JP5203505B2

JP5203505B2 - 半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの製造方法

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Publication number: JP5203505B2
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Inventors: 純三代川
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
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Filing date: 2010-03-10
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Description

本発明は、主に光通信分野に用いられる半導体レーザモジュール及びその製造方法に関するものである。

一般に、光通信における信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源等として、半導体レーザモジュールが用いられている。

図１２は、半導体レーザモジュール１００を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）は側面図である。半導体レーザモジュール１００は、主に半導体レーザ素子１０１、光ファイバ１０２、ベース１０３等から構成される。半導体レーザ素子１０１は、ベース１０３上に固定される。光ファイバ１０２は、半導体レーザ素子１０１からの出射光と光学的に光結合されるように、ベース１０３上に配置され、固定材１０４によって固定される。なお、固定材１０４としては、合成樹脂系接着剤や半田、低融点ガラス等が適用可能である。

光ファイバ１０２と半導体レーザ素子１０１との調芯固定には、パッシブ・アラインメント法あるいはアクティブ・アラインメント法がある。近年の１０Ｇｂ／ｓ以上の高速通信に用いられる半導体レーザモジュールにおいては、より精密な調整が行えるアクティブ・アラインメントが主に用いられている。このアクティブ・アラインメントは、光ファイバ１０２の入射側の端部が半導体レーザ素子１０１の出射光と光結合した状態で、他端でレーザ光を検出器によってモニタすることによって行われる。

光ファイバ１０２の固定の際には、半田ごてや、レーザなどによる加熱手段によって、半田又は低融点ガラス等の固定材１０４が加熱溶融される。光ファイバ１０２は、溶融状態の固定材１０４の中で、自由に動かすことができる。検出信号の値をモニタすることにより、光ファイバ１０２の位置が調整される。検出信号が十分な値に達すると、固定材１０４は冷却され、光ファイバ１０２が定位置に固定される。

図１３（Ａ）は、レーザにより半田プリフォームを加熱する状態を示す図である。従来の光ファイバ１０２の固定方法としては、例えば、図１３（Ａ）に示すように、光ファイバ１０２の固定には固定材１０４として半田が用いられる。図１３（Ａ）に示すように、半田プリフォームである固定材１０４は、ベース１０３上に配置され、図示を省略したレーザ照射器より発せられるレーザ１０５を、固定材１０４上部から照射することで加熱される。固定材１０４は加熱溶融され、光ファイバ１０２がベース１０３に固定される。

ベース１０３を構成する部材は、一般的に熱伝導率の高いＣｕＷなどで構成されるため、長時間加熱すると、他の光学素子に熱が伝播し悪影響をおよぼす恐れがある。このため、短時間の加熱で固定材１０４（半田）を溶融させ固定させる必要がある。しかし、この方法によると、固定材１０４（半田）の溶融時にベース部材を十分に加熱することができず、固定材１０４（半田）とベース１０３のぬれが不十分となるという問題がある。

この他の光ファイバの固定方法としては、例えば、固定材である半田プリフォームや低融点ガラス等を加熱線やソフトビーム（例えばハロゲンランプ等のランプ光など）、または、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ等で加熱して光ファイバを固定する方法がある（例えば特許文献１、特許文献３）。

図１３（Ｂ）は、加熱体で固定材を加熱する状態を示す図である。図１３（Ｂ）に示すように、固定材１０４（半田）を固定するための支持体１１２の下部には発熱線１１１が巻きつけられる。光ファイバ１０２を調芯固定する際には、発熱線１１１に電流を流して、支持体１１２自体の温度を上昇させる。支持体１１２により、固定材１０４（半田）が溶融して、光ファイバ１０２が支持体１１２上に固定される。

また、光ファイバの支持体を抵抗体として、固定材である半田を抵抗体で加熱して、光ファイバを固定する方法がある（例えば特許文献２、特許文献４）。

図１４（Ａ）は、抵抗体で固定材を加熱する状態を示す図である。図１４（Ｂ）に示すように、基板１２１上に抵抗体１２２が配置され、抵抗体１２２の両端部にはサイドパッド１２３が設けられる。サイドパッド１２３および抵抗体１２２が接合された基板１２１は、ベース１０３上に設置される。光ファイバ１０２は、抵抗体１２２上に配置され、固定材１０４（半田）が設けられる。

抵抗体１２２の両端に設けられたサイドパッド１２３に電流を印加すると、抵抗体１２２が発熱する。このため、固定材１０４（半田）が溶融する。電流の印加を止めると、光ファイバ１０２が抵抗体１２２に固定される。

実開平３−１６３６７号公報特表２００６−５０９２５４号公報特開２０００−１８３４４５号公報米国特許第６１６４８３７号公報

しかしながら、特許文献１から特許文献４のいずれの方法においても、加熱部がベースに接触しているため、ベースも加熱されてしまい、他の光学素子にも影響をおよぼす恐れがある。また、支持体１１２や抵抗体１２２を加熱するための加熱機構を新たに設けるためにコストがかかるという問題がある。このため、簡易なメカニズムで効率的に固定材および固定材配置部のベース部分を加熱可能な方法が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ベース等に設けられた簡単な構造により、固定材および、固定材との固定部分を効率的に加熱でき、光ファイバの固定部材への接合強度を強化することが可能であり、製造コスト、組立コストの低減を図ることができる半導体レーザモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、光ファイバと発光素子とが光学的に結合される半導体レーザモジュールであって、ベースと、前記ベースに対して固定される発光素子と、前記ベースに対して固定される固定部材と、前記固定部材上に固定され、前記発光素子と光学的に結合する光ファイバと、を具備し、前記光ファイバは、固定材によって前記固定部材に固定されており、前記固定部材における前記固定材が設けられる部位の下部に対応する部位の前記ベースには切り欠き部が形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュールである。

前記切り欠き部は、前記ベースに設けられた貫通孔であり、前記固定部材は、前記貫通孔に対して、前記光ファイバの軸方向と略同一の方向にまたがるように設けられ、前記光ファイバの軸方向に対する前記貫通孔の幅は、前記光ファイバの軸方向に対する前記固定部材の幅よりも大きくてもよい。

前記固定材が配置される部位に対応する部位の前記固定部材の下面には、凹部が形成されてもよい。前記固定材が配置される部位の側方に対応する部位の前記固定部材の下面には、溝部が形成されてもよい。

前記ベースの前記固定部材の設置部には、溝が形成されており、前記ベースに対する前記固定部材の位置決めが可能であってもよい。

第１の発明によれば、光ファイバを固定するための固定材が設けられる部位に対応する部位のベースに切り欠き部が形成されているため、固定材の配置される部位の固定部材下方に空間が形成される。したがって、固定材が設けられる固定部材下方側から固定部材を直接局所加熱等することができる。したがって、固定材と固定部材の両者を効率良く加熱等することができ、作業性および接合性に優れる。

また、この際、特殊な抵抗体や加熱線を設ける必要がなく、抵抗体や加熱線等に電流を流す電極の接続等も不要である。また、ベースの材質（ベース表面の材質）を絶縁体とする必要もない。このため、作業性に優れ、部品点数を削減することができ、材質の選択範囲を広げることができる。

また、切り欠き部を貫通孔として、固定部材が光ファイバの軸方向と略同一の方向に貫通孔にまたがるように設けられ、光ファイバの軸方向に対する貫通孔の幅が固定部材の幅よりも大きければ、固定部材の両側方に貫通孔が露出する。このため、ベース上方側からＬ字型の加熱部材等を挿入することができ、加熱部材等と光ファイバとが干渉することなく、固定部材の下面側を加熱等することができる。

また、固定材の配置される位置に対応する固定部材の下面に凹部を設ければ、固定部材の下面から、より容易に固定材を加熱することができる。また、固定材が配置される部位の側方に対応する固定部材の下面に溝部が形成されれば、固定部材を下面から加熱した際に、熱が固定部材の両側方に伝播することを抑制することができる。このため、固定部材からベースへの熱伝播を抑制することができる。

また、固定部材の熱伝導率を１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、固定部材とベースとの間に、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の中間部材を設けることにより、固定部材の下面からの加熱によって、短時間で固定材を加熱することができるとともに、固定部材からのベースへの熱伝播を抑制することができる。また、固定部材の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であれば、固定部材下面からの加熱によって、固定部材の加熱部分近傍のみを効率良く昇温することができる。このため、固定部材からのベースへの熱伝播を抑制することができる。

また、固定部材が紫外線を透過可能であり、固定材が紫外線硬化樹脂であれば、固定部材の下方から紫外線を照射し、固定材を硬化させることができる。

また、ベースの固定部材設置部に、溝が形成されていれば、固定部材を確実にベースの決まった位置に固定することができる。

第２の発明は、光ファイバと発光素子とが光学的に結合される半導体レーザモジュールの製造方法であって、発光素子および固定部材が固定されたベースを用い、前記固定部材上に、前記発光素子と光学的に結合するように光ファイバを設置し、前記光ファイバに対して固定材を設け、前記固定材が配置される部位に対応する前記ベースに設けられた切り欠き部を利用し、前記固定部材の下方より前記固定材に熱または紫外線を照射して、前記固定材により前記光ファイバを前記固定部材に固定することを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法である。

第２の発明によれば、簡易な構造であり、作業性に優れ、光ファイバを固定する固定材を効率良く加熱等行うことができ、ベースへの熱伝播を抑えることが可能な半導体レーザモジュールの製造方法を得ることができる。

本発明によれば、ベース等に設けられた簡単な構造により、固定材および固定材の固定部を効率的に加熱でき、光ファイバの固定部材への接合強度を強化することが可能であり、製造コスト、組立コストの低減を図ることができる半導体レーザモジュール及びその製造方法を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールＬ１の斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図。（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図。（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールＬ２の斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図。本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザモジュールＬ３の平面図。（Ａ）は半導体レーザモジュールＬ２の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図。半導体レーザモジュールＬ２の変形例を示す斜視図。固定材６の加熱方法を示す図で、（Ａ）はスポットヒータを用いた図、（Ｂ）はレーザ照射器を用いた図。固定材６の他の加熱方法を示す図。固定材１６に紫外線を照射する状態を示す図。切り欠き部等の変形例を示す断面図。（Ａ）は本発明の第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＬ４の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図。（Ａ）は従来の半導体レーザモジュール１００の平面図、（Ｂ）は側面図。（Ａ）は従来の半導体レーザモジュール１００の半田加熱方法を示す図、（Ｂ）は従来の半導体レーザモジュール１１０の半田加熱方法を示す図。（Ａ）は従来の半導体レーザモジュール１２０を示す斜視図、（Ｂ）は基板１２１等の構造を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、半導体レーザモジュールＬ１を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は半導体レーザモジュールＬ１の平面図、図１（Ｃ）は半導体レーザモジュールＬ１の側面図である。半導体レーザモジュールＬ１は、主に、半導体レーザ素子１、光ファイバ２、固定部材５、固定材６、ベース８等から構成され、さらに、図示を省略したレーザ出力のモニタのための受光素子等が設けられる。

ベース８は、例えば、幅（図中ｌ方向）が６ｍｍ、長さ（図中ｗ方向）が１０ｍｍ、厚み（図中ｄ方向）が１ｍｍ程度であり、例えば、材料としてはＣｕＷが使用できる。ベース８は、図示を省略したペルチェ素子上に固定される。

ベース８上には、発光素子取り付け台４が固定される。さらに、発光素子取り付け台４上には、半導体レーザ素子１が固定される。すなわち、半導体レーザ素子１はベース８上に固定される。発光素子である半導体レーザ素子１は、レーザを出射するレーザーダイオードである。

ベース８上には、半田等によって固定部材５が固定される。ベース８の固定部材５が固定される位置には、溝３が形成される。すなわち、固定部材５は溝３に嵌められた状態で、半田等によってベース８に固定される。したがって、固定部材５の設置位置は、溝３により決定される。なお、固定部材５のベース８への固定方法としては、半田等のみであってもよく、または溝３との嵌合のみであってもよい。また、ベース８と固体部材５とを金属片等によって固定してもよく、可能な場合には、溶接、ねじ止め等の方法を用いてもよい。

固定部材５は、略矩形の板状部材である。固定部材５のサイズは適宜設計されるが、発明者等がいくつかの材料系において行った実験から、幅（図中ｗ方向）は、光ファイバ２が固定部材５上で固定される強度によって決定され、好ましくは、１ｍｍ〜３ｍｍであり、例えば２ｍｍ程度である。また、厚み（図中ｄ方向）は、光ファイバ２が固定された状態で、光ファイバ２の移動による力、あるいは熱履歴によって破損しない最小値と、固定材が固定される部分が均等に加熱される最大値との間で決定され、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍであり、例えば１ｍｍ程度である。また、長さ（図中ｌ方向）は、ベース８の後述する切り欠きより長く、両端をベース８に確実に固定できる長さで、好ましくは３ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば４ｍｍ程度である。なお、固定部材５の長さは、加熱時の高温領域（後述）の熱分布より長いことが望ましい。

また、固定部材５の材質は、例えば、ベース８あるいは固定材と反応性を有しない、熱伝導率が０．６〜６０Ｗ／ｍ・Ｋのジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素などのセラミック（無機系固体）あるいはＫＯＶＡＲ(登録商標)などの低熱伝導率合金から選択される。すなわち、固定部材５としては、熱伝導率が悪い（１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満）材料を用いることができる。

固定部材５上には、光ファイバ２が固定される。光ファイバ２は、例えばレンズドファイバである。光ファイバ２は、固定材６によって、固定部材５に固定される。この際、光ファイバ２は調芯されており、半導体レーザ素子１と光学的に光結合されている。

固定材６としては、長期的信頼性を考慮すると合成樹脂系接着剤よりも、半田あるいは低融点ガラス等が望ましく、本実施形態では、セラミックとの接着性および、光ファイバとの熱膨張係数の近さから低融点ガラスを用いることが望ましい。

固定材６に対応する部位（固定材６の下方）のベース８には切り欠き部９が形成される。すなわち、固定部材５は切り欠き部９にまたがるようにベース８に固定される。固定部材５は、光ファイバ２の軸方向とは略垂直な方向に、切り欠き部９に対してまたがるように設置される。切り欠き部９によって、固定部材５の下方（固定材６に対応する部位）に空間が形成される。なお、切り欠き部９の形状は図示した例に限られず、矩形、半円形、半楕円形、三角形、多角形等、種々の形状が選択可能である。

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。前述の通り、固定部材５の下方には、切り欠き部９が形成される。このため、図２（Ａ）に示すように、スポットヒータ１０等を用いて固定部材５の下面から固定部材５を加熱することができる。したがって、固定部材５上の固定材６を効率良く加熱することができる。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の平面図であり、固定材６および光ファイバ２については図示を省略する。図２（Ｂ）に示すように、固定部材５の下方からスポットヒータ１０により加熱すると、固定部材５が局所的に加熱される。このため固定部材５の熱伝導により、固定部材５の上面側の固定材６が加熱される。したがって、固定材６が溶融し、その後の冷却により固化することで、光ファイバ２を固定部材５に固定することができる。

この際、固定部材５は熱伝導率が低いため、固定材６の溶融が完了する間の加熱において（例えば数秒〜数十秒間）、図２（Ｂ）に示すように、固定部材５の高温領域Ｔは、固定部材５の全体には広がらず、固定部材５とベース８との接続部近傍は、高温領域とはならない。このため、ベース８への熱の伝播が抑制される。すなわち、切り欠き部９の幅は、固定材６の溶融に必要な加熱時間における高温領域Ｔの幅よりも大きければよく、また、固定部材５は、切り欠き部９にまたがるために、切り欠き部９よりも長ければ良い。

第１の実施の形態によれば、簡易な構造で固定材６を効率良く加熱することができる。また、切り欠き部９により、固定部材５の下方に空間が形成されるため、固定部材５を下面から加熱することができる。また、加熱された固定部材５により固定材６が加熱されるため、固定材６の溶融時に固定部材５が十分に加熱されており、固定材６と固定部材５のぬれが良好である。このため、固定材６と固定部材５との高い接合性を得ることができる。

また、固定部材５の熱伝導率が低く、固定材６の溶融に必要な時間の加熱では、固定部材５全体が高温領域とはならない。切り欠き部９によって、固定部材５は、端部のみがベース８と接合されるため、固定部材５からベース８への熱の伝播が抑制される。また、ベース８に溝３が形成されるため、固定部材５の位置決めが容易である。

次に、第２の実施の形態について説明する。図３（Ａ）は、半導体レーザモジュールＬ２を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は半導体レーザモジュールＬ２の平面図、図３（Ｃ）は半導体レーザモジュールＬ２の側面図である。なお、以下の説明において、図１と同様の機能を奏する構成については、図１と同様の符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の図において、溝３については図示を省略する。半導体レーザモジュールＬ２は、半導体レーザモジュールＬ１と略同様の構成であるが、切り欠き部９ａの態様が異なる。

切り欠き部９ａは、半導体レーザモジュールＬ１における切り欠き部９と同様の機能を奏するが、一方が開放された切り欠き部９とは異なり、貫通孔形状である。なお、切り欠き部９ａの形状は、切り欠き部９と同様に、図示した例に限られず、矩形、半円形、半楕円形、三角形、多角形等、種々の形状が選択可能である。また、貫通孔である切り欠き部９ａの径（長さ）は固定部材５の機械的な強度が保てる長さである。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、切欠き部９ａが貫通孔であるため、ベース８の変形等をより確実に防止することができる。なお、切欠き部９では、ベース８の一方の側部が不連続となるために、ベース８のねじれが生じる恐れがあるため、切り欠き部９よりも、切り欠き部９ａであることがより好ましい。このため、以下の実施形態においては、切欠き部９ａの場合について説明する。

次に、第３の実施の形態について説明する。図４は、半導体レーザモジュールＬ３を示す平面図である。半導体レーザモジュールＬ３は、半導体レーザモジュールＬ２と略同様の構成であるが、固定部材５の配置方向が異なる。

半導体レーザモジュールＬ３の固定部材５は、固定部材５が光ファイバ２の軸方向と略一致する方向に切り欠き部９ａをまたぐように固定される。すなわち、光ファイバ２の軸方向に対し、切り欠き部９ａの前後で固定部材５とベース８とが固定される。この際、光ファイバ２の軸方向に対する切り欠き部９ａの幅（すなわち、光ファイバ２の軸方向に対して略垂直な方向の切り欠き部９ａの幅）は、固定部材５の幅（光ファイバ２の軸方向に対して略垂直な方向の固定部材５の幅）よりも大きい。したがって、固定部材５の両側方には、切り欠き部９ａがベース８の上面側に露出する。

したがって、ベース８の上方や側方からＬ字型の加熱手段を固定部材５の下部へ挿入し、固定部材５を下方から加熱することができる。この場合、加熱手段を下方から挿入する必要が無いので、パッケージに半導体モジュールを組み込んで固定した後からでも光ファイバ２の調芯固定を行うことができる。また、固定部材５の両側方の切り欠き部９ａの開口部には光ファイバ２が存在しないため、加熱手段が光ファイバ２と干渉することがない。

第３の実施の形態によれば、第１、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ベース８の上方からＬ字型の加熱手段を用いて固定部材５の下面を加熱することができ、この際、加熱手段が光ファイバ２と干渉することがない。

なお、固定部材５としては、ベース８および固定材６と反応性を有しない、熱伝導性の良い材料を用いてもよく、この場合、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅板などの金属、あるいはＣｕＷなどの合金、窒化アルミ等のセラミックスなどから選択することもできる。

たとえば、ベース８と熱膨張係数の近似した材料、または、ベース８と同一材料を用いることができる。また、固定材６としては、前述の通り半田あるいは低融点ガラスから選択されるが、固定部材５として高熱伝導材を用いた場合においてはＣｕＷとの接合性から、半田を選択することが望ましい。また、固定部材５の表面は半田との接合性を増すように表面の粗化処理を施すことが望ましい。

なお、高熱伝導率である固定部材５のサイズも、低熱伝導率である場合と略同様のサイズのものが適用できる。

高熱伝導率である固定部材５を用いる場合には、ベース８に対してＹＡＧ溶接等により固定されればよい。

図５（Ａ）は、高熱伝導率の固定部材５を用いた場合の半導体レーザモジュールＬ２の断面図である。前述の通り、固定部材５の下方には、切り欠き部９ａが形成される。このため、図５（Ａ）に示すように、スポットヒータ１０等を用いて固定部材５の下面から固定部材５を加熱することができる。したがって、固定部材５上の固定材６を効率良く加熱することができる。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の平面図であり、固定材６および光ファイバ２については図示を省略する。図５（Ｂ）に一例として示すように、固定部材５の下方からスポットヒータ１０により加熱すると（例えば数秒間）、固定部材５が全体的に加熱される（図中高温領域Ｔ）。このため固定部材５の熱伝導により、固定部材５の上面側の固定材６が即座に加熱される。したがって、固定材６が溶融し、その後の冷却により固化することで、光ファイバ２を固定部材５に固定することができる。

この際、固定部材５は熱伝導率が高いため、加熱開始後、即座に固定材６の溶融が完了する。なお、固定部材５の熱伝導率が高いため、ベース８との接合部である固定部材５の端部も短時間で高温領域となる。

たとえば、固定部材５として、熱伝導率が高い材料系で、厚みを大きく（３ｍｍ以上）設定すると、加熱時の熱が容易にベース部材へ伝播してしまうので、他の光学素子へ悪影響を与え得る恐れがある。このため、ベース８の固定部材５との接合部近傍には、接続部近傍の熱を逃がすための放熱構造（ヒートシンク等）を設けてもよい。また、ベース８の固定部材５との接合部近傍において固定部材５の幅あるいは厚みを増大させて熱容量を大きくしてもよい。

また、図６に示すように、中間部材２０を設けてもよい。図６に示す例では、固定部材５とベース８との間に、熱伝導率が低く（熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満）、かつ熱膨張係数の小さい材料、例えば、窒化珪素の１０μｍ〜５０μｍのシート状の中間部材２０が挿入される。この場合、固定部材５と中間部材２０の積層構造を、ベース８に設けられた勘合構造により固定してもよく、また金属片等で固定してもよい。また、半田あるいは銀ロウ等で端部を覆うように固定してもよく、または、可能な場合には溶接やネジ止めなど他の方法を用いて固定しても良い。

高熱伝導率の固定部材５を用いれば、固定部材５の熱伝導率が高いため、即座に固定部材５上の固定材６の設置範囲を加熱することができる。また、中間部材２０を設ければ、固定部材５からのベース８への熱の伝播を抑制することができる。

次に、本発明に係る半導体レーザモジュールの製造方法について説明する。まず、半導体レーザ素子１および固定部材５が固定されたベース８を用い、光ファイバ２を固定部材５に対して大まかに位置決めする。なお、前述の通り、固定部材５における固定材６が設けられる部位に対応する部位の下部には、切り欠き部９（９ａ）が位置する。

次に、固定部材５上の光ファイバ２近傍に、半田又は低融点ガラス等の固定材６(プリフォーム)を塗布（載置）する。この状態で、ベース８の切り欠き部９（９ａ）を介して固定部材５の光ファイバ２の固定されるべき部分（すなわち固定材６に対応する部位）の下面を局所加熱する。

図７は、固定部材５の加熱方法を示す図である。なお、図７においては、固定部材５が固定された半導体レーザモジュールＬ２の例を示す。図７（Ａ）に示すように、ベース８の切り欠き部９ａを介して、固定部材５の裏側からスポットヒータ１０を当接する。スポットヒータ１０は、バネ１１により固定部材５の裏面に当接する方向（図中矢印Ｃ方向）に付勢されていることが望ましい。なお、スポットヒータ１０を固定部材５に当接する際、当接時の圧力で固定部材５が変形あるいは破損しないように設定する。この状態でスポットヒータ１０により固定部材５が加熱され、固定部材５の熱により固定材６が溶融状態となる。

この状態において、半導体レーザ素子１からレーザ光を出射させ、光ファイバ２の他端からの出射光を検出器によりモニタし、光ファイバ２の光接続端から結合された光の出力を確認することで光ファイバ２の位置を調整する。光検出器の検出値が所定の値（多くの場合は最大値）となったら、その位置で光ファイバを仮固定し、スポットヒータ１０による加熱を終了する。なお、仮固定の際に、固定材６の収縮を考慮に入れて位置をずらしても良い。

固定材６が冷却されると、固定材６により光ファイバ２が固定部材５上に固定される。なお、光ファイバ２の位置を再調整する場合は、上記の加熱工程を繰り返すことによって実現できる。

なお、固定部材５の加熱方法は、図７（Ａ）の例に限られない。たとえば、図７（Ｂ）に示すように、加熱手段としてスポットヒータ１０に代えて、レーザ照射器１２を用いてもよい。レーザ照射器１２を用いても、ベース８の切り欠き部９ａを介して、固定部材５の裏側からレーザ照射器１２のレーザ光を照射することができる。すなわち、固定部材５を下面側から加熱することができる。このため、固定材６の接合箇所を加熱することができ、光ファイバ２を固定材６で溶融固定することができる。

また、図８に示すように、加熱手段としてレーザ照射器１２を用いる場合には、固定部材５の裏面におけるレーザ光照射面に、レーザ光を吸収する材料である塗布材２４を設けてもよい。塗布材２４を設けることで、さらに加熱効率を向上することができる。なお、加熱手段としてＵＶ照射レーザを用い、固定部材５としてＣｕ等を用いた場合は、Ｃｕ単独で高い吸収率を持っているので塗布材２４を塗布しなくても良い。

また、局所加熱する手段としては、図示した例の他、ハロゲンランプ等からのランプ光やホットガス等を用いてもよい。ホットガスに用いられる気体は、固定材６が低融点ガラスの場合には、エアー又は不活性ガスが用いられ、固定材６が半田の場合には、酸化防止効果のある不活性ガスが用いられるのが好ましい。

また、光ファイバ２を溶融固定する際に、固定部材５の下方のみからではなく、固定材６の周囲の固定部材５を、固定部材５の上方等からも加熱装置を用いて同時に加熱してもよい。これにより、固定部材５の表側と裏側の両方で固定材６を加熱することになるので、より迅速で、かつ確実に固定材６を溶融することが可能であり、固定材６と固定部材５あるいは固定材６と光ファイバ２の接合性を改善することができる。

また、図９に示すように、紫外線硬化樹脂（例えばエポキシ系やアクリレート系の樹脂）である固定材１６を用いてもよい。この場合、紫外線透過可能な材質（例えばホウ珪酸ガラスや石英等）製の固定部材５ｂを用いればよい。切り欠き部９ａから、紫外線照射器１７により紫外線を固定部材５ｂに照射すると、紫外線は固定部材５ｂを透過して固定材１６に照射される。紫外線により、固定材１６が硬化して、光ファイバ２を固定することができる。

次に、切り欠き部および固定部材の種々の変形例について説明する。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、切り欠き部の他の形態を示す図である。切り欠き部は、前述の通り、固定部材の下方から加熱等が行うことができれば（加熱等を行うための空間が形成されれば）いずれの形態であってもよい。

たとえば、図１０（Ａ）に示すように、光ファイバ２を固定する固定材６が載置される部分の下方に、切り欠き部９ｂを形成してもよい。切り欠き部９ｂは、ベース８の上下面を完全には貫通しておらず、薄肉部２１ａが形成される。すなわち、切り欠き部９ｂは、局部的に厚みが薄くなるように、裏側からへこんだ凹部である。この場合は、切り欠き部９ｂから薄肉部２１ａの下面を加熱すれば良い。なお、薄肉部２１ａから固定部材５へ熱が伝播しやすいように、薄肉部２１ａと固定部材５との間に熱伝導性ペーストなどを充填することが望ましい。

また、図１０（Ｂ）に示すように、光ファイバ２を固定する固定材６が載置される部分の下方に、切り欠き部９ｃを形成してもよい。切り欠き部９ｃは、薄肉部２１ｂを有し、薄肉部２１ｂと固定部材５との間に固定部材加熱用の空間（凹部または溝）が形成される。この場合には切り欠き部９ｃの側方（光ファイバ２の軸方向側であって、図１０（Ｂ）において紙面に垂直な方向に加熱手段を挿入すればよい。したがって、切り欠き部９ｃの深さとしては、少なくともスポットヒータ等の加熱手段を挿入する大きさが必要である。

また、図１０（Ｂ）のような場合において、加熱手段としてレーザ等の光学的手段を用いる場合は、切り欠き部９ｃの半田固定部直下において、光軸を約９０度曲げるミラー等の反射部を設け、切り欠き部９ｃ側方から照射された光が固定部材に照射されるようにしても良い。

図１１は、切り欠き部９ｃを有する半導体レーザモジュールＬ４を示す図で、図１１（Ａ）は平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。半導体レーザモジュールＬ４は、切り欠き部９ｃの固定材６に対応する部位（下部）に反射部２５が設けられる。反射部２５は、鏡面加工が施された斜面（例えば約４５度）である。側方からレーザ照射器１２を用いてレーザ光を照射すると、レーザ光は、反射部２５により、固定部材５方向に反射して、固定部材５の下面に照射される。なお、固定部材５の下面（レーザ光照射部）にレーザ光の吸収剤である塗布材２４を設けてもよい。また、反射部２５は、切り欠き部９ｃに限られず、種々の切り欠き部と組み合わせて用いることもできる。

また、図１０（Ｃ）〜図１０（Ｆ）は、固定部材５の他の実施形態について示す図である。図１０（Ｃ）に示すように、固定材６が載置される部分の下方における固定部材５の下面に凹部２２を形成してもよい。凹部２２は、固定部材５の加熱位置に形成される。凹部２２により、固定部材５の厚さが薄くなり、固定部材５の表面へ熱が伝播しやすくなるため、固定材６をより効率良く加熱・溶融することができる。

また、固定部材として、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の材料等の熱伝導性が悪い材質、または、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料等の熱伝導性の良い材質のいずれを採用しても、加熱部以外の部位の固定部材５の厚さを厚くすることができるので、加熱部（固定材の設置部位）以外の部分の熱容量を大きくすることができる。このため、ベース８までの熱伝播を抑制することができ、固定作業の時間（加熱時間）を長く取ることができる。また、凹部２２の熱容量が低下しているので、固定材６の冷却時間を短縮することができる。

なお、凹部２２に効果は、特に固定部材として、熱伝導性の悪い材質を採用する場合に効果が大きい。たとえば、固定部材５を厚くすると表面まで熱が伝播しにくく、薄くすると機械的な強度が保てないという問題があるが、凹部２２を形成することで、固定部材５の表面への良好な熱伝導と、良好な機械的強度を両立することができる。

また、図１０（Ｄ）に示すように、固定部材５の裏面に加熱部分を隔てる溝２３を設けてもよい。溝２３は、固定材６の配置位置の両側方に対応する部位の固定部材５下面に形成される。すなわち、固定部材５下面において、両方の溝２３の間が加熱部となる。溝２３によれば、溝２３の位置で固定部材の断面積が小さくなるため、溝２３の外方への熱伝導が抑制される。したがって、ベース８への熱の伝播が抑制される。

また、図１０（Ｅ）に示すように、固定部材５の裏面に加熱部分を隔てる溝２３と、溝２３に囲まれた凹部２２の両者を設けてもよい。固定部材５が単に平坦な構造をしていると、加熱部分の周囲では熱が外側に伝播するために加熱部分の内外で温度分布が生ずる。しかし、この構成によれば、いずれの材料系においても、溝２３に囲まれた部分の外側での熱容量が大きくなっているため、溝２３の外側に伝播した熱が補償され、均一な熱分布を達成でき、固定部材５への固定材６の接着性が向上する。

また、図１０（Ｆ）に示すように、固定部材５上の固定材６の両側部近傍にレーザ加熱用のスペースＳを設けてもよい。また、スペースＳの表面にレーザ光を吸収する塗布材２４を塗布しても良い。さらに塗布材２４の材料として、半田あるいは低融点ガラス等の固定材６との親和性の低い材料を用いれば、固定部材５上の半田等のぬれる範囲を規制することができる。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）は、それぞれを組み合わせても適用してもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、切り欠き部の形状、固定部材の材質や形状、加熱方法や固定材の材質などは、上述した各種の態様を組み合わせることができる。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４………半導体モジュール
１………半導体レーザ素子
２………光ファイバ
３………溝
４………発光素子取り付け台
５………固定部材
６………固定材
８………ベース
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ………切り欠き部
１０………スポットヒータ
１１………ばね
１２………レーザ照射器
１７………紫外線照射器
２０………中間部材
２１ａ、２１ｂ………薄肉部
２２………凹部
２３………溝
２４………塗布材
２５………反射部
１００、１１０、１２０………半導体モジュール
１０１………半導体レーザ素子
１０２………光ファイバ
１０３………ベース
１０４………半田
１０５………レーザ
１１１………加熱線
１１２………支持体
１２１………基板
１２２………抵抗体
１２３………サイドパッド

Claims

光ファイバと発光素子とが光学的に結合される半導体レーザモジュールであって、
ベースと、
前記ベースに対して固定される発光素子と、
前記ベースに対して固定される固定部材と、
前記固定部材上に固定され、前記発光素子と光学的に結合する光ファイバと、
を具備し、
前記光ファイバは、固定材によって前記固定部材に固定されており、
前記固定部材における前記固定材が設けられる部位の下部に対応する部位の前記ベースには切り欠き部が形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
前記切り欠き部は、前記ベースに設けられた貫通孔であり、
前記固定部材は、前記貫通孔に対して、前記光ファイバの軸方向と略同一の方向にまたがるように設けられ、
前記光ファイバの軸方向に対する前記貫通孔の幅は、前記光ファイバの軸方向に対する前記固定部材の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
前記固定材が配置される部位に対応する部位の前記固定部材の下面には、凹部が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
前記固定部材は紫外線を透過可能であり、前記固定材は、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
前記ベースの前記固定部材の設置部には、溝が形成されており、前記ベースに対する前記固定部材の位置決めが可能であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
光ファイバと発光素子とが光学的に結合される半導体レーザモジュールの製造方法であって、
発光素子および固定部材が固定されたベースを用い、前記固定部材上に、前記発光素子と光学的に結合するように光ファイバを設置し、
前記光ファイバに対して固定材を設け、
前記固定材が配置される部位に対応する前記ベースに設けられた切り欠き部を利用し、前記固定部材の下方より前記固定材に熱または紫外線を照射して、前記固定材により前記光ファイバを前記固定部材に固定することを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。