JPH03194506A - 混成型光集積回路用光学結合回路及びその組立方法 - Google Patents
混成型光集積回路用光学結合回路及びその組立方法Info
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- JPH03194506A JPH03194506A JP33584389A JP33584389A JPH03194506A JP H03194506 A JPH03194506 A JP H03194506A JP 33584389 A JP33584389 A JP 33584389A JP 33584389 A JP33584389 A JP 33584389A JP H03194506 A JPH03194506 A JP H03194506A
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- circuit element
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- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、半導体光回路素子と誘電体光導波路とを一体
化した混成型光集積回路を構成するために必要となる小
型にして高効率の光学結合回路及びその組み立て方法に
関するものである。
化した混成型光集積回路を構成するために必要となる小
型にして高効率の光学結合回路及びその組み立て方法に
関するものである。
「従来の技術」
従来、誘電体導波路と半導体光素子を集積して光学結合
する方法としては直接結合法が使われていた。これは第
３図に示すように垂直に成形された導波路端面に半導体
光素子を近接して置くことによって光学結合する方法で
ある（例えば、山田泰文他、［ハイブリッド集積４Ｘ４
光ゲートスイツチ」、昭和６３年電子情報通信学会秋季
全国大会、講演番号Ｃ−１８６）。第３図において、符
号ｌは半導体光ゲート素子、符号２は石英リッジ型導波
路、符号３はＳｉ基板、符号４は半導体光ゲート素子の
活性層、符号５は導波路２のコア、符号６は電極パッド
、符号７は光ゲート用のヒートシンクを示している。
する方法としては直接結合法が使われていた。これは第
３図に示すように垂直に成形された導波路端面に半導体
光素子を近接して置くことによって光学結合する方法で
ある（例えば、山田泰文他、［ハイブリッド集積４Ｘ４
光ゲートスイツチ」、昭和６３年電子情報通信学会秋季
全国大会、講演番号Ｃ−１８６）。第３図において、符
号ｌは半導体光ゲート素子、符号２は石英リッジ型導波
路、符号３はＳｉ基板、符号４は半導体光ゲート素子の
活性層、符号５は導波路２のコア、符号６は電極パッド
、符号７は光ゲート用のヒートシンクを示している。
そして、この光学結合回路を組立ては、以下のように行
われていた。すなわち、Ｓｉ基板３上に火炎堆積法等に
より石英導波路２を形成した後、電極バッド６として、
Ａｕ−８ｕ等の比較的融点の低い合金を蒸着する。ここ
で石英導波路２は基板３からファ５までの高さが、素子
Ｉのボンディング面から活性層４までの高さに合うよう
に形成する。一方、素子１は予めヒートシンク７に電極
パッド６より融点の高い金属ハンダ（Ａｕ−３ｉ等）で
固定しておく。しかるのちこの導波路２と素子１を光軸
合せして基板３をバッド６の融点まで加熱して素子ｌを
基板３に固定して完成となる。
われていた。すなわち、Ｓｉ基板３上に火炎堆積法等に
より石英導波路２を形成した後、電極バッド６として、
Ａｕ−８ｕ等の比較的融点の低い合金を蒸着する。ここ
で石英導波路２は基板３からファ５までの高さが、素子
Ｉのボンディング面から活性層４までの高さに合うよう
に形成する。一方、素子１は予めヒートシンク７に電極
パッド６より融点の高い金属ハンダ（Ａｕ−３ｉ等）で
固定しておく。しかるのちこの導波路２と素子１を光軸
合せして基板３をバッド６の融点まで加熱して素子ｌを
基板３に固定して完成となる。
「発明が解決しようとする課題」
上記従来の光学結合回路では、半導体光ゲート素子ｌの
中の光ビームのスポットサイズ（通常１μｍ以下）と光
導波路２内のスポットサイズ（通常５μｍ程度）が大き
く異なるため高い結合効率が得られなかった。また、導
波路２の端面が垂直であるため反射した光が、半導体光
ゲート素子ｌに戻って来て半導体光ゲート素子１の特性
に悪い影響を与えるといった欠点もあった。そして、こ
の反射戻り光の影響を抑えるには、導波路２の端面に誘
電体の反射防止膜を付けるのが効果的であるが、第３図
のように集積化した構造の場合、斜め上方から膜付けす
ることになるので、特性の良い膜を付けるのは困難であ
った。
中の光ビームのスポットサイズ（通常１μｍ以下）と光
導波路２内のスポットサイズ（通常５μｍ程度）が大き
く異なるため高い結合効率が得られなかった。また、導
波路２の端面が垂直であるため反射した光が、半導体光
ゲート素子ｌに戻って来て半導体光ゲート素子１の特性
に悪い影響を与えるといった欠点もあった。そして、こ
の反射戻り光の影響を抑えるには、導波路２の端面に誘
電体の反射防止膜を付けるのが効果的であるが、第３図
のように集積化した構造の場合、斜め上方から膜付けす
ることになるので、特性の良い膜を付けるのは困難であ
った。
また、上記従来の組立方法であると、ハンダ凝固時や冷
却時に光軸がずれることが多く何度か再加熱・再調整を
繰返さないと光軸を最適位置に合わせることはできない
。ところが、上記のような組立法では何度も昇温すると
、バッド６の合金が素子１の端面にはい上ったり、ある
いは、素子１側のボンディング用電極が食われて、接続
不良になるといった事故が起き易かった。
却時に光軸がずれることが多く何度か再加熱・再調整を
繰返さないと光軸を最適位置に合わせることはできない
。ところが、上記のような組立法では何度も昇温すると
、バッド６の合金が素子１の端面にはい上ったり、ある
いは、素子１側のボンディング用電極が食われて、接続
不良になるといった事故が起き易かった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て、結合効率が高く、反射戻り光を低減した半導体光素
子と誘電体光導波路間の光学結合回路およびその確実な
組立法を提供することを目的としている。
て、結合効率が高く、反射戻り光を低減した半導体光素
子と誘電体光導波路間の光学結合回路およびその確実な
組立法を提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」
本発明の光学結合回路は、１つまたは複数の光入出力ポ
ートを持つ半導体光回路素子と、該光入出力ポートのピ
ンチに合わせて形成した誘電体光導波路とを備え、当該
光回路素子と導波路間に片端面を凸レンズ状に加工した
短尺のグレーデッドインデックス形多モード光ファイバ
（ＧＩファイバ）を配置したことを特徴としている。
ートを持つ半導体光回路素子と、該光入出力ポートのピ
ンチに合わせて形成した誘電体光導波路とを備え、当該
光回路素子と導波路間に片端面を凸レンズ状に加工した
短尺のグレーデッドインデックス形多モード光ファイバ
（ＧＩファイバ）を配置したことを特徴としている。
また、本発明の組み立て方法は、上記光結合回路を組み
立てるにあたり、まず基板上に誘電体光導波路と半導体
光回路素子用の電極パッドを形成し、次にその電極パッ
ドに光回路素子を金属ハンダ材でボンディングし、最後
にレンズ加工したＧＩファイバを位置合せして接着剤等
で固定することを特徴としている。
立てるにあたり、まず基板上に誘電体光導波路と半導体
光回路素子用の電極パッドを形成し、次にその電極パッ
ドに光回路素子を金属ハンダ材でボンディングし、最後
にレンズ加工したＧＩファイバを位置合せして接着剤等
で固定することを特徴としている。
「作用」
光学結合回路が上記のような構成であると、従来の直接
結合法に比べ、ＧＩファイバがレンズ効果を有するので
結合効率が高く、また凸レンズ加工することによって、
半導体光素子とＧＩファイバとの距離を離すことができ
るので、反射光が半導体光素子に戻る割合が小さくなる
。
結合法に比べ、ＧＩファイバがレンズ効果を有するので
結合効率が高く、また凸レンズ加工することによって、
半導体光素子とＧＩファイバとの距離を離すことができ
るので、反射光が半導体光素子に戻る割合が小さくなる
。
さらに反射戻り光を抑えるために、ＧＩファイバのみを
取り出して反射防止膜を付けることも容易にできる。
取り出して反射防止膜を付けることも容易にできる。
しかも、このＧＩファイバ自身は、例えば外径が１２５
μｍφ、長さが数ｌＯμｍ程度と非常に小さいので、集
積化した半導体光素子のように光入出力ポート間隔が狭
い（一般に数１００μｍ程度）ものにも十分対応可能で
ある。
μｍφ、長さが数ｌＯμｍ程度と非常に小さいので、集
積化した半導体光素子のように光入出力ポート間隔が狭
い（一般に数１００μｍ程度）ものにも十分対応可能で
ある。
また、上記のような組立方法によると、素子は所定の電
極パッドを目印にして、通常のボンディング工程に従っ
て固定するので、素子を損傷させる心配はない。さらに
、ＧＩファイバの位置固定は接着剤で良いので、温度の
上げ下げによる光軸ずれの問題もなくなり、組立時の歩
留りが向上する。
極パッドを目印にして、通常のボンディング工程に従っ
て固定するので、素子を損傷させる心配はない。さらに
、ＧＩファイバの位置固定は接着剤で良いので、温度の
上げ下げによる光軸ずれの問題もなくなり、組立時の歩
留りが向上する。
「実施例」
第１図（ａ）、第１図（ｂ）は、それぞれ本発明の第一
の実施例を説明する図であって、第１図（ａ）は光学結
合回路の側断面図、第１図（ｂ）は光学結合回路の平面
図である。
の実施例を説明する図であって、第１図（ａ）は光学結
合回路の側断面図、第１図（ｂ）は光学結合回路の平面
図である。
なお、第３図に示す光学結合回路と同様の構成要素には
同符号を付しその説明は省略する。
同符号を付しその説明は省略する。
第１図において、符号１ａは半導体レーザ素子、符号８
はＧＩファイバ、符号９はＧＩファイバ８のコア、符号
ｌＯは先球レンズ、符号１１はＧＩファイバ接着部を示
している。
はＧＩファイバ、符号９はＧＩファイバ８のコア、符号
ｌＯは先球レンズ、符号１１はＧＩファイバ接着部を示
している。
ここで、先球レンズｌＯは、ＧＩファイバ８のコア９の
端面を球面上に加工することにより形成されたもので、
この加工は例えば以下のような方法によることができる
。すなわち、ＧＩファイバ８のコア９の端面を、その軸
方向が液面に直交するようにして、緩衝フッ酸液に所定
時間浸せばよい。このようにすると、ＧＩファイバのコ
アは外周に近くなる程緩衝フッ酸液に溶は易いので、端
面が球面状になる。
端面を球面上に加工することにより形成されたもので、
この加工は例えば以下のような方法によることができる
。すなわち、ＧＩファイバ８のコア９の端面を、その軸
方向が液面に直交するようにして、緩衝フッ酸液に所定
時間浸せばよい。このようにすると、ＧＩファイバのコ
アは外周に近くなる程緩衝フッ酸液に溶は易いので、端
面が球面状になる。
また、ＧＩファイバ８は、外径が１２５μｍφで長さが
数１００μｍ程度のもので、長くとも１０ｍ ｍ以下の
短尺なものである。
数１００μｍ程度のもので、長くとも１０ｍ ｍ以下の
短尺なものである。
そして、第１図に示す光学結合回路を組立てるには、゛
まず、Ｓｉ基板３上に火炎堆積法により単一モード石英
導波路２を形成する。次いで電極パッド６を蒸着し、素
子ｌをＡｕ−５ｕ等の金属ハンダでボンディングする。
まず、Ｓｉ基板３上に火炎堆積法により単一モード石英
導波路２を形成する。次いで電極パッド６を蒸着し、素
子ｌをＡｕ−５ｕ等の金属ハンダでボンディングする。
その為、素子１ａを発光させておいて、石英導波路２か
ら出て来る光パワーが最大になるようにＧＩファイバ８
を位置合せして、ＵＶ接着剤で固定する。ここでＵＶ接
着剤はファイバの屈折率に近いものを用い、ＧＩファイ
バ８と石英導波路２の間にも注入しておいてマツチング
液としても機能させる。
ら出て来る光パワーが最大になるようにＧＩファイバ８
を位置合せして、ＵＶ接着剤で固定する。ここでＵＶ接
着剤はファイバの屈折率に近いものを用い、ＧＩファイ
バ８と石英導波路２の間にも注入しておいてマツチング
液としても機能させる。
この第一の実施例の光学結合回路によれば、以下のよう
な効果がある。すなわち、従来の直接結合法に比べ、Ｇ
Ｉファイバ８がレンズ作用を有するので結合効率が高（
なる。具体的には、従来の直接結合の場合に比べ、結合
効率の約４ｄＢ以上の改善がなされた。
な効果がある。すなわち、従来の直接結合法に比べ、Ｇ
Ｉファイバ８がレンズ作用を有するので結合効率が高（
なる。具体的には、従来の直接結合の場合に比べ、結合
効率の約４ｄＢ以上の改善がなされた。
また、コア９の先端が凸レンズ状にされていることによ
って、半導体光素子１ａとＣＩファイバ８との距離を離
すことができるので、反射光が半導体光素子１ａに戻る
割合が小さくなる。
って、半導体光素子１ａとＣＩファイバ８との距離を離
すことができるので、反射光が半導体光素子１ａに戻る
割合が小さくなる。
さらに反射戻り光を抑えるために、ＧＩファイバ８のみ
を取り出して反射防止膜を付けることも容易にできる。
を取り出して反射防止膜を付けることも容易にできる。
しかも、このＧＩファイバ自身は非常に小さくできるの
で、集積化した半導体光素子のように光入出力ポート間
隔が狭い（一般に数１００μｍ程度）ものにも十分対応
可能である。
で、集積化した半導体光素子のように光入出力ポート間
隔が狭い（一般に数１００μｍ程度）ものにも十分対応
可能である。
また、上記のような組立方法によると、素子は所定の電
極パッド６を目印にして、通常のボンディング工程に従
って固定するので、素子１ａを損傷させる心配はない。
極パッド６を目印にして、通常のボンディング工程に従
って固定するので、素子１ａを損傷させる心配はない。
さらに、ＧＩファイバ８の位置固定は接着剤で良いので
、温度の上げ下げによる光軸ずれの問題もなくなり、組
立時の歩留りが向上する。また、この組立法により、万
一固定時に光軸がずれてもＵＶ接着剤を有機溶媒で除去
することによりやり直しが可能となるので、組立時の失
敗はほとんどな（なる。
、温度の上げ下げによる光軸ずれの問題もなくなり、組
立時の歩留りが向上する。また、この組立法により、万
一固定時に光軸がずれてもＵＶ接着剤を有機溶媒で除去
することによりやり直しが可能となるので、組立時の失
敗はほとんどな（なる。
つぎに、第２図により本発明の第二の実施例を説明する
。第２図において、符号１ｂは２連のアレイレーザ素子
、符号１２はＣＩファイバを保持するファイバホルダを
示している。
。第２図において、符号１ｂは２連のアレイレーザ素子
、符号１２はＣＩファイバを保持するファイバホルダを
示している。
これを組立てるには、Ｓｉ基板３に石英導波路２と電極
パッド６を形成した後、ファイバホルダ１２を挿入する
ための溝を切る。この溝幅は、ＬＤ（アレイレーザ素子
ｌｂ）とＧＩファイバ８の間の距離に合せる。次いで、
電極パッド６にアレイレーザ素子１ｂをＡｕ−３ｕハン
ダでボンディングする。一方、レンズ付ＧＩファイバ８
ヲファイバホルダ１２にハンダまたは接着剤により固定
したものを別途製作する。しかる後、このファイバホル
ダを光軸合せして、ＵＶ硬化接着剤等を使って石英導波
路端面に貼付けて出来上りとなる。
パッド６を形成した後、ファイバホルダ１２を挿入する
ための溝を切る。この溝幅は、ＬＤ（アレイレーザ素子
ｌｂ）とＧＩファイバ８の間の距離に合せる。次いで、
電極パッド６にアレイレーザ素子１ｂをＡｕ−３ｕハン
ダでボンディングする。一方、レンズ付ＧＩファイバ８
ヲファイバホルダ１２にハンダまたは接着剤により固定
したものを別途製作する。しかる後、このファイバホル
ダを光軸合せして、ＵＶ硬化接着剤等を使って石英導波
路端面に貼付けて出来上りとなる。
この第二の実施例の光学結合回路によれば、前述の第一
の実施例と同様の効果があり、また、この第二の実施例
の組立法によれば、前述の第一の実施例の組立方法と同
様の効果に加えて、アレイ数を２連以上に増やしても光
軸合せは１か所のみで済むため組立工程が簡略化される
という効果がある。実際、製造時の歩み留りや結合効率
は第一の実施例と同レベルのものが得られている。
の実施例と同様の効果があり、また、この第二の実施例
の組立法によれば、前述の第一の実施例の組立方法と同
様の効果に加えて、アレイ数を２連以上に増やしても光
軸合せは１か所のみで済むため組立工程が簡略化される
という効果がある。実際、製造時の歩み留りや結合効率
は第一の実施例と同レベルのものが得られている。
なお、上記二つの実施例は、片端だけを結合した例であ
るが、両側を結合するものにおいても本発明を実施して
同様の効果を奏することができるのはいうまでもな（、
この場合の組立方法は同様の工程を繰返せばよい。
るが、両側を結合するものにおいても本発明を実施して
同様の効果を奏することができるのはいうまでもな（、
この場合の組立方法は同様の工程を繰返せばよい。
また、発光素子を例にとったが、受光素子モジュールに
もそのまま応用できる。
もそのまま応用できる。
また、導波路も石英導波路に限らず、屈折率が、ＧＩフ
ァイバに近いものであれば、有機高分子系の導波路でも
、多成分ガラス系の導波路でも、光ファイバをそのまま
を用いた導波路でも、同様の構成および組立法が適用可
能である。
ァイバに近いものであれば、有機高分子系の導波路でも
、多成分ガラス系の導波路でも、光ファイバをそのまま
を用いた導波路でも、同様の構成および組立法が適用可
能である。
また、ＧＩファイバ８の取り付けを接着剤により行って
いるが、これに限らず、例えばハンダあるいは溶接等に
よってもよい。
いるが、これに限らず、例えばハンダあるいは溶接等に
よってもよい。
「発明の効果」
本発明によれば、半導体光回路素子と誘電体光導波路と
を高効率で結合したモジュールを歩留り良く製造できる
という効果がある。
を高効率で結合したモジュールを歩留り良く製造できる
という効果がある。
第１図（ａ）、第１図（ｂ）はそれぞれ本発明の第一の
実施例を示す図であって、第１図（ａ）は光学結合回路
の側断面図、第１図（ｂ）は光学結合回路の平面図であ
る。 また、第２図は本発明の第二の実施例を示す図であって
、光学結合回路の斜視図である。 また、第３図は従来技術を示す図であって、光学結合回
路の側断面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・半導体光回路素子、２・・・・
・・誘電体光導波路、３・・・・・・基板、６・・・・
・・電極パッド、８・・・・・ＧＩファイバ１１・・・
・・・接着剤。
実施例を示す図であって、第１図（ａ）は光学結合回路
の側断面図、第１図（ｂ）は光学結合回路の平面図であ
る。 また、第２図は本発明の第二の実施例を示す図であって
、光学結合回路の斜視図である。 また、第３図は従来技術を示す図であって、光学結合回
路の側断面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・半導体光回路素子、２・・・・
・・誘電体光導波路、３・・・・・・基板、６・・・・
・・電極パッド、８・・・・・ＧＩファイバ１１・・・
・・・接着剤。
Claims (2)
- （１）１つまたは複数の光入出力ポートを持つ半導体光
回路素子と、該光入出力ポートのピッチに合わせて形成
した誘電体光導波路とを備え、当該光回路素子と導波路
間に片端面を凸レンズ状に加工した短尺のグレーデッド
インデックス形多モード光ファイバ（ＧＩファイバ）を
配置したことを特徴とする光学結合回路。 - （２）請求項１記載の光結合回路を組み立てるにあたり
、まず基板上に誘電体光導波路と半導体光回路素子用の
電極パッドを形成し、次にその電極パッドに光回路素子
を金属ハンダ材でボンディングし、最後にレンズ加工し
たＧＩファイバを位置合せして接着剤等で固定すること
を特徴とする光学結合回路の組立方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33584389A JPH03194506A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 混成型光集積回路用光学結合回路及びその組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33584389A JPH03194506A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 混成型光集積回路用光学結合回路及びその組立方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03194506A true JPH03194506A (ja) | 1991-08-26 |
Family
ID=18293017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33584389A Pending JPH03194506A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 混成型光集積回路用光学結合回路及びその組立方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03194506A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0826998A3 (en) * | 1996-08-27 | 1998-04-01 | Ando Electric Co., Ltd. | High-reflection attenuating light interception apparatus |
| JP2006221159A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-08-24 | Murata Mfg Co Ltd | 光送信モジュールおよびその製造方法 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33584389A patent/JPH03194506A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0826998A3 (en) * | 1996-08-27 | 1998-04-01 | Ando Electric Co., Ltd. | High-reflection attenuating light interception apparatus |
| JP2006221159A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-08-24 | Murata Mfg Co Ltd | 光送信モジュールおよびその製造方法 |
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