JP2001509919A - 光送信モジュール - Google Patents

光送信モジュール

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Abstract

(57)【要約】 送信モジュールは、本発明によると、複数の半導体レーザ(2)を有する中空空間(10)をハーメチックシールして封入するケーシング(1)と、ケーシング(1)内にハーメチックシールされて固定された複数の光結合導波路(3)とから構成されており、複数の光結合導波路のそれぞれが、それぞれ1つのレーザ(2)を、中空空間(10)内で、ケーシング(1)の外部に導出された、それぞれ1つのファイバ(4)と相互に光結合する。

Description

【発明の詳細な説明】 光送信モジュール 本発明は、光送信モジュールであって、基板と、基板上に設けられた単数又は 複数の半導体レーザと、半導体レーザ毎に、それぞれ1つの、基板から導出され た光ファイバと、半導体レーザ毎に、それぞれ1つの、基板上に形成されたハー メチックシールされた、当該半導体レーザと光ファイバとの間の光結合部とから 構成された光送信モジュールに関する。 前述の形式の送信モジュールは、M.Yano及びK.Vakao:”Opt ical Semiconductor Devices and Modul s for Optical Parallel Link”,Fujitsu ,Sci.Tech.J.30,2,195−202ページ、(1994年、1 2月)から公知である。この公知のモジュールでは、各半導体レーザと、この半 導体レーザに光結合された光ファイバとの間のハーメチックシールされた光結合 は、ファイバが基板内に融着接続されて、この融着接続されたファイバの端面が 半導体レーザの光出口窓に直接対向するようにして行われている。 基板自体は、2つの基板部から構成されており、その内の一方の基板に、ファ イバが融着接合されており 、他方の基板上には、半導体レーザが取り付けられている。両基板半部は、各半 導体レーザの光出口窓に対向して、各ファイバの端面が配置されるように、相互 に結合されている。 Hanatani他の”10 Channel Fully−Integra ted High−Speed Optical transmitter M odul with a Through−put Larger Than 8 Gbit/s”,Proc.21st ECOC’95,Paper Th B.1.4,875〜878ページから、光送信モジュールが明らかであり、こ の光送信モジュールでは、ケーシングの中空空間内に複数の半導体レーザが設け られており、その際、各半導体レーザは、ケーシング内に取り付けられたプレー ナマイクロレンズによって、ケーシングから導出された光ファイバと光結合され ている。ケーシング内には、中空空間とケーシングの外部環境との間の電気接続 の形成用の複数の接続線路も取り付けられている。 ケーシングは、第1のケーシング部と第2のケーシング部とから構成されてお り、第1のケーシング部は、中空空間を限定するブラインドホール状の切欠部を 有していて、電気接続線路に取り付けられており、この切欠部内に全ての半導体 レーザが設けられており、第2のケーシング部内には、プレーナマイクロレンズ が取り付けられており、このマイクロレンズにファイバが接続されている。 半導体レーザとファイバとの間の光結合の形成のために、第2のケーシング部 は、第1のケーシング部のブラインドホール状の切欠部の開口内に差し込まれて いる。 本発明の構成、つまり、基板はケーシングから構成されており、ケーシングは 、中空空間をハーメチックシールして封入しており、中空空間内には、単数又は 複数の半導体レーザが設けられており、半導体レーザと光ファイバとの間のハー メチックシールされた光結合部は、中空空間とケーシングの外部環境との間の光 結合を形成するためにケーシング内にハーメチックシールして取り付けられた光 結合導波路から構成されており、ケーシングにより、半導体レーザの光出口窓と 、光ファイバの端面とが相互に光結合されており、ケーシングは、中空空間とケ ーシングの外部環境との間の電気接続の形成のために、当該ケーシング内にハー メチックシールされて取り付けられた1つ又は複数の電気接続線路を有している ように構成された本発明は、容易に製造できるよう、ハーメチックシールされた 送信モジュールを提供することができるという利点を有している。 本発明のモジュールは、特に、製造上極めてインテンシブに金属化し、且つ、 ケーシング又はケーシング 部内にファイバを融着接続する必要はないという利点を有している。また、有利 には、ケーシング内に取り付けられたファイバを研磨したり、反射防止コーティ ングしたりする必要はない。融着個所に融着接続されたファイバの屈折の恐れが 最早ないのは有利である。 本発明のモジュールは、有利には、特に、パラレルオプチカルリンク用のハー メチックシールされた送信モジュールとして使用することができ、この送信モジ ュールは、近い将来、チャネル当たりほぼ100MBit/s〜2.5GBit /sのデータ速度で、約1m〜ほぼ10kmの伝送区間用のコスト上有利な高性 能伝送装置として有用となる。その種のリンクの応用可能性は、例えば、コンピ ュータ接続を介してLANバックボーン及び加入者接続端子領域への高性能テレ コム交換システム用のオプチカルバックプレーン乃至バックウォールケーブリン グである。 その種のリンクは、実質的に、送信モジュールから構成されており、この送信 モジュールは、通常、適切な電気入力側と光出力側を有するレーザラインと、伝 送媒体としてのファイババンドケーブル、並びに、光入力側及び電気出力側を有 する受信モジュールから構成されている。 その際、使用領域に応じて種々異なる技術乃至サブコンポーネントが使用され 、例えば、短波長レーザ、例えば、短い伝送区間用のVCSL又はファブリーペ ローレーザ及び多モードファイバ、又は、比較的長い伝送区間で高い伝送速度用 のDFBレーザ及び単一モードファイバが使用される。特に困難且つコスト上イ ンテンシブに、その際、ファイバは、送信モジュール内の半導体レーザに結合さ れる(特に、単一モードガラスファイバを使用する必要があり、信頼性の理由か ら、ハーメチックシールされた装置構成が要求されている場合)。 本発明のモジュールは、有利にも、この要求を充足する。 本発明のモジュールでは、半導体レーザを単一モードファイバに接続する際に 、調整許容偏差を一層良好にするために、従って、冒頭に記載した形式の公知モ ジュールの場合同様に、製造コストを一層良好にするために、簡単な突き合わせ 結合(Stosskopplung)が使用され、例えば、光学レンズによって 実施可能な、半導体レーザとファイバとの間のスポットサイズの整合(Flec kanpassung)(例えば、10GBit/sの高データ速度で、典型的 には、少なくとも50kmの大きな伝送区間用のテレコムモジュールでは通常で ある)は、使用しないで済む。 スポットサイズの整合での典型的な−6〜−2dBに対して低い、突き合わせ 結合で結合された、ほぼ−10dBの結合効率は、伝送区間が比較的短いのだか ら有利に受容することができ、しかも、このような比較的低い結合効率によって 、有利に、半導体レーザへの反則の反作用を比較的小さくすることができ、この ことは、数キロメータの伝送区間で622Mビット/s以上ものデータ速度の場 合に重要である。と言うのは、ハイエンドテレコムモジュールとは異なって、光 アイソレータが使用されないからである。突き合わせ結合を使用することによっ て、レンズに関わる問題点、例えば、コスト高な製造及び調整の問題点は、生じ ない。 本発明のモジュールの極めて特別な利点は、本発明を用いない場合には特に実 施困難な、ハーメチックシールされたモジュールデザインを、比較的簡単に、製 造し易くてコスト上有利に提供することができる点にある。 本発明のモジュールは、冒頭に挙げた形式の突き合わせ結合での公知のモジュ ールとは、実質的に以下の点で異なる: −基板は、ケーシングから形成し、ケーシングは、中空空間をハーメチックシー ルして封入し、中空空間内に、単数又は複数の半導体レーザが設けられており、 −半導体レーザと、光ファイバとの間のハーメチックシールされた光結合は、フ ァイバ自体をケーシング内にハーメチックシールして固定する公知の装置構成の 場合のようにするのではなく、ケーシング内にハーメ チックシールして固定された別個の光結合導波路よって、中空空間とケーシング の外部環境とを光結合するようにし、 −ケーシングは、中空空間とケーシングの外部環境との間の電気接続を形成する ように、ケーシング内にハーメチックシールして取り付けられた1つ又は複数の 電気線路を行うように構成されている。 本発明の結合導波路によると、金属化、融着接続、端面研磨及び反射防止コー ティング時に、ファイバ端部の困難且つコスト高な処理を行わないで済み、並び に、融着接続個所によってファイバが破損する危険に曝されることがなくなる。 二番目に挙げた刊行物のモジュールの場合、半導体レーザは、ケーシングの中 空空間内に設けられており、この中空空間内には、電気接続導波路が中空空間と ケーシングの外部環境との接続のために取り付けられているが、ファイバは、本 発明の結合導波路及び簡単な突き合わせ結合によって結合されているのではなく 、プラナーマイクロレンズによって、半導体レーザと光結合されている。 本発明のモジュールの優位且つ有利な実施例は、請求の範囲2〜17に記載さ れている。 以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際: 図1は、本発明の送信モジュールの実施例の垂直長手 方向断面を示し、その際、ケーシングは、2つのケーシング部から構成されてお り、2つのケーシング部は、相互に別個の状態で図示されており、 図2は、切断線II−IIに沿った図1の実施例の第2のケーシング部の横方向断面 を示し、 図3は、同じ図表示での、図1の実施例の変形実施例を示し、 図4は、切断線III−IIIに沿った図3の変形実施例の第2のケーシング部の部分 横方向断面を示し、 図5は、図1〜4の実施例の場合とは異なったケーシング部を有する本発明の送 信モジュールの他の実施例の垂直長手方向断面を示し、 図6は、同じ表示での、図5の実施例の変形実施例を示す。 図は、略図であり、尺度通りではない。 本発明の送信モジュールの図示の実施例では、一般的に、ケーシングが1で示 されており、ケーシング1によってシールして封入されている中空空間が10で 示されており、中空空間10内に設けられている半導体レーザが2で示されてお り、ケーシング1内にハーメチックシールされて取り付けられた光結合導波路が 3で示されており、ケーシング1から導出された光ファイバが4で示されており 、ケーシング1内にハーメチックシールされて取り付けられた電気接続線路が5 で示されている。 ケーシング1内にハーメチックシールされて取り付けられた各結合導波路3は 、ケーシング1の中空空間10と外部環境100との間のハーメチックシールさ れた光結合を形成しており、光出口窓21は、それぞれ1つの半導体レーザ2と 、それぞれ1つのファイバ4の1つの端面41とを相互に光結合する。 各半導体レーザ2と、該半導体レーザに配属された結合導波路3との間の光結 合は、突き合わせ結合によって実施されており、即ち、この半導体レーザ2の光 出口窓21には、この結合導波路3の端面31が直接対向している。 同様に、各結合導波路3と、該結合導波路に配属された光ファイバ4との間の 光結合は、突き合わせ結合によって実施されており、即ち、このファイバ4の端 面41には、この結合導波路3の端面32が直接対向している。 本発明の送信モジュールの、この基本構造での本質的なことは、ケーシング1 内にハーメチックシールされて取り付けられた結合導波路3が、ケーシング1の 固定構成部品であることであり、その結果、ファイバ4は、ケーシング内で融着 接続する必要がなく、ケーシング1の外部で接続しさえすればよい。半導体レー ザ2と結合導波路3は、ケーシング1内に保護されている。 ケーシング1の中空空間10と外部環境100を相 互に接続するハーメチックシールされた電気接続線路5は、中空空間10内に半 導体レーザ2と、場合によっては、そのために必要であって、中空空間10内に ある電気回路とも接続されており、ケーシング1の外部で電気端子及び/又はリ ード線と接続されている。 図1〜4に示されていて、第1の構成コンセプトに相応する本発明のモジュー ルの実施例では、ケーシング1は、第1のケーシング部11と第2のケーシング 部12とから構成されている。 第1のケーシング部11は、中空空間10を限定するブラインドホール状の切 欠部101を有しており、この切欠部内には、少なくとも全ての半導体レーザ2 が設けられており、このケーシング部11内に、全ての電気接続線路5がハーメ チックシールされて取り付けられており、この電気接続線路は、中空空間10と ケーシング1の外部環境100とを相互に接続する。 第2のケーシング部12内には、全ての結合導波路3がハーメチックシールし て取り付けられている。 第1及び第2のケーシング部11及び12は、ブライドホール状の切欠部10 1が、ハーメチックシールして両ケーシング部11及び12間に挿入されている ように、ハーメチックシールして相互に接続することができ、その際、両ケーシ ング部11及び12は、ケーシングの中空空間10を形成し、各半導体レーザ2 が、それぞれ1つの結合導波路3によって、それぞれ 1つのファイバ4と光結合されている。 ケーシング部11及び12を相互にハーメチックシールして結合するために、 有利には、第1及び第2のケーシング部11乃至12が、以下のように構成され ている: 第1のケーシング部11は、ほぼ平坦な表面領域110を有しており、この表面 領域は、ブラインドホール状切欠部101の開口部1011を有している。 第2のケーシング部12は、ほぼ平坦な表面領域120を有しており、この表 面領域には、全ての結合導波路3の端面31が設けられており、実質的に、この 表面領域120と同様の同じ配向125を有している。 両ケーシング部11及び12の表面領域110及び120は、ハーメチックシ ールされたケーシング1の製造のために、相互に対向して配設され、且つ、相互 に調整され、その際、第2のケーシング部12の表面領域120は、第1のケー シング部11の表面領域110内のブラインドホール状の切欠部101の開口部 1011を被覆しており、且つ、各結合導波路3の端面31は、開口部1011の 領域内にあり、且つ、各半導体レーザ2の光出口窓21に、各結合導波路3が対 向されており、この状態では、両ケーシング部11及び12が、ハーメチックシ ールして相互に結合することができる。 第1のケーシング部11は、優先的且つ有利な形式で、以下のように構成され ている。即ち、第1のケーシング部11は、 −ほぼ平坦な第1の表面部111及び第1の表面部111に対して所定の角度の 、ほぼ平坦な第2の表面部1101を有する第1のケーシング部111、及び、 −ほぼ平坦な第1の表面部112、及び、この第1の表面部112に対して所定 角度の、ほぼ平坦な第2の表面部1102を有する第2のケーシング112から構 成されている。 第1のケーシング部111の第1の表面部111上に、全ての半導体レーザ2 及び全ての電気接続線路5が取り付けられている。第2のケーシング部112は 、第1のケーシング部11のブラインドホール状切欠部101を限定する切欠部 102を有しており、この切欠部102には、第2のケーシング部112の第1 の表面部111も第2の表面部1102も接している。 両ケーシング部111及び112は、相互に対向している第1の表面部111及 び112を、ハーメチックシールして相互に結合しており、その際、全ての電気 接続線路5は、ハーメチックシールして、第1の表面部111及び112間に封 入されており、第2の表面部1101及び1102は、ほぼ一直線状に配列されて いて、一緒に、第1のケーシング部11の、ほぼ 平坦な表面領域110を形成しており、少なくとも全ての半導体レーザ2は、第 2のケーシング部112内に形成された切欠部102の領域内に設けられている 。 同様に、第2ケーシング部12は、優先的且つ有利に、 −ほぼ平坦な第1の表面部121及び第1の表面部121に対して所定角度の、 ほぼ平坦な第2の表面部1201を有する第1のケーシング部121、及び、 −ほぼ平坦な第1の表面部122、及び、この第1の表面部122に対して所定 角度の、ほぼ平坦な第2の表面部1202を有する第2のケーシング部122とか ら構成されている。 第1のケーシング部121の第1の表面部121上には、全ての結合導波路3 が取り付けられている。 この両ケーシング部121及び122は、相互に対向している第1の表面部12 1及び122をハーメチックシールして相互に結合されており、その際、全ての 光結合導波路3は、ハーメチックシールされて、これら第1の表面部121,1 22間に封入されており、これら両ケーシング部121及び122の第2の表面領 域1101及び1102は、ほぼ一直線状に配列されていて、一緒に、第2のケー シング部12の平坦な表面領域120を構成している。 第1のケーシング部111の第1の表面部111と 第2の表面部1101との間の角度、及び、第1のケーシング部11の第2のケ ーシング部分112の第1の表面部112と第2の表面部1102との間の角度は 、有利には、それぞれ90°に選定されている。同様のことが、第1のケーシン グ部121の第1の表面部分121と第2の表面部分1201との間の角度、及び 、第2のケーシング部12の第1のケーシング部分122と第2のケーシング部 分122の第2の表面部分1202との間の角度にも当てはまる。 両ケーシング部11及び12のケーシング部分111,112,121及び122 は、有利には、それぞれ、シリコン製であり、優位エッチング(Vorzugs saetzen)及びソーイング(Saegen)によって構造化することがで きる。第1のケーシング部11のケーシング部分111及び112の場合、同様に 、他の材料、例えば、セラミックを使用することができる。セラミックは、多層 セラミックとして構成してもよく、この多層セラミックは、既に、ハーメチック シールされて封入された電気接続線路5を有しており、この電気接続線路は、少 なくとも、一般的には、レーザラインの形式で構成された半導体レーザ2の電気 端子と接続されている。 第1のケーシング部11の第1のケーシング部111は、半導体レーザ2の融 着接続用の金属化部乃至レーザラインの形式で所要のボンドパッド、及び、ハー メチックシールされた電気接続線路を含む電気リード線を有している。 半導体レーザ2は、有利には、第1のケーシング部111の第1の表面部11 1上に融着接続されており、その際、各半導体レーザ2の光出口窓21は、僅か 数μm、典型的には、5μmだけ、第1の表面部111に対して所定角度の、第 1のケーシング部分111の第2の表面部1101から離隔されており、それによ り、この半導体レーザ2を、このレーザ2に配属された、第2のケーシング部1 2の結合導波路3との良好な突き合わせ結合が達成されるように構成されている 。 個別レーザ2の、電気リード線路への端子接続は、ジャンクションダウン組立 の場合には、フリップチップボンドによって行うことができる。 第1のケーシング部11の第2のケーシング部分112は、その第1のケーシ ング部111用のカバーとして使用され、第1のケーシング部には、例えば,融 着接続によってハーメチックシールして結合されており、そのために適切な金属 化及び/又は融着接続層が、このケーシング部111及び112上に堆積されてい る。ケーシング部111及び112の組立の際、例えば、相応の適切な装置によっ て、それらの第2の表面部1101及び1102を相互に一列に配列して、そうす ることによって、その後、ケーシング部11及 び12のハーメチックシールされた結合が可能であるようにする必要がある。 第2のケーシング部12の第1のケーシング部分121は、例えば、ドーピン グガラス製の結合導波路3を有する。結合導波路3は、公知の析出方法及び平坦 化技術を用いて有利にシリコン製の基板上に集積して形成することができる。半 導体ライン内に設けられた半導体レーザ2に相応して、半導体ラインを導波路ラ インの形式で形成することができる。 それに対して択一選択的に、ガラスファイバ部材も結合導波路3として、第2 のケーシング部12の第1のケーシング部121内に形成されている、相応の溝 内に挿入することができる。その際、ガラスファイバ部材は、第2のケーシング 部12の両ケーシング部分121及び122の接合の際、ハーメチックシールして 融着接続又はガラス一体成形する必要がある。 別の手段としては、イオン交換によってガラス内に集積された結合導波路3を 用いることができる。そのためには、当然、適切なガラス材料を、第2のケーシ ング部12の第1のケーシング部分121に使用する必要がある。 第2のケーシング部12の第2のケーシング部分122は、この部分12の第 1のケーシング部分121用のカバーとして使用され、この第1のケーシング部 分121と、ハーメチックシールされて、例えば、融 着接続によって結合される。 少なくとも、結合導波路3の、半導体レーザ2側の端面の領域を有しているが 、結合導波路3の、光ファイバ4側の端面32の領域も有することができる、両 ケーシング部11及び12の表面領域110及び120の、場合によっては行わ れる加工後、及び/又は、第2のケーシング部12の反射防止コーティング後、 第1及び第2のケーシング部11及び12が、例えば、第1のケーシング部11 に対する第2のケーシング部12のアクティブな調整によって、相互に調整され 、両ケーシング部11及び12は、例えば、融着接続によって、ハーメチックシ ールして相互に結合され、その際、適切な金属化及び/又は融着接続層が、ケー シング部11及び12に設けられる。 第1のケーシング部11の両ケーシング部分111及び112、乃至、第2のケ ーシング部12の両ケーシング部分121及び122の接合を容易にするために、 例えば、シリコン製のケーシング部の場合には、優位エッチングされたピラミッ ド型の孔が、ケーシング部内にエッチングされ、それぞれ、両ケーシングの内の 一方のケーシング内に適合した球体が挿入されるか、又は、接着剤で接着され、 この球体は、接合すべき両ケーシング部を相互に非常に正確に調整することがで きる。 各光ファイバ4は、有利には、ケーシング1に保持 され、両ケーシング部11及び12から形成されたケーシング1の場合には、有 利な形式で、端面41を有する端部である、このファイバ4が、第2のケーシン グ部12内に構成されたファイバガイドチャネル44内に設けられて固定されて おり、この端面41が、結合導波路3の、このファイバ4に配属されたファイバ 側の端面32に直接対向している。 両ケーシング部分111及び121から構成された第2のケーシング部12の場 合、各ファイバガイドチャネル44は、有利には、第2のケーシング部12の両 ケーシング部分121及び122の内の少なくとも1つの、平坦な表面部121乃 至122内の、結合導波路3に接した部分面1211乃至1221内に構成されて いる。 図1及び2の実施例では、第2のケーシング部12の両ケーシング部分121 及び122の平坦な表面領域121及び122の、ファイバガイドチャネル44 内に相互に対向している各部分面1211及び1221が構成されるように、特別 に配向されている。 図2には、例えば、5つのファイバガイドチャネル44(その各チャネルは、 5つの光ファイバ4、有利には、ガラスファイバのうちの1つを有している)の 横断面が図示されている。チャネル44は、相互に平行に延在している。チャネ ル44の数は、ファイバ4の数と同様であり、半導体レーザ2は、5つに限定さ れるのではなく、もっと少なくしたり、任意にもっと多くしたりしてよい。各チ ャネル44は、図2の実施例の場合、特別に、それぞれV字型の横断面を有する 2つの溝から構成されており、その内一方の溝は、一方の部分面1211内に形 成されており、他方の溝は、他方の部分面1221内に形成されており、これら の部分面は、この図2の図平面に対して垂直な長手方向に、即ち、相互に平行に 延在しており、これらの部分面は、その開いた長手側面が、相互に対向されてい る。 図3及び4に示された、第1の構成コンセプトの変形実施例の場合、第2のケ ーシング部12の両ケーシング部分121及び122の内の惟1つだけの表面領域 の、ファイバガイドチャネル44を有する部分面が、図示の実施例では、第2の ケーシング部12の第1のケーシング部分121の表面領域121の部分面12 11が、他方のケーシング部分、このケーシング部12の第2のケーシング部分 122からフリーの状態である。 図4には、そのようなガイドチャネル44の横断面図が示されている。このチ ャネル44のそれぞれは、部分面1211内に構成されたV字型横断面の溝から 形成されている。溝44は、図4の図平面に対して垂直長手方向に、即ち、相互 に平行に延在している。 各溝44内には、それぞれ1つのファイバ4の、端 面32を有する端部が収容されて、例えば、接着剤を用いて固定されている。 特に、図3及び4の実施例の場合、溝形のファイバガイドチャネル44内に設 けられたファイバ4は、例えば、ガラス製の小さな丸太状の別個の部分151に よって被覆されており、この部分は、部分面1211側の平坦な面150を有し ていて、この面150は、ファイバ4の周囲面に当接されている。この部分151 を用いて、ファイバ4を、開いた溝形のファイバガイドチャネル44内に押し 込めて接着剤によって固定することができる。 接着間隙を小さく保持するために、別個の部分151の平坦な面150は、図 4に示されているように、段152によって側方に限定された部分151内に構 成された切欠部151のボンド面であるようにするとよい。段152によって、 切欠部のボンド面150から下げられた、小さな丸太状部分151の表面部15 3と、第1のケーシング部12の表面領域121との間の接着間隙内の接着層は 、154で示されている。 それに対して択一選択的に、溝状のファイバガイドチャネル44を、当該の部 分面1211又は1221内に深く構成することもでき、その際、ファイバ4は、 その周囲面が、この部分面1211又は1221から僅か数μmだけ突出している ように構成されている。 この場合に、結合導波路3を、深い位置のファイバ4と一直線状に配列するこ とができるようにするために、結合導波路3を、部分面1211又は1221に対 して比較的深い位置の、第2のケーシング部12の当該ケーシング部分121又 は122の面上に形成する必要がある。シリコン製のケーシング部121又は122 の場合、この深い位置の面は、例えば、深エッチングによって、結合導波路3 用の導波路層を、この領域内に堆積する前に形成するとよい。 ファイバガイドチャネル44を用いて、結合導波路3に結合されるファイバ4 を、この導波路3に関して正確に位置付けて、各ファイバ4の端面41に、それ ぞれ1つの結合導波路3の1つの端面32が正確に対向しているようにされてい る。同様のことが、結合導波路3が、例えば、ガラス部材の形式で配属されてい るガイドチャネルの場合も当てはまる。 ファイバガイドチャネル44を形成する溝は、優位エッチングによって、及び /又は”切断(Freischnitts)”を用いて形成することができる。 図5及び6に図示されていて、第2の構成コンセプトに相応する、本発明のモ ジュールの実施例の場合、ケーシング1は、第1のケーシング部13及び第2の ケーシング部14から構成されている。 第1の構成コンセプトとは異なって、第1のケーシング部13上に、少なくと も、全ての半導体レーザ2 、結合導波路3及び電気接続線路5が取り付けられており、その際、各半導体レ ーザ2の光出口窓21に、それぞれ1つの結合導波路3の端面31が対向してお り、第2のケーシング部14は、ケーシング1の中空空間10を限定するブライ ンドホール状の切欠部104を有している。 第1及び第2のケーシング部13及び14は、相互に調整されてハーメチック シールして相互に結合されており、その際、少なくとも、全ての半導体レーザ2 は、ブラインドホール状の切欠部104の領域内に設けられており、この切欠部 104、結合導波路3及び電気接続線路5が、ハーメチックシールして両ケーシ ング部13及び14間に封入されており、その際、封入切欠部104は、ケーシ ング1の中空空間10を形成する。 ケーシング部13及び14を相互にハーメチックシールして結合するために、 有利には、第1及び第2のケーシング部13乃至14は、以下のように形成され ている: 第1のケーシング部13は、ほぼ平坦な表面130を有しており、この表面上 には、少なくとも、全ての半導体2、結合導波路3及び電気接続線路5が取り付 けられており、その際、各半導体レーザ2の光出口21に、それぞれ1つの結合 導波路3の端面31が対向されている。 第2のケーシング部14は、ほぼ平坦な表面140を有しており、この表面1 40は、この第2のケーシング部14内に構成されたブラインドホール状の切欠 部104の開口部1041を有している。 第1及び第2のケーシング部13及び14は、相互に調整されてハーメチック シールされて相互に結合されており、その際、少なくとも、全ての半導体レーザ 2は、ブラインドホール状の切欠部104の領域内に設けられており、この切欠 部104、結合導波路3及び電気接続線路5は、ハーメチックシールされて両ケ ーシング部13及び14間に封入されさおり、その際、封入切欠部104は、ケ ーシング1の中空空間10を形成する。 ケーシング部13と14を相互にハーメチックシールして結合するために、有 利には、第1及び第2のケーシング部13乃至14は、以下のように構成されて いる: 第1のケーシング部13は、ほぼ平坦な表面領域130を有しており、この表 面領域上に、少なくとも、全ての半導体レーザ2,結合導波路3及び電気接続線 路5とを結合し、その際、各半導体レーザ2の光出口窓21には、それぞれ1つ の結合導波路3が対向されているように構成されている。 第2のケーシング部14は、ほぼ平坦な表面領域140を有しており、この表 面領域は、この第2のケー シング部14内に構成されたブラインドホール状の切欠部104の開口部1041 を有している。 両ケーシング部13及び14は、相互に調整されてハーメチックシールされて 相互に結合されており、その際、両表面領域130及び140は、相互に対向し 合っており、第2のケーシング部14の表面領域140は、第2のケーシング部 14の表面領域130内の開口部1041を被覆し、全ての半導体レーザ2は、 この開口1041の領域内に設けられており、ブラインドホール状の切欠部10 4は、ハーメチックシールして両ケーシング部13及び14の間に封入されてお り、ケーシング1の中空空間10を形成しており、全ての結合導波路3及び電気 接続線路5は、ハーメチックシールされて、両ケーシング部13及び14の表面 領域130及び140間に封入されている。 第2の構成コンセプトの場合、半導体レーザ2と結合導波路3とを共に1つの ケーシング部13上に設けて取り付けることができるようにするために、半導体 レーザ2をジャンクションダウンにより設けて、結合導波路3の光伝搬コアを、 相応の層構造によって、半導体レーザ2の光出口窓21の高さに設定する必要が ある。 更に、半導体レーザ2の光出口窓21側の、結合導波路3の端面31が、でき る限り、例えば、シリコン製の第1のケーシング部13の表面領域130に対し て垂直であるようにする必要がある。ガラス製の結合導波路3の場合、これは、 例えば、適切なドライエッチング方法を用いて端面31をエッチングすることに よって達成することができる。唯一の調整ステップとして、半導体レーザ2を、 結合導波路3に関して配向する必要がある。半導体レーザ2を、レーザラインの 形式で幾つも設けるためには、このラインを全体として結合導波路3に関して調 整するとよく、この結合導波路は、全ての場合に、順次連続して延在する導波路 3から構成された平坦なラインの形式で設けるとよい。ハーメチックなシールは 、両ケーシング部13及び14の融着接続によって達成することができる。 ファイバ4は、第2の構成コンセプトの場合でも、全ての結合導波路3に接し た、第1のケーシング部13及び/又は第2のケーシング部14の表面領域13 0乃至140の部分面1301乃至1401に形成されたファイバガイドチャネル 4内に設けられて、固定される。 ファイバ4の装置構成及び取り付けは、第1の構成コンセプトの図1及び2の 実施例の場合と同様に行うことができ、その際、ドーピングされた部分面1211 は、ここでは、部分面1301であり、ドーピングされた部分面1221は、こ こでは、部分面1401に相応しているが、それらは、個別の部品151を用いた 第1の構成コンセプトの図3及び4の実施例の場 合と同様に行うこともでき、例えば、その結果、両ケーシング部の内の一方のケ ーシング部だけの、一方のファイバガイドチャネルを有する、表面領域の部分面 、及び、図6に図示されているように、ケーシング部13だけの表面領域130 の部分面1301は、他方のケーシング部14からフリーであり、このファイバ ガイドチャネル44内に設けられたファイバ4は、別個の部品151によって被 覆されている。 その他の点では、ファイバガイドチャネル44の場合に、その装置構成及び実 施例及びファイバ4の装置構成及び取り付けが当てはまり、図1〜4の実施例の 説明の中で、これに関して既に説明したことが、図5及び6の実施例の場合にも 同様に当てはまる。 第2の構成コンセプトは、有利には、特に組み立て易い。更に、有利には、第 1の構成コンセプトの場合と同様でなく、両ケーシング部11及び12を、3つ の自由度内でアクティブに調整する必要がある。第1の構成コンセプトの場合、 両ケーシング部11及び12は、相互に相対的に、2つのラテラル方向に、且つ 、相互に所定角度で調整される。第1の構成コンセプトに比して、第2の構成コ ンセプトは、ガラス層厚の度量保持及びガラス層用のエッチング技術に、比較的 高い条件が要求される。 以下、例として、第2の構成コンセプトの場合の技術的ステップについて説明 する。その際説明する、ガ ラス導波路の形式での結合導波路3の製造ステップは、第1の構成コンセプトの 場合にも同様に適している。 単一結晶(100)−Si−ウエーハの表面上に、先ず、結合導波路3が、ガ ラス導波路ラインの形式で堆積される(その際、大抵、高温ステップである)。 そのために、例えば、H.W.Schneider,”Realization of SiO2−B2O3−TiO2 Waveguides and ref lektors on Si Substrates”,M.M.broer, Th.Kersten,G.H.Sigel and H.Kawazoe,M aterials Research Society Symposium Proceedings,Vol.244,337〜342ページに記載されて いるように、先ず、例えば、SiO2−B2O3−ガラス製の、比較的高粘性の下 側のマントル層(Mantelschicht)が、ウエーハの表面上に析出さ れる。その上に、光伝送の目的のために、隣接層に比較して高い屈折率の、例え ば、SiO2−B2O3−GeO2−TiO2製のコアガラス層が続く。導波路構造 は、レジストマスク又は硬化マスク(例えば、a−Si,Ti,又は、Cr)を 使用した適切なフォトリソグラフステップによって、及び、例えば、CHF3/ アルゴン雰囲気(上述の刊行物Schnei der参照)内でのRIEエッチングによって限定することができる。コアガラ ス層上に続くマントルガラス層(例えば、同様に、SiO2−B2O3−GeO2 −P2O5−ガラス製)は、その光学的な機能の他に、それと同時に、平坦化の ために使用され、従って、事後に、第1のケーシング部13を形成するウエーハ の表面を、カバーとして載置された第2のケーシング部14に良好に形状結合す ることができる。所要の粘度低下は、ドービング材料B23又はP25の成分を 上昇させることによって達成される。化学的及び機械的表面及びコンタクト特性 の改善のために、ドーピング材料を減少させた、付加的に薄い被覆層を堆積する 必要がある。これは、ガラス製導波路の複数の製造方法のうちの単に1つの方法 を示す。 後続の第2の構造化ステップは、レーザ及びファイバ溝並びに結合導波路3の 端面31,32を限定するのに使用される。そのために、例えば、40μm厚の ガラス層が、大きな面積で、ウエーハの表面に至る迄除去される。これは、コス ト上良好なウェットケミカルエッチングステップ、例えば、NH4F−HF−エ ッチング、又は、反応性イオンエッチング(RIE)による結合導波路3の定義 ステップでのエッチングステップと同様に行うことができる。第1の場合には、 結合導波路3の端面31,32のプリバレーションが2つのソーイングステップ によって行われ、このソー イングステップは、結合導波路3の両側が限定されるが、レーザ組立溝の縁が開 いているように設定される。第2の場合には、RIEエッチングが、十分な光学 的な質の垂直で平坦な端面が形成されるように実行される。 第3の構造ステップでは、ファイバ4と場合によってはレーザ位置決め用の溝 乃至切欠部が形成される。そのために、ウエーハには、例えば、シリコンニトリ ド保護層が設けられ、この保護層は、相応の位置でのSF6乾式エッチングステ ップによって開けられる。例えば、KOHでの異方性ウエットエッチングによっ て、ファイバガイドチャネル44を定義する、ファイバ4用の溝が成型される。 シリコン製の第2のケーシング部14の形式でのカバーの組立は、例えば、適 切な金属層の融着接続又はボンディングによって行うことができる。そのために 、ウエーハの相応のSiO2−、又は、Si表面、及び、Siカバーに、適切な 金属化層(例えば、Ti/Pt/Au,Ti/Pt/Au/Sn、又は、Cr/ Pt/Au、Cr/Pt/Au−Sn等)が設けられ、続いて、融着接続又は押 圧下での温度処理によって結合される。 レーザダイオードの制御用の導波路の良好なHF特性を達成するために、使用 されるシリコンは、高抵抗、例えば、2.5kΩcmにする必要があり、付加的 に、シリコン製のケーシング部13及び14に関する導波路の絶縁のために、誘 電体緩衝層は、例えば、1μmのSiO2にする必要がある(例えば、A.Am brosy,H.Richter,J.Hehmann及びD.Ferling 、”Silicon Motherboards for Multichan nel Optical Modules”、Proc.of 45th EC TC、Las Vegas,May 1995)。 殊に、既述の両構成コンセプトで実施する際の、本発明の送信モジュールの利 点は: −突き合わせ結合に基づく大きな調整許容偏差、 −低い結合効率(≦−8dB)に基づく結合導波路3の端面31,32の小さな 反作用(≦−30dB)、 −この端面31,32(斜め研磨も可能)の加工、並びに、その反射防止コーテ ィング加工を簡単に行うことができること、 −レーザラインをジャンクションアップ又はジャンクションダウンにより組立て ることができること、 −プラナー技術乃至Si優位エッチング技術の精度(ガラス導波路の形式での結 合導波路3、ガラスファイバ4又はプラグのセンタリング用の溝)、 −ファイバピグテール又はファイバプラグの実施が可能であること、 −レーザラインの種々異なるパターン尺度の整合、及 び、湾曲導波路によるファイバラインが可能であること、 −単一モード及び多モードファイバ4用の適性(何れにせよ、有利には、単一モ ード結合導波路4の中間接続下で)、即ち、結合効率≦−8dB、 −ケーシング部11,12及び13,14用にSiを排他的に使用した場合、適 合された熱膨張係数、及び、従って、高い熱安定性、 −極めて小型の構造形式、 −ケーシング部11,12及び13,14の製造時のフル−ウエーハ−乃至、バ ッチ−プラナー処理 である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 光送信モジュールであって、 −基板と、 −前記基板上に設けられた単数又は複数の半導体レーザ(2)と、 −前記半導体レーザ(2)毎に、それぞれ1つの、前記基板から導出された光 ファイバ(4)と、 −前記半導体レーザ(2)毎に、それぞれ1つの、前記基板上に形成されたハ ーメチックシールされた、当該半導体レーザ(2)と前記光ファイバ(4)との 間の光結合部と から構成された光送信モジュールにおいて、 −基板はケーシング(1)から構成されており、前記ケーシングは、中空空間 (10)をハーメチックシールして封入しており、前記中空空間(10)内には 、単数又は複数の半導体レーザ(2)が設けられており、 −前記半導体レーザ(2)と光ファイバ(4)との間のハーメチックシールさ れた光結合部は、前記中空空間(10)と前記ケーシング(1)の外部環境(1 00)との間の光結合を形成するために前記ケーシング(1)内にハーメチック シールして取り付けられた光結合導波路(3)から構成されており、前記ケーシ ングにより、前記半導体レーザ(2)の 光出口窓(21)と、前記光ファイバ(4)の端面(41)とが相互に光結合さ れており、 −前記ケーシング(1)は、前記中空空間(10)と前記ケーシング(1)の 前記外部環境(100)との間の電気接続の形成のために、当該ケーシング(1 )内にハーメチックシールされて取り付けられた1つ又は複数の電気接続線路( 5)を有していることを特徴とする光送信モジュール。 2. 結合導波路(3)は、ガラス製である請求項1記載のモジュール。 3. 結合導波路(3)は、集積導波路から構成されている請求項1又は2記載 のモジュール。 4. 結合導波路(3)は、ガラス内にイオン交換によって形成された導波路か ら構成されている請求項2及び3記載のモジュール。 5. 結合導波路(3)は、基板(121;13)の表面上にプレーナ技術で形 成された導波路から構成されている請求項3記載のモジュール。 6. ファイバ(4)は、ケーシング(1)に保持されている請求項1〜5まで のいずれか1記載のモジュール。 7. ケーシング(1)は、 −第1のケーシング部(11)を有しており、該第1のケーシング部(11) は、中空空間(10)を限定するブラインドホール状の切欠部(101)を 有しており、該切欠部内に、全ての半導体レーザ(2)が設けられており、当該 半導体レーザには、全ての電気接続線路(5)がハーメチックシールされて取り 付けられており、 −第2のケーシング部(12)を有しており、該第2のケーシング部(12) 内には、全ての結合導波路(3)がハーメチックシールして取り付けられており 、 −前記第1及び第2のケーシング部(11,12)は、相互に調整されてハー メチックシールされて相互に結合されており、該結合の際、前記ブラインドホー ル状の切欠部(101)は、ハーメチックシールされて、前記第1及び第2の両 ケーシング部(11,12)間に封入されていて、前記ケーシング(1)の前記 中空空間(10)を形成し、前記各半導体レーザ(2)は、それぞれ1つの前記 結合導波路(3)によってそれぞれ1つの前記ファイバ(4)と光結合されてい る 請求項1〜6までのいずれか1記載のモジュール。 8. 請求項7記載のモジュールであって、 −第1のケーシング部(11)は、ほぼ平坦な表面領域(110)を有してお り、該表面領域は、ブラインドホール状の切欠部(101)の開口部(1011 )を有しており、 −第2のケーシング部(12)は、ほぼ平坦な表面 領域(120)を有しており、前記表面領域(120)には、全ての結合導波路 (3)の端面(31)があって、前記表面領域(120)とほぼ同じ配向を有し ており、 −前記第1及び第2の両ケーシング部(11,12)の前記表面領域(110 ,120)は、相互に対向するように設けられていて、ハーメチックシールして 相互に結合されており、前記第2のケーシング部(12)の表面領域(120) は、前記第1のケーシング部(11)の前記表面領域(110)内のブラインド ホール状の切欠部(101)の開口部(1011)を被覆し、それぞれの前記導 波路(3)の端面(31)は、前記開口部(1011)の領域内で、それぞれ1 つの半導体レーザ(2)の光出口窓(21)に対向している請求項7記載のモジ ュール。 9. 請求項7又は8記載のモジュールであって、 第1のケーシング部(11)は、第1のケーシング部分(111)と第2のケ ーシング部分(112)とから構成されており、 −前記第1のケーシング部分(111)は、ほぼ平坦な第1の表面部(111 )及び該第1の表面部(111)に対して角度を成しているほぼ平坦な第2の表 面部(1101)を有しており、 −前記第2のケーシング部分(112)は、ほぼ平 坦な第1の表面部(112)と該第1の表面部(112)に対して角度を成して いるほぼ平坦な第2の表面部分(1102)を有しており、その際、 −前記第1のケーシング部分(111)の第1の表面部(111)上には、全 ての半導体レーザ(2)及び全ての電気接続線路(5)が取り付けられており、 −前記第2のケーシング部分(112)は、前記第1のケーシング部(11) の切欠部(101)を限定する切欠部(102)を有しており、該切欠部(10 2)には、前記第2のケーシング部分(112)の前記第1の表面部(111) も前記第2の表面部分(1102)も隣接しており、 −前記両ケーシング部分(111,112)は、相互に対向し合った前記第1の 表面部(111,112)とハーメチックシールして相互に結合されており、該 結合の際、前記全ての電気接続線路(5)は、ハーメチックシールして、前記第 1の表面部(111,112)間に封入されており、前記第2の表面部分(11 01,1102)は、ほぼ一直線に並べられていて、一緒に、前記第1のケーシン グ部(11)の平坦な表面領域(110)を形成し、前記全ての半導体レーザ( 2)は、前記第2のケーシング部分(112)内に構成された前記切欠部(10 2)の領域内に設けられている請求項7又は8記載 のモジュール。 10. 第2のケーシング部(12)は、第1のケーシング部分(121)と第2 のケーシング部分(122)とから構成されており、 −前記第1のケーシング部分(121)は、ほぼ平坦な第1の表面部(121 )及び該第1の表面部(121)に対して角度を成しているほぼ平坦な第2の表 面部(1201)を有しており、 −前記第2のケーシング部分(122)は、ほぼ平坦な第1の表面部(122 )と該第1の表面部(122)に対して角度を成しているほぼ平坦な第2の表面 部(1202)を有しており、その際、 −前記第1のケーシング部分(121)の第1の表面部(121)上には、全 ての結合導波路(3)が取り付けられており、 −前記両ケーシング部分(121,122)は、相互に対向し合った前記第1の 表面部(121,122)とハーメチックシールして相互に結合されており、該 結合の際、前記全ての光結合導波路(3)は、ハーメチックシールして、前記第 1の表面部(121,122)間に封入されており、前記両ケーシング部分(1 21,122)の前記第2の表面部(1101,1102)は、ほぼ一直線に並べら れていて、一緒に、前記第2のケーシング部(12)のほぼ平坦な表面領域(1 20)を形成する請求項7 〜9までのいずれか1記載のモジュール。 11. ファイバ(4)は、第2のケーシング部(12)内に構成されたファイバ ガイドチャネル(44)内に設けられていて、固定されている請求項6及び請求 項7〜10までのいずれか1記載のモジュール。 12. ファイバガイドチャネル(44)は、結合導波路(3)に隣接した、第2 のケーシング部(12)の両ケーシング部分(121,122)のうちの少なくと も1つのケーシング部分(121,122)の表面部(121;122)の部分面 (1211;1221)内に構成されている請求項10及び11記載のモジュール 。 13. 第2のケーシング部(12)の両ケーシング部分(121,122)のうち の一方のケーシング部分(121)の、1つのファイバガイドチャネル(44) を有する、表面領域(121)の部分面(1211)は、当該ケーシング部(1 2)の他方のケーシング部分(122)から自由であり、前記ファイバガイドチ ャネル(44)内に設けられたファイバ(4)は、個別の部分(131)によっ て被覆されている請求項12記載のモジュール。 14. ケーシング(1)は、 −第1のケーシング部(13)を有しており、該第1のケーシング部(13) には、全ての半導体レー ザ(2)、結合導波路(3)及び電気接続線路(5)が取り付けられており、該 取り付けの際、前記各半導体レーザ(2)の光出口窓(21)には、前記各結合 導波路(3)毎に1つの端面(31)が対向し合っているように取り付けられて おり、 −第2のケーシング部(14)を有しており、該第2のケーシング部(14) は、中空空間(10)を限定するブラインドホール状の切欠部(104)を有し ており、 −前記第1及び第2のケーシング部(13,14)は、相互に調整されてハー メチックシールされて相互に結合されており、該結合の際、前記全ての半導体レ ーザ(2)は、前記ブラインドホール状の切欠部(104)の領域内に設けられ ており、前記切欠部(104)、前記結合導波路(3)及び前記電気接続線路( 5)は、ハーメチックシールされて、前記第1及び第2の両ケーシング部(13 ,14)間に封入されており、その際、封入された前記切欠部(104)は、前 記ケーシング(1)の前記中空空間(10)を形成する請求項1〜6までのいず れか1記載のモジュール。 15. 請求項14記載のモジュールにおいて、 −第1のケーシング部(13)は、ほぼ平坦な表面領域(130)を有してお り、該表面領域(130)には、全ての半導体レーザ(2)、結合導波路( 3)及び電気接続線路(5)が取り付けられており、該取り付けの際、前記各半 導体レーザ(2)の光出口窓(21)には、前記各結合導波路(3)毎に1つの 端面(31)が対向し合っているように取り付けられており、 −第2のケーシング部(14)は、ほぼ平坦な表面領域(140)を有してお り、該表面領域(140)は、当該第2のケーシング部(14)内に構成された ブラインドホール状の切欠部(104)を有しており、 −前記第1及び第2のケーシング部(13,14)は、相互に調整されてハー メチックシールされて相互に結合されており、該結合の際、前記両表面領域(1 30,140)は、相互に対向し合っており、前記第2のケーシング部(14) の前記表面領域(140)は、前記第2のケーシング部(14)の前記表面領域 (130)内の開口部(1041)の領域内に設けられており、前記ブラインド ホール状の切欠部(104)は、ハーメチックシールされて、前記第1及び第2 の両ケーシング部(13,14)間に封入されていて、前記ケーシング(1)の 前記中空空間(10)を形成し、前記全ての結合導波路(3)及び前記電気接続 線路(5)は、前記第1及び第2の両ケーシング部(13,14)の前記両表面 領域(130,140)間に封入されている請求 項14記載のモジュール。 16. ファイバ(4)は、全ての結合導波路(3)に隣接した、第1のケーシン グ部(13)及び/又は第2のケーシング部(14)の表面領域(130,14 0)の部分領域(1301,1401)に構成されたファイバガイドチャネル( 44)内に設けられて、固定されている請求項6及び14又は15記載のモジュ ール。 17. 両ケーシング部(13,14)のうちの一方のケーシング部だけの、ファ イバガイドチャネル(44)を有する表面領域(130;140)の部分面(1 301;1401)は、他方のケーシング部(14,13)から自由であり、前記 ファイバガイドチャネル(44)内に設けられたファイバ(4)は、個別の部分 (13)によって被覆される請求項16記載のモジュール。
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