JP2956332B2 - 光半導体モジュール - Google Patents
光半導体モジュールInfo
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- optical semiconductor
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は双方向光通信用光半導体
モジュールに係わり、特にこれを構成する集光用レン
ズ、プリズム等の光学素子を基板に固定する構造に関す
る。
モジュールに係わり、特にこれを構成する集光用レン
ズ、プリズム等の光学素子を基板に固定する構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＬＤモジュールや受光モジュー
ルは光通信システムを構成する基本光デバイスである。
これらは発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ）ある
いは受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）と光ファ
イバ、そしてこれらを光学的に結合させるレンズと、こ
れらを固定、実装する筐体とから構成される。
ルは光通信システムを構成する基本光デバイスである。
これらは発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ）ある
いは受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）と光ファ
イバ、そしてこれらを光学的に結合させるレンズと、こ
れらを固定、実装する筐体とから構成される。
【０００３】これまで光通信システムは幹線系を中心に
高速化、伝送距離の拡大が図られてきた。今後、光通信
システムはこうした幹線系のみならず、その広帯域な信
号伝送が可能な特質を活かし、ビル内のローカルエリア
・ネットワーク（ＬＡＮ）や一般家庭を対象とした加入
者系にまで適用の検討が開始されている。
高速化、伝送距離の拡大が図られてきた。今後、光通信
システムはこうした幹線系のみならず、その広帯域な信
号伝送が可能な特質を活かし、ビル内のローカルエリア
・ネットワーク（ＬＡＮ）や一般家庭を対象とした加入
者系にまで適用の検討が開始されている。
【０００４】こうした広いユーザを対象とした光通信シ
ステムでは、幹線系大容量システムのような機能、性能
だけでなく、システムの経済性が最も重要な導入の条件
の１つとなり、システムを構築するデバイスの低価格化
が強く望まれている。特に、この光通信システム用デバ
イスの中で大きなコストの割合を占めるのは、光デバイ
スすなわちＬＤモジュールやＡＰＤ（avalanche photo
diode)モジュール等の光半導体モジュールであり、これ
らの光デバイスの低価格化は光加入者系システムの導
入、実用化には不可欠であると考えられている。また、
光加入者系システムでは上述の光デバイスの低価格化に
加え、装置が各加入者に設置されることから装置の小型
化も重要な課題となっている。
ステムでは、幹線系大容量システムのような機能、性能
だけでなく、システムの経済性が最も重要な導入の条件
の１つとなり、システムを構築するデバイスの低価格化
が強く望まれている。特に、この光通信システム用デバ
イスの中で大きなコストの割合を占めるのは、光デバイ
スすなわちＬＤモジュールやＡＰＤ（avalanche photo
diode)モジュール等の光半導体モジュールであり、これ
らの光デバイスの低価格化は光加入者系システムの導
入、実用化には不可欠であると考えられている。また、
光加入者系システムでは上述の光デバイスの低価格化に
加え、装置が各加入者に設置されることから装置の小型
化も重要な課題となっている。
【０００５】一方、この光加入者系システムに要求され
る機能としては、光通信のもつ広帯域性を利用し、従来
の同軸ケーブルによる通信と差別化し付加価値を高める
ため、通信とＣＡＴＶ（cable television）等の放送機
能との統合化が検討されている。先に述べた加入者系の
厳しい低価格化の要請から、単一の光ファイバにおいて
光カプラを用いて同一波長で双方向伝送したり、異なっ
た波長の光を上り、下りに使い分けて波長多重伝送する
方式が有力視されている。
る機能としては、光通信のもつ広帯域性を利用し、従来
の同軸ケーブルによる通信と差別化し付加価値を高める
ため、通信とＣＡＴＶ（cable television）等の放送機
能との統合化が検討されている。先に述べた加入者系の
厳しい低価格化の要請から、単一の光ファイバにおいて
光カプラを用いて同一波長で双方向伝送したり、異なっ
た波長の光を上り、下りに使い分けて波長多重伝送する
方式が有力視されている。
【０００６】例えば、上述の波長多重機能と分岐機能を
有した双方向光伝送を可能にする手段として、図３に示
すように１．３μｍＬＤモジュール１と、１．３μｍ用
受光モジュール２と、１．５５μｍ用受光モジュール３
と、光カプラ４と、光合分波器５のそれぞれを光コネク
タ６を介して個々に組み合わせる構造が提案されてい
る。この構造によると、予め個々のデバイスの特性を確
認した上で構成できる反面、デバイス同士を結合する際
のコネクタ損失が生じることや、全体の構成が大きくな
ってしまうという問題がある。したがって、特に装置全
体の小型化が強く求められる光加入者系では適用は困難
であると考えられている。
有した双方向光伝送を可能にする手段として、図３に示
すように１．３μｍＬＤモジュール１と、１．３μｍ用
受光モジュール２と、１．５５μｍ用受光モジュール３
と、光カプラ４と、光合分波器５のそれぞれを光コネク
タ６を介して個々に組み合わせる構造が提案されてい
る。この構造によると、予め個々のデバイスの特性を確
認した上で構成できる反面、デバイス同士を結合する際
のコネクタ損失が生じることや、全体の構成が大きくな
ってしまうという問題がある。したがって、特に装置全
体の小型化が強く求められる光加入者系では適用は困難
であると考えられている。
【０００７】そこで、小型化・量産性を改善したものと
して、図４、図５に示すように、光半導体素子（レーザ
ダイオード７、フォトダイオード８、ＰＩＮフォトダイ
オード９）と集光用レンズ１０とプリズム（三角形プリ
ズム１１、平行四辺形プリズム１２、台形プリズム１
３）等の光学素子を基板１４上に配置した構造のものが
既に提案されている。すなわち、この構造にあっては、
光半導体素子をこの基板１４上に形成された位置決め、
固定と電極を兼ね備えた金属薄膜２０上に固定する。そ
して集光用レンズ１０と光学素子も基板１４上に形成さ
れた位置決め固定するための溝１５、１６に配置固定す
るようにしている。
して、図４、図５に示すように、光半導体素子（レーザ
ダイオード７、フォトダイオード８、ＰＩＮフォトダイ
オード９）と集光用レンズ１０とプリズム（三角形プリ
ズム１１、平行四辺形プリズム１２、台形プリズム１
３）等の光学素子を基板１４上に配置した構造のものが
既に提案されている。すなわち、この構造にあっては、
光半導体素子をこの基板１４上に形成された位置決め、
固定と電極を兼ね備えた金属薄膜２０上に固定する。そ
して集光用レンズ１０と光学素子も基板１４上に形成さ
れた位置決め固定するための溝１５、１６に配置固定す
るようにしている。
【０００８】この構造により、光半導体素子と集光用レ
ンズ１０および光学素子は精度よく位置決めされ、基板
１４に固定できる。また、複数の光半導体素子から出射
あるいは入射された光は、波長分離フィルタ１７やハー
フミラー１８を蒸着しかつ全反射面１９を有する光学素
子により分岐、結合され、光ファイバ端末２１に入射す
る。なお、図５において、２２はロッドレンズ、２３は
光ファイバを示す。このように１つの基板１４上に全て
の部品を載せる構造とすることにより、小型化を図るこ
とが可能となる。
ンズ１０および光学素子は精度よく位置決めされ、基板
１４に固定できる。また、複数の光半導体素子から出射
あるいは入射された光は、波長分離フィルタ１７やハー
フミラー１８を蒸着しかつ全反射面１９を有する光学素
子により分岐、結合され、光ファイバ端末２１に入射す
る。なお、図５において、２２はロッドレンズ、２３は
光ファイバを示す。このように１つの基板１４上に全て
の部品を載せる構造とすることにより、小型化を図るこ
とが可能となる。
【０００９】また、例えば基板１４としてシリコン基板
を用い、光半導体素子を固定するための金属薄膜２０を
蒸着とフォトリソグラフィにより作製する。さらに集光
用レンズ１０と光学素子を固定するための溝１５、１６
はシリコンの異方性ケミカルエッチング等の手法を用い
て作製することができる。このような作製方法を採用す
れば、バッチ処理により大量の製品を製造することがで
きるため、量産性も向上する。
を用い、光半導体素子を固定するための金属薄膜２０を
蒸着とフォトリソグラフィにより作製する。さらに集光
用レンズ１０と光学素子を固定するための溝１５、１６
はシリコンの異方性ケミカルエッチング等の手法を用い
て作製することができる。このような作製方法を採用す
れば、バッチ処理により大量の製品を製造することがで
きるため、量産性も向上する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光半導体モジュールを製造する場合、光半導体
素子、集光用レンズ１０および光学素子は順番に位置調
整され、基板１４に固定されるようになっている。現在
実施されている固定方法では、半田のように固定部を加
熱する方式が採用されているが、この方法では熱が固定
部のみならず光半導体モジュール全体にかかってしま
う。
た従来の光半導体モジュールを製造する場合、光半導体
素子、集光用レンズ１０および光学素子は順番に位置調
整され、基板１４に固定されるようになっている。現在
実施されている固定方法では、半田のように固定部を加
熱する方式が採用されているが、この方法では熱が固定
部のみならず光半導体モジュール全体にかかってしま
う。
【００１１】このため、各部品を固定する際に、既に固
定してある他の部品が固定部の温度上昇により位置ずれ
する現象を防止するためには、固定温度の高い順に固定
する必要がある。例えば、光半導体素子の固定に半田
を、集光用レンズ１０の固定に低融点ガラスを、光学素
子の固定に接着剤を用いた場合は、固定温度の高い順
に、低融点ガラス＞半田＞接着剤となるため、固定は、
集光用レンズ、光半導体素子、光学素子の順に行うこと
となる。このように順に固定するためには、各部品で違
う固定用材料を使用する必要がある。
定してある他の部品が固定部の温度上昇により位置ずれ
する現象を防止するためには、固定温度の高い順に固定
する必要がある。例えば、光半導体素子の固定に半田
を、集光用レンズ１０の固定に低融点ガラスを、光学素
子の固定に接着剤を用いた場合は、固定温度の高い順
に、低融点ガラス＞半田＞接着剤となるため、固定は、
集光用レンズ、光半導体素子、光学素子の順に行うこと
となる。このように順に固定するためには、各部品で違
う固定用材料を使用する必要がある。
【００１２】ここで、本光半導体モジュールに使用して
いる光学素子には、波長分離フィルタ１７やハーフミラ
ー１８が蒸着されており、蒸着部の耐熱性は熱硬化性接
着剤の硬化温度程度しかない。このため、光学素子の耐
熱性は制限されてしまう。つまり、光学素子の固定には
接着剤しか使用できないことになる。しかし、接着剤は
他の固定方法に比較し、固定温度が、低い分だけ耐熱性
が劣っており、光学素子の固定部の信頼性が低くなって
しまう。この結果、光半導体モジュール全体の耐熱温度
は接着剤の耐熱温度となり、信頼性が低いものになって
しまう。
いる光学素子には、波長分離フィルタ１７やハーフミラ
ー１８が蒸着されており、蒸着部の耐熱性は熱硬化性接
着剤の硬化温度程度しかない。このため、光学素子の耐
熱性は制限されてしまう。つまり、光学素子の固定には
接着剤しか使用できないことになる。しかし、接着剤は
他の固定方法に比較し、固定温度が、低い分だけ耐熱性
が劣っており、光学素子の固定部の信頼性が低くなって
しまう。この結果、光半導体モジュール全体の耐熱温度
は接着剤の耐熱温度となり、信頼性が低いものになって
しまう。
【００１３】本発明の目的は上述した問題に鑑みなされ
たもので、耐熱性に優れた信頼性の高い光半導体モジュ
ールを提供するにある。
たもので、耐熱性に優れた信頼性の高い光半導体モジュ
ールを提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光を分岐・結合する機能を有するフィルタを具備した光
学素子と、少なくとも２つの光半導体素子と、各光半導
体素子の前面に配置されたレンズとを具備し、各光半導
体素子が光学素子とレンズを介して光ファイバと光学的
に結合されてなる光半導体モジュールにおいて、光半導
体素子とレンズと光学素子が同一基板上に配置固定さ
れ、かつこの基板と光学素子との間に低融点ガラスペレ
ットを配置し、レーザビームをこの低融点ガラスペレッ
トに照射して加熱、溶融することにより基板と光学素子
を固定するよう構成したものである。
光を分岐・結合する機能を有するフィルタを具備した光
学素子と、少なくとも２つの光半導体素子と、各光半導
体素子の前面に配置されたレンズとを具備し、各光半導
体素子が光学素子とレンズを介して光ファイバと光学的
に結合されてなる光半導体モジュールにおいて、光半導
体素子とレンズと光学素子が同一基板上に配置固定さ
れ、かつこの基板と光学素子との間に低融点ガラスペレ
ットを配置し、レーザビームをこの低融点ガラスペレッ
トに照射して加熱、溶融することにより基板と光学素子
を固定するよう構成したものである。
【００１５】請求項２記載の発明は、基板に低融点ガラ
スペレットを配置する座ぐりを設けたことを特徴とす
る。
スペレットを配置する座ぐりを設けたことを特徴とす
る。
【００１６】請求項３記載の発明は、座ぐりが基板表面
のエッチングにより形成されていることを特徴とする。
のエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明によれば、レーザビームにより加熱する
ため、局所加熱となり、プリズム端面に形成した蒸着膜
を損傷することなく、基板に光学素子を固定することが
できる。これにより、従来接着剤による固定しか行え
ず、耐熱性が悪かった部分が低融点ガラス固定できるた
め、耐熱性に優れた高信頼な光半導体モジュールを製造
することができる。
ため、局所加熱となり、プリズム端面に形成した蒸着膜
を損傷することなく、基板に光学素子を固定することが
できる。これにより、従来接着剤による固定しか行え
ず、耐熱性が悪かった部分が低融点ガラス固定できるた
め、耐熱性に優れた高信頼な光半導体モジュールを製造
することができる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係わる光半導体モジュールの一実施
例を示す分解斜視図、図２は同光半導体モジュールの一
部拡大斜視図である。光半導体素子（レーザダイオード
３０、フォトダイオード３１、ＰＩＮフォトダイオード
３２）とこの光半導体素子の前面に配置された集光用レ
ンズ３３とプリズム（三角形プリズム３４、平行四辺形
プリズム３５、台形プリズム３６）等の光学素子をシリ
コン等で作製された基板３７上に実装配置している。光
半導体素子はこの基板３７上に形成された位置決め、固
定と電極を兼ね備えた金属薄膜（図示せず）上に固定
し、集光用レンズ３３と光学素子も基板３７上に形成さ
れた位置決め固定するための溝３８、３９に配置固定さ
れた構造となっている。光半導体素子と集光用レンズ３
３および光学素子は位置決め固定用の溝３８、３９によ
り精度良く位置決めされ、そのまま基板３７に固定でき
るようになっている。固定する方法として光半導体素子
は半田を用い、集光用レンズ３３は低融点ガラスを用い
ている。
る。図１は本発明に係わる光半導体モジュールの一実施
例を示す分解斜視図、図２は同光半導体モジュールの一
部拡大斜視図である。光半導体素子（レーザダイオード
３０、フォトダイオード３１、ＰＩＮフォトダイオード
３２）とこの光半導体素子の前面に配置された集光用レ
ンズ３３とプリズム（三角形プリズム３４、平行四辺形
プリズム３５、台形プリズム３６）等の光学素子をシリ
コン等で作製された基板３７上に実装配置している。光
半導体素子はこの基板３７上に形成された位置決め、固
定と電極を兼ね備えた金属薄膜（図示せず）上に固定
し、集光用レンズ３３と光学素子も基板３７上に形成さ
れた位置決め固定するための溝３８、３９に配置固定さ
れた構造となっている。光半導体素子と集光用レンズ３
３および光学素子は位置決め固定用の溝３８、３９によ
り精度良く位置決めされ、そのまま基板３７に固定でき
るようになっている。固定する方法として光半導体素子
は半田を用い、集光用レンズ３３は低融点ガラスを用い
ている。
【００１９】半導体素子と集光用レンズ３３を位置決め
固定した後、波長分離フィルタ４０やハーフミラー４１
を蒸着した台形プリズム３６、平行四辺形プリズム３
５、三角形プリズム３４を張り合わせた光学素子を固定
する。このとき、光学素子を位置決め固定するためのプ
リズム溝３９に光学素子を嵌め込み、プリズム溝３９と
連続して設けた数カ所のガラスペレット配置溝４２に図
２で示すように、低融点ガラスペレット４３を光学素子
と基板３７の両方に接触するように配置する。そして、
この低融点ガラスペレット４３に高出力のレーザビーム
４４を照射し、溶融することにより基板３７に光学素子
を固定する。ここでは、一般的に高出力用レーザとして
用いられいてるＣＯ2 レーザを用いた。光学素子の固定
が終わったら、従来の光半導体と同様にパッケージに基
板３７全体を固定し、光ファイバ端末を調整・固定す
る。なお、台形プリズム３６には全反射面４５が設けら
れている。
固定した後、波長分離フィルタ４０やハーフミラー４１
を蒸着した台形プリズム３６、平行四辺形プリズム３
５、三角形プリズム３４を張り合わせた光学素子を固定
する。このとき、光学素子を位置決め固定するためのプ
リズム溝３９に光学素子を嵌め込み、プリズム溝３９と
連続して設けた数カ所のガラスペレット配置溝４２に図
２で示すように、低融点ガラスペレット４３を光学素子
と基板３７の両方に接触するように配置する。そして、
この低融点ガラスペレット４３に高出力のレーザビーム
４４を照射し、溶融することにより基板３７に光学素子
を固定する。ここでは、一般的に高出力用レーザとして
用いられいてるＣＯ2 レーザを用いた。光学素子の固定
が終わったら、従来の光半導体と同様にパッケージに基
板３７全体を固定し、光ファイバ端末を調整・固定す
る。なお、台形プリズム３６には全反射面４５が設けら
れている。
【００２０】基板３７にガラスペレット配置溝４２を設
ける工程は、他の溝の作製と同時に行えるため、従来の
製造方法と何ら変わるところはない。また、光学素子に
蒸着してある波長分離フィルタ４０への熱影響は全く見
られなかった。
ける工程は、他の溝の作製と同時に行えるため、従来の
製造方法と何ら変わるところはない。また、光学素子に
蒸着してある波長分離フィルタ４０への熱影響は全く見
られなかった。
【００２１】本発明の光半導体モジュールを製造すると
きに必要な特別な工程としては、レーザビーム４４を用
いて低融点ガラスペレット４３を溶融する工程である
が、レーザ加工は非常に簡易な工法である。このため、
従来行っていた接着剤等の樹脂を硬化する工程よりも信
頼性が高く、かつ容易に作業が行えるようになる。ま
た、低融点ガラスペレット４３を溶融するための照射ビ
ームとしては、ＣＯ2 レーザ以外にもガラスに吸収され
やすく、かつ低融点ガラスペレット４３に十分な熱量を
与えることのできるものであれば、どのような種類のも
のでも適用可能である。
きに必要な特別な工程としては、レーザビーム４４を用
いて低融点ガラスペレット４３を溶融する工程である
が、レーザ加工は非常に簡易な工法である。このため、
従来行っていた接着剤等の樹脂を硬化する工程よりも信
頼性が高く、かつ容易に作業が行えるようになる。ま
た、低融点ガラスペレット４３を溶融するための照射ビ
ームとしては、ＣＯ2 レーザ以外にもガラスに吸収され
やすく、かつ低融点ガラスペレット４３に十分な熱量を
与えることのできるものであれば、どのような種類のも
のでも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係わる光半
導体モジュールによれば、基板と光学素子の間に低融点
ガラスペレットを配置し、レーザビームをこの低融点ガ
ラスペレットに照射して溶融することにより、基板と光
学素子を固定する構造としたので、光学素子に蒸着した
波長分離フィルタやハーフミラーを何ら損傷することな
く、信頼性の高い固定を行うことができるという効果を
有する。また、接着剤を使用しないため、従来、接着剤
の硬化にかかっていた時間を短縮することができるとい
う効果も有する。
導体モジュールによれば、基板と光学素子の間に低融点
ガラスペレットを配置し、レーザビームをこの低融点ガ
ラスペレットに照射して溶融することにより、基板と光
学素子を固定する構造としたので、光学素子に蒸着した
波長分離フィルタやハーフミラーを何ら損傷することな
く、信頼性の高い固定を行うことができるという効果を
有する。また、接着剤を使用しないため、従来、接着剤
の硬化にかかっていた時間を短縮することができるとい
う効果も有する。
【図１】本発明に係わる光半導体モジュールの一実施例
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図２】同光半導体モジュールの一部拡大斜視図であ
る。
る。
【図３】従来の個別の光デバイスによる光送受信モジュ
ールの概略構成図である。
ールの概略構成図である。
【図４】従来の光半導体モジュールの一例を示す分解斜
視図である。
視図である。
【図５】従来の光半導体モジュールの一例を示す組立斜
視図である。
視図である。
３０ レーザダイオード ３１ フォトダイオード ３２ ＰＩＮフォトダイオード ３３ 集光用レンズ ３４ 三角形プリズム ３５ 平行四辺形プリズム ３６ 台形プリズム ３７ 基板 ３８、３９ 溝 ４０ 波長分離フィルタ ４２ ガラスペレット配置溝 ４３ 低融点ガラスペレット ４４ レーザビーム
Claims (3)
- 【請求項１】 光を分岐・結合する機能を有するフィル
タを具備した光学素子と、少なくとも２つの光半導体素
子と、各光半導体素子の前面に配置されたレンズとを具
備し、前記各半導体素子が光学素子とレンズを介して光
ファイバと光学的に結合されてなる光半導体モジュール
において、 前記光半導体素子とレンズと光学素子が同一基板上に配
置固定され、かつこの基板と前記光学素子との間に低融
点ガラスペレットを配置し、レーザビームをこの低融点
ガラスペレットに照射して加熱、溶融することにより前
記基板と光学素子を固定するよう構成したことを特徴と
する光半導体モジュール。 - 【請求項２】 前記基板に低融点ガラスペレットを配置
する座ぐりを設けたことを特徴とする請求項１記載の光
半導体モジュール。 - 【請求項３】 前記座ぐりが基板表面のエッチングによ
り形成されていることを特徴とする請求項２記載の光半
導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34075291A JP2956332B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 光半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34075291A JP2956332B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 光半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05173045A JPH05173045A (ja) | 1993-07-13 |
| JP2956332B2 true JP2956332B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=18339968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34075291A Expired - Fee Related JP2956332B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 光半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2956332B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7213982B2 (en) * | 2004-10-07 | 2007-05-08 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Optoelectronic module with high coupling efficiency |
| CN107407782A (zh) | 2015-03-20 | 2017-11-28 | 奥林巴斯株式会社 | 光传送模块、内窥镜以及所述光传送模块的制造方法 |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP34075291A patent/JP2956332B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05173045A (ja) | 1993-07-13 |
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