JPH0697599A - 半導体レーザアレイおよびその実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズアレイや光ファイバアレイに対して各
半導体レーザの光軸位置合わせが容易な半導体レーザア
レイ１を提供する。 【構成】 半導体レーザアレイ１の各半導体レーザの上
側の個別電極３のうち、両端側のものに切り欠きパター
ン５ａ，５ｂを形成する。半導体レーザアレイ１をレン
ズアレイや光ファイバアレイと光軸位置合わせをすると
きには、レーザビームのストライプ４を上方側から切り
欠きパターン５ａ，５ｂを利用して観察し、かつ、半導
体レーザアレイ１の側端面側からも観察して出射端側の
ストライプ４の位置と方向を特定する。そして、この特
定した両端側のストライプ４の位置を基準としてレンズ
アレイや光ファイバアレイを位置合わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光パラレル伝送等に使
用される半導体レーザアレイおよびその実装方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光信号を用いた大容量の情報処理や通信
の開発が進むに従い、伝送容量の大きい光パラレル伝送
の実用化が進められている。この種の光パラレル伝送
は、同一チップに複数の半導体レーザを配列形成してな
る半導体レーザアレイと、複数の光ファイバを配列形成
してなる光ファイバアレイとを直接的に、あるいはレン
ズアレイを介して光結合し、各半導体レーザから発射さ
れるレーザビームを光ファイバアレイの対応する光ファ
イバに導いて光伝送を行うものである。

【０００３】この半導体レーザアレイと光ファイバアレ
イとの光結合に際しては、半導体アレイと光ファイバア
レイとの光軸位置合わせを高精度で行う必要がある。こ
の位置合わせの手法として、例えば、光ファイバアレイ
の両端側にガイドピンを突設しておき、半導体レーザア
レイ側にはピン穴を設けておき、前記ガイドピンをピン
穴に嵌合させることで、半導体レーザアレイの各半導体
レーザと光ファイバアレイの各光ファイバとの位置合わ
せを行う方式のものや、半導体レーザアレイの各半導体
レーザを駆動して発光させ、その発光出射面を正面から
赤外線カメラで発光位置を観察し、その発光位置に光フ
ァイバを合わせる方式のもの等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガイド
ピンとピン穴との嵌合結合により半導体レーザアレイと
光ファイバアレイとの光軸位置合わせを行う方式のもの
にあっては、ピン穴が設けられている側の半導体レーザ
アレイは、ＩｎＰやＧａＡｓ等のへきかい性が高く脆い
化合物半導体材料を基板材料としているため、ピン穴の
加工作業性が悪いうえに、ガイドピンとの嵌合に際し、
ピン穴の縁部が欠けたり、基板材料に罅がはいって折れ
たりするという問題あり、また、各半導体レーザと光フ
ァイバとの光軸位置合わせがガイドピンとピン穴との加
工精度によって左右される方式のものであるため、その
光軸位置合わせの精度を高めることができないという問
題がある。

【０００５】また、半導体レーザアレイを駆動して、そ
の発光の出射面を正面側から赤外線カメラで観察する方
式は、その出射面上では各半導体レーザの発光位置を正
確に検出することができるが、発光するレーザビームの
光軸の角度ずれを検出することが困難なため、再現性の
良い位置合わせを行うことができないという問題があ
る。

【０００６】その他に、半導体レーザアレイを駆動して
レーザビームの発光位置を他の手法により検出する方式
も各種知られているが、いずれも、半導体レーザと光フ
ァイバとの光軸位置合わせを容易に、かつ、精度良く行
う上で難点があり、その改善が望まれていた。

【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、半導体レーザアレイ
の各半導体レーザと光ファイバアレイの対応する光ファ
イバとの光軸位置合わせを容易に、かつ、精度良く行う
ことができる半導体レーザアレイおよびその実装方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の半導体レーザアレイは、同一チップに複数の半導
体レーザが配列形成され、各半導体レーザの表面側には
個別電極が設けられている半導体レーザアレイにおい
て、前記各列の個別電極のうち少なくとも２個の個別電
極は該電極の上側からレーザビームのストライプを観察
する切り欠きパターン又はレーザ発振波長に対して透明
な透明領域を備えていることを特徴して構成されてい
る。

【０００９】また、本発明の半導体レーザアレイの実装
方法は、前記発明の半導体レーザアレイと光ファイバア
レイとを直接的に又はレンズアレイを介して軸合わせ実
装する際に、前記半導体レーザアレイを駆動してレーザ
ビームを発生させ、切り欠きパターン又は透明領域を備
えている個別電極側の２個の半導体レーザビームのスト
ライプを同個別電極の上面を見る方向と他の面を見る方
向の異なる２方向から観察して２個のレーザビームの光
軸位置を特定し、この特定した２個のレーザビームの光
軸に対して光ファイバアレイの対応する２個の光ファイ
バを軸合わせするか、又は前記特定した２個のレーザビ
ームの光軸に対してレンズアレイの対応する２個のレン
ズおよび光ファイバアレイの対応する２個の光ファイバ
を軸合わせして半導体レーザアレイと光ファイバアレイ
とを直接的に又はレンズアレイを介して光結合すること
を特徴として構成されている。

【００１０】

【作用】上記構成の本発明において、半導体レーザアレ
イと光ファイバアレイを直接的に、あるいはレンズアレ
イを介して光軸位置合わせを行うときには、半導体レー
ザアレイを駆動して各半導体レーザからレーザビームを
発射させる。この状態で、切り欠きパターンまたは透明
領域を備えた２個の個別電極側の半導体レーザに着目
し、その半導体レーザから発するレーザビームのストラ
イプを撮像カメラ等により個別電極の上面を見る方向
と、他の面、例えば半導体レーザアレイの側端面を見る
方向との異なる２方向から観察して、その２個のレーザ
ビームの光軸位置を画像処理等により特定し、この特定
した２個のレーザビームの光軸に対して、光ファイバア
レイの対応する２個の光ファイバを軸合わせすることに
より、又は、前記特定した２個のレーザビームの光軸に
対してレンズアレイの対応する２個のレンズと光ファイ
バアレイの対応する２個の光ファイバをそれぞれ軸合わ
せすることにより、半導体レーザアレイと光ファイバア
レイとが直接的に、またはレンズアレイを介して光軸合
わせされて光結合される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図４には本発明の第１の実施例が示されて
いる。図１に示すこの実施例の半導体レーザアレイ１は
インジウム、リン等の半導体基板、好ましくはＰ型の半
導体基板にエピタキシャル結晶成長のプロセス工程を経
て同一チップ内に８〜20個（８〜20チャンネル）の半導
体レーザを250 μｍの等ピッチ間隔に配列形成したもの
で、この半導体レーザアレイ１のキャビティ長は200 μ
ｍ、半導体基板厚は約150 μｍの大きさに形成されてい
る。半導体レーザアレイ１の端面には駆動条件との相性
の良い誘電体もしくは半導体多層膜を反射膜として成膜
し、この成膜の反射率は、レーザビームの出力端側（出
力端面側）で70％、反対側の面で90％に設定されてい
る。

【００１２】半導体レーザアレイ１の下面側には共通の
Ｐ側電極がＡｎＺｎ合金上にＴｉ，Ｐｔ，Ａｕを成膜す
ることによって形成されており、また、半導体レーザア
レイ１の上面側には各半導体レーザの上側となる位置に
Ｎ側の個別電極３が配列形成されている。この各個別電
極３はＡｕ，Ｇｅ，Ｎｉ合金上にバリヤ層としてＭｏを
成膜し、その表面に金を成膜することにより形成されて
いる。

【００１３】本実施例において特徴的なことは、前記各
列の個別電極３のうち、任意の２個の電極、好ましくは
図１に示すように両端側の個別電極３にレーザビームの
ストライプ４を観察する一対の切り欠きパターン５ａ，
５ｂを設けたことである。この切り欠きパターン５ａ，
５ｂは電極３の前後両端側に間隔を介して形成されてい
る。ところで、レーザビームのストライプ４を出射端側
で観察する場合、出射端側から50μｍ位にかけての端面
領域では、端面の反射の影響があるので、ストライプ４
の観察がしづらいという事情があり、その反面、ストラ
イプ４の位置方向を特定するためには、できるだけ出射
端側で観察する方が望ましい。この相反する条件を満足
するものとして、この実施例では、切り欠きパターン５
ｂを出射端側から50〜100 μｍの範囲に設けている。

【００１４】図２は前記半導体レーザアレイ１の実装状
態を示したもので、基台６の上側にサブマウント７が載
置され、このサブマウント７上にキャリア８が搭載さ
れ、さらにこのキャリア８の上側に半導体レーザアレイ
１が載置固定されている。そして、半導体レーザアレイ
１の電極間に電源９により駆動電圧が印加され、半導体
レーザアレイ１の駆動が行われている。

【００１５】本実施例では半導体レーザアレイ１に対向
させて光ファイバアレイ10が配置されており、この光フ
ァイバアレイ10と半導体レーザアレイ１との間にはレン
ズアレイ11が介設されている。

【００１６】光ファイバアレイ10は図３に示すように、
フェルール12に複数の単心光ファイバ心線又はテープ状
の多心光ファイバ心線、この図では多心光ファイバ心線
13を接続したものからなる。前記フェルール12の接続端
面の両端側には一対のピン穴15が形成されており、この
ピン穴15間に複数のファイバ挿通孔16が前記半導体レー
ザアレイ１の各半導体レーザと同一のピッチ間隔で形成
されており、この各ファイバ挿通孔16に多心光ファイバ
心線13の各心の光ファイバ17が収容固定され、その各光
ファイバ17の端面はフェルール12の接続端面14に露出し
ている。

【００１７】また、レンズアレイ11も本体部18に複数の
レンズ20が前記半導体レーザアレイ１の各半導体レーザ
の配列ピッチと同一のピッチ間隔で配列形成したものか
らなる。

【００１８】一般に、半導体レーザアレイ１の各半導体
レーザのピッチ間隔を高精度に形成することはエピタキ
シャル成長等の成膜技術から見て容易であり、同様に、
レンズアレイ11の各レンズのピッチ間隔や、光ファイバ
アレイ10の各光ファイバのピッチ間隔を精度良く形成す
ることも現在の技術レベルからみて容易である。本発明
者はかかる点に着目し、半導体レーザアレイ１と、レン
ズアレイ11および光ファイバアレイ10との光軸位置合わ
せを行う場合、半導体レーザアレイ１の各列の半導体レ
ーザのうち、２個の半導体レーザ、好ましくは両端の半
導体レーザを代表させて、その半導体レーザと、レンズ
アレイ11および光ファイバアレイ10の対応するレンズお
よび光ファイバを軸合わせすることにより、他の列の半
導体レーザに対しても、それぞれ対応するレンズアレイ
11のレンズおよび光ファイバアレイ10の光ファイバと自
動的に軸合わせできることを見出した。本発明者はこの
ことを実験によって確信しており、これに基づき、本実
施例では半導体レーザアレイ１の両端側の半導体レーザ
におけるレーザビームのストライプ４の位置および方向
を特定することによって、半導体レーザアレイ１と、レ
ンズアレイ11および光ファイバアレイ10との光軸位置合
わせを行うことを特徴としている。

【００１９】図４は半導体レーザアレイ１の代表する両
端側の半導体レーザのストライプ４の位置および方向の
特定手法が示されている。なお、両端側の半導体レーザ
の各ストライプ４の特定は同じ手法で行われるので、図
では、説明を簡単にするために、一端側のストライプ４
の特定状況を示している。このストライプ４の特定に際
しては、撮像カメラ21ａを用いて個別電極３の上側Ａ方
向から観察して、切り欠きパターン５ａ，５ｂを通して
見えるストライプ４を観察し、画像処理によってそのス
トライプ４の出射端側の位置と方向を求める。同様に、
半導体レーザアレイ１の側端面のＢ方向から同様に撮像
カメラ21ｂでストライプ４を観察し、画像処理によりス
トライプ４の出射端側の位置（半導体レーザアレイ１の
上端から深さ位置）と方向を求め、このＡ方向から求め
た位置および方向と、Ｂ方向から求めた位置および方向
により、出射端側のストライプ４の位置と方向を特定す
る。このようにして、半導体レーザアレイ１の両端側の
半導体レーザのストライプ４の位置と方向が特定され
る。

【００２０】そして、この特定結果を利用し、例えば、
マイクロコンピュータ等の制御手段を用いてレンズアレ
イ11の両端側のレンズの光軸位置を半導体レーザアレイ
１の両端側の半導体レーザの光軸位置に合わせ、同様
に、光ファイバアレイ10の両端側の光ファイバの光軸を
半導体レーザアレイ１の両端側の半導体レーザの光軸に
合わせ、その位置で、レンズアレイ11と光ファイバアレ
イ10との固定が行われる。なお、光ファイバアレイ10の
固定は、フェルール12のピン穴15に嵌め込まれたピン
（図示せず）を利用して固定される。

【００２１】このように、半導体レーザアレイ１の両端
側の半導体レーザを代表させて、レンズアレイ11および
光ファイバアレイ10との光軸位置合わせを行うことによ
り、半導体レーザアレイ１の全チャンネル（全数）の半
導体レーザが対応するレンズおよび光ファイバと光軸位
置合わせされることとなり、これにより、半導体レーザ
アレイ１とレンズアレイ11と光ファイバアレイ10との好
適な光結合実装が達成される。

【００２２】本実施例は、半導体レーザアレイ１の両端
側の半導体レーザの個別電極３に切り欠きパターン５
ａ，５ｂを設けたものであるから、この切り欠きパター
ン５ａ，５ｂを利用して個別電極３の上方から見たスト
ライプ４の観察ができ、この上方側からの観察と、側端
面側からの異なる２方向から観察してストライプ４の出
射端側の位置および方向を特定するものであるから、そ
の特定精度が格段に高められ、半導体レーザアレイ１
と、レンズアレイ11および光ファイバアレイ10との光軸
位置合わせを精度良く行うことができる。

【００２３】しかも、このストライプ４の特定は、半導
体レーザアレイ１の両端側の半導体レーザについて行え
ばよいので、その特定作業が非常に容易となり、短時間
で行うことができる。

【００２４】さらに、本実施例の個別電極３は多層金属
膜電極によって構成しているので、半導体と電気的に良
く接続し、その上、半導体そのものは電気抵抗が大きく
ないため、半導体レーザを発振駆動してレーザビームを
出力するためには半導体レーザのストライプ全体を電極
で覆う必要はなく、したがって、切り欠きパターン５
ａ，５ｂを設けても、各半導体レーザは効果的に発振し
てレーザビームを発射するので、特に切り欠きパターン
５ａ，５ｂを設けたことによってレーザ発振に支障を及
ぼすということはない。

【００２５】図５には半導体レーザアレイ１の第２の実
施例が示されている。この実施例は、半導体レーザアレ
イ１の各半導体レーザの上側に設ける個別電極３をレー
ザ発振波長に対して透明な、例えば、長波長の４元活性
層ＩｎＧａＡｓＰに対しては、不純物を10^-18 程度ドー
ピングして導電性を上げたＩｎＰやＧａＡｓ等の材料に
よって形成し、前記第１の実施例の切り欠きパターン５
ａ，５ｂを設けることなく、レーザビームのストライプ
４を個別電極３の上側Ａ方向から観察できるように構成
したことであり、それ以外の構成は前記実施例と同様で
あり、その実装方法も、前記実施例と同様に半導体レー
ザアレイ１の両端側の半導体レーザのストライプ４を上
側Ａ方向と側端面のＢ方向の異なる２方向から観察して
ストライプ４の出射端側の位置と方向を特定し、半導体
レーザアレイ１と、レンズアレイ11および光ファイバア
レイ10との光軸位置合わせを行って光結合すればよく、
これにより、実装の容易化等、前記実施例と同様の効果
を得ることができる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では半導体レーザアレイ１の両端側の半導体レー
ザを代表させてレーザビームのストライプ４の方向およ
び位置を特定したが、他の異なる組み合わせによる２個
の半導体レーザを代表させてそのレーザビームのストラ
イプ４の位置と方向を特定し、これに基づき、レンズア
レイ11および光ファイバアレイ10との光軸位置合わせを
行うようにしてもよい。

【００２７】また、半導体レーザアレイの第１の実施例
ではレーザビームのストライプ４を観察する半導体レー
ザの個別電極にのみ切り欠きパターン５ａ，５ｂを設け
たが、この切り欠きパターン５ａ，５ｂは他の個別電極
にも設けてもよく、極端な場合には全部の個別電極３に
切り欠きパターン５ａ，５ｂを設けてもよい。また、切
り欠きパターン５ａ，５ｂの形状は本実施例のものに限
定されるものではなく、例えば穴等の形状にしてもよ
く、その数も必ずしも一対に限定されず、任意の数でよ
い。

【００２８】さらに、第２の実施例の半導体レーザアレ
イ１では、全部の個別電極３をレーザ発振波長に対して
透明な電極にしたが、レーザビームのストライプ４を観
察する半導体レーザの個別電極のみを透明電極によって
形成し、ストライプ４を観察しない他の個別電極３は不
透明電極によって構成してもよい。この場合、ストライ
プ４を観察する個別電極３は必ずしもその電極の全面を
透明にしなくてもよく、ストライプ４を観察する一部分
の領域のみを透明電極領域によって形成し、残りの部分
の領域は不透明電極領域としてもよい。

【００２９】さらに、上記各実施例ではレンズアレイ11
を介して半導体レーザアレイ１と光ファイバアレイ10を
光結合した場合を例にして説明したが、レンズアレイ11
を省略し、半導体レーザアレイ１に直接的に光ファイバ
アレイ10を光軸位置合わせして実装するようにしてもよ
い。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、半導体レーザアレイの各列の
個別電極のうち、少なくとも２個の個別電極は、その電
極の上側からレーザビームのストライプを観察する切り
欠きパターン又は透明領域を備えたものであるから、電
極の上面を見る方向と、他の面を見る方向との、異なる
２方向からストライプを観察してストライプの出射端側
の方向および位置を特定することができ、そのストライ
プの特定精度を格段に高めることができ、これに伴い、
このストライプの特定位置に合わせてレンズアレイや光
ファイバアレイを精度良く光軸位置合わせすることがで
きるので、半導体レーザアレイとレンズアレイや光ファ
イバアレイとの光結合効率を一段と高めることができ
る。

【００３１】また、半導体レーザアレイの複数の半導体
レーザのうち、２個の半導体レーザを代表させてそのレ
ーザビームのストライプの位置および方向の特定を行え
ばよいので、半導体レーザアレイと、レンズアレイや光
ファイバアレイとの光軸位置合わせを行う実装が非常に
容易となり、短時間のうちにその実装作業を終了させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザアレイの第１の実施
例を示す斜視構成図である。

【図２】本発明に係る半導体レーザアレイの実装例の説
明図である。

【図３】半導体レーザアレイに光結合される光ファイバ
アレイの一構成例を示す斜視説明図である。

【図４】本実施例における半導体レーザアレイのレーザ
ビームのストライプ位置および方向の特定状況の説明図
である。

【図５】本発明に係る半導体レーザアレイの第２の実施
例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザアレイ ３ 個別電極 ４ ストライプ ５ａ，５ｂ 切り欠きパターン 10 光ファイバアレイ 11 レンズアレイ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一チップに複数の半導体レーザが配列
   形成され、各半導体レーザの表面側には個別電極が設け
   られている半導体レーザアレイにおいて、前記各列の個
   別電極のうち少なくとも２個の個別電極は該電極の上側
   からレーザビームのストライプを観察する切り欠きパタ
   ーン又はレーザ発振波長に対して透明な透明領域を備え
   ていることを特徴とする半導体レーザアレイ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザアレイと光
   ファイバアレイとを直接的に又はレンズアレイを介して
   軸合わせ実装する際に、前記半導体レーザアレイを駆動
   してレーザビームを発生させ、切り欠きパターン又は透
   明領域を備えている個別電極側の２個の半導体レーザビ
   ームのストライプを同個別電極の上面を見る方向と他の
   面を見る方向の異なる２方向から観察して２個のレーザ
   ビームの光軸位置を特定し、この特定した２個のレーザ
   ビームの光軸に対して光ファイバアレイの対応する２個
   の光ファイバを軸合わせするか、又は前記特定した２個
   のレーザビームの光軸に対してレンズアレイの対応する
   ２個のレンズおよび光ファイバアレイの対応する２個の
   光ファイバを軸合わせして半導体レーザアレイと光ファ
   イバアレイとを直接的に又はレンズアレイを介して光結
   合する半導体レーザアレイの実装方法。