JP2001085777A

JP2001085777A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2001085777A
Application number: JP25559399A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nonomura; 敏幸野々村; Shinji Shigesawa; 伸二繁沢
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Components Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Components Co Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ステムの光半導体素子固着部分が簡単かつ高
精度に形成でき、かつ効率のよい材料取りができて大幅
なコスト低減を図ることができる光半導体装置を提供す
ることにある。【解決手段】ステム２１に固着された半導体レーザ２
８を覆い、かつ該半導体レーザ２８からの光を外部に天
井部分の窓部３３を介して放出するようキャップ３４を
ステム２１に固定してなるもので、ステム２１が、Ｆｅ
板によって所定外形を有するベース部２２と、このベー
ス部２２の形成時に同時一体成形によってベース部２２
上面２２ａから突出するように形成された取付部２３と
を有し、さらに取付部２３の垂直な側面２３ａに固定さ
れたＣｕでなる直方体のブロック２４とを有すると共
に、ブロック２４に半導体レーザ２８が直上の窓部３３
の方向に光が放射されるよう固着されている。、

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を外
囲器内に収納してなる光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、光半導体素子、例えば半導
体レーザから放射された光を他の装置等に導き出すよう
にした光半導体装置では、ステムの外形部分を基準にし
て他の装置との結合が図られる。このため、半導体レー
ザのステムへの固定も、ステム外形の基準部分に対し十
分な位置出しがなされた状態で行われる必要があり、ス
テムの半導体レーザ取付部分の寸法を精度よく確保する
ようにしている。

【０００３】以下、従来技術を図６乃至図１１を参照し
て説明する。図６は第１の従来技術においてアイレット
にブロックをろう付けした状態を示す正面図であり、図
７は第１の従来技術においてアイレットにリードを取り
付けた状態を示す断面図であり、図８は第１の従来技術
においてブロックを成形したステムの側面図であり、図
９は第１の従来技術において半導体レーザを固着した状
態を示す断面図であり、図１０は第１の従来技術におけ
るブロックの変形形態を示す上面図であり、図１１は第
２の従来技術におけるステムの断面図である。

【０００４】先ず、第１の従来技術を示す図６乃至図１
０において、ステム１は、ベースとなる所定外形寸法、
例えば直径が５．６ｍｍのＦｅ（鉄）製小円板のアイレ
ット２の上面に、所定外形寸法のＣｕ（銅）製のブロッ
ク３をＡｇ（銀）ろう付けにより固定し、さらにアイレ
ット２の貫通孔４ａ，４ｂに第１、第２のリード５ａ，
５ｂを絶縁ガラス６により気密に貫通するよう取り付
け、第３のリード５ｃをアイレット２の下面にろう付け
することによって構成されている。そして、ブロック３
に半導体レーザ７を、サブマウント８を設けて固着し、
さらに図示しないが第１、第２のリード５ａ，５ｂと半
導体レーザ７の対応する電極とをリードワイヤにより接
続した後、半導体レーザ７を覆うようステム１にキャッ
プを固定することによって光半導体装置が形成される。

【０００５】また上記構成のものは、先ず、図示しない
が所定寸法の圧延鉄板からアイレット２を打ち抜き加工
によって形成し、また同様に、圧延銅板からブロック３
を打ち抜き加工によって形成し、その後、打ち抜かれた
アイレット２を、カーボン製の治具にセットしたブロッ
ク３にＡｇろう付けにより固定する。続いて、上記とは
別の治具にセットしてアイレット２に貫通孔４ａ，４ｂ
を形成し、第１、第２のリード５ａ，５ｂを絶縁ガラス
６により気密に貫通するよう取り付け、第３のリード５
ｃをアイレット２の下面にろう付けする。

【０００６】その後、上記のように形成されたステム１
を成形用の治具にセットし、アイレット２の基準部分で
ある外周を基準にしてポンチによる平押し加工により、
ブロック３の半導体レーザ７を固着する側面３ａが、ア
イレット２のレーザ光の放射中心軸Ｌから所定のずれ寸
法ａとなるように後成形する。そして、後成形で位置出
しがなされたブロック３の側面３ａにサブマウント８を
間に設けて半導体レーザ７を固着する。さらに第１、第
２のリード５ａ，５ｂと半導体レーザ７の対応する電極
とをリードワイヤにより接続する。これにより半導体レ
ーザ７のレーザ光放射方向がレーザ光の放射中心軸Ｌと
一致したものとなる。

【０００７】そして、半導体レーザ７を覆うようステム
１にキャップを、このキャップに設けたレーザ光を放出
する窓部を放射中心軸Ｌが貫通するようアイレット２の
外周を基準に位置出しして固定する。なお、ブロック３
については、図１０に示す変形形態のブロック９のよう
に、リードワイヤの経路を確保するようボンディング領
域１０を形成するようにしたものもあり、この様なもの
においても、上記と同様の加工過程を経ることにより光
半導体装置が形成される。

【０００８】次に、第２の従来技術を示す図１１におい
て、ステム１１は、Ｆｅ層１１ａ、Ｃｕ層１１ｂ、Ｆｅ
層１１ｃの順に積層されたＦｅ／Ｃｕ／Ｆｅ積層材料で
形成されており、所定外形寸法のベース部１２の上面か
ら所定外形寸法の取付部１３が突出するように設けられ
ている。またベース部１２に形成された貫通孔１４ａ，
１４ｂに第１、第２のリード１５ａ，１５ｂを絶縁ガラ
ス１６により気密に貫通するよう取り付け、図示しない
第３のリードをベース部１２の下面にろう付けすること
によって構成されている。そして、図示しないが第１の
従来技術と同様に、取付部１３の側面に半導体レーザ
を、サブマウントを設けて固着し、さらに第１、第２の
リード１５ａ，１５ｂと半導体レーザの対応する電極と
をリードワイヤにより接続した後、半導体レーザを覆う
ようステム１１にキャップを固定することによって光半
導体装置が形成される。

【０００９】また上記構成のものは、先ず図示しないが
所定寸法のＦｅ／Ｃｕ／Ｆｅ積層板から打ち抜き加工に
よって、所定外形寸法のベース部１２を有し、その上面
に取付部１３が突出するステム１１を一体成形する。続
いて、ステム１１を治具にセットしてベース部１２に貫
通孔１４ａ，１４ｂを形成し、第１、第２のリード１５
ａ，１５ｂを絶縁ガラス１６により気密に貫通するよう
取り付け、第３のリードをベース部１２の下面にろう付
けする。

【００１０】その後、上記のように形成されたステム１
１を組立て治具にセットし、取付部１３の側面にサブマ
ウントを間に設けて半導体レーザを、ベース部１２の外
周を基準にした位置に固着する。さらに第１、第２のリ
ード１５ａ，１５ｂと半導体レーザの対応する電極とを
リードワイヤにより接続する。これにより半導体レーザ
のレーザ光放射方向がレーザ光の放射中心軸と一致した
ものとなる。そして、半導体レーザを覆うようステム１
１にキャップを、このキャップに設けたレーザ光を放出
する窓部を放射中心軸が貫通するようベース部１２の外
周を基準に位置出しして固定する。

【００１１】しかしながら上記の第１の従来技術におい
ては、ブロック３をカーボン製の治具にセットしてＡｇ
ろう付けを行うため、治具とブロック３の熱膨張差を吸
収するクリアランスが必要であり、ろう付け後のブロッ
ク３の取付位置精度が悪く、このままブロック３の側面
３ａに半導体レーザ７を固着したのでは、レーザ光放射
方向がレーザ光の放射中心軸Ｌと一致したものとするこ
とが非常に難しく、後成形によってブロック３の側面３
ａの位置出しを精度よく行う必要があり、正確に半導体
レーザ７を取り付けるためには加工に手間が掛かり、コ
ストが高いものとなっていた。

【００１２】こうした第１の従来技術で行ったような後
成形加工を必要としない技術として、第２の従来技術の
ような積層板を用いたものがあるが、この技術では半導
体レーザを固着するステム１１の取付部１３を、ベース
部１２と共にＦｅ／Ｃｕ／Ｆｅ積層の積層板から同時加
工により一体成形し、取付部１３の半導体レーザを固着
する側面の位置が精度よく形成できるようにし、加工工
程を簡略化している。しかし、このような従来技術では
積層板のコストが、例えば第１の従来技術のような単構
成の板に比べ約３倍と非常に高く、また積層板を構成し
ているＣｕ層はＦｅ層よりも柔らかいために、抜き加工
を行う時、その影響が加工部分の周囲の広い範囲におよ
んでしまい、材料取りする際に加工ピッチを大きくとる
必要があって、効率の悪い材料取りとなっていた。ま
た、こうした材料取りが悪い点でコスト高となるが、こ
の従来技術全体としては第１の従来技術のものよりもコ
ストを低減することはできるものの、大幅なコスト低減
を行うことができない状況となっていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
ステムの光半導体素子を固着する部分が簡単かつ高精度
に形成できると共に、単構成の板材料を用い、効率のよ
い材料取りのもとに形成ができて大幅なコスト低減を図
ることができる光半導体装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、ステムに固着された光半導体素子を覆い、かつ該光
半導体素子からの光を外部に窓部を介して放出するよう
キャップ状外囲器をステムに固定してなる光半導体装置
において、ステムが、所定外形を有するベース部と、こ
のベース部の形成時に同時一体成形によって突出するよ
うに形成された取付部と、この取付部の所定位置に固定
されたブロックとを有すると共に、ブロックに光半導体
素子が所定方向に光が放射されるよう固着されているこ
とを特徴とするものであり、さらに、ステムが、Ｆｅ板
あるいはＦｅ合金板を用いて成形されたものであり、ブ
ロックが、ＣｕあるいはＣｕ合金でなるものであること
を特徴とするものであり、さらに、取付部のブロック固
定面と光の放射方向が平行であることを特徴とするもの
であり、さらに、ブロックが、互いに平行な二面を有す
るものであって、二面の片方の面を取付部のブロック固
定面に固定し、他方の面に光半導体素子を固着したこと
を特徴とするものであり、さらに、外囲器の窓部が、天
井部分に設けられていると共に、ステムの取付部のブロ
ック固定面が、ベース部の上面に対して垂直となるよう
に成形されていることを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を、図１
乃至図５参照して説明する。図１は縦断面図であり、図
２はステムの側面図であり、図３はステムの正面図であ
り、図４はステムにブロックをろう付けしリードを取り
付けた状態を示す断面図であり、図５は半導体レーザを
ステムに固着した状態を一部断面で示す正面図である。

【００１６】図１乃至図５において、光半導体装置２０
のステム２１は、Ｆｅ（鉄）あるいはＦｅ合金により形
成されており、所定外形寸法、例えば直径が５．６ｍｍ
の小円板状のベース部２２と、その上面２２ａから一体
成形によって突出するように設けられた所定外形寸法の
取付部２３とを備えている。そして、取付部２３のベー
ス部２２の上面２２ａに垂直な側面２３ａに、所定寸法
の直方体状のＣｕ（銅）製あるいはＣｕ合金製の放熱用
ブロック２４が、その一面のブロック固定面２４ａをＡ
ｇ（銀）ろう付けすることによって固定されている。

【００１７】またステム２１のベース部２２に形成され
た貫通孔２５ａ，２５ｂには、第１、第２のリード２６
ａ，２６ｂが絶縁ガラス２７により気密に貫通し、それ
ぞれの両端がベース部２２の上下両面側に延出するよう
に取り付けられており、ベース部２２の下面２２ｂには
第３のリード２６ｃが下方向に延在するようにろう付け
されている。

【００１８】そして、取付部２３にろう付けされたブロ
ック２４のブロック固定面２４ａに平行な素子固着面２
４ｂには、半導体レーザ２８がＳｉ製の小板状のサブマ
ウント２９を間に設け、レーザ光の放射端部を上側とす
るようにして固着されている。また固着された半導体レ
ーザ２８の下方のベース部２２上面２２ａには、放射端
部の逆側の端部から放射される光を受光してフィードバ
ック信号を出力するフォトダイオード３０が固着されて
いる。さらに第１、第２のリード２６ａ，２６ｂと半導
体レーザ２８、フォトダイオード３０の対応する電極と
がリードワイヤ３１をボンディングすることにより接続
されている。

【００１９】また、３２はリードワイヤ３１のボンディ
ング加工がなされた半導体レーザ２８を覆うようステム
２１のベース部２２の上面２２ａに固定された外囲器で
あるキャップで、上端が中央にフラットガラスが装着さ
れた窓部３３を有する天板３４で閉塞された円筒状のも
のとなっている。さらにキャップ３２には、その下端部
全外周にステム２１のベース部２２よりやや小径の鍔３
５が設けられ、また鍔３５の下面には周方向に連続して
小突条３６が設けられている。そしてキャップ３２が、
その小突条３６をステム２１のベース部２２上面２２ａ
に抵抗溶接等により気密封着されて固定されることによ
って光半導体装置２０が形成される。なお、光半導体装
置２０には、図示しないがレーザ光の放射方向に、放射
中心軸Ｌ _０が一致するようステム２１のベース部２２の
外周を基準にして他の光装置が結合される。

【００２０】また上記構成のものは、先ず、図示しない
が所定寸法のＦｅあるいはＦｅ合金の圧延鉄板からステ
ム２１を打ち抜き加工によって形成する。この打ち抜き
加工の際に、例えば直径が５．６ｍｍの所定外形寸法を
有するベース部２２と共に、その上面２２ａに、基準部
分であるベース部２２の外周を基準にした所定位置にブ
ロック２４を固定する垂直な側面２３ａが位置するよう
取付部２３を一体成形によって突出させる。すなわち、
ベース部２２の外周を基準にした所定位置、例えばベー
ス部２２の上面２２ａの中心を垂直方向に通る中心軸を
半導体レーザ２８から放射されるレーザ光の放射中心軸
Ｌ_０として、この放射中心軸Ｌ_０から所定のずれ寸法ａ
_０となる位置に垂直な側面２３ａが位置するように取付
部２３を一体成形によって突出させる。

【００２１】さらに、ステム２１のベース部２２の所定
位置に２つの貫通孔２５ａ，２５ｂを穿設し、その後、
ステム２１を治具にセットして取付部２３の側面２３ａ
に、ＣｕあるいはＣｕ合金の圧延銅板から打ち抜き加工
によって形成した所定寸法の直方体状のブロック２４
を、そのブロック固定面２４ａとの間にＡｇろうを介在
させ、放射中心軸Ｌ_０から所定のずれ寸法ｂ_０となる位
置に素子固着面２４ｂが位置するように載せる。同様
に、貫通孔２５ａ，２５ｂの孔中心を貫通するように第
１、第２のリード２６ａ，２６ｂを保持し、間に絶縁ガ
ラス２７を充填する。さらにベース部２２の下面２２ｂ
の所定位置に第３のリード２６ｃをＡｇろうを介して当
接させる。

【００２２】そして、ステム２１全体を治具にセットし
たままの状態で所定温度にまで加熱した後、常温まで冷
却する。これにより、ブロック２４が取付部２３の側面
２３ａに、第３のリード２６ｃがベース部２２の下面２
２ｂに下方向に延在するよう、それぞれＡｇろう付けさ
れる。また同時に、絶縁ガラス２７が固化して貫通孔２
５ａ，２５ｂに第１、第２のリード２６ａ，２６ｂを気
密に貫通するよう取り付ける。

【００２３】その後、上記のように形成されたステム２
１を組立て用治具にセットし、ブロック２４の素子固着
面２４ｂにサブマウント２９を載せ、さらに、その上に
半導体レーザ２８を固着し、半導体レーザ２８の下方の
ベース部２２上面２２ａに、半導体レーザ２８から放射
された光を受光するようにフォトダイオード３０を固着
する。そして、第１、第２のリード２６ａ，２６ｂと半
導体レーザ２８、フォトダイオード３０の対応する電極
とを、それぞれにリードワイヤ３１をボンディングする
ことによって接続する。これにより、半導体レーザ２８
のレーザ光放射方向がレーザ光の放射中心軸Ｌ_０と一致
したものとなる。

【００２４】この後、半導体レーザ２８を覆うようステ
ム２１のベッド部２２の上面２２ａにキャップ３２を、
天板３４に設けたレーザ光を放出する窓部３３を放射中
心軸Ｌ_０が貫通するようベース部２２の外周を基準に位
置出しし、鍔３５の下面に設けた小突条３６をステム２
１のベース部２２上面２２ａに抵抗溶接等によって固定
し、気密封着する。

【００２５】このように構成し、半導体レーザ２８を取
り付ける部分を、ステム２１のベース部２２を打ち抜き
加工により形成する際、ベース部２２と共にベース部２
２の上面から取付部２３を一体成形により、半導体レー
ザ２８の取り付けに用いるための側面２３ａが、レーザ
光の放射中心軸Ｌ_０から所定のずれ寸法ａ_０となる位置
に平行な垂直面となるよう突出させているので、形成さ
れた取付部２３はその側面２３ａの位置精度が非常によ
いものとなる。

【００２６】さらに取付部２３の側面２３ａに固定され
るブロック２４についても、その平行な２つの面をブロ
ック固定面２４ａ、素子固着面２４ｂとしていて、側面
２３ａにブロック２４を固定した後においても、素子固
着面２４ｂのレーザ光の放射中心軸Ｌ_０からのずれ寸法
ｂ_０も正確なばらつきの少ないものなる。そして、この
ように固定されたブロック２４の素子固着面２４ｂにサ
ブマウント２９を介して半導体レーザ２８を固着するた
め、半導体レーザ２８から放射されるレーザ光の放射方
向を、簡単かつ容易にレーザ光の放射中心軸Ｌ_０と一致
したものとすることができる。

【００２７】この結果、位置精度をよくするための後成
形などの加工工程が不要となって、加工に手間が掛かか
らず、コストを低減することができる。またＣｕ層を有
するような積層材料ではない単層構成の材料であるの
で、材料そのもののコストが低廉であり、板材からステ
ム１１を打ち抜く際の材料取りについても、大きな加工
ピッチをとる必要がないので効率のよい材料取りをする
ことができ、この点でコストが上昇してしまうことがな
いので、全体として大幅にコストを低減することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ステムの光半導体素子を固着する部分が簡単
な工程のもとに、光放射に対して精度の高い位置出しを
行うことができ、また低廉な材料を用いて効率のよい材
料取りを行うことができて大幅なコスト低減を図ること
ができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるステムの側面図で
ある。

【図３】本発明の一実施形態におけるステムの正面図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態におけるステムにブロック
をろう付けしリードを取り付けた状態を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施形態における半導体レーザをス
テムに固着した状態を一部断面で示す正面図である。

【図６】第１の従来技術におけるアイレットにブロック
をろう付けした状態を示す正面図である。

【図７】第１の従来技術におけるアイレットにリードを
取り付けた状態を示す断面図である。

【図８】第１の従来技術においるブロックを成形したス
テムの側面図である。

【図９】第１の従来技術における半導体レーザを固着し
た状態を示す断面図である。

【図１０】第１の従来技術におけるブロックの変形形態
を示す上面図である。

【図１１】第２の従来技術におけるステムの断面図であ
る。

【符号の説明】

２１…ステム２２…ベース部２２ａ…上面２３…取付部２３ａ…側面２４…ブロック２８…半導体レーザ３２…キャップ３３…窓部３４…天板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者繁沢伸二千葉県茂原市茂原647番地東芝コンポーネンツ株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA41 AA42 AA43 DA33 DA35 5F073 EA29 FA02 FA14 FA15 FA16 FA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステムに固着された光半導体素子を覆
い、かつ該光半導体素子からの光を外部に窓部を介して
放出するようキャップ状外囲器を前記ステムに固定して
なる光半導体装置において、前記ステムが、所定外形を
有するベース部と、このベース部の形成時に同時一体成
形によって突出するように形成された取付部と、この取
付部の所定位置に固定されたブロックとを有すると共
に、前記ブロックに前記光半導体素子が所定方向に光が
放射されるよう固着されていることを特徴とする光半導
体装置。
【請求項２】ステムが、Ｆｅ板あるいはＦｅ合金板を
用いて成形されたものであり、ブロックが、Ｃｕあるい
はＣｕ合金でなるものであることを特徴とする請求項１
記載の光半導体装置。
【請求項３】取付部のブロック固定面と光の放射方向
が平行であることを特徴とする請求項１記載の光半導体
装置。
【請求項４】ブロックが、互いに平行な二面を有する
ものであって、前記二面の片方の面を取付部のブロック
固定面に固定し、他方の面に前記光半導体素子を固着し
たことを特徴とする請求項１及び請求項３記載の光半導
体装置。
【請求項５】外囲器の窓部が、天井部分に設けられて
いると共に、ステムの取付部のブロック固定面が、ベー
ス部の上面に対して垂直となるように成形されているこ
とを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。