(57)【要約】【課題】−４０℃から８５℃までの温度範囲において使用しても、光半導体素子と光ファイバとの結合効率の変化が少なく、トラッキングエラーが小さい樹脂封止型光モジュールを得ることである。【解決手段】樹脂封止型光モジュールの構造が、少なくともレーザダイオード（ＬＤ）１ａとレンズ２と光ファイバ４とを有し、ＬＤ１ａと光ファイバ４とがレンズ２により光結合され、ＬＤ１ａとレンズ２との間の少なくとも光路を構成する部分が封止用の透明樹脂３で満たされ、且つ、レンズ２と光ファイバ４との間の少なくとも光路を構成する部分に空隙を有するものとする。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子とレンズと光ファイバとを有し、前記光半導体素子と前記光ファイバとが前記レンズにより光結合され、前記光半導体素子と前記レンズとの間の少なくとも光路を構成する部分が透明樹脂で満たされ、且つ、前記レンズと前記光ファイバとの間の少なくとも光路を構成する部分に空隙を有する樹脂封止型光モジュール。
【請求項２】
光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記透明樹脂の光ファイバに対向する面が、平面であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型光モジュール。
【請求項３】
光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記透明樹脂の光ファイバに対向する面が、凸面レンズの形状であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型光モジュール。
【請求項４】
光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記レンズの光ファイバに対向する側が前記透明樹脂から露出していることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型光モジュール。
【請求項５】
透明樹脂の光ファイバに対向する平面に接して、光学透明な板が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂封止型光モジュール、特にレンズで光半導体素子と光ファイバとがレンズで結合された樹脂封止型光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の樹脂封止型光モジュールにおいては、少なくとも、光半導体素子とレンズと光ファイバとからなる各光部品を有して構成されており、少なくともそれらの光部品間の空間が固形の透光性有機材料で満たさている。前記固形の透光性有機材料には、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂が挙げられ、この固形の透光性有機材料の屈折率ｎ２と前記レンズの屈折率ｎ１とはｎ１＞ｎ２の関係となっている。そして、レンズにより、光半導体素子と光ファイバとが光学的に結合されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７１５７２号公報（第５−６頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に光モジュールは−４０℃から８５℃までの温度範囲で安定した特性を有することが求められている。しかし、前記従来の樹脂封止型光モジュールは、光半導体素子とレンズと光ファイバとの光部品間の空間が固形で透光性の、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂またはウレア系樹脂で満たされており、これら樹脂の屈折率は温度依存性を有している。そのため、前記従来の樹脂封止型光モジュールでは、樹脂内に設置されたレンズの焦点距離が温度により変化し、光半導体素子と光ファイバとの結合効率が大きく変化する。すなわち、前記従来の樹脂封止型光モジュールでは、温度変化による光出力の変動（トラッキングエラー）が大きいという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、例えば−４０℃から８５℃までの温度範囲において使用しても、光半導体素子と光ファイバとの結合効率の変化が少なく、トラッキングエラーが小さい樹脂封止型光モジュールを得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる樹脂封止型光モジュールにおいては、光半導体素子とレンズと光ファイバとを有し、前記光半導体素子と前記光ファイバとが前記レンズにより光結合され、前記光半導体素子と前記レンズとの間の少なくとも光路を構成する部分が透明樹脂で満たされ、且つ、前記レンズと前記光ファイバとの間の少なくとも光路を構成する部分に空隙を有するものである。
【０００７】
また、光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記透明樹脂の光ファイバに対向する面が平面または凸面レンズの形状のものであるか、前記レンズの光ファイバに対向する側が前記透明樹脂から露出しているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における樹脂封止型光モジュールの光結合構造を示す図である。
図１にあるように、本実施の形態における樹脂封止型光モジュールの光結合部は、光半導体素子１とレンズ２とが透明樹脂３で封止されており、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面は平面形状となっている。光ファイバ４は、光半導体素子１とレンズ２とを結ぶ光路の延長線上に、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面から空隙を設けて設置されている。また、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面は、平面であり、光半導体素子１と光ファイバ４とを結ぶ光路の軸に対して、時計方向で８２度〜９８度の角度範囲にあれば良い。この角度が８２度未満または９８度より大きいと、レーザ光の屈折成分が多くなり、光半導体素子１と光ファイバ４との結合効率が低下する。
光半導体素子１には、発光素子のレーザーダイオード（ＬＤ）や受光素子のフォトダイオード（ＰＤ）が用いられる。レンズ２は、例えば球レンズが用いられるが、機能をはたせば他の形のレンズでも良く、その材質は、シリコンなど屈折率の大きい材料が好ましい。透明樹脂３には、成形性の面からエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。
【０００９】
図２は、図１の光結合構造を備えた樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。図２にあるように、本実施の形態の樹脂封止型光モジュール２０では、ＬＤ１ａとモニター用ＰＤ１ｂと球レンズ２とがシリコンオプティカルベンチ５に搭載されており、このシリコンオプティカルベンチ５が外部リード８を備えた基板７に実装されている。そして、基板７上にあるＬＤ１ａとＰＤ１ｂと球レンズ２とシリコンオプティカルベンチ５とは、透明樹脂３で封止されている。封止方法としては、例えば、金型を用いるトランスファーモールド法や注型法が挙げられる。
光ファイバ４は、透明樹脂３から間隔をあけて、基板７に設けられた台座６のＶ溝に接着樹脂９で接着固定されている。光ファイバ４の接着固定は、アクティブアライメントにより、ＬＤ１ａの出射光と光ファイバ４の光学結合が最大となる位置で行う。
台座６は、別途作製し基板７に接着して設けてもよく、透明樹脂３の封止時に同時に透明樹脂の成形で作製して設けても良い。
また、透明樹脂３の光ファイバ４に対向する面以外の部分と光ファイバに対向する面の光路部以外の部分とを不透明な樹脂で覆っても良い。
【００１０】
すなわち、本実施の形態の樹脂封止型光モジュール２０は、少なくともＬＤ１ａと球レンズ２とが透明樹脂３に封入されており、透明樹脂３と光ファイバ４との間の光路に空隙を有するものであるので、−４０℃〜８５℃の温度範囲の使用においても、式（１）で定義されるＬＤ１ａと光ファイバ４との結合効率（η）の変化が少なく、式（２）で定義されるトラッキングエラー（Ｅｒ）が小さくできる。
η＝１０ｌｏｇ１０（Ｐｆ／Ｐｏ）　　　　　　　（１）
ただし、η：結合効率（ｄＢ）、Ｐｆ：光ファイバに結合した光量（ｍＷ）、Ｐｏ：ＬＤの発光光量（ｍＷ）
Ｅｒ＝｜ηｍａｘ−ηｍｉｎ｜　　　　　　　　　　（２）
ただし、Ｅｒ：トラッキングエラー（ｄＢ）、ηｍａｘ：使用温度範囲における最大結合効率（ｄＢ）、ηｍｉｎ：使用温度範囲における最小結合効率（ｄＢ）
【００１１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における樹脂封止型光モジュールの光結合構造を示す図であり、図４は、図３の光結合構造を備えた樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール３０は、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面が凸面形状となっている以外、実施の形態１と同様である。
【００１２】
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール３０は、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面が凸面形状となっており、透明樹脂３がレンズを形成するので、結合効率が向上するとともに、透明樹脂３と光ファイバ４との間の光路に設ける空隙を短くしても、実施の形態１と同様のトラッキングエラーの小さい樹脂封止型光モジュールとなる。
【００１３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール４０は、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面にレンズ２の一部が露出している以外、実施の形態１と同様である。
【００１４】
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール４０は、レンズ２と光ファイバ４との間の光路に透明樹脂３が全くないので、形状がコンパクトで、トラッキングエラーがさらに小さい樹脂封止型光モジュールとなる。
【００１５】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４における樹脂封止型光モジュールの側面（ａ）と上面（ｂ）との断面模式図である。
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール５０は、透明樹脂３の光ファイバ４と対向する面に接して透明板１０があり、透明樹脂３の前記光ファイバ４と対向する面以外の側面に接してコの字型の枠１１がある以外、実施の形態１と同様である。光ファイバ４は、透明板１０に対向し空隙を設けて設置されている。透明板１０とコの字型の枠１１と基板７とで形成される箱体に蓋を設けても良い。
本実施の形態の樹脂封止型光モジュール５０では、実施の形態１における効果に加え、透明板１０とコの字型の枠１１と基板７とで箱体が形成されているので、金型を用いない注型法により、少なくともＬＤ１ａとレンズ２とを透明樹脂３にて封止でき、樹脂封止が簡便にできる。
【００１６】
【実施例】
本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００１７】
実施例１．
本実施例では、発信波長が１３００ｎｍ、スポットサイズが１μｍで屈折率が３．４５であるＬＤ１ａと、半径５００μｍで屈折率が３．４５であるシリコンの球レンズ２と、２５℃の屈折率が１．５６で屈折率の温度係数が−１．５３×１０−４℃−１であるエポキシ樹脂の透明樹脂３と、スポットサイズ５μｍで屈折率１．４５である光ファイバ４とを用い、トランスファーモールド法により樹脂封止し、実施の形態１に示す構造の樹脂封止型光モジュール２０を作製する。
本実施例の樹脂封止型光モジュール２０では、ＬＤ１ａと球レンズ２との距離（ｄ１）は５０μｍ、球レンズ２と透明樹脂３の光ファイバに対向する面との距離（ｄ２）は１００μｍ、透明樹脂３の光ファイバに対向する面と光ファイバ４との距離（ｄ３）は１３４４μｍとし、空隙部の光路長Ｌ２＝ｄ３と透明樹脂部の光路長Ｌ１＝（ｄ１＋ｄ２）との比Ｌ２／Ｌ１は９．０である。
【００１８】
本実施例の樹脂封止型光モジュール２０における−４０℃〜８５℃の温度範囲の結合効率を測定し、前記（２）式からトラッキングエラーを求め、表１に示した。本実施例の樹脂封止型光モジュールのトラッキングエラーは０．８ｄＢと小さかった。
【００１９】
実施例２、３．
ｄ３を表１に示すものとした以外実施例１と同様の樹脂封止型光モジュール２０として、トラッキングエラーを求め、表１に示した。
すなわち、表１から明らかなように、実施の形態１に示す構造の樹脂封止型光モジュールでは、空隙部の光路長と透明樹脂部の光路長との比Ｌ２／Ｌ１が１．０から１０．０の範囲のものでも、トラッキングエラーが小さかった。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
実施例４．
実施例１のＬＤ１ａと球レンズ２と透明樹脂３と光ファイバ４とを用い、トランスファーモールド法により樹脂封止し、実施の形態２に示す構造の樹脂封止型光モジュール３０を作製する。
本実施例の樹脂封止型光モジュール３０では、ＬＤ１ａと球レンズ２との距離（ｄ１）は５０μｍ、透明樹脂３の凸レンズ面の半径は１５００μｍ、球レンズ２と透明樹脂３の光ファイバに対向する凸レンズ面との距離（ｄ４）は１００μｍ、透明樹脂３の光ファイバに対向する凸レンズ面と光ファイバ４との距離（ｄ５）は３３６μｍとし、空隙部の光路長Ｌ２＝ｄ５と透明樹脂部の光路長Ｌ１＝（ｄ１＋ｄ４）との比Ｌ２／Ｌ１は２．２である。
本実施例の樹脂封止型光モジュール３０における−４０℃〜８５℃の温度範囲の結合効率を測定し、前記（２）式からトラッキングエラーを求め、表２に示した。本実施例の樹脂封止型光モジュールは、ｄ５が短くＬ２／Ｌ１が小さくてもトラッキングエラーが０．３ｄＢと特に小さかった。
【００２２】
実施例５、６．
ｄ５を表２に示すものとした以外実施例４と同様の樹脂封止型光モジュール３０として、トラッキングエラーを求め、表２に示した。
すなわち、実施の形態２に示す構造の樹脂封止型光モジュール３０では、空隙部の光路長と透明樹脂部の光路長との比Ｌ２／Ｌ１が０．２から１０．０の範囲のものでも、トラッキングエラーが小さかった。
つまり、実施の形態２に示す構造の樹脂封止型光モジュール３０では、実施の形態１に示す構造の樹脂封止型光モジュー２０よりコンパクトで、しかもトラッキングエラーがさらに小さいものが実現できる。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
実施例７．
実施例１のＬＤ１ａと球レンズ２と透明樹脂３と光ファイバ４とを用い、トランスファーモールド法により樹脂封止した実施の形態３に示す構造の樹脂封止型光モジュール４０を作製する。
ＬＤ１ａと球レンズ２との距離（ｄ１）は５０μｍ、球レンズ３と光ファイバ４との距離（ｄ７）は４５０μｍとし、空隙部の光路長Ｌ２＝ｄ７と透明樹脂部の光路長Ｌ１＝ｄ１との比Ｌ２／Ｌ１は９．０となる。
本実施例の樹脂封止型光モジュール４０における−４０℃〜８５℃の温度範囲の結合効率を測定し、前記（２）式からトラッキングエラーを求めた。本実施例の樹脂封止型光モジュールのトラッキングエラーは０．５ｄＢと小さかった。
つまり、実施の形態３に示す構造の樹脂封止型光モジュール４０では、実施の形態１に示す構造の樹脂封止型光モジュー２０よりコンパクトで、しかもトラッキングエラーが小さいものが実現できる。
【００２５】
実施例８．
ＬＤ１ａと球レンズ２と光ファイバ４とは実施例１と同様のものを用い、２５℃における屈折率が１．４１で屈折率の温度係数が−４．２２×１０−４℃−１であるシリコーン樹脂の透明樹脂３と、屈折率が１．５で厚さが２００μｍのガラス板の透明板１０と、ポリフェニレンサルファイド樹脂のコの字型の枠１１とを用い、注型法により樹脂封止した実施の形態４に示す構造の樹脂封止型光モジュール５０を作製する。
【００２６】
ＬＤ１ａと球レンズ２との距離（ｄ１）は３０μｍ、球レンズ２と透明板１０との距離（ｄ８）は１００μｍ、透明板１０の光ファイバに対向する面と光ファイバ４との距離（ｄ９）は９１９μｍとし、空隙部の光路長Ｌ２＝ｄ９と透明樹脂部の光路長Ｌ１＝（ｄ１＋ｄ８）との比Ｌ２／Ｌ１は７．１となる。
本実施例の樹脂封止型光モジュール４０における−４０℃〜８５℃の温度範囲の結合効率を測定し、前記（２）式からトラッキングエラーを求めた。本実施例の樹脂封止型光モジュールのトラッキングエラーは１．５ｄＢと小さかった。
【００２７】
比較例１．
図７は、比較例１における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。本比較例における樹脂封止型光モジュールは、レンズ２と光ファイバ４との間の光路と光ファイバ４とが透明樹脂３で封止されている。
本比較例で用いられる、ＬＤ１ａと球レンズ２と透明樹脂３と光ファイバ４ととは、実施例８のものと同様である。
ＬＤ１ａと球レンズ２との距離は２０μｍ、球レンズ２と光ファイバ４との距離は１７５２μｍとする。
本比較例の樹脂封止型光モジュールにおける−４０℃〜８５℃の温度範囲の結合効率を測定し、前記（２）式からトラッキングエラーを求めた。本比較例の樹脂封止型光モジュールのトラッキングエラーは２．１ｄＢと大きかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係わる樹脂封止型光モジュールにおいては、光半導体素子とレンズと光ファイバとを有し、前記光半導体素子と前記光ファイバとが前記レンズにより光結合され、前記光半導体素子と前記レンズとの間の少なくとも光路を構成する部分が透明樹脂で満たされ、且つ、前記レンズと前記光ファイバとの間の少なくとも光路を構成する部分に空隙を有するものであり、光半導体素子と光ファイバとの結合効率の温度変化が少なく、トラッキングエラーが小さい樹脂封止型光モジュールを得ることができる。
【００２９】
また、本発明に係わる樹脂封止型光モジュールにおいては、光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記透明樹脂の光ファイバに対向する面が凸面レンズの形状のものであり、前記レンズと前記光ファイバとの間の光路に設ける空隙を狭くでき、結合効率が大きく、コンパクトでトラッキングエラーが小さい樹脂封止型光モジュールを得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係わる樹脂封止型光モジュールにおいては、光半導体素子とレンズとが透明樹脂に封入されており、前記レンズの光ファイバに対向する側が前記透明樹脂から露出しているものであり、前記レンズと前記光ファイバとの間の光路に設ける空隙を狭くでき、コンパクトでトラッキングエラーが小さい樹脂封止型光モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における樹脂封止型光モジュールの光結合構造を示す図である。
【図２】実施の形態１における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
【図３】実施の形態２における樹脂封止型光モジュールの光結合構造を示す図である。
【図４】実施の形態２における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
【図５】実施の形態３における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
【図６】実施の形態４における樹脂封止型光モジュールの側面（ａ）と上面（ｂ）との断面模式図である。
【図７】比較例１における樹脂封止型光モジュールの側面断面模式図である。
【符号の説明】
１　光半導体素子、１ａ　ＬＤ、１ｂ　ＰＤ、２　レンズ、３　透明樹脂、４光ファイバ、５　シリコンオプティカルベンチ、６　台座、７　基板、８　外部リード、９　接着樹脂、１０　透明板、１１　枠、２０，３０，４０，５０　樹脂封止型光モジュール。
【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】
2004133117.tif 000009
【図６】
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【図７】
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