発光装置
【目的】 ＬＤの出力を監視するモニタＰＤを裏面入射型あるいは表面入射型のＰＤとし、しかも基板上に実装容易な形態のＬＤ・ＰＤ発光装置を提供する事。
【構成】 基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上に跨りＬＤより高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含む。
【構成】 基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上に跨りＬＤより高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含む。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光通信用の光送信装置、或いはこれと受信器を組み合わせた光送受信装置に関する。発光素子パワーの監視系に関する改良で光ファイバを通信媒体に用いた光通信に広く利用できる装置である。光通信には発光素子としてＬＤが使われるが、経年変化や温度変化などのためＬＤパワーが変動する恐れがある。そこでＬＤの背後にモニタ用のＰＤを設けてＬＤの出力を監視しフィードバックしてＬＤの出力を一定レベルに保持するようになっている。本発明はＬＤとモニタＰＤの結合に関する改善を提案する。
【０００２】
【従来の技術】現在光通信の送信器として用いられているＬＤモジュール１を図１によって説明する。円形状金属のステム２の上に直立するマウント３がある。マウント３の側面にＬＤチップ４が固定される。ＬＤ４は上方向と下方向の両方に光を出す。ＬＤ４の直下にあたるステム上面にモニタＰＤ５が固定される。円筒形の金属キャップ６がステム２の上面を覆うように設けられる。キャップ開口７からＬＤ４の信号光が出るようになっている。円筒形レンズホルダ−８は中央開口部にレンズ９を保持する。レンズホルダ−８の上には金属製の円錐形のフェルールホルダ−１０が溶接される。
【０００３】信号を伝達する媒体である光ファイバ１１の先端はフェルール１２に把持される。フェルール１２がフェルールホルダ−１０の中央穴に差し込まれ固定されている。ステム２の直下にはピン１３が突出している。ＬＤ４を発光させ光ファイバ端で出力を見ながら、レンズホルダ−８をｘｙ方向（ステム面方向）にフェルール１２をｚ方向（光ファイバ方向）に動かして最適の位置を決める。これを調芯と言う。
【０００４】本発明はモニタ用ＰＤ５とＬＤ４の関係を問題にする。モニタＰＤ５は、ＬＤ４の後方（下方）に出る光量を常時監視している。ＬＤ４の前方に出る光が信号光で光ファイバを伝送されるが、これは後方光と一定比例関係にある。だから後方光を見てＬＤの出力が分かる。ＬＤ出力をＰＤ５で監視しフィードバックし駆動電流を増減することによってＬＤのパワーを一定に保つ。
【０００５】この例であるとＬＤの光はステム面と直角の軸方向（ｚ方向）に出る。ＰＤ５はステム面に平行（ｘｙ面）であるからＰＤ５の表面に直角にＬＤ光が入る。表面入射型のＰＤで表面に直角に光が入るから効率良くＬＤ出力をモニタできる。つまりＬＤの後方光の殆どをＰＤで受け取ることができるのである。モニタ光を効率良く集める事ができる。強いモニタ光を得る事ができる。このような配置はＰＤ５をステムに直付けできて好都合である。パッケージが金属であるからシール性が優れノイズが出ないという長所がある。このように幾つかの利点がある。現状のＬＤモジュールはこのようなものを使っている。
【０００６】しかし図１のような立体形状のＬＤ装置は部品コスト、製造コストが嵩み高価である。それに光ファイバが出てゆく方向がステム面に直角であるからピン１３を回路基板に付けると嵩高くなる。
【０００７】そのような欠点があるから表面実装型のＬＤモジュールが鋭意開発研究されている。これは光路を基板面に平行にしデバイスを基板面に並列に配置する。図１は光路がｚ方向であったが、表面実装の場合光路がｘｙ面方向になる。表面に実装するからplanar lightwave circuit（ＰＬＣ）と言う。図２に表面実装型のＬＤ送信器の例を示す。Ｓｉ基板１４がパッケージ１５の上に戴置される。Ｓｉ基板１４の上には送信用のＬＤ１６がエピダウン（エピタキシャル層が下になる）で固定される。Ｓｉ基板１４の前方には光導波路１７が形成されている。ＬＤの後方のパッケージ面にはサブマウント１８に固定されているモニタＰＤ１９が設けられる。ＰＤ１９をサブマウントにまずボンディングしサブマウント１８を横にしてパッケージ１５に接着するのである。
【０００８】光導波路１７を図３によって説明する。これは光導波路１７部分を直角に切った断面図である。Ｓｉ基板１４の上にＳｉＯ２よりなる下クラッド層２４、線状のコア２１、ＳｉＯ２よりなる上クラッド層２５が形成される。コアはＳｉＯ２にＧｅのような屈折率を上げるドーパントを添加したものである。実際には下クラッド層（ＳｉＯ２）とＧｅ−ＳｉＯ２層をスパッタリングなどによって形成し、リソグラフィによってＧｅ−ＳｉＯ２の両側不要部を削除して狭いコア２１とする。その上にＳｉＯ２をスパッタリングして上クラッド層を作る。Ｓｉ基板であるから酸化法によってもＳｉＯ２層を形成できる。
【０００９】光ファイバ２０のコア、光導波路１７のコア２１、ＬＤ１６の発光部（ストライプ）２２、ＰＤの受光領域２３の中心は同じ高さにある。モニタＰＤ１９は表面入射型でありＰＤを横にしているから表面がＬＤの方を向いている。だからＬＤの後方光をうまく受容することができる。強いモニタ光を得る事ができる。表面入射型のＰＤは極めてありふれたものである。これには光ファイバ、ＬＤを同一表面に乗せたこと、モニタ光が大きいこと、通常の表面入射型ＰＤを使用できることなどの利点がある。
【００１０】しかしなお欠点はある。ＬＤの光を表面で受ける必要があるからＰＤは横向けにしなければならない。ＰＤチップの側面を直にパッケージ１５に固定できないからサブマウント１８は必須である。ＬＤの発光部２２と同じ高さにするためＳｉ基板１４によってＬＤ１６を持ち上げる必要がある。反対に言えばＰＤをＬＤと同じ基板に乗せることはできない。ＰＤはサブマウント（チップキャリヤ）に乗せてから、さらにパッケージに付ける必要がある。ＰＤの取り付けだけでも２度手間になる。それにＰＤとＬＤの取り付け面が相違し完全な表面実装でない。ＰＤとＬＤの調芯（位置決め）も必要になる。
【００１１】表面入射型のＰＤによってＬＤをモニタしようとするとＬＤに対しＰＤ面を直角にしなければならないから取り付け高さの違いをいかんともしがたい。そこでＰＤ自体に工夫を凝らすことによってＰＤを同一平面に実装できるようにしたものもある。
【００１２】■ 山本毅、山本直樹、佐々木誠美、乗松正明、田中一弘、小林正宏、三浦和則、矢野光博「ＰＬＣ平面実装による高均一光出力モニタ特性」１９９７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−９７、２０６頁
【００１３】■ Gohji Nakagawa, Seimi Sasaki, Naoki Yamamoto, Kazuhiro Tanaka, Kazunori Miura, and Mitsuhiro Yano,"High Power and High Sensitivity PLC Module Using A Novel Corner-illuminated PIN Photodiode", 1997 Electronic Components and Technology Conference, p607 (1997), 特にFig.10
【００１４】これを図４に示す。Ｓｉ基板２６は平坦でパッケージ２７の上に戴置される。Ｓｉ基板２６の上にエピダウンでＬＤ２８が取り付けてある。その後方には特殊な側面形状のモニタＰＤ２９が固定される。ＬＤ２８の前方には光導波路３０がある。これは図３のような構造を持つ直線導波路あるいは彎曲導波路である。導波路３０の直前に光ファイバ３１が接合してある。ＰＤ２９は側面から光を入射するために底面を面取りしてある。傾斜底面３３となっているのである。傾斜底面３３は光を上へ屈折させるための巧みな工夫である。ＬＤ２８の発光部３６から出た後方光は傾斜底面３３に当たり屈折して上方に向かい、受光面３４に至る。「面取り入射型ＰＤ」と言っている。
【００１５】ＬＤ２８の前方光は発光部３６から光導波路コア３５を通り光ファイバコア３６に入る。これはＬＤ２８、モニタＰＤ２９を同じ高さに取り付けることができて表面実装の利点を遺憾なく引き出しているということができる。しかし実際には面取り底面の形成が難しい。傾斜角や切りとり長さの最適値のトレランスが狭くてＰＤの製造が難しい。側面から入射するから受光面に至る光量が必ずしも多くないという難点もあろう。このような特殊なＰＤは使いにくいという事がある。
【００１６】モニタＰＤの３番目の工夫を述べよう。やはりＰＤの構造を工夫することによって側面から直接に光を入射できるようにしているものである。導波路型ＰＤと呼ばれる特殊なＰＤを利用して平面構造の利益をさらに追求したものである。
【００１７】■ M.Shishikura, H.Nakamura, S.Tanaka, Y. Matsuoka, T. Ono, T.Miyazaki,and S. Tsuji,"A symmetric double-core InGaAlAs waveguide photodiode forhybrid integration on optical platforms", LEOS'96, 9th annual meeting,1996, 18-21, November 1996 (IEEE Lasers and Electro-Optics Society 1996Annual Meeting)
【００１８】端面入射型ＰＤを用いるもので図５によって説明する。Ｓｉ基板３７は平坦な表面を持っている。Ｓｉ基板３７はパッケージ３８に固定される。Ｓｉ基板３７の上にＬＤ３９、モニタＰＤ４０が同一平面上に配列される。光導波路４１がＳｉ基板３７の上に形成してある。ＬＤ３９の発光部４３から前方に出る信号光は光導波路コア４４、光ファイバコア４５を通って伝送される。ＬＤ３９から出た後方光は直接にモニタＰＤ４０の端面から導波路型受光層４６に入る。同じ高さにＬＤの発光部４３とＰＤの導波路型受光層４６とが並ぶ。余分なスペーサなどが要らない。平面実装の理想とも言える配置である。優れた発光監視ＰＤの構造のように見える。■はそのための新規なＰＤを述べている。たしかに優れた構想である。が、ＰＤの構造が複雑である。歩留まり低く簡単には製造できないし入手困難である。かえってコスト高になってしまう。
【００１９】このように端面入射型ＰＤや、側面斜め入射型ＰＤなど新規なＰＤを使うものは思想としての卓越性は否定しないがＰＤ自体が製造困難で性能も安定せず時期尚早と思われる。現在容易に製造でき入手できるのは表面入射型のＰＤ（図１、図２）か、裏面入射型ＰＤである。これらの安価で安定した信頼性の高いＰＤをなんとか利用したい。
【００２０】■ ドイツ特許ＤＥ４３ １３ ４９２ Ｃ１「電気光学的発光素子に対する電気光学的受光素子の結合構造」発明者Bernhard Schwanderer, Albrecht Kuke
【００２１】これは裏面入射型のＰＤによってＬＤの出力をモニタするような発光装置を提案している。図２０に示すように、Ｓｉ基板２００に傾斜壁２０１、水平壁２０２、傾斜壁２０３等よりなる長溝２０４を穿つ。穴２０４の畔にＬＤ２０５をエピダウンで設ける。穴２０４の途中に裏面入射型のＰＤ２０６を少し斜めに固定する。裏面入射型というのは裏面のｎ電極が円環状で底面から光が入るようにしたものである。受光面２０８は上部に存在する。ＰＤ２０６の底面のほとんどが穴２０４の上に存在するようにする。ＬＤ２０５とＰＤ２０６の底面は同じ高さにある。だからスペーサのようなものは無用である。エピダウンで取り付けてあるからＬＤの発光部２０７はＳｉ基板面にごく近い。ＬＤ２０５から後方向に出た光は上下に広がる。下方に出た光（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）２０９は傾斜面２０３、水平面２０２によって反射され、底面からＰＤ２０６に入り受光面２０８に至って光電流を生じる。水平光（Ｌ０）２１１と上方に出た光（Ｌ４）２１０はＰＤ２０６の側面に当たり反射される。これは感受されず損失となる。ＰＤ側面に５０％程度の光が当たるがこれはみな損失である。ＰＤが傾いているのは側面反射光がＬＤに戻ってＬＤ発振を擾乱させないためである。これはＬＤを光源とする場合の常套の工夫である。入手容易な裏面入射型ＰＤを利用し表面実装可能であるから優れた着想であると言える。
【００２２】しかし、これにもなお問題があると思う。エピダウンとしてもＬＤの発光部２０７は、基板面からなお１０μｍ程度高くならざるをえない。ＬＤから出る光は発光部から直進するものが最も強い。つまり水平光２１１が最も強力である。水平光２１１はＰＤ側面の１０μｍの高さのところに当たるからこれは損失になる。つまり最も強いＬＤ光をこのＰＤは見逃してしまうということである。だから図１のような場合に比べ、図２０の場合ＰＤの受光層に入るパワーは１／５程度にしかならない。モニタ光であって信号光でないが、それでもモニタ光の入力は多い方が良い。ＬＤからの後方光の２０％しか感受できないのでは心許ない。それに最強力光２１１がＬＤ２０５へ戻らないようにＰＤ側面を軸と直角にならないように傾けないといけない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】ＬＤ出力を監視するモニタＰＤは光通信では必須であるが表面入射型の場合はＬＤとＰＤの方向や取り付け面が異なり部品コスト実装コストが掛かりすぎる。端面入射型、側面入射型のＰＤの場合はＰＤ自体が特殊であってＰＤコストが嵩む。またＬＤから出る光量の僅かな部分だけを感受するから効率が悪い。モニタＰＤの電流が小さいと言ってもよい。裏面入射型ＰＤを使うものはＬＤから出た光の１／５程度しか感受できず問題である。つまり、これもモニタＰＤ電流が弱いという難点がある。表面実装型であって、しかもモニタ電流を大きくできるようにした通信用の発光装置を提供することが本発明の目的である。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の発光装置は、基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上に跨ってＬＤより高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含むことを特徴とする。
【００２５】基板の上に一旦光導波路層を設け、モニタＰＤは導波路層の上に、ＬＤは導波路層の全体、一部を除いた面に取り付ける。ＰＤはＬＤよりも上方にある。光路変換溝によってＬＤ後方光を反射するが、ＰＤが上方にあるからＬＤの後方光の５０％以上が光路変換溝に入る。最も強い水平光がＰＤ端面にあたらず光路変換溝にあたって反射される。ためにＰＤに入る光量が増強される。モニタ光量が増えるのでＰＤ、その他の回路の設計の自由度が増える。より精密にＬＤパワーを制御できる。ＰＤの位置をＬＤより上に上げたところが本発明の特徴であるが、もともと存在する光導波路を使ってＰＤを嵩上げするから工程が増えない。
【００２６】
【発明の実施の形態】図６によって本発明の発光素子モジュールを説明する。基板４７の上に光導波路層４８、４９が形成してある。これは図３に示したように、下クラッド層（ＳｉＯ２）とコアと上クラッド層（ＳｉＯ２）よりなる３層構造のものである。厚みは１０μｍ〜３０μｍ程度にある。シングルモードのコアの厚さの範囲は波長によって決まる。波長は１．３μｍとか１．５５μｍの近赤外光であることが多い。コア厚に上下のクラッド厚が加わるから光導波路層の合計の厚みは１５μｍ〜３０μｍ程度である。基板の一部に光路変換溝５０を穿つ。これによって光導波路が前後に分割される。前方の光導波路はさらに一部が除去されて基板面を露呈させる。ストライプ（発光部）が光導波路コアに合致するように光導波路に近接させＬＤ５１を基板面にエピダウンで固定する。光路変換溝５０の上に跨るように裏面入射型のＰＤ５２を正立に固定する。
【００２７】ＬＤ５１の信号光（前方光）はすぐ前方の光導波路４８のコアを伝わってさらに光ファイバ（図に表れない）へと進行する。モニタ用の後方光はＬＤ５１の発光部５３からほぼ水平に出て光路変換溝５０の面に当たり反射されてＰＤ５２の裏面に入り上方の受光層５４に至る。受光層５４で光量に比例した光電流を発生する。これによってＬＤの出力がわかるから、これを一定に保持するようにＬＤ駆動電流を加減する。
【００２８】従来例の■に似ているが本発明はそれを越える長所がある。本発明の第１の利点は基板の上の全体に光導波路を作るが、これを一部利用してＰＤをＬＤよりも上方に位置させるということである。光導波路は１５μｍ〜３０μｍの厚みがあるからＰＤは１５μｍ〜３０μｍ、ＬＤよりも高くなる。ＬＤからの出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が反射されＰＤに入る。これらはほぼ水平の光と下向き光である。上向き光Ｌ４はＰＤに入らず損失となる。ＬＤから出た後方光をより効率的に集めることができるということである。モニタ電流が増強される。■は基板の上に光導波路を形成しないから、そのような光導波路の２重利用は不可能である。本発明の第２の利点はＬＤ光を直接に光導波路に入れるからレンズは不要で調芯も容易だということである。入手し易く安価な裏面入射型ＰＤを利用できるということである。第３の長所は同じ基板面にＰＤ、ＬＤをそのまま実装できるということである。サブマウントに乗せる必要がない。
【００２９】
【実施例】［実施例１（基板直付け、図６）］本発明の実施例にかかるモジュールの製造の順序を図７〜図９によって説明する。これは絶縁性の高い基板に適する構造である。基板４７は例えば（００１）Ｓｉ単結晶基板或いはセラミック基板とすることができる。Ｓｉ基板を使うと異方性エッチングによって簡単に光路変換溝を形成することができる。セラミック基板の場合は機械加工によって光路変換溝を作製する。基板４７の上にＳｉＯ２を主体とする光導波路層４８、４９を形成する。一直線状のコアを持つ導波路層を基板上一様に形成する。図３のような断面構造の光導波路である。
【００３０】下クラッド層２４と上クラッド２５によって細いコア２１を挟んだような構造となっている。コアだけを光が伝搬する。コアの部分はＧｅなどをドープして屈折率を局所的に上げる。クラッド層の部分はＳｉＯ２である。コア、クラッドはスパッタリングや火炎堆積法、ＣＶＤ法によって形成する。先に述べたように、下クラッド層２４、コア層２１を作り、コア層の一部を残して除去し、さらに上クラッド層２５によって全体を覆うようにする。光導波路層４８、４９の厚みは１５μｍ〜３０μｍの程度である。
【００３１】次に図７のようにレジストよりなる第１マスクパターン６０を試料の上に付けマスク露光し現像して第１開口部６１を開ける。第１マスクパターン６０の上からＳｉＯ２層だけをエッチング除去する。リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）のような乾式のエッチング法を用いることもできる。Ｓｉを残し選択的にＳｉＯ２だけを除くのでフッ酸による湿式エッチングでもよい。第１開口部６１のところだけＳｉが露呈する。
【００３２】この段階で第１マスクを除かない。露呈した部分の一部にレジストよりなる第２マスクパターン６２を付ける。基板の一部は第２マスクパターン６２により、光導波路は第１マスクパターン６０によって覆われている。マスクによって覆われない第２開口部６２がある。第２開口部６２は矩形状で目的の光路変換溝と同じ寸法であるようにする。基板が（００１）の場合は、ここで異方性エッチングを行う。異方性エッチングというのは結晶方位によって速度の異なるエッチングのことである。ここでは（００１）基板を使っているから、｛１１１｝面のエッチング速度が遅いようなエッチング液を利用してエッチングを行う。（００１）面には４つの｛１１１｝面が交差するから４つの面を持つ溝が自動的に生ずる。図８、図９に光路変換溝５０が現れる。図９のように、光路変換溝５０は互いに一定角で交差する４面５５、５７、６３、６４を持つ。そのままの面であってもよいが、反射率をさらに高めるために傾斜面５７、６３、６４に金、アルミなどの金属を蒸着する、或いは誘電体被膜を被覆することもできる（以下の実施例でも同様）。異方性エッチングの場合、傾斜面の基板面に対する角度は５４．７度である。
【００３３】第１マスクパターン６０、第２マスクパターン６２の両方を除去する。光導波路４８とＳｉ基板４７の面が露出する。Ｓｉ基板４７の露呈した面にＬＤ５１取付用のメタライズパターンを設け、後方の光導波路４９が露呈した部分にＰＤ５２取付用のメタライズパターンを設けると同時に、その他の配線パターンを印刷或いは蒸着・エッチングによって設ける。
【００３４】基板面のＬＤ取付用メタライズパターンにＬＤチップ５１をボンドする。ＬＤは例えばＩｎＧａＡｓＰの活性層を持つ１．３μｍ−ＭＱＷ（Multiquantum Well）−ＬＤを採用することができる。チップサイズは例えば長さ３００μｍ、幅３００μｍ、厚み１００μｍである。エピダウンで取り付けるから発光層はＳｉ基板面の近くにある。後方の光導波路４９の上にあるＰＤ用メタライズ面に裏面入射型のＰＤ５２をボンディングする。チップサイズは例えば、５５０μｍ×５５０μｍ×２００μｍである。上面近くの受光部５４（ｐ領域）は正方形状で２５０μｍ×２５０μｍである。光を受けることができればよいので受光部５４の形状は円形でも楕円形でも差し支えない。これはＬＤの光の半分以上を光路変換溝５０に当ててＰＤに背面入射している。
【００３５】図６に示したように水平近くの強いビームＬ１をＰＤに導くことができる。実際に図２の表面入射型横置きのものと比べると、これの約５０％の光電流を得る事ができた。図２は殆ど全部のＬＤ光を受けることができるので、その５０％ということはＬＤから出る光の５０％近くを感受できるということである。ここで基板はＳｉ基板の例を説明したがセラミック等の絶縁基板であってもよい。ＬＤを直付けするから抵抗率が高い基板が適する。Ｓｉ基板の場合は特に高抵抗率のものを用いる。それでも足りない場合は、ＬＤの部分だけ絶縁膜を付けるようにする。
【００３６】［実施例２（下地層を残してＬＤを付ける、図１０）］実施例１においてＬＤは基板に直付けするが、その場合基板は絶縁性の高い物である必要がある。ＬＤのストライプ電極を基板から絶縁しなければならないからである。都合の良い事に光導波路の一部を有効利用してＬＤを基板から絶縁できる。図１０は第２の実施例を示す。これは光導波路の下クラッド層２４を残してその上にＬＤ５１を付けたものである。ＬＤ５１のストライプ電極がエピダウンに戴置した場合Ｓｉ基板に接触しないように絶縁する必要がある。ＬＤ取り付け部分において、光導波路の構造の内、下クラッド層（アンダークラッド層）２４を残す。光導波路４８との間に狭い隙間６５が生ずる。結合効率からいえば隙間は狭いほど良い。下クラッド層２４の上にＬＤ５１を乗せる。光導波路はＳｉＯ２よりなり絶縁体であるから基板とＬＤ５１を絶縁できる。このようにすると光導波路の一部でＬＤを絶縁できて好都合である。その他の点では実施例１と同じである。
【００３７】［実施例３（石英ガラス基板、ダイシング加工、図１１）］実施例３は基板４７を石英ガラスとする。図１１に断面図を示す。この場合はＳｉ単結晶のような異方性エッチングが適用できない。そこでダイシングによって光路変換溝５０を形成する。機械加工だから光導波路４９も傾斜面６６になる。傾斜角は５４．７度に限らず任意の角度とすることができる。光路変換溝５０には金などを蒸着し反射率を上げるようにする。これもＬＤ５１は、残した下クラッド層２４の上にある。しかし、この下クラッド層２４は除去しても良い。石英は絶縁体であるからＬＤをクラッド層で絶縁する必要はない。ただしＬＤの発光部５３の高さ調整のために残すこともある。図１１はそれを示す。この実施例の最も優れた点は機械加工であるから光導波路４９の縁をも傾斜面６６とすることができる、ということである。最も強い水平ビームＬ０が対岸の光導波路４９の傾斜面６６によって反射されＰＤ５２に入る。Ｌ０が余計にＰＤに導かれるからモニタ用光電流が増大する。実施例３は、実施例１、２に比較してＰＤの光電流は約１０％増加した。
【００３８】［実施例４（端面に光ファイバ接合、図１２R>２）］実施例１〜３は発光装置のうちＬＤとＰＤの部分だけに関する区別であり図面もその部分だけを示した。しかし、それだけでは装置として完成していない。信号を伝送するものは光ファイバである。基板に光ファイバを付け樹脂でモールドして素子に仕上げる必要がある。光ファイバと基板の結合について、いくつかの異なる構造があり得る。
【００３９】実施例４は図１２のように光ファイバ７０の端面を基板４７の端面に直接に接着したものである。光導波路４８のコアと光ファイバ７０のコアが軸心を一致させるように両者を樹脂によって接合する。このようにするとＬＤ５１から出た前方光（送信光）は光導波路４８のコアを通り光ファイバ７０のコアに入るようになる。その他の構造はこれまでに述べたものと同様である。ＰＤ５２は光導波路層４９の上にあるからＬＤ５１よりも高い位置にある。
【００４０】［実施例５（Ｖ溝を切って光ファイバ先端保持、図１３）］実施例５は図１３のように、基板の先端部にＶ溝７１を設け、光ファイバ７０の先端部をＶ溝７１で保持したものである。ファイバは接着剤によってＶ溝７１に固定してある。また透光性の樹脂７２によって光導波路４８の端、ＬＤ５１とＰＤ５２を覆っている。透光性というのはＬＤの出す光（例えば１．３μｍ光）に対して透明な樹脂ということである。ＬＤ光は樹脂を通り導波路とＰＤに至ることができる。後に不透明の樹脂によって全体を被覆するからＬＤ５１と光導波路４８、ＰＤ５２の間が不透明樹脂で遮断されないように透明樹脂で覆う必要がある。
【００４１】それだけでなくて透光性樹脂には次のような作用がある。シリコーン系樹脂（透光性樹脂の例）はＬＤ光に対して屈折率が１．４〜１．５である。空気だと屈折率は１しかないが、透光性樹脂は屈折率がより高いからＬＤの後方光を軸中心へ集めてＰＤへ入射する光を強める。屈折率が空気より高いからチップと空間との界面での反射を減らすことができる。そういう光学的な効果の他にチップを外界の影響から保護するなどの機械的作用がある。図１２の実施例４でも同様に透光性樹脂７２によって、ＬＤ、ＰＤ、導波路端を覆う必要がある。その他の点ではこれまでの実施例と同じである。ＬＤよりもＰＤの取り付け位置が高くなっている。これは本発明の共通の特徴であり図１２にも現れる。
【００４２】［実施例６（大小Ｖ溝を切って光ファイバ、フェルール先端保持、図１４）］実施例６は図１４のように、基板の先端部に小さいＶ溝７１と大きいＶ溝７３を設ける。光ファイバ７０の先端にフェルール７４を取り付ける。フェルールから突き出た光ファイバ（コア＋クラッド：直径１２５μｍ）７０を小さいＶ溝７１に当て、フェルール７４を深いＶ溝７３にあてる。その状態で接着剤によってフェルール７４、光ファイバ７０を接着する。ＬＤ５１の前方光は光導波路４８から光ファイバ７０のコアに入る。透光性樹脂７２をＬＤ、ＰＤ、導波路端にポッティングするのは実施例５と同様である。その他は実施例５などと同様である。ＰＤがＬＤより高いという特徴は共通に備える。
【００４３】［実施例７（ＬＤ＋ＰＤの他に受信用ＰＤを備える、図１５、図１６）］以上述べた物は光送信モジュールであった。本発明は送信部だけでなく受信部をも備えた送受信器にも適用する事ができる。図１５、図１６１６によって本発明の送受信モジュールを説明する。Ｓｉ基板４７は長方形状であり中央の高台と、後方には光導波路（ＳｉＯ２）層がある。中央の光導波路層にはコア２１が通っている。その終端がより低地になっておりＬＤ５１が取り付けられる。その後ろには光路変換溝５０が穿たれ、さらに光導波路層の上にＰＤ５２がボンドされる。ＰＤ５２、ＬＤ５１などが透光性樹脂７２によって覆われる。反対側では２段のＶ溝７１、７３が穿たれ、光ファイバ７０、フェルール７４が溝によって保持される。光ファイバ７０のコアは直接に光導波路のコア２１に当接する。このような構成はこれまで述べた実施例と同様である。
【００４４】さらに中央部には受信用の裏面入射型のＰＤ８０が導波路コア２１の上方のメタライズ面にボンドされる。その側方には増幅器（ＡＭＰ）チップ８１がボンドされている。受信信号を直接に増幅するためである。ＰＤ８０のすぐ後ろには斜溝がありＷＤＭフィルタ８２が差し込まれている。ＬＤ５１から前方へ出た信号光は導波路コア２１に入りＷＤＭフィルタ８２を通り抜け、光ファイバ７０に入射する。光ファイバ７０から出た受信光はコア２１に入りＷＤＭフィルタ８２によって上方へ反射されＰＤ８０に裏面から入射する。送信、受信の両方を同時的に行うことができる送受信モジュールである。基板やチップ、リードフレームの全体は固定用樹脂（例えばエポキシ樹脂）７５によってモールドされる。モールドパッケージのデバイスとなる。
【００４５】図１７は出来上がった状態の素子の平面図である。前方にフェルール７４あるいは光ファイバが突出している。パッケージの両側にはピン９０、９１が出ている。ピンの数を除けば、実施例１〜６でも完成状態はだいたい図１７のようになる。
【００４６】［実施例８（端面入射型受信用ＰＤを用いる送受信モジュール、図１８）］図１８によって受信用ＰＤが端面入射型の実施例を説明する。ＬＤ５１が基板面にあり、背後に光路変換溝があってその後ろの小高い部位にモニタＰＤ５２があるという構造は共通する。直線導波路９２に対して中央部近傍で分岐導波路９３を新たに形成する。導波路の断面は図３のようなものである。分岐点に斜めにＷＤＭフィルタ８２を設ける。ＷＤＭフィルタ８２で反射された受信光が分岐導波路９３に入るようにする。分岐導波路９３の終点に端面入射型の受信用ＰＤ８４を設置する。これも送受信を同時に行うことができる。
【００４７】［実施例９（端面傾斜モニタＰＤ、図１９R>９）］図１９に示すようにモニタＰＤ５２の端面を１０度〜２０度傾斜させることもありうる。これはＬＤ光がモニタＰＤ５２の端面によって反射されて戻ることを防ぐ意味がある。しかしＰＤはＬＤよりも１０μｍ〜３０μｍ高い位置にあるからＬＤ光でＰＤ端面に当たるものは上向き傾斜を持つビームであるからＬＤには殆ど戻る可能性がない。であるから図２０の従来例より、ＰＤを斜めにする必要性が小さいと言える。
【００４８】[実施例１０（上面入射型モニタＰＤ、図２１２１）]図２１に示すように本発明は上面入射型のモニタＰＤにも適用できる。上面入射型ＰＤというのは基板の上面一部にｐ領域がありｐ電極はリング状の電極になっており、ｎ電極は基板底面の全体を覆うようなＰＤである。ＬＤや光路変換溝に関しては実施例１と似た構造であるがＰＤの構造が少し違う。上面入射型ＰＤを逆さまにして（エピダウン）光路変換溝５０にまたがるように取り付ける。ＬＤ５１から出た光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は傾斜面５７で反射されてＰＤ５２の上面の受光部５４に入射する。このような上面入射型ＰＤを使って、実施例２〜実施例９のような構造のモジュールをも作製することができる。煩雑になるからこれ以上説明しない。
【００４９】［実施例１１（平行底面をもつ光路変換溝を利用、図２２〜図２７）］これまで説明した光路変換溝はＳｉの異方性エッチングによって形成された｛１１１｝傾斜面を有するものであった。しかしそれに限らず、傾斜角は５４．７度以外のものであってもよい。さらに楔型の溝とせずに平行底面が存在するような光路変換溝を利用しても良い。平行底面と４つの傾斜側面からなる溝を使うものは二つの利点がある。一つは製作上のものである。エッチングによって楔の奥底まで除去するには時間がかかるが浅い平行底面を残すのであればエッチング時間を短縮できる。もう一つの利点は反射光量をさらに増やすことができるという機能上の利点である。この点はわかりにくいので図２２〜２８で説明する。このような浅い光路変換溝構造はＳｉベンチに限らず、セラミック基板やガラス基板、プラスチック基板を用いる時にも同様に適用できる。
【００５０】図２２は有底光路変換溝の斜視図である。図２３は有底光路変換溝の縦断面図である。光路変換溝５０は、４方に傾斜側面５５、５７、５８を有しさらに水平の底面５９を有する。ＬＤから出た光は底面５９で反射してさらに後傾斜側面５７で反射しＰＤに入る。あるいは後傾斜側面５７で反射されてＰＤに入射する。ＬＤの発光点をＬとしてＬを含み溝に直角の鉛直面で溝を切断した図が図２２、２３である。溝の切断線の角点をＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆとする。傾斜面５７、５８、底面５９はミラーとなる。傾斜面５７は最も重要である。これをＭ０とする。底面５９はミラーＭ３とする。これはＭ０についで重要である。側面５８はＭ１、Ｍ２とする。レ−ザＬＤの発光点のミラーＭ３に関する鏡像点をＬｍとする。Ｌ点からでてＭ３で反射された光は、鏡像点Ｌｍから直進した光と同視できる。図２４は実施例１１のモジュールの要部の平面図である。ＬＤ５１とモニタＰＤ５２の間に光路変換溝があるが光路変換溝は底面５９を備えている。実施例１とよく似ているがこの点で異なる。底面５９を備えた光路変換溝は、実施例２〜実施例１０にも同様に適用することができる。煩瑣になるからそれらの適用例のモジュールを図示しない。
【００５１】どのミラー面で反射された光がどの程度ＰＤに入るか？ということは光路変換溝の長さ、深さ、傾斜角などに依存する。底面を有する実施例１１の場合、底面の深さが溝幅と無関係に選ばれる。選択自由度がふえて設計がより楽になる。溝が浅いほど、底面５９の役割は重要になる。溝が長いほど底面５９の機能は重みを増す。反対に溝が深くて短いとＭ０がより重要になる。これらのことは定性的に説明することができる。定量的にはＬＤの発光角度分布を正確に知って光線追跡法によってそれぞれのミラーで反射されＰＤにいたる光量を計算すべきである。
【００５２】図２５は光路変換溝の縦断面図を示すが、ＬＤの発光点Ｌと面対称の位置に鏡像点Ｌｍができることを示す。ＬＬｍはＭ３によって垂直に二等分される。底面のミラーＭ３で反射された光はＬｍから出た直進光と等価である。Ｍ３のためにＬｍにもＬＤが存在すると仮想できる。図２６は線分ＬＬｍを含み軸方向に平行な面で切った断面図である。左側のＬ点はレ−ザ発光点で、Ｌｍ点は鏡像点である。後傾斜面がＭ０である。Ｍ０に関する、Ｌ点Ｌｍ点の鏡像点をＬ’、Ｌｍ’とする。Ｍ０の上方にモニタＰＤが存在する。光導波路の厚みｈだけＰＤが高みにあるから、Ｌから軸方向に延びた線よりもｈだけ上方にＰＤが存在する。Ｍ０によってできる鏡像にもＰＤの像ＰＤ’が出現する。ここではＬ’点からのＬＤ光と、Ｌｍ’点からのＬＤ光を書いている。裏面入射型のＰＤの場合を図示しているが上面入射型でも同様である。裏面入射型の場合、厚みを、ＰＤと周辺の樹脂の屈折率の比で縮めるとやはり直進する光線によって考えることができる。図２７は断面図を示す。
【００５３】（イ）Ｍ０一回反射の場合…これが最も重要である。Ｌ点のＭ０に関する鏡像点Ｌ’から光線が出るように見える。ほぼ水平光Ｌ０や下向き光Ｌ２などはＰＤに入射することができる。それだけでなく実施例３でｈが大きい場合ＰＤ’が持ち上がっているから上向き光Ｌ４もＰＤに入射できる。これが重要である。よほどの上向き光Ｌ５はＰＤ’で遮られるが、指向性のよいＬＤであるから、Ｌ５はごく弱い。
【００５４】（ロ）Ｍ３、Ｍ０二回反射の場合…底面５９（Ｍ３）の付与がこのような多重反射を可能にしている。ＬのＭ３による鏡像点がＬｍであり、そのＭ０による鏡像点がＬｍ’点である。その点から出た光はＬｍ０、Ｌｍ１、Ｌｍ４などである。Ｌｍ０、Ｌｍ１は実際には存在しない。従ってＬｍ４付近の光が溝の長さ、深さによってはＰＤに入ることができる。だからより有利になる。溝が短くて浅い場合Ｌｍ’点からの光を殆どすべてＰＤに導き入れることもできる。
【００５５】（ハ）Ｍ３による一回反射の場合…底面５９（Ｍ３）の形成がこのような可能性を与える。Ｌｍ点からの斜め下光Ｌｍ３’が、Ｍ０で反射されることなく直接にＰＤに入るということである。ＰＤの底との角度が大きいからＰＤ底で反射されるが一部は屈折して入る。溝が短く深いほどその比率は大きくなる。底面がないとそのような可能性はなかった。特に上面入射型の場合はこのような光を有効に感受できる。
【００５６】
【発明の効果】本発明は基板上に光導波路を設け、光導波路の途中に光路変換溝を彫り、溝の一方の辺に光導波路層を除去してＬＤを設け、裏面入射型モニタＰＤを光導波路を除去せず光路変換溝に跨るように設置する。光導波路のコア層とＬＤの発光層が同じ高さになり、ＬＤの前方光は光導波路を通じて出てゆく。ＬＤの後方光は光路変換溝で反射してＰＤの裏面に入射する。裏面入射型のＰＤによってＬＤの出力をモニタするのであるが、光路変換溝によって両者を結合している。光導波路を一面に設けた基板の一部に光路変換溝を穿ち、その一方で導波路を除去しＬＤを設け、他方では光路変換溝を覆うようにＰＤを取り付ける。
【００５７】光導波路はＬＤから外部の光ファイバなどへ光を導くために用いる。光導波路を基板の全体に一旦形成するのは容易なことである。その一部を除去するのもフォトリソグラフィによって容易にできる。そこへＬＤを乗せて、光導波路の上にＰＤを乗せる。そのようにすれば、ＰＤの方がＬＤより光導波路の分だけ上にあるからＬＤの後方反射光の多くをＰＤに導入できる。モニタ光が増加するからより精密な制御を行うことができる。光導波路はＬＤ光を光ファイバなどへ導くという役割とＰＤのスペーサとしての二重の役目を果たしている。
【００５８】光導波路層を台に使ってＰＤを持ち上げたところに本発明の精妙な工夫がある。これまでにもその効果に触れたが、ここでより詳しく述べよう。
【００５９】図２８は光路変換溝５０の概略の斜視図である。これによってＬＤの発光点と二つの斜鏡による発光点の虚像の存在を説明する。光路変換溝が底面５９を持つ場合は先に説明した。ここでは底面がない場合を説明する。光路変換溝５０は４つの斜面を含むが光学的に意味があるのは両側の傾斜面と突き当たりの後傾斜面５７である。前傾斜面５５や底稜線５６はたいして意味がない。以下の説明でそのようなことも明らかになる。傾斜面はＬＤ光を反射するミラーとして機能する。ミラーの定義はこれまでのものと同じとする。両側の傾斜面をＭ１、Ｍ２とする。突き当たりの後傾斜面をＭ０とする。ＬＤはストライプ側を基板面に直付けする。つまり倒立（エピダウン）に付けるから発光点Ｌは基板面とほぼ同じ高さである。厳密には発光点ＬはＬＤの底面よりすこし上（下クラッド層分）にある。
【００６０】発光点Ｌを通り基板面に平行の平面を想定し、その平面と光路変換溝面との交点をＡ、Ｂ、Ｇ、Ｋとする。発光点Ｌを通り軸と直角面と光路変換溝の交点をＡ、Ｂ、Ｃとする。ＡとＢは溝の肩に近いが肩よりすこし（ＬＤの上面と発光部の距離分）上である。Ｍ０の底を原点Ｏとする。底稜線５６はＣＯである。Ｍ１はＡＫＯＣ面を、Ｍ２はＢＧＯＣ面を持つ。重要なＭ０はＫＯＧ面を有する。
【００６１】セラミック基板やガラス基板の場合は任意の傾斜角の斜面とすることができる。以下に述べる事は傾斜角によらず妥当することである。（００１）Ｓｉ単結晶を用い異方性エッチングで溝を掘るときは、Ｍ０は（１１１）面、Ｍ１は（−１１１）面、Ｍ２は（１−１１）面となる。斜面ＡＣＯＫと基板面となす角度は５４．７度である。溝の初めＡ点での面の挟角は１２５．３度である。ＡＢの中点にＬＤの発光点Ｌがある。
【００６２】ここでは定性的な様子を知るためにＭ０、Ｍ１、Ｍ２による一回反射又はＭ１、Ｍ２による反射ののち、Ｍ０で反射する光のみ考える。ＬのミラーＭ１による虚像がＳである。ＬのミラーＭ２による虚像がＨである。厳密にはＬＤの角度方向強度分布を知って光線追跡しビームごとに行方を追うべきであるが、幾何光学的な考察で全体的なことが分かる。すなわち発光点Ｌ、Ｓ、Ｈからの 光がどのようにＰＤに入射されるかを考える。
【００６３】図２９はＡＣＢ面での縦断面図である。Ｓｉ基板を異方性エッチングで加工した場合、Ｍ１、Ｍ２の水平に対する傾きは５４．７度である。Ｍ１、Ｍ２の底稜線での挟角は７０．５度である。Ｍ１、Ｍ２で囲まれる突き当たりがＭ０である。Ｌ点はＡＢ線上にある。
【００６４】Ｌ点のミラーＭ１、Ｍ２による鏡像点（虚像）ＳとＨも記入した。平面鏡は物体点Ｌの面対称の位置に鏡像点を作るものである。レ−ザ発光点ＬのＭ２による虚像はＨ点である。∠ＬＣＨ＝７０．５度である。ＬのＭ１に関する鏡像点はＳである。
【００６５】Ｍ０は５４．７度の角度をなすから斜め下方に発光点Ｌ、Ｈ、Ｓの鏡像点Ｌ’、Ｈ’、Ｓ’を作る。図３０にこれを示す。図３０は従来例■の場合のようにＰＤ底面とＬＤ発光点の高さの差ｈが０の場合を示している。ＰＤのＭ０による鏡像ＰＤ’も書き込んである。ＰＤ’は光を遮る作用があるので斜線を付した。Ｍ０による反射光は鏡像点Ｌ’、Ｈ’、Ｓ’からの直進光に置き換えることができる。
【００６６】さらにＰＤの屈折率をｎとすると、ＰＤの底面でスネル法則にしたがって上向きに屈折する。全て直進光で考えたい。ＰＤの屈折率ｎ１と媒質の屈折率ｎ２の比をｎ＝ｎ１／ｎ２（＞１）として、ＰＤを底面に向かって１／ｎに高さを減らしたものを想定する。受光層（破斜線）が１／ｎの高さに来るようにする。そのようにすれば鏡像点からの直線ビームだけを考えれば良いということになる。
【００６７】ここでＰＤの高さｈが問題になる。ＬＤ発光点を基準としてＰＤ底面高さを決める。従来例■は光導波路を作らないからｈ＝０である。図３０でＰＤの鏡像ＰＤ’がＬ’点の直前にあり最強のビーム（水平ビーム）Ｌ０を遮る。上向き光Ｌ４もＰＤ’で遮断される。下向き光Ｌ１などはＰＤ受光層に入る。また、Ｈ’、Ｓ’からのＨ４光などはＰＤ受光層に入る。
【００６８】すなわちＬＤ光の半分はＰＤ’で遮られる。ビーム強度分布はＬ０で最も強いのであるがこれがＰＤ’で遮られている。結局受光層をどのように置いてもＬ’から受光層に入る光量は半分以下である。これはミラーの傾斜が５４．７゜ということによらない。セラミック基板、ガラス基板でその他の斜角を選んでも同様である。
【００６９】本発明の場合を実施例３を例にとって図３１R>１によって示す。ＰＤがＬＤの発光部の高さより高い（ｈ）ので、図３１のようにＰＤのＭ０による鏡像ＰＤ’がｈだけ斜め上にずれる。Ｌ’点からのビームは殆どが受光層に到達することができる。ＰＤ’が後退しているから受光層がＰＤ’の影にならない。Ｌ’のビームのうち最強のＬ０は受光層に入る。上向きビームＬ４も受光層に入る。下向きビームＬ２ 、Ｌ３は当然に受光層に至る。またＨ’、Ｓ’からのＨ４の光も受光層に入る。本発明はＰＤをＬＤより上に（ｈ＞０）とするから、Ｌ’からのビームを有効に受光層へ導く事ができる。ＰＤを上にずらすのはＰＤ’をＬ０ラインより上げることによってＰＤでの遮断損失を減らすのと、ＰＤの位置を上げてＬ’の中心Ｌ０ビームを受光層の中心近くに導入するという二重の利益がある。これによって、モニタ光電流を大いに増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例にかかる金属パッケージ縦型のＬＤモジュールの縦断面図。
【図２】上面入射型モニタ用ＰＤをサブマウントに固定しサブマウントを横にして基板に取り付けることによってＬＤの後方光を上面入射型ＰＤに入射させるようにした従来例にかかる表面実装型の発光装置の断面図。
【図３】Ｓｉ基板の上にＳｉＯ２系光導波路を設けたものの断面図。
【図４】従来例にかかる、底面隅部を面取りしたＰＤを用いたＬＤ・ＰＤ同一平面実装型の発光素子の断面図。
【図５】従来例にかかる、導波路型ＰＤを逆さまに取り付けてＬＤ・ＰＤ同一平面実装型の発光素子の断面図。
【図６】ＬＤとモニタＰＤと光路変換溝を含む本発明の発光装置の縦断面図。
【図７】基板の上に光導波路層を形成し、その上に第１マスクパターン（レジスト）を乗せた状態の断面図。
【図８】第１マスクパターンを通して光導波路層だけをエッチング除去しＬＤを実装すべき部位に第２マスクパターンを設けた状態の断面図。
【図９】第１、第２マスクパターンを通して異方性エッチングすることによって光路変換溝を形成し、マスクパターンを除去し、基板面上にＬＤを導波路層にＰＤを搭載した状態の実施例１の発光装置の平面図。
【図１０】ＬＤを戴置すべき部位において、光導波路層の下クラッド層（アンダークラッド層）を残してエッチングし下クラッド層の上にＬＤを搭載することによって基板とＬＤ電極を絶縁した実施例２の発光装置の断面図。
【図１１】石英ガラスを基板として光路変換溝を機械的手段によって形成し光導波路端面も傾斜面に形成した実施例３の発光装置の断面図。
【図１２】光ファイバ端面を基板の端面に接合した形態の実施例４のモジュールの断面図。
【図１３】基板の前端にＶ溝を切って光ファイバ端部をＶ溝に挿入固定した形態の実施例５のモジュールの断面図。
【図１４】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定した形態の実施例６の断面図。
【図１５】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定し、基板中央部に受信用ＰＤと増幅用ＡＭＰを設けた送受信用にかかる実施例７の平面図。
【図１６】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定し、基板中央部に受信用ＰＤと増幅用ＡＭＰを設けた送受信用にかかる実施例７の断面図。
【図１７】実施例７のモジュールをプラスチックモールドパッケージに収容した状態の平面図。
【図１８】基板中央に、送信光は直進させ受信光は反射するＷＤＭフィルタを設け光導波路の側方に受信用ＰＤを設けて送受信用にした実施例８の平面図。
【図１９】モニタ用ＰＤの端面を光路変換溝の軸直角面に対して１０度〜２０度傾けた実施例９の概略平面図。
【図２０】ドイツ特許ＤＥ４３ １３ ４９２ Ｃ１「電気光学的発光素子に対する電気光学的受光素子の結合構造」によって提案されたＬＤとモニタＰＤの結合構造の断面図。
【図２１】上面入射型ＰＤをエピダウンで取り付けた実施例１０の縦断面図。
【図２２】光路変換溝の傾斜側面の真ん中に底面を付与した実施例１１のモジュールの光路変換溝の斜視図。
【図２３】実施例１１の光路変換溝の縦断面図。
【図２４】底面を有する光路変換溝を有する実施例１１のモジュールの概略の平面図。
【図２５】底面を有する光路変換溝においてＬＤの発光点ＬのＭ３に関する鏡像点Ｌｍを示す説明図。
【図２６】ＬＤの点Ｌからの直接光、底面での反射光（Ｌｍ）が、Ｍ０で反射されたときに、Ｍ０の鏡像点Ｌ’、Ｌｍ’からＰＤに向かって直進するビームに置き換えて考えるためのビーム面と垂直の方向から見た説明図。
【図２７】光路変換溝の傾斜側面の真ん中に底面を付与した実施例１１のモジュールの断面図。
【図２８】ＬＤ発光点と光路変換溝の近傍のみの断面斜視図。
【図２９】光路変換溝の稜線に直角な面で切断した縦断面図。
【図３０】 ＬＤビーム中心線からのＰＤ底面の距離をｈとして、ｈ＝０の時のＬＤ発光点Ｌ、その虚像点Ｈ、Ｊ、Ｓ、Ｔのミラー面Ｍ０による虚像（鏡像）点Ｌ’、Ｈ’、Ｊ’、Ｓ’、Ｔ’と、虚像点からの光線とＰＤの受光部５４の関係をＭ０に平行な方向から見た説明図。
【図３１】ＬＤビーム中心線からのＰＤ底面の距離をｈとして、ｈ＞０の時のＬＤ発光点Ｌ、その虚像点Ｈ、Ｊ、Ｓ、Ｔのミラー面Ｍ０による虚像点Ｌ’、Ｈ’、Ｊ’、Ｓ’、Ｔ’と、虚像点からの光線とＰＤの受光部５４の関係をＭ０に平行な方向から見た説明図。
【符号の説明】
１ ＬＤモジュール
２ ステム
３ マウント
４ ＬＤチップ
５ モニタＰＤチップ
６ キャップ
７ 開口
８ レンズホルダ−
９ レンズ
１０ フェルールホルダ−
１１ 光ファイバ
１２ フェルール
１３ ピン
１４ Ｓｉ基板
１５ パッケージ
１６ ＬＤ
１７ 光導波路
１８ サブマウント
１９ モニタＰＤ
２０ 光ファイバ
２１ コア
２２ 発光層
２３ 受光領域
２４ 下クラッド層
２５ 上クラッド層
２６ Ｓｉ基板
２７ パッケージ
２８ ＬＤ
２９ モニタＰＤ
３０ 光導波路
３１ 光ファイバ
３２ ＰＤ底面
３３ 傾斜底面
３４ 受光面
３５ 光導波路コア
３６ 光ファイバコア
３７ Ｓｉ基板
３８ パッケージ
３９ ＬＤ
４０ モニタＰＤ
４１ 光導波路
４２ 光ファイバ
４３ 発光部
４４ 光導波路コア
４５ 光ファイバコア
４６ 導波路型受光層
４７ 基板
４８ 光導波路層
４９ 光導波路層
５０ 光路変換溝
５１ ＬＤ
５２ ＰＤ
５３ 発光部
５４ 受光層
５５ 前傾斜面
５６ 底稜線
５７ 後傾斜面
５８ 傾斜面
５９ 底面
６０ 第１マスクパターン
６１ 第１開口部
６２ 第２マスクパターン
６３ 傾斜面
６４ 傾斜面
６５ 隙間
６６ 光導波路傾斜面
７０ 光ファイバ
７１ Ｖ溝
７２ 透光性樹脂
７３ Ｖ溝
７４ フェルール
７５ 固定用樹脂
８０ 受信用ＰＤ
８１ ＡＭＰチップ
８２ ＷＤＭフィルタ
８４ 受信用ＰＤ
９０、９１ ピン
９２ 導波路
９３ 導波路
２００ Ｓｉ基板
２０１ 傾斜壁
２０２ 水平壁
２０３ 傾斜壁
２０４ 長溝
２０５ ＬＤ
２０６ ＰＤ
２０７ 発光部
２０８ 受光面
２０９ 下方光
２１０ 上方光
２１１ 水平光
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光通信用の光送信装置、或いはこれと受信器を組み合わせた光送受信装置に関する。発光素子パワーの監視系に関する改良で光ファイバを通信媒体に用いた光通信に広く利用できる装置である。光通信には発光素子としてＬＤが使われるが、経年変化や温度変化などのためＬＤパワーが変動する恐れがある。そこでＬＤの背後にモニタ用のＰＤを設けてＬＤの出力を監視しフィードバックしてＬＤの出力を一定レベルに保持するようになっている。本発明はＬＤとモニタＰＤの結合に関する改善を提案する。
【０００２】
【従来の技術】現在光通信の送信器として用いられているＬＤモジュール１を図１によって説明する。円形状金属のステム２の上に直立するマウント３がある。マウント３の側面にＬＤチップ４が固定される。ＬＤ４は上方向と下方向の両方に光を出す。ＬＤ４の直下にあたるステム上面にモニタＰＤ５が固定される。円筒形の金属キャップ６がステム２の上面を覆うように設けられる。キャップ開口７からＬＤ４の信号光が出るようになっている。円筒形レンズホルダ−８は中央開口部にレンズ９を保持する。レンズホルダ−８の上には金属製の円錐形のフェルールホルダ−１０が溶接される。
【０００３】信号を伝達する媒体である光ファイバ１１の先端はフェルール１２に把持される。フェルール１２がフェルールホルダ−１０の中央穴に差し込まれ固定されている。ステム２の直下にはピン１３が突出している。ＬＤ４を発光させ光ファイバ端で出力を見ながら、レンズホルダ−８をｘｙ方向（ステム面方向）にフェルール１２をｚ方向（光ファイバ方向）に動かして最適の位置を決める。これを調芯と言う。
【０００４】本発明はモニタ用ＰＤ５とＬＤ４の関係を問題にする。モニタＰＤ５は、ＬＤ４の後方（下方）に出る光量を常時監視している。ＬＤ４の前方に出る光が信号光で光ファイバを伝送されるが、これは後方光と一定比例関係にある。だから後方光を見てＬＤの出力が分かる。ＬＤ出力をＰＤ５で監視しフィードバックし駆動電流を増減することによってＬＤのパワーを一定に保つ。
【０００５】この例であるとＬＤの光はステム面と直角の軸方向（ｚ方向）に出る。ＰＤ５はステム面に平行（ｘｙ面）であるからＰＤ５の表面に直角にＬＤ光が入る。表面入射型のＰＤで表面に直角に光が入るから効率良くＬＤ出力をモニタできる。つまりＬＤの後方光の殆どをＰＤで受け取ることができるのである。モニタ光を効率良く集める事ができる。強いモニタ光を得る事ができる。このような配置はＰＤ５をステムに直付けできて好都合である。パッケージが金属であるからシール性が優れノイズが出ないという長所がある。このように幾つかの利点がある。現状のＬＤモジュールはこのようなものを使っている。
【０００６】しかし図１のような立体形状のＬＤ装置は部品コスト、製造コストが嵩み高価である。それに光ファイバが出てゆく方向がステム面に直角であるからピン１３を回路基板に付けると嵩高くなる。
【０００７】そのような欠点があるから表面実装型のＬＤモジュールが鋭意開発研究されている。これは光路を基板面に平行にしデバイスを基板面に並列に配置する。図１は光路がｚ方向であったが、表面実装の場合光路がｘｙ面方向になる。表面に実装するからplanar lightwave circuit（ＰＬＣ）と言う。図２に表面実装型のＬＤ送信器の例を示す。Ｓｉ基板１４がパッケージ１５の上に戴置される。Ｓｉ基板１４の上には送信用のＬＤ１６がエピダウン（エピタキシャル層が下になる）で固定される。Ｓｉ基板１４の前方には光導波路１７が形成されている。ＬＤの後方のパッケージ面にはサブマウント１８に固定されているモニタＰＤ１９が設けられる。ＰＤ１９をサブマウントにまずボンディングしサブマウント１８を横にしてパッケージ１５に接着するのである。
【０００８】光導波路１７を図３によって説明する。これは光導波路１７部分を直角に切った断面図である。Ｓｉ基板１４の上にＳｉＯ２よりなる下クラッド層２４、線状のコア２１、ＳｉＯ２よりなる上クラッド層２５が形成される。コアはＳｉＯ２にＧｅのような屈折率を上げるドーパントを添加したものである。実際には下クラッド層（ＳｉＯ２）とＧｅ−ＳｉＯ２層をスパッタリングなどによって形成し、リソグラフィによってＧｅ−ＳｉＯ２の両側不要部を削除して狭いコア２１とする。その上にＳｉＯ２をスパッタリングして上クラッド層を作る。Ｓｉ基板であるから酸化法によってもＳｉＯ２層を形成できる。
【０００９】光ファイバ２０のコア、光導波路１７のコア２１、ＬＤ１６の発光部（ストライプ）２２、ＰＤの受光領域２３の中心は同じ高さにある。モニタＰＤ１９は表面入射型でありＰＤを横にしているから表面がＬＤの方を向いている。だからＬＤの後方光をうまく受容することができる。強いモニタ光を得る事ができる。表面入射型のＰＤは極めてありふれたものである。これには光ファイバ、ＬＤを同一表面に乗せたこと、モニタ光が大きいこと、通常の表面入射型ＰＤを使用できることなどの利点がある。
【００１０】しかしなお欠点はある。ＬＤの光を表面で受ける必要があるからＰＤは横向けにしなければならない。ＰＤチップの側面を直にパッケージ１５に固定できないからサブマウント１８は必須である。ＬＤの発光部２２と同じ高さにするためＳｉ基板１４によってＬＤ１６を持ち上げる必要がある。反対に言えばＰＤをＬＤと同じ基板に乗せることはできない。ＰＤはサブマウント（チップキャリヤ）に乗せてから、さらにパッケージに付ける必要がある。ＰＤの取り付けだけでも２度手間になる。それにＰＤとＬＤの取り付け面が相違し完全な表面実装でない。ＰＤとＬＤの調芯（位置決め）も必要になる。
【００１１】表面入射型のＰＤによってＬＤをモニタしようとするとＬＤに対しＰＤ面を直角にしなければならないから取り付け高さの違いをいかんともしがたい。そこでＰＤ自体に工夫を凝らすことによってＰＤを同一平面に実装できるようにしたものもある。
【００１２】
【００１３】
【００１４】これを図４に示す。Ｓｉ基板２６は平坦でパッケージ２７の上に戴置される。Ｓｉ基板２６の上にエピダウンでＬＤ２８が取り付けてある。その後方には特殊な側面形状のモニタＰＤ２９が固定される。ＬＤ２８の前方には光導波路３０がある。これは図３のような構造を持つ直線導波路あるいは彎曲導波路である。導波路３０の直前に光ファイバ３１が接合してある。ＰＤ２９は側面から光を入射するために底面を面取りしてある。傾斜底面３３となっているのである。傾斜底面３３は光を上へ屈折させるための巧みな工夫である。ＬＤ２８の発光部３６から出た後方光は傾斜底面３３に当たり屈折して上方に向かい、受光面３４に至る。「面取り入射型ＰＤ」と言っている。
【００１５】ＬＤ２８の前方光は発光部３６から光導波路コア３５を通り光ファイバコア３６に入る。これはＬＤ２８、モニタＰＤ２９を同じ高さに取り付けることができて表面実装の利点を遺憾なく引き出しているということができる。しかし実際には面取り底面の形成が難しい。傾斜角や切りとり長さの最適値のトレランスが狭くてＰＤの製造が難しい。側面から入射するから受光面に至る光量が必ずしも多くないという難点もあろう。このような特殊なＰＤは使いにくいという事がある。
【００１６】モニタＰＤの３番目の工夫を述べよう。やはりＰＤの構造を工夫することによって側面から直接に光を入射できるようにしているものである。導波路型ＰＤと呼ばれる特殊なＰＤを利用して平面構造の利益をさらに追求したものである。
【００１７】
【００１８】端面入射型ＰＤを用いるもので図５によって説明する。Ｓｉ基板３７は平坦な表面を持っている。Ｓｉ基板３７はパッケージ３８に固定される。Ｓｉ基板３７の上にＬＤ３９、モニタＰＤ４０が同一平面上に配列される。光導波路４１がＳｉ基板３７の上に形成してある。ＬＤ３９の発光部４３から前方に出る信号光は光導波路コア４４、光ファイバコア４５を通って伝送される。ＬＤ３９から出た後方光は直接にモニタＰＤ４０の端面から導波路型受光層４６に入る。同じ高さにＬＤの発光部４３とＰＤの導波路型受光層４６とが並ぶ。余分なスペーサなどが要らない。平面実装の理想とも言える配置である。優れた発光監視ＰＤの構造のように見える。
【００１９】このように端面入射型ＰＤや、側面斜め入射型ＰＤなど新規なＰＤを使うものは思想としての卓越性は否定しないがＰＤ自体が製造困難で性能も安定せず時期尚早と思われる。現在容易に製造でき入手できるのは表面入射型のＰＤ（図１、図２）か、裏面入射型ＰＤである。これらの安価で安定した信頼性の高いＰＤをなんとか利用したい。
【００２０】
【００２１】これは裏面入射型のＰＤによってＬＤの出力をモニタするような発光装置を提案している。図２０に示すように、Ｓｉ基板２００に傾斜壁２０１、水平壁２０２、傾斜壁２０３等よりなる長溝２０４を穿つ。穴２０４の畔にＬＤ２０５をエピダウンで設ける。穴２０４の途中に裏面入射型のＰＤ２０６を少し斜めに固定する。裏面入射型というのは裏面のｎ電極が円環状で底面から光が入るようにしたものである。受光面２０８は上部に存在する。ＰＤ２０６の底面のほとんどが穴２０４の上に存在するようにする。ＬＤ２０５とＰＤ２０６の底面は同じ高さにある。だからスペーサのようなものは無用である。エピダウンで取り付けてあるからＬＤの発光部２０７はＳｉ基板面にごく近い。ＬＤ２０５から後方向に出た光は上下に広がる。下方に出た光（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）２０９は傾斜面２０３、水平面２０２によって反射され、底面からＰＤ２０６に入り受光面２０８に至って光電流を生じる。水平光（Ｌ０）２１１と上方に出た光（Ｌ４）２１０はＰＤ２０６の側面に当たり反射される。これは感受されず損失となる。ＰＤ側面に５０％程度の光が当たるがこれはみな損失である。ＰＤが傾いているのは側面反射光がＬＤに戻ってＬＤ発振を擾乱させないためである。これはＬＤを光源とする場合の常套の工夫である。入手容易な裏面入射型ＰＤを利用し表面実装可能であるから優れた着想であると言える。
【００２２】しかし、これにもなお問題があると思う。エピダウンとしてもＬＤの発光部２０７は、基板面からなお１０μｍ程度高くならざるをえない。ＬＤから出る光は発光部から直進するものが最も強い。つまり水平光２１１が最も強力である。水平光２１１はＰＤ側面の１０μｍの高さのところに当たるからこれは損失になる。つまり最も強いＬＤ光をこのＰＤは見逃してしまうということである。だから図１のような場合に比べ、図２０の場合ＰＤの受光層に入るパワーは１／５程度にしかならない。モニタ光であって信号光でないが、それでもモニタ光の入力は多い方が良い。ＬＤからの後方光の２０％しか感受できないのでは心許ない。それに最強力光２１１がＬＤ２０５へ戻らないようにＰＤ側面を軸と直角にならないように傾けないといけない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】ＬＤ出力を監視するモニタＰＤは光通信では必須であるが表面入射型の場合はＬＤとＰＤの方向や取り付け面が異なり部品コスト実装コストが掛かりすぎる。端面入射型、側面入射型のＰＤの場合はＰＤ自体が特殊であってＰＤコストが嵩む。またＬＤから出る光量の僅かな部分だけを感受するから効率が悪い。モニタＰＤの電流が小さいと言ってもよい。裏面入射型ＰＤを使うものはＬＤから出た光の１／５程度しか感受できず問題である。つまり、これもモニタＰＤ電流が弱いという難点がある。表面実装型であって、しかもモニタ電流を大きくできるようにした通信用の発光装置を提供することが本発明の目的である。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の発光装置は、基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上に跨ってＬＤより高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含むことを特徴とする。
【００２５】基板の上に一旦光導波路層を設け、モニタＰＤは導波路層の上に、ＬＤは導波路層の全体、一部を除いた面に取り付ける。ＰＤはＬＤよりも上方にある。光路変換溝によってＬＤ後方光を反射するが、ＰＤが上方にあるからＬＤの後方光の５０％以上が光路変換溝に入る。最も強い水平光がＰＤ端面にあたらず光路変換溝にあたって反射される。ためにＰＤに入る光量が増強される。モニタ光量が増えるのでＰＤ、その他の回路の設計の自由度が増える。より精密にＬＤパワーを制御できる。ＰＤの位置をＬＤより上に上げたところが本発明の特徴であるが、もともと存在する光導波路を使ってＰＤを嵩上げするから工程が増えない。
【００２６】
【発明の実施の形態】図６によって本発明の発光素子モジュールを説明する。基板４７の上に光導波路層４８、４９が形成してある。これは図３に示したように、下クラッド層（ＳｉＯ２）とコアと上クラッド層（ＳｉＯ２）よりなる３層構造のものである。厚みは１０μｍ〜３０μｍ程度にある。シングルモードのコアの厚さの範囲は波長によって決まる。波長は１．３μｍとか１．５５μｍの近赤外光であることが多い。コア厚に上下のクラッド厚が加わるから光導波路層の合計の厚みは１５μｍ〜３０μｍ程度である。基板の一部に光路変換溝５０を穿つ。これによって光導波路が前後に分割される。前方の光導波路はさらに一部が除去されて基板面を露呈させる。ストライプ（発光部）が光導波路コアに合致するように光導波路に近接させＬＤ５１を基板面にエピダウンで固定する。光路変換溝５０の上に跨るように裏面入射型のＰＤ５２を正立に固定する。
【００２７】ＬＤ５１の信号光（前方光）はすぐ前方の光導波路４８のコアを伝わってさらに光ファイバ（図に表れない）へと進行する。モニタ用の後方光はＬＤ５１の発光部５３からほぼ水平に出て光路変換溝５０の面に当たり反射されてＰＤ５２の裏面に入り上方の受光層５４に至る。受光層５４で光量に比例した光電流を発生する。これによってＬＤの出力がわかるから、これを一定に保持するようにＬＤ駆動電流を加減する。
【００２８】従来例の
【００２９】
【実施例】［実施例１（基板直付け、図６）］本発明の実施例にかかるモジュールの製造の順序を図７〜図９によって説明する。これは絶縁性の高い基板に適する構造である。基板４７は例えば（００１）Ｓｉ単結晶基板或いはセラミック基板とすることができる。Ｓｉ基板を使うと異方性エッチングによって簡単に光路変換溝を形成することができる。セラミック基板の場合は機械加工によって光路変換溝を作製する。基板４７の上にＳｉＯ２を主体とする光導波路層４８、４９を形成する。一直線状のコアを持つ導波路層を基板上一様に形成する。図３のような断面構造の光導波路である。
【００３０】下クラッド層２４と上クラッド２５によって細いコア２１を挟んだような構造となっている。コアだけを光が伝搬する。コアの部分はＧｅなどをドープして屈折率を局所的に上げる。クラッド層の部分はＳｉＯ２である。コア、クラッドはスパッタリングや火炎堆積法、ＣＶＤ法によって形成する。先に述べたように、下クラッド層２４、コア層２１を作り、コア層の一部を残して除去し、さらに上クラッド層２５によって全体を覆うようにする。光導波路層４８、４９の厚みは１５μｍ〜３０μｍの程度である。
【００３１】次に図７のようにレジストよりなる第１マスクパターン６０を試料の上に付けマスク露光し現像して第１開口部６１を開ける。第１マスクパターン６０の上からＳｉＯ２層だけをエッチング除去する。リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）のような乾式のエッチング法を用いることもできる。Ｓｉを残し選択的にＳｉＯ２だけを除くのでフッ酸による湿式エッチングでもよい。第１開口部６１のところだけＳｉが露呈する。
【００３２】この段階で第１マスクを除かない。露呈した部分の一部にレジストよりなる第２マスクパターン６２を付ける。基板の一部は第２マスクパターン６２により、光導波路は第１マスクパターン６０によって覆われている。マスクによって覆われない第２開口部６２がある。第２開口部６２は矩形状で目的の光路変換溝と同じ寸法であるようにする。基板が（００１）の場合は、ここで異方性エッチングを行う。異方性エッチングというのは結晶方位によって速度の異なるエッチングのことである。ここでは（００１）基板を使っているから、｛１１１｝面のエッチング速度が遅いようなエッチング液を利用してエッチングを行う。（００１）面には４つの｛１１１｝面が交差するから４つの面を持つ溝が自動的に生ずる。図８、図９に光路変換溝５０が現れる。図９のように、光路変換溝５０は互いに一定角で交差する４面５５、５７、６３、６４を持つ。そのままの面であってもよいが、反射率をさらに高めるために傾斜面５７、６３、６４に金、アルミなどの金属を蒸着する、或いは誘電体被膜を被覆することもできる（以下の実施例でも同様）。異方性エッチングの場合、傾斜面の基板面に対する角度は５４．７度である。
【００３３】第１マスクパターン６０、第２マスクパターン６２の両方を除去する。光導波路４８とＳｉ基板４７の面が露出する。Ｓｉ基板４７の露呈した面にＬＤ５１取付用のメタライズパターンを設け、後方の光導波路４９が露呈した部分にＰＤ５２取付用のメタライズパターンを設けると同時に、その他の配線パターンを印刷或いは蒸着・エッチングによって設ける。
【００３４】基板面のＬＤ取付用メタライズパターンにＬＤチップ５１をボンドする。ＬＤは例えばＩｎＧａＡｓＰの活性層を持つ１．３μｍ−ＭＱＷ（Multiquantum Well）−ＬＤを採用することができる。チップサイズは例えば長さ３００μｍ、幅３００μｍ、厚み１００μｍである。エピダウンで取り付けるから発光層はＳｉ基板面の近くにある。後方の光導波路４９の上にあるＰＤ用メタライズ面に裏面入射型のＰＤ５２をボンディングする。チップサイズは例えば、５５０μｍ×５５０μｍ×２００μｍである。上面近くの受光部５４（ｐ領域）は正方形状で２５０μｍ×２５０μｍである。光を受けることができればよいので受光部５４の形状は円形でも楕円形でも差し支えない。これはＬＤの光の半分以上を光路変換溝５０に当ててＰＤに背面入射している。
【００３５】図６に示したように水平近くの強いビームＬ１をＰＤに導くことができる。実際に図２の表面入射型横置きのものと比べると、これの約５０％の光電流を得る事ができた。図２は殆ど全部のＬＤ光を受けることができるので、その５０％ということはＬＤから出る光の５０％近くを感受できるということである。ここで基板はＳｉ基板の例を説明したがセラミック等の絶縁基板であってもよい。ＬＤを直付けするから抵抗率が高い基板が適する。Ｓｉ基板の場合は特に高抵抗率のものを用いる。それでも足りない場合は、ＬＤの部分だけ絶縁膜を付けるようにする。
【００３６】［実施例２（下地層を残してＬＤを付ける、図１０）］実施例１においてＬＤは基板に直付けするが、その場合基板は絶縁性の高い物である必要がある。ＬＤのストライプ電極を基板から絶縁しなければならないからである。都合の良い事に光導波路の一部を有効利用してＬＤを基板から絶縁できる。図１０は第２の実施例を示す。これは光導波路の下クラッド層２４を残してその上にＬＤ５１を付けたものである。ＬＤ５１のストライプ電極がエピダウンに戴置した場合Ｓｉ基板に接触しないように絶縁する必要がある。ＬＤ取り付け部分において、光導波路の構造の内、下クラッド層（アンダークラッド層）２４を残す。光導波路４８との間に狭い隙間６５が生ずる。結合効率からいえば隙間は狭いほど良い。下クラッド層２４の上にＬＤ５１を乗せる。光導波路はＳｉＯ２よりなり絶縁体であるから基板とＬＤ５１を絶縁できる。このようにすると光導波路の一部でＬＤを絶縁できて好都合である。その他の点では実施例１と同じである。
【００３７】［実施例３（石英ガラス基板、ダイシング加工、図１１）］実施例３は基板４７を石英ガラスとする。図１１に断面図を示す。この場合はＳｉ単結晶のような異方性エッチングが適用できない。そこでダイシングによって光路変換溝５０を形成する。機械加工だから光導波路４９も傾斜面６６になる。傾斜角は５４．７度に限らず任意の角度とすることができる。光路変換溝５０には金などを蒸着し反射率を上げるようにする。これもＬＤ５１は、残した下クラッド層２４の上にある。しかし、この下クラッド層２４は除去しても良い。石英は絶縁体であるからＬＤをクラッド層で絶縁する必要はない。ただしＬＤの発光部５３の高さ調整のために残すこともある。図１１はそれを示す。この実施例の最も優れた点は機械加工であるから光導波路４９の縁をも傾斜面６６とすることができる、ということである。最も強い水平ビームＬ０が対岸の光導波路４９の傾斜面６６によって反射されＰＤ５２に入る。Ｌ０が余計にＰＤに導かれるからモニタ用光電流が増大する。実施例３は、実施例１、２に比較してＰＤの光電流は約１０％増加した。
【００３８】［実施例４（端面に光ファイバ接合、図１２R>２）］実施例１〜３は発光装置のうちＬＤとＰＤの部分だけに関する区別であり図面もその部分だけを示した。しかし、それだけでは装置として完成していない。信号を伝送するものは光ファイバである。基板に光ファイバを付け樹脂でモールドして素子に仕上げる必要がある。光ファイバと基板の結合について、いくつかの異なる構造があり得る。
【００３９】実施例４は図１２のように光ファイバ７０の端面を基板４７の端面に直接に接着したものである。光導波路４８のコアと光ファイバ７０のコアが軸心を一致させるように両者を樹脂によって接合する。このようにするとＬＤ５１から出た前方光（送信光）は光導波路４８のコアを通り光ファイバ７０のコアに入るようになる。その他の構造はこれまでに述べたものと同様である。ＰＤ５２は光導波路層４９の上にあるからＬＤ５１よりも高い位置にある。
【００４０】［実施例５（Ｖ溝を切って光ファイバ先端保持、図１３）］実施例５は図１３のように、基板の先端部にＶ溝７１を設け、光ファイバ７０の先端部をＶ溝７１で保持したものである。ファイバは接着剤によってＶ溝７１に固定してある。また透光性の樹脂７２によって光導波路４８の端、ＬＤ５１とＰＤ５２を覆っている。透光性というのはＬＤの出す光（例えば１．３μｍ光）に対して透明な樹脂ということである。ＬＤ光は樹脂を通り導波路とＰＤに至ることができる。後に不透明の樹脂によって全体を被覆するからＬＤ５１と光導波路４８、ＰＤ５２の間が不透明樹脂で遮断されないように透明樹脂で覆う必要がある。
【００４１】それだけでなくて透光性樹脂には次のような作用がある。シリコーン系樹脂（透光性樹脂の例）はＬＤ光に対して屈折率が１．４〜１．５である。空気だと屈折率は１しかないが、透光性樹脂は屈折率がより高いからＬＤの後方光を軸中心へ集めてＰＤへ入射する光を強める。屈折率が空気より高いからチップと空間との界面での反射を減らすことができる。そういう光学的な効果の他にチップを外界の影響から保護するなどの機械的作用がある。図１２の実施例４でも同様に透光性樹脂７２によって、ＬＤ、ＰＤ、導波路端を覆う必要がある。その他の点ではこれまでの実施例と同じである。ＬＤよりもＰＤの取り付け位置が高くなっている。これは本発明の共通の特徴であり図１２にも現れる。
【００４２】［実施例６（大小Ｖ溝を切って光ファイバ、フェルール先端保持、図１４）］実施例６は図１４のように、基板の先端部に小さいＶ溝７１と大きいＶ溝７３を設ける。光ファイバ７０の先端にフェルール７４を取り付ける。フェルールから突き出た光ファイバ（コア＋クラッド：直径１２５μｍ）７０を小さいＶ溝７１に当て、フェルール７４を深いＶ溝７３にあてる。その状態で接着剤によってフェルール７４、光ファイバ７０を接着する。ＬＤ５１の前方光は光導波路４８から光ファイバ７０のコアに入る。透光性樹脂７２をＬＤ、ＰＤ、導波路端にポッティングするのは実施例５と同様である。その他は実施例５などと同様である。ＰＤがＬＤより高いという特徴は共通に備える。
【００４３】［実施例７（ＬＤ＋ＰＤの他に受信用ＰＤを備える、図１５、図１６）］以上述べた物は光送信モジュールであった。本発明は送信部だけでなく受信部をも備えた送受信器にも適用する事ができる。図１５、図１６１６によって本発明の送受信モジュールを説明する。Ｓｉ基板４７は長方形状であり中央の高台と、後方には光導波路（ＳｉＯ２）層がある。中央の光導波路層にはコア２１が通っている。その終端がより低地になっておりＬＤ５１が取り付けられる。その後ろには光路変換溝５０が穿たれ、さらに光導波路層の上にＰＤ５２がボンドされる。ＰＤ５２、ＬＤ５１などが透光性樹脂７２によって覆われる。反対側では２段のＶ溝７１、７３が穿たれ、光ファイバ７０、フェルール７４が溝によって保持される。光ファイバ７０のコアは直接に光導波路のコア２１に当接する。このような構成はこれまで述べた実施例と同様である。
【００４４】さらに中央部には受信用の裏面入射型のＰＤ８０が導波路コア２１の上方のメタライズ面にボンドされる。その側方には増幅器（ＡＭＰ）チップ８１がボンドされている。受信信号を直接に増幅するためである。ＰＤ８０のすぐ後ろには斜溝がありＷＤＭフィルタ８２が差し込まれている。ＬＤ５１から前方へ出た信号光は導波路コア２１に入りＷＤＭフィルタ８２を通り抜け、光ファイバ７０に入射する。光ファイバ７０から出た受信光はコア２１に入りＷＤＭフィルタ８２によって上方へ反射されＰＤ８０に裏面から入射する。送信、受信の両方を同時的に行うことができる送受信モジュールである。基板やチップ、リードフレームの全体は固定用樹脂（例えばエポキシ樹脂）７５によってモールドされる。モールドパッケージのデバイスとなる。
【００４５】図１７は出来上がった状態の素子の平面図である。前方にフェルール７４あるいは光ファイバが突出している。パッケージの両側にはピン９０、９１が出ている。ピンの数を除けば、実施例１〜６でも完成状態はだいたい図１７のようになる。
【００４６】［実施例８（端面入射型受信用ＰＤを用いる送受信モジュール、図１８）］図１８によって受信用ＰＤが端面入射型の実施例を説明する。ＬＤ５１が基板面にあり、背後に光路変換溝があってその後ろの小高い部位にモニタＰＤ５２があるという構造は共通する。直線導波路９２に対して中央部近傍で分岐導波路９３を新たに形成する。導波路の断面は図３のようなものである。分岐点に斜めにＷＤＭフィルタ８２を設ける。ＷＤＭフィルタ８２で反射された受信光が分岐導波路９３に入るようにする。分岐導波路９３の終点に端面入射型の受信用ＰＤ８４を設置する。これも送受信を同時に行うことができる。
【００４７】［実施例９（端面傾斜モニタＰＤ、図１９R>９）］図１９に示すようにモニタＰＤ５２の端面を１０度〜２０度傾斜させることもありうる。これはＬＤ光がモニタＰＤ５２の端面によって反射されて戻ることを防ぐ意味がある。しかしＰＤはＬＤよりも１０μｍ〜３０μｍ高い位置にあるからＬＤ光でＰＤ端面に当たるものは上向き傾斜を持つビームであるからＬＤには殆ど戻る可能性がない。であるから図２０の従来例より、ＰＤを斜めにする必要性が小さいと言える。
【００４８】[実施例１０（上面入射型モニタＰＤ、図２１２１）]図２１に示すように本発明は上面入射型のモニタＰＤにも適用できる。上面入射型ＰＤというのは基板の上面一部にｐ領域がありｐ電極はリング状の電極になっており、ｎ電極は基板底面の全体を覆うようなＰＤである。ＬＤや光路変換溝に関しては実施例１と似た構造であるがＰＤの構造が少し違う。上面入射型ＰＤを逆さまにして（エピダウン）光路変換溝５０にまたがるように取り付ける。ＬＤ５１から出た光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は傾斜面５７で反射されてＰＤ５２の上面の受光部５４に入射する。このような上面入射型ＰＤを使って、実施例２〜実施例９のような構造のモジュールをも作製することができる。煩雑になるからこれ以上説明しない。
【００４９】［実施例１１（平行底面をもつ光路変換溝を利用、図２２〜図２７）］これまで説明した光路変換溝はＳｉの異方性エッチングによって形成された｛１１１｝傾斜面を有するものであった。しかしそれに限らず、傾斜角は５４．７度以外のものであってもよい。さらに楔型の溝とせずに平行底面が存在するような光路変換溝を利用しても良い。平行底面と４つの傾斜側面からなる溝を使うものは二つの利点がある。一つは製作上のものである。エッチングによって楔の奥底まで除去するには時間がかかるが浅い平行底面を残すのであればエッチング時間を短縮できる。もう一つの利点は反射光量をさらに増やすことができるという機能上の利点である。この点はわかりにくいので図２２〜２８で説明する。このような浅い光路変換溝構造はＳｉベンチに限らず、セラミック基板やガラス基板、プラスチック基板を用いる時にも同様に適用できる。
【００５０】図２２は有底光路変換溝の斜視図である。図２３は有底光路変換溝の縦断面図である。光路変換溝５０は、４方に傾斜側面５５、５７、５８を有しさらに水平の底面５９を有する。ＬＤから出た光は底面５９で反射してさらに後傾斜側面５７で反射しＰＤに入る。あるいは後傾斜側面５７で反射されてＰＤに入射する。ＬＤの発光点をＬとしてＬを含み溝に直角の鉛直面で溝を切断した図が図２２、２３である。溝の切断線の角点をＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆとする。傾斜面５７、５８、底面５９はミラーとなる。傾斜面５７は最も重要である。これをＭ０とする。底面５９はミラーＭ３とする。これはＭ０についで重要である。側面５８はＭ１、Ｍ２とする。レ−ザＬＤの発光点のミラーＭ３に関する鏡像点をＬｍとする。Ｌ点からでてＭ３で反射された光は、鏡像点Ｌｍから直進した光と同視できる。図２４は実施例１１のモジュールの要部の平面図である。ＬＤ５１とモニタＰＤ５２の間に光路変換溝があるが光路変換溝は底面５９を備えている。実施例１とよく似ているがこの点で異なる。底面５９を備えた光路変換溝は、実施例２〜実施例１０にも同様に適用することができる。煩瑣になるからそれらの適用例のモジュールを図示しない。
【００５１】どのミラー面で反射された光がどの程度ＰＤに入るか？ということは光路変換溝の長さ、深さ、傾斜角などに依存する。底面を有する実施例１１の場合、底面の深さが溝幅と無関係に選ばれる。選択自由度がふえて設計がより楽になる。溝が浅いほど、底面５９の役割は重要になる。溝が長いほど底面５９の機能は重みを増す。反対に溝が深くて短いとＭ０がより重要になる。これらのことは定性的に説明することができる。定量的にはＬＤの発光角度分布を正確に知って光線追跡法によってそれぞれのミラーで反射されＰＤにいたる光量を計算すべきである。
【００５２】図２５は光路変換溝の縦断面図を示すが、ＬＤの発光点Ｌと面対称の位置に鏡像点Ｌｍができることを示す。ＬＬｍはＭ３によって垂直に二等分される。底面のミラーＭ３で反射された光はＬｍから出た直進光と等価である。Ｍ３のためにＬｍにもＬＤが存在すると仮想できる。図２６は線分ＬＬｍを含み軸方向に平行な面で切った断面図である。左側のＬ点はレ−ザ発光点で、Ｌｍ点は鏡像点である。後傾斜面がＭ０である。Ｍ０に関する、Ｌ点Ｌｍ点の鏡像点をＬ’、Ｌｍ’とする。Ｍ０の上方にモニタＰＤが存在する。光導波路の厚みｈだけＰＤが高みにあるから、Ｌから軸方向に延びた線よりもｈだけ上方にＰＤが存在する。Ｍ０によってできる鏡像にもＰＤの像ＰＤ’が出現する。ここではＬ’点からのＬＤ光と、Ｌｍ’点からのＬＤ光を書いている。裏面入射型のＰＤの場合を図示しているが上面入射型でも同様である。裏面入射型の場合、厚みを、ＰＤと周辺の樹脂の屈折率の比で縮めるとやはり直進する光線によって考えることができる。図２７は断面図を示す。
【００５３】（イ）Ｍ０一回反射の場合…これが最も重要である。Ｌ点のＭ０に関する鏡像点Ｌ’から光線が出るように見える。ほぼ水平光Ｌ０や下向き光Ｌ２などはＰＤに入射することができる。それだけでなく実施例３でｈが大きい場合ＰＤ’が持ち上がっているから上向き光Ｌ４もＰＤに入射できる。これが重要である。よほどの上向き光Ｌ５はＰＤ’で遮られるが、指向性のよいＬＤであるから、Ｌ５はごく弱い。
【００５４】（ロ）Ｍ３、Ｍ０二回反射の場合…底面５９（Ｍ３）の付与がこのような多重反射を可能にしている。ＬのＭ３による鏡像点がＬｍであり、そのＭ０による鏡像点がＬｍ’点である。その点から出た光はＬｍ０、Ｌｍ１、Ｌｍ４などである。Ｌｍ０、Ｌｍ１は実際には存在しない。従ってＬｍ４付近の光が溝の長さ、深さによってはＰＤに入ることができる。だからより有利になる。溝が短くて浅い場合Ｌｍ’点からの光を殆どすべてＰＤに導き入れることもできる。
【００５５】（ハ）Ｍ３による一回反射の場合…底面５９（Ｍ３）の形成がこのような可能性を与える。Ｌｍ点からの斜め下光Ｌｍ３’が、Ｍ０で反射されることなく直接にＰＤに入るということである。ＰＤの底との角度が大きいからＰＤ底で反射されるが一部は屈折して入る。溝が短く深いほどその比率は大きくなる。底面がないとそのような可能性はなかった。特に上面入射型の場合はこのような光を有効に感受できる。
【００５６】
【発明の効果】本発明は基板上に光導波路を設け、光導波路の途中に光路変換溝を彫り、溝の一方の辺に光導波路層を除去してＬＤを設け、裏面入射型モニタＰＤを光導波路を除去せず光路変換溝に跨るように設置する。光導波路のコア層とＬＤの発光層が同じ高さになり、ＬＤの前方光は光導波路を通じて出てゆく。ＬＤの後方光は光路変換溝で反射してＰＤの裏面に入射する。裏面入射型のＰＤによってＬＤの出力をモニタするのであるが、光路変換溝によって両者を結合している。光導波路を一面に設けた基板の一部に光路変換溝を穿ち、その一方で導波路を除去しＬＤを設け、他方では光路変換溝を覆うようにＰＤを取り付ける。
【００５７】光導波路はＬＤから外部の光ファイバなどへ光を導くために用いる。光導波路を基板の全体に一旦形成するのは容易なことである。その一部を除去するのもフォトリソグラフィによって容易にできる。そこへＬＤを乗せて、光導波路の上にＰＤを乗せる。そのようにすれば、ＰＤの方がＬＤより光導波路の分だけ上にあるからＬＤの後方反射光の多くをＰＤに導入できる。モニタ光が増加するからより精密な制御を行うことができる。光導波路はＬＤ光を光ファイバなどへ導くという役割とＰＤのスペーサとしての二重の役目を果たしている。
【００５８】光導波路層を台に使ってＰＤを持ち上げたところに本発明の精妙な工夫がある。これまでにもその効果に触れたが、ここでより詳しく述べよう。
【００５９】図２８は光路変換溝５０の概略の斜視図である。これによってＬＤの発光点と二つの斜鏡による発光点の虚像の存在を説明する。光路変換溝が底面５９を持つ場合は先に説明した。ここでは底面がない場合を説明する。光路変換溝５０は４つの斜面を含むが光学的に意味があるのは両側の傾斜面と突き当たりの後傾斜面５７である。前傾斜面５５や底稜線５６はたいして意味がない。以下の説明でそのようなことも明らかになる。傾斜面はＬＤ光を反射するミラーとして機能する。ミラーの定義はこれまでのものと同じとする。両側の傾斜面をＭ１、Ｍ２とする。突き当たりの後傾斜面をＭ０とする。ＬＤはストライプ側を基板面に直付けする。つまり倒立（エピダウン）に付けるから発光点Ｌは基板面とほぼ同じ高さである。厳密には発光点ＬはＬＤの底面よりすこし上（下クラッド層分）にある。
【００６０】発光点Ｌを通り基板面に平行の平面を想定し、その平面と光路変換溝面との交点をＡ、Ｂ、Ｇ、Ｋとする。発光点Ｌを通り軸と直角面と光路変換溝の交点をＡ、Ｂ、Ｃとする。ＡとＢは溝の肩に近いが肩よりすこし（ＬＤの上面と発光部の距離分）上である。Ｍ０の底を原点Ｏとする。底稜線５６はＣＯである。Ｍ１はＡＫＯＣ面を、Ｍ２はＢＧＯＣ面を持つ。重要なＭ０はＫＯＧ面を有する。
【００６１】セラミック基板やガラス基板の場合は任意の傾斜角の斜面とすることができる。以下に述べる事は傾斜角によらず妥当することである。（００１）Ｓｉ単結晶を用い異方性エッチングで溝を掘るときは、Ｍ０は（１１１）面、Ｍ１は（−１１１）面、Ｍ２は（１−１１）面となる。斜面ＡＣＯＫと基板面となす角度は５４．７度である。溝の初めＡ点での面の挟角は１２５．３度である。ＡＢの中点にＬＤの発光点Ｌがある。
【００６２】ここでは定性的な様子を知るためにＭ０、Ｍ１、Ｍ２による一回反射又はＭ１、Ｍ２による反射ののち、Ｍ０で反射する光のみ考える。ＬのミラーＭ１による虚像がＳである。ＬのミラーＭ２による虚像がＨである。厳密にはＬＤの角度方向強度分布を知って光線追跡しビームごとに行方を追うべきであるが、幾何光学的な考察で全体的なことが分かる。すなわち発光点Ｌ、Ｓ、Ｈからの 光がどのようにＰＤに入射されるかを考える。
【００６３】図２９はＡＣＢ面での縦断面図である。Ｓｉ基板を異方性エッチングで加工した場合、Ｍ１、Ｍ２の水平に対する傾きは５４．７度である。Ｍ１、Ｍ２の底稜線での挟角は７０．５度である。Ｍ１、Ｍ２で囲まれる突き当たりがＭ０である。Ｌ点はＡＢ線上にある。
【００６４】Ｌ点のミラーＭ１、Ｍ２による鏡像点（虚像）ＳとＨも記入した。平面鏡は物体点Ｌの面対称の位置に鏡像点を作るものである。レ−ザ発光点ＬのＭ２による虚像はＨ点である。∠ＬＣＨ＝７０．５度である。ＬのＭ１に関する鏡像点はＳである。
【００６５】Ｍ０は５４．７度の角度をなすから斜め下方に発光点Ｌ、Ｈ、Ｓの鏡像点Ｌ’、Ｈ’、Ｓ’を作る。図３０にこれを示す。図３０は従来例
【００６６】さらにＰＤの屈折率をｎとすると、ＰＤの底面でスネル法則にしたがって上向きに屈折する。全て直進光で考えたい。ＰＤの屈折率ｎ１と媒質の屈折率ｎ２の比をｎ＝ｎ１／ｎ２（＞１）として、ＰＤを底面に向かって１／ｎに高さを減らしたものを想定する。受光層（破斜線）が１／ｎの高さに来るようにする。そのようにすれば鏡像点からの直線ビームだけを考えれば良いということになる。
【００６７】ここでＰＤの高さｈが問題になる。ＬＤ発光点を基準としてＰＤ底面高さを決める。従来例
【００６８】すなわちＬＤ光の半分はＰＤ’で遮られる。ビーム強度分布はＬ０で最も強いのであるがこれがＰＤ’で遮られている。結局受光層をどのように置いてもＬ’から受光層に入る光量は半分以下である。これはミラーの傾斜が５４．７゜ということによらない。セラミック基板、ガラス基板でその他の斜角を選んでも同様である。
【００６９】本発明の場合を実施例３を例にとって図３１R>１によって示す。ＰＤがＬＤの発光部の高さより高い（ｈ）ので、図３１のようにＰＤのＭ０による鏡像ＰＤ’がｈだけ斜め上にずれる。Ｌ’点からのビームは殆どが受光層に到達することができる。ＰＤ’が後退しているから受光層がＰＤ’の影にならない。Ｌ’のビームのうち最強のＬ０は受光層に入る。上向きビームＬ４も受光層に入る。下向きビームＬ２ 、Ｌ３は当然に受光層に至る。またＨ’、Ｓ’からのＨ４の光も受光層に入る。本発明はＰＤをＬＤより上に（ｈ＞０）とするから、Ｌ’からのビームを有効に受光層へ導く事ができる。ＰＤを上にずらすのはＰＤ’をＬ０ラインより上げることによってＰＤでの遮断損失を減らすのと、ＰＤの位置を上げてＬ’の中心Ｌ０ビームを受光層の中心近くに導入するという二重の利益がある。これによって、モニタ光電流を大いに増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例にかかる金属パッケージ縦型のＬＤモジュールの縦断面図。
【図２】上面入射型モニタ用ＰＤをサブマウントに固定しサブマウントを横にして基板に取り付けることによってＬＤの後方光を上面入射型ＰＤに入射させるようにした従来例にかかる表面実装型の発光装置の断面図。
【図３】Ｓｉ基板の上にＳｉＯ２系光導波路を設けたものの断面図。
【図４】従来例にかかる、底面隅部を面取りしたＰＤを用いたＬＤ・ＰＤ同一平面実装型の発光素子の断面図。
【図５】従来例にかかる、導波路型ＰＤを逆さまに取り付けてＬＤ・ＰＤ同一平面実装型の発光素子の断面図。
【図６】ＬＤとモニタＰＤと光路変換溝を含む本発明の発光装置の縦断面図。
【図７】基板の上に光導波路層を形成し、その上に第１マスクパターン（レジスト）を乗せた状態の断面図。
【図８】第１マスクパターンを通して光導波路層だけをエッチング除去しＬＤを実装すべき部位に第２マスクパターンを設けた状態の断面図。
【図９】第１、第２マスクパターンを通して異方性エッチングすることによって光路変換溝を形成し、マスクパターンを除去し、基板面上にＬＤを導波路層にＰＤを搭載した状態の実施例１の発光装置の平面図。
【図１０】ＬＤを戴置すべき部位において、光導波路層の下クラッド層（アンダークラッド層）を残してエッチングし下クラッド層の上にＬＤを搭載することによって基板とＬＤ電極を絶縁した実施例２の発光装置の断面図。
【図１１】石英ガラスを基板として光路変換溝を機械的手段によって形成し光導波路端面も傾斜面に形成した実施例３の発光装置の断面図。
【図１２】光ファイバ端面を基板の端面に接合した形態の実施例４のモジュールの断面図。
【図１３】基板の前端にＶ溝を切って光ファイバ端部をＶ溝に挿入固定した形態の実施例５のモジュールの断面図。
【図１４】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定した形態の実施例６の断面図。
【図１５】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定し、基板中央部に受信用ＰＤと増幅用ＡＭＰを設けた送受信用にかかる実施例７の平面図。
【図１６】基板の前端に深いＶ溝と浅いＶ溝を設け、フェルールは深いＶ溝に、光ファイバ（コア＋クラッド）は浅いＶ溝に挿入固定し、基板中央部に受信用ＰＤと増幅用ＡＭＰを設けた送受信用にかかる実施例７の断面図。
【図１７】実施例７のモジュールをプラスチックモールドパッケージに収容した状態の平面図。
【図１８】基板中央に、送信光は直進させ受信光は反射するＷＤＭフィルタを設け光導波路の側方に受信用ＰＤを設けて送受信用にした実施例８の平面図。
【図１９】モニタ用ＰＤの端面を光路変換溝の軸直角面に対して１０度〜２０度傾けた実施例９の概略平面図。
【図２０】ドイツ特許ＤＥ４３ １３ ４９２ Ｃ１「電気光学的発光素子に対する電気光学的受光素子の結合構造」によって提案されたＬＤとモニタＰＤの結合構造の断面図。
【図２１】上面入射型ＰＤをエピダウンで取り付けた実施例１０の縦断面図。
【図２２】光路変換溝の傾斜側面の真ん中に底面を付与した実施例１１のモジュールの光路変換溝の斜視図。
【図２３】実施例１１の光路変換溝の縦断面図。
【図２４】底面を有する光路変換溝を有する実施例１１のモジュールの概略の平面図。
【図２５】底面を有する光路変換溝においてＬＤの発光点ＬのＭ３に関する鏡像点Ｌｍを示す説明図。
【図２６】ＬＤの点Ｌからの直接光、底面での反射光（Ｌｍ）が、Ｍ０で反射されたときに、Ｍ０の鏡像点Ｌ’、Ｌｍ’からＰＤに向かって直進するビームに置き換えて考えるためのビーム面と垂直の方向から見た説明図。
【図２７】光路変換溝の傾斜側面の真ん中に底面を付与した実施例１１のモジュールの断面図。
【図２８】ＬＤ発光点と光路変換溝の近傍のみの断面斜視図。
【図２９】光路変換溝の稜線に直角な面で切断した縦断面図。
【図３０】 ＬＤビーム中心線からのＰＤ底面の距離をｈとして、ｈ＝０の時のＬＤ発光点Ｌ、その虚像点Ｈ、Ｊ、Ｓ、Ｔのミラー面Ｍ０による虚像（鏡像）点Ｌ’、Ｈ’、Ｊ’、Ｓ’、Ｔ’と、虚像点からの光線とＰＤの受光部５４の関係をＭ０に平行な方向から見た説明図。
【図３１】ＬＤビーム中心線からのＰＤ底面の距離をｈとして、ｈ＞０の時のＬＤ発光点Ｌ、その虚像点Ｈ、Ｊ、Ｓ、Ｔのミラー面Ｍ０による虚像点Ｌ’、Ｈ’、Ｊ’、Ｓ’、Ｔ’と、虚像点からの光線とＰＤの受光部５４の関係をＭ０に平行な方向から見た説明図。
【符号の説明】
１ ＬＤモジュール
２ ステム
３ マウント
４ ＬＤチップ
５ モニタＰＤチップ
６ キャップ
７ 開口
８ レンズホルダ−
９ レンズ
１０ フェルールホルダ−
１１ 光ファイバ
１２ フェルール
１３ ピン
１４ Ｓｉ基板
１５ パッケージ
１６ ＬＤ
１７ 光導波路
１８ サブマウント
１９ モニタＰＤ
２０ 光ファイバ
２１ コア
２２ 発光層
２３ 受光領域
２４ 下クラッド層
２５ 上クラッド層
２６ Ｓｉ基板
２７ パッケージ
２８ ＬＤ
２９ モニタＰＤ
３０ 光導波路
３１ 光ファイバ
３２ ＰＤ底面
３３ 傾斜底面
３４ 受光面
３５ 光導波路コア
３６ 光ファイバコア
３７ Ｓｉ基板
３８ パッケージ
３９ ＬＤ
４０ モニタＰＤ
４１ 光導波路
４２ 光ファイバ
４３ 発光部
４４ 光導波路コア
４５ 光ファイバコア
４６ 導波路型受光層
４７ 基板
４８ 光導波路層
４９ 光導波路層
５０ 光路変換溝
５１ ＬＤ
５２ ＰＤ
５３ 発光部
５４ 受光層
５５ 前傾斜面
５６ 底稜線
５７ 後傾斜面
５８ 傾斜面
５９ 底面
６０ 第１マスクパターン
６１ 第１開口部
６２ 第２マスクパターン
６３ 傾斜面
６４ 傾斜面
６５ 隙間
６６ 光導波路傾斜面
７０ 光ファイバ
７１ Ｖ溝
７２ 透光性樹脂
７３ Ｖ溝
７４ フェルール
７５ 固定用樹脂
８０ 受信用ＰＤ
８１ ＡＭＰチップ
８２ ＷＤＭフィルタ
８４ 受信用ＰＤ
９０、９１ ピン
９２ 導波路
９３ 導波路
２００ Ｓｉ基板
２０１ 傾斜壁
２０２ 水平壁
２０３ 傾斜壁
２０４ 長溝
２０５ ＬＤ
２０６ ＰＤ
２０７ 発光部
２０８ 受光面
２０９ 下方光
２１０ 上方光
２１１ 水平光
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上方でＬＤ底面より高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】 モニタ用ＰＤは光導波路層の上に固定され、ＬＤは光導波路の全部或いは一部を除去した面に固定され、導波路層の全体厚みあるいは一部厚みの分だけＰＤがＬＤより高くなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】 基板が、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板或いはＩｎＰ基板の何れかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】 基板が、ガラス基板或いはセラミック基板であり、基板の光路変換溝に続く光導波路も斜めに研磨加工され反射を増強した事を特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項５】 光路変換溝は、傾斜した側面の組み合わせ、或いは傾斜した側面と底面の組み合わせからなり、側面又は側面と底面に反射率を上げるためにＡｕ、Ａｌの金属被膜或いは誘電体被膜を被覆した事を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の発光装置。
【請求項６】 光路変換溝、ＬＤ、ＰＤ、光導波路端を含む部分を透光性樹脂によって覆った事を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の発光装置。
【請求項７】 光導波路がＳｉＯ２系の導波路である事を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の発光装置。
【請求項８】 ＰＤが裏面入射型で受光面が上側に設けられることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の発光装置。
【請求項９】 ＰＤが上面入射型であって受光面が下を向くように設けられている事を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の発光装置。
【請求項１０】 ＬＤがエピダウンで基板に取り付けられている事を特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の発光装置。
【請求項１１】 基板の上に受信用ＰＤが設けられ、光導波路の途中に設けたＷＤＭフィルタによって受信光を分離して受信用ＰＤへ導くようにしたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の発光装置。
【請求項１２】 基板の端に大小のＶ溝を切り、大Ｖ溝にフェルールを小Ｖ溝にファイバの先端を固定したことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の発光装置。
【請求項１】 基板と、基板の表面の一部に形成され光を導くコアを有する光導波路層と、光導波路層の一部或いは全部を除いた基板面に設けられ前方光と後方光を生じ前方光は光導波路コアを伝送するようにしたＬＤと、ＬＤの背後において基板を穿つことによって形成されＬＤの後方光を反射する光路変換溝と、ＬＤ後方光を検出するため光路変換溝の上方でＬＤ底面より高い位置に固定されたモニタ用ＰＤとを含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】 モニタ用ＰＤは光導波路層の上に固定され、ＬＤは光導波路の全部或いは一部を除去した面に固定され、導波路層の全体厚みあるいは一部厚みの分だけＰＤがＬＤより高くなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】 基板が、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板或いはＩｎＰ基板の何れかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】 基板が、ガラス基板或いはセラミック基板であり、基板の光路変換溝に続く光導波路も斜めに研磨加工され反射を増強した事を特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項５】 光路変換溝は、傾斜した側面の組み合わせ、或いは傾斜した側面と底面の組み合わせからなり、側面又は側面と底面に反射率を上げるためにＡｕ、Ａｌの金属被膜或いは誘電体被膜を被覆した事を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の発光装置。
【請求項６】 光路変換溝、ＬＤ、ＰＤ、光導波路端を含む部分を透光性樹脂によって覆った事を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の発光装置。
【請求項７】 光導波路がＳｉＯ２系の導波路である事を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の発光装置。
【請求項８】 ＰＤが裏面入射型で受光面が上側に設けられることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の発光装置。
【請求項９】 ＰＤが上面入射型であって受光面が下を向くように設けられている事を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の発光装置。
【請求項１０】 ＬＤがエピダウンで基板に取り付けられている事を特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の発光装置。
【請求項１１】 基板の上に受信用ＰＤが設けられ、光導波路の途中に設けたＷＤＭフィルタによって受信光を分離して受信用ＰＤへ導くようにしたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の発光装置。
【請求項１２】 基板の端に大小のＶ溝を切り、大Ｖ溝にフェルールを小Ｖ溝にファイバの先端を固定したことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２９】
【図２６】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２７】
【図２９】
【図２６】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２００１−２０３４１９（Ｐ２００１−２０３４１９Ａ）
【公開日】平成１３年７月２７日（２００１．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−１２８５７（Ｐ２０００−１２８５７）
【出願日】平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００４６４０）日本発条株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年７月２７日（２００１．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００４６４０）日本発条株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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