JPH02171709A - 光半導体素子用支持部品及び光半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光半導体素子用支持部品及び光半導体装置に関
し、特に詳細には、光ファイバに対して光半導体素子、
例えば半導体レーザ、端面発光型ＬＥＤ等を正確にかつ
容易に位置決め固定できる光半導体素子用支持部材及び
光半導体素子装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体発光素子、例えばレーザダイオードの放射
光を利用する光通信システムが発達してきている。この
様な光通信システムでは、半導体発光素子チップからの
放射光を光ファイバ等の光学部品に効率良く光結合する
必要がある。しかし、半導体発光素子チップから放射さ
れる光は、通常約３０度から約６０度程度の広がり角を
以て放射される。また、光信号を伝送する光ファイバの
コア部は直径が数μｍからせいぜい数十μｍ程度と小さ
いものである。

このため、半導体発光素子からの光を光ファイバのコア
部に効率良（光結合させるためには、発光部からの光の
拡散による光の減衰を防ぐ必要があり、そのためには半
導体発光素子の発光部を光ファイバの光入射面に対して
数μｍｌ’１度の距離に近接させておくことが必要であ
る。更に、発光部と光ファイバのコア中心部が正確に相
対向するように極めて高精度に位置決めしなければなら
ない。

また別の方法として、光ファイバと半導体発光素子との
間にレンズ等の光学部品を挿入し、半導体発光素子から
の光を集光したり、また、光ファイバの先端をレンズ状
に加工したりして、半導体発光素子からの光を光ファイ
バのコア部に効率良く光結合する事が考えられるが、い
ずれの場合にも、複雑でかつ正確な位置合せ作業を必要
する。

第７図に半導体発光素子と光ファイバとの位置合せ固定
に関する従来の技術を示す。この第７図を用いて、半導
体発光素子チップ２の発光部と光フアイバ光ファイバ４
の光入射部との位置決め固定方法を説明する。ここで半
導体発光対素子チップ２は固定台２ａにダイボンディン
グ等で固定され、この固定台２ａは台座５上の所定の位
置に固定されている。一方、光ファイバ４はクランプ治
具６により固定台４ａに固定可能となっている。

ここでまず、固定台４ａを固定台２ａに固定されている
半導体発光素子チップ２の発光部に対して概略位置合わ
せできたところで固定台４ａを台座５に固定する。この
後、光ファイバ４をクランプ治具６で固定台４ａに挾み
込み、顕微鏡とマニピュレータとを用いて、位置合せを
行う。−力先ファイバ４の光出射端部４ｂに光検出器（
図示せず）を接続しておく。顕微鏡及びマニピュレータ
による位置合せ終了後、半導体発光素子チップ２を発光
させ、光検出器の出力が最大となる様にマニピュレータ
を用いて微調整を行う。微調整終了後、レーザビーム溶
接によりクランプ治具６の数箇所を固定台４ａ上に固定
する。このレーザビーム溶接固定は、光ファイバ４と半
導体発光素子チップ２との位置関係を調節しながら行う
が、−ケ所溶接した後、例えば第７図において溶接部７
を溶接した後、光ファイバ４の位置ズレが生じたとする
と、このズレを修正し元に戻すために、光ファイバ４を
挾んで反対側の位置８にレーザビームを照射する。この
様な微細な調整をしながら４点乃至６点でクランプ治具
６を固定台４ａに固定し、光ファイバと半導体発光素子
チップとを所定の位置関係に固定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の位置合せ固定方法では、３段階の位置合せを
行わなければならい。更に、光ファイバを３軸方法に移
動させながら位置調整をしなければならない。そのため
、この位置合せ作業は非常に難しく、かつ作業に熟練を
要していた。また、微１個整の位置合せ中は光検出器の
出力のみを見て位置合せ作業をしているため、光ファイ
バを半導体発光素子チップの発光部に突き当てて半導体
発光素子チップを破壊してしまうことがあった。

そこで本発明では、光ファイバと光半導体素子との位置
合せを極めて容易にかつ正確に行うことを可能にする光
半導体素子用支持部品及び光半導体装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、本発明の光半導体素子用支持
部品は、光ファイバと光半導体素子とを光結合するため
の光半導体素子支持部品であって、略円筒形の部材であ
って、光ファイバが貫通挿入される貫通穴が円筒部中心
をＮ通して設けられ、光半導体素子が搭載される搭載面
を有し、前記搭載面が円筒部の中心軸を通る面に平行で
かつ前記中心軸より所定の量だけ離間していることを特
徴とする。

また更に本発明の光半導体装置は、略円筒形の部材であ
って、光ファイバが貫通挿入されるＮ通人が円筒部中心
を貫通して設けられ、光半導体素子が搭載される搭載面
を存し、前記搭載面が円筒部の中心軸を通る面に平行で
かつ前記中心軸より所定の量だけ離間している光半導体
素子用支持部品と、前記貫通穴に挿入され、固定されて
いる光ファイバと、前記貫通穴に挿入固定された光ファ
イバの軸線上に発光・受光面を有するように前記搭載面
に固定された光半導体素子とを含むことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、上記のように構成し、円筒部材の中心を貫
通する光フアイバ挿入固定穴に光ファイバを固定し、光
ファイバの入射面を位置決めすると共に、この中心を通
る面に平行でかつ所定の距離だけ離間した面に半導体発
光素子を固定し、半導体発光素子の発光部を挿入固定さ
れた光ファイバに対して位置決め固定することにより、
容品でかつ正確な光ファイバと半導体発光素子の発光部
との位置決め固定を可能にしている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を付した要素は同一機能を有するため重複する
説明は省略する。

第１図は本発明に従う光半導体素子用支持部品に光半導
体素子等を組み込んだ光半導体装置の一実施例の斜視外
観を示す。

この第１図に示すように、光半導体素子支持部品１０と
光半導体素子チップ１１と光ファイバ１２とより構成さ
れる。ここで光半導体素子用支持部品１０は、図に示す
ように略円筒形の形状をしており、その中心には光ファ
イバ１２が挿入される貫通穴１３が設けられている。こ
の貫通穴１３は円筒部１０ａの中心軸０１に対して±２
μｍ程度の精度に設けられている。また、光半導体素子
用支持部品１０の一端には、円筒部１０ａの中心軸Ｏ１
に対して平行な切り欠き面１０ｃが設けられている。こ
の切り欠き面１０ｃは研磨法または放電加工等により形
成することができる。

そしてこの切り欠き面１０ｃは円筒部１０ａの中心軸０
１より所定の距離、例えば１０μｍ程度離間し、その精
度は±５μｍ程度以内となるように貫通穴１３を切り欠
くことにより形成されている。

更にこの切り欠き面１０ｃはメタライズ加工が施された
後、更に金メツキ等が施されている。更に、この切り欠
き而１０ｃの端部にはリード線引き出し用の電極マウン
ト１４が圧着されている。そして、このリード線引き出
し用電極マウント１４を介して、この切り欠き面１０ｃ
に搭載される光半導体素子チップ１１に電力を供給する
。

ここで、本実施例ではこの光半導体素子用支持部品１０
の材料として、市販のいわゆるセラミック・フェルール
を採用している。この様なセラミックフェルールは比較
的安価でかつ多量に光フアイバ用のコネクタ部品として
使用されており、人手するのが容品である。具体的には
、直径２ｍｍ、長さ５ｍｍでその中央部に直径が１２６
μｍ±２μｍで中心位置精度±２μｍの貫通穴１３が形
成しである。そして、この様なセラミックフェルールの
先端部は長さ１ｍｍで所定の深さＸの切り欠きが第２図
に示すように形成しである。

ここで切り欠き深さＸは、この切り欠き面１０ｃ上に光
半導体素子チップ１１を搭載したときその発光中央部が
貫通穴１３の中心にくるような深さである。

一方、光ファイバ１２はその一端が数ｃｍ乃至数十ｃｍ
に渡って被覆が取り除かれ、更にその先端部１２ａにメ
タルコートが施されている。そして、この先端部１２ａ
を貫通穴１３に挿入し、その先端部１２ａが切り欠き面
１０ｃ上に少なくとも、また多くとも数十μｍ程度、突
出するように固定されている。そして、この光ファイバ
１２の先端部１２ａは、光半導体素子用支持部品１０上
に形成された貫通穴１３の延長上にある断面が半円形状
の溝１３ａに溶接またはハンダで固定されている。

また、光半導体素子チップ１１の外観拡大図を第３図に
示す。この図に示すように光半導体素子チップは端面発
光型半導体レーザチップであって、その上面１１ａ（表
面）が切り欠き面１０ｃ上に圧着されている。そして光
半導体素子チップ１１の下ｊｆｉｌｉｌｌｂ（裏面）の
発光部Ａの中央部に相当する部分には、第３図に示すよ
うに、第１の位置合せ用のマークｌｌｃが設けられ、更
にその第１の位置合せ用マークｌｌｃの両側の先ファイ
バ心線径りの（１／２）ｘＤだけ離間した部分には第２
の位置合せ用マークｌｉｄが形成しである。この第１及
び第２の位置合せ用マーク１１ｃ。

１１ｄを利用して、光半導体素子チップ１１を光ファイ
バ１２の先端部１２ａに対して位置合せする。この位置
合せ方法については、後述する。この光半導体素子チッ
プ１１の裏面側は切り欠き面１０ｃ上に固定されたリー
ド線引き出し用電極マウント１４の電極面１４ａとボン
ディングワイヤ１５にて接続されている。

次に１、上記光半導体素子用支持部品１０の製造方法に
ついて説明する。

先に説明したように、この光半導体素子用部品１０は、
市販の直径２ｍｍ、長さ５ｍｍのセラミックフェルール
を加工することにより作成する。

セラミックフェルールの円筒部中心には先に説明したよ
うに、光ファイバを挿入する直径１２６μｍ±２μｍの
貫通穴１３が設けられている（第４図（ａ）参照）。次
に、このセラミックフェルールの先端部１ｍｍを第４図
に示すように、貫通穴１３が見える程度に約０．９５ｍ
ｍ粗研磨する（第４図（ｂ）参照）。この粗研磨では、
複数のセラミックフェルールを並列に並べ一度に研磨す
ることができる。

次に、この粗研磨終了の後、深さｈが揃ったものを分類
し、研磨量不足のもの、例えば目標値０．９５ｍｍに対
して深さ０．９０ｍｍ以下のものについては再度粗研磨
を行い、所定の深さ（０，９５ｍｍ程度）まで研磨する
。

次に、仕上げ研磨を行い正確な所定の深さまで仕上げ研
磨する（第４図（ｃ）参照）。この仕上げ研磨量は、こ
の切り欠き面１０ｃに端面発光型光半導体素子チップの
裏面を圧着したとき、その発光部中央が貫通穴１３の中
心線上にくるような深さとするのが理想的である。具体
的には、深さＸ−（セラミックフェル−ルの径の１／２
）　＋（１；７１１り矢面１０ｃ上のメタライズ及び金
の厚さ）＋Ｙとすることが理想的である。ここではＹは
第３図に示すようにレーザチップの最表面と発光部Ａと
の距離である。具体的には、（切欠面１０ｃ上のメタラ
イズ及び金の厚さ）＋Ｙの値は１０μｍ程度であるので
、Ｘ−（（セラミックフェルール径の１／２）＋１０μ
ｍｌ程度となる。しかし、口径の大きなマルチモードフ
ァイバに対しては、セラミックフェルールの径の正確に
半分の深さでも十分である。

上記形成方法は一例にすぎず、要するに切り欠き面１０
ｃが貫通穴１３の中心を通る平面に一致するように加工
すればよい。

このように形成された光半導体素子用部品１゜に光半導
体素子チップ１１及び光フアイバ１２等を固定する。

次にこれらの位置決め固定方法について説明する。

まず、上記のように形成した光半導体素子用支持部品１
０の少なくとも切り欠き面１０ｃ及び切り欠き面１０ｄ
の全面をメタライズする。このメタライズ方法としては
蒸着法でもまた他の方法例えばメツキ法等でもよい。

次にリード線引き出し用電極マウントの直方体状の素材
１４の両面をメタライズし、切り欠き面１０ｃ上に熱圧
着する。

次に光ファイバ１２の一端の数ｃｍ乃至数十ｃｍの被覆
を剥がし光フアイバ心線１２ｂを露出させる。そして露
出した光フアイバ心線１２ｂの先端部近傍をメタライズ
する。

このように光フアイバ心線１２ｂの先端部１２ａがメタ
ライズされた光フアイバ心線１２ｂを貫通穴１３に挿入
し、先端部１２ａを切り欠き領域に突出させる。この突
出量は多（とも数十μｍ以下とする。

次に、溶接またはハンダ等により光フアイバ心線１２ｂ
のメタライズ部分を切り欠き面１０ｃ上の貫通穴１３の
半円形状の溝１３ａ内に固定する。

二二で光フアイバ心線１２ｂは直径が１２５μｍである
ので、貫通穴１３内に挿入可能であり、かつその先端部
１２ａのコア部位置も貫通穴１３の中心線上に正確に（
±２μｍの精度で）固定される。更に光ファイバ１２と
光半導体素子用支持部品１０との固定強度を強化する必
要があるときは、光半導体素子用支持部品１０の切り欠
き面１０ｃと反対側の貫通穴１３の開口部から樹脂等を
注入し光ファイバ１２を固定するようにしてもよい。

次に、端面発光型の光半導体素子チップ１１、例えば第
３図に示すようなものを用意する。この光半導体素子チ
ップ１１の製作方法については、従来より知られている
ので詳細は省略する。なお、この光半導体素子チップ１
１の裏面側には第３図に示すような第１及び第２の位置
合せ用マーク１１ｃ、ｌｉｄが形成しである。この様な
位置合せマークｌｌｃ、ｌｉｄはフォトリソグラフィを
用いて容易に形成される。必要に応じて両面マスクあわ
せ技術を用いればレーザチップのウェーハの裏面（発光
部の形成されている面と反対の面）にマークｌｌｃ、ｌ
ｉｄを形成することもできる。

次に、この光半導体素子チップ１１の表面１１ａを光半
導体素子用支持部品１０の切り欠き面１０ｃ上の貫通穴
１３の半円形溝１３ａ上に載置し、マイクロマニピュレ
ータ付きダイボンディダーに設置し、上方から高倍率の
顕微鏡で観察をして位置決めを行う。この顕微鏡視野を
第５図に示す。この第５図において第２の位置用マーク
１１ｄが第１の位置合せ用マークｌｌｃを挾んで光フア
イバ心線の半径と同じになるように形成しであるため、
第２の位置合せ用マークｌｉｄが光フアイバ心線１２ｂ
の端面１２ｃ、１２ｄに一致するように位置合わせを行
えば、光半導体素子チップ１１の発光部Ａの中央部は光
フアイバ心線１２ｂの光入射面に位置合せされたことに
なる。

この状態で、光半導体素子チップ１１をグイボンディン
グする。ここで顕微鏡の接眼レンズ側に第５図に示すよ
うなマイクロメータ（目盛りを刻んだマーク）１６を形
成しておくことにより更に容易に位置決めを行うことが
できる。一方、高さ方向の位置決めについては、光フア
イバ心線１２ｂの光入射面の位−置が正確に貫通穴１３
の中心線上に固定され、光半導体素子チップ１１の発光
部もまた貫通穴１３の中心線上に固定されているので位
置調整は不要になる。

このように光ファイバ１２と光半導体素子チップを組み
立て固定した状態で自動的に±２μｍ程度の精度で位置
決め出来る。したがって、従来のように３段階の位置調
整が不要になるばかりでなく、光半導体素子チップを発
光させて光検知器で検知しながら位置調整する必要もな
い。したがって、光ファイバで光半導体素子チップを位
置調整中に破壊する危険性がない。

また更に、光ファイバが支持部品に確実に固定されてい
るため、経年劣化等による位置ズレ、振動による光フア
イバ先端部のブレが生じない。そのため従来のような固
定位置決め方法では生じていた位置ズレ、ブレ等による
信号ノイズの発生等を防止することができる。

上記実施例では、光半導体素子チップとして半導体レー
ザのような発光素子を使用した例を示しているが、端面
受光型の受光素子、例えばホトダイオード等を光半導体
素子チップとして使用しても同様な効果を得ることがで
きる。

また、上記実施例の光半導体用支持部品として第２図に
示すような円筒形ものを使用する代わりに、第６図（ａ
）に示すように円筒部下側を平坦にしておいてもよい。

この様にしておくことにより、支持部品が転がらず、組
み立てが更に容品になる。

また更に、上記実施例において溝１３ａ上に第６図（ｂ
）に示すようにレンズをおき、光を平行光束として光フ
ァイバへ注入したりまた光ファイバを使用しないで光を
取り出すようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の光半導体用支持部品及び光半導体装置では、先
に説明したように、短時間で簡単且つ正確な光ファイバ
と光半導体素子チップとの位置決めを行うことができる
ので、安価で高精度は光半導体装置を実現できる。

また史に、この様な光半導体装置を使用することにより
、光ファイバへ注入する光信号の強度を高めることがで
きるので、光ファイバを用いたシステムの設計が容易に
なる。また光ファイバへの光結合効率等を高めることが
できるので、光半導体素子チップの駆動電流を下げるこ
とができる。

その結果、駆動回路等の負荷を減らし、光半導体素子チ
ップ自体の負担も軽減でき、信頼性を高めることができ
る。

本発明の光半導体装置を使用することにより光ファイバ
と光半導体素子チップとの光結合効率を高めることがで
き、光エレクトロニクス技術全体の発達が期待される。

す光半導体用支持部品の製作方法を説明する図、第５図
は、第１図に示す光半導体装置の製作での位置決め作業
における顕微鏡視野を示す図、第６図は、光半導体用支
持部品の変形例を示す図、及び第７図は、従来の光半導
体装置を説明するための図である。

１０・・・光半導体素子用支持部品、１０ａ・・・円筒
部、１０ｃ・・・切り欠き面、１１・・・光半導体素子
チップ、１２・・・光ファイバ、１２ａ・・・光フアイ
バ先端部、１２ｂ・・・光フアイバ心線、１３・・・貫
通穴。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う光半導体装置の一実施例の外観
斜視図、第２図は、本発明に従う光半導体用支持部品の
一実施例の外観斜視図、第３図は、第１図に示す光半導
体装置に装着される光半導体素子チップの外観斜視図、
第４図は、第２図に示特許出願人　　住友電気工業株式
会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　嶋　　　史　　　朗光半導体用支持部品
の実施例 製逓工程 第４図 光半蓬体素子子ッフ。 一〇！　−ｙ　　ｒ＝ｗ 第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバと光半導体素子とを光結合するための光
   半導体素子支持部品において、 略円筒形の部材であって、光ファイバが貫通挿入される
   貫通穴が円筒部中心を貫通して設けられ、光半導体素子
   が搭載される搭載面を有し、前記搭載面が円筒部の中心
   軸を通る面に平行でかつ前記中心軸より所定の量だけ離
   間している光半導体素子用支持部品。 ２、前記搭載面にメタライズ等が施されている請求項１
   記載の光半導体素子用支持部品。 ３、略円筒形の部材であって、光ファイバが貫通挿入さ
   れる貫通穴が円筒部中心を貫通して設けられ、光半導体
   素子が搭載される搭載面を有し、前記搭載面が円筒部の
   中心軸を通る面に平行でかつ前記中心軸より所定の量だ
   け離間している光半導体用支持部品と、 前記貫通穴に挿入され、固定されている光ファイバと、 前記貫通穴に挿入固定された光ファイバの軸線上に発光
   ・受光面を有するように前記搭載面に固定された光半導
   体素子とを含む光半導体装置。