JPS62169488A

JPS62169488A - 光電子装置

Info

Publication number: JPS62169488A
Application number: JP1011286A
Authority: JP
Inventors: Makoto Haneda; 誠羽田; Akira Ishii; 暁石井; Tsugio Nemoto; 根本　次男
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1987-07-25

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】〔産業上の利用分野〕本発明は光電子装置、たとえば、レーザ光を発光（出射
）する半導体レーザ素子（レーザダイオードチップ）、
あるいは半導体レーザ部を有する集積化光デバイス（Ｏ
ＥＩＣ）等のチップをパッケージ内に組み込み、かつパ
ッケージ周壁に貫通固定された光ファイバによって前記
レーザダイオードチップから発光されるレーザ光をパッ
ケージの外部に伝送する構造の光電子装置に関する。

〔従来の技術〕

光通信用光源の一つとして、半導体レーザ装置が使用さ
れている。この光通信用レーザモジュール（半導体レー
ザ装置）については、たとえば、日立評論社発行「日立
評論Ｊ　１９８３年第１０号、。

昭和５８年１０月２５日発行、Ｐ３９〜Ｐ４４に記載さ
れている。この半導体レーザ装置は半導体レーザ素子の
共振器端面に光ファイバの先端が対向する、いわゆる直
接対向方式として組み立てられ、パンケージが箱型とな
る偏平形モジュールとして提供されている。この半導体
レーザ装置は金属製ステムの主面中央部を金属板からな
るキャンプで封止した構造となっていて、内部に半導体
レーザ素子（レーザダイオードチップ）およびこのレー
ザダイオードチップの共振器端面から発光されるレーザ
光の光出力を検出する受光素子が内臓されている。また
、この半導体レーザ装置においては、１．３μｍ帯のレ
ーザ光を発生するレーザダイオードチップを内蔵させ、
かつ光ファイバとしてシングルモードファイバを使用し
ていることによって、長距離大容量の通信も可能となっ
ていまた、このような半導体レーザ装置におけるレーザ
ダイオードチップと光ファイバとの間の光結合効率を向
上させる目的で、本出願人は、光ファイバの先端部分を
支持する支持体をあらかじめ可撓性構造としておき、レ
ーザダイオードチップの固定および光ファイバの固定後
に、前記支持体の頭部に外力を加えて支持体を動かして
光フアイバ先端の位置を修正することによって、レーザ
ダイオードチップと光ファイバとの光軸を一致させる技
術を開発している（特願昭５８−１５１５６０号に記載
されている技術）。これにより、光結合効率の高い半導
体レーザ装置を高歩留りで製造することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、光ファイバの先端部を支持体で支持する
構造であっても、苛酷な温度サイクル試験、高温放置試
験を行った場合、光ファイバを被覆するナイロン等のジ
ャケットと石英からなる光ファイバとの間に相互の熱膨
張係数の差によって、光フプイハとジャケットとの間に
応力が作用し、光ファイバを固定する各部のソルダー等
の劣化によって前記応力が直接前記支持体部分にまで作
用する場合があり、このような場合、光ファイバの先端
の位置が微妙に変化し、高い光取り込み効率を維持でき
なくなり、光結合効率が悪くなることが、本発明者によ
ってあきらかにされた。

また、レーザダイオードチップから発光されたレーザ光
を受光素子（ホトダイオードチンブ）で受光してその出
力をモニタする場合、レーザ光の平均的な出力を検出す
る平均値検出が一般的であるが、時々刻々の光出力をよ
り正確に検出する信号値検出も行われている。この信号
検出の場合、モニター側レーザ光（後方出射光）のモニ
ター先出ツノが前方出射光出力によく対応することが重
要なことである。受光素子によるモニター光出力（ｐｒ
）の温度特性について分析検討した結果、レーザダイオ
ードチップ自体にも前方／後方光出力比の温度依存性が
あることが本発明者によってあきらかにされた。すなわ
ち、モニター光出力は受光素子の開口数（ＮＡ）、換言
すれば、レーザダイオードチップの出射面からの距離に
依存し、前方出射光を受光する光ファイバの開口数に一
致することが望ましいことがわかった。

そこで、受光素子の開口数を開口数が大きい光ファイバ
の開口数と同一となるように、大きくする一つの方法と
しては、受光素子の受光面積を広（することが考えられ
る。しかし、受光素子の受光面積を広くすることは、容
量が大きくなり、高周波特性が悪くなるという問題が生
じる。また、受光素子の大きさを大きくすることなく開
口数を大きくするには、受光素子をレーザダイオードチ
ップに近づける手段が考えられる。しかし、従来の半導
体レーザ装置では、レーザダイオードチップを支持する
支持体がレーザダイオードチップの一端から長く張出し
ているため、受光素子をレーザダイオードチップに近接
配置できない。

本発明の目的は光結合効率を常に高く維持できる光電子
装置を提供することにある。

本発明の他の目的はレーザ光出力をモニターする受光素
子の開口数を大きくできる光電子装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は光ファイバおよび受光素子の開口数
を一致させることにより、レーザ光出力のモニター精度
向上が達成できる光電子装置を提供することにある。

本発明の他の目的は高周波特性が良好な光電子装置を提
供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体レーザ装置にあっては、レー
ザダイオードチップを主面に固定する支持体の主面の一
部に突出するように設けられた突起部に、光ファイバを
貫通状態で固定させるとともに、この光ファイバの先端
を前記レーザダイオードチップの前方出射光を取り込む
ようにし、かつ前記レーザダイオードチップは、受光素
子に対面する出射面が前記支持体の端面と一致するよう
にして受光素子をレーザダイオードチップに近接配置し
、さらに、受光素子の開口数と光ファイノ＼の開口数を
いずれも同一値、たとえば、０．２となるように一致さ
せる。

〔作用〕

上記した手段によれば、レーザダイオードチップと、こ
のレーザダイオードチップの前方出射光を取り込む光フ
ァイバは、同一の支持体に固定される構造となっている
ことから、レーザダイオードチップの出射面と光ファイ
バの先端とを近接できるとともに、単一な支持体にガイ
ド孔を利用して光フアイバ先端を固定することから、光
ファイバとレーザダイオードチップとの位置関係が一定
に維持でき、光取り込み効率が高くなるように一度設定
を行えば、その後は常に高い光結合状態を維持でき、安
定した光通信が可能となる。また、レーザ光出力をモニ
ターする受光素子の開口数は、光ファイバの開口数と同
一値となっていることから、温度による遠視野像のゆら
ぎ等の変化が前方出射光および後方出射光で略同等とな
り、前方出射光と後方出射光の光出力比が温度に対して
安定し、高精度な光出力モニターが行える。また、本発
明によれば、受光素子をレーザダイオードチップに近づ
けることが可能となることから、より一層受光素子の大
きさを小さくできることにもなり、より高い周波数での
光通信も可能となる。

〔実施例〕第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、第２図は同じく半導体レーザ装置の概
要を示す斜視図である。

本発明の半導体レーザ装置（光電子装置）は、第２図に
示されるように、偏平形モジュールとなっていて、パン
ケージ１は、各部品をその主面側窪みに組み込んだ箱型
金属製のステム２と、このステム２の窪み部分を塞ぐ金
属製のキャップ３とによって形成されている。このパッ
ケージ１からは、一本の光フアイバケーブル４と、一対
２組合計４本のり−ド５が突出した構造となっている。

なお、ステム１の少なくとも二隅には取付孔６が設けら
れている。

前記ステム２の窪み底中央の矩形の台座部７上には支持
体８が固定されている。また、第１図に示されるように
、前記支持体８は平坦部９と、この平坦部９の左端に上
方に突出する板状の突起部１０とからなり、Ｌ字状断面
の板体となっている。

前記支持体８の平坦部９の主面の右端側にはレーザダイ
オードチップ（半導体レーザ素子）１１が固定されてい
る。前記レーザダイオードチップ１１は接合材１２によ
って支持体８に固定されているが、この固定の際、レー
ザダイオードチップ１１の二点鎖線で示される共振器１
３の右端である出射面、すなわち、レーザダイオードチ
ップ１１の右端面は、支持体８の平坦部９の右端面と一
致するかあるいは数μｍ張り出した状態に固定される。

これによって、後述する受光素子がレーザダイオードチ
ップ１１の右端の出射面に２００μｍと近接配設可能と
なる。したがって、受光素子がレーザダイオードチップ
１１に近接できるように、支持体８を台座部７に接合材
１４を介して固定する場合にも、台座部７の右端面は支
持体８の右端面、すなわち、平坦部９の右端面から張り
出さないようにする必要がある。また、前記支持体８の
左端側に垂直上方向に延在する突起部１０には水平方向
に延在するテーパ状のガイド孔工５が設けられている。

このガイド孔１５には、コア１６とクラッド１７とから
なる芯線（光ファイバ）１８が貫通状態で挿入されると
ともに、接合材１９で固定される。前記芯線１８は直径
が１２５μｍΦとなるとともに、先端部分は円錐状のテ
ーパ部２０となり、かつ先端は球面となっている。また
、ｎｔＪ記支持体８はＭｏ、Ｃｕ等の熱伝導性の良好な
金属で形成されている。また、前記ガイド孔１５は芯線
１８の挿し込み側が１５０μｍΦ、奥が８０μｍΦのテ
ーバ孔となり、芯線１８の先端のテーバ部２０を案内す
るようになっている。芯線１８の先端とレーザダイオー
ドチップ１１の芯線１８に対面する共振器１３の端面（
出射面）との間隔は、数十μｍ〜１００μｍ程度となっ
ている。

また、レーザダイオードチップ１１は支持体８の平坦部
９上に、芯線１８は支持体８の突起部１０のガイド孔１
５内に、それぞれ接合材１２．１９を介して固定されて
いる。したがって、平坦部９と突起部１０は一体構造で
あることから、強度的にも強（、一度固定してしまえば
、レーザダイオードチップ１１と芯線１８との位置関係
は狂い難い。また、一体構造の平坦部９および突起部１
０にレーザダイオードチップ１１および芯線１８を固定
するため、両者を前述のように近接することもできると
ともに、芯線１８の先端側をも固定できるようになり、
共振器１３の端面から発光されるレーザ光２１を取り込
む取り込み状態も変化し難くなり、高い取り込み効率で
レーザ光２１を取り込むように一度固定すれば、以後は
レーザダイオードチップＩＩとコア１６との光結合状態
（光結合率）は変化し難くなる。

一方、前記ステム２の周壁には、筒状のファイバガイド
２２が貫通状態で挿入されるとともに、図示しない鑞材
によって気密的に固定されている。

このファイバガイド２２は、ステム２に挿入される長い
スリーブ２３．ステム２の側面に当接する大径のストッ
パー２４．ストッパー２４部分よりも細いカシメ部２５
とによって構成されている。

このファイバガイド２２には、光フアイバケーブル４の
先端部が挿入されている。この挿入部分は、ジャケット
が付いた部分と、その先端のジャケットが剥がされてコ
ア１６とクラッド１７からなる芯線（光ファイバ）１６
とからなっていて、ジャケット部分はカシメ部２５のカ
シメによってファイバガイド２２に固定されるとともに
、芯線１８は接合材２６でファイバガイド２２に固定さ
れている。また、前記ファイバガイド２２から突出する
芯線１８は前記ステム２に固定された調整ボスト２７の
挿入孔に挿入されかつ接合材２８で固定されている。

また、前記ステム２の側面に突出するレーザダイオード
チップ用の２本のり一ド５にあっては、一方のり−ド５
は絶縁体２９を介してステム２に貫通固定されている。

このリード５の内端には、一端が前記レーザダイオード
チップ１１の表面電極に固定されたワイヤ３０の他端が
固定されている。また、レーザダイオードチップ用の他
のり−ド５は、ステム２に直接固定されている。このリ
ード５は、ステム２．支持体８を介してレーザダイオー
ドチップ１１の下部電極に電気的に接続されている。し
たがって、この一対のリード５間に所定の電圧が印加さ
れると、レーザダイオードチップ１１の両端の発光面か
らレーザ光２１を発光する。

また、前記ファイバガイド２２に対して反対側に位置す
る２木のリード５の内端はステム２を貫通するとともに
、その先端は、セラミンクからなるブロック３１の近傍
に臨んでいる。前記リード５はブロック３１の主面から
その側面に亘って延在する導体層３２にそれぞ電気的に
接続された端子板３’３．３４に半田等の鑞材３５によ
、って接続されている。前記一方の端子板３３には受光
素子（ホトダイオードチップ）３６が接合材３７を介し
て固定され、他方の端子板３４には前記受光素子３６の
電極に一端が接続されたワイヤ３８の他端が接続されて
いる。また、前記ブロック３１は接合材３９を介してス
テム２に固定されている。

したがって、これら一対のリード５は受光素子３６の出
力端子となる。なお、これら一対のり一ド５は絶縁体４
０を介してステム２に固定されている。

また、これは、本発明の特徴的な構造形態の一つである
が、第１図に示されるように、前記レーザダイオードチ
ップ１１の出射面とこれに対面する芯線１８の先端間隔
は数十μｍ〜１００μｍ前後、レーザダイオードチップ
１１の出射面と受光素子３６の受光面との間隔は、２０
０μｍとなり、いずれも開口数が０．２程度となり一致
している。

なお、芯線１８は１２５μｍΦと細いこともあって、！
／−ザダイオードチップ１１を搭載する支持体８の上方
に延在させても、高さが１００μｍ程度のレーザダイオ
ードチップ１１の上面から数μｍ下に位置する共振器１
３の端から出射されるレーザ光２１を支障なく取り込む
ことができる。

このような、半導体レーザ装置はレーザダイオードチッ
プ用の一対のリード５間に所定の電圧が印加されること
により、第１図に示されるように、レーデダイオードチ
ップ１１のレーザ光２１端面（出射面）からレーザ光２
１を発光する。レーザ光２１による光情報は光フアイバ
ケーブル４を伝送媒体として、所望箇所に伝送される。

また、レーザ光２１の光出力は常時受光素子３６によっ
てモニターされ、光出力が一定となるように制御される
。この際、レーザダイオードチップ１１から発光される
レーザ光２１の光出力をモニターするためにレーザダイ
オードチップ１１の後方出射光を受光する受光素子３６
の開口数は、前方出射光を取り込む光フアイバケーブル
４　く芯線１８）の開口数と同一値となっていることか
ら、温度による遠視野像のゆらぎ等の変化が前方出射光
および後方出射光で略同等となり、前方出射光と後方出
射光の光出力比が温度に対して安定し、高精度な光出力
モニターが行える。また、受光素子３６はレーザダイオ
ードチップ１１に近くなることからモニター電流が従来
の約４倍と高くなりモニター精度が安定する。また、受
光素子３６はレーザダイオードチップ１１に近くなるこ
とから受光素子３６の受光面積は小さくてもよくなり、
受光素子３６のサイズを小さくできる。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明によれば、レーザダイオードチップおよび
このレーザダイオードチップの前方出射光を受光する光
ファイバ（芯線）の先端部分は、一体構造の支持体に固
定されているため、一度固定されるとレーザダイオード
チップと光フアイバ先端の位置関係は常に高い精度で維
持されるという効果が得られる。

（２）上記（１）により本発明によれば、Ｌ字形の支持
体の平坦部上にレーザダイオードチップは固定されると
ともに、芯線の先端部分は支持体の突起部に穿たれたガ
イド孔内に貫通挿入されて固定される構造となるため、
レーザダイオードチップの出射面近傍に芯線の先端を対
面させることができるという効果が得られる。

（３）上記（１１および（２）により、本発明によれば
、芯線の先端はレーザダイオードチップの出射面に近接
しかつその相互の位置関係は崩れ難いことから、高い光
結合状態に一度設定すれば、その後は常時高い光結合状
態を維持できることになり、安定した光通信が達成でき
るという効果が得られる。

（４）本発明によれば、受光素子に対面するレーザダイ
オードチップの一端面が、レーザダイオードチップを支
持する支持体の端面と同一面となっていることから、受
光素子をレーザダイオードチップの出射面に対して、た
とえば、２００μｍと近接できるため、高いモニター電
流が得られ、モニター精度が向上するという効果が得ら
れる。

（５）上記（４）により、本発明によれば、受光素子を
レーザダイオードチップに近接できるため、受光素子の
受光面積の縮小化も可能となり、受光素子の小型化によ
って、より高い周波数における光通信も可能となるとい
う効果が得られる。

（６）上記（５）により、本発明によれば、受光素子の
小型化によって、半導体レーザ装置の小型化も可能とな
るという効果が得られる。

（７）上記（２）および（４）により、本発明によれば
、レーザ光の前方出射光を取り込む光ファイバの開口数
と、レーザ光の後方出射光を受光してレーザ光強度をモ
ニターする受光素子の開口数は、同一値とすることがで
きることから、温度による遠視野像のゆらぎ等の変化が
前方出射光および後方出射光で略同等となり、前方出射
光と後方出射光の光出力比が温度に対して安定し、高精
度な光出力モニターが行えるという効果が得られる。

（８）上記（１）〜（７）により、本発明によれば、高
周波特性および温度特性に優れかつ高信顛度の光出力モ
ニターが可能な半導体レーザ装置を提供することができ
るという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、光ファイバと
して、コア径が５０μｍと太いマルチモードファイバを
用いても前記実施例同様な効果が得られる。また、前記
支持体８はＳｉＣ，アルミナ等の絶縁性のものを用いて
も前記実施例同様な効果が得られる。また、前記支持体
８におけるガイド孔１５は丸孔であっても前記実施例同
様な効果が得られる。また、本発明の半導体レーザ装置
は調整ボスト２７がなくとも前記実施例同様な効果が得
られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光通信用技術に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、たとえば、光集積回路（ＯＥｒＣ）等による光
通信技術、あるいは光による計測技術等にも適用できる
。

本発明は少なくとも高周波帯域で駆動されるレーザダイ
オードチップとこのレーザダイオードチップの両端の出
射面に光学系を対峙させた構造の光電子装置に適用でき
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の半導体レーザ装置にあっては、レーザダイオー
ドチップと芯線とは強固な一体構造の支持体に近接状態
で固定されることから、芯線の開口数を太き（とること
ができるとともに、レーザダイオードチップと芯線の位
置関係を常に高い精度で維持でき、安定した光通信が達
成できる。また、本発明の半導体レーザ装置は、レーザ
光出力をモニターする後方出射光を受光する受光素子の
開口数は、前方出射光を取り込む光ファイバの開口数と
同一値となっていることから、温度による遠視野像のゆ
らぎ等の変化が前方出射光および後方出射光で略同等と
なり、前方出射光と後方出射光の光出力比が温度に対し
て安定し、高精度な光出力モニターが行える。また、本
発明の半導体レーザ装置は、受光素子をレーザダイオー
ドチップに近づけることが可能となることから、より一
層受光素子の大きさを小さくできることにもなり、より
高い周波数での光通信も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す断面図、第２図は同じく半導体レーザ装置の概要を示す斜視図で
ある。１・・・パッケージ、２・・・ステム、３・・・キャッ
プ、４・・・光フアイバケーブル、５・・・リード、６
・・・取付孔、７・・・台座部、８・・・支持体、９・
・・平坦部、１０・・・突起部、１１・・・レーザダイ
オードチップ（半導体レーザ素子）、１２・・・接合材
、１３・・・共振器、１４・・・接合材、１５・・・ガ
イド孔、１６・・・コア、１７・・・クラッド、１８・
・・芯線（光ファイバ）、１９・・・接合材、２０・・
・テーパ部、２１・・・レーザ光、２２・・・ファイバ
ガイド、２３・・・スリーブ、２４・・・ストッパー、
２５・・・カシメ部、２６・・・・・・接合材、２７・
・・調整ポスト、２８・・・接合材、２９・・・絶縁体
、３０・・・ワイヤ、３１・・・ブロック、３２・・・
導体層、３３．３４・・・端子板、３５・・・鑞材、３
６・・・受光素子（ホトダイオード）、３７・・・接合
材、３８・・・ワイヤ、３９・・・接合材、４０・・・
絶縁体。

Claims

【特許請求の範囲】１、レーザダイオードチップと光ファイバが同一の支持
体に固定されていることを特徴とする光電子装置。２、前記レーザダイオードチップは支持体の主面上に固
定されているとともに、前記光ファイバは前記支持体の
突起部に固定されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光電子装置。３、前記光ファイバは前記突起部に穿れたガイド孔に貫
通挿入されかつ接合材を介して固定されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電子装置。４、一対の出射面からそれぞれレーザ光を発光するレー
ザダイオードチップと、一方の出射面から発光されたレ
ーザ光を取り込む光ファイバと、他方の出射面から発光
されたレーザ光を受光する受光素子と、を有する光電子
装置であって、前記レーザダイオードチップと光ファイ
バは同一の支持体に固定され、かつ前記レーザダイオー
ドチップの受光素子に対面する一端の出射面は前記支持
体の一端と略同一面となっていることを特徴とする光電
子装置。５、前記光ファイバは前記支持体の主面に突出した突起
部に穿たれたガイド孔に貫通挿入固定され、かつ前記光
ファイバの開口数と受光素子の開口数とが一致している
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光電子装
置。