JPH10308528A - 光半導体モジュール - Google Patents

光半導体モジュール

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JPH10308528A
JPH10308528A JP11904297A JP11904297A JPH10308528A JP H10308528 A JPH10308528 A JP H10308528A JP 11904297 A JP11904297 A JP 11904297A JP 11904297 A JP11904297 A JP 11904297A JP H10308528 A JPH10308528 A JP H10308528A
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JP
Japan
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light
optical
semiconductor module
receiving element
optical axis
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Application number
JP11904297A
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English (en)
Inventor
Takeshi Sakaino
剛 境野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分岐構造の光導波路を有さない、発光素子と
受光素子とを備えた光半導体モジュールを提供すること
を課題とする。 【解決手段】 端面が傾斜した光ファイバ20を用い、
発光素子1を、その出射光の光軸23が、光ファイバ2
0の内部を導波される光軸20aの延長上の軸と一致す
るようにプラットホーム21上に取り付け、受光素子3
は、その受光部3bが光ファイバ20から屈折されて出
射される光の光軸22上に位置するようにプラットホー
ム21上に取り付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光半導体モジュ
ールに関し、特に発光素子と受光素子とを備えた光半導
体モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の発光素子と受光素子とを光
半導体モジュールの構造を示す斜視図であり、図におい
て、1は送信用の信号を出力するレーザダイオード等の
発光素子、2は発光素子の出力をモニタするためのフォ
トダイオード等のモニタ用受光素子、3は受信用の信号
が入力されるフォトダイオード等の受光素子で、ここ
で、受光素子3としては、レーザダイオードと同じよう
にストライプ形状の導波路を有する構造の端面入射型フ
ォトダイオードを用いており、レーザダイオードの発光
領域に相当する部分が光吸収領域(図示せず)となる。
5は直径が約1.25μmである光を導波する光ファイ
バ、4は光分岐回路、4aは平面形状がY字形状となる
ように分岐している,幅が数μmである光導波路で、そ
の分岐した2つの端部側には、発光素子1及び受光素子
3がそれぞれ、発光素子1の発光部と,受光素子3の受
光部、即ち受光素子3の光が入射されるべき端面部分と
が光導波路4aと光結合されるように配置されている。
また、光導波路4aの分岐していない端部側には、光フ
ァイバ5が光導波路4aと光結合されるように配置され
ている。このとき、発光素子1の発光部を有する端面と
光導波路4aの端面,受光素子3の受光部を有する端面
と光導波路4aの端面,光ファイバ5の端面と光導波路
4aの端面とはそれぞれ互いに平行になるように配置さ
れている。この光半導体モジュールの、光ファイバ5の
伸びる方向に対して垂直な方向の長さは約3mm,光導
波路4aの光ファイバ5の伸びる方向の長さは約1c
m,発光素子1,モニタ用受光素子2,受光素子3が配
置されている部分の、光ファイバ5の伸びる方向の長さ
は約1mmとなっている。なお、図示していないが、こ
の光分岐回路4や光ファイバ5は、最終的にセラミック
等からなるパッケージ(図示せず)の中に封止される。
【0003】一般に、光加入者系,即ち加入者を対象と
した光通信等の光通信においては、波長1.3μm帯と
1.55μm帯との2つの光を組み合わせた光信号が用
いられ、それぞれの加入者について一本の光ファイバに
より送受信を可能とするために光信号を合・分波可能な
光半導体モジュールが用いられる。この送受信に用いら
れる光モジュールとしては、図7に示すようなPLC(P
lanar Lightwave Circuit )と呼ばれる光導波路4aを
用いて光を合・分波する光分岐回路4を使用した光半導
体モジュールが用いられ、このモジュールにより、送信
用の信号と受信用の信号とを合・分波することにより、
発光素子1及び受光素子3と、光ファイバ5との間を結
合して、送受信を可能としていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光半導体モジュールにおいては、分岐した光導波路4a
を用いており、このような光導波路4aの分岐している
部分は、導波光を分岐させるために、2本に分岐する導
波路間の角度はある程度緩やかである必要があるため、
分岐した2本の導波路間隔を、この分岐したそれぞれの
導波路を発光素子と受光素子とにそれぞれ光結合させる
ために十分な広さにしようとすると、この分岐部分の光
ファイバの伸びる方向の長さを長くする必要があり、光
分岐回路4が大きくなってしまい、その結果として、光
半導体モジュールの大きさ全体が大きくなって、小型化
が図れないという問題があった。
【0005】また、光を分岐するために、分岐した構造
の光導波路4aを有する光分岐回路4を設ける必要があ
り、光半導体モジュール全体の構造が複雑化し、この光
モジュールをパッケージに組み込む場合には、組み立て
工程において、光導波路4aと発光素子及び受光素子の
位置合わせ、並びに光導波路4aと該光導波路に光を入
出射させるための光ファイバ5との位置合わせが必要と
なり、組み立て工程等が複雑になるという問題があっ
た。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、分岐構造の光導波路を有さ
ない、発光素子と受光素子とを備えた光半導体モジュー
ルを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光半導体
モジュールは、その内部を光が導波されるとともに、こ
の導波される光が入射及び出射される端面の一方が、そ
の内部を導波される光の光軸に垂直な面に対して所定の
角度に傾斜している光導波部材と、該光導波部材の傾斜
している端面から該端面において屈折されて出射された
出射光の光軸上にその受光部が位置するように配置され
た受光素子と、その出射面から出射される光の光軸が、
上記光導波部材の内部を導波される光の光軸の延長上の
軸と,上記光導波部材の端面により屈折されて出射され
る出射光の光軸との間に位置する軸に一致するように配
置された発光素子とを備えたものである。
【0008】また、上記光半導体モジュールにおいて、
上記発光素子を、その光軸が、上記光導波部材の内部を
導波される光の光軸の延長上の軸に一致しているように
したものである。
【0009】また、上記光半導体モジュールにおいて、
上記発光素子と受光素子とを同一基板上に集積化するよ
うにしたものである。
【0010】また、上記光半導体モジュールにおいて、
上記受光素子を、その光吸収領域が、上記光導波部材の
傾斜している端面から屈折されて出射される出射光の光
軸と平行な方向に伸びるストライプ形状を有しているも
のとしたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図1は本発明の実施の形態1に係る光半
導体モジュールの構造を示す斜視図(図1(a)),及び図
1(a) においてAで示す部分を拡大して上方から見た平
面図であり、図において、1は送信用のレーザダイオー
ド等の発光素子、1aは発光領域、2は発光素子1の出
力をモニタするためのフォトダイオード等のモニタ用受
光素子、2aは受信用の受光領域、3はフォトダイオー
ド等の受光素子で、この受光素子3としては、ここでは
レーザダイオードと同じようにストライプ形状の導波路
を有する構造の端面入射型フォトダイオードを用いてお
り、このレーザダイオードの発光領域に相当する部分が
光吸収領域3aとなる。3bは受光素子3の光が入射さ
れるべき領域である受光部で、受光素子3の端部の光吸
収領域3aが露出している部分がこの受光部3bとなっ
ている。20は直径が125μm前後で、その端部の一
方がその内部を導波される光の光軸20aに垂直な面に
対して所定の角度で傾斜している光ファイバ、21はS
i等からなるプラットホームと呼ばれる,発光素子1,
受光素子3,及び光ファイバ20を載置するための台
で、光ファイバ20の光軸に対して垂直な方向の幅は、
約3mm、光ファイバ20の光軸に平行な方向の長さの
うち、光ファイバ20が載置されている部分の長さが約
2〜3μm、発光素子1やモニタ用受光素子2が載置さ
れている部分の長さが約1mmである。このプラットホ
ーム21には光ファイバ20を位置決めして載置するた
めのV字溝21aと、発光素子1とモニタ用受光素子2
を位置決めして載置するための載置部21bと、受光素
子3を位置決めして載置するための載置部21cとが設
けられている。22は光ファイバ20の上記傾斜してい
る端面(以下,傾斜端面と称す)から、該端面で屈折さ
れて出射される屈折光の光軸である。この光半導体モジ
ュールにおいては、発光素子1及び光ファイバ20は、
発光素子1の出射光の光軸23が、光ファイバ20の内
部を導波される光軸20aと一致するようにプラットホ
ーム21上に取り付けられ、受光素子3は、その受光部
3bが光ファイバ20から屈折されて出射される光の光
軸22上に位置するように取り付けられている。なお、
発光素子1についてはその出射光の光軸23が、光ファ
イバ20の光軸20aを延長した軸と、屈折光の光軸2
2との間に位置する軸と一致するように配置して、発光
素子1の出射光が光ファイバ20の端面の中心部に入射
されるように配置するようにしてもよいが、発光素子1
からの出射光も、光ファイバ20の傾斜端面で屈折され
たり反射されたりして光ファイバ20内に入射されるこ
とから、上記のように発光素子1の出射光の光軸23
が、光ファイバ20の内部を導波される光軸20aと一
致することが、発光素子1と光ファイバ20との光結合
を良好とする上で好ましい。
【0012】また、図2は本発明の実施の形態1に係る
光半導体モジュールの組み立て方法、及び該光半導体モ
ジュールのパッケージへの取り付け方法を示す図であ
り、図において図1と同一符号は同一または相当する部
分を示しており、15はコネクタ、13はSi等からな
るプラットホームカバー、16はパッケージリード部、
14はワイヤ、12はセラミック等からなるパッケージ
ボディ、11はセラミック等からなるパッケージカバー
である。
【0013】次に光半導体モジュールの組み立て方法、
及び該光半導体モジュールのパッケージへの取り付け方
法について説明する。まず、図2(a) に示すように、所
定の位置にV字溝21aと、載置部21b,21cとを
備えたプラットホーム21を用意する。このプラットホ
ーム21は、例えば、Si基板等を用意し、これに対し
て絶縁膜等の選択エッチング用マスクを利用して異方性
エッチング等を行うことにより容易に形成できる。次
に、図2(b) に示すように、プラットホーム21の載置
部21bに発光素子1,モニタ用受光素子2を、また、
載置部21cに受光素子3を、それぞれ位置決めしてダ
イボンドする。この位置決めは、プラットホーム21の
上方から、撮像装置等により、載置部21b,21c
と、各素子とを、それぞれモニタしながら機械を用いて
移動させて行う方法等のパッシブアライメントが用いら
れ、その接着はハンダ等を用いて行われる。なお、ここ
では、プラットホームの大きさを小さくするために載置
部21b,21cの側面上に各素子を取り付けている
が、載置部21b,21cの形状を変更して、その上面
に各素子を取り付けるようにしてもよい。
【0014】続いて、パッケージボディ12を用意し、
この底面上にプラットホーム21を樹脂などを使用して
ダイボンドし、各素子とパッケージリード部16とをそ
れぞれ給電用のワイヤ14を用いて接続する。
【0015】次に、その端面が傾斜端面である光ファイ
バ20を用意する。この傾斜端面は、光ファイバ20の
端面に対して切断等の処理をすることにより容易に形成
可能であり、この端面には必要に応じて反射防止膜等を
設ける。この光ファイバ20を、その傾斜端面の傾斜方
向を各素子の位置に対して調整しながらパッシブアライ
メントにより位置あわせをしてV字溝21a内に配置
し、プラットホームカバー13を樹脂などを使用してV
字溝21aの上部に被せた状態で接着して、光ファイバ
20を固定する。ここでは、光ファイバ20としては傾
斜端面と反対側の端部にコネクタ15が設けられている
ものを用いているが、この端部はどのような形状であっ
てもよい。
【0016】そして最後に、図2(d) に示すように、パ
ッケージカバー11を樹脂等を使用してパッケージボデ
ィ12上に固定して、光半導体モジュールを封止する。
【0017】この光半導体モジュールにおいては、その
内部を導波される光の光軸に対して斜めに傾いた端面を
有する光ファイバ20を用い、発光素子1を、その出射
光の光軸23が、光ファイバ20の内部を導波される光
軸20aと一致するようにプラットホーム21上に取り
付け、受光素子3は、その受光部3bが光ファイバ20
から屈折されて出射される光の光軸22上に位置するよ
うに取り付けている。このため、図1(b) に示すように
発光素子1からの光ファイバ20への入射光は、その光
軸23と、光ファイバ20内部における光軸20aとを
合わせるように、光ファイバ20の端面の中心部に対し
て入射光が入射されるようにすることで、発光素子1と
光ファイバ20との光結合が十分にとれる。さらに、光
ファイバ20内を導波されて光ファイバ20の傾斜端面
から出射される出射光は、空気と光ファイバ20の屈折
率差から光が傾斜端面の傾斜方向に屈折して曲がるた
め、この屈折光の光軸22上に受光部3bが位置するよ
うに受光素子3を配置することで、光ファイバ20と受
光素子3との光結合も十分にとることができる。この結
果、図1(a) に示すように光ファイバ20の傾斜端面に
対向して受光素子3と発光素子1とを配置組立すること
により、従来の技術において説明したような、光分岐回
路を用いることなく光ファイバ20と受光素子3,及び
光ファイバ20と発光素子1との光結合をとることが可
能となり、光分岐回路が不要になり、光半導体モジュー
ルを小型化することができる。
【0018】また、従来は、光分岐回路と発光素子及び
受光素子との位置合わせ,及び光分岐回路と光ファイバ
との位置合わせの、合計2回行うことが必要であった、
時間がかかるとともに複雑であった位置合わせ工程を、
この実施の形態1によれば、光ファイバ20と発光素子
1及び受光素子3との位置合わせのみの1回で済ませる
ことができるため、製造工程を容易とすることができ
る。
【0019】ここで、光ファイバ20と発光素子1と受
光素子3とのそれぞれの位置関係は次のようになる。図
1(b) において、光ファイバ20中の光の屈折率を
2 、空気中の屈折率をn1 とし、光ファイバ20の傾
斜端面の中心と、受光部3bの中心との間の光ファイバ
20内の光軸方向における距離をL,光ファイバ20の
光軸を延長した軸と、受光部3bの中心との間の距離を
xとすると、以下の式(1),式 (2)の関係のようにな
る。
【0020】
【数1】
【0021】
【数2】
【0022】例えば、θ1 =8゜,L=150μmとす
ると、θ2 ≒4゜,x≒10μmとなる。このように、
この実施の形態1によれば、端面が傾斜した光ファイバ
20を用い、発光素子1を、その出射光の光軸23が、
光ファイバ20の内部を導波される光軸20aを延長し
た軸と一致するように配置し、受光素子3は、その受光
部3bが光ファイバ20から屈折されて出射される光の
光軸22上に位置するように配置したから、光分岐回路
を用いることなく、光ファイバと発光素子1及び受光素
子3との光結合を取ることができ、光半導体モジュール
を小型化することができるとともに、製造工程を容易に
できる効果がある。
【0023】なお、上記実施の形態1においては、光フ
ァイバを用いた場合について説明したが、本発明は、光
導波路等の他の光を導波する光導波部材を用いた場合に
おいても適用できるものである。例えば、図3に示すよ
うに、光導波部材として、その端面の一方が該光導波路
内の光軸に対して傾斜している光導波路25aを、上記
実施の形態1の光ファイバ20の代わりに配置する構造
としてもよく、この場合、光導波路25aは従来の技術
において説明したような分岐構造を有していないため、
十分にその長さを短くすることが可能となり、上記実施
の形態1と同様の効果を奏することができる。なお、図
3において、図1と同一符号は同一又は相当する部分を
示し、25はSi等からなるからなるプラットホーム、
25aは端面の一方がその内部の光軸に対して傾斜して
いるSi等からなる光導波路である。
【0024】また、上記実施の形態1においては、端面
入射型の受光素子を用いた場合について説明したが、本
発明は例えば半導体層の表面に不純物を拡散させて形成
した表面入射型の受光素子等の他の受光素子を用いた場
合においても適用できるものであり、このような場合に
おいても上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
【0025】実施の形態2.図4は本発明の実施の形態
2に係る光半導体モジュールの構造を示す斜視図(図4
(a))、及び上面からみた平面図(図4(b))であり、図に
おいて、図1と同一符号は同一又は相当する部分を示し
ており、10はストライプ状の発光領域10aを有する
発光素子と、ストライプ状の光吸収領域10bを備えた
端面吸収型の受光素子とを一つの基板上に集積化してな
る発・受光集積素子である。この発・受光集積素子10
は、その発光領域10aと受光領域10bとの位置関係
が、該素子10を、その発光領域により生成され出射さ
れた出射光の光軸23が光ファイバ20の内部の光軸2
0aとほぼ一致するように位置決めする際に、その受光
部、即ち光吸収領域30bの端面に露出した部分の中央
部が、光ファイバ20から屈折されて出射される光の光
軸22上に位置するものとなるように予め設計してお
く。なお、この実施の形態2においては、発・受光集積
素子10として、ストライプ状の発光領域10aとスト
ライプ状の光吸収領域10bとが、プラットホーム21
の表面に沿って互いに平行に所定の間隔を隔てて配列さ
れた構造を有したものを用いており、この構造は、例え
ば、メサ構造を有する発光素子と受光素子とを集積化す
ることを考えた場合においては、発光領域10aを形成
する部分にストライプ状のメサをエッチング等により形
成する際に、光吸収領域10bを形成する部分にもスト
ライプ状のメサを形成することにより、容易に形成可能
なものである。
【0026】本実施の形態2に係る光半導体モジュール
は、上記実施の形態1において示した、傾斜端面を有す
る光ファイバ20に対して所定の位置関係を有するよう
に配置される発光素子と受光素子の代わりに、これらを
一体化した発・受光集積素子10を用いるようにしたも
のであり、上記実施の形態1と同様の効果を奏するとと
もに、上記実施の形態1においては発光素子と受光素子
とが独立していたため、組み立てに必要な素子数を減ら
すことができず、また、プラットホームのこれらを載置
する部分の大きさを小さくすることにも限界があった
が、本実施の形態2においては、発光部と受光部を1つ
の素子に集積化することにより、さらに小型化できると
ともに、組立も簡略化できる効果を奏する。
【0027】実施の形態3.図5は本発明の実施の形態
3に係る光半導体モジュールの構造を示す平面図であ
り、図において、図1と同一符号は同一又は相当する部
分を示し、30は発光素子と受光素子とを集積化した発
・受光集積素子、30aは発光領域、30bは光吸収領
域である。
【0028】この光半導体モジュールは、上記実施の形
態2において説明した光半導体モジュールにおいて、発
・受光集積素子10の代わりに、ストライプ状の光吸収
領域30bのストライプの伸びる方向を、光ファイバ2
0から屈折されて出射される光の光軸22と平行となる
ような方向とした発・受光集積素子を用いるようにした
ものであり、この構造は、例えば、メサ構造を有する発
光素子と受光素子とを集積化することを考えた場合にお
いては、発光領域30aを形成する部分にストライプ状
のメサをエッチング等により形成する際に、異方性エッ
チング等を用いて光吸収領域10bを形成する部分にも
同時にストライプ状のメサを形成することにより形成さ
れる。
【0029】本実施の形態3によれば、発光素子と受光
素子とを集積化したことにより、上記実施の形態2と同
様の効果を奏するとともに、上記実施の形態2において
は、光ファイバ20からの出射光の光軸22が光吸収領
域のストライプ方向と一致しないため、出射光が光吸収
領域の端部にしか入射されず、受光感度が十分にとれな
い場合が考えられるが、光吸収領域30bのストライプ
方向を出射光の光軸22に平行に合わせることにより、
光ファイバ20からの出射光はほとんどが光吸収領域3
0b内に入射されるため、受光感度を向上させることが
できる効果を奏する。
【0030】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、その内
部を光が導波されるとともに、この導波される光が入射
及び出射される端面の一方が、その内部を導波される光
の光軸に垂直な面に対して所定の角度に傾斜している光
導波部材と、該光導波部材の傾斜している端面から該端
面において屈折されて出射された出射光の光軸上にその
受光部が位置するように配置された受光素子と、その出
射面から出射される光の光軸が、上記光導波部材の内部
を導波される光の光軸の延長上の軸と,上記光導波部材
の端面により屈折されて出射される出射光の光軸との間
に位置する軸に一致するように配置された発光素子とを
備えたから、光分岐回路を用いることなく、光ファイバ
と発光素子及び受光素子との光結合を取ることができ、
分岐回路を不要として、小型で、かつ容易に製造ができ
る送信素子と受信素子とを備えた光半導体モジュールを
提供できる効果がある。
【0031】また、この発明によれば、上記発光素子
を、その光軸が、上記光導波部材の内部を導波される光
の光軸の延長上の軸に一致するようにしたから、光ファ
イバと発光素子との光結合を良好とすることができ、高
性能な光半導体モジュールを提供できる効果がある。
【0032】また、この発明によれば、上記発光素子と
受光素子とを同一基板上に集積化するようにしたから、
素子数を減らして容易に製造ができるとともに、より小
型化可能な光半導体モジュールを提供できる効果があ
る。
【0033】また、この発明によれば、上記受光素子
を、その光吸収領域が、上記光導波部材の傾斜している
端面から屈折されて出射される出射光の光軸と平行な方
向に伸びるストライプ形状を有しているものとしたか
ら、受光感度を向上させた光半導体モジュールを提供で
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る光半導体モジ
ュールの構造を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係る光半導体モジ
ュールの製造方法、及びこの光半導体モジュールのパッ
ケージへの取り付け方法を示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態1に係る光半導体モジ
ュールの変形例を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態2に係る光半導体モジ
ュールの構造を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態3に係る光半導体モジ
ュールの構造を示す図である。
【図6】 従来の光半導体モジュールの構造を示す斜視
図である。
【符号の説明】
1 発光素子、1a 発光領域、2 モニタ用受光素
子、2a,3a 光吸収領域、3 受光素子、3b 受
光部、4 光分岐回路(PLC)、4a,25a 光導
波路、5,20 光ファイバ、10,30 発・受光集
積素子、10a,30a 発光領域、10b,30b
光吸収領域、11 パッケージカバー、12 パッケー
ジボディ、13 プラットホームカバー、14 ワイ
ヤ、15 コネクタ、16 パッケージリード部、20
a 光ファイバ内の光軸、21,25 プラットホー
ム、21a V字溝、21b,21c 載置部、22
屈折光の光軸、23 発光素子の光軸。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その内部を光が導波されるとともに、こ
    の導波される光が入射及び出射される端面の一方が、そ
    の内部を導波される光の光軸に垂直な面に対して所定の
    角度に傾斜している光導波部材と、 該光導波部材の傾斜している端面から該端面において屈
    折されて出射された出射光の光軸上にその受光部が位置
    するように配置された受光素子と、 その出射面から出射される光の光軸が、上記光導波部材
    の内部を導波される光の光軸の延長上の軸と,上記光導
    波部材の端面により屈折されて出射される出射光の光軸
    との間に位置する軸に一致するように配置された発光素
    子とを備えたことを特徴とする光半導体モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光半導体モジュールに
    おいて、 上記発光素子は、その光軸が、上記光導波部材の内部を
    導波される光の光軸の延長上の軸に一致していることを
    特徴とする光半導体モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の光半導体モジュールに
    おいて、 上記発光素子と受光素子とは同一基板上に集積化されて
    いることを特徴とする光半導体モジュール。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の光半導体モジュールに
    おいて、 上記受光素子は、その光吸収領域が、上記光導波部材の
    傾斜している端面から屈折されて出射される出射光の光
    軸と平行な方向に伸びるストライプ形状を有しているこ
    とを特徴とする光半導体モジュール。
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