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Die
Erfindung betrifft ein optisches Halbleitermodul in einem optischen
Kommunikationsnetz, und insbesondere ein optisches Halbleitermodul,
das mit einer Lichtüberwachungseinrichtung
ausgestattet ist, die Licht überwacht,
das von einem Lichtemissionselement an einem Lichtwellenleiter emittiert
wird.
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Bei
einem verwandten optischen Halbleitermodul dient ein Lichtüberwachungselement
zur Steuerung des von einem Lichtemissionselement, wie z. B. einem
Halbleiterlaser, emittierten Ausgangspegels. Das Lichtüberwachungselement
empfängt
einen Teil des von dem Lichtemissionselement emittierten Lichts
und überwacht
diesen Teil des Lichts. Um diese Überwachungsfunktion auszuführen, ist das
Lichtüberwachungselement
an einem hinteren Abschnitt des Halbleiterlasers angeordnet. In
dieser Anordnung empfängt
das Lichtüberwachungselement
Licht, das vom hinteren Teil des Halbleiterlasers emittiert wird,
und erfaßt
seinen optischen Ausgangspegel, um die optische Ausgangssteuerung
durch dessen Regelung mit Rückführung auszuführen.
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Gegenwärtig sind
optische Halbleitermodule für
bidirektionale optische Kommunikation in Gebrauch, die sowohl mit
einem Lichtemissionselement für
die Emission von Signallicht zum Senden als auch mit einem Lichtempfangselement
zum Empfang von gesendetem Signallicht ausgestattet sind. Die JP-A-11-38279
offenbart das in 1 dargestellte optische Halbleitermodul
für bidirektionale
optische Kommunikation. In 1 ist das
optische Halbleitermodul 1 aus einem Lichtwellenleitersubstrat 2,
einem Lichtemissionselement 3, einer Lichtüberwachungseinrichtung 4 und
einem Lichtempfangselement 5 aufgebaut. Das Lichtemissionselement 3 wird
auf dem Lichtwellenleitersubstrat 2 bereitgestellt und
ist optisch mit einem ersten Lichtwellenleiter 6 gekoppelt.
Das Lichtempfangselement 5 wird auf dem Lichtwellenleitersubstrat 2 bereitgestellt
und ist optisch mit einem zweiten Lichtwellenleiter 7 gekoppelt. Das
optische Halbleitermodul 1 ist so konstruiert, daß durch
parallele Anordnung des Lichtemissionselements 3 und des
Lichtempfangselements 5 vom Lichtemissionselement 3 emittiertes
Rücklicht
nicht auf das Lichtempfangselement 5 auffällt.
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Da
in diesem optischen Halbleitermodul 1 die Lichtüberwachungseinrichtung 4 das
von dem Lichtemissionselement 3 emittierte Rücklicht
direkt empfängt,
muß die
Lichtüberwachungseinrichtung 4 ein Typ
mit Lichteinfall vom Wellenleiter sein. Eine Lichtüberwachungseinrichtung 4 vom
Typ mit Lichteinfall vom Wellenleiter ist jedoch teurer als ein
Typ mit Lichtenfall an der Vorderfläche, der gegenwärtig allgemein
eingesetzt wird. Daher bestehen Nachteile; beispielsweise ist die
Herstellung des Moduls mit niedrigeren Kosten schwierig, und wegen
der geringen Größe des Lichtempfangsteils
der Lichtüberwachungseinrichtung 4 ist
eine äußerst genaue
Installation erforderlich.
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Da
das vom Lichtemissionselement 3 emittierte Rücklicht
als Überwachungslicht
genutzt wird, ist außerdem
keine Erhöhung
des Reflexionsvermögens
der Rückseite
des Lichtemissionselements 3 zulässig, um die Lichtausbeute
des Lichtemissionselements 3 zu erhöhen.
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JP-A-61
123 190 offenbart ein optisches Halbleitermodul mit einer Laserdiode,
einem Lichtwellenleiter und einem oberhalb des Wellenleiters angeordneten
Photodetektor mit nach unten gerichteter Lichtempfangsfläche. US-A-4
815 081 offenbart ein bidirektionales Wellenlängenmultiplexer/-demultiplexermodul.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das optische Halbleitermodul
zu niedrigeren Kosten bereitzustellen, indem die Installation des
Lichtüberwachungselements
erleichtert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung
der Lichtausbeute des Lichtemissionselements durch Erhöhen des
Reflexionsvermögens
der Rückseite
des Lichtemissionselements. Dadurch wird ein optisches Halbleitermodul bereitgestellt,
das in der Lage ist, Funktionen zu über wachen, und gleichzeitig
werden seine Temperatureigenschaften verbessert.
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Diese
Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine Erleichterung der Installation der Lichtüberwachungseinrichtung und
die kostengünstigere
Herstellung des optischen Halbleitermoduls.
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Diese
und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger ersichtlich.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schemazeichnung, die ein verwandtes optisches Halbleitermodul darstellt;
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2A eine
schematische Vorderansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt;
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2B eine
Seitenansicht des optischen Halbleitermoduls gemäß 2A;
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3 eine
Schemazeichnung, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt;
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4 eine
Schemazeichnung, die ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt;
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5A eine
schematische Vorderansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt;
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5B eine
Seitenansicht des optischen Halbleitermoduls gemäß 5A;
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6 eine
Schemazeichnung, die ein fünftes
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt; und
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7 eine
Schemazeichnung, die ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen
Halbleitermoduls darstellt.
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Nachstehend
wird jedes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ausführlich
beschrieben.
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2A zeigt
eine Vorderansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen
Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. 2B zeigt eine Seitenansicht
des optischen Halbleitermoduls gemäß 2A. In
den 2A und 2B ist
das erfindungsgemäße optische
Halbleitermodul aus einem Lichtwellenleitersubstrat 11,
einem Lichtemissionselement 12 und einer Lichtüberwachungseinrichtung 13 aufgebaut.
Auf dem Lichtwellenleitersubstrat 11 sind ein Lichtwellenleiter 14, eine Überzugsschicht 15,
eine mit dem Lichtemissionselement 12 gekoppelte Elektrode 16 und
eine mit der Lichtüberwachungseinrichtung 13 gekoppelte Elektrode 17 vorgesehen.
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Vom
Lichtemissionselement 12 emittiertes Sendesignallicht wird
in den Lichtwellenleiter 14 eingekoppelt und in eine Sendeleitung
geleitet. Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
auf der Überzugsschicht 15 angebracht.
Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 empfängt von
dem vom Lichtemissionselement 12 emittierten Licht einen
Teil des Streulichts, der nicht in den Lichtwellenleiter 14 eingekoppelt
wird, und steuert die Lichtausbeute des Lichtemissionselements 12.
In den 2A und 2B stellen
die gestrichelten Linien einen im wesentlichen kegelförmigen Lichtstrahl
dar, der vom Lichtemissionselement 12 ausgestrahlt wird.
Da das gesamte optische Halbleitersystem mit einem lichtdurchlässigen Harz
abgedeckt ist, das einen genau angepaßten Brechungsindex aufweist,
wird innerhalb der Überzugsschicht 15 streuendes
nicht an der Oberseite der Überzugsschicht 15 reflektiert
und an einer Lichtempfangsfläche 18 der
Lichtüberwachungseinrichtung 13 empfangen.
Das Lichtemissionselement 12 ist so installiert, daß vom Lichtemissionselement 12 emittiertes
Licht in den Lichtwellenleiter 14 eingekoppelt werden kann.
Zur Steuerung des Lichtemissionselements 12 sind die Leiter 19 bzw. 20 mit
den oberen Flächen
der Elektrode 16 bzw. des Lichtemissionselements 12 verbunden.
Vorzugsweise bestehen der Lichtwellenleiter 14 und die Überzugsschicht 15 aus
Quarzglas. Der Lichtwellenleiter 14 und die Überzugsschicht 15 könnten jedoch
auch aus organischen Stoffen, wie z. B. aus Polymeren, aus Silicium oder
anderen Halbleitern aufgebaut werden.
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Die
Lichtüberwachungseinrichtung 13 wird so
installiert, daß die
Lichtempfangsfläche 18 der Lichtüberwachungseinrichtung 13 nach
unten zur Überzugsschicht 15 gerichtet
ist, um einen Teil des Streulichts zu empfangen, der nicht in den
Lichtwellenleiter 14 eingekoppelt wird. Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
ein Typ mit Lichteinfall an der Vorderseite. Es kann jedoch auch
ein Typ mit Lichteinfall an der Rückseite als Lichtüberwachungseinrichtung 13 verwendet
werden. Um eine Reflexion des innerhalb der Überzugsschicht 15 streuenden Lichts
an der Oberseite der Überzugsschicht 15 zu verhindern,
wird das gesamte optische Halbleitermodul mit einem lichtdurchlässigen Harz
abgedeckt, das einen genau angepaßten Brechungsindex aufweist. Die
Leiter 21 bzw. 22 sind mit den Oberseiten der Elektrode 7 bzw.
der Lichtüberwachungseinrichtung 13 verbunden,
und der Strom, der durch die Lichtüberwachungseinrichtung 13 beim
Empfang von Licht erzeugt wird, das vom Lichtemissionselement 12 emittiert
wird, wird durch die Leiter 21 und 22 abgegeben.
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Da
das Lichtemissionselement 12 kein Rücklicht als Überwachungslicht
nutzt, kann das Reflexionsvermögen
der Rückseite
des Lichtemissionselements 12 erhöht werden. Als Ergebnis können die Lichtausbeute
des Frontlichts sowie die Temperatureigenschaften des Lichtemissionselements 12 verbessert
werden. Da außerdem
an der Rückseite
des Lichtemissionselements 12 kein Raum für die Installation
der Lichtüberwachungseinrichtung 13 erforderlich
ist, wird eine Miniaturisierung des Lichtwellenleitersubstrats 11 möglich. Darüberhinaus
weist die Lichtüberwachungseinrichtung 13 eine
große
Lichtempfangsfläche
im Vergleich zu der des Lichtempfangselements eines Typs mit Lichteinfall
vom Wellenleiter auf. Daher können
die Präzisionsanforderungen
für die
Installation des Lichtempfangselements gelockert werden.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist anstelle des Lichtempfangsstroms einer Lichtüberwachungseinrichtung 13, der
durch die an einer Vorderseite und einer Rückseite der Lichtüberwachungseinrichtung 13 angebrachten
Elektroden fließt,
die Lichtüberwachungseinrichtung 13 mit zwei
Elektroden ausgestattet, die mit der Lichtempfangsfläche 18 gekoppelt
sind. Für
gleiche Elemente wie in den 2A und 2B werden gleiche
Bezugszeichen benutzt. Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
so installiert, daß die
Lichtempfangsfläche 18 der
Lichtüberwachungseinrichtung 13 nach
unten gerichtet ist, um einen Teil des Streulichts zu empfangen,
der nicht in den Lichtwellenleiter 14 eingekoppelt wird.
Die Lichtüberwachungseinrichtung 13,
die Elektrode 17 und eine Elektrode 32, die auf
der Überzugsschicht 15 angebrachte
sind, werden während
der Installation der Lichtüberwachungseinrichtung 13 gleichzeitig
angeschlossen. Um den Lichtempfangsstrom der Lichtüberwachungseinrichtung 13 zu
empfangen, sind die Leiter 21 bzw. 31 an die Elektrode 17 bzw.
die Elektrode 32 angeschlossen.
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In 4 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Für gleiche Elemente wie in den 2A und 2B werden gleiche
Bezugszeichen benutzt. Das dritte Ausführungsbeispiel stellt eine
Metallschicht 41 als Reflexionsschicht zur Reflexion von
Streulicht bereit, das nicht in einen Lichtwellenleiter zwischen
einer Oberseite des Lichtwellenleitersubstrats 11 und der Überzugsschicht 15 eingekoppelt
wird. Als Ergebnis wird durch die Überzugsschicht 15 nach
unten streuendes Licht aufwärts
reflektiert, wenn es die Metallschicht 41 erreicht. Daher
kann das durch die Überzugsschicht 15 nach
unten streuende Licht auch an der Lichtempfangsfläche 18 der
Lichtüberwachungseinrichtung 13 empfangen
werden, und man kann einen höheren
Lichtempfangsstrom erzielen.
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In 5A ist
ein viertes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. 5B zeigt eine
Seitenansicht des optischen Halbleitermoduls gemäß 5A. In
den 5A und 5B ist
die Lichtüberwachungseinrichtung 13 nicht
auf einem Lichtwellenleiter, sondern oberhalb einer Lichtleitfaser
installiert. Für
gleiche Elemente wie in den 2A und 2B werden
gleiche Bezugszeichen benutzt.
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Auf
dem Substrat 11 sind eine Nut 52, die eine Lichtleitfaser 53 positioniert,
und eine Nut 51 vorgesehen, welche die Lichtleitfaser 53 berührt. Die Nut 52 positioniert
die Lichtleitfaser 53 in einer zur optischen Achse parallelen
Richtung. Die Lichtleitfaser 53 stößt an die Nut 51 an,
die eine Richtung senkrecht zur optischen Achse aufweist, ohne die
optische Achse zu justieren. Das Lichtemissionselement 12 ist
mit der Elektrode 16 gekoppelt, und vom Lichtemissionselement 12 emittiertes
Licht kann in die Lichtleitfaser 53 eingekoppelt werden.
Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
oberhalb der Lichtleitfaser 53 so installiert, daß die Lichtempfangsfläche 18 der
Lichtüberwachungseinrichtung 13 nach
unten gerichtet ist, um einen Teil des Streulichts zu empfangen,
der nicht in die Lichtleitfaser 53 eingekoppelt wird. Um
zu verhindern, daß die
Lichtüberwachungseinrichtung 13 die
Lichtleitfaser 53 berührt,
wird die Lichtüberwachungseinrichtung 13 mit
der auf dem Substrat 11 vorgesehenen Elektrode 17 über einen Lötkontakthügel 54 verbunden.
Um außerdem
zu verhindern, daß in
eine Ummantelung der Lichtleitfaser 53 gestreutes Licht
an einem äußeren Umfangsabschnitt
der Lichtleitfaser 53 reflektiert wird, wird das gesamte
optische Halbleitermodul mit einem lichtdurchlässigen Harz abgedeckt, das
einen genau angepaßten
Brechungsindex aufweist.
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In 6 ist
ein fünftes
Ausführungsbeispiel dargestellt.
Das optische Halbleitermodul weist eine Lichtsende-Empfangs-Funktion
mit einem auf einem Lichtwellenleitersubstrat 65 angebrachten
Wellenleiter 62 mit Y-Verzweigung und ein gleichfalls auf
dem Lichtwellenleitersubstrat 65 installiertes Lichtempfangselement 66 auf.
Für gleiche
Elemente wie in den 2A und 2B werden
gleiche Bezugszeichen benutzt.
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Auf
dem Lichtwellenleitersubstrat 65 sind ein erster Lichtwellenleiter 61,
ein zweiter Lichtwellenleiter 63, ein Wellenleiter 62 mit
Y-Verzweigung, eine mit einem Lichtemissionselement 12 gekoppelte Elektrode 16,
eine mit einer Lichtüberwachungseinrichtung 13 gekoppelte
Elektrode 17 und eine mit einem Lichtempfangselement 66 gekoppelte
Elektrode 67 vorgesehen. Ein Lichtemissionselement 12 ist
mit der Elektrode 16 gekoppelt, und von dem Lichtemissionselement 12 emittiertes
Licht kann in den ersten Lichtwellenleiter 61 eingekoppelt
werden. Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
auf der Elektrode 17 installiert, die auf der Überzugsschicht 15 (wie
in 2B dargestellt) so ausgebildet ist, daß die Lichtempfangsfläche 18 (wie
in 2B dargestellt) der Lichtüberwachungseinrichtung 13 nach
unten gerichtet ist, um einen Teil des Streulichts zu empfangen, der
nicht in den ersten Lichtwellenleiter 61 eingekoppelt wird.
Das Lichtempfangselement 66 ist mit der Elektrode 67 und
außerdem
mit dem zweiten Lichtwellenleiter 63 gekoppelt. Leiter 68 bzw. 69 sind
mit den Oberseiten der Elektrode 67 bzw. des Lichtempfangselements 66 verbunden,
so daß ein
Strom von dem Lichtempfangselement 66 fließen kann.
Um zu verhindern, daß in
den Raum innerhalb der Überzugsschicht 64 streuendes
Licht an der Oberseite der Überzugsschicht 64 reflektiert
wird, ist außerdem
das gesamte optische Halbleitermodul mit lichtdurchlässigem Harz
abgedeckt, das genau an den Brechungsindex der Überzugsschicht 64 angepaßt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist es durch Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtüberwachungseinrichtung möglich, die
Lichtüberwachungseinrichtung
auf dem Substrat anzuordnen, auf dem das Lichtemissionselement und
das Lichtempfangselement angeordnet sind.
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In 7 ist
ein sechstes Ausführungsbeispiel
dargestellt. Das optische Halbleitermodul weist eine Lichtsende-Empfangs-Funktion
zum Senden von Licht mit einer Wellenlänge λ1 und zum Empfang von Licht
mit einer Wellenlänge λ2 auf.
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Auf
einem Lichtwellenleitersubstrat 71 sind ein erster Lichtwellenleiter 72,
ein zweiter Lichtwellenleiter 73, ein dritter Lichtwellenleiter 74,
eine Nut 77 für
ein Filter 76, eine mit einem Lichtemissionselement 12 gekoppelte
Elektrode 16, eine mit einer Lichtüberwachungseinrichtung 13 gekoppelte
Elektrode 17 und eine mit einem Lichtempfangselement 78 gekoppelte
Elektrode 79 angebracht. Das Lichtemissionselement 12 ist
mit der Elektrode 16 gekoppelt, und vom Lichtemissionselement 12 emittiertes Licht
kann in den ersten Lichtwellenleiter 72 eingekoppelt werden.
Die Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
mit der auf einer Überzugsschicht 75 angebrachten
Elektrode 17 gekoppelt. Die Lichtempfangsfläche 18 (wie
in 2B dargestellt) der Lichtüberwachungseinrichtung 13 ist
nach unten gerichtet, um einen Teil des Streulichts zu empfangen,
der nicht in den ersten Lichtwellenleiter 72 eingekoppelt
wird.
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Das
Lichtempfangselement 78 ist so mit der Elektrode 79 gekoppelt,
daß Licht
von dem dritten Lichtwellenleiter 74 in das Lichtempfangselement 78 eingekoppelt
werden kann. Ein Filter 76, das Licht mit der Wellenlänge λ1 reflektiert
und Licht mit der Wellenlänge λ2 durchläßt, wird
in die Nut 77 eingesetzt, so daß vom ersten Lichtwellenleiter 72 auffallendes Licht
reflektiert und in den zweiten Lichtwellenleiter 73 eingekoppelt
wird. Vom Lichtemissionselement 12 emittiertes Sendesignallicht
der Wellenlänge λ1 wird durch
den ersten Lichtwellenleiter 72 geleitet, an dem Filter 76 reflektiert
und vom zweiten Wellenleiter 73 in eine Sendeleitung geleitet.
Empfangssignallicht der Wellenlänge λ2, das von
der Sendeleitung auf den zweiten Lichtwellenleiter 73 auffällt, wird
durch das Filter 76 durchgelassen und in den dritten Lichtwellenleiter 74 eingekoppelt
und vom Lichtempfangselement 78 empfangen. Die auf der Überzugsschicht 75 installierte
Lichtüberwachungseinrichtung 13 empfängt einen
Teil des Streulichts, der nicht in den ersten Lichtwellenleiter 72 eingekoppelt
wird, und dient zur Steuerung der Lichtausbeute des Lichtemissionselements 12.
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Die
Installation und Befestigung des Lichtempfangselements am Substrat
kann beispielsweise ausgeführt
werden, indem eine erste Elektrode an einer Vorderseite der Lichtempfangsfläche des
Lichtempfangselements angebracht wird, eine zweite Elektrode an
einer Vorderseite des Substrats angebracht wird und die erste Elektrode
elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden wird.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Lichtüberwachungseinrichtung
auf der Überzugsschicht
des Lichtwellenleitersubstrats mit ihrer Lichtempfangsfläche nach
unten installiert. Daher empfängt
die Lichtüberwachungseinrichtung
einen Teil des obenerwähnten
Streulichts, der nicht in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Als Ergebnis kann die Installation des Lichtempfangselements erleichtert
werden, und das optische Halbleitermodul kann kostengünstiger
produziert werden.
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Darüberhinaus
ist es möglich,
die Lichtausbeute des Frontlichts zu erhöhen und seine Temperatureigenschaften
zu verbessern, indem das Reflexionsvermögen der Rückseite des Lichtemissionselements
erhöht
wird, ohne das Rücklicht
des Lichtemissionselements als Überwachungslicht
zu nutzen.
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Offensichtlich
sind im Lichte der obigen Lehren zahlreiche Modifikationen und Änderungen
der vorliegenden Erfindung möglich.
Es versteht sich daher, daß innerhalb
des Umfangs der beigefügten
Patentansprüche
die Erfindung anders praktisch ausgeführt werden kann als hierin
konkret beschrieben.