JPH0569406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバ通信等に使用される光半導
体素子と光フアイバとを結合した光半導体素子モ
ジユールに関する。

〔従来の技術〕

光半導体素子や光フアイバの性能の向上に伴い
光フアイバ通信システムの実用化が急速に進んで
いる。この実用化を一層進める上で光フアイバと
光半導体素子との光学的結合を行なう高信頼でし
かも低コストの結合モジユールの実現が重要であ
る。結合モジユールとしては半導体レーザと光フ
アイバとを結合させる半導体レーザモジユールや
光検出器と光フアイバを結合させる光検出器モジ
ユール等があるが、以下では実用上重要な半導体
レーザモジユールを中心に話を進める。

従来、光フアイバ通信用の半導体レーザモジユ
ール（以下、LDモジユールと称する）としては
さまざまなものが考案されているが、大きく分け
て、ロツドレンズ等を介して光結合を行なう同軸
型モジユールと先球加工を施したフアイバを用い
て直接結合を行なうフラツト型モジユールの二種
類に分けられる。以下、これらのモジユールの利
点と問題点について説明する。

第１の種類の同軸型モジユールは最も初期に考
えられたもので、例えば特開昭57−211289号公報
の中で示された構造例にみられるように、窓ガラ
スのついた円筒形のパツケージ内に気密封止され
たレーザダイオード（以下、LDと称する）をま
ず製作し、次にLDから放射される光が効率よく
フアイバに結合するように同軸型の部材にマウン
トされたLD、レンズおよびフアイバを相互に位
置調整したのち、固定するという方法をとつてい
る。一般にLDとフアイバ（特に単一モードフア
イバ）の間の結合においては極めて厳しい位置精
度が要求されるので、温度変化によつて結合効率
等が変動したり、経時変化によつて結合効率に進
行性の劣化を生じる可能性があるが、この同軸型
モジユールの場合には、モジユールの中心軸に対
して対称な構造が形成されているので断面内にお
いて変動要因が相殺され、安定な結合が得られ
る。しかしこの構造では、予め円筒形のパツケー
ジ内に組立てられたLDを使用することを前提と
しているので、同一パツケージ内に周辺回路・素
子を搭載した付加価値の高い複合型のモジユール
を構成することができない。またペルチエ素子等
を用いてLDの温度安定化を行なうこともパツケ
ージ等が大きいため困難である。さらに、モジユ
ールの外形が円筒形になるため、通信機器の中に
実装する際の実装性が悪い事も不利な点である。

第二の種類のフラツト型モジユールは昭和59年
度電子通信学会総合全国大会975において示され
たように箱型のケースの内部にLDを搭載し、ケ
ースの側壁を経由して先球フアイバを導入し、フ
アイバの先端付近をLDの近傍において固定剤に
より固定する方式である。このモジユールの場合
には箱型のケースを使用しているので、集積回路
に用いられるDIP型パツケージを採用でき、プリ
ント基板上に直接実装することができる。また、
ケース内部の面積を大きくすれば同一パツケージ
内に周辺回路・素子を実装することが容易であ
る。しかもLDとフアイバの結合部は小形なので
ペルチエ素子を用いて温度安定化することも容易
である。しかし、このモジユールの場合にはフア
イバの被覆がガスを吸着しやすいのでヘリウムガ
スや放射性ガスを用いての気密性テストを行なう
ことができず、気密封止の信頼度に難点がある。
また、このモジユールで特に単一モードフアイバ
を用いた場合には、LDと単一モードフアイバと
の間の位置調整精度が厳しいために、安定な結合
を実現するためには結合効率を犠牲にしなければ
ならない点が不利である。また、モジユール内に
光アイソレータを内蔵することにより伝送特性の
優れたモジユールを構成できる可能性が知られて
いるが、このモジユールの場合にはLDとフアイ
バ先端が近接しているため光アイソレータを挿入
することができない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した二種類のモジユールの問題点をま
とめると次のようになる。

まず、同軸型モジユールでは(イ)複合化に適して
おらず、(ロ)実装性が悪いという欠点がある。また
(ハ)温度安定化が難しいという欠点がある。次に、
フラツト型モジユールでは(イ)気密封止の信頼度が
低く、(ロ)結合を安定にするために結合効率を低く
抑えなければならないという欠点がある。

本発明の目的はレーザとフアイバの結合が高効
率・安定であり、気密封止の信頼度が高く、通信
機器に実装する際の実装性に優れた光半導体モジ
ユールを提供することにある。

本発明の他の目的は、周辺回路が内蔵でき付加
価値の高い光半導体モジユールを提供することに
ある。

本発明の更に他の目的は、温度安定化が可能な
光半導体モジユールを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光半導体モジユールは、光半導体素子
をマウントする平坦部、光導出孔を有する側壁、
及び前記光導出孔内に挿入されてこれを気密封止
するレンズとを有する第１の容器と、前記光導出
孔の外側に配置され前記レンズを介して前記光半
導体素子と光学的に結合する光フアイバと、前記
第１の容器が内部に設置され前記光フアイバがそ
の側壁を貫通して外部に導出された第２の容器と
を含んでなるものである。

〔作用〕

本発明はパツケージ（容器）を二重構造にし
て、内側の第１の容器で結合特性の高性能化、気
密封止の高信頼化を、外側の第２の容器で周辺回
路の内蔵可能性、温度安定性、実装性の改善をは
かれるように機能を分離することにより前述の諸
問題を解決するものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図ａは本発明の第１の実施例の平面図、第
１図ｂは第１図ａのＸ−X′線断面図である。但
し、便宜上、半導体レーザチツププ、ヒートシン
ク２、チツプキヤリア３、ロツドレンズ７、光フ
アイバ９、光フアイバ被覆線１０、ホトダイオー
ド１２、ペルチエ素子は切断していない。

この実施例は、光半導体素子である半導体レー
ザチツプ１をヒートシンク２、チツプキヤリア３
を介してマウントする平坦部４、光導出孔５を有
する側壁６、及び光導出孔５内に挿入されてこれ
を気密封止するロツドレンズ７とを有する第１の
容器８と、光導出孔５の外側に配置されロツドレ
ンズ７を介して半導体レーザチツプ１と光学的に
結合する光フアイバ９を有する光フアイバ被覆線
１０、第１の容器８が内部に設置され光フアイバ
９がその側壁を貫通して外部に導出された第２の
容器１１とを含んでなるものである。

詳述すると、第１の容器８の側壁６には光導出
孔５が設けられてその中には側面に金属膜を施し
た集束性のロツドレンズ７がはんだによつて融着
固定され、半導体レーザチツプ１の出力光を第１
の容器８の外部に取出すとともに、第１の容器８
の気密を保持している。第１の容器８内にはさら
にホトダイオード１２がマウントされており、半
導体レーザチツプ１の共振器の裏面出力光レベル
をモニタしている。そして、第１の容器８の上面
には第１のキヤツプ１３がシーム溶接されて気密
を保持するようになつている。半導体レーザチツ
プ１およびホトダイオード１２は第１の容器８の
側壁６に設けられた各電極リード１４等にボンデ
イング線１５を介して電気的に接続されている。

一方、集束性ロツドレンズ７を介して第１の容
器８の外部に取出された出力光は単一モードの光
フアイバ９に結合される。光フアイバ９は入射端
部１６が金属性のキヤピラリー１７によつて、そ
の他の部分がナイロンによつて保護され光フアイ
バ被覆線１０を構成しているが、出力光と光フア
イバ９の結合が最適に調整された後、このキヤピ
ラリー１７が金属スリーブ１８を介して第１の容
器８の側壁６にYAGレーザ光を用いてスポツト
溶接されて固定される。

このようにして得られた第１の容器８及び光フ
アイバ９の結合体は次に箱形の第２の容器１１内
に固定される。この際、第１の容器８はペルチエ
素子１９からなる温度制御部材を介して第２の容
器１１に低融点半田を用いて融着されており、第
１の容器８がこのペルチエ素子１９を用いて温度
制御される。一方、光フアイバ９は、第２の容器
１１の側壁から外部に取出されるが、第１の容器
８が第２の容器１１上に固定された後、断熱用の
セラミツクパイプ２０部に光フアイバ被覆線１０
のナイロン部分が接着固定される。そして、第１
の容器８の各電極リード１４が第２の容器１１の
外部電極リード２１とそれぞれボンデイング線１
５によつて接続された後、第２のキヤツプ２２で
封止される。

このようにして得られた光半導体モジユール
は、半導体レーザ１と光フアイバ９の結合効率が
45〜50％と高く、しかも光フアイバ９の中心軸に
対してスポツト溶接部、レンズ融着部等をほぼ軸
対称に配置できているので、結合効率の経時変化
も小さくできた。また、第１の容器８の気密封止
が容易である上に、第１の容器８内に半導体レー
ザチツプ１を気密封止した段階でリークチツクが
できるので気密封止の信頼性を高めることができ
た。さらにはペルチエ素子１９を用いて半導体レ
ーザ１の温度安定化をすることもできた。そし
て、外観はDIP形の容器であるので通信機器等へ
の実装性も良くすることができた。

第２図は本発明の第２の実施例を示す平面図で
ある。この実施例は第２の容器１１内に半導体レ
ーザ駆動用の電気回路部２３を配したもので他は
第１の実施例と同じである。電気回路部２３は半
導体レーザを駆動する駆動回路部２４、LDの出
力レベルを一定に保つためにホトダイオードの出
力をモニタし、半導体レーザのバイアス電流等を
制御する自動出力制御回路部２５からなつてい
る。これらの回路はいずれも専用のICで構成さ
れており、第１の容器８の電極リード１４、第２
の容器１１の外部電極リード２１とそれぞれ接続
されている。第１の容器８の内部構造は第１の実
施例と同一なので説明をしない。

本発明においては以上の実施例の他にいくつか
の変形が可能である。実施例では半導体レーザを
用いた例を示したが、発光ダイオードを用いた送
信モジユール、アバランシエホトダイオードを用
いた光検出器モジユールにこの発明を適用するこ
とも可能である。また集束性ロツドレンズ７と光
フアイバ９の入射端部の間に光アイソレータを挿
入することも可能である。さらには、集束性ロツ
ドレンズ７の他に球レンズ、球面レンズ、複数枚
のレンズ等を配することも可能である。また、第
１の実施例の第１の容器８の内部に、半導体レー
ザを駆動する電気回路を入れてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、光半導体素子を
内蔵する第１の容器の側壁に設けられた光導出孔
内に挿入されてこれを気密封止するレンズの外側
に光フアイバを配置したものを第２の容器に収納
し、光フアイバを第２の容器の側壁を貫通して外
部に導出することにより、光半導体素子と光フア
イバの結合が高効率・安定であり、気密封止の信
頼度が高く、通信機器に実装する際の実装性が優
れている光半導体素子モジユールが得られる効果
があり、又、周辺回路を第１又は第２の容器に実
装することにより、温度制御が可能で付加価値を
高めることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の第１の実施例の平面図、第
１図ｂは第１図ａのＸ−X′線断面図、第２図は
本発明の第２の実施例の平面図である。 １……半導体レーザチツプ、２……ヒートシン
ク、３……チツプキヤリア、４……平坦部、５…
…光導出孔、６……側壁、７……ロツドレンズ、
８……第１の容器、９……光フアイバ、１０……
光フアイバ被覆線、１１……第２の容器、１２…
…ホトダイオード、１３……第１のキヤツプ、１
４……電極リード、１５……ボンデイング線、１
６……光フアイバの入力端部、１７……キヤピラ
リー、１８……金属スリーブ、１９……ペルチエ
素子、２０……セラミツクパイプ、２１……外部
電極リード、２２……第２のキヤツプ、２３……
電気回路部、２４……駆動回路部、２５……自動
出力制御回路部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光半導体素子をマウントする平坦部、光導出
   孔を有する側壁、及び前記光導出孔内に挿入され
   てこれを気密封止するレンズとを有する第１の容
   器と、前記光導出孔の外側に配置され前記レンズ
   を介して前記光半導体素子と光学的に結合する光
   フアイバと、前記第１の容器が内部に設置され前
   記光フアイバがその側壁を貫通して外部に導出さ
   れた第２の容器とを含んでなることを特徴とする
   光半導体素子モジユール。 ２ 第１の容器が温度制御部材を介して第２の容
   器に固定されている特許請求の範囲第１項記載の
   光半導体素子モジユール。