JPH02277010A - 光半導体チップと光ファイバの光学的結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 光半導体チップと光ファイバの光学的結合方法に関し、 作業性が良好で、高い光結合効率を長期間安定に維持す
るのに適した光学的結合方法の提供を目的とし、 光ファイバを被固定物上に密着固定した後、この光ファ
イバに強力なレーザ光を導き、光ファイバから出射した
レーザ光の上記被固定物への照射部分を溶融させて貫通
孔を形成し、上記被固定物の貫通孔形成部分に光半導体
チップを取り付けるようにして構成する。

産業上の利用分野 本発明は光半導体チップと光ファイバの光学的結合方法
に関する。

一般的な光通信システムにおいては、送信側で伝送情報
に基づき半導体レーザ（ＬＤ）及び発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）等の発光系光半導体の出射光の強度等を変調し、
変調された光を光ファイバからなる光伝送路により受信
側に伝送し、受信側でフォトダイオード（ＰＤ）等の受
光系光半導体により光−電気変換することによって、伝
送情報を再生するようにしている。光信号の効率的な送
信及び受信を行うためには、これら発光系及び受光系光
半導体と光ファイバとが高い光結合効率で光学的に結合
されていることが必要であり、高い光結合効率を長期間
安定に維持することが出来る光半導体チップと光ファイ
バの光学的結合方法が要望されている。

従来の技術 光半導体チップと光ファイバの従来の光学的結合方法を
第８図により説明する。まず、基板５１上に固定された
キャリア５２にＰＤチップ等の光半導体チップ５３を固
定しておき、テーパ先球光ファイバ５４のテーパ先球部
５４ａから出射した光が高い光結合効率で光半導体チッ
プ５３に入射するようにテーパ先球光ファイバ５４の位
置調整を行った後、溶融・凝固させた半田５５によりテ
ーパ先球光フアイバ５４を基板５１上に固定するもので
ある。光半導体チップ５３が受光系のものである場合に
は、上述のようにテーパ先球光ファイバ５４から出射し
た光の光−電気変換効率をモニタリングしなからテーパ
先球光ファイバ５４の位置調整を行うが、光半導体チッ
プ５３が発光系のものである場合には、チップ駆動電力
とテーパ先球光ファイバ５４に入射した光との電気−光
変換効率をモニタリングしながらテーパ先球光ファイバ
５４の位置調整を行う。尚、従来技術において、光半導
体チップ５３を固定した後にテーパ先球光ファイバ５４
の位置調整を行うようにしているのは、この方がテーパ
先球光フアイバ５４を基板５１に固定した後に光半導体
チップ５３の位置調整を行うよりも容易だからである。

発明が解決しようとする課題 上記従来方法は、光ファイバと光半導体チップとの光結
合効率をモニタリングしながら光ファイバの位置調整を
行うことを要するから、作業性が良好でない。又、光フ
ァイバと基板との開に光ファイバの位置調整範囲分の厚
みで半田が介在しているので、光ファイバに定常的な外
力が加わっていると、その力が小さいものであっても、
半田にクリープが生じて光ファイバと光半導体チップと
の相対的な位置関係が変化し、光ファイバと光半導体チ
ップとの光結合効率が経時的に変化する。

従って、従来方法は、高い光結合効率を長期間安定に維
持するのに適していない。

本発明はこのような事情に温みて創作°されたもので、
作業性が良好で、高い光結合効率を長期間安定に維持す
るのに適した光半導体チップと光ファイバの光学的結合
方法の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理説明図であり、この図により本発
明方法を説明する。

まず、同図（ａ）に示すように、光ファイバ１を被固定
物２上に密着固定した後、この光ファイバｌに強力なレ
ーザ光を導き、光ファイバｌから出射したレーザ光の被
固定物２への照射部分を溶融させて貫通孔３を形成する
。

そして、同図（ｂ）に示すように、被固定物２の貫通孔
３形成部分に光半導体チップ４を取り付ける。

作　　　用 本発明の構成によれば１．光半導体チップと光学的に結
合すべき光ファイバに被固定物を溶融させるのに十分な
パワーのレーザ光を導き、この強力なレーザ光の光路上
に貫通孔を形成するようにしているので、この貫通孔の
位置を目安に光半導体チップを被固定物に固定すること
が出来、光結合効率をモニタリングしながらの光ファイ
バ又は光半導体チップの位置調整が不要になる。その結
果、光半導体チップと光ファイバとを光学的に結合する
に際しての作業性が良好になる。

又、光ファイバを位置調整することなく先に被固定物上
に密着固定するようにしているので、光ファイバと被固
定物間の介在物のクリープ等による光ファイバと光半導
体チップの相対的位置関係の経時的な変動が防止され、
当初の高い光結合効率を長期間安定に維持することが出
来るようになる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図により、本発明方法の実施例における手順を説明
する。まず、同図（ａ）、　（ｂ）にそれぞれ側面図及
び正面図を示すように、金属、セラミックス等の材質か
らなる基板１１にＵ字溝１１ａを形成しておく。次に、
同図（Ｃ）に示すように、端面を斜めに研磨して全反射
面１２ａとした光ファイバ１２を基板のＵ字溝１１ａに
固定する。この固定は、光ファイバ１２の側面及びＵ字
溝１１ａをメタライズ処理しておき、溶融・凝固させた
半田１３により行うことが出来る。この場合、光ファイ
バの全反射面１２ａにおける反射光軸が基板１１に対し
て垂直になるようにし、又、半田１３にクリープが生じ
ないように、光ファイバ１２を基板のＵ字溝１１ａに十
分密着させておく。そして、同図（ｄ）に示すように、
光ファイバ１２の光軸ＯＡ　＋に沿って、基板１１を溶
融させるのに十分なパワーを持ったＹＡＧレーザ（波長
は１．０６μｍ又は１．１５μｍ）等のレーず光を光フ
ァイ／＜１２に導き入れる。こうすると、レーザ光は光
ファイバの全反射面１２ａで全反射して側面から光ファ
イバの中心軸に例えば垂直な方向に出射されるから、そ
の光路上にある基板１１にレーザ光が照射されて加熱部
分が溶融・蒸発し、貫通孔１１ｂが形成される。この場
合、光ファイバ１２の側面等にゴミが付着していると、
ゴミが燃焼してファイバ側面に焼き付き、出射レーザ光
のパワーが低下したり、或いは、最悪の場合光ファイバ
が加熱されて破損したりするので、基板１１に貫通孔１
１ｂを形成するに際しては、真空中或いはＮ２等の不活
性ガス中で作業を行うのが望ましい。最後に、同図（ｅ
）に示すように、この例では光半導体チップとしてＰＤ
（フォトダイオード）チップ１４をその受光面の中心が
貫通孔１１ｂの中心と一致するように貫通孔１１ｂ形成
部分に取り付ける。一般に貫通孔ｔｔｂを形成するのに
使用したレーザ光の光路とＦＤチップ１４に入射させる
べき光の光路とは一致するから、上述のように貫通孔１
１ｂの位置を目安にＰＤチップ１４を取り付けることに
よって、光結合効率のモニタリングを行いながらの位置
調整をすることなしに、光ファイバ１２とＦＤチップ１
４との光学的な結合をなすことが出来る。

第３図は本発明の実施例において使用することが出来る
ＰＤチップの斜視図である。どのＰＤチップ１４は、光
−電気変換機能を有する受光部２１と、受光部２１の外
周に沿って設けられた概略円環状の電極２２と、電極２
２の反対側に設けられた接地電極２３とを具備して構成
されている。

２４は電極２２と図示しない電子回路とを電気的に接続
するためのボンディングワイヤである。この実施例で特
徴的なことは、電極２２の上面に電極２２と同心円状に
円環状の突起２２ａを形成している点である。円環状の
突起２２ａは、例えば、電極２２を厚めに形成しておき
、これをエツチングにより部分的に除去することによっ
て、電極２２と一体に成形することが出来る。この円環
状の突起２２ａを設けておくことにより、以下のような
効果が生じる。

第４図は本発明の実施例におけるＰＤチップ１４取り付
は部の断面構成図である。本実施例ではＰＤチップの電
極２２に円環状の突起２２ａを形成しているので、ＰＤ
チップ１４を容易に基板１１に固定することが出来る。

即ち、円環状の突起２２ａの外径と基板の貫通孔ｉｔｂ
におけるＦＤチップ取り付は訊の内径とをほぼ一致させ
ておくことにより、円環状の突・起２２ａを貫通孔１１
ｂにはめこむだけで容易にＰＤチップ１４の基板１１に
対する位置の確定をなすことが出来、この状態で例えば
ダイボンディングによりＰＤチップ１４を基板１１に対
して固定することが出来る。

このように、本実施例によれば、光ファイバ１２とＰＤ
チップ１４との光結合効率をモニタリングしながらの位
置調整を全く要せずに、光ファイバ１２の導波光を高い
光結合効率でＰＤチップ１４に入射させることが出来る
ので、作業性が向上する。又、光ファイバ１２と基板の
Ｕ字溝１１ａとの距離についての調整しるが不要である
から、光ファイバ１２をＵ字溝１１ａに密着させて、ク
リープ等に起因する光結合効率の変動を防止することが
出来、当初の光結合効率を長期間安定に維持することが
出来る。

第５図により本発明方法の他の実施例における手順を説
明する。この実施例は、光ファイバとＬＤ（半導体レー
ザ）チップとを光学的に結合するものである。まず、同
図（ａ）に示すように、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂと
の間に突起部３１ｃが形成されている基板３１に、テー
パ先球部３２ａが形成されている光ファイバ３２を、テ
ーパ先球部３２ａが基板の突起部３１ｃに対向するよう
に、前実施例と同様にして固定する。次に、同図ら）に
示すように、光ファイバ３２の光軸ＯＡ、に沿って強力
なレーザ光を導き入れ、その出射光路上に位置する基板
の突起部３１ｃに貫通孔３１ｄを形成する。この場合、
テーパ先球Ｒ３２ａの集光作用により、光ファイバ３２
から出射したレーザ光を数μｍ−１０数μｍのビーム系
に絞ることが出来るので、レーザ光照射部分の光パワー
密度を高めることが出来、比較的にパワーが小さなレー
ザ光により貫通孔３１ｄを形成することが出来る。

そして、同図（Ｃ）に示すように、基板の貫通孔３１ｄ
形成部分にＬＤチップアセンブリ３３を取り付ける。

第６図は第５図に示す実施例において使用することが出
来るＬＤチップアセンブリ３３の斜視図、第７図はＬＤ
チップアセンブリ３３取り付は部の断面構成図である。

ＬＤチップアセンブリ３３は、その端部に板状突起４１
を有するヒートシンク４２と、ヒートシンク４２上にダ
イボンディングにより固定されたＬＤチップ４３とを具
備して構成されており、ヒートシンクの板状突起４１に
は、ＬＤチップの活性層４３ａの端面が対向する位置に
光通過孔４１ａが形成されている。又、光通過孔４１ａ
の周囲には、ＬＤチップ４３の出射光軸を中心として円
環状の突起４１ｂが形成されている。尚、光通過孔４１
ａ及び円環状の突起４１ｂは、金属材からなるヒートシ
ンクの板状突起４１をエツチングして形成することが出
来る。

このように、ＬＤチップアセンブリに円環状の突起４１
ｂを形成しておくことにより、前実施例と同様、円環状
の突起４１ｂを基板３１の貫通孔３１ｄにはめこむだけ
で、容易にＬＤチップ４３の位置の確定をなすことがで
きる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、作業性が良好で、
高い光結合効率を長期間安定に維持するのに適した光半
導体チップと光ファイバの光学的結合方法の提供が可能
になるという効果を奏する。

尚、第２図に示す実施例のように、光フアイバ端面を斜
めに研磨して光ファイバを基板に対して平行に固定する
ようにすれば、光ファイバを実装するのに要する体積が
減少し、装置の小型化が可能になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の実施例における手順を示す図、第３図
は本発明の実施例において使用することが出来るＰＤチ
ップの斜視図、 第４図は本発明の実施例におけるＰＤチップ取り付は部
の断面構成図、 第５図は本発明の他の実施例における手順を示す図、 第６図は本発明の他の実施例において使用することが出
来るＬＤチップアセンブリの斜視図、第７図は本発明の
他の実施例におけるＬＤチップアセンブリ取り付は部の
断面構成図、第８図は従来技術の説明図である。 １．１２．３２・・・光ファイバ、 ２・・・被固定物、 ３、ｌｌｂ、３１ｄ・・・貫通孔、 ４・・・光半導体チップ、 １１．３１・・・基板、 ・・・ＰＤ （フォトダイオード） チップ、 ３・・・ＬＤ （半導体レーザ） ３・・・ＬＤチップ。 チップアセンブリ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ファイバ（１）を被固定物（２）上に密着固定した後
   、 この光ファイバ（１）に強力なレーザ光を導き、光ファ
   イバ（１）から出射したレーザ光の上記被固定物（２）
   への照射部分を溶融させて貫通孔（３）を形成し、 上記被固定物（２）の貫通孔（３）形成部分に光半導体
   チップ（４）を取り付けるようにしたことを特徴とする
   光半導体チップと光ファイバの光学的結合方法。