JPH09270531A - 発光素子アレイ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の発光素子からなる高密度な発光素子アレ
イを提供する。 【解決手段】複数の発光素子の発光位置が直線状に配列
された１次元発光素子アレイ２と、発光素子アレイが実
装された基板１とを含む発光素子アレイ組立体であっ
て、１次元発光素子アレイ２が、基板１の表裏にそれぞ
れ少なくとも１つ実装されており、表裏の１次元発光素
子アレイ２の各発光位置が所定の配列面上に配置される
ように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光通信、特に並列
光信号伝送技術において使用される発光素子アレイ組立
体に関する。より詳細には、本発明は、複数の発光素子
を一体に形成してなる１次元発光素子アレイを更に複数
組み合わせて、２次元的に配列された複数の発光部を備
えた発光素子アレイ組立体の新規な構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】図10は、発光素子アレイ組立体の典型的
な構成を示す図である。

【０００３】１同図に示すように、１次元発光素子アレ
イを複数用いて２次元発光素子アレイを構成する場合、
従来は、階段状に加工した基板１の各段１ａに、１次元
発光素子アレイ２をそれぞれ実装していた。このような
構成とすることにより、１次元発光素子アレイ２を基板
１に対して上方から実装することができると共に、基板
１上に配線等を装荷することができる。また、各１次元
発光素子アレイ２の放熱の点からも、このように各素子
の周囲が開放された構成が好ましいと考えられていた。

【０００４】しかしながら、上記のような発光素子アレ
イ組立体では、１次元発光素子アレイの各発光素子への
配線を装荷するための面積と各発光素子のレーザ共振器
の長さとを考慮すると、基板１の各段の奥行きが少なく
とも 500μｍ必要になる。このため、基板の段相互で、
発光素子とこれに結合する光ファイバとの間の距離が50
0μｍ以上異なり、光ファイバの入射端におけるレーザ
ビームのスポット径も異なってしまう。即ち、発光素子
アレイに用いられる発光素子の出射光のスポット径は通
常２μｍ以下であり、これに結合されるシングルモード
ファイバのモードフィールド径は10μｍ以下である。こ
のようなたて光学倍率が５倍程度の系において発光素子
と光学系との間の間隔が 500μｍ異なると、光ファイバ
の入射端においては25倍、即ち12.5mmものずれが生じ、
これを収めるためには光素子モジュールの寸法は著しく
大きくなる。また、階段状の基板上では配線パターンに
制約が多く、製造コストが高くなる上に、配線の寄生容
量等による高周波特性の劣化が避けられない。更に、上
記のような理由により、基板の段数を多くすることは難
しいので、従来の構造で大規模な２次元発光素子アレイ
を構成することは実質的にできなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記従来技術
の問題点を解決し、製造が容易であり、且つ、均一な光
信号を光ファイバに供給することができる新規な発光素
子アレイ組立体を提供することが本発明の課題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明により、複
数の発光素子の発光部が直線状に配列された１次元発光
素子アレイと、該発光素子アレイが実装された基板とを
含む発光素子アレイ組立体であって、該１次元発光素子
アレイが、該基板の表裏にそれぞれ少なくとも１つ実装
されており、表裏の１次元発光素子アレイの各発光部が
所定の配列面上に配置されるように構成されていること
を特徴とする発光素子アレイ組立体が提供される。

【０００７】本発明に係る発光素子アレイ組立体は、１
枚の基板の表裏にそれぞれ１次元発光素子アレイを実装
することにより２次元アレイとした組立体を用いる点に
その主要な特徴がある。

【０００８】また、本発明の好ましい態様に従うと、基
板の表面と１次元発光素子アレイの実装面とに、互いに
相補的な起伏を設けることにより、製造時の１次元発光
素子アレイの位置決めを容易にしている。

【０００９】また、この種の発光素子アレイ組立体の光
出力を受ける光ファイバは、その入射端面を斜め（４〜
８度）に研磨される場合がある。これは、光ファイバ入
射端面における反射による戻り光が発光素子に再注入さ
れるのを避けるためである。本発明に係る発光素子アレ
イ組立体をこのような光ファイバと結合する場合は、基
板の表裏で、１次元発光素子アレイの実装位置を出射光
の光軸方向にずらすことにより、発光素子の発光部とこ
れに結合される光ファイバの入射端面との間の距離を一
定に保つことが可能になる。このような態様に対応する
ためには、基板および１次元発光素子アレイに形成する
起伏は、単なる位置決めだけではなく、出射光軸方向に
１次元発光素子アレイを移動させる場合の案内となるよ
うに形成することが好ましい。具体的には、発光素子の
出射光軸と平行な線状の突起または溝であることが好ま
しい。

【００１０】更に、発光素子アレイ組立体は高い密度で
発光素子が集積されているので、放熱効率が高くなるよ
うに構成することが好ましい。従って、各１次元発光素
子アレイ組立体に何等かの放熱機構を装備することが有
利である。具体的には、熱電導率の高い材料で作製した
放熱部材を装着する方法の他、基板自体も熱電導率の高
いものを選択することが好ましい。また、放熱部材を介
して基板に実装することにより、１次元発光素子アレイ
組立体の固定強度を高くすることもできる。

【００１１】尚、上記のような目的で用いる熱電導率の
高い材料としては、シリコン、ガリウム砒素、インジウ
ム燐などの半導体、または、Al₂Ｏ₃、AlＮ、SiＣ等のセ
ラミックス等を好ましく例示することができる。

【００１２】また、ペルチェ効果素子等の電子冷却素子
を用いて１次元発光素子アレイ組立体を積極的に冷却す
ることも好ましい。

【００１３】更に、各１次元発光素子アレイ組立体に対
する配線は、基板の表裏にそれぞれ装荷した配線パター
ンを用いることが有利である。また更に、各１次元発光
素子アレイ組立体を駆動するための電子回路を同じ基板
上に実装することにより、配線長を短縮して、特に高周
波に対する特性を改善することができる。尚、基板の表
裏の回路は、スルーホールやバイアホールを介して相互
に結合することができる。

【００１４】また更に、上記のようにして１枚の基板の
表裏に１次元発光素子アレイ組立体を実装して２次元化
した発光素子アレイ組立体を、更に複数積層し、あるい
は同一平面上に配列して大規模な２次元発光素子アレイ
組立体を構成することもできる。

【００１５】以下、図面を参照して本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等限定するものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る発光素子アレ
イ組立体の基本的な構成を示す図である。

【００１７】同図に示すように、この発光素子アレイ組
立体は、基板１と、その表裏に実装された１対の１次元
発光素子アレイ２とから構成されている。ここで、１次
元発光素子アレイ２は、基板１のひとつの辺に沿って互
いに表裏をなす位置に実装されており、その各発光部
は、基板１に直角なひとつの平面に沿って配列されるよ
うに位置決めされている。このような構成により、２次
元的に配列された発光部を備える発光素子アレイ組立体
が構成されている。

【００１８】尚、上記のような構成の発光素子アレイ組
立体は、基板１の一方の面にひとつの１次元発光素子ア
レイ組立体を半田により固定した後、基板１の他方の面
に、融点のより低い半田を用いて第２の１次元発光素子
アレイ組立体を固定することにより、容易且つ確実に作
製できる。

【００１９】図２は、図１に示した発光素子アレイ組立
体の他の態様を、部分的に拡大して示す図である。

【００２０】同図に示すように、この態様では、基板の
表面に突起１Ａが形成されており、一方、各１次元発光
素子アレイ２の基板側の面には溝２Ａが形成されてい
る。ここで、突起１Ａと溝２Ａとは、互いに相補的な形
状を有しており、これらを相互に嵌接させることによ
り、基板１上で１次元発光素子アレイを容易に位置決め
できる。このような構成を採ることにより、発光素子ア
レイ組立体の製造作業は非常に容易になる。

【００２１】尚、この態様においては、突起１Ａおよび
溝２Ａは、それぞれ、１次元発光素子アレイ２の出射光
の伝播光軸に平行に設けられている。従って、突起１Ａ
と溝２Ａを嵌接させたまま、各１次元発光素子アレイ２
を、伝播光軸と平行に移動させることができ、各１次元
発光素子アレイからの光出力の調整や光ビームのスポッ
ト径を調節する場合に利用できる。

【００２２】図３は、上記のような位置決め手段の利用
方法を説明するための図である。

【００２３】発光素子アレイ組立体の出射光を入射端面
が斜めに研磨された光ファイバアレイ３に結合して利用
する場合、各１次元発光素子アレイ21、22の発光部と光
ファイバアレイ３に含まれる各光ファイバ30の入射端面
との間隔は互いに等しいことが好ましい。そこで、図３
に示した例では、光ファイバアレイ３の入射端面の傾斜
に合わせて、基板１の上面側に実装された１次元発光素
子アレイ22が光ファイバアレイ３に近づくようにその実
装位置をずらしている。

【００２４】尚、１次元発光素子アレイ21、22および光
ファイバアレイ３等の仕様が予め判っている場合は、基
板１上の各発１次元光素子アレイ21、22の後方に、位置
決めのための突起１Ｂを形成しておくこともできる。こ
のような構成とすることにより調整工程を省略して、発
光素子アレイ組立体の製造を簡略化できる。

【００２５】図４は、本発明に係る発光素子アレイ組立
体の他の態様を示す図である。同図に示すように、この
態様では、基板１上の１次元発光素子アレイ２に、更に
放熱体４が装着されている。このような構成により、１
次元発光素子アレイ２で発生した熱を効率良く放散させ
ることができる。このような放熱体の材料としては、シ
リコン、ガリウム砒素、インジウム燐などの半導体材
料、Al₂Ｏ₃ 、AlＮ、SiＣ等のセラミックス材料、また
は、Au、Ag、Pb、Sn、Bi、Alを含む金属材料等を例示す
ることができる。

【００２６】図５は、本発明に係る発光素子アレイ組立
体の更に他の態様を示す図である。同図に示すように、
この態様では、１次元発光素子アレイ２と共に発光素子
駆動用集積回路６も併せて基板１上に実装されている。
また、基板１上には、配線パターン７も装荷されてお
り、この配線パターン７により１次元発光素子アレイ２
と集積回路６とが結合されている。尚、図示されていな
いが、ヴィアホール等を介して基板１の表裏の回路を接
続することもできる。以上のような構成により、駆動回
路まで実装された発光素子アレイ組立体が得られるの
で、この発光素子アレイ組立体に対しては通常の電子回
路と同じ電気信号を結合すれば使用でき、実際上の取り
扱いは非常に容易になる。

【００２７】尚、上記の態様において、配線パターン７
を熱伝導性に優れた金属で形成することにより、基板上
の各素子の放熱を助けることも好ましい。また、１次元
発光素子アレイと配線パターンとの接続は、金属ワイヤ
等の配線材を用いてもよいし、配線パターンの端部にパ
ッドを設けて直接実装してもよい。

【００２８】図６は、図５に示した発光素子アレイ組立
体に対して、更に、電子冷却素子５を付加した構成を示
す図である。このような構成により、発光素子駆動用集
積回路６で発生した熱が、１次元発光素子アレイ２に与
える影響を極限まで低減できる。

【００２９】図７は、本発明に係る発光素子アレイ組立
体自体を何等かの回路に実装する場合の態様を示す図で
ある。

【００３０】同図に示すように、本発明に係る発光素子
アレイ組立体では基板の下面にも素子（１次元発光素子
アレイ）が実装されているので、パッケージ８の実装面
から基板１を浮かして実装する必要がある。そこで、こ
の態様では、スペーサ９を介して基板１をパッケージ８
に実装している。ここで、基板１の下面には、スペーサ
９の頂部と相補的な形状の溝１Ｃが形成されており、発
光素子アレイ組立体10を製造する際の作業を容易にして
いる。

【００３１】図８は、本発明に係る発光素子アレイ組立
体の更なる応用を説明するための図である。

【００３２】同図に示すように、この発光素子アレイ組
立体は、図７に示した発光素子アレイ組立体10およびス
ペーサ９を一組としたモジュールを、更に複数積層して
構成された２次元発光素子アレイ組立体である。ここ
で、各発光素子アレイ組立体10の基板１の上面には、ス
ペーサ９の下端近傍と相補的な形状の溝が形成されてい
る。この溝は、各発光素子アレイ組立体の１次元発光素
子アレイの発光部の相対位置を決める役割がある。この
ような構成は、図10に示した従来の発光素子アレイ組立
体と異なり、２次元化に伴う光学的なずれの拡大等が生
じないので、必要なだけ多段化して、従来の発光素子ア
レイ組立体では到底実現し得なかった多チャンネルの発
光素子アレイ組立体を実現することができる。

【００３３】図９は、図８に示した積層型の発光素子ア
レイ組立体において好適に使用できるスペーサの他の態
様を示す図である。同図に示すように、この態様におい
て、スペーサ９ａは円柱状であり、実際には、各基板１
の四隅において、基板相互の間に間挿されてその間隔を
規定するように構成されている。このような構成ではス
ペーサの形状が円柱状なので、精度の高いスペーサを比
較的容易に作製することができる。但し、この形状のス
ペーサは、他の部材（実際には基板）との接触面積が小
さくなるので、熱伝導の点では不利になるので、用途に
応じて適宜選択すべきである。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る発光素子アレイ組立体は、基板の表裏に１次元発光素
子アレイを実装するという独特の構成により、高密度な
発光素子アレイを容易に実現している。また、平坦な基
板を使用して構成することができるので、発光素子への
配線のレイアウトに制限が無く、また、必要に応じて、
発光素子駆動用集積回路等を同じ基板上に実装すること
ができる。更に、その独特の構成により、出力ポートと
しての光ファイバアレイの各光ファイバ素線に対して均
一な光パワーを供給することができる。また更に、上記
発光素子アレイ組立体をスペーサを介して複数積層する
ことにより大規模な２次元発光素子アレイを容易に構成
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発光素子アレイ組立体の基本的な
構成を示す図である。

【図２】本発明に係る発光素子アレイ組立体のひとつの
態様を、その部分拡大図により示す図である。

【図３】図２に示した発光素子アレイ組立体の機能を説
明するための図である。

【図４】本発明に係る発光素子アレイ組立体の他の態様
を示す図である。

【図５】本発明に係る発光素子アレイ組立体の更に他の
態様を示す図である。

【図６】本発明に係る発光素子アレイ組立体の更に他の
態様を示す図である。

【図７】本発明に係る発光素子アレイ組立体の実装方法
を示す図である。

【図８】本発明に係る発光素子アレイ組立体を用いた２
次元発光素子アレイの構成例を示す図である。

【図９】本発明に係る発光素子アレイ組立体を用いた２
次元発光素子アレイにおけるスペーサの他の態様を示す
図である。

【図10】従来の発光素子アレイ組立体の典型的な構成を
示す図である。

【符号の説明】

１・・・基板、 ２・・・１次元発光素
子アレイ、３・・・光ファイバアレイ、 ４・・・放
熱体、５・・・電子冷却素子、 ６・・・発光素
子駆動用集積回路、７・・・配線パターン、 ８
・・・パッケージ、９・・・スペーサ、 10
・・・発光素子アレイ組立体

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の発光素子の発光部が直線状に配列さ
   れた１次元発光素子アレイと、該発光素子アレイが実装
   された基板とを含む発光素子アレイ組立体であって、 該１次元発光素子アレイが、該基板の表裏にそれぞれ少
   なくとも１つ実装されており、表裏の１次元発光素子ア
   レイの各発光部が所定の配列面上に配置されるように構
   成されていることを特徴とする発光素子アレイ組立体。
2. 【請求項２】請求項１に記載された発光素子アレイ組立
   体において、前記１次元発光素子アレイを位置決めする
   ための突起または溝が前記基板の表裏にそれぞれ形成さ
   れていることを特徴とする発光素子アレイ組立体。
3. 【請求項３】請求項２に記載された発光素子アレイ組立
   体において、前記基板に形成された突起または溝と相補
   的な形状の溝または突起が前記発光素子の実装面に形成
   されていることを特徴とする発光素子アレイ組立体。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記基板の
   表面および裏面の発光素子アレイ組立体が、互いに発光
   光軸方向で異なる位置に配置されいてることを特徴とす
   る発光素子アレイ組立体。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記１次元
   発光素子アレイが、シリコン、ガリウム砒素、インジウ
   ム燐などの半導体、または、Al₂Ｏ₃、AlＮ、SiＣ等のセ
   ラミックス、または、Au、Ag、Pb、Sn、Bi、Alを含む金
   属材料の放熱体を備えることを特徴とする発光素子アレ
   イ組立体。
6. 【請求項６】請求項１から請求項５までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記基板
   が、シリコン、ガリウム砒素、インジウム燐などの半導
   体、または、Al₂Ｏ₃、AlＮ、SiＣ等のセラミックスであ
   り、前記１次元発光素子アレイと該基板上の配線とがA
   u、Ag、Pb、Sn、Bi、Alを含む金属配線により結合され
   ていることを特徴とする発光素子アレイ組立体。
7. 【請求項７】請求項１から請求項５までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記基板の
   メタライズ面と、前記１次元発光素子アレイの電極と
   が、溶融により互いに結合されていることを特徴とする
   発光素子アレイ組立体。
8. 【請求項８】請求項１から請求項７までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記基板上
   に、前記１次元発光素子アレイ組立体を駆動するための
   電子回路が実装されていることを特徴とする発光素子ア
   レイ組立体。
9. 【請求項９】請求項１から請求項８までの何れか１項に
   記載された発光素子アレイ組立体において、前記基板
   が、該基板を実装する対象に対して位置決めするための
   突起若しくは溝または穴を有することを特徴とする発光
   素子アレイ組立体。
10. 【請求項１０】請求項１から請求項９までの何れか１項
    に記載された発光素子アレイ組立体において、前記１次
    元発光素子アレイを冷却するための電子冷却素子が前記
    基板に実装されていることを特徴とする発光素子アレイ
    組立体。
11. 【請求項１１】発光素子アレイ組立体であって、請求項
    １から請求項10までの何れか１項に記載された発光素子
    アレイ組立体が更に複数積層されてひとつの発光素子ア
    レイ組立体を構成していることを特徴とする発光素子ア
    レイ組立体。
12. 【請求項１２】請求項１から請求項11までの何れか１項
    に記載された発光素子アレイ組立体を製造する方法であ
    って、前記基板の一方の面に第１の１次元発光素子アレ
    イ組立体を半田により固定した後、該基板の他方の面
    に、第２の１次元発光素子アレイ組立体を、該半田より
    も融点の低い半田で固定することを特徴とする発光素子
    アレイ組立体の製造方法。