(57)【要約】【課題】発光素子と光導波路との高い結合効率が実現することができる光結合構造を提供する。【解決手段】本発明における光結合構造は、基板と、基板上に設けられた台座と光導波路と、台座上に搭載された発光素子と、発光素子の前記基板と対向する面とは反対側の面と接続する保持部材とを備え、保持部材は基板と接合していることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と
前記基板上に設けられた台座と光導波路と、
前記台座上に搭載された発光素子と、
前記発光素子の前記基板と対向する面とは反対側の面と接続する保持部材とを備え、
前記保持部材は、基板と接合していることを特徴とする光結合構造。
【請求項２】
前記発光素子中に形成されている活性層の前記基板に対する高さと、前記光導波路の
前記基板に対する高さとが同じあることを特徴とする請求項１に記載の光結合構造。
【請求項３】
前記活性層は、
前記発光素子の前記基板と対向する面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光結合構造。
【請求項４】
前記保持部材はコの字型形状であり、
前記保持部材は、中央部で前記発光素子と接合し、両端部において前記基板と接合していることを特徴とする請求項３に記載の光結合構造。
【請求項５】
前記保持部材はＬ字型形状であり、
前記保持部材は、一方の端部において前記発光素子と接合し、他方の端部において前記基板と接合していることを特徴とする請求項３に記載の光結合構造。
【請求項６】
前記保持部材と前記発光素子とを接続する第２接続部の融点は、
前記保持部材と前記基板とを接続する第１接続部の融点より高いことを特徴とする請求項４乃至５に記載の光結合構造。
【請求項７】
前記保持部材は、導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項４乃至５に記載の光結合構造。
【請求項８】
前記保持部材は、表面が導電性材料でコーティングされていることを特徴とする請求項４乃至５に記載の光結合構造。
【請求項９】
前記保持部材は、金属、半導体、あるいはセラミックの材料で構成されていることを特徴とする請求項４乃至５に記載の光結合構造。
【請求項１０】
前記保持部材と前記発光素子とを接続する第２接続部は、ＡｕＳｎ半田であり、
前記保持部材と前記基板とを接続する第１接続部は、ＳｎＳｂ半田であることを特徴とする請求項５乃至９に記載の光結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子等の光部品と光導波路の結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、技術の発展に伴い光通信システムは飛躍的な伸びを見せている。特にファイバは、利用効率を高めるため、光信号の高速化・多波長化といった技術が進展している。しかし、このような技術進展に伴い、ファイバを使用する部品への要求は増々厳しくなっている。
【０００３】
一方、特にＦＴＴＨ（Fiber  To  The  Home）の進展に伴い、ファイバは低コスト化が重要な問題となっている。またファイバの高速化の要求は増えており、当初１００Ｍｂｐｓ程度の伝送速度だったものが、近年では２．４Ｇｂｐｓが出回り始めており、今後１０Ｇｂｐｓも検討され始めている。更に伝送距離についても２０ｋｍ以上の長距離の通信が求められている。
【０００４】
このような状況下において発光素子は、マルチモードで発振するファブリペローレーザーからシングルモードで発振するＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode）素子の使用が必須となっている。
【０００５】
光部品の実装は、高い結合効率を維持するために、サブミクロンレベルの位置調整が必要であり、調芯に掛かるコストが低コスト化を阻害していた。
【０００６】
これを解決するために、基板上に形成された光導波路と光部品とを高精度に結合する技術など、光導波路を用いて光部品の機械的な位置決めを行う研究が進められてきた。例えば特許文献１には、サブミクロンレベルでの発光素子と光導波路の位置合わせを簡単に実現する方法が記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載されている発明は、発光素子と光導波路とが搭載される基板表面と発光素子の活性層部分との距離を、基板表面と光導波路の中心間の距離と一致させる構造にすることによって高い結合効率を簡単に得る構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３０４６６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発光素子は、活性層部分と光導波路とを高い結合効率を維持する構造とする必要がある。特許文献１では、発光素子と基板とが高融点の半田材料を介して固着して、光導波路と結合した構造が記載されている。しかし、特許文献１に記載された上記構造では、発光素子と基板との間に設けられた半田材料の応力が発光素子の活性層に影響を与えることで発振特性が変化してしまい、マルチモードで発振してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決する光結合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における光結合構造は、基板と、基板上に設けられた台座と光導波路と、台座上に搭載された発光素子と、発光素子の前記基板と対向する面とは反対側の面と接続する保持部材とを備え、保持部材は基板と接合していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果は、発光素子と光導波路との高い結合効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態における光結合構造の側面図である。
【図２】第１の実施形態における光結合構造の断面図である。
【図３】第２の実施形態における光結合構造の断面図である。
【図４】特許文献１における光結合構造の側面図である。
【図５】特許文献１における光結合構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１の実施形態〕以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
【００１５】
〔構造の説明〕図１は本実施形態の光結合構造１０の側面図であり、図２は図１におけるA−A´の断面図である。図１、および図２に示すように、本実施形態における光結合構造１０は、発光素子１と、基板２と、光導波路３と、台座４とを少なくとも備えている。
【００１６】
発光素子１は、平板形状であり、少なくとも２つの対向する主面をもつ。発光素子１の一方の主面には、表面電極１−１が形成されている。また反対側の主面には、裏面電極１−２が形成されている。なお発光素子１は、表面電極１−１近傍に発光中心である活性層１−３を形成している。言い換えると活性層１−３は、発光素子１の内部に形成されており、表面電極１−１と活性層１−３との距離は数ミクロンと近いのに対し、裏面電極１−２と活性層１−３との距離は数百ミクロンと離れている。
【００１７】
基板２は、発光素子１を搭載している同じ面に光導波路３を設けている。光導波路３は、基板２上にクラッド層を形成した後に、クラッド層の屈折率よりも高い屈折率を有するコア層３１を形成する。そして光導波路３は、上記コア層３１を所望のパタンになるようにエッチングし、その上に再度クラッド層を形成している。
【００１８】
基板２は、発光素子１を配置している面に、台座４を設けている。そして、発光素子１は、台座４上に搭載されており、発光素子１と基板２とは直接に接していない。なお図１において、台座４は発光素子１の延伸方向（活性層１−３と光導波路３のコア層３１とが結合する方向）における両端部に対応する位置に２つ設けられているが、台座４の個数はこれに限定されない。例えば、発光素子１の四隅に対応する位置に４つ設けてもよい。
【００１９】
台座４の高さは、台座４上に発光素子１を搭載した際に、活性層１−３と光導波路３との高さ方向を一致するように形成している。つまり台座４は、基板２上における活性素子１−３と光導波路３のコア層３１との高さが一致するように形成している。
【００２０】
発光素子１は、表面電極１−１が形成された面とは反対側に形成された裏面電極１−２において、第２接続部６を介して保持部材７と接合している。なお、発光素子１と保持部材７とを接続する第２接続部６の材質は、発光素子１の裏面側電極１−２との電気的に接続する必要があるため、例えばＡｕＳｎの半田を用いることができるが、これに限定されない。
【００２１】
保持部材７は、図１に示すようにコの字型の形状であり、凹部である中央部付近において発光素子１の裏面側電極１−２と接続している。そして保持部材７は、両端部において光導波路３が形成された基板２と接続している。基板２と保持部材７とは、第１接続部５を介して接続している。第１接続部５は、例えばＳｎＳｂの半田などを用いることができるが、これに限定されない。
【００２２】
保持部材７は、基板２と接続することで発光素子１を固定するとともに、発光素子１と基板２とを電気的に接続することで、基板２から発光素子１に対して電力供給を行う。そのため保持部材７は、発光素子１の裏面電極１−２との電気的接続をする必要があり、導電性の材料を用いるか、もしくは表面を導電性の金属などでコーティングする。
【００２３】
また保持部材７は、金属、半導体、セラミック等の材料で構成されており高い剛性を有する。そのため保持部材７に外力などが加わったとしても、保持部材７のたわみや位置ずれの発生を防止することができる。その結果、保持部材７と接続する発光素子１の位置ずれについても防止することができるため、発光素子１と光導波路３との高い結合効率を維持することができる。
【００２４】
〔作用の説明〕次に、本実施形態における作用について説明を行う。
【００２５】
図４は特許文献１の光結合構造１０の側面図、図５は図４のＢ−Ｂ´の断面図である。図４のように発光素子１の基板２と対向した面に形成されている表面電極１−１と基板２とが半田接合する特許文献１に記載の構造の場合、半田（図５の第１接続部５）の応力が表面電極１−１の近傍（数ミクロン程度）に形成されている活性層１−３に影響を与えてしまう。そのため、発光素子１の発振特性が変化してしまうという問題があった。
【００２６】
そこで本実施形態では、図１および図２に示すように、発光素子１と基板２との間に半田を設けずに、裏面電極１−２と保持部材７との間に第２接続部６を設けて、発光素子１と保持部材７とを接続している。また保持部材７の両端部は、第１接続部５を介して基板２と接続している。上記構造により、発光素子１は、直接に基板２とは接続せずに、保持部材７を介して固定接続している。
【００２７】
〔効果の説明〕次に、本実施形態における効果について説明を行う。
【００２８】
本実施形態における発光素子１は、基板２上に設けられた台座４に搭載されている。なお発光素子１は、表面電極１−１が形成された面で台座４と接続している。また発光素子１は、表面電極１−１が形成された面とは反対側に形成された裏面電極１−２において、保持部材７と固定して接続している。そして、台座４の高さは、台座４上に発光素子１を搭載した際に、活性層１−３と光導波路３の高さ方向を一致するように形成されている。詳細には、台座４は基板２上における活性素子１−３と光導波路３のコア層３１との高さが一致するように形成している。
【００２９】
上記の構成により、発光素子１の表面電極１−１側には基板２と接続する半田を設けていないため、表面電極１−１から数ミクロンと近くに設けられた活性層１−３に掛かる応力を抑制することができ、発光素子１の発振特性の低下を抑えることができる。
【００３０】
つまり、発光素子１は裏面電極１−２において第２接続部６を介して保持部材７と固定接続することで、裏面電極１−２と活性層１−３は数百ミクロンと離れているため、第２接続部６が活性層１−３に与える応力を抑えることができる。その結果、本実施形態の構造は、発振特性を低下しないため、活性層１−３と光導波路３との高い結合効率と良好な接合状態を維持することができる。
【００３１】
〔第２の実施形態〕次に第２の実施形態について説明をする。図３は本実施形態における光結合構造１０を示す断面図である。
【００３２】
〔構造の説明〕本実施形態の光結合構造１０は、図３に示すように、第１の実施形態と異なる点は、保持部材７の形状がコの字型でなく、Ｌ字型である点である。それ以外の構成・接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第２の実施形態の光結合構造１０は、発光素子１と、基板２と、光導波路３と、台座４とを少なくとも備えている。
【００３３】
本実施形態における保持部材７は、L字型の形状である。そのため、保持部材７の一方の端部は、第２接続部６を介して発光素子１の裏面電極１−２と接続している。また保持部材７の他方の端部が、第１接続部５を介して基板２と接続している。
【００３４】
第１の実施形態と同様に、発光素子１の裏面電極１−２と保持部材７とを接合する第２接続部６の材質は、ＡｕＳｎの半田を用いる。保持部材７と基板２とを接続する第１接続部５の材質は、例えばＳｎＳｂの半田などを用いる。
【００３５】
保持部材７は、基板２と接続することで発光素子１を固定するとともに、発光素子１と基板２とを電気的に接続することで、基板２から発光素子１に対して電力供給を行う。そのため保持部材７は、発光素子１の裏面電極１−２との電気的接続をする必要があり、導電性の材料を用いるか、もしくは表面が導電性の金属などでコーティングする。
【００３６】
保持部材７は、金属、半導体、セラミック等の材料で構成されており高い剛性を有する。そのため保持部材７に外力などが加わったとしても、保持部材７のたわみや位置ずれが発生を防止することができる。その結果、保持部材７と接続する発光素子１の位置ずれについても防止することができるため、発光素子１と光導波路３との高い結合効率を維持することができる。
【００３７】
〔作用・効果の説明〕本実施形態における発光素子１は、基板２上に設けられた台座４に搭載されている。なお発光素子１は表面電極１−１が形成された面で、台座４と接続している。また保持部材７の一方の端部は裏面電極１−２と第２接続部６を介して固定して接続しており、保持部材７の他方の端部は、第１接続部５を介して基板２と固定して接続している。そして、台座４の高さは、台座４上に発光素子１を搭載した際に、活性層１−３と光導波路３の高さ方向を一致するように形成されている。詳細には、台座４は基板２上における活性素子１−３と光導波路３のコア層３１との高さが一致するように形成している。
【００３８】
上記の構成により、発光素子１の表面電極１−１側には半田が接触していないため、活性層１−３に掛かる応力を抑圧できると共に、発光素子１の発振特性の低下を抑えることができる。その結果、発振特性を低下させる応力が発生しないため、活性層１−３と光導波路３との高い結合効率と良好な接合状態を維持することができる。
【００３９】
本実施形態では、必ずしも保持部材７はコの字型形状で基板２と２箇所で接続していなくてもよいことを示している。つまり保持部材７は、高い剛性を有する材料である場合、本実施形態のようにL字型の形状で、基板２と１箇所で接続していてもよい。上記構成により、本実施形態におけるL字型の保持部材７は、コの字型形状に比べて、さらなる小型化・低コスト化を実現することができる。
【００４０】
〔第３の実施形態〕次に第３の実施形態について説明をする。
【００４１】
〔構造の説明〕本実施形態の光結合構造１０は、第１の実施形態と異なる点は、第２接続部６は第１接続部５より高い融点を有する材料である点である。それ以外の構成・接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第２の実施形態の光結合構造１０は、発光素子１と、基板２と、光導波路３と、台座４と、接続部５を少なくとも備えている。
【００４２】
本実施形態における、発光素子１と保持部材７とを固定して接続する第２接続部６は、保持部材７と基板２とを固定して接続する第１接続部５より融点が高い。
【００４３】
〔作用・効果の説明〕本実施形態における光結合構造１０は、第２接続部６を第１接続部５より融点の高い材料を用いている。例えば、第２接続部６の材料としてはＡｕＳｎを用いることができ、第１接続５としては、ＳｎＳｂを用いることができる。なお、第２接続部６の融点が、第1接続部５の融点より高い材料であれば、これに限定されない。
【００４４】
本実施形態では発光素子１の裏面電極１−２と保持部材７とを第２接続部６で接合した後に、保持部材７と基板２とを第１接続部５で接合する。そのため、もし保持部材７と基板２とを接続する工程で用いる第１接続部５の融点が第２接続部６より高いと、上記工程において第２接続部６が再溶融してしまい、保持部材７と発光素子１とが位置ずれを生じてしまう可能性があった。
【００４５】
本実施形態の第２接続部６は、融点が第１接続部５より高いため、保持部材７と基板２とを接続する上記の工程において、発光素子１と保持部材７とを接続する第２接続部６が再度溶融し、位置ズレが発生することを抑えることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    発光素子
１−１    表面電極
１−２    裏面電極
１−３    活性層
２    基板
３    光導波路
３１    コア層
４    台座
５    第１接続部
６    第２接続部
７    保持部材
１０    光結合構造
【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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