光學波導裝置以及利用該模塊的光傳送裝置的製作方法
2023-05-14 13:12:46 5
專利名稱：光學波導裝置以及利用該模塊的光傳送裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於使從發光元件射出的光通過鏡片與波導核心光耦合的同時，使從波導核心傳導過來的光通過鏡片與受光元件光耦合的光學波導裝置。還關於利用有光學波導裝置的光傳送裝置。
背景技術：
近年來，隨著電子裝置的高性能化，在電氣配線中對數據傳送速度和降低幹擾的對應越來越困難。因此，在裝置之間，裝置內部的基板之間，以及晶片之間進行光學配線的方式受到注目。為了實現該光學配線，具有優越的高速性和量產性的面射型發光元件被應用在電信網絡連接以及光學通信，把這些發光元件與光學波導裝置組合起來從而進行模塊化。在光傳送模塊中，從高速性，散熱性以及量產性考慮，會使用相對於所使用雷射的半導體基板為透明的VCSEL。由於該VCSEL中相對於所使用雷射的半導體基板為透明，因此可通過半導體基板發射雷射。因而，可以把VCSEL的活性層一側朝向模塊的安裝基板一側進行安裝，有利於散熱性。更進一步地，與不通過半導體基板發射雷射的VCSEL相比，可以不考慮形成在雷射發射開口部的電極精度而進行製造，有利於量產性。在此，光傳送裝置的一例如專利文獻1被開示。在專利文獻1所示的技術中，發光元件與受光元件各自的半導體基板一側朝向模塊安裝基板被設置。即，各元件的基板一側處於與模塊安裝基板粘合的狀態，且利用有用於變換光路的45度鏡。另外，雖然在專利文獻1中沒有開示，在45度鏡中設有各元件的一側以及光學波導一側，一般各自設置有用於使發光元件與光學波導以及受光元件與光學波導光耦合的鏡片以提高光耦合的效率。專利文獻1 特開2010-8482號公報
然而，在利用上述具有透明半導體基板的VCSEL時，如果把活性層(P/N接合面)一側配置在模塊安裝基板的一側，VCSEL的活性層與受光元件的受光面由於各自離鏡片表面的距離不同，會產生任意一方的光耦合減少的問題。即，由於無法把透明基板型VCSEL以及受光元件相對於光學波導同時並適當地進行光耦合，因此會產生光耦合的損失，從而使性能劣化。特別地，要在光學通信的連結中實現數據的高速傳送，要防止接收感度的劣化也是重要的原因。為此，有必要極力防止在光傳送模塊中由於光耦合損失而產生的劣化。因此，本發明的目的在於，解決上述在光學波導裝置中的性能劣化，特別是由於光耦合損失而產生的劣化這一問題。
發明內容
為了達到上述目的，作為本發明其中一種形態的光學波導裝置具有以下結構，
在安裝基板上並列地設置有具有發射雷射的發光部的發光元件，以及具有接收雷射的受光部的受光元件的同時，
還並列設置有把來自所述發光部的雷射與第1的光學波導核心進行光耦合的第1鏡片，以及把從第2光學波導核心傳導過來的雷射與所述受光部光耦合的第2鏡片，
所述發光元件具有層積有作為發光部的活性層的透明半導體基板，且為從所述活性層通過所述透明半導體基板射出雷射的面射型半導體雷射器，所述面射型半導體雷射器和所述受光元件被設置在平坦平面的狀態中相對於所述平坦平面的所述活性層和所述受光部的高度位置不同時，
所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。在上述的本發明的光學波導裝置中，首先，被設置的發光元件具有層積有作為發光部的活性層的透明半導體基板，且為從活性層通過透明半導體基板射出雷射的面射型半導體雷射器，發光元件與受光元件被設置在平坦的安裝基板上時，面射型半導體雷射器的活性層與受光元件的受光部的高度位置不同。而在本發明中，即使利用這樣的發光元件即面射型半導體雷射器以及受光元件，在面射型半導體雷射器，受光元件，各鏡片的位置以及結構的上，作為發光部的活性層位於第1鏡片的焦點位置的同時，受光部位於第2鏡片的焦點位置上。據此，可以抑制在面射型半導體雷射器和受光元件中產生的光耦合損失。因此， 可以使用具有上述結構的面射型半導體雷射器以實現高速傳送，且由於作為發光部的活性層位於安裝基板一側，其散熱性得到提高的同時，可以抑制光耦合的損失，從而可實現性能提高的光學波導裝置。在所述光學波導裝置中還具有以下結構，
所述第1鏡片以及第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且設置在同一平面上， 通過把所述面射型半導體雷射器和所述受光元件設置在所述安裝基板上不同的高度位置，把所述面射型半導體雷射器的所述活性層與所述受光元件的所述受光部設置在同一平面上，從而使相對於各鏡片的距離一致。所述光學波導裝置還具有以下結構，
在所述面射型半導體雷射器和所述安裝基板之間，設置有具一定厚度的墊片， 所述墊片為具有高導熱性的電氣絕緣材料，在所述面射型半導體雷射器的安裝面上形成有與該面射型半導體雷射器電連接的導線圖形。
所述光學波導裝置還具有以下結構，
所述安裝基板上的所述受光元件的安裝位置，與所述面射型半導體雷射器的安裝位置相比向下凹陷。如上所述，通過使作為發光元件的面射型半導體雷射器與受光元件在安裝基板上的高度不同，與上述同樣地，由於活性層位於第1鏡片的焦點位置的同時，受光部位於第2 鏡片的焦點位置，因此可以抑制在面射型半導體雷射器和受光元件中產生的光耦合損失， 從而提高光學波導裝置的性能。例如，通過在安裝基板上設置具一定厚度的墊片並在其上面安裝面射型半導體雷射器，可以以簡單的結構使面射型半導體雷射器的活性層與受光元件的受光部位於同一平面上。更進一步地，通過利用高導熱性的材料作為墊片，可以進一步提高散熱性能。並且， 例如，即使在安裝基板上往下凹陷地形成受光元件的安裝位置，也可以以簡單的結構，使面射型半導體雷射器的活性層與受光元件的受光部位於同一平面上的同時，還可以抑制整體的高度，從而使裝置小型化。
所述光學波導裝置還具有以下結構，
所述受光元件具有層積有受光部的透明半導體基板，且為把通過該透明半導體基板射入的雷射由所述受光部受光的光檢測器，
所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且設置在同一平面上， 通過把所述面射型半導體雷射器和所述受光元件設置在所述安裝基板的同一平面上， 把所述面射型半導體雷射器的所述活性層與所述受光元件的所述受光部設置在同一平面上，從而使相對於各鏡片的距離一致。所述光學波導裝置還具有以下結構，
把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件安裝在所述安裝基板的同一平面上， 所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且通過被設置在相對於所述安裝基板不同的高度位置上，使所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。所述光學波導裝置還具有以下結構，
把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件安裝在所述安裝基板的同一平面上， 所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑不同， 把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件設置在相對於所述安裝基板同一高度的位置，使所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。如上所述，通過由具有透明半導體基板的面射型半導體雷射器與光檢測器各自形成發光元件與受光元件，且把它們安裝在安裝基板的同一平面上，會使各鏡片的焦點位置位於發光部與受光部，從而可抑制光耦合的損失。另外，即使把發光元件與受光元件安裝在安裝基板的同一平面上而發光部與受光部的高度位置不同的時候，通過調整各鏡片相對於安裝基板的高度位置或曲率半徑，也可以使各鏡片的焦點位置位於發光部與受光部，從而抑制光耦合的損失。本發明通過以上的結構，各鏡片的焦點位置位於發光部與受光部，可以抑制光學波導裝置中的光耦合損失，從而提高相關裝置的性能。
圖IA為與本發明有關的光學波導裝置結構的側視圖。圖IB為與本發明有關的光學波導裝置結構的正視圖。圖2為與本發明有關的光學波導裝置結構的正視圖。圖3為本發明實施例1中的光學波導裝置結構的正視圖。圖4為本發明實施例2中的光學波導裝置結構的正視圖。圖5為本發明實施例3中的光學波導裝置結構的正視圖。 圖6為本發明實施例4中的光學波導裝置結構的示意圖。
圖7為本發明實施例5中的光學波導裝置結構的示意圖。
具體實施例方式以下參照圖IA至圖3對本發明的實施例1進行說明。圖IA至圖2為關於本發明的光學波導裝置結構的示意圖，圖3為本實施例中的光學波導裝置結構的示意圖。本發明中的光學波導裝置具有受光元件，受光元件，使從發光元件射出的光與第1 波導核心光耦合的第1鏡片，以及使從第2波導核心傳導過來的光通過鏡片與受光元件光耦合的第2鏡片。並且光學波導裝置通過具有控制發光操作和受光操作的驅動迴路，從而構成光傳送模塊(光傳送裝置)。以下對光學波導裝置進行詳細的說明，首先，參照圖1A，圖IB對利用有光學波導裝置的光傳送模塊的基本機構進行說明，且參照圖2說明光學波導裝置的問題點，然後參照圖3對本實施例中的光學波導裝置的結構進行說明。圖IA以及圖IB為光傳送模塊的結構示意圖，圖IB為光傳送模塊的正視圖，圖IA 為側視圖。如這些圖所示，光傳送模塊中在光傳送模塊基板110 (安裝基板)上安裝有發光元件120，受光元件130，以及驅動IC (電路)140。所述發光元件120具有例如作為發光部層積在基板上的活性層121，且為從該活性層121射出雷射的面射型半導體雷射器VCSEL120。另外，所述受光元件130為具有接收被射入雷射的受光面131的光檢測器130。圖1A，圖IB中的VCSEL120以及光檢測器130 各自把自己的基板一側作為下方一側被結合在安裝基板110上。所述驅動IC140為控制上述VCSEL120以及光檢測器130的運作的驅動電路，該驅動IC140被結合在光傳送模塊的安裝基板110上。具體地，驅動IC140具有接受對雷射進行變頻的電壓信號後驅動VCSEL120的驅動電路，以及把由光檢測器130接收的雷射轉換而來的電流信號轉換為電壓信號的轉換電路。如圖IA所示，光傳送模塊具有由具有傳送雷射的第1，第2波導核心的各光纖 161，162所形成的光纖陣列160。在與各光纖161，162的光耦合中，使用有具備鏡片陣列 151 巧4的45度鏡150。但是，45度鏡150並非必須被設置，而可以利用使VCSEL120和光檢測器130與各光纖161，162之間的光路發生變換的其他結構。又或者VCSEL120和光檢測器130與各光纖161，162之間的光路不需要被變換。具體地，鏡片陣列151 154中，位於VCSEL120上方的鏡片150的設置使其焦點位於設在VCSEL120的活性層121。S卩，如圖IB的箭頭所示，鏡片151使從活性層121射出的雷射通過透鏡以及鏡片153與光纖161的波導核心(第1波導核心)光耦合。另外，位於光檢測器130上方的鏡片152的設置使其焦點位於設在光檢測器130的受光面131。S卩，如圖IB的箭頭所示，鏡片152使從光纖162的波導核心(第2波導核心)傳送來的雷射通過透鏡以及鏡片154與受光面131光耦合。另外，在圖IA以及圖IB所示的例子中，由於VCSEL和光檢測器130被並列地設置在安裝基板110的平坦平面上，因此活性層121和受光面131處於被設置在同一平面上的狀態。另外，位於VCSEL120和光檢測器130上方的各鏡片151，152各自鏡片表面的曲率半徑一致，且被設置在同一平面上。因此，VCSEL120與鏡片151之間，以及光檢測器130與鏡片152之間的距離一致，活性層121和受光面131各自位於各鏡片151，152的焦點位置。作為用於電信連接用途的光傳送模塊中的發光元件，主要利用振蕩波長為850nm 的GaAs/GaAlAs系VCSEL，且為實現把傳輸速率高速化至10(ib/S的VCSEL。由於今後有需要把傳輸速率更進一步高速化(例如，25(ib/S，30Gb/s,40Gb/s),因此亟待可高速運作的VCSEL的實現。由於使用上述現有的GaAlAs/GaAs量子阱的結構實現10(ib/S以上的高速化比較困難，因此可通過利用具有振蕩波長為0. 98 μ m-1. 1 μ m (980nm-lIOOnm)的GaAs/GalnAs 應變量子阱的VCSEL實現20(ib/S-30(;b/S的高速運作。這是來源於通過利用應變量子阱， 由於可以減輕活性層的載體(Electron或Hole，即電子或空穴)的有效質量，從而可以增大 Hole的移動度而實現高速運作。更進一步地，在利用有所述GaAs/feilnAs應變量子阱的VCSEL中，由於GaAs半導體基板相對于振蕩波長為980nm-11 OOnm透明，因此與上述850nm的VCSEL不同，可以從 GaAs基板一側使雷射射出。因此，如圖2所示，利用有所述GaAs/feilnAs的VCSEL120，中， 可以以P/N-接合面一側朝下，即基板一側朝上的狀態結合在光學模塊的安裝基板110上。 此時在VCSEL120』中，由於活性層121即P/N-接合部為發熱源，通過這樣把P/N-接合面一側朝下結合在光學模塊的安裝基板上，可以降低熱阻，提高散熱效率，還有利於高溫運作。但是，如圖2所示，利用有上述GaAsAiaInAs的VCSEL120，中，VCSEL120，的活性層 121 (P/N-接合面)和光檢測器130的受光面131 (P/N-接合面)各自與鏡片151，152之間的距離不同。即，在設置在平坦平面的狀態中，利用有GaAs/felnAs的VCSEL120』的活性層 121 (P/N-接合面)和光檢測器130的受光面131 (P/N-接合面)其高度位置不同。此時， 活性層121或受光面131其中一方沒有位於鏡片151，152的焦點位置，會使光耦合減少(劣化)。從而產生無法使VCSEL120』以及光檢測器130同時並適當地與光纖光耦合的問題。為了解決以上問題，本發明的實施例1採取如圖3所示的結構。如圖3所示，本實施例中的光傳送模塊(光學波導裝置)如上述同樣地具有安裝在安裝基板10上的VCSEL20 以及光檢測器30，設有對各光纖61，62進行光耦合的鏡片51 M的45度鏡。另外，雖然沒有圖示，驅動VCSEL20以及光檢測器30的上述驅動IC也被安裝在安裝基板10上。如上述圖2同樣地，在本實施例中，VCSEL20具有GaAs/feilnAs的活性層21，P/ N-接合一側的面結合在安裝基板10上，且從VCSEL20自身的基板一側射出雷射。一方面， 光檢測器30的P/N-接合一側的面位於與安裝基板10相反一側。因此，VCSEL20與光檢測器30處於安裝在平坦平面上的狀態時，VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30 的受光面31 (P/N-接合面)其高度位置不同，不處於同一平面上。因此在本實施例中，在安裝基板10與VCSEL20之間設有具有一定厚度的墊片25。 該墊片25為高導熱性的電氣絕緣材料，可以為例如氮化鋁(ALM)，陶瓷，矽(Si)等材料。另外，墊片25上安裝VCSEL20的一面形成有與該VCSEL20電連接的導線圖形。據此，安裝基板10與VCSEL20處於通過墊片25電連接的狀態。所述墊片25的厚度相當於被設置在平坦平面上的VCSEL20的活性層21與光檢測器30的受光面31之間的高度差的長度。因此，安裝在墊片25上的VCSEL20的活性層21 位於提高了相當於該墊片25的厚度的位置。據此，VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30的受光面31 (P/N-接合面)的高度位置相對於安裝基板10 —致，處於同一平面上。另外，與上述同樣地，位於VCSEL20與光檢測器30上方的各鏡片51，52各自鏡片
表面的曲率半徑一致，被設置在同一平面上。根據以上結構，VCSEL20的活性層21與鏡片51之間，以及光檢測器30的受光面31與鏡片52之間的距離一致，活性層21與受光面31各自位於各鏡片51，52的焦點位置。據此，可同時實現VCSEL20以及光檢測器30對於光纖61，62的光耦合，抑制光耦合損失。因此，可提高光學波導裝置的性能。更進一步地，通過利用高導熱性材料的墊片 25，可提高散熱性能。
以下參照圖4對本發明的實施例2進行說明。圖4為本實施例中的光學波導裝置結構的示意圖。與實施例1同樣地，本實施例中的光學波導裝置具有安裝在安裝基板10』上的 VCSEL20和光檢測器30，以及設有對各光纖61，62進行光耦合的鏡片51 M的45度鏡 50。但是，上述的墊片25沒有被裝備。在本實施例中，在光傳送裝置的安裝基板10』上形成有作為光檢測器30的安裝部位的凹陷部11，在此凹陷部11設置有光檢測器30。具體地，凹陷部11比安裝基板10』的 VCSEL安裝部位的平面下陷，其深度相當於被設置在平坦平面上狀態的VCSEL20的活性層 21 (P/N-接合面)與光檢測器30的受光面31 (P/N-接合面)之間的高度差的長度。通過在上述的凹陷部11安裝光檢測器30，該光檢測器30相對於VCSEL20位於相當於下降凹陷部11深度的位置。據此，VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30 的受光面31 (P/N-接合面)的高度位置相對於安裝基板10』 一致，處於同一平面上。與上述同樣地，位於VCSEL20與光檢測器30上方的各鏡片51，52各自鏡片表面的曲率半徑一致，被設置在同一平面上。根據以上結構，VCSEL20的活性層21與鏡片51之間，以及光檢測器30的受光面 31與鏡片52之間的距離一致，活性層21與受光面31各自位於各鏡片51，52的焦點位置。據此，可同時實現VCSEL20以及光檢測器30對於光纖61，62的光耦合，抑制光耦合損失。因此，可提高光學波導裝置的性能。更進一步地，可抑制模塊全體的高度，因此可實現小型化。另外，在上述結構的基礎上，可以在安裝基板10』上根據需要把在實施例1中開示的任意高度的墊片25設置在凹陷部11內，並把VCSEL20或光檢測器30安裝在該墊片25 上。據此，可以調節VCSEL20與光檢測器30的高度位置，把VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30的受光面31 (P/N-接合面)設置在同一高度位置。
以下參照圖5對本發明的實施例3進行說明。圖5為本實施例中的光學波導裝置結構的示意圖。與實施例1，2同樣地，本實施例中的光學波導裝置具有安裝在安裝基板10上的 VCSEL20和光檢測器30，以及設有對各光纖61，62進行光耦合的鏡片51 M的45度鏡 50。本實施例中的光面檢測器30』通常被稱為背面入射型光檢測器，該光檢測器30』 具有透明的基板，受光面31層積在其上面。因此，光檢測器30』在受光面31對通過透明基板射入的雷射進行受光。因此，如圖5所示，光檢測器30』中，該光檢測器30』的基板位於鏡片52 —側，作為受光面31的P/N-接合面一側通過焊裝結合被安裝在光傳送模塊的安裝基板10上。
如圖5所示，通過利用具有上述結構的光檢測器30』，VCSEL20的活性層21 (P/ N-接合面)與光檢測器30的受光面31 (P/N-接合面)的高度位置一致，處於同一平面上。更進一步地，與上述同樣地，位於VCSEL20與光檢測器30』上方的各鏡片51，52各自鏡片表面的曲率半徑一致，被設置在同一平面上。通過以上結構，VCSEL20的活性層21與鏡片51之間，以及光檢測器30』的受光面 31與鏡片52之間的距離一致，活性層21與受光面31各自位於各鏡片51，52的焦點位置。據此，可同時實現VCSEL20以及光檢測器30對於光纖61，62的光耦合，抑制光耦合損失。因此，可提高光學波導裝置的性能。更進一步地，因為可以簡化模塊自身的結構， 因此可實現小型化以及低成本化。另外，在上述結構的基礎上，可以設置在實施例1中開示的任意高度的墊片25，或者在安裝基板10上形成在實施例2中開示的任意深度的凹陷部11，並把VCSEL20或光檢測器30』安裝在墊片25上或凹陷部11內。據此，可以調節VCSEL20與光檢測器30』的高度位置，把VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30，的受光面31 (P/N-接合面) 設置在同一高度位置。
以下參照圖6對本發明的實施例4進行說明。圖6為本實施例中的光學波導裝置結構的示意圖。與所述各實施例1，2同樣地，本實施例中的光學波導裝置具有安裝在安裝基板10 上的VCSEL20和光檢測器30，以及設有對各光纖61，62進行光耦合的鏡片的45度鏡50。如上述圖2同樣地，在本實施例中，VCSEL20具有GaAs/feilnAs的活性層21，P/ N-接合一側的面結合在安裝基板10上，且從VCSEL20自身的基板一側射出雷射。另外，光檢測器30的P/N-接合一側的面位於與安裝基板10相反一側。因此，如圖6所示，VCSEL20 與光檢測器30處於安裝在平坦的安裝基板上的狀態時，VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30的受光面31 (P/N-接合面)其高度位置不同，不處於同一平面上。一方面，在本實施例中，雖然位於VCSEL20與光檢測器30上方的各鏡片51』，52』 被設置在同一平面上，但與上述各實施例不同，該各鏡片51』，52』的鏡片表面的曲率半徑不同。換言之，各鏡片51』，52』的焦點位置相互不同。但是，對應於VCSEL20的鏡片51』的曲率半徑使其焦點位置為VCSEL20的活性層21的位置，對應於光檢測器30的鏡片51』的曲率半徑使其焦點位置為光檢測器30的受光面31的位置。據此，雖然VCSEL20的活性層21與鏡片51之間，以及光檢測器30的受光面31與鏡片52之間的距離不同，但通過使各鏡片51』，52』的曲率半徑即焦點位置不同，使VCSEL20 的活性層21與光檢測器30的受光面31各自位於各鏡片51』，52』的焦點位置。從而可同時實現VCSEL20以及光檢測器30對於光纖61，62的光耦合，抑制光耦合損失。因此，可提高光學波導裝置的性能。更進一步地，因為可以簡化模塊自身的結構，因此可實現小型化以及低成本化。另外，在上述結構的基礎上，可以設置實施例1中開示的具有任意厚度的墊片25， 或者在安裝基板10上形成有實施例2中開示的具有任意深度的凹陷部11，從而在墊片25 上或者凹陷部11內安裝VCSEL20或者光檢測器30。通過這些結構，可以調節VCSEL20與光檢測器30的高度位置，使各鏡片51』，52』的焦點位置各自位於VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)和光檢測器的受光面31 (P/N-接合面)上。
以下參照圖7對本發明的實施例5進行說明。圖7為本實施例中的光學波導裝置結構的示意圖。與所述實施例4同樣地，本實施例中的光學波導裝置具有安裝在安裝基板10上的 VCSEL20和光檢測器30，以及設有對各光纖61，62進行光耦合的鏡片的45度鏡50』。在本實施例中，VCSEL20具有GaAs/feilnAs的活性層21，P/N-接合一側的面結合在安裝基板10上，且從VCSEL20自身的基板一側射出雷射。另外，光檢測器30的P/N-接合一側的面位於安裝基板10的相反一側。因此，如圖7所示，VCSEL20與光檢測器30處於安裝在平坦的安裝基板10上的狀態時，VCSEL20的活性層21 (P/N-接合面)與光檢測器30 的受光面31 (P/N-接合面)的高度位置不同，不處於同一平面上。一方面，在本實施例中，雖然位於VCSEL20與光檢測器30上方的各鏡片51，52的曲率半徑一致，但與上述各實施例不同，其設置的位置不處於同一平面上而是相互不同。具體地，對應於VCSEL20的鏡片51的設置位置比對應於光檢測器30的鏡片52的設置位置更接近安裝基板10。但是，各鏡片51，52相對於VCSEL20的活性層21的距離與相對於光檢測器30的受光面31的距離一致。通過這樣的結構，對應於VCSEL20的鏡片51的焦點位置位於該VCSEL20的活性層21，對應於光檢測器30的鏡片52的焦點位置位於光檢測器30 的受光面31。通過以上的結構，各鏡片51，52相對於安裝基板10的距離各異，從而使VCSEL20 的活性層與鏡片51之間，以及光檢測器30的受光面31與鏡片52之間的距離一致，可同時實現VCSEL20以及光檢測器30對於光纖61，62的光耦合，抑制光耦合損失。因此，可提高光學波導裝置的性能。更進一步地，由於可以簡化模塊自身的結構，因此可實現小型化以及低成本化。另外，在上述結構的基礎上，可以設置實施例1中開示的具有任意厚度的墊片25， 或者在安裝基板10上形成有實施例2中開示的具有任意深度的凹陷部11，從而在墊片25 上或者凹陷部11內安裝VCSEL20或者光檢測器30。通過這些結構，可以調節VCSEL20與光檢測器30的高度位置，使各鏡片51，52的焦點位置各自位於VCSEL20的活性層21 (P/ N-接合面)和光檢測器的受光面31 (P/N-接合面)上。在此，在上述各實施例的光學波導裝置以及光傳送模塊中，對具有一對VCSEL以及光檢測器的場合進行了說明，但是本發明並限於一對，而可以適用於安裝有多對VCSEL 以及光檢測器的多頻道的光學波導裝置以及光傳送模塊。另外，在上述各實施例中的光學波導裝置以及光傳送模塊中，雖然對利用有GaAs 半導體基板利用相對于振蕩波長為980nm-lIOOnm透明的GaAs/feilnAs應變量子阱的VCSEL 進行了說明，但是在本發明中並不限於利用有GaAs/felnAs應變量子阱的VCSEL，而可以適用於安裝有InP半導體基板相對于振蕩波長為1300nm-1640nm透明的InP/GalnAsP量子阱或InP/GalnAs量子阱的VCSEL的光學波導裝置以及光傳送模塊。另外，在上述各實施例的光學波導裝置以及光傳送模塊中，雖然對具有45度鏡 50,50'的結構進行了說明，但也可以不設置45度鏡。S卩，各鏡片51，52與光纖61，62之間的結構可以為任何結構。
權利要求
1.在安裝基板上並列地設置有具有發射雷射的發光部的發光元件，以及具有接收雷射的受光部的受光元件的同時，還並列設置有把來自所述發光部的雷射與第1的光學波導核心進行光耦合的第1鏡片，以及把從第2光學波導核心傳導過來的雷射與所述受光部光耦合的第2鏡片的光學波導裝置，其特徵在於，所述發光元件具有層積有作為發光部的活性層的透明半導體基板，且為從所述活性層通過所述透明半導體基板射出雷射的面射型半導體雷射器，所述面射型半導體雷射器和所述受光元件被設置在平坦平面的狀態中相對於所述平坦平面的所述活性層和所述受光部的高度位置不同時，所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。
2.如權利要求1所述的光學波導裝置，其特徵在於，所述第1鏡片以及第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且設置在同一平面上， 通過把所述面射型半導體雷射器和所述受光元件設置在所述安裝基板上不同的高度位置，把所述面射型半導體雷射器的所述活性層與所述受光元件的所述受光部設置在同一平面上，從而使相對於各鏡片的距離一致。
3.如權利要求2所述的光學波導裝置，其特徵在於，在所述面射型半導體雷射器和所述安裝基板之間，設置有具有一定厚度的墊片， 所述墊片為具有高導熱性的電氣絕緣材料，在所述面射型半導體雷射器的安裝面上形成有與該面射型半導體雷射器電連接的導線圖形。
4.如權利要求2所述的光學波導裝置，其特徵在於，所述安裝基板上的所述受光元件的安裝位置，與所述面射型半導體雷射器的安裝位置相比向下凹陷。
5.如權利要求1所述的光學波導裝置，其特徵在於，所述受光元件具有層積有受光部的透明半導體基板，且為把通過該透明半導體基板射入的雷射由所述受光部受光的光檢測器，所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且設置在同一平面上， 通過把所述面射型半導體雷射器和所述受光元件設置在所述安裝基板的同一平面上， 把所述面射型半導體雷射器的所述活性層與所述受光元件的所述受光部設置在同一平面上，從而使相對於各鏡片的距離一致。
6.如權利要求1所述的光學波導裝置，其特徵在於，把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件安裝在所述安裝基板的同一平面上， 所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑一致，且通過被設置在相對於所述安裝基板不同的高度位置上，使所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。
7.如權利要求1所述的光學波導裝置，其特徵在於，把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件安裝在所述安裝基板的同一平面上， 所述第1鏡片以及所述第2鏡片各鏡片表面的曲率半徑不同， 把所述面射型半導體雷射器與所述受光元件設置在相對於所述安裝基板同一高度的位置，使所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。
8.利用有權利要求1所述的光學波導裝置的光傳送裝置。
全文摘要
解決關於在光學波導裝置中由於光耦合損失而發生劣化的問題。在安裝基板上並列地設置有具有發射雷射的發光部的發光元件，以及具有接收雷射的受光部的受光元件的同時，還並列設置有把來自所述發光部的雷射與第1的光學波導核心進行光耦合的第1鏡片，以及把從第2光學波導核心傳導過來的雷射與所述受光部光耦合的第2鏡片，所述發光元件具有層積有作為發光部的活性層的透明半導體基板，且為從所述活性層通過所述透明半導體基板射出雷射的面射型半導體雷射器。所述面射型半導體雷射器和所述受光元件被設置在平坦平面的狀態中相對於所述平坦平面的所述活性層和所述受光部的高度位置不同時，使所述活性層位於所述第1鏡片的焦點位置的同時，所述受光部位於所述第2鏡片的焦點位置。
文檔編號H01S5/40GK102565966SQ201010581899
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者玉貫丘正 申請人:新科實業有限公司