JP3109345B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置の製造方法

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JP3109345B2 JP05268630A JP26863093A JP3109345B2 JP 3109345 B2 JP3109345 B2 JP 3109345B2 JP 05268630 A JP05268630 A JP 05268630A JP 26863093 A JP26863093 A JP 26863093A JP 3109345 B2 JP3109345 B2 JP 3109345B2
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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、光学レンズを介して光
集積回路、光スイッチ、光増幅器、光変調器等の光素子
と光ファイバとの結合を行う光半導体装置の製造方法
係わり、特に光集積回路の光信号入出力部に光学レン
ズ、光ファイバを接合固定するに好適な光半導体装置
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、図7に示したように光フ
ァイバ芯線21a内を伝送されコリメータ22aから出
力された光信号が、光伝送媒体24を介してコリメータ
22bに入射して光ファイバ芯線21b内に導かれる光
結合器において、凹部を設けてコの字形とした固定用ブ
ロック25を前記コリメータの少なくとも1つを固定す
る固定部材とし、この固定用ブロックの前記凹部を避け
た位置に一本の固定用ねじ(図示せず)を通すと共に、
前記凹部の対向面の一方に一本の締付用ねじ10を装着
した固定となっている。(特公平528803号公報
参照)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、図7
に示すように、固定用ねじ及び締付用ねじで軸ずれを調
整して基板に取り付ける構造となっているが、コリメー
タと光伝送媒体との軸ずれは一般的に数ミクロンのオー
ダでの調整で、これをねじ締結だけで微妙な調節を行う
には問題があり、たとえできたとしても調整に多くの時
間がかかる問題があった。また、ねじ締付はねじの弾性
締結力で固定されるが、長期間の固定で締結力が緩んで
光結合の変動を起こす可能性がある問題があった。さら
には、ねじ締結部が外部から遮断されていないため,外
力をうけて位置ずれする可能性があった。あるいは、コ
リメータ端面、光伝送媒体などの光伝送部は、外気から
遮断されていないため、ゴミ、ほこり、結露がついて光
伝送の妨げとなる問題があった。また、光伝送媒体とコ
リメータ固定用ブロックとの線膨張係数を考慮した構造
ではないため、光結合器に温度変化が生じた場合、基板
上に固定した光伝送媒体とコリメータ固定用ブロック間
で膨張係数差に基づく光結合ずれを起こす可能性があっ
た。
【0004】本発明の目的は、光集積回路、光スイッ
チ、光増幅器、光変調器などの光素子と光信号を入出力
する光ファイバとの光結合が、容易でしかも確実に行う
ことができる製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、光学レ
ンズを介して光集積回路、光スイッチ、光増幅器、もし
くは光変調器などの光素子と光ファイバとの結合を行う
光半導体装置の製造方法において、入射レンズを円板状
ステムの中央に固定し、光素子入力側と入射レンズの光
軸を合わせながら光素子を円板状ステムに固定し、出射
レンズをキャップに固定し、光素子出力側とキャップの
光軸合わせを行い、円板状ステムとキャップを全周に亘
って抵抗溶接固定することにある。また、キャップ上レ
ンズ及びファイバは複数個であってもよい。また、キャ
ップの形状を円筒形、円錐形、もしくは角形としてもよ
い。また、レンズの材質はBK−7,もしくはTaF−
3から成る球レンズあるいはロッドレンズであることが
好ましい。また、レンズ付キャップを溶接する時は、不
活性ガス雰囲気中としキャップ内雰囲気をコントロール
するのが好ましい。また、ホルダとキャップ材料は、ほ
ぼ同等の線膨張係数であることが好ましい。
【0006】
【作用】第1図に示すように、レンズはあらかじめ円板
状ステムの中心に低融点ガラス材を使って接合固定し、
つぎに光集積回路素子入力側とレンズとの光軸をあわせ
ながらステムに素子接合する。さらに、素子出力側とレ
ンズ付キャップとの光軸合わせを行いステム上で抵抗溶
接固定する。このようにすると、ケース内は機密封止で
き光集積回路などの光導波部にごみなどが付着すること
はない。また、レンズ付キャップとステムとの光軸合わ
せはステムの面上とキャップ端面とをすり合わせながら
微妙なX,Y方向調整ができ、また、固定は、円筒状キ
ャップの全周を溶接固定するため、温度変化で光軸ずれ
を起こすことはなく、固定後にクリープ変形、破壊など
を起こすこともなく、長期の使用に対して安定した光結
合が得られる。さらには、光集積回路素子をキャップで
完全に覆っており、たとえ外力が作用しても素子に損傷
をあたえることはない。また、ファイバ先端が外力を受
けることはなく、安定した光結合が得られる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を第1図により
説明する。第1図は全体が円筒形状である。光集積回路
素子1は円形ステム2上に角ブロック3を設け、中心軸
方向に光導波路が通るように搭載されている。上記光集
積回路素子1が導波する光は、たとえばステム2側から
上方(Z方向)に伝播される。光集積回路1のほかに光
スイッチ、光増幅器、光変調器などの素子がある。これ
ら素子は、光入力側と光出力側が一対にかぎるものでは
なく、複数の出力となる場合、たとえば、光スイッチが
あるが、まず一対の光集積回路1の実施例について示
す。
【0008】素子入力側の光はファイバ5からの光であ
る。この光を光導波路に効率よく入射させるためにレン
ズ4を使用する。レンズを使わないファイバ5と光導波
路との結合裕度は、±0.5μm(1dBの出力変動)で
あるのに対し、レンズとしてたとえば球レンズを使うと
±2.8μmとなり結合裕度が大きく改善できる。ファ
イバ5としては、シングルモードファイバ、(コア径7
〜10μm)、偏波面保存ファイバが適している。
【0009】光集積回路1とレンズ4との組立は、ま
ず、ステム2へのレンズ4取付から行う。レンズ4とし
て材質BK−7の球レンズを使う時は、Fe−50Ni
のステム2を使用し低融点ガラス固定を行う。材質Ta
F−3の球レンズ4の場合、Fe−45Niのステムで
低融点ガラス固定が適している。レンズ4としてロッド
レンズを使用する場合、Fe−50NiのステムでAu
−Snはんだを使った固定がレンズ固定として適してい
る。
【0010】レンズ4を固定したステム2のレンズにモ
ニタ光を入射し、光集積回路1の入射端との光軸合わせ
を行い、光集積回路1を角ブロック3に固定する。光集
積回路1の固定は、図2の斜視図にしめすように、予
め、ステム2と角ブロック3とを3′でAgロー付して
おき、この上に光集積回路を固定する方法と、予め、
角ブロック3と光集積回路1とを接合したものとレンズ
4との光軸合わせし3′でYAG溶接固定する方法があ
る。光軸合わせのためのモニタ光は、仮止めした入射フ
ァイバ5および入射ファイバホルダ6を使用する。光集
積回路1を固定後入射ファイバ5のX,Y,Z方向の微
妙な調整を再度行いステム2、入射ファイバホルダ6、
入射ファイバ5を固定する。固定の方法としては、YA
G溶接、高周波加熱を使ったAu−Snはんだ固定が適
している。入射ファイバホルダ6の材質は,ステム2と
一致していることが望ましい。入射ファイバ5の先端
は,材質SUS303のフェルール7に挿入して使用す
る。
【0011】ステム2のほかの実施例として、図3に示
すように、ステムとファイバホルダ6とを同一で単一の
材質からなる段付ステム2′がある。ステム2′内には
レンズ4とフェルール付ファイバ7が挿入されている。
段付ステム2′の中心軸は、光軸と一致しており、X,
Y方向の調節なしで組み立てることができる。
【0012】ステム2に固定した光集積回路1は、回路
への電源供給としてリード端子8との配線をAuワイヤ
ボンディングで行う。リード端子8は、ステム2にガラ
スハーメチックで取り付けられている。
【0013】光集積回路1からの出力は、キャップ9に
取り付けたレンズ10で集光する。まず、キャップ9の
レンズ10は、上記ステム2で示したのと同様に球レン
ズ材とFe−Ni合金などの組み合わせで構成して固定
する。光集積回路1の出射光とレンズ付キャップ9との
光軸あわせは、出射光を出しながらキャップ9のX,Y
方向を合わせ、ステム2の上面11で抵抗溶接固定す
る。キャップ9の形状は、円筒形が適しているがこれに
限るものではなく、円錐形、角形でもよい。キャップ9
が角形の場合、ステム2も角形としてもよい。レンズ1
0は、単レンズでしめしたが、これに限るものではなく
複数レンズをキャップ9に付ける構造も可能である。
【0014】キャップ9のほかの実施例として、図4に
示すように、上ステム14とパイプ15に分割した構造
がある。組立は、ステム2にパイプ15を抵抗溶接固定
後、レンズの付いた上ステム14を光集積回路1との光
軸合わせをしてパイプ15に固定する。固定の方法とし
ては、YAG溶接あるいは高周波加熱を使ったAu−S
nはんだ固定が適している。上ステム14、パイプ15
の形状としては、丸形、角形が適している。
【0015】さらには、図5に示すように、ステム16
の形状を円筒あるいは中空角柱とし、底面中央にはすで
にレンズ4を設けておく。円筒ステム16の場合、光集
積回路1は半割円柱ブロックに実装したものをステム1
6内に挿入し、中空角柱ステム16の場合、光集積回路
1は角状ブロックに実装したものをステム16内に挿入
固定する。上ステム14は円筒あるいは中空角柱ステム
16の上面に設ける。レンズ10からの光は出射ファイ
バ12と結合する。レンズ10と出射ファイバ12との
X,Y,Z方向の光軸合わせを行い、出射ファイバガイ
ド13を使って固定する。出射ファイバガイド13の材
質としては、キャップ9と同一であることが好ましい。
【0016】キャップ9、出射ファイバガイド13、出
射ファイバ12の固定は、YAG溶接、高周波加熱を使
ったAu−Snはんだ固定が適している。
【0017】本発明の第2の実施例を図6により説明す
る。内蔵素子は、光スイッチ1′で1カ所の光入力に対
し2カ所の光出力がある。したがって、出射用レンズ1
0は2個のレンズが上ステム14に固定されている。パ
イプの構造は、円形あるいは角形でパイプの下側には、
複数のリード端子8を設けている。組立は、第1の実施
例とほぼ同様で入力ファイバ5組み込み後、出力ファイ
バ12を合わせる。出力ファイバ12は、2本であり、
X,Y,Z方向の調節の他に回転調整が加わる。
【0018】本実施例によれば、入射ファイバ5から伝
送した光はレンズ4によって光集積回路1の導波部に集
光され、回路を通って出射部に伝わる。出射した光はキ
ャップに設けたレンズ10で集光して出射ファイバに入
る。光集積回路1はキャップ9により外部から完全遮断
され、出射面を汚すことはない。しかも入射側レンズ4
および出射側レンズ10をX,Y,Z調整および抵抗溶
接固定しているので、長期使用に対して、クリープ変形
して光結合を劣化させることもない。
【0019】本実施例では、光集積回路の素子で説明し
たが、この他に光スイッチ、光増幅器、光変調器などを
使った光半導体装置でも同様の効果がある。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、レンズはあらかじめ円
板状ステムの中心に接合固定し、つぎに光集積回路素子
入力側とレンズとの光軸をあわせながらステムに素子接
合する。さらに、素子出力側とレンズ付キャップとの光
軸合わせを行いステム上で抵抗溶接固定する。このよう
にすると、ケース内は気密封止でき光集積回路などの光
導波部にごみなどが付着することはない効果がある。ま
た、レンズ付キャップとステムとの光軸合わせはステム
の面上とキャップ端面とをすり合わせながら微妙なX,
Y方向調整ができ、また、固定は、円筒状キャップの全
周を溶接固定するため、温度変化で光軸ずれを起こすこ
とはなく、固定後にクリープ変形、破壊などを起こすこ
ともなく、長期の使用に対して安定した光結合が得られ
る効果がある。さらには、光集積回路素子をキャップで
完全に覆っており、たとえ外力が作用しても素子に損傷
をあたえることはない効果がある。また、ファイバ先端
が外力を受けることはなく、安定した光結合が得られる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の正面横断面図。
【図2】本発明の実施例を説明する斜視図。
【図3】一実施例の変形例を示す正面断面図。
【図4】一実施例の変形例を示す正面断面図。
【図5】一実施例の変形例を示す正面断面図。
【図6】第2の実施例を示す正面断面図。
【図7】従来技術を示す断面図。
【符号の説明】
1 光集積回路 2 ステム 3 角ブロック 4 入射レンズ 5 入射ファイバ 8 リード端子 9 キャップ 10 出射レンズ 12 出射ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊澤 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 飯塚 寿夫 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 油原 敏哉 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (56)参考文献 特開 平3−184005(JP,A) 特開 平1−283508(JP,A) 特開 平1−167706(JP,A) 特開 平2−90114(JP,A) 特開 昭62−217210(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/24 - 6/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学レンズを介して光集積回路、光スイッ
    チ、光増幅器、もしくは光変調器などの光素子と光ファ
    イバとの結合を行う光半導体装置の製造方法において、
    入射レンズを円板状ステムの中央に固定し、光素子入力
    側と入射レンズの光軸を合わせながら光素子を円板状ス
    テムに固定し、出射レンズキャップに固定し、光素子
    出力側とキャップの光軸合わせを行い、円板状ステムと
    キャップを全周に亘って抵抗溶接固定することを特徴と
    する光半導体装置の製造方法
  2. 【請求項2】請求項1において、キャップ上レンズ及び
    ファイバが複数個であることを特徴とする光半導体装置
    の製造方法
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、キャッ
    プの形状が円筒形、円錐形、もしくは角形であることを
    特徴とする光半導体装置の製造方法
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項において、レ
    ンズの材質がBK−7,もしくはTaF−3から成る球
    レンズあるいはロッドレンズであることを特徴とする光
    半導体装置の製造方法
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