JPS61214592A

JPS61214592A - 光電子装置

Info

Publication number: JPS61214592A
Application number: JP60054632A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sasayama; 佐々山　厚; Makoto Haneda; 誠羽田; Tsugio Nemoto; 根本　次男; Takahiro Furuhashi; 古橋　隆宏
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-09-24

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】〔技術分野〕本発明は光電子装置、たとえばレーザ光を発光（出射）
する半導体レーザ素子（レーザチップ）、あるいは半導
体レーザ部を有する集積化光デバイス（ＯＥ　Ｉ　Ｇ）
等のチップをパッケージ内に組み込み、かつパッケージ
周壁に貫通固定された光ファイバによつて前記チップか
ら発光されるレーザ光をパッケージの外部に伝送する構
造の光電子装置に関する。

〔背景技術〕

光通信用光源の一つとして、半導体レーザ装置が使用さ
れている。この半導体レーザ装置の一つとして、たとえ
ば、日立評論社発行「日立評論」１９８３年第１０号、
昭和５８年１０月２５日発行、Ｐ３９〜Ｐ４４に記載さ
れているように、通信用レーザモジュール（半導体レー
ザ装置）が知られている。この半導体レーザ装置は半導
体レーザ素子の共振器端面に光ファイバの先端が対向す
る、いわゆる直接対向方式として組み立てられ、パッケ
ージが箱型となる偏平形モジュールとして提供されてい
る。この半導体レーザ装置は金属製ステムの主面中央部
を金属板からなるキャップで封止した構造となっていて
、内部に半導体レーザ素子（レーザチップ）およびこの
レーザチップの共振器端面から発光されるレーザ光の光
出力を検出する受光素子が内臓されている。

ところで、前記通信用レーザモジュールは光通信用の半
導体レーザ装置として充分な機能を発揮するが、いずれ
の機器等と同様にこの種の光ファイバを有する半導体レ
ーザ装置もより高い信頼性が要請されている。

本発明はこのような要請に応えるべく開発された技術で
ある。。

Ｃ発明の目的〕本発明の目的はパッケージ取付は部分における光ファイ
バの機械的強度向上を達成することにより信頼性の高い
光電子装置を提供することにある。

本発明の他の目的はパッケージ取付は部分における光フ
ァイバの加湿劣化を防止することにより信頼性の高い光
電子装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光ファイバ付半導体レーザ装置にあ
っては、光ファイバはパッケージ周壁に貫通固定された
ジャケットガイドに挿入されるとともに、ジャケットが
剥がされて心線が露出した光ファイバの先端部分はジャ
ケットガイドの内端側に挿入嵌合されたファイバガイド
に挿入され、心線の先端はソルダーによってファイバガ
イドに固定されるとともに、ジャケット部分はジャケッ
トガイドにカシメによって固定され、さらに前記前固定
部分間の光ファイバ部分はあらかじめ光ファイバのジャ
ケットの外側に設けられたレジン注入溝から真空処理の
もとに注入されたレジンによって取り巻かれた状態で固
定されていることから、ジャケットガイド内の光ファイ
バ部分の機械的強度は向上するとともに、露出する心線
部分はレジンによって被覆されているため、水分が露出
した心線に到達し難（なることから耐湿性も向上し、半
導体レーザ装置の信頼性の向上が達成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による光ファイバ付半導体レ
ーザ装置の要部を示す一部切欠き平面図、第２図は第１
図のＩ−Ｉ線に沿う断面図、第３図は同じく光ファイバ
の固定部分を示す拡大断面図、第４図はジャケットガイ
ド内へのレジン注入状態を示す概念図である。

光ファイバ付半導体レーザ装置は、第１図及び第２図に
示されるように、長方形金属板の主面にリング状封止壁
１を有するステム２と、このステム２のリング状封止壁
ｌの上面に取付けられてリング状封止壁１の内側を気密
封止する金属製のキャップ３とを有している。また、リ
ング状封止壁１の内側のステム主面部分はさらに深くく
り抜かれるとともに、中央には小高い台座部４が設けら
れている。そして、この台座部４の上面にはサブマウン
ト５が鑞材６によって固定され、レーザチップ７はこの
サブマウント５上に鑞材８によって固定されている（鑞
材６および鑞材８は第３図に示されている。）。

一方、前記レーザチップ７の両端のレーザ光９（第２図
では一方のみを示す、）を発光（出射）する出射面（ミ
ラー面）に別々に先端が臨む光ファイバＩＯおよびモニ
ターファイバ１１がステム２の周壁に貫通状態で取付け
られている。光ファイバ１０およびモニターファイバ１
１は、それぞれステム２の周壁に鑞材１２，１３を介し
て貫通固定された筒状のガイド１４，１５に案内されて
いる。前記光ファイバ１０を案内するガイド１４は、直
接ステム２に固定される段付き筒状のジャケットガイド
１６と、このジャケットガイド１６の内端に同心円的に
挿入嵌合されるフランジ付き筒状のファイバガイド１７
とからなっている。このジャケットガイド１６とファイ
バガイド１７とは特に図示はしないが、鑞材によって気
密的に接合されている。そして、前記ガイドＩ４には光
ファイバ１０が挿入されている。光ファイバ１０は、第
３図に示されるように、コアおよびクラッドを構成する
石英からなる心線１８と、この心線１８を被うナイロン
等のプラスチックからなる被覆体（ジャケット）　１９
とからなっている。前記ガイド１４に挿入された光ファ
イバ１０部分、すなわち、光ファイバ１０の先端部分は
ジャケット１９が剥がされ、心線１８が露出している。

そして、心線１８の露出部分およびジャケラＨ９の内端
部分が前記ガイド１４内に挿入されている。

一方、前記露出した心線１８部分は、ファイバガイド１
７の内端部分に被着されたプラスチックあるいはソルダ
ー等による固定材２０によってファイバガイド１７に固
定されている。また、ジャケット１９が被着されている
光ファイバ１０部分は、ジャケットガイド１６の肉厚の
薄い露出端部分を構成するカシメ筒２１部分のカシメに
よる絞り部２２によって固定されている。また、この絞
り部２２に近接した内方のジャケットガイド１６部分に
は、レジンを注入する注入孔２４が設けられている。さ
らに、ガイド１４、特にジャケットガイド１６の筒内に
延在する露出した心線１８部分およびジャケット１９部
分は熱硬化性のレジン２３によって取り巻かれるように
して保持されている。このレジン２３は光ファイバ１０
の固定材２０およびカシメによる固定の後に形成される
。

なお、このレジン２３のガイドへの充填方法については
後述する。

他方、前記光ファイバ１０の心線１８の先端（内端）は
円錐状に形成され、レーザチップ７の一方の共振器の端
面から発光されるレーザ光９を、その先端のコア（図示
せず）内に取り込むようになっている。また、光ファイ
バ１０の先端部分は、ステム２に突出形成された支持体
２５の孔に挿入されかつ半田等の固定材２６（第３図参
照）によ・　って固定され、レーザチップ７に対する位
置が変動しないようになっている。また、前述のように
光ファイバ１０とファイバガイド１７とは半田等の固定
材２０で気密封止され、光ファイバ１０を伝わって水分
がステム２内に入らないように配慮されている。

なお、前記モニターファイバ１１はガイド１５に接合材
２７を介して固定されている。

このような半導体レーザ装置は図示しないリード間に所
定の電圧が印加されることにより、レーザチップ７の共
振器端面からレーザ光９を発光する。レーザチップ７は
光ファイバ１０を伝送媒体として、所望箇所に伝送され
る。また、レーザ光９の光出力は常時モニターファイバ
１１によってモニターされ、光出力が一定となるように
制御される。

また、前記半導体レーザ装置は、その組立にあっては、
たとえば、次のような手順によって製造される。

すなわち、最初にステム２にガイド１４，１５が固定さ
れ、モニターファイバ１１および光ファイバ１０が取付
けられる。この際、光ファイバ１０においては、光ファ
イバ１０の先端挿入部分は部分的にジャケット１９が取
り除かれるとともに、心［１８の表面にはメタライズ層
が設けられ、かつ先端は略円錐状に形成される。そして
、この光ファイバ１０はジャケットガイド１６側からガ
イド１４に挿入され、心線工８の先端がファイバガイド
１７の内端から僅かに突出し、かつ支持体２５の孔内に
突入するように位置決めされる。

その後、光ファイバｌＯは、この状態で行われるジャケ
ットガイド１６のカシメ筒２１のカシメによる絞り部２
２の形成によってガイド１４に固定される。この際、前
記実施例同様な効果が得られる。カシメによる絞りはジ
ャケットガイド１６に設けられた注入孔２４から外側に
外れた位置で行われる。この注入孔２４は後述するレジ
ン注入時のレジン注入孔となる。つぎに、光ファイバ１
０の心線１８部分はファイバガイド１７の傾斜した先端
部分に固定材２０によって固定される。

つぎに、ステム２の台座部４にはサブマウント５を介し
てレーザチップ７が固定されるとともに、所定部分間の
ワイヤ張りが行われる。その後、支持体２５の孔内に固
定材２６が塗布されるとともに、この固定材２６の硬化
が完了しないうちにレーザチップ７から発光されるレー
ザ光９と心線１８との光軸合わせが行われる。

つぎに、ステム２のリング状封止壁ｌにはキャツブ３が
溶接によって気密的に固定され、光ファイバ付半導体レ
ーザ装置となる。なお、ステム２には四隅に実装時の取
付は穴３８が形成されている。

つぎに、ファイバガイド１７先端の心線１８固定部とカ
シメ筒２１の絞り部２２のガイド１４の中空部３１にレ
ジン２３が注入される。レジンの注入は第４図で示すよ
うな方法で行われる。

レジン注入は、第４図に示される様に、カシメ筒２１先
端にたとえば、ゴム性のロート３２を固着し、そのロー
ト３２中に中空部３１が満たされるに十分な量の固定材
となる熱硬化性のレジン２３を満たし、該半導体レーザ
装置を垂直に真空装置３３内に配設保持することによっ
て始まる。しかし、この状態では、中空部３１に空気が
存在するため、レジン２３は中空部３１内部に入らない
。

そこで、真空装置３３にはパルプ３４が設けられ、パル
プ３４にはロータリポンプの如き真空ポンプ３６が配設
され、最初にリークパルプ３５が閉じられる。真空装置
３３内は真空ポンプ３６の作動によって、たとえば、Ｉ
ＴＯｒｒ〜１Ｏ−ｆｆｉＴｏｒｒの真空度となる。半導
体レーザ装置のカシメ筒２１に絞り部２２が形成されて
いたとしても、前述のように注入孔２４が生じているた
め、この注入孔２４の部分より中空部３１内の空気がレ
ジン２３中を気泡３７となって抜けていく、これは、真
空装置３３内の気圧が低いことより、中空部３１の空気
が膨張して真空装置３３内にでるのである。そこで、中
空部３１内の空気かはほぼ完全に抜かれるまで、真空装
置３３内の空気を真空ポンプ３６で引きつづけた後、パ
ルプ３４を閉じる。

つぎに、中空部３１内全体にレジン２３を注入するため
、リークパルプ３５を開き真空装置３３内を大気圧（７
６０Ｔｏｒｒ）にする、これによって、レジン２３は前
記注入孔２４を通って中空部３１内全域に亘って入り込
むことになる。すなわち、リークパルプ３５を開く前に
は、中空部３１と真空装置３３内部の気圧は略同−（１
〜１０−χＴｏ　ｒ　ｒ）となっているのであるが、リ
ークバルブが開けられるとともに、真空装置３３内部の
気圧は徐々に大気圧（７６０Ｔｏ　ｒ　ｒ）となり、中
空部３１と気圧差が生じるのである。気圧差が生じるた
め、ロート３２内に満たされたレジン２３が絞り部２２
を通って中空部３１内に注入（第５図＋はレジン２３は
点々で示されている。）されることになる、つぎに、ゴ
ム性のロート３２が取去られ、その後レジン２３が５０
℃〜１００℃程度の温度でキエアーされて硬化する。

ここで注目すべきは、レジン２３が中空部３１全域にす
きまなく充填されて、光ファイバ１０の心線を保持固定
しているということである。これにより、ガイド１４内
への水分の侵入を断つことができ、より優れた耐湿性の
向上が図れるとともに機械的強度の向上も達成できる。

また、このレジン注入作業はコンパクトなロータリポン
プの如き真空ポンプを使用するため、作業性や保持も容
易である。さらに、装置全体も小型であることから工場
内のレイアウトも容易である。

このように、心線１８はレジン２３に取り巻かれている
ため機械的強度も高くなる。すなわち、光ファイバ１０
をステム２とキャップ３とからなるパッケージに取り付
ける際、脆弱な心線１８部分を最初に保持することはで
き難いことから、光ファイバ１０のジャケット１９によ
る被覆された部分が最初にガイド１４に固定（カシメ）
され、その後、心線１８部分が固定材２０によってガイ
ド１４　（より詳しく言えばファイバガイド１７部分）
に固定される。この状態のままにしておくと、ナイロン
等のプラスチックからなるジャケット１９と石英等から
なる心線１８とは、熱膨張係数が大きく異なるため、温
度サイクルによって両固定部分間の心線１８部分には熱
応力（圧縮力）が作用し、心線１８部分は曲がり、その
曲がり量が大きいと、最終的には座屈が生じて断線し、
光伝送媒体としての役割を果たさなくなる。しかし、こ
の実施例では、心線１８部分はレジン２３によってその
周囲を取り囲まれていることから、心線１８部分の曲げ
は起きず、したがって、心線１８部分の座屈は発生しな
（なり、光ファイバ１０として致命的欠陥となる断線は
起きなくなる。

〔効果〕（１）本発明の半導体レーザ装置は、光ファイバ１０を
ガイド１４を利用してステム２とキャップ３とからなる
パッケージに取り付けているが、この際、ガイド１４の
中空部分に延在する心線１８部分はレジン２３によって
取り囲まれて保持固定されている。この結果、プラスチ
ックと石英の熱膨張係数の違いによる熱応力が心線１８
に作用しても、心線１８部分がレジン２３によって保持
かつ、ガイドされているため、心線１８部分の曲げ等は
起きなくなり、心線１８部分の座屈による断線等の発生
は防止でき、光ファイバｌＯの取付は部分における機械
的強度向上が図れ、半導体レーザ装置の信頼度向上が達
成できるという効果が得られる。

（２）上記１から本発明の半導体レーザ装置は、光ファ
イバ１０め取付は部分における露出する心線１８部分は
レジン２３によって保護されているため、外気に含まれ
る水分およびガス等に起因する心線１８部分の腐食が防
止でき、半導体レーザ装置の信顛度向上が達成できると
いう効果が得られる。

（３）本発明によれば、光ファイバ１０はジャケット１
９部分のカシメによる固定、心線１８部分の固定材２０
による固定、心線１８部分のレジン２３による固定、と
言うように光ファイバ全体での固定によるため、温度変
動による光ファイバ１０の軸方向のズレが起き難くなり
、レーザチップ７と光ファイバ１０との光軸合わせの結
合効率の変動がな（なり、半導体レーザ装置の品質向上
が達成できるという効果が得られる。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、高
品質でかつ信頼度の高い半導体レーザ装置を提供するこ
とができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、心線１８をガ
イドするものはレジン以外のものでも前記実施例同様な
効果が得られる。

また、本実施例では、ゴム性のロート３２をカシメ筒２
１の側壁に固着してレジン２３の注入を行ったがこれに
限定されず、カシメ筒２１の先端にたとえばゴム性のロ
ート３２を固着して形成しておいても、前記実施例と同
様な優れた効果が得られる。

また、前記中空部３１内にレジン２３を案内するものと
しては、前記実施例のような注入孔２４に替えて、第５
図で示すような円周方向に延在させたスリットによる注
入孔３９、あるいは第６図で示すような端面から切り込
んだスリットによる注入孔４０であっても、前記実施例
同様な効果が得られる。

さらに、前記実施例では、モニターファイバを有する半
導体レーザ装置の例を説明したが、受光素子を内臓する
構造の半導体レーザ装置でも前記実施例と同様な効果が
得られる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体レーザによる
光通信技術に適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、たとえば、半導体レーザの変
わりに発光ダイオード、半導体レーザ部を育する集積化
光デバイス（ＯＢＩＣ）のチップ、受光素子等のチップ
と光ファイバとを組み込んだ発光電子装置製造技術など
に適用できる。

本発明は少なくとも光ファイバを組み込んだ光電子装置
に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光ファイバ付半導体レ
ーザ装置の要部を示す一部切欠き平面図、第２図は第１
図のｒ−ｒ線に沿う断面図、第３図は同じく光ファイバ
の固定部分を示す拡大断面図、第４図はジャケットガイド内へのレジン注入状態を示す
概念図、第５図は本発明の他の実施例によるジャケットガイドを
示す斜視図、第６図は本発明の他の実施例によるジャケットガイドを
示す斜視図である。１・・・リング状封止壁、２・・・ステム、３・・・キ
ャップ、４・・・台座部、５・・・サブマウント、６・
・・鑞材、７・・・レーザチンプ、８・・・鑞材、９・
・・レーザ光、１０・・・光ファイバ、１１・・・モニ
ターファイバ、１２゜１３・・・鑞材、１４．１５・・
・ガイド、１６・・・ジャケットガイド、１７・・・フ
ァイバガイド、１８・・・心線、１９・・・ジャケット
、２０・・・固定材、２１・・・カシメ筒、２２・・・
絞り部、２３・・・レジン、２４・・・注入孔、２５・
・・支持体、２６・・・固定材、２７・・・接合材、２
８．２９・・・リード、３０・・・ワイヤ、３１・・・
中空部、３２・・・ロート、３３・・・真空装置、３４
・・・パルプ、３５・・・リークパルプ、３６・・・真
空ポンプ、３７・・・気泡、３８・・・取付は穴、３９
．４０・・・注入孔。第　　１　　図第　　２　　図第　　４　　図

Claims

【特許請求の範囲】

１、光素子を内臓したパッケージと、このパッケージの
周壁に貫通固定されたガイドと、このガイドに挿入固定
されかつ心線とこの心線を被う被覆体とからなる光ファ
イバと、を有する光電子装置であって、前記光ファイバ
のガイド挿入先端部分は被覆体が剥がされた心線部分と
被覆体部分とからなり、心線の先端部分および被覆体部
分はガイドに固定され、かつ両固定部分間の光ファイバ
部分は固定材によって少なくとも一部は取り巻かれてい
るとともに、ガイドには前記固定材が真空処理で注入さ
れる注入孔が設けられていることを特徴とする光電子装
置。