半導体レーザ１１０の出射端面より得られたレーザ光は、直接、光導波路型波長変換デバイス１１６の光導波路１１５に結合される。具体的には、サブマウント１１７及び１１８の上におけるＤＢＲ半導体レーザ１１０及び光導波路型波長変換デバイス１１６の位置関係を調整することにより、半導体レーザ１１０からの約１００ｍＷのレーザ出力に対して、約６０ｍＷのレーザ光が波長変換デバイス１１６の光導波路１１５に結合する。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１１０のＤＢＲ領域１１１への注入電流量を制御することによって、その発振波長を、光導波路型波長変換デバイス１１６の位相整合波長許容度内に固定する。このような構成によって、現在では、波長４２５ｎｍのブルー光が約１０ｍＷの出力で得られる。
【００１０】
また、分極反転型導波路デバイスを用いたブルー光源の概略構成図を、図２に示す。
【００１１】
ＤＢＲ半導体レーザ２２１（０．８５μｍ帯の１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザ）には、発振波長を固定するためのＤＢＲ部２２８が設けられており、ＤＢＲ部２２８の内部には更に、発振波長を可変するための内部ヒータ（不図示）が形成されている。一方、波長変換素子である分極反転型導波路デバイス２２４は、Ｘ板ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板２２５に形成された光導波路２２６と周期的な分極反転領域２２７とから、構成されている。
【００１２】
半導体レーザ２２１から出射されてコリメートレンズ２２２（開口数ＮＡ＝０．５）で平行になったレーザ光２２９は、フォーカシングレンズ２２３（開口数ＮＡ＝０．５）で分極反転型導波路デバイス２２４の光導波路２２６の端面に集光され、分極反転領域２２７をもつ光導波路２２６に結合される。具体的には、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、約７０ｍＷのレーザ光を光導波路２２６に結合させることができる。この構成でも、ＤＢＲ半導体レーザ２２１のＤＢＲ部２２８への注入電流量を制御して、発振波長を分極反転型導波路デバイス２２４の位相整合波長許容度内に固定する。
【００１３】
得られるブルー光の出力は、光導波路２２６に結合するレーザ光の出力の２乗に比例して増大するため、高出力のブルー光を得るためには、結合効率が非常に重要な要素となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザと単一モードファイバとの直接結合による表面実装型光モジュールの場合、半導体レーザの光を高効率に光ファイバ内に結合させるためには、光ファイバの断面に平行なｘ方向及びｙ方向に関してはサブミクロンオーダ、光ファイバの光軸に沿ったｚ方向に関しては数ミクロンオーダの位置調整精度が必要である。この場合、光ファイバは、Ｖ溝により高精度に固定される。また、半導体レーザチップも、光ファイバの断面内であって実装基板の表面に平行なｘ方向や光ファイバの光軸に沿ったｚ方向に関しては、従来技術でも一般に高精度の位置決め調整が実現されている。しかし、光ファイバの断面内であって実装基板の表面に垂直なｙ方向における半導体レーザチップの位置決めに関しては、固定のための半田層が存在するために、一般にはサブミクロン以下の精度で位置決め調整及び固定を行うことは困難である。
【００１５】
一方、半導体レーザと光導波路型波長変換素子（光導波路デバイス）とから構成される短波長光源においては、現在のところ、図２に示したようなレンズ結合型モジュールが実現されている。しかし、民生分野にそのような短波長光源を応用する場合には、光源の小型化及び低コスト化が必要不可欠であるにもかかわらず、現状のレンズ結合型モジュールでは、レンズの調整及び半導体レーザの調整が必要であって、その量産性は低い。また、構成の全体サイズの小型化も、数ｃｃ程度までの小型化が限界である。更なる小型化を実現する技術としては直接結合技術があるが、直接結合型モジュールの低コスト化を更に進めるためには、更に量産性が高く且つ高精度で位置決めできるモジュール化技術が必要とされる。
【００１６】
半導体レーザの広がり角は、一般に実装基板の表面に平行な方向（ｘ方向）に小さく、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）に大きい。また、プロトン交換法により作製される光導波路の広がり角も、同様に実装基板の表面に平行な方向（ｘ方向）に小さく、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）に大きい。そのため、基板表面に垂直な方向（ｙ方向）の位置決め調整精度が厳しくなり、サブミクロン以下の調整精度が要求される。すなわち、半導体レーザを実装するサブマウントから活性層までの高さを、高精度に制御する必要がある。しかし、ＡｌＧａＡｓ半導体レーザで一般に基板として用いられるＧａＡｓ基板の厚さは、通常はサブミクロン精度では制御されていない。それに対して、活性層などのエピタキシャル層や電極の厚さは、高精度に制御されている。そのため、高さ方向（ｙ方向）の位置を高精度に制御するためには、半導体レーザはジャンクションダウン（活性層が形成された面（＝エピタキシャル面）がサブマウントに接する方向）で実装される必要がある。
【００１７】
また、ジャンクションアップで実装された半導体レーザでは活性層領域の放熱状態が良くないため、レーザの信頼性も十分ではない。この観点からも、ジャンクションダウンでの実装が必要とされる。
【００１８】
しかし、光導波路集積化光源を構成する波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザは、ＤＢＲ領域への注入電流量を制御することによって発振波長を可変する。具体的には、電流注入によってＤＢＲ領域の温度を変化させ、その結果として屈折率を変化させることによって、ＤＢＲ領域からフィードバックする光の波長を可変する。この原理に従うと、ジャンクションダウン実装時にはＤＢＲ領域の放熱状態が良くなるために、むしろ波長の可変制御の実現が困難となる。
【００１９】
また、光導波路デバイスの固定にあたっても、光ファイバの固定時におけるＶ溝のような構成の使用は不可能であるため、特にｙ方向に対して、高精度な位置決め調整が要求される。
【００２０】
これより、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、（１）ジャンクションダウン実装した場合にも安定した波長可変動作が実現できる波長可変半導体レーザを提供すること、（２）上記のような波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップと光導波路デバイスとから構成されている光集積化デバイスにおいて、基板厚さ方向の実装精度を向上させて半導体レーザチップからのレーザ光を光導波路デバイスの光導波路に高効率に結合させることができる光集積化デバイスを提供すること、（３）２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと２つ以上の光導波路を有する光導波路デバイスとを用いて、同時に多数の光結合を高効率且つ簡便に短時間で調整できる光集積化デバイスを提供すること、（４）上記のような特性を有する光集積化デバイスを高い量産性で容易に製造し得る光集積化デバイスの製造方法を提供すること、及び（５）特に、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを用いることにより、青色領域から緑色領域の光を発する超小型短波長光源を実現すること、である。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域の放熱状態と該分布ブラッグ反射領域の放熱状態とが異なるように、該サブマウントの上に実装されていて、そのことによって、上記の目的が達成される。
【００２２】
ある実施形態では、前記活性層領域の前記サブマウントへの接触面積と前記分布ブラッグ反射領域の該サブマウントへの接触面積とが異なる。
【００２３】
本発明の他の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域のみが該サブマウントに接するように、該サブマウントの上に実装されていて、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２４】
本発明の更に他の波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、該サブマウントの上に実装されており、該サブマウントのうちで、該活性層領域が接する第１の部分の構成材質と該分布ブラッグ反射領域が接する第２の部分の構成材質とが異なり、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２５】
ある実施形態では、前記サブマウントの前記第１の部分の熱伝導係数と前記第２の熱伝導係数とが異なる。
【００２６】
本発明の光集積化デバイスは、サブマウントの上に実装された半導体レーザと光導波路デバイスとを少なくとも有し、該半導体レーザが上記のような特徴を有する波長可変半導体レーザであって、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２７】
本発明の他の光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に固定された半導体レーザチップ及び光導波路素子と、を備え、該サブマウントの表面であって該半導体レーザチップが固定される部分及び該光導波路素子が固定される部分の少なくとも一方に溝が形成されており、該溝の内部に該半導体レーザチップ或いは該光導波路素子を固定するための固定部材を有し、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００２８】
前記固定部材は、半田であり得る。或いは、前記固定部材は、接着剤であり得る。
【００２９】
好ましくは、前記半導体レーザチップ或いは前記光導波路素子の固定後の前記固定部材の体積が、前記溝の体積よりも小さい。
【００３０】
好ましくは、前記溝が前記半導体レーザチップの発光領域の下方に位置する。
【００３１】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００３２】
ある実施形態では、前記光導波路素子は光ファイバである。
【００３３】
ある実施形態では、前記光導波路素子が、前記半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００３４】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００３５】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００３６】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップの前記サブマウントへの固定後に前記光導波路素子が該サブマウントに固定されたものである。
【００３７】
ある実施形態では、前記光導波路素子が平面型光導波路素子である。
【００３８】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００３９】
ある実施形態では、前記サブマウントの表面に、前記溝に連続して、前記固定部材の逃げ溝が更に形成されている。
【００４０】
本発明の更に他の光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に固定された半導体レーザチップ及び平面型光導波路素子と、を備え、該平面型光導波路素子が該サブマウントの表面に分子結合力によって固定されており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４１】
ある実施形態では、前記サブマウントがシリコンから構成されており、その表面が酸化されている。
【００４２】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００４３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００４４】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００４５】
ある実施形態では、前記半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００４６】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００４７】
本発明の他の局面によって提供される波長可変半導体レーザは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、を備え、該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように実装されていて、該サブマウントの表面には、該半導体レーザチップの該活性層領域と該分布ブラッグ反射領域とを電気的に分離する溝が設けられており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４８】
本発明の他の局面によって提供される光集積化デバイスは、サブマウントと、該サブマウントの上に実装されている、２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ及び２つ以上の光導波路を有する平面型光導波路素子と、を備え、該アレー型半導体レーザチップの該発光部の間隔と該平面型光導波路素子の該光導波路の間隔とが等しくなっており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００４９】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップは、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定されている。
【００５０】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記アレー半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００５１】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００５２】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００５３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００５４】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の間隔、及び前記平面型光導波路素子の前記光導波路の間隔が、それぞれ約０．３ｍｍ以上且つ約１．０ｍｍ以下である。
【００５５】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子に、前記発光部と前記光導波路との位置合わせ調整用のマーキングがそれぞれ形成されている。
【００５６】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子との間に、所定のギャップを形成するための金属膜或いは誘電体膜が形成されている。
【００５７】
本発明の光集積化デバイスの製造方法は、２つ以上の発光部を有するアレー型半導体レーザチップをサブマウントの上に実装する第１の実装工程と、２つ以上の光導波路を有し、該光導波路の間隔が該発光部の間隔に等しい平面型光導波路素子を、該サブマウントの上の所定の位置に実装する第２の実装工程と、該サブマウントを所定の個片に、該個片が該アレー型半導体レーザチップの該発光部と該平面型光導波路素子の該光導波路とのペアを少なくとも１対以上有するように切断する切断工程と、を包含しており、そのことによって、前述の目的が達成される。
【００５８】
ある実施形態では、前記第２の実装工程は、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の少なくとも１つからレーザ光を発光させる工程と、該発光されたレーザ光を前記平面型光導波路素子の前記光導波路のうちの対応する光導波路に結合させる工程と、該結合させた光導波路への光結合効率が最大になるように、前記サブマウント上での該平面型光導波路素子の位置を調整する工程と、該サブマウント上の該調整された位置に該平面型光導波路素子を固定する工程と、を含む。
【００５９】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップを、その活性層側の面が前記サブマウントに対向するように該サブマウントに固定する。
【００６０】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、前記アレー半導体レーザチップから放出されるレーザ光を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスである。
【００６１】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップが、活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する分布ブラッグ反射型半導体レーザチップである。
【００６２】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップがＴＥモード偏光で発振し、且つ、前記平面型光導波路素子の光導波路がＴＥモードの光を伝搬する。
【００６３】
ある実施形態では、前記平面型光導波路素子が、誘電体基板或いは強誘電体基板の表面に形成された光導波路を有する。
【００６４】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップの前記発光部の間隔、及び前記平面型光導波路素子の前記光導波路の間隔が、それぞれ約０．３ｍｍ以上且つ約１．０ｍｍ以下である。
【００６５】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子に、前記発光部と前記光導波路との位置合わせ調整用のマーキングがそれぞれ形成されている。
【００６６】
ある実施形態では、前記アレー型半導体レーザチップと前記平面型光導波路素子との間に、所定のギャップを形成するための金属膜或いは誘電体膜が形成されている。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明のある局面は、波長可変半導体レーザとしてＤＢＲ半導体レーザを用いた光導波路デバイス集積化光源において、半導体レーザを高出力で高い信頼性をもって動作させ、且つ波長可変半導体レーザの動作特性を安定させることに関係している。特に、波長可変半導体レーザであるＤＢＲ半導体レーザと光導波路デバイスである光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長光源において、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで実装した超小型の直接結合型モジュールを実現するために、本発明は必要不可欠なものである。
【００６８】
ここで、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで実装する理由としては、
（１）サブマウントから活性層（ジャンクション部）までの高さを高精度に制御できるとともに、光導波路デバイスと直接結合する場合に、活性層及び光導波路の高さ方向での位置合わせ調整が容易に行えること、及び、
（２）活性層領域の放熱性が高いので、レーザの長寿命化や高出力化に有利であること、
などが挙げられる。
【００６９】
一般に、波長可変半導体レーザの発振波長を可変する方法としては、（１）キャリア注入による屈折率の変化の利用（キャリア注入すると屈折率が小さくなるというプラズマ効果の利用）、或いは、（２）高抵抗層への電流注入によって生じる温度変化による屈折率の変化の利用（電流注入によって屈折率が大きくなるというヒータ効果の利用）、が挙げられる。ＩｎＰ系半導体レーザのような長波長半導体レーザでは、（１）のプラズマ効果の影響の方が大きく、一方、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでは、（２）のヒータ効果の影響の方が大きい。
【００７０】
従来技術として説明した短波長光源では、ＡｌＧａＡｓ系の波長可変半導体レーザから発せられた光を基本波として使用しているので、ヒータ効果を利用して波長可変を実現している。そのために、サブマウントにジャンクションダウン実装すると、放熱性が過度に良くなってしまって、安定して波長可変を実現することが困難になり、また消費電力も大きくなる。特に、従来技術として言及した構成の短波長光源で使用されている光導波路型波長変換デバイスでは、位相整合波長許容幅が約０．１ｎｍと小さく、より高精度で波長制御（選択性）を実現することが必要になる。
【００７１】
以下では、波長可変半導体レーザをジャンクションダウン実装した場合にも安定した波長可変動作が実現できる方式として、本発明の波長可変半導体レーザの実装構成及びそれを用いた短波長光源について、幾つかの実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００７２】
（第１の実施形態）
本実施形態では、ＤＢＲ領域３と活性層領域２とを有するＤＢＲ半導体レーザ１をサブマウント５に実装した構成について説明する。より具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がサブマウント５の上にジャンクションダウンで実装され、且つその活性層領域２のみがサブマウント５の上に固定されている装置構成を、模式的に示す。
【００７３】
参照番号１は、波長８５０ｎｍでＴＥモードにて発振する１００ｍＷ級のＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲ半導体レーザである。ＤＢＲ半導体レーザ１の基板側表面及び活性層表面側には、それぞれ電極（上側電極１５ａ及び下側電極１５ｂ）が形成されており、このうち活性層側表面に形成される下側電極１５ｂは、活性層領域２とＤＢＲ領域３とで分離されている。活性層などのエピタキシャル層や電極の厚さはサブミクロン以下に制御されていて、活性層（ジャンクション部４）までの厚さは、約３μｍである。
【００７４】
参照番号５はＳｉサブマウントであって、その上には、膜厚が制御された電極１３、及び半田層１４としてのＡｕ／Ｓｎ層１４が蒸着されている。本実施形態では、サブマウント５の長さは活性層領域２の長さより少し短く設計されていて、活性層領域２のみがサブマウント５の上に固定されている。
【００７５】
各電極には電気的接続のためのワイヤ１２が接続されるが、このうち活性層領域２における下側電極１５ｂに関しては、Ｓｉサブマウント５に固定されているために直接にワイヤ１２は接続されず、代わりにＳｉサブマウント５の上の電極１３にワイヤ１２が接続される。一方、上側電極１５ａ及びＤＢＲ領域３における下側電極１５ｂに対しては、図示されるようにワイヤ１２が接続されている。
【００７６】
図３（ａ）及び（ｂ）の構成において、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、従来よりも約５ｍＡ低減される。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流も約１４０ｍＡであり、従来よりも約３０ｍＡ低減される。そのために、レーザの長寿命化や信頼性の向上が実現される。
【００７７】
また、ＤＢＲ領域３はサブマウント５に接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪い。そのため、図３（ａ）及び（ｂ）の構成のＤＢＲ半導体レーザ１における波長可変特性は、ジャンクションアップ実装時と同様に、約８０ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【００７８】
このように、本実施形態のようにＤＢＲ半導体レーザ１をジャンクションダウン実装する際に、すなわち、活性層領域２のみをサブマウント５に固定し、ＤＢＲ領域３は固定しない構成にすることにより、安定な波長可変特性、及び信頼性の高いレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。
【００７９】
（第２の実施形態）
図４（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント６の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【００８０】
Ｓｉサブマウント６の表面には、絶縁層として酸化によりＳｉＯ２層７を形成する。その後に、再びフォトプロセスにより調整用十字キー（不図示）及び電極８のレジストパターンを形成し、そのパターンに従ってＡｕ膜を蒸着する。更に、電極８の上には、半田層９としてのＡｕ／Ｓｎ層９を蒸着する。また、Ｓｉサブマウント６の上には溝１０が形成されており、ＤＢＲ半導体レーザ１は、その活性層領域２のみがサブマウント６に固定されるように長さが調整されている。
【００８１】
図４（ａ）及び（ｂ）の構成の実装にあたっては、まず、Ｓｉサブマウント６の上にＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。具体的には、ＤＢＲ半導体レーザ１及びＳｉサブマウント６の上には調整用十字キー（不図示）が形成されており、別々のカメラによりそれらの十字キーを画像認識して各々の中心線を検出し、中心線同士が一致する位置に、ＤＢＲ半導体レーザ１を精密ステージにより移動する。ＤＢＲ半導体レーザ１は、真空バキュームでツールに固定され、一方、Ｓｉサブマウント６は、パルスヒータが装備されている台に固定される。次に、ＤＢＲ半導体レーザ１の出射端面を画像認識し、Ｓｉサブマウント６の上の溝１０に少し突出するように位置決め調整する。固定位置が決定したらＳｉサブマウント６をパルス加熱し、Ａｕ／Ｓｎ層９を溶融してＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。これによって、ＤＢＲ半導体レーザ１は、ジャンクションダウンで活性層領域２のみがＳｉサブマウント６の上に固定される。
【００８２】
次に、光導波路型波長変換デバイス１１をＳｉサブマウント６の上に固定する。ｘカット基板１２５の上に作製された光導波路１２６はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が可能である。また、光導波路型波長変換デバイス１１の表面には、厚さ方向（ｙ方向）の位置決め調整用に、保護膜１６が形成されている。保護膜１６は、例えばＳｉＯ２のスパッタリング膜から構成され、精密にその厚さが制御されている。
【００８３】
光導波路型波長変換デバイス１１の固定には、例えば紫外線硬化剤を用いる。半導体レーザチップ１と同様、Ｓｉサブマウント６及び光導波路型波長変換デバイス１１には十字キー（不図示）が形成されている。光導波路型波長変換デバイス１１の上の十字キーの中心線とＳｉサブマウント６の上の十字キーの中心線とが一致し、且つ半導体レーザチップ１の出射面と光導波路型波長変換デバイス１１の入射面との間の距離が約３μｍになるように、光導波路型波長変換デバイス１１を移動させる。その後、光導波路型波長変換デバイス１１に一定量の圧力を加えながら、紫外線を照射して固定する。
【００８４】
次に、各電極に電気的接続のためのワイヤ１２を接続する。このうち、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２における下側電極１５ｂに関しては、Ｓｉサブマウント６に固定されているために直接にワイヤ１２は接続されず、代わりにＳｉサブマウント６の上の電極８にワイヤ１２が接続される。一方、上側電極１５ａ及びＤＢＲ領域３における下側電極１５ｂに対しては、図示されるようにワイヤ１２が接続されている。
【００８５】
本実施形態では、ＤＢＲ半導体レーザ１がジャンクションダウン実装で固定されているため、約１４０ｍＡの動作電流に対して約１００ｍＷのレーザ出力が得られる。また、活性層４の高さ及び光導波路１２６の高さが精密に制御されているため、約６０ｍＷのレーザ光を光導波路１２６に結合することができる。また、ＤＢＲ領域３がサブマウント６に接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪く、安定した波長可変特性が得られる。
【００８６】
ＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ領域３に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ１の発振波長を光導波路型波長変換デバイス１１の位相整合波長８５１ｎｍに一致させることにより、波長４２５．５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。
【００８７】
更に本実施形態では、ＤＢＲ半導体レーザ１と光導波路型波長変換デバイス１１とが実装されたＳｉサブマウント６を、好ましくはＮ２で封入する。このようにＮ２（０．０６６ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）などの熱伝導性の低い気体で封入することにより、ＤＢＲ領域３の放熱を防止することができると同時にレーザ端面の劣化を防止できるため、その実用的効果は大きい。また、Ｎ２よりも更に熱伝導の低い気体、例えばＫｒ（０．０２１ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）などで封入したり、或いは真空状態にすることによって、放熱を低減することができるので、波長可変のための注入電流を小さくすることが可能となる。
【００８８】
（第３の実施形態）
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、波長可変半導体レーザ１としてＤＢＲ領域３を有するＤＢＲ半導体レーザ１を用いる。図５（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び平面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がＳｉサブマウント２０の上にジャンクションダウンで実装され、ＤＢＲ領域３の一部分と活性層領域２とがサブマウント２０の上に固定されている装置構成を、模式的に示す。
【００８９】
本実施形態の装置構成では、第１の実施形態の装置構成とは異なり、Ｓｉサブマウント２０の上に溝２１が形成されている。この溝２１は、フォトリソグラフィプロセス及びドライエッチングプロセスにより形成される。溝２１の幅は、ＤＢＲ半導体レーザ１の幅よりも狭く、ＤＢＲ領域３の一部分も、Ｓｉサブマウント２０の上に固定される。
【００９０】
Ｓｉサブマウント２０の表面には、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層２２が形成されている。その上には、電極２３としてのＡｕ層２３、及び固定用半田層２４としてＡｕ／Ｓｎ層２４が、順に蒸着されている。活性層領域２における電極２３及び半田層２４は、ＤＢＲ領域３における電極２３及び半田層２４から電気的に分離されている。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４の上の電極１５ｂも、活性層領域２とＤＢＲ領域３との間で電気的に分離されている。そして、電極２３及び半田層２４の分離されている部分が電極１５ｂの分離されている部分に一致するように、ＤＢＲ半導体レーザ１はジャンクションダウンでサブマウント２０の上に固定される。この実装時には、活性層領域２は、その表面全体がサブマウント２０に接触して固定され、一方、ＤＢＲ領域３は、その表面の一部分がサブマウント２０に接触して固定される。
【００９１】
次に、各電極に電気的接続のためのワイヤ２５を接続する。このうち、ＤＢＲ半導体レーザ１の下側電極１５ｂに関しては、活性層領域２及びＤＢＲ領域３の何れにおいてもＳｉサブマウント２０に固定されているために直接にワイヤ２５は接続されず、代わりにＳｉサブマウント２０の上の電極２３にワイヤ２５が接続される。一方、上側電極１５ａに対しては、図示されるようにワイヤ２５が接続されている。この場合には、何れの電極に対してもワイヤ２５が上側から接続されるので、その形成が容易である。
【００９２】
このようにして形成される本実施形態の装置構成では、発振しきい値電流は約２０ｍＡである。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は、約１４０ｍＡである。更に、ＤＢＲ領域３はサブマウント２０に一部分しか接触していないため、その放熱状態は活性層領域２よりも悪くなっており、そのために、波長可変特性はジャンクションアップ実装時とほぼ同様で、約９０ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【００９３】
本実施形態のように、ＤＢＲ半導体レーザ１をジャンクションダウンで実装する際に活性層領域２は全面的にサブマウント２０に固定され、ＤＢＲ領域３は一部分のみをサブマウント２０に固定する構成にすることにより、安定な波長可変特性及び高信頼性でのレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。また、第１の実施形態の構成に比べて、本実施形態の構成では、ＤＢＲ領域３での熱分布（放熱分布）が小さいために、より安定な単一縦モードでの波長可変特性が得られる。
【００９４】
（第４の実施形態）
図６（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント２６の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【００９５】
本実施形態の装置構成では、第２の実施形態の装置構成とは異なり、Ｓｉサブマウント２６の上に溝２７が形成されている。この溝２７は、フォトリソグラフィプロセス及びドライエッチングプロセスにより形成される。溝２７の幅は、ＤＢＲ半導体レーザ１の幅よりも狭く、ＤＢＲ領域３の一部分も、Ｓｉサブマウント２６の上に固定される。
【００９６】
更に、第３の実施形態の構成と同様に、サブマウント２６の表面には、ＳｉＯ２層２８、電極２９、及び半田層（Ａｕ／Ｓｎ層）３０が形成されており、これらは、活性層領域２とＤＢＲ領域３とで電気的に分離されている。
【００９７】
図６（ａ）及び（ｂ）の構成の実装は、第２の実施形態と同様の手法による。すなわち、まず、Ｓｉサブマウント２６の上にＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。具体的には、ＤＢＲ半導体レーザ１及びＳｉサブマウント２６の上には調整用十字キー（不図示）が形成されており、別々のカメラによりそれらの十字キーを画像認識して各々の中心線を検出し、中心線同士が一致する位置に、ＤＢＲ半導体レーザ１を精密ステージにより移動する。ＤＢＲ半導体レーザ１の出射端面を画像認識し、Ｓｉサブマウント２６の上の溝３１に少し突出するように位置決め調整する。固定位置が決定したらＳｉサブマウント２６をパルス加熱し、Ａｕ／Ｓｎ層３０を溶融してＤＢＲ半導体レーザ１を固定する。これによって、ＤＢＲ半導体レーザ１は、ジャンクションダウンでＳｉサブマウント２６の上に固定される。続いて、やはり第２の実施形態においてと同様の手法で、光導波路型波長変換デバイス１１をＳｉサブマウント２６の上に固定する。
【００９８】
このようにして得られる本実施形態の構成では、ＤＢＲ半導体レーザ１の発振しきい値電流は約２０ｍＡである。また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は、約１４０ｍＡである。更に、ＤＢＲ領域３への注入電流が約９０ｍＡのときに、約２ｎｍの波長可変領域が得られる。また、活性層４の高さ及び光導波路１２６の高さが精密に制御されているため、約６０ｍＷのレーザ光を光導波路１２６に結合することができる。
【００９９】
ＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ領域３に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ１の発振波長を光導波路型波長変換デバイス１１の位相整合波長８５１ｎｍに一致させることにより、波長４２５．５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。更に、本実施形態の構成では、第２の実施形態における構成よりもＤＢＲ領域３での熱分布（放熱分布）が小さいため、より安定な単一縦モード発振が実現でき、ブルー光の出力安定性も向上することができる。
【０１００】
（第５の実施形態）
本実施形態では、サブマウント３５を異なる熱伝導率を有する材質からなる２つの部分３５Ａ及び３５Ｂの組合せによって構成することにより、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２とＤＢＲ領域３とでの放熱状態に差を生じさせて、より安定なレーザ発振及び波長可変特性を実現する構成について説明する。
【０１０１】
熱伝導率の異なる材質を組み合わせてサブマウント３５を構成する場合、セラミックス材料を選択すると、加工性もよく容易に形成できる。例えば、熱伝導性の良いセラミック材料としてＡｌＮ（熱伝導率：０．４ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ− １・ｄｅｇ−１）或いはＳｉＣ（熱伝導率：０．１５ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）は、Ｓｉ（熱伝導率：０．３ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）とほぼ同程度の熱伝導率を有し、一方、熱伝導性の悪いセラミック材料としてはＺｒＯ２（熱伝導率：０．０１ｃａｌ・ｃｍ−１・ｓｅｃ−１・ｄｅｇ−１）が挙げられる。
【０１０２】
図７（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、ＤＢＲ半導体レーザ１がＡｌＮ及びＺｒＯ２から構成されるサブマウント３５に実装された波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す。
【０１０３】
サブマウント３５は、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２が固定される部分３５ＡとＤＢＲ領域３が固定される部分３５Ｂより構成されており、部分３５Ａの構成材質はＡｌＮであり、部分３５Ｂの構成材質はＺｒＯ２である。更に、サブマウント３５の上には、これまでの実施形態における構成と同様に電極３６及び半田層３７が形成されており、また、部分３５Ａ及び３５Ｂはお互いに電気的に分離されている。更に、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４の側に位置する下側電極１５ｂも電気的に分離された２つの部分に分かれており、分離されている下側電極１５ｂの２つの部分がサブマウント３５の２つの部分３５Ａ及び３５Ｂにそれぞれ一致するように、ＤＢＲ半導体レーザ１はジャンクションダウンでサブマウント３５上に固定される。ＤＢＲ半導体レーザ１のボンディング後には、図示するように各電極からワイヤ３８を形成する。
【０１０４】
サブマウント３５の部分３５ＡはＡｌＮから構成されているため、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２で発生された熱はサブマウント３５に効率よく放熱される。一方、部分３５ＢはＺｒＯ２で構成されているために、ＤＢＲ領域３からサブマウント３５への熱伝導が低減されている。
【０１０５】
本実施形態では、第１〜第４の実施形態で用いられているＳｉよりも更に熱伝導率の大きなＡｌＮがサブマウント３５の構成材料として用いられているので、活性部領域２の放熱性が改善されており、ＤＢＲ半導体レーザ１の発振しきい値電流は約２０ｍＡ、また、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１３０ｍＡである。一方、ＤＢＲ領域３の放熱状態はＺｒＯ２の使用によって低減されているため、約１００ｍＡの注入電流量に対して約２ｎｍの波長可変領域が得られる。
【０１０６】
本実施形態のように、ＤＢＲ半導体レーザ１が搭載されるサブマウント３５において、活性層領域２に対応する部分３５Ａには熱伝導率の大きい構成材料を用い、ＤＢＲ領域３に対応する部分には熱伝導率の低い材料を用いることにより、信頼性の高いレーザ駆動特性及び安定な波長可変特性を得ることができる。
【０１０７】
なお、上記ではＤＢＲ領域３を全面的にサブマウント３５の部分３５Ｂに固定しているが、第３の実施形態と同様に、適当なパターンの溝をＺｒＯ２からなる部分３５Ｂに形成することにより、熱伝導性を更に意図的に低下させることが可能になって、より安定な波長可変特性が得られる。
【０１０８】
（第６の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び断面図には、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザ１と、光導波路デバイスとしての光導波路型波長変換デバイス１１とが、サブマウント３９の上に実装された超小型短波長光源の構成を模式的に示す。具体的には、本実施形態で光導波路デバイス１１として用いられているのは、ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板１２５の上にプロトン交換光導波路１２６及び周期的分極反転領域１２７が形成された光導波路型波長変換デバイス１１である。
【０１０９】
ここで、サブマウント３９は、以下の３つの部分から構成されるている；
部分３９Ａ：光導波路型波長変換デバイスが固定される部分
部分３９Ｂ：活性層領域が固定される部分
部分３９Ｃ：ＤＢＲ領域が固定される部分
部分３９Ａ及び３９ＣはＺｒＯ２セラミックスから構成されており、一方、部分３９Ｂは、ＡｌＮセラミックスから構成される。サブマウント３９の表面でＤＢＲ半導体レーザ１が固定される箇所には、これまでの実施形態と同様に電極４０及び半田層４１が形成されている。また、ＤＢＲ半導体レーザ１が固定される箇所と光導波路型波長変換デバイス１１が固定される箇所との間には、溝４２が形成されている。
【０１１０】
第４の実施形態と同様にＤＢＲ半導体レーザ１及び光導波路型波長変換デバイス１１をサブマウント３９上に固定し、各電極からワイヤ３８を形成して、ＤＢＲ半導体レーザ１の動作特性を測定したところ、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１３０ｍＡであった。また、ＤＢＲ領域３への注入電流量が約１００ｍＡであるときに、約２ｎｍの波長可変領域が得られた。
【０１１１】
光導波路型波長変換デバイス１１は、その位相整合波長が温度依存性を有するため、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層４からの熱により光導波路型波長変換デバイス１１の内部に温度分布が生じると、その波長変換効率や動作安定性に影響を与える。そのため、先に説明した第２或いは第４の実施形態の構成では、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、波長変換デバイスからは約１０ｍＷの出力しか得られない。これに対して、本実施形態の構成では、ＤＢＲ半導体レーザ１の活性層領域２で発生する熱が、効率的に、サブマウント３９のうちでＡｌＮセラミックスから構成される部分３９Ｂに放熱され、且つ溝４２の形成によって光導波路型波長変換デバイス１１への熱伝達が防止できるので、ＤＢＲ半導体レーザ１の信頼性向上及び光導波路型波長変換デバイス１１の均一性向上が実現できる。その結果、約１００ｍＷのレーザ出力に対して、波長変換デバイス１１からは約１５ｍＷのブルー出力を得ることができる。
【０１１２】
（第７の実施形態）
第１〜第６の実施形態では、活性層領域２とＤＢＲ領域３とから構成されるＤＢＲ半導体レーザ１を用いた波長可変半導体レーザ及び短波長光源について説明したが、本実施形態では、更に位相補償領域が付加されたＤＢＲ半導体レーザを用いた構成について説明する。図９（ａ）及び（ｂ）の斜視図及び平面図には、上記の構成を模式的に示す。
【０１１３】
この構成に含まれるＤＢＲ半導体レーザ４５は、波長８５０ｎｍでＴＥモード発振する１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザ４５であり、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８から構成される。ＤＢＲ半導体レーザ４５の基板側及び活性層側には、それぞれ電極１５ａ及び１５ｂが形成されており、特に活性層側の下側電極１５ｂは、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８で電気的に分離されている。また、活性層４などのエピタキシャル層や電極１５ａ及び１５ｂの厚さはサブミクロン以下に制御されていて、活性層（ジャンクション部４）までの厚さは約３μｍである。
【０１１４】
一方、サブマウント４９はＳｉからできており、溝５０が形成されている。溝５０の長さは、ＤＢＲ半導体レーザ４５の位相補償領域４７とＤＢＲ領域４８とを合わせた長さにほぼ一致している。これより、活性層領域４６で発生する熱はＳｉサブマウント４９に放熱する一方で、位相補償領域４７及びＤＢＲ領域４８では、注入電流によって生じた熱が放熱し難い。
【０１１５】
Ｓｉサブマウント４９の上には、これまでの実施形態においてと同様に、膜厚制御された電極５１及び半田層５２が蒸着されている。これらの電極５１及び半田層５２は、活性層領域４６、位相補償領域４７、及びＤＢＲ領域４８がそれぞれ固定される部分で、お互いに電気的に分離されている。また、位相補償領域４７が固定される部分の電極５１の長さは、位相補償領域４７の長さと同じになっている。
【０１１６】
これまでの実施形態と同様に、ＤＢＲ半導体レーザ４５をサブマウント４９上に固定し、各電極からワイヤ３８を形成して、ＤＢＲ半導体レーザ４５の動作特性を測定したところ、発振しきい値電流は約２０ｍＡであり、出力約１００ｍＷ時の駆動電流は約１４０ｍＡである。また、波長可変特性としては、ジャンクションアップ時とほぼ同様に、約９０ｍＡの注入電流量に対して、位相補償領域４７により位相調整を行うことで連続的に約２ｎｍの波長可変特性が得られる。
【０１１７】
本実施形態のように、位相補償領域４７が付加されたＤＢＲ半導体レーザ４５をジャンクションダウンで実装する際にも、安定な波長可変特性及び信頼性の高いレーザ駆動特性を得ることができ、その実用的効果は大きい。
【０１１８】
また、本実施形態の上記の説明では、溝５０が形成されたＳｉサブマウント４９にＤＢＲ半導体レーザ４５が実装された構成について説明しているが、第５或いは第６の実施形態で説明したような異なる材質（セラミックス）から構成された複数の部分が組み合わされているサブマウントに実装する構成でも、同様の効果が得られる。
【０１１９】
上記で説明した第１〜第７の実施形態では、光導波路デバイスとして光導波路型波長変換デバイスを用いているが、ＬｉＮｂ０３基板上に形成された光導波路型高速変調デバイスなどの光導波路型機能デバイスを用いても、同様の効果が得られる。また、ＤＢＲ半導体レーザを光通信分野で絶対基準波長用光源や波長多重通信用光源として用いる場合において、サブマウントに形成したＶ溝に固定した光ファイバなどにレーザ光を結合する場合にも、第１〜第４の実施形態のような構成でＤＢＲ半導体レーザを固定することにより、信頼性の高いレーザ駆動特性及び安定な波長可変特性を得ることができる。
【０１２０】
更に、上記では直接結合型モジュールの構成について説明したが、レンズ結合型のモジュールに本発明を適用してもその実用的効果は大きく、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンでサブマウントに実装することにより、高出力での発振状態においても、高い信頼性が得られる。例えば、第１の実施形態の構成を例にとれば、出力約１００ｍＷでの駆動電流値が約３０ｍＡだけ低減される。
【０１２１】
高出力の半導体レーザを安定に駆動させるためには、半導体レーザチップの放熱状態を向上させる必要がある。半導体レーザと波長可変デバイスとから構成される短波長光源においては、得られる高調波出力が半導体レーザ出力の２乗に比例するため、特に高出力の半導体レーザが用いられる。そのため、ジャンクションダウン実装が、特に必要とされる。
【０１２２】
また、半導体レーザと光導波路デバイスとから構成される光集積化デバイスを民生用途に応用する際には、大きさ及びコストが大きな要素となり、その実現のためには、やはりジャンクションダウン実装技術が必要となる。これは、ジャンクションダウン実装では、サブマウントから活性層（ジャンクション部）までの高さを高精度に制御できるので、光導波路デバイスと半導体レーザを直接結合する場合に、活性層と光導波路との高さ方向での位置合わせ調整が容易に実現されるからである。
【０１２３】
以上のように、本発明の第１から第７の実施形態によれば、波長可変半導体レーザとしてのＤＢＲ半導体レーザと、光導波路型デバイスとしての光導波路型波長変換デバイスや光ファイバなどの光学要素とがサブマウントに固定された光導波路集積化光源において、ＤＢＲ半導体レーザをジャンクションダウンで高精度にサブマウント上に固定し、ＤＢＲ半導体レーザの活性層領域の放熱性を向上させる一方でＤＢＲ領域の放熱性を意図的に低減させることにより、安定な発振特性及び波長可変特性が実現され、更に高効率光結合を可能とするモジュール光源が提供される。すなわち、本発明は、短波長光源や光通信分野で必要不可欠とされるＤＢＲ半導体レーザを以上のようにジャンクションダウンで実装する場合に、安定な波長可変特性及び信頼性の高いレーザ発振特性が実現され、その実用的効果は大きい。
【０１２４】
一方、以下に第８以降の実施形態として説明する本発明においては、半導体レーザチップをサブマウントに実装する際の量産性の向上を意図した構成が開示される。
【０１２５】
ここで、使用され得る半導体レーザチップとしては、活性層領域とＤＢＲ領域とから構成されるＤＢＲ半導体レーザ、或いは分布フィードバック型（ＤＦＢ）ＩｎＰ半導体レーザなどが例示できる。一方、光導波路素子としては、光ファイバや半導体レーザチップから放出されるレーザ光を、発振波長の半分の波長を有する光に変換する波長変換デバイスなどが例示できる。更に、半田としてはＡｕ／ＳｎやＰｂ／Ｓｎなどが、接着剤としては紫外線硬化剤を含む接着剤（以下、紫外線硬化型接着剤という）などが、分子結合力としてはファンデルワールス力などが、それぞれ例示できる。
【０１２６】
（第８の実施形態）
図１０に模式的に示す本実施形態の光集積化デバイスの構成では、半導体レーザチップ１０６を固定する部分のサブマウント１０１の表面に溝１０３が形成され、その溝１０３の内部に半田が設けられている。半導体レーザチップ１０６は、溝１０３の内部に供給された半田を用いて、サブマウント１０１に密着して固定されている。
【０１２７】
シリコン（Ｓｉ）よりなるサブマウント１０１は、その表面に、絶縁層としてＳｉＯ２層１０２を有している。サブマウント１０１のＳｉＯ２層１０２上には、本発明の溝１０３が形成されている。半導体レーザチップ１０６は、ＳｉＯ２層１０２上に装着される。本実施形態では、半導体レーザチップ１０６として、１．５５μｍ帯の分布フィードバック型（ＤＦＢ）ＩｎＰ半導体レーザを用いている。更に、サブマウント１０１及び半導体レーザチップ１０６の表面には、画像認識用の十字キー１０７及び１０８が形成されている。また、光導波路素子として光ファイバ１１０は、サブマウント１０１上に形成されたＶ溝１０９に実装され、半導体レーザチップ１０６からのレーザ光は光ファイバ１１０に結合される。
【０１２８】
図１１は、十字キー１０７間の中心線Ａ１を含む図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ１０６及び光ファイバ１１０がサブマウント１０１に装着された状態を示す。
【０１２９】
図示されるように、ＳｉＯ２層１０２上に形成された溝１０３に電極としてＡｕ層１０４が形成され、更にその溝１０３の内部に、半田１０５を有する。本実施形態では、半田１０５はＡｕ／Ｓｎからなる。
【０１３０】
従来技術では、一般に、サブマウント上に電極としてＡｕ層が形成され、更にその上には半田層としてＡｕ／Ｓｎが蒸着される。半田層の膜厚は、約２μｍ〜約３μｍである。半導体レーザチップは、そのジャンクション（活性層部）がサブマウント側になるように配置され、サブマウントを加熱して半田を溶融することによって、サブマウント上に固定される。
【０１３１】
半導体レーザチップの表面から活性層までの厚さは、エピタキシャル成長時に正確に制御されている。また、サブマウント上のＡｕ層の膜厚も、正確に制御されている。そのため、活性層のサブマウントからの高さは、半田層の膜厚制御性に大きく依存する。しかし、実際には、半田層を溶融して半導体レーザチップを固定するために、その制御性は±約１μｍに過ぎない。結果として、半導体レーザチップの発光点のサブマウントからの高さにバラツキが生じるので、従来技術においては、半導体レーザのサブマウント上への高精度な固定の実現が、困難である。
【０１３２】
これに対して本実施形態の構成では、図１１に示すように、サブマウント１０１の表面に溝１０３が形成され、半田１０５が溝１０３の内部に存在しているために、半導体レーザチップ１０６の表面とサブマウント１０１のＡｕ層１０４とが、直接的に接触する。このため、サブマウント１０１から半導体レーザチップ１０６の活性層までの高さは、Ａｕ層１０４の厚さの精度のみに依存し、結果として高さ方向の位置決めが高精度に行われる。
【０１３３】
次に、本実施形態におけるサブマウント１０１の形成方法について、説明する。
【０１３４】
まず、Ｓｉの（１００）基板からなるサブマウント１０１表面に、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層１０２を形成する。
【０１３５】
次に、サブマウント１０１上にレジストを塗布し、フォトプロセスにより幅約１０μｍ及び周期約２０μｍの周期状レジストパターン、並びに幅約１００μｍのＶ溝用レジストパターンを形成する。それらの形成後、ウェットエッチングにより、サブマウント１０１上に深さ約５μｍの溝１０３を形成する。（１００）基板表面のウェットエッチングでは（１１１）面が現れるので、台形形状（Ｖ溝部分は三角形状）の溝が形成される。或いは、ドライエッチングを行うことで矩形の溝を形成することも可能である。
【０１３６】
次に、レジストを除去した後、再びフォトプロセスにより、調整用の十字キー１０７及び電極のレジストパターンを形成し、Ａｕ層１０４を蒸着する。次に、溝１０３の内部のみに半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着するために、再びレジストを除去し、溝１０３の形成時と同様のマスクを用いてマスクの位置合わせを行った上で溝１０３の形成時と同様のレジストパターンを形成し、それを用いて半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着する。これにより、半田１０５を溝１０３の内部に形成することができる。
【０１３７】
一方、半導体レーザチップ１０６の表面にも、十字キー１０８が形成される。サブマウント１０１の表面の十字キー１０７は、Ｖ溝１０９の中心線Ａ１に対して線対称の位置に形成され、また、半導体レーザチップ１０６の表面の十字キー１０８は、半導体レーザチップ１０６の発光点（中心線Ｂ１上）に対して線対称の位置に形成されている。
【０１３８】
本実施形態では、サブマウント１０１に形成される溝１０３の幅とその間隔（隣接する溝１０３の間の距離）は、どちらも１０μｍと等しく設定されている。しかし、半導体レーザチップ１０６の放熱性を考慮すると、溝１０３（或いは、その中に形成される半田（Ａｕ／Ｓｎ）１０５）の面積を大きくする方が、サブマウント１０１への放熱効果が大きくなり、半導体レーザチップ１０６の寿命（信頼性）の向上の点で有利である。
【０１３９】
次に、本実施形態の構成における位置合わせ調整方法を、図１２を参照して説明する。
【０１４０】
半導体レーザチップ１０６は、図１２に示すように、活性層が形成された面（エピタキシャル成長面）がサブマウント側に位置するように、ジャンクションダウンで固定される。本実施形態では、半導体レーザチップ１０６及びサブマウント１０１上に形成された十字キー１０８及び１０７を別々のカメラ１１１及び１１２により画像認識し、各々の中心線Ａ１及びＢ１を検出して、各々の中心線が一致する位置に半導体レーザチップ１０６を精密ステージにより移動して実装する。
【０１４１】
半導体レーザチップ１０６は真空バキュームでツール１１３に、また、サブマウント１０１はパルスヒータが装備されている台１１４に、それぞれ固定されている。カメラ１１１により、半導体レーザチップ１０６上に形成された十字キー１０８を画像認識し、カメラ１１２により、サブマウント１０１上の十字キー１０７を画像認識する。これによって、十字キー１０７間の中心線Ａ１及び十字キー１０８間の中心線を、それぞれ検出する。その後に、中心線Ａ１及びＢ１が一致するように、半導体レーザチップ１０６を精密ステージにより移動する。
【０１４２】
次に、半導体レーザチップ１０６の出射端面をカメラ１１２により画像認識し、その電極がサブマウント１０１の上の十字キー１０７のパターンに一致するように調整する。固定位置が決定したら、サブマウント１０１をパルス加熱して半田１０５を溶融し、半導体レーザチップ１０６を固定する。これにより、半導体レーザチップ１０６は、図１２に示すように、サブマウント１０１のＡｕ層１０４に密着して実装される。
【０１４３】
なお、溝１０３の体積よりも固定後の半田１０５の体積を小さくすれば、実装時の密着性が高まり、その実用的効果は大きい。
【０１４４】
半導体レーザチップ１０６を固定後、図１０及び図１１に示すように、Ｖ溝１０９に、光導波路素子として光ファイバ１１０を実装する。このとき、光ファイバ１１０の端面と半導体レーザチップ１０６の出射端面との間の距離は、サブマウント１０１と電極との間の距離で決定される。本実施形態では、サブマウント１０１から半導体レーザ１０６の発光点までの高さが精密制御されているために、結合効率は、サブマウント１０１のＶ溝１０９の加工精度に依存する。具体的には、Ｖ溝１０９はエッチングにより精密に加工されているため、光ファイバ１１０への結合効率として約３０％という値が安定に得られる。
【０１４５】
また、本実施形態では、図１１に示すように、半導体レーザチップ１０６の表面とサブマウント１０１上のＡｕ層１０４が密着しているため、サブマウントからの活性層までの高さがＡｕ層１０４の厚さ精度に依存し、高精度に実装することが可能である。但し、実際には、溝１０３の中に配置された半田（Ａｕ／Ｓｎ）１０５に対する逃げ溝が設けられていないため、半田１０５が過剰に供給された場合には、高さ方向の位置決め精度に悪影響が及ぼされる可能性がある。従って、半田１０５の供給量は、溝１０３の体積と同じか或いはそれより少なくする必要がある。
【０１４６】
一方、図２５に示すのは、図１０の構成の改変例であって、各々の溝１０３に隣接して逃げ溝１３３が形成されている。従って、もし半田１０５が過剰に供給されても、過剰分は、実装時に逃げ溝１３３に押し出される。このため、半導体レーザチップ１０６とサブマウント１０１との間の密着性が向上すると共に、過剰は半田による高さ方向の位置決め精度への悪影響が回避される。なお、図２５において、図１０と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、その説明はここでは省略する。
【０１４７】
図２５の構成の形成方法は、以下の通りである。
【０１４８】
まず、Ｓｉの（１００）基板からなるサブマウント１０１表面に、絶縁層として、酸化によりＳｉＯ２層１０２を形成する。
【０１４９】
次に、サブマウント１０１上にレジストを塗布し、フォトプロセスにより所定のレジストパターンを同時に形成する。それらの形成後、ウェットエッチングにより、サブマウント１０１上に深さ約５μｍの溝１０３及び逃げ溝１３３を、同時に形成する。
【０１５０】
レジストを除去した後、再びフォトプロセスにより、調整用の十字キー１０７及び電極のレジストパターンを形成し、Ａｕ層１０４を蒸着する。次に、溝１０３の内部のみに半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着するために、再びレジストを除去し、溝１０３の形成時とは異なるマスクを用いてマスクの位置合わせを行った上で、溝１０３の形成時とは異なるレジストパターンを形成し、それを用いて半田（Ａｕ／Ｓｎ）を蒸着する。このとき、半田１０５は、溝１０３の全体に蒸着されるのではなく、半導体レーザチップ１０６が固定される領域に蒸着される。これによって、半田１０５の両側には逃げ溝１３３が形成されて、半導体レーザチップ１０６とサブマウント１０１との間の実装時の密着性が向上される。
【０１５１】
以上のような構成によって、半導体レーザチップ１０６からのレーザ光を光ファイバ１１０や光導波路に高効率に結合するために必要とされるサブミクロン以下の位置合わせ調整精度が容易に実現され、実用性の高い光集積化デバイスが供給される。
【０１５２】
上記の実施形態では、光導波路素子として光ファイバ１１０を用いた場合について説明しているが、光導波路素子として、半導体レーザチップ１０６から放出されるレーザ光の波長を半分の波長の光に変換する波長変換デバイスを用いることも、勿論可能である。また、半導体レーザチップ１０６として、活性層領域とＤＢＲ領域とから構成されるＤＢＲ半導体レーザチップを用いることも、可能である。
【０１５３】
例えば、半導体レーザチップとしてＴＥモードで発振する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザ（発振波長は８５０ｎｍ）を用い、光導波路素子としてｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路及び周期的分極反転領域が形成された光導波路型波長変換デバイスを用いることが、可能である。このような構成では、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０１５４】
以上の説明では、半導体レーザチップ１０６の発光領域と垂直な方向に、溝１０３が形成されている。これに対して以下では、図１３及び図１４を参照して、半導体レーザチップ１２０の発光領域と平行方向に溝１１７が形成されているサブマウント１１５を用いた構成について、説明する。
【０１５５】
図１３に模式的に示す光集積化デバイスの構成においても、シリコン（Ｓｉ）よりなるサブマウント１１５は、その表面に、絶縁層としてＳｉＯ２層１１６を有している。サブマウント１１５のＳｉＯ２層１１６上には、溝１１７が形成されている。半導体レーザチップ１２０は、ＳｉＯ２層１１６上に装着される。サブマウント１１５及び半導体レーザチップ１２０の表面には、画像認識用の十字キー１２１及び１２２が形成されている。また、光導波路素子として光ファイバ１２４は、サブマウント１１５上に形成されたＶ溝１２３に実装され、半導体レーザチップ１２０からのレーザ光は光ファイバ１２４に結合される。
【０１５６】
図１４は、十字キー１２１間の中心線Ａ２を含む図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図であって、半導体レーザチップ１２０及び光ファイバ１２４がサブマウント１１５に装着された状態を示す。図示されるように、ＳｉＯ２層１１６上に形成された溝１１７に電極としてＡｕ層１１８が形成され、更にその溝１１７の内部に、半田（Ａｕ／Ｓｎ）１１９を有する。
【０１５７】
実装時には、十字キー１２１及び１２２を画像認識し、それぞれの中心線Ａ２及びＢ２を検出して、それらが一致するように半導体レーザチップ１２０をサブマウント１１５に実装する。このとき、図１０に示すように半導体レーザの活性層の方向とサブマウントの溝の形成方向とがお互いに垂直であって、活性層が半田を介してサブマウントに固定されている部分が半導体レーザの光軸方向に周期的に存在している構成では、動作時に発生する熱分布が、光軸方向に周期的になる可能性がある。これに対して、図１３に示す構成では、半導体レーザチップ１２０からの放熱が均一に行われるために有利であり、その信頼性の向上につながる。
【０１５８】
（第９の実施形態）
図１５に模式的に示す本実施形態の光集積化デバイスの構成では、半導体レーザチップ２０３を固定する部分に加えて平面型光導波路素子２０４を固定する部分のサブマウント２０１の表面に溝２０２が形成され、その溝２０２の内部に半田が設けられている。平面型光導波路素子２０４及び半導体レーザチップ２０３は、これらの溝の中に設けられた半田を用いて、サブマウント２０１に密着して固定されている。
【０１５９】
平面型光導波路素子２０４の光導波路は、誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路であり、ウェハを用いて半導体プロセスにより作製できるので、量産性が高い。
【０１６０】
図１５の構成において、半導体レーザチップ２０３は、第８の実施形態と同様の方法で、サブマウント２０１にジャンクションダウンで実装される。サブマウント２０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【０１６１】
平面型光導波路素子２０４としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路２０９及び周期的分極反転領域２１０が形成された光導波路型波長変換デバイス２０４が用いられる。一方、半導体レーザチップ２０３としては、ＴＥモードで発振（発振波長：８５０ｎｍ）する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザが、用いられる。ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、上記の構成では、プレーナータイプの直接結合が可能である。これに対して、ｚカット基板上に作製された光導波路を用いた場合、偏光方向を一致させるために半波長板が必要であり、直接結合時に結合効率が低下する。
【０１６２】
光導波路型波長変換デバイス２０４の表面には、厚さ方向（ｙ方向）での位置合わせ調整用に保護膜２０５が形成されている。この保護膜２０５は、例えばＳｉＯ２スパッタリング膜から構成され、精密に膜厚が制御されている。
【０１６３】
図１６は、十字キー２０７間の中心線Ａ３を含む図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ２０３及び光導波路型波長変換デバイス２０４がサブマウント２０１に装着された状態を示す。
【０１６４】
図１６に示すように、溝２０２の中には固定用の接着剤２０６が注入される。本実施形態では、接着剤２０６として、例えば紫外線硬化型接着剤を用いる。紫外線硬化型接着剤は粘性が小さいので、溝２０２の内部に注入しやすく、実用性が高い。
【０１６５】
図１５に示すように逃げ溝が設けられていない構成では、接着剤２０６の硬化後の体積が溝２０２の体積よりも小さいことが、密着性を高める点で望ましい。或いは、第８の実施形態で図２５を参照して説明したように、溝２０２に隣接して逃げ溝を設ければ、実装時に過剰な接着剤が逃げ溝に流れるために、位置合わせ精度に悪影響が及ぼされることなく、平面型光導波路素子２０４とサブマウント２０１との間の密着性が向上される。
【０１６６】
図１５に示すように、半導体レーザチップの実装用と同様に、サブマウント２０１及び光導波路型波長変換デバイス２０４には、波長変換デバイス２０４の実装用に十字キー２０７及び２０８が形成されている。十字キー２０７間の中心線Ａ３は、半導体レーザチップ固定用の十字キー間の中心線Ｂ３と一致している。
【０１６７】
実装時には、光導波路型波長変換デバイス２０４上の十字キー２０８の中心線と、サブマウント２０１上の十字キー２０７の中心線とが一致し、且つ半導体レーザチップ２０３の出射面と光導波路型波長変換デバイス２０４の入射面との間の距離が約３μｍになるように（図１６参照）、光導波路型波長変換デバイス２０４を移動させる。その後、光導波路型波長変換デバイス２０４を一定加圧しながら、紫外線を照射して接着剤２０６を固定する。
【０１６８】
本発明のモジュール構成では、接着剤２０６が溝２０２の内部に存在しているため、保護膜２０５とサブマウント２０１とが密着し、保護膜２０５の厚さ精度によって厚さ方向の位置合わせ調整が行える。このため、７０％の結合効率を高い歩留まりで実現することができる。
【０１６９】
具体的には、半導体レーザチップ２０３のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ２０３の発振波長を光導波路型波長変換デバイス２０４の位相整合波長に一致させることにより、波長変換デバイス２０４からは、波長４２５ｎｍのブルー光の出力約１０ｍＷが得られる。
【０１７０】
上記のような溝２０２が存在しないサブマウント上に光導波路型波長変換デバイスが接着剤（紫外線硬化型接着剤）により固定される場合、光導波路素子とサブマウントとの間の接着剤層の厚さがｙ方向の位置合わせ調整精度に大きく影響する。また、接着剤の硬化時に一般に発生する収縮現象は、位置合わせ調整の精度を更に劣化させる。これらの要因のために、従来技術によれば、サブミクロン以下の調整精度で光導波路型波長変換デバイスをサブマウントに固定することは、困難であった。これに対して本実施形態の構成では、平面型光導波路素子とサブマウントの間に接着剤層が存在しないため、光導波路とサブマウントと間のの距離は保護膜２０５の膜厚に依存して決定される。これより、高精度の位置決めが可能になって、高効率の光結合が実現される。
【０１７１】
なお、本実施形態では接着剤として紫外線硬化型接着剤を用いているが、他の接着剤を用いても同様の効果が得られる。特に、接着後に収縮する接着剤を使用すれば、サブマウントとの密着性がより高まるため、より良好な効果が得られる。
【０１７２】
誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路は、一般にその深さが約２μｍである。そのため、光ファイバを用いた光集積化デバイスの場合よりも、より高精度な調整が要求される。従って、本実施形態のようにサブマウント上に溝を形成して基板厚さ方向の位置合わせ調整精度を向上することができれば、その実用的効果が大きい。具体的には、例えばＤＢＲ半導体レーザとＬｉＮｂＯ３基板やＬｉＴａＯ３基板の上に周期的分極反転領域を有する光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長ブルー光源に対して、本発明は大きな実用的効果を発揮する。
【０１７３】
以上の説明では、平面型光導波路デバイス２０４の光導波路２０９の方向とは垂直な方向に、溝２０２が形成されている。これに対して、均一な放熱状態の実現のためには、第８の実施形態で図１３及び図１４を参照して説明した場合に類似するように、光導波路２０９と平行方向に溝２０２が形成されていることが望ましい。特に、光導波路型波長変換デバイスでは、素子内部の温度分布が波長変換効率などの素子特性に大きな影響を与えるので、平行方向の溝の形成による均一な温度分布の実現により、大きな効果が得られる。
【０１７４】
（第１０の実施形態）
第９の実施形態では、平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）を接着剤（紫外線硬化型接着剤）により固定する際に、サブマウント上に溝を形成することにより高精度な実装を実現するデバイス構成について説明した。これに対して本実施形態では、紫外線硬化型接着剤のような接着剤を用いず、分子結合力で平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）をサブマウント上に固定する構成及び方法について、図１７及び図１８を参照して説明する。この場合、平面型光導波路素子とサブマウントとの間に何も存在しないため、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１７５】
図１７は、上記のような構成を模式的に示す斜視図であり、図１８は、十字キー３０６間の中心線を含む図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図であって、半導体レーザチップ３０３及び光導波路型波長変換デバイス３０４がサブマウント３０１に装着された状態を示す。
【０１７６】
図１７において、シリコン（Ｓｉ）からなるサブマウント３０１の全表面が酸化されていること、すなわち、サブマウント３０１の全表面にＳｉＯ２層３０２が形成されていることが好ましい。これは、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板との結合性を高めるためである。半導体レーザチップ３０３を固定する部分は、第１の実施形態で図１３及び図１４を参照して説明したような形状になっていて、電極及び半田が蒸着されている。そして、第８の実施形態と同様の方法により、半導体レーザチップ３０３はサブマウント３０１上の所望の位置に、活性層側の面がサブマウント３０１側になるようにジャンクションダウンで実装される。具体的には、半導体レーザチップ３０３は、例えばＴＥモードで発振する１００ｍＷ級分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザであり、その発振波長は８５０ｎｍである。
【０１７７】
次に、平面型光導波路素子３０４をサブマウント３０１上に実装する方法について説明する。
【０１７８】
平面型光導波路素子３０４としては、第２の実施形態と同様に、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上にプロトン交換光導波路及び周期的分極反転領域が形成された光導波路型波長変換デバイス３０４を用いる。この場合、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が可能である。
【０１７９】
光導波路型波長変換デバイス３０４の表面には、ｙ方向の位置合わせ調整を行うために、保護膜３０７、例えばＳｉＯ２スパッタ膜３０７が形成されている。サブマウント３０１上のＳｉＯ２層３０２の表面及び光導波路型波長変換デバイス３０４の実装面は、実装前に十分に洗浄されている。
【０１８０】
実装時には、十字キー３０５及び十字キー３０６を画像認識し、それらの中心線同士を位置合わせするとともに、半導体レーザチップ３０３の端面と光導波路型波長変換デバイス３０４の端面との間の距離が約３μｍになるように、配置を調整する（図１８参照）。その位置で、光導波路型波長変換デバイス３０４に一定の圧力を加えながら光導波路型波長変換デバイス３０４とサブマウント３０１とをオプティカルコンタクトさせ、その状態で温度約３００℃で約３０分間保持する。この加熱保持工程では、光導波路も同時に上記条件でアニールされることになり、本実施形態で用いられる光導波路型波長変換デバイス３０４は、あらかじめその点を考慮して作製されている。
【０１８１】
このようなアニール工程の実施により、本実施形態では、光導波路型波長変換デバイス３０４とサブマウント３０１との間に何も介さず、両者を固定することができる。これより、光導波路型波長変換デバイス３０４の光導波路の高さを保護膜３０７の厚さ精度のみで調整できるため、高精度な固定が実現できる。
【０１８２】
具体的には、本実施形態の構成では、約７０％の結合効率を高い歩留まりで実現することができる。また、半導体レーザチップ３０３のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ３０３の発振波長を光導波路型波長変換デバイス３０４の位相整合波長に一致させることにより、波長変換デバイス３０４から波長４２５ｎｍのブルー光が出力約１０ｍＷで得られる。
【０１８３】
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態では、図１９の断面図を参照して、絶縁層であるＳｉＯ２層を利用して、ＤＢＲ半導体レーザのような２つの電極を有する半導体レーザチップを実装するサブマウントの構成について説明する。
【０１８４】
図１９において、シリコン（Ｓｉ）からなるサブマウント４０１は、その表面上に絶縁層としてＳｉＯ２層４０２を有し、その上には、電極としてのＡｕ層４０３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層４０４が蒸着されている。また、これらの電極層を所定の領域に分離するために、ＳｉＯ２層４０２、Ａｕ層４０３、及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層４０４をエッチングして溝４１０が形成される。ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５は利得を与えるための活性層領域４０６と発振波長を制御するための分布ブラッグ反射領域（ＤＢＲ領域）４０７とから構成され、それぞれの領域４０６及び４０７に、電気的に分離された電極４０８及び４０９が形成されている。本実施形態のように、サブマウント４０１に溝４１０を設けて、ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５の活性層領域４０６に対応する部分とＤＢＲ領域４０７に対応する部分とを電気的に分離することにより、活性層領域４０６に注入される電流とＤＢＲ領域４０７に注入される電流とを完全に分離できるため、安定な動作を実現できる。
【０１８５】
なお、ＤＢＲ半導体レーザチップ４０５は、その活性層側の面がサブマウント側になるようにして、ジャンクションダウンでサブマウント４０１に固定されている。ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲ半導体レーザでは、ＤＢＲ領域に高抵抗層が存在しており、電流注入によって高抵抗層の温度が上昇して屈折率が変化し、それによって波長が変化する。この場合、活性層に近い側がサブマウント側に位置するジャンクションダウン実装では、ＤＢＲ領域からサブマウントへの放熱性が向上してしまうために、波長可変特性はむしろ劣化する。このような悪影響を防ぐためには、サブマウントのうちでＤＢＲ半導体レーザのＤＢＲ領域における光導波部分が接する部分に適切な形状の溝を形成して、その放熱特性を意図的に劣化させることによって、波長可変特性の劣化の抑制、或いは波長可変特性の改善を、実現することができる。
【０１８６】
本実施形態に記載されたＤＢＲ半導体レーザチップ４０５に対する搭載構成は、２電極を有する半導体レーザチップを、これまでに説明した第８〜第１０の実施形態及び後述する第１２〜第１４の実施形態の構成にて使用する場合に、適用可能である。
【０１８７】
（第１２の実施形態）
本実施形態では、複数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと複数の光導波路を有する平面型光導波路素子とがサブマウント上に実装されている直接結合型光集積化デバイスについて、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は、上記のような構成を模式的に示す斜視図であり、図２１は、図２０の線ＸＸＩ−ＸＸＩに沿った断面図である。
【０１８８】
本実施形態の構成では、半導体レーザチップ５０２として、１０個の発光部５０３を有する１００ｍＷ級のアレー型分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザチップ５０２を用いている。また、平面型光導波路素子５０４としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板の上に、１０本のプロトン交換光導波路５０５と周期的分極反転領域５０６とが形成された光導波路型波長変換デバイス５０４を用いている。
【０１８９】
本実施形態の構成では、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔と、光導波路型波長変換デバイス５０４の光導波路５０５の間隔とが、一致しているので、１０本の光導波路に対して同時に光結合調整が実現できる。なお、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔、及び光導波路素子５０４の光導波路５０５の間隔は、何れも約０．３ｍｍ以上で約１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０１９０】
また、アレー型半導体レーザチップ５０２としては、ＴＥモードで発振するものが用いられている。この場合、ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０１９１】
光導波路型波長変換デバイス５０４及び半導体レーザチップ５０２の両端には、それぞれ画像認識用の十字キー５１１及び５１６が形成されている。また、サブマウント５０１の表面にも、十字キー５１０及び５１５が形成されている。これらの十字キーは同一マスクで形成されており、また、アレー型半導体レーザチップ５０２上の発光部５０３と十字キー５１６との位置関係が、光導波路型波長変換デバイス５０４上の光導波路５０５と十字キー５１１との位置関係と同じになるように、それらの形成位置が調整されている。
【０１９２】
光導波路型波長変換デバイス５０４の表面には、厚さ調整用の保護膜５０８が形成されている。光導波路型波長変換デバイス５０４は、第９の実施形態と同様に、溝５０７が形成されたシリコン（Ｓｉ）サブマウント５０１上に固定される。溝５０７の中には、接着剤として紫外線硬化型接着剤５０９が注入されている。サブマウント５０１上に形成された溝５０７の内部に接着剤５０９が注入されていることから、光導波路型波長変換デバイス５０４上の保護膜５０８の膜厚を高精度に制御することにより、基板厚さ方向（ｙ方向）での位置合わせ調整が容易に行える。
【０１９３】
図２１の断面図を参照すると、サブマウント５０１上のアレー型半導体レーザチップ５０２が実装される部分には、第８の実施形態で説明したような溝が形成されていない。この部分には、絶縁層としてＳｉＯ２層５１２が形成され、更にその上には、電極としてのＡｕ層５１３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４が、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の下にＡｕ層５１３が位置するような所定の電極パターンで、形成されている。
【０１９４】
本実施形態の構成では、Ａｕ層５１３及び半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４の厚さを高精度に制御し、且つアレー型半導体レーザチップ５０２に加える圧力及び半田溶融時の温度を高精度に制御することにより、ｙ方向の実装精度（位置合わせ調整精度）を向上させている。
【０１９５】
次に、本実施形態の構成に対する実装方法を説明する。
【０１９６】
まずはじめに、アレー型半導体レーザチップ５０２をサブマウント５０１上に、活性層側の面がサブマウント５０１側になるようにジャンクションダウンで固定する。次に、半田（Ａｕ／Ｓｎ）層５１４を溶融するため、サブマウント５０１をパルス加熱する。この加熱工程では、サブマウント５０１の温度が約３００℃まで上昇するため、光導波路型波長変換デバイス５０４を先に固定してからアレー型半導体レーザチップ５０２の固定のための加熱工程を実施すると、波長変換デバイス５０４の動作特性が変化する可能性がある。そのため、光導波路型波長変換デバイス５０４の固定に先立って、アレー型半導体レーザチップ５０２を加熱によって固定する方が望ましい。
【０１９７】
その後に、第８の実施形態と同様に、アレー型半導体レーザチップ５０２及びサブマウント５０１を別々のカメラにより画像認識し、十字キー５１５及び５１６間の中心線Ａ５及びＢ５が一致するように精密ステージを移動し、その後にサブマウント５０１を加熱して固定処理を行う。
【０１９８】
アレー型半導体レーザチップ５０２を実装後、第９の実施形態と同様に、光導波路型波長変換デバイス５０４及びサブマウント５０１上の十字キー５１０及び５１１間の中心線がお互いに一致し、且つアレー型半導体レーザチップ５０２の出射面と光導波路型波長変換デバイス５０４の入射面との間の距離が約３μｍになるように、光導波路型波長変換デバイス５０４を移動する。その後に、光導波路型波長変換デバイス５０４に一定の加圧を加えながら、紫外線照射により固定する。
【０１９９】
本実施形態の構成では、アレー型半導体レーザチップ５０２の発光部５０３の間隔と光導波路型波長変換デバイス５０４の光導波路５０５の間隔とが一致しているため、１０本の光導波路５０５の全てに対して、６０％以上の結合効率が実現される。アレー型半導体レーザチップ５０２のＤＢＲ領域に注入する電流を変化させて発振波長を可変し、半導体レーザ５０２の発振波長を光導波路型波長変換デバイス５０４の位相整合波長に一致させることにより、光導波路５０５の各々から約１０ｍＷのブルー出力が得られる。
【０２００】
以上のように、多数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ５０２の発光部間隔と、多数の光導波路５０５を有する波長変換デバイス５０４の光導波路間隔とを一致させれば、多数の光導波路に対する結合調整が同時に行えるため、アレー型短波長光源が容易に実現できる。
【０２０１】
上記の本実施形態の説明では、光導波路型波長変換デバイス５０４として、ＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３基板の上に作製された構成を用いているが、ＬｉＴａＯ３基板やＫＴｉＯＰＯ４基板の上に作製された光導波路型波長変換デバイスを用いても、同様の効果が得られる。
【０２０２】
また、上記のようにアレー型半導体レーザチップ５０２と光導波路型波長変換デバイス５０４との間の距離を観測しながら位置合わせ調整を行う代わりに、図２２の断面図に示すように、光導波路型波長変換デバイス５０４の端面に厚さ約１μｍのＴａ膜５１７を形成すれば、半導体レーザ５０２と波長変換デバイス５０４との間に所定の大きさのギャップを高精度に確保できる。これにより、容易にｚ方向の位置合わせ調整が実現できる、より実用性の高いデバイス構成が得られる。Ｔａ膜５１７に代えて、各種金属膜或いは誘電体膜を、適宜選択して設けることもできる。
【０２０３】
なお、図２２の構成で、図２０或いは図２１に描かれている構成においてと同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、それらの説明は、ここでは省略する。
【０２０４】
（第１３の実施形態）
第１２の実施形態では、サブマウント、アレー型半導体レーザチップ、及び光導波路型波長変換デバイスの上にそれぞれ形成された十字キーを画像認識することにより、パッシブな位置合わせ調整によって実装工程を行い、短波長光源を実現している。それに対して本実施形態では、アレー型半導体レーザチップを発光させ、実際にレーザ光を光導波路に結合させながら位置合わせ調整を行うアクティブな調整方法について、図２３及び図２４の模式的な斜視図及び平面図を参照しながら、説明する。
【０２０５】
図２３において、アレー型半導体レーザチップ６０２は、第１２の実施形態と同様の方法により、シリコン（Ｓｉ）サブマウント６０１上にジャンクションダウンで実装されている。アレー型半導体レーザチップ６０２としては、例えば、５０個の発光部６０４を有する１００ｍＷ級のアレー型分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＡｌＧａＡｓ半導体レーザチップ６０２を用いる。この半導体レーザチップ６０２の幅は、典型的には約２０ｍｍであり、その発光部の間隔は、典型的には約４００μｍである。
【０２０６】
一方、平面型光導波路素子６０３としては、ｘカットのＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板の上にプロトン交換光導波路６０５及び周期的分極反転領域が形成されている光導波路型波長変換デバイス６０３を用いる。光導波路型波長変換デバイス６０３の光導波路６０５の間隔も、約４００μｍに設計されており、計５０本の光導波路６０５を有している。
【０２０７】
なお、アレー型半導体レーザチップ６０２としては、ＴＥモードで発振するチップが用いられている。ｘカット基板上に作製された光導波路はＴＥモードの光のみを導波することが可能であるため、上記によって、プレーナータイプの直接結合が実現される。
【０２０８】
光導波路型波長変換デバイス６０３は、第１２の実施形態と同様に、溝６０６が形成されたサブマウント６０１の上に実装される。溝６０６の内部には、接着剤として紫外線硬化型接着剤６０７が注入されている。一方、光導波路型波長変換デバイス６０３の表面には厚さ調整用の保護膜６０８が形成され、また端面には、ギャップ調整用の厚さ約１μｍのＴａ膜６０９が形成されている（図２４参照）。このように光導波路型波長変換デバイス６０３の表面に保護膜６０８及びＴａ膜６０９が形成されているため、第１２の実施形態と同様に、ｙ方向及びｚ方向の位置合わせ調整が容易に行える。
【０２０９】
次に、本実施形態の構成におけるｘ方向の位置合わせ調整方法を、図２４を参照して説明する。
【０２１０】
本実施形態では、第１２の実施形態とは異なり、光導波路型波長変換デバイス６０３の上には調整用の十字キーが形成されていない。その代わりに、光導波路型波長変換デバイス６０３の両端から出射されるレーザ光をコリメートするために、開口数０．５の非球面レンズが２個固定されたレンズ鏡筒６１０が用いられる。具体的には、半導体レーザチップ６０２の１番目及び５０番目の活性層部（図中では、それぞれ（１）及び（５０）として示している）に電流を流入してレーザ発振させ、そのときに光導波路型波長変換デバイス６０３の対応する１番目及び５０番目の光導波路６０５から出射されるレーザ光６１３をレンズ鏡筒６１０によりコリメートして、フォトディテクタ６１１及び６１２でその出力を検出する。そして、光導波路型波長変換デバイス６０５の位置をｘ方向に調整ながら、フォトディテクタ６１１及び６１２で検出された出力の和が最大になる位置で、接着剤を紫外線照射により硬化させて光導波路型波長変換デバイス６０３を固定する。
【０２１１】
このような位置合わせ方法において、２つの光導波路に対する結合効率は、典型的にはそれぞれ約７０％になる。また、両端の２本の光導波路６０５において結合効率が最大になるように光導波路型波長変換デバイス６０３の位置調整を行うことにより、全５０本の光導波路６０５の各々に対して、約６５％以上の結合効率が得られる。
【０２１２】
以上のように、多数の発光部を有するアレー型半導体レーザチップ６０２の発光部間隔と、多数の光導波路６０５を有する波長変換デバイス６０３の光導波路間隔とを一致させれば、少数の光導波路に関する結合調整のみを行うことによって残りの多数の光導波路に対する結合調整が同時に行えるため、アレー型短波長光源が容易に実現できる。
【０２１３】
以上の本実施形態の説明では、両端の発光部及び光導波路を用いて位置合わせ調整を行っているが、中央部の発光部及び光導波路を用いても、同様の効果が得られる。また、２つの光導波路での結合効率の和が最大になるように位置合わせ調整を行っているが、発光部間隔及び光導波路間隔の形成精度が高ければ、１つの発光部のみをレーザ発振させて、そこから対応する１つの光導波路に結合する光のみを検出し位置合わせ調整を行っても、同様の効果が得られる。
【０２１４】
一方、位置合わせ調整のために発光させる箇所は３つ以上でも良い。但し、その数が多すぎると、実質的にアクティブな調整方法と同じになり、レーザ発振のための電源も複数必要となって調整工程が複雑となるので、その実用的効果は小さくなる。
【０２１５】
本実施形態のように、実際にレーザ発振させて結合調整を行うことにより、より高精度なデバイス固定を実現することができる。実際にレーザ発振させて光学調整する場合には、半導体レーザチップが劣化する危険性があるが、本実施形態のように５０個の発光部のうちで２個のみを発振させれば、残りの発光部の劣化の危険性はなく、パッシブ調整に近い光学調整が実現される。
【０２１６】
（第１４の実施形態）
本発明の第１４の実施形態として、第１２及び第１３の実施形態で説明したアレー型短波長光源の製造方法に、一対の半導体レーザチップ及び光導波路に切断する方法を組み合わせることによって、量産性の高い短波長光源を作製する方法を説明する。
【０２１７】
一般に、アレー型短波長光源を作製する工程は、２つの工程から成り立つ。具体的には、第１の工程は、アレー型半導体レーザチップを半田によりサブマウントに固定する工程であり、第２の工程は、平面型光導波路素子を紫外線硬化型接着剤によりサブマウントに固定する工程である。
【０２１８】
更に第１の工程は、半導体レーザチップをツールに取り付け、サブマウントを台に固定する工程と、半導体レーザチップ及びサブマウント上の十字キーをカメラにより認識し、所望の位置に調整する工程と、サブマウントを加熱し半田を溶融して半導体レーザチップを固定する工程と、がある。画像認識及び調整に必要な時間は約１２０秒であり、また半田を溶融して固定するのに必要な時間は約３０秒である。
【０２１９】
第２の工程には、光導波路型波長変換デバイスをツールに取り付ける工程と、サブマウント上に紫外線硬化型接着剤を注入する工程と、光導波路型波長変換デバイス及びサブマウント上の十字キーをカメラにより認識し、所望の位置に調整する工程と、紫外線を照射し光導波路型波長変換デバイスを固定する工程がある。第２の工程おいて必要な時間は、約１２０秒である。
【０２２０】
従って、短波長光源を作製するのに必要とされる工程時間は、１個あたり約２７０秒である。これより、半導体レーザチップと光導波路型波長変換デバイスとを１つずつサブマウント上に固定することによって集積化デバイスを作製すると、１対につき約２７０秒の作製時間が必要となることから、材料費よりも調整・固定に必要とされるコストが大きくなる。集積化デバイスを普及させるためには量産性が高く且つ低コストであることが要求されており、上記の製造方法では、このような要求に応えることはできない。
【０２２１】
一方、第１２或いは第１３の実施形態におけるようなアレー型短波長光源においても、その調整及び固定に必要とされる時間は、上記とほぼ同じである。そこで、第１２或いは第１３の実施形態におけるようなアレー型短波長光源をまず形成した上で、その後に第３の工程として、アレー型短波長光源を一対づつに切断することにより、１対あたりの調整及び固定に必要とされる時間は大幅に低減される。
【０２２２】
切断には、ダイシングソーやレーザ加工機などが用いられ得て、これらの手段によって切断に必要とされる時間は約１００秒である。
【０２２３】
実用的には、ダイシングソーよりもレーザ加工機で切断する方が、半導体レーザチップや光導波路型波長変換デバイスに与えるダメージが小さく、加工上望ましい。具体的には、レーザ加工機の光源としては、（１）ＹＡＧレーザ、（２）エキシマレーザ、及び（３）固体レーザの発振光の高調波による紫外線レーザ、が用いられ得て、それぞれ以下の特徴を有する。
【０２２４】
（１） ＹＡＧレーザ：熱的に加工するため、光導波路型波長変換デバイスに与えるダメージが大きい。
【０２２５】
（２） エキシマレーザ：集光性が悪いために切断用のマスクを必要とする。しかし、紫外線領域の光であること、及び化学反応による付加的効果があることにより、比較的発熱が抑制されたダメージの少ない切断が可能である。
【０２２６】
（３） 固体レーザの高調波による紫外線レーザ：集光性が高く、化学反応による効果も大きく、デバイスに与えるダメージも小さい。
【０２２７】
ダイシングソーやレーザ加工機による切断では、切りしろとして約５０μｍ〜約１００μｍの領域を確保する必要がある。この点を考慮すると、アレー型半導体レーザの発光部間隔及び光導波路型波長変換デバイスの光導波路間隔は、約０．３ｍｍ以上で約１．０ｍｍ以下であることが望ましい。これらの間隔が約１．０ｍｍを超えると、一つの基板から得られるデバイスの数が少なくなる。また、これらの間隔が約０．３ｍｍより小さくなると、十分な切りしろを確保できない。
【０２２８】
以上の一連の３工程を実施することによって、超小型の短波長光源が作製される。このとき、１個の短波長光源あたりに必要とされる製造時間は、約８秒（＝３７０秒／５０）であり、１台の装置で１時間当たり４５０個の超小型短波長光源を実現できる。これにより、量産性の高いデバイス作製が可能となる。
【０２２９】
半導体レーザチップや光導波路型波長変換デバイスとサブマウントとの間の固定強度が弱い場合、ダイシングソーで切断すると、デバイスがサブマウントからはずれることが考えられる。そこで、有機溶剤により除去可能なレジストやワックスなどの材料をアレー型超短波長光源の光結合部に塗布した上で半導体レーザチップ及び光導波路型波長変換デバイスを固定し、その後に切断工程を行い、切断後に有機溶剤により塗布した材料を除去すれば、ダメージの少ない切断が可能となる。
【０２３０】
光集積化デバイスにおいては、半導体レーザチップ、光ファイバ、光導波路型デバイスなどをサブマウント上に実装し、半導体レーザからのレーザ光を高効率に光ファイバや光導波路デバイスに結合することが必要不可欠である。特に、誘電体基板や強誘電体基板の上にプロトン交換などのイオン交換法やＴｉ拡散などの拡散法などにより作製された光導波路では、一般的にその深さは約２μｍであって、光ファイバを用いた光集積化デバイスよりも更に高精度な、例えばサブミクロンオーダの位置合わせ調整が要求される。そのため、上記のようにサブマウント上に溝を形成し、基板厚さ方向の位置合わせ調整精度を高めることは重要である。特に、ＤＢＲ半導体レーザとＬｉＮｂＯ３基板やＬｉＴａＯ３基板の上に周期的分極反転領域を有するような光導波路型波長変換デバイスとから構成される短波長ブルー光源に対して本発明を適用すれば、その実用的効果は大きい。
【０２３１】
また、半田や接着剤を介して半導体レーザチップや光導波路デバイスをサブマウントに実装する場合、半田や接着剤の厚さ制御が重要である。しかし、実際には、半田や接着剤の厚さを厳密に制御して、厚さ方向（ｙ方向）にサブミクロンでの位置合わせ調整を行うことは、困難である。これに対して、本発明のようにサブマウント上に溝を形成し、その溝の内部に半田や接着剤を注入すれば、半導体レーザチップや光導波路デバイスとサブマウントの密着性が向上するために高精度な実装が実現でき、その実用的効果は大きい。
【０２３２】
一方、光集積化デバイスを民生分野で更に普及させるためには、直接結合型モジュールの低コスト化を更に進める必要があり、そのためには、量産性が高く且つ高精度のモジュール化工法技術が必要とされる。本発明のように、多数の発光点を有するアレー型半導体レーザと多数の光導波路を有する光導波路デバイスとを用い、それらの発光点間隔と光導波路間隔とを一致させれば、高精度でありながら容易に多数の光結合を行うことができる。また、ダイシングソーやレーザ加工機により、アレー構造を、１つの半導体レーザと１つの光導波路からなる個々の構成に切断することにより、量産性の高いデバイス作製が可能となる。
【０２３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、サブマウント上に半導体レーザ及び光導波路素子を実装して構成される集積化光デバイスにおいて、基板厚さ方向（ｙ方向）での実装精度が向上され、半導体レーザチップから放出されるレーザ光を光導波路素子の光導波路に高効率で結合させることができる。
【０２３４】
また、本発明によれば、利得を与えるための活性層領域と発振波長を制御するための分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）領域とを備えた波長可変半導体レーザを含む半導体レーザチップをサブマウントにジャンクションダウンで固定する際に、サブマウント表面に、活性層領域に対応する箇所とＤＢＲ領域に対応する箇所とを電気的に分離する溝を形成することによって、安定な波長可変特性及び発振特性を実現することができる。
【０２３５】
更に、本発明によれば、複数（２つ以上）の発光部を有するアレー型半導体レーザチップと複数（２つ以上）の光導波路を有する平面型光導波路素子とをサブマウント上に実装して集積化光デバイスを形成するにあたって、同時に多数の発光部−光導波路間の光結合が実現できる。
【０２３６】
また、本発明によれば、高い量産性で光集積化デバイスが供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路型波長変換デバイスを用いた従来のブルー光源の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】分極反転型導波路デバイスを用いた従来のブルー光源の構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第６の実施形態による短波長光源の構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第７の実施形態による波長可変半導体レーザの構成を模式的に示す斜視図及び平面図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。
【図１２】図１１の光集積化デバイスにおける実装方法を模式的に説明するための図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１６】図１５の線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図である。
【図１７】本発明の第１０の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１８】図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図１９】本発明の第１１の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】本発明の第１２の実施形態による光集積化デバイスの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２１】図２０の線ＸＸＩ−ＸＸＩに沿った断面図である。
【図２２】本発明の第１２の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す断面図である。
【図２３】本発明の第１３の実施形態による光集積化デバイスの位置合わせ調整方法を説明するための斜視図である。
【図２４】本発明の第１３の実施形態による光集積化デバイスの位置合わせ調整方法を説明するための平面図である。
【図２５】本発明の第８の実施形態による光集積化デバイスの他の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ＤＢＲ半導体レーザ
２ 活性層領域
３ ＤＢＲ領域
４ ジャンクション部（活性層）
５、６ Ｓｉサブマウント
７ ＳｉＯ２層
８ 電極
９ 半田層
１０ 溝
１１ 光導波路型波長変換デバイス
１２ ワイヤ
１３ 電極
１４ 半田層
１５ａ、１５ｂ 電極
１６ 保護膜
２０ Ｓｉサブマウント
２１ 溝
２２ ＳｉＯ２層
２３ 電極
２４ 半田層
２５ ワイヤ
２６ Ｓｉサブマウント
２７ 溝
２８ ＳｉＯ２層
２９ 電極
３０ 半田層
３１ 溝
３５ サブマウント
３６ 電極
３７ 半田層
３８ ワイヤ
３９ サブマウント
４０ 電極
４１ 半田層
４２ 溝
４５ ＤＢＲ半導体レーザ
４６ 活性層領域
４７ 位相補償領域
４８ ＤＢＲ領域
４９ サブマウント
５０ 溝
５１ 電極
５２ 半田層
１０１ サブマウント
１０２ ＳｉＯ２層
１０３ 溝
１０４ Ａｕ層
１０５ 半田層
１０６ 半導体レーザチップ
１０７、１０８ 十字キー
１０９ Ｖ溝
１１０ 光導波路素子（光ファイバ）
１１１、１１２ カメラ
１１３ ツール
１１４ 台
１１５ サブマウント
１１６ ＳｉＯ２層
１１７ 溝
１１８ Ａｕ層
１１９ 半田層
１２０ 半導体レーザチップ
１２１、１２２ 十字キー
１２３ Ｖ溝
１２４ 光導波路素子（光ファイバ）
１２５ ｘカットＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板
１２６ プロトン交換光導波路
１２７ 周期的分極反転領域
１３３ 逃げ溝
２０１ サブマウント
２０２ 溝
２０３ 半導体レーザチップ
２０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
２０５ 保護膜
２０６ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
２０７、２０８ 十字キー
２０９ 光導波路
２１０ 分極反転領域
３０１ サブマウント
３０２ ＳｉＯ２層
３０３ 半導体レーザチップ
３０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
３０５、３０６ 十字キー
３０７ 保護膜
４０１ サブマウント
４０２ ＳｉＯ２層
４０３ Ａｕ層
４０４ 半田層
４０５ ＤＢＲ半導体レーザチップ
４０６ 活性層領域
４０７ ＤＢＲ領域
４０８、４０９ 電極
４１０ 溝
５０１ サブマウント
５０２ アレー型半導体レーザチップ
５０３ 発光部
５０４ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
５０５ 光導波路
５０６ 分極反転領域
５０７ 溝
５０８ 保護膜
５０９ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
５１０、５１１ 十字キー
５１２ ＳｉＯ２層
５１３ Ａｕ層
５１４ 半田層
５１５、５１６ 十字キー
５１７ Ｔａ膜
６０１ サブマウント
６０２ アレー型半導体レーザチップ
６０３ 平面型光導波路素子（光導波路型波長変換デバイス）
６０４ 発光部
６０５ 光導波路
６０６ 溝
６０７ 接着剤（紫外線硬化型接着剤）
６０８ 保護膜
６０９ Ｔａ膜
６１０ レンズ鏡筒
６１１、６１２ フォトディテクタ
６１３ レーザ光
Claims (4)
- サブマウントと、
該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、
を備え、
該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域の放熱状態と該分布ブラッグ反射領域の放熱状態とが異なるように、該サブマウントの上に実装されており、
前記活性層領域の前記サブマウントへの接触面積と前記分布ブラッグ反射領域の該サブマウントへの接触面積とが異なる、
波長可変半導体レーザ。 - サブマウントの上に実装された半導体レーザと光導波路デバイスとを少なくとも有する光集積化デバイスであって、該半導体レーザが請求項１に記載の波長可変半導体レーザである、光集積化デバイス。
- サブマウントと、
該サブマウントの上に実装されている、少なくとも活性層領域と分布ブラッグ反射領域とを有する半導体レーザチップと、
を備え、
該半導体レーザチップは、エピタキシャル成長面が該サブマウントと向かい合うように、且つ該活性層領域のみが該サブマウントに接するように、該サブマウントの上に実装されている、波長可変半導体レーザ。 - サブマウントの上に実装された半導体レーザと光導波路デバイスとを少なくとも有する光集積化デバイスであって、該半導体レーザが請求項３に記載の波長可変半導体レーザである、光集積化デバイス。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP9-237378 | 1997-09-02 | ||
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