JP2944692B2 - 半導体装置構造 - Google Patents

半導体装置構造

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JP2944692B2 JP1504523A JP50452389A JP2944692B2 JP 2944692 B2 JP2944692 B2 JP 2944692B2 JP 1504523 A JP1504523 A JP 1504523A JP 50452389 A JP50452389 A JP 50452389A JP 2944692 B2 JP2944692 B2 JP 2944692B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置構造に関し、特に光通信システ
ム中に設けられるのに適した外部空洞半導体レーザおよ
びレーザ増幅器パッケージ、および装置パッケージ内の
可動光学処理素子のための装置に関する。
コヒーレントな光通信システムは潜在的により大きな
感度を提供するが、このようなシステムの検出において
は連続的に同調可能で、狭いライン幅で、単一モードの
光源が必要である。このような光源は外部空洞レーザで
あり、それにおいては半導体レーザ面の一つは内部フィ
ードバックを減少させるために反射防止被覆が形成さ
れ、選択された波長がレーザ出力におけるその波長が支
配的となるように刺激するためにレーザ中へ反射して戻
される。反射は通常外部空洞を形成する外部に位置する
回折格子から行われる。異なった波長に同調するために
格子は異なった時期を与えることができるように回転さ
れることができ、或いは格子は空洞長を変化させるため
に縦方向に移動することができる。格子が回転されると
き反射された波長の通過帯域が回転され、したがっても
しも十分に回転されたならば、通常帯域は異なるモード
に中心が位置し、或いは２つのモードの間に中心が来る
ようになる。空洞長を変化するとモード位置が変化し、
そのため格子の通過帯域に中心のあるモードは縦方向の
格子位置の変化により通過帯域を越えて移動する。した
がって回転と縦方向の移動を同時に行うことによって格
子の通過帯域の波長を移動させるけれども同じモードに
中心が止まることが可能であり（空洞長を変化させるこ
とにより）モードのホッピングを避けることができる。
制御回路は微調整のために同調され、モード変化と共に
起こる比較的大きい変化に対抗することができないから
検出中のモード変化を避けることが必要である。
実験室では、格子位置の調整はマイクロメータねじの
調節により手動で行われ、部品はすべて可動であり、再
編成可能である。そのような装置は試験的な目的では満
足すべきものであるが、実際の通信システムに装備する
ためには、自動制御および耐久性のあるパッケージが必
要であり、レーザに対して恒久的に整列して密封されて
いなければならない。同様の問題は同調可能なレーザ増
幅器のようなパッケージされた受信素子においても生じ
る。
格子の位置の調整において電気的に微調整を行うため
にピエゾ電気素子の積層体を使用することが知られてい
る。このピエゾ電気積層体装置では積層するピエゾ電気
素子の数を増加させることにより大きい変位を与えるこ
とが可能である。
半導体レーザのような半導体光放射素子は非常に小さ
いから小型の装置に適している。このような小型の半導
体光放射素子を使用する場合に、ピエゾ電気積層体装置
の一方の側に半導体レーザ等の半導体光放射素子を取付
け、他方の側に回折格子等の光処理素子を取付けること
によって装置全体を小型でコンパクトなものとすること
ができる。しかしながら、調整量を大きくするためには
前述のように多数のピエゾ電気素子を積層する必要であ
り、積層体が厚くなるとこのピエゾ電気積層体装置の両
側に取付けられている半導体光放射素子と回折格子等の
光処理素子との間の距離が大きくなる。適当なモード識
別ができるようにするためには空洞長は2cm以下にする
ことが望ましいが、上記のような構造では調整範囲を大
きくするために積層するピエゾ電気素子の数を増加させ
ると積層体が厚くなるために空洞長を2cm以下にするこ
とは困難である。
本発明の目的は、半導体光放射素子と光処理素子とを
近接して配置することが可能であり、しかも十分な調整
量が得られるような構造の半導体光放射素子と光処理素
子とを含む半導体装置を提供することである。
この目的は本発明の半導体装置によって達成される。
本発明の半導体装置は、半導体光放射素子と、光処理素
子と、それら半導体光放射素子と光処理素子とを間隔を
隔てて設置している支持装置とを具備し、半導体光放射
素子はハーメチックシールされたバッケージ内に配置さ
れ、光処理素子はハーメチックシールされたパッケージ
の外部に配置され、ハーメチックシールされたパッケー
ジは半導体光放射素子と前記光処理素子との間の光の通
路のための透明部分を有し、支持装置はピエゾ電気積層
体装置によって構成された第１の支持部材と、この第１
の支持部材に取付けられた第２の支持部材を具備し、第
２の支持部材は第１の支持部材に取付けられた位置から
第１の支持部材と同じ方向に延在し、第２の支持部材は
半導体光放射素子に関する光処理素子の位置の粗調整を
行う機械的調整手段により第１の支持部材に関する位置
が調整可能に構成され、半導体光放射素子と光処理素子
は互いに間隔を隔てて対向して配置されるように第１お
よび第２の支持部材のそれぞれ一方に取付けられ、ピエ
ゾ電気積層体装置はその選択的な膨張、収縮によって半
導体光放射素子に対する光処理素子の直線および回転移
動を行なわせるように構成されていることを特徴とす
る。
本発明においては、上記のように半導体光放射素子と
光処理素子と支持している支持装置をピエゾ電気積層体
装置によって構成された第１の支持部材と第２の支持部
材とによって構成し、第２の支持部材を第１の支持部材
との取付け位置から第１の支持部材と同じ方向に延在さ
せることによって半導体光放射素子と光処理素子の距離
をピエゾ電気積層体装置の厚さに関係なく小さくできる
ようにしたものである。したがってピエゾ電気積層体装
置を使用し、適切なモード識別ができて広範囲の調整が
可能な装置を得ることができる特徴がある。
この発明の好ましい実施例においては、光放射素子は
半導体レーザであり、光処理素子は外部空洞を定める格
子である。別の実施例は同調可能なフィルタを備えたレ
ーザ増幅器を具備し、このフィルタは反射型または透過
型のものでよい。
この発明は、添付図面を参照して実施例により以下詳
細に説明される。
第１図はこの発明の第１の実施例の平面図である。
第２図は第１図の実施例の格子整列取付け部の端面図
である。
第３図は第１図の実施例の側面図である。
第４図はこの発明の第２の実施例を示す。
第５図はこの発明のさらに別の実施例を示す。
第１図を参照すると、装置はレーザチップ１を備え、
それはチップパッケージ２にハーメチックシールされて
いる。レーザの一方の出力面はハーメチックシールパッ
ケージ２内で光ファイバ３に結合されている。この光フ
ァイバ３は既知の形式の光ファイバパッケージハーメチ
ックシールを通ってパッケージから出てゆく。
レーザの他方の出力面は反射防止被覆を施され、ハー
メチックシールパッケージ壁の窓４に向けられ、それを
通過した後レンズ５を通過して格子６に到達する。この
装置はハーメチックシールパッケージ２内に外部空洞を
含む全装置を形成する期待された装置とは異なってお
り、材料のガス放出問題を軽減する利点がある。しかし
ながら、ビームを照準するためにレンズを有する必要が
あり、その様な目的で以前に使用されたレンズはセルフ
ォック（selfoc）または球面レンズで非常に焦点距離が
短く（通常数百ミクロン）、レーザ面に近接して配置す
る必要がある。通常の形式のレンズを使用する代りに、
3mm程度のもつと長い焦点距離のレンズが使用され、そ
れによりレンズをハーメチックシールパッケージの外部
に位置させることを可能にし、レーザと、レンズと、ハ
ーメチックシールパッケージの窓とを整列させようとす
るときの整列の制限を避け、或いはパッケージの壁に取
付けられたレンズとレーザの整列における問題を回避す
ることができる。選択された装置はレーザがハーメチッ
クシールパッケージの壁から十分に離れて位置されるこ
とを可能にし、それによって装置の取扱いを容易にし、
窓の後方に位置しているレンズが窓の収差を補償して、
独立に整列およびレーザパッケージによる収束を可能に
している。
レンズは端板９にねじ込まれたねじを備えたホルダー
８中に取付けられ、端板９とホルダー８は熱膨張による
移動を最小にするためにコバールで作られることが好ま
しい。レーザに対してレンズの焦点を結ばせるように調
整するために、ホルダー８はねじ中で回転される。正確
な焦点合わせが得られたならば、最良の長時間安定のた
めのレンズをその位置に固定することが必要であり、こ
れは端板９中にねじを備えたホルダー８を溶接すること
によって達成される。レンズの調整中にホルダー８と端
板９のねじの間にゆるみがないことが望ましく、ぴっと
りと適合したねじはホルダー８のねじを金メッキするこ
とにより得られる。緊密な適合のねじを得るために他の
材料も使用可能であるが、金はホルダー８と端板９の間
の金属と金属の接触を維持し、溶接階段で有利であるの
で好ましい。もしも最良の長時間安定性が要求されない
のであれば、レンズはその場所に溶接される必要はな
い。レンズ位置を調整する手段が設けられてもよく、そ
れによつて装置の設定は容易になる。
格子位置の電気的微調整はピエゾ電気積層体10によっ
て行われ、その端部は機械的調整ねじ11と結合してい
る。３個のピエゾ電気積層体が第２図の端部方向から見
た調整ねじ位置により示されている。しかし異なった数
のピエゾ電気積層体を使用することも可能である。図示
された装置により、格子の回転はねじ11′と整列した積
層体の伸びまたは縮みによって得られ、ねじ11″と整列
した積層体を中心にして回動する。空洞長の調整は３個
の積層体すべての同時の伸縮によって行われる。ねじ11
は初期の設定のための粗調整を可能にする。調整範囲は
ねじでは３度程度の回転および空洞長における700ミク
ロン乃至1mmの変化であり、ピエゾ電気積層体では２ミ
リラジアンおよび15ミクロンである。2cmの全体の空洞
長における電気調整の範囲は50GHz以上の同調を与え
る。
適当なモード識別を得るために、空洞長は上述のよう
に2cm以下である必要がある。しかしながら同調範囲に
対して十分な運動を得るために長さは2cmまたはそれ以
上である必要がある。それ故空洞長を増加させてモード
識別を失わせることなくピエゾ電気積層体の端部に格子
を設置することは不可能である。それ故図示の装置はレ
ーザの方向にピエゾ電気積層体の間に内方に突出してい
る棒12上に格子を支持している。棒12はカラー13を備
え、それに調整ねじ11を支持するフランジ14が取付けら
れている。調整ねじ11はピエゾ電気積層体の端部と接触
し、格子６はピエゾ電気積層体によって移動され、調整
ねじ11の移動はフランジ14を介して棒12に伝達される。
この装置は適当な材料の選択によって（例えばセラミッ
ク棒12）、温度補償が可能である。ピエゾ電気積層体の
熱膨張はセラミック棒12の反対方向の変化によって補償
される。
このパッケージのさらに別の特徴は基体から垂直に積
層されたものと比較して光学軸を中心にほぼ対称である
ことであり、これはまた熱による不整列の問題を減少さ
せる。
上記の外部空洞レーザの特性はエタロンを付加するこ
とによりさらに改善される。レンズと格子の間の光路中
に配置されたエタロンは格子の帯域幅よりも広い自由ス
ペクトル範囲（隣接する伝送ピークとの間隔）を有する
ことが好ましい。エタロンは同調は回転または可能な場
合はエタロン反射器の一つを他のものに対して物理的に
移動させることにより行われる。エタロンは１対の高反
射性の面を有する例えばガラスのような固体透明体で構
成することができる。このようなエタロンは回転により
同調させることができ、レーザビームの垂直入射から外
れさせたり、垂直入射方向に調整したりすることにより
行われる。別のエタロン構造はファブリペロー構造を構
成し、１対の高反射性鏡が互いに対向している。このよ
うなエタロンでは同調は反射器の一方を他方に対して移
動させることによって行われる。そのような相対運動は
リング形状のピエゾ素子のようなピエゾ素子によって行
われるのが好ましい。このようなエタロンはまたレーザ
ビームの垂直入射から少しずれて整列させることが好ま
しい。
もしエタロンが使用されるならば、1mm当たりのライ
ン数の減少した格子を使用することが可能になり、しか
も同じライン幅を得ることができる。所定量の格子の回
転によりより大きな同調範囲が1mm当たりのライン数の
減少した格子に対して与えられる。この実施例ではエタ
ロンを使用しないときには1mm当たりの1200ラインを使
用するが、エタロンの使用により1mm当たりのライン数
が900,600或いはさらに少ない格子が使用され、微細な
格子によって得られるほぼ２倍の同調範囲が与えられ
る。
エタロンの使用により得られる狭いライン幅および、
または大きな同調範囲に対して支払うべき対価は同調プ
ロセスの複雑さの増加である。一般的にそのような装置
によって格子およびエタロンの両者は可動にされなけれ
ばならない。上述のファブリペロー装置の場合のように
エタテロンがピエゾ電気同調性であれば、エタロンを同
調し、同時に格子を移動させることが可能になり、した
がって狭いライン幅出力（エタロンの伝送窓により決定
される）を確実にし、しかもモードホッピングを避ける
ことができる。
上記のパッケージは第４図に示すようにレーザ増幅器
パッケージとして使用するように変形されてもよい。こ
の場合には、レーザの両面は反射防止被覆を施され、格
子は光路に対して角度をつけられ、そのため反射された
光は再びレーザに反射されて戻ることはなくプリズム14
に向けられ、PINダイオード15に導かれる。その代わり
に一線に整列したフィルタまたは格子が第５図に示すよ
うな位置で使用されてもよい。この後者の場合にはフィ
ルタまたは格子支持体は連続した光路を与えるように変
形される。
格子またはフィルタは本出願人の出願PCT/GB87/00715
明細書に記載されているような球面レンズの間に配置さ
れてもよい。レンズ５またはレンズ５および窓４は第１
の球面レンズに置換されることができる。反射格子が使
用されるとき、格子は光学的にレンズ間に挿入されるが
物理的にはそうではない。そのような格子またはフィル
タを有するレーザ増幅器パッケージは同調可能な受信装
置を同調させるために使用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイアツト，リチヤード イギリス国 アイ，ピー11，９ イー・ ジエイ，サフオーク，フエリツクストウ ウイ，マーガレツト・ストリート 42 (72)発明者 メリス，ジヨン イギリス国 シー・オー・11，１ テ イ・エツクス，エセックスコルチエスタ ー，マンニングトリー，ブランサム，グ ローブ・ロード 19 (72)発明者 アルーチヤラビイ，サラ・アマツド イギリス国 アイ・ピー ４，４ エツ チ・デイ，サフオーク，アイプスウイツ チ，オークステツド・クロース，バーン ハム・ロツジ，フラツト 21 (72)発明者 ブライン，ミツチエル・チヤールズ イギリス国 アイ・ピー １，２ エツ チ・テイ，サフオーク，アイプスウイツ チ，ダルトン・ロード 11 (56)参考文献 特開 昭59−193080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−21391（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−107474（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4438514（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体光放射素子と、光処理素子と、それ
    ら半導体光放射素子と光処理素子とを間隔を隔てて設置
    している支持装置とを具備し、 前記半導体光放射素子はハーメチックシールされたパッ
    ケージ内に配置され、前記光処理素子はハーメチックシ
    ールされたパッケージの外部に配置され、ハーメチック
    シールされたパッケージは前記半導体光放射素子と前記
    光処理素子との間の光の通路のための透明部分を有し、 前記支持装置はピエゾ電気積層体装置によって構成され
    た第１の支持部材と、この第１の支持部材に取付けられ
    た第２の支持部材を具備し、第２の支持部材は第１の支
    持部材に取付けられた位置から第１の支持部材と同じ方
    向に延在し、 前記第２の支持部材は前記半導体光放射素子に関する前
    記光処理素子の位置の粗調整を行う機械的調整手段によ
    り前記第１の支持部材に関する位置が調整可能に構成さ
    れ、 前記半導体光放射素子と前記光処理素子は互いに間隔を
    隔てて対向して配置されるように前記第１および第２の
    支持部材のそれぞれ一方に取付けられ、 前記ピエゾ電気積層体装置はその選択的な膨張、収縮に
    よって前記半導体光放射素子に対する前記光放射素子の
    直線および回転移動を行なわせるように構成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】光処理素子が第２の支持部材上に取付けら
    れ、第２の支持部材は第１の支持部材と平行に配置され
    ている請求の範囲１記載の装置。
  3. 【請求項３】さらにハーメチックシールされたパッケー
    ジの外部に取付けられ、2mm以上の焦点距離を有してい
    るレンズを具備し、このレンズは光処理素子上に焦点を
    結ぶように構成されている請求項１または２記載の装
    置。
  4. 【請求項４】光放射素子はレーザであり、光処理素子は
    レーザへの外部空洞を定める格子である請求項１乃至３
    のいずれか１項記載の装置。
  5. 【請求項５】光放射素子が半導体レーザ増幅器であり、
    光処理素子が同調可能なフィルタである請求項１乃至３
    のいずれか１項記載の半導体装置。
JP1504523A 1988-03-29 1989-03-29 半導体装置構造 Expired - Lifetime JP2944692B2 (ja)

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JPH03500353A JPH03500353A (ja) 1991-01-24
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