JP2665784B2 - 複数の光学ファイバおよびレーザーのための装着装置 - Google Patents

複数の光学ファイバおよびレーザーのための装着装置

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JP2665784B2 JP63306194A JP30619488A JP2665784B2 JP 2665784 B2 JP2665784 B2 JP 2665784B2 JP 63306194 A JP63306194 A JP 63306194A JP 30619488 A JP30619488 A JP 30619488A JP 2665784 B2 JP2665784 B2 JP 2665784B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、光学ファイバおよびレーザー素子を装着す
るための装置に向けられるものであり、特に複数の光学
ファイバを複数のレーザー装置と整列状態に装着するた
めの装置に向けられるものである。
レーザー素子を光学ファイバの端面へ結合するのに、
レーザー素子の発光領域と光学ファイバの受光端部との
間の適当なアライメント（整列状態）を確保することが
必要である。レーザー素子の駆動等のための補助回路と
電気的な相互接続とを提供すると同時に複数の光学ファ
イバと複数のレーザー素子とを装着する際に種々の問題
が生ずる。各光学ファイバおよびレーザー素子は適当に
整列されねばならずまた種々の部品の装着に必要とされ
る空間はできるだけ最小限なものとされることが望まし
い。
複数の光学ファイバと複数のレーザー素子とのある一
定の配列では、各レーザー素子の光出力をモニターする
いわゆる後方面形検出器と呼ばれる光検出装置（標準的
には半導体ダイオード）を提供することが望ましい。各
後方面形検出器の出力は、関連のレーザー素子の駆動回
路を調節するのに使用可能である。各光学ファイバと関
連のレーザー素子と関連の後方面形検出器とは、できる
だけ最適のカップリングが与えられるよう、適当に整列
されねばならない。駆動回路もまた収容されねばならず
また一定の部品間で電気的な接続が行なわれなければな
らない。さらに、多数の光学ファイバが多数のレーザー
素子と組み合わされる場合には、レーザー素子が発生す
る熱の放散が熟考を要する重要な因子となる。
［発明の概要］ 本発明によれば、複数のレーザー素子の配列を複数の
光学ファイバの列と整列状態で装着する機器は、スロッ
ト部を有し半導体材料からなる担持部材を備える。一体
レーザー構造体が半導体レーザー素子の配列を備える。
担持部材は一体レーザー構造体をスロット部に受け入れ
るようなされている。担持部材は複数の溝を有する。各
溝は任意の光学ファイバを収容するようなされておりま
た光学ファイバをその端部がレーザー素子のうちの一つ
のレーザー素子近傍でこれと受光動作関係状態にて位置
決めされるようになっている。担持部材はスロット部近
傍に複数の光検出装置を備える。各光検出装置は、複数
の溝のうちの対応する一つと整列されまた光検出装置と
整列する溝と光検出装置との間に挿入される複数のレー
ザー素子のうちの一つと整列されている。
本発明の別の様相によれば、支持構造体が、上述のよ
うに、複数のレーザー素子からなる配列を複数の光学フ
ァイバからなる配列と整列状態で装着する機器を備え
る。支持構造体はまた担持部材を収容しそしてこれを位
置決めするようになされる支持部材を備える。支持部材
は、担持部材のスロット部に接近して、種々の回路部品
の集合体を支持しそしてこれを位置決めする手段を備え
る。
［好ましい実施例の詳細な説明］ 以下、図面を参照しつつ本発明を説明するが、図は説
明の便宜上一定のスケールに従っていない。ある寸法は
他の寸法に比べて誇張して図示されているがこれは本発
明をより明かにするためである。
第１図〜第３図を参照すると、本発明による機器は、
複数の光学ファイバ10を、その各々がレーザー素子11と
適当な整列状態にて装着する配列体を備える。個々のレ
ーザー素子11は、単一の横モードと縦モードで動作し、
屈折率導波機構を付帯したたとえばGaInAsP/InPヘテロ
接合レーザーのような従来の形のものである。第５図に
もっとも良好に図示されているように、複数のレーザー
素子は一列に配列されそしてＰ側を上に半導体材料から
成る集積化された一体構造体12に組み込まれる。レーザ
ー構造体12は従来の技術を使用して、それぞれ発光接合
部13を有する複数のヘテロ接合半導体素子が形成される
よう製造される。個々のレーザー素子11は、よく知られ
るフォトリソグラフィマスキングプロセスおよびエッチ
ングプロセスを使用することにより真直な複数列の並び
に形成され、一列の複数のレーザー素子が列に沿って等
間隔に離間される。一列のレーザー素子は溝14によって
互いに電気的に隔離される。従来の技術を使用して、ビ
ームリード形接触部材17がレーザー素子11の上側面と接
触状態にて形成される。ビームリード形接触部材17はレ
ーザー素子の列の長手方向の次元に垂直な方向で外側に
片持ちばり状に保持され、そしてほぼ同一面にある。共
通の金属化層18が、レーザー素子構造体12の底面とオー
ム接触状態にある。
複数のレーザー素子11の一列とこれと同数の光学ファ
イバ（第１図では８つが図示されている）10とが単一結
晶デバイスに使える品質のシリコンの単一片から製造さ
れる担持部材20に装着される。担持部材20は、平坦な主
上面21と主上面に平行な主下面22とを有する。レーザー
素子の集積化配列体12を収容するために、凹部またはス
ロット部23が上側面21に形成される。上側面21はまたス
ロット部23を横切りそしてスロット部23で終端する複数
のＶ字形状溝25を包有する。各溝25は光学ファイバ10を
支持しそしてこれを位置決めするようなされている。溝
25はレーザー素子集積化配列体12の個個のレーザー素子
11と同様の間隔で等間隔に離間されている。スロット部
23は所望されないシリコンを機械的に除去することによ
っても形成可能である。溝25は知られているフォトリソ
グラフィマスキングおよびエッチング技術を使用するこ
とにより担持部材20に形成される。したがって、溝25の
寸法は正確に制御できまた溝25の間隔は、レーザー素子
集積化配列体12におけるレーザー素子11間の間隔とほぼ
同様とすることができる。
第３図に最も良好に図示されているように、スロット
部23は、担持部材20の主面21、22に平行な底面27と、互
いに平行で底面27に対して垂直な側面ないし壁28、29と
を有する断面が矩形のものである。スロット部23は溝25
の方向を横切って真直な長寸法を有する。スロット部23
の側面28と担持部材20の縁部ないし側部32との間の上側
主面21の帯域は酸化シリコン（SiO2）の被着物30で被覆
される。溝の底面27は、上部に金属性接触層33を有する
酸化シリコンの絶縁層31で被覆される。必要に応じ、担
持部材20の別の面が絶縁面を提供すべく酸化可能であ
る。
シリコン担持部材20のスロット23の側面28に沿って複
数の後方面形の検出器配列35が包含され、検出器配列の
各検出器は、レーザー素子集積化配列体の複数のレーザ
ー素子11の一つと連関する。後方面形検出器35は、関連
のレーザー素子11から投射された光を受光するよう、ス
ロット部23の側壁28に沿って適当に離間される光感知接
合部を有するフォトダイオードである。図示されるよう
に、これらの光検出器は、よく知られるイオンインプラ
ンテーション技術または拡散技術を使用することによ
り、担持部材20のｐ形単結晶シリコンに作られる。図示
されるように、フォトダイオードの配列は、共通のn-領
域とこの共通n-領域に付帯して形成される個々のp+領域
とを持つものとすることが可能である。共通の一つの接
点がn-領域に形成可能でありまた個々の接点が酸化シリ
コン層30の開口部のp+領域に形成される。標準の半導体
製造技術により、スロット部23の側面28に沿って配置さ
れ、そしてスロット部23の反対側で上側面21に形成され
る溝25について正確に相互位置決めが行なわれた個々の
素子が製造される。
レーザー素子構造体12は、酸化シリコンの絶縁層30を
溝25から離れる方向に延長するビームリード接触部材17
とともにスロット部23に配置される。レーザー配列構造
体12は、ビームリード17が酸化シリコン層30と接触でき
ると同時にレーザー配列構造体12の底面の導電層18がレ
ーザー素子装着スロット部23の底面27の上の金属接触層
33に載置されるよう、スロット部23の大きさについて適
当な大きさのものである。以下に詳述されるように、レ
ーザー構造体12およびスロット部23の配列関係は、各レ
ーザー素子11の発光領域13と、光学ファイバを保持する
関連の溝25との適当な整列関係および関連の後方面形検
出器35との適当な整列関係が得られるよう、スロット部
の長手方向に沿うレーザー構造体の移動を許容するもの
である。適当なアライメント（整列関係）が得られる
と、共融はんだを使用することにより、ビームリード
は、酸化シリコン30の頂部に配置され、レーザー素子配
列体の底面の金属接触部18は、スロット部の底面の金属
接触部32に装着される。
かくして、後方面形検出器35および溝21を包含するレ
ーザー素子配列体12と担持部材20との組立体が、光学フ
ァイバの配列と整列してレーザー素子の配列を装着する
ための機器を提供する。種々の構成要素を作るのに使用
された技術は個々の寸法の正確な制御が可能である。か
くして、各光学ファイバ10と関連のレーザー素子11と関
連の後方面形検出器35との正確なアライメントを得るこ
とが可能である。
第１図および第２図に図示されているように、一体ユ
ニットとして製造されるシリコンの単一片である担持部
材20は支持構造体40を装着される。支持構造体40はシリ
コンまたはそのほかの適当な絶縁材料とすることができ
る。支持構造体40は直立する垂直壁ないし面42で終端す
る平坦な水平方向の主面41を有する。担持部材20は、そ
の底面22が支持構造体の水平面41にありそしてその縁面
32が支持構造体40の垂直壁42と当接して支持構造体40に
装着される。
支持構造体40の別の平坦な水平面43が水平面41と平行
に横たわっている。水平面43は、階段が形成されるよ
う、水平面41の上方に離間されそして垂直面42で終端す
る。集積回路の形態のような回路集合体45が面43に装着
される。回路は一列の各レーザー素子11の駆動回路を備
えまた別の種々の機能をも提供可能である。支持構造体
40の水平面43は、垂直方向の高さが、回路集合体45のた
めの接点がレーザー素子11のビームリード17とほぼ同様
の高さにあるような高さにある。回路集合体45は、レー
ザー素子11のビームリード17とそれらの駆動回路との間
で短いワイヤボンド接続47が行なわれるよう、垂直壁42
が提供する階段に接近して装着され、かくして担持部材
20に接近して装着される。後方面形検出器35と回路45と
の間のボンドワイヤ48もまた非常に短い。ビームリード
17は比較的広い接触領域をワイヤボンド接続47に与え
る。電気的な接続（図示せず）が回路45と共通接点32と
の間でレーザー構造体12へ容易に提供される。担持部材
20と重畳する電気的に絶縁性の被着物30とは堅固な支持
面をビームリード17に提供しそしてレーザー素子11から
の熱の有効な熱放散が提供される。第１図に図示されて
いるように、２以上の担持部材20が単一の支持構造体に
装着可能である。各担持部材20は、整列されるビームリ
ード形レーザー素子11の配列12、後方面形光検出器35お
よび適当な整列状態で光学ファイバ10を支持するＶ字形
状の溝25を備える。各担持部材は、担持部材が支持構造
体に位置決めされるよう、その縁面32が支持構造体の垂
直壁42と当接して支持構造体40に配置される。集積回路
45またはそのほかの必要な補助回路の集合体が、配列12
のレーザー素子11のビームリード17の配列に接近して支
持構造体40の装着面43に固定される。装着面43は、集積
回路45ごとに、支持構造体40の一番上の面から後退可能
でありそして中間の稜部49により別のこの種の装着面43
と分離可能である。
上述のように、光学ファイバを支持するＶ字形状溝25
と後方面形光検出器35とは、よく知られるフォトリソグ
ラフィマスキングおよびエッチング技術およびイオンイ
ンプランテーションまたは拡散技術を使用することによ
り、シリコンの担持部材20に形成され、これらの要素間
に正確なアライメントが提供される。レーザー素子の各
並びまたは列12は、これらの構成要素の正確な寸法付け
を提供する同様の技術を使用することにより製造され
る。かくして、正確なアライメントが、レーザー素子の
配列体をスロット部23の長寸法に沿って適当な位置へ横
方向に移動させることにより、各組の溝25と後方面形検
出器とレーザー素子11との間で得られる。
各Ｖ字形状溝25と関連の後方面形検出器35との正確な
整列関係を持つ担持部材20の製造により、スロット部に
おけるレーザー素子11の配列体12の正確な位置決めが、
Ｖ字形状溝25と後方面形検出器35との間で可能となる。
光学ファイバ10が１またはそれ以上のＶ字形状溝25に配
置されそして光がスロット23近傍の端部に向かい反対側
の端部にてレーザーから光学ファイバを通る方向とは逆
の方向に伝送される。この光は関連の後方面形検出器35
およびこれに接続される適当な回路により検出される。
レーザー素子の配列体12がスロット部23に配置されそし
て適当な後方面形検出器35の出力をモニターしつつ、従
来のマイクロマニピュレータ装置によりスロット部に沿
って調節が行なわれる。光伝送光学ファイバから投射さ
れる光は受動導波路として動作するレーザー素子の活性
領域13を付帯して中間のレーザー素子の伝送特性により
修正される。活性領域13がファイバ軸線と交差するに応
じて被検出信号の変化が生じる。レーザー素子の配列体
は、Ｖ字形状溝と配列体のレーザー素子との間の適当な
整列関係を指示するこれらの信号をできるだけ大きくす
るよう調節される。レーザー配列体は、レーザー素子の
配列体の底部の金属接触部18とスロット部23の底面27の
金属面32とを、それらの再適な物理的関係を維持しつ
つ、溶着するなどして担持部材に固定される。構造体12
のレーザー素子11の間隔および担持部材20の溝の間隔の
正確さにより、配列体12の全てのレーザー素子11はその
対応する溝25と適宜整列される。１またはそれ以上のレ
ーザー素子を介しての光伝送のモニター動作によりアラ
イメントを得るこの技術は非常に正確である。
かくして、上述のシリコン担持部材と、ビームリード
形接触部材を有するレーザー素子の直線的な配列体とが
組み合わさる構成により、光学ファイバをレーザー素子
とさらには組み込み式の後方面形検出器と正確に整列さ
せるための取付け構造が提供される。光学ファイバのコ
アの直径が標準的には50μｍのけたまたはそれ以下であ
りそして上述のタイプのレーザー素子の光投射領域の幅
が約５μｍであることを考えれば、光学ファイバおよび
レーザー素子に関連の種々の操作部材のこの種の正確さ
の重要性は明かであろう。正確なアライメントに加え
て、ビームリード接触部材および担持部材でのビームリ
ード接触部材の取付け構造により良好な熱放散特性がレ
ーザー素子のために得られる。レーザー素子へのワイヤ
ボンディングは半導体構造体の外部のビームリードで行
なわれるので、レーザー素子の機械的完全性を犠牲にす
ることなく、できるだけ最大限の信頼性が得られるよ
う、接合パラメータはできるだけ大きくすることができ
る。上述のように、レーザー素子を駆動し、その動作を
モニターしまた別の種々の機能を行なう補助回路は、担
持部材と支持構造体の構成により、担持部材に装着され
る種々の要素に接近して配置可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による装置の一部の平面図である。 第２図は、第１図の線２−２に沿って得られる断面図で
ある。 第３図は、第２図よりもさらに詳しい本装置の担持部材
の断面図である。 第４図は、担持部材に装着されるレーザー素子の拡大平
面図である。 第５図は、半導体レーザー素子の配列を合体する一体レ
ーザー構造体の部分的な斜視図である。 図中の各参照番号が示す主な名称を以下に挙げる。 10:光学ファイバ 11:レーザー素子 12:レーザー素子（一体）配列構造体（レーザー素子集
積化配列体） 13:レーザー素子の活性領域（発光領域）（発光接合
部） 14:溝 17:ビームリード（ビームリード形接触部材） 18:導電層（金属接触部、共通の金属化層） 20:担持部材 21:（上側）主面（上側面、主上面） 22:主面（底面、主下面） 23:スロット部 23:（レーザー素子装着）スロット部 25:（Ｖ字形状）溝 27:底面 28:側壁（側面） 29:側面ないし壁 30:酸化シリコン層（被着物） 31:（酸化シリコンの）絶縁層 32:縁面（縁部ないし側部） 33:金属接触層（共通接点） 35:検出器配列（後方面形検出器） 40:支持構造体 41:主面（水平面） 42:垂直壁（垂直面） 43:（別の平坦な）水平面（装着面） 45:回路集合体（集積回路） 47:ワイヤボンド接続 48:ボンドワイヤ 49:稜部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−68301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−42109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−39085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−146004（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の光学ファイバの列と整列状態で複数
    のレーザー素子の配列体を装着する装置において、 半導体材料の担持部材と、 該担持部材のスロット部と、 複数の半導体レーザー素子の配列を備える一体レーザー
    構造体とを備え、 前記担持部材は前記レーザー構造体を前記スロット部に
    収容するようなされており、さらに 前記担持部材の複数の溝であって、各溝は一つの光学フ
    ァイバを収容しそして一つのレーザー素子近傍で光学フ
    ァイバはその一端部が受光関係状態にて位置決めされる
    ようなされている前記複数の溝と、 前記スロット部近傍の前記担持部材の複数の光検出素子
    であって、各光検出素子は一つの溝と各別に整列されそ
    して一つのレーザー素子が光検出素子と光検出素子と整
    列する溝との間に挿入される前記複数の光検出素子とを
    備え、さらに 前記スロット部は真直な細長のスロットであり、前記溝
    は、真直な細長の溝であり、互いに平行に配置されそし
    て前記スロット部を横切り、 前記配列体のレーザー素子は一列に配列され、そして、 前記スロット部は、前記レーザー構造体を収容し、各レ
    ーザー素子と前記溝および光検出素子の一つとのアライ
    メントが得られるよう、スロット部の長さに沿って前記
    レーザー構造体の横方向の移動が可能なようなされてい
    る装置。
  2. 【請求項２】前記担持部材は単結晶シリコンの単一の一
    体構造体であり、 各光検出素子は、担持部材と一体に前記端結晶シリコン
    の一部分に作られる請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記スロット部は、その細長寸法をほぼ横
    断してほぼ矩形形態のものでありそしてスロット部の細
    長寸法に沿って延長する対向側面を有し、 各溝は前記側面の一方で終端し、そして 各光検出素子は、前記溝の一つと正反対に前記側面の他
    方に配置されている請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】前記スロット部は前記側面間に底面を有
    し、 前記レーザー構造体は溝および光検出素子に対して整列
    された後にスロット部の底面に固定されるようなされて
    いる底面を備え、 各前記レーザー素子は、溝に整列して配置される光学フ
    ァイバの端面へ光が入射されまた溝と整列される光検出
    素子へ光が入射されるよう光を投射するようなされてい
    る請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】前記レーザー構造体の各レーザー素子は、
    ある共通面にレーザー素子から延長するビームリード形
    接触部材を有し、 前記担持部材はビームリード形部材が担持部材の絶縁面
    と物理的に接触状態で、前記レーザー構造体を前記スロ
    ット部に収容するようなされている請求項４記載の装
    置。
  6. 【請求項６】複数の光学ファイバの列と整列状態で複数
    のレーザー素子の配列体を装着する装置を備える支持構
    造体において、 半導体材料の担持部材と、 該担持部材のスロット部と、 複数の半導体レーザー素子の配列を備える一体レーザー
    構造体とを備え、 前記担持部材は前記レーザー構造体を前記スロット部に
    収容するようなされており、さらに 前記担持部材の複数の溝であって、各溝は一つの光学フ
    ァイバを収容しそして一つのレーザー素子近傍で光学フ
    ァイバーはその一端部が受光関係状態にして位置決めさ
    れるようなされている前記複数の溝と、 前記スロット部近傍で前記担持部材に設けた複数の光検
    出素子であって、各光検出素子は一つの溝と各別に整列
    されそして一つのレーザー素子が光検出素子と光検出素
    子と整列する溝との間に挿入される前記複数の光検出素
    子と、 前記担持部材を収容しそして位置決めするようなされて
    おり、 担持部材の前記スロット部に接近して複数の回路要素の
    集合体を支持しそして位置決めするための手段を備える
    支持部材とを備え、 前記スロットル部は、前記溝および光検出素子に対して
    レーザー構造体の移動が可能であり、レーザー構造体を
    前記担持部材に適所に固定するのに先立って、各レーザ
    ー構造体と前記溝および光検出素子の一つとのアライメ
    ントを得るようになされている支持構造体。
  7. 【請求項７】前記スロット部は真直な細長のスロットで
    あり、 前記溝は、真直な細長の溝であり、互いに平行に配置さ
    れそして前記スロット部を横切り、 前記配列体のレーザー素子は一列に配列され、そして、 前記スロット部は、前記レーザー構造体を収容し、各レ
    ーザー素子と前記溝および光検出素子の一つとのアライ
    メントが得られるよう、スロット部の長さに沿って前記
    レーザー構造体の横方向の移動が可能なようなされてい
    る請求項６記載の支持構造体。
  8. 【請求項８】前記レーザー構造体の各レーザー素子は、
    ある共通面でレーザー素子から延長するビームリード形
    接触部材を有し、 前記担持部材はビームリード形部材が担持部材の絶縁面
    と物理的に接触状態で、前記レーザー構造体を前記スロ
    ット部に収容するようなされている請求項７記載の支持
    構造体。
  9. 【請求項９】前記担持部材は、平坦な上面と、該上面と
    平行な実質的に平坦な下面と、前記上面および下面に垂
    直な平坦な側面とを有し、 前記スロット部は前記側面に接近してそしてこれと平行
    に該上面に形成され、 担持部材の前記絶縁面領域は該上面にあり、そして担持
    部材の側面と該スロット部との間に配置され、 前記溝は担持部材の前記上面に形成され、 前記支持部材は垂直壁で終端する第１の平坦な上面を有
    し、 前記支持部材は、担持部材の前記下面が支持部材の第１
    上面と接触状態にてまた担持部材の前記側面が支持部材
    の前記垂直壁と当接して、担持部材を収容するようなさ
    れており、 前記支持部材は前記第１上面と平行で前記垂直壁近傍で
    終端する第２の平坦な上面を有し、 前記支持部材は、前記第２の上面と接触状態で、平坦な
    底面を有する回路部品の集合体を収容するようなされて
    いる請求項８記載の支持構造体。
  10. 【請求項１０】前記担持部材は単結晶シリコンの単一の
    一体構造体であり、 各光検出素子は、担持部材と一体に前記単結晶シリコン
    の一部分に作られる請求項９記載の支持構造体。
  11. 【請求項１１】前記スロット部は、その細長い寸法をほ
    ぼ横断してほぼ矩形形態のものでありそしてスロット部
    の細長い寸法に沿って延長する対向側面を有し、 各溝は前記側面の一方で終端し、そして 各光検出素子は、前記溝の一つと正反対に前記側面の他
    方に配置されている請求項10記載の支持構造体。
  12. 【請求項１２】前記スロット部は前記側面間に底面を有
    し、 前記レーザー構造体は溝および光検出素子について整列
    された後にスロット部の底面に固定されるようなされて
    いる底面を備え、 各前記レーザー素子は、溝に整列して配置される光学フ
    ァイバの端面に入射しまた溝と整列される光検出素子に
    入射するよう光を投射するようなされている請求項11記
    載の支持構造体。
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