JP3265568B2 - 発光素子モジュール及びその製造方法 - Google Patents

発光素子モジュール及びその製造方法

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JP3265568B2 JP32046495A JP32046495A JP3265568B2 JP 3265568 B2 JP3265568 B2 JP 3265568B2 JP 32046495 A JP32046495 A JP 32046495A JP 32046495 A JP32046495 A JP 32046495A JP 3265568 B2 JP3265568 B2 JP 3265568B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分用におけ
る信号用光源やファイバ増幅器の励起用光源などに用い
られる発光素子モジュール及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の発光素子モジュールの構造を図1
1に示す。このモジュールは、パッケージ101上に、
半導体レーザ102、レンズ103及び光ファイバ10
4の入射端を固定して構成している。また、半導体レー
ザ102から出射された光のうち、特定の波長の光を反
射させる回折格子105を、光ファイバ104のコア部
に形成している。
【0003】また、従来は、パッケージ101上に光フ
ァイバ104の入射端部を固定する際に、パッケージ1
01表面に形成したV溝を利用して光ファイバ104の
位置合わせを行っていた。すなわち、V溝内に光ファイ
バ104の固定端を置くことで、V溝を構成する両側の
傾斜面に光ファイバ104の外周部が当接するため、自
動的に位置決めが成されるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モジュールでは、回折格子105が形成された光ファイ
バ104の部位が、パッケージ101の外に出ていたた
め、回折格子105を形成した部位に曲げ応力が加わっ
て回折波長がずれる場合があり、かかる場合には、発光
素子モジュールの発振波長がずれてしまうという問題が
あった。
【0005】また、光モジュールでは、V溝や光ファイ
バ104外径の寸法精度の公差のために、半導体レーザ
102と光ファイバ104の位置が一致せずに光結合効
率が低下するという問題があった。また、半導体レーザ
102をパッケージ101上に実装する際に位置ずれが
発生する場合もあり、かかる場合も同様に、光結合効率
が低下する原因となっていた。
【0006】そこで本発明は、これらの課題を解決すべ
くなされたものであり、その目的は、発振波長を一定に
維持し得る発光素子モジュール及びその製造方法を提供
することにある。
【0007】また、他の目的は、発光素子と光ファイバ
との間で、高い光結合効率が得られる発光素子モジュー
ル及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発光素子
モジュールは、基板と、第1の反射率を有する反射面及
びこの第1の反射率に比べて低い第2の反射率を有する
出射面を有し、基板上に固定された半導体発光素子と、
一端が基板上に固定され、かつ、出射面から出射された
光が入射すると共に、特定波長の光を反射する回折格子
を少なくともコア部に形成した光ファイバとを備え、特
定波長の光を反射面と回折格子との間で繰り返し反射さ
せることにより、レーザ発振を行う発光素子モジュール
であって、光ファイバは、回折格子が形成された部位が
前記基板上に固定されている。
【0009】このように回折格子が形成された部位を基
板上に固定することで、回折格子部分に加わる曲げ応力
が低減される。
【0010】請求項2に係る発光素子モジュールでは、
光ファイバと前記基板との間に、樹脂接着剤を介在させ
て構成する。また、請求項3にかかる発光素子モジュー
ルでは、この基板の光ファイバを固定した部位に、この
光ファイバに沿った溝部を有しており、光ファイバにお
ける回折格子が形成された部位を、この溝部上に固定し
て構成する。
【0011】このように構成することで、固定前の光フ
ァイバは、基板或はその溝部から離間した状態となり、
基板或いは溝部が光ファイバ調芯時の支障となることを
防止している。
【0012】従って、請求項4に係る発光素子モジュー
ルのように、溝部に光ファイバを当接させた状態では、
この光ファイバの光軸中心が、半導体発光素子の発光位
置よりも低い位置となることが必要である。また、請求
項5に係る発光素子モジュールのように、光ファイバに
沿った溝部を有する保護基板と基板との間に、光ファイ
バを固定してもよい。
【0013】また、請求項6〜8に係る発光素子モジュ
ールのように、基板上に、半導体受光素子、導体パター
ン、レンズをさらに備えることもできる。
【0014】また、請求項9にかかる発光素子モジュー
ルのように、この基板を、半導体材料、セラミックス材
料、金属材料、ガラス材料及びガラスセラミックス材料
のうち、いすれかの材料により形成することができる。
【0015】一方、請求項10にかかる発光素子モジュ
ールの製造方法は、基板上に塗布した樹脂接着剤内に、
固定すべき光ファイバの一端配置する工程を備え
該一端部には、少なくともコア部に回折格子が形成した
回折格子が設けられており、硬化前の前記樹脂接着剤内
において前記光ファイバを変位させ、前記基板上の半導
体発光素子との間で光軸を調芯する工程を備え、調芯
後、前記樹脂接着剤を硬化させる工程を備える。
【0016】このように光ファイバを樹脂接着剤内に位
置させることで、光ファイバと基板表面とが離間した状
態となり、基板に対して光ファイバを上下左右に変位さ
せ得る。
【0017】また、請求項11にかかる発光素子モジュ
ールの製造方法は、基板上に塗布した樹脂接着剤内に、
固定すべき光ファイバの一端を位置させる工程と、硬化
前の樹脂接着剤内において光ファイバを変位させ、基板
上の半導体発光素子との間で光軸を調芯する工程と、さ
らに調芯を継続しつつ、樹脂接着剤を硬化させる工程と
を備える。
【0018】このように調芯を行いながら樹脂接着剤を
硬化させるので、樹脂固化に伴う光軸ずれを防ぐことが
できる。
【0019】また、請求項12に係る発光素子モジュー
ルの製造方法では、この調芯は、半導体発光素子から光
ファイバ内に光を入射させると共に、この光ファイバの
光出力が所望の値となるように、樹脂接着剤内において
前記光ファイバを変位させて実施する。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本実施形態に係る発光素子
モジュールの製造方法につき、工程順に説明する。
【0021】まず、図1に、後述する半導体レーザや光
ファイバ等を固定する基板10を示す。この基板10は
セラミックスで形成されており、図示したように一端か
ら中央に向かってV溝11を形成している。このV溝1
1は、主に、後に塗布する樹脂接着剤がこの内部に溜ま
るように形成したものであり、V溝11の2つの傾斜面
を利用して光ファイバの位置決めを行うためのものでは
ない。従って、ここでは、この溝の端面形状をV形とし
て例示したが、この形状に限定するものではなく、例え
ば半円形や矩形形など、塗布した樹脂接着剤が内部に溜
まり得るような溝が形成されていればよい。
【0022】そこで、まず、この基板10上には、V溝
11の延長線上の所定位置に、発光素子としての半導体
レーザ20を固定する(図2)。半導体レーザ20は、
一般的なファブリペロー型の半導体レーザと同様に、I
nGaAsP/InPのヘテロ構造体から構成されてお
り、このへテロ構造体の一端面に反射面20aを形成
し、対向側には出射面20bを形成している。反射面2
0aは、半導体レーザ20の出力波長である1.31μ
mの波長の光を、約80%以上と高い反射率で反射し、
出射面20bは、1.31μmの波長の光に対して、約
0.5%以下と低い反射率を有する。
【0023】次に、半導体レーザ20の反射面20a側
の基板10上には半導体受光素子21を固定する(図2
参照)。反射面20aから透過した光を半導体受光素子
21で受光することで、半導体レーザ20の発光状態を
モニターする。
【0024】次に、V溝11内に、固定すべき光ファイ
バ30の一端部を配置する(図3)。この光ファイバ3
0のコア部には、実効屈折率を、光軸に沿った位置に応
じて最小屈折率と最大屈折率との間で周期的に変化させ
ており、この屈折率変化を利用して回折格子31を形成
している。また、この光ファイバ30では、基板10上
に固定する固定端に回折格子31が形成されており、こ
の回折格子31の形成部位がちょうどV溝11内に位置
する状態となっている。
【0025】また、この状態では、半導体レーザ20の
発光位置と光ファイバ30の光軸中心との位置関係は、
図4のようになっている。すなわち、光ファイバ30の
光軸中心の高さh2は、半導体レーザ20の発光位置の
高さh1よりも低くなるように設定されている。すなわ
ち、この状態で互いの光軸は一致していない。なお、図
示した高さhは、基板10の底面を基準としている。
【0026】次に、V溝11内に位置する光ファイバ3
0上に、樹脂接着剤40を塗布すると共に(図5)、こ
の樹脂接着剤40を固化させる前に光軸調芯を行う。な
お、この樹脂接着剤40としては、エポキシ系樹脂、ア
クリレート系の接着剤やセラミック接着剤が挙げられ
る。
【0027】この樹脂接着剤40をV溝11内に塗布す
ることにより、光ファイバ30とV溝11との間に、樹
脂接着剤40が介在する状態となり、光ファイバ30が
V溝11から離間した状態となる(図6)。これによ
り、光ファイバ30を基板10に対して上下左右に変位
させ得る状態となる。従って、この後、この光ファイバ
30内に半導体レーザ20の出射光を入射させつつ、こ
のファイバ端出力が所望の値となるように、樹脂接着剤
40内に位置する光ファイバ30を変位させることで調
芯を実施する。
【0028】次に、この樹脂接着剤40に紫外線を照射
し、UV硬化させる。なお、この硬化の途中において
も、上記した調芯作業を継続して実施することで、硬化
後においても所望の高い光結合効率を得ることができ
る。
【0029】以上の工程で発光素子モジュールを製作す
るが、この際、樹脂接着剤40を塗布した光ファイバ3
0の上部を、基板10と同じ材質で形成され、かつV溝
13を有する上部基板12で覆う構造を採用することも
できる(図7(a)、(b))。このように、樹脂接着
剤40を塗布した部位を上部基板12で覆うことで、光
ファイバ30の固定強度を上げることができるので、光
軸ズレが少なくなる。
【0030】また、図8に示すように、光ファイバ30
と半導体レーザ20との間に、集光レンズ50を固定し
てもよい。このように集光レンズ50を介して光ファイ
バ30と半導体レーザ20とを光結合させることで、よ
り高い光結合効率が得られる。
【0031】さらに、図9に示すように、基板10の表
面にAu、或はAlを含む金属による導体パターン14
を形成した基板10’を用いることもできる。この導体
パターン14は、半導体レーザ20や半導体受光素子2
1の固定や配線に用いられる。
【0032】また、上記した実施態様では、基板10の
表面にV溝11を形成したタイプを例示したが、V溝1
1を有しない平坦な基板を用いても、上述した製造工程
と同様に発光素子モジュールを製造できる。この場合、
平坦な基板10”上に塗布した樹脂接着剤40内に光フ
ァイバ30を位置させると、図10に示すように、基板
10”と光ファイバ30とが離間した状態となる。この
状態で、光ファイバ30を上下左右に変位させて光軸調
芯を行い、調芯後、樹脂接着剤40を固化させる。
【0033】また、基板10の材質はセラミックスとし
て例示したが、この他にも、基板材料として金属やAl
Nを用いることもでき、この場合には熱伝導性が良いの
で、基板上に半導体レーザを固定した場合には、発熱し
た半導体レーザの放熱を効率良く行うことができる。ま
た、石英、シリコン、AlN、ガラスセラミックス、ム
ライトなど、光ファイバと線膨張係数が同程度の材料を
基板10に用いることで、温度変化によって光ファイバ
に加わる熱応力を低減できる。さらに、InPやGaA
sなどの半導体基板を使用すれば、基板上に半導体レー
ザや半導体発光素子をモノリシックに形成できる。さら
に、ガラス材を基板とすれば、樹脂接着材としてUV硬
化樹脂を使用した場合には、光ファイバを基板上に固定
する際、基板の表面からと共に、裏面からもUV光を照
射することができるため、接着剤を均一に硬化させるこ
とができる。
【0034】また、上記した実施態様では、光ファイバ
30、半導体レーザ20を同一の基板10上に固定する
例を示したが、光ファイバ30等をそれぞれ別個の基板
に固定した後、基板同士の位置合わせ等を行って光軸調
芯することも可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜9にか
かる発光素子モジュールによれば、回折格子が形成され
た光ファイバの部位が基板上に固定されることとなるた
め、回折格子部分に加わる曲げ応力を低減できるので、
回折格子部分に曲げ応力が加わることで発生していた回
折波長の変動を低減させることができる。
【0036】また、請求項10〜12にかかる発光素子
モジュールの製造方法によれば、光ファイバを樹脂接着
剤内に位置させることで、光ファイバと基板表面とが離
間した状態となり、基板に対して光ファイバを上下左右
に変位させることできる。このため、従来のようにV溝
やファイバ外径の形状自体に依存した調芯に比べ、細か
い位置合わせを行うことが可能となり、より高い光結合
効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態で用いる基板を示す斜視図である。
【図2】図1で示した基板上に半導体レーザ及び半導体
発光素子を実装した状態を示す平面図である。
【図3】図2で示した基板上に光ファイバの固定端を配
した状態を示す平面図である。
【図4】V溝内に位置する光ファイバの光軸中心と半導
体レーザの出射位置と位置関係を示す説明図である。
【図5】図3に続き、光ファイバの固定端部に樹脂接着
剤を塗布した状態を示す平面図である。
【図6】光ファイバの固定端部に樹脂接着剤を塗布した
際に、光ファイバと基板とが離間した状態を示す説明図
である。
【図7】(a)は、樹脂接着剤を塗布した光ファイバの
上部を、上部基板で覆う構造を示す平面図、(b)は
(a)の場合における光ファイバの固定状態を示す説明
図である。
【図8】発光素子モジュールの他の実施形態を示す平面
図である。
【図9】発光素子モジュールの他の実施形態を示す平面
図である。
【図10】平坦な基板上に光ファイバの固定端を配し、
樹脂接着剤を塗布した状態を示す説明図である。
【図11】従来の発光素子モジュールを示す平面図であ
る。
【符号の説明】
10…基板、11…V溝、12…上部基板(保護基
板)、20…半導体レーザ(半導体発光素子)、20a
…反射面、20b…出射面、21…半導体受光素子、3
0…光ファイバ、31…回折格子、40…樹脂接着剤。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/42 H01S 3/094

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、第1の 反射率を有する反射面及びこの第1の反射率に比
    べて低い第2の反射率を有する出射面を有し、前記基板
    上に固定された半導体発光素子と、 一端前記基板上に固定され、かつ、前記出射面から出
    射された光が入射すると共に、特定波長の光を反射する
    回折格子を少なくともコア部に形成した光ファイバとを
    備え、前記特定波長の光を前記反射面と前記回折格子と
    の間で繰り返し反射させることにより、レーザ発振を行
    う発光素子モジュールであって、 前記光ファイバは、前記回折格子が形成された部位が前
    記基板上に固定されたことを特徴とする発光素子モジュ
    ール。
  2. 【請求項2】 前記光ファイバと前記基板との間に、樹
    脂接着剤が介在する請求項1記載の発光素子モジュー
    ル。
  3. 【請求項3】 前記基板は、前記光ファイバを固定した
    部位に、この光ファイバに沿った溝部を有しており、 前記光ファイバにおける回折格子が形成された部位が、
    この溝部上に固定された請求項2記載の発光素子モジュ
    ール。
  4. 【請求項4】 前記溝部に対して前記光ファイバを当接
    させた状態では、この光ファイバの光軸中心が、前記半
    導体発光素子の発光位置よりも低い位置となる請求項3
    記載の発光素子モジュール。
  5. 【請求項5】 前記光ファイバに沿った溝部を有する保
    護基板をさらに備え、この保護基板と前記基板との間
    に、前記光ファイバを固定した請求項2〜4のいずれか
    一つに記載の発光素子モジュール。
  6. 【請求項6】 前記半導体発光素子の反射面側の基板上
    には、この反射面を透過した光をモニターする半導体受
    光素子を備えた請求項2〜5のいずれか一つに記載の発
    光素子モジュール。
  7. 【請求項7】 前記基板上に、導体パターンが形成され
    た請求項2〜6のいずれか一つに記載の発光素子モジュ
    ール。
  8. 【請求項8】 前記半導体発光素子と前記光ファイバと
    の間の基板上に、この間を伝搬される光を集光するレン
    ズを備える請求項2〜7のいずれか一つに記載の発光素
    子モジュール。
  9. 【請求項9】 前記基板は、半導体材料、セラミックス
    材料、金属材料、ガラス材料及びガラスセラミックス材
    料のうち、いすれかの材料により形成された請求項1〜
    8のいずれか一つに記載の発光素子モジュール。
  10. 【請求項10】 基板上に塗布した樹脂接着剤内に、固
    定すべき光ファイバの一端配置する工程を備え
    一端部には、少なくともコア部に回折格子が設けられて
    おり、 硬化前の前記樹脂接着剤内において前記光ファイバを変
    位させ、前記基板上の半導体発光素子との間で光軸を調
    芯する工程を備え、 調芯後、前記樹脂接着剤を硬化させる工程を備える発光
    素子モジュールの製造方法。
  11. 【請求項11】 基板上に塗布した樹脂接着剤内に、固
    定すべき光ファイバの一端配置する工程と、 硬化前の前記樹脂接着剤内において前記光ファイバを変
    位させ、前記基板上の半導体発光素子との間で光軸を調
    芯する工程と、 さらに調芯を継続しつつ、前記樹脂接着剤を硬化させる
    工程と、 を有する発光素子モジュールの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記調芯は、前記半導体発光素子から
    前記光ファイバ内に光を入射させると共に、この光ファ
    イバの光出力が所望の値となるように、前記樹脂接着剤
    内において前記光ファイバを変位させて実施する請求項
    10又は11記載の発光素子モジュールの製造方法。
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