(57)【要約】【課題】  面発光部を高密度に集積化することが可能な発光装置を提供する。【解決手段】  この発光装置では、光ファイバ１４を上下の２層に分散配置し、面発光アレイ１の外周部の面発光部３の出射光を上層の光ファイバ１４に導き、面発光アレイ１の内周部の面発光部３の出射光を下層の光ファイバ１４に導く。したがって、面発光部３のピッチが光ファイバ１４の直径よりも小さい場合でも、各面発光部３と光ファイバ１４を結合することができ、面発光部３を高密度に集積化することができる。【選択図】        図１
2006106303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが所定方向に光を出射する複数の面発光部を含む面発光アレイと、
それぞれ前記複数の面発光部に対応して設けられ、各々が対応の面発光部の出射光を伝達させる複数の光ファイバと、
各光ファイバの一方端部を対応の面発光部に対向させ、該光ファイバの一方端部を前記所定方向と直交する方向に保持する保持部材と、
各光ファイバの一方端部に設けられ、対応の面発光部の出射光を該光ファイバに入射させる光学部材とを備え、
前記保持部材は複数の保持基板を含み、
前記複数の光ファイバは前記複数の保持基板の間の間隙、あるいは前記複数の保持基板のうちの前記面発光アレイから最も離れた位置に配置された保持基板の前記面発光アレイと反対側の面の合わせて２層以上に分散配置されている、発光装置。
【請求項２】
対向する２つの保持基板の表面の各々には光ファイバを位置決めするＶ字形状の溝が形成されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
各保持基板のうちの各光ファイバの一方端部と対応の面発光部との間には、対応の面発光部の出射光を通す貫通孔が形成されている、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数の面発光部は複数行複数列に配置され、
前記複数の面発光部のうちの外側からｎ番目（ただし、ｎは自然数である）の周の面発光部に対応する光ファイバは、前記複数の保持基板のうちの前記面発光アレイ側からｎ番目の層に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
各保持基板はシリコン基板である、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
各保持基板は樹脂基板である、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
各光ファイバの一方端面と該光ファイバの中心線との角度は略４５度に設定され、
前記光学部材は、各光ファイバの一方端面に形成され、対応の面発光部の出射光を対応の光ファイバ内に反射させる全反射ミラーである、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記面発光アレイは、導電性窒化ガリウム基板上に少なくとも窒化物半導体層を積層して形成されている、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記面発光アレイの各面発光部は面発光レーザである、請求項１から請求項８までのいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光装置に関し、特に、面発光アレイを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて送信装置と受信装置を結合する光インタコネクション装置では、送信装置の出力信号を光信号に変換する発光装置が用いられる。
【０００３】
図７は、従来の光インタコネクション装置の発光装置を示す断面図である。図７において、この発光装置は、面発光素子７１が搭載された基板７２と、スペーサ７３と、貫通孔７４が形成された保持基板７５と、一方端面が４５度に加工された光ファイバ７６と、光ファイバ７６の一方端面に形成された全反射ミラー７７とを備える。
【０００４】
面発光素子７１は、送信装置(図示せず)の出力信号に応答して光βを出射する。面発光素子７１の出射光βは、貫通孔７４を通過して全反射ミラー７７で反射され、光ファイバ７６に入射される。光ファイバ７６に入射された光βは、光ファイバ７６の他方端面側に設けられた受光素子によって電気信号に変換され、受信装置(図示せず)に伝達される。
【０００５】
また、面発光素子と受光素子が形成された基板に光導波路を形成した光インタコネクション装置もある（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−４２１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、多数の面発光部を含む面発光アレイを備えた発光装置では、面発光部と同数の光ファイバを設け、各面発光部と光ファイバを結合する必要がある。しかし、図７で示した結合方法では、面発光部の行か列が３以上となると、外周部の発光部に対応した光ファイバがじゃまになり、中心部の発光部に光ファイバを結合することが困難になるので、光ファイバを発光部に垂直な方向から導入する必要があり、装置全体の小型化が困難であった。
【０００７】
また、小型化を図る上で、面発光部のピッチが光ファイバの直径よりも小さい場合は、各面発光部と光ファイバを結合することはできないので、面発光部を高密度に集積化することはできなかった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、面発光部を高密度に集積化することが可能な発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および効果】
【０００９】
この発明に係る発光装置は、それぞれが所定方向に光を出射する複数の面発光部を含む面発光アレイと、それぞれ前記複数の面発光部に対応して設けられ、各々が対応の面発光部の出射光を伝達させる複数の光ファイバと、各光ファイバの一方端部を対応の面発光部に対向させ、該光ファイバの一方端部を所定方向と直交する方向に保持する保持部材と、各光ファイバの一方端部に設けられ、対応の面発光部の出射光を該光ファイバに入射させる光学部材とを備え、保持部材は複数の保持基板を含み、複数の光ファイバは複数の保持基板の間の間隙、あるいは複数の保持基板のうちの面発光アレイから最も離れた位置に配置された保持基板の面発光アレイと反対側の面の合わせて２層以上に分散配置されている。したがって、複数の光ファイバを複数の保持基板の間の間隙あるいは保持基板の面発光アレイと反対側の面の合わせて２層以上に分散配置するので、面発光部の行列数が３以上の場合や、面発光部のピッチが光ファイバの直径より小さい場合でも各面発光部と光ファイバを結合することができる。よって、面発光部を高密度に集積化することができる。
【００１０】
好ましくは、対向する２つの保持基板の表面の各々には光ファイバを位置決めするＶ字形状の溝が形成されている。この場合は、光ファイバと保持基板と面発光部との位置決めを精度良く行なうことができる。
【００１１】
また好ましくは、各保持基板のうちの各光ファイバの一方端部と対応の面発光部との間には、対応の面発光部の出射光を通す貫通孔が形成されている。この場合は、保持基板が不透明の場合でも、面発光部の出射光を通すことができる。また、保持基板が透明の場合は、貫通孔が無くても面発光部の出射光が透過するが、貫通孔を開口することにより透過による光強度のロスをなくすことができる。
【００１２】
また好ましくは、複数の面発光部は複数行複数列に配置され、複数の面発光部のうちの外側からｎ番目（ただし、ｎは自然数である）の周の面発光部に対応する光ファイバは、面発光アレイ側からｎ番目の層に配置されている。この場合は、面発光部の行列が３×３以上のような多数の面発光部を備えた面発光アレイからの出射光を光ファイバに導くことができる。
【００１３】
また好ましくは、各保持基板はシリコン基板である。この場合は、容易に加工することができるとともに、面発光アレイで発生する熱を効率良く放散できる。
【００１４】
また好ましくは、各保持基板は樹脂基板である。この場合は、安価であり、かつ電気配線との結線が容易になる。
【００１５】
また好ましくは、各光ファイバの一方端面と該光ファイバの中心線との角度は略４５度に設定され、光学部材は、各光ファイバの一方端面に形成され、対応の面発光部の出射光を対応の光ファイバ内に反射させる全反射ミラーである。この場合は、面発光部からの出射光を効率良く光ファイバに導入することができる。
【００１６】
また好ましくは、面発光アレイは、導電性窒化ガリウム基板上に少なくとも窒化物半導体層を積層して形成されている。この場合は、面発光部を高密度化したときに発生する熱を効率良く放散することができる。また、一般に用いられるサファイア基板上に窒化物半導体を積層して形成されるものに比べ、格子定数差および熱膨張係数差が小さいため、クラックなどの発生確率が抑制され、歩留が向上し低コスト化が可能となる。
【００１７】
また好ましくは、面発光アレイの各面発光部は面発光レーザである。この場合は、高い出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による発光装置の構成を示す断面図であり、図２はその組立て分解図である。
【００１９】
図１および図２において、この発光装置は、面発光アレイ１を備える。面発光アレイ１は、４角形の基板２と、その表面に複数行複数列（ここでは４行４列とする）に配置された１６個の面発光部３とを含む。
【００２０】
面発光アレイ１は、基板２である導電性窒化ガリウム基板の表面に少なくとも窒化物半導体層を積層して形成することが好ましい。これにより、高い放熱性を得ることができ、面発光部３の発光時に発生する熱を効率よく放散することができる。また、基板２と各層の熱膨張係数の差に起因するクラックの発生を抑制することができる。面発光アレイ１の各面発光部は、面発光レーザであることが好ましい。これにより、高い出力を得ることができる。
【００２１】
また、この発光装置は、スペーサ（たとえば、はんだボール）４と、３枚の４角形の保持基板５，８，１２と、それぞれ１６の面発光部３に対応して設けられた１６の光ファイバ１４と、それぞれ１６の光ファイバ１４に対応して設けられた１６の全反射ミラー１５とを備える。
【００２２】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ保持基板５，８，１２を上側から見た図である。保持基板５には、図３（ａ）に示すように、１６の貫通孔６が形成されている。１６の貫通孔６は、それぞれ１６の面発光部３に対応して４行４列に配置されている。また、保持基板５の下面には、１２のＶ字形状の溝７が形成されている。１２の溝７は、１６の面発光部３のうちの最外周の１２の面発光部３にそれぞれ対応して設けられている。１２の溝７のうちの８つの溝７は図中Ｘ方向に延在し、残りの４つの溝７は図中Ｙ方向に延在している。各溝７は、対応の貫通孔６の下側の開口部から保持基板５の端面まで形成されている。
【００２３】
保持基板８には、図３（ｂ）に示すように、１６の貫通孔９が形成されている。１６の貫通孔９は、それぞれ１６の面発光部３に対応して４行４列に配置されている。また、保持基板８の上面には、１２のＶ字形状の溝１０が形成されている。１２の溝１０は、１６の面発光部３のうちの最外周の１２の面発光部３にそれぞれ対応して設けられている。１２の溝１０のうちの８つの溝１０は図中Ｘ方向に延在し、残りの４つの溝１０は図中Ｙ方向に延在している。各溝１０は、対応の貫通孔９の上側の開口部から保持基板８の端面まで形成されている。光ファイバ１４は、図４に示すように、保持基板８の溝１０と保持基板５の溝７の間に挟まれる。これにより、保持基板５，８と光ファイバ１４が精度良く位置決めされる。
【００２４】
また、保持基板８の下面には、４つのＶ字形状の溝１１が形成されている。４つの溝１１は、１６の面発光部３のうちの中央部の４つの面発光部３にそれぞれ対応して設けられている。４つの溝１１のうちの２つの溝１１は図中Ｘ方向に延在し、残りの２つの溝１１は図中Ｙ方向に延在している。各溝１１は、対応の貫通孔９の下側の開口部から保持基板８の端面まで形成されている。
【００２５】
保持基板１２の上面には、図３（ｃ）に示すように、４つのＶ字形状の溝１３が形成されている。４つの溝１３は、１６の面発光部３のうちの中央部の４つの面発光部３にそれぞれ対応して設けられている。４つの溝１３のうちの２つの溝１３は図中Ｘ方向に延在し、残りの２つの溝１３は図中Ｙ方向に延在している。各溝１３は、対応の貫通孔９の下側の開口部に対応する部分から保持基板１２の端面まで形成されている。
【００２６】
保持基板５，８，１２は、シリコン基板、樹脂基板などで構成される。保持基板５，８，１２をシリコン基板で構成した場合は、Ｖ字形状の溝７，１０，１１，１３や貫通孔６，９を容易かつ精度良く形成することができる。保持基板５，８，１２を樹脂基板で構成した場合は、低コスト化を図ることができ、かつ電気配線との結線が容易になる。なお、保持基板１２を省略し、最下層の４つの光ファイバ１４を保持基板８の下面の４つの溝１１にそれぞれ接着してもよい。
【００２７】
図２に戻って、１６の光ファイバ１４のうちの最外周の１２の面発光部３に対応する１２の光ファイバ１４の一方端部は、それぞれ保持基板５の１２の溝７と保持基板８の１２の溝１０との間に挟持される。１６の光ファイバ１４のうちの中央部の４つの面発光部３に対応する４つの光ファイバ１４の一方端部は、それぞれ保持基板８の４つの溝１１と保持基板１２の４つの溝１３との間に挟持される。
【００２８】
図１に戻って、面発光アレイ１は、スペーサ４を介して保持基板５上に搭載される。各面発光部３の光軸は、対応の貫通孔６，９の中心に位置決めされる。各光ファイバ１４の一方端面と該光ファイバの中心線との角度は略４５度になるように、各光ファイバ１４の一方端面が加工されている。各全反射ミラー１５は、対応の光ファイバ１４の一方端面に形成されている。全反射ミラー１５の中央部は、面発光部３の中央部に対向して設けられる。これにより、面発光部３の出射光を効率良く光ファイバ１４に導入することができる。
【００２９】
面発光部３は、送信装置(図示せず)の出力信号に応答して光αを出射する。外側の面発光部３の出射光αは、貫通孔６を通過して全反射ミラー１５で反射され、上層の光ファイバ１４に入射される。内側の面発光部３の出射光αは、貫通孔６，９を通過して全反射ミラー１５で反射され、下層の光ファイバ１４に入射される。光ファイバ１４に入射された光αは、光ファイバ１４の他方端面側に設けられた受光素子によって電気信号に変換され、受信装置(図示せず)に伝達される。
【００３０】
この実施の形態１では、光ファイバ１４を上下の２層に分散配置し、面発光アレイ１の外周部の面発光部３の出射光を上層の光ファイバ１４に導き、面発光アレイ１の内周部の面発光部３の出射光を下層の光ファイバ１４に導く。したがって、面発光部３の行列が３×３以上の場合や、面発光部３のピッチが光ファイバ１４の直径よりも小さい場合でも、積層数を適宜調整することにより、各面発光部３と光ファイバ１４を結合することができる。よって、面発光部３を高密度に集積化することができ、装置の小型化を図ることができる。また、面発光アレイ１の小型化による低コスト化を図ることができる。
【００３１】
また、保持基板５，８，１０にＶ字形状の溝７，１０，１１，１３を形成したので、光ファイバ１４と保持基板５，８，１０と面発光部３との位置決めを精度良く行なうことができる。
【００３２】
なお、この実施の形態１では、発光装置を光インタコネクション装置の一部として使用したが、これに限るものではなく、１６の光ファイバ１４の先端部を１つに束ねてバンドルファイバに接続し、バンドルファイバの出射光をレーザ加工に使用しても良い。その場合、この実施の形態１では、４方向から光ファイバ１４を取出したが、光ファイバ１４が束ねやすくなるように、光ファイバ１４の積層数を調整して１６の光ファイバ１４を１方向から取出してもよい。
【００３３】
[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による発光装置の構成を示す断面図である。図５において、この発光装置は、面発光アレイ２１を備える。面発光アレイ２１は、基板２２と、その表面に所定の間隔Ｌａで配置された複数（ここでは４つとする）の面発光部２３とを含む。
【００３４】
また、この発光装置は、スペーサ（たとえば、はんだボール）２４と、３枚の保持基板２５，２８，３２と、それぞれ４つの面発光部２３に対応して設けられた４つの光ファイバ１４とを含む。各光ファイバ１４の端部には、図１で示した全反射ミラー１５が設けられている。
【００３５】
保持基板２５には、４つの貫通孔２６が形成されている。４つの貫通孔２６は、それぞれ４つの面発光部２３に対応して所定のピッチＬａで配置されている。また、保持基板２５の下面には、２つのＶ字形状の溝２７が形成されている。２つの溝２７は、４つの面発光部２３のうちの奇数番の２つの面発光部２３にそれぞれ対応して設けられている。２つの溝２７は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝２７は、対応の貫通孔２６の下側の開口部から保持基板２５の端面まで形成されている。
【００３６】
保持基板２８には、２つの貫通孔２９が形成されている。２つの貫通孔２９は、それぞれ偶数番の２つの面発光部２３に対応して配置されている。また、保持基板２８の上面には、２つのＶ字形状の溝３０が形成されている。２つの溝３０は、４つの面発光部２３のうちの奇数番の２つの面発光部２３にそれぞれ対応して設けられている。２つの溝３０は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝３０は、対応の貫通孔２６の下側の開口部に対応する部分から保持基板２８の端面まで形成されている。光ファイバ１４は、保持基板２８の溝３０と保持基板２５の溝２７の間に挟まれる。これにより、保持基板２５，２８と光ファイバ１４が精度良く位置決めされる。
【００３７】
また、保持基板２８の下面には、２つのＶ字形状の溝３１が形成されている。２つの溝３１は、４つの面発光部３のうちの偶数番の２つの面発光部２３にそれぞれ対応して設けられている。２つの溝３１は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝３１は、対応の貫通孔２９の下側の開口部から保持基板２８の端面まで形成されている。
【００３８】
保持基板３２の上面には、２つのＶ字形状の溝３３が形成されている。２つの溝３３は、４つの面発光部３のうちの偶数番の２つの面発光部２３にそれぞれ対応して設けられている。２つの溝３３は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝３３は、対応の貫通孔２９の下側の開口部に対応する部分から保持基板３２の端面まで形成されている。
【００３９】
４つの光ファイバ１４のうちの奇数番の２つの面発光部２３に対応する２つの光ファイバ１４の一方端部は、それぞれ保持基板２５の２つの溝２７と保持基板２８の２つの溝３０との間に挟持される。４つの光ファイバ１４のうちの偶数番の２つの面発光部２３に対応する２つの光ファイバ１４の一方端部は、それぞれ保持基板２８の２つの溝３１と保持基板３２の２つの溝３３との間に挟持される。
【００４０】
面発光アレイ２１は、スペーサ２４を介して保持基板２５上に搭載される。各面発光部２３の光軸は、対応の貫通孔２６，２９の中心に位置決めされる。各光ファイバ１４の一方端面に形成されている全反射ミラー１５の中央部は、面発光部２３の中央部に対向して設けられる。これにより、面発光部２３の出射光を効率良く光ファイバ１４に導入することができる。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【００４１】
この実施の形態２では、光ファイバ１４を上下の２層に分散配置し、面発光アレイ２１の奇数番の面発光部２３の出射光を上層の光ファイバ１４に導き、面発光アレイ２１の偶数番の面発光部３の出射光を下層の光ファイバ１４に導く。したがって、面発光部２３のピッチＬａが光ファイバ１４の直径よりも小さい場合でも、各面発光部３と光ファイバ１４を結合することができる。よって、面発光部２３を高密度に集積化することができ、装置の小型化を図ることができる。また、面発光アレイ２１の小型化による低コスト化を図ることができる。
【００４２】
図６は、実施の形態２の比較例を示す断面図である。図６において、この発光装置は、面発光アレイ４１を備える。面発光アレイ４１は、基板４２と、その表面に所定の間隔Ｌｂで配置された４つの面発光部４３とを含む。
【００４３】
また、この発光装置は、スペーサ（たとえば、はんだボール）４４と、２枚の保持基板４５，４８と、それぞれ４つの面発光部４３に対応して設けられた４つの光ファイバ１４とを含む。各光ファイバ１４の端部には、図１で示した全反射ミラー１５が設けられている。
【００４４】
保持基板４５には、４つの貫通孔４６が形成されている。４つの貫通孔４６は、それぞれ４つの面発光部４３に対応して所定のピッチＬｂで配置されている。また、保持基板４５の下面には、４つのＶ字形状の溝４７が形成されている。４つの溝４７は、４つの面発光部４３にそれぞれ対応して設けられている。４つの溝４７は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝４７は、対応の貫通孔４６の下側の開口部から保持基板４５の端面まで形成されている。
【００４５】
保持基板４８の上面には、４つのＶ字形状の溝４９が形成されている。４つの溝４９は、４つの面発光部４３にそれぞれ対応して設けられている。４つの溝４９は図中紙面に垂直な方向に延在している。各溝４９は、対応の貫通孔４６の下側の開口部に対応する部分から保持基板４８の端面まで形成されている。
【００４６】
４つの光ファイバ１４の一方端部は、それぞれ保持基板４５の４つの溝４７と保持基板４８の４つの溝４９との間に挟持される。面発光アレイ４１は、スペーサ４４を介して保持基板４５上に搭載される。各面発光部４３の光軸は、対応の貫通孔４６の中心に位置決めされる。各光ファイバ１４の一方端面に形成されている全反射ミラー１５の中央部は、面発光部４３の中央部に対向して設けられる。
【００４７】
この比較例では、光ファイバ１４を１層に配置したので、面発光部４３のピッチＬｂが光ファイバ１４の直径よりも小さい場合は、各面発光部４３と光ファイバ１４を結合することができない。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の実施の形態１による発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した発光装置の組立て分解図である。
【図３】図２に示した保持基板の構成を示す図である。
【図４】保持基板の溝の作用を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２による発光装置の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態２の比較例を示す断面図である。
【図７】従来の発光装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２１，４１  面発光アレイ、２，２２，４２，７２  基板、３，２３，４３  面発光部、４，２４，４４，７３  スペーサ、５，８，１２，２５，２８，３２，４５，４８，７５  保持基板、６，９，２６，２９，４６，７４  貫通孔、７，１０，１１，１３，２７，３０，３１，３３，４７，４９  溝、１４，７６  光ファイバ、１５，７７  全反射ミラー、７１  面発光素子、α，β  光。
【図１】
2006106303.tif 000003
【図２】
2006106303.tif 000004
【図３】
2006106303.tif 000005
【図４】
2006106303.tif 000006
【図５】
2006106303.tif 000007
【図６】
2006106303.tif 000008
【図７】
2006106303.tif 000009