JPH02297989A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - 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、光ローカルエリアネットワーク、光ケーブル
テレビ等の光画像情報伝送システムに必須の要素デバイ
スの一つの半導体レーザと光ファイバーを光学的に結合
した半導体レーザ装置（半導体レーザモジュール）に関
するものである。

従来の技術 半導体レーザを半導体レーザ装置（半導体レーザモジュ
ール）として構成するには、第５図と第６図に示すよう
に、まず一方の電極を下にして基台（５−２，６−２）
にグイボンドされた半導体レーザ素子（５−１，８−１
）のもう一方の電極へ金線など（５−３，８−３）を用
いてワイヤボンドし、電気的接触をとる。その後で、こ
の半導体レーザ素子と光ファイバ（５−４，６−４）を
高効率で光学的に結合する。光学的結合の一般的方式に
は、次の２つがある。

１つは、第５図に示すように、光ファイバー先端にレン
ズを付加した先球ファイバ（５−４”）を用意し、これ
と半導体レーザ（５−１）を光学的に結合する方式であ
る。この先球ファイバ一方式は装置の構造が簡単である
という利点を持っている。いま１つは、第６図に示すよ
うに、半導体レーザ（８−１）と光ファイバ（６−４）
の間にレンズ系として、球レンズ（８−５）とロッドレ
ンズ（６−６）を挿入する方式である。高効率高安定な
光学的結合を実現するために、他にもいくつかのレンズ
系の構成が提案されている。

個々の半導体装置において、実際に高効率の光学的結合
を実現するには、次の工程が必要である。

半導体レーザに電流を注入し、第５図または第６図に示
すような位置関係で保持した光ファイバーにレーザ光を
入射させる。この光ファイバーからのレーザ光出力強度
を観察しながら光ファイバと半導体レーザ素子の位置関
係の微調整を行う。最大のレーザ出力の得られたところ
で光ファイバーを基台または基台と一体化した構造に固
定する。

発明が解決しようとする課題 第一に、従来技術による光ファイバーと半導体レーザを
光学的に結合した半導体装置では、半導体レーザと光フ
ァイバーの位置関係を容易に定める機構を持たないため
、光学的結合をとる工程は、かなりの熟練を要するもの
となる。半導体レーザを多数集積化した素子と複数の光
ファイバーの結合は、工業的生産を考えるとき、事実上
不可能である。本発明では、この工程の簡略化し、更に
集積化半導体レーザと複数の半導体レーザの結合を可能
とすることをも目的とする。また、半導体レーザ装置製
作工程において、この工程は工数的に太き部分を占めて
いるので、この工程の簡略化は、この種の半導体レーザ
装置のコストを引き下げること゛ともなる。

第二に、従来技術のように、基台に半導体レーザと光フ
ァイバー、さらにはレンズ系を固定する方式では、光フ
ァイバーと半導体レーザが直接゛固定されていないので
、温度変化による結合係数の変動を抑え、ることが難し
かった。

第三に、半導体レーザ素子に直接ワイヤーボンドするこ
とにより、素子には相当のストレスが印可されることと
なり、半導体レーザ劣化の原因となる。これを防ぐため
には、ワイヤーボンドの条件を厳しくしたり、電極に工
夫を凝らす必要があった。また、半導体レーザ装置製作
工程には電気的接触をとる工程と、光学的結合をとる工
程の２工程が必要であった。本発明では、ワイヤーボン
ド工程を省略し、１つの工程で、電気的接触と光学的結
合をとることが目的である。

課題を解決するための手段 半導体レーザと光ファイバーの容易で、温度変動の少な
い結合を達成するために、本発明の技術的手段は、第１
に、基板面にレーザ光出射穴を有する半導体レーザ（例
えば、１９８８秋応用物理学会講演会７ｐＺＣ参照）を
用い、光ファイバーを出射穴に挿入することにより半導
体レーザと光ファイバーを結合する゛ものである。第２
に、前記出射穴の形状と前記光ファイバーの先端形状を
、はめあい関係とすることである。第３に、半導体レー
ザと光ファイバーの固定に樹脂を用いることである。第
４に、前記樹脂として紫外線硬化樹脂を用いることであ
る。

本発明にかかる半導体レーザの製造方法としては第１に
、前記樹脂として透明樹脂樹脂を用い、これを満たした
レーザ光出射穴に光ファイバーを挿入後、硬化させる製
造方法である。第２に、前記透明樹脂として紫外線硬化
樹脂を用い、これを膚たした出射穴への挿入後の光ファ
イバーを通して紫外線を前期紫外線硬化樹脂に照射し硬
化させる製造方法である。

本発明において、２次元的に集積化された半導体レーザ
アレイと複数の半導体レーザを容易に光学的結合するた
めの技術的手段は、基板面にレーザ光出射穴を育する半
導体レーザを２次元的に集積したレーザアレイ素子を用
い、前記の各々の出射穴に対応する位置に光ファイバー
先端を保持する保持具に固定された光ファイバーを挿入
する゛ものである。個々の出射穴と光ファイバーの固定
は本発明にかかる前述の構成と方法を用いるものとする
　半導体１／−ザへのワイヤボンドを省略するための本
発明にかかる技術的手段は、第一に、外周に金属膜もし
くは導電性膜を形成した光ファイバーを用い、これと半
導体レーザの電極の間に電気的接触を形成することであ
る。第２に、導電性樹脂を用いて、前記光ファイバーと
半導体レーザの電気的接触を形成することである。

作用 基板面にレーザ光出射穴を有する半導体レーザでは、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて出射穴を形成するので、
レーザビームと出射穴の位置関係は数μｍ程度の誤差で
制御できる。従って、光ファイバーを単に出射穴に挿入
するだけで、高効率の光学的結合が達成される。

従来技術のように、基台に半導体レーザと光ファイバー
、さらにはレンズ系を固定する方式では、温度変化によ
る結合係数の変動を抑えることが難しい。本発明にがか
る°半導体レーザでは、光ファイバーを樹脂を用いて直
接半導体レーザ素子に固定しているので、温度特性の面
でも有利である。

さらに、光ファイバー先端形状と出射穴の形状をはめあ
い関係とすれば、結合効率、温度特性はさらに向上する
。また、出射穴に満たす樹脂を紫外線硬化樹脂とし、光
ファイバーを通して紫外線を照射し硬化させることによ
り、半導体レーザと光ファイバーの結合が、位置ずれな
く達成される。

これらの技術的手段は、レーザアレイの出射穴と同じ間
隔で光ファイバーを保持する治具を用いることにより、
２次元状に集積化された出射穴と複数の光ファイバーを
光学的に結合する場合にも非常に有効である。各々の出
射穴と光ファイバーの、微妙なアライメントは光ファイ
バーが出射穴に挿入されることにより、自動的になされ
る。

光ファイバーの外周を金属膜あるいはその他の導電性の
膜で被覆しておけば、これと半導体レーザまたはレーザ
アレイの出射穴のある側の電極との間の電気的接触を形
成することは簡単である。

こうすれば、半導体レーザまたはレーザアレイへは、光
ファイバー外周を通して電流を注入することができるよ
うになり、ワイヤボンディング工程が不用となり、レー
ザモジュール構造も簡略化される。

実施例 第１図は、本発明にかかる半導体１／−ザ装置の実施例
の断面模式図である。１−１は、基板面に出射穴を何す
る半導体レーザである。１−２はその活性導波路、１−
３はその出射穴である。活性導波路で励起されたレーザ
光Ωは、傾斜反射面（１−４）でその光路を９０’　曲
げられ出射穴１−３より基板に垂直な方向に出射する。

光ファイバー（１−５）の先端は円錐形に加工してあり
、出射穴とはめあい構造となっている。１−７は基台、
１−８は金ワイヤ、１−９は絶縁体である。出射穴１−
３は、フォトリソグラフィ技術を利用して作製されるの
で、出射レーザ光の光軸と出射穴の位置関係を正確に定
めることができる。出射穴中心と光軸のずれは、一般的
なフォトリングラフィ技術を用いた場合、最大でも５μ
ｍ以下である。

従って、光ファイバーを出射穴に挿入するだけで、出射
光の光軸と光ファイバーのコアが正確にアライメントさ
れる。

半導体レーザ１−１と光ファイバー１−５は樹脂（１−
８）によって直接固定される。半導体レーザと光ファイ
バーは一体化しているので、温度変化による光出力の変
動は極めて小さく、−１０°から５０’　　Ｃまでの温
度変動に対して、光出力変動は５％以下である。

樹脂を透明紫外線硬化樹脂とした本発明にかかる半導体
装置製造法の工程図を、第２図に示す。

予め出射穴（１−３）のなかに、透明紫外線硬化樹脂（
１−８）を満たしておく（ａ）。そこへ光ファイバーを
押入し、第２図（ｂ）のようにに光ファイバー（１−６
）を通して紫外線を紫外線硬化樹脂に照射すれば、紫外
線硬化樹脂に紫外線が効果的に照射され、素早くいっそ
う確実な高効率固定が可能となる。

第３図は、本発明にかかる半導体レーザ装置の第二の実
施例の断面積′式図である。３−１は、゛複数の出射穴
を有するレーザアレイである。１−５は光ファイバーで
ある。光ファイバー（１−５）はレーザーアレイの出射
式間隔と同じ間隔で光ファイバー先端を保持する治具（
３−３）で固定されたまま、レーザアレイの透明樹脂（
１−６）で滴だされた出射穴に挿入される。光ファイバ
ー先端は治具で保持されているとはいえ、レーザアレイ
の光軸とは多少ずれている。しかし、フォトリソグラフ
ィ技術で形成された出射穴に挿入される過程で、出射穴
形状と光ファイバー先端形状がはめあい構造となってい
るので、レーザアレイの光軸と各々の光ファイバーのコ
アは自動的にアライメントさる。このように、複数の光
学結合を同時にかつ容易に達成することができる。透明
樹脂を硬化させると、それぞれの出射穴に直接固定され
る。従って、それぞれの光ファイバーからのレーザ出力
強度の温度安定性も良好である。

第４図は、本発明にかかる半導体レーザ装置の第三のの
実施例である。半導体レーザ（１−１）は、基台（４−
２）と絶縁体（４−３）で絶縁−されているステム（４
−４）上にグイボンドされている。光ファイバー（１−
５）は外周が金属膜（１−８）、例えば金で被覆されて
いる。光ファイバーは透明樹脂（４−７）で半導体レー
ザと固定されているが、さらに導電性樹脂（４−８）で
半導体レーザの上面電極と電気的に接触している。

光ファイバーは金属製モジュー７１／＋ヤップ（４−９
）を介して、基台と電気的に接触している。従って、ビ
ンＡ（４−１０）とピンＢ　（４−１１）の間に電圧を
印可することにより、半導体レーザに電流を注入するこ
とができる。このとき、透明導電性樹脂を用いて、光フ
ァイバーと半導体レーザを直接固定しても良い。このよ
うに、半導体レーザの電極へ直接ワイヤーボンドするこ
となく、半導体レーザへ電流注入することが可能となり
、モジュール構造の簡略化とモジュール組立工程の工数
削減を達成できる。更に、ワイヤーボンド時に半導体レ
ーザがダメージを受けることもなく、半導体レーザ素子
の劣化原因の一つを除くことができた。

発明の効果　　゛ 以上のように、本発明をもってすれば、容易に高効率で
温度変動の小さい半導体レーザと光ファイバーの光学的
結合を実現できる。また、複数の半導体レーザを集積化
した半導体レーザアレイと複数の光ファイバーの間の光
学的結合も、本発明をもってすれば、容易にかつ同時に
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる半導体レーザ装置実施例の断面
模式図、第２図は本発明にかかる半導体レーザ装置製造
法実施例の工程図、第８図は本発明にかかる半導体レー
ザ装置実施例の断面模式図、第４図は本発明にかかる半
導体レーザ装置の断面模式図、第５図は従来技術による
半導体レーザ装置の断面模式図、第６図は従来技術によ
る半導体レーザ装置の断面模式図である。 １−１・・・半導体レーザ、１−２・・・活性導波路、
１−３・・拳出射穴、１−４・・・傾斜反射鏡、１−５
−・φ光ファイバー、１−６・φ・樹脂、３−１・拳・
半導体レーザアレイ、４−６φ・・金属膜、４−８−・
・導電性樹脂。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名第１図 第２図 蔦　３　図 第５図 −Ｚ 纂　６　図 ど−２

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板面にレーザ光出射穴を有する半導体レーザの
   前記出射穴に、光ファイバーを挿入したことを特徴とす
   る半導体レーザ装置。
2. （２）基板面にレーザ光出射穴を有する半導体レーザを
   ２次元的に集積した半導体レーザアレイの各々の出射穴
   に、前記の各々の出射穴に対応する位置に光ファイバー
   先端部を保持する保持具に固定された光ファイバーを挿
   入したことを特徴とする半導体レーザ装置。
3. （３）レーザ光出射穴の形状と光ファイバーの先端形状
   が、はめあい関係となっていることを特徴とする請求項
   １及び請求項２記載の半導体レーザ装置。
4. （４）請求項１記載の半導体レーザもしくは請求項２記
   載の半導体レーザアレイと光ファイバーを、樹脂を用い
   て固定したことを特徴とする請求項１もしくは請求項２
   記載の半導体レーザ装置。
5. （５）樹脂として紫外線硬化樹脂を用いたことを特徴と
   する請求項４記載の半導体レーザ装置。
6. （６）外周に金属膜またはその他の導電性膜を形成した
   光ファイバーを用い、半導体レーザの電極と前記の膜の
   間に電気的接触を形成したことを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の半導体レーザ装置。
7. （７）請求項６記載の光ファイバーと半導体レーザを電
   気的接触を導電性樹脂を用いて形成したことを特徴とす
   る半導体レーザ装置。
8. （８）基板面にレーザ光出射穴を有する半導体レーザを
   用い、透明樹脂で満たされた出射穴に、光ファイバーを
   挿入後、前記透明樹脂を硬化させることにより、半導体
   レーザと光ファイバーを結合することを特徴とする半導
   体レーザ装置の製造方法。
9. （９）透明樹脂として紫外線硬化樹脂を用い、挿入後の
   光ファイバーを通して紫外線を前期紫外線硬化樹脂に照
   射し硬化させたことを特徴とする請求項８記載の半導体
   レーザ装置の製造方法。