JPS587653Y2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は半導体発光素子の出力光ビームを光伝送体に
効率よく結合させるための結合回路を含む半導体発光装
置に関するものである。

半導体発光素子を光源として用い、光ファイバや光導波
路等を光伝送体として用いる光情報伝送システムは低損
失な光ファイバの光導波路の開発、半導体発光素子の信
頼性の向上等に伴い、新伝送方式として各所で注目を集
め、その開発が急がれている。

ところで半導体発光素子、例えば半導体レーザからの出
力光ビームは一般にＰＮ接合面に平行な方向の放射角（
以後水平放射角と呼ぶ）が半値全幅で４〜１０°である
のに対して、ＰＮ接合面に垂直な方向の放射角（以後垂
直放射角と呼ぶ）は半値全幅で３０〜６０°と広い。

このような半導体発光素子例えば半導体レーザからの偏
平楕円である出力光ビームを受光角が１０〜１５°の光
伝送体に高効率に結合させるために、各種の結合回路を
含んだ半導体発光装置が考えられている。

従来、この種の結合回路のうちで、効率の比較的高いも
のとしては例えば断面が円形の棒状レンズ（円柱レンズ
）を用いるものがある。

これは中心軸の方向が半導体発光素子のＰＮ接合面と出
射端面とに平行になるようにして円柱レンズを半導体発
光素子に近接配置したものである。

この場合半導体発光素子からの出力光ビームが光伝送体
例えば光ファイバに高効率に結合する条件は、円柱レン
ズの直径が光ファイバのコア径以内であること、及び半
導体発光素子例えば半導体レーザの出射端面の活性域と
円柱レンズの間隔が例えば０〜５μｍの範囲にあること
である。

しかしながらこのような範囲に調整して固定しようとす
ると、調整の過程で円柱レンズの接触によって、半導体
発光素子の出射端面の活性域を傷つけるばかりか出射端
面の活性域が力を受けて歪を生じることがある。

その結果半導体発光素子は劣化する恐れがあり、従って
信頼性の点で問題である。

一方その間隔を５μｍ以内の適当な値に保ったまま半導
体発光素子および円柱レンズを固定することは難しく量
産に向かず製作価格が高くなってしまう。

この考案の目的は半導体発光素子と光伝送体との高効率
な結合が可能で製造が容易、且つ信頼性の高い半導体発
光装置を提供することにある。

この考案によれば半導体発光素子と、中心軸がその半導
体発光素子のＰＮ接合面並びに出射端面にほぼ平行にな
るようにその半導体発光素子に近接配置され、半導体発
光素子の出力光ビームの通過する中心軸方向の中央部の
断面の輪郭の少くとも一部が円弧をなし、しかもその中
央部に対してその両側の部分（以後両端部と呼ぶ）、の
少なくとも一部が半導体発光素子の側にわずかに突出し
ている棒状レンズとを含む半導体発光装置が得られる。

この考案においては、半導体発光素子例えば半導体レー
ザに内端部の少なくとも一部が中央部に対して半導体発
光素子の側にわずかに突出している棒状レンズが近接配
置される。

この場合半導体発光素子と棒状レンズの間隔の調整中に
両者が接触したとしても、それは半導体発光素子の活性
域以外の部分と棒状レンズの両端部との接触であり従っ
て半導体発光素子の出射端面の活性域と棒状レンズの中
央部は全く接触することなく常に間隔を保つことができ
る。

そのため両者の接触による半導体発光素子の劣化の恐れ
はなくなり信頼性が高くなる。

また従来の円柱レンズと同様に、棒状レンズの中央部の
断面の輪郭の少なくとも一部が円弧をなしているのでそ
の側面のレンズ作用により、半導体発光素子からの出力
光ビームの垂直放射角を光伝送体例えば光ファイバの受
光角以下に低減することができる。

その上光伝送体の光入射部の大きさ例えば光ファイバの
コア径以下に出力光ビームの太さも抑えることができる
ので、高効率に光ファイバに結合させることができる。

更にこの方法は、半導体発光素子例えば半導体レーザに
棒状レンズを十分近接させるだけで半導体発光素子の出
射端面の活性域と棒状レンズの間隔を５μｍ以下の適当
な値にすることができるので、製造が容易になる。

以下図面を参照してこの考案を詳細に説明する。

第１図はこの考案の望ましい第１の実施例の平面図であ
り、第２図はその部分側面図を表わす。

半導体レーザ１からの出力光ビーム１１は、ＰＮ接合面
７に垂直な方向については、第２図に示すように中心軸
５１に垂直に切った断面が円形の棒状レンズ２の中央部
３で２回屈折されて垂直放射角を低減された後、光ファ
イバ６に結合する。

一方ＰＮ接合面７に平行な方向については第１図に示す
ように棒状レンズ２にレンズ作用はないが、出力光ビー
ム１１の水平放射角が小さいのでそのまま効率よく光フ
ァイバ６に結合する。

ここでガラス材質からなる棒状レンズ２は、半導体レー
ザ１からの出力光ビーム１１の通過する中央部３の直径
が両端部４の直径にくらべて小さくなるようにフッ化水
素酸系のエツチング液で沖央部３を化学エツチングで処
理してあり、両端部４の直径は約３５μｍ、中央部の直
径は約３０μｍとなっている。

従って半導体レーザ１の出射端面の活性域５から棒状レ
ンズ２の中央部３までの間隔は、両端部４を半導体レー
ザ１の出射端面の活性域以外の部分８に十分近接させた
場合には、中央部３と両端部４の直径の半分にほぼ等し
くなるので３μｍ程度である。

なおこの実施例ではコア径６０μｍ、開口数０゜１７の
ステップ型ファイバと垂直放射角（半値全幅）５０°、
水平放射角（半値全幅）５°の半導体レーザを用いた結
果、光ファイバ６の入射端面９での出力光ビーム１１の
太さ、入射角がそれぞれ光ファイバ６のコア径、受光角
以内に抑えられているので高効率な結合ができしかもそ
の結合を容易に実現できた。

又半導体レーザ１と棒状レンズ２の間隔の調整中に、半
導体レーザ１の出射端面の活性域５と棒状レンズ２の中
央部３が接触することなく、従って出射端面の活性域５
を傷つけたりして半導体レーザ１を劣化させる恐れはな
いので信頼性の高い結合回路を実現できた。

第３図はこの考案の第２の実施例の平面図であり、第４
図はその部分側面図を表わす。

第２の実施例では第１の実施例で用いた棒状レンズ２の
かわりに、半導体レーザ１からの出力光ビーム１１が通
過する中央部３３の約１００μｍの幅の部分を残して両
端部４にＡｌ２Ｏ３の絶縁性の薄膜３１が２μｍ程度の
厚さに片面蒸着された棒状レンズ３２を用いており、そ
の蒸着された例が半導体レーザ１のＰＮ接合面７並びに
出射端面の活性域以外の部分３５にほぼ平行に相対して
配置されている。

この時棒状レンズ３２のうち約１００μｍの幅にわたっ
て蒸着されなかった中央部３３は半導体レーザ１の出射
端面の活性域５に相対し、蒸着された両端部３４は半導
体レーザ１の出射端面の活性域以外の部分３５に相対し
て配置されている。

従って半導体レーザ１とその出力光ビーム１１の通過す
る棒状レンズ３２の中央部３３との間隔は絶縁性の薄膜
３１の厚さ２μｍ以上の間隔で保たれる。

この第２の実施例では絶縁性の薄膜３１としてＡｌ２Ｏ
３を用いたがかわりにＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４．Ｃ等を用
いてもよい。

この第２の実施例でも半導体レーザ１と棒状しンズ３２
のうち蒸着されなかった中央部３３との間隔をほぼ最適
な値に保つことができたので、高効率に光ファイバ２０
に結合できしかも結合を容易に実現できた。

又半導体レーザ１の出射端面の活性域５と棒状Ｉ／ンズ
３２の中央部３３が接触することは全くなく、従って出
射端面の活性域５を傷つけたりして半導体レーザ１を劣
化させる恐れはないので信頼性の高い結合回路を実現で
きた。

この考案は以上の代表的な実施例のほかにいくつかの変
形が考えられる。

第１及び第２の実施例では半導体レーザからの出力光ビ
ーム１１が棒状レンズ２または３２を通過した後、直ち
に光ファイバ６または２０に結合したが、棒状レンズ２
または３２と光ファイバ６または２０の間に他の光学部
品例えばレンズ、集束性光伝送体、あるいはホトカップ
ラ等を挿入して、出力光ビーム１１の太さが光ファイバ
６または２０のコア径以内に抑えられる位置をずらすこ
とも可能であり、又光ファイバ６または２０に結合する
代りに半導体レーザ１の出力光ビーム１１を光導波路に
結合することも可能である。

第１及び第２の実施例では便宜上棒状レンズ２または３
２の中央部３または３３に断面が円形をなす円柱状のも
のを用いたが、断面の輪郭の少なくとも一部が円弧をな
すような例えば半円柱状のものを用いてもよい。

又第１及び第２の実施例では棒状レンズ２または３２の
中央部３または３３に対して両端部４または３４を突出
するようにしたが、両端部４または３４のうちの片方だ
けを突出するようにしても、半導体レーザ１の出射端面
の活性域５と棒状レンズ２または３２の中央部３または
３３が接触することはなく両者は間隔を保つことができ
る。

更にこれらの実施例では半導体発光素子として半導体レ
ーザ１を用いたが、端面発光型発光ダイオード等の場合
にも使うことができることは明らかで゛あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１の実施例の平面図、第２図はそ
の部分側面図、第３図はこの考案の第２の実施例の平面
図、第４図はその部分側面図をそれぞれ表わす。 図において、１は半導体レーザ、２，３２は棒状レンズ
、３，３３は棒状レンズの中央部、４，３４は棒状レン
ズの両端部、５は半導体レーザの出射端面の活性域、６
，２０は光ファイバ、７は半導体レーザのＰＮ接合面、
８，３５は半導体レーザの出射端面の活性域以外の部分
、９は光ファイバの入射端面、１１は出力光ビーム、３
１は絶縁性の薄膜、５０は光軸、５１は棒状レンズの中
心軸をそれぞれ表わす。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半導体発光素子と、この半導体発光素子のＰＮ接合面お
   よび光出射端面とにほぼ平行に且つこれらに近接配置さ
   れ光ビームの通過部分の外周の少なくとも一部が円弧を
   なす棒状レンズとを含む半導体発光装置において、前記
   棒状レンズの光ビームの通過部分以外の少くとも一部が
   前記半導体発光素子側にわずかに突出していることを特
   徴とする半導体発光装置。