KR0121330B1

KR0121330B1 - 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈 구조

Info

Publication number: KR0121330B1
Application number: KR1019930027621A
Authority: KR
Inventors: 송민규; 박경현; 강승구; 윤형진; 박형무
Original assignee: 양승택; 재단법인한국전자통신연구원; 조백제; 한국전기통신공사
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1997-11-11
Also published as: KR950021903A

Abstract

본 발명은 광통신 시스템에 사용되는 고속 반도체 레이저 모듈에 관한 것으로 특히 TO 패키지를 사용하여 원통형 구조를 가지는 하우징에 내장한 후 레이저 웰딩을 사용하여 제작하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조에 관한 것으로, 기존의 값싸고 저속 변조용으로 주로 사용되어 왔던 TO 패키지(8)에 DFB-LD(distributed feed back-laser diode) 및 모니터(monitor)용 포토다이오드(photp diode)(이하m-PD라 함)를 내장한 후 평행광 출사용 볼 렌즈(ball lens), 궤환광 차단용 광 아이소레이터(isolator), 평행광 집속용 그린렌즈(GRIN lens) 및 피그테일(pigtail) 광섬유 등의 주요 광학부품들을 각각의 실린더리칼 스테인레스 스틸 하우징(cylindrical stainless steel housing)(13,14,15)내에 넣어 원대칭(cylindrical symmetry)을 최대한 활용하여 레이저 웰딩 방법으로 서로 고정시켜 광학적 연결을 하고 TO 패키지의 출력단자(23)와 버터플라이(butterfly) 패키지의 단자(24) 사이를 임피던스를 고려한 하이브리드(hybrid) 기판(17)을 사용하여 전기적인 연결을 수행하는 고속 광통신용 모듈구조 및 제작법에 대한 것이다.

Description

고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈 구조

제1도 는 a옆에서 본 기존의 고속 광통신용 모듈의 구성도.

제1도 는 b위에서 본 기존의 고속 광통신용 모듈의 구성도.

제2도는 서브모듈(sub-module)의 구성도.

제3도는 TO 패키지 위에 LD 및 PD 조립도.

제4도는 히트싱크(heatsik)의 레이아웃(layout).

제5도는 볼 렌즈 캡핑(ball lens capping)의 옆면도.

제6도는 서브모듈(sub-module)의 옵티칼 패스 트레인(optical path train).

제7도는 서브모듈(sub-module)의 레이저웰딩 순서.

제8도는 옆에서 본 모듈의 구성도.

제9도는 고속변조용 모듈의 하이브리드(hybrid) 기판 구성도.

제10도는 위에서 본 고속 광통신용 모듈의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 써모 엘렉트릭 쿨러 2 : 주기판

(thermo electric cooler)

3 : 볼 렌즈(ball lens) 4 : 버터플라이(butterfly)

패키지

5 : 옵티컬 아이소레이터 6 : 그린렌즈(GRIN lens)

(optical isloator)

7 : 단일모드 광섬유 8 : TO 패키지

9 : 레이저 다이오드(laser diode) 10 : 히트 스프리더(heat

spreader)

11 : 모니터 포토 다이오드 12 : 캡(cap)

(monitor photo diode)

13 : TO 하우징(housing) 14 : 아이소레이터(isolator)/

렌즈 하우징(lens housing)

15 : 화이버 하우징(fiber housing) 16 : 써미스터(thermistor)

17 : 하이브리드(hybrid) 18 : 페데스탈(pedestal)

세라믹 기판

19 : 패키지 리드(lid) 20 : 화이버 프로텍터(fiber

protector)

21 : 박막/후막 레지스터(resistor) 22 : 인덕터(inductor)

23 : TO 패키지 출력단자 24 : 버터플라이(butterfly)

패키지 단자

25 : 페롤(ferrule) 26 : TO 패키지의 스템

(stem)

27 : TO 패키지의 이너 리드 28 : 와이어 본드(wire bond

(inner-lead)

29 : 인디움 포일(indium-foil) 30 : 페데스탈(pedestal)의 나사

31 : 페데스탈(pedestal)의 홈 32 : 프로텍터(protector)의 놋치

(notch)

본 발명은 광통신 시스템에 사용되는 고속 반도체 레이저 모듈에 관한 것으로, 특히 TO 패키지를 사용하여 원통형 구조를 가지는 하우징에 내장한 후 레이저 웰딩을 사용하여 제작하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈 구조에 관한 것이다.

고속 광통신용 반도체 레이저 모듈을 패키징할 때 고려해야 할 사항으로는 반도체 레이저 다이오드(laser diode)(이하 LD라 함) 디바이스(device)의 광출력, 광변조, 단일모드 동작성능을 열화(degradation)시키거나 제한하지 않으면서 외부 광전송시스템에 적용할 수 있도록 해야 한다.

먼저 패키징의 광학적인 측면을 보면 LD와 광섬유와의 높은 광결함효율(optical coupling efficiency)을 확보하여 LD 자체의 낮은 전/광(electrical/optical) 변환효율을 보상하여 시스템이 요구하는 평균 광출력을 유지하도록 함과 동시에 LD에 안정된 단일모드 동작에 악영향을 가하는 광궤환(optical feedback)을 차단하여야 한다.

패키징의 전기적인 측면은 LD에 인가되는 고속전기 신호를 효율적으로 전달하기 위하여 임피던스 정합 및 패키지의 기생성분(parasitics), 특히 본딩와이어(bonding wire) 및 리드(lead)에 의한 인덕턴스가 LD 소자의 커패시턴스(capacitance)와 결합하여 LD의 변조 대역폭을 제한하는 것을 방지해야 한다.

제1도 (a)와 제1도 (b)에서는 이러한 고려 사항을 기준으로 현재 주로 제작되고 있는 고속 광통신용 반도체 레이저 모듈의 전형적인 구조를 보여준다.

그러나 상기 제1도 (a)와 (b)에서와 같이 기존의 고속 광통신용 레이저 모듈은 첫째, 모듈의 온도조절기(Thermo electric cooler)(1)와 주기판(2)이 서로 수직으로 배치되어 조립이 힘들고, 둘째, 광학적 특징을 크게 좌우하는 볼 렌즈(ball lens)(3)가 주기판(2) 상에 평면으로 고정되어 있어서 정밀한 광학적 정렬이 근본적으로 어려울 뿐 아니라, 셋째, 제작공정에 사용되는 레이저 웰딩방법을 적용하는 것을 고려할 때 패키지(4)와 아이소레이터(isolator)(5), 그린렌즈(GRIN lens)(6) 및 광섬유(7)가 원대칭(cylindrical symmetry)을 활용할 수 없으므로 각 광부품에 대한 정렬 및 고정에 대한 정밀도가 현저하게 나빠져 제조상의 수율이 낮을 뿐 아니라 부품수가 많은 단점을 가지고 있다.

즉 종래의 기술은 광통신 시스템에 사용되는 고속 반도체 레이저 모듈 제작에 있어서, 납땜(soldering)혹은 에폭시를 사용하여 광섬유와 레이저 다이오드(laser diode)와의 정열 및 고정방법은 납(solder) 혹은 에폭시가 응고되면서 수축되는 효과에 의하여 광결합 효율을 얻기가 힘들다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 TO패키지를 사용하여 주요 광학부품을 원통형(cylindrical) 구조를 가지는 하우징(housing)에 내장한 후 레이저 웰딩을 사용하여 값싸고 수율을 높일 수 있도록 한 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제2도와 제3도 a, 제 3도 b에서와 같이 기존의 값싸고 저속변조용으로 주로 사용되어 왔던 TO패키지(8)에 DFB-LD(distributed feed back-laser diode) 및 모니터(monitor)용 포토다이오드(photo diode)(이하 m-PD라함)를 내장한 후 평행광 출사용 볼 렌즈(ball lens), 궤환광 차단용 광 아이소레이터(isolator), 평행광 접속용 그린렌즈(GRIN lens) 및 피그테일(pigtail) 광섬유 등의 주요 광학부품들을 각각의 실린더리칼스테인레스 스틸 하우징(cylindrical stainless steel housings)(13,14,15)내에 넣어 원대칭(cylindrical symmetry)을 최대한 활용하여 레이저 웰딩 방법으로 서로 고정시켜 광학적연결을 하여 서브모듈을 구성하고, 세라믹 기판 위에 패턴이 형성된 하이브리드 기판(17)을 상기 서브모듈의 TO 패키지(8) 출력단자(23)와 연결시킨 후 임피던스가 고려된 버터플라이 패키지(4) 안에 넣고 서브모듈(sub-module)와 TEC(1) 사이에 페데스탈(18)을 사용하여 붙인 후, 패키지 리드(19)와 화이버 프로텍터(20)를 사용하여 밀폐, 봉합되도록 구성함으로써, 달성되는 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용된 고속변조용 레이저 모듈의 구조는 크게 서브모듈(sub-module)와 주 모듈(main module)로 구분된다.

제2도와 같이 본 발명의 서브모듈(sub-module) 구조는 정교한 광학정렬이 필요한 광학부품들이 조립된 원통형(cylindrical) 형태의 스텐레스 스틸 하우징(stainless steel housing)(13,14,15)으로 이루어져 왔다.

또한, LD의 광출력을 피그테일(pig-tail) 단일모드 광섬유(single mode fiber)에 최대한으로 결합시키기 위하여 사용된 광학부품으로는 더블렌즈(double lens)(ball lens/ GRIN lens)구조와 궤환광을 차단하기 위한 광 아이소레이터(isolator)를 사용하였다.

제3도에서와 같이 우선 기존의 4-pin용 TO 패키지의 스템(stem)(26) 위에 LD칩을 히트싱크(heatsink)를 사이에 넣고 부착한 후, LD의 동작상태 유지를 위한 광출력 감시용 모니터 PD의 캐소드(cathod)를 TO패키지에 부착시킨 후 PD의 에노우드(anode)는 와이어 본딩으로 TO 패키지 리드와 연결한다.

제4도에서 보는 바와 같이 사용되는 히트싱크(heatsink)의 레이아웃(layout)은 윗면과 밑면 모두가 Ti/Pt/Au가 입혀지고, LD가 올려질 부분은 Au/Sn솔더(solder)가 입혀져 있다. 재질로는 열전도가 좋은 다이아몬드(diamond)를 사용하였다.

LD 칩의 에노우드(anode)(LD윗면)는 TO 패키지 스템(stem)위에 와이어 본딩으로 연결하고, LD 칩의 캐소드(cathode)(LD 밑면)는 히트싱크(heatsink) 위에 납땜(soldering) 되어 연결되고 히트싱크(heatsink)와 TO 패키지 인너리드(inner lead)(27)는 와이어 본딩(28)으로 연결되었다.

LD의 크기는 대략 폭×길이×두께가 약, 0.4mm×0.3mm×0.1mm로 아주 작다. 이러한에서 LD나오는 열을 효과적으로 방출시키기 위하여 제4도와 같이 히트싱크(폭×길이×두께가 약 0.6mm×0.5mm×0.23mm)를 사용하는데, LD가 올려지는 부분은 Au/Sn 솔더가 3μm 정도의 두께로 얇게 미리 박막화(pre-tin)되어 있어서 LD의 다이 본딩시 열저항을 줄이고자 하였다. 또, 제3도와 같이 모듈 조립시 LD 윗면 TO 패키지 스템에 와이어 본딩되어 그라운드와 연결되도록 하며, LD의 밑면으로 고속 전달이 이루어지는 히트 싱크의 Ti/Pt/Au부분은 TO 패키지 인너리드(27) 패키지 기생성분인 인덕턴스를 줄이고자 여러번 와이어 본딩이 가능하도록 하였다.

또한, 제5도에서 보는 바와 같이 평행광 출사용 볼 렌즈(ball-lens)(1-2mm diameter)는 TO 패키지에 축(axial)(즉, z-축), 측면(lateral)(즉, x,y 평면)축상으로 정열된 후 부착되어야 하는데 이를 위하여 볼 렌즈(ball lens)를 TO 패키지의 캡(cap)에 삽입된 것을 사용함으로서 측면(lateral) 정렬시 원대칭(circular symmetry)을 이용할 수 있어서 정밀하게 정렬 및 고정이 가능하다는 장점과 축상의 거리는 캡(cap)을 고정할 때 납이나 에폭시의 두께로 조정이 가능하다.

예를 들어, 볼 렌즈의 직경이 1.4mm이고, 사파이어 재질인 경우에는 LD와 볼 렌즈와의 거리(fb)가 110μm 정도되어야 한다. 그러나, 원하는 fb가 되도록 정렬 후 고정하기 위해서는 여러 변수들이 고려되어야 한다.

첫째, LD가 다이아몬드 히트 싱크에 고정된 상태, 둘째, 히트싱크가 TO 패키지의 스템에 고정된 상태, 셋째, TO 패키지 스템의 거리, 볼 렌즈 캡의 높이와 같은 요소들이 fb에 영향을 끼친다. 이에 사용되는 부품의 기계 가공의 정밀도는 TO 패키지 스템의 경우 1.27mm±0.07mm이고, 볼 렌즈 캡의 높이는 가공오차가 ±0.05mm 정도로, 렌즈 캡을 TO패키지에 덮고서 일반적으로 많이 사용하는 프로젝션 웰딩(Projection welding)(렌즈 캡과 TO와의 접촉 금속면을 아크방전으로 녹여서 밀봉하는 방법)으로 고정시킨다면 원하는 fb 오차(0.11mm±0.02mm)를 만족시킬 수 없어서 평행광의 질을 저하시킨다. 따라서, 본 발명은, 필수적으로 존재하는 부품상의 기계가공 오차와 조립 공정상에 발생되는 오차를 수용하기 위해서 렌즈캡을 TO에 고정시킬 때, 에폭시나 솔더의 두께로 조절하여 고정시켜서 fb의 오차를 줄일 수 있게 된다.

즉, LD와 볼 렌즈(ball lens)와의 초점 거리(fb)를 유지하게 하도록 볼 렌즈 캡핑(ball lens capping)할 때 캡(cap)의 높이를 조절하여 볼 렌즈가 TO 패키지의 스템(stem)(26) 끝에 닿도록 하여 견고하게 고정시킬 수 있다.

또한 이러한 방법으로 LD 및 모니터(monitor) PD를 외부로부터 밀폐봉합(hermetic sealing) 할 수 있는 장점이 있다.

제6도에서와 같이 고속변조용 LD의 단일파장 동작을 확보하기 위하여 궤환광을 차단하기 위한 광 아이소레이터(isolator)를 볼 렌즈(ball lens)와 그린렌즈(GRIN lens) 사이의 평행광 영역에 삽입시키면 평행광이 광축(optical axis)으로부터 이동(shift)을 약간하는데 이는 그린렌즈(GRIN lens)를 이용하여 평행광을 재집속시킴으로서, 단일모드 피그테일(pigtail)광섬유로의 광결함을 시킬 수 있도록 되었다.

이때 일반적으로 아이소레이터(isolator)와 그린렌즈(GRIN lens)를 고정시키기 위하여 각각의 스텐레스스틸 하우징(stainless steel housing)을 사용하는데 본 발명에서는 제2도에서와 같이 두가지 부품을 하나의 하우징(housing)에 넣은 일체형으로 그린렌즈(GRIN lens)을 통하여 광축상에 맺혀지는 촛점은 변동이 없다는 것을 확인하였다.

단일모드 피그테일(pigtail) 광섬유의 끝은 8도 정도로 같아서 LD에서 나온 빛이 광섬유 끝에서 반사되어 되돌아가는 것을 방지하였다.

사용되는 그린렌즈(GRIN lens)의 구조는 평면-평면(plano-plano) 형태나 평면-볼록(plano-convex)형태를 사용하며 양면이 모두 AR(anti-reflection) 코팅(coating)이 되어 있고 납땜(soldering)이 용이하도록 렌즈(lens) 주위에 금속층을 형성하였다.

제7도에서와 같이 LD와 광섬유 사이의 여러 광부품 결합의 정열을 최대화하기 위하여 광학부품들을 스텐레스 스틸 하우징(stainless steel housing)내에 넣은 후, 부품을 인엑티브(inactive) 정렬을 하면서 웰딩 후 변형이 최소화되는 원통형(cylindrical) 형태의 스텐레스 스틸 하우징(stainless steel housing)(13,14,15)사이를 120° 각도를 유지하면서 3점 동시 용접하는 Nd:YAG 레이저 웰딩기술을 사용하였다.

우선 볼 렌즈 캡핑(ball lens capping)이 완성된 TO 패키지를 TO 하우징 (housings)(13)에 넣고 45도나 90도 각도의 레이저 빔(laser beam)으로 부트 웰딩(butt welding)을 수행한다.

다음으로 소켓(socket)식으로 제작된 아이소레이터(isolator)와 그린렌즈(GRIN lens)가 함께 삽입된 렌즈하우징(lens houing)(14)을 TO 하우징(TO housing)에 올려놓은 후 필렛 웨이딩(fillet weiding)을 수행한다.

이때, 광 아이소레이터(isolator)의 폴라리제이션(polarization) 위치를 제2도에서와 같이 렌즈하우징(lens housing)의 작은 공기구멍과 위치를 동일하게 맞춤으로 레이저 웰딩시 TO 패키지 가장자리에 있는 홈의 위치를 이용하여 볼 렌즈 캡(ball lens cap)으로 가려진 LD의 폴라리제이션(polarization) 축과 일치시킬 수 있는 장점이 있다.

다음으로 화이버(fiber)가 내장된 페룰(ferrule)을 화이버 하우징(fiber fousing)(15)에 넣고 축(axial) 상으로 엑티브(active) 정렬을 한 후 필렛 웰딩(filler welding)을 하고 마지막으로 레터럴(lateral) 상으로 엑티브(active) 정렬을 한후, 렌즈 하우징(lens housing)과 화이버 하우징(fiber housing) 사이를 렙 필렛 웰딩(lap-filler welding)을 수행하여 서브모듈(sub-module)을 완성한다.

제8도는 본 발명의 모듈구조를 옆에서 본 그림으로, 세라믹 기판 위에 패턴이 형성된 하이브리드(hydrid) 기판(일명 biased-T 기판)(17)을 서브모듈(sub-module)의 출력단자와 연결시킨 후 임피던스가 고려된 14pin 버터플라이(butterfly) 패키지 안에 넣고, 서브모듈(sub-module)과 TEC(1) 사이에 페데스탈(pedestal)(18)을 사용하여 붙인 후 패키지 리드(lid)와 화이버 프로텍터(fiber protector)를 사용하여 밀폐, 봉합(hermetic sealing)이 되도록 하였다. 이때 페데스탈(pedestal)을 LD에서 나오는 열을 효과적으로 발산시키기 위하여 TEC와 연결되어 있다.

LD의 열전달 경로를 살펴보면 히트싱크(heat sink)와 TO 스템(sterm)을 거쳐 금도금이 된 TO 패키지와 페데스탈(pedestal)을 거쳐 TEC에 전달된다. 이때, TO 패키지와 페데스탈(pedestal) 사이에 인디움 포일(indium foil)(29)을 사용하여 열전달이 용이하도록 하였다.

또한 페데스탈(pedestal)의 재질로 가공이 용이하고 열전도율이 좋은 무산소동(OHFC)을 사용하였으며 페데스탈(pedestal)에 나사(30)를 사용하여 서브모듈(sub-module)과 밀착이 잘 되도록 하여 LD의 동작온도를 TEC에 의하여 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하였다.

또한 밑면에 홈(31)을 만들어서 TEC와 정렬이 용이하도록 제작되었다. 화이버 프로텍터(Fiber protector)는 금속이나 견고한 플라스틱 재질로 버터플라이(butterfly) 패키지 홀(hole)에 놋치(notch)(32)로 고정되었다.

한편, 일반적으로 고속으로 동작하는 LD 모듈의 경우, 바이어스 전류를 외부에서 공급해 주어야 한다. 이렇게 외부에서 LD로 바이어스 전류를 공급할 때에는 주로 저항 앤드/오아(and/or) 인덕터로 구성되는 일명 바이어스 회로를 통하여 LD로 공급하여야 고속 동작이 가능하다. 이러한 바이어스 회로는 모듈 외부나 모듈 내부에 설치하는데, 외부에 설치할 경우에 부피가 커지는 단점이 있었다. 이를 해소하고자 본 발명은 바이어스 회로를 내장하기 위하여 제9도에서와 같이 버터 플라이 패키지 핀과 TO 패키지 핀(LD(-)) 사이에 160nH 정도의 값을 가지는 첩 인덕터를 사용하여 모듈 내부에 조립하였다.

제9도와 같이 하이브리드(hybrid) 기판은 25Ω의 마이크로 스트립라인패턴(micro-strip line pattern)이 형성된 세라믹 기판으로 그 위에 임피던스매칭(impedance matching)용 저항(20chm)을 후막공정이나 박막 공정을 이용하여 만든 후 드 프리 바이어스 (de pre-bias) 공급용 인덕턴스(indutance)(160nH)가 실장되어 고속변조 신호의 왜곡을 최소화 하였다.

먼저 서브모듈(sub-module)에서 나온 고속변조 신호는 TO 패키지의 아웃터 리드(outer lead)를 통하여 하이브리드(hybird) 기판에 연결되어 버터플라이(butterfly) 패키지의 리드(lead)로 연결된다.

또한 칩 써미스터(chip-thermistor)가 기판 위에 납땜(soldering)되어 있어서 LD의 동작온도를 점검하는데 사용한다.

따라서, LD의 저항은 보통 5Ω 정도 값을 가지는데, 고속신호가 25Ω의 임피던스를 가지는 버터플라이 패키지 핀으로부터 고속신호를 전달받기 위해서는 TO 패키지 핀과 버터플라이 패키지 핀 사이에 20Ω 정도의 박막저항을 삽입하여 임피던스 정합을 시켜 주어 신호의 왜곡을 최소화 시켰다. 이와 같이 본 발명에 사용되는 일명 하이브리드 세라믹 기판은 바이어스 역할을 수행하며, 동시에 임피던스 정합용으로 사용되고, 아울러 온도 검침용 소자가 탑재되는 기판으로 사용된다.

제10도는 고속 광통신용 모듈이 조립된 구성도를 위에서 본 그림이다.

이상과 같은 본 발명은 TO 패키지에 LD 및 모니터용 PD를 내장한 후 평행광 출사용 볼 렌즈(ball lens), 궤환광 차단용 광 아이소레이터(isolator), 평행광 접속용 그린렌즈(GRIN lens) 및 피그테일(pigtail) 광섬유 등의 주요 광학부품들을 실리더리칼 스테인레스 스틸 하우징(cylindrical stainless steel housings)내에 넣어 원대칭(circular symmetry)를 최대한 활용하여 레이저 웰딩방법으로 서로 고정시켜 광학적으로 연결을 하고 TO 패키지의 출력단자와 버터플라이(butterfly) 패키지의 단자 사이를 임피던스를 고려한 하이브리드(hybrid) 기판을 사용하여 전기적인 연결을 수행하는 고속 광통신용 모듈이다.

따라서 본 발명은 기존의 값싸고 저속 변조용으로 주로 사용되어 왔던 TO 패키지를 이용하여 고속 광통신용으로 적용시킬 수 있고 주요 광학부품들을 실린더리칼 스테인레스 스틸 하우징(cylindrical stainless steel housings)내에 넣어 원대칭(circular symmetry)을 최대한 활용하여 레이저 웰딩방법으로 서로 고정시켜 광학적으로 연결을 하기에 기존 방법보다 저렴한 가격으로 생산수율을 높일 수 있다.

Claims

광통신 시스템에 사용되는 고속 반도체 레이저 모듈에 있어서, TO 패키지(8)에 레이저다이오드(DFB-LD)(9) 및 모니터용 포토다이오드(11)를 내장하고 볼 렌즈(3)가 부착된 캡(12)을 사용하여 평행광을 만들어 밀폐봉합(hermetic sealing)하여 TO 하우징(13)내에 고정 결합하고, 궤환광 차단용 광아이소레이터(5) 및 평행광 집속용 그린렌즈(6)를 아이솔레이터/렌즈하우징(14)에 넣어 상기 볼 렌즈(3)와 광결합되게 TO 하우징(13)에 삽입 결합하며, 단일모드 광섬유(7)가 관통 삽입된 페룰(25)을 화이버 하우징(15)에 넣어 광섬유(7)와 상기 그린렌즈(6)가 광결합되게 화이버 하우징(15)을 상기 아이솔레이터/렌즈 하우징(14)에 결합하고, 상기 각 하우징(13),(14),(15)들을 정렬하여 광학적 연결 및 정렬을 한 후, 원대칭을 활용하여 레이저 웰딩법으로 고정시켜 서브모듈을 구성하고, 세라믹 기판 위에 패턴이 형성된 하이브리드 기판(17)을 상기 서브모듈의 TO 패키지(8) 출력단자(23)와 연결시킨 후 임피던스가 고려된 버터플라이 패키지(4) 안에 넣고 서브모듈(sub-module)과 TEC(1) 사이에 페데스탈(18)을 사용하여 붙인 후, 패키지 리드(19)와 화이버 프로텍터(20)를 사용하여 밀폐, 봉합되도록 구성함을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 광결합용 화이버(fiber)(7)에서 반사되는 광을 제거하기 위하여 화이버(fiber)(7)가 삽입된 페룰(ferrule)(25) 전면을 경사지도록 갈아내어 그린레즈(6)와 광결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 서브모듈을 버터플라이 패키지(4) 안에 있는 TEC(1)와 부착을 위해 페데스탈(18)을 사용할 때에 서브모듈의 TO 패키지(8)와 페데스탈(18)과의 사이인 열전도로(thermal path) 부위에는 변형이 가능한 인디움 포일(indium-foil)(29)을 삽입하고, TO 하우징(13)과 페데스탈(18)을 나사(30)로 밀착하여 조립하는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 페데스탈(18)가 TEC(1) 조립시 TEC(1)의 윗면 크기와 동일하게 페데스탈(18)의 접촉면에 홈(31)을 내어 TEC(1)를 그 홈(31)에 삽입하여 고정하는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 하이브리드(hybrid) 세라믹 기판(17)은, 임피던스 정합을 고려하여 배선 위에 박막(thin film)이나 후막(thick film) 공정을 이용하여 만든 레지스터(resistor)(21)를 포함함과 아울러 온도 검출용칩 써미스터(chop thermistor)(16)를 탑재하는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 서브모듈(sub-module) 및 광섬유 보호를 위하여 광섬유 프로텍터(protector)(20)는 , 외부에서 삽입하여 고정할 수 있도록 놋치(notch)(32)를 사용하여 버터플라이 패키지(4)와 결합 고정하는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 상기 TO-하우징(13)은, TO 패키지(8)와 TO- 하우징(housing)(13)을 레이저 웰딩을 사용하여 조립함에 있어서, 이종 물질간의 용접을 위하여 플러싱 웰딩(flusing welding)이 되도록 TO-하우징(13) 내부에 홈의 내고 높이를 일치시키는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 하우징(14)은, 상기 TO-하우징(13)과 렌즈 하우징(14) 조립시 광정열이 필요 없도록 소켓(socket)형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.
제1항에 있어서, 상기 화이버 하우징(15)은, 렌즈 하우징(14)과 화이버 하우징(15) 조립시 정밀한 횡방향의 용접이 되도록 얇은 플랜지(flange) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고속 광통신용 단일모드 반도체 레이저 모듈구조.