JPH0643344A - 半導体−光学リンクおよびその作製方法 - Google Patents

半導体−光学リンクおよびその作製方法

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JPH0643344A
JPH0643344A JP5802993A JP5802993A JPH0643344A JP H0643344 A JPH0643344 A JP H0643344A JP 5802993 A JP5802993 A JP 5802993A JP 5802993 A JP5802993 A JP 5802993A JP H0643344 A JPH0643344 A JP H0643344A
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optical
semiconductor
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optical fiber
input
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JP5802993A
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マイケル・エス・レビー
Christopher K Y Chun
クリストファー・ケイ・ワイ・チャン
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体−光学リンクおよびその製作方法が示
される。 【構成】 半導体部品14の一表面がヘッダ16の一表
面に付着され、光入力/出力25を有する部品14の対
向面は、光ファイバ12の一端に隣接して配置される。
部品14と光ファイバ12とは硬化性ゲル30により、
ヒート・シンクとして機能するヘッダ16に歪を起こさ
ずに固定される。ヘッダ16上に形成されたリード線2
7および/または光ファイバ12上に付着された導電性
皮膜22により、部品14に対して電気接触部が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、半導体−光
学リンクに関する。さらに詳しくは、光通信媒体に半導
体部品を取り付けて、半導体−光学リンクを作成する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在の光通信システムは、光通信媒体か
ら独立して分割されている半導体部品を利用している。
一例として、光ファイバは、光半導体部品を含む装置と
互換性をもたせるように接続されている。残念ながら、
この分割のためにコネクタと接続された装置との両方に
厳密な整合要件を課すので、費用のかかる手順となる。
従来、装置内で半導体光部品を整合して、光ファイバに
接続することは、困難な作業であった。通常、光学的整
合における2つの重要な段階が結合効率を最大限にし
て、整合がなされた後、光半導体部品を正確な位置に固
定する。結合効率を最大にする光学的整合は、能動整合
(active alignment)と呼ばれる過程により達成される。
この能動整合過程は、信号が通過される光ファイバをも
つ光半導体部品を配置する技術である。能動整合は、骨
の折れる作業であり、光カプラーの大量生産には適用で
きず、結果として高価になる。光半導体部品が光ファイ
バに対して整合されると、光半導体部品と光ファイバと
は、移動量が最小になるような位置に係止されなければ
ならない。現在の固定方法または過程には、エポキシ,
レーザ溶接および低融点ハンダなどがある。しかし、こ
れらの固定過程中に発生する熱により、光半導体と光フ
ァイバ部品の両方が膨張し、冷却中に収縮して、結果と
して不整合を起こし結合効率が下がる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そのため、光半導体部
品と光ファイバとの間の光学信号の結合を最適にして、
性能を向上させ製造コストを下げる方法を利用すること
が望ましい。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の問題
は、半導体−光学リンクを形成する方法を利用すること
により実質的に減少される。本方法は、光入力/出力と
第1および第2電気接続部とを有する半導体部品を設け
る段階,半導体部品の光入力/出力とほぼ同じ寸法の入
力/出力を有する光ファイバを設ける段階,導電材料を
少なくともいくらかその上にもつヘッダ(header)を設け
る段階,光入力/出力をヘッダから外側に向けた状態で
半導体部品をヘッダに固定する段階,光ファイバの入力
/出力を半導体部品の入力/出力に整合して配置し、そ
の間に光学接合部を形成する段階および硬化性ゲルを接
合部に塗布して、そのゲルを硬化させて光ファイバを半
導体部品に固定する段階により構成される。
【0005】上記およびその他の問題は、半導体−光学
リンクにより実質的に減少される。この半導体−光学リ
ンクには、光入力/出力と第1および第2電気接続部と
を有する半導体部品と、半導体部品の光入力/出力とほ
ぼ同じ寸法の入力/出力をもつ光ファイバと、その上に
少なくともいくらかの導電性材料を載せたヘッダであっ
て、半導体部品の光入力/出力がヘッダから外側に向く
ように半導体部品に固定されたヘッダとから構成され、
半導体部品に固定された光ファイバは、光ファイバの入
力/出力が半導体部品の入力/出力に整合するように固
定され、その間に硬化性ゲルにより光学接合部が形成さ
れる。
【0006】
【実施例】図1には、本発明による、半導体−光学リン
ク10が示される。リンク10には光ファイバ12,半
導体部品14およびヘッダ16が含まれる。光ファイバ
12には、コア18または光透過部と、コアを囲んでそ
れを保護し光損失を小さくするための被覆部20とが含
まれる。この特定の実施例においては、光ファイバ12
は単モード・ファイバであって、コア18は約1ミクロ
ンないし6ミクロンの直径を有し、被覆部20は約12
5ミクロンの外径を有する。この特定の実施例において
は、端部に隣接する光ファイバ12の部分には、金属な
どの導電性材料の層22によりあらかじめ被覆されてい
る。単モード型以外の光ファイバがいくぶん大きいこと
はもちろん当業者には理解されよう。また、単モード型
は、可能な完成リンクがきわめて小型であることを示す
ために利用される。
【0007】この特定の実施例における半導体部品14
は、縦型空洞表面放出レーザ(VCSEL: vertical cavity
surface emitting laser) であり、光入力/出力15は
光ファイバ12のコア18の端部と光学的整合位置に置
かれている。このため、レーザは光ファイバ12のコア
18に直接光を放出する。さらに光入力/出力25は、
コア18とほぼ同じ寸法であり、部品14の全体的な横
方向の寸法は、光ファイバ12の横方向の寸法(直径)
とほぼ同じである。現在の技術においては、VCSEL
は、約250ミクロンx250ミクロンで、これが12
5ミクロンx125ミクロンまで小さくできることはす
でに予測されている。
【0008】ヘッダ16は、セラミックで構築され、金
属などの導電性材料の層27が一面から他の面の端部を
囲んで付着される。層27は、ヘッダ16の主表面から
対向主表面であるもう一方の表面に対する電気接触部を
形成する。半導体部品14は、ヘッダ16の主表面の1
つに、ハンダ,溶接,接着剤などの便宜な方法により固
定的に付着される。この特定の実施例においては、半導
体部品14は、1つの電気接触部がヘッダ16に隣接す
る表面上にあって層27と接触し、第2電気接触部は光
ファイバ12に隣接する表面上にあって、層22と接触
しているVCSELである(以下に説明される図2およ
び図4を参照のこと)。一般に、半導体部品14がVC
SELであるときは、光放出面上にメサ(mesa)が形成さ
れ、隣接する接触部は、層22と連続的に接触するリン
グの形をしている。さらに、層22,27の一方または
両方に対する電気接触部は、密接接触,バンプ・ボンデ
ィング,導電性ゲルなどにより形成することができるこ
とは当業者には理解いただけよう。このように外部の電
気接続部が、ヘッダ16の層27および光ファイバ12
上の層22に対して便宜的に作成される。
【0009】光ファイバ12は硬化性ゲル30により半
導体部品14に固定付着される。ゲル30は、通常室温
において、最小の発熱をともなって硬化することのでき
る便宜なゲルまたはポリマである。通常、この目的のた
めに利用される硬化性ゲル30には、シリコン・ゲル,
セルローズ・ブチレート・アセテート,ポリメチル・メ
タクリレート,シアノアクリレートなどが含まれる。光
ファイバ12と半導体部品14とが整合され、ゲル30
は、硬化中およびその後にゲル30内に起こる歪が最小
限になるように塗布される。一般に、ゲルの硬化過程で
は接合部にほとんど熱を与えず、ヘッダ16がヒート・
シンクとして動作して発生される熱を除去するのでこれ
が達成される。
【0010】図2ないし図5には、縦型空洞表面放出レ
ーザ(VCSEL)に関するいくつかの異なる実施例が
図示されている。図2においては、光はレーザから上向
きに放出される(矢印で表される)。このレーザは、上
面の電気接触部(+記号で示される)と、下面の電気接
触部(−記号で示される)とを有している。図3に示さ
れるレーザの実施例は、上向きに光を放出し、上面に両
方の接触部を有する。VCSELの図3の実施例を用い
るある可能な構造は、層27に類似の導電層を設ける
が、縦方向に分割されていて、光ファイバ被覆部の外端
に沿って2つの異なる導体を形成する。図4に示される
レーザの実施例は、下向きに光を放出し、図2の実施例
と同様に、上面および下面に電気接触部を有する。図5
に示されるレーザの実施例は、下向きに光を放出して、
上面に両方の電気接触部を有する。図6には、本発明に
よる半導体−光学リンク50の別の実施例が示される。
リンク50には、光ファイバ52と、縦型表面放出レー
ザ54と、ヘッダ56とが含まれる。この特定の実施例
においては、レーザ54は、図5に示される種類のVC
SELである。レーザ54は、ヘッダ56の第1表面に
固定付着され、その電気接触部は両方とも第1表面に接
触して、光放出面(光入力/出力)は光ファイバ52の
コアに隣接している。また、ヘッダ56はシリコンなど
の半導体材料で形成され、金属層58がその上に付着さ
れていることが好ましい。層58は、第1表面から、上
部を通り第1表面に対向する第2表面60まで延在する
1対の別々の電気リード線を形成するように付着され
る。1対の電気接触部62がヘッダ56の表面60に付
着されて、適切なソケットにプラグ接続するだけで、ア
センブリ全体が電気的に接続される。この特定の実施例
においては、光ファイバ上の金属皮膜は、レーザに対す
る電気接触部を完成させるために必要とされない点に留
意されたい。
【0011】図7は、本発明による複数の半導体−光学
リンクをもつアセンブリ70の上面図である。アセンブ
リ70には、複数の光ファイバ72が含まれ、これらは
個別のファイバでもファイバ・リボンでもよい。さらに
上記に示されるように、光ファイバ上の金属皮膜は、電
気接触部として利用してもよいし、しなくてもよいが、
これは利用される半導体部品の種類とその用途による。
ヘッダ・ユニット76は、その上に電気リード線が付着
されていることが好ましい単独のヘッダでも、あるいは
ハウジングまたはその他の機械的な装着ユニットにより
結合されている複数の個別のヘッダでもよい。典型的な
例として、ヘッダ・ユニット76は、成形されたプラス
チック・アセンブリがよい。1対の電気接触部82は、
ユニット76内でそれぞれのヘッダに連結された各半導
体部品に電気的に接続される。このように、アセンブリ
70は、例えばイン・ライン半導体パッケージに類似の
ソケット内にプラグ接続して、すべての従来の装置の比
較して非常に小型になっている。
【0012】上記の実施例はVCSELにより説明され
ているが、その他の任意の種類のレーザ,フォト・ダイ
オード,フォトン部品などを半導体部品として利用でき
ることを理解されたい。また、1つ以上の半導体部品
を、個別の部品ではなく単独の基板上に形成して、場合
によっては、ヘッダを半導体部品と一体型のユニットと
して形成することもできる。さらに、ヘッダは、任意の
便利な材料、例えばセラミック,半導体材料,金属など
で、所望の機能を達成する任意の形状に形成することが
できる。また、半導体基板を利用する場合は、高濃度に
ドーピングされた部分が、接続導体の一部または全部の
代替となることももちろん理解されよう。このように、
半導体−光学リンクと、リンクの作成方法とが開示され
た。開示されたリンクにおいては、アセンブリ全体の寸
法は単モード光ファイバの横方向の寸法とほぼ等しい。
半導体部品,光ファイバおよびヘッダは、共に固定され
るが、このとき部品間または部品を共に固定する材料上
にほとんど歪を起こさない。さらに、便利な電気接触部
が設けられるので、完成されたリンクは電気回路に容易
に利用される。完成リンクが小型であるために、以前は
可能でなかった、あるいは実際的でなかった他の用途
や、より密度の高い環境における用途にも利用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体−光学リンクの側面図であ
り、その一部が切断されて断面図が示される。
【図2】図1の半導体−光学リンクの利用される縦型空
洞表面放出レーザの実施例の縦断面図である。
【図3】図1の半導体−光学リンクの利用される縦型空
洞表面放出レーザの実施例の縦断面図である。
【図4】図1の半導体−光学リンクの利用される縦型空
洞表面放出レーザの実施例の縦断面図である。
【図5】図1の半導体−光学リンクの利用される縦型空
洞表面放出レーザの実施例の縦断面図である。
【図6】本発明による他の半導体−光学リンクの透視図
で、その一部が切断され断面図が示される。
【図7】本発明による複数の、半導体−光学リンクの上
面図である。
【符号の説明】
10 半導体−光学リンク 12 光ファイバ 14 半導体部品 16 ヘッダ 18 コア 20 被覆部 22,27 導電性材料の層 25 光入力/出力 30 硬化性ゲル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体−光学リンク(12)を形成する
    方法であって:光入力/出力(25)と第1および第2
    電気接続部とを有する半導体部品(14)と、その上に
    少なくともいくらかの導電性材料(27)を有して、光
    入力/出力がヘッダ(16)から外側に向くように半導
    体材料(14)に固定されたヘッダ(16)とを設ける
    段階;前記半導体材料(14)の前記光入力/出力(2
    5)とほぼ同じ寸法の入力/出力を有する光ファイバ
    (12)を設ける段階;前記光ファイバ(12)の前記
    入力/出力を、前記半導体部品(14)の入力/出力
    (25)と整合するように配置して、その間に光学接合
    部を形成する段階;および前記接合部に硬化性ゲル(3
    0)を塗布し、前記ゲルを硬化させて、前記光ファイバ
    (12)を前記半導体部品(14)に固定する段階;に
    よって構成されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 半導体−光学リンク(12)であって:
    光入力/出力(25)と第1および第2電気接続部とを
    有する半導体部品(14)と、前記光入力/出力(2
    5)がヘッダ(16)から外側に向くように前記半導体
    部品(14)に固定されヘッダ(16);前記半導体部
    品(14)の前記光入力/出力(25)とほぼ同じ寸法
    の入力/出力を有する光ファイバ(12);および前記
    光ファイバ(12)の前記入力/出力が、前記半導体部
    品(14)の入力/出力に整合するように前記光ファイ
    バ(12)を前記半導体(14)に固定して、その間に
    光学接合部を形成する硬化性ゲル(30);によって構
    成されることを特徴とするリンク。
JP5802993A 1992-03-02 1993-02-24 半導体−光学リンクおよびその作製方法 Pending JPH0643344A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/844,027 US5959315A (en) 1992-03-02 1992-03-02 Semiconductor to optical link
US844027 1992-03-02

Publications (1)

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