DE3430762A1 - Licht emittierendes bauelement - Google Patents

Licht emittierendes bauelement

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DE3430762A1
DE3430762A1 DE19843430762 DE3430762A DE3430762A1 DE 3430762 A1 DE3430762 A1 DE 3430762A1 DE 19843430762 DE19843430762 DE 19843430762 DE 3430762 A DE3430762 A DE 3430762A DE 3430762 A1 DE3430762 A1 DE 3430762A1
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light
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fiber
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Kunio Takasaki Gunma Aiki
Satoru Gunma Ishii
Tugio Nemoto
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Hitachi Iruma Electronic Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Iruma Electronic Co Ltd
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Description

-A-
Beschreibung^
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauelement, das insbesondere als Lichtquelle für optische Kommunikationssysteme zu verwenden ist.
Der Aufbau eines von den Anmeldern schon früher vorgeschlagenen Laserdioden-Bauelements mit einer optischen Faser (japanische Patentanmeldung Nr. 57-177654) wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.
Bei diesem Bauelement ist ein Laserdioden-Chip (Chip) 3 auf der Hauptoberfläche einer Grundplatte 1 mittels eines Trägers (2) unter Verwendung eines Lotes 4 und 5 angebracht. Das photogekoppelte Ende 8 einer optischen Faser 7, die von einer durch den Rand der Grundplatte 1 hindurchtretenden und daran befestigten Faserführung 6 gehaltert ist, steht der Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber. Die aus dieser Fläche des Chips 3 austretende Laserstrahlung 9 wird durch das photogekoppelte Ende 8 in die optische Faser 7 eingeleitet und unter Verwendung dieser Faser 7 als Ubertragungsmedium für die Laserstrahlung 9 nach außen abgeführt. Zusätzlich ist der Teil der optischen Faser 7 mit dem photogekoppelten Ende in eine öffnung 11 eingeführt, die in einer auf der Hauptoberfläche der Grundplatte 1 vorgesehenen, hervortretenden Halterung gebildet ist. Die Faser ist darin durch ein Befestigungsmaterial 12, wie z.B. ein Harz oder ein Lot, fixiert, mit dem die öffnung 11 gefüllt ist. Die öffnung 11 ist so ausgelegt, daß ihr Zentrum dem Mittelteil der Austrittsfläche des Chips 3 entspricht. Auf den gesamten Umfang der in die öffnung 11 eingeführten optischen Faser 7 wirkt beim Aushärten des Befestigungsmaterials 12 eine einheitliche Zugkraft, wodurch die optische Faser 7 selbst nach dem Aushärten des Befestigungsmaterials in der Mitte der öffnung 11 gehalten
werden kann. Dadurch erfolgt die Lichteinführung in die optische Faser 7 mit hoher Wirksamkeit, d.h. der Wirkungsgrad der Photokopplung wird hoch. Die Faserführung 6 ist mit einer Silberpaste 13 hermetisch mit der Grundplatte 1 verbunden. Die optische Faser 7 ist an der Faserführung 6 mit einem Harz 14 befestigt.
Weitere Untersuchungen der Erfinder ergaben jedoch, daß selbst bei Anwendung der oben genannten Technik die optischen Achsen der optischen Faser und des Chips manchmal abweichen, wodurch sich ein nicht abgestimmtes Bauelement ergibt.
Als Gründe für die Abweichung oder Fehlanpassung der optischen Achsen ergaben sich folgende Punkte:
Die Justierung der optischen Achsen der Laserstrahlung und der optischen Faser erfolgt derart, daß das photogekoppelte Ende 8 der in der Faserführung 6 sitzenden optischen Faser 7 in die Öffnung 11 der Halterung 10 eingeführt und daraufhin das aus einem flüssigen Harz bestehende Befestigungsmaterial 12 in die öffnung 11 eingebracht wird. Wie oben beschrieben, ist das Bauelement so ausgelegt, daß durch die Haftkraft des Harzes auf die optische Faser 7 ein gleichmäßiger Zug in ihrer Ümfangsrichtung ausgeübt wird, und daß sie deshalb in der Mitte der kreisförmigen öffnung 11 liegt. Bei der Justierung der optischen Achsen wird die Position des feinen stirrseitigen Endbereiches der Faserführung 6 durch Aufbringen einer äußeren Kraft eingestellt, um die Position zu suchen, in der ein Maximum der aus dem befestigten Chip 3 austretenden Laserstrahlung in die optische Faser 7 aufgenommen werden kann. Nachdem diese Position in dieser Weise festgelegt ist, wird Harz in die öffnung 11 eingebracht und thermisch ausgehärtet, um das stirnseitige Ende -ier optischen Faser zu fixieren. Demgemäß sollten die optischen Achsen der Laserstrahlung und der optischen Faser un-
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- 6 - Ci ^ O U / C ..
mittelbar nach dem thermischen Aushärten des in die Öffnung 11 als Fixiermaterial eingebrachten Harzes in der Lage sein, in der der Wirkungsgrad der Photokopplung maximal ist. Wie oben beschrieben, treten jedoch manchmal nach dem thermisehen Aushärten des Harzes Abweichungen der Position der optischen Faser auf, wodurch ihre Wirksamkeit für den Empfang des Lichts stark verringert wird.
Der Grund für diesen Nachteil liegt im folgenden: Wenn vor dem Einfüllen des Harzes das stirnseitige Ende der Faserführung verformt wird/ um die optischen Achsen der optischen Faser 7 und des Laserchips 3 zu justieren, tritt in der Faserführung 6 eine Restspannung auf. Wird für das thermische Aushärten des Harzes Wärme aufgebracht, so erfolgt in manchen Fällen eine Verformung der die Restspannung aufweisenden Faserführung 6, so daß Schwankungen der Position des stirnseitigen Endbereiches der optischen Faser 7 auftreten, die zu einer DeJustierung der optischen Achsen führen.
Die Positionsabweichungen der optischen Faser können auch aufgrund von Wärmebehandlungen (bei 7O0C für einige zehn Minuten) auftreten, die im Zusammenhang mit der Verbindung zwischen einer Leitung und einem Golddraht, dem dichten Aufbringen (Nahtschweißung) einer Kappe für den hermetischen Verschluß usw. vorgenommen werden. Es stellte sich jedoch heraus, daß diese Positionsabweichungen der optischen Faser nicht häufig sind, und daß die Dejustierung der optischen Achsen vor allem während des thermischen Aushärtens des Harzes auftritt. Man fand heraus, daß die dabei auftretende Abweichung der Position der optischen Faser in einer Größenordnung von etwa 0,2 bis 0,4 μΐη liegt und damit den erlaubten Wert von 0,1 bis 0,2 μΐη überschreitet, so daß die Fehlanpassung der optischen Achsen auftritt.
Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein Licht emittierendes Bauelement anzugeben, das
die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise vermeidet.
Eine spezielle Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Licht emittierendes Bauelement zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad der Photokopplung zwischen einem Licht abgebenden Bauteil und einer optischen Faser für die Weiterleitung der von diesem Bauteil abgegebenen Strahlung aus dem Bauelement heraus aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Licht emittierendes Bauelement mit einer hohen Produktionsausbeute anzugeben.
Erfindungsgemäß wird ein Bauelement für die optische Kommunikation mit einer Struktur, in der ein Chip mit einem Licht aussendenden Bauteil und das photogekoppelte Ende einer optisehen Faser einander gegenüber auf der Oberfläche einer Grundplatte befestigt sind, so aufgebaut, daß der photogekoppelte Endbereich der optischen Faser durch ein Harz in einer öffnung fixiert ist, die in einer auf der Grundplatte angebrachten flexiblen Halterung gebildet ist. Der Zustand der Photokopplung zwischen dem Chip und der optischen Faser wird untersucht, während von dem Chip Strahlung emittiert wird. Ist der Zustand der Photokopplung des Bauelements mangelhaft, so wird in einer gewünschten Richtung auf den Kopfteil der Halterung eine äußere Kraft ausgeübt, um die Position des photogekoppelten Endes der optischen Faser nachzustellen, wodurch der Wirkungsgrad der Photokopplung erhöht werden kann. Als Folge davon lassen sich Bauelemente für die optische Kommunikation, die einen günstigen Photokopplungs-Wirkungsgrad aufweisen, mit hoher Produktionsausbeute herstellen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht der wesentlichen Bereiche eines oben beschriebenen Laserdioden-Bauelements mit einer optischen Faser;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Laserdioden-Bauelement mit einer optischen Faser nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III' in Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht wesentlicher Bereiche von Fig. 2;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer in Fig. 2 gezeigten Halterung während der Justierung;
Fig. .6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Halterung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Halterung;
Fig. 8 eine Schnittansicht der wesentlichen Bereiche eines Laserdioden-Bauelements mit einer optischen Faser nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9
und 1o perspektivische Ansichten der wesentlichen Bereiche einer Halterung für die optische Faser nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 11 eine Ansicht der wesentlichen Bereiche einer Halterung für die optische Faser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist ein Bauelement mit einer Laserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer länglichen Grundplatte 1 angeordnet. Für die Grundplatte 1 wird eine Oberfläche einer länglichen Metallplatte so bearbeitet, daß in ihrem Mittenbereich eine ringförmige Verschlußwand 15 gebildet wird. Die Metallplatte wird auf der Innenseite dieser ringförmigen Verschlußwand 15
noch weiter ausgenommen, und daraufhin wird in der Mitte auf dem Boden der Ausnehmung ein Sockelbereich 16 gebildet. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist auf dem Sockelbereich 16 durch ein Lot 5 ein Träger 2 angebracht, auf dem mit einem Lot 4 ein Laserdioden-Chip (Chip) 3 befestigt ist. An beiden Enden der Grundplatte 1 sind jeweils Führungsöffnungen 17 und 18 vorgesehen, die in Richtung der Austrittsflächen des Chips 3 verlaufen, von denen die Laserstrahlung 9 ausgeht. Eine Faserführung 6, in der eine optische Ein-Mode-Faser 7 mittig und mit guter Passung eingeführt und befestigt ist, ist in eine Führungsöffnung 17 eingesetzt und auf der Grundplatte 1 mit einer Silberpaste 13 befestigt. Das stirnseitige Ende der optischen Faser 7 liegt einer Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber, um die Laserstrahlung 9 in die optische Faser 7 aufzunehmen. In diesem Falle ist, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, ein photogekoppeltes Ende 8 am stirnseitigen Ende der optischen Faser 7 in eine in einer Halterung 20 gebildete öffnung mit kreisförmigem Querschnitt eingeführt, wobei die Halterung 20 die Form eines Rundstabes aufweist, z.B. aus Kovar hergestellt und auf dem Sockelbereich 16 der Grundplatte 1 mit einer Silberpaste 19 befestigt ist. Zusätzlich ist die Faser 7 mit einem Befestigungsmaterial 22 fixiert, das in die Öffnung 21 eingebracht ist.
Weiterhin ist in der anderen Führungsöffnung 18 eine überwachungsfaser 23 mit guter Passung eingesetzt und befestigt. Das stirnseitige Ende dieser Überwachungsfaser 23 liegt der anderen Austrittsfläche des Chips 3 gegenüber, um die Lichtintensität der Laserstrahlung zu überwachen. Daneben sind in der Grundplatte 1 zwei Leitungen 24 und 25 angeordnet. Die eine Leitung 24 ist eine Masseleitung, die mit der Grundplatte 1 verschweißt und mit der unteren Elektrode des Chips 3 über die Grundplatte 1 sowie den Träger 2 elektrisch verbunden ist. Die andere Leitung 25 ist an der Grundplatte 1 durch ein nicht gezeigtes Glas (Isolator) angebracht. Ihr
inneres Ende tritt aus der Endfläche der Grundplatte 1 in einen Leerraum innerhalb der ringförmigen Verschlußwand 15. Dieses innere Ende und die obere Elektrode des Chips 3 sind durch eine aus einem Golddraht hergestellte Leitung 26 elektrisch verbunden. Weiterhin ist auf der Oberseite der ringförmigen Verschlußwand 15 durch Nahtschweißung eine flache Kappe 27 hermetisch angebracht, um den Chip 3 usw. hermetisch zu verkapseln. Zusätzlich sind in den vier Ecken der Grundplatte 1 Montageöffnungen 28 vorgesehen, die bei der Verkapselung des Bauelements genutzt werden.
Die Herstellung eines derartigen Laserdioden-Bauelements erfolgt in folgenden Schritten:
Nach der Vorbereitung der Grundplatte 1 werden die Faserführung 6, die Halterung 20 und die Überwachungsfaser 23 mit der Silberpaste befestigt. Anschließend wird der Träger 2, auf dem der Chip 3 angebracht ist, ausgerichtet und auf dem Sokkelbereich 16 der Grundplatte 1 mit dem Lot 5 befestigt. Daneben werden die obere Elektrode des Chips 3 (die nicht dargestellte Elektrode, die auf der oberen Oberfläche des Chips liegt) und die Leitung 25 durch den Draht 26 verbunden.
Anschließend wird die optische Faser 7 in die Faserführung 6, und das photogekoppelte Ende 8 an deren stirnseitigem Ende in die öffnung 21 der Halterung 20 eingeführt, so daß es der Austrittsfläche des Chips 3 gegenüberliegt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die plattierte Schicht der optischen Faser 7 in deren stirnseitigem Endbereich mit einem Feinschliff in Form einer Verjüngung ähnlich einer Bleistiftspitze versehen,und der Kern der Faser an seinem äußersten Ende sphärisch bearbeitet, so daß er eine Krümmung aufweist. Der sphärisch bearbeitete Teil des Kerns arbeitet als eine Linse, so daß die Laserstrahlung 9 wirksam in die optische Faser 7 eingeleitet werden kann. Danach wird die optische Faser 7 unter Verwendung eines Befestigungsmaterials 29 aus einem Harz am stirnseitigen
Endbereich der Faserführung 6 befestigt, und die Öffnung der Faserführung geschlossen.
Im nächsten Schritt wird, während an den Chip 3 eine vorgegebene Spannung angelegt ist, so daß dieser Licht emittiert, eine optische Ausgabe erfaßt, die in die optische Faser eingeleitet wird. Um diese optische Ausgabe zu maximieren, wird der stirnseitige Endbereich der Faserführung 6 geringfügig in allen Richtungen bewegt, wodurch das photogekoppelte Ende 8 so ausgerichtet wird, daß es in der Mitte der öffnung 21 liegt. Konstruktionsgemäß wird der Wirkungsgrad der Photokopplung maximal, wenn der photogekoppelte Endbereich der optischen Faser 7 in der Mitte der öffnung 21 positioniert ist.
Daraufhin wird das aus einem Harz bestehende,flüssige Befestigung smaterial 22 in die Öffnung 21 der Halterung 20 eingebracht. Das Befestigungsmaterial 22 weist eine Haftkraft auf. Daneben hat die optische Faser 7 einen Außendurchmesser von z.B. 125 μΐϋ und die Öffnung 21 einen Durchmesser von z.B. 400 μπι, so daß sie nahe beieinander liegen. Deshalb wirkt eine Zugkraft zwischen der ümfangsflache der optischen Faser 7 und der der Öffnung 21, die auf die Haftung zurückzuführen ist. Da die Öffnung 21 kreisförmig ist, ist das im gesamten Umfangsbereich der optischen Faser 7 vorhandene Befestigungsmaterial 22 gleichmäßig verteilt, so daß auf die gesamte Umfangsfläche von einer gleichmäßigen Kraft ein radialer Zug ausgeübt wird, wodurch die optische Faser 7 automatisch in der Mitte der öffnung 21 positioniert wird.
Als nächster Schritt wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um das Befestigungsmaterial 22 in der öffnung 21 auszuhärten. In diesem Falle ist die Temperatur der Wärmebehandlung auf einen niedrigen Wert von z.B. 700C festgesetzt, um eine Ummantelung 30, die die optische Faser 7 bedeckt, nicht zu beschädigen.
Im nächsten Schritt wird eine erneute Erfassung der optischen Ausgabe durchgeführt. Wenn sich die optische Ausgabe verringert hat, wird die Halterung 20 beispielsweise mit einem Korrekturwerkzeug 31, wie in Fig. 5 gezeigt, geringfügig gebogen. Da dieses Korrekturwerkzeug 31 an seiner unteren Endfläche mit einer Einführöffnung 32 für die Halterung 20 versehen ist, wird es auf die Halterung 20 so aufgesetzt, daß deren Kopfbereich in die Einführöffnung 32 eingreift. Daraufhin wird die Halterung 20 geringfügig nach unten bewegt, um das photogekoppelte Ende zu justieren, so daß die optische Ausgabe der optischen Faser 7 maximiert werden kann. Wenn der Kopfbereich der Halterung 20 nach unten in Richtung des Chips bewegt wird, wird auch das photogekoppelte Ende 8 nach unten verschwenkt; wenn der Kopfbereich jedoch in der Gegenrichtung nach unten bewegt wird, bewegt sich das photogekoppelte Ende nach oben. Bei einer Bewegung des Kopfbereiches der Halterung 20 in Seitenrichtung bewegt sich das photogekoppelte Ende seitlich entlang der Hauptoberfläche der Grundplatte 1. Die Höhe W1 der öffnung 21 der Halterung 20 und die Länge W2 von der Öffnung 21 zum Kopfbereich der Halterung 20 sollten möglichst groß gewählt werden, um zu verhindern, daß das Korrekturwerkzeug 31 beim Verschwenken der Halterung 20 die optische Faser 7 berührt und bricht. Aus diesem Grund sollte für die Werte W1 und W2 möglichst folgende Beziehung gelten: W2 > W1. Wenn der Kopfbereich einer Kraft ausgesetzt wird, krümmt sich die Halterung 20 ausgehend von ihrem Fußbereich. Das Ausmaß dieser Krümmung nimmt in Richtung des Kopfbereiches zu. Wird W2 größer gemacht, genügt demnach eine geringere Kraft zur Bewegung des Werkzeugs 31 für die Einstellung der Position des stirnseitigen Endes der Faser 7, so daß feine Einstellungen erleichtert werden. Um auf einfache Art eine plastische Verformung der Halterung 20 mit einer geringen Kraft zu ermöglichen, wird die Halterung 20 mit einem kleinen Durchmesser von z.B. 1 mm ausgeführt. Um Schwankungen der Position der Halterung 20 relativ zum Chip usw. auf-
grund von Wärme zu verhindern, wird sie aus dem gleichen Material (z.B. Kovar) wie die Grundplatte 1 und die Faserführung 6 hergestellt, so daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser Bauteile übereinstimmen. Kovar ist als Material für die Halterung 20 gut geeignet, da es sich bei Aufbringen von Hitze nur schwer plastisch deformiert. Ohne spezielle Beschränkung darauf besteht die Halterung 20 aus einem dünnen Bereich 33, der die Öffnung 21 aufweist und verformbar ist, und aus einem flachen Sockelbereich 34, der auf der Grundplatte 1 befestigt ist.
Im nächsten Schritt wird die aus Kovar hergestellte Kappe 27 auf der ringförmigen Verschlußwand 15 angeordnet und mittels Nahtschweißung hermetisch befestigt.
In Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Halterung gezeigt. Danach ist bei der oben beschriebenen Halterung 20 der Fußbereich des an den Sockelbereich 34 anschließenden,verformbaren Teiles 33 verjüngt, so daß er leicht gebogen werden kann. Diese Verjüngung oder Einschnürung 35 ist leicht gekrümmt, weil dadurch die Spannungskonzentration bei Aufbringen einer äußeren Kraft auf den Kopfbereich der Halterung 20 ansteigt. Da der verformbare Teil mit der öffnung 21 für die Einführung der optischen Faser 7 versehen ist, ruft auch der mit der Öffnung 21 ausgebildete Teil eine Spannungskonzentration hervor, selbst wenn die optische Faser 7 und das Befestigungsmaterial 22 darin aufgenommen sind. In einigen Fällen könnte die Halterung 20 im Bereich der Öffnung 21 abbrechen. Ist jedoch, wie in dieser Ausführungsform, die Einschnürung 35 vorgesehen, ist die Spannungskonzentration in diesem Einschnürungsbereich größer, so daß sich die Halterung 20 hier verbiegt und kein Bruch auftritt.
In Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Halterung gezeigt. Danach haben der verformbare Teil 33 und der Sockelbereich 34 der Halterung 20 rechteckige Querschnitte; es lassen sich jedoch ähnliche Wirkungen wie mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielen. Das heißt, die Halterung 20 kann außer als runder Stab durchaus auch mit einer anderen Struktur ausgebildet werden. Da nach diesem Ausführungsbeispiel der Sockelbereich 34 rechteckig ist, läßt sich die Halterung 20 bei ihrer Befestigung auf der Grundplatte 1 ohne weiteres ausrichten.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der Zeichnung sind die Teile, die mit denen in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmen oder ihnen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Faserführung 6 durch die in der Halterung 20 vorgesehene Öffnung 21 hindurchtritt und darin durch eine Silberpaste 36 befestigt ist. Der Durchmesser der Faserführung 6 wird beispielsweise auf 500 μπι, der Durchmesser der Öffnung 21 auf 800 μΐη festgesetzt. Die Halterung 20, die Faserführung 6 und die Grundplatte 1 sind aus demselben Material (beispielsweise Kovar) hergestellt, so daß ihre thermischen Ausdehnungskoeffizienten übereinstimmen, um Positionsschwankungen relativ zum Chip aufgrund von Wärme zu verhindern. Da in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine aus Siliziumoxid hergestellte optische Faser 7 direkt in der Öffnung der Halterung 20 befestigt ist, ist eine Silberpaste als Befestigungsmaterial dafür ungeeignet. (Mit der Silberpaste wird die auf die Faser wirkende thermische Spannung groß.) Im Gegensatz dazu wird nach diesem Ausführungsbeispiel die Faserführung verlängert, um die optische Faser 7 in der öffnung 21 der Halterung 20 mittels dieser Faserführung zu befestigen, so daß die Silberpaste als Befestigungsmaterial verwendet werden kann. Die Silberpaste hat vorteilhafte Eigenschaften betreffend
die Verbindung mit der Faserführung und weist eine höhere Zuverlässigkeit als ein Harz auf. In einer derartigen Struktur werden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kontaktteile zwischen der Grundplatte und der Faserhalterung und zwischen der Faserführung und der Faserhalterung im wesentlichen gleich, so daß die auf die Faser wirkende thermische Spannung sehr klein gehalten werden kann. Weiterhin wird eine mechanische Spannung, die von der Halterung 20 bei der Feinjustierung der optischen Achsen nach der Fixierung der Faser ausgeübt wird, zu einem gewissen Anteil durch die verlängerte Faserführung absorbiert, so daß eine etwaige überschüssige mechanische Spannung nicht auf die optische Faser wirkt. Als Folge davon wird die gewünschte Wirkung, nämlich die Verschlechterung des Wirkungsgrads der Photokopplung zu verhindern, weiter gesteigert und auch die Zuverlässigkeit erhöht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Halterung für die optische Faser nicht als getrenntes Bauteil, sondern mittels entsprechender Materialbearbeitung einstückig mit der Grundplatte ausgebildet. Da die Lagegenauigkeit der Halterung relativ zur Grundplatte in diesem Fall von der Bearbeitung abhängt, läßt sie sich steigern. Weiterhin ist die optische Faser auch nach dieser Ausführungsform in der in der Halterung gebildeten öffnung fixiert, wobei diese Öffnung nicht nur kreisförmig, sondern beispielsweise ebenso rechteckig oder quadratisch sein kann. Eine öffnung in dieser Ausführungsform ist mit Bezugsziffer 37 in Fig. 9 dargestellt.
Wie in Fig. 10 gezeigt, kann auch eine Struktur gewählt werden, in der eine öffnung 38 mit einem feinen Schlitz 39 versehen ist, durch den die Silberpaste eingebracht wird. Weiterhin ist ein Aufbau möglich, in dem die optische Faser in der Halterung 20 nicht in einer Loch-Öffnung, sondern in e:ner Nut oder Rinne oder auf einem Vorsprung gelagert ist,
die jeweils in oder an der Halterung vorgesehen sind. Weiterhin ist als Befestigungsmaterial für die Fixierung der optischen Faser auch ein spezielles Lot möglich, das für das Verbinden eines Glases verwendet wird. Durch die Haftkraft des Lotes kann die optische Faser in der Mitte der kreisförmigen öffnung positioniert und fixiert werden.
Gemäß dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Halterung 20 wiederum einen Einschnürungs-Bereich 41 auf. Untersuchungen der Erfinder ergaben, daß diese Struktur für die praktische Anwendung am besten geeignet ist, da sich bei Aufbringen einer Kraft auf den Kopfbereich der Halterung ein verformbarer Bereich 33 leicht bewegen läßt, wodurch die Justierung der optischen Faser erleichtert wird, und da die plastische Deformation der Halterung 20 bei Aufbringen von Wärme gering ist. Im einzelnen beträgt in diesem Ausführungsbeispiel der Durchmesser der Halterung 1 mm, die Höhe des verformbaren Bereiches 33, ausgehend von der Oberfläche eines Sockelbereiches 34, 2,6 mm, der Durchmesser der Öffnung 21 0,4 mm, der Durchmesser des Sockelbereiches 34 1,8 mm, die Länge von der Oberseite der Halterung bis zur Mitte der öffnung 1,55 mm, die Breite des Einschnürungsbereiches 41 0,4 mm, der geringste Durchmesser des Einschnürungsbereiches 41 0,6 mm, die Länge vom Mittelpunkt der öffnung bis zur Mitte des Einschnürungsbereiches 0,6 mm und die Höhe von der Oberfläche des Sockelbereiches bis zur Mitte des Einschnürungsbereiches 0,45 mm.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende Wirkungen erzielen:
(1) Nach Fixierung der optischen Faser 7 kann die Position eines photogekoppelten Endbereiches für die Aufnahme von Licht korrigiert werden. Daher können die optischen Achsen des Chips 3 und der optischen Faser 7 in einem abschließenden Montageschritt vor dem Aufbringen des Gehäu-
ses justiert werden, selbst wenn während der Fixierung der optischen Faser usw. eine Positionsabweichung der Faser aufgetreten ist. Damit ergibt sich ein Laserdioden-Bauelement mit einem hohen Wirkungsgrad der Photokopplung.
(2) Nach dem obigen Punkt (1) kann im abschließenden Montageschritt der Zustand der Photokopplung eingestellt werden, so daß das Auftreten der Fehlanpassung der optischen Achsen reduziert werden kann, wodurch eine Steigerung der Ausbeute erzielt wird.
(3) Die Justierung der optischen Achse der optischen Faser 7 relativ zum Chip 3 ist einfach durchzuführen, indem die Halterung 20 für die optische Faser 7 in einer gewünschten Richtung gebogen wird. Damit wird auch die Arbeitsausbeute gut.
(4) Der photogekoppelte Endteil der optischen Faser 7 ist in die kreisförmige Öffnung 21 eingesteckt und so gehaltert, daß auf seinen gesamten Umfang durch ein flüssiges Befestigungsmaterial 22 ein gleichmäßiger Zug ausgeübt wird. Daher wird er automatisch in der Mitte der Öffnung 21 positioniert; die Lagegenauigkeit des photogekoppelten Endes 8 wird hoch, und das Akzeptanzverhältnis betreffend die Justierung der optischen Achse der optischen Faser zum Chip 3 steigt an. Dementsprechend muß der Arbeitsschritt der NachJustierung der optischen Achse, bei dem die Halterung 20 verbogen wird, nicht für alle Produkte durchgeführt werden, so daß die für die Montage aufzuwendende Arbeitszeit reduziert werden kann.
(5) Wenn die Halterung 20 für die optische Faser 7 in ihrem unteren Teil mit einem Einschnürungsbereich 35 versehen ist, tritt leicht eine Spannungskonzentration auf, und die Korrektur der Halterung 20 wird erleichtert.
34307ü2
(6) Die Halterung 20 ist aus demselben Material wie die Grundplatte 1 und die Faserführung 6 für die Halterung der optischen Faser 7 ausgebildet, um die thermischen Ausdehnungskoeffizienten einander anzugleichen. Selbst bei Auftreten einer Temperaturänderung ändert sich daher nicht die relative Lage zwischen dem Chip 3 und der optischen Faser 7, so daß eine stabile optische Verbindung aufrechterhalten werden kann.
(7) In einem Aufbau, in dem die Faserführung bis zu der Öffnung für die Befestigung der Faser verlängert ist, und die Faser mittels dieser Faserführung mit einer Silberpaste fixiert ist, werden die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kontaktteile zwischen der Grundplatte und der Faserhalterung und der Faserführung und der Faserhalterung im wesentlichen gleich, so daß eine auf die Faser wirkende thermische Spannung reduziert werden kann. Darüberhinaus wirkt keinerlei überschüssige mechanische Spannung auf die optische Faser, da die Faserführung die mechanische Spannung zu einem gewissen Teil absorbiert. Daher wird der angestrebte Effekt, die Verschlechterung des Wirkungsgrades der Photokopplung zu verhindern, weiter gesteigert.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispxele beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen ihres Erfindungsgedankens vielfältig abwandeln.
Im obigen wurde hauptsächlich der Fall beschrieben, in dem die Erfindung auf ein optisches Kommunikationssystem mit einer Laserdiode angewandt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern beispielsweise auch bei einem optischen Kommunikationsverfahren anwendbar, bei dem eine Leuchtdiode oder ein Licht emittierendes Bauelement Anwendung findet,
in dem ein Licht emittierendes Bauteil, wie z.B. eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode, angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich auf jedes Bauelement anwendbar,
in dem ein Licht emittierendes Bauteil und eine optische Faser angeordnet sind.
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- Leerseite -

Claims (8)

Ι'ΛΤΕΝΤΛΝΆ'ΛΙ/Π: STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ 3430762 WIDENMAYERSTKASSE 17. D-8000 MÜNCHEN 22 21. August 1984 HITACHI, LTD. HITACHI IRUMA ELECTRONIC COMPANY LTD. DEA-26703 Licht emittierendes Bauelement
1. Licht emittierendes^Bauelement,
gekennzeichnet durch
(a) eine Einrichtung (3), aus der das Licht austritt,
(b) eine optische Faser (7), die das aus der genannten Einrichtung (3) austretende Licht aufnimmt, und
(c) eine Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser (7) mit einem Schlitz oder einer Öffnung (21) für die Aufnahme und Fixierung der optischen Faser (7) , wobei die Form der Halterungseinrichtung (20) bei Aufbringen einer äußeren Kraft veränderbar ist.
2. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (20) die Form eines Rundstabes hat,
3. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
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dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (7) in dem Schlitz oder in der öffnung (21) der Halterungseinrichtung (20) mit einem Befestigungsmaterial (22) fixiert ist.
4. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die in der Halterungseinrichtung (20) vorgesehene Öffnung (21) kreisförmig ist.
5. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil der Halterungseinrichtung (20) eine Einschnürung (35) vorgesehen ist, um die Deformation der Halterungseinrichtung (20) zu erleichtern.
6. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3), aus der das Licht austritt, ein Halbleiterlaser ist.
7. Licht emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3), aus der das Licht austritt, die optische Faser (7) und die Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser in einem einzigen Gehäuse (1, 15, 27) verkapselt sind.
8. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 15, 27) und die Halterungseinrichtung (20) für die optische Faser (7) gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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