JP4906545B2 - Light emitting device and optical transmission module - Google Patents
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Description
本発明は、ワイヤレス光通信に用いられる発光装置、および光伝送モジュールに関する。 The present invention relates to a light emitting device used for wireless optical communication, and an optical transmission module.
ワイヤレス光通信には、その光源として赤外線を発する発光ダイオード(LED)が用いられているが、近年通信データの大容量化が進み、通信速度のますますの高速化が要望されるようになった。このため、LEDよりも高速通信が可能な半導体レーザ素子を光通信の光源として用いる試みがなされているが、半導体レーザ光源は、空間に放出される光のスポット径が微小であり且つ高コヒーレンシーを有しているので、そのまま使用すると眼に対する危険性が大きい。このため、光を拡散させてコヒーレンシーを低くし、且つスポット径を広げる必要がある。このような光源装置に関する技術として、特許文献1が提案されている。 In wireless optical communications, light emitting diodes (LEDs) that emit infrared rays are used as the light source, but in recent years communication data has become increasingly large in volume, and there has been a demand for higher communication speeds. . For this reason, an attempt has been made to use a semiconductor laser element capable of high-speed communication as compared with an LED as a light source for optical communication. However, the semiconductor laser light source has a small spot diameter of light emitted into space and has high coherency. Therefore, if it is used as it is, there is a great risk to eyes. Therefore, it is necessary to reduce the coherency by diffusing light and widen the spot diameter. Patent Document 1 has been proposed as a technique relating to such a light source device.
このような発光装置を図5に示す。基板501に、円形のザグリ穴502が形成され、ザグリ穴502の底部503に半導体レーザ素子504が設けられている。ザグリ穴502の傾斜面505は、底部503と約45°の角度をなしている。また、ザグリ穴502および半導体レーザ素子504は、拡散材509を含む樹脂506で被覆されている。また樹脂506の上方にはレンズ507が配置されて、発光装置500が形成されている。 Such a light-emitting device is shown in FIG. A circular counterbore hole 502 is formed in the substrate 501, and a semiconductor laser element 504 is provided at the bottom 503 of the counterbore hole 502. The inclined surface 505 of the counterbore hole 502 forms an angle of about 45 ° with the bottom 503. The counterbore hole 502 and the semiconductor laser element 504 are covered with a resin 506 including a diffusion material 509. A lens 507 is disposed above the resin 506 to form the light emitting device 500.
半導体レーザ素子504から放出された光508は、拡散材509により樹脂506の内部を拡散されながら進みつつ、ザグリ穴502の傾斜面505で反射され、上方のレンズ507に向かう。光508は、レンズ507によって広げられ、眼に対して安全な光となって空間に放出される。レンズ507は、空間への光の取り出し効率が最も高まるよう設計されており、レンズ中心は、光軸の中心に合わせるよう設計・実装されている。 The light 508 emitted from the semiconductor laser element 504 travels while being diffused inside the resin 506 by the diffusing material 509, is reflected by the inclined surface 505 of the counterbore hole 502, and travels toward the upper lens 507. The light 508 is spread by the lens 507 and emitted into the space as light that is safe for the eyes. The lens 507 is designed so that the light extraction efficiency into the space is maximized, and the lens center is designed and mounted so as to be aligned with the center of the optical axis.
ところが、ザグリ穴底部への半導体レーザ素子の実装時に、レーザ光の出射方向に平行な方向および垂直な方向への「ずれ」や、半導体レーザ素子がザグリ穴の底面と平行な面内で回転する「ずれ」が発生することがあった(図5点線参照)。このような「ずれ」が発生すると、側面で反射された光の中心軸が、レンズ507の中心を通らなくなり、結果として、空間への光の取り出し効率が低下してしまう。この効率の低下により、発光装置を組み込んだ光伝送モジュールとしての通信可能距離を確保するための光出力が得られなくなることがあり、光伝送モジュールとしての歩留を悪化させ、製造コストの増加を招いていた。 However, when the semiconductor laser element is mounted on the bottom of the counterbored hole, “shift” in the direction parallel to and perpendicular to the laser beam emission direction, or the semiconductor laser element rotates in a plane parallel to the bottom surface of the counterbored hole. A “deviation” sometimes occurred (see the dotted line in FIG. 5). When such “deviation” occurs, the central axis of the light reflected from the side surface does not pass through the center of the lens 507, and as a result, the light extraction efficiency into the space is reduced. Due to this decrease in efficiency, it may not be possible to obtain a light output for securing a communicable distance as an optical transmission module incorporating a light emitting device, which deteriorates the yield as an optical transmission module and increases the manufacturing cost. I was invited.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、歩留を向上させて、製造コストを低減することができる発光装置および光伝送モジュールを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a light-emitting device and an optical transmission module that can improve the yield and reduce the manufacturing cost.
上記課題を解決するための本発明は、半導体レーザ素子が、ザグリ穴の形成された基板の当該ザグリ穴の底部に設けられた発光装置において、前記底部の形状が矩形であり、前記半導体レーザ素子の共振器方向長と、前記底部の長さとが等しく、前記ザグリ穴は、前記底部の長さ方向に連続した、相対向する一対の傾斜面をさらに備え、前記半導体レーザ素子は、前記共振器方向と前記底部の長さ方向とが一致するように配置されていることを特徴とする。 According to the present invention for solving the above-described problem, in the light emitting device in which the semiconductor laser element is provided at the bottom of the counterbore of the substrate having the counterbore , the shape of the bottom is rectangular, and the semiconductor laser element a resonator direction length, the length of the bottom rather equal, the counterbore is continuous in the length direction of the bottom, further comprising a pair of inclined surfaces facing each, the semiconductor laser element, the The resonator direction and the length direction of the bottom portion are arranged to coincide with each other.
この構成であると、半導体レーザ素子の共振器方向長と、ザグリ穴の底部の長さL1とが等しく、且つザグリ穴の底面形状が矩形であるため、半導体レーザ素子を実装する際、半導体レーザ素子の位置が、半導体レーザ素子の共振器方向長と長さの等しいザグリ穴の底部の長さに合うように規制されるので、実装ずれが生じなくなる。よって、歩留を高めることができる。
また、半導体レーザ素子の回転ずれを防止できる。
With this arrangement, since the semiconductor and the resonator direction length of the laser device, the length L1 of the bottom of the countersunk hole is rather equal, and the shape of the bottom of the countersunk hole is rectangular, when mounting the semiconductor laser element, Since the position of the semiconductor laser element is regulated so as to match the length of the bottom part of the counterbore hole having the same length as the cavity direction of the semiconductor laser element, mounting displacement does not occur. Therefore, the yield can be increased.
In addition, rotational deviation of the semiconductor laser element can be prevented.
上記構成において、前記ザグリ穴の底部の幅L2が、前記半導体レーザ素子幅以上且つ共振器方向長以下であるとすることができる。 In the above configuration, the width L2 of the bottom portion of the counterbore hole may be greater than or equal to the semiconductor laser element width and less than or equal to the cavity length.
ザグリ穴の底部の幅L2が半導体レーザ素子幅未満であると、半導体レーザ素子をザグリ穴底部に実装できなくなってしまう。他方、ザグリ穴の底部の幅L2が共振器長以上であると、半導体レーザ素子が横向き(光取り出し方向と垂直)に実装されてしまうおそれがある。よって、上記のように規制することが好ましい。ここで、ザグリ穴の底部の幅L2が変化する場合、すべての位置においてこの関係を満たす必要がある。 If the width L2 of the bottom of the counterbore is less than the width of the semiconductor laser element, the semiconductor laser element cannot be mounted on the bottom of the counterbore. On the other hand, if the width L2 at the bottom of the counterbore is greater than or equal to the resonator length, the semiconductor laser element may be mounted sideways (perpendicular to the light extraction direction). Therefore, it is preferable to regulate as described above. Here, when the width L2 of the bottom portion of the counterbore hole changes, it is necessary to satisfy this relationship at all positions.
上記構成において、前記半導体レーザ素子の光出射面に面している当該ザグリ穴の傾斜面と基板とのなす角が45°であるとすることができる。 In the above configuration, the angle formed by the inclined surface of the counterbore hole facing the light emitting surface of the semiconductor laser element and the substrate may be 45 °.
傾斜角度45°の傾斜面を採用すると、優れた光の取り出し効率が得られる。 When an inclined surface with an inclination angle of 45 ° is employed, excellent light extraction efficiency can be obtained .
上記構成において、前記半導体レーザ素子および前記ザグリ穴が、拡散材を含む樹脂で被覆されているとすることができる。 In the above configuration, the semiconductor laser element and the counterbored hole may be covered with a resin containing a diffusing material.
この構成であると、レーザ光が拡散材により散乱されるので、コヒーレンシーが低く、スポット径が広いアイセーフティーな発光装置を実現できる。 With this configuration, since the laser light is scattered by the diffusing material, an eye-safe light-emitting device with low coherency and a wide spot diameter can be realized.
上記いずれかに記載の発光装置を用いて光伝送モジュールを作製すると、半導体の位置ずれがなく光取り出し効率の高い光伝送モジュールを実現できる。 When an optical transmission module is manufactured using any of the light-emitting devices described above, an optical transmission module with high light extraction efficiency without misalignment of the semiconductor can be realized.
本発明の発光装置は、基板上のザグリ穴へ実装される半導体レーザ素子の位置ずれが、ザグリ穴の底部の形状によって誘導され修正されるため、実装時の位置ずれが生じない。よって、本発明によると、ザグリ穴の傾斜面で反射された後、基板に対して垂直な方向に出射するレーザ光を再現性よく取り出すことができるので、指向性と安全性に優れた発光装置を歩留よく提供することができる。また、これを用いることにより、低コストで信頼性の高い光伝送モジュールを実現することができる。 In the light emitting device of the present invention, the positional deviation of the semiconductor laser element mounted in the counterbore hole on the substrate is induced and corrected by the shape of the bottom part of the counterbore hole, so that the positional deviation during mounting does not occur. Therefore, according to the present invention, the laser light emitted in the direction perpendicular to the substrate after being reflected by the inclined surface of the counterbore hole can be taken out with good reproducibility, so that the light emitting device excellent in directivity and safety Can be provided with good yield. Also, by using this, it is possible to realize a low-cost and highly reliable optical transmission module.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態の発光装置の概略斜視図を示し、図2に概略側面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view of the light emitting device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view thereof.
この発光装置100は、回路基板101に底部が矩形状のザグリ穴102が形成され、ザグリ穴102の底部103に、光源としての半導体レーザ素子104が実装されている。また、拡散材(図示せず)を含有するシリコン樹脂105によって、ザグリ穴102および半導体レーザ素子104が被覆されており、シリコン樹脂105の上方にはレンズ106が備えられている。 In the light emitting device 100, a counterbore hole 102 having a rectangular bottom is formed in a circuit board 101, and a semiconductor laser element 104 as a light source is mounted on the bottom 103 of the counterbore 102. The counterbore hole 102 and the semiconductor laser element 104 are covered with a silicon resin 105 containing a diffusing material (not shown), and a lens 106 is provided above the silicon resin 105.
なお、回路基板101は基板の一例であり、シリコン樹脂105が樹脂の一例であって、これら以外を用いてもよい。 The circuit board 101 is an example of a board, and the silicon resin 105 is an example of a resin, and other than these may be used.
以下、発光装置100の作製方法を説明する。
まず、回路基板101上に、底部103の形状が矩形であり、底部と傾斜面107とが45°をなすザグリ穴102を形成する。次に、前記底部103上に銀ペースト(図示せず)を少量塗布し、その上に半導体レーザ素子104をマウントし、オーブンを用いてベークして、半導体レーザ素子をザグリ穴の底部に固定する。
Hereinafter, a method for manufacturing the light-emitting device 100 will be described.
First, a counterbore hole 102 in which the shape of the bottom portion 103 is rectangular and the bottom portion and the inclined surface 107 form 45 ° is formed on the circuit board 101. Next, a small amount of silver paste (not shown) is applied on the bottom portion 103, the semiconductor laser element 104 is mounted thereon, and baked using an oven, thereby fixing the semiconductor laser element to the bottom portion of the counterbored hole. .
このザグリ穴102は、半導体レーザ素子104によるレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっている。また、ザグリ穴102の表面は、前記レーザ光の放射角に悪影響を与えないように粗さが調整されている。なお、本実施形態の発光装置においては、ザグリ穴102の深さは例えば300μm程度に設定されており、また底部103の長さ(図1,2内のL1)は、半導体レーザ素子104の共振器方向長と等しい長さに設定されている(例えば、500μm程度)。また、底部103の幅L2は、共振器方向長よりも短く、且つ半導体レーザ素子幅以上に設定されている。 The counterbore 102 has a depth that does not hinder the emission of laser light from the semiconductor laser element 104. Further, the roughness of the surface of the counterbore hole 102 is adjusted so as not to adversely affect the radiation angle of the laser beam. In the light emitting device of this embodiment, the depth of the counterbore hole 102 is set to about 300 μm, for example, and the length of the bottom 103 (L1 in FIGS. 1 and 2) is the resonance of the semiconductor laser element 104. The length is set equal to the length in the vessel direction (for example, about 500 μm). The width L2 of the bottom 103 is set to be shorter than the length in the resonator direction and equal to or larger than the semiconductor laser element width.
また、上記半導体レーザ素子104の共振器ミラー(レーザ光110が半導体レーザ素子104から出射する方向に対して垂直な面)には、端面保護膜(図示せず)が施されている。主としてレーザ光110を取り出す面には低反射率な端面保護膜が、またその反対側の面には高反射率な端面保護膜が施されており、効率よく片側の面からレーザ光110を取り出せるように作製されている。 Further, an end face protective film (not shown) is applied to the resonator mirror (surface perpendicular to the direction in which the laser beam 110 is emitted from the semiconductor laser device 104) of the semiconductor laser device 104. An end face protective film having a low reflectance is mainly provided on the surface from which the laser light 110 is extracted, and an end face protective film having a high reflectance is provided on the opposite surface, so that the laser light 110 can be efficiently extracted from one surface. It is made as follows.
続いて、半導体レーザ素子104に電流を注入するためのワイヤ108をボンディングし、光を拡散する拡散材109の混入した液状のシリコン樹脂105を、半導体レーザ素子104を含んだザグリ穴102全体を埋めるように適量滴下する。この結果、シリコン樹脂105は表面張力のためにザグリ穴102内に留まり、半導体レーザ素子104とザグリ穴102とを被覆する。 Subsequently, a wire 108 for injecting current is bonded to the semiconductor laser element 104, and the entire counterbore hole 102 including the semiconductor laser element 104 is filled with a liquid silicon resin 105 mixed with a diffusion material 109 that diffuses light. Add a suitable amount. As a result, the silicon resin 105 stays in the counterbore hole 102 due to surface tension, and covers the semiconductor laser element 104 and the counterbore hole 102.
この後、80℃で約5分間加熱して、シリコン樹脂105がゼリー状になるまで硬化させる。この後、シリコン樹脂105を、レーザ光の放射角制御のためのレンズ106を含む透明なエポキシ樹脂モールドにより被覆する。レンズ106は、半導体レーザ素子104の上方に、エポキシモールドと一体形成する。 Then, it is heated at 80 ° C. for about 5 minutes to be cured until the silicon resin 105 becomes jelly. Thereafter, the silicon resin 105 is covered with a transparent epoxy resin mold including a lens 106 for controlling the laser beam radiation angle. The lens 106 is integrally formed with the epoxy mold above the semiconductor laser element 104.
なお、半導体レーザ素子104は、回路基板101上のレーザ駆動用負電極部(図示せず)に固定されている。また、半導体レーザ素子104にボンディングされているワイヤ108の他端は、回路基板101上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)に接続されている。この電気配線により、半導体レーザ素子104に電流が注入され、レーザ光110を放出できる発光装置100が完成する。 The semiconductor laser element 104 is fixed to a laser driving negative electrode portion (not shown) on the circuit board 101. The other end of the wire 108 bonded to the semiconductor laser element 104 is connected to a laser driving positive electrode portion (not shown) on the circuit board 101. With this electrical wiring, a current is injected into the semiconductor laser element 104, and the light emitting device 100 capable of emitting the laser light 110 is completed.
上記構成の発光装置によれば、半導体レーザ素子104がザグリ穴102の底部に実装される際、傾斜面107により、半導体レーザ素子104はその傾斜面107に誘導されるようにザグリ穴の底部103に近づく。さらに底部103の長さL1は、半導体レーザ素子104の共振器長と同じであり、この長さによって半導体レーザ素子の104位置が規制されるので、半導体レーザ素子104の共振器方向が光取り出し方向とずれて実装されることがない。 According to the light emitting device having the above configuration, when the semiconductor laser element 104 is mounted on the bottom portion of the counterbore hole 102, the inclined surface 107 causes the semiconductor laser element 104 to be guided to the inclined surface 107 by the inclined surface 107. Get closer to. Further, the length L1 of the bottom 103 is the same as the resonator length of the semiconductor laser element 104, and the position of the semiconductor laser element 104 is regulated by this length, so the resonator direction of the semiconductor laser element 104 is the light extraction direction. Will not be mounted.
また、ザグリ穴102の底部の形状が矩形となっているため、ザグリ穴内において半導体レーザ素子が回転する余地がない。このため、半導体レーザ素子104を固定するためのベークの際にも、半導体レーザ素子104の回転ずれが生じない。よって、この構造の発光装置によると、半導体レーザ素子104から出射され、傾斜面107で反射された後、回路基板101に対して垂直な方向に出射するレーザ光を、再現性よく取り出すことができる。したがって、歩留を向上させて製造コストを低減できる発光装置が得られる。 Further, since the shape of the bottom portion of the counterbore hole 102 is rectangular, there is no room for the semiconductor laser element to rotate within the counterbore hole. For this reason, even when baking is performed to fix the semiconductor laser element 104, the semiconductor laser element 104 is not rotationally displaced. Therefore, according to the light emitting device having this structure, the laser light emitted from the semiconductor laser element 104 and reflected by the inclined surface 107 and then emitted in a direction perpendicular to the circuit board 101 can be extracted with good reproducibility. . Therefore, a light-emitting device that can improve the yield and reduce the manufacturing cost can be obtained.
また、上記第1実施形態の発光装置によれば、半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光110が拡散材109で拡散されるので、眼に入っても安全な光となる。よって、位置ずれを勘案したレンズ106のマージン設計が不要になり、レーザ光110の出力をより有効利用できる。その結果、所望の光伝送を行うために必要な発光装置の光出力量、すなわち半導体レーザ素子の光出力量を下げられるので、消費電力を低減でき、また信頼性も改善することができる。 Further, according to the light emitting device of the first embodiment, since the laser light 110 emitted from the semiconductor laser element is diffused by the diffusing material 109, the light becomes safe even if it enters the eye. Therefore, it is not necessary to design the margin of the lens 106 in consideration of the positional deviation, and the output of the laser beam 110 can be used more effectively. As a result, the light output amount of the light emitting device necessary for performing desired optical transmission, that is, the light output amount of the semiconductor laser element can be lowered, so that power consumption can be reduced and reliability can be improved.
上記第1実施形態の発光装置では、レンズ106が円形となっているが、半導体レーザ素子104の共振器長の方向に垂直な方向への実装ずれを考慮し、その実装ずれの起こりうる方向を長軸にもつ楕円形のレンズを用いていもよい。それにより、さらに実装ずれによる光の取り出し効率の低下を防ぐことができるので、さらに歩留を向上させて製造コストを低減できる発光装置が得られる。 In the light emitting device of the first embodiment, the lens 106 is circular. However, in consideration of mounting displacement in a direction perpendicular to the resonator length direction of the semiconductor laser element 104, the direction in which the mounting displacement can occur is determined. An elliptical lens having a long axis may be used. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in light extraction efficiency due to mounting displacement, and thus a light emitting device that can further improve the yield and reduce the manufacturing cost can be obtained.
また、ザグリ穴102の底部の形状を、半導体レーザ素子104の平面形状と同一とすることにより、共振器長の方向に垂直な方向への実装ずれを防止する構成としてもよい。 Further, by making the shape of the bottom portion of the counterbore 102 the same as the planar shape of the semiconductor laser element 104, it is possible to prevent a mounting shift in a direction perpendicular to the direction of the resonator length.
また、上記第1実施形態の発光装置では、ザグリ穴102の傾斜面107が、すべての方向において回路基板101と45°をなしていたが、半導体レーザ素子104の光出射面に面している傾斜面が、前記回路基板101と45°をなしていればよく、反対側の傾斜面は回路基板101となす角度が90°未満であれば同様の効果が得られる。特にその角度が90°に近ければ、ザグリ穴の上方から見たときの面積がより小さくできるため、回路基板101の面積を有効に活用(例えば他の回路や電極の設計に自由度が増えるなど)できる発光装置が得られる。 In the light emitting device of the first embodiment, the inclined surface 107 of the counterbore hole 102 forms 45 ° with the circuit board 101 in all directions, but faces the light emitting surface of the semiconductor laser element 104. It is sufficient if the inclined surface forms an angle of 45 ° with the circuit board 101, and the same effect can be obtained if the angle between the inclined surface on the opposite side and the circuit board 101 is less than 90 °. In particular, if the angle is close to 90 °, the area when viewed from above the counterbore can be made smaller, so that the area of the circuit board 101 can be effectively utilized (for example, the degree of freedom in designing other circuits and electrodes is increased). A light-emitting device capable of being obtained).
ここで、従来の発光装置のようにザグリ穴が円形であると、少なくとも基板は、半導体レーザ素子の平面形状の対角線の長さ以上の直径を有するザグリ穴の底部が必要となる。さらに、基板と45°の角度をなす傾斜面も有する必要があるので、ザグリ穴全体としては傾斜面も含めた大きさが必要となる。すなわち、ザグリ穴に無駄な空間が多くなる。しかし、上記第1実施形態の発光装置では、ザグリ穴の平面形状が矩形であるので、必要なザグリ穴の大きさは従来の発光装置に比べ小さくすることができる。このことは、同じ大きさの半導体レーザ素子を用いても、より小さい基板で発光装置を作製することができることを意味する。したがって、より製造コストを低減できる発光装置が得られるとともに、この発光装置を用いることにより、よりダウンサイジングした光伝送システムへ組み込める光伝送モジュールを提供することができる。 Here, if the countersunk hole is circular as in the conventional light emitting device, at least the substrate needs to have a bottom part of the countersunk hole having a diameter equal to or longer than the length of the diagonal line of the planar shape of the semiconductor laser element. Further, since it is necessary to have an inclined surface that forms an angle of 45 ° with the substrate, the entire counterbore hole needs to have a size including the inclined surface. That is, a useless space increases in the counterbore. However, in the light emitting device of the first embodiment, since the planar shape of the counterbore hole is rectangular, the necessary counterbore hole size can be made smaller than that of the conventional light emitting device. This means that a light emitting device can be manufactured with a smaller substrate even if semiconductor laser elements having the same size are used. Therefore, a light-emitting device that can further reduce the manufacturing cost can be obtained, and by using this light-emitting device, an optical transmission module that can be incorporated into a more downsized optical transmission system can be provided.
次に、第1実施形態の変形例の発光装置を、図3(a)および(b)に示す。図3(a)は発光装置の平面図を示し、図3(b)は発光装置の側面図を示す。 Next, a light emitting device according to a modification of the first embodiment is shown in FIGS. FIG. 3A shows a plan view of the light emitting device, and FIG. 3B shows a side view of the light emitting device.
本変形例の発光装置300の特徴は、導波路301が2本あり、2つの共振器ミラーから光が取り出せるように作製されている半導体レーザ素子304を用いていることにある。また1本の導波路から出射される2つのレーザ光305のそれぞれの出力特性が同じになるよう、2つの共振器ミラーに施されている端面保護膜(図示せず)の反射率は等しくなるように設計されている。すなわち、本半導体レーザ素子304から出射される4つのレーザ光305は、全て等しい出力特性を有している。その他、ザグリ穴302の傾斜面307が底面303となす角度や、半導体レーザ素子304の上方に配される樹脂・拡散材は、第1実施形態の発光装置と同様であり、レンズは光源の位置・数に応じて最適設計されている。 A feature of the light emitting device 300 of this modification is that there are two waveguides 301 and a semiconductor laser element 304 manufactured so that light can be extracted from two resonator mirrors is used. Further, the reflectances of the end face protective films (not shown) applied to the two resonator mirrors are equal so that the output characteristics of the two laser beams 305 emitted from one waveguide are the same. Designed to be That is, the four laser beams 305 emitted from the semiconductor laser element 304 all have the same output characteristics. In addition, the angle between the inclined surface 307 of the counterbore hole 302 and the bottom surface 303 and the resin / diffusing material disposed above the semiconductor laser element 304 are the same as those of the light emitting device of the first embodiment, and the lens is the position of the light source.・ It is optimally designed according to the number.
さらに詳しくは、ザグリ穴の底部303の長さ(L3)と、2つの導波路の間隔(D)と、ザグリ穴の底部303からレーザ光出射部までの高さ(H)との間に、
L3 + H×2 = D
の関係式が成り立つように、半導体レーザ素子304およびザグリ穴302が設計されている。
More specifically, between the length (L3) of the bottom 303 of the counterbored hole, the distance (D) between the two waveguides, and the height (H) from the bottom 303 of the counterbored hole to the laser beam emitting part,
L3 + H × 2 = D
The semiconductor laser element 304 and the counterbore hole 302 are designed so that the following relational expression holds.
上記関係を満たすとき、傾斜面307で反射されて基板上方に進む4つのレーザ光305は、上方から見て、一辺の長さがDである正方形の頂点に位置するように配置され、またそれらはすべて同一の光出力を有している。 When satisfying the above relationship, the four laser beams 305 that are reflected by the inclined surface 307 and travel upward are arranged so as to be located at the apexes of a square whose side is D when viewed from above. All have the same light output.
本変形例の発光装置の構成によれば、1つの半導体レーザ素子に対し、4つの発光点を設けることができ、拡散材により光を拡散させることに加えてさらに光源径を大きくすることができる。よって、さらに長距離の光伝送に適した発光装置を作製することができる。 According to the configuration of the light emitting device of this modification, four light emitting points can be provided for one semiconductor laser element, and the light source diameter can be further increased in addition to diffusing light by the diffusing material. . Therefore, a light-emitting device suitable for light transmission over a longer distance can be manufactured.
また、上記構成によれば、出力の揃った4つのレーザ光は、常に正方形の頂点に位置しながら上方に取り出されるため、対称性に優れていることとなる。よって、レンズ設計が簡便となり効率よく光を取り出すことができるようになるため、低コストの発光装置を作製することができるようになる。 Further, according to the above configuration, the four laser beams having the same output are always extracted at the top while being located at the apex of the square, so that the symmetry is excellent. Therefore, the lens design is simple and light can be extracted efficiently, so that a low-cost light-emitting device can be manufactured.
なお、上記第1実施形態では、半導体レーザ素子の波長は890nmとしたが、他の波長帯、例えば780nm帯・650nm帯・400nm帯や、1.3μm帯・1.55μm帯などでもよい。 In the first embodiment, the wavelength of the semiconductor laser element is 890 nm. However, other wavelength bands such as a 780 nm band, a 650 nm band, a 400 nm band, a 1.3 μm band, a 1.55 μm band, and the like may be used.
(第2実施形態)
図4に、本発明の第2実施形態における光伝送システムの光伝送モジュール200の概略断面図を示す。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側(例えば、端末とサーバ)にそれぞれ同じ光伝送モジュール200を備えることにより、双方の光伝送モジュール200間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the optical transmission module 200 of the optical transmission system according to the second embodiment of the present invention. As will be described in detail later, by providing the same optical transmission module 200 on both sides (for example, a terminal and a server) that perform communication, an optical transmission system that transmits and receives optical signals between the two optical transmission modules 200 is configured. The
前記光伝送モジュール200は、図4に示すように、第1実施形態で説明した発振波長890nmのInGaAs系半導体レーザ素子201を発光装置202内の光源の一例として備えていると共に、Si(シリコン)のpinフォトダイオードである受光素子203を有する受光装置204とを備えており、発光装置202と受光装置204が一つの基板に作り込まれている。 As shown in FIG. 4, the optical transmission module 200 includes the InGaAs semiconductor laser element 201 having the oscillation wavelength of 890 nm described in the first embodiment as an example of a light source in the light emitting device 202, and Si (silicon). A light receiving device 204 having a light receiving element 203 which is a pin photodiode, and the light emitting device 202 and the light receiving device 204 are formed on one substrate.
半導体レーザ素子201は回路基板206に実装されている。回路基板206の表面には、半導体レーザ素子駆動用の正負両電極のパターン(図示せず)と、半導体レーザ素子201を搭載するためのザグリ穴205とが形成されている。また受光素子203も、回路基板206に実装され、ワイヤ207により電気信号が取り出される。さらに、回路基板206にはレーザ駆動用/受信信号処理用IC(集積回路)208が実装されている。 The semiconductor laser element 201 is mounted on the circuit board 206. On the surface of the circuit board 206, a pattern (not shown) of both positive and negative electrodes for driving the semiconductor laser element and a counterbore hole 205 for mounting the semiconductor laser element 201 are formed. The light receiving element 203 is also mounted on the circuit board 206 and an electric signal is taken out by the wire 207. Further, a laser driving / reception signal processing IC (integrated circuit) 208 is mounted on the circuit board 206.
発光装置202の部分は、上記第1実施の形態と同様に作製されている。拡散材209を含むシリコン樹脂210は、透明なエポキシ樹脂モールド211により被覆されている。エポキシ樹脂モールド211には、レーザ光の放射角制御のためのレンズ部212と、信号光を集光するためのレンズ部213とがそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。レンズ部212は半導体レーザ素子201の上方に位置する一方、レンズ部213は受光素子203の上方に位置している。 The portion of the light emitting device 202 is manufactured in the same manner as in the first embodiment. The silicon resin 210 including the diffusing material 209 is covered with a transparent epoxy resin mold 211. In the epoxy resin mold 211, a lens portion 212 for controlling the radiation angle of the laser light and a lens portion 213 for condensing the signal light are integrally formed as a mold lens. The lens part 212 is located above the semiconductor laser element 201, while the lens part 213 is located above the light receiving element 203.
上述したように、この光伝送システムでは、相手側が同じ光伝送モジュールをもう1台保持して、光信号の送受信を行うことを前提としている。したがって、半導体レーザ素子201からから情報を持って出た光信号は、相手側の光伝送モジュールの受光素子203によって受信される。また、相手側の光伝送モジュールの半導体レーザ素子201から情報を持って出た光信号は受光素子203によって受信される。 As described above, in this optical transmission system, it is assumed that the other party holds another optical transmission module and transmits and receives an optical signal. Therefore, the optical signal taken out from the semiconductor laser element 201 is received by the light receiving element 203 of the counterpart optical transmission module. In addition, an optical signal having information from the semiconductor laser element 201 of the counterpart optical transmission module is received by the light receiving element 203.
半導体レーザ素子201の負極部(図示せず)は、回路基板206上のレーザ駆動用負電極部(図示せず)に銀ペースト固定されている。また、半導体レーザ素子201の正極部(図示せず)は、回路基板206上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)にワイヤ214を介して電気的に接続されている。この配線の形成により、レーザ光215を発振により得ることができる光伝送モジュール200が完成する。 A negative electrode portion (not shown) of the semiconductor laser element 201 is fixed to a laser driving negative electrode portion (not shown) on the circuit board 206 by silver paste. In addition, a positive electrode portion (not shown) of the semiconductor laser element 201 is electrically connected to a laser driving positive electrode portion (not shown) on the circuit board 206 via a wire 214. By forming this wiring, the optical transmission module 200 that can obtain the laser beam 215 by oscillation is completed.
上記光伝送モジュール200は、前述の歩留がよく低コストで製造でき、信頼性も向上させた発光装置202を使用しているため、モジュール単価を従来に比べて大幅に低く抑え、モジュールでの信頼性も向上させることができる。 The light transmission module 200 uses the light emitting device 202 that has the above-described yield and can be manufactured at low cost, and has improved reliability. Reliability can also be improved.
なお、本発明の発光装置は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、例えば発光装置内の半導体レーザ素子の発振波長や電極の極性など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができることは勿論である。 Note that the light-emitting device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, various types of light-emitting devices such as the oscillation wavelength of the semiconductor laser element and the polarity of the electrodes in the light-emitting device can be used without departing from the spirit of the present invention. Of course, changes can be made.
以上説明したように、本発明によると、光取り出し効率の高い発光装置を高い歩留で得ることができる。この発光装置は、例えば光伝送モジュールとして有用であり、産業上の意義は大きい。 As described above, according to the present invention, a light emitting device with high light extraction efficiency can be obtained with high yield. This light emitting device is useful as an optical transmission module, for example, and has great industrial significance.
100 発光装置
101 回路基板
102 ザグリ穴
103 底部
104 半導体レーザ素子
105 シリコン樹脂
106 レンズ
107 傾斜面
108 ワイヤ
109 拡散材
110 レーザ光
200 光伝送モジュール
201 半導体レーザ素子
202 発光装置
203 受光素子
204 受光装置
205 ザグリ穴
206 回路基板
207 ワイヤ
208 レーザ駆動用/受信信号処理用IC(集積回路)
209 拡散材
210 シリコン樹脂
211 エポキシ樹脂モールド
212 レンズ部
213 レンズ部
214 ワイヤ
215 レーザ光
300 発光装置
301 導波路
302 ザグリ穴
303 底部
304 半導体レーザ素子
305 レーザ光
307 傾斜面
500 発光装置
501 基板
502 ザグリ穴
503 底部
504 半導体レーザ素子
505 傾斜面
506 樹脂
507 レンズ
508 光
509 拡散材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Light-emitting device 101 Circuit board 102 Counterbore 103 Bottom 104 Semiconductor laser element 105 Silicon resin 106 Lens 107 Inclined surface 108 Wire 109 Diffusing material 110 Laser light 200 Light transmission module 201 Semiconductor laser element 202 Light-emitting device 203 Light-receiving element 204 Light-receiving device 205 Counterbore Hole 206 Circuit board 207 Wire 208 Laser driving / received signal processing IC (integrated circuit)
209 Diffuser 210 Silicon resin 211 Epoxy resin mold 212 Lens portion 213 Lens portion 214 Wire 215 Laser light 300 Light emitting device 301 Waveguide 302 Counterbore hole 303 Bottom portion 304 Semiconductor laser element 305 Laser light 307 Inclined surface 500 Light emitting device 501 Substrate 502 Counterbore hole 503 Bottom 504 Semiconductor laser element 505 Inclined surface 506 Resin 507 Lens 508 Light 509 Diffuser
Claims (5)
前記底部の形状が矩形であり、
前記半導体レーザ素子の共振器方向長と、前記底部の長さとが等しく、
前記ザグリ穴は、前記底部の長さ方向に連続した、相対向する一対の傾斜面をさらに備え、
前記半導体レーザ素子は、前記共振器方向と前記底部の長さ方向とが一致するように配置されている、
ことを特徴とする発光装置。 In the light emitting device in which the semiconductor laser element is provided at the bottom of the counterbored hole of the substrate in which the counterbored hole is formed,
The shape of the bottom is rectangular;
The cavity length of the semiconductor laser element is equal to the length of the bottom,
The counterbore hole further includes a pair of opposed inclined surfaces that are continuous in the length direction of the bottom portion,
The semiconductor laser element is arranged so that the resonator direction and the length direction of the bottom coincide with each other.
A light emitting device characterized by that.
前記底部の幅が、前記半導体レーザ素子幅以上で且つ共振器方向長以下である、
ことを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 1.
The width of the bottom is not less than the semiconductor laser element width and not more than the length in the resonator direction.
A light emitting device characterized by that.
前記半導体レーザ素子の光出射面に面している当該ザグリ穴の傾斜面と基板とのなす角が45°である、
ことを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
The angle formed between the inclined surface of the counterbore hole facing the light emitting surface of the semiconductor laser element and the substrate is 45 °.
A light emitting device characterized by that.
前記半導体レーザ素子および前記ザグリ穴が、拡散材を含む樹脂で被覆されている、
ことを特徴とする発光装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor laser element and the counterbore hole are covered with a resin containing a diffusion material,
A light emitting device characterized by that.
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