JP2892889B2 - 光半導体モジュール - Google Patents

光半導体モジュール

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JP2892889B2 JP4238459A JP23845992A JP2892889B2 JP 2892889 B2 JP2892889 B2 JP 2892889B2 JP 4238459 A JP4238459 A JP 4238459A JP 23845992 A JP23845992 A JP 23845992A JP 2892889 B2 JP2892889 B2 JP 2892889B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体モジュールに
係り、特に、各種光通信機器分野、すなわち、光ファイ
バを伝送路として用いる幹線系通信、ファクトリーオー
トメーション(FA)、オフィスオートメーション(O
A)、構内通信網(LAN)、CATVシステム、無線
アナログ伝送システム、装置間を多芯の光ファイバで接
続する光インタコネクトシステム等、さらに、将来の広
帯域サービスのためのB−ISDNサービスを各家庭ま
で提供するための加入者システム等に使用して好適な光
半導体モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】光半導体モジュールに関する従来技術と
して、例えば、特開平2−220010号公報等に記載
された技術が知られている。以下、この種の従来技術を
図面により説明する。
【0003】図9は従来技術による光半導体モジュール
の構造を示す斜視図である。図9において、30は電極
パターン、31は光ファイバ、32はファイバ支持部、
33は絶縁膜、34はガイド、35は基板である。
【0004】図示従来技術は、複数個の発受光素子と光
ファイバとを結合する構造を示すものである。この並列
伝送光半導体モジュールは、アレイ状に複数個配列した
図示しない発光あるいは受光素子を支持する基板35
と、前記素子と光結合する側の端面が略45度に斜めに
カットされ、前記素子とアレイピッチを同一にしたアレ
イ状光ファイバ31を保持する光ファイバ支持部32と
を備え、前記基板35に光軸を略一致させて光ファイバ
を重畳するために、基板35と光ファイバ支持部32と
の間に、絶縁膜33とガイド34とが設けられて構成さ
れている。
【0005】この従来技術は、平面基板上にアレイ状に
光素子を配置して、この光素子と、光の入出射方向を上
下方向とし、端面が略45度に斜めにカットされた光フ
ァイバとを結合させるように構成されている。
【0006】そして、前記従来技術は、光軸を、光ファ
イバ支持部のガイドの大きさで調整することができるの
で、ガイドを予め所望の大きさに作製してあり、また、
光ファイバのピッチ、光ファイバの支持部に設けたガイ
ドと光ファイバとの位置関係が、それぞれ、光素子のア
レイピッチ、基板に設けたガイド溝と光素子との位置関
係に一致するように構成されている。
【0007】従って、前記従来技術は、光ファイバ支持
部をガイド溝に沿って摺動させるだけで光軸調整を行う
ことができ、光軸調整のための部材間のクリアランス、
部材固定のスペースが不要であり、その形状を小型化す
ることができるという特徴を有するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
は、光ファイバアレイ付きのピグテールタイプモジュー
ルであるため、光ファイバアレイと光ファイバ支持部の
接合部分が障害となりモジュール全体を気密封止するこ
とが困難であり、その結果、モジュールに搭載される発
受光素子あるいはICの寿命を確保することができず、
また、腐食を防止することができないという問題点を有
している。
【0009】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、発受光素子及び発受光素子を駆動する回路が構
成されているICの寿命を確保することができ、また、
これらの腐食をも防止することのできる光半導体モジュ
ールを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、複数の発受光素子と複数の光ファイバとの結合を従
来の直接結合に代えて、レンズアレイを介して結合させ
るようにすることにより、また、複数の発受光素子とレ
ンズアレイとを同一のケース内で光伝達関係にあるよう
に配置固定し、ケース全体を気密封止したパッケージと
することにより達成される。
【0011】また、前記目的は、複数の光ファイバの先
端部分をフェルール化し、さらに、前記フェルールを金
属性のパッケージに気密に格納することにより、また、
前記ケースとパッケージとを同一の基板上で光伝達関係
にあるように位置合わせを行い、さらに、光伝達関係を
保持したまま前記基板上にはんだあるいは溶接により、
これらを固定することにより達成される。
【0012】
【作用】本発明は、複数の発受光素子とレンズアレイと
を搭載し、気密封止されたケースによるパッケージと、
複数の光ファイバを保持しているパッケージとを分離し
ているので、複数の発受光素子と複数の光ファイバとを
結合させる場合にも、モジュール全体を気密封止するこ
とが可能となり、発受光素子あるいは発受光素子を駆動
する回路を構成しているICの寿命の確保、腐食の防止
を図ることができ、光半導体モジュールに、安定した機
能を持たせることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明による光半導体モジュールの実
施例を図面により詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の第1の実施例の構成を示す
簡略化した要部の斜視図、図2は多芯半導体レーザパッ
ケージの構成を示す斜視図、図3は多芯ファイバアレイ
パッケージの構成を示す斜視図である。図1〜図3にお
いて、1は半導体レーザアレイ、2は半導体レーザアレ
イ用サブマウント、3はICアレイ、4はケース、5は
ふた、6は位置合わせ基板、7はリード端子、8はフェ
ルールパッケージ、9はファイバアレイ、10はブロッ
ク、11はレンズアレイ、12はレンズアレイホルダ、
13はファイバアレイフェルールである。図1〜図3に
示す本発明の第1の実施例は、半導体レーザアレイを用
いた多芯半導体レーザアレイモジュールである。
【0015】図1、図2において、半導体レーザアレイ
1から出射されたレーザ光は、半導体レーザアレイ1と
光伝達関係に配置されているレンズアレイ11と結合さ
れ、さらに、図3に示すような光ファイバアレイホルダ
としてのフェルールパッケージ8に組み込まれている光
ファイバアレイフェルール13と光伝達関係を有するよ
うに結合され、光ファイバアレイ9を伝搬していく。
【0016】半導体レーザアレイ1等を格納している多
芯半導体レーザパッケージは、図2に示すように、レン
ズアレイ11とレンズアレイホルダ12とが、低融点ガ
ラスあるいははんだ等で気密封止され、さらに、レンズ
アレイホルダ12と金属等によるケース4とがはんだ等
で気密封止され、一方、ケース4の上面がふた5をシー
ム溶接あるいははんだ固定により気密封止されて構成さ
れている。なお、リード端子7には、電気信号が入出力
される。
【0017】次に、前述のように構成されるモジュール
の組立方法の一例を説明する。
【0018】まず、ブロック10の上面に、IC3及び
半導体レーザアレイ1を搭載したサブマウント2をはん
だにより固定してワイヤボンディングを行う。この場
合、ブロック10の上面には、配線パターンが形成され
ており両端のパターンにダミーのリード端子を形成して
おく。
【0019】一方、低融点ガラスあるいははんだ等でレ
ンズアレイ11が固定されているレンズアレイホルダ1
2をケース4のリード端子7が設けられている面と反対
側に所定の精度となるようにはんだ等で固定する。
【0020】次に、前述したブロック10をケース4の
内部に置き、半導体レーザアレイ1の両端が発光するよ
うに、ダミーのリード端子より給電を行う。このとき、
両端のレンズを通過したレーザ光をビジコンカメラによ
り観察し、次のような手順により半導体レーザアレイの
位置合わせを行う。
【0021】(1)ビジコンカメラの焦点をアレイレン
ズの端面に合わせる。
【0022】(2)アレイレンズ端面の光強度が両端で
均一になるようにブロック10の位置を調整する。
【0023】(3)この調整の終了後、ブロック10と
ケース4の内部面をとはんだにより固定する。
【0024】前述による半導体レーザアレイの位置合わ
せの終了後、ダミーのリード端子を外し、不活性ガス雰
囲気中において、ふた5をケース4の上にシーム溶接あ
るいははんだ固定することにより、パッケージを気密封
止する。
【0025】次に、前記多芯半導体レーザパッケージと
図3に示す多芯ファイバアレイパッケージ(光ファイバ
アレイの先端がフェルール化され、さらに、このフェル
ールを金属性の筺体に挿入し所定の位置に固定されたも
の)を共通の基板6の上で半導体レーザアレイの光をモ
ニタしながら位置合わせを行い、位置合わせの終了後、
2つのパッケージを基板6上に、はんだ等で固定する。
【0026】以上により、図1に示す本発明の第1の実
施例による多芯半導体レーザモジュールを形成すること
ができる。
【0027】前述した本発明の第1の実施例によれば、
気密封止の工程と位置合わせの工程とを別々に行うこと
ができ、発受光素子あるいは発受光素子を駆動する回路
を構成しているICを確実に機密封止することができる
ので、これらの素子、ICの寿命確保及び腐食防止を図
ることができる。
【0028】図4は本発明の第2の実施例の構成を示す
斜視図である。図4において、14は位置合わせ基板と
一体化されたケースであり、他の符号は図1〜図3の場
合と同一である。
【0029】この本発明の第2の実施例は、前述した本
発明の第1の実施例における、多芯半導体レーザパッケ
ージを形成したケース4と位置合わせ基板6と一体化し
て構成したもので、他の構成は、前述した本発明の第1
の実施例と同一である。
【0030】このような本発明の第2の実施例によって
も、前述と同様な効果を得ることができる。
【0031】図5は本発明の第3の実施例の構成を示す
斜視図、図6は光ファイバコリメートパッケージの断面
図、図7は発受光素子が搭載されているブロックの構成
を示す斜視図、図8は平面光導波路及びブロックが搭載
される波長多重送受信モジュール用ケースの構成を示す
斜視図である。図5〜図8において、15は半導体レー
ザ、16は半導体レーザ用サブマウント、17はフォト
ダイオード、18はフォトダイオード用サブマウント、
19はブロック、20は平面光導波路型合分波器、21
は共通導波路、22は合波導波路、23は分波導波路、
24は波長多重送受信モジュール用ケース、25は光フ
ァイバホルダ、26は単芯光ファイバ、27はレンズ、
28は単芯用フェルール、29は平面光導波路挿入口で
あり、他の符号は図1の場合と同一である。
【0032】図5〜図8に示す本発明の第3の実施例
は、半導体レーザとフォトダイオードと平面光導波路と
を使用した波長多重送受信モジュールである。
【0033】図5、図6において、半導体レーザ15よ
り出射された波長λ1の光は、合波導波路22、共通導
波路21を伝搬し、光ファイバホルダ25に内蔵された
レンズ27を通り光ファイバ26を伝搬して相手側のモ
ジュールへと伝搬される。一方、光ファイバ26を伝搬
してきた波長λ2の光は、レンズ27を通りさらに共通
導波路21、分波導波路23を通りフォトダイオード1
7に入射する。
【0034】次に、この本発明の第3の実施例によるモ
ジュールの組立方法の一例を図5〜図8を参照して説明
する。
【0035】まず、図7に示すように、半導体レーザ1
5とフォトダイオード17とを、それそれの専用のサブ
マウント16、18にはんだによりダイボンディングし
た後、所定の間隔(合波導波路22と分波導波路23と
の間隔)を取るように、これらのサブマウント16、1
8をブロック19にはんだにより固定し、半導体レーザ
15に給電を行うことができるようにダミー電極を設け
る。
【0036】一方、レンズ27が内蔵されている光ファ
イバホルダ25の内部に、光ファイバ26が設けられて
いるフェルール28を、その先端がレンズに接触するま
で挿入し固定する。
【0037】次に、予め両面及び側面をはんだ付けが可
能なように、Ni、Cu等のメタライズが施された平面
光導波路型合分波器20を、図8に示す平面光導波路挿
入口29に挿入しはんだにより固定する。
【0038】最後に、前記ブロック19をケース24内
に入れて位置調整を行う。この位置調整は、ブロック1
9を専用の治具で掴み、半導体レーザ15を発光させな
がら、平面光導波路型合分波器20と半導体レーザ15
とが光伝達関係にあるように、また、同時に前記光ファ
イバホルダ25が、ケース24の基板の上において平面
光導波路20と光伝達関係にあるように行われる。この
調整後、ブロック19と光ファイバホルダとを、前述の
光伝達関係を保持しながら、はんだによりケース24内
及びケース24の基板の上に固定する。固定後、不活性
ガス雰囲気内でふた5をケース24にかぶせシーム溶接
等で封止固定する。
【0039】以上により、本発明の第3の実施例による
半導体レーザモジュールを形成することができ、この場
合にも、前述した本発明の第1の実施例の場合と同様な
効果を得ることができる。
【0040】前述した本発明の第3の実施例において、
平面光導波路20として、光のスイッチ機能を有するも
の、光の分岐機能を有するもの、あるいは、光の合波、
分波および分岐の機能を有すものを使用することもでき
る。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
受光素子及び発受光素子を駆動する回路が構成されてい
るICの寿命を確保することができ、また、これらの腐
食をも防止することのできる光半導体モジュールを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す斜視図であ
る。
【図2】多芯半導体レーザパッケージの構成を示す斜視
図である。
【図3】多芯ファイバアレイパッケージの構成を示す斜
視図である。
【図4】本発明の第2の実施例の構成を示す斜視図であ
る。
【図5】本発明の第3の実施例の構成を示す斜視図であ
る。
【図6】光ファイバコリメートパッケージの断面図であ
る。
【図7】発受光素子が搭載されているブロックの構成を
示す斜視図である。
【図8】平面光導波路及びブロックが搭載される波長多
重送受信モジュール用ケースの構成を示す斜視図であ
る。
【図9】従来技術による光半導体モジュールの構造を示
す斜視図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザアレイ 2 半導体レーザアレイ用サブマウント 3 ICアレイ 4 ケース 5 ふた 6 位置合わせ基板 7 リード端子 8 フェルールパッケージ 9 ファイバアレイ 10 ブロック 11 レンズアレイ 12 レンズアレイホルダ 13 ファイバアレイフェルール 14 位置合わせ基板と一体化したケース 15 半導体レーザ 16 半導体レーザ用サブマウント 17 フォトダイオード 18 フォトダイオード用サブマウント 19 ブロック 20 平面光導波路型合分波器 21 共通導波路 22 合波導波路 23 分波導波路 24 波長多重送受信モジュール用ケース 25 光ファイバホルダ 26 単芯光ファイバ 27 レンズ 28 単芯用フェルール 29 平面光導波路挿入口 30 電極パターン 31 光ファイバ 32 ファイバ支持部 33 絶縁膜 34 ガイド 35 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 氷見 進 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株式会社 日立製作所 情報通信事業部 内 (56)参考文献 特開 平2−32306(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/26 G02B 6/30 - 6/34 G02B 6/42

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発受光素子が搭載されたパッケージを備
    え、光信号の送信、受信あるいは送受信を行う機能を有
    する光半導体モジュールにおいて、前記パッケージは、
    同一のケース内に、複数の発受光素子と複数のレンズと
    が予め光伝達関係にあるように同一ケース内に配置さ
    れ、かつ、ケース全体が気密封止されて構成され、前記
    複数のレンズと光伝達関係にあるように結合される複数
    の光ファイバと前記パッケージとの位置合わせが同一平
    面の基板上で行われ、前記複数のレンズと複数の光ファ
    イバとの光伝達関係を保持したまま、前記パッケージと
    前記複数の光ファイバとが前記基板上に固定されること
    を特徴とする光半導体モジュール。
  2. 【請求項2】 前記基板と前記半導体パッケージを構成
    するケースとが一体化されていることを特徴とする請求
    項1記載の光半導体モジュール。
  3. 【請求項3】 発受光素子が搭載されたパッケージを備
    え、光信号の送信、受信あるいは送受信を行う機能を有
    する光半導体モジュールにおいて、前記パッケージは、
    同一のケース内に、合分波機能を有する平面光導波路の
    合波光導波路と発光素子とが、また、分波光導波路と受
    光素子とが、それぞれ、光伝達関係にあるように配置固
    定され、かつ、ケース全体が気密封止されて構成され、
    前記平面光導波路の共通光導波路と光伝達関係にあるよ
    うに結合されるレンズが固定されている光ファイバホル
    ダと、前記パッケージとの位置合わせが、前記ケースと
    一体に設けられている基板上で行われ、前記平面光導波
    路の共通光導波路と前記光ファイバホルダに固定されて
    いるレンズとの光伝達関係を保持したまま、前記光ファ
    イバホルダが前記基板上に固定されることを特徴とする
    光半導体モジュール。
  4. 【請求項4】 前記平面光導波路が光のスイッチ機能を
    有することを特徴とする請求項3記載のの光半導体モジ
    ュール。
  5. 【請求項5】 前記平面光導波路が光の分岐機能を有す
    ることを特徴とする請求項3記載の光半導体モジュー
    ル。
  6. 【請求項6】 前記平面光導波路が光の合波、分波およ
    び分岐の機能を有することを特徴とする請求項3記載の
    光半導体モジュール。
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