(57)【要約】【課題】光ファイバを用いて光素子、例えば、ＰＱＲホール発光素子の光カップリングの強度を増加させることができるＰＱＲホール発光素子のバットカップリング構造及び方法を提供する。【解決手段】光カップリング構造は、ＰＱＲホール（２５）を有するＰＱＲホール発光素子（２０）と、テーパ状の一側が前記ＰＱＲホール（２５）に挿入された光ファイバ（１０）とを含む。前記ＰＱＲホール（２５）には前記光ファイバ（１０）と前記ＰＱＲホール（２５）とを接着するようにフォトレジストまたはフォトレジスト希釈液のようなインデックスマッチング液（３０）が注入される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光カップリング構造であって、
ＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子と、
その一側が前記ＰＱＲホールに挿入される光ファイバと、を含み、
前記ＰＱＲホールには前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとを接着するようにインデックスマッチング液が注入されることを特徴とする光カップリング構造。
【請求項２】
前記光ファイバは多重モード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光カップリング構造。
【請求項３】
前記光ファイバは単一モード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光カップリング構造。
【請求項４】
前記光ファイバの一端は化学的エッチングにより尖って形成されることを特徴とする請求項１に記載の光カップリング構造。
【請求項５】
前記インデックスマッチング液はフォトレジストまたはフォトレジスト希釈液であることを特徴とする請求項１に記載の光カップリング構造。
【請求項６】
ＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法であって、
光ファイバの一端をその光ファイバの直径よりも細く形成する段階と、
前記光ファイバの前記一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階と、
前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとをインデックスマッチング液を用いて接着する段階と
を含むことを特徴とするＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項７】
前記光ファイバは多重モード光ファイバであることを特徴とする請求項６に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項８】
前記光ファイバは単一モード光ファイバであることを特徴とする請求項６に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項９】
前記光ファイバの一端は化学的エッチングにより形成されることを特徴とする請求項６に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項１０】
前記インデックスマッチング液はフォトレジストまたはフォトレジスト希釈液であることを特徴とする請求項６に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項１１】
ＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法であって、
光ファイバの一端をその光ファイバの直径よりも細く形成する段階と、
前記光ファイバの一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階と、
を含むことを特徴とするＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項１２】
前記ＰＱＲホールにインデックスマッチング液を注入して前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとを接着する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項１３】
ＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法であって、
光ファイバの一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階と、
前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとをインデックスマッチング液を用いて接着する段階と、
を含むことを特徴とするＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【請求項１４】
前記光ファイバの一端は化学的エッチングによりテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１３に記載のＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の光カップリングに関し、より詳しくは、光ファイバを用いた光量子環(ＰＱＲ:Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒｉｎｇ)ホール発光素子のバットカップリング構造及びバットカップリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野で周知のように、超高速光通信基幹網(ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｒａｔｅ ｂａｃｋｂｏｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ)には、例えば、高品質のレーザダイオード（ＬＤ）／フォトダイオード（ＰＤ）のような能動素子、光スイッチ、超高速ルータ、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）素子、クロスコネクタ素子などが用いられる。一方、需要が急増している加入者網では性能だけでなく、製作が簡単で、堅固、かつ、安価な部品を用いるのが重要な要となっている。特に、レーザのような光素子の効率的な光カップリングは光性能のための必須要件である。光素子と光ファイバとの間のモダルプロファイルを一致させることで向上したバットカップリングを達成するための多様な方案としては、マイクロ−レンズまたはファイバチップのような受動光素子を用いた光カップリング方式と直接カップリング方式とが提案されている。しかしながら、マイクロ−レンズを用いた光カップリング方式ではマイクロレンズと光ファイバとの光軸位置合わせがサブマイクロンの範囲内で行われなければならず、またこれらを組み立てるための特定の装置などに多くのコストが要される。ファイバチップとしては、レンズ型光ファイバまたはテーパ型光ファイバを用いる。この方式の場合、マイクロレンズと光素子との間の適当な作業距離が要求され、それにより、光ファイバの前端が長くなる。
【０００３】
これと関連した資料としては、韓国電子通信研究院の２００３.１１.３０の「光デバイスパッケージング用ＴＥＣレンズ型リボン光ファイバの開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＴＥＣ ｌｅｎｓｅｄ ｒｉｂｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｐａｃｋｉｎｇ）」という報告書が挙げられる。
【非特許文献１】韓国電子通信研究院の２００３.１１.３０の「光デバイスパッケージング用ＴＥＣレンズ型リボン光ファイバの開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＴＥＣ ｌｅｎｓｅｄ ｒｉｂｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｐａｃｋｉｎｇ）」という報告書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、光ファイバを用いて光素子、例えば、ＰＱＲホール発光素子の光カップリングの強度を増加させることができるＰＱＲホール発光素子のバットカップリング構造及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を達成するための本発明による光カップリング構造は、ＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子と、その一側が前記ＰＱＲホールに挿入される光ファイバとを含み、前記ＰＱＲホールには前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとを接着するようにインデックスマッチング液が注入されることを特徴とする。
【０００６】
本発明によるＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法は、光ファイバの一端をその光ファイバの直径よりも細く形成する段階と、前記光ファイバの前記一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階と、前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとをインデックスマッチング液を用いて接着する段階とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明によるＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法は、光ファイバの一端をその光ファイバの直径よりも細く形成する段階と、前記光ファイバの一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によるＰＱＲホールを有するＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法は、光ファイバの一端を前記ＰＱＲホールに挿入する段階と、前記光ファイバと前記ＰＱＲホールとをインデックスマッチング液を用いて接着する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＰＱＲホール発光素子の光カップリングのために、エッチングされた光ファイバをＰＱＲホール発光素子のＰＱＲホールに挿入し、そのＰＱＲホールにインデックスマッチング液を注入することで、低コストで光カップリング構造を実現できる。その結果、このような光カップリング構造は結合効率が増大することが分かる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の前述した目的と他の目的及び特徴は、添付する図面と共に提示される好適な実施形態により自明になるだろう。
【００１１】
本発明によるＰＱＲホール発光素子のバットカップリング方法の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１を参照すれば、本発明によって構成された光ファイバから構成されるＰＱＲホール発光素子のバットカップリング構造が示される。
【００１３】
光ファイバ１０は、多重モード光ファイバを含み、その一側は尖った終端１５を有している。この尖った終端１５はＰＱＲホール発光素子２０の周辺に形成されたホール２５に挿入されている。
【００１４】
ＰＱＲホール発光素子２０はＰＱＲレーザの一種であり、特に盛り上がった境界面で発光が生じる凸面ウィスパリング・ギャラリー・モード（ｃｏｎｖｅｘ−ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ ｇａｌｌｅｒｙ ｍｏｄｅ）のレーザである。
【００１５】
また、尖った終端１５が挿入されたホール２５には可変型インデックスマッチング接着剤３０が注入され、光ファイバ１０とＰＱＲホール発光素子２０とを結合する。インデックスマッチング接着剤としては、フォト−レジストまたはその希釈液を含む。
【００１６】
一方、本発明の理解を助けるために、ＰＱＲホール発光素子と関連した背景技術についての説明は、以下の通りである。
【００１７】
ＰＱＲレーザ(参考:Ｊ.Ｃ.Ａｈｎ ｅｔ ａｌ.、“Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒｉｎｇ”、Ｐｈｙｓ. Ｒｅｖ. Ｌｅｔｔ. Ｖｏｌ. ８２(３)、ｐｐ.５３６−５３９、Ｊａｎ. １９９９;Ｕ.Ｓ. 特許第６、５１９、２７１ Ｂ２号、名称「光量子環レーザダイオード（ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＲＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ）」）は一般的に量子線の特性を有するため、数μAの極小の閾電流で動作できる。それだけでなく、温度による波長の遷移も温度の自乗根（ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ）に比例して、高い動作温度で波長が安定化し得る。結果的に、ＰＱＲレーザは大容量の情報処理のための光集積回路に必要な光源素子として使用可能である。このようなＰＱＲレーザはメサ構造に製作される。
【００１８】
ＰＱＲレーザは、トロイダルレイリー・ファブリー・ペロー（ｔｏｒｏｉｄａｌ Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）共振器で全反射により光子が拘束されて３次元ＷＧＭ（Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ Ｍｏｄｅ）に発振される。レイリー凹部（ｃｏｎｃａｖｉｔｙ）の原理以来に開発されたＷＧＭ素子は全て凹面の全反射にのみ依存しており、メサ型ＰＱＲレーザもこの範疇に属する。
【００１９】
しかしながら、近年はＷＧＭ素子がメサ型だけでなく、凸面−ＷＧＭ状の逆メサ型ＰＱＲレーザでも発光とレイジングが可能である。
【００２０】
図２及び図３は、前記逆メサ型ＰＱＲレーザの構成を示す。
【００２１】
図２に示すように、ｎ−ＤＢＲ（ｎ−ｔｙｐｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１０２、活性領域１０１及びｐ−ＤＲＢ（ｐ−ｔｙｐｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１００が基板１０３上でエピタキシャル方法を用いて成長し、ＰＩＮ型半導体ウェハを形成する。その後、ＰＩＮ型半導体に垂直方向にイオン、例えば、Ｈ＋イオン１１０を注入して、一定間隔毎にホールが形成される領域を残す。結果的に、ＰＩＮ型半導体はイオン注入された領域１１１と残りの領域、即ち、後でホール１１３が形成されるイオン非注入領域１２０を有する。後述するように、イオン注入領域１１１はホールを絶縁させる役割をする。
【００２２】
Ｈ＋イオンの注入後、ＰＩＮ型半導体のイオン非注入領域１２０はＣＡＩＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｉｏｎ ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術を用いてエッチングされることで、ホール１１３が形成される。ここで、図面符号１３０はホール１１３の内側を硫黄で処理した後、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜で覆った保護膜である。
【００２３】
その後、図３に示すように、線形のＰ型電極１２１がそれぞれ電流を供給するため、各ホール１１３の周辺（即ち、ホール１１３を有するイオン非注入領域１２０)に接続することで、逆メサ型ＰＱＲレーザを形成する。このようなＰＱＲレーザは２００５年１０月に出願された韓国特許出願第 号に詳細に開示されている。
【００２４】
図４を参照すれば、本発明によるバットカップリング方法を説明するフローチャートが示される。
【００２５】
まず、段階Ｓ３１０で、ＰＱＲホール発光素子２０のバットカップリングのための多重モード光ファイバ１０を用意し、多重モード光ファイバ１０の一端を化学的にエッチングしてその光ファイバの一側の終端１５を鋭くする。前記一端の直径は多重モード光ファイバ１０の直径よりも小さい。より詳細には、ＨＦとシリコンオイルとの界面における表面張力を用いて多重モード光ファイバ１０をエッチングし、その一端の直径が略２μmとなるようにする。結果的に、図５に示すように、多重モード光ファイバ１０の終端は鋭く形成されるか、またはテーパ状に形成される。これと関連して、多重モード光ファイバ１０の終端１５はホール２５の内部に挿入され、カップリングされるのに十分であればよい。
【００２６】
その後、段階Ｓ３２０で、多重モード光ファイバ１０の尖った終端１５をＰＱＲホール発光素子２０のホール２５に挿入する。
【００２７】
このように挿入された状態で、段階Ｓ３３０で、可変型インデックスマッチング接着剤３０を用いて光ファイバ１０とＰＱＲ素子２０とをホール２５を介して互いに結合する。それにより、ＰＱＲホール発光素子のバットカップリング構造を完成する。
【００２８】
これとは異なり、ＰＱＲ発光素子のホールが不規則な形態であるため、インデックスマッチング液の接着力が増大し得る。即ち、光ファイバの終端部分が鋭くない場合にも、ホールの不規則な部分と光ファイバとが結合されるとき、インデックスマッチング液のエポキシ成分の接着力が更に増大して、安定したカップリングを提供できる。
【００２９】
また、本発明において、多重モード光ファイバの代わりに、単一モード光ファイバをＰＱＲホール発光素子に光学的に結合させることができる。しかしながら、単一モード光ファイバを用いる場合、光強度は多重モード光ファイバがＰＱＲホール発光素子に結合された場合と比べて減少する。
【００３０】
図６は、ＰＱＲホール発光素子(例えば;φ=７μm)に２mAの電流を印加し、エッチングされた多重モード光ファイバをホールの垂直中心軸の上とホールの縁の上からそれぞれ距離が１０μm単位で遠くなるようにしながら測定した光強度の変化グラフである。図６から分かるように、ＰＱＲホールの周辺ではその表面に多重モード光ファイバが近づくときの光の強度が最も強いが、ＰＱＲホールの内側では多重モード光ファイバがその内側より約９０μm浮上した状態で光の強度が最も大きいことが分かる。これはＰＱＲホール発光素子がホールの内側でなく、ホールの縁に沿って発振することを意味する。従って、単にＰＱＲホール２５に光ファイバを挿入した場合には図７の放出スペクトラム「Ａ」で表したように光出力が低くなる。しかしながら、光ファイバ１０とＰＱＲ発光素子２０をカップリングするために、フォトレジスト希釈液３０を可変型インデックスマッチング接着剤として用いれば、図７のスペクトラム「Ｂ」で表したように、光出力が約１３倍増加することが分かる。
【００３１】
図８は、ＰＱＲホール発光素子のサイズによる光強度を示す図である。図８の表示記号「○」はホールの直径φがそれぞれ７μm、１７μm、２２μmであるＰＱＲホール発光素子に対して、フォトレジスト希釈液を用いずにホールに光ファイバを挿入した状態で測定した光強度を示すものである。図８の表示記号「●」は前述した直径を有するホールに対して、フォトレジスト希釈液を落とした後に測定した光強度を示すものである。図８からフォトレジスト希釈液を落とした後に光強度が大きく増加することが確認できる。
【００３２】
一方、ＰＱＲ素子、例えば、（Ａｌ）ＧａＡｓで製造されたＰＱＲ素子のレイジング可能な限界直径は略５０μmである。ＰＱＲホール発光素子がこれよりも大きい直径を有する場合にはＬＥＤの発光モードとなる。しかしながら、ＰＱＲホール発光素子はその直径が３０μm乃至４０μm以上に大きくなれば、レイジング条件が難しくなる。
【００３３】
インデックスマッチング液を用いることで、外部の衝撃にも拘わらず、光カップリングの強度を増加させることができる。
【００３４】
また、ＰＱＲホール発光素子をメサの中心に位置させることができるのはもちろんであり、この場合、ＰＱＲホールとメサから発光現象を利用することも可能である。
【００３５】
以上、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の実施形態に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による光量子環ホール発光素子のバットカップリング構造を示す図である。
【図２】光量子環ホール発光素子の断面図である。
【図３】光量子環ホール発光素子の平面図である。
【図４】本発明による光量子環ホール発光素子のバットカップリング方法のフローチャートである。
【図５】本発明の方法によって化学的にエッチングされた多重モード光ファイバを光学倍率Ｘ１０００倍に拡大したＣＣＤ写真図である。
【図６】ＰＱＲホール発光素子(例えば;φ＝７μm)に電流Ｉ＝２mAを印加し、エッチングされた多重モード光ファイバをホールの垂直中心軸の上とホールの縁の上からそれぞれ距離が１０μm単位で遠くなるようにしながら測定した光強度の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の方法によってバットカップリングされたＰＱＲホール発光素子(例えば;φ=７μm、Ｉ＝２mA)でホールにエッチングされた光ファイバが挿入された状態でのスペクトラム「Ａ」とフォトレジスト（ＰＲ）希釈液を落とした後に最大の出力となるときのスペクトラム「Ｂ」とを比較するグラフである。
【図８】本発明の方法によってＰＱＲホール発光素子のサイズによるバットカップリングの効果図であって、フォトレジスト希釈液を落とした後に最大の出力となるときと、ＰＱＲホールにエッチングした光ファイバだけを挿入したときのホールサイズによる光の強度を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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