專利名稱：激光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光模塊，尤其涉及包括半導體激光元件、光纖、將從半導體激光元件射出的激光束耦合到光纖的一個端面的聚光光學系統(tǒng)的激光模塊。
背景技術(shù)：
以往以來，包括組件內(nèi)容納的半導體激光元件、一端(光入射端面)處于進入該組件內(nèi)部的狀態(tài)并固定于該組件的光纖、將從半導體激光元件射出的激光束耦合到光纖的光入射端面的聚光光學系統(tǒng)的激光模塊作為所謂的尾纜(pigtail)型激光模塊，一般公知的是作為光通信部件。
在激光模塊內(nèi)部，為在微米數(shù)量級上穩(wěn)定維持將半導體激光器和光纖的光入射端面光耦合的狀態(tài)，光纖和聚光光學系統(tǒng)等通常使用焊錫或粘接劑等粘接裝置固定。
通信激光模塊中，為防止由于外部的濕氣等使激光器惡化，以一般進行氣密密封組件的所謂的CAN組件為代表的結(jié)構(gòu)是保護半導體激光元件和激光器端面的密封結(jié)構(gòu)。該激光模塊中，氣密密封的組件內(nèi)殘余的污染物質(zhì)附著在半導體激光元件的射出端面、聚光光學系統(tǒng)和光纖等的光學部件上，出現(xiàn)激光特性惡化的問題。尤其，光密度高的部分中物質(zhì)附著效果(集塵效果)顯著。另外，包括GaN系半導體激光元件等的射出350～500nm(400nm帶)的波長的激光束的半導體激光元件的激光模塊中，光子能量高，容易引起與物質(zhì)的光化學反應(yīng)，因此集塵效果表現(xiàn)得更顯著。
作為污染物質(zhì)之一，舉出從制造工序的氣氛中混入的烴化合物等，該烴通過激光聚合或分解而附著分解物，妨礙輸出的提高。
公開了空中浮動的低分子硅氧烷通過紫外線的光化學反應(yīng)與氧反應(yīng)，按SiOx的形式沉積附著在光學玻璃窗部件上，因此推薦定期更換與大氣接觸的窗部件(例如參考專利文獻1)。
因此，為防止該集塵效果，有了種種提議。例如提出將100ppm以上的以分解烴化合物等為目的的氧混入密封氣體中(例如參考專利文獻2)。
另外，在向光學部件照射400nm以下的紫外線的光學系統(tǒng)中，提出將光學部件的氣氛設(shè)為99.9％以上的氮(例如參考專利文獻3)。
另外，已知在密封組件之前，進行組件內(nèi)部的脫氣處理在防止集塵效果方面有效。
專利文獻1特開平11-54852號公報專利文獻2美國專利5392305號公報專利文獻3特開平11-167132號公報但是，包括施加了一般市場銷售的由UV固化樹脂構(gòu)成的1次被膜和由聚合物的2次被膜的光纖的、將光纖固定于組件上的激光模塊的情況下，由于在固定光纖的狀態(tài)下對組件進行脫氣處理，脫氣處理裝置中存在光纖被膜，脫氣處理中從該被膜產(chǎn)生脫氣成分，這種氣體污染模塊內(nèi)部。
為防止該污染，考慮預(yù)先全部去除光纖的被覆物，但沒有被覆物的光纖容易折斷，難以處理，實用性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮上述情況，其目的是提供一種抑制污染物質(zhì)的附著的、得到高可靠性的激光模塊及其制造方法。
本發(fā)明的激光模塊，其特征在于設(shè)置有一個或多個半導體激光元件；聚光光學系統(tǒng)；光纖；在由上述聚光光學系統(tǒng)將從上述半導體激光元件射出的激光束耦合在上述光纖的入射端面上的相對位置上固定上述半導體激光元件、上述聚光光學系統(tǒng)和上述光纖的固定裝置；內(nèi)含上述半導體激光元件并氣密地密封的第一組件；使上述光纖的入射端面免受大氣破壞的入射端面保護裝置。
希望上述第一組件使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑，或者通過熔接或焊接氣密密封。
希望上述第一組件內(nèi)部用惰性氣體充滿，而該惰性氣體中混入1ppm以上的濃度的氧、鹵素族氣體和/或鹵素化合物氣體。即，作為第一組件的內(nèi)部氣氛，希望為(1)惰性氣體和1ppm以上的濃度的氧的混合氣體、(2)惰性氣體和鹵素族氣體以及鹵素化合物氣體中的至少一種氣體的混合氣體、(3)惰性氣體和1ppm以上的濃度的氧和鹵素族氣體以及鹵素化合物氣體中的至少一種氣體的混合氣體中的任意一種。
作為上述保護裝置，可使用固定于上述入射端面的、至少具有和固定的面相對的其他面的透明體。
作為上述保護裝置，可使用內(nèi)含上述光纖的入射端面并氣密密封的、與上述第一組件不同的第二組件。此時，上述第二組件使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑，或者通過熔接或焊接氣密密封。或者上述第一或第二組件中至少一個使用不包含Si有機物的樹脂施壓并氣密密封。
另外，更好是上述第二組件內(nèi)部與上述第一組件的內(nèi)部同樣，用惰性氣體充滿，該惰性氣體中混入1ppm以上的濃度的氧、鹵素族氣體和/或鹵素化合物氣體。
保護裝置為第二組件的情況下，上述第一組件可內(nèi)含在上述第二組件中，也可以相反地，上述第二組件內(nèi)含在上述第一組件中。
另外，最好是上述第一組件還包括內(nèi)含上述光纖的入射端面和上述入射端面保護裝置并氣密密封的第三組件。
本發(fā)明適用于上述半導體激光元件的振動波長為350nm~500nm的激光模塊。作為這種半導體激光元件，可舉出GaN系半導體構(gòu)成的例子。
上述半導體激光元件是陣列狀并置的多個單腔體半導體激光元件、1個多腔體半導體激光元件、陣列狀并置的多個多腔體半導體激光元件、單腔體半導體激光元件和多腔體半導體激光元件的組合中的任意一種。
這里，第一組件、第二組件、第三組件各自不限于一個部件構(gòu)成，可由構(gòu)成氣密密封空間的多個部件構(gòu)成。第一組件和第二組件可局部共用一個部件來構(gòu)成。
本發(fā)明的激光模塊設(shè)置內(nèi)含上述半導體激光元件并氣密密封的第一組件和使上述光纖的入射端面免受大氣破壞的入射端面保護裝置，在內(nèi)含半導體激光元件的第一組件的脫氣處理和氣密密封時不安裝光纖，因此第一組件內(nèi)，來自光纖的樹脂被膜的脫離氣體不產(chǎn)生污染。因此，可抑制對光密度高的集塵效果高的半導體激光元件的集塵。同樣由于在光密度高的光纖的入射端面上設(shè)置入射端面保護裝置，可防止集塵土，可提供可靠性高的激光模塊。
對光密度特別高的半導體激光元件端面、光纖端面或二者，保護半導體激光元件的第一組件和保護光纖的入射端面的入射端面保護裝置分別設(shè)置，從而可減小其他光學部件的固定中使用的粘接劑或模塊制造工序中混入的揮發(fā)污染成分的影響，可提高模塊整體的可靠性。這樣，預(yù)先對光密度高的部分實施污染對策，對光密度低的部位，可省略脫氣處理等可靠性提高對策，可簡化模塊整體的制造過程。
如上所述，光密度越高越容易引起污染效果(集塵效果)。尾纜型模塊中，一般半導體激光元件射出端高密度最高，接著是光纖入射端較高。來自半導體激光元件的射出光具有大大加寬的特性。因此，半導體激光元件中，像CAN組件代表的那樣，作成離開半導體激光元件端面某距離的中間維持高的清潔度，保護光密度高的半導體激光元件端面的結(jié)構(gòu)，則來自半導體激光元件的激光束由向外部放射的CAN組件窗口面發(fā)散激光，從而難以引起污染效果。向光纖的射入射出光也同樣成為聚光光、放射光。因此，同樣在離開端面某距離的范圍內(nèi)維持高的清潔度并保護免受大氣破壞，將從保護部放射的邊界面的光密度抑制到很低，污染效果降低。
作為保護光纖的入射端面的保護裝置，使用固定于入射端面的、至少具有和固定的面相對的其他面的透明體的情況下，用簡單結(jié)構(gòu)可有效地使光纖的入射端面免受大氣破壞。
另外，作為保護光纖的入射端面的保護裝置，使用內(nèi)含光纖的入射端面并氣密密封的、與上述第一組件不同的第二組件的情況下，可有效地使光纖的入射端面免受大氣破壞。
第一組件、第二組件這兩個組件使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑，或者通過熔接或焊接氣密密封，可抑制成為污染原因的揮發(fā)成分的產(chǎn)生，抑制污染物質(zhì)的附著。
還包括內(nèi)含光纖的入射端面和入射端面保護裝置并氣密密封的第三組件，作為可進一步有效降低污染物質(zhì)對半導體激光元件和光纖的入射端的附著。
尤其，半導體激光元件射出350～500nm的波長時，能量高，集塵效果增大，因此采用本發(fā)明可有效防止污染物質(zhì)的附著。而且在將來自多個半導體激光元件或多腔體半導體激光元件的多個激光混合到一根光纖中的激光模塊中，由于光纖端面上的光強度非常高，采用本發(fā)明的效果非常高。


圖1是第一實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖2是玻璃塊密封的另一例子；圖3是玻璃塊密封的又一例子；圖4是第二實施方式的激光模塊的密封形態(tài)模式圖(其一)；圖5是第二實施方式的激光模塊的密封形態(tài)模式圖(其二)；圖6是模式(1)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖7是圖6所示的激光模塊的局部放大圖；圖8是模式(5)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖9是模式(7)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖10是圖9所示的激光模塊的側(cè)截面圖；圖11是模式(3)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖12是模式(3)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖13是模式(3)的實施方式的激光模塊的側(cè)截面圖；圖14是半導體激光元件的基板的制造方法；圖15是表示半導體激光元件的層結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式
下面使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
首先，說明本發(fā)明第一實施方式的激光模塊。圖1是表示其簡要結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
本實施方式的激光模塊在內(nèi)部包括半導體激光元件LD，由氣密密封的CAN組件10、聚光透鏡12、光纖13和熔接在該光纖13的入射端面14上的長方體的玻璃塊15構(gòu)成。在本實施方式中，CAN組件10是第一組件P1，熔接在該光纖13的入射端面14上的玻璃塊15是入射端面保護部件。
CAN組件10、聚光透鏡12和包括光纖13的玻璃塊15配置固定在公共的基板5上的各固定部件5a，5b和5c上，使得從半導體激光元件LD射出的激光束B由聚光透鏡12收斂(會聚)在光纖13的入射端面14。各自的固定中使用無焊劑焊錫或不包括Si系有機物的粘接劑7。另外，也可以通過熔接或焊接固定。
從半導體激光元件LD射出的激光束B從CAN組件10的玻璃窗射出到CAN組件10外部，由聚光透鏡12聚光，經(jīng)玻璃塊15入射到光纖13的芯并在光纖內(nèi)傳播，從光纖13的未示出的射出端面射出。
CAN組件10為去除內(nèi)部的揮發(fā)成分而實施脫氣處理，此外，還進行氣密密封。光纖13的入射端面14壓向并熔接在玻璃塊15。半導體激光元件LD包括在脫氣處理并氣密密封了的CAN組件10內(nèi)，在CAN組件10的脫氣處理時，不在脫氣處理裝置內(nèi)配備光纖13，因此不會受到光纖13的樹脂被膜的脫離氣體的影響。因此，CAN組件10內(nèi)部的污染物質(zhì)充分減少，可抑制污染物質(zhì)對半導體激光元件端面的附著。光纖13的入射端面14熔接在玻璃塊15，使得免受大氣破壞，可有效防止污染物質(zhì)對光纖13的入射端面14的附著。
聚光透鏡12由于光密度達不到那種高度，因此可露出到外部。但是，為進一步提高模塊的可靠性，希望如圖中的虛線所示那樣具備覆蓋基板上配置的各個部件的氣密密封了的組件(第三組件)P3為好。
上述實施方式中，作為入射端面保護部件，使用玻璃塊，但可以是透明體，也可以使用塑料。
另外，上述實施方式中，通過熔融在光纖13的入射端面14上固定玻璃塊15，但如圖2所示，可將光纖13的入射端面附近的周圍金屬化并形成金屬層16，再金屬化玻璃塊15的光纖13的固定面并形成金屬層17，通過焊錫18固定光纖13和玻璃塊15。由于玻璃塊的入射面上提高光束透過率，所以最好實施對激光束的振動波長無反射的端面涂布。
如圖3所示，剝開光纖13的入射端側(cè)的樹脂被膜13b來安裝玻璃制的套圈(ferrule)33，也可以將其壓向玻璃塊15，保持成光纖13的導線束13a的整個芯部與玻璃塊15接觸。套圈33的前端實施研磨，成為球面狀。如圖3所示，與套圈33嵌合，作為保持該套圈33的保持部的插座30通過焊錫18固定于玻璃塊15，另外，也可以包括連接器31，該連接器31帶有嵌合于插座30并將套圈22壓向玻璃面的螺釘32。這樣，可分離處理光纖13，所以激光模塊的處理性提高。
在任一情況下，都是保護光纖13的入射端來實施光纖13的模塊組裝。
上述第一實施方式是將固定在入射端面14上的透明體用作保護光纖13的入射端面14的保護部件，但下面說明包括內(nèi)含入射端面14的第二組件P2來作為保護部件的實施方式。
本發(fā)明的第二實施方式的半導體激光元件基本上包括半導體激光元件LD、聚光光學系統(tǒng)、光纖13、將它們按規(guī)定位置關(guān)系保持固定的固定部件、內(nèi)含半導體激光元件LD并氣密密封的第一組件P1、內(nèi)含光纖13的入射端面14并氣密密封的第二組件P2。本實施方式根據(jù)第一組件P1和第二組件P2是分別內(nèi)含除半導體激光元件LD、光纖的入射端面以外的其他部件，還是不包含其他部件來大致分為8個模式。圖4中按模式(1)～(8)表示出模式圖并進行說明。
圖4中，半導體激光元件用LD表示、光纖用F表示、包含聚光光學系統(tǒng)的光學部件用L表示。在各個組件中包括未示出的光入射窗或光射出窗部件(密封部件)，但有時光學部件兼用作窗部件。光學部件由1個或2個以上的要素構(gòu)成。第一組件P1內(nèi)含半導體激光元件LD，第二組件P2內(nèi)含光纖13的入射端面14并分別氣密密封，關(guān)于這一點二者是公共的，關(guān)于各自的模式，僅說明特征部分和不同點。
模式(1)是第一組件P1和第二組件P2完全獨立地密封，光學部件L未內(nèi)含在任一組件中。
模式(2)是第二組件P2內(nèi)含光學部件L的至少一部分。
模式(3)是第二組件P2內(nèi)含第一組件P1的至少一部分和光學部件L。
模式(4)是第一組件P1內(nèi)含光學部件L的至少一部分。
模式(5)是第一組件P1和第二組件P2各自內(nèi)含光學部件L的一部分。
模式(6)是第一組件P1內(nèi)含光學部件L的一部分，第二組件P2內(nèi)含第一組件P1的至少一部分和光學部件L。
模式(7)是第一組件P1內(nèi)含光學部件L和第二組件P2的至少一部分。
模式(8)是第二組件P2內(nèi)含光學部件L的至少一部分，第一組件P1內(nèi)含第二組件P2的至少一部分和光學部件L。
像模式(3)、(6)、(7)、(8)那樣，任一組件包含另一組件的至少一部分時意味著通過部分包含另一組件來密封，例如模式(3)是含如圖5的模式圖中所示的(a)~(c)那樣物資。即，不僅是如圖5(a)所示，第二組件P2全部包含第一組件P1的狀態(tài)，還包含如圖(b)所示，第二組件P2包含第一組件P1的一部分、由該第一組件P1密封的狀態(tài)，和如圖(c)所示，第二組件P2由第一組件P2的密封窗玻璃部分W密封的狀態(tài)。
在任一模式(1)～(8)中，包括進一步內(nèi)含第一組件P1和第二組件P2的第三組件P3。通過包括第三組件P3，可進一步抑制對光密度高的部分的集塵效果，提高激光模塊的可靠性。
圖6是上述模式(1)的具體激光模塊的實施方式的側(cè)截面圖。圖7是該激光模塊的第二組件的部分放大截面圖。該激光模塊是將作為內(nèi)含半導體激光元件LD并氣密密封的第一組件P1的CAN組件10、將從CAN組件10射出的激光束B變化為平行光的準直透鏡19、聚光透鏡12、光纖13和內(nèi)含該光纖13的入射端面14并氣密密封了的第二組件P2，固定在框體38的各固定部件上。從半導體激光元件LD射出的激光束B由聚光透鏡12調(diào)整并配置固定，使得其收斂在光纖13的入射端面14。各自的固定中使用無焊劑焊錫或不包括Si系有機物的粘接劑7。另外，也可以通過熔接或焊接固定。
從半導體激光元件LD射出的激光束B從CAN組件10的玻璃窗射出到CAN組件10外部，由聚光透鏡12聚光，入射到光纖13的芯并在光纖內(nèi)傳播，從光纖13的未示出的射出端面射出。
CAN組件10為去除內(nèi)部的揮發(fā)成分而實施脫氣處理，此外，還進行氣密密封。半導體激光元件LD包括在脫氣處理并氣密密封了的CAN組件10內(nèi)，在CAN組件10脫氣處理時，不在脫氣處理裝置內(nèi)配備光纖13，因此不會受到光纖13的樹脂被膜13b的脫離氣體的影響。因此，CAN組件10內(nèi)部的污染物質(zhì)充分減少，可抑制污染物質(zhì)對半導體激光元件端面的附著。
第二組件P2由具有圓筒狀的套圈保持部的套圈保持部件37、玻璃制的套圈33和在套圈保持部件37的與套圈33相對的側(cè)設(shè)置的玻璃板35構(gòu)成。
第二組件P2的密封如下進行。去除光纖13的入射端面14附近的樹脂被膜后，通過套圈33的中心細孔，熔接并密封與套圈33。套圈33的周圍通過蒸鍍或電鍍實施所謂的金屬化加工，通過光纖導線束13a的套圈33的端面研磨并加工為球面或平面，之后，通過蒸鍍實施AR涂覆。AR涂覆時，使用冷卻光纖被膜的器具，蒸鍍時的光纖端面的高溫狀態(tài)不會傳遞到被膜。套圈保持部件37在前面實施鍍金，實施脫氣處理。該保持部件37上由無焊劑焊錫39密封固定套圈33。另外，將兩面上實施AR涂覆的玻璃板35用相同的無焊劑焊錫密封固定。密封內(nèi)部為潔凈區(qū)?？梢詾榈獨?、惰性氣體。由此，光纖13的入射端面14免受大氣破壞，可有效防止污染物質(zhì)對光纖13的入射端面14的附著。
本實施方式中，覆蓋CAN組件10、準直透鏡19和聚光透鏡12，在壁面上有開口的框體38的開口部通過該套圈保持部件37的一部分焊錫固定第二組件P2?？蝮w38不必要氣密密封，但通過氣密密封可更有效抑制集塵效果。
接著說明作為模式(5)的實施方式的激光模塊。圖8是表示該激光模塊的簡要結(jié)構(gòu)的側(cè)截面圖。
該模塊將半導體激光元件LD和準直透鏡容納在CAN組件10內(nèi)，該CAN組件10和聚光透鏡12以及光纖13的入射端面14內(nèi)含在一個組件60內(nèi)。保持聚光透鏡12的固定部66形成為容納聚光透鏡12的圓筒部狀，在該圓筒部通過無焊劑焊錫或不包括Si系有機物的粘接劑7而固定聚光透鏡12。聚光透鏡12具有將組件60內(nèi)部分離為2個空間的功能。即，組件60可視為一體構(gòu)成內(nèi)含CAN組件10的第一組件部分P1和內(nèi)含光纖13的入射端面14的第二組件部分P2。光纖13插入在組件60的第二組件部分P2的壁面上設(shè)置的孔并由無焊劑焊錫39密封固定。該激光模塊中，半導體激光元件LD和準直透鏡19不內(nèi)含在CAN組件10中而內(nèi)含在第一組件P1中，因此可得到充分的防集塵效果。但是，由于備有CAN組件，更有效進行防集塵。
接著說明作為模式(7)的實施方式的激光模塊。圖9和圖10是表示該激光模塊的簡要結(jié)構(gòu)的平面圖和側(cè)面圖。
本實施方式的激光模塊如圖9和圖10所示，作為在由銅或銅合金構(gòu)成的加熱塊(放熱塊)50上固定排列的一個例子，將8個GaN系半導體激光器LD1～8、準直透鏡陣列46、聚光透鏡12容納在作為具有光射出開口36的第一組件的組件40內(nèi)，覆蓋光射出開口36來將內(nèi)含光纖13并氣密密封的第二組件固定在第一組件40上。
第二組件P2與圖6和圖7所示同樣結(jié)構(gòu)，由具有圓筒狀的套圈保持部的套圈保持部件37、玻璃制造的套圈33和在套圈保持部件37的與套圈33相對的側(cè)設(shè)置的玻璃板35構(gòu)成。第二組件P2通過該第二組件P2的玻璃板35密封光射出開口36并固定于第一組件40上。即，玻璃板35作為第二組件P2的光入射窗部件的同時，也是第一組件的光射出部件。
另外，該圖9和圖10表示本實施方式的激光模塊的基本結(jié)構(gòu)，簡要表示出準直透鏡陣列11和聚光透鏡12的形狀。為避免圖復(fù)雜化，GaN系半導體激光元件中，僅對兩端配置的元件LD1和LD8加上符號，而激光束B1～B8中僅對B1和B8加上符號。GaN系半導體激光元件LD1～8可將例如AlN構(gòu)成的副框架(submount)上固定的部件安裝于加熱塊上。
從這些GaN系半導體激光元件LD1～8按發(fā)散狀態(tài)射出的激光束B1～8分別由透鏡陣列46變化為平行光。變?yōu)槠叫泄獾募す馐鳥1～8由聚光透鏡12聚光，由光纖13的入射端面14收斂。
在本例中，透鏡陣列11和聚光透鏡12構(gòu)成聚光光學系統(tǒng)，由其和光纖13構(gòu)成合波光學系統(tǒng)。即，由聚光透鏡12如上所述聚光的激光束B1～8入射到該光纖13的芯并傳播過光纖13，合波為1個激光束B并從光纖13的未示出的射出端面射出。
組件40的底面上固定基板42，該基板42的上面安裝加熱塊10，并且該加熱塊10上固定保持透鏡陣列11的準直透鏡夾具44。另外，基板42的上面固定保持聚光透鏡12的聚光透鏡夾具45。而且，向GaN系半導體激光元件LD1～8供給驅(qū)動電流的布線類47通過在組件40的與設(shè)置光射出窗16的壁面相面對的橫壁面上形成的開口引向組件外。
本實施方式的激光模塊中，從多個半導體激光元件LD1～8射出的激光束B1～8收斂在光纖13的入射端面，因此光纖13的入射端面的光密度非常高。如本實施方式那樣，光纖13的入射端面14氣密密封到第二組件內(nèi)，免受大氣破壞，因此對入射端面14的集塵抑制效果大。
另外，在本實施方式中，包括單腔體的8個半導體激光元件LD1～8，但可安裝具有4個等的例如2腔體的半導體激光元件的多腔體的芯片，也可安裝具有8腔體的半導體激光棒一1元件。而且不限于GaN系半導體激光元件。
圖11是模式(3)的具體的激光模塊的實施方式的側(cè)截面圖。該激光模塊包括作為第一組件P1的內(nèi)含半導體激光元件LD的CAN組件10、和內(nèi)含光纖13的入射端面14的同時還容納聚光透鏡12與CAN組件10的第二組件P2。CAN組件10和第二組件P2一起氣密密封，因此，半導體激光元件LD為2次密封狀態(tài)。半導體激光元件端面光密度特別高并且集塵效果高，因此這樣2次密封使得集塵效果的抑制更有效。模式(6)的情況下，選擇第二組件P2完全內(nèi)含第一組件P1的形式，可取得相同效果。
模式(7)、模式(8)的情況下，尤其是將內(nèi)含光纖入射端面的第二組件P2完全內(nèi)含在第一組件中的結(jié)構(gòu)適用于包括多個半導體激光元件、將從該多個半導體激光元件射出的光合波在一根光纖中的合波型激光模塊中時是有效的。將從多個半導體激光元件射出的激光束合波的光纖的入射端面在各個半導體激光元件端面以上光密度變高，集塵效果也提高。因此，合波型的激光模塊中，適用2次密封光纖入射端面的結(jié)構(gòu)。
模式(3)的另一激光模塊的實施方式在圖12和圖13中表示。各個激光模塊包括CAN組件10、聚光透鏡12和光纖13，第二組件P2是內(nèi)含作為第一組件的CAN組件10、聚光透鏡12和光纖13的入射端面14并氣密密封的結(jié)構(gòu)。
圖12中，第二組件P2由容納CAN組件10和聚光透鏡12的圓筒體21、和經(jīng)O型環(huán)23通過螺紋對該圓筒體21構(gòu)成使用O型環(huán)23的壓接密封結(jié)構(gòu)的蓋體22構(gòu)成。光纖13插入蓋體22上設(shè)置的孔并密封固定。另一方面，圖13中，第二組件P2具有由金屬套筒25構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)，由內(nèi)周上帶有螺釘槽的金屬套筒25、保持CAN組件10的同時包括與套筒25的一部分25a對接的面26a的具有凸緣的保持體26、容納聚光透鏡12的圓筒體27構(gòu)成，將套筒25的一部分25a對接凸緣的對接面26a，螺紋結(jié)合于圓筒體27，從而將圓筒體27壓入保持體26側(cè)，用二者的斜面部27b和26b密封空間。光纖13插入設(shè)置在圓筒體27的底上的孔而被密封固定。
如圖12和圖13所示，將第二組件P2具有使用O型環(huán)、金屬套筒的螺緊結(jié)構(gòu)時，由于半導體激光元件LD的故障、光纖13的污染等產(chǎn)生透過率降低的情況下，也有能夠簡單地進行更換的優(yōu)點。但是，與通過熔接、焊錫、粘接劑等構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)相比，有密封可靠性差、污染對光纖部造成的惡化早的缺點。作為O型環(huán)，希望使用不包含Si系有機物的，尤其希望使用氟系樹脂。
在各實施方式中，作為第一組件、第二組件和第三組件中填充的氣體，主要由惰性氣體構(gòu)成。作為惰性氣體，可舉出氮氣、稀有氣體等。另外，也可以是惰性氣體和1ppm以上濃度的氧、鹵素族氣體和鹵素化合物的至少一種氣體的混合氣體，例如，可使用作為與大氣同比率的氮氣、氧氣混合氣體的凈化空氣。
密封氣氛中包含1ppm以上的濃度的氧時，可更有效地抑制激光模塊的惡化。得到這種惡化抑制效果的提高是由于密封氣氛中包含的氧，氧化分解由烴成分的光分解產(chǎn)生的固體物。
所謂鹵素族氣體是氯氣(Cl2)、氟氣(F2)等的鹵素氣體，所謂鹵素化合物氣體是包含氯原子(Cl)、溴原子(Br)、碘原子(I)、氟原子(F)等的鹵素原子的氣體狀化合物。
作為鹵素化合物氣體，可舉出CF3Cl、CF2C12、CFC13、CF3Br、CCl4、CCl4-O2、C2F4C12、Cl-H2、CF3Br、PCl3、CF4、SF6、NF3、XeF2、C2F8、CHF3等，但氟或氯和碳(C)、氮(N)、硫(S)、氙(Xe)的化合物更好，包含氟原子的尤其好。
鹵素族氣體，即使微量也發(fā)揮惡化抑制效果，但為得到明顯的惡化抑制效果，鹵素族氣體的含量最好是1ppm以上。得到這樣的惡化抑制效果是為了由密封氣氛中包含的鹵素族氣體分解有機硅化合物氣體的光分解產(chǎn)生的沉積物。
作為組件內(nèi)部的半導體激光元件、聚光光學系統(tǒng)和光纖的固定、組件的密封形式，舉出了部分使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑的例子，但希望各部件的固定和密封全部使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑或通過熔接或焊接進行。
作為不包含Si系有機物的粘接劑，可舉出是例如特開2001-177166號公報中記載的脂環(huán)式環(huán)氧化合物、具有氧雜環(huán)基的化合物、和含催化劑量的氨鹽光反應(yīng)引發(fā)劑的粘接性組合物。
作為無焊劑焊錫，可舉出例如Sn-Pb、Sn-In、Sn-Pb-In、Au-Sn、Ag-Sn、Sn-Ag-In等。通常的焊錫材料中包含的焊劑是污染的主要原因，但使用無焊劑焊錫，不用擔心產(chǎn)生污染物質(zhì)?？紤]環(huán)境使用無鉛焊錫為宜。
熔接可利用市售的縫熔接機、例如日本アビオニク公司制造的縫熔接機進行。具體說，在組件上裝蓋子，通過縫熔接機對組件的蓋子與框體的邊界部施加高電壓可進行組件的熔接密封。熔融可使用市售的熔融機，例如FITEL.S-2000進行。
接著說明上述實施方式中使用的半導體激光元件的一個例子的GaN系半導體激光元件的制造方法。圖14是表示GaN系半導體激光元件的制造工序的截面圖。
如圖14(a)所示，通過有機金屬氣相生長法將三甲基鎵(TMG)和氨用于生長原料，將硅烷氣體用作n型摻雜氣體，將茂基鎂(Cp2Mg)用作p型摻雜劑，在(0001)C面藍寶石基板121上在500℃下按20nm左右膜厚形成GaN緩沖層122。接著，將溫度設(shè)到1050℃并生長2微米左右的GaN層133。此外，形成SiO2膜124，涂布抗蝕劑125后使用通常的光刻法。
在[式1]<1 100>
方向上去除3微米寬的SiO2膜124，形成寬度7微米左右的SiO2膜124的線部，從而形成10微米左右的周期的線下空間的模式。
接著如圖14(b)所示，將抗蝕劑層125和SiO2膜124作為掩膜，使用氯系的氣體通過干蝕刻去除緩沖層122和GaN層123，直到藍寶石基板121上面，之后去除抗蝕劑層125和SiO2膜124。此時，藍寶石基板121可稍稍被蝕刻。
接著如圖14(c)所示，選擇生長20微米左右的GaN層126。此時，通過橫向生長，最終合成條狀，表面平坦化。此時，緩沖層122和GaN層123構(gòu)成的層的線部上部產(chǎn)生貫通，但該線部之間的GaN層126中不產(chǎn)生貫通錯位。
接著在GaN層126上形成SiO2膜127，如圖14(d)所示，將位于殘留上述緩沖層122和GaN層123的線部之間的空間部中央的SiO2膜127，去除3微米左右。
接著如圖14(e)所示，將生長溫度設(shè)為1050℃，將GaN層128選擇生長20微米左右。通過此時的橫向生長，最終合成條狀，表面平坦化。
接著，在GaN層128上形成SiO2膜129，如圖14(f)所示，將位于剩余的SiO2膜127中央的SiO2膜129，去除3微米左右，此外，將生長溫度設(shè)為1050℃，將GaN層130選擇生長20微米左右。
最后如圖14(g)所示，如上所述做成的GaN基板上生長100～200微米左右的n-GaN層131后，從藍寶石基板去除，直到GaN層130，使n-GaN層131成為圖15所示的n型GaN基板141。圖15是說明半導體激光元件的層結(jié)構(gòu)的剖開前的晶片的一部分的截面圖。
接著如圖15所示，如上述制作的n型GaN基板141上層疊n-GaN緩沖層142、150對n-Al0.14Ga0.85N(2.5nm)/GaN(2.5nm)超晶格包層143、n-GaN光導波層144、n-In0.02Ga0.98N(10.5nm)/n-In0.15Ga0.85N(3.5nm)三重量子井活性層145、p-Al0.2Ga0.8N載體塊層146、p-GaN光導波層147、150對p-Al0.14Ga0.85N(2.5nm)/GaN(2.5nm)超晶格包層148、p-GaN接觸層149。這里，將Mg用作p型雜質(zhì)。為活化該Mg，使用生長后在氮氣氣氛中進行熱處理或在富氮氣氛中進行生長的方法之一。
接著，制造橫向單模式半導體激光器的情況下，為形成橫模式為一個的條狀區(qū)域，按100～500微米的間距形成具有寬1～3微米的條狀的開口的SiO2掩膜150，在制作橫向多模式的寬半導體激光器的情況下，按100～500微米的間距形成具有寬幾個～50微米的條狀的開口的SiO2掩膜150。從具有幾個～50微米寬的條狀區(qū)域的橫向多模式的寬半導體激光器可得到數(shù)百～2000mW左右的輸出。
接著覆蓋條狀開口形成Ni/Au構(gòu)成的條狀p電極151。接著，研磨基板141，形成由Ti/Au構(gòu)成的n電極152，在剖開形成的共振器面上進行高反射涂布、低反射涂布，之后，再剖開完成具有規(guī)定數(shù)的腔體、共振器長度的半導體激光元件LD。
作為多腔體的半導體激光元件時，共振器長為100～1500微米，優(yōu)選的是400微米，按例如發(fā)光點排列方向的長度為1cm剖開，在腔體面上進行高反射、低反射涂布，例如完成具有20個腔體的棒狀元件。形成多腔體時，根據(jù)需要腔體數(shù)按發(fā)光點排列方向的元件寬度實施剖開，形成元件。
形成單腔體的半導體激光元件時，按與條狀區(qū)域的形成間距同等的100～500微米間距剖開，形成具有單腔體的共振器長400微米的元件。
這種GaN系半導體激光器輸出的500nm以下的波長的激光束是高能量的，因此激光器端面和光纖的入射端面中，光密度非常高，為此，集塵效果也高。因此，包括產(chǎn)生這種高能量的激光束的半導體激光元件的激光模塊中，像本發(fā)明這樣，為分別使半導體激光元件和入射端面免受大氣破壞的結(jié)構(gòu)，有效抑制集塵。
另外，本發(fā)明的激光模塊中，作為組件內(nèi)容納的半導體激光元件的形式，除上述實施方式所示的將離散單腔體芯片配置為陣列狀外，可以是將1個多腔體半導體激光元件(LD棒)、多個多腔體半導體激光元件按陣列狀排列、或是單腔體半導體激光元件和多腔體半導體激光元件的組合等。
權(quán)利要求
1.一種激光模塊，其特征在于設(shè)置一個或多個半導體激光元件；聚光光學系統(tǒng)；光纖；在由上述聚光光學系統(tǒng)將從上述半導體激光元件射出的激光束耦合在上述光纖的入射端面上的相對位置上固定上述半導體激光元件、上述聚光光學系統(tǒng)和上述光纖的固定裝置；內(nèi)含上述半導體激光元件并氣密地密封的第一組件；使上述光纖的入射端面免受大氣破壞的入射端面保護裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光模塊，其特征在于上述第一組件使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑，或者通過熔接或焊接氣密密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光模塊，其特征在于上述第一組件內(nèi)部用惰性氣體充滿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光模塊，其特征在于上述惰性氣體中混入了1ppm以上的濃度的氧、鹵素族氣體和/或鹵素化合物氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述保護裝置是固定于上述入射端面的、至少具有和固定的面相對的其他面的透明體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述保護裝置是內(nèi)含上述光纖的入射端面并氣密密封的、與上述第一組件不同的第二組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光模塊，其特征在于上述第二組件使用無焊劑焊錫或不包含Si系有機物的粘接劑，或者通過熔接或焊接氣密密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光模塊，其特征在于上述第一或第二組件中至少一個使用不包含Si有機物的樹脂，以壓接氣密密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述第二組件內(nèi)部用惰性氣體充滿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光模塊，其特征在于上述惰性氣體中混入了1ppm以上的濃度的氧、鹵素族氣體和/或鹵素化合物氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述第一組件內(nèi)含在上述第二組件中。
12.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述第二組件內(nèi)含在上述第一組件中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述第一組件還包括內(nèi)含上述光纖的入射端面和上述入射端面保護裝置并氣密密封的第三組件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述半導體激光元件的振動波長為350nm～500nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～14的任意1項中所述的激光模塊，其特征在于上述半導體激光元件是陣列狀并置的多個單腔體半導體激光元件、1個多腔體半導體激光元件、陣列狀并置的多個多腔體半導體激光元件、單腔體半導體激光元件和多腔體半導體激光元件的組合中的任意一種。
全文摘要
在包括半導體激光元件、光纖、聚光從半導體激光元件射出的激光束并耦合于光纖的入射端的聚光光學系統(tǒng)的激光模塊中，得到高可靠性。在半導體激光元件LD、準直透鏡(19)、聚光透鏡(12)和光纖(13)按從半導體激光元件LD射出的激光束B被準直透鏡(19)變?yōu)槠叫泄狻⒈痪酃馔哥R(12)聚光并在光纖(13)的入射端面收斂的位置關(guān)系配置的激光模塊中，包括CAN組件(10)，作為內(nèi)含半導體激光元件LD并氣密地密封的第一組件，還包括第二組件P2，其內(nèi)含光纖(13)的入射端面并氣密地密封。
文檔編號H01S5/00GK1519997SQ20041000257
公開日2004年8月11日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者寺村友一, 山中英生, 生 申請人:富士膠片株式會社