(57)【要約】【課題】ＶＣＳＥＬの主発光面からの光を光ファイバに向けて送出し、主発光面の裏面からの光を光出力モニタ用の受光素子で受光する光送信モジュールであって、上記受光素子の信頼性が高く、当該モジュール自体の設計の自由度が高いものを提供する。【解決手段】光送信モジュール１は、ＶＣＳＥＬ６の主発光面６ｂからの光を光ファイバＦに向けて送出し、主発光面６ｂの裏面６ｃからの光を光出力モニタ用のＰＤ５で検出する。光送信モジュール１では、ＰＤ５の透明基板５ｂ上にＶＣＳＥＬ６が実装され、透明基板５ｂが、ＶＣＳＥＬ６側の面の該ＶＣＳＥＬ６の実装位置とは異なる位置に受光部５ａを有し、ＶＣＳＥＬ６側と反対側の面に斜面５ｄを有し、ＶＣＳＥＬ６の裏面６ｃから出射された光を、ＰＤ５の透明基板５ｂに入射させ上記斜面５ｄに反射させて、受光部５ａで受光する。【選択図】図２
2010161147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型の半導体レーザの主発光面からの光を光ファイバに向けて送出し、前記主発光面の裏面からの光を光出力モニタ用の受光素子で検出する光送信モジュールであって、
前記受光素子の透明基板上に前記半導体レーザが実装され、
前記透明基板は、前記半導体レーザ側の面の該半導体レーザの実装位置とは異なる位置に受光部を有し、前記半導体レーザ側と反対側の面に斜面を有し、
前記半導体レーザの裏面から出射された光を、前記受光素子の透明基板に入射させ前記斜面に反射させて、前記受光部で受光することを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記透明基板は、前記半導体レーザから出射される１.３１または１.５５μｍの波長の光に対して透明であることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられる、面発光型半導体レーザを有する光送信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光送信モジュールに用いられる半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）は、環境温度変化などにより光出力が変化する。そのため、光出力強度をモニタ用の受光素子（フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等）によってモニタし、モニタ結果をＬＤの駆動電流にフィードバックして光出力を一定に保つ制御すなわちＡＰＣ（Auto Power Control）制御が行われている。
【０００３】
そして、ＬＤのうち端面発光型のものは、光ファイバ方向への光（前方光）と後方光とを出射するため、そのうちの後方光をモニタ光としている。
それに対し、ＬＤのうち面発光型のもの（垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）とも呼ばれる）は、従来、端面発光型のものとは異なり、光ファイバ方向へのみ光を出射するものであった。そのため、図３に示すように、面発光型ＬＤ（以下、ＶＣＳＥＬという）１０１から光ファイバへの光の一部を当該ＶＣＳＥＬ１０１を覆うパッケージのガラス１０２で反射させたものをモニタ用ＰＤ１０３で受光する方法が一般的であった（特許文献１参照）。しかし、この方法は、ＶＣＳＥＬ１０１から光ファイバへの送信光の一部をガラス１０２によって反射させるため、光ファイバへの結合効率が低下する等の問題がある。
【０００４】
近年では、ＶＣＳＥＬであっても、基板材料の変更等により、前方光及び後方光を出射するものが開発されており、そのため、上記の問題の解決手段として、ＶＣＳＥＬのレーザ活性層より後方（後方光側）に受光部を一体的に作製したりすることが提案されている（特許文献２参照）。
また、特許文献３には、その他の上記問題の解決手段として、モニタ用のＰＤをその受光部が上に来るように素子実装用基板上に実装し、当該ＰＤの受光部上にＶＣＳＥＬを透明接着樹脂を用いて固定して、ＶＣＳＥＬの後方光を上記受光部で受光する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９８７０７号公報
【特許文献２】特開平７−３３５９７６号公報
【特許文献３】特開平９−１９９７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示の技術では、ＶＣＳＥＬのレーザ活性層と受光部とを同一の基板上に作成する必要がある点で製造が困難であり、また、たとえ作製できたとしてもレーザ活性層と受光部の不良率が加算されて歩留まりの点で不利が生じる。また、出力波長によっては適当な材料がないので、出力波長を自由に選択できない不利もある。
一方、特許文献３に開示の技術のようにモニタ用のＰＤの受光部（アクティブエリア）上にＶＣＳＥＬを実装した場合、受光部に透明接着樹脂が付くことになるので、ＰＤの素子としての信頼性面に影響してしまうことがある。また、ＶＣＳＥＬの電極へのワイヤ接続とＰＤの電極へのワイヤ接続とが干渉しないように設計する必要があるので、設計が難しい（すなわち設計の自由度が低い）。
【０００７】
本発明は、上述のような実情に鑑み、ＶＣＳＥＬの主発光面からの光を光ファイバに向けて送出し、主発光面の裏面からの光を光出力モニタ用の受光素子で受光する光送信モジュールであって、上記受光素子の信頼性が高く、当該モジュール自体の設計の自由度が高いものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光送信モジュールは、面発光型の半導体レーザの主発光面からの光を光ファイバに向けて送出し、主発光面の裏面からの光を光出力モニタ用の受光素子で検出するもので、受光素子の透明基板上に半導体レーザが実装され、透明基板は、半導体レーザ側の面の該半導体レーザの実装位置とは異なる位置に受光部を有し、半導体レーザ側と反対側の面に斜面を有し、半導体レーザの裏面から出射された光を、受光素子の透明基板に入射させ上記斜面に反射させて、受光部で受光することを特徴とする。
なお、透明基板は、例えば、半導体レーザから出射される１.３１または１.５５μｍの波長の光に対して透明なものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光送信モジュールによれば、モニタ用のＰＤ上であって且つ受光部とは異なる位置上にＶＣＳＥＬを実装しているので、ＰＤの信頼性を高め、モジュール自体の設計の自由度が高めることができる。また、ＶＣＳＥＬの主発光面の裏面から出射された光をモニタ用ＰＤで受光しており、モニタ用に主発光面からの光の一部を利用していないので、主発光面からの光の光ファイバへの結合効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光送信モジュールの一例の外観図である。
【図２】本発明の光送信モジュールにおけるＶＣＳＥＬとモニタ用のＰＤの実装形態の一例を説明する図である。
【図３】従来の光送信モジュールの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の光送信モジュールは、主光出力面及びその裏面から光出力するＶＣＳＥＬとモニタ用の受光素子（例えばＰＤ）を有し、これら素子の実装形態に特徴があるものであるが、この特徴的な実装形態の説明は、図２以降で説明することとし、まず、図１を用いて、光送信モジュール自体の概略を説明する。図１は、本発明の光送信モジュールの一例の外観図である。
【００１２】
光送信モジュール１は、後述するようにＶＣＳＥＬがモニタ用のＰＤを介して実装される実装基板を備え、例えば、上記実装基板が固定されるステム２と該実装基板を覆うキャップ３とから成るＣＡＮパッケージ内に、上記ＶＣＳＥＬ及びＰＤを気密封止してなる。この光送信モジュール１では、ＶＣＳＥＬの主発光面から出射された信号光は、キャップ３に搭載されたレンズ３ａを介して集光され、外部の光コネクタの光ファイバに送信される。なお、図示は省略するが、光コネクタは、例えば、ＶＣＳＥＬに対して位置合わせされてキャップに取り付けられるスリーブに受納される。また、光送信モジュール１内のＶＣＳＥＬへの駆動電流の供給や、モニタ用のＰＤからの電流の取り出しは、リード２ａを介して行われる。
本明細書では、レンズ３ａが設けられた側を上側とし、その反対側を下側とする。
【００１３】
図２は、本発明の光送信モジュールの特徴部である、ＶＣＳＥＬとモニタ用のＰＤの実装形態の一例を説明する図である。
本発明の光送信モジュールでは、例えば、絶縁材料を用いた基板からなる実装基板（チップキャリア）４上に、モニタ用のＰＤ５がその受光部５ａを上にした状態で実装される。当該実装は半田実装あるいは樹脂接着により行われる。そして、ＰＤ５上にＶＣＳＥＬ６がその活性層６ａを上にした状態で実装される。当該実装は、例えば透明樹脂材料（透過率の高い樹脂材料であってもよい）７により行われる。この光送信モジュールは、ＶＣＳＥＬ６の主発光面６ｂからの光をレンズ３ａで集光し光コネクタＣの光ファイバＦに結合できる
【００１４】
本光送信モジュールは、以下の（１）〜（３）の構成を備える。すなわち、まず、（１）ＰＤ５が、ＶＣＳＥＬ６の出射光に対して透明な材料を用いた基板（透明基板）５ｂに受光部５ａが形成されて成る。さらに、（２）透明基板５ｂ上の受光部５ａ側の面であって受光部５ａとは異なる位置にＶＣＳＥＬ６が実装される。すなわち、上述の受光部５ａとは異なる位置にＶＣＳＥＬ実装部（ＬＤ実装部）５ｃを有する。そして、（３）ＬＤ実装部５ｃと反対側の面であって当該実装部５ｃと対向する部分に、法線がＶＣＳＥＬ６の光軸Ｏに対して４５°未満の角度α１を持ちレーザ光を反射できる斜面５ｄを有する。なお、ＰＤ５の実装基板４への実装面５ｅが光軸Ｏに対して垂直であるので、ＰＤ５の実装面５ｅに対する斜面５ｄの角度α２は、上記α１と等しくなっている。
【００１５】
上述の（１）〜（３）の構成を有するため、本光送信モジュールでは、ＶＣＳＥＬ６の主発光面６ｂの裏面６ｃから下方への出射光を、モニタ用のＰＤ５の透明基板５ｂから入射させ、斜面５ｄで斜め上方向に反射させ、その反射光を受光部５ａで受光することができる。本光送信モジュールにおいて、ＶＣＳＥＬ６の光軸Ｏに対するＰＤ５の斜面５ｄの法線の角度α１を４５°未満とした理由は、以下のとおりである。上記角度α１を４５°以上とすると、斜面５ｄでの反射光を当該斜面５ｄより上方に位置する受光部５ａで受光するためには、上記反射光を再度反射させて上方に向かわせる必要があり、そのための反射面が必要となるからである。
【００１６】
上述のように、本光送信モジュールでは、ＶＣＳＥＬ６の裏面６ｃからの光をモニタ用のＰＤ５で受光しており、主発光面６ｂからの光の一部をモニタ用に利用していないので、主発光面６ｂからの光の光ファイバＦへの結合効率が高い。また、モニタ用のＰＤ５の受光部５ａの位置がＬＤ実装部５ｃの位置と異なっているので、ＶＣＳＥＬ６の実装に用いる透明樹脂材料７がＰＤ５の受光部５ａにかかることが無いためＰＤ５の信頼性が高く、モジュール自体の設計の自由度が高い。なお、光通信では、波長が１.３１や１.５５μｍの光を用いるため、光通信用の光送信モジュールのＰＤ５の透明基板５ｂの材料としては、上記波長に透明なＩｎＰ等を用いることができる。
【００１７】
ＰＤ５の斜面５ｄの形成（面取り）は、あらかじめ所望の角度となるよう先端が加工されたダイシングブレードを用いて行うことができる。この方法は、ＰＤの透明基板が上述のＩｎＰ等の結晶性材料以外から成る場合にも用いることができる。この方法により、面取り加工を行う場合は、斜面での反射効率の向上のため、当該斜面を鏡面研磨することが好ましい。さらに反射効率を高めるため、単層あるいは多層による反射膜を蒸着してもよい。反射膜材料としては、反射率の良いＡｕ等を用いることができる。
【００１８】
また、ＰＤの透明基板の材料に屈折率が高いもの（屈折率が「３」〜「４」程度であるＳｉやＧａＡｓ、ＩｎＰ等）を用いる場合は、基板と空気との屈折率差による全反射が得られる角度範囲が大きくなるため、上述の斜面の角度α１を適切に設計することで、反射膜形成を行わなくても高い反射効率が得られる。例えば、屈折率が「３」の材料の場合、空気に対する全反射角は１９.５度であり、入射角（＝上記角度α１）がこれよりも大きい光は全反射されるため、斜面の角度を２０°以上とすることで、上述のように高い反射効率が得られる。
【００１９】
ＰＤの透明基板にＩｎＰ等の結晶性材料を用いる場合、面取り加工は異方性エッチングでも行うことができる。この方法では、上記角度α２（＝α１）が結晶方位面に従った角度（３６°程度の角度）となる斜面に面取り（形成）できる。また、この方法では、結晶方位面に沿って面取り加工されるため、面精度は非常に良好となり、反射膜の形成のみならず当該斜面の研磨加工等も不要とすることができる。さらに、この方法では、以下の効果がある。すなわち、上述のダイシングブレードを用いた面取り方法等では、面取り加工前にウェハからチップ状に成形し個別に面取り加工を行う必要があるが、異方性エッチングを用いる方法では、ウェハの状態のまま一度に面取り加工を行うことができる。そのため、安価にＰＤを作製することができる。
また、ＰＤ５の斜面５ｄでの反射に上述のような全反射を用いないのであれば、上記角度α１が１０°〜４０°程度となるように面取り加工するとよい。
【００２０】
ＶＣＳＥＬ６の裏面６ｃには、活性層６ａから下方に出力された光出力を効率よく透過できるよう鏡面研磨を施すのがよく、透過率を高めるためにＡＲ（Anti-Reflection）コートを裏面６ｃに施してもよい。また、上述では、ＶＣＳＥＬ６のモニタ用のＰＤ５への実装を透明接着樹脂を用いて行っていたが、半田材料を用いても構わない。但し、この場合は、ＶＣＳＥＬ６からのレーザ光用の窓を有する半田実装用金属蒸着膜を、ＶＣＳＥＬ６の裏面６ｃ及びＰＤ５のＬＤ実装部５ｃに設ける必要がある。
【００２１】
本光送信モジュールでは、モニタ用のＰＤ５上及びＶＣＳＥＬ６上の電極パターンは、例えば、実装基板４上の配線パターンとワイヤにより接続し、当該配線パターンとリード（図１の２ａ参照）をワイヤにより接続することで、リードと電気接続される。また、図では、ＰＤ５の受光部５ａの上面とＬＤ実装部５ｃの上面とは異なる平面上にあるが、これらが同一平面上にあるようにしてもよい。
また、実装基板４は、ＡｎＳｎ等の共晶半田やＡｇペースト等のボンディング用樹脂を用いてステム（図１の２参照）上に固定される。
【符号の説明】
【００２２】
１…光送信モジュール、２…ステム、２ａ…リード、３…キャップ、３ａ…レンズ、４…実装基板、５…ＰＤ、５ａ…受光部、５ｂ…透明基板、５ｃ…ＬＤ実装部、５ｄ…斜面、５ｅ…実装面、６…ＶＣＳＥＬ、６ａ…活性層、６ｂ…主発光面、６ｃ…裏面。
【図１】
2010161147.tif 000003
【図２】
2010161147.tif 000004
【図３】
2010161147.tif 000005