JP2000269584A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2000269584A
JP2000269584A JP11075743A JP7574399A JP2000269584A JP 2000269584 A JP2000269584 A JP 2000269584A JP 11075743 A JP11075743 A JP 11075743A JP 7574399 A JP7574399 A JP 7574399A JP 2000269584 A JP2000269584 A JP 2000269584A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser device
optical fiber
monitor
refractive index
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JP11075743A
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Inventor
Kenji Yamauchi
賢治 山内
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に光ファイバを使用した薄型の半導体レー
ザ装置において、前方及び後方からの出力光の効率的な
利用を実現する。 【解決手段】 シリコン基板上に半導体レーザ素子、モ
ニタPD素子とが実装され、かつ前記半導体レーザ素子
の前面に光ファイバを実装した半導体レーザ装置におい
て、少なくとも前記半導体レーザ素子、モニタフォトダ
イオード、及び光ファイバを、その屈折率が空気の屈折
率以上で光ファイバの屈折率以下である透明樹脂で封入
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装
置、特に基板上に樹脂モールドされた半導体レーザ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】モニタ用のフォトダイオード素子(以下
モニタPD素子と記述する)を内蔵した半導体レーザ装
置においては、半導体レーザ素子からの出力光と前記モ
ニタPD素子との光学的結合を確実に実現する必要があ
る。そこで通常、図3に示されるように、モニタPD素
子13を実装したサブキャリア31を半導体レーザ素子
12の後方に配置して、半導体レーザ素子12の後方出
力光17をモニタPD素子13に対して直接的に入射さ
せる構造が採用されてきた。しかし近年、構造の簡略化
及び形状の薄型化への要求がより一層高まり、このよう
な課題を解決するための研究開発が種々行われている。
【0004】例えば1998年電子情報通信学会エレク
トロソサイエティ大会C−3−94においては図4に示
されるように、従来の表面入射型のモニタPD素子13
に代えて端面入射型モニタPD素子41を使用して、そ
のモニタPDを半導体レーザ素子12と同一の基板11
上に実装することにより上記課題を解決できるとしてい
る。しかし、導波路PINに代表される端面入射型モニ
タPD素子41は、従来の表面入射型のモニタPD素子
13に比較すると生産数が少量であってコストが高いと
いう問題があった。
【0005】そこで、量産品であって低コストの表面入
射型のモニタPD素子を使用し、かつ部品製造コストや
組立コストを低減することが可能な構造として、樹脂に
よる被覆を行う構造が、例えば特開平5−63309号
公報に開示されている。
【0006】これは図5に示されるように、シリコン基
板11上に半導体レーザ素子12及び表面入射型のモニ
タPD素子13を実装した後にそれらを樹脂によって覆
うことにより、半導体レーザ素子12の後方出力光17
を透明樹脂16と空気との界面において反射させ、モニ
タPD素子13に対して入射させるものである。これに
より、透明樹脂16による被覆を行わない場合には散乱
光として損失されてしまう後方出力光17を、モニタP
D素子13に対して入射させることを可能としている。
【0007】また、上記公知例においては後方出力光1
7の反射に透明樹脂16を利用しているが、特開平6−
69606号公報においては図6に示されるような反射
板61を設け、これにより後方出力光17をモニタPD
素子13に対して入射させている。またこのときさら
に、半導体レーザ素子12とモニタPD素子13との実
装位置に段差を設けることにより、モニタPD素子13
への入射効率が上昇し、高性能の半導体レーザ装置が得
られるとしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、モニタPD
素子から出力する光は後方だけではなく、前方において
も存在する。従って、そのような前方出力光についても
後方出力光と同様の配慮を行う必要がある。
【0009】前記特開平5−63309号公報において
は、半導体レーザ素子12と透明板61との間にも透明
樹脂16を配置し、前方出力光18を透明板51に対し
て効率的に入射させるよう配慮を行っている。
【0010】また、前記特開平6−69606号公報に
おいては、被覆用の透明樹脂16と従来の透明板51と
を兼用させることにより特別な光学的結合を行う必要性
をなくしており、さらに半導体レーザ素子12前方端面
にレンズ機能を付加することにより、ピックアップレン
ズをも兼用させて構造の簡略化を図っている。
【0011】ところで半導体レーザ装置はその用途に応
じて、半導体レーザ素子前方に透明板ではなく光ファイ
バを配置する構造を必要とする場合がある。しかし光フ
ァイバを使用する場合、光の入射は光ファイバ端面から
しか行うことができないので、その実装に際しては非常
に高精度な位置決めを行う必要があり、実際に光ファイ
バを使用することは技術上困難であり、また上記従来技
術をそのまま適用することができなかった。
【0012】そこで本発明の課題は、特に光ファイバを
使用した薄型の半導体レーザ装置において、前方及び後
方からの出力光を効率的に利用することが可能な構造を
提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の半導体レーザ装置は、シリコン基板上に半導
体レーザ素子、モニタPD素子とが実装され、かつ前記
半導体レーザ素子の前面に光ファイバを実装した半導体
レーザ装置において、少なくとも前記半導体レーザ素
子、モニタフォトダイオード、及び光ファイバを、その
屈折率が空気の屈折率以上で光ファイバの屈折率以下で
ある透明樹脂により封入してなることを特徴とする。こ
れにより、従来と同様に半導体レーザ素子の後方出力光
をモニタPDに対して効率良く入射させることが可能で
あるとともに、光ファイバの実装時における位置精度を
緩和して前方出力光を容易かつ効率的に入射させること
ができる。
【0014】また本発明の半導体レーザ装置は、前記樹
脂の屈折率が1.2〜1.45の範囲であることを特徴
とする。これにより、半導体レーザ素子の後方出力光を
モニタPDに対して効率良く入射させることが可能であ
るとともに、前方出力光も光ファイバに対して容易かつ
効率的に入射させることが可能となる。
【0015】また本発明の半導体レーザ装置は、前記樹
脂の表面に密着する反射層を有することを特徴とする。
これにより、光の利用効率を一層高めることが可能とな
る。
【0016】また本発明の半導体レーザ装置は、前記反
射層が、金属薄膜によりなることを特徴とする。これに
より、光の利用効率を一層高めることが可能となる。
【0017】また本発明の半導体レーザ装置は、前記樹
脂の表面において、内面に反射層を配したカバーを密着
して配置してなることを特徴とする。これにより、光の
利用効率を一層高めることが可能となる。また、樹脂の
形状を一定にすることが容易となり、出力光を安定的に
モニタPDに入射させることが可能となる。
【0018】また本発明の半導体レーザ装置は、前記半
導体レーザ素子とモニタフォトダイオード素子との実装
位置に高低差を設けてなることを特徴とする。これによ
り、光の利用効率を一層高めることが可能となる。
【0019】また本発明の半導体レーザ装置は、前記シ
リコン基板が段差のある一体形状であって、前記段差の
上部に半導体レーザ素子が、下部にモニタフォトダイオ
ードが配されていることを特徴とする。これにより、半
導体レーザ素子の基台となる部分がシリコン基板と一体
化され、部品数の低減が実現されて、部品製造及び組立
コストが削減される。
【0020】また本発明の半導体レーザ装置は、シリコ
ン基板上に設けられたV型の溝に光ファイバを配してな
ることを特徴とする。これにより、光ファイバの実装が
容易になると同時に、装置の薄型化が促進される。
【0021】本発明においては従来と同様に透明樹脂に
よる封入を行っているが、従来その目的が単に出力光の
利用効率を高めるという点だけにあったのに対し、前方
出力光の受容体を透明樹脂から光ファイバへと代えた場
合に特有の問題点を解決するために、封入に使用する透
明樹脂の屈折率を調整する点に最大の特徴を有する。す
なわち単に従来技術の一部を光ファイバに置き換えただ
けのものではない。
【0022】前述のとおり、前方出力光の受容体として
光ファイバを設置する場合、前方出力光を光ファイバの
端面から正確に入射させるためには高い位置精度が要求
される。そこで本発明においては、空気の屈折率(1)
より大で光ファイバの屈折(1.46程度)より小であ
る屈折率、より望ましくは1.2〜1.45の屈折率を
有する透明樹脂により半導体レーザ素子と光ファイバと
を封入することにより両者の光学的結合を確実なものと
して、実装位置精度の緩和を可能とするものである。こ
のとき同時に、半導体レーザ素子とモニタPDとについ
ても上記透明樹脂による封入を行うことにより、従来と
同様に後方出力光をモニタPDに対して効率良く入射さ
せることができる。すなわち上記透明樹脂を用いた封入
により、 前方出力光の光ファイバ端面への入射を容易に実現
する 後方出力光のモニタPDへの入射を効率的に行う という2つの効果を同時に得る。
【0022】このような透明樹脂としては、例えば透明
なシリコーン系樹脂等が挙げられる。
【0023】また、このような樹脂の表面に対して反射
層を設けること、より具体的には蒸着等により金属薄膜
を形成することは、樹脂と空気との界面における光の反
射率を上げて後方出力光の利用効率を高める上で好まし
い。このような金属薄膜としては、金等、反射率の高い
ものを使用するとよい。
【0024】また、内面に反射層を設けたカバーを取り
付けてもよい。この場合、カバーを所定位置に設置した
うえで透明樹脂を硬化させれば、硬化後の樹脂形状を常
に一定のものにすることが容易となり、光の反射、入射
等が安定化して製品の信頼性が向上する。
【0025】後方出力光の利用効率を高めるために、半
導体レーザ素子とモニタPD素子との実装位置に段差を
設けることが、従来一般的であり、本発明においてもこ
のような構造を採用することが好ましい。特に、従来の
ように基板上において半導体レーザ素子用の基台を設け
て段差を形成するのではなく、シリコン基板自体を予め
段差のある形状とすれば、部品製造及び組立のコストが
削減されることから、より望ましい。
【0026】また、シリコン基板において、予め光ファ
イバ実装用のV時溝を形成しておけば、光ファイバの実
装がより容易なものとなって作業が効率的になり、また
半導体レーザ装置の薄型化に寄与することから、好まし
い。
【0027】
【発明の実施形態】本発明への理解を容易にするため
に、以下により詳細な実施形態を上げて説明する。
【0028】(実施形態1)図1に、第一の実施形態に
おける断面図を示す。半導体レーザ装置10は、段差を
設けたシリコン基板11の上段に半導体レーザ素子1
2、下段には表面入射型のモニタPD素子13を配置し
ている。さらに半導体レーザ素子12の前方には光ファ
イバ14が配置されるが、この光ファイバ14は、シリ
コン基板11表面のV型溝15に嵌合されている。さら
にこれら半導体レーザ素子12、モニタPD素子13、
及び光ファイバ14は、透明樹脂16により被覆されて
いる。
【0029】透明樹脂16は、その屈折率が空気よりも
大でかつ光ファイバよりも小であるもの、具体的には透
明なシリコーン樹脂等によりなる。
【0030】このような屈折率を有する樹脂を使用する
ことにより、半導体レーザ素子10の後方出力光17
を、モニタPD素子13に対して直接入射させる、ある
いは透明樹脂16と空気との界面において反射した後に
入射させることができる。また、半導体レーザ素子12
と光ファイバ14との間にこのような透明樹脂16が存
在することにより両者の光学的結合が確実なものとなっ
て光ファイバ14の位置精度が緩和され、その実装が容
易となる。
【0031】また、半導体レーザ素子12とモニタPD
13との実装位置に段差を設けたことにより、半導体レ
ーザ素子12の後方出力光17について、下方へと放射
する光をも有効利用することが可能となり、光利用効率
が上昇して性能向上に寄与する。
【0032】また、シリコン基板11において、予めこ
のような段差を形成しておくことにより、従来使用され
ていた基台を略すことができ、製造工程が簡略化され
る。
【0033】また、シリコン基板11において、予め光
ファイバ14実装用のV型溝15を形成することによ
り、光ファイバ14の実装がより容易となる。また、半
導体レーザ装置10の薄型化に寄与する。
【0034】(実施形態2)図2に第二の実施形態にお
ける断面図を示す。本実施形態は、第一の実施形態にお
いて、透明樹脂16表面にさらに反射層21を設けたも
のである。反射層21は、蒸着等により形成された金属
薄膜、特に金等反射率の高い金属薄膜により形成される
ことが望ましい。反射層21を設けることにより、透明
樹脂16と空気との界面における光反射率が上昇し、光
の利用効率を一層高めることが可能となる。
【0035】(実施形態3)本実施形態は、実施形態2
における金属薄膜の反射層21に代えて、カバーを設置
するものである。カバーの内面は反射率の高い金属等か
らなり、これにより実施形態2と同様の効果を得る。ま
た、カバーを予め所定位置に設置した後に透明樹脂16
の硬化工程を行えば、硬化後の透明樹脂16の形状を一
定のものとすることが容易であり、光の反射や入射を安
定化することができて製品の信頼性向上に寄与する。
【0036】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体レ
ーザ装置、特に光ファイバを使用した薄型の半導体レー
ザ装置において、前方及び後方からの出力光を容易かつ
効率的に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明第一実施形態における断面図である。
【図2】 本発明第二実施形態における断面図である。
【図3】 従来の半導体レーザ装置の説明図である。
【図4】 従来の半導体レーザ装置の説明図である。
【図5】 従来の半導体レーザ装置の説明図である。
【図6】 従来の半導体レーザ装置の説明図である。
【符号の説明】
10 半導体レーザ装置 11 シリコン基板 12 半導体レーザ素子 13 モニタPD素子 14 光ファイバ 15 透明樹脂 16 V型溝 17 後方出力光 18 前方出力光 21 反射層 31 サブキャリア 41 端面入射型モニタPD素子 51 透明板 61 反射板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に半導体レーザ素子と、
    モニタフォトダイオード素子とが実装され、かつ前記半
    導体レーザ素子の前面に光ファイバを実装した半導体レ
    ーザ装置において、少なくとも前記半導体レーザ素子、
    モニタフォトダイオード、及び光ファイバを、その屈折
    率が空気の屈折率以上で光ファイバの屈折率以下である
    透明樹脂により封入してなることを特徴とする半導体レ
    ーザ装置装。
  2. 【請求項2】 前記樹脂の屈折率が1.2〜1.45の
    範囲であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レ
    ーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記樹脂の表面に密着する反射層を有す
    ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導
    体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記反射層が、金属薄膜によりなること
    を特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 前記樹脂の表面において、内面に反射層
    を配したカバーを密着して配置してなることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記半導体レーザ素子とモニタフォトダ
    イオード素子との実装位置に高低差を設けてなることを
    特徴とする請求項1〜5のいずれか一に記載の半導体レ
    ーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記シリコン基板が段差のある一体形状
    であって、前記段差の上部に半導体レーザ素子が、下部
    にモニタフォトダイオードが配されていることを特徴と
    する請求項6に記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】 シリコン基板上に設けられたV型の溝に
    光ファイバを配してなることを特徴とする請求項1〜7
    のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1416596A1 (en) * 2002-10-29 2004-05-06 NEC Compound Semiconductor Devices, Ltd. Semiconductor laser module
US8909010B2 (en) 2010-01-06 2014-12-09 Fujikura Ltd. Optical coupling structure and optical transreceiver module

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