-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul mit einer Monitor-Photodiode und insbesondere
ein optisches Modul mit einem eingebauten Halbleiterlaser und einer
eingebauten Photodiode zum Überwachen
der optischen Ausgangsleistung des Halbleiterlasers.
-
Beschreibung des Standes der
Technik
-
Bei
optischen Modulen für
Fernverbindungen mit optischen Fasern werden als Lichtquellen in der
Regel Halbleiterlaser (im folgenden kurz auch "LD" genannt)
verwendet. Da sich die optische Ausgangsleistung einer LD bei Temperaturänderungen
in der Umgebung des optischen Moduls und aufgrund einer Verschlechterung
der LD ändern
kann, enthält das
optische Modul oft eine Photodiode (im folgenden auch kurz "PD" genannt), die die
Aufgabe hat, die optische Ausgangsleistung der LD zu überwachen.
Dabei wird das nach vorne abgegebene optische Signal der LD im allgemeinen
optisch in die optische Faser eingekoppelt und für die optische Kommunikation
verwendet, während
das nach hinten abgegebene optische Signal von der PD aufgenommen wird,
um damit den Ansteuerstrom der LD so zu steuern, daß die nach
vorne abgegebene optische Ausgangsleistung konstant bleibt.
-
Es
wurden mehrere Anbringungsmöglichkeiten
für die
PD auf dem optischen Modul zum Überwachen
der optischen Ausgangsleistung der LD vorgeschlagen. Üblich ist
es, die PD einfach mit Lot und dergleichen auf einer Basis (die
auch als Aufnahme, Sockel und dergleichen bezeichnet werden kann)
für die
PD anzubringen und danach die PD-Basis mit Lot und dergleichen an
der Rückseite
der LD zu befestigen. Als Druckschriften, die einen solchen Aufbau beschreiben,
sind die Patent-Offenlegungsschriften "Halbleiter-Laservorrichtung" (ungeprüft veröffentlichte
japanische Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-289258 ), "Optisches Modul" (ungeprüft veröffentlichte
japanische Patentanmeldung Nr. Hei 9(1997)-21929) usw.
bekannt.
-
Als
Möglichkeit,
bei der keine Basis für
die PD benötigt
wird, ist ein Beispiel bekannt, bei der durch Ätzen und dergleichen in ein
Substrat mit einer darauf angebrachten LD eine Nut (ein Kanal) ausgebildet
wird und das Rückwärtslicht
der LD in die Nut eingeführt
und darin reflektiert wird, wobei sich die Einfallsebene der PD
in der gleichen Ebene befindet wie die Oberflächenebene des Substrats mit
der darauf angebrachten LD, so daß sie im wesentlichen senkrecht
zu der optischen Achse des Rückwärtslichts
liegt und dadurch das reflektierte Licht aufnimmt. Als Druckschrift,
die einen solchen Aufbau beschreibt, ist zum Beispiel "Optische Subanordnung mit
geringer Höhe" (
EP-A-0 782 224 ) bekannt.
-
Die
Verwendung einer Basis für
die PD hat den Vorteil, daß die
PD so angeordnet werden kann, daß relativ zu der Ausbreitung
des Rückwärtslichts der
LD das Rückwärtslicht
direkt auf die PD fällt,
so daß die
optische Ausgangsleistung des Rückwärtslichts
effizient erfaßt
werden kann. Auch kann die Position, an der die PD angebracht wird,
in einem bestimmten Bereich frei gewählt werden. Durch die Verwendung
der Basis für
die PD steigt jedoch die Anzahl der erforderlichen Teile an, so
daß sich
auch die Kosten erhöhen.
Auch die Anzahl der mittels Lot herzustellenden Verbindungen steigt
wie die Anzahl der durch Drahtbonden und dergleichen herzustellenden elektrischen
Verbindungen an. Bei einer Verbindung auf Lotbasis ist die Temperaturhierarchie
der Lote zu beachten, um ein erneutes Schmelzen eines vorher aufgebrachten
Lotes zu vermeiden. Der Freiheitsgrad für die Anwendung der Temperaturhierarchie des
Lotes über
das ganze optische Modul ist verringert.
-
Ein
Aufbau, bei dem das Rückwärtslicht
in eine Nut auf dem LD-Befestigungssubstrat eingeführt und
dort reflektiert wird, bei dem keine Basis für die PD verwendet wird und
bei dem die LD eine LD mit der Sperrschicht unten ist (deren Lichtabgabepunkt sich
an der Seite des LD-Befestigungssubstrats befindet, die in der Nähe der Lotverbindungsebene liegt),
ist für
den Fall geeignet, daß der
Abstand zwischen dem Lichtabgabepunkt der LD und der Lichtaufnahmenut
kurz ist. Im Falle einer LD mit Sperrschicht oben (dessen Lichtabgabepunkt
näher an
der Oberflächenebene
des LD-Befestigungssubstrats ist, die der Lotverbindungsebene gegenüberliegt),
steigt jedoch der Abstand vom Lichtabgabepunkt der LD zu der Lichtaufnahmenut
an, und die Menge des in einen Monitor einführbaren Lichts nimmt ab. Die
von der PD aufgenommene Lichtmenge ist daher möglicherweise nicht mehr ausreichend,
um die optische Ausgangsleistung der LD zu überwachen.
-
In
der
EP-A-0 836 105 und
der
JP-10-022576 sind
weitere bekannte optische Vorrichtungen beschriebenen. Das erste
dieser Dokumente diente dazu, den vorliegenden Patentanspruch 1
in die zweiteilige Form zu bringen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Hauptaufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Modul mit einer
Monitor-Photodiode zu schaffen, bei der Anzahl der Teile für das optische Modul
verringert ist und bei der die Menge des in die Monitor-PD einführbaren
Lichts von einem Lichtabgabepunkt einer LD ohne die Verwendung einer
Basis für
die PD erhöht
ist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches
Modul mit einer Monitor-Photodiode zu schaffen, mit der die Hauptaufgabe
gelöst
werden kann und die auch bei einer LD mit der Sperrschicht oben
verwendet werden kann.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgaben umfaßt
die vorliegende Erfindung ein optisches Modul nach Patentanspruch
1. Die Unteransprüche
betreffen bevorzugte Modifikationen davon.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Photodiode derart direkt am Substrat befestigt, daß die Lichtaufnahmefläche der
Photodiode parallel zu der Mitte der optischen Achse des Rückwärtslichts des
Halbleiterlasers liegt, wobei sich die Photodiode in einer solchen
Position befindet, daß die
Lichtaufnahmefläche
von der Mitte der optischen Achse des Rückwärtslichts einen vorgegebenen
Versatz aufweist.
-
Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen auch aus der folgenden genauen Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
und von Beispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
hervor.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls zeigt.
-
2 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines ersten Beispiels für ein optisches
Modul zeigt, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist.
-
3 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines zweiten Beispiels zeigt.
-
4 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines dritten Beispiels zeigt.
-
5 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines vierten Beispiels zeigt.
-
6 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines fünften Beispiels zeigt.
-
7 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines sechsten Beispiels zeigt.
-
8 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau eines siebten Beispiels zeigt.
-
9 ist
eine Schnittansicht zur Beschreibung der Beziehungen zwischen der
Anordnung von Teilen des optischen Moduls.
-
10 ist
ein Diagramm zur Darstellung des optischen Koppelwirkungsgrades.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Mit
Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen
und für das
Verständnis
der Erfindung nützliche
Beispiele beschrieben.
-
Die 1 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau des Hauptteils einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen optischen
Moduls zeigt. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein optisches
Modul mit einem Halbleiterlaser und einer Photodiode zum Überwachen
der optischen Ausgangsleistung des vom Halbleiterlaser emittierten
Lichts, wobei sich der Halbleiterlaser und die Photodiode auf dem
Modul befinden. In dem optischen Modul ist die Photodiode derart
direkt an einem Substrat befestigt, daß die Lichtaufnahmefläche der
Photodiode parallel zu der Mitte der optischen Achse des Rückwärtslichts
des Halbleiterlasers liegt und sich in einer Position befindet,
in der sie zur Mitte der optischen Achse des Rückwärtslichts einen vorgegebenen
Versatz aufweist.
-
Auf
einem Si-Substrat 10, das als Basis verwendet wird, ist
ein Halbleiterlaser 11 befestigt. In einer Nut 16,
die vorn im Si-Substrat 10 (in der Ansicht der Zeichnung
auf der rechten Seite) durch anisotropes Ätzen ausgebildet wird, ist
mittels Lot oder eines Klebers eine Frontlinse 15 befestigt.
In einer Nut 17, die hinten im Si-Substrat 10 (in
der Ansicht der Zeichnung auf der linken Seite) durch anisotropes Ätzen ausgebildet
wird, ist mittels eines Lotes 22 eine Photodiode 20 direkt
befestigt. Die Befestigung der Photodiode 20 in der Nut 17 für die Photodiode 20 ist
derart, daß die
Photodiode 20 in einer Position angebracht (befestigt)
ist, in der sie, gesehen in Richtung senkrecht zu der Mitte der
optischen Achse 14 des Rückwärtslichts des Halbleiterlasers 11,
einen Versatz 23 derart aufweist, daß die Lichtaufnahmefläche 21 der
Photodiode 20 im wesentlichen parallel zu der Mitte der
optischen Achse 14 liegt.
-
Bei
diesem Aufbau wird das von der LD 11 abgegebene Vorwärtslicht 12 von
der Frontlinse 15 in einen Strahl umgewandelt, der schließlich in
eine optische Faser (nicht gezeigt) eingeführt und von dieser übertragen
wird. Um die Menge des Lichts 12 zu stabilisieren, wird
das an der Rückseite
der LD 11 abgegebene Licht 13 von der Lichtaufnahmefläche 21 der PD 20 aufgenommen.
Gesehen in der vertikalen Richtung (in der 1 die Y-Richtung)
liegt die Halbwertsbreite des Öffnungswinkels
des Rückwärtslichts 13 der
LD 11 normalerweise im Bereich von etwa 30° bis etwa
50°. Mit
einem kleinen Versatz 23 zur optischen Achse 14 kann
daher die PD 20 auch dann, wenn sie so angebracht ist,
daß ihre
Lichtaufnahmefläche
im wesentlichen parallel zur optischen Achse 14 des Rückwärtslichts
liegt, eine Lichtmenge aufnehmen, die ausreicht, um die Menge des
Vorwärtslichts
mit der PD 20 zu steuern.
-
Wenn
zum Beispiel der Versatz 23 im Bereich von etwa 50 μm bis etwa
100 μm liegt
und die Halbwertsbreite des Rückwärtslichts 13 der
LD 11 etwa 40° beträgt, entspricht
die Menge des tatsächlich
von einer PD 20 mit einer Lichtaufnahmefläche 21 mit
einem Durchmesser von 300 μm
gemessenen Lichts 10 bis 15% und mehr (–10 dB bis –8 dB und mehr im optischen
Koppelwirkungsgrad) der Gesamtmenge des Rückwärtslichts 13. Unter
praktischen Gesichtspunkten entspricht dies einem Niveau, bei dem
sich keine Probleme ergeben.
-
Die 2 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau des Hauptteils eines ersten
Beispiels eines optischen Moduls zeigt, das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
von Nutzen ist. In dieser Zeichnung sind Teile, die im wesentlichen
identisch mit Teilen in der 1 sind,
auch jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden
Teile in der 1 (dies gilt auch für die weiteren
Beispiele).
-
Bei
dem optischen Modul des vorliegenden Beispiels ist ein Halbleiterlaser 11 mittels
einer LD-Aufnahme 33 auf der ebenen Oberfläche eines Substrats 10a befestigt.
Mittels eines Lotes 22 ist außerdem eine Photodiode 20 direkt
auf der ebenen Oberfläche
des Substrats 10a befestigt. Ein vertikales Substrat 10b mit
einer Bohrung in der Umgebung der optischen Achse ist vorne rechts
durch Hartlöten und
dergleichen mit dem Substrat 10a verbunden. Eine gleichzeitig
mit einem Metallhalter 31b ausgebildete Linse 31a ist
bezüglich
des Vorwärtslichts 12 der LD 11 in
den Richtungen der X- und Y-Achse ausgerichtet und durch YAG-Laserpunkte 32 angeschweißt worden.
-
Als
Substrat 10a kann CuW oder ein ähnliches Material mit guter
Ableitung gewählt
werden, und für
das Substrat 10b kann ein leicht mit Laser schweißbares Material wie
eine 50-er Legierung aus FeNi verwendet werden. Die LD 11 ist
auf die LD-Fassung 33 aufgelötet.
-
Die
Positionsbeziehungen zwischen dem Vorwärtslicht 12, dem Rückwärtslicht 13,
der Mitte der optischen Achse 14, der Lichtaufnahmefläche 21 und
dem Versatz 23 des optischen Systems sind ähnlich wie
bei der Ausführungsform
der 1.
-
Die 3 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines zweiten Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Das vorliegende Beispiel
ist im Aufbau identisch mit dem optischen Modul der 1,
mit der Ausnahme, daß die
Lichtaufnahmefläche 21 der
Photodiode 20a um einen vorgegebenen Winkel θx zu der
Mitte der optischen Achse 14 der Linse geneigt ist.
-
Auf
dem Si-Substrat 10 ist eine LD 11 befestigt, und
in einer Nut 16 vor der LD 11 ist eine Linse 15 angeordnet.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist die PD 20a in einer durch
anisotropes Ätzen
ausgebildeten Nut 17 hinten auf dem Si-Substrat 10 mit
dem Neigungswinkel θx
mittels Lotpunkten 43 und 44 angeordnet, die in
der Richtung der optischen Achse (entsprechend der Z-Richtung in
der 1) geteilt sind. Die Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20a ist so mit einer Neigung θx zur optischen Achse 14 des Rückwärtslichts
angeordnet, gesehen in vertikaler Richtung, wodurch die Lichtmenge
zunimmt, die von der PD 20a von der Gesamtmenge des Rückwärtslichts 13 der
LD 11 aufgenommen wird. Bei einer Messung wird bei diesem
Beispiel im Vergleich zu θx =
0° mit θx = 10° eine etwa
zweifache Verbesserung der Wirksamkeit erhalten, mit θx = 20° eine etwa
vierfache Verbesserung und mit θx
= 30° eine
etwa sechsfache Verbesserung. Bereits eine geringe Neigung von θx hat so
eine große
Wirkung.
-
Anhand
der 9 und 10 wird nun der optimale Bereich
für den
Winkel θx
bestimmt.
-
Die 9 ist
eine Schnittansicht, die die Beziehungen in der Anordnung der Hauptteile
eines optischen Moduls zeigt. Die 10 zeigt
die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θx einer PD und dem optischen
Einkoppelwirkungsgrad. Die Wirksamkeit der optischen Kopplung zwischen
dem Rückwärtslicht 13 der
LD 11 und der PD 20 wird im wesentlichen durch
die Anordnungsbeziehungen zwischen dem Öffnungswinkel θbeam des
Rückwärtslichts 13 der LD 11,
dem Mittenabstand L zwischen der LD 11 und der Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20 und der Fläche
S der Lichtaufnahmeebene 21 bestimmt.
-
Es
folgt eine grobe Abschätzung
des für
eine Monitor-PD mindestens erforderlichen optischen Einkoppelwirkungsgrads.
Die Vorwärts-Ausgangsleistung
einer LD für
eine optische Kommunikation liegt im Bereich von etwa 1 mW bis etwa
10 mW. Die Rückwärts-Ausgangsleistung
liegt dabei im Bereich von etwa 10/10 bis 1/5 davon, d. h. bei 0,1
mW bis 2 mW. In vielen Fällen
beträgt
sie etwa 0,2 mW bis zu etwa 0,5 mW. Wenn die Menge des von der Monitor-PD
aufgenommenen Lichts etwa 0,05 mW oder mehr beträgt, gibt es meist keine Probleme.
Entsprechend liegt der erforderliche Wirkungsgrad der optischen
Einkopplung des Rückwärtslichts
der LD in den Monitor-PD im Bereich von 0,05/0,5 bis 0,05/0,2, d.
h. bei etwa –10
dB bis etwa –6
dB. Wenn der Wirkungsgrad innerhalb –5 dB liegt, dürften hinsichtlich des
praktischen Nutzens keine Probleme entstehen.
-
Bei
der Bestimmung einer LD und einer PD für die praktische Nutzung wird
angenommen, daß der
optische Einkoppelwirkungsgrad bei 100% liegt, d. h. es wird angenommen,
daß in
der Umgebung von θx
= 90° L
sich an einer solchen Stelle befindet, daß sich die Lichtaufnahmefläche 21 innerhalb
des Bereichs des Öffnungswinkels θbeam des
Rückwärtslichts 13 befindet.
Unter Berücksichtigung
der Kosten wird jedoch oft eine PD mit kleiner Lichtaufnahmefläche S verwendet
oder der Mittenabstand L zwischen der LD und der PD wegen der leichteren Montage
erhöht,
so daß in
der Umgebung von θx
= 90° der
optische Einkoppelwirkungsgrad etwa 50%, das heißt etwa –3 dB beträgt.
-
In
der 10 zeigt die dicke ausgezogene Linie 101 den
Fall, daß der
Einkoppelwirkungsgrad in der Umgebung von θx = 90° auf etwa 0 dB ansteigt und
die optische Achse 14 nicht versetzt ist. Die dünne ausgezogene
Linie 102 zeigt den Fall, daß der Versatz optimiert ist
und der Einkoppelwirkungsgrad um die Wirkungsgradverbesserung 103 erhöht ist. Wenn
der Neigungswinkel θx
der PD etwa 10° oder mehr
beträgt
und der Versatz optimiert ist oder der Winkel θx ohne einen Versatz etwa 20° oder mehr beträgt, liegt
der Einkoppelwirkungsgrad innerhalb von –5 dB.
-
Für eine PD
mit kleiner Lichtaufnahmefläche S
zeigt die dicke gestrichelte Linie 111 den Fall, daß der Einkoppelwirkungsgrad
in der Umgebung von θx =
90° um etwa –3 dB abnimmt,
wenn die optische Achse 14 nicht versetzt ist. Die dünne gestrichelte
Linie 112 zeigt den Fall, daß der Versatz optimiert ist und
der Einkoppelwirkungsgrad um die Wirkungsgradverbesserung 113 erhöht ist.
Wenn der Neigungswinkel θx
der PD etwa 30° oder
mehr beträgt und
der Versatz optimiert ist, liegt der Einkoppelwirkungsgrad innerhalb
von –5
dB.
-
Hinsichtlich
der Anbringung auf einem Substrat ist es normalerweise wünschenswert,
den Neigungswinkel θx
der PD bei etwa 0° festzulegen.
Es kann jedoch auch wünschenswert
sein, entsprechend des erforderlichen Einkoppelwirkungsgrads der
Monitor-PD bei einem optimierten Versatz θx in den Bereich von etwa 0° bis etwa
30° zu legen.
-
Es
wird nun ein Verfahren zum Anbringen der PD mittels der Lötpunkte 43 und 44 unter
dem Winkel θx
beschrieben.
-
Die
Fläche
der Lotverbindungsmetallisierung 41 auf der Seite der LD 11 in
der Nut 17 auf der Rückseite
(in der Zeichnung links) des Si-Substrats 10 wird groß festgelegt
und die Fläche
der Lotverbindungsmetallisierung 42 auf der Seite gegenüber der LD 11 klein.
Auf die Metallisierungen werden durch Aufdampfen oder Auftragen
jeweils gleiche Mengen eines Lots aufgebracht. Auf der Seite der
PD 20a wird die Fläche
der Lotverbindungsmetallisierung 51 auf die gleiche Weise
wie bei der Fläche
der Metallisierung 42 groß ausgebildet, während die
Fläche
der Metallisierung 52 auf die gleiche Weise wie bei der Fläche der
Metallisierung 42 klein ausgestaltet wird.
-
Dann
wird die PD 20a in Verbindung mit der Metallisierung 51 an
der Stelle des entsprechenden Lotes angeordnet und das Lot an der
PD 20a aufgeschmolzen. Da das Lot 44, bei dem
die Fläche
der entsprechenden Metallisierung klein ist, eine große Höhe annimmt,
und das Lot 43 eine kleine Höhe annimmt, wird bei der Verfestigung
in diesem Zustand der Neigungswinkel θx ausgebildet. Wenn der Abstand 45 zwischen
den Lötpunkten 44 und 43 400 μm beträgt und der
Höhenunterschied 46 zwischen
den Loten 70 μm,
ist der Neigungswinkel θx
= 10°. Das optische
Modul läßt sich
so leicht realisieren.
-
Die 4 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines dritten Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Bei dem vorliegenden
Beispiel ist die Lichtaufnahmefläche 21 der
Photodiode 20 um den Winkel θx zu der optischen Achse 14 der
LD 11 geneigt. Das vorliegende Beispiel ist im Aufbau mit
Ausnahme des Lötabschnitts
der PD 20 dem Beispiel der 3 ähnlich.
-
Die
auf der Rückseite
eines Si-Substrats 10 ausgebildete Nut 17 wird
mit Lot versorgt und die PD 20 darin in einem festgehaltenen
Zustand mit einem Neigungswinkel θx angeordnet. Dann wird das
Lot 47 aufgeschmolzen und verfestigt, um zu der optischen Achse 14 einen
Neigungswinkel θx
auszubilden.
-
Die 5 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines vierten Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Bei dem vorliegenden
Beispiel ist die Lichtaufnahmefläche 21 einer Photodiode 20b um
den Winkel θx
zu der optischen Achse 14 der LD 11 geneigt. Das
vorliegende Beispiel ist im Aufbau mit Ausnahme des Lötabschnitts der
PD 20b dem Beispiel der 3 ähnlich.
-
Bei
dem vorliegenden Beispiel hat die Lotverbindungsebene 24 der
PD 20b eine vorher ausgebildete diagonale Schnittform,
damit die Lichtaufnahmefläche 21 um
den Winkel θx
zur optischen Achse geneigt ist. Mit anderen Worten ist auf der
Seite der LD 11 die PD 20b dünn, und auf der anderen Seite
ist sie dick. In die Nut 17 auf der Rückseite des Si-Substrats 10 wird
Lot gegeben und die PD 20b darauf gesetzt. Dann wird das
Lot 48 geschmolzen und verfestigt, damit sich der Neigungswinkel θx der Lichtaufnahmefläche 21 ausbildet.
-
Die 6 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines fünften Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Bei dem vorliegenden
Beispiel ist die Lichtaufnahmefläche 21 der
Photodiode 20 um den Winkel θx zu der optischen Achse einer
LD geneigt. Das vorliegende Beispiel ist im Aufbau mit Ausnahme
des Lötabschnitts
der PD 21 dem Beispiel der 3 ähnlich.
-
Auf
der geneigten Seite einer durch anisotropes Ätzen in einem Si-Substrat 10 an
der Rückseite (in
der Zeichnung der linken Seite) einer LD 11 ausgebildeten
Nut 17 ist eine PD 20 derart befestigt, daß die Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20 um den Winkel θx
geneigt ist. Dann wird Lot 49 geschmolzen und verfestigt,
um die Neigung θx
der Lichtaufnahmefläche 21 auszubilden.
Da der Neigungswinkel der geneigten Seite der durch anisotropes Ätzen ausgebildeten
Nut 17 normalerweise 54° beträgt, beträgt auch
die Neigung θx
etwa 54°,
so daß die
Lichtmenge zunimmt, die die PD 20 aus der gesamten Menge des
Rückwärtslichts 13 der
LD 11 aufnimmt. Da jedoch die Anbringungsrichtung der PD 20 an
der geneigten Fläche
der diagonalen YZ-Richtung 81 entspricht, ist es erforderlich,
das Anbringungsverfahren und den Abstand zwischen der LD 11 und
der PD 20 aufeinander abzustellen. Bei dem vorliegenden
Beispiel wird die Nut 17 im Si-Substrat 10 durch
anisotropes Ätzen
ausgebildet. Eine ähnliche
Nut kann jedoch auch durch Schneiden und dergleichen ausgebildet
werden.
-
Die 7 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines sechsten Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Bei dem vorliegenden
Beispiel wird die Reflexion an den Flächen oder Seiten einer PD und
den Seiten einer Nut im Basissubstrat dazu verwendet, das Rückwärtslicht
einer LD zu der Lichtaufnahmefläche
der PD zu führen.
-
Bei
dem vorliegenden Beispiel wird auf der Seite der LD eines Substrats 10 eine
Nut 17 ausgebildet. Auf dem Substrat 10 ist eine
LD 11 mit Sperrschicht oben (deren Lichtabgabepunkt näher an der Oberfläche des
LD-Aufnahmesubstrats liegt, das sich auf der der Lotverbindungsebene
gegenüberliegenden
Seite befindet) befestigt. Die PD 20c weist eine Seitenfläche 25 auf,
die zur Y-Achse unter einem Winkel α geneigt ist (in der Zeichnung
nach oben). Die PD 20c ist zum Teil mittels eines Lots 50 derart am
Substrat 10 befestigt, daß die Seitenfläche 25 der Lichtabgabefläche der
LD 11 gegenüberliegt
und die Lichtaufnahmefläche 21 zur
Nut 17 zeigt. Der Mittelstrahl des Rückwärtslichts 13 von der
LD 11 wird an der geneigten Seitenfläche 25 der PD 20c und
den Seiten der Nut 17 als Reflexionsstrahl 61 mehrfach reflektiert
und fällt
schließlich
auf die Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20c. Mit dem vorliegenden Aufbau kann das vorliegende
Beispiel sowohl bei einem optischen Modul mit einer LD mit Sperrschicht
oben als auch einem optischen Modul mit einer LD mit Sperrschicht
unten verwendet werden. Besonders bei der Verwendung einer LD mit
Sperrschicht oben kann der Abstand vom Lichtabgabepunkt der LD zu
der Nut im Vergleich zu dem bekannten optischen Modul verkürzt werden,
so daß die
Lichtmenge zunimmt, die von der PD zur Überwachung der optischen Ausgangsleistung
der LD aufgenommen wird.
-
Die 8 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Hauptteils eines siebten Beispiels
eines optischen Moduls, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Das vorliegende Beispiel
ist ein weiteres Beispiel, bei dem die Reflexion an den Flächen oder
Seiten einer PD und den Seiten einer Nut im Basissubstrat dazu verwendet
wird, das Rückwärtslicht
einer LD zu der Lichtaufnahmefläche
der PD zu führen.
Beim vorliegenden Beispiel ist dazu im Gegensatz zu der 7 keine
Nut mit reflektierenden Flächen
im LD-Aufnahmesubstrat erforderlich.
-
Eine
Seitenfläche
einer PD 20d ist auf der Seite der LD durch wenigstens
teilweises Neigen um einen Winkel β und Polieren als geneigte Seitenfläche 26 ausgebildet.
Die PD 20d ist über
vier einzelne Lotpunkte 71, 72, 73 und 74 angeschlossen
und befestigt (da sich die Lotpunkte 73 und 74 in
der Ansicht der Zeichnung auf der Innenseite der Lotpunkte 71 und 72 befinden,
sind sie nicht dargestellt). Die Lotpunkte 71, 72, 73 und 74 verbinden
die Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20d mit der ebenen Substratoberfläche 91, wobei die Menge
des Lotes derart eingestellt wird, daß sich zur oberen Substratoberfläche 91 ein
Abstand von einigen zehn bis zu etwa 100 μm ergibt, wobei der Abstand
kleiner ist als die Höhe
des Lichtabgabepunktes der LD 11. Der Mittelstrahl des von
der LD 11 emittierten Rückwärtslichts 13 wird
als Reflexionsstrahl 62 an der geneigten Seitenfläche 26 der
PD 20d und der ebenen Substratoberfläche 91 reflektiert,
bevor er auf die Lichtaufnahmefläche 21 der
PD 20d fällt.
Mit der vorliegenden Ausgestaltung hat das vorliegende Beispiel
den Vorteil, daß die
Nut zum Einführen
des Rückwärtslichts
in das LD-Aufnahmesubstrat und die Reflexion darin nicht erforderlich
ist, und daß die
Anzahl der Herstellungsschritte kleiner ist.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ist es beim Anbringen einer PD zum Überwachen
der optischen Ausgangsleistung einer LD nicht erforderlich, für die PD
eine Basis zu verwenden, so daß die
Anzahl der benötigten
Teile entsprechend kleiner ist und die Teilekosten abnehmen. Ein
weiterer Vorteil ist, daß die Anzahl
der Verbindungen durch Lot und dergleichen und die Anzahl der elektrischen
Verbindungen durch Drahtbonden und dergleichen jeweils auch geringer ist.
Ein vorteilhafter Effekt ist, daß insbesondere bei den Lötverbindungen
die Anzahl der Lotverbindungen zu der PD verringert ist, so daß der Freiheitsgrad für die Temperaturhierarchie
des Lotes auf dem ganzen optischen Modul zunimmt. Ein weiterer vorteilhafter
Effekt bei einem Beispiel, das für
das Verständnis
der Erfindung von Nutzen ist, ist, daß bei einem Aufbau, bei dem
das Rückwärtslicht
in eine Nut im LD-Aufnahmesubstrat eingeführt und dort reflektiert wird,
auch ohne die Verwendung einer Basis für die PD eine LD mit Sperrschicht
oben verwendet werden kann, bei der trotz großem Abstand des Lichtabgabepunkts
der LD zur Nut genügend
Lichtmenge eingeführt
wird. Bei einer LD mit Sperrschicht unten ist der Abstand vom Lichtabgabepunkt
der LD zur Nut kurz. Es kann daher ein optisches Modul geschaffen werden,
das auch ohne Basis für
die PD mit einer LD mit Sperrschicht oben verwendet werden kann.
Die PD kann mit geringen Kosten angebracht werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform
und bevorzugten Beispielen beschrieben. Der Fachmann wird dadurch
in die Lage versetzt, die beschriebene Ausführungsform innerhalb des Umfangs
der Erfindung, wie er durch die Patentansprüche angegeben wird, zu modifizieren.