JPH1154788A - 双方向光通信用モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信信号光を発光部で反射させて受光するこ
とにより、発光部や受光部と光伝送路との間の結合効率
を向上させながら、発光部および受光部のダイボンディ
ングやワイヤボンディングを行いやすい構造にして、簡
単に組み立てられる安価で特性の安定した双方向光通信
用モジュールを提供する。 【解決手段】 送信信号光を発生させる発光部１と、該
発光部からの送信信号光を光伝送路に結合させる集光レ
ンズ４と、前記光伝送路からの受信信号光Ｒ１を受信す
る受光部２と、前記発光部および受光部とそれぞれワイ
ヤボンディングがなされて電気的に接続されるリード８
とからなり、前記受光部は、前記光伝送路からの受信信
号光の前記発光部による反射光Ｒ２を受光できる位置
で、かつ、該受光部の前記ワイヤボンディングがなされ
る面と反対の面から前記反射光を受光できるように設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを用いた
光通信などに用いられる時分割双方向光通信用モジュー
ルに関する。さらに詳しくは、受信信号光を発光素子で
反射させて受光素子により受光する構造で、簡単に組立
てをすることができる構造の双方向光通信用モジュール
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の双方向光通信用モジュールは、た
とえば図４に示されるように、送信信号光を発生する半
導体レーザなどの発光素子２１と、受信信号光をハーフ
ミラー２３を介して受光するフォトダイオード、フォト
トランジスタなどからなる受光素子２２と、送信信号光
を光ファイバなどの光伝送路２５に結合させる集光レン
ズ２４と、集光した光を伝送する光伝送路２５と、光伝
送路２５から出射してハーフミラー２３により反射する
受信信号光を受光素子２２に集光する集光レンズ２６と
からなっている。この構成で、発光素子２１から送信信
号光がハーフミラー２３を介して光伝送路２５に入射
し、相手方に送られる。また、相手方から送られた信号
を受信する場合は、光伝送路２５からの受信信号光をハ
ーフミラー２３により反射して受光素子２２により電気
信号に変換することにより受信することができ、光通信
が行われる。この場合、時分割により送信と受信とが交
互に切り替えて行われ、相互間の干渉は起こらない。

【０００３】この構成では、ハーフミラーを介して発光
素子２１と受光素子２２とをそれぞれ独立に集光レンズ
の光軸に合せて組み立てなければならず、精度よく組み
立てるのが非常に難しい。そのため、図５に示されるよ
うに、ハーフミラーを使用しないで、受光素子２２の受
光面を半分程度反射面として受光すると共に発光素子２
１からの光を反射させて集光レンズ２４や図示しない光
伝送路と結合する構成のものも、たとえば特開平８−１
１４７２６号公報などに開示されている。

【０００４】これらの構成の光通信用モジュールでは、
ハーフミラーまたは受光素子の反射面による減衰、戻り
光が反射して光伝送路に入らないように発光素子や受光
素子の発光面や受光面を光ビームの軸に対して傾けるこ
とによる減衰などのため、発光素子や受光素子と光伝送
路との間の結合効率が低くなり、出力の大きい発光素子
や、感度のよい受光素子を使用しなければならず、コス
トアップの要因となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の発光素子や受光
素子と光伝送路との間の結合効率の低下を改善するた
め、本発明者らは、特願平９−９２００６号に、発光素
子からの光を集光レンズを介して直接光伝送路に結合さ
せると共に、光伝送路からの受信信号光の前記発光素子
による反射光を受光できる位置に受光素子が設けられる
構造を開示している。すなわち、図３に示されるよう
に、発光素子１をマウントする傾斜面と発光素子の発光
面Ａと対向するように受光素子２をマウントする傾斜面
が一体に形成されたヘッダ６に発光素子１および受光素
子２をマウントすることにより、正確に位置決めされた
光モジュールを得るものである。なお、発光素子１はシ
リコンからなるサブマウント１ｂにレーザダイオードチ
ップ１ａがダイボンディングされて形成され、ヘッダ６
はリード８が固定されたステム７と一体に形成されてい
る。そして、その周囲は図示しないキャップなどにより
シールされて、集光レンズ４および光伝送路５と光軸が
一致するように取り付けられる構造になっている。

【０００６】しかし、この構造では、受光素子のマウン
ト面が下向きになっているため、形状が複雑であり、受
光素子がマウントされる面が逆テーパになるため、プレ
ス成形でヘッダを製造することができない。さらに、ヘ
ッダに発光素子および受光素子をダイボンディングした
後、ヘッダをステムに固着してから発光素子および受光
素子の各電極をステムのリードとワイヤボンディングし
なければならないが、受光素子が下向きになっているた
め、受光素子のダイボンディングおよびワイヤボンディ
ングの作業が非常に行いにくい。そのため、ボンディン
グ不良が発生しやすいと共に、作業時間が多くかかり、
高価になるという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、受信信号光を発光部で反射させて受光
することにより、発光部や受光部と光伝送路との間の結
合効率を向上させながら、発光部および受光部のダイボ
ンディングやワイヤボンディングを行いやすい構造にし
て、簡単に組み立てられる安価で特性の安定した双方向
光通信用モジュールを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による双方向光通
信用モジュールは、送信信号光を発生させる発光部と、
該発光部からの送信信号光を光伝送路に結合させる集光
レンズと、前記光伝送路からの受信信号光を受信する受
光部と、前記発光部および受光部とそれぞれワイヤボン
ディングがなされて電気的に接続されるリードとからな
り、前記受光部は、前記光伝送路からの受信信号光の前
記発光部による反射光を受光できる位置で、かつ、該受
光部の前記ワイヤボンディングがなされる面と反対の面
から前記反射光を受光できるように設けられている。

【０００９】この構成にすることにより、受光部のワイ
ヤボンディング面を発光部と対向させることなく発光部
で反射した受信信号光を受光することができるため、光
結合効率を向上させながら、受光素子のダイボンディン
グおよびワイヤボンディングの作業を簡単に行うことが
できる。

【００１０】具体的には、間隙部を有する２つの突状部
の上面に、前記受光部の両端部がそれぞれボンディング
されて受光部が設けられることにより、この種の光通信
モジュールに使用される受光素子チップの基板のＩｎＰ
は、その光通信に使用される１.３μｍ帯または１.５５
μｍ帯の光を透過するため、前記間隙部を通過する前記
発光部による反射光を受光部の裏面（ワイヤボンディン
グされる面と反対面）側から受光することができる。

【００１１】さらに具体的には、前記受光部が受光素子
チップからなり、該受光素子チップの両端部が前記２つ
の突状部にそれぞれボンディングされたり、前記受光部
が、前記受信信号光を透過させる材料、たとえばガラス
やシリコンなどからなるサブマウントと、該サブマウン
ト上にダイボンディングされる受光素子チップとからな
り、前記サブマウントの両端部が前記２つの突状部にそ
れぞれボンディングされることにより、受光部の裏面側
から発光部で反射した受信信号光を受光することができ
る。

【００１２】サブマウント上に受光素子チップがボンデ
ィングされる場合、前記受光素子チップが裏向きでバン
プにより前記サブマウントにダイボンディングされれ
ば、受光素子チップに直接ワイヤボンディングをする必
要がなく、脆い受光素子チップを破損する虞れがなくな
る。さらに、前記サブマウントに受信用の増幅器が形成
されることにより、ノイズがのりやすい受光素子チップ
から増幅器までのリードの長さや浮遊容量を非常に小さ
くすることができ、高特性の光通信用モジュールとな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の双方向光通信用モジュールについて説明をする。

【００１４】本発明の光通信用モジュールは、図１にそ
の一実施形態の斜視説明図が示されるように、送信信号
を発生させる発光部１と、発光部１からの送信信号光を
光伝送路（図示せず）に結合させる集光レンズ（ロッド
レンズ４）と、前記光伝送路からの受信信号光を受信す
る受光部２と、発光部１および受光部２とそれぞれ金線
３などによりワイヤボンディングがなされて電気的に接
続されるリード８とからなっており、受光部２は、前記
光伝送路からの受信信号光Ｒ１の発光部１による反射光
Ｒ２を受光できる位置で、かつ、受光部２のワイヤボン
ディングがなされる面と反対の面（以下、裏面という）
から発光部１により反射された反射光Ｒ２を受光できる
ように設けられている。図１に示される例では、間隙部
Ｇが形成されるように突状部６ａ、６ｂが形成されたヘ
ッダ６の突状部６ａ、６ｂの上面に受光部２がその両端
面でボンディングされている。そしてヘッダ６の側壁の
鉛直面に対して傾斜した斜面６ｃに、発光する光が上方
に進むように発光部１がマウントされ、光伝送路からロ
ッドレンズ４を介して送られてきた受信信号光Ｒ１が発
光部１の発光面Ａで反射して間隙部Ｇに進む反射受信信
号光Ｒ２を受光部２の裏面側から受光するように発光部
１および受光部２が設けられている。

【００１５】発光部１は、たとえばその端面である発光
面Ａからレーザビームを出射する半導体レーザチップ１
ａがシリコン基板などからなるサブマウント１ｂに固着
されることにより形成されている。１ｃは、サブマウン
ト１ｂに形成されたレーザチップ１ａを駆動する駆動回
路部分を示す。半導体レーザは、その発光面である端面
が劈開などにより鏡面にされると共に、アモルファスＳ
ｉやＡｌ₂ Ｏ₃ などの無機物からなる多層膜が形成され
ることにより発振波長に対する反射率が適当に設定され
るようになっており、発光層と端面の多層膜とにより共
振器が形成されて共振器内で発振し得る構造になってい
る。したがって、この多層膜の調整により反射率を調整
することができ、共振器内での発振強度を調整すること
ができると共に、受信信号光の反射率もこの多層膜によ
り調整することができる。通常の光通信用モジュールと
して使用されるレーザチップでは、この端面での反射率
が３０％程度になるように多層膜が調整されるが、この
反射率を３０〜９０％程度にしても共振器から出射する
光の割合は小さくなるものの、充分に発振してその強度
が大きくなるため、トータル的な光の強度は下がらず、
受光素子による受光量を増やすことができる。この反射
率は、好ましくは５０〜９０％程度、さらに好ましくは
６０〜９０％程度に調整される。

【００１６】この発光部１のサブマウント１ｂをヘッダ
６にＩｎなどの低融点金属などにより固着することによ
りロッドレンズ４の光軸に対して発光面Ａが所定の角度
傾いて光軸上に位置するように取り付けられている。こ
の発光面Ａが光軸に対して傾けて取り付けられる理由
は、光伝送路からの受信信号光が発光面Ａで反射して再
度光伝送路に戻らないようにすると共に、その反射光を
受光部２により受光できるようにするためである。した
がって、反射光が集光レンズに入らない程度に傾けられ
ればよい。

【００１７】受光部２は、図１に示される例では、フォ
トダイオードなどからなる受光素子チップ２ａがシリコ
ンなどの受信信号光を透過させる材料からなるサブマウ
ント２ｂの中心部にボンディングされて形成されてい
る。そしてその中心部の裏面が発光部１の発光面Ａによ
り反射した反射受信信号光Ｒ２を受光することができる
ように、その中心部が間隙部Ｇ上に位置し、その両端部
でボンディングされるように、ヘッダ６の突状部６ａ、
６ｂの上面に取り付けられている。受光素子チップ２ａ
は、光通信に用いられる光の波長が１.３μｍ帯または
１.５５μｍ帯であるため、通常ＩｎＰからなる半導体
基板上に前述の波長帯の光を吸収する半導体材料がｐｎ
接合を形成するように積層されている。しかし、フォト
ダイオードに限らず、フォトトランジスタや光電池など
を使用することもできる。このＩｎＰは前述の波長帯の
受信信号光を吸収しないため、基板の裏面側から受光し
ても減衰することなく受光することができる。

【００１８】一方、サブマウント２ｂは、ガラス板やシ
リコン基板などの受信信号光を透過させる基板が用いら
れるが、シリコン基板は取扱が容易で都合がよい。シリ
コン基板が用いられることにより、図１に示されるよう
に、受光素子チップ２ａを裏向きにしてバンプ（図示せ
ず）などによりサブマウント２ｂ上に形成された配線
（図示せず）に直接接続することができる。その結果、
金線３などのワイヤボンディングをサブマウント２ｂの
シリコン基板上に行うことができる。さらに、シリコン
基板がサブマウント２ｂとして用いられることにより、
増幅回路２ｃをサブマウント２ｂに形成することがで
き、受光素子チップのすぐ近くで受光した信号を増幅す
ることができる。

【００１９】この受光部２の裏面が発光面からの反射受
信信号光Ｒ２に対して直角になる向きに設けられると、
受光部２で反射した受信信号光がさらに発光面で反射し
て光伝送路に入り干渉してノイズとなる。そのため、反
射信号光と直角にならないように受光部２を傾ける必要
があるが、本発明によれば、傾けられた発光部１により
斜め上方に進む反射受信信号光Ｒ２を受光するため、図
１に示されるように、受光部２は水平方向に設けられる
ことにより、丁度反射受信信号光Ｒ２と受光部２の裏面
とが斜めの向きになり、受光部２で反射した受信信号光
はさらに発光部１とは異なる方向に進む。したがって、
間隙部Ｇを有するように形成された突状部６ａ、６ｂの
上面に水平方向に受光部２をボンディングすることがで
きる。

【００２０】ヘッダ６は、たとえば鉄や銅合金などから
なり、受光部２の中心部の受光する部分が露出するよう
な間隔の間隙部Ｇを有するように突状部６ａ、６ｂが形
成されると共に、突状部６ａ、６ｂ上にマウントされる
受光部２の裏面に発光部１の発光面Ａで反射した反射受
信信号光Ｒ２が向かうように突状部６ａ、６ｂの高さが
設定される。また、発光部１がマウントされる傾斜面６
ｃは、光伝送路からの受信信号光Ｒ１が反射して直接光
伝送路に戻らないように、たとえば鉛直方向と１５゜程
度の角度になるように形成される。このヘッダ６は、た
とえば突状部６ａ、６ｂの高さが１.５ｍｍ程度、面積
は１ｍｍ×０.５ｍｍ程度で、間隙部Ｇの幅は０.５ｍｍ
程度、傾斜面６ｃの高さは１ｍｍ程度と小さいもので、
この形状の金型を作製しておき、鉄板などをプレス成形
することにより簡単に製造される。そのため、この傾斜
面６ｃに発光部１をマウントし、突状部６ａ、６ｂ上に
受光部２をマウントするだけで、光伝送路からの受信信
号光Ｒ１を光伝送路に戻さないで、かつ、発光面による
反射受信信号光Ｒ２を受信することができるように発光
部１と受光部２との位置関係を満足するモジュールが簡
単に組み立てられる。

【００２１】ステム７は、たとえば前述のヘッダ６と一
体にプレス成形により形成され、その貫通孔部にリード
８がガラス材９などにより固着され、その後リード８が
Ａｕメッキされたものである。ヘッダ６にマウントされ
た発光部１や受光部２の各電極とリード８とが金線３に
よりワイヤボンディングされ、さらに図示しないキャッ
プが被せられることにより、本発明の光通信用モジュー
ルが得られる。

【００２２】図１に示される例では、受光部２がシリコ
ンからなるサブマウント２ｂ上に受光素子チップ２ａが
ダイボンディングされた構造であったが、受光部２の裏
面（ワイヤボンディングされる面と反対側の面）側から
受光する構造になっておればよく、受光部２の構造はこ
の例に限定されるものではない。図２に受光部２の変形
例が示されている。

【００２３】図２（ａ）に示される例は、サブマウント
を設けないで受光素子チップ２ａを直接突状部６ａ、６
ｂ上に、その端部が突状部６ａ、６ｂと固着されるよう
にマウントされた例である。この場合も、受光素子チッ
プ２ａの中心部が間隙部Ｇ上に露出し、間隙部Ｇを通っ
た反射受信信号光Ｒ２が受光素子チップ２ａの裏面から
受光される。この場合、受光素子チップ２ａの各電極パ
ッド２ｄは金線３により直接リード８とワイヤボンディ
ングされている。

【００２４】図２（ｂ）に示される例は、サブマウント
２ｂ上に受光素子チップ２ａがダイボンディングされて
受光部２が形成されているが、受光素子チップ２ａは各
電極パッド２ｄが表向きになるようにボンディングされ
ており、図２（ａ）と同様に、その電極パッド２ｄとリ
ード８とが直接ワイヤボンディングされている。この構
造にすれば、高価な受光素子チップを小さくすることが
できる。

【００２５】図２（ｃ）に示される例は、受光素子チッ
プ２ａが裏向き（電極パッドが設けられる面が下向き）
になるようにサブマウント２ｂ上にボンディングされた
例である。この構造にすることにより、サブマウント２
ｂに予め設けられた配線２ｅに受光素子チップ２ａの各
電極パッドは図示しないバンプを介して電気的に接続さ
れ、サブマウント２ｂに設けられた電極パッド２ｆとリ
ード８との間で金線３によりワイヤボンディングがなさ
れる。この構造にすることにより、ＩｎＰなどからなり
脆い受光素子チップにワイヤボンディングをしなくてす
み、シリコン基板にワイヤボンディングをすることがで
きるため、ワイヤボンディングの信頼性が向上すると共
に、ワイヤボンディング作業が容易になる。

【００２６】図２（ｄ）に示される例は、図２（ｃ）の
例のサブマウント２ｂに増幅回路２ｃが形成された例
で、図１に示される構造である。サブマウント２ｂがシ
リコンからなる場合には、このような増幅回路および配
線を簡単に形成することができる。一方、サブマウント
２ｂに増幅回路２ｃが形成されれば、受光素子チップ２
ａにより受光した信号を直ちに増幅することができ、外
部からのノイズを拾いにくい構造になる。その結果、Ｓ
Ｎ比が向上し、特性の優れた光通信モジュールになる。

【００２７】本発明の光通信用モジュールによれば、発
光部の発光面により反射した受信信号光を受光部のワイ
ヤボンディングされる面を発光部に対向させて受光する
のではなく、受光部の裏面から受光するため、受光部の
ワイヤボンディング面を上面にすることができる。その
結果、発光部および受光部をマウントするヘッダの形状
が、下向きの傾斜面を形成しなくてもよいためシンプル
になり、プレス成形により簡単に形成することができ
る。さらに、プレス成形により形成されたヘッダの傾斜
面および突状部の上面に発光部および受光部をマウント
すればよいため、凹部の裏側にマウントするというよう
な作業がなく非常に簡単に組み立てることができる。そ
のため、一般的な自動機により組み立てることもでき
る。さらに、発光部および受光部が下向きにマウントさ
れず、ワイヤボンディングされる面が上面側にあるた
め、ワイヤボンディングを非常に容易に行うことができ
る。

【００２８】一方、発光面で反射した反射受信信号光
は、受光素子チップやサブマウントを殆ど透過して吸収
されない。そのため、受信感度が落ちることがない。さ
らにシリコンからなるサブマウントに受光素子チップを
ボンディングする場合、高価な受光素子チップを小さく
することができると共に、サブマウントに簡単に増幅回
路を形成することができ、受光素子からのリード（金線
など）による容量形成やノイズの拾得がなく、ノイズの
入る前に信号を大きくすることができ、ＳＮ比の高い受
信信号が得られる。

【００２９】なお、前述の発信と受信とは、時分割によ
り発信と受信とが時間的に分けて行われるため、光伝送
路からの受信信号光が発光部に入射して発光部の発振に
影響を及ぼすことはない。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、発光部および受光部と
光伝送路との結合効率がそれぞれ非常に向上しながら、
発光部および受光部の組立てが非常に容易になる。さら
に、発光部および受光部をマウントするヘッダの形状が
簡略化され、プレス成形により簡単に形成することがで
きる。また、受光部にサブマウントを用いることによ
り、受光素子チップを小さくすることができ、高価な部
品の材料を少なくすることができると共に、ワイヤボン
ディングを受光素子チップにする必要がなくチップの欠
けなどに基づく歩留りの低下や信頼性の低下を来すこと
がない。その結果、高特性で信頼性の高い双方向光通信
用モジュールを非常に安価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双方向光通信用モジュールの一実施形
態の説明図である。

【図２】図１の受光部の変形例を示す図である。

【図３】受信信号光を発光部で反射させて受光部で受信
する構造例の説明図である。

【図４】従来の双方向光通信用モジュールの一例の説明
図である。

【図５】従来の双方向光通信用モジュールの他の例の説
明図である。

【符号の説明】

１ 発光部 ２ 受光部 ２ａ 受光素子チップ ２ｂ サブマウント ４ ロッドレンズ ６ａ 突状部 ６ｂ 突状部 ８ リード

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号光を発生させる発光部と、該発
   光部からの送信信号光を光伝送路に結合させる集光レン
   ズと、前記光伝送路からの受信信号光を受信する受光部
   と、前記発光部および受光部とそれぞれワイヤボンディ
   ングがなされて電気的に接続されるリードとからなり、
   前記受光部は、前記光伝送路からの受信信号光の前記発
   光部による反射光を受光できる位置で、かつ、該受光部
   の前記ワイヤボンディングがなされる面と反対の面から
   前記反射光を受光できるように設けられてなる双方向光
   通信用モジュール。
2. 【請求項２】 前記受光部は、間隙部を有する２つの突
   状部の上面に、前記受光部の両端部がそれぞれボンディ
   ングされ、該間隙部を介して前記発光部による反射光を
   受光する請求項１記載の光通信用モジュール。
3. 【請求項３】 前記受光部が受光素子チップからなり、
   該受光素子チップの両端部が前記２つの突状部にそれぞ
   れボンディングされ、該受光素子チップの表面側と前記
   リードとの間で前記ワイヤボンディングがなされてなる
   請求項２記載の光通信用モジュール。
4. 【請求項４】 前記受光部が、前記受信信号光を透過さ
   せる材料からなるサブマウントと、該サブマウント上に
   ダイボンディングされる受光素子チップとからなり、前
   記サブマウントの両端部が前記２つの突状部にそれぞれ
   ボンディングされてなる請求項２記載の光通信用モジュ
   ール。
5. 【請求項５】 前記受光素子チップが裏向きでバンプに
   より前記サブマウントにダイボンディングされてなる請
   求項４記載の光通信用モジュール。
6. 【請求項６】 前記サブマウントに受信用の増幅器が形
   成されてなる請求項４または５記載の光通信用モジュー
   ル。