JPS6123379A - 光電子装置 - 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】 〔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　Ｃ
）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って前記チップ
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〕

光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源となる半導体レ
ーザ素子については、たとえば、Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ、　１９８２年５月号、２５〜２９
頁における岡等による６半導体レーザの技術革新”と題
する文献において論じられている。

一方、本出願人は、たとえば、日立評論、Ｍｏｌ。

６５、随１０（１９８３年）、３９〜４４頁における平
地等による１光通信用半導体レーザと題する文献におい
て紹介されているが、通信用レーザモジ具−ル（半導体
レーザ装置）を開発している。

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抗する、いわゆる直接対抗方式
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
は金属性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
内蔵されている。

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。

〔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、さらに前記両固定
部分間の光ファイバ部分はあらかじめジャケットガイド
に設けられたレジン注入孔から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くなること
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１〕 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上面図、第２図は同じ
く、第１図のＩ−Ｉ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、とのステム２のリング状封止壁
１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によって固定サレテいる（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７０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１０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１ｏ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１
６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７フイパガイド１７と
からなっている。このジャケットガイトリとファイバガ
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１４には光ファ
イバ１０が挿入されている。光ファイバ１ｏ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１
０部分、すなわチ、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ット１９の内端部分
が前記ガイド１４内に挿入されている。また、前記露出
した心線１８部分はファイバガイド１７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】７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。さらに、ガイド１４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
レジン２３によって取り巻かれるように保持されている
。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。また、前記レジ７
２３はあらかじめジャケットガイド１６に設けられたた
とえば長径１日の注入孔２４からの溶融レジンの注入お
よび注入後のキュアーによって形成される。

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２
０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リード２８゜２９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。Ｖ−ザチップ７
は光７アイパ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、心線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１８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１
０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２２の形成によってガイ
ド１４に固定される。つぎに、光ファイバ１ｏの心線１
８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。

ツキニ、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３０張りが行われる。その後、レーザ光９と心線
１８との光軸合ｉが行われ、固定材２６の孔内に固定材
２６が塗布される。この固定材２６の硬化が完了したの
ちに光軸ずれがあったものに対して再び光軸合わせが行
われる。

つぎ釦、前記ジャケットガイド１６の注入孔２４からレ
ジン２３が注入される。レジン２３は５０℃〜１００℃
程度の温度でキュアーされて硬化する。この結果、ガイ
ド１４内の空間に延在していた心線１８部分等はレジン
２３に取り巻かれるようにして保持固定され、ジャケッ
ト１９の表面を伝わってくる水分から保護される。

また、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のジャケラ）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１
４（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
量が太きいと、最終的には全屈が生じて断線し、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部分の全屈は発生しなくなり
、光ファイバ１ｏとして致命的欠陥となる断線は起きな
くなる。

つぎに、ステム２のリング状封止壁１にはキャップ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
ーザ装置が製造される。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。

〔実施例２〕 ファイバガイド１７先端の心線１８固定部とカシメ筒２
１の絞り部２２間のガイド１４の中空部分にレジン２３
を注入する方法として以下の実施例も考えられる。

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レジン２
３を満たし、該半導体レーザ装置を垂直に真空装置３３
内に配役保持する。

この状態では、中空部３１に空気が在存するため、レジ
ン２３は中空部３１内部に入らない。真空装置３３には
バルブ３４が設けられ、バルブ３４には四−タリボンプ
の如き真空ポンプ３６が配設すれている。最初はリーク
バルブ３５を閉じて、真空ポンプ３６を用いて真空装置
３３内をたとえばＩ　Ｔｏｒｒ〜１０−”　Ｔｏｒｒの
真空度とする。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、気密的ではないため
、この部分より中空部３１内の空気がレジン２３中を気
泡３７となってぬけていく。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【真空
装置３３内にでるのである。中空部３１内の空気がほぼ
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、バルブ３４を閉じる。次に、
中空部３１内全体にレジン２３を注入するため、リーク
バルブ３５を開き真空装置３３内を大気圧（７６０Ｔｏ
ｒｒ）にする。これによって、レジン２３は中空部３１
内全域に亘って入り込むことになる。すなわち、リーク
バルブ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″”　Ｔｏｒｒ）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（７６０Ｔｏｒ
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２
３が絞り部２２を通って中空部３１内忙注入されること
になる。次に、ゴム性のロート３２が取去られ、その後
レジン２３が５０℃〜１００’Ｃ程度の温度でキュアー
されて硬化する。第５図は本実施例により形成された半
導体レーザ装置の要部断面図を示す。前記実施例と同一
の部位には同一符号が記されている。

ここで注目すべきは、レジン２３が中空部３１全域にす
きまなく充填され工、光ファイバ１ｏ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、前記実施例よ
り優れた耐湿性の向上及び機械的強度の向上が計れる。

さらに、特徴的なことは前記実施例においてジャケット
ガイド１６に設けたレジン２３の注入孔２４が本実施例
では形成されていないということである。すなわち、ジ
ャケットガイド１６に注入孔２４を形成せずとも、レジ
ン２３が確実に注入できるということである。これによ
り、作業性の向上及び信頼性の向上が簡単に計れるので
ある。

また、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、作業性や保守も容易である。さらＫ、装
置全体も小型であることより工場内のレイアウトも容易
である。

本実施例では、ゴム性のロート３２をカシメ筒２１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３
２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。

〔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部分の断線等の発生は防止でき、光ファイバ１
０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の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頼度向上が達成できるとい
う効果が得られる。

３、光ファイバ１０はジャケット１９部分のカクメによ
る固定、心線１，８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、温度変動による元ファイ
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
くなり、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、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、受光素子を内蔵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、半導体レーザ部を有する集積化
光デバイス（ＯＥＩＣ）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り欠き上面図、 第２図は同じく第１図のＩ−Ｉ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図は本発明の他の一実施例であるレジン注入方法を
示す概念図、 第５図は同じく光ファイバの固定部分を示す拡大断面図
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・・・レーザチップ、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
・・・バルブ、３５・・・リークパルプ、３６・・・真
空ポンプ、３７・・・気泡、３８・・・取付は穴。 ′″− 日」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光素子を内蔵したパッケージと、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固
   定されていることを特徴とする光電子装置。