JP2000277844A - 電気光変換装置 - Google Patents

電気光変換装置

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JP2000277844A
JP2000277844A JP11082289A JP8228999A JP2000277844A JP 2000277844 A JP2000277844 A JP 2000277844A JP 11082289 A JP11082289 A JP 11082289A JP 8228999 A JP8228999 A JP 8228999A JP 2000277844 A JP2000277844 A JP 2000277844A
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optical element
emitting laser
surface emitting
electro
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Toshiaki Kagawa
俊明 香川
Chikara Amano
主税 天野
Kouta Tateno
功太 舘野
Osamu Tadanaga
修 忠永
Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光レーザーの特徴を生かしながら1GH
z以上の高周波の電気信号を光信号に変換し、レーザー
をバイポーラトランジスタの信号で駆動し、小型で簡便
に作ることのできる電気光変換装置を提供する。 【解決手段】 同軸コネクタ中心導体11、14上であ
ってその軸上に光素子7を直接ボンディングする。中心
導体の軸上方に光素子7と光結合する光ファイバー25
を配置する。光素子7の搭載部をキャップ9を介して不
活性ガス雰囲気内に機密封止する。光素子7はn型基板
上の光素子である。光素子7は一例として面発光レーザ
ーである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号を光信号
に変換する電気光変換装置に関し、特に0.1〜10G
ps程度の高速電気信号を光信号に変換する電気光変換
装置の小型化、低コスト化を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気光変換装置において、面発光
レーザーの実装は、図4に示すようなLED(発光ダイ
オード)の実装に用いられる汎用の台座に実装するのが
普通である。ここで、1はステンレスやコバールなどの
合金に金メッキを施した台座で、これに複数の足が付い
ている。個々では2と3の足は台座本体1と電気的に導
通し、4の足は5の硬質ガラスによって他とは電気的に
絶縁されている。6はAlN(窒化アルミニューム)の
ヒートシンクで、7が面発光レーザーである。面発光レ
ーザー7の基板側の電極は、ヒートシンク6を介して台
座本体1に電気的に接続され、もう一方の表面側の電極
は、8のワイヤーによって足4に接続される。
【0003】9はキャップであり、面発光レーザー7は
キャップ9によって不活性ガス雰囲気中に封じ込めら
れ、面発光レーザー7の出射光はキャップ9に付けられ
た窓10を通して、出力される。
【0004】この構成によれば、面発光レーザー7は不
活性ガス雰囲気中にあるため、表面の酸化によって劣化
を受けず、かつ偏発光レーザーの光が基板と垂直方向に
出射するという特徴を生かして、上面に光を出す電気光
変換装置を小型に簡便に作ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術では、電気の接続は台座から出た足によ
って行うために、インピーダンスの整合が取れておら
ず、数100MHz以上の高周波で面発光レーザーを変
調することは不可能である。
【0006】また、面発光レーザーはn型の基板上に作
られたものの方が、p型の基板上のものに比べて閾値電
流が小さくできるため、n型の基板上に作られた面発光
レーザーが一般的に作られている。ところが、従来技術
の実装法では、n型基板がグランド(大地電位)側に接
続されるため、電気信号はp側の電極に加えなければな
らない。この場合、電気信号はグランドに対してプラス
でなければならない。しかし、高周波の電気信号の発生
源としてnpn型バイポーラトランジスタを用いた場合
には、その電気信号がグランドに対してマイナスにな
り、接続が困難となっている。
【0007】本発明の目的は、上記のような課題を解決
して、基板と垂直方向に光を出射する面発光レーザーの
特徴を生かしながら、かつ1GHz以上の高周波の信号
を変換でき、しかもn型基板の面発光レーザーをバイポ
ーラトランジスタの信号で駆動でき、小型で簡便に作る
ことのできる電気光変換装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、同軸コネクタの中心導体上であ
って該中心導体の軸上に光素子を直接ボンディングした
ことを特徴とする。
【0009】ここで、前記中心導体の軸の上方に前記光
素子と光結合する光ファイバーを配置したことを特徴と
することができる。
【0010】また、前記光素子の搭載部を不活性ガス雰
囲気内に機密封止したことを特徴とすることができる。
【0011】また、前記光素子はn型基板上の光素子で
あることを特徴とすることができる。
【0012】また、前記光素子は面発光レーザーである
ことを特徴とすることができる。
【0013】(作用)同軸ケーブルや導波路を伝搬する
電気信号を光信号に変換する際に、電気信号の伝搬方向
と光信号の伝搬方向を平行にすることによって、電気光
変換装置をボードに搭載しやすく、架内のボード実装密
度を大きくできる。この際、電気信号が伝搬する中心導
体と光ファイバが同一線上にある方がコンパクトにボー
ドに搭載できる。本発明はこの点に着目して発明したも
のである。
【0014】すなわち、本発明では、SMAコネクタな
どの既成の高周波用の電気コネクタ(同軸コネクタ)の
中心導体の先端に、面発光レーザーをボンディングし、
面発光レーザーを不活性ガス中に封じるようにしたの
で、従来とは異なり、高周波の電気信号が減衰すること
なく面発光レーザーに加えられる。また、このように、
面発光レーザーが高周波コネクタに直接ボンディングさ
れているため、1GHz以上の電気信号を光信号に変換
できる。また、偏発光レーザーが中心導体上に乗ってい
るため、出力光はその中心導体の延長線に沿って出射さ
れ、かつ光ファイバーとの接続も容易にできる。この場
合、1本の線上で電気信号から光信号ヘの変換が行わ
れ、装置が極めて小型化できる。また、面発光レーザー
が不活性ガス中に封入されているため、酸化による素子
の劣化を防ぐことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0016】(第1の実施形態)図1に本発明による第
1の実施形態の電気光変換装置の構造を示す。ここで、
11はSMAコネクタの中心導体(直径1.3mm)、
12はその周囲のテフロン、13はグランドの外周導体
(内径4.6mm)であり、この外周導体13の表面に
ネジが切ってあるために、同軸ケーブル(図示しない)
との接続が可能である。
【0017】中心導体11の下側にはSMAのプラグ側
の中心導体を挿入するために、直径0.9mmの穴11
Aが開けられている。14はSMAの中心導体11を延
長した導体で、15の外部導体に接続されている。16
のテフロンによっての中心導体14と外部導体15とが
絶縁されている。
【0018】6はAlNのヒートシンク、7は面発光レ
ーザーである。面発光レーザー7の基板側の電極は、コ
ネクタの中心導体14に接続されており、表面側の電極
は、ワイヤー8によって外部導体15、外周導体13を
介してグランドに接続される。
【0019】ワイヤー8のインダクタンスを小さくする
ために、外部導体15は中心導体14に近づけなければ
ならない。中心導体14、外部導体15、および絶縁体
16で構成される高周波導波路の特性インピーダンス
は、中心導体14の直径と外部導体15の内周によって
決まる。外部導体15の内径を2.8mmとし、インピ
ーダンスを50オームにするために、中心導体14の直
径を0.8mmとし、その中心導体14の先端はヒート
シンク6と面発光レーザー7を載せるのに十分な面積を
持つために、直径1.2mmに広げてある。
【0020】面発光レーザー7の付近まで、同軸ケーブ
ルとインピーダンスの整合が取れており、高周波信号は
反射されることなく、面発光レーザー7まで達すること
ができる。8は素子7を不活性ガスで封入するためのキ
ャップであり、9は光を通すための窓である。
【0021】図2は本発明の実施形態に用いる上記の面
発光レーザー7の構造を示す。本図に示すように、17
のn‐GaAs基板上に、18のn‐Al0.2 Ga0.8
Asと19のn‐AlAsを交互に積層した下部DBR
(distributed Bragg reflector :分布反射形)ミラ
ー、20のノンドープのAl0.4 GaAsのクラッド
層、21のGaAs多重量子井戸の活性層、および22
のp‐Al0.2 Ga0.8 Asと23のp‐AlAsを交
互に積層した上部DBRミラーが形成されている。そし
て、n‐GaAs基板17の下にはAuGeNiの電極
24、上部のp型のDBRミラー22、23の上にはA
uZnNiの電極25がある。
【0022】上下のDBRミラー22、23、18、1
9は共に99%以上の反射率を有するが、光は上部DB
Rミラー22、23を通して出射されるので、下部DB
Rミラー18、19の反射率は上部DBRミラー22、
23の反射率よりも大きくしなければならない。もし、
下部DBRミラー18、19の反射率が低いと、レーザ
ー光は下側に漏れ、発振閾値電流が大きくなってしまう
からである。
【0023】一般に、p−DBRは正孔の自由キャリア
吸収が大きいために、n‐DBRミラーよりも反射率を
大きくすることは困難である。従って、本実施形態で
は、n−DBRを下部DBRミラー18、19に用いる
ために基板17をn型にしてある。
【0024】面発光レーザー7のn‐GaAs基板17
が同軸コネクタの中心導体14に接続されているため、
グランドに対してマイナスの信号によってドライブ(駆
動)され、従ってnpnのバイポーラトランジスタ(図
示しない)の電気信号出力を直接中心導体11,14に
入れることによって、面発光レーザー7をドライブする
ことができる。
【0025】本実施形態では、説明の簡単化のためにメ
サ型の面発光レーザーを用いて説明をしたが、本発明は
これに限らず、プロトン注入や選択酸化による面発光レ
ーザーを用いた場合も、ほぼ同様の構成で、同様の作用
効果が得られることは言うまでもない。
【0026】(第2の実施形態)図3は本発明による第
2の実施形態の電気光変換装置の構造を示す。本実施形
態は、面発光レーザー7が同軸コネクタの先端にポンデ
ィングされているのは、第1の実施形態と同じである
が、面発光レーザー7の出射光を光ファイバーに入れる
構造を有する。
【0027】9は面発光レーザー7を不活性ガスで封入
するためのキャップであり、このキャップ9を25の光
ファイバーが貫通している。面発光レーザー7は通常は
横モードが多モードであり、そのためこのレーザ光を伝
送する光ファイバー25も多モードファイバーを用い
る。従って、光ファイバー25はそのコア径が50μm
と大きい。また、面発光レーザー7の放射角は10度以
内で、しかも等方的であるため、光ファイバー25の先
端を面発光レーザー7の出射部に数10μmに近づける
だけで光の結合をすることができる。
【0028】本実施形態ではレンズを使わずにレーザー
7と光ファイバー25の結合をする構造を示したが、レ
ーザー7と光ファイバー25の間にレンズを入れても本
発明の主旨に反しないことは言うまでもない。
【0029】(他の実施形態)上述の本発明の実施形態
では、光素子として面発光レーザを記載したが、その他
に、発光ダイオード、フォトダイオード、フォトトラン
ジスタ、などの種々の光素子が適用可能であり、面受発
光の形態を有する光素子であれば同様の実施形態をとる
ことが可能である。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同軸ケーブルを伝搬する高周波の電気信号を光信号に変
換することができ、しかも光ビームもしくは光ファイバ
ーの中心が同軸コネクターの中心導体と同一線上にある
ために小型となり、ボードに搭載した際にスぺースを取
らないという効果が得られる。
【0031】また、本発明によれば、発振閾値の低いn
型基板の面発光レーザーをバイポーラトランジスタから
の電気信号で直接駆動できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施形態の電気光変換装置
の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態に用いる面発光レーザーの構
造を示す断面図である。
【図3】本発明による第2の実施形態の電気光変換装置
の構造を示す断面図である。
【図4】従来技術による電気光変換装置の構造を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 ステンレスやコバールなどの合金に金メッキを施し
た台座 2,3 台座本体と電気的に導通したの足 4 台座本体とは絶縁された足 5 硬質ガラス 6 AlNのヒートシンク 7 面発光レーザー 8 ワイヤ 9 キャップ 10 窓 11 SMAコネクタの中心導体 11A 中心導体11の下部に開けられた穴 12 中心導体11の周囲のテフロン 13 グランドの外周導体 14 SMAの中心導体11を延長した導体 15 ワイヤボンディング用台を有する外部導体 16 テフロン絶縁体 17 n‐GaAs基板 18 n‐Al0.2 Ga0.8 As l9 n‐AlAs 20 ノンドープのAl0.4 GaAsクラッド層 21 GaAs多重量子井戸 22 p−Al0.2 Ga0.8 As 23 p−AlAs 24 AuGeNiの電極 23 AuZnNiの電極 25 光ファイバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舘野 功太 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 忠永 修 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 植之原 裕行 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA21 DA06 DA18 DA39 5F073 AA65 AA74 AA89 AB17 CA04 CB02 CB22 EA14 EA29 FA15 FA27 FA29 FA30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同軸コネクタの中心導体上であって該中
    心導体の軸上に光素子を直接ボンディングしたことを特
    徴とする電気光変換装置。
  2. 【請求項2】 前記中心導体の軸の上方に前記光素子と
    光結合する光ファイバーを配置したことを特徴とする請
    求項1に記載の電気光変換装置。
  3. 【請求項3】 前記光素子の搭載部を不活性ガス雰囲気
    内に機密封止したことを特徴とする請求項1または2に
    記載の電気光変換装置。
  4. 【請求項4】 前記光素子はn型基板上の光素子である
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電
    気光変換装置。
  5. 【請求項5】 前記光素子は面発光レーザーであること
    を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電気光
    変換装置。
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Cited By (4)

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