EP0931357A1 - Optoelekronisches modul zur bidirektionalen optischen datenübertragung - Google Patents

Optoelekronisches modul zur bidirektionalen optischen datenübertragung

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Publication number
EP0931357A1
EP0931357A1 EP97912032A EP97912032A EP0931357A1 EP 0931357 A1 EP0931357 A1 EP 0931357A1 EP 97912032 A EP97912032 A EP 97912032A EP 97912032 A EP97912032 A EP 97912032A EP 0931357 A1 EP0931357 A1 EP 0931357A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
component
beam splitter
focusing means
optoelectronic module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97912032A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Späth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0931357A1 publication Critical patent/EP0931357A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic module for bidirectional optical data transmission, in which a transmission component for emitting radiation, a reception component for receiving radiation, a beam splitter device with a beam splitter layer and a radiation focusing means for focusing radiation are designed and arranged in relation to one another are that during operation of the optoelectronic module at least part of a radiation emitted by the transmission component is coupled into an optical device, in particular an optical waveguide, optically coupled to the optoelectronic module, and that at least part of a received radiation decoupled from the optical device is coupled into the receiving component.
  • Such a module is known for example from the European patent application EP 664 585.
  • a transmission and reception module for bidirectional optical message and signal transmission is described therein.
  • a laser chip is arranged on a common carrier between two carrier parts, the side surfaces of which are adjacent to the resonator surfaces of the laser chip and are provided with mirror layers and are inclined at an angle of 45 ° to the resonator surfaces. Radiation emitted by the laser chip parallel to the upper side of the common carrier is deflected by one of these side surfaces by 90 ° in the direction of a lens coupling lens attached to the carrier part and is coupled into an optical waveguide by means of the latter.
  • the device consisting of the laser chip, the photodiode, common carrier and the carrier parts is mounted in a hermetically d ichtes metal housing having a window.
  • the invention is based on the object of developing an optoelectronic module of the type mentioned at the outset which requires as little assembly effort as possible, enables the simplest possible adjustment of the individual components to one another and has low reflection losses.
  • optoelectronic module with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments and developments of the optoelectronic module according to the invention are the subject of subclaims 2 to 11.
  • a preferred method for the simultaneous production of a plurality of optoelectronic modules according to the invention is the subject of claim 12.
  • a shaped body is provided as the beam splitter device, which essentially consists of a material which is transparent to the emitted radiation and the received radiation and in which the beam splitter layer is embedded.
  • the inventive design of the beam splitter device as a shaped body has the particular advantage that its side surfaces can be used as reference and adjustment surfaces for all the components of the optoelectronic module mentioned at the beginning.
  • the molded body has at least a first side surface, a second side surface and a third side surface, wherein the first side surface and the second side surface are inclined to one another, in particular are perpendicular to one another.
  • the third side surface is inclined to the second side surface or he ⁇ most side surface; in particular, the included angle is 90 °.
  • the first and third Be ⁇ ten Chemistry or the second and the third side surface are opposite lateral surfaces of the mold body and are in particular parallel to one another.
  • a transmission component beam exit surface of the transmission component faces the first side surface of the beam splitter device, a reception component beam entry surface of the reception component faces the second side surface and a radiation entry and radiation exit surface of the radiation focusing means faces the third side surface.
  • the beam splitter layer is arranged such that it intersects both the beam axis of the emitted radiation and the beam axis of the received radiation.
  • the transmission component radiation exit area is to be understood as the side surface of the transmission component through which the largest part of a radiation generated in the transmission component emerges from the latter.
  • the side component of the receiving component by which radiation to be received by the receiving component is to be coupled is meant as the receiving component radiation entrance area.
  • the radiation entry and exit surface of the radiation focusing means means the side surface of the radiation focusing means through which the radiation emitted by the transmission component penetrates into the radiation focusing means and through which radiation received by the radiation focusing means from the optical device emerges from the radiation focusing means.
  • the transmission component radiation exit surface is with the first side surface, the reception component
  • Beam entry surface with the second side surface and the beam entry and exit surface of the beam lungsfokussierffens is connected to the third side surface ⁇ ver.
  • a radiation-permeable medium such as, for. B. transparent synthetic resin that fills any gaps between the individual surfaces. It is particularly advantageous if the transmitting component beam entrance surface has a physical contact with the first side surface, that is, when the Ab ⁇ was less than or equal to one tenth of the wavelength of the emitted radiation between transmitting component beam entrance surface and the first side surface. Ideally, the transmission component beam exit surface lies on the first side surface. The same applies analogously to the receiving component beam entry area and the beam entry and exit area of the radiation focusing means.
  • An optoelectronic module according to the invention constructed in this way advantageously has very low internal reflection losses.
  • a particular advantage of the optoelectronic module according to the invention is that it takes up very little space.
  • the beam splitter device is made from at least two joined optical prisms and the beam splitter layer is arranged between the two optical prisms.
  • the beam splitter device has the shape of a cuboid, the beam splitter layer lies in a diagonal sectional area of the cuboid and has a perpendicular to the beam splitter layer
  • the radiation focusing means has a carrier part on which the beam splitter device and the transmission component are fastened.
  • the carrier part consists essentially of a material which is transparent to the emitted radiation and the received radiation, and the transmission component and the radiation focusing means are arranged on opposite sides of the carrier part.
  • a further preferred embodiment of the optoelectronic module according to the invention has a monitor diode which has a monitor diode beam entry surface facing a fourth side surface of the molded body.
  • the monitor diode radiation entry surface means the side surface of the monitor diode through which radiation to be detected by the monitor diode penetrates into it.
  • the first side surface and the fourth side surface of the molded body are arranged in such a way that, during operation of the optoelectronic module, at least part of a radiation transmitted through the beam splitter layer strikes the monitor diode radiation entry surface. They represent, for example, opposite side surfaces of the shaped body and are in particular parallel to one another.
  • the second and third side surfaces are opposite side surfaces of the molded body, which are in particular parallel to one another.
  • the monitor diode is also on the Carrier part attached and any gap between the monitor diode beam entry surface and the fourth side surface of the molded body filled with a transparent material.
  • the shaped body has the shape of a cuboid
  • the beam splitter layer lies in a diagonal sectional area of the cuboid
  • a sectional area of the cuboid lying perpendicular to the beam splitter layer has the shape of a rectangle, in particular a square
  • the second and third side surfaces are opposite side surfaces of the shaped body, so that the radiation focusing means and the receiving component are arranged on opposite sides of the shaped body, has the features that the beam axis of the emitted radiation and the beam axis of the received radiation form an angle of 90 °
  • the beam splitter layer is designed and arranged such that it largely reflects the emitted radiation, so that the beam axis of the reflected radiation is parallel to the beam axis of the received one Radiation extends and that it transmits at least part of the received radiation, so that it strikes the receiving component beam entry surface.
  • the shaped body has the shape of a cuboid
  • the beam splitter layer lies in a diagonal sectional area of the cuboid
  • a sectional surface of the cuboid lying perpendicular to the beam splitter layer has the shape of a rectangle, in particular a square
  • the first and the third side surface are opposite side surfaces of the shaped body, so that the radiation focusing means and the transmission component are arranged on opposite sides of the shaped body, has the features that the beam axis of the emitted Radiation and the beam axis of the received radiation run essentially parallel to one another in such a way that the beam splitter layer is designed and arranged in such a way that it passes a part of the emitted radiation to be coupled into the optical device and largely reflects the received radiation and deflects it towards the receiving component.
  • a blocking filter is arranged between the receiving component and the second side surface of the molded body, said filter being largely opaque to the wavelength of the emitted radiation.
  • This can in particular crosstalk, d. H. a direct transmission of signals from the transmitting component to the receiving component can be prevented.
  • a preferred method for the simultaneous production of at least two optoelectronic modules in utility mounting in which the radiation focusing means each have a carrier part on which the beam splitter device and the transmission component are fastened, in which the carrier part essentially consists of one for the emitted radiation and the received one Radiation-permeable material and in which the transmission component and the radiation focusing means are arranged on opposite sides of the carrier part, has the following method steps: a) producing a disc, consisting of a material which is permeable to the emitted radiation and the received radiation, b) forming or Applying at least two radiation focusing means to a main surface of the disk, such that there is a space between each two radiation focusing means, c) applying a prismatic bar into which along its length a beam splitter layer lying on one of its diagonal planes is embedded on the disk, in such a way that the beam splitter layer comes to lie over the radiation focusing means, d) applying at least two transmission components to the pane, in such a way that the transmission component beam
  • panel assembly For the sake of completeness, it should be mentioned at this point that in semiconductor technology the simultaneous manufacture of a plurality of similar components in the pane assembly is referred to as panel assembly.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of the optoelectronic module according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of an optoelectronic module according to the invention
  • Figure 3 is a schematic sectional view through a third embodiment of an optoelectronic module according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration to explain a process sequence for the simultaneous production of a plurality of optoelectronic modules according to the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • the prism cube 14 consists of two assembled optical prisms 15, 16, between which the beam splitter layer 10 is arranged.
  • the beam splitter layer 10 lies on a diagonal plane of the prism cube 14.
  • this exemplary embodiment is not exclusively limited to the use of a prism cube 14.
  • the prism cube it is also possible, for example, to use a prism cuboid with a square or rectangular cut surface perpendicular to the beam splitter layer 10.
  • a transmission component 2 for example a Fabry-Perot or a DFB laser, that is to say an edge emitter, is fastened on the first main surface 30 of the carrier part 1 adjacent to a first side surface 5 of the prism cube 14 such that a transmission component radiation exit surface 11 of the transmission component ment ⁇ 2 parallel to the first side surface 5 of the prism cube 14 lies.
  • a connecting means 33 between the Sendebauele ⁇ element 2 and the support part 1 is for example a solder or an adhesive is used.
  • a connecting means 33 between the Sendebauele ⁇ element 2 and the support part 1 is for example a solder or an adhesive is used.
  • the transmission component 2 can lie directly with its electrical connections on the metallization layers 42 and can be connected to them in an electrically conductive manner, for example by means of a solder.
  • the transmission component radiation exit surface 11 can optionally lie directly on the first side surface 5 of the prism cube or can also be arranged at a distance from it.
  • the space between the radiation exit surface 11 and the first side surface 5 of the prism cube 14, as shown in FIG. 1 can be filled with a radiation-permeable coupling medium 24, the refractive index of which is higher than that of air.
  • the transmission component beam exit surface 11 has physical contact with the first side surface 5.
  • a receiving component 3 e.g. B. a photodiode attached on a second side surface 6 of the prism cube 14 lying perpendicular to the first side surface 5 and parallel to the first main surface 30 of the carrier part 1, a receiving component 3, e.g. B. a photodiode attached.
  • the receiving component beam entry surface 12 of the receiving component 3 faces the second side surface 6.
  • the receiving component beam exit surface 12 again has physical contact with the second side surface 6.
  • the prism cube 14 is arranged in such a way that the beam splitter layer 10 lies in a plane which lies between the sensor debauelement 2 and the receiving device 3 is disposed and including the machines with the first major surface 30 of the support part 1 ei ⁇ angle of 45 °.
  • a monitor diode 21 On the opposite side of the transmitting component 2 of the prism cube 14 is also in the recess 31 of the support member 1 by means of a connecting means 34, for. B. a metallic solder or an adhesive, a monitor diode 21 attached.
  • This monitor diode 21 essentially serves to check the wavelength of the radiation 7 emitted by the transmission component 2.
  • the beam splitter layer 10 is designed such that it allows part of the radiation 7 emitted to pass through.
  • the monitor diode 21 is arranged such that a monitor diode beam entry surface 23 faces a fourth side surface 22 of the prism cube 14 opposite the first side surface 5.
  • a space between the fourth side surface 22 of the prism cube 14 and the monitor diode beam entry surface 23 is by means of a transparent coupling medium 26, for. B. a transparent epoxy resin filled.
  • a side surface 44 of the monitor diode 21 opposite the monitor diode beam entry surface 23 is chamfered in such a way that it reflects at least part of the radiation penetrating into the monitor diode 21 towards a radiation-detecting pn junction 45 of the monitor diode 21. It forms an angle with a side surface 46 of the monitor diode closest to the pn junction 45, which angle is less than 90 °.
  • it can be provided with a reflection-enhancing layer, for example.
  • the transmitting component 2, the receiving component 3, the prism cube 14, and the radiation focusing means 8 are designed and arranged with respect to one another such that during operation of the optical at least part of a radiation 7 emitted by the transmission component 2 after passing through the radiation focusing means 8 into an optical device 9 arranged downstream of the radiation focusing means 8, and that at least part of a radiation emitted by the optical device 9 after passing through the radiation focusing means 8 decoupled, received radiation 13 after passing through the radiation focusing means 8 and through the prism cube 14 into the receiving component 3.
  • the prism cube 14 is made of a material which is permeable to the emitted radiation 7 and the received radiation 13 (for example quartz, borosilicate glass, sapphire or semiconductor material (for example, compare the semiconductor materials specified below for the carrier part)).
  • the beam splitter layer 10 is designed such that it largely reflects the emitted radiation 7 and transmits the received radiation 13 as far as possible.
  • Such beam splitter layers 10 are known in optical technology, e.g. B. 3dB divider or WDM (wavelength division multiplex) filter, and are therefore not explained in more detail at this point.
  • An anti-reflective coating 48 (shown in dashed lines) is optionally applied to the side surfaces 5, 6, 17, 22 of the prism cube.
  • the beam axis 19 of the emitted radiation 7 and the beam axis 20 of the received radiation 13 are perpendicular to one another in this exemplary embodiment.
  • the emitted radiation 7 and the received radiation 13 advantageously have different wavelengths ⁇ .
  • the optical device 9 is, for example, as indicated in Fi gur ⁇ 1, an optical waveguide, a lens arrangement or a further optoelectronic module, etc ..
  • the carrier part 1, including the radiation focusing means 8, is made of a material which is also transparent to both the emitted radiation 7 and the received radiation 13.
  • Glass, plastic, sapphire, diamond or a semiconductor material that is transparent to the emitted radiation 7 and to the received radiation 13 is, for example, suitable for this.
  • SiC can be used for wavelengths ⁇ > 400 nm, GaP for ⁇ > 550 nm, GaAs for ⁇ > 900 nm and silicon for ⁇ > 1100 nm.
  • the radiation focusing means 8 can, for example, be a converging lens with a spherical or aspherical surface, which is produced by means of etching or grinding.
  • a diffractive optical element, a holographic optical element or a Fresnel lens, which is produced by means of etching, grinding or milling, can likewise be used as the radiation focusing means 8.
  • the recess 31 is produced, for example, by means of etching or milling.
  • the recess 31 can alternatively also be realized by means of two separately produced molded parts which are fastened on the carrier part 1 at a distance from one another.
  • the radiation focusing means 8 as an alternative to that described above, can also be produced separately and attached to the carrier part 1, e.g. B. be fixed by means of a radiation-permeable solder or adhesive. If the carrier part 1 consists, for example, of silicon and the radiation focusing means 8 of glass, these two components can also be connected to one another by means of anodic bonding.
  • the active components of the optoelectronic module ie the transmitter component 2, the receiver component 3, and the monitor diode 21 from environmental influences
  • an encapsulation 35 consisting essentially of plastic or another encapsulation material, for example an epoxy resin or another suitable plastic , be shed.
  • the optoelectronic module according to the invention can have a hermetically sealed metal housing with an optical window.
  • the exemplary embodiment of the optoelectronic module according to the invention shown in FIG. 2 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 in particular in that the radiation focusing means 8 is arranged on the side of the prismatic throw 14 opposite the transmission component 2 and in that the beam splitter layer 10 is designed such that it emitted radiation 7 for the most part and that it largely reflects the received radiation 13.
  • the beam axis 19 of the emitted radiation 7 and the beam axis 20 of the received radiation 13 run parallel to one another, in particular lie on one another.
  • the beam axis 43 of the part of the received radiation 13 reflected on the beam splitter layer 10 is perpendicular to the beam axis 19 of the received radiation 13.
  • the transmission component 2, the prism cube 14 and the radiation focusing means 8 are attached, for example by means of gluing or soldering, to a common carrier element 36, for example consisting essentially of silicon.
  • the carrier element 36 has a step 40 which separates a first mounting surface 37 and a second mounting surface 38 lying parallel to this.
  • the prism cube 14 is fastened on the first mounting surface 37 adjacent to a heel surface 41 of the step 40 that is perpendicular to the mounting surfaces 37, 38.
  • the connecting means 29 used for this does not have to be transparent to radiation.
  • the radiation focusing means 8 is fixed in such a way that its radiation entry and exit surface 18 is parallel to the third side surface 17 of the prism cube 14 and faces it.
  • the radiation focus zwi ⁇ chen i ⁇ t ⁇ sierstoff 8 and the prism cube 14 a gap exists, the, for example with a transparent coupling medium 26th B. synthetic resin is filled.
  • the radiation focusing means 8 can of course also have physical contact with the prism cube 14, in particular in direct contact with it.
  • the transmitter component 2 is fastened on the second mounting surface 38 in such a way that its beam exit surface 11 faces the prism cube 14 and rests directly on its first side surface 5. Between the transmitter component 2 and the prism cube 14, as in the exemplary embodiment of FIG. 1, there can of course be a gap which is used to reduce reflection with a transparent coupling medium 24, for. B. synthetic resin is filled, or there is physical contact.
  • Metallization layers 42 are applied to the second mounting surface 38. These are connected to electrical contacts of the transmission component 2 in an electrically conductive manner.
  • the transmission component 2 and the metallization layers 42 are designed such that electrical contacts of the transmission component 2 and the metallization layers 42 lie one on top of the other and are connected to one another, for example, by means of a metallic solder or by means of an electrically conductive adhesive.
  • the metallization layers 42 simultaneously serve as external electrical connections for the transmission component 2, which are connected, for example, to a leadframe by means of bonding wires.
  • electrical contacts of the transmission component 2 can of course also be connected to the metallization layers 42 by means of bonding wires or directly to a leadframe. The same applies to the execution Example of FIG. 1. Corresponding metallization layers 42 can also be provided there on the carrier part 1.
  • a blocking filter 27 is arranged between the receiving component 3 arranged on the prism cube 14 and the prism cube 14, said blocking filter being largely opaque to the wavelength of the emitted radiation 7. This enables the crosstalk attenuation of the optoelectronic module to be reduced.
  • Crosstalk means a direct transmission of the signals emitted by the transmission component 2 to the reception component 3.
  • the blocking filter 27 can optionally be applied to the reception component radiation entry surface 12 or to the second side surface 6 of the prism cube 14.
  • a converging lens must be arranged between the receiving component radiation entry surface 12 and the prism cube 14.
  • a laser diode is used as the transmission component 2, this can be with the active side up (up-side up) or with the active zone down (up-side down), i. H. towards the support element 36, mounted ⁇ ein.
  • the thickness of the laser diode substrate must be very precisely adapted to the position of the beam splitter layer 10. This is associated with a high assembly and adjustment effort.
  • the thickness of the epitaxial layer of the laser diode and the thickness of any electrical connection metallization layers 42 that may be present on the carrier element 36 are considered. Manufacturing tolerances can be kept very easily in the micrometer range and below. The adjustment is thereby significantly simplified. Analogously, of course, the same also applies to the exemplary embodiment of FIG. 1 described above.
  • a monitor diode 2l_ is provided. As in the exemplary embodiment of FIG. 3, this can be seen from the prism cube 14 behind the Transmitting component 2 can be arranged on the second mounting surface 38. Part of the radiation generated in the transmission component 2 must then of course be coupled out to the rear, which is associated with a deterioration in the laser parameters when using a laser diode as the transmission component 2, since the rear resonator mirror must also be partially transparent.
  • the embodiment of FIG. 1 does not have this disadvantage; here the rear mirror of a laser diode used as a transmission component 2 can be designed for high reflection.
  • FIG. 3 which differs from the embodiment of FIG. 1 in particular in that the monitor diode 21 is located behind the transmitter component 2 as seen from the prism cube 14, the carrier part 1 with the individual parts fastened thereon is connected by means of a connecting means 47 (eg solder or adhesive) attached to a carrier plate 34 such that the second main surface 32 of the carrier part 1 faces the carrier plate 34.
  • a connecting means 47 eg solder or adhesive
  • the carrier plate 34 is, for example, a mounting plate of a Cu lead frame and has a bore 62, above or in which the radiation focusing means 8 is arranged.
  • an optical waveguide connecting device 41 Arranged on the side of the carrier plate 34 opposite the carrier part 1 is an optical waveguide connecting device 41 with an optical waveguide as an optical device 9, which is fastened to the carrier plate 34, for example by means of welding, soldering or adhesive bonding.
  • the optical waveguide is so arranged above the bore 62 that the emitted
  • Radiation 7 is focused by the radiation focusing means 8 essentially onto the end face of the optical waveguide.
  • the optoelectronic module To the active components of the optoelectronic module, i.e. To protect the transmit component 2, the receive component 3, and the monitor diode 21 from environmental influences is the die ⁇ e all three components and the prism cube is 14 alswei ⁇ sending functional unit having a Vergußumhüllung 35 beispiel ⁇ wei ⁇ e au ⁇ we ⁇ entlichen in epoxy resin or other suitable Kun ⁇ tstoff shed.
  • Such an optoelectronic module represents a very simple embodiment of a bidirectional transmission and reception module for optical message transmission by means of a single optical waveguide.
  • an hermetically sealed metal housing with an optical window can be used as an alternative to the encapsulation casing 35 .
  • the housing consisting of the encapsulation 35 and the carrier plate 34 can advantageously be designed in a simple manner as an SMD component by means of suitable shaping of electrical connecting pins, which are also partially enclosed by the encapsulation 35. This enables a very simple standard surface mounting of the optoelectronic module according to the invention on a circuit board. If necessary, additional electronic components can be contained in the housing, such as, for. B. a preamplifier for the photodiode, laser driver, etc.
  • the respective functional unit can be attached to a carrier plate and provided with a potting sheath 35.
  • a number of rectangular grooves 54 running parallel to one another at a distance from one another are produced on a first main surface 30.
  • the section of disk 50 shown in FIG. 4 has four functional units, the two front sections being shown in section.
  • a number of Strahlung ⁇ foku ⁇ sierstoffn 8 is formed at one of the first major surface 51 opposite Erasmusen second major surface 61 of the disc 50 at one of the first major surface 51 opposite Erasmusen second major surface 61 of the disc 50 in accordance with a pre- ⁇ passed grid. In this case, these are e.g. B. spherical or aspherical lenses produced by etching or grinding.
  • the radiation focusing means 8 are arranged in rows which run parallel to the grooves 54 and lie perpendicularly opposite them.
  • the pane 50 consists of a material which is transparent to the emitted radiation 7 and the received radiation 13. Compare the description of FIG. 1.
  • a prism bar 52 with a square cross section is fastened in each groove 54 adjacent to a first groove side surface 55.
  • the first groove side surface 55 can serve as a reference surface for a first side surface 5 of the prism bar 52.
  • Each prism bar 52 has a beam splitter layer 10 which lies on a diagonal cut surface of the prism bar 52 which is parallel to its longitudinal center axis. The angle ⁇ between the beam splitter layer 10 and the first main surface 51 of the pane 50 is thus 45 °.
  • anodic bonding 29 can be used to fix the prism bar 52 on the pane 50 instead of the above-mentioned connection.
  • the surfaces to be connected are placed on top of one another, for example heated to approximately 450 ° C., and a voltage of approximately -1000 V is applied between glass and silicon.
  • the pane 50 also consists of glass or some other material and has an ⁇ -silicon layer at the connection point to the prism bar 52. It is only necessary for one glass and one ⁇ -silicon layer to lie on top of one another.
  • first major surface 51 of disk 50 is adjacent to the first side surface 5, a plurality of Sendebauele ⁇ elements 2 mounted such that electrical contacts of the Sen ⁇ debauium 2 layers on the provided on the first major surface 51 of the disc 50 applied Metalli ⁇ réelles- 42 come to rest and are connected to them in an electrically conductive manner.
  • the side surface 5 can serve as an adjustment reference surface for the transmission components 2.
  • the transmission components 2 are arranged such that each has a radiation focusing means 8 assigned to it.
  • the transmitter components 2 are installed between the metallization layers 42 a separation groove is formed, for example etched.
  • a plurality of receiving components 3 with electrical contacts 56 are each attached to the second side surfaces 6 of the prism bar 52. These are also arranged such that each has a radiation focusing means 8.
  • a plurality of monitor diodes 21 with electrical contacts 56 are fastened adjacent to a fourth side surface 22 opposite the first side surface 5.
  • laser diodes When using laser diodes as the transmission components 2, these can be connected in series on the first main surface 51 of the disk 50 by means of metallization tracks 57 (shown in broken lines in FIG. 4), so that only the two outer ones are used for the so-called burn-in of the laser diodes. at the two ends of individual laser diode lines 58 arranged ⁇ contact surfaces 42 must be contacted. The burn-in for the same laser diode row 58 assigned Can laser diodes thus be made equal ⁇ time a particularly simple manner.
  • the individual transmission components 2 and reception components 3 can also be measured for their electro-optical parameters by contacting the associated metallization layers 42, 56 and connecting them to a suitable wafer prober in the wafer assembly, that is to say in use. The same naturally also applies to the monitor diodes 21.
  • the disk 50 and the prism bars 52 are then along first dividing lines 59, which run perpendicular to the grooves 54 between the individual transmission components 2, and the disk 50 along second dividing lines 60, each running between two grooves 54 , severed.
  • the individual devices each manufactured in this way, have a transmitting component 2, a receiving component 3, a monitor diode 21, a prism block 14 and a radiation focusing means 8 with a carrier part 1, and are subsequently further processed, depending on the intended area of use.

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Abstract

Optoelektronisches Modul zur bidirektionalen optischen Datenübertragung, bei dem als Strahlteilereinrichtung (4) ein Formkörper (14) vorgesehen ist, der im wesentlichen aus einem für die ausgesandte Strahlung (7) und die empfangene Strahlung (13) durchlässigen Material besteht und in den eine Strahlteilerschicht (10) eingebettet ist. Ein Sendebauelement (2), ein Empfangsbauelement (3) und ein Strahlungsfokussiermittel (8) sind vorteilhafterweise direkt mit dem Formkörper (14) verbunden.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Modul zur bidirektionalen optischen Datenübertragung
Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Modul zur bidirektionalen optischen Datenübertragung, bei dem ein Sendebauelement zum Aussenden von Strahlung, ein Empfangsbauelement zum Empfangen von Strahlung, eine Strahlteilerein- richtung mit einer Strahlteilerschicht und ein Strahlungsfo- kussiermittel zum Fokussieren von Strahlung derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß im Betrieb des optoelektronischen Moduls zumindest ein Teil einer von dem Sendebauelement ausgesandten Strahlung in eine optisch an das op- toelektronische Modul angekoppelte optische Vorrichtung, insbesondere einen Lichtwellenleiter, eingekoppelt wird und daß zumindest ein Teil einer aus der optischen Vorrichtung ausgekoppelten, empfangenen Strahlung in das Empfangsbauelement eingekoppelt wird.
Ein derartiges Modul ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 664 585 bekannt. Hierin ist ein Sende- und Empfangsmodul für eine bidirektionale optische Nachrichten- und Signalübertragung beschrieben. Bei diesem bekannten Modul ist ein Laserchip auf einem gemeinsamen Träger zwischen zwei Trägerteilen angeordnet, deren den Resonatorflachen des Laserchips benachbarte Seitenflächen mit Spiegelschichten versehen und zu den Resonatorflächen in einem Winkel von 45° geneigt sind. Eine von dem Laserchip parallel zur Oberseite des gemeinsamen Trägers ausgesandte Strahlung wird von einer dieser Seitenflächen um 90° in Richtung einer auf dem Trägerteil befestigten Linsenkoppeloptik umgelenkt und mittels dieser in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt. Eine von dem Lichtwellenleiter ausgekoppelte Strahlung für die die Spiegelschich- ten und das Material der Trägerteile sowie des gemeinsamen Trägers zumindest teilweise durchlässig ist, wird von einer unterhalb des gemeinsamen Trägers angeordneten Fotodiode emp- fangen. Die Vorrichtung, bestehend aus Laserchip, Fotodiode, gemeinsamer Träger und Trägerteile ist in ein hermetisch dichtes Metallgehäuse mit einem Fenster eingebaut.
Die Montage der einzelnen Bestandteile eines derart aufgebauten optoelektronischen Moduls ist sehr aufwendig. Sie erfordert eine große Anzahl von Verfahrensschritten und die Justa- ge der einzelnen Bestandteile zueinander ist schwierig. Außerdem können aufgrund des Luftspaltes zwischen der Linse und der Spiegelschicht große Reflexionsverluste auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Modul der eingangs genannten Art zu entwickeln, das einen möglichst geringen Montageaufwand erfordert, eine mög- liehst einfache Justierung der einzelnen Komponenten zueinander ermöglicht und geringe Reflexionsverluste aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Modul mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungs- formen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11. Ein bevorzugtes Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen optoelektronischen Modulen ist Gegenstand des Anspruches 12.
Erfindungsgemäß ist bei dem optoelektronischen Modul der eingangs genannten Art als Strahlteilereinrichtung ein Formkörper vorgesehen, der im wesentlichen aus einem für die ausgesandte Strahlung und die empfangene Strahlung durchlässigen Material besteht und in den die Strahlteilerschicht eingebettet ist. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Strahlteilereinrichtung als Formkörper hat den besonderen Vorteil, daß dessen Seitenflächen als Bezugs- und Justageflachen für sämtliche eingangs genannten Komponenten des optoelektronischen Mo- duls genutzt werden können.
Der Formkörper weist mindestens eine erste Seitenfläche, eine zweite Seitenfläche und eine dritte Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche zueinander geneigt sind, insbesondere zueinander senkrecht stehen. Die dritte Seitenfläche ist zur zweiten Seitenfläche oder zur er¬ sten Seitenfläche geneigt; insbesondere weist der jeweils eingeschlossene Winkel 90° auf. Die erste und die dritte Sei¬ tenfläche bzw. die zweite und die dritte Seitenfläche sind gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers und liegen insbesondere parallel zueinander. Eine Sendebauelement- Strahlenaustrittsfläche des Sendebauelements ist der ersten Seitenfläche der Strahlteilereinrichtung zugewandt, eine Empfangsbauelement-Strahleneintrittsfläche des Empfangsbauelements ist der zweiten Seitenfläche zugewandt und eine Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfläche des Strahlungsfo- kussiermittels ist der dritten Seitenfläche zugewandt. Die Strahlteilerschicht ist derart angeordnet, daß sie sowohl die Strahlachse der ausgesandten Strahlung als auch die Strahlachse der empfangenen Strahlung schneidet.
Unter Sendebauelement-Strahlenaustrittεflache ist diejenige Seitenfläche des Sendebauelements zu verstehen, durch die der größte Teil einer in dem Sendebauelement erzeugten Strahlung aus diesem austritt. Ebenso ist als Empfangsbauelement- Strahleneintrittsflache diejenige Seitenfläche des Empfangsbauelements gemeint, durch die eine von dem Emp- fangsbauelement zu empfangende Strahlung einzukoppeln ist.
Als Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfläche des Strahlungsfokussiermittels ist diejenige Seitenfläche des Strahlungsfokussiermittels gemeint, durch die die von dem Sendebauelement ausgesandte Strahlung in das Strahlungsfokussier- mittel eindringt und durch die eine von dem Strahlungsfokus- siermittel aus der optischen Vorrichtung empfangene Strahlung aus dem Strahlungsfokussiermittel austritt.
Die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche ist mit der er- sten Seitenfläche, die Empfangsbauelement-
Strahleneintrittsfläche mit der zweiten Seitenfläche und die Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsflache des Strah- lungsfokussiermittels ist mit der dritten Seitenfläche ver¬ bunden. Als Verbindungsmittel dient beispielsweise jeweils ein strahlungsdurchlässiges Medium, wie z. B. transparentes Kunstharz, das eventuell vorhandene Spalte zwischen den ein- zelnen Flächen ausfüllt. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche einen physikalischen Kontakt zur ersten Seitenfläche aufweist, d. h. , wenn der Ab¬ stand zwischen Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche und erster Seitenfläche kleiner oder gleich einem Zehntel der Wellenlänge der ausgesandten Strahlung ist. Idealerweise liegt die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche auf der ersten Seitenfläche auf. Analoges gilt für die Empfangsbauelement-Strahleneintrittsfläche und die Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfläche des Strahlungsfokussiermittels . Ein derart aufgebautes erfindungsgemäßes optoelektronisches Modul weist vorteilhafterweise sehr geringe innere Reflexionsverluste auf.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen optoelektroni- sehen Moduls ist, daß es nur einen sehr geringen Platzbedarf aufweist .
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls ist die Strahlteilereinrichtung aus mindestens zwei zusammengefügten optischen Prismen gefertigt und ist die Strahlteilerschicht zwischen den beiden optischen Prismen angeordnet. Dadurch ist vorteilhafterweise für die Strahlteilereinrichtung ein einfaches und somit kostengünstiges Herstellungsverfahren für große Stückzahlen realisierbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen otpoelektronischen Moduls hat die Strahlteilereinrichtung die Form eines Quaders, liegt die Strahlteilerschicht in einer diagonalen Schnittfläche des Quaders und weist eine senkrecht zur Strahlteilerschicht liegende
Schnittfläche des Quaders die Form eines Rechtecks, insbesondere die Form eines Quadrats auf. Derartige sogenannte Pris- menwürfel sind vorteilhafterweise besonders einfach in großen Stückzahlen herstellbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen otpoelektronischen Moduls weist das Strahlungsfokus- siermittel ein Trägerteil auf, auf dem die Strahlteilereinrichtung und das Sendebauelement befestigt sind. Das Trägerteil besteht im wesentlichen aus einem für die ausgesandte Strahlung und die empfangene Strahlung durchlässigen Material und das Sendebauelement und das Strahlungεfokussiermittel sind auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerteiles angeordnet. Dadurch läßt sich vorteilhafterweise insbesondere die Baugröße des opotelektronischen Moduls stark verringern und sind insbesondere die Strahlungsverluste im optoelektroni- sehen Modul weiter verringert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser vorteilhaften Weiterbildung des optoelektronischen Moduls ist das Trägerteil zusammen mit dem Strahlungsfokussiermittel einstückig ausgebildet.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls weist eine Monitordiode auf, die eine einer vierten Seitenfläche des Formkörpers zugewandte Monitordioden-Strahleneintrittsfläche aufweist. Hierbei ist mit Monitordioden-Strahleneintrittsfläche wiederum dieje- nige Seitenfläche der Monitordiode gemeint, durch die eine von der Monitordiode zu detektierende Strahlung in diese eindringt. Die erste Seitenfläche und die vierte Seitenfläche des Formkörpers sind so angeordnet, daß im Betrieb des optoelektronischen Moduls zumindest ein Teil einer durch die Strahlteilerschicht hindurchtretenden ausgesandten Strahlung auf die Monitordioden-Strahleneintrittsfläche trifft. Sie stellen beispielsweise gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers dar und liegen insbesondere parallel zueinander. In diesem Fall sind beispielsweise auch die zweite und die dritte Seitenfläche einander gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers, die insbesondere parallel zueinander sind. Vorteilhafterweise ist die Monitordiode ebenfalls auf dem Trägerteil befestigt und ein eventuell vorhandener Spalt zwischen der Monitordioden-Strahleneintrittsfläche und der vierten Seitenfläche des Formkörpers mit einem transparenten Material gefüllt.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls, bei dem der Formkörper die Form eines Quaders aufweist, die Strahlteilerschicht in einer diagonalen Schnittfläche des Quaders liegt, eine senkrecht zur Strahlteilerschicht liegende Schnittfläche des Quaders die Form eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats aufweist, und bei dem die zweite und die dritte Seitenfläche einander gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers sind, so daß das Strahlungsfokussiermittel und das Empfangsbauelement auf einander gegenüberliegenden Seiten des Formkörpers angeordnet sind, weist die Merkmale auf, daß die Strahlachse der ausgesandten Strahlung und die Strahlachse der empfangenen Strahlung einen Winkel von 90° einschließen, daß die Strahlteilerschicht derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie die ausgesandte Strahlung größtenteils reflektiert, so daß die Strahlachse der reflektierten Strahlung parallel zur Strahlachse der empfangenen Strahlung verläuft und daß sie zumindest einen Teil der empfangenen Strahlung durchläßt, so daß dieser auf die Empfangsbauelement-Strahleintrittsflache trifft.
Eine andere besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls, bei dem der Formkörper die Form eines Quaders aufweist, die Strahlteilerschicht in einer diagonalen Schnittfläche des Quaders liegt, eine senkrecht zur Strahlteilerschicht liegende Schnittfläche des Quaders die Form eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats aufweist und die erste und die dritte Seitenfläche einander gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers sind, so daß das Strahlungsfokussiermittel und das Sendebauelement auf einander gegenüberliegenden Seiten des Formkörpers angeordnet sind, hat die Merkmale, daß die Strahlachse der ausgesandten Strahlung und die Strahlachse der empfangenen Strahlung im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, daß die Strahlteilerschicht derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie einen in die optische Vorrichtung einzukoppelnden Teil der ausgesandten Strahlung durchläßt und die empfangene Strahlung größtenteils reflektiert und zum Empfangsbauelement hin umlenkt .
Besonders vorteilhaft ist weiterhin, wenn zwischen dem Emp- fangsbauelement und der zweiten Seitenfläche des Formkörper ein Sperrfilter angeordnet ist, das für die Wellenlänge der ausgesandten Strahlung weitestgehend undurchlässig ist. Dadurch kann insbesondere ein Übersprechen, d. h. eine direkte Übertragung von Signalen aus dem Sendebauelement auf das Emp- fangsbauelement verhindert werden.
Ein bevorzugtes Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von mindestens zwei optoelektronischen Modulen in Nutzenmontage, bei denen das Strahlungsfokussiermittel jeweils ein Träger- teil aufweist, auf dem die Strahlteilereinrichtung und das Sendebauelement befestigt sind, bei denen das Trägerteil im wesentlichen aus einem für die ausgesandte Strahlung und die empfangene Strahlung durchlässigen Material besteht und bei denen das Sendebauelement und das Strahlungsfokussiermittel auf einander gegenüberliegenden Seiten des Trägerteiles angeordnet sind, weist folgende Verfahrensschritte auf: a) Herstellen einer Scheibe, bestehend aus einem für die ausgesandte Strahlung und die empfangene Strahlung durchlässigen Material, b) Ausbilden oder Aufbringen von mindestens zwei Strahlungs- fokussiermitteln auf einer Hauptfläche der Scheibe, derart, daß zwischen zwei Strahlungsfokussiermitteln jeweils ein Zwischenraum vorhanden ist, c) Aufbringen eines Prismenbarrens, in den entlang seiner Längsmittelachse eine auf einer seiner diagonalen Ebenen lier gende Strahlteilerschicht eingebettet ist, auf die Scheibe, derart, daß die Strahlteilerschicht über den Strahlungsfokus- siermitteln zu liegen kommt, d) Aufbringen von mindestens zwei Sende-Bauelementen auf die Scheibe, derart, daß die Sendebauelernent- Strahlenaustrittsflächen der Sendebauelemente jeweils einer ersten Seitenfläche des Prismenbarrens zugewandt sind und daß jedem Sendebauelement ein einziges Strahlungsfokussiermittel zugeordnet ist, e) Aufbringen von mindestens zwei Empfangsbauelementen auf den Prismenbarren, derart, daß jedem Empfangsbauelement ein einziges Strahlungsfokussiermittel zugeordnet ist, f) Falls vorgesehen, Aufbringen von mindestens zwei Monitordioden auf die Scheibe, derart, daß jedem Sendebauelement eine Monitordiode zugeordnet ist, und g) Durchtrennen der Scheibe und ggf. des Prismenbarrens jeweils im Zwischenraum zwischen zwei Strahlungsfokussiermit- teln, derart, daß voneinander getrennte funktioneile Einheiten entstehen, von denen jedes ein Trägerteil, eine Strahl - teilereinrichtung, ein Sendebauelement, ein Empfangsbauele- ment und ein Strahlungsfokussiermittel aufweist.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, daß in der Halbleitertechnik das gleichzeitige Herstellen einer Mehrzahl von gleichartigen Bauteilen im Scheibenverbund mit Nutzenmontage bezeichnet wird.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Modul und das bevorzugte Herstellungsverfahren wird im folgenden anhand von 3 Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausfüh- rungsbeispieles des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Aus- führungsbeispieles eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls , Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch ein drittes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls und
Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrensablaufes zur gleichzeitigen Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Modulen gemäß dem Ausführungsbei- spiel von Figur 1.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Modul von Figur 1 ist an einer ersten Hauptfläche 30 eines Trägerteiles 1 eine Ausnehmung 31 und an einer der ersten Hauptfläche 30 ge- genüberliegenden zweiten Hauptfläche 32 des Trägerteiles 1 ein Strahlungsfokussiermittel 8 zum Fokussieren von Strahlung, in diesem Fall eine sphärische Sammellinse, ausgebildet. Auf der Bodenfläche 49 der Ausnehmung 31 ist mittels eines strahlungsdurchlässigen Verbindungsmittels 29, z. B. ein transparenter Klebstoff, als Strahlteilereinrichtung 4 ein
Prismenwürfel 14 befestigt. Der Prismenwürfel 14 besteht aus zwei zusammengefügten optischen Prismen 15,16, zwischen denen die Strahlteilerschicht 10 angeordnet ist. Die Strahlteilerschicht 10 liegt auf einer diagonalen Ebene des Prismenwür- fels 14. Selbstverständlich ist dieses Ausführungsbeispiel nicht ausschließlich auf die Verwendung eines Prismenwürfels 14 beschränkt. Es kann ebenso anstelle des Prismenwürfels beispielsweise ein Prismenquader mit einer quadratischen oder rechteckigen senkrecht zur Strahlteilerschicht 10 liegenden Schnittfläche verwendet sein.
Auf der ersten Hauptfläche 30 des Trägerteiles 1 ist benachbart zu einer ersten Seitenfläche 5 des Prismenwürfels 14 ein Sendebauelement 2, beispielsweise ein Fabry-Perot- oder ein DFB-Laser, also ein Kantenemitter, derart befestigt, daß eine Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche 11 des Sendebauele- mentε 2 parallel zur ersten Seitenfläche 5 des Prismenwürfels 14 liegt. Als Verbindungsmittel 33 zwischen dem Sendebauele¬ ment 2 und dem Trägerteil 1 ist beispielsweise ein Lot oder ein Klebstoff verwendet. Optional sind, wie in Figur 2 und Figur 4 gezeigt, auf der ersten Hauptfläche 30 des Trägertei- les 1 strukturierte Metallisierungsschichten 42 aufgebracht, die mit elektrischen Anschlüssen des Sendebauelements 2 verbunden sind und die als externe elektrische Anschlüsse für das Sendebauelement 2 dienen. Das Sendebauelement 2 kann dazu direkt mit seinen elektrischen Anschlüssen auf den Metalli- sierungschichten 42 aufliegen und mit diesen beispielsweise mittels eines Lotes elektrisch leitend verbunden sein.
Die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche 11 kann wahlweise direkt auf der ersten Seitenfläche 5 des Prismenwürfels auf- liegen oder auch in einem Abstand dazu angeordnet sein. Im zweiten Fall kann der Zwischenraum zwischen der Strahlenaustrittsfläche 11 und der ersten Seitenfläche 5 des Prismenwürfels 14, wie in Figur 1 gezeigt, mit einem strahlungsdurchlässigen Koppelmedium 24 gefüllt sein, dessen Brechungs- index gegenüber dem von Luft erhöht ist. Dadurch können Reflexionsverluste aufgrund stark unterschiedlicher Brechungs- indizes von Luft und Halbleitermaterial bzw. Material des Prismenwürfels verringert werden. Idealerweise weist die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche 11 zur ersten Seitenflä- ehe 5 physikalischen Kontakt auf.
Auf einer senkrecht zur ersten Seitenfläche 5 und parallel zur ersten Hauptfläche 30 des Trägerteiles 1 liegenden zweiten Seitenfläche 6 des Prismenwürfels 14 iεt mittels eines strahlungsdurchlässigen Verbindungsmittels 25 ein Empfangs- bauelement 3, z. B. eine Fotodiode, befestigt. Die Empfangs- bauelement-Strahleneintrittsfläche 12 des Empfangsbauelements 3 ist der zweiten Seitenfläche 6 zugewandt. Idealerweise weist die Empfangsbauelement-Strahlenaustrittsfläche 12 zur zweiten Seitenfläche 6 wiederum physikalischen Kontakt auf. Der Prismenwürfel 14 ist derart angeordnet, daß die Strahlteilerschicht 10 in einer Ebene liegt, die zwischen dem Sen- debauelement 2 und dem Empfangsbauelement 3 angeordnet ist und die mit der ersten Hauptfläche 30 des Trägerteiles 1 ei¬ nen Winkel von 45° einschließt.
Auf der dem Sendebauelement 2 gegenüberliegenden Seite des Prismenwürfel 14 ist ebenfalls in der Ausnehmung 31 des Trägerteiles 1 mittels eines Verbindungsmittels 34, z. B. ein metallisches Lot oder ein Klebstoff, eine Monitordiode 21 befestigt. Diese Monitordiode 21 dient im wesentlichen dazu, die von dem Sendebauelement 2 ausgesandte Strahlung 7 auf ihre Wellenlänge hin zu überprüfen. Dazu ist die Strahlteilerschicht 10 so ausgebildet, daß sie einen Teil der ausgesandten Strahlung 7 durchläßt .
Die Monitordiode 21 ist so angeordnet, daß eine Monitordioden-Strahleneintrittsfläche 23 einer der ersten Seitenfläche 5 gegenüberliegenden vierten Seitenfläche 22 des Prismenwürfels 14 zugewandt ist. Ein Zwischenraum zwischen der vierten Seitenfläche 22 des Prismenwürfels 14 und der Monitordioden- Strahleneintrittsflache 23 ist mittels eines transparenten Koppelmediums 26, z. B. ein transparentes Epoxidharz, gefüllt. Dadurch können wiederum Reflexionsverluste der Strahlung auf dem Weg zur Monitordiode 21 verringert werden.
Eine der Monitordioden-Strahleneintrittsflache 23 gegenüberliegende Seitenfläche 44 der Monitordiode 21 ist derart abgeschrägt, daß sie zumindest einen Teil der in die Monitordiode 21 eindringenden Strahlung zu einem Strahlung detektierenden pn-Übergang 45 der Monitordiode 21 hin reflektiert. Sie schließt mit einer dem pn-Übergang 45 am nächsten liegenden Seitenfläche 46 der Monitordiode einen Winkel ein, der kleiner als 90° ist. Zusätzlich kann sie beispielsweise mit einer reflexionssteigernden Schicht versehen sein.
Das Sendebauelement 2, das Empfangsbauelement 3, der Prismen.- würfel 14, und das Strahlungsfokussiermittel 8, sind derart ausgebildet und zueinander angeordnet, daß im Betrieb des op- totelektronischen Moduls zumindest ein Teil einer von dem Sendebauelement 2 ausgesandten Strahlung 7 nach Durchtritt durch das Strahlungsfokussiermittel 8 in eine, in Ausbreitungsrichtung der ausgesandten Strahlung 7 betrachtet, dem Strahlungsfokussiermittel 8 nachgeordneten optische Vorrichtung 9 eingekoppelt wird und daß zumindest ein Teil einer aus der optischen Vorrichtung 9 ausgekoppelten, empfangenen Strahlung 13 nach Durchtritt durch das Strahlungsfokussiermittel 8 und durch den Prismenwürfel 14 in das Empfangsbau- element 3 eingekoppelt wird.
Dazu ist der Prismenwürfel 14 aus einem für die ausgesandte Strahlung 7 und die empfangene Strahlung 13 durchlässigen Material gefertigt (z. B. Quarz, Borsilikatglas, Saphir oder Halbleitermaterial (man vergleiche dazu beispielsweise die unten für das Trägerteil angegebenen Halbleitermaterialien) ) . Die Strahlteilerschicht 10 ist derart ausgebildet, daß sie die ausgesandte Strahlung 7 größtenteils reflektiert und die empfangene Strahlung 13 soweit als möglich durchläßt. Derar- tige Strahlteilerschichten 10, sind in der optischen Technik bekannt, z. B. 3dB-Teiler oder WDM (Wellenlängen-Divisions- Multiplex) -Filter, und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Optional ist auf die Seitenflächen 5,6,17,22 des Prismenwürfels eine Antireflexbeschichtung 48 (gestrichelt eingezeichnet) aufgebracht.
Die Strahlachse 19 der ausgesandten Strahlung 7 und die Strahlachse 20 der empfangenen Strahlung 13 stehen bei diesem Ausführugnsbeispiel senkrecht aufeinander.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, daß die ausgesandte Strahlung 7 und die empfangene Strahlung 13 vorteilhafterweise unterschiedliche Wellenlängen λ aufweisen. Dies gilt für alle in dieser Anmeldung beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiele des erfindungsgemäßen optoelektronischen Mo- _ duls . Die optische Vorrichtung 9 ist beispielsweise, wie in der Fi¬ gur 1 angedeutet, ein Lichtwellenleiter, eine Linsenanordnung oder ein weiteres optoelektronisches Modul usw..
Das Trägerteil 1 einschließlich dem Strahlungsfokussiermittel 8 besteht aus einem Material, das ebenfalls sowohl für die ausgesandte Strahlung 7 als auch für die empfangene Strahlung 13 durchlässig ist. Hierzu eignet sich beispielsweise Glas, Kunststoff, Saphir, Diamant oder ein Halbleitermaterial, das für die ausgesandte Strahlung 7 und für die empfangene Strahlung 13 durchlässig ist. Für Wellenlängen λ > 400 nm kann diesbezüglich beispielsweise SiC, für λ > 550 nm GaP, für λ > 900 nm GaAs und für λ > 1100 nm kann Silizium verwendet sein.
Das Strahlungsfokussiermittel 8 kann beispielsweise eine Sammellinse mit einer sphärischen oder asphärischen Oberfläche sein, die mittels Ätzen oder Schleifen hergestellt ist. Ebenso kann als Strahlungsfokussiermittel 8 ein diffraktives optisches Element, ein holographisches optisches Element oder eine Fresnellinse verwendet sein, die mittels Ätzen, Schleifen oder Fräsen hergestellt ist. Die Ausnehmung 31 ist beispielsweise mittels Ätzen oder Fräsen hergestellt.
Die Ausnehmung 31 kann alternativ auch mittels zweier separat hergestellter Formteile, die auf dem Trägerteil 1 mit einem Abstand zueinander befestigt sind, realisiert sein. Ebenso kann auch das Strahlungsfokussiermittel 8 alternativ zum oben Beschriebenen separat hergestellt und am Trägerteil 1 z. B. mittels eines strahlungsdurchlässigen Lotes oder Klebstoffes befestigt sein. Besteht das Trägerteil 1 beispielsweise aus - Silizium und das Strahlungsfokussiermittel 8 aus Glas, so können diese beiden Komponenten auch mittels anodischem Bonden miteinander verbunden sein.
Um, falls erforderlich, die aktiven Komponenten des optoelektronischen Moduls, d. h. das Sendebauelement 2, das Empfangs- bauelement 3, und die Monitordiode 21 vor Umgebungseinflüssen zu schützen, kann die gesamte funktionelle Einheit, bestehend aus diesen drei Bauteilen und dem Prismenwürfel 14, wie in Figur 3 gezeigt, mit einer im wesentlichen aus Kunststoff oder aus einem anderen Vergußmaterial bestehenden Vergußum- hüllung 35, beispielsweise ein Epoxidharz oder ein anderer geeigneter Kunststoff, vergossen sein. Ebenso kann das erfindungsgemäße optoelektronische Modul ein hermetisch dichtes Metallgehäuse mit einem optischen Fenster aufweisen.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 insbesondere dadurch, daß das Strahlungsfokussiermittel 8 auf der dem Sendebauelement 2 gegenüberliegenden Seite des Prismenwürfeis 14 ange- ordnet ist und daß die Strahlteilerschicht 10 derart ausgebildet, daß sie die ausgesandte Strahlung 7 größtenteils durchläßt und daß sie die empfangene Strahlung 13 größtenteils reflektiert. Die Strahlachse 19 der ausgesandten Strahlung 7 und die Strahlachse 20 der empfangenen Strahlung 13 verlaufen parallel zueinander, liegen insbesondere aufeinander. Die Strahlachse 43 des an der Strahlteilerschicht 10 reflektierten Teiles der empfangenen Strahlung 13 steht senkrecht auf der Strahlachse 19 der empfangenen Strahlung 13.
Das Sendebauelement 2, der Prismenwürfel 14 und das Strahlungsfokussiermittel 8 sind beispielsweise mittels Kleben oder Löten auf einem gemeinsamen Trägerelement 36 befestigt, daε beispielsweise im wesentlichen aus Silizium besteht. Das Trägerelement 36 weist eine Stufe 40 auf, die eine erste Mon- tagefläche 37 und eine zu dieser parallel liegende zweite Montagefläche 38 voneinander trennt.
Der Prismenwürfel 14 ist auf der ersten Montagefläche 37 benachbart zu einer zu den Montageflächen 37,38 senkrecht ste- henden Absatzfläche 41 der Stufe 40 befestigt. Das hierzu verwendete Verbindungsmittel 29 muß nicht strahlungsdurchlässig sein. Auf der ersten Montagefläche 37 ist weiterhin mit- tels eines Verbindungsmittelε 28 das Strahlungsfokussiermit¬ tel 8 befestigt, derart, daß dessen Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfläche 18 parallel zur dritten Seitenfläche 17 des Prismenwürfels 14 liegt und dieser zugewandt ist. In diesem Ausführungsbeispiel iεt zwiεchen dem Strahlungsfokus¬ siermittel 8 und dem Prismenwürfel 14 ein Spalt vorhanden, der mit einem transparenten Koppelmedium 26, z. B. Kunstharz, gefüllt ist. Ebenso kann natürlich auch das Strahlungsfokussiermittel 8 physikalischen Kontakt zum Prismenwürfel 14 auf- weisen, insbeεondere unmittelbar an dieεem anliegen.
Auf der zweiten Montagefläche 38 iεt daε Sendebauelement 2 befestigt, derart, daß dessen Strahlenaustrittsfläche 11 dem Prismenwürfel 14 zugewandt ist, und unmittelbar an dessen er- ster Seitenfläche 5 anliegt. Zwischen dem Sendebauelement 2 und dem Prismenwürfel 14 kann natürlich ebenso wie bei dem Ausführungsbeiεpiel von Figur 1 ein Spalt vorhanden εein, der zur Reflexionεminderung mit einem transparenten Koppelmedium 24, z. B. Kunstharz, gefüllt ist, oder ein physikalischer Kontakt vorliegen.
Auf der zweiten Montagefläche 38 sind Metallisierungsεchich- ten 42 aufgebracht. Dieεe sind mit elektrischen Kontakten des Sendebauelements 2 elektrisch leitend verbunden. Dazu sind beispielsweise das Sendebauelement 2 und die Metalliεierungε- schichten 42 derart ausgebildet, daß elektrische Kontakte des Sendebauelements 2 und die Metallisierungschichten 42 aufein- anderliegen und beispielsweise mittels eines metallischen Lotes oder mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes mit- einander verbunden sind. Die Metallisierungεchichten 42 dienen gleichzeitig alε externe elektriεche Anεchlüεεe für das Sendebauelement 2, die beispielεweise mittels Bonddrähten mit einem Leadframe verbunden sind. Ebenso können natürlich auch elektrische Kontakte deε Sendebauelements 2 mittels Bonddräh- ten mit den Metallisierungsεchichten 42 oder direkt mit einem Leadframe verbunden εein. Analogeε gilt für daε Auεführungε- beispiel von Figur 1. Auch dort können auf dem Trägerteil 1 entεprechende Metallisierungsschichten 42 vorgesehen εein.
Deεweiteren ist bei dem Ausführungsbeiεpiel von Figur 2 zwi- εchen dem auf dem Prismenwürfel 14 angeordneten Empfangsbauelement 3 und dem Prismenwürfel 14 ein Sperrfilter 27 angeordnet, das für die Wellenlänge der ausgeεandten Strahlung 7 weiteεtgehend undurchlässig ist. Dadurch kann die Übersprech- dämpfung des optoelektronischen Moduls gesenkt werden. Unter „Überεprechen" iεt eine direkte Übertragung der vom Sendebauelement 2 ausgesandten Signale auf das Empfangsbauelement 3 zu verstehen. Das Sperrfilter 27 kann optional auf der Empfangsbauelement-Strahleneintrittsfläche 12 oder auf der zweiten Seitenfläche 6 des Prismenwürfels 14 aufgebracht sein. Desweiteren kann, falls auε optiεchen Gründen nötig, zwiεchen der Empfangsbauelement-Strahleneintrittsfläche 12 und dem Prismenwürfel 14 eine Sammellinεe angeordnet sein.
Ist als Sendebauelement 2 eine Laserdiode verwendet, so kann diese mit der aktiven Seite nach oben (up-side up) oder mit der aktiven Zone nach unten (up-side down), d. h. in Richtung Trägerelement 36, montiert εein. Im zweiten Fall muß die Dik- ke deε Laserdiodensubstrats sehr genau an die Lage der Strahlteilerschicht 10 angepaßt εein. Dieε ist mit einem ho- hen Montage- und Juεtieraufwand verbunden. Im erεten Fall geht dagegen nur die Dicke der Epitaxieschicht der Laserdiode und die Dicke von gegebenenfalls vorhandenen elektrischen An- schlußmetallisierungsschichten 42 auf dem Trägerelement 36 in diese Betrachtung ein. Herstellungεtoleranzen können hier sehr einfach im Mikrometerbereich und darunter gehalten werden. Die Justage iεt dadurch deutlich vereinfacht. Analogeε gilt natürlich auch für das oben beschriebene Ausführungsbeiεpiel von Figur 1.
Iεt auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Monitordiode 2l_ vorgesehen, εo kann diese, wie bei dem Ausführungεbeiεpiel von Figur 3, vom Priεmenwürfel 14 aus gesehen, hinter dem Sendebauelement 2 auf der zweiten Montagefläche 38 angeordnet sein. Ein Teil der im Sendebauelement 2 erzeugten Strahlung muß dann natürlich nach hinten ausgekoppelt werden, was bei Verwendung einer Laεerdiode alε Sendebauelement 2 mit einer Verεchlechterung der Laserparameter verbunden ist, da auch der hintere Resonatorspiegel teildurchlässig ausgebildet sein muß. Diesen Nachteil weist das Ausführungsbeispiel von Figur 1 nicht auf; hier kann der hintere Spiegel einer als Sende- bauelement 2 eingeεetzten Laεerdiode auf hohe Reflexion aus- gelegt sein.
Bei dem Auεführungεbeiεpiel von Figur 3, das sich von dem Ausführungsbeiεpiel von Figur 1 inεbeεondere dadurch unterscheidet, daß sich die Monitordiode 21 von dem Priεmenwürfel 14 aus gesehen hinter dem Sendebauelement 2 befindet, ist daε Trägerteil 1 mit den darauf befestigten Einzelteilen mittels eines Verbindungsmittelε 47 (z. B. Lot oder Klebstoff) auf einer Trägerplatte 34 befestigt, derart, daß die zweite Hauptfläche 32 des Trägerteileε 1 der Trägerplatte 34 zuge- wandt ist.
Die Trägerplatte 34 iεt beiεpielεweiεe eine Montageplatte eines Cu-Leadframes und weiεt eine Bohrung 62 auf, über oder in der daε Strahlungsfokussiermittel 8 angeordnet ist. Auf der dem Trägerteil 1 gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte 34 ist eine Lichtwellenleiteranεchlußvorrichtung 41 mit einem Lichtwellenleiter alε optiεche Vorrichtung 9 angeordnet, die beiεpielεweise mittels Schweißen, Löten oder Kleben an der Trägerplatte 34 befestigt iεt. Der Lichtwellenleiter iεt da- bei εo über der Bohrung 62 angeordnet, daß die ausgesandte
Strahlung 7 von dem Strahlungsfokussiermittel 8 im wesentlichen auf die Endfläche des Lichtwellenleiters fokusεiert wird.
Um die aktiven Komponenten des optoelektronischen Moduls, d._ h. das Sendebauelement 2, das Empfangsbauelement 3, und die Monitordiode 21 vor Umgebungseinflüεsen zu schützen, ist die gesamte dieεe drei Bauteile und den Prismenwürfel 14 aufwei¬ sende funktioneile Einheit mit einer Vergußumhüllung 35, die beispielεweiεe im weεentlichen auε Epoxidharz oder einem anderen geeigneten Kunεtstoff besteht, vergossen. Ein derarti- ges optoelektronisches Modul stellt eine sehr einfache Ausführungsform eines Bidirektionalen Sende- und Empfangsmodul zur optischen Nachrichtenübertragung mittels eines einzigen Lichtwellenleiters dar. Selbstverständlich kann für hohe mechanische und thermische Beanspruchung alternativ zur Ver- gußumhüllung 35 ein hermetisch dichtes Metallgehäuse mit einem optischen Fenεter verwendet sein.
Das aus der Vergußumhüllung 35 und der Trägerplatte 34 bestehende Gehäuse kann vorteilhafterweise mittels geeigneter Formgebung von ebenfalls teilweise von der Vergußumhüllung 35 umschloεsenen elektriεchen Anschlußpins auf einfache Weise als SMD-Bauelement ausgebildet sein. Dadurch ist eine εehr einfache Standard-Oberflächenmontage deε erfindungsgemäßen optoelektronischen Moduls auf einer Platine möglich. Im Ge- häuse können im Bedarfsfall noch zusätzliche elektroniεche Bauelemente enthalten εein, wie z. B. ein Vorverεtärker für die Fotodiode, Lasertreiber usw..
Selbεtverεtändlich kann analog dazu auch bei den vorangehend beεchriebenen Ausführungsbeispielen von Figur 1 und Figur 2 die jeweilige funtionelle Einheit auf einer Trägerplatte befestigt und mit einer Vergußumhüllung 35 versehen sein.
Bei dem in Figur 4 schematisch dargestellten Verfahrensablauf zum gleichzeitigen Herstellen einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen optoelektronischen Modulen gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 wird an einer ersten Hauptfläche 30 einer Scheibe 50 eine Anzahl von in einem Abstand parallel zueinander verlaufenden rechteckigen Nuten 54 hergeεtellt . Der in Figur 4 gezeigte Auεschnitt der Scheibe 50 weist vier funktioneile Einheiten auf, wobei die beiden vorderen im Schnitt dargestellt sind. An einer der ersten Hauptfläche 51 gegenüberliegenen zweiten Hauptfläche 61 der Scheibe 50 wird entsprechend einem vorge¬ gebenen Raster eine Anzahl von Strahlungεfokuεsiermitteln 8 ausgebildet. In diesem Fall sind dies z. B. mittels Ätzen oder Schleifen hergestellte sphärische oder asphärische Linsen. Die Strahlungsfokussiermitteln 8 sind in Reihen angeordnet, die zu den Nuten 54 parallel verlaufenden und diesen senkrecht gegenüberliegen. Die Scheibe 50 besteht auε einem für die auεgeεandte Strahlung 7 und die empfangene Strahlung 13 durchlässigen Material. Man vergleiche dazu die Beεchrei- bung zu Figur 1.
In jeder Nut 54 wird benachbart zu einer erεten Nutseitenflä- ehe 55 ein im Querschnitt quadratischer Prismenbarren 52 befestigt. Die erste Nutseitenflache 55 kann hierbei als Ju- εtierbezugεflache für eine erεte Seitenfläche 5 deε Priεmen- barrenε 52 dienen. Jeder Prismenbarren 52 weist eine Strahlteilerschicht 10 auf, die auf einer zu εeiner Längεmittelach- εe parallelen diagonalen Schnittfläche des Prismenbarrenε 52 liegt. Der Winkel α zwiεchen der Strahlteilerεchicht 10 und der erεten Hauptfläche 51 der Scheibe 50 beträgt εomit 45°.
Besteht der Prismenbarren 52 beiεpielεweiεe aus Glas und die Scheibe 50 aus α-Silizium oder umgekehrt, εo kann zum Befe- εtigen der Prismenbarren 52 auf der Scheibe 50 anstelle des oben angegebenen Verbindens mittelε eineε Verbindungsmittels 29 anodisches Bonden eingesetzt werden. Bei dieser Technik werden die zu verbindenden Flächen aufeinander gelegt, bei- spielsweise auf etwa 450 °C aufgeheizt und zwischen Glas und - Silizium eine Spannung von etwa -1000 V angelegt. Diese Ver- bindungεtechnik ist auch dann möglich, wenn auch die Scheibe 50 aus Glas oder irgendeinem anderen Material besteht und an der Verbindungsεtelle zum Priεmenbarren 52 eine α- Siliziumschicht aufweist. Eε müεεen lediglich eine Glaε- und_ eine α-Siliziumschicht aufeinanderliegen. Auf der ersten Hauptfläche 51 der Scheibe 50 wird benachbart zu den ersten Seitenflächen 5 eine Mehrzahl von Sendebauele¬ menten 2 befestigt, derart, daß elektrische Kontakte der Sen¬ debauelemente 2 auf den dafür vorgesehenen auf der ersten Hauptfläche 51 der Scheibe 50 aufgebrachten Metalliεierungs- schichten 42 zu liegen kommen und mit diesen elektrisch leitend verbunden werden. Hier kann jeweils die Seitenfläche 5 als Justierbezugsflache für die Sendebauelemente 2 dienen. Die Sendebauelemente 2 werden so angeordnet, daß jedem ein Strahlungsfokussiermittel 8 zugeordnet iεt.
Um eine sichere Trennung der p- und n-Kontakte von Laserdioden-Sendebauelementen zu gewährleisten bzw. bei Verwendung von Lasern mit Stegwellenleiter (MCRW-Laser) eine Beschädi- gung des Steges zu vermeiden, wird vor der Montage der Sendebauelemente 2 jeweils zwischen den Metallisierungsschichten 42 eine Trennungsnut auεgebildet, beispielsweise eingeätzt.
Auf den zweiten Seitenflächen 6 des Priεmenbarren 52 wird je- weilε eine Mehrzahl von Empfangεbauelementen 3 mit elektri- εchen Kontakten 56 befestigt. Auch diese sind derart angeordnet, daß jedem ein Strahlungsfokussiermittel 8 zugeordnet ist.
Analog dazu wird jeweils benachbart zu einer der ersten Seitenfläche 5 gegenüberliegenden vierten Seitenfläche 22, in der Nut 54 eine Mehrzahl von Monitordioden 21 mit elektri- εchen Kontakten 56 befestigt.
Bei Verwendung von Laserdioden alε Sendebauelemente 2 können dieεe mittels Metallisierungsbahnen 57 (in der Figur 4 gestrichelt eingezeichnet) auf der erεten Hauptfläche 51 der Scheibe 50 εeriell verεchaltet werden, so daß für den sogenannten Burn-In der Laserdioden nur jeweilε die beiden äuße- ren, an den beiden Enden einzelner Laserdiodenzeilen 58 ange^ ordneten Kontaktflächen 42 kontaktiert werden müssen. Die Burn-In für die derselben Laserdiodenzeile 58 zugeordneten Laserdioden kann somit auf besonders einfache Weise gleich¬ zeitig durchgeführt werden. Darüberhinaus können auch die einzelnen Sendebauelemente 2 und Empfangsbauelemente 3 durch Kontaktieren der zugehörigen Metallisierungεschichten 42,56 und Anschließen an einen geeigneten Waferprober im Scheibenverbund, also im Nutzen, auf ihre elektrooptischen Parameter hin gemessen werden. Gleiches gilt natürlich auch für die Monitordioden 21.
Nach diesen Verfahrensεchritten werden dann die Scheibe 50 und die Priεmenbarren 52 entlang von ersten Trennlinien 59, die zwischen den einzelnen Sendebauelementen 2 senkrecht zu den Nuten 54 verlaufen, und die Scheibe 50 entlang von zweiten Trennlinien 60, die jeweils zwischen zwei Nuten 54 ver- laufen, durchtrennt. Die εo gefertigten jeweilε ein Sendebauelement 2, ein Empfangεbauelement 3, eine Monitordiode 21, einen Prismenquader 14 und ein Strahlungsfokuεεiermittel 8 mit Trägerteil 1 aufweiεenden einzelnen Vorrichtungen werden nachfolgend je nach vorgeεehenem Einεatzbereich weiterverar- beitet, z. B. auf einem Leadframe befestigt und mit einer Vergußumhüllung 35 versehen.
Das oben beschriebene Verfahren läßt sich selbstverständlicherweise unter geringfügigen Abänderungen auch für die bei- den weiteren Ausführungsbeispiele von Figur 2 und Figur 3 einsetzen. Es ermöglicht eine kostengünstige Produktion bei gleichzeitig hoher Ausbeute in der Montage und eine 100%- Prüfung aller wichtigen Betriebsparameter des optoelektronischen Moduls im Nutzen, d. h. im Scheibenverbund.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischeε Modul zur bidirektionalen optischen Datenübertragung, bei dem ein Sendebauelement (2) zum Auεsenden von Strahlung, ein Empfangsbauelement (3) zum Empfangen von Strahlung, eine Strahlteilereinrichtung (4) mit einer Strahlteilerschicht (10) und ein Strahlungsfokussiermittel (8) zum Fokusεieren von Strahlung derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß im Betrieb des optoelektronischen Moduls zumindest ein Teil einer von dem Sendebauelement (2) ausge- εandten Strahlung (7) in eine optisch an das optoelektronische Modul angekoppelte optische Vorrichtung (9) eingekoppelt wird und daß zumindest ein Teil einer aus der optischen Vorrichtung (9) ausgekoppelten, empfangenen Strahlung (13) in das Empfangsbauelement (3) eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlteilereinrichtung (4) ein Formkörper (14) vorgesehen ist, der im wesentlichen auε einem für die ausgesandte Strahlung (7) und die empfangene Strahlung (13) durchlässigen Material besteht und in den die Strahlteilerschicht (10) eingebettet ist, daß der Formkörper (14) mindestenε eine erεte Seitenfläche (5) , eine zweite Seitenfläche (6) und eine dritte Seitenfläche (17) aufweiεt, daß die erεte Seitenfläche (5) und die zweite Seitenfläche (6) zueinander geneigt sind, daß die dritte Seitenfläche (17) und die zweite Seitenfläche (6) oder die dritte Seitenfläche (17) und die erεte Seitenfläche (5) zueinander geneigt εind, daß die erste Seitenfläche (5) und die dritte Seitenfläche (17) bzw. die zweite Seitenfläche (6) und die dritte Seitenfläche (17) gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers (14) sind, daß eine Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche (11) des Sendebauelementε (2) der ersten Seitenfläche (5) zugewandt ist, daß eine Empfangεbauelement-Strahleneintrittεflache (12) deε Empfangεbauelements (3) der zweiten Seitenfläche (6) zugewandt ist, daß eine Strahleneintrittε- und Strahlenaustrittsflache (18) des Strahlungsfokussiermittels (8) der dritten Seitenfläche (17) zugewandt ist, daß die Strahlteilerschicht (10) derart angeordnet ist, daß sie εowohl die Strahlachεe (19) der auεgesandten Strahlung (7) als auch die Strahlachεe (20) der empfangenen Strahlung (13) schneidet, und daß die Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche (11) des Sendebauelements (2) mit der ersten Seitenfläche (5) , die Empfangsbauelement-Strahleneintrittsfläche (12) des Empfangsbau- elementε (3) mit der zweiten Seitenfläche (6), und die Strahleneintrittε- und Strahlenauεtrittεflache (18) des Strahlungsfokussiermittels (8) mit der dritten Seitenfläche (17) verbunden ist .
2. Optoelektronischeε Modul nach Anεpruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Formkörper (14) aus mindestens zwei zusammengefügten optischen Prismen (15,16) gefertigt ist und daß zwischen den beiden optiεchen Prismen (15,16) die Strahlteilerschicht (10) angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (14) die Form eines Quaders aufweist, daß die Strahlteilerschicht (10) in einer diagonalen Schnittfläche des Quaders liegt und daß eine senkrecht zur Strahlteilerεchicht (10) liegende Schnitt- fläche deε Quaderε die Form eineε Rechtecks, insbeεondere eines Quadrats aufweiεt .
4. Optoelektroniεches Modul nach einem der Anεprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seitenfläche (5) und die zweite Seitenfläche (6) zueinander senkrecht steche , daß die dritte Seitenfläche (17) und die zweite Seitenfläche (6) oder die dritte Seitenfläche (17) und die erste Seiten¬ fläche (5) zueinander εenkrecht stehen, daß die erste Seitenfläche (5) und die dritte Seitenfläche (17) bzw. die zweite Seitenfläche (6) und die dritte Seiten¬ fläche (17) parallel zueinander liegende gegenüberliegende Seitenflächen des Formkörpers (14) sind.
5. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsfokussiermittel (8) ein Trägerteil (1) aufweist, das mittels eines strahlungsdurchläsεigen Verbindungεmittels (29) mit dem Formkörper (14) verbunden ist, daß das Trägerteil (1) im wesentlichen aus einem für die ausgesandte Strahlung (7) und die empfangene Strahlung (13) durchlässigen Material besteht und daß das Sendebauelement (2) und die optiεche Vorrichtung (9) auf verschiedenen Seiten des Trägerteiles (1) angeordnet sind.
6. Optoelektroniεches Modul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß auch das Sendebauelement (2) auf dem Trägerteil (1) befestigt ist.
7. Optoelektronischeε Modul nach Anεpruch 5 oder 6, da- durch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (1) zusammen mit dem Strahlungsfokuεεiermittel (8) einstückig ausgebildet ist.
8. Optoelektroniεches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Monitordiode (21) vorgesehen ist, die eine einer vierten Seitenfläche (22) des Formkörpers (14) zugewandte Monitordiodenstrahleneintrittε- fläche (23) aufweiεt und daß die Stahlteilerschicht (10) derart für die ausgesandte Strahlung (7) teildurchlässig ausge- bildet ist, daß ein erster Teil der ausgesandten Stahlung (7j auf die Monitordiodenstrahleneintrittsflache (23) trifft.
9. Optoelektroniεches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (19) der ausgesandten Strahlung (7) und die Strahlachse (20) der empfangenen Strahlung (13) im wesentlichen parallel verlau- fen, daß die Strahlteilerschicht (10) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie einen in die optiεche Vorrichtung (9) einzukoppelnden Teil der auεgesandten Strahlung (7) durchläßt und die empfangene Strahlung (13) größtenteils reflektiert und zum Empfangsbauelement (3) hin umlenkt und daß das Strah- lungsfokussiermittel (8) und das Sendebauelement (2) auf gegenüberliegenden Seiten des Formkörpers (14) angeordnet sind.
10. Optoelektroniεcheε Modul nach einem der Anεprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlachse (19) der ausgesandten Strahlung (7) und die Strahlachse (20) der empfangenen Strahlung (13) einen Winkel von 90° einschließen, daß die Strahlteilerschicht (10) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie die ausgesandte Strahlung (7) zumindest größtenteils reflektiert, so daß die Strahlachse der reflektierten Strahlung parallel zur Strahlachse (20) der empfangenen Strahlung (13) verläuft und daß εie zumindeεt einen Teil der empfangenen Strahlung (13) durchläßt, so daß dieser auf die Empfangsbauelement- Strahleintrittsflache (12) trifft.
11. Optoelektronischeε Modul nach einem der Anεprüche 1 biε 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwiεchen dem Empfangsbauelement (3) und der zweiten Seitenfläche (6) deε Formkörpers (14) ein Sperrfilter (27) angordnet ist, das für die Wellenlänge der ausgesandten Strahlung (7) weitestgehend undurchlässig ist.
12. Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von mindestens zwei optoelektronischen Modulen nach Anspruch 5, 6 oder 7 oder nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrenεεchritte: a) Herstellen einer Scheibe (50) , beεtehend auε einem für die auεgeεandte Strahlung (7) und die empfangene Strahlung (13) durchlässigen Material, b) Ausbilden oder Aufbringen von mindestens zwei Strahlungs- fokussiermitteln (8) auf eine Hauptfläche (61) der Scheibe
(50) , derart, daß zwischen zwei Strahlungsfokussiermitteln (8) jeweils ein Zwischenraum vorhanden ist, c) Aufbringen von mindestens einem Prismenbarren (52) , in den entlang seiner Längsmittelachse eine auf einer seiner diago- nalen Ebenen liegende Strahlteilerschicht (10) eingebettet ist, auf die Scheibe (50) , derart, daß die Strahlteilerschicht (10) über den Strahlungsfokuεεiermitteln (8) zu liegen kommt, d) Aufbringen von mindestenε zwei Sendebauelementen (2) auf die Scheibe (50) , derart, daß die Sendebauelement-
Strahlenauεtrittεflachen (11) der Sendebauelemente (2) jeweils einer ersten Seitenfläche (5) des Prismenbarrens (52) zugewandt sind und daß jedem Sendebauelement (2) ein einziges der Strahlungsfokusεiermittel (8) zugeordnet ist, e) Aufbringen von mindestens zwei Empfangsbauelementen (3) auf den Prismenbarren (52) , derart, daß jedem Empfangsbauelement (3) ein einziges der Strahlungsfokussiermittel (8) zugeordnet ist und f) Durchtrennen der Scheibe (50) und gegebenenfalls des Pris- menbarrens (52) jeweils im Zwiεchenraum zwiεchen zwei Strahlungsfokusεiermitteln (8) , derart, daß voneinander getrennte funtionelle Einheiten entstehen, von denen jede ein Trägerteil (1) , eine Strahlteilereinrichtung (4) , ein Sendebauelement (2) , ein Empfangsbauelement (3) und ein Strahlungsfokus- siermittel (8) aufweist.
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