JP2012128387A - 光導波路デバイスおよびこれを用いた光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路デバイスにおける光結合損失の劣化に関する問題を解決すること。
【解決手段】レーザ光を出射する発光部を有する発光素子と、レーザ光を受光する受光部を有する受光素子と、を実装基板上に並列に備えると共に、発光部からのレーザ光を第１の導波路コアに光結合させる第１のレンズと、第２の導波路コアを導通してきたレーザ光を受光部に光結合させる第２のレンズと、を並列に備え、上記発光素子は、発光部である活性層が積層された透明半導体基板を有し、活性層から透明半導体基板を通過させてレーザ光を出射する面発光型半導体レーザである。そして、面発光型半導体レーザと受光素子とは、平坦面に載置された状態においては当該平坦面に対する活性層と受光部との高さ位置が異なるよう構成されているものである場合に、第１のレンズによる焦点位置に活性層が位置すると共に、第２のレンズによる焦点位置に受光部が位置するよう構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子から発光された光をレンズにて導波路コアに光結合させると共に、導波路コアから導通してきた光をレンズにて受光素子に光結合させる光導波路デバイスに関する。また、光導波路デバイスを用いた光伝送装置に関する。

近年、電子機器の高性能化に伴い、電気配線ではデータ伝送速度やノイズ低減への対応が困難になってきている。このため、機器装置間、機器装置内部のボード間、チップ間において、光配線を行うことが注目されている。この光配線を実現させるために、高速性や量産性に優れた面型発光素子（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER））が、インターコネクション用途や光通信用途に使われており、このような発光素子を光導波路デバイスと組み合わせてモジュール化することが行われる。

そして、光伝送モジュールでは、高速性、放熱性や量産性の観点から、使用するレーザ波長に対して半導体基板が透明なＶＣＳＥＬが使用されることがある。このＶＣＳＥＬは、使用するレーザ波長に対して半導体基板が透明であることから、半導体基板を通過してレーザ光を出力させることが可能となる。このため、ＶＣＳＥＬの活性層側をモジュールの実装基板側に向けて配置することが可能なため、放熱性に優れている。さらに、半導体基板を通過せずにレーザ光を出力する場合のＶＣＳＥＬに比べ、レーザ光出射開口部に形成される電極の精度を気にすることなく製造できるため、量産性に優れている。

ここで、光伝送モジュールの一例が、例えば、特許文献１に開示している。特許文献１に開示の技術では、発光素子と受光素子のそれぞれ半導体基板側が、モジュール用実装基板側に向いた状態で配置されている。つまり、各素子の基板側がモジュール用実装基板に接着された状態となっている。そして、光路を変換する４５度ミラーが使用されている。なお、特許文献１には開示されてはいないが、４５度ミラーには、各素子が配置されている側と光導波路側に、それぞれ発光素子と光導波路、及び、受光素子と光導波路を光結合するためのレンズを配置することで、光結合効率を向上させる方法が一般に行われている。

特開２０１０−８４８２号公報

しかしながら、上述した透明半導体基板を有するＶＣＳＥＬを使用した場合において、その活性層（Ｐ／Ｎ接合面）側をモジュール用実装基板側に配置した状態で形成すると、ＶＣＳＥＬの活性層と受光素子の受光面は、それぞれレンズの表面からの距離が異なるため、どちらか一方の光結合が減少してしまう、という問題が生じる。つまり、透明基板型ＶＣＳＥＬおよび受光素子を同時かつ適切に光導波路に対して光結合することができず、光結合損失が生じ、性能が劣化する、という問題があった。特に、光通信のリンクにて高速データ伝送を実現するためには、受信感度の劣化を防ぐことも重要な要因である。このためには、光伝送モジュールにおける光結合損失の劣化を極力防ぐことが必要となってくる。

そこで、本発明の目的は、上述した課題である、光導波路デバイスにおける性能の劣化、特に、光結合損失の劣化、という問題を解決することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態である光導波路デバイスは、
レーザ光を出射する発光部を有する発光素子と、レーザ光を受光する受光部を有する受光素子と、を実装基板上に並列に備えると共に、
上記発光部からのレーザ光を第１の導波路コアに光結合させる第１のレンズと、第２の導波路コアを導通してきたレーザ光を上記受光部に光結合させる第２のレンズと、を並列に備える。
そして、上記発光素子は、上記発光部である活性層が積層された透明半導体基板を有し、上記活性層から上記透明半導体基板を通過させてレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであり、上記面発光型半導体レーザと上記受光素子とは、平坦面に載置された状態においては当該平坦面に対する上記活性層と上記受光部との高さ位置が異なるよう構成されているものである場合に、
上記第１のレンズによる焦点位置に上記活性層が位置すると共に、上記第２のレンズによる焦点位置に上記受光部が位置するよう構成した、
という構成を取る。

上記発明の光導波路デバイスは、まず、装備される発光素子が、発光部である活性層が積層された透明半導体基板を有し、活性層から透明半導体基板を通過させてレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであり、発光素子と受光素子とは、平坦な実装基板上に載置された状態では、面発光型半導体レーザの活性層と受光素子の受光部との高さ位置が異なる。ところが、本発明では、このような発光素子である面発光型半導体レーザと受光素子とを用いた場合であっても、第１のレンズによる焦点位置に発光部である活性層が位置すると共に、第２のレンズによる焦点位置に受光部が位置するよう、面発光型半導体レーザ、受光素子、各レンズの位置や構造を工夫している。これにより、面発光型半導体レーザと受光素子とにおける光結合損失を抑制することができる。従って、上述した構成の面発光型半導体レーザを使用することができることから、高速伝送を実現し、発光部である活性層が実装基板側に位置するため放熱性の向上を図りつつ、光結合損失を抑制することができ、性能向上を図ることができる光導波路デバイスを実現できる。

また、上記光導波路デバイスでは、
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されており、
上記面発光型半導体レーザと上記受光素子とを上記実装基板上に異なる高さ位置で搭載することにより、上記面発光型半導体レーザの上記活性層と上記受光素子の上記受光部とを同一平面上に配置し、上記各レンズに対する距離を同一にした、
という構成を取る。

そして、上記光導波路デバイスでは、
上記面発光型半導体レーザと上記実装基板との間に、所定の厚みを有するスペーサを設け、
上記スペーサは、熱伝導性の高い電気的絶縁性材料であり、上記面発光型半導体レーザの搭載面に当該面発光型半導体レーザと電気的に接続される導体パターンが形成されている、
という構成を取る。

また、上記光導波路デバイスでは、
上記実装基板の上記受光素子搭載箇所が、上記面発光型半導体レーザの搭載箇所よりも凹んで形成されている、
という構成をとる。

上述のように、発光素子である面発光型半導体レーザと受光素子との実装基板上における高さがそれぞれ異なるよう搭載することにより、上述同様に、第１のレンズによる焦点位置に活性層が位置すると共に、第２のレンズによる焦点位置に受光部が位置するため、面発光型半導体レーザと受光素子における光結合損失を抑制することができ、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。

例えば、実装基板上に配置する所定の厚みを有するスペーサを用いて、この上に面発光型半導体レーザを搭載することで、簡易な構成で、面発光型半導体レーザの活性層と受光素子の受光部とを同一平面上に位置させることができる。さらに、スペーサとして熱導電性の高い材料を用いることで、放熱性のさらなる向上を図ることができる。また、例えば、実装基板の受光素子搭載箇所を凹ませて形成しても、簡易な構成で、面発光型半導体レーザの活性層と受光素子の受光部とを同一平面上に位置させることができると共に、全体の高さを抑制することもできるため、デバイスの小型化を図ることができる。

また、上記光導波路デバイスでは、
上記受光素子は、上記受光部が積層された透明半導体基板を有し、当該透明半導体基板を通過して入射されたレーザ光を上記受光部が受光するフォトディテクタであり、
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されており、
上記面発光型半導体レーザと上記受光素子とを上記実装基板の同一平面上に搭載することにより、上記面発光型半導体レーザの上記活性層と上記受光素子の上記受光部とを同一平面上に配置し、上記各レンズに対する距離を同一にした、
という構成を取る。

また、上記光導波路デバイスでは、
上記面発光型半導体レーザと上記受光素子とを、上記実装基板の同一平面上に搭載し、
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であり、上記実装基板に対して異なる高さ位置で配置されることにより、上記第１のレンズによる焦点位置に上記活性層が位置すると共に、上記第２のレンズによる焦点位置に上記受光部が位置するよう構成した、
という構成を取る。

また、上記光導波路デバイスでは、
上記発光素子と上記受光素子とを、上記実装基板の同一平面上に搭載し、
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が異なって形成されており、
上記面発光型半導体レーザと上記受光素子とを、上記実装基板に対して同一の高さ位置に配置して、上記第１のレンズによる焦点位置に上記活性層が位置すると共に、上記第２のレンズによる焦点位置に上記受光部が位置するよう構成した、
という構成を取る。

上述したように、発光素子と受光素子とをそれぞれ透明半導体基板を備えた面発光型半導体レーザとフォトディテクタで構成し、これらを実装基板の同一平面上に搭載することで、各レンズによる焦点位置が発光部と受光部とに位置することとなり、光結合損失を抑制することができる。また、発光素子と受光素子とを実装基板の同一平面上に搭載して、発光部と受光部との高さ位置が異なっている場合であっても、各レンズの実装基板に対する高さ位置や曲率半径を調整するようにしても、各レンズによる焦点位置が発光部と受光部とに位置することとなり、光結合損失を抑制することができる。

本発明は、以上のように構成されることにより、各レンズによる焦点位置が発光部と受光部とに位置することとなり、光導波路デバイスにおける光結合損失を抑制することができ、かかるデバイスの性能向上を図ることができる。

本発明に関連する光導波路デバイスの構成を示す側面図である。 本発明に関連する光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明に関連する光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明の実施形態１における光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明の実施形態２における光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明の実施形態３における光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明の実施形態４における光導波路デバイスの構成を示す正面図である。 本発明の実施形態５における光導波路デバイスの構成を示す正面図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１Ａ乃至図３を参照して説明する。図１Ａ乃至図２は、本発明に関連する光導波路デバイスの構成を示す図であり、図３は、本実施形態における光導波路デバイスの構成を示す図である。

本発明における光導波路デバイスは、発光素子および受光素子と、発光素子から出力されたレーザ光を第１の導波路コアに光結合させる第１のレンズと、第２の導波路コアから伝送されてきたレーザ光を受光素子に対して光結合する第２のレンズと、を備えている。そして、光導波路デバイスは、発光動作、受光動作を制御するドライバ回路を備えることで、光伝送モジュール（光伝送装置）を構成している。

以下、光導波路デバイスについて詳述するが、まず、図１Ａ、図１Ｂを参照して、光導波路デバイスを用いた光伝送モジュールの基本構成を説明し、また、図２を参照して、光導波路デバイスにおける問題点を説明する。その後、図３を参照して、本実施形態における光導波路デバイスの構成を説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、光伝送モジュールの構成を示す図であり、図１Ｂは光伝送モジュールの正面図を示し、図１Ａは側面図を示している。これらの図に示すように、光伝送モジュールは、光伝送モジュール基板１１０（実装基板）上に、発光素子１２０と、受光素子１３０と、ドライバＩＣ（回路）１４０と、を搭載している。

上記発光素子１２０は、例えば、発光部として基板に積層された活性層１２１を有し、かかる活性層１２１からレーザ光を発生させる面発光型半導体レーザであるＶＣＳＥＬ１２０である。また、上記受光素子１３０は、入射されたレーザ光を受光する受光面１３１（受光部）を有するフォトディテクタ１３０である。そして、図１Ａ，１ＢにおけるＶＣＳＥＬ１２０およびフォトディテクタ１３０は、それぞれが自己の基板側を下側にして、実装基板１１０にボンディングされている。

上記ドライバＩＣ１４０は、上述したＶＣＳＥＬ１２０およびフォトディテクタ１３０の動作を制御するドライバ回路であり、当該ドライバＩＣ１４０は、光伝送モジュールの実装基板１１０にボンディングされている。具体的に、ドライバＩＣ１４０は、レーザ光を変調する電圧信号を受けてＶＣＳＥＬ１２０を駆動する駆動回路と、フォトディテクタ１３０で受光したレーザ光から変換された電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、を備えている。

また、光伝送モジュールは、図１Ａに示すように、レーザ光を伝送する第１、第２の導波路コアを有する各光ファイバ１６１，１６２からなる光ファイバアレイ１６０を備えている。そして、各光ファイバ１６１，１６２との光結合に、レンズアレイ１５１〜１５４が装備された４５度ミラー１５０が使用されている。但し、４５度ミラー１５０は必ずしても装備されている必要はなく、ＶＣＳＥＬ１２０およびフォトディテクタ１３０と、各光ファイバ１６１，１６２との間の光路は変換する他の構成が装備されていてもよい。あるいは、ＶＣＳＥＬ１２０およびフォトディテクタ１３０と、各光ファイバ１６１，１６２との間の光路は変換されなくてもよい。

具体的に、レンズアレイ１５１〜１５４のうち、ＶＣＳＥＬ１２０の上方に位置するレンズ１５１は、ＶＣＳＥＬ１２０に装備された活性層１２１に焦点が位置するよう配置されている。つまり、レンズ１５１は、図１Ｂの矢印に示すように、活性層１２１から発光されたレーザ光を、ミラー及びレンズ１５３を介して光ファイバ１６１の導波路コア（第１の導波路コア）に光結合する。また、フォトディテクタ１３０の上方に位置するレンズ１５２は、フォトディテクタ１３０に装備された受光面１３１に焦点が位置するよう配置されている。つまり、レンズ１５２は、図１Ｂの矢印に示すように、光ファイバ１６２の導波路コア（第２の導波路コア）から伝送されてきたレーザ光を、ミラー及びレンズ１５４を介して受光面１３１に光結合する。

なお、図１Ａおよび図１Ｂの例では、ＶＣＳＥＬ１２０とフォトディテクタ１３０とは、実装基板１１０の平坦面に並列に載置されているため、活性層１２１と受光面１３１とが同一平面上に配置された状態になっている。また、ＶＣＳＥＬ１２０とフォトディテクタ１３０との上方に位置する各レンズ１５１，１５２は、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されている。このため、ＶＣＳＥＬ１２０とレンズ１５１間、及び、フォトディテクタ１３０とレンズ１５２間、の距離は同一であり、各レンズ１５１，１５２の焦点位置に、それぞれ活性層１２１と受光面１３１とが位置している。

ここで、インターコネクション用途の光伝送モジュールでは、発光素子として、発振波長が８５０ｎｍのGaAs/GaAlAs系のＶＣＳＥＬが主に使用されており、１０Ｇｂ／ｓまでデータレイトを高速化したＶＣＳＥＬが実現されている。今後、さらにデータレイトを高速化（例えば、２５Ｇｂ／ｓ，３０Ｇｂ／ｓ，４０Ｇｂ／ｓ等）する必要があり、高速動作するＶＣＳＥＬの実現が望まれている。

そして、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速化を実現するためには、上述したこれまでのGaAlAs/GaAs量子井戸を使った構造では困難であり、発振波長が０．９８μｍ−１．１μｍ（９８０ｎｍ−１１００ｎｍ）のGaAs/GaInAs歪量子井戸を用いたＶＣＳＥＬによって２０Ｇｂ／ｓ−３０Ｇｂ／ｓの高速動作が実現できる。これは、歪量子井戸を用いることで、活性層におけるキャリア（ElectronやHole、つまり、電子や正孔）の有効質量を軽くすることができるため、Holeの移動度を大きくすることができ、高速に動作するという効果によるものである。

さらに、上記GaAs/GaInAs歪量子井戸を用いたＶＣＳＥＬでは、GaAs半導体基板が発振波長の９８０ｎｍ−１１００ｎｍに対して透明であるため、上述した８５０ｎｍのＶＣＳＥＬとは異なり、GaAs基板側からレーザ光を出力させることが可能である。このため、上記GaAs/GaInAsを用いたＶＣＳＥＬ１２０’は、図２に示すように、Ｐ／Ｎ−接合面側を下向き、つまり、基板側を上向きにした状態で、光モジュールの実装基板１１０にボンディングすることができる。すると、ＶＣＳＥＬ１２０’は、活性層１２１つまりＰ／Ｎ−接合の部分が発熱源であるため、このようにＰ／Ｎ−接合面側を下向きにして光モジュールの実装基板にボンディングすることにより、熱抵抗が低減し、放熱効率がよく、高温動作の面でも優れる。

ところが、上述したGaAs/GaInAsを用いたＶＣＳＥＬ１２０’は、図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１２０’の活性層１２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ１３０の受光面１３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、それぞれレンズ１５１，１５２からの距離が異なる。つまり、平坦面に載置された状態では、GaAs/GaInAsを用いたＶＣＳＥＬ１２０’の活性層１２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ１３０の受光面１３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、その高さ位置が異なる。すると、活性層１２１あるいは受光面１３１のうち一方は、レンズ１５１，１５２の焦点位置に位置せず、光結合が減少（劣化）してしまう。すると、ＶＣＳＥＬ１２０’およびフォトディテクタ１３０を同時かつ適切に光ファイバに光結合することができないという問題が生じうる。

以上の問題点を解決するために、本発明の第１の実施形態では、図３に示すような構成をとる。図３に示すように、本実施形態における光伝送モジュール（光導波路デバイス）は、上述同様に、実装基板１０に搭載されたＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０と、各光ファイバ６１，６２に対する光結合を行うレンズ５１〜５４が装備された４５度ミラー５０と、を備えている。なお、図示していないが、上述したＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０を駆動するドライバＩＣも、実装基板１０に搭載されている。

そして、本実施形態では、上述した図２の場合と同様に、ＶＣＳＥＬ２０は、GaAs/GaInAsの活性層２１を備えており、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０にボンディング接合し、ＶＣＳＥＬ２０自体の基板側からレーザ光を出力するものである。一方、フォトディテクタ３０は、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０とは反対側に位置している。このため、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０とが平坦面に載置された状態においては、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ１３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、その高さ位置が異なり、同一平面上に位置しないこととなる。

このため、本実施形態では、実装基板１０とＶＣＳＥＬ２０との間に、所定の厚みを有するスペーサ２５を装備している。このスペーサ２５は、熱伝導性の高い電気的絶縁性材料であり、例えば、窒化アルミ（ＡＬＭ）、セラミック、シリコン（Ｓｉ）等の材料にて形成されている。また、スペーサ２５のＶＣＳＥＬ２０を搭載する面には、当該ＶＣＳＥＬ２０と電気的に接続される導体パターンが形成されている。これにより、実装基板１０とＶＣＳＥＬ２０とは、スペーサ２５を介して電気的に接続された状態となっている。

そして、上記スペーサ２５の厚みは、平坦面に配置された状態におけるＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とフォトディテクタ１３０の受光面３１との高さの差に相当する長さに形成されている。従って、スペーサ２５上に搭載されたＶＣＳＥＬ２０の活性層２１は、当該スペーサ２５の厚み分だけ上方に位置することとなる。これにより、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、実装基板１１に対する高さ位置が同一となり、同一平面上に位置することとなる。

また、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との上方に位置する各レンズ５１，５２は、上述同様に、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されている。

上記構成にすることにより、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とレンズ５１との間、及び、フォトディテクタ３０の受光面３１とレンズ５２との間、の距離は同一となり、各レンズ５１，５２の焦点位置に、それぞれ活性層２１と受光面３１とが位置した状態となる。

これにより、光ファイバ６１，６２に対するＶＣＳＥＬ２０およびフォトディテクタ３０の光結合を同時に実現でき、光結合損失を抑制することができる。その結果、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。さらに、スペーサ２５に熱導電性の高い材料にて形成することで、放熱性の向上を図ることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態における光導波路デバイスの構成を示す図である。

本実施形態における光導波路デバイスは、実施形態１と同様に、実装基板１０’に搭載されたＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０と、各光ファイバ６１，６２に対する光結合を行うレンズ５１〜５４が装備された４５度ミラー５０と、を備えている。但し、上述したスペーサ２５は装備されていない。

そして、本実施形態では、光伝送モジュールの実装基板１０’に、フォトディテクタ３０の搭載箇所となる凹部１１が形成されており、この凹部１１に、フォトディテクタ３０が配置されている。具体的に、凹部１１は、実装基板１０’のＶＩＣＳＥＬ２０搭載箇所の面より凹んで形成されており、その深さは、平坦面に配置された状態におけるＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）との高さの差に相当する長さに形成されている。

上述した凹部１１にフォトディテクタ３０が搭載されることで、当該フォトディテクタ３０は、ＶＣＳＥＬ２０に対して凹部１１の深さ分だけ低い位置に搭載されることになる。これにより、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、実装基板１０’に対する高さ位置が同一となり、同一平面上に位置することとなる。

また、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との上方に位置する各レンズ５１，５２は、上述同様に、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されている。

上記構成にすることにより、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とレンズ５１との間、及び、フォトディテクタ３０の受光面３１とレンズ５２との間、の距離は同一となり、各レンズ５１，５２の焦点位置に、それぞれ活性層２１と受光面３１とが位置した状態となる。

これにより、光ファイバ６１，６２に対するＶＣＳＥＬ２０およびフォトディテクタ３０の光結合を同時に実現でき、光結合損失を抑制することができる。その結果、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。さらに、モジュール自体の全体の高さを抑制することもでき、小型化を図ることができる。

なお、上述した構成に加えて、実施形態１で開示した任意の高さのスペーサ２５を実装基板１０’上、場合によっては、凹部１１内に配置して、当該スペーサ２５の上にＶＣＳＥＬ２０やフォトディテクタ３０を搭載してもよい。これにより、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との高さ位置を調節し、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、の高さ位置を同一に設定してもよい。

＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態における光導波路デバイスの構成を示す図である。

本実施形態における光導波路デバイスは、実施形態１，２と同様に、実装基板１０に搭載されたＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０’と、各光ファイバ６１，６２に対する光結合を行うレンズ５１〜５４が装備された４５度ミラー５０と、を備えている。

そして、本実施形態におけるフォトディテクタ３０’は、一般に裏面入射型フォトディテクタと呼ばれているものであり、当該フォトディテクタ３０’の基板が透明に形成されており、その上に受光面３１が積層されている。このため、フォトディテクタ３０’は、透明な基板を通過して入射されたレーザ光を受光面３１にて受光する、という構成を取っている。従って、フォトディテクタ３０’は、図５に示すように、当該フォトディテクタ３０’の基板がレンズ５２側に位置し、受光面３１となるＰ／Ｎ−接合面側が光伝送モジュールの実装基板１０にボンディング接合されて搭載された状態となっている。

上記構成のフォトディテクタ３０’を用いることで、図５に示すように、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０’の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、その高さ位置が同一となり、同一平面上に位置することとなる。

さらに、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０’との上方に位置する各レンズ５１，５２は、上述同様に、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されている。

以上より、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とレンズ５１との間、及び、フォトディテクタ３０’の受光面３１とレンズ５２との間、の距離は同一となり、各レンズ５１，５２の焦点位置に、それぞれ活性層２１と受光面３１とが位置した状態となる。

これにより、光ファイバ６１，６２に対するＶＣＳＥＬ２０およびフォトディテクタ３０’の光結合を同時に実現でき、光結合損失を抑制することができる。その結果、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。さらに、モジュール自体の構成を簡略化できるため、小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、上述した構成に加えて、実施形態１で開示した任意の高さのスペーサ２５を設けたり、実施形態２で開示した任意の深さの凹部１１を実装基板１０に形成して、スペーサ２５上や凹部１１内に、ＶＣＳＥＬ２０やフォトディテクタ３０’を搭載してもよい。これにより、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０’との高さ位置を調節し、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０’の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）との高さ位置を同一に設定してもよい。

＜実施形態４＞
次に、本発明の第４の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態における光導波路デバイスの構成を示す図である。

本実施形態における光導波路デバイスは、上記各実施形態１，２と同様に、実装基板１０に搭載されたＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０と、各光ファイバ６１，６２に対する光結合を行うレンズが装備された４５度ミラー５０と、を備えている。

そして、本実施形態では、上述した図２の場合と同様に、ＶＣＳＥＬ２０は、GaAs/GaInAsの活性層２１を備えており、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０にボンディング接合し、ＶＣＳＥＬ２０自体の基板側からレーザ光を出力するものである。また、フォトディテクタ３０は、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０とは反対側に位置している。このため、図６に示すように、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０が平坦面である実装基板１０上に載置された状態においては、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、その高さ位置が異なり、同一平面上に位置していない。

一方、本実施形態においては、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との上方に位置する各レンズ５１’，５２’は、同一平面上に配置されているが、上述した各実施形態の場合とは異なり、当該各レンズ５１’，５２’のレンズ表面の曲率半径が相互に異なって形成されている。換言すると、各レンズ５１’，５２’の焦点距離が相互に異なる。但し、ＶＣＳＥＬ２０に対応するレンズ５１’の曲率半径は、その焦点位置にＶＣＳＥＬ２０の活性層２１が位置するよう設定されており、フォトディテクタ３０に対応するレンズ５２’の曲率半径は、その焦点位置にフォトディテクタ３０の受光面３１が位置するよう設定されている。

以上より、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とレンズ５１との間、及び、フォトディテクタ３０の受光面３１とレンズ５２との間、の距離は異なるものの、各レンズ５１’，５２’の曲率半径つまり焦点距離が異なるよう構成することで、各レンズ５１’，５２’の焦点位置に、それぞれＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とフォトディテクタ３０の受光面３１が位置するようになる。従って、光ファイバ６１，６２に対するＶＣＳＥＬ２０およびフォトディテクタ３０の光結合を同時に実現でき、光結合損失を抑制することができる。その結果、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。さらに、モジュール自体の構成を簡略化できるため、小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、上述した構成に加えて、実施形態１で開示した任意の厚みのスペーサ２５を設けたり、実施形態２で開示した任意の深さの凹部１１を実装基板１０に形成して、スペーサ２５上や凹部１１内に、ＶＣＳＥＬ２０やフォトディテクタ３０を搭載してもよい。これにより、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との高さ位置を調節し、各レンズ５１’，５２’の焦点位置が、それぞれＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とに位置するよう設定してもよい。

＜実施形態５＞
次に、本発明の第５の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態における光導波路デバイスの構成を示す図である。

本実施形態における光導波路デバイスは、上記実施形態４と同様に、実装基板１０に搭載されたＶＣＳＥＬ２０及びフォトディテクタ３０と、各光ファイバ６１，６２に対する光結合を行うレンズが装備された４５度ミラー５０’と、を備えている。

そして、ＶＣＳＥＬ２０は、GaAs/GaInAsの活性層２１を備えており、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０にボンディング接合し、ＶＣＳＥＬ２０自体の基板側からレーザ光を出力するものである。また、フォトディテクタ３０は、Ｐ／Ｎ−接合側の面が実装基板１０とは反対側に位置している。このため、図７に示すように、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０が平坦面である実装基板１０上に載置された状態においては、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とは、その高さ位置が異なり、同一平面上に位置していない。

一方、本実施形態においては、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との上方に位置する各レンズ５１，５２は、同一の曲率半径にて形成されているが、上述した各実施形態の場合とは異なり、その配置位置が同一平面上ではなく相互に異なる。具体的には、フォトディテクタ３０に対応するレンズ５２の配置位置よりも、ＶＣＳＥＬ２０に対応するレンズ５１の配置位置の方が、実装基板１０に近く設定されている。但し、各レンズ５１，５２は、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１に対する距離と、フォトディテクタ３０の受光面３１に対する距離が同一となっている。このようにすることで、ＶＣＳＥＬ２０に対応するレンズ５１の焦点位置が当該ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１に位置し、フォトディテクタ３０に対応するレンズ５２の焦点位置が当該フォトディテクタ３０の受光面３１に位置するようになる。

以上より、ＶＣＳＥＬ２０の活性層２１とレンズ５１との間、及び、フォトディテクタ３０の受光面３１とレンズ５２との間、の距離が同一となるよう各レンズ５１，５２の実相基板１０に対する距離が相互に異なるよう構成することで、光ファイバ６１，６２に対するＶＣＳＥＬ２０およびフォトディテクタ３０の光結合を同時に実現でき、光結合損失を抑制することができる。その結果、光導波路デバイスの性能向上を図ることができる。さらに、モジュール自体の構成を簡略化できるため、小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、上述した構成に加えて、実施形態１で開示した任意の厚みのスペーサ２５を設けたり、実施形態２で開示した任意の深さの凹部１１を実装基板１０に形成し、スペーサ２５上や凹部１１内に、ＶＣＳＥＬ２０やフォトディテクタ３０を搭載してもよい。これにより、ＶＣＳＥＬ２０とフォトディテクタ３０との高さ位置を調節し、各レンズ５１，５２の焦点位置が、それぞれＶＣＳＥＬ２０の活性層２１（Ｐ／Ｎ−接合面）と、フォトディテクタ３０の受光面３１（Ｐ／Ｎ−接合面）とに位置するよう設定してもよい。

ここで、上述した各実施形態における光導波路デバイスおよび光伝送モジュールでは、一対のＶＣＳＥＬおよびフォトディテクタを搭載している場合を説明したが、本発明では、一対に限らず、多対のＶＣＳＥＬおよびフォトディテクタを搭載した多チャンネルの光導波路デバイスおよび光伝送モジュールにも適用可能である。

また、上述した各実施形態における光導波路デバイスおよび光伝送モジュールでは、GaAs半導体基板が発振波長の９８０ｎｍ−１１００ｎｍに対して透明であるGaAs/GaInAs歪量子井戸を用いたＶＣＳＥＬについての場合を説明したが、本発明では、GaAs/GaInAs歪量子井戸を用いたＶＣＳＥＬに限らず、InP半導体基板が発振波長の１３００ｎｍ−１６４０ｎｍに対して透明であるInP/GaInAsP量子井戸あるいはInP/GaInAs量子井戸を用いたＶＣＳＥＬを搭載した光導波路デバイスおよび光伝送モジュールにも適用可能である。

また、上述した各実施形態における光導波路デバイスおよび光伝送モジュールでは、４５度ミラー５０，５０’を備えた構成を説明したが、４５度ミラーを装備していなくてもよい。つまり、各レンズ５１，５２と光ファイバ６１，６２との間の構成は、いかなる構成であってもよい。

１０，１０’ 実装基板
１１ 凹部
２０ 面発光型半導体レーザ（発光素子）
２１ 活性層（発光部）
２５ スペーサ
３０，３０’ フォトディテクタ（受光素子）
３１ 受光面（受光部）
５０，５０’ ４５度ミラー
５１，５１’，５２，５２’，５３，５４ レンズ
６１，６２ 光ファイバ（導波路コア）

Claims (8)

1. レーザ光を出射する発光部を有する発光素子と、レーザ光を受光する受光部を有する受光素子と、を実装基板上に並列に備えると共に、
   前記発光部からのレーザ光を第１の導波路コアに光結合させる第１のレンズと、第２の導波路コアを導通してきたレーザ光を前記受光部に光結合させる第２のレンズと、を並列に備えた光導波路デバイスであって、
   前記発光素子は、前記発光部である活性層が積層された透明半導体基板を有し、前記活性層から前記透明半導体基板を通過させてレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであり、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とは、平坦面に載置された状態においては当該平坦面に対する前記活性層と前記受光部との高さ位置が異なるよう構成されている場合に、
   前記第１のレンズによる焦点位置に前記活性層が位置すると共に、前記第２のレンズによる焦点位置に前記受光部が位置するよう構成した、
   光導波路デバイス。
2. 請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
   前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されており、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを前記実装基板上に異なる高さ位置で搭載することにより、前記面発光型半導体レーザの前記活性層と前記受光素子の前記受光部とを同一平面上に配置し、前記各レンズに対する距離を同一にした、
   光導波路デバイス。
3. 請求項２に記載の光導波路デバイスであって、
   前記面発光型半導体レーザと前記実装基板との間に、所定の厚みを有するスペーサを設け、
   前記スペーサは、熱伝導性の高い電気的絶縁性材料であり、前記面発光型半導体レーザの搭載面に当該面発光型半導体レーザと電気的に接続される導体パターンが形成されている、
   光導波路デバイス。
4. 請求項２に記載の光導波路デバイスであって、
   前記実装基板の前記受光素子搭載箇所が、前記面発光型半導体レーザの搭載箇所よりも凹んで形成されている、
   光導波路デバイス。
5. 請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
   前記受光素子は、前記受光部が積層された透明半導体基板を有し、当該透明半導体基板を通過して入射されたレーザ光を前記受光部が受光するフォトディテクタであり、
   前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であって、同一平面上に配置されており、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを前記実装基板の同一平面上に搭載することにより、前記面発光型半導体レーザの前記活性層と前記受光素子の前記受光部とを同一平面上に配置し、前記各レンズに対する距離を同一にした、
   光導波路デバイス。
6. 請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを、前記実装基板の同一平面上に搭載し、
   前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が同一であり、前記実装基板に対して異なる高さ位置で配置することにより、前記第１のレンズによる焦点位置に前記活性層が位置すると共に、前記第２のレンズによる焦点位置に前記受光部が位置するよう構成した、
   光導波路デバイス。
7. 請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを、前記実装基板の同一平面上に搭載し、
   前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、それぞれレンズ表面の曲率半径が異なって形成されており、
   前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを、前記実装基板に対して同一の高さ位置に配置して、前記第１のレンズによる焦点位置に前記活性層が位置すると共に、前記第２のレンズによる焦点位置に前記受光部が位置するよう構成した、
   光導波路デバイス。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光導波路デバイスを用いた光伝送装置。
   

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