JP2002286977A

JP2002286977A - 光通信用モジュール

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Publication number: JP2002286977A
Application number: JP2001089557A
Authority: JP
Inventors: Masaru Onishi; 大大西
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP4515654B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光通信モジュールにおいて、製造工程を簡素化
して生産性を向上させ、コストの低減を図ることであ
る。また、製造工程を簡素化して不良品の発生率を低減
することである。【解決手段】光ファイバ３の一方の端面及びその端面
付近の外周面上にコア３１を露出するように電極３３を
形成し、電極３３が形成された光ファイバ３の端面を面
発光レーザ１の光放出面２６に接触させ、これらをオー
ブン等により加熱して電極３３を光放出面２６に融着さ
せる。さらに、光ファイバ３及び面発光レーザ１の固定
を強化するために、接合部付近を樹脂３４で固定しても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信モジュー
ル、特に、発光素子及び光伝送線を備える光通信モジュ
ールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信モジュールは、電気信号を光信号
に変換して送信し、受信した光信号を電気信号に変換す
る装置であり、光信号を伝送する光伝送線と、送信光信
号を光伝送線に出射する発光素子と、光伝送線により伝
送された受信光信号を受光する受光素子とを備えてい
る。発光素子は、例えば半導体レーザであり、電極に所
定の電気信号が入力されると所定周波数のレーザ光を出
射する。光伝送線は、例えば光ファイバであり、送受信
光信号が伝送される線状の光伝送部（コア）と、光伝送
部を覆うように同心円筒状に形成される光閉込部（クラ
ッド）とから構成されている。受光素子は、例えばフォ
トダイオードであり、光伝送線により伝送された受信光
信号を電気信号に変換する。このような光通信モジュー
ルでは、送信電気信号が半導体レーザの電極に入力され
ると、半導体レーザが送信電気信号を送信光信号に変換
して光ファイバに出力し、光ファイバにより伝送された
受信光信号をフォトダイオードにおいて受信電気信号に
変換する。

【０００３】従来、光ファイバの光入出力端面と半導体
レーザとの間にレンズ等を配置し、半導体レーザから出
射されるレーザ光をレンズ等により集光して光ファイバ
に入力している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の構成
では、光ファイバー、半導体レーザ及びレンズ等を用意
し、半導体レーザからの光がレンズを介して光ファイバ
のコアに導かれるようにアライメントし、その後にこれ
らを固定する必要がある。アライメント工程では、光フ
ァイバ、半導体レーザ及びレンズ等を正確に位置あわせ
する必要があり、労力と時間を要し、コストの低減を妨
げている。また、アライメント工程後に半導体レーザ及
びレンズ等を光ファイバに対して固定する工程において
アライメントがずれてしまうことがあり、アライメント
工程後の固定工程が不良品発生の原因になっている。

【０００５】本発明の目的は、光通信モジュールにおい
て、製造工程を簡素化して生産性を向上させ、コストの
低減を図ることである。また本発明の別の目的は、光通
信モジュールにおいて、製造工程を簡素化して不良品の
発生率を低減することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る光通信モ
ジュールは、光伝送線と面発光レーザとを備えている。
光伝送線は、線状の光伝送部と、光伝送部を覆うように
形成される同心円筒状の光閉込部と、一方の端面におい
て光伝送部が露出されるように当該端面に形成された電
極とを有している。面発光レーザは、光伝送線の電極と
融着されており、所定周波数の光が出射される光放出面
を有している。面発光レーザとしては、特開２０００−
３３２３５１号公報に記載されているような、２次元回
折格子を用いた共振器を有する面発光レーザを用いるこ
とができる。このような面発光レーザを用いると、電極
を光放出面のどの位置に設けても、電極の下方の部分か
ら同じようにレーザ出力を得られる。

【０００７】第１発明に係る光通信モジュールでは、光
伝送線の一方の端面に形成された電極が面発光レーザの
光放出面に融着されており、この電極が面発光レーザの
一方の電極として機能する。この場合、電極から光放出
面の下方にキャリアが注入され、電極の下方からレーザ
光が出射される。このとき、この端面では光伝送部が露
出されているため、出射されるレーザ光は光伝送部に導
かれる。

【０００８】第１発明に係る光通信モジュールによれ
ば、光伝送線を発光素子に直接固定するので、レーザ光
を光伝送線に集光するためのレンズ等の光学部品が不要
になり、発光素子、光伝送線及び光学部品のアライメン
トが不要になる。これにより、製造工程が大幅に簡素化
されて生産性が向上する。生産性の向上及び高価な光学
部品の削減により、光通信モジュールのコストを低減す
ることができる。また、光伝送線の電極を面発光レーザ
に融着して光伝送線と面発光レーザとを固定するので、
両者の固定が安定し、不良品の発生率を低減できる。

【０００９】第２発明に係る光通信モジュールは、第１
光伝送線と第２光伝送線と面発光レーザと受光素子と面
発光レーザ及び受光素子を固定するための固定部とを備
えている。第１光伝送線は、線状の光伝送部と光伝送部
を覆うように形成される同心円筒状の光閉込部とを有し
ている。また第１光伝送線は、一方の端面において光伝
送部が露出されるように当該端面に電極が形成されてい
る。面発光レーザは、電極と融着されており、所定周波
数の光が出射される光放出面を有している。第２光伝送
線は光信号を伝送し、受光素子は、第２光伝送線を伝送
された光信号を受光する。この光通信モジュールは、面
発光レーザ及び受光素子は固定部に固定されて、双方向
通信を行うための装置として機能する。

【００１０】第２発明に係る光通信モジュールは、送信
側の構成が第１発明に係る光通信モジュールと同様であ
り、さらに受信側の構成を備えている。このような双方
向光通信モジュールに第１発明を適用した場合も、第１
発明において述べたと同様の作用効果を奏する。

【００１１】第３発明に係る光伝送線は、光信号を伝送
するための光伝送線であって、光伝送部と光閉込部と電
極とを備えている。光伝送部は、線状の部材であり、光
の導波路として機能する。光閉込部は、光伝送部を覆う
ように形成される同心円筒状の部材である。電極は、一
方の端面において光伝送部が露出されるように当該端面
に形成されている。

【００１２】第３発明に係る光伝送線を用いると、電極
が形成された端面を面発光レーザの光放出面に接触さ
せ、この電極を光放出面に融着させて、第１発明に係る
光通信モジュールを形成することができる。

【００１３】第４発明に係る光通信用モジュールの製造
は、所定周波数の光を出射する面発光レーザと、線状の
光伝送部と光伝送部を覆うように形成される同心円筒状
の光閉込部とを有する光伝送線とを備える光通信用モジ
ュールを製造する方法であって、第１段階と第２段階と
を含んでいる。即ち、第１段階では、光伝送線の第１端
面において光伝送部を露出するように、当該端面に面発
光レーザの電極を形成する。第２段階では、面発光レー
ザの光放出面に電極を融着する。

【００１４】第４発明に係る光通信モジュールの製造方
法では、光伝送線の第１端面に電極を形成し、この電極
を面発光レーザの光放出面に融着させて一方の電極とし
て機能させる。また、光伝送線の電極が形成される端面
では光伝送部が露出させるので、光放出面から出射され
る光は光伝送部に導かれる。第４発明に係る光通信モジ
ュールの製造方法によれば、第１発明において述べたと
同様に、生産性の向上及び高価な光学部品の削減によ
り、光通信モジュールのコストを低減することができ
る。また、光伝送線の電極を面発光レーザに融着して光
伝送線と面発光レーザとを固定するので、両者の固定が
安定し、不良品の発生率を低減できる。

【００１５】第５発明に係る光通信モジュールの製造方
法は、第４発明に係る製造方法において、第１段階は第
３から第７段階より構成されている。即ち、第３段階で
は、第１端面にレジスト膜を塗布する。第４段階では、
光伝送線の第２端面側から光伝送部に紫外光線を入射し
てレジスト膜を感光させる。第５段階では、レジスト膜
を現像して第１端面に露出する光伝送部上にレジスト膜
を残す。第６段階では、第１端面に電極材料を積層す
る。第７段階では、現像後に残ったレジスト膜をレジス
ト膜表面の電極材料とともに除去し、光伝送路を露出す
る。

【００１６】第５発明に係る光通信モジュールの製造方
法では、光伝送部を介してレジスト膜を感光することに
より、光伝送部を覆うレジスト膜のみを容易に感光させ
ることができる。

【００１７】また、第４発明又は第５発明に係る製造方
法の第２段階では、一方の電極が形成されていない複数
の面発光レーザが形成された半導体ウエハをダイジング
又は劈開して、一方の電極が形成されていない複数の面
発光レーザを形成し、その後、光伝送線の第１端面に形
成された電極と面発光レーザの光放出面とを接触させ、
光伝送線及び面発光レーザを加熱して、電極と面発光レ
ーザの光放出面とを融着させるようにしても良い。この
場合は、ダイジング又は劈開した面発光レーザの光放出
面に光伝送線を融着させれば良く、面発光レーザに光伝
送線を効率良く接合することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔全体構成〕図１は、本発明の一
実施形態が採用される光通信モジュールの概略構成図で
ある。本実施形態の光通信モジュールは、送信光信号を
出射する面発光レーザ１と、受信光信号を受光する受光
素子２と、送受信光信号をそれぞれ伝送する送信用光フ
ァイバ３及び受信用光ファイバ４と、光ファイバ４と受
光素子２の間に配置され光ファイバ４から出力される受
信光信号を受光素子２に集光するためのレンズ５と、面
発光レーザ１及び受光素子２が固定されるヘッド６とを
備えている。

【００１９】本実施形態の光通信モジュールでは、送信
電気信号が面発光レーザ１の電極に印加されると、面発
光レーザ１が送信電気信号を送信光信号に変換して光フ
ァイバ３に出力する。また、受信光信号が光ファイバ４
から出力されると、受信光信号はレンズ５を介して受光
素子２に集光され、受光素子が受信光信号を受信電気信
号に変換する。

【００２０】〔光ファイバの構成〕図２は、面発光レー
ザ１との接続部付近における、光ファイバ３を軸方向に
沿って切った断面図（ａ）及び光ファイバ３の面発光レ
ーザ１との接合面（ｂ）である。光ファイバ３は、図２
に示すように、光を伝送するための光伝送部としてのコ
ア３１と、コア３１に光を閉じ込める光閉込部としての
クラッド３２とからなっている。また、光ファイバ３に
は、面発光レーザ１と接合される端面及びこの端面付近
の外周面に電極３３が形成されている。この電極３３
は、面発光レーザ１のアノード電極として形成される。
なお、光ファイバ３の面発光レーザ１との端面ではコア
３１が露出されるように、電極３３はドーナツ状に形成
され開口部を有している。この開口部を形成することに
よりコア３１を露出し、面発光レーザ１から出射される
光を効率良くコア３１に導入する。

【００２１】本実施形態の光通信モジュールでは、光フ
ァイバ３に形成された電極３３を面発光レーザ１の光放
出面２６（後述）に融着し、この電極３３を面発光レー
ザ１のアノード電極として用いる。この場合、面発光レ
ーザ１からのレーザ光を光ファイバ３に集光させるため
のレンズ等の光学部品が必要なくなり、面発光レーザ
１、光ファイバ３及び光学部品のアライメントが不要に
なる。

【００２２】〔面発光レーザの構成〕本実施形態の面発
光レーザ１は、図３（ａ）に示すように、基板１０と、
第１閉込層１２と、第２閉込層１４と、活性層１６と、
第３閉込層１８と、カソード電極２２とを備えている。
第３の閉込層１８の表面には、図２に示した電極３３が
接合される。また、図３（ｂ）に示すように、第１閉込
層１２には、高屈折率の領域の中に低屈折率の凹部２４
ａが平面上に一定の間隔をもって形成された２次元回折
格子２４が形成されている。

【００２３】基板１０としては、例えば面方位が（００
１）のｎ型ＩｎＰの半導体基板を用いる。第２閉込層１
４にはｎ型ＩｎＰの半導体層を用い、第３閉込層１８に
はｐ型ＩｎＰの半導体層を用いる。第３閉込層１８の表
面は、レーザ光が出力される光放出面２６として機能す
る。活性層１６は、単一又は多重量子井戸構造とするこ
とができ、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系無
歪多重量子井戸構造を用いて、発光波長が１．３μｍ帯
の面発光レーザ１を実現することができる。

【００２４】第１閉込層１２は、高屈折率のIII−V族化
合物半導体、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。２次元回折
格子２４は、図３に示すように、第１閉込層１２の一表
面に形成される複数の凹部２４ａにより構成されてい
る。各凹部２４ａの間隔は、活性層１６のエネルギーバ
ンドギャップで規定される光の波長の整数倍になるよう
に形成する。ここで各凹部２４ａは、柱状（例えば、円
柱状）の空間部として設ける。各凹部２４ａの屈折率
は、第１閉込層１２の屈折率よりも小さくなるように形
成する。例えば、凹部２４ａは何も埋め込まず（空気が
存在する状態にして）、凹部２４ａの屈折率を第１閉込
層１２の屈折率よりも小さくし、両者の屈折率差を大き
くする。また、凹部２４ａに低屈折率の誘電体材料（Ｓ
ｉＮ膜等）を埋め込んでも良い。このように屈折率差を
大きくすると、屈折率の大きい媒質内に光を閉じ込める
ことができる。

【００２５】この面発光レーザ１は、電極３３及びカソ
ード電極２２に送信電気信号が印加されて活性層１６に
キャリアが注入されると、活性層１６のエネルギーバン
ドギャップに相当する波長の光が発生する。活性層１６
で発生した光は、２次元回折格子２４において位相の揃
った光に増幅され、再び活性層１６に入射して誘導放出
を引き起こす。この誘導放出光は、再び、２次元回折格
子２４において位相の揃った光が増幅され、活性層１６
に戻る。このように活性層１６における誘導放出及び２
次元回折格子２４における増幅が繰り返され、光放出面
２６からレーザ光が出射される。このレーザ光が電極３
３の開口部からコア３１に入射し、伝送される。

【００２６】このように形成された面発光レーザ１で
は、電極３３の下方の活性層１６の領域にのみキャリア
が注入されるが、活性層１６及び２次元回折格子２４が
全面に形成されているので、電極３３を光放出面２６の
どの部分に融着したとしても、電極３３の下部において
同じように発光し、レーザ光が光ファイバ３３のコア３
１に導かれる。このため、この面発光レーザ１を用いれ
ば、光ファイバ３を面発光レーザ１に容易に固定するこ
とができる。

【００２７】〔光通信モジュールの製造プロセス〕以
下、図４から図９を参照して、光ファイバ３を面発光レ
ーザ１に接合する方法について説明する。

【００２８】まず、図４に示すように、光ファイバ３の
接合すべき第１端面及び第１端面付近の外周面にレジス
ト３４（例えば、ＡＺ５２１４Ｅ）を塗布する。本実施
形態では、第１端面から軸方向に約５０〜１０００μｍ
の長さの外周面にレジスト３４を塗布する。次に、図５
に示すように、第１端面とは反対の側の第２端面からコ
ア３１に紫外光（波長０．３〜０．４μｍ）を入射し、
第１端面のコア３１の表面に塗布されたレジスト３４を
感光させる。感光後のレジスト３４を現像液（例えば、
ＡＺ３００）により現像し、図６に示すように、レジス
ト感光部３４ａを残してレジスト３４を剥離させる。そ
の後、図７に示すように、ＩｎＺｎ・ＡｕＺｎ・ＩｎＡ
ｕ等の電極材料を蒸着して電極３３を形成し、残ってい
るレジスト感光部３４ａをその部分の電極材料と共にリ
フトオフして、図２に示すようにコア３１を露出させ
る。

【００２９】図８は、アノード電極以外の各層２２・１
０・１２・１４・１６・１８（図３）がこの順番に積層
された半導体ウエハ１０である。この半導体ウエハ１０
を複数の領域に劈開（又はダイジング）して、アノード
電極が形成されていない面発光レーザ１を作成する。

【００３０】図９（ａ）は、半導体ウエハ１０から劈開
された面発光レーザ１と光ファイバ３の断面図であり、
図９（ｂ）は、その斜視図である。上述したような工程
で電極３３が作成された光ファイバ３を、図９に示すよ
うに、面発光レーザ１の光放出面２６に接触させ、その
状態でこれらをオーブン等により加熱する。加熱する温
度は、約１５０〜６００℃とする。加熱されることによ
り、電極３３の材料が溶けて光放出面２６に融着され
る。この電極３３が面発光レーザ１のアノード電極とし
て機能する。さらに、面発光レーザ１と電極３４との固
定を高めるために、接続部を樹脂３４により固定する。

【００３１】〔まとめ〕この製造方法によれば、光ファ
イバ３を面発光レーザ１に直接固定するので、レーザ光
を集光するためのレンズ等の光学部品が必要なくなり、
面発光レーザ１、光ファイバ３及び光学部品のアライメ
ントが不要になり、製造工程が簡素化されて生産性が向
上する。

【００３２】製造工程が大幅に簡素化されて生産性が向
上することに加え、レンズ等の高価な光学部品を削減で
きるので、製造コストを大幅に低減することができる。
さらに、光ファイバ３に形成した電極３３を光放出面２
６に融着させるので、面発光レーザ１と光ファイバ３と
の固定が安定したものとなり、不良品の発生率を大幅に
低減することができる。面発光レーザ１及び光ファイバ
３を融着した後、接合部をさらに樹脂３４で固定すれ
ば、さらに両者の固定が安定する。

【００３３】なお、本実施形態の面発光レーザ１では、
光放出面２６のどの部分に光ファイバ３を融着させたと
しても、光ファイバ３に形成された電極３３の下方にお
いて面発光レーザ１が発光し、レーザ光が光ファイバ３
のコア３１に導かれる。このため、光ファイバ３を面発
光レーザ１に容易に固定できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、光通信モジュールにお
いて、発光素子を光伝送線に直接固定するので、発光素
子からの光を光伝送線に集光するための光学部品が不要
になり、発光素子、光伝送線及び光学部品のアライメン
トが必要なくなる。これにより、製造工程が簡素化され
て生産性が向上する。また、生産性の向上及び高価な光
学部品の削減により、コストの低減を図ることができ
る。

【００３５】また本発明によれば、光通信モジュールに
おいて、発光素子と光伝送線との固定が安定するので、
不良品の発生率を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光通信モジュールの
概略構成図。

【図２】送信用光ファイバの断面図（ａ）、第１端面の
平面図（ｂ）。

【図３】面発光レーザの斜視図（ａ）、そのI−I’にお
ける断面図（ｂ）。

【図４】送信用光ファイバの製造プロセスの説明図（そ
の１）。

【図５】送信用光ファイバのプロセスの説明図（その
２）。

【図６】送信用光ファイバのプロセスの説明図（その
３）。

【図７】送信用光ファイバのプロセスの説明図（その
４）。

【図８】面発光レーザが形成された半導体ウエハ。

【図９】送信用光ファイバと面発光レーザとの融着を説
明する断面図（ａ）、その斜視図（ｂ）。

【符号の説明】

１面発光レーザ（発光素子）２受光素子３送信用光ファイバ（第１光伝送線）４受信用光ファイバ（第２光伝送線）１０半導体ウエハ２６光放出面３１コア（光伝送部）３２クラッド（光閉込部）３３アノード電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状の光伝送部と、前記光伝送部を覆うよ
うに形成される同心円筒状の光閉込部と、一方の端面に
おいて前記光伝送部が露出されるように当該端面に形成
された電極とを有する光伝送線と、前記電極と融着されており所定周波数の光が出射される
光放出面を有する面発光レーザと、を備える光通信モジ
ュール。
【請求項２】線状の光伝送部と、前記光伝送部を覆うよ
うに形成される同心円筒状の光閉込部と、一方の端面に
おいて前記光伝送部が露出されるように当該端面に形成
された電極とを有する第１光伝送線と、前記電極と融着されており所定周波数の光が出射される
光放出面を有する面発光レーザと、光信号を伝送する第２光伝送線と、前記第２光伝送線により伝送された光信号を受光する受
光素子と、前記面発光レーザと前記受光素子とを固定するための固
定部と、を備える光通信モジュール。
【請求項３】光信号を伝送するための光伝送線であっ
て、線状の光伝送部と、前記光伝送部を覆うように形成される同心円筒状の光閉
込部と、一方の端面において前記光伝送部が露出されるように当
該端面に形成された電極と、を備える光伝送線。
【請求項４】所定周波数の光を出射する面発光レーザ
と、線状の光伝送部と光伝送部を覆うように形成される
同心円筒状の光閉込部とを有する光伝送線とを備える光
通信用モジュールを製造する方法であって、前記光伝送線の第１端面において前記光伝送部を露出す
るように、当該端面に前記面発光レーザの電極を形成す
る第１段階と、前記面発光レーザの光放出面に電極を融着する第２段階
と、を含む光通信用モジュールの製造方法。
【請求項５】前記第１段階は、前記第１端面にレジスト膜を塗布する第３段階と、前記光伝送線の第２端面側から前記光伝送部に紫外光線
を入射して前記レジスト膜を感光させる第４段階と、前記レジスト膜を現像して前記第１端面に露出する光伝
送部上にレジスト膜を残す第５段階と、前記第１端面に電極材料を積層する第６段階と、前記現像後に残ったレジスト膜をレジスト膜表面の電極
材料とともに除去し、前記光伝送路を露出する第７段階
と、を含む請求項４に記載の光通信モジュールの製造方
法。