JPH02127605A

JPH02127605A - 光部品装置

Info

Publication number: JPH02127605A
Application number: JP28154688A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sugawara; 満菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1990-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】し発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、たとえば光フアイバ通信などに用いられる
光部品装置に関する。

（従来の技術）一般に、先ファイバ通信などに用いられる光部品装置で
は、光学部品としての光ファイバやレンズなどの光学素
子と光半導体素子（光学部品）または光学素子同士の光
結合が、極力低損失で、かつ安定であることが要求され
る。たとえば、先ファイバは、一般にコア径がマルチモ
ードファイバで５０μｍ１シングルモードフアイバで１
０μｍ程度と細いため、光ファイバに対する他の光学部
品はμｍオーダの精度で位置決めし、固定する必要があ
る。

以下に、図面を参照して、従来の光学部品の固定につい
て説明する。第４図には、光学素子なるガラス球レンズ
４１と、光半導体素子なる面発光ＱＬＥＤ（ライト・エ
ミッティング・ダイオード）４２とを固定した光部品装
置の状態を示している。

ずなわち、球レンズ４１の基台となるＬＥＤ４２の上面
には四部が設けられ、この凹部の底面下には発光層４３
が形成されている。また、ＬＥＤ４２の上面にはＡｕ（
金）電極層４４が形成され、この電極層４４にはＡｕリ
ードワイヤ４５が結線されている。このＬＥＤ４２と球
レンズ４１とを固定するには、ＬＥＤ４２の四部上に球
レンズ４１を載置し、接触部のまわりに接着剤４６を充
填する。これにより、球レンズ４１とＬＥＤ４２の両者
は、接着剤４６の硬化によって固定される。

この場合、球レンズ４１の焦点位置が前記発光層４３に
合うように位置合わせしておくことにより、ＬＥＤ４２
からの出射光を球レンズ４１を介することによって平行
光として取出すことができ、さらにこの平行光を他のレ
ンズで絞るなどすれば光ファイバに高効率で入射させる
ことが可能となる。

しかしながら、ガラス球レンズ４１を接着剤４６により
ＬＥＤ４２上に固定する場合、接着剤４６から放出され
るガスによって前記ＬＥＤ４２が劣化したり、またガラ
スおよび半導体と接着剤とは熱膨張係数が約１桁程度異
なるため、周囲温度の変動などによって接着剤４６が剥
離したり、さらには余分な接着剤４６が光路を遮って光
の出射効率を低下させるなどの問題点があった。

また、第５図は、半導体レーザ素子５１とガラスレンズ
５２とを光結合した光部品装置の状態を示している。こ
の場合、上記ガラスレンズ５２をあらかじめレンズホル
ダ５３に圧入によって嵌合しておき、基台５４上に固定
されている半導体レーザ素子５１に対して高精度な位置
合わせの後、半田５５によって上記基台５４とレンズホ
ルダ５３とを固定するようにしている。

し、かじ、固定するための手段として半田５５を用いる
場合、十分な固定強度を得るためには半田５５の量を極
端に少なくすることができない。このため、半田５５が
溶融状態から固化する際の収縮によって、最適に調整し
た半導体レーザ素子５１とレンズ５２との相対位置にず
れが生じる場合がある。また、半導体レーザ素子５１や
レンズ５２の寸法サイズが数１００μｍから数ｍｍと非
常に小さいために半田５５を所定の位置に過不足なく供
給する作業が困難であるとともに、歩止まりも悪いため
、半田５５が光路にはみだして光結合の損失を招く可能
性もある。

さらに、ガラスレンズ５２をレンズホルダ５３に圧入し
た場合、レンズホルダ材の塑性変形により十分な固定強
度が得られず、レンズ５２がレンズホルダ５３内で動い
てしまうという欠点もあった。

（発明が解決しようとする課題）上記した従来の光部品装置では、接着剤を用いた場合に
は接着剤から放出されるガスによって光半導体素子が劣
化したり、周囲の環境温度の変化によって光学素子およ
び光半導体素子と接着剤との間に熱膨張差が生じて接着
剤が剥離してしまったりといった問題があり、半田を用
いた場合には半田が固化する際の収縮によって光学素子
の位置がずれてしまったり、半田が光路にはみだして光
結合の損失を招く可能性があった。この発明は、上記の
問題点を解決すべくなされたもので、光学部品を高精度
で強固に固定することができ、低損失で安定な光部品装
置を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するだめの手段）この発明の光部品装置にあっては、第１の光学部品と第
２の光学部品とを直接接触させ、この接触部において合
金を形成して前記光学部品相互を接合するようにした構
成とされている。

（作用）この発明は、光学部品相互を直接接触させて、前記光学
部品の接触部で合金を形成させることにより、前記光学
部品相互を接合するようにしたものである。

（実施例）以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図はこの発明の光部品装置を示すものである。この
光部品装置は、光学素子なるシリコン（Ｓｉ）レンズ１
１と、光半導体素子なる面発光型Ｉ、ＥＤ１２とを接合
して構成されている。すなわち、前記Ｓｉレンズ］１の
基台となる前記ＬＥＤ１２の上面には凹部が設けられ、
この凹部の底面下には発光層１３が形成されている。ま
た、前記ＬＥＤ１２の上面にはＡｕ（金）電極層１４が
形成され、この電極層１４にはＡｕリードワイヤ１５が
結線されている。上記Ｓ　ｉ　Ｌ／レンズ１は半球状に
形成され、上記Ａｕ電極１３を介して、上記ＬＥＤ１２
の四部上に配置されて固定されるようになっている。

ここで、Ｓｉは光通信で使用される波長域（０，８−２
μｍ）での吸収が小さく、光半導体素子の電極Ｈ料とし
て通常用いられるＡｕと合金を形成する材料である。し
たがって、上記レンズ１１をＬＥＤ１２上に直接配置し
て加熱することにより、レンズ１１とＬＥＤ１２との接
触部１６においてＡｕとＳｔの合金が形成される。これ
により、Ｓｉレンズ１１は、ＬＥＤ１２の上部に確実、
かつ強固に固定される。この場合、接着剤などを使用す
ることなくレンズ１コを固定することができるため、接
着剤からのガスによってＬＥＤ１２が劣化されたり、余
分な接着剤によって光路か汚されたりするようなことが
ない。また、周囲の温度変化によって接合部（接触部）
が剥離されたりすることがないので、レンズ］１とＬＥ
Ｄ１２との相対的な位置関係を常に安定に保つことがで
きる。

しかして、上記Ｓｉレンズ１１の焦点位置が前記発光層
１３に合うように位置合わせしておくことにより、上記
ＬＥＤ１２からの出射光はレンズ］−１により安定して
集光あるいはコリメートされる。

第２図はこの発明の他の実施例を示すものであり、この
光部品装置は、光学素子なるＳｉレンズ２１を光半導体
素子なる半導体レーザ素子２２が固定され−Ｃいる基台
２３に接合した構成とされている。すなわち、上記Ｓｉ
レンズ２１は、球の一部が切断されて而が形成されてい
る。一方、上記基台２３は、断面形状が略り字型に形成
され、その周囲には金めつきが施されている。そして、
基台２３の上段端部には上記半導体レーザ素子２２が固
定され、基台２２の下段には上記半導体レーザ索子２２
に対する最適な位置に上記Ｓｉレンズ２１が切断面を下
にして載置されるようになっている。

Ｓｉは、前述したように、Ａｕとの間で合金を形成する
材料である。したがって、レンズ２１と基台２３との接
触部２４においてＡｕと８１との合金が形成されること
により、レンズ２１は基台２３上に確実、かつ強固に固
定される。この場合、ＳｉとＡｕの合金は、レンズ２１
と基台２３との接触部２４とその近傍の数μｍから１０
０μｍ程度のきわめて微少な領域で形成される。このた
め、半田などのろう材を用いてレンズを固定する場合の
ように、ろう材が固化する際の収縮によって半導体レー
ザ素子２２とレンズ２１との相対位置がずれるようなこ
とがない。また、ろう材を用いていないため、挟小な場
所へろう材を供給する困難さから解消されるなど、組立
て作業を簡素化することができるとともに、余分なろう
材によって光路を遮られるなどの問題点を回避すること
ができる。また、レンズ２１を直接基台２３に固定する
ことができるため、レンズホルダが不要となり、よって
ホルダ材の塑性変形などによりレンズ２１が動くといっ
た不具合がない。

しかして、上記半導体レーザ素子２２からの光はレンズ
２１により安定して集光あるいはコリメートされる。

なお、上記実施例においては、Ｓｉレンズを固定する場
合を例に説明したが、これに限らず、たとえば第３図に
示すように、ガラスレンズ３１を半導体レーザ素子３２
が固定されている基台３３に接合することも可能である
。この場合、上記ガラスレンズ３１の周囲に形成されて
いるＳｉの反射防止膜（膜層）３０を利用し、接触部３
４において前記反射防止膜３０のＳｉと基台３２にめっ
きされているＡｕとで合金を形成することにより、同様
に実施可能である。このような構成によれば、Ａｕとは
合金を形成しない材料で作られた光学素子であっても、
高精度で、かつ安定に固定することができるとともに、
光学素子の表面での光の反射を防止することが可能であ
る。

また、ＳｉとＡｕとで合金を形成するものに限らず、た
とえばゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体や、インジウ
ムリん（Ｉｎｒ’）、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）などの
化合物半導体と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｇ）　
インジウム（Ｉｎ）、すず（Ｓｎ）などの金属のいずれ
かの組合わせでも良いし、これらの金属を光学素子にメ
タライズして基台の金属とで合金を形成するようにして
も良い。

また、光学素子としては、レンズの他に、たとえばプリ
ズム、光ファイバ、回折格子などにも適用可能である。

その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々
変形実施可能なことは勿論である。

［発明の効果］以上、詳述したようにこの発明によれば、光学部品を高
精度で強固に固定することができ、低損失で安定な光部
品装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である光部品装置の構成を
概略的に示す断面図、第２図および第３図はそれぞれこ
の発明の他の実施例を示すもので、第２図はＳｉレンズ
をＡｕめっきが施された基台に接合する場合を例に示す
断面図、第３図はＳｉの反射防止膜が形成されたガラス
レンズをＡｕめっきが施されている基台に接合する場合
を例に示す断面図、第４図および第５図はそれぞれ従来
技術とその問題点を説明するために示す断面図である。１１、．２１・・・Ｓｉレンズ（光学部品）１２・・・
面発光型ＬＥＤ　（光学部品）、１３・・・発光層、１
４・・・Ａｕ電極層、１５・・・Ａｕリードワイヤ、１
６．２４．３４・・・接触部、２２．３２・・・半導体
レーザ素子（光学部品）、２３．３３・・・基台（光学
部品）、３０・・・反射防止膜（膜層）、３１・・・ガ
ラスレンズ（光学部品）。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図第２図茎図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の光学部品と第２の光学部品とを直接接触さ
せ、この接触部において合金を形成して前記光学部品相
互を接合するようにしたことを特徴とする光部品装置。
（２）前記光学部品の少なくとも一方はレンズ、プリズ
ム、光ファイバ、回折格子などの光学素子またはこれら
光学素子を保持するホルダであることを特徴とする請求
項（１）記載の光部品装置。
（３）前記第１および第２の光学部品が光半導体素子で
あることを特徴とする請求項（１）記載の光部品装置。
（４）第１の光学部品と、この第１の光学部品と反応する膜層が設けられた第２の
光学部品とを直接接触させ、この接触部において前記第
１の光学部品と第２の光学部品の膜層とで合金を形成し
て前記第１の光学部品と第２の光学部品とを接合するよ
うにしたことを特徴とする光部品装置。
（５）膜層が設けられた第１の光学部品と、この第１の
光学部品の膜層と反応する膜層が設けられた第２の光学
部品とを直接接触させ、この接触部において前記第１の
光学部品の膜層と第２の光学部品の膜層とで合金を形成
して前記第１の光学部品と第２の光学部品とを接合する
ようにしたことを特徴とする光部品装置。
（６）前記第１の光学部品に設けられた膜層は、第１の
光学部品における光の反射を防止する反射防止膜であっ
て、接触部において前記反射防止膜を用いて合金を形成
して第１の光学部品と第２の光学部品とを接合するよう
にしたことを特徴とする請求項（５）記載の光部品装置
。