JPH0329906A - 光モジュール - 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〕 光ファイバ等光学部品と受発光素子からなる光モジュー
ルに関し、 光ファイバ等光学部品に対する受発光素子の位置合わせ
作業の容易化と放熱効果の向上によって生産性を向上さ
せることを目的とし、 受発光素子搭載面上の所定領域に形成された第１の電極
上の端部近傍に、受発光領域が上記電極非形成領域側を
向くように受発光素子の片側電極を対向させて配置し、
該各電極間を接続固定して構成した受発光素子搭載基板
と、２個の段差面を持つ表面の凹面領域には上記第１の
電極と対応する位置に第２の電極が形成され、凸面領域
の該第２の電極と対応する位置で上記凹面領域に向かう
方向に形成した溝には、該溝の凹面Ｍ域｛，Ｑｊｌ端部
近傍に端面が位置するように光学部品を固定して構成し
た光学部品固定基板とからなり、」二記受発光素子の受
発光領域と」二記光学部品の端面が近接し且つ各光軸が
一致した状態で、上記受発光素子の他電極を上記第２の
電極と接続固定して構成する。

柱レンズの如き光学部品とフォト・ダイオード（ＰＤ）
やレーザ・ダイオー｝’　（ＬＤ）のような受発光素子
とで構成される光モジュールでは、光結合部分で上記光
学部品の光軸と受発光素子の光軸とを合致させると共に
両者の対向する面の間にｌＯ〜２０μｍ程度の間隙を持
たせて平行に保つことが必要であるがその位置合わせ作
業が容易でないことから効率的に光軸を合わせることが
できる光モジュールの開発が望まれており、また特に上
記受発光素子が発光素子の場合にはその光結合部分にお
ける放熱効果を高める必要がありその解決が強く求めら
れている。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光ファイハ等光学部品と受発光素子からなる光
モジュールに係り、特に光ファイハ等光学部品に対する
受発光素子の位置合わせ作業の容易化と放熱効果の向上
による生産性の向上を図った光モジュールに関する。

一般に、光ファイハや収束型ロンドレンズ，円〔従来の
技術〕 第４図は従来の光モジュールの構成例を示した図である
。

なお図では例として受発光素子にレーザ・ダイオードを
、また光学部品に光ファイハを使用した場合について説
明する。

第４図で、レーザ・ダイオード（以下ＬＤとする）１は
シリコン等からなる基盤２上に載置された状態にあり、
該ＬＤＩはその上下面に設けた電極１ａと１ｂの間にそ
れぞれの電極に繋がるリード線ｌａ’，ｌｂ　　“を介
して所要の電気信号を付与することによって、発光領域
１ｃから所定の光信号を図面右方向に射出するようにな
っている。

また、光ファイハ３は基盤２上に該光ファイハ３を挟む
ように配設されたガイト４によって位逆決めされ・た上
で接着等の手段で該基盤２に固定されており、また該光
ファイバ３のコア３ａが露出する先端端面３ｂ近傍は光
軸すなわちコア３ａが上記Ｉ、Ｄ１の発光領域１ｃの該
基盤面からの高さと等しくなるように該基盤２上の所定
位置に固定されている。

更に光ファイハ３の先端端面３ａ近傍に位置する上記ガ
イド４の端面４ａは、該光ファイハ３の端而３ａから図
示ｈ（例えば１０〜２０μｍ）だけ突出した位置に形成
されている。

そこで、上記光ファイハ３の図示されない他端側に例え
ば光検知器を接続すると共に」二記ＬＤＩの発光領域１
ｃを上述した方法で発光させて、該ＬＤ１を矢印八方向
に移動して該ＬＤＩの発光領域ｌｃ側の端面１ｄを上記
ガイド４の端面４ａに接触させた後にＢ方向にスライド
移動させると、上記光検知器が検知する光量が変化する
。

そこで該光検知器が検知する光量の最大位置で該ＬＤ１
を樹脂接着剤で基盤２に固定することによって上記Ｌ　
Ｄ　１の発光領域１ｃと上記光ファイバ３の光軸すなわ
ちコア３ａが合致した光モジュールを得ることができる
。

この場合には、Ｉ、Ｄ１の発光領域ｌｃ側の端面１ｄと
光ファイバ３の端面３ｂとの間には上記ｈ（１０〜２０
μｍ）の隙間が生し、該ＬＤＩが光ファイバ３に接触し
て該ＬＤＩの発光領域１ｃや光ファイバ３の端面３ｂを
損なうことがない。

従って、ＬＤＩを一次元方向（図のＢ方向）に移動させ
るだけで光軸を合わせることができて、効率のよい位置
合わせ作業が実施できる。

しかしかかる構成になる光モジュールでは、個々の位置
合わせ作業が必要であり、また基盤２に対する高さ方向
の光軸合わせすなわちアライメントが困難であるため上
記ＬＤＩの発光領域１ｃが高さ方向にばらついていると
そのアライメントができないと共に、ＬＤＩの発光領域
１ｃに対する端面１ｄの切出し精度や光ファイバ３の光
軸に対するガイド４の端面４ａの切出し精度等を上げる
必要がある。

更に該ＬＤＩのパワーが大きい場合には該Ｌ　Ｄ１から
発生ずる熱を放散させるため、露出する電極１ａ上に放
熱体を設けたりブロワー等で熱を放散させる必要がある
。

なおかかる方法以外に、例えばインジューム燐（ＩｎＰ
）の如き結晶基板に形成した半導体レーザ等の発光領域
に光ファイバを効率よく且つ正確に結合させる手段とし
て、該結晶基板の上記発光領域に対応する部分に通常の
異方性エッチング法によってＶ溝を形或し該Ｖ溝を光フ
ァイバのガイトとして使用する方法等がある。

しかしこの場合には、発光素子に制約があることから適
用範囲に制限が生じて一般的でない欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光モジュールでは、個々の位置合わせ作業が必要
であり、また基盤に固定した光ファイバに受発光素子を
アライメントするのに基盤に対する高さ方向のアライメ
ントに困難を伴うと共に受発光素子の受発光領域側の端
面の該受発光領域に対する切出し精度やガイド端面の光
ファイバ光軸に対する切出し精度等を上げなければなら
ないと言う問題があり、更に受発光素子がパワーの大き
いレーザ・ダイオードの如き発光素子の場合には充分な
放熱効果を得ることができないと言う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、受発光素子搭載面上の所定領域に形成さ
れた第１の電極上の端部近傍に、受発光領域が上記電極
非形戒領域側を向くように受発光素子の片側電極を対向
させて配置し、該各電極間を接続固定して構成した受発
光素子搭載基板と、２個の段差面を持つ表面の凹面領域
には上記第１の電極と対応する位置に第２の電極が形成
され、凸面領域の該第２の電極と対応する位置で上記凹
面領域に向かう方向に形成した溝には、該溝の凹面領域
側端部近傍に端面が位置するように光学部品を固定して
構成した光学部品固定基板とからなり、 上記受発光素子の受発光領域と上記光学部品の端面が近
接し且つ各光軸が一致した状態で、−Ｌ記受発光素子の
他電極が上記第２の電極と接続固定されている光モジュ
ールによって解決される。

〔作　用〕

−ｉに異方性エッチング技術を利用すると結晶基板上の
所定領域に、所要寸法に対してミクロンのオーダで合致
する精度の溝や凹凸面を形戒することができる。

本発明ではかかる異方性エッチング技術を利用して、受
発光素子搭載面と該受発光素子搭載面より所定深さだけ
低い凹の段差面とを備え且つ該受発光素子搭載面に第１
の電極が設けられている第１の結晶基板と、表面に光フ
ァイハの如き光学部品が収容できる大きさのＶ溝と該■
溝に該光学部品を収容した時の該光学部品の光軸からの
深さが上記受発光素子の受発光領域から該受発光素子の
底面までの高さとほぼ等しい位置に設けた該Ｖ溝を切断
する段差面とを備え且つ該段差面に第２の電極が設けら
れている第２の結晶基板を形成し、上記受発光素子搭載
面には上記第１の電極を介して受発光素子の片面をその
受発光領域が段差面側を向くように搭載固定して受発光
素子搭載基板を構成し、また上記第２の結晶基板のＶ溝
部分には光学部品をその端部が段差面側を向くように該
光学部品を端部と共に固定して光学部品固定基板を構成
した後、受発光素子の受発光領域と光学部品の端部を光
軸が合うように上記受発光素子搭載基板と光学部品固定
基板を対向配置した状態で上記受発光素子の他面電極を
上記第２の電極と接続固定して光モジュールを構成して
いる。

１０ 従って、受発光素子の受発光領域と光学部品の光軸との
合致作業が容易であると共に、受発光素子の両電極面が
面積の大きい第１および第２の粘晶基板に接続されるた
め放熱効果のよい光モシ，−一ルを構成することができ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図であり、第
２図は本発明の一実施例による光結合手１〜｝造を示す
側断面図、また第３図は他の実施例を示す図である。

なお第１図，第２図では第４図同様に受発光素子をレー
ザ・ダイオードとしまた光学部品を光ファイバとした場
合について説明する。

第１図で、■は発光素子搭載基板を、■は■におけるレ
ーザ・ダイオード１２を図の矢印八方向から見た正面図
、■は光ファイハ固定基板をそれぞれ表わしている。

第１図で、■に示す１１はコアｌｌａの径が５０μｍで
外径が１２５μｍの光ファイハである。

またレーザ・ダイオード（以下ＬＤとする）１２は■に
示すように、発光領域１２ａと該発光領域１２ａに近接
した電極１２ｂおよび該電極１２ｂと対向する裏面側に
形成された電極１２ｃを備え該各電極１２ｔ），１２ｃ
間に所定の電気信号を付与すること６こよって上記発光
領域１２ａから所定の光信号を射出するものであり、特
に図では上記発光領域１２ａの電極１２ｂからの隔たり
ｈが２μｍで全高Ｈが１００μｍに形成されているもの
である。

ここで、■６こ示ず基板１３は例えばシリコン（Ｓｉ）
を結晶方位（１００）で切断した厚さ０．５ｍｍ程度の
結晶基板１４の片面に、異方性工・ノチング技術で該基
板１４の表面１４ａから上記光ファイバ１１の外径のほ
ぼ１／２すなわち６３μｍ程度低い段差面１４ｂを形成
したものであるが、この場合表面１４ａと段差面１４ｂ
を結ぶ段差形或部は通常図示の如き斜面１４ｃに形成さ
れることになる。

そこで、ＣＶＤ等の技術によって該基板の表裏全面に酸
化珪素（ＳｉＯｚ）膜ｌ５を被覆し、更に該基板１４の
裏面１４ｄ｛↓りにはチタン／白金／金等からなる１１ １２ 裏面電極１６を約０．５μｍの厚さに蒸着形成すると共
に、表面１４ａの領域には上記段差面１４ｂ　６こ向か
う方向に厚さ２．５μｍ程度で例えばチタン／白金／金
／金・ゲルマニウム等からなる帯状の第１の電極１７を
ピッチｐｌが例えば２５０μｍになるように平行してパ
ターニング蒸着形或する。

そこで該各第１の電極１７上の段差形成部との０；ｉ：
部近傍に、前記ＬＤ１２をその発光領域１２ａが段差面
１４ｂ側を向くように該ＬＤ１２の電極１２ｂ面で半田
等で接続固定すると■で示す発光素子搭載基板１８を構
成することができる。

一方■に示す基板２０は、例えば前記結晶基板１４と同
様の結晶基板２１の片面に異方性エッチング技術で深さ
ｄが１０８　ｐ　ｒｎのＶ溝２１ａを２５０　ｐ　ｍの
ピッチ（ｐ２）で平行に複数個形成したものである。

特にこの場合の該Ｖ溝２１ａは、その頂角がほぼ１０９
．２°で常に一定して形成されることから上記深さｄの
みを設定することによって該Ｖ溝２１ａに固定される光
ファイバ１ｌの位置を確定することができる。

次いで、ダイシング・ソーで該Ｖ溝２１ａに直交する方
向で且つ少なくとも該光ファイバ１１を切断する深さ，
例えば該基板２０の表面２０ａからの深さＤが１６３μ
ｍの溝を形成しそのまま該満幅を拡げて段差面２０ｂを
形成する。

然る後、該基板２０の表裏全面に酸化珪素膜２２，２４
を被覆した後、■溝２１ａの形戒面全面に蒸着等の手段
で低融点ガラスからなる接着層２３を０．１μｍの厚さ
に被着形或する。

そこで該各Ｖ溝２１ａに２５０μｍピッチでアレイ化さ
れた光ファイバ１１を重ね合わせた状態で図示されない
治具で押圧しながら約５００゜Ｃに加熱して該光ファイ
バ１１を各■溝２１ａに接合し、更にダイシング・ソー
で該Ｖ溝２１ａに直交する方向で且つ少なくとも該光フ
ァイバ１１を切断する。

この時点で切断される上記光ファイバｌ１の各端面１ｌ
ｂにはコアｌｌａが露出することになる。

次いで該光ファイバ１１の部分にその端面１ｌｂを含ん
でレジストパターンを形成した後、該酸化珪素膜２４上
の各■溝２１ａと対応ずる位置にチタン／１３ １４ 白金／金等からなる帯状の第２の電極２５を５〜１０μ
ｍの厚さに華着等の手段で形成し、更に該各第２の電極
２５上の段差形或部側の端部にペレッＩ・状の金・錫合
金板を融材２６として添着して■で示す光ファイハ固定
基板２７を構成している。

そこで、■で示す上記発光素子搭載基板１８を矢印Ｂの
ように降下させて該発光素子搭載基板１８−ヒのＬＤＩ
２の電極１２ｃを■で示す光ファイハ固定基板２７上の
融材２６と接触させ、第１の電極１７および第２の電極
２５に所定の電気信号を付与させると上記発光素子１２
はその発光領域１２ａ部分で発光することから、該発光
素子搭載基板ｌ８を光ファイハ１１の方に押しつけなか
らＣ方向に移動させるだけで該発光素子１２の光軸すな
わち発光領域１２ａと光ファイハ１１の光軸すなわちコ
アとを合致させることができる。

この場合の光軸の合致を、光ファイハＨの図示されない
端部に接続した光検知器で光量を検出して行うことは第
４図で説明した通りである。

その状態で３００゜Ｃ程度に短時間加熱して融材２６で
第２の電極２５と発光素子１２の電極１２ｃを固定する
ことによって所要の光モジュールを得ることができる。

第１図で説明した発光素子搭載基板と光ファイハ固定基
板を組み合わせた状態を示す第２図で、発光領域１２ａ
を備えたＬＤ１２は、該発光領域１２ａに近接した片側
の電極１２ｂが基板１３上の第１の電極１７と接続固定
されており、また該電極１２ｂと対応ずる他面側の電極
１２ｃが融材２６を介して基板２０上の第２の電極２５
と接続固定されている。

一方、光ファイバ１１は基板２０に形成されたＶ溝に接
着層２３を介して固定されている。

かかる構成になる光モジュールでは、ＬＤ１２を発光さ
せるための電極１２ｂおよび１２ｃが外部に露出する第
１の電極１７および第２の電極２５とそれぞれ接続して
いるため外部回路に繋がる図示されないリード線等に接
続することが極めて容易であると共に、複数のＬＤ１２
の両電極１２ｂ，　１２ｃが上記第１，第２の各電極１
７．２５を介して一体化された面積の大きい基板１３．
２０と接続しているため放熱効１５ １６ 果を上げることができる。

更に第１図で説明した如く光ファイバ１１の位置と上記
ＬＤ１２の発光領域１２ａの位置が高さ方向すなわち図
面の上下方向で合致するように光ファイバ固定基板２７
のＶ溝および段差面を決めているため、一次元方向の移
動だけで複数対の光軸合わ−υ・作業が可能であり、ま
た上記基板１３の段差形成部が第Ｉ図で説明した如く斜
面１４ｃとなるため光軸合わせ作業時にＬＤｌ２の発光
領域１２ａと光ファイバ１１の端面１ｌｂが接触するこ
とがなく常に安定した状態で光軸合わせ作業を行うこと
ができる。

他の実施例を示す第３図で、３０ば光ファイハ１１に繋
がる円柱レンズ３１を装着固定した円柱レンズ固定基板
であるが、該固定基板３０は第２図における光ファイハ
固定基板２７と同様のもので唯光ファイバｌ１の代わり
に上記円柱レンズ３１を固定したものである。

かかる構成になる光モジュールでは、上記円柱レンズ３
１に収斂作用があるため多少の光軸ズレは矢印Ｃで示す
如く吸収されることになって、更に光軸合わせ作業の容
易化と光結合特性の向上を図るこどができる。

なお該円柱レンズ３１の代わりに収束型ロンドレンズを
使用しても同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、光ファイハ等光学部品に対す
る受発光素子の位置合わせ作業の容易化と放熱効果の向
上によって生産性の向上を図った光モジュールを提供す
ることができる。

なお本発明の説明に当たっては発光素子搭載基板上に個
々に分離したレーザ・ダイオードを搭載した場合につい
て行っているが、該レーザ・ダイオードに代えて同一ピ
ッチでアレイ化されたレーザ・ダイオードを搭載しても
全く同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、第２図は
本発明の一実施例による光結合構造を１７ １８ 示す側断面図、 第３図は他の実施例を示す図、 第４図は従来の光モジュールの構成例を示した図である
。 である。図において、 １１は光ファイハ、　ｌｌａはコア、ｌｌｂぱ端面、１
２はレーザ・ダイオード、　１２ａは発光領域、１２ｂ
，１２ｃは電極、１３．２０は基板、１４．２１は結晶
基板、１４ａは表面、Ｌ４ｂ，２０ｂは段差面、１４ｃ
は斜面、１４ｄは裏面、１５，　２２．　２４は酸化珪
素膜、　ｌ６は裏面電極、１７は第１の電極、 １８は発光素子搭載基板、　２０ａは表面、２１ａはＶ
溝、　　　　２３ハ接着層 ２５は第２の電極、　　２６は融材、 ２７は光ファイハ固定基板、 ３０は円柱レンズ固定基板、 ３１は円柱レンズ、 をそれぞれ表わす。 １９ 工 従禾の允モ久−｝レの田午仄仲りを示シタ図ｅ ４ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）受発光素子搭載面上の所定領域に形成された第１
   の電極（１７）上の端部近傍に、受発光領域（１２ａ）
   が上記電極非形成領域側を向くように受発光素子（１２
   ）の片側電極（１２ｂ）を対向させて配置し、該各電極
   間を接続固定して構成した受発光素子搭載基板（１８）
   と、 ２個の段差面を持つ表面の凹面領域には上記第１の電極
   （１７）と対応する位置に第２の電極（２５）が形成さ
   れ、凸面領域の該第２の電極（２５）と対応する位置で
   上記凹面領域に向かう方向に形成した溝（２１ａ）には
   、該溝（２１ａ）の凹面領域側端部近傍に端面が位置す
   るように光学部品（１１）を固定して構成した光学部品
   固定基板（２７）とからなり、上記受発光素子（１２）
   の受発光領域（１２ａ）と上記光学部品（１１）の端面
   が近接し且つ各光軸が一致した状態で、上記受発光素子
   （１２）の他電極（１２ｃ）が上記第２の電極（２５）
   と接続固定されていることを特徴とした光モジュール。
2. （２）前記光学部品が、光ファイバ、円柱レンズ、収束
   型ロッドレンズであることを特徴とした請求項１記載の
   光モジュール。
3. （３）前記受発光素子搭載基板と光学部品固定基板を構
   成する基板がシリコン（Ｓｉ）からなる結晶基板である
   ことを特徴とした請求項１記載の光モジュール。