(57)【要約】本発明は、自立型平行板ビームスプリッタ、その製作方法、およびその自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造を開示する。本発明に係る自立型平行板ビームスプリッタは、製作が容易であり、多様な形態のレーザーダイオードパッケージに適用できるように自立可能な平行板型に製作され、この自立型平行板ビームスプリッタを用いて双方向通信が可能なレーザーダイオードパッケージ、トリプレクサ機能を有するレーザーダイオードパッケージ、波長固定機能を有するレーザーダイオードパッケージ、およびレーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光の一部を用いてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する前面監視機能を有するレーザーダイオードパッケージを容易に実現することができる。
2010522349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光の波長に応じて光を反射または透過させて光を分離する機能を行うビームスプリッタにおいて、
基板の両面に設けられた前面傾斜面および後面傾斜面が底面と４５°の角度を成し、前記底面が平らなサブマウントの上面に付着すると、前面傾斜面と後面傾斜面がサブマウントの上面と４５°の傾斜角を形成し、
前記前面傾斜面および前記後面傾斜面に、特定波長の光に対して所定の比率の透過率または反射率を持つように誘電体薄膜または金属薄膜が蒸着されることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタ。
【請求項２】
前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面と前記底面との間には、前面傾斜面と前記底面の一部を切断する切断面が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自立型平行板ビームスプリッタ。
【請求項３】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法であって、
（ａ）シリコンインゴットからシリコンウェーハを｛１００｝面に対して９．７４°チルトされるように切り取り、このシリコンウェーハの上面の一部をフォトレジストで塗布する段階と、
（ｂ）前記シリコンウェーハのエッチングされるべき部分のフォトレジストをフォトリソグラフィー方法で除去する段階と、
（ｃ）フォトレジストの除去された部分を異方性エッチング溶液でエッチングし、露出面を、｛１００｝面に対して５４．７４°の傾斜角を持つ｛１１１｝面に形成する段階と、
（ｄ）入射する光の波長に応じて所定の比率の透過率または反射率を持つように、シリコンウェーハの下面に誘電体薄膜または金属薄膜を蒸着する段階と、
（ｅ）入射する光の波長に応じて所定の比率の透過率または反射率を持つように、前記｛１１１｝面を含むシリコンウェーハの上面に誘電体薄膜または金属薄膜を蒸着する段階と、
（ｆ）前記シリコンウェーハを切断して自立型平行板ビームスプリッタに完成する段階とを含んでなることを特徴とする、自立型ビームスプリッタの製作方法。
【請求項４】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法であって、
（ａ）入射する光の波長に応じて所定の比率の透過率または反射率を持つように、シリコンまたはガラス平行板の一面に誘電体薄膜または金属薄膜を蒸着する段階と、
（ｂ）入射する光の波長に応じて所定の比率の透過率または反射率を持つように、前記シリコンまたはガラス平行板の他面に誘電体薄膜または金属薄膜を蒸着する段階と、
（ｃ）前記平行板を前記平行板の断面に対して４５°の角度を持つようにソーイングし、自立型平行板ビームスプリッタに完成する段階とを含んでなることを特徴とする、自立型ビームスプリッタの製作方法。
【請求項５】
前記平行板をソーイングする段階（ｃ）において、
前記平行板は、断面に突出部位を有する４５°の楔状回転鋸歯を用いてソーイングされることにより、下面と傾斜面との間に、下面と傾斜面を切断する切断面が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の自立型平行板ビームスプリッタの製作方法。
【請求項６】
前記平行板をソーイングする段階（ｃ）において、
前記平行板は、ドライエッチングまたはレーザーによってソーイングされることを特徴とする、請求項４に記載の自立型平行板ビームスプリッタの製作方法。
【請求項７】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタ、レーザーダイオードチップおよび受信用フォトダイオードチップが一つのパッケージハウジングに内蔵される双方向通信用レーザーダイオードパッケージであって、
前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は、レーザーダイオードチップから放出される波長のレーザー光は反射させてパッケージの外部の光ファイバーに放出し、パッケージの外部の光ファイバーから入射する波長のレーザー光は透過して受信用フォトダイオードチップへ伝達することができるように、単層の誘電体薄膜または屈折率の異なる複層の誘電体薄膜でコートされることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項８】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面の一側にレーザーダイオードチップが配置され、後面傾斜面の他側に監視用受光素子が配置されるＴＯ型レーザーダイオードパッケージであって、
前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は、レーザーダイオードチップの前面から放出されるレーザー光の一部を反射させてパッケージの外部に放出することができるように、単層の誘電体薄膜または屈折率の異なる複層の誘電体薄膜でコートされ、
前記前面傾斜面で反射されていない残りのレーザー光は、前記前面傾斜面を透過して後面傾斜面を介して監視用フォトダイオードチップに照射されるようにして、
レーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光の一部を用いてレーザーダイオードの動作状態を監視することができるようにすることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項９】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタ、レーザーダイオードチップおよび２つの受信用フォトダイオードチップが一つのパッケージハウジングに内蔵される双方向通信用トリプレクサレーザーダイオードパッケージであって、
前記自立型平行板ビームスプリッタの側面には、前面傾斜面に向かってレーザー光を発散するレーザーダイオードチップが配置され、前記自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面の下部には、後面傾斜面を介して光ファイバーから入射する１４９０ｎｍ帯域信号用波長のレーザー光を受信する受信用フォトダイオードチップ、および１５５０ｎｍ帯域信号用波長のレーザー光を受信する受信用フォトダイオードチップが配置されることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１０】
前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は、１３１０ｎｍ帯域波長帯のレーザー光を透過させ、１４９０ｎｍ帯域波長帯のレーザー光を反射させ、前記自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面は、１３１０ｎｍ帯域波長および１４９０ｎｍ帯域波長のレーザー光を透過させ、１５５０ｎｍ帯域波長帯のレーザー光を反射させることを特徴とする、請求項９に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１１】
請求項１の２つの自立型平行板ビームスプリッタ、レーザーダイオードチップおよび２つの受信用フォトダイオードチップが一つのパッケージハウジングに内蔵される双方向通信用トリプレクサレーザーダイオードパッケージであって、
前記レーザーダイオードチップの側面に配置され、レーザーダイオードチップから発散される波長のレーザー光は透過させ、光ファイバーから入射する１４９０ｎｍ帯域信号用波長のレーザー光は下部に反射させる１４９０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタと、前記レーザーダイオードチップから発散される波長のレーザー光と外部の光ファイバー部から入射する１４９０ｎｍ帯域波長のレーザー光は透過させ、１５５０ｎｍ帯域波長帯のレーザー光は下部に反射させる１５５０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタとが一列に配置され、
前記１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタの下部には１４９０ｎｍ帯域波長のレーザー光を感知するための１４９０ｎｍ帯域受信用フォトダイオードチップが配置され、前記１５５０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタの下部には１５５０ｎｍ帯域波長のレーザー光を感知するための１５５０ｎｍ帯域受信用フォトダイオードチップが配置されることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１２】
前記１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は、１３１０ｎｍ帯域波長を透過させ、後面傾斜面は１３１０ｎｍ帯域波長を透過させ且つ１４９０ｎｍ帯域波長を反射させるように、屈折率が相対的に高い或いは低い複数の誘電体薄膜を交互に蒸着し、
前記１５５０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は１３１０ｎｍ帯域波長と１４９０ｎｍ帯域波長を透過させ、後面傾斜面は１３１０ｎｍ帯域波長と１４９０ｎｍ帯域波長を透過させ且つ１５５０ｎｍ帯域波長を反射させるように、屈折率が相対的に高い或いは低い複数の誘電体薄膜を交互に蒸着してなされることを特徴とする、請求項１１に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１３】
前記自立型平行板ビームスプリッタの側面には、前記自立型平行板ビームスプリッタから伝達されるレーザー光を前面傾斜面で反射して上部の光ファイバーへ伝達し、光ファイバーから伝達されるレーザー光を前面傾斜面で反射して前記自立型平行板ビームスプリッタへ伝達する反射用自立型平行板ビームスプリッタがさらに設置されることを特徴とする、請求項９または１１に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１４】
２つのＴＯ型光モジュールを直角で配置し、２つのＴＯ型光モジュールの光軸の交点にビームスプリッタを配置する双方向通信用トリプレクサレーザーダイオードパッケージにおいて、
前記２つのＴＯ型光モジュールのうち、いずれか一つのＴＯ型光モジュールは、１５５０ｎｍ波長を受信する受信用ＴＯ型光モジュールであり、もう一つのＴＯ型光モジュールは、請求項７の双方向通信用レーザーダイオードパッケージであって、１３１０ｎｍ波長のレーザー光を送信し且つ１４９０ｎｍのレーザー光を受信する双方向通信機能を有するＴＯ型光モジュールであり、
前記２つのＴＯ型光モジュールの光軸の交点にあるビームスプリッタは、１５５０ｎｍ波長のレーザー光を反射させ且つ１４９０ｎｍ波長および１３１０ｎｍ波長のレーザー光を透過させることを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１５】
請求項１の自立型平行板ビームスプリッタが備えられた双方向通信機能を有するレーザーダイオードパッケージであって、
レーザー光を放出するレーザーダイオードチップと；前記レーザーダイオードチップの後面から放出されるレーザー光を感知する後面監視用フォトダイオードチップと；前記レーザーダイオードチップの前面から放出されるレーザー光に対して一部反射、一部透過の特性を有する前面傾斜面が形成された自立型平行板ビームスプリッタと；前記自立型平行板ビームスプリッタを透過するレーザー光の狭い波長領域を選択して透過させる狭い線幅フィルターと；前記狭い線幅フィルターを透過するレーザー光を感知する前面監視用フォトダイオードチップと；が一列に配置され、波長固定機能を行うことを特徴とする、自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１６】
前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面は、上部の光ファイバーから発散されてくるレーザー光に対して透過特性を有し、前記自立型平行板ビームスプリッタの下部には、前記光ファイバーから発散されて前記自立型平行板ビームスプリッタを透過してくる光信号を受信するための受信用フォトダイオードチップがさらに備えられていることを特徴とする、請求項１５に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１７】
前記後面監視用フォトダイオードチップ、レーザーダイオードチップ、自立型平行板ビームスプリッタ、狭い線幅フィルター、および前面監視用フォトダイオードチップは熱電素子の上部に配置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１８】
前記レーザーダイオードパッケージには、前記受信用フォトダイオードチップを介して受信される光信号を増幅するための前置増幅器がさらに設置されることを特徴とする、請求項７、９、１１および１６のいずれか１項に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項１９】
前記レーザーダイオードパッケージには、前記レーザーダイオードチップから発散されるレーザー光を平行光にするためのレンズがさらに設置されることを特徴とする、請求項７、８、９、１１および１５のいずれか１項に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２０】
前記フォトダイオードチップは、フォトダイオードチップサブマウントの上部に設置され；
前記フォトダイオードチップの側面、およびフォトダイオードチップと前記フォトダイオードチップが取り付けられるサブマウントとの間の空間に、レーザー光に対して不透明で電気的絶縁の性質を有する物質が充填されることを特徴とする、請求項７、８、９、１１および１６のいずれか１項に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２１】
前記レーザーダイオードチップは第２サブマウントの上部に固着され、前記第２サブマウントと前記自立型平行板ビームスプリッタは第１サブマウントの上部に固着されることを特徴とする、請求項７、８、９、１１、１５および１６のいずれか１項に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２２】
前記レーザーダイオードチップは第２サブマウントの上部に固着され、前記第２サブマウントと前記自立型平行板ビームスプリッタは第１サブマウントの上部に固着され、前記受信用フォトダイオードチップは第１サブマウントの内側に設置されることを特徴とする、請求項７、９、１１および１６のいずれか１項に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２３】
前記第１サブマウントは、受信用フォトダイオードチップをそれぞれ内側に収納することが可能な「コ」字状の溝を有することを特徴とする、請求項２２に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２４】
前記第２サブマウントは、自立型平行板ビームスプリッタと同一の構造を有することを特徴とする、請求項２１または２２に記載の自立型平行板ビームスプリッタを用いたレーザーダイオードパッケージ構造。
【請求項２５】
前記第２サブマウントは、前記自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面と密接に接触するように第１サブマウントの上部に設置されることを特徴とする、請求項２４に記載の通信用光モジュールパッケージ構造。
【請求項２６】
前記受信用フォトダイオードチップは受信用フォトダイオードチップサブマウントの上部に設置され、前記受信用フォトダイオードチップは受信用フォトダイオードチップサブマウントとフリップチップ接続されることを特徴とする、請求項７、９、１１および１６のいずれか１項に記載の双方向通信用光モジュールパッケージ構造。
【請求項２７】
前記パッケージハウジングはＴＯ型パッケージハウジングであることを特徴とする、請求項７、９、１１および１５のいずれか１項に記載の双方向通信用光モジュールパッケージ構造。
【請求項２８】
前記パッケージハウジングは、ミニディル、ミニフラットまたはバタフライ型のパッケージハウジングであることを特徴とする、請求項９または１１に記載の双方向通信用光モジュールパッケージ構造。
【請求項２９】
光ファイバーから発散される光信号の光軸が自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面に到達する自立型平行板ビームスプリッタの底面からの最小高さは、
空気中の屈折率がｎ１、自立型平行板ビームスプリッタの屈折率がｎ２、光軸の空気中における自立型平行板ビームスプリッタへの入射角がθ１、θ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２×ｓｉｎθ１／ｎ２）で与えられるとき、
数式ｈ＝ｔ×ｃｏｓ（４５°−θ２）／ｃｏｓθ２
で計算されることを特徴とする、請求項７、８、９、１１、１５および１６のいずれか１項に記載のレーザーダイオードパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自立型平行板ビームスプリッタ、その製作方法、およびそれを用いたレーザーダイオードパッケージ構造に係り、さらに詳しくは、波長に応じて光を反射または透過するビームスプリッタを、自立可能な平行板型に製作する方法、前記自立型平行板ビームスプリッタを用いて製作される双方向通信用レーザーダイオードパッケージ構造、およびトリプレクサ(triplexer)と波長固定(wavelength locking)機能を有するレーザーダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量の情報伝送および高速の情報通信のために光を情報伝送の媒介とする光通信が一般化されている。その結果、横および縦の長さがそれぞれ０．３ｍｍ程度の半導体レーザーダイオードチップを用いて、１０Ｇｂｐｓ(giga bit per sec)の電気信号を容易にレーザー光へ変換することができ、半導体受光素子を用いて、光ファイバーを介して伝送されてくる光信号を容易に電気信号へ変換することができる。光は非常に特異な特性を有するエネルギー波であって、ある地域に同時に存在する複数の光が相互作用を行うためには、相互作用の対象となる光が同一の波長、同一の位相および同一の進行方向を持たなければならない。よって、光は相互間の干渉性が非常に低い。このような光の特性を用いて、異なる波長を有する光を同時に１本の光ファイバーを介して伝送する波長分割（Wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）方式の光通信が好まれている。
【０００３】
このようなＷＤＭ方式の光通信は、信号の伝送媒質である光ファイバーの共有を可能にすることにより、光ファイバーの布設によるコストを減らすという点において、非常に経済的な通信方法である。このようにＷＤＭ方式は、異なる波長を有する複数のレーザー光を１本の光ファイバーを介して信号として伝送／受信する技術であって、１本の光ファイバーを用いた情報伝送の容量を極大化することができるという点から、通信の様々な部分で商用化が進んでいる技術である。ＷＤＭ方式は、レーザー光の波長差異が大きい場合に使用されるＣＷＤＭ(Coarse WDM)方式と、ＤＷＤＭ(Dense WDM)方式に分けられる。
【０００４】
ＣＷＤＭ方式は、１３００ｎｍ波長帯域のレーザー光、および１４９０ｎｍまたは１５５０ｎｍ波長帯域のレーザー光を用いて通信を行う通信方式と、１３００ｎｍ、１４９０および１５５０ｎｍの波長を同時に使用する通信方式に区分することができる。最近、光ファイバーを通信加入者の家内まで連結するＦＴＴＨ(fiber to the home)が一般化されている趨勢にある。光ファイバーを通信加入者の家内まで引き込んで光通信を行うＦＴＴＨ方式では、通信加入者の家内で光信号を生成して光通信の基地局へ送る上り方向の光通信、および光通信の基地局から伝送されてくる光信号を電気信号に変換する下り方向の光通信が必要である。上り方向の光通信信号を処理する光ファイバーと、下り方向の光通信信号を処理する光ファイバーを別途に布設して光通信を行う方法があるが、このような方法は光ファイバーの浪費をもたらす。
【０００５】
したがって、最近では、１本の光ファイバーを介して上り方向の光信号および下り方向の光信号を伝送する双方向光通信方法が広く採用されている。光ファイバーを介して下り方向に伝送されてくる光信号を受信して電気信号に変換する光受信素子と、電気信号を光信号に変換して光ファイバーを介して伝送する光送信素子とを一体化することにより１本の光ファイバーと光結合するように製作されたモジュールを、ＢｉＤｉ(Bidirectional)モジュールと通称している。ＢｉＤｉモジュールは、１本の光ファイバーに光送信器と光受信器を同時に光学的に接続させなければならないので、光の波長に応じて光の進行方向を調節する機能が必要となる。
【０００６】
図１は現在商用化されている典型的なＢｉＤｉモジュールの概略図である。この種のＢｉＤｉモジュールは、ＴＯ(transistor outline)型レーザーダイオードモジュールおよびＴＯ型受光モジュールを根幹として製作される。図１のような構造において、光ファイバー２から発散される波長の光信号は、波長選択性を有する４５°のフィルター３で進行方向が９０°変えられて下部のＴＯ型受光素子５に入射して電流信号に変換される。ＴＯ型レーザーダイオードモジュール４から発散する波長のレーザー光は、４５°フィルター３を貫通した後、光ファイバー２に集束する。波長に応じて光を反射または透過させて光を分離する機能付きのフィルターをビームスプリッタ(beam splitter)と呼ぶ。よって、ＢｉＤｉのような双方向光通信のためのモジュールにおいては、波長に応じて光の進行経路を変えるビームスプリッタが非常に重要な役割を果たすが、このようなビームスプリッタには、波長に応じて光を透過または反射する特性を有する物質が蒸着される。ところが、このような従来のＢｉＤｉモジュールは、上り方向の光信号と下り方向の光信号を分離処理するためには２つのＴＯ型光モジュールとビームスプリッタが必要であり、これらを固定させるハウジング１がさらに必要であるなど、非常に複雑で多くの部品がかかるため、生産コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
また、ビームスプリッタ、ＴＯ型レーザーダイオードモジュールおよびＴＯ型受光素子を組み立てるとき、ビームスプリッタの取付角度が所望の角度から外れることが発生しうる。このようにビームスプリッタの取付角度が所望の角度から外れると、光ファイバーから発散されてビームスプリッタによって反射されてからＴＯ型受光素子内のフォトダイオードチップに入射する光の位置が変わる。フォトダイオードチップに入射する光の位置は、ビームスプリッタの取付角度の精度、およびビームスプリッタからフォトダイオードチップまでの距離によって決定される。ビームスプリッタとフォトダイオードチップ間の距離が近い場合には、ビームスプリッタの整列誤差、およびフォトダイオードチップに入射する光の位置誤差が小さくなるので、フォトダイオードチップの位置合わせが容易になるという利点がある。よって、ビームスプリッタとフォトダイオードチップ間の距離を減らすことは、組立の精度を容易に上げることが可能な方法となって、生産性を高めることが可能な重要な要素になる。本説明では、ビームスプリッタとフォトダイオードチップ間の距離を用いて説明したが、このような論議は、ビームスプリッタとレーザーダイオードモジュール内のレーザーダイオードチップ間の距離にも適用される論議である。したがって、ビームスプリッタとレーザーダイオードチップ間の距離を減らし、ビームスプリッタとフォトダイオードチップ間の距離を減らすことは、単に空間を減らすという意味だけでなく、各構成光部品の整列誤差に対するマージンを大きくする方法であり、それにより組立生産性を高められる重要な方法となる。よって、レーザーダイオードチップとビームスプリッタ間の距離、またはビームスプリッタとフォトダイオードチップ間の距離を最小化することが可能な方法があれば、これは生産性を高められる非常に重要な技術的要素となる。
【０００８】
一方、レーザーダイオードモジュールから発散されるレーザー光はビームスプリッタの傾斜面で反射させて進行方向を変え、受信用レーザー光はビームスプリッタの傾斜面をそのまま透過させる方法を用いたＢｉＤｉモジュールの組立方法について幾つか提案されている。
【０００９】
図２はこのような組立方法が適用された米国特許第４７３３０６７号（特許文献１）を示す。図２に示した米国特許第４７３３０６７号は、ビームスプリッタとしてプリズムを備え、このプリズムは側面から水平に入射するレーザー光の進行方向を９０°変えるが、受信される光はプリズムを通過させてプリズムの下方の受信器で受信するモジュールについて開示している。図２に示すように、ビームスプリッタとしてプリズムを用いる場合には、平行な面ではなく４５°の角を成すプリズムの底面と傾斜面に反射または透過特性のコーティング膜を蒸着しなければならないので、蒸着過程が複雑で多大な製作コストがかかるという問題点がある。また、プリズム製作過程で４５°の角を成すプリズムの底面と傾斜面を鏡面となるように研磨処理しなければならないが、これはプリズムの形態を完成した後で進行すべき過程なので、製作過程に多くの費用がかかる。また、図２において鉛直下方に進んでプリズムの傾斜面を透過する光は、プリズムの下面を透過した後に鉛直下方に進むことができなくて精密な組立が難しいという問題点がある。図３はこのようなプリズムの特性を示す光進行経路の一例を示す図である。ここで、このプリズムは屈折率１．５のガラス材質からなると仮定する。
【００１０】
図３に示すように、プリズムの傾斜面に対して鉛直下方に入射する光は、プリズムの内部でスネルの法則に基づいて鉛直方向に対して２８°の角度をもって進んだ後、２６°の角度でプリズムの下部を脱出して進む。これはプリズムと受光素子としてのフォトダイオードチップ間の距離に応じてフォトダイオードチップの活性領域の位置が変わらなければならないことを示すもので、フォトダイオードチップの配置を難しくする要因として作用する。
【００１１】
図４は平行板型ビームスプリッタが適用された米国特許第７０９３９８８号（特許文献２）を示す。図４に示すように、米国特許第７０９３９８８号は、４５°の傾斜角を持つ支持台に平行板型ビームスプリッタを取り付け、レーザーダイオードチップをビームスプリッタの一側面に取り付け、ビームスプリッタの下部にフォトダイオードチップを取り付けている。このような方法は、４５°の傾斜角を持つ支持台を形成し、この支持台にビームスプリッタを取り付けなければならないので、モジュールの体積が大きくなり、組立過程が複雑であって多くのコストがかかるという問題点がある。
【００１２】
図５はシリコン基板を用いた米国特許第４８０７２３８号（特許文献３）を示す。図５に示すように、前記米国特許は、シリコン基板のエッチング傾斜面を用いて、水平に配置されたレーザーダイオードチップから水平に発散されるレーザー光の進行方向を上部方向に変える方法について開示している。本特許の技術において説明の混同を回避するために、結晶の面方向は中括弧で表示する。前記特許の説明において、｛１００｝面の面方向を有するシリコンなどのダイヤモンド構造のウェーハを異方性エッチング液でエッチングすると、エッチングされたエッチング側面は｛１１１｝面になり、この｛１１１｝面は｛１００｝の底面に対して５４．７４°の傾斜角を持つ。これにより、レーザーダイオードチップから水平に発散される光は、傾斜面で反射されて鉛直方向ではなく傾斜角度で発散される。このように光軸が傾いて上部方向に進行するレーザー光の光軸を鉛直方向に変えるために、傾斜面上にフレネルレンズを取り付けなければならない。ところが、このフレネルレンズは製作が非常に難しい部品である。よって、このような部品の製作に多くの費用がかかるだけでなく、フレネルレンズと傾斜面で進行方向が変わったレーザー光の光軸を精密に調整しなければならないという難しさがある。
【００１３】
図６は台形のビームスプリッタを用いた米国特許第５５６６２６５号（特許文献４）を示す。前記米国特許は、一側の側面が４５°に近い傾斜角を有し且つ反対側の側面が垂直の形状を有する台形のビームスプリッタを用いて、双方向通信が可能な１ＴＯ型パッケージを示している。前記米国特許の台形ビームスプリッタは、光ファイバーから受信される光が４５°に近い傾斜面に入射して水平面から脱出するので、図３で説明したように、ビームスプリッタに入射する前の入射方向とビームスプリッタから脱出した後の進行方向とが異なり、その結果として組立が難しいという問題がある。また、前記米国特許に適用された台形のビームスプリッタは、傾斜面を直接用いて光を透過または反射させるので、傾斜面に直接コーティング膜を形成しなければならないが、傾斜面に対する精密な薄膜蒸着は非常に難しい工程なので、ビームスプリッタの製作に困難さがあった。
【００１４】
図７は２つのプリズムを用いた米国特許第４７３３０６７号（特許文献５）を示す。前記米国特許は、２つのプリズムが互いに付着している形態のビームスプリッタを用いて１つのＴＯ型パッケージで双方向通信が可能なモジュールを開示している。このようなビームスプリッタは、２つのプリズムに形成された３面ずつ合計６面の表面に対して光が通過または反射するが、２つのプリズムに形成された６面に適切にコーティング膜を形成し、３面がコートされた２つのプリズムを互いに付着させてビームスプリッタを完成する過程は、非常に複雑で多くのコストがかかるという問題点がある。
【００１５】
図８は平行斜辺形のビームスプリッタを用いた米国特許第６８７９７８４号（特許文献６）を示す。図８に示した米国特許は、光ピックアップ(optical pick-up)で、平行斜辺形のプリズムであるビームスプリッタを用いて光を分離する方法であって、光を平行斜辺形の４面で透過または反射するので、４面に対して鏡面などの非常に平滑な面を形成しなければならず且つ４面に適切な反射および透過特性を持つように誘電体薄膜を蒸着しなければならないため、製作が難しいという問題点がある。また、モジュールの下部に内蔵されるレーザーダイオードチップから発散するレーザー光は、４５°の入射角をもってプリズムに入射した後、４５°の傾斜面に対してさらに４５°角度の水平面から脱出する。よって、図３で説明したように、プリズムを透過した後の光の光軸が鉛直上方の方向を有しないため、光軸整列が難しいという問題点がある。
【００１６】
このように、上述した従来の双方向通信用ＢｉＤｉモジュールは、ビームスプリッタの製作が複雑であり、光整列のための組立が難しいため、高い製作コストがかかるという問題点がある。
【００１７】
一方、近年の光通信の世界的な趨勢は、データと音声とアナログビデオ信号（ブロードキャスティング）を一つに括るトリプルプレー(triple play)が要求されている。通信に関する国際標準ＩＴＵ．Ｔ Ｇ９８３．３は、１２６０〜１３６０ｎｍ波長（以下、１３１０波長帯域という）を上り方向のデータ信号とし、１４８０〜１５００ｎｍ波長（以下、１４９０波長帯域という）を下り方向のデータ信号とし、１５５０〜１５６０ｎｍ波長（以下、１５５０ｎｍ波長帯域という）を下り方向のビデオ信号として周波数を割り当てている。これにより、１本の光ファイバーを介して１３１０ｎｍ波長帯域の光信号を上り方向に送信し、１４９０ｎｍ波長帯域の下り方向のデータ信号と１５５０ｎｍ波長帯域の下り方向のビデオ信号を同時にやり取りすることが可能な光モジュールが必要である。このような機能を有する光モジュールをトリプレクサモジュールと通称している。トリプレクサモジュールにおいても、１本の光ファイバーと光送信器と複数の光受信器を同時に光学的に接続させるために光の進行経路を変え、波長を分離する機能が要求されている。
【００１８】
図９はこのようなトリプレクサモジュールが適用された米国特許第６４９３１２１号（特許文献７）を示す。
【００１９】
図９に示した米国特許は、３つのＴＯ型レーザーダイオードジュールと１４９０ｎｍ帯域用フォトダイオードモジュールと１５５０ｎｍ帯域用フォトダイオードモジュールを用いて３種の光信号を１本の光ファイバーを介して伝送する方法について開示している。図９に示した従来のトリプレクサ構造では、２つの波長分離ビームスプリッタを用いて、光ファイバーを介して混合されて伝送される１５５０ｎｍ帯域の光信号と１４９０ｎｍ帯域の光信号のうち、１５５０ｎｍ帯域の光信号は第１ビームスプリッタで９０°反射させて１５５０ｎｍ帯域受信用フォトダイオードモジュールに入射させて光信号を抽出し、光ファイバーから伝送される１４９０ｎｍ帯域の光信号は第１ビームスプリッタをそのまま透過して第２ビームスプリッタに入射させる。第２ビームスプリッタは１４９０ｎｍ帯域の光信号を９０°反射させて１４９０ｎｍ帯域用フォトダイオードモジュールに入射させて光信号を抽出する。これに対し、ＴＯ型レーザーダイオードモジュールから発散される１３１０ｎｍ帯域の上り方向の光信号は、第２ビームスプリッタと第１ビームスプリッタをそのまま通過して光ファイバーで光結合されて信号を上り方向に伝送する。このように１３１０ｎｍ帯域の上り方向の光信号、１４９０ｎｍ帯域の下り方向の光信号および１５５０ｎｍ帯域の下り方向の光信号を分離処理するためには、３つのＴＯ型光モジュールと２つのビームスプリッタが必要であり、これらを固定するハウジングがさらに必要である。よって、その構成が非常に複雑で多くの部品がかかるため、製作コストが高いという問題点がある。
【００２０】
前述した双方向通信用ＢｉＤｉモジュールまたはトリプレクサモジュールは、１本の光ファイバーを用いて波長の異なる多数の光信号を同時にやり取りする技術である。しかも、最近では、１本の光ファイバーを用いて、非常に狭い波長間隔を有する光信号を伝送するＤＷＤＭシステムが採用されているが、このＤＷＤＭは、レーザー光を数ｎｍ波長帯域に狭く分けて通信を行う場合をいう。通信装備および通信方式の国際的規格を定めるＩＴＵ−Ｔ(International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector)では、ＤＷＤＭとして、略１００ＧＨｚの間隔を持つ特定の周波数のレーザー光を選定している。このような許容された周波数を波長に変換すると、略０．８ｎｍ程度の波長間隔になる。したがって、ＤＷＤＭに使用されるレーザー光は、非常に狭い発振線幅を持たなければならないうえ、様々な外部運用環境の変化にもその波長が安定でなければならない。非常に狭い発振線幅を有するレーザーとしては、ＤＦＢ−ＬＤ(distributed feedback laser diode)などが使用される。一般によく製作されたＤＦＢ−ＬＤの場合は、−２０ｄＢ線幅が０．２ｎｍ以内であって、ＩＴＵ−Ｔで選定した波長間隔より相当少なくてＤＷＤＭ通信の際に信号間のオーバーラップが起らない。ところが、半導体レーザーダイオードは、使用温度および注入電流密度に応じて内部屈折率などが変わって出力波長の変化をもたらす。通常、ＤＦＢ−ＬＤは１℃の温度変化により略０．０９ｎｍの発進波長変化をもたらす。すなわち、同一のＤＦＢレーザーダイオードを、約９℃異なる条件で運用すると、元々の波長帯のＩＴＵ−Ｔ ｇｒｉｄからその隣接したｇｒｉｄへ発進波長帯が移されるので、通信に混線を起す。
【００２１】
かかる問題点を解決するため、レーザーダイオードの動作温度環境を一定にするために熱電素子を内蔵したレーザーダイオードパッケージなどが開発された。ところが、ＤＦＢレーザーダイオードの発進波長は、レーザーダイオードチップの運用環境温度やレーザーダイオードチップの駆動電流などの様々な要因に影響されるので、レーザーダイオードチップの駆動温度を一定に維持する手動的なレーザーダイオードの波長調節ではなく、レーザーダイオードチップの波長変化を直接監視して調節する方法が要求された。
【００２２】
このようにレーザーダイオードの発進波長を監視して一定の波長を維持させる機能を波長固定(wavelength locking)という。レーザーダイオードモジュールの外側から回折格子(grating)による回折を調査して波長を確認し、これによりレーザーダイオードの駆動温度を変える方法により、波長固定機能を行うことができるが、この方法は体積が非常に大きくなる方法である。よって、レーザーダイオードチップの波長を直接レーザーダイオードモジュール内で監視してその波長変化を相殺させるために、レーザーダイオードチップの運用温度を変える方法が開発された。
【００２３】
数ミリワット以上の出力を出す半導体レーザーダイオードチップの典型的な構造である端面放出型(edge emitting)半導体レーザーダイオードチップは、チップの両側端面から互いに反対方向にレーザー光を発散する。レーザーダイオードチップの端面から放出される光の強さは、両側端面からの反射率を調節することにより、放出光の強さを変化させることができる。通常、光が強く放出される面を半導体レーザーチップの前面とし、光が弱く放出される面を半導体レーザーチップの後面とする。通常、レーザーダイオードチップの前面から強く発散される光は通信のための信号伝送用として使用され、レーザーダイオードチップの後面から弱く放出されるレーザー光はモジュールに内蔵されるフォトダイオードチップに入射させてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する機能に使われる。
【００２４】
図１０はこのような従来のレーザーダイオードモジュール内でレーザーダイオードチップの発進波長の揺動を監視する波長固定型レーザーダイオードモジュールを示す。
【００２５】
図１０に示すように、パッケージハウジング１０内に設置されたレーザーダイオードチップ２０の後面から放出されるレーザー光は、まず、レンズ７０を経て平行光になった後、レーザー光の強さのうち、所定の比率はそのまま透過され、残りは９０°進行方向が変わるビームスプリッタ３０を通過し、レーザーダイオードチップ２０の後面から放出されるレーザー光が２つの進行方向に分けられる。その後、これらのレーザー光のうち、一つのレーザー光はそのまま進行して監視用受光素子としてのフォトダイオードチップ４０で光強さが検出され、もう一つのレーザー光は波長選択性を有するフィルター５０を通過した後、フォトダイオードチップ６０に入射する。一方、レーザーダイオードチップ２０の前面から放出されるレーザー光は、レンズ８０を介してパッケージハウジング１０の外部の光ファイバー９０に集束する。
【００２６】
このような構成において、ビームスプリッタ３０を通過して直接フォトダイオードチップ４０に入射するレーザー光は、レーザー光の数ｎｍ以下の波長変化に対してはフォトダイオードチップ４０における光電流が変わらないが、これに対し、ビームスプリッタ３０を通過して波長選択性フィルター５０を通過するレーザー光は、波長選択性フィルターの特性に応じて数ｎｍ以下の微細な波長変化にも敏感にフォトダイオードチップ６０の光電流特性が変わる。よって、レーザー光の波長変化は、ビームスプリッタ３０を通過して２つの経路に分けられたレーザー光の強さを比較することにより測定することができる。ところが、通常の方法では、ビームスプリッタ３０の大きさが１．０ｍｍ＊１．０ｍｍ＊０．５ｍｍ以上と非常に大きく、２つの内蔵型フォトダイオードチップ４０、６０が互いに直交する形で配置されるため、モジュールの面積が大きくなるという欠点があった。よって、波長固定機能を有するレーザーダイオードモジュールは、バタフライパッケージという、その他の光通信用レーザーダイオードハウジングに比べて体積が非常に大きいパッケージハウジングで実現された。また、図１０では、直六面体のビームスプリッタ３０を取り付けるときの水平方向への取付角度は取付精度によって調節され、ビームスプリッタ３０によって反射される光の方向はビームスプリッタ３０の取付角度によって異なるので、ビームスプリッタ３０とそれぞれのフォトダイオードチップ４０、６０を非常に精密に取り付けなければならないという難しさがある。
【００２７】
現在の光通信部品がＳＦＦ(small form factor)またはＳＦＰ(small form factor)などの非常に小さい送受信器で実現されている状況で、バタフライパッケージは、このような小さい送受信器に取り付けられないほどに大きい。よって、現在商用化されているＳＦＦまたはＳＦＰなどのトランシーバに適用されるＤＷＤＭ用レーザーダイオードパッケージハウジングはミニフラット(mini-flat)またはミニディル(mini-DIL)型で実現されている。このようなレーザーダイオードパッケージハウジングは、波長固定機能を行う２つのフォトダイオードチップを内蔵することが難しい内部体積を持っているので、現在のＤＷＤＭのためのミニディル(mini-DIL)またはミニフラット(mini-flat)型のパッケージハウジングは、波長固定機能以外に、単にレーザーダイオードチップの温度のみを一定に維持する方法で実現されている。波長固定機能を除くことにより、ミニフラットまたはミニディル型のパッケージは、レーザーダイオードチップの波長を能動的に安定化させず、レーザーダイオードチップの運用温度のみを調整する手動的な温度安定化方法を採用しており、精密な波長安定化を成し遂げることができないという問題を抱えている。したがって、ＳＦＦまたはＳＦＰの超小型送受信器に内蔵されるほどに小さいながら、波長固定機能を備えている新規のパッケージ方法が要求されている。
【００２８】
また、ミニフラットまたはミニディル型などのパッケージハウジングに製作される光・受信器は、上り光信号のための上り方向用光送信器と下り光信号のための下り方向用光受信器が別途のパッケージハウジングに製作されてＳＦＦまたはＳＦＰの送受信器に取り付けられる。よって、このような光送受信器を用いるためには２本の光ファイバーが必要とされる。ところが、最近では、１本の光ファイバーを用いて光信号をやり取りする双方向光通信モジュールが広く採用されている。よって、小型のパッケージ体積でレーザーダイオードチップの発進波長揺動を監視して発進波長の変化を相殺させる方向に内蔵された熱電素子を駆動してレーザーダイオードチップの駆動温度を変えることにより、レーザーダイオードチップの発進波長を安定化させるうえ、双方向通信が可能な超小型のレーザーダイオードパッケージの開発が要求されている。現在まで、波長固定機能を有するＤＷＤＭ用光モジュールであって双方向通信が可能な従来の製品は新登場または創案されていない実情である。
【００２９】
前述したように、端面放出構造のレーザーダイオードは、レーザーダイオードチップの両端面から端面の透過率に比例した強さのレーザー光が放出される。ところが、このような論議は、両端面の反射率がいずれも数％程度を超えるときに適切に適用される論議である。いずれか一方の端面の反射率が０．１％以下と低くなり、もう一方の端面の反射率が数十％程度であって、両端面間の反射率の差異が大きい場合には、レーザーダイオードチップへの電流注入状態に応じて両端面へ放出される光のエネルギー比率が異なることが発生する。このような特性を持つ代表的なレーザーダイオードチップとして、反射型半導体光増幅器(reflective semiconductor optical amplifier)を挙げることができる。反射型半導体光増幅器の前面は通常０．１％以下の反射率を有し、反射型半導体光増幅器の後面は通常数十％以上の高反射率を有する。この場合、レーザーダイオードの後面から検出されるレーザー光の強さがレーザーダイオードチップの前面から放出されるレーザー光の強さを代表していないので、通常のレーザーダイオードモジュールでのようにチップの後面にレーザーダイオードチップ監視用フォトダイオードチップを配置する技術とは異なり、レーザーダイオードの前面から放出されるレーザー光を光ファイバーで結合させた後、この光ファイバーで結合した光エネルギーの一部を、光ファイバーまたは導波管構造で製作された光分配器を介して一定の比率で分離した後、分離された光信号をフォトダイオードに入射させてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する方法を採用している。ところが、このようにレーザーダイオードチップの動作状態を監視するために光分配器をレーザーダイオードモジュールの前面に配置する方法は、非常に複雑で高い
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】米国特許第４７３３０６７号明細書
【特許文献２】米国特許第７０９３９８８号明細書
【特許文献３】米国特許第４８０７２３８号明細書
【特許文献４】米国特許第５５６６２６５号明細書
【特許文献５】米国特許第４７３３０６７号明細書
【特許文献６】米国特許第６８７９７８４号明細書
【特許文献７】米国特許第６４９３１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明の第１目的は、製作が容易でレーザーダイオードパッケージへの設置が容易な自立型平行板ビームスプリッタおよびその製作方法を提供することにある。
【００３２】
本発明の第２目的は、設置が容易な自立型平行板ビームスプリッタを用いて双方向通信が可能なレーザーダイオードパッケージ構造を提供することにある。
【００３３】
本発明の第３目的は、設置が容易な自立型平行板ビームスプリッタを用いてトリプレクサ機能を有するレーザーダイオードパッケージ構造を提供することにある。
【００３４】
本発明の第４目的は、設置が容易な自立型平行板ビームスプリッタを用いて波長固定機能を有するレーザーダイオードパッケージ構造を提供することにある。
【００３５】
本発明の第５目的は、レーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光の一部を用いてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する前面監視機能を有するレーザーダイオードパッケージ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、４５°角度の自立型平行板ビームスプリッタをＴＯ型パッケージ内に挿入し、４５°角度の自立型平行板ビームスプリッタの隣にレーザーダイオードチップを配置し、レーザーダイオードチップから発散される上り方向のレーザー光を、レーザー光の光軸に対して４５°角度で配置されているビームスプリッタの傾斜面から反射させて、レーザー光の進行角度を９０°変え、ＴＯ型パッケージの上部の開口部を介してＴＯ型パッケージの外部に取り付けられる光ファイバーと光学的に結合するようにし、ＴＯ型パッケージの外部に取り付けられた光ファイバーから発散される下り方向の光信号はビームスプリッタを透過させ、ビームスプリッタの下部に取り付けられたフォトダイオードチップに入射させることにより、光信号を受信する方法を提供する。
【００３７】
このような方法において、光ファイバーへの光の進入角度に応じて光結合効率が非常に敏感に変わる光ファイバーと、内蔵されたレーザーダイオードチップとを安定的に光結合させるためには、ビームスプリッタの角度を非常に精密に調節しなければならない必要がある。本発明では、非常に精密に傾斜角の角度を調節することが可能な自立型ビームスプリッタを用いて一つのＴＯ型パッケージに双方向通信用ＢｉＤｉ機能を付加する方法、およびトリプレクサ機能を付加する方法を提供する。
【００３８】
また、本発明に係る自立型ビームスプリッタは、ビームスプリッタの表面コーティングの特性に応じて様々な機能を実現することができる。このような４５°のビームスプリッタを用いて製作できるモジュールとしては、波長安定化機能を有するＤＷＤＭ用ＴＯ型モジュールと、波長安定化機能を有する双方向通信用ＤＷＤＭ用ＴＯ型モジュールと、レーザーダイオードチップの前面から放出されるレーザー光を用いてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する前面監視用レーザーダイオードＴＯパッケージなどを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の商用化されている双方向通信が可能なＢｉＤｉモジュールの概略図である。
【図２】従来のプリズムを用いて双方向通信が可能なモジュールを示す米国特許第４７３３０６７号（特許文献１）の概念図である。
【図３】プリズムの特性を示す光進行経路の一例を示す図である。
【図４】従来の平行板型ビームスプリッタが適用された米国特許第７０９３９８８号（特許文献２）の概念図である。
【図５】従来のシリコン基板を用いた米国特許第４８０７２３８号（特許文献３）の概念図である。
【図６】従来の台形ビームスプリッタを用いた米国特許第５５６６２６５号（特許文献４）の概念図である。
【図７】従来の２つのプリズムを用いた米国特許第４７３３０６７号（特許文献５）の概念図である。
【図８】従来の平行四辺形ビームスプリッタを用いた米国特許第６８７９７８４号（特許文献６）の概念図である。
【図９】来のトリプレクサモジュールが適用された米国特許第６４９３１２１号（特許文献７）の概念図である。
【図１０】従来のレーザーダイオードモジュール内でレーザーダイオードチップの発進波長の揺動を監視する波長固定型レーザーダイオードモジュールの概念図である。
【図１１】本発明に適用される端面放出型半導体レーザーダイオードチップの概略構造図である。
【図１２】本発明に適用される半導体フォトダイオードチップの概略構造図である。
【図１３】本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの側面図である。
【図１４】本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面と後面傾斜面が入射する光に対して反射する特性を持つ場合の光の進行経路を示す例示図である。
【図１５】本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタが入射する光に対して透過する特性を持つ場合の水平方向と鉛直方向にビームスプリッタに入射する光の進行経路を示す例示図である。
【図１６】本発明の実施例によって自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面に水平方向に入射する光が後面傾斜面を透過した後、前面傾斜面で反射する場合のレーザー光の進行経路を示す例示図である。
【図１７】本発明の一実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタを用いた双方向通信用レーザーダイオードパッケージの全体構造図である。
【図１８】図１７に示したＢｉＤｉブロックの詳細構成図である。
【図１９】本発明の実施例に係る双方向通信用レーザーダイオードパッケージに備えられたサブマウントの平面斜視図である。
【図２０】本発明の実施例によって第１サブマウントの上部に第２サブマウントと自立型平行板ビームスプリッタが設置された一例を示す図である。
【図２１】本発明の実施例によって第１サブマウントの上部に第２サブマウントと自立型平行板ビームスプリッタが設置された一例を示す図である。
【図２２】本発明の実施例によって半導体シリコンウェーハを用いて波長選択性を有する自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す概念図である。
【図２３】本発明の実施例によって半導体シリコンウェーハを用いて波長選択性を有する自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す概念図である。
【図２４】図２３で説明した特性を持つ単結晶のシリコンウェーハを用いて自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す概念図である。
【図２５】本発明の実施例によってソーイング(sawing)方法で自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す一例図である。
【図２６】本発明の他の実施例によってソーイング方法で自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法を示す一例図である。
【図２７】本発明の実施例によってプラズマを用いたドライエッチング方法によって自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法を示す一例図である。
【図２８】本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの多様な形態を示す一例図である。
【図２９】本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタに入射する光の位置に応じて変わる光の経路を示す一例図である。
【図３０】鉛直下方に進行するレーザー光が自立型平行板ビームスプリッタを透過して継続的に鉛直下方の進行方向を持つためのレーザー光の自立型平行板ビームスプリッタ前面傾斜面の入射点最小高さを示す例示図である。
【図３１】図１７および図１８に示したＢｉＤｉブロックの組立順序を詳細に示す設置図である。
【図３２】通常のフォトダイオードチップの構成図である。
【図３３】通常のフォトダイオードチップの構成図である。
【図３４】電気信号伝達のための基板にフォトダイオードチップをフリップチップ接続した状態を示す一例図である。
【図３５】迷光がフォトダイオードチップの活性領域に進入することを示す一例図である。
【図３６】本発明の実施例によって迷光により発生する雑音成分を減らすための一例図である。
【図３７】本発明の実施例によってレーザー半導体ダイオードチップの前面監視機能を示す概念図である。
【図３８】図３７の前面監視用フォトダイオードチップが内蔵されたＴＯ型パッケージの構造図である。
【図３９】本発明の実施例によって一つのパッケージ内にトリプレクサの機能が全て内蔵されるトリプレクサモジュールの構成図である。
【図４０】本発明の実施例によって２つの自立型平行板ビームスプリッタが適用されたＴＯ型パッケージの一例図である。
【図４１】本発明の実施例によって２つの自立型平行板ビームスプリッタを用いて図３９の機能を行うトリプレクサモジュールの構成図である。
【図４２】従来の２ＴＯ型ＢｉＤｉモジュールの形で製作された本発明の実施例に係るトリプレクサモジュールの概念図である。
【図４３】本発明の一実施例に係る波長固定機能と双方向通信機能を有するＴＯ型レーザーダイオードパッケージの構造図である。
【図４４】本発明の実施例に係る双方向波長固定ブロックの構成図である。
【図４５】狭い線幅フィルターの非常に狭い透過線幅特性を示すグラフである。
【図４６】自立型平行板ビームスプリッタの下部の受信用フォトダイオードチップがない、波長固定機能のみを有するモジュールの配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００４１】
本発明の一実施例として説明される、１３００ｎｍまたは１５５０ｎｍ波長のレーザー光を作るための半導体レーザーチップは、ｎ型ドーピング特性を有するＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ(Indium Gallium Arsenide Phosphide)層を活性層として成長させた後、ｐ型のＩｎＰをクラッドとして成長させ、場合に応じてはｐ−ＩｎＰ ｃｌａｄ層上にｐ−ＩｎＧａＡｓ(Indium Gallium Arsenide)層をｐ型金属接触電極として成長させた構造を採用している。半導体レーザーチップは、その製作方法によって、結晶成長方向にレーザー光が放出される表面放出型レーザーダイオードチップ(vertical cavity surface emitting diode：ＶＣＳＥＬ)と、レーザー光が結晶成長方向に対して垂直に形成された光導波路に沿ってチップの横断面から放出される端面放出型レーザーダイオードチップ(edge emitting laser diode：ＥＥＬ)に分けられる。本発明の適用は端面放出レーザーがさらに好ましい。
【００４２】
図１１は本発明に適用される前記端面放出型半導体レーザーダイオードチップの概略構造である。
【００４３】
図１１に示すように、端面放出型半導体レーザーダイオードチップは、通常略８０〜１００μｍの厚さ、および略３００μｍ〜６００μｍの横縦長を有する直六面体の形状をしており、レーザー光が放出される活性領域は、ｎ型基板を使用する場合にはｐ型表面からの４〜５μｍ以内の表面に近接した領域で形成される。このように薄い半導体レーザーダイオードチップを最も容易に別の基板に付着させる方法は、広い底面が下方にくるように付着させる方法である。半導体レーザーダイオードチップの側面を基板に付着させる方法は、安定性が低下するので採用されない方法である。したがって、半導体レーザーダイオードチップを、広い底面が基板と接着されるように底面に付着させると、端面の両側から水平にレーザー光が放出される。
【００４４】
図１２は本発明に適用される半導体フォトダイオードチップの概略構造図である。
【００４５】
一般に、波長１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの近赤外線波長帯のレーザー光を感知するためのフォトダイオードチップは、光吸収層として、ｎ−ＩｎＰ基板上にＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡｓを使用する。ＩｎＧａＡｓ層の一部にｐｎ接合を形成すると、このｐｎ接合された領域のみ効果的な光吸収層として作用し、ｐｎ接合がなされていない箇所のＩｎＧａＡｓ層は光を吸収しても電気信号を発生しない。よって、受信用フォトダイオードチップの活性領域は、光吸収をして電気信号を発生することが可能なＩｎＧａＡｓ光吸収層のｐｎ接合が形成された領域となる。ＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡｓは、バンドギャップエネルギーが０．７５ｅＶであって、波長１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの光を吸収する。これに対し、ＩｎＰ基板は、エネルギーバンドギャップが略１．３５ｅＶて、波長１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの光を吸収することができない。このような構造を持つフォトダイオードチップは、略８０μｍ〜１００μｍ程度の厚さおよび略３００μｍ〜６００μｍの縦横長を有する直六面体の形状をしている。したがって、このような規格のフォトダイオードチップも、レーザーダイオードチップと同様に、広い底面が下方にくるように基板に接着して使用する。この場合、フォトダイオードチップに吸収されて電気信号に変わるべき光信号は、フォトダイオードチップの上部から下り方向に進行する光に対して適切に反応する。
【００４６】
図１１および図１２に示すように、半導体レーザーダイオードチップと半導体フォトダイオードチップを、広い底面が下方にくるように水平の基板に付着させるとき、レーザーダイオードチップから発散されるレーザー光は水平方向に進行し、フォトダイオードチップに入射すべき光は鉛直下方の方向に進行しなければならない。よって、半導体レーザーダイオードチップと半導体フォトダイオードチップをそれらの底面が水平となるように固定し、半導体レーザーダイオードチップから水平に発散されるレーザー光を光ファイバーで結合させ、前記光ファイバーから発散されるレーザー光を垂直にフォトダイオードチップに効果的に照射するためには、レーザーダイオードチップの光軸とフォトダイオードチップに入射する光軸との交点に、いずれか１本のレーザー光は進行方向を９０°変え且つ他のレーザー光は進行方向を変えないビームスプリッタが設置されなければならない。
【００４７】
図１３は本発明の一実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの側面図である。
【００４８】
図１３に示すように、本発明に係る自立型平行板ビームスプリッタ２００は、前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）とが平行をなして底面と４５°の角度を形成し、底面を固定させることにより自立することが可能な形で形成される。前記前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）は、レーザー光の波長に応じて透過と反射の特徴が持てるように様々なコーティング状態を持つことができるが、この自立型平行板ビームスプリッタ２００に入射する光の入射経路と前面傾斜面（Ｆ）および後面傾斜面（Ｂ）のコーティング状態に応じて、レーザー光は多様な透過または反射経路を持つ。
【００４９】
図１４は本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面と後面傾斜面が入射する光に対して反射する特性を持つ場合の光の進行経路を示す。
【００５０】
図１４に示すように、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）が底面に対して４５°の傾斜角を持つとき、水平方向に前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）に入射する光は、上りまたは下り垂直方向に進行方向が変わって反射する。したがって、端面放出型レーザーダイオードチップを自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）の前に置いてレーザー光を放出すると、レーザーダイオードチップから水平方向に直進するレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）で進行方向が９０°変わって、自立型平行板ビームスプリッタの上部方向である鉛直上方方向に進行する。この際、レーザーダイオードチップから発散されるレーザー光は、水平方向に拡散すれば済むので、レーザーダイオードチップの広い底面が下方にくるように基板に付着させればよい。これはレーザーダイオードチップの付着を非常に容易にする。
【００５１】
図１５は本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタが入射する光に対して透過する特性を持つ場合の水平方向と鉛直方向にビームスプリッタに入射する光の進行経路を示す。
【００５２】
説明の便宜上、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）と前面傾斜面（Ｆ）の垂線によって構成される２軸を基準として第４四分面を設定すると、鉛直下方に自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）に接近する光は、第１四分面に入射し、水平に自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）に接近する光は第２四分面から入射する。
【００５３】
自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）が水平に対して４５°の角度を持つので、鉛直下方に接近するレーザー光と水平方向に接近するレーザー光はいずれも、前面傾斜面（Ｆ）の垂線に対して４５°の入射角を持つ。本発明の実施例では、自立型平行板ビームスプリッタの材質を屈折率３．５程度のシリコンを基準として説明する。空気中における光の屈折率が１．０なので、レーザー光がシリコンを透過するとき、シリコン内における屈折角度はスネルの法則によって下記数式１のとおり決定される。
【００５４】
［数式１］
ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２
【００５５】
ここで、ｎ１は入射する空間における光の屈折率であり、ｎ２は屈折する空間における光の屈折率であり、θ１は入射面の垂線に対して入射する光の入射角であり、θ２は入射面の垂線に対して屈折する光の角度である。
【００５６】
レーザー光が前面傾斜面（Ｆ）の垂線に対して４５°の入射角度を持つとき、スネルの法則によって、ビームスプリッタの内部でレーザー光は１１．７°の屈折角度を持つ。よって、前面傾斜面（Ｆ）に対して水平に４５°の入射角度をもって入射する光は第２四分面に入射するので、屈折光は１１．７°の屈折角度を有し、第４四分面へ屈折して進行し、前面傾斜面（Ｆ）に対して鉛直下方に４５°の入射角度をもって入射する光は第１四分面に入射するので、屈折光は１１．７°の屈折角度を有し、第３四分面へ屈折して進行する。このように屈折して進行する光が自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）に到着すると、後面傾斜面（Ｂ）と前面傾斜面（Ｆ）とが平行なので、それぞれのレーザー光の後面傾斜面（Ｂ）に対する入射角度は１１．７°となる。よって、シリコン媒質を透過して空気中に脱出するレーザー光はスネルの法則の可逆性によって元々の進行方向を回復し、水平に自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）に到達した光は水平に後面傾斜面（Ｂ）を脱出し、垂直に自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）に到達した光は垂直に後面傾斜面（Ｂ）を脱出する。自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）に到達した光と、後面傾斜面（Ｂ）を脱出する光とが同一の進行方向を持つことは、媒質の屈折率とは関係なく、ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）とが互いに平行であれば得られる結果であることに注目する必要がある。したがって、自立型平行板ビームスプリッタの前面と後面とが互いに平行な場合、自立型平行板ビームスプリッタに入射する光はその進行方向成分をそのまま持って自立型平行板ビームスプリッタを脱出するから、レーザー光の進行経路を制御するには容易であるという特性を持つ。
【００５７】
図１６は本発明の実施例によって自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面に水平方向に入射する光が後面傾斜面を透過した後、前面傾斜面で反射する場合のレーザー光の進行経路を示す。
【００５８】
自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）に水平方向に入射した光は、図１５で説明したように、スネルの法則によって、１１．７°の屈折角度をもってシリコン媒質内を透過する。自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）が、シリコン媒質を透過してくる光に対して反射の特性を持つと、レーザー光は、前面傾斜面（Ｆ）で反射されてさらに自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）に到着する。自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）で反射して自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）に到達した光は、第１四分面に進入するので、空気中に屈折して出る角度は第３四分面の鉛直方向となる。ところが、レーザー光が自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）で直接反射される場合と、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）で反射されて自立型平行板ビームスプリッタの後面傾斜面（Ｂ）から脱出する場合の光の方向は同一であるが、水平距離に差異が生ずる。これは媒質の屈折率と自立型平行板ビームスプリッタの厚さに依存する特性を持つ。
【００５９】
図１４〜図１６に示すように、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）の透過および反射特性を調節することにより、自立型平行板ビームスプリッタに入射する光は多様な進行経路を持つ。よって、自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面（Ｆ）と後面傾斜面（Ｂ）を適切にコートすることにより、多様な進行経路を調節することができる。このように多様な光回路の統制を用いてレーザーダイオードチップとフォトダイオードチップを集積する各種機能付きの光モジュールを製作することができる。
【００６０】
ＴＯ型パッケージは、光通信用レーザーダイオードパッケージにおいて非常に広範囲に用いられるパッケージであって、通常の通信用半導体レーザーダイオードＴＯ型パッケージは、ＴＯ５６型と呼ばれるパッケージハウジングを主に使用するが、このＴＯ５６型パッケージは直径５．６ｍｍの超小型パッケージである。また、通常のフォトダイオードチップはＴＯ４６型と呼ばれるＴＯ型パッケージハウジングに実装されるが、このＴＯ４６型のパッケージハウジングは直径５．４ｍｍの超小型パッケージハウジングである。このようなＴＯ５６型とＴＯ４６型を基本として製作されるデュープレクサトランシーバ(duplexer transceiver)またはＢｉＤｉトランシーバ(BiDi transceiver)は、非常に小さい体積で実現されて数個の駆動回路が含まれる構造のＳＦＦ(small form factor)またはＳＦＰ(small form factor pluggable)といった非常に小さい体積のトランシーバで実現されている。よって、超小型のＳＦＦまたはＳＦＰを製作するためには、超小型のＴＯ型パッケージを用いたレーザーダイオードおよびフォトダイオードパッケージが要求される。したがって、送信用レーザーダイオードチップと受信用フォトダイオードチップとが一つのＴＯ型パッケージハウジングに内蔵される場合にも、集積化されたＴＯ型パッケージハウジングは体積的に最小化されていなければならない。
【００６１】
図１３〜図１６で説明した本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタは、このように最小化されたＴＯ型パッケージを製作することができるように提供される。
【００６２】
図１７は本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタを用いた双方向通信用レーザーダイオードパッケージの全体構造図、図１８は図１７に示したＢｉＤｉブロックの詳細構成図、図１９は双方向通信用レーザーダイオードパッケージに備えられたサブマウントの平面斜視図である。
【００６３】
図１７に示した双方向通信用レーザーダイオードパッケージは、１本の光ファイバーを用いて上り方向の光信号と下り方向の光信号を同時にやり取りするＢｉＤｉトランシーバを一つのＴＯ型パッケージに実現したものである。
【００６４】
前記ＴＯ型パッケージには、上り方向の発光レーザー光信号を生成することが可能な半導体レーザーダイオードチップ、および下り方向のレーザー光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードチップを備えたＢｉＤｉブロック１０が内蔵されるが、このＢｉＤｉブロック１０はステムベース(stem base)１１の上部に設置される。一方、ステムベース１１には上下を貫通して多数の電極ピン１５が設置されるが、金属材質からなるステムベース１１と電極ピン１５は、電気的絶縁および気密シーリングが可能なガラス材質１６で密封される。前記ＢｉＤｉブロック１０を含むステムベース１１の上部には金属材質のキャップ１２が設置されることにより、ＴＯ型ＢｉＤｉトランシーバが完成されるが、前記ステムベース１１およびキャップ１２の材質としては、鉄、またはコバルト−ニッケル−鉄の合金であるＫｏｖａｒなどの材質で構成される。
【００６５】
前記キャップ１２は、上部の一側にレーザー光が貫通できるように孔が形成された後、レーザー光が透過される性質を有する板状のガラスまたはガラス材質の球状レンズが取り付けられて気密シーリング可能に製作されるが、図１７ではキャップ１２のレーザー光貫通孔が平行板のガラス１３で塞がっている場合を例示したが、この部分が球面レンズまたは非球面レンズで密封されてもよい。
【００６６】
このような構成を有するＴＯ型ＢｉＤｉパッケージは、ＢｉＤｉブロック１０から放出されるレーザー光がキャップ１２の貫通孔を塞いでいる平行板型ガラス１３を通過してレンズ（図示せず）を経て光ファイバーに集光することにより、レーザー信号の上り伝送を完成する。また、光ファイバー（図示せず）から発散されてレンズを経てＴＯ型パッケージのキャップ１２の貫通孔を通過する下り方向のレーザー信号がＢｉＤｉロック１０の受信用フォトダイオードチップで電気信号に変換されることにより、下り方向の光信号の受信を完成する。
【００６７】
図１８に示すように、本発明に係るＴＯ型パッケージのＢｉＤｉブロック１０は、第１サブマウント３００の上部一側に、底面に対して４５°の傾斜角を持つ前面および後面傾斜面が形成された楔状の自立型平行板ビームスプリッタ２１０が設置され、この自立型平行板ビームスプリッタ２１０の側面に第２サブマウント３１０が設置され、この第２サブマウント３１０の上部には自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面に向かってレーザーダイオードチップ１００が設置される。この際、第２サブマウント３１０は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０と反対の外観をもって自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面と接触するように製作され、レーザーダイオードチップ１００を最大限自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面に近接することが可能な形で組み立てられる。
【００６８】
前記第１サブマウント３００は、図１９に示すように、「コ」字状に製作され、上下が貫通した溝には、受信用フォトダイオードチップ５００が上部に設置される受信用フォトダイオードチップサブマウント５１０が挿入されて設置できるようにする。
【００６９】
図２０および図２１は本発明の実施例によって第１サブマウントの上部に第２サブマウントと自立型平行板ビームスプリッタが設置された一例を示す。
【００７０】
本発明に係る自立型平行板ビームスプリッタ２１０は、図２０に示すように、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面と前面傾斜面とが交わって直接４５°の鋭角を成すことより、図２１に示すように、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面と前面傾斜面を切断する、異なる角度の切断面を自立型平行板ビームスプリッタの底面と前面傾斜面との間に介在することが組立を容易にする。これは、図２０に示すように自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面と前面傾斜面とが直接交わる場合には、自立型平行板ビームスプリッタ２１０と第２サブマウント３１０との間に空間がないから、自立型平行板ビームスプリッタ２１０および第２サブマウント３１０の付着に使用される半田またはエポキシなどの接着剤３０１が自立型平行板ビームスプリッタ２１０と第２サブマウント３１０との間に挿入され、自立型平行板ビームスプリッタ２１０と第２サブマウント３１０の密着に妨害要素として作用するためである。よって、図２１に示すように、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面に、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面と底面を切断する新しい切断面を形成する場合、自立型平行板ビームスプリッタ２１０と第２サブマウント３１０との接合部位の下方に空き空間が生じ、この空間に余分の半田またはエポキシなどの接着剤３０１が充填できるため、自立型平行板ビームスプリッタ２１０と第２サブマウント３１０が密着できる。
【００７１】
前記自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面は、レーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光に該当する波長の光を反射する特性を持つようにし、光ファイバー（図示せず）から発散されて受信用フォトダイオードチップ５００側に進むレーザー光に該当する波長のレーザー光に対しては透過する特性を持つように製作される。本発明では、光ファイバーを介して伝送されてくる外部の光信号を検出するための第１フォトダイオードチップ、およびレーザーダイオードチップ（図示せず）の動作状態を監視するための第２フォトダイオードチップが必要であるが、説明の便宜上、外部の光信号を検出するための第１フォトダイオードチップを受信用フォトダイオードチップ５０と命名し、レーザーダイオードチップ１００の動作状態を監視するための第２フォトダイオードチップを監視用フォトダイオードチップと命名する。また、以下では、レーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光は１３１０ｎｍの波長を有し、光ファイバーから受信用フォトダイオードチップ５００に進行するレーザー光は１４９０ｎｍの波長を有すると仮定して説明する。このような波長分類は説明の便宜のためのものに過ぎず、実質的には波長が変わってもそのまま適用される。このように製作された構造のモジュールにおいて、レーザーダイオードチップ１００から発散された１３１０ｎｍのレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面で反射されて進行方向が９０°変わって上部のレンズ（図示せず）を経て光ファイバーに伝送される。光は、進行経路が可逆的(reversible)であるという特性を持つので、光ファイバーから発散される波長１４９０ｎｍのレーザー光は、レーザーダイオードチップ１００から光ファイバーに進行する波長１３１０ｎｍのレーザー光の進行方向と反対の方向に自立型平行板ビームスプリッタ２１０に入射する。光ファイバーから発散される１４９０ｎｍのレーザー光に対して自立型平行型ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面は透過される特性を持つので、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面に到着した１４９０ｎｍのレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部に透過されて進行する。本発明で使用する自立型平行板ビームスプリッタ２１０は、１３１０ｎｍ〜１４９０ｎｍの近赤外線領域の波長を吸収しないシリコンまたはガラスをその母材とするので、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部を進行する波長１４９０ｎｍのレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０を透過して後面傾斜面から脱出する。自立型平行板ビームスプリッタ２１０の後面傾斜面から脱出した波長１４９０ｎｍのレーザー光は、スネルの法則によって自立型平行板ビームスプリッタ２１０に到達する前の進行方向と同一の進行方向を有する。よって、自立型平行板ビームスプリッタ２１０を透過した波長１４９０ｎｍのレーザー光は、図１８に示すように、「コ」字状の第１サブマウント３００の「コ」字状溝から脱出する。ところが、この第１サブマウント３００の溝に受信用フォトダイオードチップ５００が配置されているので、光ファイバーから発散された波長１４９０ｎｍのレーザー光は、受信用フォトダイオードチップ���００に受信されて伝送されてくる光信号を受信する。前記受信用フォトダイオードチップ５００は、第１サブマウント３００の「コ」字状溝の底面に設置される受信用フォトダイオードチップサブマウント５１０の上部に設置される。このような構成において、受信用フォトダイオードチップ５００は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の下方の空間に配置されるので、底部の面積を最小化することができるため、小さいサイズのＴＯ型パッケージハウジング内にも送信用のレーザーダイオードチップと受信用のフォトダイオードチップを集積することができる。このような機能を達成するために、底面に対して４５°の傾斜角度を有し、レーザー光が反射または透過する前後面が互いに平行な超小型の自立型平行板ビームスプリッタが必要となる。また、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の傾斜角はレーザーダイオードチップ１００から発散されて自立型平行板ビームスプリンタ２１０の前面傾斜面で反射される上り方向のレーザー光信号がＴＯ型パッケージを脱出するときの進行角度を決定し、ＴＯ型パッケージを脱出するレーザー光の脱出角度はレンズ（図示せず）を用いて光ファイバーに集束するときの集束効率および製作効率性を決定する非常に重要な要因となるので、ＴＯ型パッケージに対して垂直に近い角度を維持することが重要である。これより、立型平行板ビームスプリッタ２１０の傾斜角を４５°に近接するように維持させ、超小型の自立型平行板ビームスプリッタに製作することが非常に重要であることが分かる。
【００７２】
以下、本発明の実施例に係る上述した超小型の自立型平行板ビームスプリッタを製造する方法について説明する。
【００７３】
図２２および図２３は本発明の実施例によって半導体シリコンウェーハを用いて、波長選択性を有する自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す概念図である。
【００７４】
まず、図２２に示すように、単結晶の半導体シリコンウェーハは、通常｛１００｝面がウェーハの上下面となるように単結晶のシリコンインゴットからスライスした後、表面を研磨することにより製作される。前記｛１００｝面のシリコンウェーハの一部をエッチング妨害層としてのフォトレジスト（ＰＲ）で覆った後、フォトレジストの開口部をＨＣｌ、ＫＯＨなどの異方性エッチング溶液でエッチングすると、エッチングされた側面は｛１１１｝面となるが、ダイヤモンド構造を持つシリコンウェーハにおいて、｛１１１｝面は｛１００｝面に対して５４．７４°の傾斜角度を持つ。すなわち、｛１００｝面の方向を持つ単結晶シリコンウェーハに異方性エッチングを施すことにより、｛１１１｝面が現れるようにすると、｛１１１｝面はウェーハの上下部面である｛１００｝面に対して５４．７４°の傾斜角度を持つ。
【００７５】
一方、図２３に示すように、シリコンウェーハをシリコンインゴットからスライスするとき、｛１００｝面の方向に対して９．７４°で傾くように切り取ると、切り取られた半導体ウェーハの上下面は｛１００｝面に対して９．７４°で傾く。このようなシリコンウェーハの一部をフォトレジストで覆った後、フォトレジストの開口部をＨＣｌ、ＫＯＨなどの異方性エッチング液でエッチングすると、ウェーハをインゴットからスライスするときの角度を問わず、エッチングによって現れる面は｛１１１｝面となる。この｛１１１｝面は｛１００｝面に対して５４．７４°の傾斜を持ち、シリコンウェーハの上下面は｛１００｝面に対して９．７４°の傾斜を持つので、エッチングされた｛１１１｝面は、ウェーハの上下面に対して５４．７４°＋９．７４°と５４．７４°−９．７４°の角度を持つことになり、ウェーハの下面に対して４５．００°と６４．４８°の傾斜角を持つ面となる。
【００７６】
図２４は図２１および図２２で説明した特性を持つ単結晶のシリコンウェーハを用いて自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程を示す。
【００７７】
まず、図２４の（ａ）に示すように、半導体シリコンインゴットから半導体シリコンウェーハを｛００１｝面に対して９．７４°で傾くように切り取り、この切り取られた半導体シリコンウェーハの上面の一部をフォトレジストで塗布した後、図２４の（ｂ）に示すように、エッチングされるべき部分のフォトレジストをフォトリソグラフィー方法で除去し、しかる後に、図２４の（ｃ）に示すように、フォトレジストが除去された部分の半導体シリコンウェーハを異方性エッチング溶液でエッチングすると、半導体シリコンウェーハのエッチング露出面は｛１１１｝面となる。この際、エッチングされた｛１１１｝面は｛００１｝面に対して５４．７４°の傾斜角を有し、半導体シリコンウェーハをインゴットからスライスするとき、｛００１｝面を水平面に対して９．７４°の傾斜角度を持つように切り取るので、エッチングされて露出した｛１１１｝面は半導体シリコンウェーハの水平面に対してそれぞれ４５．００°と６４．４８°の傾斜角を持つ。
【００７８】
その後、図２４の（ｄ）に示すように、半導体シリコンウェーハの底面に対して４５．００°と６４．４８°の傾斜角を持つ２つの｛１１１｝面が露出したウェーハの下部面に、モジュール内に取り付けられるレーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光の波長に対しては反射し且つ光ファイバーから発散されるレーザー光の波長に対しては透過する特性を持つ誘電体薄膜を蒸着する。このような波長選択性を持つ誘電体薄膜は、相対的に屈折率の異なる物質を交互に蒸着して得られるが、通常、屈折率の異なる酸化チタニウム（ＴｉＯ２）と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または酸化タンタリウム（ＴｌＯ２）を交互に蒸着して波長選択性を持つように誘電体薄膜を蒸着することができる。屈折率の異なる異種の物質をガラス基板に交互に蒸着する方法で製作される、波長選択性を持つフィルターは、既に従来の構造の双方向光通信モジュールに広く採用されている。
【００７９】
その後、図２４の（ｅ）では、シリコンウェーハの上面に、光ファイバーから発散されるレーザー光がシリコンウェーハを透過した後にシリコンウェーハを脱出して空気中へ進行するとき、シリコンウェーハと空気との界面で反射が起らないように、光ファイバーから発散される光に対する無反射膜を蒸着する。このような無反射膜の蒸着は、前述したＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｌＯ２の誘電体層の厚さを調節して得られる。元々半導体シリコンウェーハの上面と下面は研磨によって非常に平滑度が高い状態の面なので、これらの面に誘電体薄膜を蒸着することは非常に容易になされる。
【００８０】
このように製作された半導体シリコンウェーハを図２４の（ｆ）に示すように適切なサイズに切り取ると、図２４の（ｇ）に示すような形で４５°のビームスプリッタが製作される。図２４の（ｇ）に示すように製作された４５°のビームスプリッタを、エッチングされた｛１１１｝面が下方にくるように位置させると、図２４の（ｈ）に示すような形の自立型平行板ビームスプリッタ２１０に完成される。
【００８１】
本発明の実施例において、シリコンウェーハの上面と下面を誘電体薄膜で蒸着するとき、ＢｉＤｉを基準として説明したが、これから説明するトリプレクサまたは波長固定機能を有する双方向通信が可能なＤＷＤＭトランシーバ用モジュールのための自立型平行板ビームスプリッタの製作過程では、それぞれの適用例に合う誘電体薄膜でシリコンウェーハの上面および下面を蒸着すればよい。このような半導体エッチング工程を用いて自立型平行板ビームスプリッタ２１０を製作する方法は、超小型の自立型平行板ビームスプリッタ２１０の製作に適切であるが、これ以外の方法を用いても、自立型平行板ビームスプリッタ２１０を製作することができる。
【００８２】
一方、ガラスまたはシリコン基板を切り取って別個の光学的部品に作るとき、厚さの薄い鋸を用いてガラスまたはシリコン基板を切断する。このような技法をソーイング(sawing)技法ともいうが、ソーイングの際にソーイング角度を４５°で傾けることにより、自立型平行板ビームスプリッタを製作することができる。
【００８３】
図２５は本発明の実施例によってソーイング方法で自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程について示す。
【００８４】
まず、図２５の（ａ）に示すように、ガラスまたはシリコン基板の両面に、ＢｉＤｉ、トリプレクサ、および波長固定機能を有する双方向通信用ＤＷＤＭモジュールのうち、それぞれの適用例による適切な透過および反射特徴を持つように誘電体薄膜を蒸着する。ソーイング方法による本発明の説明は、ＢｉＤｉを基準として行う。本発明の一実施例に係るＢｉＤｉの場合、平行板の上面には、１４９０ｎｍ波長に対しては透過の性質を有し且つ１３１０ｎｍ波長に対しては反射の性質を持つように誘電体薄膜を蒸着した後、平行板の下面には１４９０ｎｍに対して無反射透過の性質を持つように誘電体薄膜を蒸着する。
【００８５】
その後、図２５の（ｂ）に示すように、ソーイング回転鋸歯の角度を平行板に対して４５°に調節して平行板を切断すると、切断された面と平行板の上下面間の角は４５°となる。このように製作された基板を４５°回転させて立てると、図２５の（ｃ）に示すように、レーザーダイオードチップ１００から発散される波長１３１０ｎｍの光は反射させ、且つ光ファイバーから発散される波長１４９０ｎｍのレーザー光は透過させるＢｉＤｉ用の自立型平行板ビームスプリッタ２１０が完成される。
【００８６】
図２６は本発明の他の実施例によってソーイング方法で自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法を示す。図２６に示すように、上・下面に誘電体薄膜が蒸着された基板を切断する回転鋸歯は、突出部位を有する４５°の楔状断面を持っている。よって、突出した４５°の楔状断面を有する回転鋸歯を用いて垂直に基板を切断すると、切断された基板の断面は自立型平行板ビームスプリッタ２１０の下面と傾斜面を切断する断面を持つことになり、図２１に示すように第２サブマウント３１０と自立型平行板ビームスプリッタ２１０を互いに密着させて固定させたとき、第２サブマウント３１０と自立型平行板ビームスプリッタ２１０との接合部の下方に空き空間が生じて、半田またはエポキシなどの接着剤３０１を収容することが可能な空間が設けられる。
【００８７】
一方、シリコンなどの半導体ウェーハをエッチングするドライエッチング方法がある。ドライエッチングは、シリコンなどをエッチングすることが可能な気相のエッチング気体を用いてエッチングする方法であって、特にプラズマを用いるドライエッチング方法は、プラズマの動き方向にエッチングの方向性が非常に優れる特性を持っている。
【００８８】
図２７はこのようなプラズマを用いたドライエッチング方法によって自立型平行板ビームスプリッタを製作する方法について示す。
【００８９】
図２７に示すように、ドライエッチング方法でドライエッチングのためのエッチング装置に、エッチングすべきウェーハを４５°傾けて装入し、プラズマエッチング方向にドライエッチングを行うと、破線部分のようにエッチングされることにより、最終的に図２３のような形態の自立型平行板ビームスプリッタ２１０を製作することができる。
【００９０】
図２５〜図２７に示すように、平行板の基板を４５°傾けて切り取る方法で自立型平行板ビームスプリッタ２１０を製作する方法は、前述した方法以外にも、レーザーを用いて切断する方法などの様々な方法があり得る。このような方法も本自立型平行ビームスプリッタ２１０の製作範疇に含まれるのは当然である。
【００９１】
一方、図２４の過程によって製作された半導体シリコンウェーハから別個の自立型平行板ビームスプリッタを分離するときに切り取る大きさに応じて、自立型平行板ビームスプリッタ２１０が様々な形状に変わる可能性がある。
【００９２】
図２８は本発明の実施例に係る自立型平行板ビームスプリッタの多様な形態を示す。図２８に示した自立型平行板ビームスプリッタの各表面のうち、（１）面は原シリコンウェーハの研磨された下面を示し、（２）面は原シリコンウェーハのソーイングされた面を示し、（３）面は原シリコンウェーハのエッチング面を示し、（４）面は原シリコンウェーハの研磨された上面を示す。
【００９３】
このような形態で製作される自立型平行板ビームスプリッタ２１０に到着する光の到着位置に応じて、レーザー光は多様な透過経路を持つが、図２９は自立型平行板ビームスプリッタに入射する光の位置に応じて変わる光の経路を示す。
【００９４】
図２９に示すように、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の上部側から鉛直方向に進んでくる光は自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面を透過して内部に進行し、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部を透過するレーザー光は自立型平行板ビームスプリッタ２１０に到達する地点に応じて相異なる進行経路を持つ。
【００９５】
図２９に示すように、「Ｌ」領域に入射する光は、スネルの法則によって、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面の垂線に対して１１．７°の角度をもって自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部を進行する。自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部を進行した光が自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面と交わるとき、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面の垂線に対して３３．３°の入射角を持つ。前記３３．３°の入射角は、シリコンの屈折率を３．５とし且つ空気の屈折率を１としたき、全反射に該当する入射角である。よって、「Ｌ」領域に入射した光は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の底面で全反射して自立型平行板ビームスプリッタの（２）面に到達した後、空気中に脱出する。
【００９６】
自立型平行板ビームスプリッタ２１０の「Ｈ」領域へ鉛直方向に入射する光は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面の垂線に対して４５°の入射角で入射する。スネルの法則によって前面傾斜面を透過して内部に進行する光は、前面傾斜面の垂線に対して１１．７°の角度を持つ。このような光が（４）面に入射するとき、（４）の垂直に対して１１．７°の入射角を有し、この光は空気中で鉛直下方の方向性を有し、空気中に脱出する。よって、レーザー光が光ファイバーから発散されて自立型平行板ビームスプリッタ２１０を透過し、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の下部に配置される受信用フォトダイオードチップ５００に入射するためには、レーザー光が自立型平行板ビームスプリッタ２１０の（４）面としての後面傾斜面に投射されなければならない。
【００９７】
図３０は鉛直下方に進行するレーザー光が自立型平行板ビームスプリッタを透過して継続的に鉛直下方の進行方向を持つための、レーザー光の自立型平行板ビームスプリッタの前面傾斜面への入射点最小高さを示す。
【００９８】
図３０において、レーザー光が自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面に到着する地点を「Ａ」とし、底面と後面傾斜面との交点を「Ｂ」とし、Ａから後面傾斜面への垂線と後面傾斜面との交点を「Ｃ」とし、Ａから底面への垂線と底面との交点を「Ｄ」とする。線分Ａ−Ｃの長さは自立型平行板ビームスプリッタ２１０の厚さに該当する長さである。半導体工程を用いて自立型平行板ビームスプリッタ２１０を製作する場合、半導体ウェーハの厚さがＡ−Ｃの長さに該当するので、これは容易に調節または測定できる要素である。このＡ−Ｃの長さをｔとする。線分Ａ−Ｂの長さはｔの長さ、および自立型平行板ビームスプリッタ２１０の内部におけるレーザー光が持つ進行方向の角度θ２に依存する。θ２は、レーザー光が自立型平行板ビームスプリッタ２１０に入射する入射角度θ１、および自立型平行板ビームスプリッタ２１０の屈折率ｎ２に依存する。
【００９９】
下記の数式は簡単な三角関数によって決定される。
【０１００】
［数式２］
ｌ×ｃｏｓθ２＝ｔ
【０１０１】
［数式３］
ｌ＝ｔ／ｃｏｓθ２
【０１０２】
［数式４］
ｈ＝ ｌ×ｃｏｓ（４５°−θ２）＝ｔ×ｃｏｓ（４５°−θ２）／ｃｏｓθ２
【０１０３】
空気中の屈折率を１とするとき、スネルび法則によって、θ２は次の数式５で決定される。
【０１０４】
［数式５］
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２×ｓｉｎθ１／ｎ２）
【０１０５】
したがって、鉛直下方に進行して自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面を透過して再び鉛直下方にレーザー光が進行するためにレーザー光が到達しなければならない自立型平行板ビームスプリッタ２１０の高さは、少なくとも数式４および数式５で決定された高さｈより高くなければならない。
【０１０６】
本発明の主要思想は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０を配置し、端面放出型のレーザーダイオードチップ１００を自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面に隣接して底面が下方にくるように水平に配置し、受信用フォトダイオードチップ５００を自立型平行板ビームスプリッタ２１０の下方に配置する方法である。レーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光は前面傾斜面で反射させて進行方向を変え、受信用レーザー光は前面傾斜面をそのまま透過させる方法を用いた様々なモジュールの組立方法について従来の技術で言及したことがある。ところが、このような方法は、従来の技術で説明したように、ビームスプリッタの製作が複雑で光整列のための組立が難しいため、製造コストが高くかかるという問題点があった。これに対し、本発明は、このような問題点を解決してビームスプリッタの製作を容易にすると同時に、光整列のための組立を容易にする。
【０１０７】
図３１は図１７および図１８に示したＢｉＤｉブロックの組立順序を詳細に示す。図３１に示すように、第１サブマウント３００の一側には、内部側に受信用フォトダイオードチップ５００が挿入できる「コ」字状の溝が形成される。このような第１サブマウント３００は、価格が低廉であるうえ、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程によって「コ」字状に容易に製作することが可能なシリコンで製作することが好ましい。この際、一側に「コ」字状の溝が形成されたシリコン基板は、｛１１０｝の面方向を有するシリコンウェーハが好ましい。これは、ＫＯＨ、ＨＣｌなどの異方性エッチングによって現れるエッチング断面としての｛１１１｝面が｛１１０｝に対して垂直なので、「コ」字状溝の壁面が底面に対して垂直となるためである。
【０１０８】
前記「コ」字状の第１サブマウント３００の上部に、波長選択的反射／透過鏡である自立型平行板ビームスプリッタ２１０が設置されるが、この自立型平行板ビームスプリッタ２１０は、第１サブマウント３００の「コ」字状の溝に底面の一部が係止されるように設置される。また、第１サブマウント３００の上部の他側に、レーザーダイオードチップ１００が上部に付着している第２サブマウント３１０が設置されるが、この際、第２サブマウント３１０と自立型平行板ビームスプリッタ２１０の前面傾斜面とが互いに接触するように設置される。第２サブマウント３１０は、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の製作方法と同様に製作でき、自立型平行板ビームスプリッタ２１０の製作方法における波長選択のための表面誘電体蒸着の過程が除去された過程で作られる。その後、第１サブマウント３００の「コ」字状の溝に、受信用フォトダイオードチップ５００が上部に付着している受信用フォトダイオードチップサブマウント５１０を挿入して結合させる。
【０１０９】
図３２および図３３は通常のフォトダイオードチップの構成を示す。通常、フォトダイオードチップは、図３２に示すように、陰のドーピング特性を有するｎ−ＩｎＰ基板８２０上に、光吸収層としての厚さ１０００ｎｍ帯域内外のアンドープトＩｎＧａＡｓ層８３０を格子整合状態で成長させた後、アンドープトＩｎＧａＡｓ層８３０上に、厚さ１００ｎｍ帯域内外のアンドープトＩｎＰ層８４０、および陽のドーピング特性を有する厚さ１．５μｍ内外のｐ−ＩｎＰ層８５０を成長させた後、厚さ３００ｎｍ帯域内外のｐ−ＩｎＧａＡｓ層８６０をＭＯＣＶＤ(metal organic vapor phase epitaxy)またはＬＰＥ(liquid phase epitaxy)またはＭＢＥ(Molecular beam epitaxy)またはＨＶＰＥ(Hydride vapor phase epitaxy)などの方法で成長させた半導体ウェーハを基板として製作される。その後、光の吸収領域を除いた領域の基板の上部からｐ−ＩｎＧａＡｓ層８６０およびｐ−ＩｎＰ層８５０をエッチングして光吸収領域を指定する。エッチングされていない光吸収領域のｐ−ＩｎＧａＡｓ層８６０上にチタニウム−プラチニウム−金の合金を用いてｐ−オーム接触層８７０を形成し、金属で覆われていない光吸収領域のｐ−ＩｎＧａＡｓ層８６０を除去した後、ｎ−ＩｎＰ基板８２０側にｎ型オーム接触用金属８１０を蒸着することにより、フォトダイオードチップを完成する。このような形態のフォトダイオードチップの他に、図３３に示すようにチップの一方の方向でｐ型電極とｎ型電極を共に形成する方法も存在する。
【０１１０】
本発明の重要な応用例である一つのＴＯ型パッケージ内にレーザーダイオードチップおよび受信用フォトダイオードチップを同時に内蔵し、一つのＴＯ型パッケージで双方向通信を可能にするＢｉＤｉ型モジュールにおいて、送信用レーザーダイオードチップと受信用フォトダイオードチップが一つのパッケージ内に時に内蔵されることにより、送信されるべきレーザー光の一部が受信用フォトダイオードに直接入射して漏話(cross-talk)が発生しうる。このような漏話を最小化するためには、フォトダイオードチップに隣接して受信されるべき波長のレーザー光は透過させ且つ送信されるべき波長のレーザー光は反射させる光学的フィルターを備えることがさらに好ましい。図３３のようにチップの一面にｐ型電極とｎ型電極とが同時に存在する場合、電気信号を伝達する電極が形成された基板にフォトダイオードチップを裏返して付着させるが、基板のｐ型電極とｎ型電極をフォトダイオードチップのｐ型電極とｎ型電極に金属ボールで電気的に連結させる方法が広く採用されている。このような方法をフリップチップ接続という。フリップチップ接続において、フォトダイオードチップの基板側の表面は何の電気的役割も果たさないので、フォトダイオードチップの基板側の表面は何の加工をしても問題がない状態となる。
【０１１１】
図３４は電気信号伝達のための基板にフォトダイオードチップをフリップチップ接続した状態を示す。このような方法において、ＩｎＰ基板のバンドギャップエネルギーが１．３５ｅＶであって、エネルギー０．９５ｅＶ程度の１３１０ｎｍ帯域波長の光とエネルギー０．８０ｅＶ程度の１５５０ｎｍ帯域波長の光はＩｎＰ基板に吸収されずＩｎＰ基板を透過し、バンドギャップエネルギー０．７５ｅＶ程度のＩｎＧａＡｓの光吸収領域で吸収され、光信号が電気信号に変換される。したがって、光信号が上部から下り方向をもって進行するとき、フォトダイオードチップのｐ側の面が上方にくるか、或いはｎ型基板が上方にくるかに関係なく、光信号が電気信号に変換される。本発明の重要な応用例である双方向通信用ＢｉＤｉ型モジュールにおいて、光ファイバーから伝送されて受信用フォトダイオードチップが受信しなければならない波長の光は、１４９０ｎｍ帯域または１５５０ｎｍ帯域波長の光であるが、これに対し、双方向通信用ＢｉＤｉ型モジュールの内部には、上り方向の光信号を伝送するための１３１０ｎｍ帯域波長のレーザー光を発散する半導体レーザーダイオードチップが内蔵される。通常、長距離の光ファイバーを介して伝送されてくる受信光信号に比べて、双方向通信用ＢｉＤｉモジュールから発散されるレーザー光の強さは少なくとも１００倍程度強い。フォトダイオードチップのＩｎＧａＡｓ吸収領域は、１４９０ｎｍ帯域および１５５０ｎｍ帯域波長のレーザー光に対して反応するうえ、１３１０ｎｍ帯域波長のレーザー光に対しても反応する。よって、双方向通信用ＢｉＤｉモジュール内に取り付けられたレーザーダイオードチップから発散される１３１０ｎｍ帯域波長のレーザー光が、受信用フォトダイオードチップに入射する場合、受信信号と送信信号とが混ぜられる漏話現象として現れる。したがって、光ファイバーから伝送されてくる波長の光はフォトダイオードに入射させるが、双方向通信用ＢｉＤｉモジュールの内部に取り付けられたレーザーダイオードチップから発散される光が受信用フォトダイオードチップに入射するのを防ぐ方法が必要である。
【０１１２】
図３４において、波長選択性フィルターは、屈折率が相対的に高い或いは低いＳｉ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの誘電体薄膜を交互に蒸着することにより得られる。誘電体薄膜による波長選択性フィルターは、波長選択性が入射光の入射角度によって異なるという特性がある。よって、受信光が入ってくるべき角度ではなく、異なる角度で波長選択性フィルターに入射する光の場合、波長選択性フィルターの波長選択性が低下するおそれがある。このようなことは、フォトダイオードチップのＩｎＧａＡｓ光吸収領域の反対側のｎ型基板部位のみを除いて、残りのｎ型基板を、全ての波長に対して反射性を有する金属材質で覆う方法によって除去することができる。Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなどの通常の金属はいずれも全波長の光を吸収または反射するので、双方向通信用光モジュールの内部で、迷光がフォトダイオードチップの活性領域に入射することを最小化することができる。また、金属薄膜でフォトダイオードチップのｎ型基板側にＩｎＧａＡｓ吸収領域の位置を表示することは、双方向通信用ＢｉＤｉ組立の際にフォトダイオードチップを光整列するときの基準点として活用することができるため、ＢｉＤｉ組立を円滑にするという効果がある。
【０１１３】
一方、ＢｉＤｉ光モジュール内の迷光は、フォトダイオードチップのｎ型基板だけでなく、フォトダイオードチップの側面、およびフォトダイオードチップとフォトダイオードチップの下方の電極連結用基板との間の空間を介してもフォトダイオードチップの活性領域に進入することができる。図３５はこのような迷光がフォトダイオードチップの活性領域に進入する一例を示し、図３６は迷光によって発生する雑音成分を減らすための一例を示す。図３６に示すように、受信用フォトダイオードチップの側面を、考慮される全ての光に対して不透明であり且つ電気的に不導体の特性を持つ高分子物質で充填することにより、側面に入射する雑音成分を遮断することができる。このような特性を持つ高分子物質の一例として、光吸収染色剤が含まれたポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エポキシなどを挙げることができる。
【０１１４】
本発明の自立型平行板ビームスプリッタは多様なモジュールに応用できるが、もう一つの重要な応用例は、レーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光を用いてレーザーダイオードの動作状態を監視する前面監視機能を有するＴＯ型レーザーダイオードパッケージである。端面放出型のレーザーダイオードチップは、レーザーダイオードチップの両端面から光が放出され、各端面の反射率を調節する反射率調節コーティングによって光が強く放出される面をレーザーダイオードチップの前面とし、光が弱く放出される面をレーザーダイオードチップの後面とするということは、既に詳細に説明したことがある。通常の半導体レーザーダイオードチップにおいて、前面の反射率は約１〜３０％であり、後面の反射率は約３０〜９９％である。このようなチップ両面の反射率の比率において、レーザーダイオードチップの後面から放出されるレーザー光の強さはレーザーダイオードチップの前面から放出される光の強さと線形的に比例する。ところが、ＲＳＯＡ(reflective semiconductor optical amplifier)では、チップの前面の反射率が１％以下であり、通常０．０１％以下の反射率を持つ。これに対し、ＲＳＯＡの後面は３０〜９９％程度の反射率を持つ。このようにレーザーダイオードチップの前面の反射率と後面の反射率とが互いに非常に大きく異なる場合、レーザーダイオードチップの前／後面から発散されるレーザー光の強さの比率はレーザーダイオードに注入される電流の量によって変わる。よって、ＲＳＯＡのような半導体レーザーダイオードチップでは、レーザーダイオードチップの後面から発散される光を用いて、レーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光の強さを監視する用途として使用されていない。したがって、現在はＴＯ型パッケージの外部でレーザーダイオードチップの前面から発散されてレンズを介して光ファイバーに集束したレーザー光を２経路に分け、その一つの経路は外部信号の伝送に使用し、もう一つの経路のレーザー光を用いてＲＳＯＡの動作状態を監視する方法を使用している。ところが、このような方法は、体積が非常に大きく、高価の光分配器が必要であり、別途のＴＯ型監視フォトダイオードチップが必要とされるなど、高い費用がかかる方法である。
【０１１５】
図３７はこのような問題点を解決するための本発明の実施例によってレーザー半導体ダイオードチップの前面監視機能を示す概念図、図３８は図３７の前面監視用フォトダイオードチップが内蔵されたＴＯ型パッケージの構造図を示す。
【０１１６】
図３７および図３８に適用された自立型平行板ビームスプリッタ２２０は、図２４〜図２７で説明された自立型平行板ビームスプリッタを製作する過程において、レーザーダイオードチップ１００側に向かった前面傾斜面は、レーザーダイオードチップ１００の前面から発散される光の一部を透過し且つ一部を反射する部分反射鏡の特性を持つように、誘電体薄膜が蒸着される。また、自立型平行板ビームスプリッタ２２０の後面傾斜面は、自立型平行板ビームスプリッタ２２０を透過する光に対して無反射特性を持つように誘電体薄膜が蒸着される。自立型平行板ビームスプリッタ２２０の後面傾斜面の側面においては、自立型平行板ビームスプリッタ２２０を透過してくるレーザー光を用いてレーザーダイオードチップ１００の動作状態を監視するための前面監視用フォトダイオードチップ４５０が前面監視用フォトダイオードチップサブマウント４６０に設置されている。本実施例において、自立型平行板ビームスプリッタ２２０のレーザーダイオードチップ１１０側に向かった前面傾斜面の反射率があまり低ければ、ＴＯパッケージの外側に伝送されるべき信号の強さが小さくなり、反射率があまり高ければ、監視用フォトダイオードチップ４５０に入射すべき信号の光強さがあまり小さくなるので、自立型平行板ビームスプリッタ２２０の前面傾斜面の反射率は８０〜９７％程度であることが好ましく、さらに好ましくは前記反射率が８５〜９５％である。図３７および図３８において、自立型平行板ビームスプリッタ２２０を透過するレーザー光の経路は図１５で説明したとおりである。
【０１１７】
１３１０ｎｍ帯域波長の送信用光信号と１４９０ｎｍ帯域波長および１５５０ｎｍ帯域波長の受信用光信号を一つの光ファイバーを介して伝送するのに必要なトリプレクサモジュールについて図９で説明したことがある。本発明の自立型平行板ビームスプリッタを使用すると、トリプレクサモジュールを一つのパッケージに実装する一体ＴＯ型トリプレクサモジュールを製作することができる。
【０１１８】
図３９は本発明の実施例によって一つのパッケージ内にトリプレクサの機能が全て内蔵されるトリプレクサモジュールを示す。
【０１１９】
本発明の実施例において、トリプレクサモジュールの説明では、パッケージに内蔵されるレーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光は１３１０ｎｍ帯域の波長を有し、光ファイバーから伝送されてくる受信用信号光は１４９０ｎｍ帯域および１５５０ｎｍ帯域の波長を有すると仮定する。図３９に示すように、レーザーダイオードチップ１００側に向かった自立型平行板ビームスプリッタ２３０の前面傾斜面は、１３１０ｎｍに対して無反射透過するように、且つ１４９０ｎｍに対しては高反射するようにコーティング処理が施されている。光ファイバー（図示せず）側に向いた自立型平行ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面は、１３１０ｎｍ帯域と１４９０ｎｍ波長に対して無反射透過するように、且つ１５５０ｎｍ波長に対しては高反射するようにコーティング処理が施されている。このような構造を有する自立型平行板ビームスプリッタ２３０を使用する場合、レーザーダイオードチップ１００から発散する波長１３１０ｎｍ波長のレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２３０の両面が全て１３１０ｎｍに対して反射しないようにコーティング処理されているので、自立型平行板ビームスプリッタ２３０を透過して光ファイバー（図示せず）に進行する。光ファイバー（図示せず）から発散される１５５０ｎｍ波長のレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面で反射して鉛直下方の１５５０ｎｍ波長帯域受信用フォトダイオードチップ５０２に入射し、光電流信号を生成する。自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面を透過し且つ前面傾斜面で反射する１４９０ｎｍの光経路に対する詳細な説明は図１６に示されている。図１６に示すように、光ファイバーから発散する１４９０ｎｍ波長のレーザー光は、自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面を透過し、前面傾斜面で反射してさらに自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面に到達した後、鉛直下方にある１４９０ｎｍ波長帯域の受信用フォトダイオードチップ５０１に入射する。
【０１２０】
自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面を透過した後、前面傾斜面で反射されてさらに自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面に到達する光の経路のうち、自立型平行板ビームスプリッタ２３０の前面傾斜面で反射して後面傾斜面に進行する光は、図１５において鉛直方向にビームスプリッタに入射してビームスプリッタを透過する光の経路と同一である。よって、自立型平行板ビームスプリッタ２３０の後面傾斜面を透過した後、前面傾斜面で反射した光が自立型平行板ビームスプリッタ２３０の底面に入射しないための前面傾斜面における最小限の高さは、数式４および数式５によって決定される高さｈより高くなければならない。この高さｈは、レーザーダイオードチップ１００から発散される光が自立型平行板ビームスプリッタ２３０に到達する地点と同一なので、自立型平行板ビームスプリッタ２３０を使用するトリプレクサモジュールにおいても内蔵されるレーザーダイオードチップ１００から発散されて自立型平行板ビームスプリッタ２３０に到達する光の最小高さは、数式４および数式５によって決定される高さｈである。
【０１２１】
前述したように屈折率が相対的に高い或いは低い誘電体薄膜を用いて製作される波長選択性ビームスプリッタは、その透過／反射特性が、波長選択性ビームスプリッタに入射する光の入射角度に大きく依存する。したがって、１４９０ｎｍ帯域の光と１５５０ｎｍ帯域のチップを波長選択性ビームスプリッタで容易に分離するためには、波長選択性ビームスプリッタに入射する全ての光成分が同一の入射角度を持つことが有利である。よって、図３９に示すようにレーザーダイオードチップ１００と自立型平行板ビームスプリッタ２３０との間に備えられているレンズ７００は、レーザーダイオードチップ１００から発散されるレーザー光を平行光にする役割を果たす。このように平行光になったレーザー光が光ファイバーに集束するためには、もう一つのレンズ（図示せず）がレーザーダイオードチップ１００と光ファイバーとの間に備えられることが必要である。光は、経路上で可逆過程を有するので、レーザーダイオードチップ１００から発散されてレンズ７００によって平行光にされた後、さらにレンズ（図示せず）によって光ファイバーに集束する構成の場合、光ファイバーから発散されたレーザー光は光ファイバーと隣接しているレンズ（図示せず）によって平行光にされる。よって、光ファイバーから発散される１４９０ｎｍ帯域と１５５０ｎｍ帯域波長の光が自立型平行板ビームスプリッタ２３０の各面に到達するときは、平行光の特性を持つ。よって、平行光として波長選択性ビームスプリッタに入射する１４９０ｎｍ帯域と１５５０ｎｍ帯域波長の光は容易に分離できる。
【０１２２】
図３９では、一つの自立型平行板ビームスプリッタを使用したが、最終的にパッケージの外部に進行する光の方向はパッケージの側面に対して水平である。このような特性を最も生かすことが可能なパッケージは、通常のミニディルまたはミニフラットまたはバタフライパッケージである。ところが、ＴＯ型パッケージはハウジング製作費用が通常０．１〜０．５ＵＳドル程度の非常に低い価格であるが、これに対し、前述したミニディル、ミニフラットまたはバタフライパッケージはハウジング製作費用が数ＵＳドル〜数十ＵＳドルに達する。よって、低価格のＴＯ型パッケージハウジングを用いた、トリプレクサ機能を有するＴＯ型パッケージの製作が要求されている。
【０１２３】
トリプレクサの機能をＴＯ型パッケージに適用するための実施例が図４０に示されているが、図４０は２つの自立型平行板ビームスプリッタが適用されたＴＯ型パッケージの一例を示す。第２の自立型平行板ビームスプリッタ２７０を第１の自立型平行板ビームスプリッタ２３０の側面に取り付けることにより、ＴＯ型トリプレクサの機能が可能になる。この際、第２の自立型平行板ビームスプリッタ２７０は、ビームスプリッタとは表現したが、実質的に前面傾斜面で全ての波長に対して反射の特性を持てばよい。全ての波長の光に対して反射の特性を持つためには、第２の自立型平行板ビームスプリッタ２７０の前面傾斜面が例えばＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属でコートされて製作されることが好ましい。
【０１２４】
一方、図３９の機能を２つの自立型平行板ビームスプリッタを用いて行うことも可能である。図４１は２つの自立型平行板ビームスプリッタを用いて図３９の機能を行う一例を示す。
【０１２５】
図４１に示すように、本発明に係る双方向通信用トリプレクサ光モジュールパッケージは、第１サブマウント３００の上部一側にレーザーダイオードチップ用の第２サブマウント３１０が設置され、この第２サブマウント３１０の上部にはレーザーダイオードチップ１００が設置される。また、第１サブマウント１００の上部一側にはレーザーダイオードチップ１００から発散される送信用の１３１０ｎｍ波長帯のレーザー光を水平光にするレンズ７００が設置され、レンズ７００側面の第１サブマウント３００の上部には１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３１が設置される。
【０１２６】
この１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３１は、レーザーダイオードチップ１００側に向かった前面傾斜面は１３１０ｎｍに対して反射しないように無反射コーティング処理が施されており、後面傾斜面は１３１０ｎｍ波長に対して反射せず且つ１４９０ｎｍに対しては反射するように、相対的に屈折率が高い或いは低い２つ以上の誘電体薄膜が交互に蒸着されている。この１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３１の下部には、１４９０ｎｍ波長に対して反応する１４９０ｎｍ帯域波長受信用フォトダイオードチップ５０１が配置されるが、この１４９０ｎｍ帯域波長受信用フォトダイオードチップ５０１は、１４９０ｎｍ帯域波長受信用サブマウント５１１の上部に設置される。
【０１２７】
一方、前記１４９０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタ２３１の側面の第１サブマウントの上部には、１５５０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタ２３２が配置されるが、１５５０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタ２３２のレーザーダイオードチップ１００側に向かった前面傾斜面は１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍ波長に対して反射しないように無反射コーティング処理が施されており、後面傾斜面は１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍ波長に対して反射せず且つ１５５０ｎｍ波長に対しては反射するように複数の誘電体薄膜がコートされている。この１５５０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタ２３２の下部には、１５５０ｎｍ波長に対して反応する１５５０ｎｍ帯域波長用フォトダイオードチップ５０２が位置するが、この１５５０ｎｍ帯域波長用フォトダイオードチップ５０２は、１５５０ｎｍ帯域波長用サブマウント５１２の上部に設置される。
【０１２８】
レーザーダイオードチップ１００から発散する１３１０ｎｍのレーザー光は、１３１０ｎｍ波長に対して反射しないようにコートされた１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３１よび１５５０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３２を透過し、光ファイバー（図示せず）へ伝送される。また、光ファイバーから入射する１４９０ｎｍのレーザー光は、１４９０ｎｍ波長に対して反射しないようにコートされた１５５０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３２を透過した後、１４９０ｎｍ波長に対して反射するようにコートされた１４９０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３１の光ファイバー側の後面傾斜面で反射され、下部の１４９０ｎｍ帯域波長用フォトダイオードチップ５０１へ伝送される。一方、光ファイバーから入射される１５５０ｎｍのレーザー光は、１５５０ｎｍ波長に対して反射するようにコートされた１５５０ｎｍ帯域波長用の自立型平行板ビームスプリッタ２３２の後面傾斜面で反射されて下部の１５５０ｎｍ帯域波長用フォトダイオードチップ５０２へ伝送される。
【０１２９】
図４１において上述した２つの自立型平行板ビームスプリッタを用いた双方向通信用トリプレクサ光モジュールパッケージは、図４０で説明したように、１５５０ｎｍ帯域波長用自立型平行板ビームスプリッタ２３２の一側に別の反射用自立型平行板ビームスプリッタを配置することにより、ＴＯ型パッケージハウジングで実現できる。
【０１３０】
本発明の一実施例に係るトリプレクサパッケージは、本発明の説明において一つのＴＯ型パッケージまたはミニディルまたはミニフラットまたはバタフライパッケージで実現する例を挙げたが、本発明の別の一実施例である一つのＴＯ型パッケージ内に集積されたＢｉＤｉ光モジュールと、別のＴＯ型フォトダイオードパッケージとを組み合わせて、図１の既存の２つのＴＯ型ＢｉＤｉパッケージ形態でトリプレクサパッケージを実現することができる。
【０１３１】
図４２は従来の２つのＴＯ型ＢｉＤｉモジュールの形態で製作された本発明の実施例に係るトリプレクサモジュールの概念図である。図４２に示したトリプレクサモジュールは、図１に示したＴＯ型レーザーダイオードモジュールの位置に、自立型平行板ビームスプリッタを用いて、１３１０ｎｍ波長と１４９０ｎｍ波長のＢｉＤｉ機能を有するＴＯ型ＢｉＤｉモジュール１０を装着し、既存のＴＯ型受光素子の位置には１５５０ｎｍ波長受信用ＴＯ型フォトダイオードモジュール５５０を配置する。この際、従来のＢｉＤｉモジュールで使用されるビームスプリッタ２５０は、１５５０ｎｍ波長を反射させ、１４９０ｎｍ波長および１３１０ｎｍ波長を透過させる特性を持つ。このように構成することにより、従来のＢｉＤｉ型モジュールでトリプレクサモジュールの機能を行うことができる。
【０１３２】
図４３は本発明の一実施例に係る波長固定機能と双方向通信機能を有するＴＯ型レーザーダイオードパッケージの構造図でる。
【０１３３】
図４３に示すように、波長固定機能と双方向通信機能を有するＴＯ型レーザーダイオードパッケージは、ＴＯ型ステムベース１１の上部に熱電素子１４が配置され、この熱電素子１４の上部には双方向光通信が可能で波長固定機能を有する光部品ブロック（以下、「双方向波長固定ブロック」と命名する）２０が配置される。双方向波長固定ブロック２０が配置されたステムベース１１の上部には、レンズ１７を備えた金属のキャップ１２が電気溶接方法で取り付けられることにより、ＴＯ型パッケージハウジングが完成される。一方、前記ステムベース１１には、上下を貫通する多数の貫通孔が設けられ、この貫通孔にそれぞれ電極ピン１５が設置された後、ガラス玉１６によって密封される。
【０１３４】
図４４は本発明の実施例に係る双方向波長固定ブロックの構成図である。
【０１３５】
図４４に示すように、第１サブマウント３００の上部には、レーザーダイオードチップ１００の後面から放出されるレーザー光を監視する後面監視用フォトダイオードチップ４００が後面監視用フォトダイオードサブマウント４１０に取り付けられている。
【０１３６】
また、第１サブマウント１００の上部の他の一側には自立型平行板ビームスプリッタ２４０が設置されるが、この自立型平行板ビームスプリッタ２４０は、レーザーダイオードチップ１００の前面から放出されるレーザー光の一部を前面傾斜面で反射させて自立型平行板ビームスプリッタ２４０の上部のレンズ（図示せず）を介してＴＯ型パッケージの外部の光ファイバーへ伝達して情報伝送の目的を達成するようにする。この自立型平行板ビームスプリッタ２４０は、レーザーダイオードチップ１００の前面から放出されるレーザー光の他の一部を透過させ、狭い透過線幅を有する波長選択性フィルターとしての狭い線幅フィルター７１０へ伝達する役割も同時に行う。この自立型平行板ビームスプリッタ２４０は、上部の光ファイバーから伝送されてくる光を透過させ、自立型平行板ビームスプリッタ２４０の下部に配置される受信用フォトダイオードチップ５００へ伝達する役割も同時に行う。
【０１３７】
前記自立型平行板ビームスプリッタ２４０の側面には、自立型平行板ビームスプリッタ２４０の前面傾斜面と密接に接触するように製作された第２サブマウント３１０が配置され、第２サブマウント３１０の上部の一側には、レーザーダイオードチップ１００が上部に付着している第３サブマウント３２０が配置されるが、前記第２サブマウント３１０の上部の一側には、レーザーダイオードチップ１００から広い角度で広がって発散される特徴を持つレーザー光を平行光にするためのレンズ７０が取り付けられている。
【０１３８】
前記第１サブマウント３００の側面には、狭い波長領域のみを選択的に透過させる狭い線幅フィルター７１０が配置され、狭い線幅フィルター７１０の後面には、レーザーダイオードチップ１００から放出された後、狭い線幅フィルター７１０を通過したレーザー光を監視するための前面監視用フォトダイオードチップ４５０が前面監視用フォトダイオードサブマウント４６０に取り付けられている。図４４では、レーザーダイオードチップ１００の前面から広い角度で発散される特徴をもって放出されるレーザー光がレーザーダイオードチップ１００の前面のレンズ７００を介して平行光に変わるので、レンズ以後のレーザー光を一つの線で代表して表示した。
【０１３９】
本実施例の説明では、理解を容易にするために、レーザーダイオードチップ１００から放出されるレーザー光の波長を常温で１５５０ｎｍと仮定し、光ファイバー（図示せず）から伝送されてくるレーザー光の波長を１３１０ｎｍと仮定する。前述した波長設定は、説明の便宜のためのもので、異なる波長の組み合わせも本発明に適用できるのは当たり前である。
【０１４０】
前記レーザーダイオードチップ１００の後面に配置される後面監視用フォトダイオードチップ４００は、主にＩｎＰ(Indium Phosphide)半導体基板にＩｎＧａＡｓ(Indium Gallium Arsenide)半導体層を結晶成長させて作られる。ＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡｓは、バンドギャップエネルギーが常温で略０．７５ｅＶである。IｎＧａＡｓ層は、１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ波長の光エネルギーを吸収して電流に変換させる。光吸収層としてのＩｎＧａＡｓ層は、入射する波長に応じて光電変換効率が変わるが、１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域では大きく変化しない光電変換効率を示す。本発明の対象となる波長固定機能を有する光モジュールの主な応用部分がＤＷＤＭなので、ＤＷＤＭのためのレーザーダイオードチップの波長変位の幅が略数ｎｍの範囲内にあるので、前記後面監視用フォトダイオードチップ４００は数ｎｍの波長変位に対する光電変換効率が一定であると見られる。よって、前記後面監視用フォトダイオードチップ４００は、レーザーダイオードチップ１００の波長揺動に関係なく、レーザーダイオードチップ１００から放出されるエネルギーに比例する光電流を検出する。前記レーザーダイオードチップ１００の前面から放出されたレーザー光の所定の比率に該当するエネルギーは自立型平行板ビームスプリッタ２４０で反射されてパッケージ上部のレンズを介してパッケージの外部の光ファイバーに集束して信号伝送の役割を果たす。レーザーダイオードチップ１００の前面から放出されたエネルギーの一部分は、自立型平行板ビームスプリッタ２４０を透過して自立型平行板ビームスプリッタ２４０の後面傾斜面から放出される。
【０１４１】
前記自立型平行板ビームスプリッタ２４０の後面傾斜面の側面には狭い線幅フィルター７１０が配置されるが、図４５はこのような狭い線幅フィルター７１０の非常に狭い透過線幅特性を示すグラフである。前記狭い線幅フィルター７１０は、複数層の誘電体薄膜を考慮される光に対して吸収が小さい物質上に蒸着することにより得られる。考慮される光のエネルギーが１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度の近赤外線領域なので、この波長帯に対して吸収率が低いガラスまたはシリコンが狭い線幅フィルターの材料になれる。また、狭い線幅フィルター７１０は、エタロンフィルター(etalon filter)を使用することもできる。図４５に示すように、狭い線幅フィルター７１０は０．１３ｎｍの波長変化にも非常に急激に透過率が変わる。よって、レーザーダイオードチップ１００の前面から放出されて自立型平行板ビームスプリッタ２４０を透過して後面傾斜面から脱出したレーザー光は、狭い線幅フィルター７１０の透過率に該当する程度の光エネルギーが狭い線幅フィルター７１０を透過し、狭い線幅フィルターの後面に配置された前面監視用フォトダイオードチップ４５０に入射して光電流に変わる。したがって、図４５の固定(locking)波長として設定された波長にレーザーダイオードチップ１００の発進波長を合わせておいた場合、レーザーダイオードチップ１００の発進波長が長波長側に動くと、狭い線幅フィルター７１０による透過率が急激に増加するので、前面監視用フォトダイオードチップ４５０で生成される光電流が急激に増加し、レーザーダイオードチップ１００の発進波長が短波長側に動くと、狭い線幅フィルター７１０による透過率が急激に減少するので、前面監視用フォトダイオードチップ４５０で生成される光電流が急激に減少し、このことから発進波長の変化度合いと変化方向が分かる。通常、レーザーダイオードチップ１００の駆動温度が上昇すると、レーザーダイオードチップ１００の発進波長が長波長側に移動するので、所望しない要因によってレーザーダイオードチップ１００の発進波長が長波長側に移動する場合には、内蔵されている熱電素子１４を駆動してレーザーダイオードチップ１００の温度を低めることにより、レーザーダイオードチップ１００の発進波長移動を相殺することができる。同様に、所望しない要因によってレーザーダイオードチップ１００の発進波長が短波長側に移動する場合には、内蔵されている熱電素子１４を駆動してレーザーダイオードチップ１００の温度を上昇させることにより、レーザーダイオードチップ１００の発進波長移動を相殺することができる。光ファイバーから伝送されてくる１３１０ｎｍ帯域波長の下り方向の光信号の受信は、自立型平行板ビームスプリッタ２４０を透過し、自立型平行板ビームスプリッタ２４０の下部にある受信用フォトダイオードチップ５００に入射することにより行われる。
【０１４２】
図４４のモジュールから自立型平行板ビームスプリッタ２４０の下部の受信用フォトダイオードチップ５００を除去すると、単純に波長固定機能を有するＴＯ型光送信器になる。図４６は、自立型平行板ビームスプリッタの下部の受信用フォトダイオードチップがない、波長固定機能のみを有するモジュールの配置を示す平面図である。このような形態は、前述したように現在バタフライパッケージで実現されている従来の波長固定機能を有するＤＷＤＭ用光源が、図１０に示すように直交する形態の監視用フォトダイオードチップの配置を有するのに比べて、直線形態の配置を有するので、さらに狭い底部面積で波長固定機能を実現することができ、直交する形態のフォトダイオードチップに比べて直線上で光整列を行えばよいので組立が簡単になるという利点があって、低い製造コストがかかるという利点がある。
【０１４３】
本発明の説明において、幾つかの例としてレーザー光の波長を提示したが、多様な波長の組み合わせを用いて本発明の実施例を実現することができる。
【０１４４】
また、本発明の様々な実施例において、第１サブマウントと受信用フォトダイオードチップのサブマウント、ひいては狭い線幅フィルターおよび前・後面フォトダイオードチップなどの各種部品を同時に取り付けることが可能なベースサブマウントを追加することができる。この場合、ベースサブマウントの上に他の全ての部品を組み立てた後、ＴＯ型パッケージハウジングまたはミニディルなどのパッケージの底部に取り付ける方法を使用する場合、組立が簡単になるうえ、レーザーダイオードチップなどの高さ調節が容易になるという利点がある。
【０１４５】
レーザーダイオードチップなどの高さ調節は非常に重要な要素であるが、レーザーダイオードチップの高さは、自立型平行板ビームスプリッタのサイズ、および自立型平行板ビームスプリッタと受信用フォトダイオードチップ間の距離などの制限のため、レーザーダイオードチップの高さのみを単独で変化させることが難しい。よって、第１サブマウントの下にベースサブマウントを置けば、ベースサブマウントの高さのみを変化させることにより全体ブロックの昇降が容易になり、レーザーダイオードチップ、自立型平行板ビームスプリッタおよび受信用フォトダイオードチップの光整列を損傷させることなくレーザーダイオードチップの高さを調節することができるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る自立型平行板ビームスプリッタは、製作が容易であり、多様な形態のレーザーダイオードパッケージに設置されて活用できる。特に、本発明に係る自立型平行板ビームスプリッタは、双方向通信が可能なレーザーダイオードパッケージ、トリプレクサ機能を有するレーザーダイオードパッケージ、波長固定機能を有するレーザーダイオードパッケージ、およびレーザーダイオードチップの前面から発散されるレーザー光の一部を用いてレーザーダイオードチップの動作状態を監視する前面監視機能を有するレーザーダイオードパッケージを容易に実現することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００  レーザーダイオードチップ
２００  自立型平行板ビームスプリッタ
２１０  双方向通信が可能なＢｉＤｉ用自立型平行板ビームスプリッタ
２２０  前面監視用自立型平行板ビームスプリッタ
２３０  双方向通信が可能なトリプレクサ用自立型平行板ビームスプリッタ
２３１  １４９０ｎｍ帯域波長分離のための双方向通信が可能なトリプレクサ用自立型平行板ビームスプリッタ
２３２  １５５０ｎｍ帯域波長分離のための双方向通信が可能なトリプレクサ用自立型平行板ビームスプリッタ
２４０  波長固定機能を有し且つ双方向通信が可能なＤＷＤＭ用自立型平行板ビームスプリッタ
２７０  全ての波長に対して反射特性を有する自立型平行板ビームスプリッタ
３００  第１サブマウント
３１０  第２サブマウント
３２０  第３サブマウント
４００  後面監視用フォトダイオードチップ
４１０  後面監視用フォトダイオードサブマウント
４５０  前面監視用フォトダイオードチップ
４６０  前面監視用フォトダイオードチップサブマウント
５００  光ファイバーから伝送されてくる光信号を受信するための受信用フォトダイオードチップ
５１０  受信用フォトダイオードチップサブマウント
５０１  光ファイバーから伝送されてくる１４９０ｎｍ帯域波長の光信号を受信するための受信フォトダイオードチップ
５１１  光ファイバーから伝送されてくる１４９０ｎｍ帯域波長の光信号を受信するための受信フォトダイオードチップのためのサブマウント
５０２  光ファイバーから伝送されてくる１５５０ｎｍ帯域波長の光信号を受信するための受信フォトダイオードチップ
５１２  光ファイバーから伝送されてくる１５５０ｎｍ帯域波長の光信号を受信するための受信フォトダイオードチップのためのサブマウント
７００  レンズ
７１０  狭い線幅フィルター
８１０  ｎ型接触金属
８２０  ｎ−ＩｎＰ基板
８３０  ｕ−ＩｎＧａＡｓ光吸収領域
８４０  ｕ−ＩｎＰ
８５０  ｐ−ＩｎＰ
８６０  ｐ−ＩｎＧａＡｓ
８７０  Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ ｐ型接触金属
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図４６】
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【国際調査報告】
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