JP2000266968A - 光半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モジュール内の光半導体素子を気密封止すると
ともにモジュールの信頼性を維持し、小型でかつ簡単に
製作でき光ファイバと光半導体素子との光結合を高くす
る。 【解決手段】光半導体素子と集光レンズとを直接対面さ
せ集光レンズの焦点距離が短い高結合レンズを使用して
光ファイバと光半導体素子との結合を高め、集光レンズ
を保持するレンズホルダーとＬＤが搭載されているパッ
ケージとをレーザー溶接で固定するとともにレーザー溶
接された個所を固定リングで覆い被せレンズホルダーと
固定リングおよびパッケージと固定リングとの隙間を半
田で気密封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子と光フ
ァイバとを光結合した光通信用モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信用モジュールに搭載されている光
半導体素子は信頼性を向上させるために、パッケージ内
に固定され不活性ガス中に機密封止されて用いられてい
る。このような光通信用モジュールを図４を用いて説明
する。

【０００３】パッケージ４７中に、半導体レーザダイオ
ード（ＬＤ）チップ４１と、このＬＤチップ４１の光パ
ワーを検知するためのフォトダイオード（ＰＤ）チップ
５１が配置されている。ＬＤチップ４１は、サブマウン
ト４４により固定され、ＬＤキャリアー５２上に搭載さ
れている。またＰＤチップ５１は、ＰＤキャリア５３上
に、搭載されている。ＬＤチップ４１から照射された光
は、ＰＤチップ５１の受光面に、入射するように配置さ
れている。

【０００４】パッケージ４７は、ＬＤチップ４１から照
射された光を外部に取り出すための開口部４７ａが形成
され、この部分はガラス板４９により、ろう剤５０によ
って、機密封止されている。パッケージ４７の外部に
は、内部に、集光レンズ４３を有するレンズホルダー４
５が接続され、一端をパッケージ４７と半田により固定
されている。この集光レンズホルダー４５の他端には、
シングルモード光ファイバを内蔵するフェルール４２を
固定するフェルールホルダー４６が接続されている。パ
ッケージ４７は、蓋４８によって、窒素雰囲気で機密封
止されている。

【０００５】次に、このような光通信用モジュールの製
造方法を説明する。先ず、パッケージ４７中に形成され
たＬＤキャリア５２の所定の位置にサブマウント４４を
ＡｕＧｅ（融点３５６℃）で固定し、このサブマウント
４４上面にＬＤチップ４１をＡｕＳｎ（融点２８０℃）
で固定する。

【０００６】次に、このＬＤチップ４１に通電するため
のＡｕワイヤをＬＤチップ４１上の電極とＬＤキャリア
５２上の電極とにボンディングする。次に、ＰＤキャリ
ア５３上に、ＰＤチップ５１をＡｕＳｎ（融点２８０
℃）で固定する。ＰＤキャリア５３上の電極とＰＤチッ
プ５１上の電極を、Ａｕワイヤによってワイヤボンディ
ングする。

【０００７】次に、ＰＤチップ５１が搭載されたＰＤキ
ャリア５３をＬＤチップ４１からの光が受光面に入射す
るようにパッケージ４７中に配置し、ＡｕＳｎ（融点２
８０℃）で固定する。次に、ＬＤキャリア４２とパッケ
ージ４７のリードおよびＰＤキャリア５３とパッケージ
４７のリードとをワイヤボンディングする。

【０００８】次に、窒素ガス中で、パッケージ４７に蓋
４８を被せシーム溶接し、ＬＤチップ４１とＰＤチップ
５１を機密封止する。ガラス窓５０は予めパッケージ４
７の開口部４７ａを塞ぐように半田付けされている。

【０００９】次に、パッケージ４７の光取り出し穴４７
ａに、ＬＤチップ４１を発光させ、カメラで光ビームの
位置をモニターしながら光ビームが所定の位置になるよ
うに、集光レンズ４３が内蔵されたレンズホルダー４５
の位置を調節する。レンズホルダー４５の位置を決定し
た後、パッケージ４７とレンズホルダー４５の境界部を
レーザー溶接で固定する。

【００１０】次に、フェルールホルダー４６に光ファイ
バのフェルール４２を入れた状態でレンズホルダー４５
端面にフェルールホルダー４６を接触させ、ＬＤ４１を
発光させ光ファイバへの光出力が所望の値になるように
調芯する。その後、レーザー溶接でレンズホルダー４５
とフェルールホルダー４６およびフェルールホルダー４
６と光ファイバーのフェルール４２とを固定し、光半導
体モジュールが形成される。

【００１１】上記のようにして形成された光半導体モジ
ュールでは、パッケージ４７のＬＤ光取り出し口が、ガ
ラス板４９で気密封止されているので、集光レンズ４３
とＬＤチップ４１の距離が大きくなり、ＬＤチップ４１
から照射された光を効率よく光ファイバーに集光させる
ことが難しいという問題が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】光半導体モジュール
は、光ファイバからの光出力が大きことが要求される。
そのためには、ＬＤチップと光ファイバとの光結合性を
良くする必要があるが、ＬＤチップを機密封止するため
のガラス板のために、ＬＤチップと集光レンズ間の距離
が大きくなり、十分な集光特性を得られないという問題
がある。

【００１３】上記問題を解決するために、本発明は、Ｌ
Ｄチップを十分に気密封止することができ、かつＬＤか
ら発せられた光を効率良く光ファイバに入射できる小形
で低価格の光半導体モジュールを提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、一部に開口部を有する筐体と、前記筐体
中に配置された光半導体素子と、突出部が前記開口部か
ら前記筐体内に入るように配置され、前記筐体と溶接さ
れたレンズホルダーと、前記レンズホルダーの前記突出
部中に配置され、前記筐体内の前記光半導体素子と対向
するように配置された集光レンズと、前記前記レンズホ
ルダーと前記筐体が接続された部分を覆うように配置さ
れ、半田により固定された固定リングとを具備すること
を特徴とする光半導体モジュールを提供する。

【００１５】また、本発明は、前記固定リングと前記レ
ンズホルダーとの境界部および前記固定リングと前記筐
体との境界部には半田溜まりとなる溝が形成されたこと
を特徴とする光半導体モジュールを提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明実施例を図面によって
詳述する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の光半導体モジュ
ールの断面図である。

【００１７】この光半導体モジュールは、一部に開口部
７ａを有する筐体（パッケージ）７と、前記パッケージ
７中に配置された光半導体素子（ＬＤチップ）１と、突
出部が前記開口部７ａから前記パッケージ７内に入るよ
うに配置され、前記パッケージ７と、溶接部１８に溶接
されたレンズホルダー５と、前記レンズホルダー５の前
記突出部中に配置され、前記パッケージ７内の前記ＬＤ
チップ３と対向するように配置された集光レンズ３と、
前記前記レンズホルダー５と前記パッケージ７が接続さ
れた部分を覆うように配置され、半田１６、１７により
固定された固定リング１５とからなる。

【００１８】また、シングルモード光ファイバを内蔵す
るフェルール２を固定したフェルールホルダー６が、レ
ンズホルダー５と接続されている。また、ＬＤチップ１
はサブマウント４により固定され、ＬＤキャリア１０に
よって、パッケージ７内部に固定されている。また、パ
ッケージ７内部には、ＬＤチップ１からの光を検知する
モニターＰＤ９が配置され、このモニターＰＤ９は、Ｐ
Ｄキャリア１１により固定されている。また、パッケー
ジ７内部は、蓋８および固定リング１５、フェルールホ
ルダー６により、機密封止されている。

【００１９】次に、この光半導体モジュールの製造方法
を以下に示す。先ず、パッケージ７に形成されているＬ
Ｄキャリア１０の所定の位置にサブマウント４をＡｕＧ
ｅ（融点３５６℃）で固定する。次に、このサブマウン
ト４上にＬＤチップ１をＡｕＳｎ（融点２８０℃）で固
定する。次に、このＬＤチップ１に通電するためのＡｕ
ワイヤをＬＤチップ１上の電極とＬＤキャリア１０上の
電極との間にボンディングする。次に、ＰＤキャリア１
１にＰＤチップ９をＡｕＳｎ（融点２８０℃）で固定
し、ＰＤチップ９上の電極とＰＤキャリア１１上の電極
をＡｕワイヤによりボンディング接続する。次に、この
ＰＤチップ９が搭載されたＰＤキャリア１１をパッケー
ジ７内に配置し、ＬＤチップ１からの光が受光面に入射
するように、ＡｕＳｎ（融点２８０℃）で固定する。次
に、ＬＤキャリア１０とパッケージ７のリードおよびＰ
Ｄキャリア１１とパッケージ７のリードとをワイヤボン
ディングする。

【００２０】次に、突出部に集光レンズ３がついたレン
ズホルダー５を、突出部がパッケージ内に入るように穴
７ａに設置し、ＬＤチップ１を発光させカメラを使用し
て光ビームの位置をモニターしながら光ビームが所定の
位置になるようにレンズホルダー５の位置を調節する。
この場合レンズホルダー５の外径は光取り出し穴７ａよ
り大きくなっているので、レンズホルダー５はＬＤ発光
点像の位置調心のために移動ができるようになってい
る。レンズホルダー５の位置を決定した後パッケージ７
とレンズホルダー５の境界部をレーザー溶接（溶接部１
８）で固定する。

【００２１】次に、図２に示すように、レンズホルダー
５にレーザ溶接部を覆い被せるようにして固定リング１
５を入れ、固定リング１５の円周上横面とレンズホルダ
ー５の境界部の隙間に半田１６および固定リング１５と
パッケージ７が接する隙間に半田１７を溶かし各隙間を
気密封止する。１２はＬＤチップ１とＰＤチップ９に接
続される配線である。

【００２２】次に、パッケージ７を窒素ガス中に置き、
蓋８を被せシーム溶接し、ＬＤチップ１とＰＤチップ９
を窒素雰囲気で機密封止する。次に、フェルールホルダ
ー６に光ファイバのフェルール２を入れた状態でレンズ
ホルダー５の端面にフェルールホルダー２を接触させ、
ＬＤチップ１を発光させ光ファイバへの光出力が所望の
値になるようにフェルールホルダー２を調芯する。次
に、レーザー溶接でレンズホルダー５とフェルールホル
ダー６およびフェルールホルダー６と光ファイバのフェ
ルール２とを固定する。

【００２３】上記のようにして作成された光半導体モジ
ュールでは、レンズホルダー５の突出部がパッケージ７
内に入っており、集光レンズ３とＬＤチップ１とがすぐ
近くに対向配置されている。このようにすることでＬＤ
チップ１から照射される光を効率よく光ファイバないに
集光できるので、光の利用効率が高くなる。その結果集
光レンズを焦点距離の短いレンズを使用できＬＤチップ
と光ファイバの結合効率を高めることができる。また、
焦点距離の短いレンズを使用できるためＬＤチップと光
ファイバとの距離が短くでき、モジュールをより小型化
することにも寄与できる。

【００２４】また、パッケージ７の機密化は、レンズホ
ールダー５とパッケージ７の接続部を囲むように固定リ
ング１５を半田付けすることによって行っており、信頼
性も高い。

【００２５】また、ＬＤチップ１を発光させ、光が最適
になる位置に調芯した後、レンズホルダー５をレーザ溶
接でパッケージ７に固定されるので、固定の際のずれは
きわめて少なく光ファイバへの光入射量は大きくするこ
とができる。

【００２６】また、光ファイバはフェルールホルダー
６、レンズホルダー５を介してパッケージ７にレーザー
溶接で固定されているので製作されたモジュールの光結
合の安定性は高くなっている。

【００２７】また、半田だけではモジュール製作後の温
度変化によってレンズホルダが動き光ファイバ出力が落
ちてしまうといった問題点が起こるが、本発明では、レ
ンズホルダー５とパッケージ７とをレーザー溶接と半田
により固定しているのでこのような問題はない。 （実施例２）次に、本発明の実施例２の光半導体モジュ
ールの説明をする。図３はこの光半導体モジュールの断
面図である。

【００２８】実施例１の光半導体モジュールと同一の部
分には同一の符号を付しその詳しい説明は省略する。実
施例１の光半導体モジュールとの違いは、固定リング１
５に半田が溜まるための溝を形成した点である。

【００２９】１はＬＤチップ、２はシングルモード光フ
ァイバ、３はＬＤチップ１から発光した光をシングルモ
ードファイバ２に集光するための非球面レンズ、４はＬ
Ｄチップ１を固定するサブマウント、５は非球面レンズ
３を保持するレンズホルダー、６はレンズホルダー５に
光ファイバ２を固定するためのフェルールホルダー、７
は光半導体モジュールの外囲器となるパッケージ、８は
パッケージの蓋、９はＬＤチップ１からの光を検知する
ＰＤチップ、１０はＬＤが固定されたサブマウントをパ
ッケージに固定するためのＬＤキャリヤ、１１はＰＤチ
ップ９をパッケージ７に固定するためのＰＤキャリア、
１５はレンズホルダー円周横面およびパッケージの両者
に接する固定リング、１６はレンズホルダー円周横面と
固定リングとの間を気密封止する半田（融点１８６
℃）、１７は固定リングとパッケージとの間隙を気密封
止する半田（融点１８６℃）、７ａはパッケージ７内の
サブキャリア１０に固定されたＬＤチップ１からの光を
外部に取り出すための光取り出し穴である。

【００３０】また、固定リング１５には、レンズホルダ
ー５の円周横面と固定リング１５との間を気密封止する
半田を溜める溝１５ａとパッケージ７と固定リング１５
との間を機密封止する半田をためる溝１５ｂが形成され
ている。また非球面レンズ３はあらかじめレンズホルダ
ー５にろう付けされ気密封止されている。

【００３１】本実施例では、固定リング１５に溝を形成
してはんだ付けしているので、パッケージ７内部をさら
に機密化することができ、信頼性が高くなる。次に、こ
の光半導体モジュールの組み立て方法を説明する。実施
例１とは、レンズホルダー５をパッケージ７にレーザ溶
接するところまで同様である。

【００３２】レンズホルダー５を溶接した後、固定リン
グ１５をレンズホルダー５に入れる。固定リング１５と
レンズホルダー５との境界部および固定リング１５とパ
ッケージとの境界部には溝１５ａおよび１５ｂが形成さ
れ、それぞれの溝にはあらかじめ半田（融点１８６℃）
が付着されている。

【００３３】次に、パッケージ７の温度を上げこの半田
を溶かし固定リング１５とレンズホルダー５との境界部
および固定リング１５とパッケージ７境界部の気密封止
をする。

【００３４】次に、窒素ガス雰囲気でパッケージ７にパ
ッケージ蓋８をシーム溶接しＬＤチップ１とＰＤチップ
９を窒素ガスで封じる。次に、フェルール２をフェルー
ルホルダー６に入れフェルールホルダー６をレンズホル
ダー５に接触させる。ＬＤを発光させ光ファイバとの調
心を行った後レンズホルダー５とフェルールホルダー６
およびフェルールホルダー６と光ファイバとをレーザー
溶接で固定する。

【００３５】以上のようにして組み立てられた光半導体
モジュールでは実施例１と同様の効果が得られる。ま
た、実施例２では、固定リング１５に半田を溜める溝が
形成されているので、さらに固定リング１５とレンズホ
ルダー５および固定リング１５とパッケージ７との気密
封止の作業が簡単に行なうことができ、半田が少量です
むという効果がある。また、溝のために固定リング１５
の円周上の封止部分に半田が均一にいきわたるため気密
封止歩留まりが良いことやモジュール製作後の温度変化
に対するレンズホルダーのずれはさらに小さくなりより
信頼性の高いモジュールが得られる。以上説明してきた
実施例では気密封止をＰｂＳｎ半田で行ったが他の種類
の半田たとえばＩｎＰｂ、ＩｎＰｂＡｇ、ＢｉＳｎ、Ｉ
ｎなど行ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、ＬＤチップの気密封止を高め
信頼性を向上できる。また、ＬＤチップから発せられた
光を光ファイバへ効率よく入射できる。また、１個の集
光レンズだけで行うことができるため小型化できる。ま
た、光学系の部品がレーザー溶接で固定されているため
光学系のずれは少なく信頼性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１にかかる光半導体モジュー
ルの断面図。

【図２】 本発明の実施例１にかかる光半導体モジュー
ルの斜視図。

【図３】 本発明の実施例２にかかる光半導体モジュー
ルの断面図。

【図４】 従来の光半導体モジュールの断面図。

【符号の説明】

１…ＬＤチップ ２…フェルール ３…非球面レンズ ４…サブマウント ５…レンズホルダー ６…フェルールホルダー ７…パッケージ ８…蓋 ９…ＰＤチップ １０…ＬＤキャリアー １１…ＰＤキャリアー １２…配線 １５…固定リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古山 英人 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA16 DA05 DA16 DA36 5F041 AA06 AA47 DA57 DA64 DA77 EE04 EE15 FF14 5F073 AB27 AB28 BA01 EA29 FA02 FA08 FA22 FA29

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一部に開口部を有する筐体と、 前記筐体中に配置された光半導体素子と、 突出部が前記開口部から前記筐体内に入るように配置さ
   れ、前記筐体と溶接されたレンズホルダーと、 前記レンズホルダーの前記突出部中に配置され、前記筐
   体内の前記光半導体素子と対向するように配置された集
   光レンズと、 前記前記レンズホルダーと前記筐体が接続された部分を
   覆うように配置され、半田により固定された固定リング
   とを具備することを特徴とする光半導体モジュール。
2. 【請求項２】前記固定リングと前記レンズホルダーとの
   境界部および前記固定リングと前記筐体との境界部には
   半田溜まりとなる溝が形成されたことを特徴とする請求
   項１記載の光半導体モジュール。