JP2004128291A - 半導体レーザモジュールおよび光伝送器 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザモジュールおよびそれを用いた光伝送器において、温度サイクルによる光軸ずれを防止する。
【解決手段】半導体レーザモジュールであって、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体レーザモジュールであって、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を内部に収納するための半導体レーザモジュール、及びその半導体レーザモジュールを用いた光伝送器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送器は半導体レーザを利用して光を送受信するもので、半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザモジュールが放熱用基板に搭載されている。光伝送器の開発では、半導体レーザ素子から出射されら光をファイバに効率良く（光軸ずれを起こさず）入射、結合させる必要がある。これに関して以下の特許文献が開示されている。
【０００３】
前記特開平１１−７４３９５号公報では、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる枠体と枠体に固定された第１の底板と、第１の底板に固定された金属からなる第２の底板を備えている。
また特開平１１−１６３１８４号公報では、半導体装置をねじ止めする際に生じる位置整合不良を対策するために半導体レーザモジュールをネジ止め部と、基体の厚さを規定することが開示されている。また、特開２００１−２８４０７号公報では、ねじ止め固定による半導体素子と光ファイバの位置整合が狂わないようにするために基体の各長辺の中央部に外側に突出するようにネジ止め部を設けている。また特開２００１−６０７３５号公報では、ねじ止め時等の光軸ずれを防止するために基体の両短辺にネジ止め部を設けるとともに、枠体の一方の長辺側側部に光ファイバ固定部材を、他方の長辺側側部にリード端子部材を配設している。また特開平１１−７４６１９号公報では、ねじ止めに伴うずれを防止するために光半導体用パッケージを構成する金属基体及び金属枠体に、ヤング率２００ＧＰａ以下で降伏応力が５００ＭＰａ以下の金属材料からなるネジ止め部材を金属基体及び金属枠体から突出するように接合している。
【０００４】
特開２００２−７２０２４号公報では、枠体およびフランジ部の底面を研磨加工で平坦化することにより、ねじ止めの際に発生する光軸ずれを解決しようとしている。
【特許文献１】
特開平１１−７４３９５号公報（図１、及びその説明）
【特許文献２】
特開平１１−１６３１８４号公報（図１、及びその説明）
【特許文献３】
特開２００１−２８４０７号公報（図１、及びその説明）
【特許文献４】
特開２００１−６０７３５号公報（図１、及びその説明）
【特許文献５】
特開平１１−７４６１９号公報（図１、及びその説明）
【特許文献６】
特開２００２−７２０２４号公報（図１、及びその説明）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザモジュールを放熱基板に搭載し、半導体レーザトランシーバを構成し、レーザを駆動した場合、レーザ素子が発熱し、半導体レーザモジュールと放熱用基板との線膨張係数差から熱応力が発生し、また、周辺環境の温度変化により熱応力が発生する。本発明者らの鋭意検討の結果上記文献技術では、運転により生じる熱応力に起因する光軸ずれ等の課題について十分な解決を図るのは難しかった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記課題を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決して、レーザモジュール搭載後の光軸ずれを効果的に抑制するために、例えば以下の形態を有する。
（１）半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（２）前記（１）において、前記枠体は多角形状をなし、前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる前記第１の主辺の第１の領域に前記第１のフランジを設置し、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域にはフランジを非設置とし、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域にフランジを非設置とし、前記第２の領域側に位置する第４の領域に前記第２の前記フランジを設置することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（３）前記（１）において、前記第１の領域に前記第１のフランジの前記固定部を備え、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（４）前記（１）において、前記枠体は多角形状をなし、
前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部と第１の前記フランジの前記固定部とを備え、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部と前記第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（５）請求項１において、前記フランジの前記半導体素子から離れた側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差は、前記フランジの前記半導体に近い側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差より大きくなるよう形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例の半導体レーザ素子およびその製造方法を、図を用いて説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるために一部の部品や接着固定材料等の図示を適宜省略している。また、本発明は、本明細書で開示した形態に限るものではなく、公知技術及び新たに生じた公知技術を転用することを妨げるものではない。
（実施例１）
本発明の第１の実施例の光送信器を図１から図５を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例の光送信器を示す平面図、図２および図５は要部縦断面図である。また、図３（ａ）は従来の光伝送器の熱変形図、同図（ｂ）は本実施例の光伝送器の熱変形図の模式図である。また、図４は本実施例の光伝送器において、半導体レーザモジュールのフランジ部の切欠き長さの例を示すための図である。
【０００９】
本実施例の光送信器１は、図１から図２に示すように放熱用基板１０の上に半導体レーザモジュール２が搭載され、筐体１６によりパッケージングされている。上記半導体モジュール２は、半導体レーザ素子３を搭載するステム４と、半導体レーザ素子３から出射されたレーザ光を内部に伝送する光ファイバ８と、光ファイバを枠体９に固定するファイバ固定部６および７を有し、半導体レーザ素子３を搭載する基体として用いるステム４と枠体９とが、それぞれ銀ロウなどのロウ材（図示せず）で接続されている。半導体レーザ素子３の上部には、半導体レーザ素子３を被う枠体蓋部４１が形成されている。
また、ステム材はＬＤ駆動時にＬＤで発生した熱を効率良く放熱用基板へ流す役目をもっており、熱的には高熱伝導率材料が良い。しかし、一般に熱伝導率の良い材料は、線膨張係数が大きいため、単純に高熱伝導率材料をステム材として使った場合、ＬＤの線膨張係数との差が大きくなってしまい、ＬＤの不良の原因となる応力を発生させてしまう。そこで、熱伝導率が大きく、ＬＤとの線膨張係数差が小さい材料をステム材として使用することとなるが、このような材料は高価なため、製造コスト削減のためには、出来るだけ材料の使用量を少なくする必要がある。実施例１に示した光伝送器１では、基体に穴部が形成され、ステムが放熱用基板１０に直に接続されており、ＬＤ駆動時に発生する熱のほとんどは、ステムから放熱用基板に流れる。よって、基体の材料として、熱伝導率がステムの熱伝導率ほど大きい材料を用いる必要が無く、材料費を節約でき、コスト削減につながる。
【００１０】
また、半導体レーザ素子３と外部回路とを電気的に接続するためのリード端子１４が設けられ、このリード端子１４は酸化アルミニウム等の絶縁材料１３を介して枠体９の側面に固定されている。
【００１１】
また、枠体９の側面には基板（例えば放熱用基板１０）と半導体レーザモジュール２とを固定部材であるネジ１７で接合するためのフランジ１１および固定部であるネジ穴１２が形成されている。放熱用基板１０は、枠体９の上部には、枠体９を被う基板蓋部４２が位置する。
本実施例の光伝送器１に搭載されている半導体レーザモジュール２は、図１に示すようにフランジ部の付け根部分には、幅狭領域を構成する切欠き１５が設けてある。前記フランジ付け根部分に切欠きが形成されて幅狭領域を形成することにより、前記付け根部分の基板１０に沿った水平方向への変形についての剛性が前記基体および前記枠体の剛性より小さくなっている。ここで、上記剛性とは、図４に示すネジ１７周辺において枠体に最も近い点ａを通り光軸に垂直な直線が、フランジ部の側部と交わる点をｂ，ｃとし、フランジ付根部分と枠体の境界部の中心をｄとした場合、ネジを外し、点ａ，ｂを固定をしたまま、点ｄに荷重を加えた場合の、点ｄの移動のし難さを示す。
【００１２】
フランジ１１は、放熱用基板１０との固定部を含む固定領域と枠体９との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有する。
図３（ａ）は比較例としてフランジに幅狭領域のない光伝送器の熱変形図、同図（ｂ）は前記本実施例の幅狭領域を備えた光伝送器の熱変形図の模式図である。従来の光伝送器１ａでは、図３（ａ）に示すように使用環境温度が高い場合、または半導体レーザ素子３を駆動し素子が発熱した場合、半導体レーザモジュール２は、枠体９を構成するコバール（α１＝５．３×１０‐６／℃）と、ステム４を構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐６／℃）との線膨張係数差により、下に凸に変形しようとする。そして、さらに放熱用基板１０（α３＝２３×１０‐６／℃）も半導体モジュール２との線膨張係数差により下に凸に変形しようとする。それに加えて、基板に沿う水平方向に枠体に回転モーメントが加わるので、前記回転モーメントを十分吸収できないと、枠体９の変形が大きくなりし、レーザ出射方向１９ａとファイバ結合方向１９ｂとの間で差ずれ（光軸ずれ２４）を生じる。
一方、本発明の光伝送器では、図３（ｂ）に示すように、フランジ部に切欠き１５が形成されているため、特にフランジが固定される基板に沿う水平方向の回転モーメントに対するフランジの剛性が弱くなっている。これにより、フランジ付け根部分２３によって回転モーメントによる変形を吸収し、放熱基板１０の反りよって半導体モジュール２の反りが助長されることを抑えることができる。これにより、枠体９の変形が抑えられ、レーザ出射方向とファイバ結合方向とが結合し光軸ずれの発生が防止される。
【００１３】
同様に光伝送器１の使用環境温度が低い場合には、半導体レーザモジュール２は上に凸に変形しようとし、さらに放熱用基板１０も半導体モジュール２との線膨張係数差により上に凸に変形しようとし、反対方向の回転モーメントが生じる。しかし、フランジ部に切り欠き１５が形成されているため、十分前記回転モーメントをフランジ付け根部分２３に幅狭領域を有するフランジによって変形を吸収し、放熱基板１０の反りによって半導体モジュール２の反りが助長されることを抑えることができ、光軸ずれが防止される。
【００１４】
また、図１及び図４に示すように、切り欠きは、光軸９に対してフランジ部の反対側に設けることが望ましい。フランジの枠体９との連絡部を光軸９に近い側に形成する。これにより、幅狭領域であるフランジ付け根部分２３の変形を容易にすることで光軸ずれ抑制効果が増す。フランジの両側に切り欠きがある場合は、前記光軸９に対してフランジ部の反対側の方が大きい切り欠きが形成されることが好ましい。よって、前記フランジ１１の半導体レーザ素子３から離れた側の側面における固定領域と幅狭領域との差は、フランジ１１の半導体レーザ素子３に近い側の側面における固定領域と幅狭領域との差より大きくなるよう形成されている。固定領域とは、固定部であるねじ穴１２の最大径を通過するように測定したＬ３であり、幅狭領域の長さはＬ２とすることができる。
【００１５】
また、図４に示すように、フランジの付け根きり欠き長さをＬ１、フランジの付け根長さをＬ２とした場合、フランジの切欠き長さＬ１は、Ｌ１＞Ｌ２を満たしているのが望ましい。これにより、フランジ付根部分の剛性が十分低くなり、変形を容易にすることで光軸ずれ抑制効果が増す。ただし、Ｌ２＜０．５Ｌ１では、フランジ付け根部分の剛性が弱くなり過ぎて、フランジが半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する役目を果たさないおそれがある。半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する力が弱くなりすぎると、ステム底面と基板底面との接触力が低下し、ステム底面から基板への熱抵抗が増してしまい、レーザ素子の放熱効果が弱まってしまう。よって、フランジ付け根部分の長さＬ２は、Ｌ２＞０．５Ｌ１であるのが望ましい。例えば、フランジの幅が３ｍｍの場合は、１ｍｍ≦Ｌ１≦１．５ｍｍであれば良い。
【００１６】
また、フランジの付け根部分の厚さは、枠体長辺長さの１２分の一以下であるのが望ましい。例えば、枠体長辺長さが１２ｍｍであれば、フランジの付け根部分の厚さは、１ｍｍ以下であるのが望ましい。これにより、フランジ付け根部分２３の変形を容易にし、光軸ずれ抑制効果が増す。ただし、薄すぎる場合も、フランジ付け根部分の剛性が弱くなり過ぎて、フランジ１１が半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する役目を果たさないおそれがあるので、フランジ付け根部分の厚さは、枠体長辺の２４分の一以上は必要である。これは、枠体長辺長さが１２ｍｍであれば０．５ｍｍ以上は必要である。
【００１７】
また、この場合、ねじ穴１２が配置される固定領域の厚さの方が厚くなるように形成することが好ましい。
【００１８】
また、枠体９は主として四角形などの多角形状をなしている。多角形を構成する主辺のうち、例えば、枠体９の光ファイバの連絡部を有する第１の主辺に連絡する第１のフランジ１１と、枠体９の第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２のフランジ１１を有する。第１のフランジ１１は、半導体レーザ素子３と光ファイバ固定部６の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域（Ａ１）に第１のフランジを設置し、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域（Ａ２）にはフランジを非設置とし、
前記枠体の第２の辺における第１の領域側に位置する第３の領域（Ａ３）にフランジを非設置とし、第２の領域側に位置する第４の領域（Ａ４）に第２の前記フランジを設置している。
【００１９】
また、放熱用基板１０と接触する枠体底面２１、フランジ底面２２およびステム底面２０は４μｍ以下に平坦加工されていることが好ましい。例えば、研磨加工によって加工することができる。この場合、まず、枠体９とステム４を銀ロウなどのロウ材によって接合する場合、枠体９とステム４との線膨張係数差により、銀ロウの融点（７８０℃）から室温との温度差によって枠体底面２１、ステム底面２０およびフランジ底面２２からなるモジュール底面に反り（枠体が鉄−ニッケル−コバルト合金、ステムが銅−タングステン合金の場合は、約２０μｍほどの上に凸の反り）が発生しても、本発明の光伝送器の半導体モジュールは、枠体９およびステム４を銀ロウ付けした後、上述したようにモジュール底面を平坦化加工しているため、その後の放熱用基板へのネジ止めの際にも、曲げ応力が半導体モジュールに働くことは無く、光軸ずれが防止されている。
また、本実施例では、光伝送器１の小型化に対応した半導体レーザモジュール２として、ねじ止め用フランジが２つの場合について特に示すが、３つ以上の場合でも後に示すフランジ付け根部分の厚さや幅を調整することによって、本発明の同様の効果が得られる。
【００２０】
次に、枠体９、ステム４、放熱用基板１０の線膨張係数を、それぞれα１、α２、α３とし、それらの大小関係で場合分けした場合について、実施例を説明する。
（１）α１＜α２＜α３の場合（あるいは、α１＞α２＞α３）について、図１から図４を用いて説明する。上記の線膨張係数の大小関係（α１＜α２＜α３、あるいは、α１＞α２＞α３）が成り立つのは、例えば、枠体９が、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール、α１＝５．３×１０‐ ６／℃）、ステムが銅−タングステン合金（ＣｕＷ、α２＝８．３×１０‐ ６／℃）からなり、放熱用基板１０がアルミニウム（α３＝２３×１０‐ ６／℃）からなる場合である。
【００２１】
また、図５に示すように、ステム底面２０と放熱用基板１０との間に熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝熱性グリースや熱伝熱性エラストマ等で、枠体９より剛性が小さい部材（低剛性高熱伝導部材２５）を設けることは、両部材間の熱伝導性を高めるのに有効である。
また、光伝送器の蓋体の厚さを一部厚くし、基板への半導体レーザモジュールの押し付け加重を増すことも有効である。ただし、この場合、所望以上の加重が半導体レーザモジュールと基板との間に働かないように、半導体レーザモジュールと蓋体肉厚部２６との間にエラストマ等の低剛性高熱伝導部材２７を設けるのが望ましい。
（実施例２）
他の実施例として、図６、７を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８とは、基本的には同様にすることができるが、半導体レーザモジュール２９と放熱用基板１０とをねじ止めするためのねじ止め用フランジの取付け箇所３０とフランジ３１の形状が異なっている。
【００２２】
本実施例の光伝送器に搭載されている半導体レーザモジュール２９は、図６に示すように、前記枠体９の第１の主辺に連絡する第１のフランジと、枠体９の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２のフランジを有し、半導体レーザ素子３と光ファイバ固定部６の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域（Ａ１）に第１のフランジの固定部であるねじ穴３２を備え、第１の領域の反対側に位置する第２の領域（Ａ２）に第１のフランジの枠体９への連絡部を備え、第１の辺に対向する枠体９の第２の辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域（Ａ３）に第２の前記フランジの枠体９への連絡部を備え、第２の領域側に位置する第４の領域（Ａ４）に第２の前記フランジの固定部とを備えている。つまり、前記半導体レーザ素子の光軸を通り放熱用基板に垂直な平面で２つにわけた空間のうち、前記フランジのネジ穴が属する空間で、光軸に平行な枠体側壁上に、前記フランジの付け根部分が形成されている。
【００２３】
フランジの枠体への取付け個所３０は、フランジ部ねじ穴３２から最も近い枠体側壁上で、フランジ部ねじ穴から枠体の側壁へ伸ばした垂線が枠体側壁と交じり合う箇所（Ａ部，Ａ’部とする）以外の位置にある。図６では、Ａ部およびＡ’部と同じ側壁上で光ファイバ固定部６を越えた位置にフランジの枠体への取付け個所３０が設けてある。
【００２４】
また、図７に示すように、Ａ部およびＡ’部とは異なった側壁上にフランジの枠体への取付け個所３３が設けてある。図６や図７のように、さらに、Ａ部およびＡ’部より離れた箇所にフランジ付け根部を設けることによりフランジを長くすることができ、これにより、実施例１の作用効果に加えて、放熱基板が変形した場合でも、フランジ付け根部分の変形を容易にすることで、光軸ずれ抑制効果が増す。
【００２５】
また、この場合も実施例１に述べたように、フランジ付け根部分に切り欠きを入れたり、フランジ付け根部分の厚さを薄くすることは、光軸ずれ抑制効果を高めるには有効である。
【００２６】
また実施例１に示したように、半導体モジュールと放熱基板との密着性をあげるために、モジュールと基板との間にエラストマ等の熱伝導性が良く、低剛性の部材を設けるのが良い。
【００２７】
（実施例３）
他の実施例について図８、９を用いて説明する。
【００２８】
本実施例の光伝送器３４に搭載されている半導体レーザモジュール３５は、図８に示すようにフランジ３６の厚さが枠体９に連絡する半導体レーザモジュール３５の底板部の厚さに比べ厚く、フランジ３６の剛性が高くなっている。フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、実施例１の効果に加えて、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００２９】
本実施例では、好ましくは、α２＜α１，α２＜α３（あるいは、α２＞α１，α２＞α３）になるように形成する。上記の線膨張係数の大小関係（α２＜α１，α２＜α３、あるいはα２＞α１，α２＞α３）が成り立つ例としては、例えば、枠体がアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）、ステムが銅−タングステン合金（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）からなり、放熱用基板がアルミニウム（α３＝２３×１０‐ ６／℃）からなる場合である。
【００３０】
光伝送器３４の使用環境温度が高い場合、または、半導体レーザ素子３を駆動した場合に素子が発熱し、半導体レーザモジュール３５は、枠体を構成するアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）と、ステムを構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）との線膨張係数差により、上に凸に変形しようとする。しかし、放熱用基板の線膨張係数α３がステムの線膨張係数α１より大きいため、半導体レーザモジュール２が上に凸に反るのを打ち消すように下に凸に反る。ここで、フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００３１】
同様に、光伝送器３４の使用環境温度が低い場合には、枠体を構成するアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）と、ステムを構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）との線膨張係数差により、半導体レーザモジュール３５は下に凸に変形しようとし、放熱用基板の線膨張係数α３がステムの線膨張係数α１より大きいため、半導体レーザモジュール２が下に凸に反るのを打ち消すように上に凸に反る。ここで、フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００３２】
また、図９に示すように、半導体レーザモジュールの変形抑制効果を高めるには、半導体レーザモジュール３５の底板部３７の厚さをＬ３、フランジ厚さをＬ４とした場合、フランジ厚さをＬ４は、Ｌ４＞Ｌ３を満たしているのが望ましい。
また、基体３７の厚さは、２ｍｍ以上であるのが望ましい。これにより、ステムが基体３７に強固に固定され、光軸ずれ抑制効果が増す。
（実施例４）
他の実施例として、図１０を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８とは、ステムの基体への搭載形式の異なっている。実施例１に示した光伝送器１では、基体に穴部が形成され、ステムが放熱用基板１０に直に接続されいるのに対し、図１１に示した本実施例の光伝送器のステム４は、基体５を介して放熱用基板１０に結合している。これにより、基体５に穴部が無いため基体の剛性が実施例１に示した基体より大きくすることができ、放熱用基板と半導体レーザモジュールとの線膨張係数差によって発生する基体５の熱変形を小さくすることが出来、光軸ずれを抑制することが出来る。また、フランジ部に関しては、実施例１と同様に切欠き部が形成されているため、実施例１と同様なメカニズムにより光軸ずれを防止することが出来る。
（実施例５）
他の実施例として、図１１から１３を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８、および図１０に示した実施例４の光伝送器３８とは、半導体レーザモジュールを放熱用基板へネジ止めするためのフランジの数が異っている。
【００３３】
本実施例の光伝送器３９に搭載されている半導体レーザモジュール４０は、図１１に示すようにフランジ部の付け根部分には、幅狭領域を構成する切欠き１５が設けてある。前記フランジ付け根部分に切欠きが形成されて幅狭領域を形成することにより、前記付け根部分の基板１０に沿った水平方向への変形についての剛性が前記基体および前記枠体の剛性より小さくなっている。
これにより、放熱用基板１０と半導体レーザモジュール４０との間の線膨張係数差によって、半導体レーザの駆動時および環境温度の変化に、半導体レーザモジュール４０に熱変形が生じても、フランジ付け根部分において、上記熱変形を吸収し、枠体にまで熱変形が及ぶのを防ぐことができる。これにより半導体レーザの駆動時および環境温度の変化によって生じる光軸ずれを防止することが出来る。
【００３４】
図１２、１３を用いて、上記に示したフランジ付け根部分の熱変形吸収効果を説明する。図１２は、本実施例の光伝送器の半導体レーザ駆動時および環境温度の変化によって生じる熱変形を示す図であり、図１２（ａ）は変形前、図１２（ｂ）は変形後を示す。ここでは、放熱用基板１０と半導体レーザモジュール４０、およびそれらをネジ１７でネジ止めするためのフランジ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを有する。また，半導体レーザモジュール４０の半導体レーザ素子搭載する本体部分を有する。ここでは、便宜上、上記以外の部品の図示は省略している。本発明の光伝送器では、上記フランジ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄにおいて、半導体レーザモジュール本体部分との接合部に切欠が設けられている。また、上記切欠きは、フランジ付根部分のモジュール本体角部１００側に形成されている。また、図１３は、比較例として、フランジ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに切欠きが無い光伝送器についての、半導体レーザ駆動時および環境温度の変化によって生じる熱変形を示す図であり、図１３（ａ）は変形前、図１３（ｂ）は変形後を示す。また、上記変形図はいずれも、例えば、放熱用基板の線膨張係数が半導体レーザモジュールの枠体の線膨張係数よりも大きい場合（例えば、放熱用基板がアルミニウムで線膨張係数２６×１０− ６／℃、枠体がコバールで線膨張係数５．３×１０− ６／℃の場合）で、高温から低温へ温度を下げた場合の熱変形を示す。
【００３５】
まず、フランジに切欠きが無い場合には、図１３（ｂ）に示すように、放熱用基板が半導体レーザモジュールに比べ熱収縮量が大きいため、フランジ４５ａと４５ｂとの距離及びフランジ４５ｃと４５ｄとの距離が収縮する。それに伴い、モジュール本体４３の角部１０１が引き摺られ変形する。この熱変形により、モジュール本体４３にひずみが生じ、結果的に光軸ずれを起こすこととなる。
【００３６】
一方、フランジに切欠きがある場合にも、図１２（ｂ）に示すように、放熱用基板が半導体レーザモジュールに比べ熱収縮量が大きいため、フランジ４４５ａと４４ｂとの距離及びフランジ４４ｃと４４ｄとの距離が収縮する。しかし、フランジ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄには、切欠き１５が形成されているため、モジュール本体角部を引き摺ることはなく、モジュール本体４１にはひずみが生じにくい。その結果、光軸ずれが抑制される。また、上記切欠きが、フランジ付根部分のモジュール本体角部１００側に形成されているので、モジュール本体角部の変形抑制効果があり、光軸ずれを防止するのに有効である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば熱応力による半導体レーザモジュールの光軸ずれを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図２】同光伝送器を示す要部断面図である。
【図３】光伝送器の熱変形図を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の半導体レーザモジュールのフランジ部の拡大図である。
【図５】本発明の第１実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図８】本発明の第３実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図９】同光伝送器の半導体レーザモジュールのフランジ部の拡大図である。
【図１０】本発明の第４実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図１１】本発明の第５実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図１２】光伝送器の熱変形図を示す平面図である。
【図１３】光伝送器の熱変形図を示す平面図である。
【符号の説明】
１…光送信器，１ａ…比較例の光伝送器，２…半導体レーザモジュール，３…半導体レーザ素子，４…ステム，６…ファイバ固定部，７…ファイバ固定部，８…光ファイバ，９…枠体，１９…光軸，１０…放熱用基板，１１…フランジ，１２…ネジ穴，１３…絶縁材料，１４…リード端子，１５…切欠き，１６…筐体，１７…ネジ，１９ａ…レーザ出射方向，１９ｂ…ファイバ結合方向，２０…ステム底面，２１…枠体底面，２２…フランジ底面，２３…フランジ付け根部分，２４…光軸ずれ，２５…低剛性高熱伝導部材，２６…蓋体肉厚部，２７…低剛性高熱伝導部材，２８…光伝送器，２９…半導体レーザモジュール，３０…フランジ取付け箇所，３１…フランジ，３２…フランジ部ねじ穴，３３…フランジ取付け個所，３４…光伝送器，３５…半導体レーザモジュール，３６…フランジ，３７…基体，３８，３９…光伝送器，４０，４２…半導体レーザモジュール，４１，４３…半導体レーザモジュール本体，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…フランジ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ…フランジ，１００…半導体レーザモジュール本体角部，１０１…半導体レーザモジュール本体角部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を内部に収納するための半導体レーザモジュール、及びその半導体レーザモジュールを用いた光伝送器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送器は半導体レーザを利用して光を送受信するもので、半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザモジュールが放熱用基板に搭載されている。光伝送器の開発では、半導体レーザ素子から出射されら光をファイバに効率良く（光軸ずれを起こさず）入射、結合させる必要がある。これに関して以下の特許文献が開示されている。
【０００３】
前記特開平１１−７４３９５号公報では、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる枠体と枠体に固定された第１の底板と、第１の底板に固定された金属からなる第２の底板を備えている。
また特開平１１−１６３１８４号公報では、半導体装置をねじ止めする際に生じる位置整合不良を対策するために半導体レーザモジュールをネジ止め部と、基体の厚さを規定することが開示されている。また、特開２００１−２８４０７号公報では、ねじ止め固定による半導体素子と光ファイバの位置整合が狂わないようにするために基体の各長辺の中央部に外側に突出するようにネジ止め部を設けている。また特開２００１−６０７３５号公報では、ねじ止め時等の光軸ずれを防止するために基体の両短辺にネジ止め部を設けるとともに、枠体の一方の長辺側側部に光ファイバ固定部材を、他方の長辺側側部にリード端子部材を配設している。また特開平１１−７４６１９号公報では、ねじ止めに伴うずれを防止するために光半導体用パッケージを構成する金属基体及び金属枠体に、ヤング率２００ＧＰａ以下で降伏応力が５００ＭＰａ以下の金属材料からなるネジ止め部材を金属基体及び金属枠体から突出するように接合している。
【０００４】
特開２００２−７２０２４号公報では、枠体およびフランジ部の底面を研磨加工で平坦化することにより、ねじ止めの際に発生する光軸ずれを解決しようとしている。
【特許文献１】
特開平１１−７４３９５号公報（図１、及びその説明）
【特許文献２】
特開平１１−１６３１８４号公報（図１、及びその説明）
【特許文献３】
特開２００１−２８４０７号公報（図１、及びその説明）
【特許文献４】
特開２００１−６０７３５号公報（図１、及びその説明）
【特許文献５】
特開平１１−７４６１９号公報（図１、及びその説明）
【特許文献６】
特開２００２−７２０２４号公報（図１、及びその説明）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザモジュールを放熱基板に搭載し、半導体レーザトランシーバを構成し、レーザを駆動した場合、レーザ素子が発熱し、半導体レーザモジュールと放熱用基板との線膨張係数差から熱応力が発生し、また、周辺環境の温度変化により熱応力が発生する。本発明者らの鋭意検討の結果上記文献技術では、運転により生じる熱応力に起因する光軸ずれ等の課題について十分な解決を図るのは難しかった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記課題を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決して、レーザモジュール搭載後の光軸ずれを効果的に抑制するために、例えば以下の形態を有する。
（１）半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（２）前記（１）において、前記枠体は多角形状をなし、前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる前記第１の主辺の第１の領域に前記第１のフランジを設置し、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域にはフランジを非設置とし、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域にフランジを非設置とし、前記第２の領域側に位置する第４の領域に前記第２の前記フランジを設置することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（３）前記（１）において、前記第１の領域に前記第１のフランジの前記固定部を備え、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（４）前記（１）において、前記枠体は多角形状をなし、
前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部と第１の前記フランジの前記固定部とを備え、前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部と前記第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
（５）請求項１において、前記フランジの前記半導体素子から離れた側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差は、前記フランジの前記半導体に近い側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差より大きくなるよう形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュールである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例の半導体レーザ素子およびその製造方法を、図を用いて説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるために一部の部品や接着固定材料等の図示を適宜省略している。また、本発明は、本明細書で開示した形態に限るものではなく、公知技術及び新たに生じた公知技術を転用することを妨げるものではない。
（実施例１）
本発明の第１の実施例の光送信器を図１から図５を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例の光送信器を示す平面図、図２および図５は要部縦断面図である。また、図３（ａ）は従来の光伝送器の熱変形図、同図（ｂ）は本実施例の光伝送器の熱変形図の模式図である。また、図４は本実施例の光伝送器において、半導体レーザモジュールのフランジ部の切欠き長さの例を示すための図である。
【０００９】
本実施例の光送信器１は、図１から図２に示すように放熱用基板１０の上に半導体レーザモジュール２が搭載され、筐体１６によりパッケージングされている。上記半導体モジュール２は、半導体レーザ素子３を搭載するステム４と、半導体レーザ素子３から出射されたレーザ光を内部に伝送する光ファイバ８と、光ファイバを枠体９に固定するファイバ固定部６および７を有し、半導体レーザ素子３を搭載する基体として用いるステム４と枠体９とが、それぞれ銀ロウなどのロウ材（図示せず）で接続されている。半導体レーザ素子３の上部には、半導体レーザ素子３を被う枠体蓋部４１が形成されている。
また、ステム材はＬＤ駆動時にＬＤで発生した熱を効率良く放熱用基板へ流す役目をもっており、熱的には高熱伝導率材料が良い。しかし、一般に熱伝導率の良い材料は、線膨張係数が大きいため、単純に高熱伝導率材料をステム材として使った場合、ＬＤの線膨張係数との差が大きくなってしまい、ＬＤの不良の原因となる応力を発生させてしまう。そこで、熱伝導率が大きく、ＬＤとの線膨張係数差が小さい材料をステム材として使用することとなるが、このような材料は高価なため、製造コスト削減のためには、出来るだけ材料の使用量を少なくする必要がある。実施例１に示した光伝送器１では、基体に穴部が形成され、ステムが放熱用基板１０に直に接続されており、ＬＤ駆動時に発生する熱のほとんどは、ステムから放熱用基板に流れる。よって、基体の材料として、熱伝導率がステムの熱伝導率ほど大きい材料を用いる必要が無く、材料費を節約でき、コスト削減につながる。
【００１０】
また、半導体レーザ素子３と外部回路とを電気的に接続するためのリード端子１４が設けられ、このリード端子１４は酸化アルミニウム等の絶縁材料１３を介して枠体９の側面に固定されている。
【００１１】
また、枠体９の側面には基板（例えば放熱用基板１０）と半導体レーザモジュール２とを固定部材であるネジ１７で接合するためのフランジ１１および固定部であるネジ穴１２が形成されている。放熱用基板１０は、枠体９の上部には、枠体９を被う基板蓋部４２が位置する。
本実施例の光伝送器１に搭載されている半導体レーザモジュール２は、図１に示すようにフランジ部の付け根部分には、幅狭領域を構成する切欠き１５が設けてある。前記フランジ付け根部分に切欠きが形成されて幅狭領域を形成することにより、前記付け根部分の基板１０に沿った水平方向への変形についての剛性が前記基体および前記枠体の剛性より小さくなっている。ここで、上記剛性とは、図４に示すネジ１７周辺において枠体に最も近い点ａを通り光軸に垂直な直線が、フランジ部の側部と交わる点をｂ，ｃとし、フランジ付根部分と枠体の境界部の中心をｄとした場合、ネジを外し、点ａ，ｂを固定をしたまま、点ｄに荷重を加えた場合の、点ｄの移動のし難さを示す。
【００１２】
フランジ１１は、放熱用基板１０との固定部を含む固定領域と枠体９との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有する。
図３（ａ）は比較例としてフランジに幅狭領域のない光伝送器の熱変形図、同図（ｂ）は前記本実施例の幅狭領域を備えた光伝送器の熱変形図の模式図である。従来の光伝送器１ａでは、図３（ａ）に示すように使用環境温度が高い場合、または半導体レーザ素子３を駆動し素子が発熱した場合、半導体レーザモジュール２は、枠体９を構成するコバール（α１＝５．３×１０‐６／℃）と、ステム４を構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐６／℃）との線膨張係数差により、下に凸に変形しようとする。そして、さらに放熱用基板１０（α３＝２３×１０‐６／℃）も半導体モジュール２との線膨張係数差により下に凸に変形しようとする。それに加えて、基板に沿う水平方向に枠体に回転モーメントが加わるので、前記回転モーメントを十分吸収できないと、枠体９の変形が大きくなりし、レーザ出射方向１９ａとファイバ結合方向１９ｂとの間で差ずれ（光軸ずれ２４）を生じる。
一方、本発明の光伝送器では、図３（ｂ）に示すように、フランジ部に切欠き１５が形成されているため、特にフランジが固定される基板に沿う水平方向の回転モーメントに対するフランジの剛性が弱くなっている。これにより、フランジ付け根部分２３によって回転モーメントによる変形を吸収し、放熱基板１０の反りよって半導体モジュール２の反りが助長されることを抑えることができる。これにより、枠体９の変形が抑えられ、レーザ出射方向とファイバ結合方向とが結合し光軸ずれの発生が防止される。
【００１３】
同様に光伝送器１の使用環境温度が低い場合には、半導体レーザモジュール２は上に凸に変形しようとし、さらに放熱用基板１０も半導体モジュール２との線膨張係数差により上に凸に変形しようとし、反対方向の回転モーメントが生じる。しかし、フランジ部に切り欠き１５が形成されているため、十分前記回転モーメントをフランジ付け根部分２３に幅狭領域を有するフランジによって変形を吸収し、放熱基板１０の反りによって半導体モジュール２の反りが助長されることを抑えることができ、光軸ずれが防止される。
【００１４】
また、図１及び図４に示すように、切り欠きは、光軸９に対してフランジ部の反対側に設けることが望ましい。フランジの枠体９との連絡部を光軸９に近い側に形成する。これにより、幅狭領域であるフランジ付け根部分２３の変形を容易にすることで光軸ずれ抑制効果が増す。フランジの両側に切り欠きがある場合は、前記光軸９に対してフランジ部の反対側の方が大きい切り欠きが形成されることが好ましい。よって、前記フランジ１１の半導体レーザ素子３から離れた側の側面における固定領域と幅狭領域との差は、フランジ１１の半導体レーザ素子３に近い側の側面における固定領域と幅狭領域との差より大きくなるよう形成されている。固定領域とは、固定部であるねじ穴１２の最大径を通過するように測定したＬ３であり、幅狭領域の長さはＬ２とすることができる。
【００１５】
また、図４に示すように、フランジの付け根きり欠き長さをＬ１、フランジの付け根長さをＬ２とした場合、フランジの切欠き長さＬ１は、Ｌ１＞Ｌ２を満たしているのが望ましい。これにより、フランジ付根部分の剛性が十分低くなり、変形を容易にすることで光軸ずれ抑制効果が増す。ただし、Ｌ２＜０．５Ｌ１では、フランジ付け根部分の剛性が弱くなり過ぎて、フランジが半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する役目を果たさないおそれがある。半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する力が弱くなりすぎると、ステム底面と基板底面との接触力が低下し、ステム底面から基板への熱抵抗が増してしまい、レーザ素子の放熱効果が弱まってしまう。よって、フランジ付け根部分の長さＬ２は、Ｌ２＞０．５Ｌ１であるのが望ましい。例えば、フランジの幅が３ｍｍの場合は、１ｍｍ≦Ｌ１≦１．５ｍｍであれば良い。
【００１６】
また、フランジの付け根部分の厚さは、枠体長辺長さの１２分の一以下であるのが望ましい。例えば、枠体長辺長さが１２ｍｍであれば、フランジの付け根部分の厚さは、１ｍｍ以下であるのが望ましい。これにより、フランジ付け根部分２３の変形を容易にし、光軸ずれ抑制効果が増す。ただし、薄すぎる場合も、フランジ付け根部分の剛性が弱くなり過ぎて、フランジ１１が半導体レーザモジュールを放熱用基板に固定する役目を果たさないおそれがあるので、フランジ付け根部分の厚さは、枠体長辺の２４分の一以上は必要である。これは、枠体長辺長さが１２ｍｍであれば０．５ｍｍ以上は必要である。
【００１７】
また、この場合、ねじ穴１２が配置される固定領域の厚さの方が厚くなるように形成することが好ましい。
【００１８】
また、枠体９は主として四角形などの多角形状をなしている。多角形を構成する主辺のうち、例えば、枠体９の光ファイバの連絡部を有する第１の主辺に連絡する第１のフランジ１１と、枠体９の第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２のフランジ１１を有する。第１のフランジ１１は、半導体レーザ素子３と光ファイバ固定部６の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域（Ａ１）に第１のフランジを設置し、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域（Ａ２）にはフランジを非設置とし、
前記枠体の第２の辺における第１の領域側に位置する第３の領域（Ａ３）にフランジを非設置とし、第２の領域側に位置する第４の領域（Ａ４）に第２の前記フランジを設置している。
【００１９】
また、放熱用基板１０と接触する枠体底面２１、フランジ底面２２およびステム底面２０は４μｍ以下に平坦加工されていることが好ましい。例えば、研磨加工によって加工することができる。この場合、まず、枠体９とステム４を銀ロウなどのロウ材によって接合する場合、枠体９とステム４との線膨張係数差により、銀ロウの融点（７８０℃）から室温との温度差によって枠体底面２１、ステム底面２０およびフランジ底面２２からなるモジュール底面に反り（枠体が鉄−ニッケル−コバルト合金、ステムが銅−タングステン合金の場合は、約２０μｍほどの上に凸の反り）が発生しても、本発明の光伝送器の半導体モジュールは、枠体９およびステム４を銀ロウ付けした後、上述したようにモジュール底面を平坦化加工しているため、その後の放熱用基板へのネジ止めの際にも、曲げ応力が半導体モジュールに働くことは無く、光軸ずれが防止されている。
また、本実施例では、光伝送器１の小型化に対応した半導体レーザモジュール２として、ねじ止め用フランジが２つの場合について特に示すが、３つ以上の場合でも後に示すフランジ付け根部分の厚さや幅を調整することによって、本発明の同様の効果が得られる。
【００２０】
次に、枠体９、ステム４、放熱用基板１０の線膨張係数を、それぞれα１、α２、α３とし、それらの大小関係で場合分けした場合について、実施例を説明する。
（１）α１＜α２＜α３の場合（あるいは、α１＞α２＞α３）について、図１から図４を用いて説明する。上記の線膨張係数の大小関係（α１＜α２＜α３、あるいは、α１＞α２＞α３）が成り立つのは、例えば、枠体９が、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール、α１＝５．３×１０‐ ６／℃）、ステムが銅−タングステン合金（ＣｕＷ、α２＝８．３×１０‐ ６／℃）からなり、放熱用基板１０がアルミニウム（α３＝２３×１０‐ ６／℃）からなる場合である。
【００２１】
また、図５に示すように、ステム底面２０と放熱用基板１０との間に熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝熱性グリースや熱伝熱性エラストマ等で、枠体９より剛性が小さい部材（低剛性高熱伝導部材２５）を設けることは、両部材間の熱伝導性を高めるのに有効である。
また、光伝送器の蓋体の厚さを一部厚くし、基板への半導体レーザモジュールの押し付け加重を増すことも有効である。ただし、この場合、所望以上の加重が半導体レーザモジュールと基板との間に働かないように、半導体レーザモジュールと蓋体肉厚部２６との間にエラストマ等の低剛性高熱伝導部材２７を設けるのが望ましい。
（実施例２）
他の実施例として、図６、７を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８とは、基本的には同様にすることができるが、半導体レーザモジュール２９と放熱用基板１０とをねじ止めするためのねじ止め用フランジの取付け箇所３０とフランジ３１の形状が異なっている。
【００２２】
本実施例の光伝送器に搭載されている半導体レーザモジュール２９は、図６に示すように、前記枠体９の第１の主辺に連絡する第１のフランジと、枠体９の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２のフランジを有し、半導体レーザ素子３と光ファイバ固定部６の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域（Ａ１）に第１のフランジの固定部であるねじ穴３２を備え、第１の領域の反対側に位置する第２の領域（Ａ２）に第１のフランジの枠体９への連絡部を備え、第１の辺に対向する枠体９の第２の辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域（Ａ３）に第２の前記フランジの枠体９への連絡部を備え、第２の領域側に位置する第４の領域（Ａ４）に第２の前記フランジの固定部とを備えている。つまり、前記半導体レーザ素子の光軸を通り放熱用基板に垂直な平面で２つにわけた空間のうち、前記フランジのネジ穴が属する空間で、光軸に平行な枠体側壁上に、前記フランジの付け根部分が形成されている。
【００２３】
フランジの枠体への取付け個所３０は、フランジ部ねじ穴３２から最も近い枠体側壁上で、フランジ部ねじ穴から枠体の側壁へ伸ばした垂線が枠体側壁と交じり合う箇所（Ａ部，Ａ’部とする）以外の位置にある。図６では、Ａ部およびＡ’部と同じ側壁上で光ファイバ固定部６を越えた位置にフランジの枠体への取付け個所３０が設けてある。
【００２４】
また、図７に示すように、Ａ部およびＡ’部とは異なった側壁上にフランジの枠体への取付け個所３３が設けてある。図６や図７のように、さらに、Ａ部およびＡ’部より離れた箇所にフランジ付け根部を設けることによりフランジを長くすることができ、これにより、実施例１の作用効果に加えて、放熱基板が変形した場合でも、フランジ付け根部分の変形を容易にすることで、光軸ずれ抑制効果が増す。
【００２５】
また、この場合も実施例１に述べたように、フランジ付け根部分に切り欠きを入れたり、フランジ付け根部分の厚さを薄くすることは、光軸ずれ抑制効果を高めるには有効である。
【００２６】
また実施例１に示したように、半導体モジュールと放熱基板との密着性をあげるために、モジュールと基板との間にエラストマ等の熱伝導性が良く、低剛性の部材を設けるのが良い。
【００２７】
（実施例３）
他の実施例について図８、９を用いて説明する。
【００２８】
本実施例の光伝送器３４に搭載されている半導体レーザモジュール３５は、図８に示すようにフランジ３６の厚さが枠体９に連絡する半導体レーザモジュール３５の底板部の厚さに比べ厚く、フランジ３６の剛性が高くなっている。フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、実施例１の効果に加えて、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００２９】
本実施例では、好ましくは、α２＜α１，α２＜α３（あるいは、α２＞α１，α２＞α３）になるように形成する。上記の線膨張係数の大小関係（α２＜α１，α２＜α３、あるいはα２＞α１，α２＞α３）が成り立つ例としては、例えば、枠体がアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）、ステムが銅−タングステン合金（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）からなり、放熱用基板がアルミニウム（α３＝２３×１０‐ ６／℃）からなる場合である。
【００３０】
光伝送器３４の使用環境温度が高い場合、または、半導体レーザ素子３を駆動した場合に素子が発熱し、半導体レーザモジュール３５は、枠体を構成するアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）と、ステムを構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）との線膨張係数差により、上に凸に変形しようとする。しかし、放熱用基板の線膨張係数α３がステムの線膨張係数α１より大きいため、半導体レーザモジュール２が上に凸に反るのを打ち消すように下に凸に反る。ここで、フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００３１】
同様に、光伝送器３４の使用環境温度が低い場合には、枠体を構成するアルミニウム（α１＝２３×１０‐ ６／℃）と、ステムを構成するＣｕＷ（α２＝８．３×１０‐ ６／℃）との線膨張係数差により、半導体レーザモジュール３５は下に凸に変形しようとし、放熱用基板の線膨張係数α３がステムの線膨張係数α１より大きいため、半導体レーザモジュール２が下に凸に反るのを打ち消すように上に凸に反る。ここで、フランジ部の厚さが厚く剛性が高いので、放熱用基板の反りによる力が半導体レーザモジュールに伝わり易い。これにより、半導体レーザモジュールの変形を抑えることができ、光軸ずれを抑制できる。
【００３２】
また、図９に示すように、半導体レーザモジュールの変形抑制効果を高めるには、半導体レーザモジュール３５の底板部３７の厚さをＬ３、フランジ厚さをＬ４とした場合、フランジ厚さをＬ４は、Ｌ４＞Ｌ３を満たしているのが望ましい。
また、基体３７の厚さは、２ｍｍ以上であるのが望ましい。これにより、ステムが基体３７に強固に固定され、光軸ずれ抑制効果が増す。
（実施例４）
他の実施例として、図１０を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８とは、ステムの基体への搭載形式の異なっている。実施例１に示した光伝送器１では、基体に穴部が形成され、ステムが放熱用基板１０に直に接続されいるのに対し、図１１に示した本実施例の光伝送器のステム４は、基体５を介して放熱用基板１０に結合している。これにより、基体５に穴部が無いため基体の剛性が実施例１に示した基体より大きくすることができ、放熱用基板と半導体レーザモジュールとの線膨張係数差によって発生する基体５の熱変形を小さくすることが出来、光軸ずれを抑制することが出来る。また、フランジ部に関しては、実施例１と同様に切欠き部が形成されているため、実施例１と同様なメカニズムにより光軸ずれを防止することが出来る。
（実施例５）
他の実施例として、図１１から１３を用いて説明する。
本実施例と図１に示した実施例１の光伝送器２８、および図１０に示した実施例４の光伝送器３８とは、半導体レーザモジュールを放熱用基板へネジ止めするためのフランジの数が異っている。
【００３３】
本実施例の光伝送器３９に搭載されている半導体レーザモジュール４０は、図１１に示すようにフランジ部の付け根部分には、幅狭領域を構成する切欠き１５が設けてある。前記フランジ付け根部分に切欠きが形成されて幅狭領域を形成することにより、前記付け根部分の基板１０に沿った水平方向への変形についての剛性が前記基体および前記枠体の剛性より小さくなっている。
これにより、放熱用基板１０と半導体レーザモジュール４０との間の線膨張係数差によって、半導体レーザの駆動時および環境温度の変化に、半導体レーザモジュール４０に熱変形が生じても、フランジ付け根部分において、上記熱変形を吸収し、枠体にまで熱変形が及ぶのを防ぐことができる。これにより半導体レーザの駆動時および環境温度の変化によって生じる光軸ずれを防止することが出来る。
【００３４】
図１２、１３を用いて、上記に示したフランジ付け根部分の熱変形吸収効果を説明する。図１２は、本実施例の光伝送器の半導体レーザ駆動時および環境温度の変化によって生じる熱変形を示す図であり、図１２（ａ）は変形前、図１２（ｂ）は変形後を示す。ここでは、放熱用基板１０と半導体レーザモジュール４０、およびそれらをネジ１７でネジ止めするためのフランジ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを有する。また，半導体レーザモジュール４０の半導体レーザ素子搭載する本体部分を有する。ここでは、便宜上、上記以外の部品の図示は省略している。本発明の光伝送器では、上記フランジ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄにおいて、半導体レーザモジュール本体部分との接合部に切欠が設けられている。また、上記切欠きは、フランジ付根部分のモジュール本体角部１００側に形成されている。また、図１３は、比較例として、フランジ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに切欠きが無い光伝送器についての、半導体レーザ駆動時および環境温度の変化によって生じる熱変形を示す図であり、図１３（ａ）は変形前、図１３（ｂ）は変形後を示す。また、上記変形図はいずれも、例えば、放熱用基板の線膨張係数が半導体レーザモジュールの枠体の線膨張係数よりも大きい場合（例えば、放熱用基板がアルミニウムで線膨張係数２６×１０− ６／℃、枠体がコバールで線膨張係数５．３×１０− ６／℃の場合）で、高温から低温へ温度を下げた場合の熱変形を示す。
【００３５】
まず、フランジに切欠きが無い場合には、図１３（ｂ）に示すように、放熱用基板が半導体レーザモジュールに比べ熱収縮量が大きいため、フランジ４５ａと４５ｂとの距離及びフランジ４５ｃと４５ｄとの距離が収縮する。それに伴い、モジュール本体４３の角部１０１が引き摺られ変形する。この熱変形により、モジュール本体４３にひずみが生じ、結果的に光軸ずれを起こすこととなる。
【００３６】
一方、フランジに切欠きがある場合にも、図１２（ｂ）に示すように、放熱用基板が半導体レーザモジュールに比べ熱収縮量が大きいため、フランジ４４５ａと４４ｂとの距離及びフランジ４４ｃと４４ｄとの距離が収縮する。しかし、フランジ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄには、切欠き１５が形成されているため、モジュール本体角部を引き摺ることはなく、モジュール本体４１にはひずみが生じにくい。その結果、光軸ずれが抑制される。また、上記切欠きが、フランジ付根部分のモジュール本体角部１００側に形成されているので、モジュール本体角部の変形抑制効果があり、光軸ずれを防止するのに有効である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば熱応力による半導体レーザモジュールの光軸ずれを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図２】同光伝送器を示す要部断面図である。
【図３】光伝送器の熱変形図を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の半導体レーザモジュールのフランジ部の拡大図である。
【図５】本発明の第１実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図８】本発明の第３実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図９】同光伝送器の半導体レーザモジュールのフランジ部の拡大図である。
【図１０】本発明の第４実施例の光伝送器を示す要部断面図である。
【図１１】本発明の第５実施例の光伝送器を示す平面図である。
【図１２】光伝送器の熱変形図を示す平面図である。
【図１３】光伝送器の熱変形図を示す平面図である。
【符号の説明】
１…光送信器，１ａ…比較例の光伝送器，２…半導体レーザモジュール，３…半導体レーザ素子，４…ステム，６…ファイバ固定部，７…ファイバ固定部，８…光ファイバ，９…枠体，１９…光軸，１０…放熱用基板，１１…フランジ，１２…ネジ穴，１３…絶縁材料，１４…リード端子，１５…切欠き，１６…筐体，１７…ネジ，１９ａ…レーザ出射方向，１９ｂ…ファイバ結合方向，２０…ステム底面，２１…枠体底面，２２…フランジ底面，２３…フランジ付け根部分，２４…光軸ずれ，２５…低剛性高熱伝導部材，２６…蓋体肉厚部，２７…低剛性高熱伝導部材，２８…光伝送器，２９…半導体レーザモジュール，３０…フランジ取付け箇所，３１…フランジ，３２…フランジ部ねじ穴，３３…フランジ取付け個所，３４…光伝送器，３５…半導体レーザモジュール，３６…フランジ，３７…基体，３８，３９…光伝送器，４０，４２…半導体レーザモジュール，４１，４３…半導体レーザモジュール本体，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…フランジ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ…フランジ，１００…半導体レーザモジュール本体角部，１０１…半導体レーザモジュール本体角部
Claims (10)
- 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、
前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、
前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、
前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 請求項１において、
前記枠体は多角形状をなし、
前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、
半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる前記第１の主辺の第１の領域に前記第１のフランジを設置し、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域にはフランジを非設置とし、
前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域にフランジを非設置とし、前記第２の領域側に位置する第４の領域に前記第２の前記フランジを設置することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 請求項１において、
前記枠体は多角形状をなし、
前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、
半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域に前記第１のフランジの前記固定部を備え、前記第１の領域の反対側に位置する第２の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、
前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第１の領域側に位置する第３の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部を備え、前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 請求項１において、
前記枠体は多角形状をなし、
前記枠体の第１の主辺に連絡する第１の前記フランジと、前記枠体の前記第１の主辺に対向する第２の主辺に連絡する第２の前記フランジを有し、
半導体レーザ素子と前記光ファイバ固定部の光ファイバが配置される部分とを連絡する線の延長線により区分けされる第１の主辺の第１の領域に第１の前記フランジの前記枠体への連絡部と第１の前記フランジの前記固定部とを備え、
前記第１の主辺に対向する前記枠体の第２の主辺における前記第２の領域側に位置する第４の領域に第２の前記フランジの前記枠体への連絡部と前記第２の前記フランジの前記固定部とを備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 請求項１において、前記フランジの前記半導体素子から離れた側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差は、前記フランジの前記半導体に近い側の側面における前記固定領域と前記幅狭領域との差より大きくなるよう形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
- 請求項１において、前記フランジの前記幅狭領域の厚さは、前記固定領域の厚さより薄く形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
- 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子が搭載される搭載基体と、
前記基体を収容する枠体と、
前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、
前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、
前記フランジは、前記基板との前記固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有し、
前記搭載基体、前記枠体側壁を構成する部材、前記基板の熱膨張係数αは、前記枠体側壁α１＞前記搭載基体α２＞前記基板α３の関係の関係を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子が搭載される搭載基体と、
前記基体を収容する枠体と、
前記枠体に連結される光ファイバ固定部と、
前記枠体に連絡し、前記枠体を基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、
前記フランジは、前記基板との前記固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有し、
前記搭載基体、前記枠体の側壁を構成する部材、前記基板の熱膨張係数αは、前記枠体側壁α１＜前記搭載基体α２＜前記基板α３の関係の関係を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を収容する枠体と、
前記枠体が固定される基板と、を有し、
前記枠体は、光ファイバ固定部と、前記枠体を前記基板に固定する固定部を備えたフランジと、を有し、
前記フランジは、前記基板との固定部を含む固定領域と前記枠体との間に、前記固定領域の幅より狭い幅を有する狭幅領域を有し、
前記半導体レーザ素子を覆い前記枠体に連絡する枠体蓋部と、前記枠体を覆い前記基板に連絡する基板蓋部を有し、
前記枠体蓋部との間に前記枠体より剛性が低く高い熱伝導性が高い部材を備えることを特徴とする光伝送器。 - 請求項９において、前記基板蓋部の前記部材が配置された領域の厚さは前記部材が配置された領域の外より厚く形成されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
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