JP2012242540A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学長を短くした光半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 光半導体装置は、半導体光増幅器と、半導体光増幅器を収容するパッケージと、入力側光ファイバからの入射光を前記半導体光増幅器に結合する入力レンズと、前記入力レンズを保持し、前記パッケージの側壁面に固定された入力レンズホルダと、前記パッケージの側壁内に固定され、前記半導体光増幅器からの出射光を出力側光ファイバに結合する出力レンズと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体装置およびその製造方法に関する。

光信号を電気信号に変換することなく増幅する光半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。光信号を増幅するための光半導体装置として、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を有したＳＯＡモジュールが知られている。

特開平１０−２０９５４２号公報

ＳＯＡモジュールは、小型化が求められている。ＳＯＡモジュールの小型化を実現するためには、モジュール長を短くすることが望まれている。しかしながら、両側にレンズフォルダを備えるＳＯＡモジュールでは、小型化を実現することは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モジュール長を短くした光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光半導体装置は、半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器を収容するパッケージと、入力側光ファイバからの入射光を前記半導体光増幅器に結合する入力レンズと、前記入力レンズを保持し、前記パッケージの側壁面に固定された入力レンズホルダと、前記パッケージの側壁内に固定され、前記半導体光増幅器からの出射光を出力側光ファイバに結合する出力レンズと、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る光半導体装置によれば、モジュール長を短くすることができる。

前記入力レンズホルダは、前記パッケージの側壁面に直接に固定されていてもよい。前記入力レンズホルダは、前記パッケージの側壁面に固定された光アイソレータに固定されていてもよい。前記出力レンズは、前記パッケージの側壁の切り欠きに固定されていてもよい。前記パッケージ内において、前記入力レンズと前記半導体光増幅器との間に配置されたビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの分岐光を受光する光受光素子と、を備えていてもよい。前記受光素子の入射面は、入力レンズ側に傾いて配置されていてもよい。

本発明に係る光半導体装置の製造方法は、出力レンズがパッケージ側壁内に固定されたパッケージを準備する工程と、前記出力レンズを介して、半導体光増幅器と出力側光ファイバとの間を光学的に調芯する工程と、入力レンズを保持し、前記パッケージに対して移動自由に配置されたレンズホルダと、前記パッケージとの位置関係を決定する工程と、入力側光ファイバと、前記半導体光増幅器と、前記レンズホルダとの位置関係を固定する工程と、を含むことを特徴とするものである。

前記半導体光増幅器と出力側光ファイバとの間を光学的に調芯する工程あるいは前記レンズホルダと、前記パッケージとの位置関係を決定する工程において、前記半導体光増幅器を発光させつつ光学調芯してもよい。前記レンズホルダは、前記パッケージに固定された光アイソレータを介して前記パッケージに固定されていてもよい。

本発明によれば、光学ロスを抑制しつつ、長さを短くした光半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

実施例１に係る光半導体装置の全体構成を説明するための平面図である。 内部レンズおよびＳＯＡの拡大図である。 光半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。 実施例２に係る光半導体装置の全体構成を説明するための平面図である。 実施例３に係る光半導体装置の全体構成を説明するための平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、実施例１に係る光半導体装置１００の全体構成を説明するための平面図である。図１に示すように、光半導体装置１００は、光入力側から光出力側にかけて、光ファイバホルダ１０、レンズホルダ２０、パッケージ３０、および光ファイバホルダ４０が順に接続された構造を有する。

光ファイバホルダ１０は、レンズホルダ２０に固定されている。光ファイバホルダ１０には、光ファイバ１１が挿入されている。レンズホルダ２０には、光ファイバ１１と光結合する外部レンズ（入力レンズ）２１が固定されている。外部レンズ２１は、光ファイバ１１からの入力光を平行光に変換するコリメートレンズである。レンズホルダ２０は、パッケージ３０の光入力側端に固定されている。

パッケージ３０は、パッケージ側壁よりも内側に空間が形成された構造を有する。パッケージ３０は、内部の組み立てが完了した後、図示しない蓋によって封止される。パッケージ３０は、パッケージ側壁よりも内側（キャビティ）に、ビームスプリッタ３１、モニタＰＤ３２、内部レンズ３３、ＳＯＡ３４、および内部レンズ３５を備える。窓レンズ３６は、パッケージ３０のパッケージ側壁の切り欠き（窓）に固定されている。

ビームスプリッタ３１、モニタＰＤ３２、内部レンズ３３、ＳＯＡ３４および内部レンズ３５は、パッケージ３０のキャビティ内に固定されている。内部レンズ３３および内部レンズ３５は、コリメートレンズである。ビームスプリッタ３１は、光ファイバ１１および外部レンズ２１がなす光軸上に配置されている。ビームスプリッタ３１は、光ファイバ１１から入力される光信号を分岐する。ビームスプリッタ３１の分岐比はあらかじめ設定されている。一方の分岐光は、モニタＰＤ３２に入力される。モニタＰＤ３２は、光電変換によって、入力される光信号を電流信号に変換する。

他方の分岐光は、内部レンズ３３を介してＳＯＡ３４に入力される。ＳＯＡ３４は、内部レンズ３３から入力される光信号を増幅し、内部レンズ３５を介して窓レンズ３６に入力する。光ファイバホルダ４０は、パッケージ３０の出力側端に固定されている。内部レンズ３５から窓レンズ３６に入力された光信号は、光ファイバホルダ４０内の光ファイバ４１に入力される。

パッケージ３０の側面には、複数の端子５０および複数のフランジ６０が設けられている。端子５０は、モニタＰＤの出力電流を取り出すための端子、ＳＯＡ３４を制御するための端子などである。フランジ６０は、ネジなどでパッケージ３０を外部機器に固定するための形状を有している。本実施例においては、端子５０およびフランジ６０は、光半導体装置の光軸に対して、パッケージ３０の両側に設けられている。

図２は、内部レンズ３３、ＳＯＡ３４、および内部レンズ３５の拡大図である。内部レンズ３３は、固定具３３ａを介してパッケージ３０の内面に固定されている。ＳＯＡ３４は、固定具３４ａを介してパッケージ３０の内面に固定されている。内部レンズ３５は、固定具３５ａを介してパッケージ３０の内面に固定されている。

本実施例に係る光半導体装置１００においては、光ファイバ４１との光結合用の窓レンズ３６をパッケージ３０のパッケージ側壁の切り欠き（窓）に配置している。その結果、光半導体装置１００のモジュール長を短くすることができる。なお、窓レンズ３６は、レンズホルダに保持されていてもよい。

窓レンズ３６は、パッケージ側壁内に固定されているため、高い精度で光学的な位置決めを行うことは困難である。この観点から、ＳＯＡ３４の出力側と光ファイバ４１との光結合にはロスが大きくなる傾向がある。一方、ＳＯＡ３４の出力側光の光強度は、入力側に比べて大きい。このため、ＳＯＡ３４の出力側においては、光結合ロスの許容が大きいといえる。

本実施例では、光結合ロスの許容の大きなＳＯＡ３４の出力側のレンズをパッケージ側壁内に固定しているため、レンズをパッケージ側壁内に固定することによるロスの懸念は小さい。他方、ＳＯＡ３４の入力側においては、レンズホルダに保持されて、光学的な位置調整が可能な外部レンズ２１が配置されている。このため、入力側光ファイバからの微小な入力光を効率よくＳＯＡ３４に結合することができる。以上により、本実施例によれば、光結合ロスの懸念を抑制しつつ、モジュール長を小さくすることができる。

また、モニタＰＤ３２をＳＯＡ３４よりも前段に配置することによって、光ファイバの伝送によるパワーロスを検出することができる。モニタＰＤ３２は、受光面（入射面）がビームスプリッタ３１の光軸に対して、入力側を向いて斜めに（外部レンズ２１側に傾いて）配置されている。これは、ＳＯＡ３４側からの自然放出光の影響を抑制するためである。また、光半導体装置１００を含むトランシーバ（例えば、ＣＦＰ（１００Ｇ Ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）−ＭＳＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｏｕｒｃｅ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）：１００Ｇビット）の起動時に大きいパワーの光信号が光半導体装置１００に入力された場合であっても、ＳＯＡ３４をオフにした状態で入力光を検出することができる。それにより、光半導体装置１００の後段の光受信機に対する光過入力を抑制することができる。

図３は、光半導体装置１００の製造方法を説明するためのフロー図である。図３に示すように、まず、パッケージ３０のパッケージ側壁の切り欠き（窓）に窓レンズ３６を固定する（ステップＳ１）。次に、ＳＯＡ３４、内部レンズ３３、および内部レンズ３５を光学調芯してパッケージ３０に固定する（ステップＳ２）。パッケージ３０に内部レンズ３３、ＳＯＡ３４、および内部レンズ３５を固定する際には、これらの各機器の配置箇所を調整することによって、光学調芯を行う。なお、バイアスされたＳＯＡは入力光の入射がなくとも自然放出光が出力されるため、ＳＯＡ３４の発光を用いて光学調芯を行うことができる。

次に、ビームスプリッタ３１およびモニタＰＤ３２（内部部品）をパッケージ３０に固定する（ステップＳ３）。パッケージ３０にビームスプリッタ３１を固定する際には、ビームスプリッタ３１の配置箇所を調整することによって、光学調芯を行う。この場合、ＳＯＡ３４の発光を用いて当該光学調芯を行うことができる。

次に、パッケージ３０の出力側端に、光ファイバホルダ４０を固定する（ステップＳ４）。光ファイバホルダ４０をパッケージ３０に固定する際には、光ファイバホルダ４０の配置箇所を調整することによって、光学調芯を行う。この場合、ＳＯＡ３４の発光を用いて光学調芯を行うことができる。次に、パッケージ３０の入力側に、光ファイバホルダ１０、および外部レンズ２１が固定されたレンズホルダ２０を固定する（ステップＳ５）。この場合、パッケージ３０の入力側に、レンズホルダ２０、光ファイバホルダ１０の順に固定する。この場合においても、ＳＯＡ３４の発光を用いて光学調芯を行うことができる。

本実施例に係る光半導体装置の製造方法によれば、光ファイバ４１との光結合用の窓レンズ３６をパッケージ３０のパッケージ側壁の切り欠き（窓）に配置する。その結果、光半導体装置１００のモジュール長を短くすることができる。一方で、光ファイバ１１との光結合用の外部レンズ２１をパッケージ３０と別体のレンズホルダ２０に配置することから、光ファイバ１１とパッケージ３０内の光学機器との光結合調整の自由度が大きくなる。したがって、光学調芯によって、光学ロスを抑制することができる。また、入力側のレンズを用いて光学調芯を行うことによって、光学ロスをより抑制することができる。なお、ステップＳ４とステップＳ５とを逆に実施してもよい。

なお、本実施例においては出力用のレンズとして窓レンズ３６をパッケージ３０のパッケージ側壁に固定しているが、それに限られない。出力用のレンズは、パッケージ３０のパッケージ側壁またはその内側のいずれかの箇所に固定されていれば、外部レンズ用のレンズホルダを不要とすることができる。

図４は、実施例２に係る光半導体装置１００ａの全体構成を説明するための平面図である。図４に示すように、本実施例においては、端子５０およびフランジ６０は、光半導体装置１００ａの光軸に対して片側にのみ設けられている。この場合、光半導体装置１００ａの幅を狭くすることができる。その結果、光半導体装置１００ａを小型化することができる。

本実施例においては、光半導体装置１００ａの光軸に対して、端子５０およびフランジ６０が設けられている側とその反対側の領域は非対称になっている。これは、入力側にモニタＰＤ３２が配置されていることと、ＳＯＡ３４は、モニタＰＤ３２が配置されている側に出射端が傾斜しつつ、配置されていることから、モニタＰＤ３２が配置されている側の領域を広くすることができ、モニタＰＤ３２が配置することができる。よって、パッケージ３０は、モニタＰＤ３２が配置されていない側の領域を狭くすることができる。なお、端子５０は、モニタＰＤ３との接続の簡素化を考えた上でも、モニタＰＤ３２が配置されている側に配置することが好ましい。

図５は、実施例３に係る光半導体装置１００ｂの全体構成を説明するための平面図である。図５に示すように、光半導体装置１００ｂにおいては、レンズホルダ２０とパッケージ３０との間に光アイソレータ７０が設けられている。また、内部レンズ３３、ＳＯＡ３４および内部レンズ３５は、ペルチェ素子などの温度制御装置８０上に配置されたマウントキャリア９０上に固定されている。また、端子５０およびフランジ６０は、光半導体装置１００ｂの光軸に対して、いずれか一方にのみ配置されている。

本実施例においては、光アイソレータ７０を設けることによって、光信号の入力方向と逆向きの光を遮断することができる。それにより、反射戻り光のＳＯＡ３４に対する影響を抑制することができる。なお、光アイソレータ７０に入力される光信号は、外部レンズ２１によってコリメートされた光であることから、光アイソレータ７０の筐筒部分で反射されずに透過される。それにより、光学ロスを抑制することができる。

本実施例においては、図３のステップＳ２において、マウントキャリア９０上に内部レンズ３３、ＳＯＡ３４、および内部レンズ３５を光学調芯しながら固定する。次に、温度制御装置８０（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）をパッケージ３０に固定し、マウントキャリア９０を温度制御装置８０上に固定するところが実施例１、実施例２と異なる箇所である。

また、本実施例においては、図３のステップＳ５において、レンズホルダ２０、光アイソレータ７０、光ファイバホルダ１０の順に固定するところが実施例１、実施例２と異なる箇所である。また、パッケージ３０に固定された光アイソレータ７０にレンズホルダ２０および光ファイバホルダ１０を固定する際には、レンズホルダ２０および光ファイバホルダ１０の両方の配置箇所を調整することによって、光学調芯を行う。パッケージ３０に光アイソレータ７０を固定する際には、外部光源から光を取り込み、入力側の光ファイバ１１から入光させる。入光された光をＳＯＡ３４において増幅し、検出することによって、光学調芯を行う。このように、入力側に光アイソレータ７０を搭載していることから、ステップＳ５において、ＳＯＡ３４の発光させて光学調芯を行うことは困難である。したがって、本実施例においては、ステップＳ４で光学調芯している出力側から出力された光を検出することによって、ステップＳ５の光学調芯を行っていることから、ステップＳ５を実施する前にステップＳ４を実施しておくことが望ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 光ファイバホルダ
１１ 光ファイバ
２０ レンズホルダ
２１ 外部レンズ
３０ パッケージ
３１ ビームスプリッタ
３２ モニタＰＤ
３３ 内部レンズ
３４ ＳＯＡ
３５ 内部レンズ
３６ 窓レンズ
４０ 光ファイバホルダ
４１ 光ファイバ
５０ 端子
６０ フランジ
７０ 光アイソレータ
８０ 温度制御装置
９０ マウントキャリア
１００ 光半導体装置

Claims (9)

1. 半導体光増幅器と、
   前記半導体光増幅器を収容するパッケージと、
   入力側光ファイバからの入射光を前記半導体光増幅器に結合する入力レンズと、
   前記入力レンズを保持し、前記パッケージの側壁面に固定された入力レンズホルダと、
   前記パッケージの側壁内に固定され、前記半導体光増幅器からの出射光を出力側光ファイバに結合する出力レンズと、を備えることを特徴とする光半導体装置。
2. 前記入力レンズホルダは、前記パッケージの側壁面に直接に固定されてなることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 前記入力レンズホルダは、前記パッケージの側壁面に固定された光アイソレータに固定されてなることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
4. 前記出力レンズは、前記パッケージの側壁の切り欠きに固定されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
5. 前記パッケージ内において、前記入力レンズと前記半導体光増幅器との間に配置されたビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの分岐光を受光する光受光素子と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光半導体装置。
6. 前記受光素子の入射面は、入力レンズ側に傾いて配置されることを特徴とする請求項５記載の光半導体装置。
7. 出力レンズがパッケージ側壁内に固定されたパッケージを準備する工程と、
   前記出力レンズを介して、半導体光増幅器と出力側光ファイバとの間を光学的に調芯する工程と、
   入力レンズを保持し、前記パッケージに対して移動自由に配置されたレンズホルダと、前記パッケージとの位置関係を決定する工程と、
   入力側光ファイバと、前記半導体光増幅器と、前記レンズホルダとの位置関係を固定する工程と、を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体光増幅器と出力側光ファイバとの間を光学的に調芯する工程あるいは前記レンズホルダと、前記パッケージとの位置関係を決定する工程において、前記半導体光増幅器を発光させつつ光学調芯することを特徴とする請求項７記載の光半導体装置の製造方法。
9. 前記レンズホルダは、前記パッケージに固定された光アイソレータを介して前記パッケージに固定されることを特徴とする請求項７または８記載の光半導体装置の製造方法。
   
   

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