JP2004101996A - ファイバ付き面型光半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバのパッシブアライメントが可能で、安価なファイバ付面型光半導体モジュールを提供する。
【解決手段】面発光半導体レーザ１０に光ファイバ２４が接続された形態のモジュールにおいて、半導体基板１２裏面には発光部１１を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起１８が形成され、かつ、光ファイバはフェルール１３を備え、このフェルールの片端面には中心軸を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起１４が形成されており、前記面発光半導体レーザの突起が形成された面をフェルールの突起が形成された面に対向させ、これらの突起を互いに嵌合させることにより、前記面発光半導体レーザの発光部と前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とする。
【選択図】 図１２
【解決手段】面発光半導体レーザ１０に光ファイバ２４が接続された形態のモジュールにおいて、半導体基板１２裏面には発光部１１を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起１８が形成され、かつ、光ファイバはフェルール１３を備え、このフェルールの片端面には中心軸を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起１４が形成されており、前記面発光半導体レーザの突起が形成された面をフェルールの突起が形成された面に対向させ、これらの突起を互いに嵌合させることにより、前記面発光半導体レーザの発光部と前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とする。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面型光半導体デバイス、特に面発光半導体レーザなどの安価なファイバ付きモジュールの構造に関するものであり、更に安価で波長可変なファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザチップに電極を付け、光ファイバに光をカップリングさせる半導体レーザモジュールは通信用を中心にこれまで各種の技術が確立され、量産技術化が図られている。
【０００３】
半導体レーザをファイバ付きモジュールとする場合には種々の方法があるが、代表的な構造を図１８に示す。図１８において、１はストライプレーザチップ（導波型半導体レーザチップ）、２はボールレンズ、３は半導体レーザマウント、４は半導体レーザマウント３に形成された電極、５はアイソレータ、６は光ファイバである。
導波型半導体レーザチップ１を半導体レーザマウント３の上にハンダ接着で搭載し、ボールレンズ２を導波型半導体レーザチップ１の両側に接着剤で固定し、更に必要であればアイソレータ５を搭載する。そして、導波型半導体レーザチップ１から光を出しながら、光ファイバ６の位置合せをして、接着剤やＹＡＧレーザ溶接で固定する。（例えば、非特許文献１参照）
【０００４】
【非特許文献１】
ＪＵＡＮ ＳＥＰＵＬＶＥＤＡ ＡＮＤ ＬＩＳＡ ＶＡＬＥＮＺＵＥＬＡ 著，「ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｉｍｐｒｏｖｅ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＵＳＡ ，Ｍａｙ２００２ ，ｐ．２７−２９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、いわゆるアクティブアライメントを行うことから、このアライメントのための時間と労力とを要するため、半導体レーザレーザチップ１は低価格でも、ファイバ付きモジュールの価格は高価にならざるを得なかった。
【０００６】
導波型半導体レーザチップ１は数１００μｍ角と非常に小さいため取り扱いが難しく、マウントする際にその位置、方向を精度よく揃えてハンダ接着するのは非常に困難であり、人間の目と手でアライメントする必要があるため労力を要する。また、導波型半導体レーザチップ１では出射ビームは大きく広がるため、ボールレンズ２が必要であるし、そのビームは扁平であるため、カップリングロスが非常に大きい。更に光ファイバ６のコアの直径は１０μｍと小さいため、アライメントには３軸方向とあおり２軸、合計５軸の調整が必要であった。ロボット化によって、できる限り人の手を省き、低コスト化を図ろうとしているが、半導体レーザモジュール化装置の価格が高価になり、相当量の量産にならないと半導体レーザモジュールのコストを低減できないというのが現状である。
【０００７】
これに対し、半導体レーザモジュールを作製する際、半導体レーザを発光させずに半導体レーザと光ファイバとのパッシブアライメントができれば、大幅にモジュールのコストを低減できる。即ち、ブロックを嵌め込むようにして半導体レーザモジュールを形成することができれば、半導体レーザモジュールは大幅に低コストとなる。また、面型ディテクタも受光面の狭いものはやはり光ファイバとの位置合せが必要であり、レーザモジュールよりは安価であるが、やはりモジュール組み立てで労力を要し、コストが高くなるという欠点があった。
【０００８】
一方、現在、導波型半導体レーザチップに代わって面発光半導体レーザを用いることが検討されている。面発光半導体レーザは出射光が円形であり、ビームの広がり角度が小さいため、面発光半導体レーザと光ファイバとを近接させて、レンズを介することなく、バットジョイントによって面発光半導体レーザの光を光ファイバに結合でき、安価なファイバ付きモジュールを実現できると言われている。しかし、現時点では光ファイバと面発光半導体レーザの位置合せをアクティブアライメントによって行っているので、実際には低価格化には至っていない。
【０００９】
従って本発明は上記の事情に鑑み、光ファイバのパッシブアライメントが可能で、安価なファイバ付き面型光半導体モジュールを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
＜フェルールに直接、突起または溝を形成＞
上記課題を解決する第１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が形成され、
かつ、フェルールを備え、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイスの突起または溝が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が、前記片端面を直接加工して形成されており、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記フェルールの突起または溝が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と、前記フェルールの突起または溝とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１１】
＜直径の異なるフェルールの組み合わせにより突起を形成＞
また、第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝を形成し、
かつ、第１のフェルールと、この第１のフェルールよりも直径が小さい第２のフェルールの小片とを用い、前記第１のフェルールの片端面には、前記第２のフェルールの小片を前記第１のフェルールの中心軸と前記第２のフェルールの小片の中心軸とを位置を合わせた状態で接着することにより、前記第１のフェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する突起を形成し、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記第１のフェルールの突起が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と前記フェルールの突起とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記第１のフェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１２】
＜面型光半導体デバイスを直接加工＞
また、第３発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面にエッチング等の手法により直接加工されて形成されていることを特徴とする。
【００１３】
＜面型光半導体デバイスに別材料の層をコートし、それに加工＞
また、第４発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面に設けたポリイミド等の絶縁層を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
＜面型光半導体デバイスに他の基板を接着後、それを加工＞
また、第５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に直接または接着層を介して貼り合わせた他の半導体もしくはガラス等の基板を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
＜面型光半導体デバイスに他の加工基板を接着＞
また、第６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に、予め位置合せ用の突起または溝がエッチング等の手法により形成されている他の半導体もしくはガラス等の基板を、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記他の半導体もしくはガラス等の基板に予め形成されている突起または溝の中心にくるよう、これらの発光部、受光部または光入出力部と突起または溝とを整合させて、接着することにより形成されていることを特徴とする。
【００１６】
＜面型光半導体デバイスの外形で位置合せ＞
また、第７発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは、ダイシング、へき開等の加工手段により、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心として外形が四角形状となるように整形加工され、
かつ、フェルールを有し、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイス全体が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円形状の溝が直接加工されており、
前記面型光半導体デバイス全体を前記フェルールの溝に嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心軸上に位置するように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１７】
＜金属フェルール：表面１電極、反対面１電極型＞
また、第８発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第７発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、このフェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続することにより、前記面型光半導体デバイスの第１の電極を外部へ引き出し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面とは反対側の面に形成された第２の電極とをボンディングワイヤで接続することにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とする。
【００１８】
＜金属フェルール：表面２電極型＞
また、第９発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第７発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、前記フェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面に形成して第２の電極とを接続しており、
前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、エピタキシャル層側表面の場合には、このエピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極とを、各々、前記フェルールと前記電極線とを介して直接外部に引き出し、
あるいは、前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、半導体基板側裏面の場合には、前記エピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極を、各々、半導体基板にあけた貫通孔に導電物質を埋め込むことにより形成したスルーホール型電極を介して半導体基板側裏面に引き出し、且つ、前記フェルールと前記電極線とを介して外部に引き出すことにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
＜スリーブモジュール１：デバイス付きフェルールと光ファイバのみのフェルールを挿入＞
また、第１０発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、他のフェルールに他の光ファイバを挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入して、
前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる光ファイバの中心と一致するように配置することにより、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００２０】
＜スリーブモジュール１：レンズ挿入＞
また、第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
＜スリーブモジュール１の限定：面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明または第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか一方からは、前記面発光半導体レーザからの主出力光を取り出し、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか他方からは、前記面発光半導体レーザからのモニタ光を取り出すように構成したことを特徴とする。
【００２２】
＜スリーブモジュール１の限定：光励起面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１３発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明または第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
面発光半導体レーザ用のポンピング光を、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバを介して導入することにより、前記面発光半導体レーザに照射し、
前記面発光半導体レーザからの主出力光、または主出力光とモニタ光を前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバから取り出すように構成したことを特徴とする。
【００２３】
＜スリーブモジュール１の限定：波長可変面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１４発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明から第１３発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
この面発光半導体レーザには、上部ブラッグ反射ミラーの全部または一部が形成されておらず、前記第２のブロックの光ファイバの端面には、誘電体多層膜ミラーが形成されており、
前記面発光半導体レーザに形成された下部半導体ミラーと、外部の前記誘電体多層膜ミラーとの間で、電流注入もしくは光励起により、前記面発光半導体レーザを発振させ、
更に前記第１のブロックまたは第２のブロックのフェルールにピエゾ素子を接着し、このピエゾ素子で前記第１のブロックまたは第２のブロックを前記スリーブの軸方向に機械的に移動させることによって前記下部半導体ミラーと前記誘電体多層膜ミラーの間隔を変化させることにより、前記面発光半導体レーザの発振波長を可変とした構成であることを特徴とする。
【００２４】
＜スリーブモジュール２：２組のデバイス付きフェルールを挿入＞
また、第１５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを、第１のブロック及び第２のブロックとしてそれぞれ備え、
前記第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、前記第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入することにより、
前記第１のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と一致するように配置して、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能にした構成であることを特徴とする。
【００２５】
＜スリーブモジュール２：レンズ挿入＞
また、第１６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により、前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とする。
【００２６】
＜スリーブモジュール２の限定：フォトダイオード付き面発光半導体レーザモジュール＞
また、第１７発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１５発明または第１６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックの面型光半導体デバイスが面発光半導体レーザ、前記第２のブロックの面型光半導体デバイスがフォトダイオード等のディテクタであり、
前記第１のブロックの光ファイバから、前記面発光半導体レーザの主出力光を取り出し、前記第２のブロックから、前記ディテクタのモニタ電気出力を取り出すように構成としたことを特徴とする。
【００２７】
＜高周波マウントモジュール＞
また、第１８発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波駆動用に作製された汎用の半導体レーザマウントの半導体レーザチップを搭載する部分に、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを前記半導体レーザマウントの裏側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記半導体レーザマウントの表面側から、前記フェルールに嵌め込み、
前記半導体レーザマウントの裏側に前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記半導体レーザマウントの裏側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とする。
【００２８】
＜高周波コネクタモジュール＞
また、第１９発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波コネクタのキャップに前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを同キャップの表側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記キャップの裏側から前記フェルールに嵌め込み、
更に前記面発光半導体レーザに形成された電極をボンディングワイヤ等の接続手段により半導体レーザマウントの電極に接続し、
前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを前記キャップの表側から前記フェルールに挿入して、
前記高周波コネクタのキャップ側から、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記キャップ側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明では、光ファイバ通信関係の光部品の中で最も精度がよく、最も低価格な光コネクタの部品であるフェルールとスリーブを、面発光半導体レーザ等の面型光半導体デバイスのモジュール部品として採用し、汎用技術でこれらの部品を加工することにより、非常に安価なファイバ付き面発光半導体レーザモジュール等のファイバ付き面型光半導体モジュールを提供する。
【００３０】
特にフェルールは放熱性に優れ加工精度が高い金属フェルールを用いることがポイントである。近年、寸法精度が高い金属フェルールが市販されるようになっている。金属フェルールの作製方法は各社様々であるが、電鋳技術（エレクトロホーミング）を用いたものは非常に精度がよい。更にフェルールをスリーブ内で機械的に移動することによって波長を可変にできるファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを提供する。
【００３１】
市販の金属フェルールは、ニッケル（Ｎｉ）製のものが多く、中心に高精度の内径１２５μｍ＋１μｍ（誤差）の穴の開いた、外径０．５ｍｍφ、１ｍｍφ、２．５ｍｍφ±１μｍ（誤差）のものが安価に入手できる。更にフェルールを挿入するスリーブも、高精度のセラミクス、ガラス、プラスチック製のものが安価に入手可能となってきた。
【００３２】
本発明では金属製のフェルールの先端部を旋盤加工で、直径数１００μｍ±２μｍ（誤差）の凸形状に加工してフェルールの片端面に円柱状の突起を加工したり、あるいはフェルールの片端面にリング状の溝を形成したりした（請求項１）。前記突起の高さ、あるいは前記溝の深さは数１０μｍから１００μｍ程度がよかった。突起などの加工は旋盤加工以外にエッチングでもよい。あるいはフェルールの先端部（片端面）に突起を形成するために、直径の異なるフェルールを２種類作製し、これらのフェルールに直径１２５μｍの光ファイバを挿入することにより、２つのフェルールの中心軸を合わせて２つのフェルールを貼り合わせてもよい（請求項２）。このようにして突起または溝を形成したフェルールの片端面上にハンダを蒸着する。
【００３３】
次に面発光半導体レーザなどの面型光半導体デバイスの発光部を中心として、半導体基板の裏面に、このフェルール片端面の突起または溝を嵌め込むためにこの突起または溝の直径（数１００μｍ）に相当する直径の円周上にリング状またはピン状の突起を直接エッチングによって形成する（請求項３）。但し、半導体のエッチング速度は遅いため、基板の裏面にポリイミド等の有機の厚膜を塗布し、この膜をエッチングして突起を形成してもよい（請求項４）。あるいは、面型光半導体デバイスの半導体基板に他の半導体基板を貼り合わせた後、この貼り合わせた他の半導体基板をエッチング等の手法により加工して突起を形成してもよいし（請求項５）、予め突起を形成した他の半導体基板を面型光半導体デバイスの半導体基板面に貼り合わせてもよい（請求項６）。
【００３４】
なお、以上は、フェルール側に形成された突起または溝に面型光半導体デバイス側のリング状またはピン状の突起を嵌め込む例であるが、フェルール側に形成されたリング状またはピン状の突起を面型光半導体デバイス側に形成された突起または溝に嵌め込んでもよいし、フェルール側に形成された溝に面型光半導体デバイス全体を嵌め込んでもよい（請求項７）。また、フェルールに嵌め込む面型光半導体デバイスの面（位置合せ面）は、半導体基板の裏面でもよいし、デバイスが加工されている半導体基板の表面、即ち、エピタキシャル層側表面でもよい。
【００３５】
以上のような手法で金属フェルールの先端（片端面側）に面発光半導体レーザを搭載する。これにより、フェルールの中心に面発光半導体レーザの発光部を、誤差が±２μｍの精度で搭載できる。更に、搭載された面発光半導体レーザへの通電は、金属フェルールそのものと、当該金属フェルールの側面に設けた溝に挿入された被覆付き導電体（電極線）を介して行える。即ち、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールを対向させて搭載した場合には、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面に形成した電極と金属フェルールが直接電気的に接続されるとともに、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の電極と前記被覆付き導電体（電極線）はボンディングワイヤにより電気的に接続される（請求項８）。
【００３６】
また、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面と金属フェルールを対向させて搭載した場合には、面発光半導体レーザのエピタキシャル層表面の第１の電極と金属フェルールが直接電気的に接続されるとともに、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の第２の電極も前記被覆付き導電体と直接電気的に接続される（請求項９）。あるいは、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールを対向させて搭載した場合にあっても、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の第１及び第２の電極をスルーホール型電極、即ち、半導体基板に貫通孔をあけ、当該貫通孔の側面を絶縁し、更に当該貫通孔に導電性物質を埋め込む等の技術により、第１及び第１の電極を半導体基板裏側に引き出せば、ボンディングワイヤを使わず、直接、電極線（被覆付き導電体）と金属フェルールに電気的に接続することができる（請求項９）。
【００３７】
また、以上述べたような面発光半導体レーザとファイバ付きフェルールが一体となったファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして、この第１のブロックをスリーブの片側から挿入し、対向する側（スリーブの反対側）から第２のファイバ付フェルール（他のフェルールに他の光ファイバを挿入してなる第２のブロック）を挿入すると、光ファイバのコアと面発光半導体レーザの発光部の中心は完全に平行で位置が±２μｍ（誤差）の精度で一致することになる（請求項１０，１２）。この場合、面発光半導体レーザの直近まで光ファイバを近づけて光をカップリングしてもよいし、フェルールの直径に相当する直径のセルフォックレンズを、第１のブロックと第２のブロックの間に位置するようにスリーブに挿入してレンズカップリングさせてもよい（請求項１１）。
【００３８】
また、第１のブロックまたは第２のブロックの何れか一方の光ファイバを面発光半導体レーザからの主出力光の取り出し用、もう一方の光ファイバを面発光半導体レーザからのモニタ光の取り出し用にしてもよい。また、面発光半導体レーザが光励起型の面発光半導体レーザの場合にあっては、第１のブロックまたは第２のブロックの何れか一方の光ファイバを励起光（ポンピング光）の入力及びモニタ光の取り出し用、もう一方の光ファイバを主出力光の取り出し用にしてもよい（請求項１３）。更に、面発光半導体レーザには上部ブラッグ反射ミラーの全部または一部を形成せず、活性層と下部半導体ミラーを形成するとともに、第２のブロックのフェルールに挿入された光ファイバの端面には多層膜誘電体をコートして誘電体多層膜ミラーを形成し、且つ、第１のブロックまたは第２のブロックのフェルールをピエゾ素子に接着し、このピエゾ素子によって第１のブロック（フェルール等）または第１のブロック（フェルール等）をスリーブ内で機械的に移動させることにより、面発光半導体レーザ（下部半導体ミラー）と、誘電体多層膜ミラーを形成した光ファイバの端面との間隔を変えられるようにすれば、面発光半導体レーザの発振波長を変えることができる（請求項１４）。
【００３９】
以上は、スリーブに挿入された第１のブロックのみに面発光半導体レーザのような面型光半導体デバイスが搭載された例であるが、第２のブロックのフェルールにも例えばフォトダイオード等のディテクタが搭載されていれば、直接、面発光半導体レーザの光出力をモニタできる（請求項１５，１７）。この場合にあっても、面発光半導体レーザとフォトダイオードとの間等、一対の面型光半導体デバイス間を直接光学的にカップリングしてもよいし、フェルールの直径に相当する直径のセルフォックレンズを、第１のブロックと第２のブロックの間に位置するようにスリーブに挿入してレンズカップリングさせてもよい（請求項１６）。
【００４０】
また、上記のような面発光半導体レーザとファイバ付きフェルールが一体となったファイバ付き面発光半導体レーザモジュール（ブロック）を、高周波マウント（請求項１８）や高周波コネクタのキャップ（請求項１９）に予め形成された穴に挿入し、且つ、ボンディングワイヤ等の接続手段により高周波マウントや高周波コネクタと電気的に接続すれば、簡単にファイバ付き面発光半導体レーザモジュール（高周波マウントモジュールや高周波コネクタモジュール）を作製することができる。
【００４１】
以上のように、本発明のポイントは金属フェルールの中心と面発光半導体レーザの発光部の中心がパッシブアライメントで一致するように、フェルールの先端（片端面）と面発光半導体レーザの半導体基板側裏面またはエピタキシャル層側表面を正確に加工して突起または溝を形成することにより、両者を嵌め込むものであり、その形状は上記以外にも種々あるが、それら全てを包含するものである。
【００４２】
（第１の実施例）
図１から図１３は本発明のファイバ付き面型光半導体モジュールの第１の実施例を示したものである。図１から図３は金属フェルールの先端（片端面）を加工する工程を示したもの、図４から図７は面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示したもの、図８から図１１は金属フェルールの先端（片端面）に面発光半導体レーザを搭載する工程を示したものである。図１２及び図１３は面発光半導体レーザと金属フェルール及び光ファイバとの接続部分の拡大図を、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールとを対向させて接続した場合（図１２）と、面発光半導体レーザのエピタキシャル層側表面と金属フェルールとを対向させて接続した場合（図１３）とについて示したものである。
【００４３】
これらの図において、１０は面発光半導体レーザ、１１は面発光半導体レーザ１０の発光部である。発光部１１はメサ部分の上部ブラッグ反射ミラー（ＤＢＲ）１１ａと、活性層（面発光の発光部分）１１ｂと、下部半導体ミラー１１ｃとから構成されている。
【００４４】
また、同図において、１２は面発光半導体レーザ１０の半導体基板、１３は金属フェルール、１４は金属フェルール１３の片端面を研削して円柱状に形成した位置合せ用の突起、１５は金属フェルール１３の片端面（図２の場合）、または面発光半導体レーザ１０の半導体基板表面（図１３の場合）を研削してリング状に形成した位置合せ用の溝、１６は金属フェルール１３の側面に形成した電極取り出し用の溝、１７は金属フェルール１３の片端面に形成したハンダ、１８は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面側に発光部１１を中心とする円周上にリング状またはピン状に形成したの位置合せ用の突起（図４から図７の場合）、または金属フェルール１３の片端面にリング状に形成した位置合せ用の突起（図１３の場合）、１９は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面に形成した電極面（光が通過する部分には電極は形成されていない）、２０は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の表面に形成されたパッド電極である。
【００４５】
また、同図において、２１はパッド電極２０から出たボンディングワイヤ、２２は金属フェルール１３の側面の溝１６に挿入され且つ金属フェルール１３から電気的に絶縁された電極線（被覆付き導電体）、２３は直径が正確に調整された金属フェルールを短い長さに切断したもの（金属フェルールの小片）、２４は光ファイバ、２４ａは光ファイバ２４のコア、２５は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面に形成したポリイミドなどの膜（絶縁層）、２６は予め突起１８が形成された半導体基板、２８は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の表面に形成された基板電極、２９は光通過部分、３０Ａは面発光半導体レーザ１０の裏面出射のレーザ光（レーザビーム）、３０Ｂは面発光半導体レーザ１０の表面出射のレーザ光（レーザビーム）である。
【００４６】
面発光半導体レーザには、ＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓ基板上に形成される６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１３００ｎｍ帯、及び１５５０ｎｍ帯の面発光半導体レーザ、あるいはＩｎＰ基板上に形成される１３００ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯の面発光半導体レーザなどがあるが、どのタイプの面発光半導体レーザでも、本発明は適用可能である。ここでは面発光半導体レーザ１０として、ＧａＡｓ基板上に形成された面発光半導体レーザを例にとって説明する。なお、本発明を適用する面型光半導体デバイスとしては、面発光半導体レーザに限らず、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等がある。また、ここではメサ型の面発光半導体レーザを示しているが、本発明はこれに限定するものでもない。
【００４７】
先ず、図１から図３に基づき、金属フェルール１３の加工について説明する。
【００４８】
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すようなＮｉ製で外径１．２５ｍｍφの金属フェルール１３について、その片端面を旋盤で金属フェルール１３の中心軸を中心とした外径３００μｍφ±２μｍ（誤差）の凸状に切削することにより、図１（ｂ）に示すような金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置する円柱状の突起１４を同片端面に形成するか、または凹状に切削することにより、図２（ｂ）に示すような金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置するリング状の溝１５を同片端面に形成する。
【００４９】
あるいは、図３（ａ）に示すように外径１．２５ｍｍφの金属フェルール１３と、外径３００μｍφ±２μｍ（誤差）の金属フェルール２３を０．５ｍｍ程度の長さに切断したもの（金属フェルールの小片）とを用意し、図３（ｂ）に示すようにこれらの金属フェルール１３の穴と金属フェルール（小片）２３の穴とに直径１２５μｍφの光ファイバ２４を挿入、または、この光ファイバ２４と同じ１２５μｍφの直径を持つ線材を挿入することにより、両金属フェルール１３，２３の中心軸を一致させ、この状態で両金属フェルール１３，２３を接着剤により貼り合わせる。かくして、金属フェルール１３の片端面に、金属フェルール２３の小片からなる突起１４が形成される。なお、金属フェルール１３，２３としてはニッケル（Ｎｉ）製の他、コバール製、銅製、ステンレス製などでもよい。
【００５０】
突起または溝を形成後、図１（ｃ），図２（ｃ），図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、金属フェルール１３の側面に約２００μｍの幅で２００μｍの深さの溝１６を、金属フェルール１３の軸方向に沿って形成する。続いて、図１（ｄ），図２（ｄ），図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、電極線２２を溝１６に挿入し、接着剤で金属フェルール１３に固定する。電極線２２は絶縁材で被覆され、金属フェルール１３と電気的に絶縁されている。また、金属フェルール１３の片端面（図１（ｄ），図３（ｅ）及び図３（ｆ）では突起１４の先端面、図２（ｄ）では溝１５の内側部分）に蒸着により、ハンダ１７を形成する。
【００５１】
なお、図３（ｃ）及び図３（ｅ）は、金属フェルール１３，２３の位置合せのために挿入した線材を引き抜いた場合であり、この場合には後から、光ファイバ２４を金属フェルール１３，２３に挿入する。図３（ｄ）及び図３（ｆ）は、金属フェルール１３，２３の位置合せのために挿入した光ファイバ２４を、そのまま金属フェルール１３，２３に挿入しておいてモジュールに利用する場合である。
【００５２】
次に、図４から図７に基づき、面発光半導体レーザ１０の加工について説明する。
【００５３】
図４（ａ）に示す面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面（図中下面）に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように面発光半導体レーザ１０の発光部１１を中心とした直径３００μｍφ＋２μｍ（誤差）の円周上に位置するリング状（円筒状）の突起１８を、エッチングによって形成する。あるいは、図５（ａ）に示す面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面に、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように面発光半導体レーザ１０の発光部１１を中心とした直径３００μｍφ＋２μｍ（誤差）の円周（図５（ｃ）に一点鎖線で仮想的に示す円周）上に位置する複数のピン状の突起１８を、エッチングによって形成する。
【００５４】
詳述すると、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２は１００から２００μｍ程度の厚さに研磨し、このＧａＡｓ基板１２を図には示していない支持用（補強用）のガラス基板にワックスで貼り合わせた後、ホト加工、エッチングなどにより、突起１８を形成し、電極付けなどを行う。このときＧａＡｓ基板１２の表面と裏面を同時に見て、エッチングマスクの位置合せをする必要があるが、赤外光を透過させるマスクアライナーを用いることによってＧａＡｓ基板１２の裏面と表面の位置合せは１μｍ以下の精度で実現できる。エッチングはドライエッチング、ウエットエッチングのどちらでもよい。なお、支持用のガラス基板は、加工終了後に取り外す。
【００５５】
一方、半導体基板のエッチング速度は遅いので、深くエッチングする場合には、図６（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１２の裏面にポリイミドなどを塗布して膜（絶縁層）２５を厚く形成し、この膜（絶縁層）２５を図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すようにエッチングして、発光部１１を中心とした円周上に位置する複数のピン状の突起１８を形成してもよい。突起１８の高さは数μｍから数１０μｍでよい。なお、この場合にも、突起１８はリング状でもよい。
【００５６】
また、図７（ａ）に示すように予め複数のピン状の突起１８を形成した半導体基板２６を用意し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すようにこの半導体基板２６と面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２とをウエハボンディングの技術で貼り合わせることによって、ＧａＡｓ基板１２の裏面側に突起１８を形成してもよい。半導体基板１２，２６の貼り合わせは、ポリイミド（接着層）を介して貼り合わせてもよい。この場合にも、突起１８はリング状でもよい。
【００５７】
なお、図示は省略するが、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２に他の半導体もしくはガラス等の基板を直接または接着層を介して貼り合わせ、この半導体基板をエッチング等の手法で加工することにより、突起１８を形成するようにしてもよい。
【００５８】
突起形成後、図４（ｄ），図５（ｄ）及び図６（ｄ）に示すように面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面にＡｕ電極１９を形成する、あるいは図７（ｄ）に示すように半導体基板２６の裏面にＡｕ電極１９を形成する。このとき、半導体基板１２，２６の裏面の光が通過する部分２９は、Ａｕ電極１９を形成せずに窓開けする。
【００５９】
図８から図１１には、金属フェルール１３の先端（片端面）に面発光半導体レーザ１０を搭載する工程を示す。
【００６０】
図８は円柱状の突起１４を形成した金属フェルール１３（図１参照）の先端にリング状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図４参照）を搭載する場合であり、この場合には、図８（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図８（ｂ）及び図８（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３の円柱状の突起１４の外周面に面発光半導体レーザ１０のリング状の突起１８の内周面を嵌め込むようして、これらの突起１４，１８を互いに嵌合する。
【００６１】
図９はリング状の溝１５を形成した金属フェルール１３（図２参照）の先端にリング状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図４参照）を搭載する場合であり、この場合には、図９（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の溝１５が形成された面に対向させ、図９（ｂ）及び図９（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３のリング状の溝１５内に面発光半導体レーザ１０のリング状の突起１８を嵌め込むようして、これらの溝１５と突起１８とを互いに嵌合する。
【００６２】
図１０は円柱状の突起１４を形成した金属フェルール１３（図１参照）の先端にピン状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図５，図６，図７参照）を搭載する場合であり、この場合には、図１０（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）（断面図）に示すように面発光半導体レーザ１０の複数のピン状突起１８を金属フェルール１３の円柱状の突起１４の外周面に嵌め込むようして、これらの突起１４，１８を互いに嵌合する。
【００６３】
図１１はリング状の溝１５を形成した金属フェルール１３（図２参照）の先端にピン状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図５，図６，図７参照）を搭載する場合であり、この場合には、図１１（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３のリング状の溝１５内に面発光半導体レーザ１０の複数のピン状突起１８を嵌め込むようして、これらの溝１５と突起とを互いに嵌合する。
【００６４】
続いて、図８（ｃ），図９（ｃ），図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）に示すように金属フェルール１３の突起１４または溝１５と面発光半導体レーザ１０の突起１８とを嵌合した状態で加熱することにより、金属フェルール１３の片端面に予めコートされたハンダ１７を溶融し、このハンダ１７により面発光半導体レーザ１０（電極１９）と金属フェルール１３とを電気的・機械的に接続する。かくして、金属フェルール１３の片端面に面発光半導体レーザ１０が蓋をするように実装される。このとき金属フェルール１３の中心と面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心とは±２μｍ以下の誤差で一致する。
【００６５】
その後、図８（ｄ），図９（ｄ），図１０（ｄ）及び図１１（ｄ）に示すようにボンディングワイヤ２１によって、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に形成されたパッド電極２０と、金属フェルール１３の側面の溝１６に挿入された電極線２２とを電気的に接続する。このため、面発光半導体レーザ１０の裏面側（半導体基板側裏面）の電極１９は金属フェルール１３を介して外部に引き出され、面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側表面）のパッド電極２０は電極線２２を介して外部に引き出されることになる。
【００６６】
図１２は面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合（図８参照）の接続部の拡大図であり、図１２（ａ）には金属フェルール１３の軸方向からみた正面図、図１２（ｂ）には断面図を示す。この図１２にも示すように面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面の電極１９と、金属フェルール１３の片端面とは、ハンダ１７によって電気的に接続され、面発光半導体レーザ１０の半導体基板表面側（エピタキシャル層側表面）のパッド電極２０と、金属フェルール１３の側面の溝１６に金属フェルール１３と絶縁されて挿入された電極線２２とは、ボンディングワイヤ２１を介して電気的に接続されている。
【００６７】
ところで、上記では面発光半導体レーザ１０に突起１８を形成し、金属フェルール１３に突起１４または溝１５を形成した場合について説明したが、これに限定するものではなく、面発光半導体レーザ１０に突起または溝を適宜形成し、金属フェルール１３にも突起または溝を適宜形成して、両者の突起または溝を互いに嵌め込むようにすればよい。
【００６８】
また、上記では面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合について説明したが、当然、これに限定するものではなく、面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側表面）と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続してもよい。この場合には、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面側（エピタキシャル層側）に位置合せ用の突起または溝を形成する。通常はＧａＡｓ基板１２などの半導体基板の表面側を加工するので、マスク合せが楽である。半導体基板表面に高い突起を形成する場合には、半導体基板の表面にポリイミドなどの厚膜を塗布して、この厚膜をエッチングすることにより、突起を形成すればよい。また、半導体基板の表面に溝を形成する場合には、直接半導体基板の表面を深くエッチングすればよい。
【００６９】
図１３は面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側）と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合の一例を示す接続部の拡大図であり、図１３（ａ）には金属フェルール１３の軸方向からみた正面図、図１３（ｂ）には断面図を示す。
【００７０】
この図１３では面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面（エピタキシャル層側表面）に発光部１１を中心とした円周上に位置するリング状の溝１５を形成し、金属フェルール１３の片端面に金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置するリング状の突起１８を形成している。そして、面発光半導体レーザ１０の溝１５が形成された面を、金属フェルール１３の突起１８が形成された面に対向させ、面発光半導体レーザ１０のリング状の溝１４内に金属フェルール１３のリング状の突起１８を嵌め込むようにして、これらの突起１８と溝１５とを嵌合している。
【００７１】
また、図１３では面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に基板電極２８が形成されており、この基板電極２８と金属フェルール１３は、金属フェルール１３の片端面に形成されたハンダ１７により電気的・機械的に接続されている。また、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に形成されたパッド電極２０も、金属フェルール１３の側面の溝１６に金属フェルール１３とは絶縁して挿入された電極線２２に直接電気的に接続されている。従って、面発光半導体レーザ１０の基板電極２８は金属フェルール１３を介して外部に引き出され、面発光半導体レーザ１０のパッド電極２０は電極線２２を介して外部に引き出されることになる。なお、図１３では電極線２２の位置をパッド電極２０の位置に合わせるため、溝１６の深さを比較的深くして、この溝１６に電極線１６を深く挿入している。また、このように溝１６を深くしたことにともない、溝１６部分ではリング状の突起１８が切り欠かれた状態となっている。
【００７２】
また、ここでは電極を、半導体基板の表面、裏面から取り出すものを記載したが、半導体基板にその表面から裏面に通じる貫通孔をあけ、この貫通孔に導電物質を埋め込むことにより、半導体基板を貫通するスルーホール電極を形成し、このスルーホール電極を介して、半導体基板の一方の面から他方の面に電極を引き出すようにしてもよい。
【００７３】
次に、この面発光半導体レーザ搭載金属フェルールを絶縁性スリーブに入れてファイバ付きのモジュール化した構造を図１４に示す。図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は断面図である。図１４において、３１は非金属製（絶縁性）のスリーブ、３２はフェルール、３３は光ファイバであり、その他の符号は前述のとおりである。
【００７４】
図１４では、前述のようにして作成した面発光半導体レーザ搭載の金属フェルール１３（図８から図１１参照）に光ファイバ２４を挿入して、ファイバ付き面発光半導体レーザモジュールとする。この場合、光ファイバ２４は、面発光半導体レーザ１０の裏面から出射するモニタ光を取り出すためのモニタ用光ファイバとなる。但し、裏面取り出しの面発光半導体レーザの場合には、裏面側に取り出した光が主信号光（主出力光）となり、反対側（表面側）に取り出した光がモニタ光となるため、光ファイバ２４は主出力光の取り出し用となる。
【００７５】
そして、このファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックを矢印Ａのようにスリーブ３１の右側から、スリーブ３１に挿入する。次に、フェルール３２に光ファイバ３３を挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックを矢印Ｂのようにスリーブ３１の左側から、スリーブ３１に第１のブロックの直近まで挿入する。スリーブ挿入後、第１のブロック及び第２のブロックは接着剤などでスリーブ３１に固定する。
【００７６】
このように第１のブロックと第２のブロックとをスリーブ３１に挿入することにより、第１のブロックに含まれる面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心が、第１のブロックに含まれる光ファイバ３３の中心と一致し、この光ファイバ３３によって面発光半導体レーザ１０から出射される主出力光またはモニタ光が取り出される。このとき、面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心と、光ファイバ３３の中心は誤差±２μｍの精度で合っているので、パッシブアライメントで最悪でも３ｄＢのカップリングロスを実現できる。しかも、スリーブ３１を用いたパッシブアライメントであるため、安価なモジュールを実現できる。
【００７７】
また、ここでは光ファイバ３３と面発光半導体レーザ１０はバットジョイントとしたが、光ファイバ３３と面発光半導体レーザ１０との間にセルフォックレンズを挿入し、このセルフォックレンズで面発光半導体レーザ１０からの光を集光して光ファイバ３３に入れるようにしてもよい。セルフォックレンズはスリーブ３１の内径（フェルール１３，３２の外径）に相当する直径を持つものが市販されている。
【００７８】
なお、２つの光ファイバ２４，３３は上記のように面発光半導体レーザ１０からの主出力光やモニタ光の取り出し用として用いることが可能である他、面発光半導体レーザ１０が光励起型の面発光半導体レーザである場合には光ファイバ２４，３３の何れか一方（例えば光ファイバ２４）を励起光入力及びモニタ光取り出し用とし、光ファイバ２４，３３の何れか他方（例えば光ファイバ３３）を主出力光の取り出し用として用いることもできる。
【００７９】
更に、対向する第２のブロックとして、第１のブロックにおける金属フェルール１３に光ファイバ２４を挿入するのではなく、面型光半導体デバイスとしてフォトダイオードなどのディテクタを直接搭載したものを作製し、この第２のブロックを第１のブロックに対向してスリーブ３１に挿入すれば、前記ディテクタのモニタ電気出力を金属フェルール１３と電極線２２とを介して外部に取り出すことができ、前記ディテクタによって面発光半導体レーザ１０の光を直接モニタすることができる。
【００８０】
（第２の実施例）
図１５は本発明の第２の実施例として高速マウント（高周波マウント）へ面発光半導体レーザを搭載した構造を示すものであり、図１５（ａ）は全体の斜視図、図１５（ｂ）は面発光半導体レーザ搭載部の拡大断面図である。
【００８１】
図１５では第１の実施例で説明したファイバ付き面発光半導体レーザモジュール、即ち、金属フェルール１３の片端面に形成した突起または溝と、面発光半導体レーザ１０のエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成した突起または溝とを互いに嵌め込んで、面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心と金属フェルール１３に挿入した光ファイバ２４の中心とをパッシブに位置合せすることにより、面発光半導体レーザ１０の発光部１１と光ファイバ２４との光学的なカップリングを可能としたファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを、高速マウントに適用している。
【００８２】
図１５において、４１は半導体レーザ用の通常の高速マウント（高周波駆動用に作製された汎用の半導体レーザマウントである高周波マウント）であり、グランドと信号線はストリップラインとなっており、１０Ｇｂｐｓの信号を通過させることができる。また、図１５において、４２は面発光半導体レーザ搭載部分（図１５（ｂ）はこの部分の拡大断面図）、４３はボンディングワイヤ、４４は高速マウント４１のＡｕ電極、４５は金属フェルール１３を挿入する穴であり、その他の符号は前述のとおりである。
【００８３】
図５に示すように、高速マウント４１の面発光半導体レーザ（半導体レーザチップ）を搭載する部分４２にはファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの金属フェルール１３が挿入できる円形状の穴４５をあけており、この穴４５に金属フェルール１３を高速マウント４１の裏側から挿入している。そして、面発光半導体レーザ１０を、高速マウント４１の表面側から、金属フェルール１３に嵌め込んでいる（面発光半導体レーザ１０の突起１８と金属フェルール１３の突起１４とを互いに嵌め込んでいる）。
【００８４】
このため、面発光半導体レーザ１０の光は、ファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの光ファイバ２４を介して、高速マウント４１の裏側に取り出される。即ち、本実施例のモジュールは、基板裏側から光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、その面発光半導体レーザを高速に動作させるモジュールである。そして、高速マウント４１は１０Ｇｂｐｓの信号が通過するので、高速であるし、面発光半導体レーザ１０と光ファイバ２４（金属フェルール１３）はパッシブアライメントで容易に（即ち安価に）位置合せをすることができるため、高速且つ安価なモジュールを実現することができる。なお、高速マウント４１の裏側から、前記光ファイバ２４を介して光を入れるようにすることもできる。
【００８５】
ところで、上記実施例では専用の半導体レーザマウントに本発明のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを挿入したが、高周波コネクタのキャップに本発明のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを直接挿入してもよい。即ち、高周波コネクタのキャップにフェルールを挿入できる穴をあけて、前記フェルールを前記キャップの表側から挿入し、面型光半導体デバイス（面発光半導体レーザ）に形成された電極からボンディングワイヤにより半導体レーザマウントの電極に接続し、光ファイバを前記キャップの表側から前記フェルールに挿入して、前記高周波コネクタのキャップ側から光を取り出す、あるいは光を入れるように構成してもよい。
【００８６】
（第３の実施例）
図１６は本発明の第３の実施例である波長可変のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示したものである。
【００８７】
面発光半導体レーザ、特に長波長帯の面発光半導体レーザは、反射率の高い半導体ミラーを形成することが難しく、電流注入タイプの面発光半導体レーザの実現は困難であると言われている。ここでは面発光半導体レーザには活性層と下側のミラー層（下部半導体ミラー）及び電流注入電極のみを形成し、対向したファイバ付きフェルール端面上の誘電体多層膜ミラーと、前記下部半導体ミラーとの間で発振させて、面発光半導体レーザとするものである。そして、更に前記誘電体多層膜ミラーの位置をピエゾ素子によって機械的に移動させるようにすることにより、可変波長の面発光半導体レーザを実現するものである。
【００８８】
図１６において、５１は誘電体多層膜ミラー、５２は電圧を印加することによって伸び縮みするピエゾ素子（ここでは円筒型のものを採用している）、１０は上部ブラッグ反射ミラーが形成されておらず、活性層１０ｂと下部半導体ミラー１０ｃを持つ面発光半導体レーザであり、その他の符号は前述のとおりである。
【００８９】
第３の実施例の面発光半導体レーザ１０も、第１の実施例の面発光半導体レーザ１０と同様に金属フェルール１３の先端（片端面）に搭載されている。即ち、面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２側裏面に形成したリング状あるいはピン状の突起１８と、金属フェルール１３の片端面に形成した円柱状の突起１４とを互いに嵌め込むことにより、面発光半導体レーザ１０の発光部（活性層１０ｂ，下部半導体ミラー１０ｃ）の中心と、金属フェルール１３に挿入した光ファイバ２４の中心とをパッシブに位置合せして、面発光半導体レーザ１０の発光部と前記光ファイバ２４との光学的なカップリングが可能となるように構成されたファイバ付き面発光半導体レーザモジュールとなっている。
【００９０】
そして、このファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックを矢印Ａのようにスリーブ３１の右側から、スリーブ３１に挿入してスリーブ３１に固定している。面発光半導体レーザ１０への通電は、外部から、電極線２２、ボンディングワイヤ２１及び面発光半導体レーザ１０のパッド電極２０を介し、また、金属フェルール１３及び面発光半導体レーザ１０の電極１９を介して行われる。
【００９１】
一方、フェルール３２に光ファイバ３３を挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックは矢印Ｂのようにスリーブ３１の左側から、スリーブ３１に第１のブロックの直近まで挿入している。第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）はスリーブ３１に固定されておらず、スリーブ３１の軸方向に移動可能となっており、フェルール３２の外周面には円筒型のピエゾ素子５２が接着されている。また、ピエゾ素子５２はスリーブ３１にも接着されている。従って、電圧の印加によりピエゾ素子５２が、矢印Ｃのようにスリーブ３１の軸方向に伸縮すると、このピエゾ素子３１の伸縮に伴って第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）が、矢印Ｃのように前記軸方向に移動する。
【００９２】
そして、第２のブロックの光ファイバ３３の端面には誘電体多層膜ミラー５１が形成されている。なお、図１６では誘電体多層膜ミラー５１が、第２のブロックの端面全体（光ファイバ３３の端面及びフェルール３１の端面）に形成している。
【００９３】
このことにより、対向した第２のブロックの光ファイバ３３の端面上の誘電体多層膜ミラー５１と、面発光半導体レーザ１０の下部半導体ミラー１０ｃとの間で発振する。即ち、外部共振器タイプの面発光半導体レーザモジュールとなっている。発振した光は光ファイバ２４，３３にカップリングされて出力される。しかも、ピエゾ素子５２によって第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）を機械的に移動させて、第２のブロック側の誘電体多層膜ミラー５１と、第１のブロック側の下部半導体ミラー１０ｃとの間隔を変えることにより、面発光半導体レーザ１０の発振波長を変えることができる。ピエゾ素子は２０ｍｍ程度の長さのものに１０Ｖ程度の電圧を印加すると、約１μｍ伸びる。従って、ミラー５１，１０ｃ間の間隔を５から１０μｍ程度とすることにより、長波長帯、例えば１．５５μｍ帯で１本の発振波長が得られ、ピエゾ素子の伸縮で前記間隔（ギャップ）を１μｍ程度調整することにより、１００ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００９４】
以上のように、この第３の実施例によれば、パッシブアライメントで容易に（安価に）位置合せをすることができ、更に外部に誘電体多層膜ミラー５１を形成し、ピエゾ素子５２でミラー５１，１０ｃ間を間隔を変えることができるようにしているため、長波長帯（例えば１．５５μｍ帯）で安価な可変波長のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００９５】
なお、上記では第２のブロック（金属フェルール３２及び光ファイバ３３）をピエゾ素子３２によって移動させるようにしているが、これに限定するものではく、第１のブロック（金属フェルール１３）にピエゾ素子を接着し、このピエゾ素子で第１のブロックをスリーブ３１の軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００９６】
（第４の実施例）
また、上記ではフェルール側の突起または溝と面型光半導体デバイス側の突起または溝とを嵌め込む実施例を示したが、フェルール側に形成された溝または突起に面型光半導体デバイス全体を嵌め込んでもよい。
【００９７】
即ち、図１７に示すように、面発光半導体レーザ１０等の面型光半導体デバイスは、ダイシング、へき開等の加工手段により、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心として外形が四角形状となるように整形加工し、フェルール１３の片端面には、四角状に整形加工した面型光半導体デバイス全体が嵌まるようにフェルールの中心軸を中心とした円形状の溝１５を直接加工する。そして、図１８中に矢印で示すように面発光半導体レーザ１０等の面型光半導体デバイス全体を前記フェルール１３の溝１５に嵌め込むことにより、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部がフェルールの中心軸上に位置するように配置し、更に前記フェルールに光ファイバを挿入して、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、光ファイバとの光学的なカップリングを可能とする。
【００９８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、フェルールの片端面および面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面に突起または溝を形成して、両者を嵌め込むように搭載することにより、互いの中心が一致するようにパッシブアライメントできる。また、金属フェルールを用いることにより、この金属フェルールを介して面型光半導体デバイスの電極を外部に引き出すことができる。また、このような面型光半導体デバイスが搭載されたファイバ付きフェルール（第１のブロック）と他のファイバ付きフェルール（第２のブロック）とをスリーブに両側から挿入すれば、スリーブ両端の光ファイバに光を出力できるファイバ付き面型光半導体モジュールを簡単に実現できる。また、従来の高速マウントに穴を開けてフェルールを挿入し、このフェルールに面発光半導体レーザを搭載すれば、高速駆動の面発光半導体レーザモジュールを実現できるし、更に外部ミラー（誘電体多層膜ミラー）を、第１のブロックと対向する第２のブロックの光ファイバの端面上に形成すれば、外部共振器タイプの可変波長面発光半導体レーザモジュールを実現できる。そして、何れもパッシブアライメントであるので、非常に安価にモジュールを作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例において、金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールの片端面とを対向させて接続した場合の接続部の拡大図である。
【図１３】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザのエピタキシャル層側表面と金属フェルールの片端面とを対向させて接続した場合の一例を示す接続部の拡大図である。
【図１４】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザ搭載金属フェルールを絶縁性スリーブに入れてファイバ付きのモジュール化した構造を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例として高速マウントへ面発光半導体レーザを搭載した構造を示す図であである。
【図１６】本発明の第３の実施例である波長可変のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施例であるファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示す図である。
【図１８】従来のファイバ付き半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 面発光半導体レーザ
１１ 発光部
１１ａ 上部ブラッグ反射ミラー
１１ｂ 活性層
１１ｃ 下部半導体ミラー
１２ 半導体基板
１３ 金属フェルール
１４ 突起
１５ 溝
１６ 溝
１７ ハンダ
１８ 突起
１９ 電極面
２０ パッド電極
２１ ボンディングワイヤ
２２ 電極線
２３ 金属フェルールの小片
２４ 光ファイバ
２４ａ コア
２５ ポリイミドなどの膜
２６ 予め突起が形成された半導体基板
２８ 基板電極
２９ 光通過部分
３０Ａ 裏面出射のレーザ光
３０Ｂ 表面出射のレーザ光
３１ スリーブ
３２ フェルール
３３ 光ファイバ
４１ 高速マウント
４２ 面発光半導体レーザ搭載部分
４３ ボンディングワイヤ
４４ Ａｕ電極
４５ フェルール挿入穴
５１ 誘電体多層膜ミラー
５２ ピエゾ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、面型光半導体デバイス、特に面発光半導体レーザなどの安価なファイバ付きモジュールの構造に関するものであり、更に安価で波長可変なファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザチップに電極を付け、光ファイバに光をカップリングさせる半導体レーザモジュールは通信用を中心にこれまで各種の技術が確立され、量産技術化が図られている。
【０００３】
半導体レーザをファイバ付きモジュールとする場合には種々の方法があるが、代表的な構造を図１８に示す。図１８において、１はストライプレーザチップ（導波型半導体レーザチップ）、２はボールレンズ、３は半導体レーザマウント、４は半導体レーザマウント３に形成された電極、５はアイソレータ、６は光ファイバである。
導波型半導体レーザチップ１を半導体レーザマウント３の上にハンダ接着で搭載し、ボールレンズ２を導波型半導体レーザチップ１の両側に接着剤で固定し、更に必要であればアイソレータ５を搭載する。そして、導波型半導体レーザチップ１から光を出しながら、光ファイバ６の位置合せをして、接着剤やＹＡＧレーザ溶接で固定する。（例えば、非特許文献１参照）
【０００４】
【非特許文献１】
ＪＵＡＮ ＳＥＰＵＬＶＥＤＡ ＡＮＤ ＬＩＳＡ ＶＡＬＥＮＺＵＥＬＡ 著，「ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｉｍｐｒｏｖｅ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＵＳＡ ，Ｍａｙ２００２ ，ｐ．２７−２９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、いわゆるアクティブアライメントを行うことから、このアライメントのための時間と労力とを要するため、半導体レーザレーザチップ１は低価格でも、ファイバ付きモジュールの価格は高価にならざるを得なかった。
【０００６】
導波型半導体レーザチップ１は数１００μｍ角と非常に小さいため取り扱いが難しく、マウントする際にその位置、方向を精度よく揃えてハンダ接着するのは非常に困難であり、人間の目と手でアライメントする必要があるため労力を要する。また、導波型半導体レーザチップ１では出射ビームは大きく広がるため、ボールレンズ２が必要であるし、そのビームは扁平であるため、カップリングロスが非常に大きい。更に光ファイバ６のコアの直径は１０μｍと小さいため、アライメントには３軸方向とあおり２軸、合計５軸の調整が必要であった。ロボット化によって、できる限り人の手を省き、低コスト化を図ろうとしているが、半導体レーザモジュール化装置の価格が高価になり、相当量の量産にならないと半導体レーザモジュールのコストを低減できないというのが現状である。
【０００７】
これに対し、半導体レーザモジュールを作製する際、半導体レーザを発光させずに半導体レーザと光ファイバとのパッシブアライメントができれば、大幅にモジュールのコストを低減できる。即ち、ブロックを嵌め込むようにして半導体レーザモジュールを形成することができれば、半導体レーザモジュールは大幅に低コストとなる。また、面型ディテクタも受光面の狭いものはやはり光ファイバとの位置合せが必要であり、レーザモジュールよりは安価であるが、やはりモジュール組み立てで労力を要し、コストが高くなるという欠点があった。
【０００８】
一方、現在、導波型半導体レーザチップに代わって面発光半導体レーザを用いることが検討されている。面発光半導体レーザは出射光が円形であり、ビームの広がり角度が小さいため、面発光半導体レーザと光ファイバとを近接させて、レンズを介することなく、バットジョイントによって面発光半導体レーザの光を光ファイバに結合でき、安価なファイバ付きモジュールを実現できると言われている。しかし、現時点では光ファイバと面発光半導体レーザの位置合せをアクティブアライメントによって行っているので、実際には低価格化には至っていない。
【０００９】
従って本発明は上記の事情に鑑み、光ファイバのパッシブアライメントが可能で、安価なファイバ付き面型光半導体モジュールを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
＜フェルールに直接、突起または溝を形成＞
上記課題を解決する第１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が形成され、
かつ、フェルールを備え、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイスの突起または溝が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が、前記片端面を直接加工して形成されており、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記フェルールの突起または溝が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と、前記フェルールの突起または溝とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１１】
＜直径の異なるフェルールの組み合わせにより突起を形成＞
また、第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝を形成し、
かつ、第１のフェルールと、この第１のフェルールよりも直径が小さい第２のフェルールの小片とを用い、前記第１のフェルールの片端面には、前記第２のフェルールの小片を前記第１のフェルールの中心軸と前記第２のフェルールの小片の中心軸とを位置を合わせた状態で接着することにより、前記第１のフェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する突起を形成し、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記第１のフェルールの突起が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と前記フェルールの突起とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記第１のフェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１２】
＜面型光半導体デバイスを直接加工＞
また、第３発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面にエッチング等の手法により直接加工されて形成されていることを特徴とする。
【００１３】
＜面型光半導体デバイスに別材料の層をコートし、それに加工＞
また、第４発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面に設けたポリイミド等の絶縁層を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
＜面型光半導体デバイスに他の基板を接着後、それを加工＞
また、第５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に直接または接着層を介して貼り合わせた他の半導体もしくはガラス等の基板を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
＜面型光半導体デバイスに他の加工基板を接着＞
また、第６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明または第２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に、予め位置合せ用の突起または溝がエッチング等の手法により形成されている他の半導体もしくはガラス等の基板を、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記他の半導体もしくはガラス等の基板に予め形成されている突起または溝の中心にくるよう、これらの発光部、受光部または光入出力部と突起または溝とを整合させて、接着することにより形成されていることを特徴とする。
【００１６】
＜面型光半導体デバイスの外形で位置合せ＞
また、第７発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは、ダイシング、へき開等の加工手段により、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心として外形が四角形状となるように整形加工され、
かつ、フェルールを有し、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイス全体が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円形状の溝が直接加工されており、
前記面型光半導体デバイス全体を前記フェルールの溝に嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心軸上に位置するように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００１７】
＜金属フェルール：表面１電極、反対面１電極型＞
また、第８発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第７発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、このフェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続することにより、前記面型光半導体デバイスの第１の電極を外部へ引き出し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面とは反対側の面に形成された第２の電極とをボンディングワイヤで接続することにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とする。
【００１８】
＜金属フェルール：表面２電極型＞
また、第９発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第７発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、前記フェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面に形成して第２の電極とを接続しており、
前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、エピタキシャル層側表面の場合には、このエピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極とを、各々、前記フェルールと前記電極線とを介して直接外部に引き出し、
あるいは、前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、半導体基板側裏面の場合には、前記エピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極を、各々、半導体基板にあけた貫通孔に導電物質を埋め込むことにより形成したスルーホール型電極を介して半導体基板側裏面に引き出し、且つ、前記フェルールと前記電極線とを介して外部に引き出すことにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
＜スリーブモジュール１：デバイス付きフェルールと光ファイバのみのフェルールを挿入＞
また、第１０発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、他のフェルールに他の光ファイバを挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入して、
前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる光ファイバの中心と一致するように配置することにより、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とする。
【００２０】
＜スリーブモジュール１：レンズ挿入＞
また、第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
＜スリーブモジュール１の限定：面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１２発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明または第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか一方からは、前記面発光半導体レーザからの主出力光を取り出し、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか他方からは、前記面発光半導体レーザからのモニタ光を取り出すように構成したことを特徴とする。
【００２２】
＜スリーブモジュール１の限定：光励起面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１３発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明または第１１発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
面発光半導体レーザ用のポンピング光を、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバを介して導入することにより、前記面発光半導体レーザに照射し、
前記面発光半導体レーザからの主出力光、または主出力光とモニタ光を前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバから取り出すように構成したことを特徴とする。
【００２３】
＜スリーブモジュール１の限定：波長可変面型光半導体レーザモジュール＞
また、第１４発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１０発明から第１３発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
この面発光半導体レーザには、上部ブラッグ反射ミラーの全部または一部が形成されておらず、前記第２のブロックの光ファイバの端面には、誘電体多層膜ミラーが形成されており、
前記面発光半導体レーザに形成された下部半導体ミラーと、外部の前記誘電体多層膜ミラーとの間で、電流注入もしくは光励起により、前記面発光半導体レーザを発振させ、
更に前記第１のブロックまたは第２のブロックのフェルールにピエゾ素子を接着し、このピエゾ素子で前記第１のブロックまたは第２のブロックを前記スリーブの軸方向に機械的に移動させることによって前記下部半導体ミラーと前記誘電体多層膜ミラーの間隔を変化させることにより、前記面発光半導体レーザの発振波長を可変とした構成であることを特徴とする。
【００２４】
＜スリーブモジュール２：２組のデバイス付きフェルールを挿入＞
また、第１５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを、第１のブロック及び第２のブロックとしてそれぞれ備え、
前記第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、前記第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入することにより、
前記第１のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と一致するように配置して、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能にした構成であることを特徴とする。
【００２５】
＜スリーブモジュール２：レンズ挿入＞
また、第１６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１５発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により、前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とする。
【００２６】
＜スリーブモジュール２の限定：フォトダイオード付き面発光半導体レーザモジュール＞
また、第１７発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１５発明または第１６発明のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックの面型光半導体デバイスが面発光半導体レーザ、前記第２のブロックの面型光半導体デバイスがフォトダイオード等のディテクタであり、
前記第１のブロックの光ファイバから、前記面発光半導体レーザの主出力光を取り出し、前記第２のブロックから、前記ディテクタのモニタ電気出力を取り出すように構成としたことを特徴とする。
【００２７】
＜高周波マウントモジュール＞
また、第１８発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波駆動用に作製された汎用の半導体レーザマウントの半導体レーザチップを搭載する部分に、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを前記半導体レーザマウントの裏側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記半導体レーザマウントの表面側から、前記フェルールに嵌め込み、
前記半導体レーザマウントの裏側に前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記半導体レーザマウントの裏側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とする。
【００２８】
＜高周波コネクタモジュール＞
また、第１９発明のファイバ付き面型光半導体モジュールは、第１発明から第９発明の何れかのファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波コネクタのキャップに前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを同キャップの表側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記キャップの裏側から前記フェルールに嵌め込み、
更に前記面発光半導体レーザに形成された電極をボンディングワイヤ等の接続手段により半導体レーザマウントの電極に接続し、
前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを前記キャップの表側から前記フェルールに挿入して、
前記高周波コネクタのキャップ側から、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記キャップ側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明では、光ファイバ通信関係の光部品の中で最も精度がよく、最も低価格な光コネクタの部品であるフェルールとスリーブを、面発光半導体レーザ等の面型光半導体デバイスのモジュール部品として採用し、汎用技術でこれらの部品を加工することにより、非常に安価なファイバ付き面発光半導体レーザモジュール等のファイバ付き面型光半導体モジュールを提供する。
【００３０】
特にフェルールは放熱性に優れ加工精度が高い金属フェルールを用いることがポイントである。近年、寸法精度が高い金属フェルールが市販されるようになっている。金属フェルールの作製方法は各社様々であるが、電鋳技術（エレクトロホーミング）を用いたものは非常に精度がよい。更にフェルールをスリーブ内で機械的に移動することによって波長を可変にできるファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを提供する。
【００３１】
市販の金属フェルールは、ニッケル（Ｎｉ）製のものが多く、中心に高精度の内径１２５μｍ＋１μｍ（誤差）の穴の開いた、外径０．５ｍｍφ、１ｍｍφ、２．５ｍｍφ±１μｍ（誤差）のものが安価に入手できる。更にフェルールを挿入するスリーブも、高精度のセラミクス、ガラス、プラスチック製のものが安価に入手可能となってきた。
【００３２】
本発明では金属製のフェルールの先端部を旋盤加工で、直径数１００μｍ±２μｍ（誤差）の凸形状に加工してフェルールの片端面に円柱状の突起を加工したり、あるいはフェルールの片端面にリング状の溝を形成したりした（請求項１）。前記突起の高さ、あるいは前記溝の深さは数１０μｍから１００μｍ程度がよかった。突起などの加工は旋盤加工以外にエッチングでもよい。あるいはフェルールの先端部（片端面）に突起を形成するために、直径の異なるフェルールを２種類作製し、これらのフェルールに直径１２５μｍの光ファイバを挿入することにより、２つのフェルールの中心軸を合わせて２つのフェルールを貼り合わせてもよい（請求項２）。このようにして突起または溝を形成したフェルールの片端面上にハンダを蒸着する。
【００３３】
次に面発光半導体レーザなどの面型光半導体デバイスの発光部を中心として、半導体基板の裏面に、このフェルール片端面の突起または溝を嵌め込むためにこの突起または溝の直径（数１００μｍ）に相当する直径の円周上にリング状またはピン状の突起を直接エッチングによって形成する（請求項３）。但し、半導体のエッチング速度は遅いため、基板の裏面にポリイミド等の有機の厚膜を塗布し、この膜をエッチングして突起を形成してもよい（請求項４）。あるいは、面型光半導体デバイスの半導体基板に他の半導体基板を貼り合わせた後、この貼り合わせた他の半導体基板をエッチング等の手法により加工して突起を形成してもよいし（請求項５）、予め突起を形成した他の半導体基板を面型光半導体デバイスの半導体基板面に貼り合わせてもよい（請求項６）。
【００３４】
なお、以上は、フェルール側に形成された突起または溝に面型光半導体デバイス側のリング状またはピン状の突起を嵌め込む例であるが、フェルール側に形成されたリング状またはピン状の突起を面型光半導体デバイス側に形成された突起または溝に嵌め込んでもよいし、フェルール側に形成された溝に面型光半導体デバイス全体を嵌め込んでもよい（請求項７）。また、フェルールに嵌め込む面型光半導体デバイスの面（位置合せ面）は、半導体基板の裏面でもよいし、デバイスが加工されている半導体基板の表面、即ち、エピタキシャル層側表面でもよい。
【００３５】
以上のような手法で金属フェルールの先端（片端面側）に面発光半導体レーザを搭載する。これにより、フェルールの中心に面発光半導体レーザの発光部を、誤差が±２μｍの精度で搭載できる。更に、搭載された面発光半導体レーザへの通電は、金属フェルールそのものと、当該金属フェルールの側面に設けた溝に挿入された被覆付き導電体（電極線）を介して行える。即ち、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールを対向させて搭載した場合には、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面に形成した電極と金属フェルールが直接電気的に接続されるとともに、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の電極と前記被覆付き導電体（電極線）はボンディングワイヤにより電気的に接続される（請求項８）。
【００３６】
また、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面と金属フェルールを対向させて搭載した場合には、面発光半導体レーザのエピタキシャル層表面の第１の電極と金属フェルールが直接電気的に接続されるとともに、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の第２の電極も前記被覆付き導電体と直接電気的に接続される（請求項９）。あるいは、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールを対向させて搭載した場合にあっても、面発光半導体レーザのエピタキシャル面側表面の第１及び第２の電極をスルーホール型電極、即ち、半導体基板に貫通孔をあけ、当該貫通孔の側面を絶縁し、更に当該貫通孔に導電性物質を埋め込む等の技術により、第１及び第１の電極を半導体基板裏側に引き出せば、ボンディングワイヤを使わず、直接、電極線（被覆付き導電体）と金属フェルールに電気的に接続することができる（請求項９）。
【００３７】
また、以上述べたような面発光半導体レーザとファイバ付きフェルールが一体となったファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして、この第１のブロックをスリーブの片側から挿入し、対向する側（スリーブの反対側）から第２のファイバ付フェルール（他のフェルールに他の光ファイバを挿入してなる第２のブロック）を挿入すると、光ファイバのコアと面発光半導体レーザの発光部の中心は完全に平行で位置が±２μｍ（誤差）の精度で一致することになる（請求項１０，１２）。この場合、面発光半導体レーザの直近まで光ファイバを近づけて光をカップリングしてもよいし、フェルールの直径に相当する直径のセルフォックレンズを、第１のブロックと第２のブロックの間に位置するようにスリーブに挿入してレンズカップリングさせてもよい（請求項１１）。
【００３８】
また、第１のブロックまたは第２のブロックの何れか一方の光ファイバを面発光半導体レーザからの主出力光の取り出し用、もう一方の光ファイバを面発光半導体レーザからのモニタ光の取り出し用にしてもよい。また、面発光半導体レーザが光励起型の面発光半導体レーザの場合にあっては、第１のブロックまたは第２のブロックの何れか一方の光ファイバを励起光（ポンピング光）の入力及びモニタ光の取り出し用、もう一方の光ファイバを主出力光の取り出し用にしてもよい（請求項１３）。更に、面発光半導体レーザには上部ブラッグ反射ミラーの全部または一部を形成せず、活性層と下部半導体ミラーを形成するとともに、第２のブロックのフェルールに挿入された光ファイバの端面には多層膜誘電体をコートして誘電体多層膜ミラーを形成し、且つ、第１のブロックまたは第２のブロックのフェルールをピエゾ素子に接着し、このピエゾ素子によって第１のブロック（フェルール等）または第１のブロック（フェルール等）をスリーブ内で機械的に移動させることにより、面発光半導体レーザ（下部半導体ミラー）と、誘電体多層膜ミラーを形成した光ファイバの端面との間隔を変えられるようにすれば、面発光半導体レーザの発振波長を変えることができる（請求項１４）。
【００３９】
以上は、スリーブに挿入された第１のブロックのみに面発光半導体レーザのような面型光半導体デバイスが搭載された例であるが、第２のブロックのフェルールにも例えばフォトダイオード等のディテクタが搭載されていれば、直接、面発光半導体レーザの光出力をモニタできる（請求項１５，１７）。この場合にあっても、面発光半導体レーザとフォトダイオードとの間等、一対の面型光半導体デバイス間を直接光学的にカップリングしてもよいし、フェルールの直径に相当する直径のセルフォックレンズを、第１のブロックと第２のブロックの間に位置するようにスリーブに挿入してレンズカップリングさせてもよい（請求項１６）。
【００４０】
また、上記のような面発光半導体レーザとファイバ付きフェルールが一体となったファイバ付き面発光半導体レーザモジュール（ブロック）を、高周波マウント（請求項１８）や高周波コネクタのキャップ（請求項１９）に予め形成された穴に挿入し、且つ、ボンディングワイヤ等の接続手段により高周波マウントや高周波コネクタと電気的に接続すれば、簡単にファイバ付き面発光半導体レーザモジュール（高周波マウントモジュールや高周波コネクタモジュール）を作製することができる。
【００４１】
以上のように、本発明のポイントは金属フェルールの中心と面発光半導体レーザの発光部の中心がパッシブアライメントで一致するように、フェルールの先端（片端面）と面発光半導体レーザの半導体基板側裏面またはエピタキシャル層側表面を正確に加工して突起または溝を形成することにより、両者を嵌め込むものであり、その形状は上記以外にも種々あるが、それら全てを包含するものである。
【００４２】
（第１の実施例）
図１から図１３は本発明のファイバ付き面型光半導体モジュールの第１の実施例を示したものである。図１から図３は金属フェルールの先端（片端面）を加工する工程を示したもの、図４から図７は面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示したもの、図８から図１１は金属フェルールの先端（片端面）に面発光半導体レーザを搭載する工程を示したものである。図１２及び図１３は面発光半導体レーザと金属フェルール及び光ファイバとの接続部分の拡大図を、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールとを対向させて接続した場合（図１２）と、面発光半導体レーザのエピタキシャル層側表面と金属フェルールとを対向させて接続した場合（図１３）とについて示したものである。
【００４３】
これらの図において、１０は面発光半導体レーザ、１１は面発光半導体レーザ１０の発光部である。発光部１１はメサ部分の上部ブラッグ反射ミラー（ＤＢＲ）１１ａと、活性層（面発光の発光部分）１１ｂと、下部半導体ミラー１１ｃとから構成されている。
【００４４】
また、同図において、１２は面発光半導体レーザ１０の半導体基板、１３は金属フェルール、１４は金属フェルール１３の片端面を研削して円柱状に形成した位置合せ用の突起、１５は金属フェルール１３の片端面（図２の場合）、または面発光半導体レーザ１０の半導体基板表面（図１３の場合）を研削してリング状に形成した位置合せ用の溝、１６は金属フェルール１３の側面に形成した電極取り出し用の溝、１７は金属フェルール１３の片端面に形成したハンダ、１８は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面側に発光部１１を中心とする円周上にリング状またはピン状に形成したの位置合せ用の突起（図４から図７の場合）、または金属フェルール１３の片端面にリング状に形成した位置合せ用の突起（図１３の場合）、１９は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面に形成した電極面（光が通過する部分には電極は形成されていない）、２０は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の表面に形成されたパッド電極である。
【００４５】
また、同図において、２１はパッド電極２０から出たボンディングワイヤ、２２は金属フェルール１３の側面の溝１６に挿入され且つ金属フェルール１３から電気的に絶縁された電極線（被覆付き導電体）、２３は直径が正確に調整された金属フェルールを短い長さに切断したもの（金属フェルールの小片）、２４は光ファイバ、２４ａは光ファイバ２４のコア、２５は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の裏面に形成したポリイミドなどの膜（絶縁層）、２６は予め突起１８が形成された半導体基板、２８は面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２の表面に形成された基板電極、２９は光通過部分、３０Ａは面発光半導体レーザ１０の裏面出射のレーザ光（レーザビーム）、３０Ｂは面発光半導体レーザ１０の表面出射のレーザ光（レーザビーム）である。
【００４６】
面発光半導体レーザには、ＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓ基板上に形成される６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１３００ｎｍ帯、及び１５５０ｎｍ帯の面発光半導体レーザ、あるいはＩｎＰ基板上に形成される１３００ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯の面発光半導体レーザなどがあるが、どのタイプの面発光半導体レーザでも、本発明は適用可能である。ここでは面発光半導体レーザ１０として、ＧａＡｓ基板上に形成された面発光半導体レーザを例にとって説明する。なお、本発明を適用する面型光半導体デバイスとしては、面発光半導体レーザに限らず、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等がある。また、ここではメサ型の面発光半導体レーザを示しているが、本発明はこれに限定するものでもない。
【００４７】
先ず、図１から図３に基づき、金属フェルール１３の加工について説明する。
【００４８】
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すようなＮｉ製で外径１．２５ｍｍφの金属フェルール１３について、その片端面を旋盤で金属フェルール１３の中心軸を中心とした外径３００μｍφ±２μｍ（誤差）の凸状に切削することにより、図１（ｂ）に示すような金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置する円柱状の突起１４を同片端面に形成するか、または凹状に切削することにより、図２（ｂ）に示すような金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置するリング状の溝１５を同片端面に形成する。
【００４９】
あるいは、図３（ａ）に示すように外径１．２５ｍｍφの金属フェルール１３と、外径３００μｍφ±２μｍ（誤差）の金属フェルール２３を０．５ｍｍ程度の長さに切断したもの（金属フェルールの小片）とを用意し、図３（ｂ）に示すようにこれらの金属フェルール１３の穴と金属フェルール（小片）２３の穴とに直径１２５μｍφの光ファイバ２４を挿入、または、この光ファイバ２４と同じ１２５μｍφの直径を持つ線材を挿入することにより、両金属フェルール１３，２３の中心軸を一致させ、この状態で両金属フェルール１３，２３を接着剤により貼り合わせる。かくして、金属フェルール１３の片端面に、金属フェルール２３の小片からなる突起１４が形成される。なお、金属フェルール１３，２３としてはニッケル（Ｎｉ）製の他、コバール製、銅製、ステンレス製などでもよい。
【００５０】
突起または溝を形成後、図１（ｃ），図２（ｃ），図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、金属フェルール１３の側面に約２００μｍの幅で２００μｍの深さの溝１６を、金属フェルール１３の軸方向に沿って形成する。続いて、図１（ｄ），図２（ｄ），図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、電極線２２を溝１６に挿入し、接着剤で金属フェルール１３に固定する。電極線２２は絶縁材で被覆され、金属フェルール１３と電気的に絶縁されている。また、金属フェルール１３の片端面（図１（ｄ），図３（ｅ）及び図３（ｆ）では突起１４の先端面、図２（ｄ）では溝１５の内側部分）に蒸着により、ハンダ１７を形成する。
【００５１】
なお、図３（ｃ）及び図３（ｅ）は、金属フェルール１３，２３の位置合せのために挿入した線材を引き抜いた場合であり、この場合には後から、光ファイバ２４を金属フェルール１３，２３に挿入する。図３（ｄ）及び図３（ｆ）は、金属フェルール１３，２３の位置合せのために挿入した光ファイバ２４を、そのまま金属フェルール１３，２３に挿入しておいてモジュールに利用する場合である。
【００５２】
次に、図４から図７に基づき、面発光半導体レーザ１０の加工について説明する。
【００５３】
図４（ａ）に示す面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面（図中下面）に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように面発光半導体レーザ１０の発光部１１を中心とした直径３００μｍφ＋２μｍ（誤差）の円周上に位置するリング状（円筒状）の突起１８を、エッチングによって形成する。あるいは、図５（ａ）に示す面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面に、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように面発光半導体レーザ１０の発光部１１を中心とした直径３００μｍφ＋２μｍ（誤差）の円周（図５（ｃ）に一点鎖線で仮想的に示す円周）上に位置する複数のピン状の突起１８を、エッチングによって形成する。
【００５４】
詳述すると、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２は１００から２００μｍ程度の厚さに研磨し、このＧａＡｓ基板１２を図には示していない支持用（補強用）のガラス基板にワックスで貼り合わせた後、ホト加工、エッチングなどにより、突起１８を形成し、電極付けなどを行う。このときＧａＡｓ基板１２の表面と裏面を同時に見て、エッチングマスクの位置合せをする必要があるが、赤外光を透過させるマスクアライナーを用いることによってＧａＡｓ基板１２の裏面と表面の位置合せは１μｍ以下の精度で実現できる。エッチングはドライエッチング、ウエットエッチングのどちらでもよい。なお、支持用のガラス基板は、加工終了後に取り外す。
【００５５】
一方、半導体基板のエッチング速度は遅いので、深くエッチングする場合には、図６（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１２の裏面にポリイミドなどを塗布して膜（絶縁層）２５を厚く形成し、この膜（絶縁層）２５を図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すようにエッチングして、発光部１１を中心とした円周上に位置する複数のピン状の突起１８を形成してもよい。突起１８の高さは数μｍから数１０μｍでよい。なお、この場合にも、突起１８はリング状でもよい。
【００５６】
また、図７（ａ）に示すように予め複数のピン状の突起１８を形成した半導体基板２６を用意し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すようにこの半導体基板２６と面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２とをウエハボンディングの技術で貼り合わせることによって、ＧａＡｓ基板１２の裏面側に突起１８を形成してもよい。半導体基板１２，２６の貼り合わせは、ポリイミド（接着層）を介して貼り合わせてもよい。この場合にも、突起１８はリング状でもよい。
【００５７】
なお、図示は省略するが、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２に他の半導体もしくはガラス等の基板を直接または接着層を介して貼り合わせ、この半導体基板をエッチング等の手法で加工することにより、突起１８を形成するようにしてもよい。
【００５８】
突起形成後、図４（ｄ），図５（ｄ）及び図６（ｄ）に示すように面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の裏面にＡｕ電極１９を形成する、あるいは図７（ｄ）に示すように半導体基板２６の裏面にＡｕ電極１９を形成する。このとき、半導体基板１２，２６の裏面の光が通過する部分２９は、Ａｕ電極１９を形成せずに窓開けする。
【００５９】
図８から図１１には、金属フェルール１３の先端（片端面）に面発光半導体レーザ１０を搭載する工程を示す。
【００６０】
図８は円柱状の突起１４を形成した金属フェルール１３（図１参照）の先端にリング状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図４参照）を搭載する場合であり、この場合には、図８（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図８（ｂ）及び図８（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３の円柱状の突起１４の外周面に面発光半導体レーザ１０のリング状の突起１８の内周面を嵌め込むようして、これらの突起１４，１８を互いに嵌合する。
【００６１】
図９はリング状の溝１５を形成した金属フェルール１３（図２参照）の先端にリング状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図４参照）を搭載する場合であり、この場合には、図９（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の溝１５が形成された面に対向させ、図９（ｂ）及び図９（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３のリング状の溝１５内に面発光半導体レーザ１０のリング状の突起１８を嵌め込むようして、これらの溝１５と突起１８とを互いに嵌合する。
【００６２】
図１０は円柱状の突起１４を形成した金属フェルール１３（図１参照）の先端にピン状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図５，図６，図７参照）を搭載する場合であり、この場合には、図１０（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）（断面図）に示すように面発光半導体レーザ１０の複数のピン状突起１８を金属フェルール１３の円柱状の突起１４の外周面に嵌め込むようして、これらの突起１４，１８を互いに嵌合する。
【００６３】
図１１はリング状の溝１５を形成した金属フェルール１３（図２参照）の先端にピン状の突起１８を形成した面発光半導体レーザ１０（図５，図６，図７参照）を搭載する場合であり、この場合には、図１１（ａ）に示すように面発光半導体レーザ１０の突起１８が形成された面を、金属フェルール１３の突起１４が形成された面に対向させ、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）（断面図）に示すように金属フェルール１３のリング状の溝１５内に面発光半導体レーザ１０の複数のピン状突起１８を嵌め込むようして、これらの溝１５と突起とを互いに嵌合する。
【００６４】
続いて、図８（ｃ），図９（ｃ），図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）に示すように金属フェルール１３の突起１４または溝１５と面発光半導体レーザ１０の突起１８とを嵌合した状態で加熱することにより、金属フェルール１３の片端面に予めコートされたハンダ１７を溶融し、このハンダ１７により面発光半導体レーザ１０（電極１９）と金属フェルール１３とを電気的・機械的に接続する。かくして、金属フェルール１３の片端面に面発光半導体レーザ１０が蓋をするように実装される。このとき金属フェルール１３の中心と面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心とは±２μｍ以下の誤差で一致する。
【００６５】
その後、図８（ｄ），図９（ｄ），図１０（ｄ）及び図１１（ｄ）に示すようにボンディングワイヤ２１によって、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に形成されたパッド電極２０と、金属フェルール１３の側面の溝１６に挿入された電極線２２とを電気的に接続する。このため、面発光半導体レーザ１０の裏面側（半導体基板側裏面）の電極１９は金属フェルール１３を介して外部に引き出され、面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側表面）のパッド電極２０は電極線２２を介して外部に引き出されることになる。
【００６６】
図１２は面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合（図８参照）の接続部の拡大図であり、図１２（ａ）には金属フェルール１３の軸方向からみた正面図、図１２（ｂ）には断面図を示す。この図１２にも示すように面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面の電極１９と、金属フェルール１３の片端面とは、ハンダ１７によって電気的に接続され、面発光半導体レーザ１０の半導体基板表面側（エピタキシャル層側表面）のパッド電極２０と、金属フェルール１３の側面の溝１６に金属フェルール１３と絶縁されて挿入された電極線２２とは、ボンディングワイヤ２１を介して電気的に接続されている。
【００６７】
ところで、上記では面発光半導体レーザ１０に突起１８を形成し、金属フェルール１３に突起１４または溝１５を形成した場合について説明したが、これに限定するものではなく、面発光半導体レーザ１０に突起または溝を適宜形成し、金属フェルール１３にも突起または溝を適宜形成して、両者の突起または溝を互いに嵌め込むようにすればよい。
【００６８】
また、上記では面発光半導体レーザ１０の半導体基板側裏面と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合について説明したが、当然、これに限定するものではなく、面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側表面）と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続してもよい。この場合には、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面側（エピタキシャル層側）に位置合せ用の突起または溝を形成する。通常はＧａＡｓ基板１２などの半導体基板の表面側を加工するので、マスク合せが楽である。半導体基板表面に高い突起を形成する場合には、半導体基板の表面にポリイミドなどの厚膜を塗布して、この厚膜をエッチングすることにより、突起を形成すればよい。また、半導体基板の表面に溝を形成する場合には、直接半導体基板の表面を深くエッチングすればよい。
【００６９】
図１３は面発光半導体レーザ１０の表面側（エピタキシャル層側）と金属フェルール１３の片端面とを対向させて接続した場合の一例を示す接続部の拡大図であり、図１３（ａ）には金属フェルール１３の軸方向からみた正面図、図１３（ｂ）には断面図を示す。
【００７０】
この図１３では面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面（エピタキシャル層側表面）に発光部１１を中心とした円周上に位置するリング状の溝１５を形成し、金属フェルール１３の片端面に金属フェルール１３の中心軸を中心とした円周上に位置するリング状の突起１８を形成している。そして、面発光半導体レーザ１０の溝１５が形成された面を、金属フェルール１３の突起１８が形成された面に対向させ、面発光半導体レーザ１０のリング状の溝１４内に金属フェルール１３のリング状の突起１８を嵌め込むようにして、これらの突起１８と溝１５とを嵌合している。
【００７１】
また、図１３では面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に基板電極２８が形成されており、この基板電極２８と金属フェルール１３は、金属フェルール１３の片端面に形成されたハンダ１７により電気的・機械的に接続されている。また、面発光半導体レーザ１０のＧａＡｓ基板１２の表面に形成されたパッド電極２０も、金属フェルール１３の側面の溝１６に金属フェルール１３とは絶縁して挿入された電極線２２に直接電気的に接続されている。従って、面発光半導体レーザ１０の基板電極２８は金属フェルール１３を介して外部に引き出され、面発光半導体レーザ１０のパッド電極２０は電極線２２を介して外部に引き出されることになる。なお、図１３では電極線２２の位置をパッド電極２０の位置に合わせるため、溝１６の深さを比較的深くして、この溝１６に電極線１６を深く挿入している。また、このように溝１６を深くしたことにともない、溝１６部分ではリング状の突起１８が切り欠かれた状態となっている。
【００７２】
また、ここでは電極を、半導体基板の表面、裏面から取り出すものを記載したが、半導体基板にその表面から裏面に通じる貫通孔をあけ、この貫通孔に導電物質を埋め込むことにより、半導体基板を貫通するスルーホール電極を形成し、このスルーホール電極を介して、半導体基板の一方の面から他方の面に電極を引き出すようにしてもよい。
【００７３】
次に、この面発光半導体レーザ搭載金属フェルールを絶縁性スリーブに入れてファイバ付きのモジュール化した構造を図１４に示す。図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は断面図である。図１４において、３１は非金属製（絶縁性）のスリーブ、３２はフェルール、３３は光ファイバであり、その他の符号は前述のとおりである。
【００７４】
図１４では、前述のようにして作成した面発光半導体レーザ搭載の金属フェルール１３（図８から図１１参照）に光ファイバ２４を挿入して、ファイバ付き面発光半導体レーザモジュールとする。この場合、光ファイバ２４は、面発光半導体レーザ１０の裏面から出射するモニタ光を取り出すためのモニタ用光ファイバとなる。但し、裏面取り出しの面発光半導体レーザの場合には、裏面側に取り出した光が主信号光（主出力光）となり、反対側（表面側）に取り出した光がモニタ光となるため、光ファイバ２４は主出力光の取り出し用となる。
【００７５】
そして、このファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックを矢印Ａのようにスリーブ３１の右側から、スリーブ３１に挿入する。次に、フェルール３２に光ファイバ３３を挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックを矢印Ｂのようにスリーブ３１の左側から、スリーブ３１に第１のブロックの直近まで挿入する。スリーブ挿入後、第１のブロック及び第２のブロックは接着剤などでスリーブ３１に固定する。
【００７６】
このように第１のブロックと第２のブロックとをスリーブ３１に挿入することにより、第１のブロックに含まれる面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心が、第１のブロックに含まれる光ファイバ３３の中心と一致し、この光ファイバ３３によって面発光半導体レーザ１０から出射される主出力光またはモニタ光が取り出される。このとき、面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心と、光ファイバ３３の中心は誤差±２μｍの精度で合っているので、パッシブアライメントで最悪でも３ｄＢのカップリングロスを実現できる。しかも、スリーブ３１を用いたパッシブアライメントであるため、安価なモジュールを実現できる。
【００７７】
また、ここでは光ファイバ３３と面発光半導体レーザ１０はバットジョイントとしたが、光ファイバ３３と面発光半導体レーザ１０との間にセルフォックレンズを挿入し、このセルフォックレンズで面発光半導体レーザ１０からの光を集光して光ファイバ３３に入れるようにしてもよい。セルフォックレンズはスリーブ３１の内径（フェルール１３，３２の外径）に相当する直径を持つものが市販されている。
【００７８】
なお、２つの光ファイバ２４，３３は上記のように面発光半導体レーザ１０からの主出力光やモニタ光の取り出し用として用いることが可能である他、面発光半導体レーザ１０が光励起型の面発光半導体レーザである場合には光ファイバ２４，３３の何れか一方（例えば光ファイバ２４）を励起光入力及びモニタ光取り出し用とし、光ファイバ２４，３３の何れか他方（例えば光ファイバ３３）を主出力光の取り出し用として用いることもできる。
【００７９】
更に、対向する第２のブロックとして、第１のブロックにおける金属フェルール１３に光ファイバ２４を挿入するのではなく、面型光半導体デバイスとしてフォトダイオードなどのディテクタを直接搭載したものを作製し、この第２のブロックを第１のブロックに対向してスリーブ３１に挿入すれば、前記ディテクタのモニタ電気出力を金属フェルール１３と電極線２２とを介して外部に取り出すことができ、前記ディテクタによって面発光半導体レーザ１０の光を直接モニタすることができる。
【００８０】
（第２の実施例）
図１５は本発明の第２の実施例として高速マウント（高周波マウント）へ面発光半導体レーザを搭載した構造を示すものであり、図１５（ａ）は全体の斜視図、図１５（ｂ）は面発光半導体レーザ搭載部の拡大断面図である。
【００８１】
図１５では第１の実施例で説明したファイバ付き面発光半導体レーザモジュール、即ち、金属フェルール１３の片端面に形成した突起または溝と、面発光半導体レーザ１０のエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成した突起または溝とを互いに嵌め込んで、面発光半導体レーザ１０の発光部１１の中心と金属フェルール１３に挿入した光ファイバ２４の中心とをパッシブに位置合せすることにより、面発光半導体レーザ１０の発光部１１と光ファイバ２４との光学的なカップリングを可能としたファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを、高速マウントに適用している。
【００８２】
図１５において、４１は半導体レーザ用の通常の高速マウント（高周波駆動用に作製された汎用の半導体レーザマウントである高周波マウント）であり、グランドと信号線はストリップラインとなっており、１０Ｇｂｐｓの信号を通過させることができる。また、図１５において、４２は面発光半導体レーザ搭載部分（図１５（ｂ）はこの部分の拡大断面図）、４３はボンディングワイヤ、４４は高速マウント４１のＡｕ電極、４５は金属フェルール１３を挿入する穴であり、その他の符号は前述のとおりである。
【００８３】
図５に示すように、高速マウント４１の面発光半導体レーザ（半導体レーザチップ）を搭載する部分４２にはファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの金属フェルール１３が挿入できる円形状の穴４５をあけており、この穴４５に金属フェルール１３を高速マウント４１の裏側から挿入している。そして、面発光半導体レーザ１０を、高速マウント４１の表面側から、金属フェルール１３に嵌め込んでいる（面発光半導体レーザ１０の突起１８と金属フェルール１３の突起１４とを互いに嵌め込んでいる）。
【００８４】
このため、面発光半導体レーザ１０の光は、ファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの光ファイバ２４を介して、高速マウント４１の裏側に取り出される。即ち、本実施例のモジュールは、基板裏側から光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、その面発光半導体レーザを高速に動作させるモジュールである。そして、高速マウント４１は１０Ｇｂｐｓの信号が通過するので、高速であるし、面発光半導体レーザ１０と光ファイバ２４（金属フェルール１３）はパッシブアライメントで容易に（即ち安価に）位置合せをすることができるため、高速且つ安価なモジュールを実現することができる。なお、高速マウント４１の裏側から、前記光ファイバ２４を介して光を入れるようにすることもできる。
【００８５】
ところで、上記実施例では専用の半導体レーザマウントに本発明のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを挿入したが、高周波コネクタのキャップに本発明のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを直接挿入してもよい。即ち、高周波コネクタのキャップにフェルールを挿入できる穴をあけて、前記フェルールを前記キャップの表側から挿入し、面型光半導体デバイス（面発光半導体レーザ）に形成された電極からボンディングワイヤにより半導体レーザマウントの電極に接続し、光ファイバを前記キャップの表側から前記フェルールに挿入して、前記高周波コネクタのキャップ側から光を取り出す、あるいは光を入れるように構成してもよい。
【００８６】
（第３の実施例）
図１６は本発明の第３の実施例である波長可変のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示したものである。
【００８７】
面発光半導体レーザ、特に長波長帯の面発光半導体レーザは、反射率の高い半導体ミラーを形成することが難しく、電流注入タイプの面発光半導体レーザの実現は困難であると言われている。ここでは面発光半導体レーザには活性層と下側のミラー層（下部半導体ミラー）及び電流注入電極のみを形成し、対向したファイバ付きフェルール端面上の誘電体多層膜ミラーと、前記下部半導体ミラーとの間で発振させて、面発光半導体レーザとするものである。そして、更に前記誘電体多層膜ミラーの位置をピエゾ素子によって機械的に移動させるようにすることにより、可変波長の面発光半導体レーザを実現するものである。
【００８８】
図１６において、５１は誘電体多層膜ミラー、５２は電圧を印加することによって伸び縮みするピエゾ素子（ここでは円筒型のものを採用している）、１０は上部ブラッグ反射ミラーが形成されておらず、活性層１０ｂと下部半導体ミラー１０ｃを持つ面発光半導体レーザであり、その他の符号は前述のとおりである。
【００８９】
第３の実施例の面発光半導体レーザ１０も、第１の実施例の面発光半導体レーザ１０と同様に金属フェルール１３の先端（片端面）に搭載されている。即ち、面発光半導体レーザ１０の半導体基板１２側裏面に形成したリング状あるいはピン状の突起１８と、金属フェルール１３の片端面に形成した円柱状の突起１４とを互いに嵌め込むことにより、面発光半導体レーザ１０の発光部（活性層１０ｂ，下部半導体ミラー１０ｃ）の中心と、金属フェルール１３に挿入した光ファイバ２４の中心とをパッシブに位置合せして、面発光半導体レーザ１０の発光部と前記光ファイバ２４との光学的なカップリングが可能となるように構成されたファイバ付き面発光半導体レーザモジュールとなっている。
【００９０】
そして、このファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックを矢印Ａのようにスリーブ３１の右側から、スリーブ３１に挿入してスリーブ３１に固定している。面発光半導体レーザ１０への通電は、外部から、電極線２２、ボンディングワイヤ２１及び面発光半導体レーザ１０のパッド電極２０を介し、また、金属フェルール１３及び面発光半導体レーザ１０の電極１９を介して行われる。
【００９１】
一方、フェルール３２に光ファイバ３３を挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックは矢印Ｂのようにスリーブ３１の左側から、スリーブ３１に第１のブロックの直近まで挿入している。第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）はスリーブ３１に固定されておらず、スリーブ３１の軸方向に移動可能となっており、フェルール３２の外周面には円筒型のピエゾ素子５２が接着されている。また、ピエゾ素子５２はスリーブ３１にも接着されている。従って、電圧の印加によりピエゾ素子５２が、矢印Ｃのようにスリーブ３１の軸方向に伸縮すると、このピエゾ素子３１の伸縮に伴って第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）が、矢印Ｃのように前記軸方向に移動する。
【００９２】
そして、第２のブロックの光ファイバ３３の端面には誘電体多層膜ミラー５１が形成されている。なお、図１６では誘電体多層膜ミラー５１が、第２のブロックの端面全体（光ファイバ３３の端面及びフェルール３１の端面）に形成している。
【００９３】
このことにより、対向した第２のブロックの光ファイバ３３の端面上の誘電体多層膜ミラー５１と、面発光半導体レーザ１０の下部半導体ミラー１０ｃとの間で発振する。即ち、外部共振器タイプの面発光半導体レーザモジュールとなっている。発振した光は光ファイバ２４，３３にカップリングされて出力される。しかも、ピエゾ素子５２によって第２のブロック（フェルール３２及び光ファイバ３３）を機械的に移動させて、第２のブロック側の誘電体多層膜ミラー５１と、第１のブロック側の下部半導体ミラー１０ｃとの間隔を変えることにより、面発光半導体レーザ１０の発振波長を変えることができる。ピエゾ素子は２０ｍｍ程度の長さのものに１０Ｖ程度の電圧を印加すると、約１μｍ伸びる。従って、ミラー５１，１０ｃ間の間隔を５から１０μｍ程度とすることにより、長波長帯、例えば１．５５μｍ帯で１本の発振波長が得られ、ピエゾ素子の伸縮で前記間隔（ギャップ）を１μｍ程度調整することにより、１００ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００９４】
以上のように、この第３の実施例によれば、パッシブアライメントで容易に（安価に）位置合せをすることができ、更に外部に誘電体多層膜ミラー５１を形成し、ピエゾ素子５２でミラー５１，１０ｃ間を間隔を変えることができるようにしているため、長波長帯（例えば１．５５μｍ帯）で安価な可変波長のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００９５】
なお、上記では第２のブロック（金属フェルール３２及び光ファイバ３３）をピエゾ素子３２によって移動させるようにしているが、これに限定するものではく、第１のブロック（金属フェルール１３）にピエゾ素子を接着し、このピエゾ素子で第１のブロックをスリーブ３１の軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００９６】
（第４の実施例）
また、上記ではフェルール側の突起または溝と面型光半導体デバイス側の突起または溝とを嵌め込む実施例を示したが、フェルール側に形成された溝または突起に面型光半導体デバイス全体を嵌め込んでもよい。
【００９７】
即ち、図１７に示すように、面発光半導体レーザ１０等の面型光半導体デバイスは、ダイシング、へき開等の加工手段により、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心として外形が四角形状となるように整形加工し、フェルール１３の片端面には、四角状に整形加工した面型光半導体デバイス全体が嵌まるようにフェルールの中心軸を中心とした円形状の溝１５を直接加工する。そして、図１８中に矢印で示すように面発光半導体レーザ１０等の面型光半導体デバイス全体を前記フェルール１３の溝１５に嵌め込むことにより、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部がフェルールの中心軸上に位置するように配置し、更に前記フェルールに光ファイバを挿入して、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、光ファイバとの光学的なカップリングを可能とする。
【００９８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、フェルールの片端面および面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面に突起または溝を形成して、両者を嵌め込むように搭載することにより、互いの中心が一致するようにパッシブアライメントできる。また、金属フェルールを用いることにより、この金属フェルールを介して面型光半導体デバイスの電極を外部に引き出すことができる。また、このような面型光半導体デバイスが搭載されたファイバ付きフェルール（第１のブロック）と他のファイバ付きフェルール（第２のブロック）とをスリーブに両側から挿入すれば、スリーブ両端の光ファイバに光を出力できるファイバ付き面型光半導体モジュールを簡単に実現できる。また、従来の高速マウントに穴を開けてフェルールを挿入し、このフェルールに面発光半導体レーザを搭載すれば、高速駆動の面発光半導体レーザモジュールを実現できるし、更に外部ミラー（誘電体多層膜ミラー）を、第１のブロックと対向する第２のブロックの光ファイバの端面上に形成すれば、外部共振器タイプの可変波長面発光半導体レーザモジュールを実現できる。そして、何れもパッシブアライメントであるので、非常に安価にモジュールを作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面を加工する工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例において面発光半導体レーザの裏面に位置合せ用の突起を形成する工程を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例において金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例において、金属フェルールの片端面に面発光半導体レーザを搭載する工程を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザの半導体基板側裏面と金属フェルールの片端面とを対向させて接続した場合の接続部の拡大図である。
【図１３】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザのエピタキシャル層側表面と金属フェルールの片端面とを対向させて接続した場合の一例を示す接続部の拡大図である。
【図１４】本発明の第１の実施例において、面発光半導体レーザ搭載金属フェルールを絶縁性スリーブに入れてファイバ付きのモジュール化した構造を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例として高速マウントへ面発光半導体レーザを搭載した構造を示す図であである。
【図１６】本発明の第３の実施例である波長可変のファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施例であるファイバ付き面発光半導体レーザモジュールの構造を示す図である。
【図１８】従来のファイバ付き半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 面発光半導体レーザ
１１ 発光部
１１ａ 上部ブラッグ反射ミラー
１１ｂ 活性層
１１ｃ 下部半導体ミラー
１２ 半導体基板
１３ 金属フェルール
１４ 突起
１５ 溝
１６ 溝
１７ ハンダ
１８ 突起
１９ 電極面
２０ パッド電極
２１ ボンディングワイヤ
２２ 電極線
２３ 金属フェルールの小片
２４ 光ファイバ
２４ａ コア
２５ ポリイミドなどの膜
２６ 予め突起が形成された半導体基板
２８ 基板電極
２９ 光通過部分
３０Ａ 裏面出射のレーザ光
３０Ｂ 表面出射のレーザ光
３１ スリーブ
３２ フェルール
３３ 光ファイバ
４１ 高速マウント
４２ 面発光半導体レーザ搭載部分
４３ ボンディングワイヤ
４４ Ａｕ電極
４５ フェルール挿入穴
５１ 誘電体多層膜ミラー
５２ ピエゾ素子
Claims (19)
- 面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が形成され、
かつ、フェルールを備え、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイスの突起または溝が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝が、前記片端面を直接加工して形成されており、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記フェルールの突起または溝が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と、前記フェルールの突起または溝とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面には、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心とした円周上に位置する位置合せ用の突起または溝を形成し、
かつ、第１のフェルールと、この第１のフェルールよりも直径が小さい第２のフェルールの小片とを用い、前記第１のフェルールの片端面には、前記第２のフェルールの小片を前記第１のフェルールの中心軸と前記第２のフェルールの小片の中心軸とを位置を合わせた状態で接着することにより、前記第１のフェルールの中心軸を中心とした円周上に位置する突起を形成し、
前記面型光半導体デバイスの突起または溝が形成された面を、前記第１のフェルールの突起が形成された面に対向させて、前記面型光半導体デバイスの突起または溝と前記フェルールの突起とを互いに嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記第１のフェルールの中心にくるように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１または２に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面にエッチング等の手法により直接加工されて形成されていることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１または２に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面または半導体基板側裏面に設けたポリイミド等の絶縁層を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１または２に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に直接または接着層を介して貼り合わせた他の半導体もしくはガラス等の基板を、エッチング等の手法により加工して形成されていることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１または２に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスのエピタキシャル層側表面もしくは半導体基板側裏面に形成されている位置合わせ用の突起または溝が、
前記面型光半導体デバイスの半導体基板面に、予め位置合せ用の突起または溝がエッチング等の手法により形成されている他の半導体もしくはガラス等の基板を、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記他の半導体もしくはガラス等の基板に予め形成されている突起または溝の中心にくるよう、これらの発光部、受光部または光入出力部と突起または溝とを整合させて、接着することにより形成されていることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 面発光半導体レーザ、フォトダイオード、面型光アンプ、面型光ゲート等の半導体ウエハの面に垂直に発光、受光または光入出力する面型光半導体デバイスに光ファイバが接続された形態のモジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは、ダイシング、へき開等の加工手段により、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部を中心として外形が四角形状となるように整形加工され、
かつ、フェルールを有し、このフェルールの片端面には、前記面型光半導体デバイス全体が嵌まるように同フェルールの中心軸を中心とした円形状の溝が直接加工されており、
前記面型光半導体デバイス全体を前記フェルールの溝に嵌め込むことにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部が前記フェルールの中心軸上に位置するように配置し、更に前記光ファイバは前記フェルールに挿入して、
前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と、前記光ファイバの中心とをパッシブに位置合せすることにより、前記面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部と、前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から７の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、このフェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続することにより、前記面型光半導体デバイスの第１の電極を外部へ引き出し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面とは反対側の面に形成された第２の電極とをボンディングワイヤで接続することにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から７の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記フェルールはニッケル、コバール、銅、ステンレスなどの金属で形成されており、前記フェルールに前記面型光半導体デバイスを搭載する際、前記フェルールの片端面に形成したハンダで前記面型光半導体デバイスと電気的に接続し、
更に前記フェルールの側面に溝を設け、この溝に前記フェルールとは電気的に絶縁された電極線を配置し、この電極線と、前記面型光半導体デバイスにおいて前記フェルールとの位置合せ面に形成して第２の電極とを接続しており、
前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、エピタキシャル層側表面の場合には、このエピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極とを、各々、前記フェルールと前記電極線とを介して直接外部に引き出し、
あるいは、前記面型光半導体デバイスの位置合せ面が、半導体基板側裏面の場合には、前記エピタキシャル層側表面に形成された前記第１の電極と第２の電極を、各々、半導体基板にあけた貫通孔に導電物質を埋め込むことにより形成したスルーホール型電極を介して半導体基板側裏面に引き出し、且つ、前記フェルールと前記電極線とを介して外部に引き出すことにより、
前記面型光半導体デバイスに外部から、前記フェルールと前記電極線とを介して通電可能に構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から９の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールを第１のブロックとして備え、この第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、他のフェルールに他の光ファイバを挿入してなるファイバ付きフェルールを第２のブロックとして備え、この第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入して、
前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる光ファイバの中心と一致するように配置することにより、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能とした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１０に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１０または１１に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか一方からは、前記面発光半導体レーザからの主出力光を取り出し、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバの何れか他方からは、前記面発光半導体レーザからのモニタ光を取り出すように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１０または１１に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
面発光半導体レーザ用のポンピング光を、前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバを介して導入することにより、前記面発光半導体レーザに照射し、
前記面発光半導体レーザからの主出力光、または主出力光とモニタ光を前記第１のブロックまたは第２のブロックに含まれる光ファイバから取り出すように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１０から１３の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記面型光半導体デバイスは面発光半導体レーザであり、
この面発光半導体レーザには、上部ブラッグ反射ミラーの全部または一部が形成されておらず、前記第２のブロックの光ファイバの端面には、誘電体多層膜ミラーが形成されており、
前記面発光半導体レーザに形成された下部半導体ミラーと、外部の前記誘電体多層膜ミラーとの間で、電流注入もしくは光励起により、前記面発光半導体レーザを発振させ、
更に前記第１のブロックまたは第２のブロックのフェルールにピエゾ素子を接着し、このピエゾ素子で前記第１のブロックまたは第２のブロックを前記スリーブの軸方向に機械的に移動させることによって前記下部半導体ミラーと前記誘電体多層膜ミラーの間隔を変化させることにより、前記面発光半導体レーザの発振波長を可変とした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から９の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールを、第１のブロック及び第２のブロックとしてそれぞれ備え、
前記第１のブロックをスリーブの片側から、同スリーブに挿入し、且つ、前記第２のブロックを同スリーブの反対側から、同スリーブに挿入することにより、
前記第１のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心が、前記第２のブロックに含まれる面型光半導体デバイスの発光部、受光部または光入出力部の中心と一致するように配置して、
前記面型光半導体デバイスと前記光ファイバとの光学的なカップリングを可能にした構成であることを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１５に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置するように前記スリーブにセルフォックレンズ等の光学素子を挿入して、この光学素子により、前記第１のブロックと前記第１のブロックとを光学的に結合するように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１５または１６に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールにおいて、
前記第１のブロックの面型光半導体デバイスが面発光半導体レーザ、前記第２のブロックの面型光半導体デバイスがフォトダイオード等のディテクタであり、
前記第１のブロックの光ファイバから、前記面発光半導体レーザの主出力光を取り出し、前記第２のブロックから、前記ディテクタのモニタ電気出力を取り出すように構成としたことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から９の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波駆動用に作製された汎用の半導体レーザマウントの半導体レーザチップを搭載する部分に、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを前記半導体レーザマウントの裏側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記半導体レーザマウントの表面側から、前記フェルールに嵌め込み、
前記半導体レーザマウントの裏側に前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記半導体レーザマウントの裏側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。 - 請求項１から９の何れか１項に記載のファイバ付き面型光半導体モジュールを備え、
高周波コネクタのキャップに前記ファイバ付き面型光半導体モジュールのフェルールを挿入できる円形状の穴をあけて、この穴に同フェルールを同キャップの表側から挿入し、
前記面発光半導体レーザを、前記キャップの裏側から前記フェルールに嵌め込み、
更に前記面発光半導体レーザに形成された電極をボンディングワイヤ等の接続手段により半導体レーザマウントの電極に接続し、
前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを前記キャップの表側から前記フェルールに挿入して、
前記高周波コネクタのキャップ側から、前記ファイバ付き面型光半導体モジュールの光ファイバを介して前記面発光半導体レーザの光を取り出す、あるいは前記キャップ側から前記光ファイバを介して光を入れるように構成したことを特徴とするファイバ付き面型光半導体モジュール。
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