JP3945528B2 - 発光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、発光モジュールに関するものである。

文献１(特開平５−３２３１６５号公報)には、半導体発光素子からの光を光ファイバに導くためのレンズを保持部材（Ｌキャリア）によって筐体内に固定する発光モジュールが記載されている。具体的には、レンズを金属筐筒に固定したものを利用し、その金属筐筒付きレンズをＬキャリアに対して調芯した後、筐体内にＹＡＧレーザ溶接で固定しているものがある。
特開平５−３２３１６５号公報

本発明は、半導体発光素子からの光を導くためのレンズの位置決めと半導体発光素子の良好な放熱とを共に実現できる発光モジュールを提供することを課題とする。

本発明に係る発光モジュールは、第１の面を有する搭載部材と、複数の絶縁層を有しており該絶縁層の最上層に配線面を有する積層セラミック部を含む側壁部材、および前記側壁部材と前記搭載部材とを搭載し所定の面に沿って伸びるベースを含む筐体と、前記第１の面上に搭載された半導体発光素子と、前記第１の面上に搭載される設置面を有しており、該半導体発光素子の出射する光を集光するレンズと、前記搭載部材上に搭載されており、前記半導体発光素子に電気的に接続され該半導体発光素子を駆動する駆動素子とを備え、前記レンズは、前記設置面に直交する軸に交差する面に沿って設けられた対向面を有し、前記ベースは、第１の熱伝導率を示す材料から構成されており、前記搭載部材の材料の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率より大きく、前記側壁部材の最下の絶縁層が前記搭載部材と前記ベースとの間に設けられており、前記ベースは金属製である。

本発明に係る発光モジュールでは、前記搭載部材は、前記駆動素子を搭載する第２の面を有しており、前記第２の面は前記第１の面より高い位置にあり、前記配線面は前記第２の面よりも高い位置にある。

本発明に係る発光モジュールでは、前記搭載部材は、前記レンズを搭載する第１の搭載面と、前記半導体発光素子を搭載するための第２の搭載面と、前記駆動素子を搭載する第３の搭載面とを有しており、前記第３の搭載面は前記第２の搭載面より高い位置にある。また、本発明に係る発光モジュールでは、前記配線面は前記第３の搭載面よりも高い位置にある。

本発明に係る発光モジュールでは、前記半導体発光素子はチップキャリアを介して前記搭載部材上に実装されている。

本発明の一側面は発光モジュールに係わる。発光モジュールは、第１及び第２の端面を有する半導体発光素子と、光学窓を有する筐体と、設置面を有し、半導体発光素子の第１の端面からの光を光学窓に導くためのレンズと、を備え、筐体は、レンズの設置面に対面すると共にレンズ及び半導体発光素子を搭載する実装面を含む。
本発明によれば、実装面に搭載されるための設置面をレンズが有しているので、レンズを実装面に搭載できる。例えば、レンズを保持する金属筐筒やLキャリアといった部材が不用になるので、発光モジュールの高さ方向を低くしたりといった設計の自由度が増す。

また本発明の発光モジュールは、レンズが、設置面に沿って延びる対向面を有するようにしてもよい。レンズの高さ方向の長さは設置面と対向面とで挟まれた長さとなるので、例えば、設置面と対向面とで挟まれた部分に半導体発光素子の光が通るようにすればレンズの高さをより低くできる。
また本発明の発光モジュールは、レンズの設置面と、実装面とを固定するための接着部材を備えるようにしてもよい。接着部材でレンズを実装面に固定するので、レンズを搭載するための部材を別途設ける必要がなくなる。

本発明の別の側面は発光モジュールに係わる。発光モジュールは、筐体と、半導体発光素子と、第１の搭載面と、第２の搭載面と、レンズとを備える。筐体は、ベース及び光学窓を有する。ベースは、所定の面に沿って伸びており、第１の熱伝導率を示す材料から構成された。半導体発光素子は、筐体内に設けられている。第１の搭載面は、第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成される。第２の搭載面は、第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成され半導体発光素子を搭載する。レンズは、筐体内に設けられている。レンズは、また、第１の搭載面上に搭載される設置面を有しており、半導体発光素子からの光を光学窓に導くために利用される。
本発明の発光モジュールでは、ベースの材料は、第１の搭載面を構成する材料と異なっており、また第２の搭載面を構成する材料と異なっている。第１の搭載面を構成する材料の熱伝導率は第１の熱伝導率を越えており、また、第２の搭載面を構成する材料の熱伝導率は前記第１の熱伝導率を越えることが好ましい。

本発明によれば、レンズは、第１の搭載面に搭載されるための設置面を有しているので、レンズを第１の搭載面に搭載できると共に、第１の搭載面上においてレンズを位置合わせできる。半導体発光素子は、第２の搭載面上に搭載されるので、放熱が良好に行われる。第１及び第２の搭載面が、共に第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成されるので、半導体発光素子からの光を光学窓に導くためのレンズの位置決めと半導体発光素子の良好な放熱とを共に実現できる。

本発明の発光モジュールは、光学窓を介して半導体発光素子からの光を受ける光ファイバを更に備えることができる。レンズの位置と半導体発光素子との位置の距離は、半導体発光素子からの光のコリメートを可能にする位置と半導体発光素子との位置の距離より大きくなっている。

この発光モジュールによれば、光ファイバと半導体発光素子との間に設けられた単一のレンズを用いて、半導体発光素子を光ファイバに光学的に結合できる。

本発明の発光モジュールでは、筐体は、ベース上に設けられた側壁部材を有している。側壁部材は、ベース上に設けられた複数の絶縁層と複数の導電層とを備える。各導電層は、絶縁層の間に設けられている。半導体発光素子は、配線層に電気的に接続されている。側壁部材が複数の絶縁層と複数の配線層とを備えるので、発光モジュール内の半導体発光素子といった電子素子を配線層を介して互いに接続できる。故に、発光モジュール内の半導体発光素子といった電子素子を互いに接続するために別個の配線基板が不要になる。

本発明の発光モジュールは、第１の搭載面と第２の搭載面とを有する搭載部材を更に備えることができる。光学窓、レンズ、半導体発光素子は、所定の軸方向に配置されている。側壁部材は、所定の軸方向に伸びる第１及び第２の側壁と所定の軸に交差する方向に伸びる第３の側壁とを有している。第１〜第３の側壁は、所定の面に直交する軸に交差する面に沿って伸びており各側壁の内側に位置する絶縁性の配線面を有する。搭載部材は、第１の側壁部材と第２の側壁との間に位置している。側壁部材は、導電層を備える配線面を有している。配線面は、導電層に電気的に接続された電子部品を搭載する。

この発光モジュールによれば、導電層を備える配線面を有する側壁部材が搭載部材の三辺に位置しているので、発光モジュール内の半導体発光素子といった電子素子を導電層を介して互いに接続できる。

本発明の発光モジュールでは、筐体は、側壁部材及びベース上に設けられた金属製部材と、金属製部材上に設けられた金属製蓋とを含むことができる。筐体が絶縁物を含む側壁部材を備えるけれども、金属製蓋及び金属製部材を利用して金属製蓋及び金属製部材間を気密に封止できる。また、本発明の発光モジュールでは、光学窓は気密に封止されている。

本発明の発光モジュールは、光学窓を介して半導体発光素子からの光を受ける光ファイバを更に備えることができる。光ファイバは、側壁部材上に位置決めされ光ファイバを保持する保持部材を有する。

本発明の発光モジュールは、光学窓を介して半導体発光素子からの光を受ける光ファイバを更に備えることができる。光ファイバは、金属製部材上に位置決めされた光ファイバを保持するための金属製の保持部材を有する。筐体が絶縁物を含む側壁部材を備えるけれども、光ファイバの位置決めは、金属製の保持部材及び金属製部材を利用して実現される。

本発明の発光モジュールは、側壁部材の配線面上に設けられ半導体発光素子に光学的に結合されたモニタ用受光素子を更に備えることができる。側壁部材が複数の絶縁層と複数の配線層とを備えるので、モニタ用受光素子といった電子素子を配線層を介して互いに接続できる。

本発明の発光モジュールは、第１の搭載面と第２の搭載面とを有する搭載部材を更に備えることができる。搭載部材は、ベース上に位置している。半導体発光素子からの熱は、搭載部材及びベースを介して放散される。

本発明の発光モジュールは、搭載部材上に搭載され半導体発光素子に電気的に接続された駆動素子を更に備えることができる。駆動素子及び半導体発光素子が搭載部材上に搭載されているので、駆動素子及び半導体発光素子を互いに近くに配置できる。駆動素子からの熱は、搭載部材及びベースを介して発散される。

本発明の発光モジュールでは、搭載部材は、第１の面と、第２の面と、第１の面と第２の面との間に位置する段とを有している。半導体発光素子は、第１の面上に搭載されている。駆動素子は、第２の面上に搭載されている。搭載部材の第１の面とベースとの距離は、搭載部材の第２の面とベースとの距離より小さい。半導体発光素子は、第１の面上に搭載されている。第１の面の高さと第２の面の高さとの違いを利用して、駆動素子の高さ及び半導体発光素子の高さを調整できる。駆動素子と半導体発光素子とを接続するための配線の長さを短縮できる。

本発明の発光モジュールでは、搭載部材の第１の搭載面とベースとの距離は、側壁部材の配線面とベースとの距離より小さい。搭載部材は、第１の面と、第２の面と、第１の面と第２の面との間に位置する段とを有している。レンズは第１の面上に搭載されている。駆動素子は第２の面上に搭載されている。搭載部材の第１の面とベースとの距離は、搭載部材の第２の面とベースとの距離より小さい。半導体発光素子は、第１の面上に搭載されている。搭載部材の第１の搭載面とベースとの距離が側壁部材の配線面とベースとの距離より小さいので、レンズと光ファイバとの高さ合わせが容易になる。

本発明の発光モジュールでは、レンズは非球面レンズであることができる。非球面レンズによれば、半導体発光素子からの光を効率的に集光できる。

本発明の発光モジュールでは、レンズは、設置面に沿って延びる対向面を有している。設置面は、第１の搭載面に交差する軸に交差する面に沿って伸びている。対向面は、第１の搭載面に交差する軸に交差する別の面に沿って伸びている。レンズの高さを小さくできるので、発光モジュールの高さを短縮できる。

本発明の発光モジュールは、レンズの設置面と第１の搭載面とを固定するためのＵＶ硬化剤を含む接着部材を更に備えることができる。レンズの位置合わせとレンズの固定が容易にできる。レンズの固定に溶接を用いないので、溶接に起因する金属の歪みを生じることがない。

本発明の発光モジュールでは、ベースは、所定の面に沿って伸びている。光学窓は、所定の面に所定の角度で交差する別の面に沿って伸びる光入射面を有している。所定の角度は、０度より大きく９０度より小さい。光入射面はベースに向けて傾斜している。光入射面による反射光は、筐体の内壁により多重反射されることが無い。

本発明の発光モジュールでは、光ファイバは光学窓に直接に光学的に結合されていることができる。また、本発明の発光モジュールでは、光学窓と光ファイバとの間に設けられた光アイソレータを更に備えることができる。光アイソレータは、光学窓に直接に光学的に結合されている。

本発明の更なる別の側面は発光モジュールを製造する方法に係わる。この方法は、(ａ)筐体内の第１の搭載エリア上に搭載された半導体発光素子を備える光モジュール部品と、筐体内の第１の搭載エリア上に搭載可能なように設けられた設置面を有するレンズと、半導体発光素子からの光をモニタする光モニタ装置とを準備する工程を備えることができる。この方法は(ｂ)半導体発光素子がレンズを介して光モニタ装置に光学的に結合されるように、筐体外に光モニタ装置を置くと共に第２の搭載エリア上にレンズを置く工程を備えることができる。この方法は(ｃ)第２の搭載エリア上においてレンズを移動して、光モニタ装置からのモニタ信号に基づいてレンズの第１の位置を決定する工程を備えることができる。この方法は(ｄ)レンズを第２の位置に移動する工程とを備えることができる。この方法によれば、単一のレンズを用いて、半導体発光素子からの光の集光を行うことができる。

第１の位置におけるレンズと半導体発光素子との距離は、第２の位置におけるレンズと半導体発光素子との距離より小さい。レンズは、第１の位置において、半導体発光素子からの光から実質的にコリメートされた光を生成する。

本発明の方法では、レンズは、設置面に反対の対向面を有することができる。筐体内の第２の搭載面上にレンズを置く工程では、レンズの対向面を保持する組立ツールを用いて第２の搭載エリア上にレンズを置いている。レンズの対向面は、レンズの移動を行うために便利である。

本発明の方法では、レンズは、設置面に反対の対向面を有している。レンズの第１の位置を決定する工程では、レンズの対向面を保持する組立ツールを用いてレンズを第２の搭載面において移動する。レンズの対向面は、レンズの位置決めのための移動を行うために便利である。

本発明の方法では、レンズを第２の位置に移動する工程では、第２の位置は、第１の位置に対して所定の値だけシフトされる。レンズを所定値だけシフトすることにより、レンズは、半導体発光素子からの光は所定の場所に集光する。この場所は、光ファイバの位置合わせの際に光ファイバが移動できる領域内に位置する。

本発明の方法では、レンズを第２の位置に移動する工程では、第２の位置は、光モニタ装置における光ビームを表す像の面積が所定値より小さくなるように決定される。この移動の結果、レンズが半導体発光素子からの光の集光できる位置に、レンズが位置する。この位置は、光ファイバの位置合わせの際に光ファイバが移動する領域内に位置する。

本発明の上記の目的及び他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述からより容易に明らかになる。

本発明によれば、半導体発光素子からの光を導くためのレンズの位置決めと半導体発光素子の良好な放熱とを共に実現できる発光モジュールが提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

(第１の実施の形態)
本発明の実施形態である発光モジュール１について図１(ａ)及び図１(ｂ)を用いて説明する。図１(ａ)は、本発明の実施形態に係る発光モジュール１を構成するための筐体１０を示した図である。図１(ｂ)は、図１(ａ)のＩ−Ｉ断面を示した図である。筐体１０は、その外壁及び底面の主要な部分を構成するコバール製の金属製フレーム１０１と、金属製フレーム１０１の底面に設けられた開口部に配置される実装部１０２と、金属製フレーム１０１の外壁に設けられた開口部を封止する封止部１０３と、を備える。金属製フレーム１０１には更に、配線パターンを有するアルミナ製の積層セラミック部１０１ｂと、複数のリードピン１０１ａとを備える。

ハーメチックガラス１０３ｂは、ホルダ１０３ａにＡｕＧｅまたはＡｕＳｎ等でロー付けし、気密を確保する。ホルダ１０３ｃは、保持部材(図４の部材１０６)をレーザ溶接で取り付ける際の当接面を、十分な面積で確保することを目的に取り付けられている。封止部１０３は、光学窓としてのハーメチックガラス１０３ｂを、ホルダ１０３ａ及びホルダ１０３ｃで挟み込んで保持して構成されている。封止部１０３は、金属フレーム１０１の外壁に設けられた円筒形の開口部を封止するように、ＡｕＧｅを用いてロウ付けされている。

実装部１０２の筐体１０内部に向かって形成されている実装面１０２ａ上には、半導体発光素子(半導体発光素子部)２１がチップキャリア２０を介して実装されている。半導体発光素子２１は、第１の端面及び第２の端面を有しており、それぞれの端面からレーザ光が放射され、第１の端面は封止部１０３のハーメチックガラス１０３ｂに向かうように、第２の端面は第１の端面とは反対側になるようにそれぞれ配置されている。このような半導体発光素子２１としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザを用いることができる。半導体発光素子は、ＤＦＢレーザに限られるものではなく、ファブリペロー型半導体レーザにも同様に適用できる。チップキャリア２０は、ＡｌＮを用いて形成されている。

実装部１０２には更に、半導体発光素子２１を駆動するための電子半導体チップ２２が搭載されている。電子半導体チップ２２は、半導体発光素子２１を挟んで封止部１０３とは反対側に配置されており、この配置によって、半導体発光素子２１及び積層セラミック部１０１ｂ上に配置されている配線部材との電気的な接続距離が短縮されると共に、発光素子と電子半導体チップとの間に距離を短縮でき、また電子半導体チップのデータ入力部と積層セラミック部１０１ｂの配線との距離を短縮できる。また、電子半導体チップ２２は、半導体発光素子２１を駆動する駆動回路を内蔵している。駆動回路からの駆動信号に応じて、半導体発光素子２１での発光素子の発光が制御される。

積層セラミック部１０１ｂ上には、フォトダイオードチップ２４がチップキャリア２３を介して搭載されている。フォトダイオードチップ２４は、電子半導体チップ２２を挟んで、半導体発光素子２１から放射されるレーザ光を受光できるように配置されている。また、フォトダイオードチップ２４は、半導体発光素子２１の第２の端面から放射されるレーザ光の波長を含む波長域に対して受光感度を有している。電子半導体チップ２２を用いて、フォトダイオードチップ２４が受光するレーザ光に基づいて、半導体発光素子２１の駆動電流を制御してもよい。

図２(ａ)は、筐体１０に搭載されて発光モジュール１を構成するレンズ３０を示した図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)のII−II断面を示した図である。レンズ３０は、実質的に光が通過する部分を残して残余の部分を切削し、設置面３０ｂ及び対向面３０ａを備える。設置面３０ｂは、筐体１０の実装面１０２ａに当接する面である。対向面３０ａは、設置面３０ｂに沿うように形成されている面であり、本実施形態の場合は設置面３０ｂと平行になるように構成している。

レンズ３０では、対向面３０ａは、設置面３０ｂに直交する軸に交差する面に沿って伸びている。図２(ｂ)を参照すると、レンズ３０の光軸を含む平面とレンズ３０の外面との交差線が示されている。この交差線は、対向面３０ａから設置面３０ｂまで伸びている。交差線の曲率半径は、対向面３０ａから離れるにつれて増加及び減少の一方の変化を示しており、曲率半径の極値(極大値或いは極小値)を取った後に、設置面３０ｂに近づくにつれて増加及び減少の他方の変化を示す。このようなレンズは、非球面レンズと呼ばれている。好適な実施例では、対向面３０ａは設置面３０ｂに平行である。

レンズ３０を筐体１０の実装面１０２ａに実装する場合には、対向面３０ａを真空吸着するなどして半導体発光素子２１と封止部１０３との間の実装面１０２ａに配置する。この場合、マーカーといった位置決め手段に基づいて、そのマーカーを画像認識してレンズの位置を決めて配置するようにしてもよいが、いわゆるアクティブアライメントによって位置を決めるほうがより精度を上げることができる。そこで本実施形態では、実装面１０２ａ上にレンズ３０を仮配置した後、封止部１０３の外側に所定の距離だけ離してカメラを配置し、半導体発光素子２１を発光させてレンズ３０による集光スポットがその所定の距離に合致するように調心する。この所定の距離とは、発光モジュール１に光ファイバを取り付ける際の光ファイバ端面位置に相当する。

レンズ３０は、実装面１０２ａ上に紫外線硬化型樹脂を接着部材として用いて固定される。接着部材としてはこのような接着剤に限られず、例えば、レンズ３０の設置面３０ｂに金属膜をコーティングし、半田を接着部材として実装面１０２ａに固定してもよい。

引き続いて、図１(ａ)及び図１(ｂ)に示した筐体１０と、図２(ａ)及び図２(ｂ)に示したレンズ３０とを用いて構成した発光モジュール１について図３を用いて説明する。図３は、発光モジュール１の断面を示した図である。

筐体１０の実装面１０２ａ上にレンズ３０を、上述の方法で固定している。電子半導体チップ２２及び半導体発光素子２１と、電子半導体チップ２２及び積層セラミック部１０１ｂ上に配置されている配線部材とのそれぞれは、所定の電極同士がボンディングワイヤによって結線されている。その後、筐体１０の上部開口部を塞ぐようにコバール製のリッド２５(蓋)を取り付けて気密封止を行って、発光モジュール１が形成される。

このように形成された発光モジュール１は、レンズ３０を実装面１０２ａに直接取り付けているので、金属筐筒やＬキャリアといった部材を用いることがない。また、レンズ３０には設置面３０ｂに対向して対向面３０ａが形成されており、レンズ３０を実装面１０２ａ上に実装した場合には、レンズ３０の対向面３０ａは、チップキャリア２３よりも低い位置にある。したがって、発光モジュール１の高さ方向の寸法Ｌは、発光モジュール１を構成する他の部材や、レンズ３０を調心する際に用いるカメラなどによってその限界値が定まることとなる。

このように形成された発光モジュール１には光ファイバ７０を取り付けることができる。光ファイバ７０は、フェルール６０に挿入固定されており、フェルール６０はブッシュ５０に圧入固定されている。ブッシュ５０は、発光モジュール１の封止部１０３に取り付けられるスリーブ４０と摺動可能に配置されている。このような構成によって、光ファイバ７０の端面が所定の位置にくるように調心できる。また、発光モジュール１は、レセプタクル型の発光モジュールであっても、ピッグテール型の発光モジュールであってもよい。

本実施形態では、１レンズ系の発光モジュールを例にとって説明したが、発光モジュールの筐体の外部にもレンズを設ける２レンズ系の発光モジュールにおいても本発明は適用することが可能である。また、半導体発光素子２１の発光素子が複数ある場合にも本発明は適用できる。

Ｌキャリアを使用している発光モジュールでは、レンズを固定している金属筐筒の外径の制約やＬキャリアをＹＡＧレーザ溶接する部分を確保するための制約といった種々の、発光モジュールをより小型化することを阻害する要因がある。特に、これらの小型化を阻害する要因は、発光モジュールの高さ方向への小型化を阻害するものである。本実施形態の作用及び効果によれば、レンズ３０は、筐体１０の実装面１０２ａに搭載されるための設置面３０ｂを有しているので、レンズ３０を実装面１０２ａに搭載できる。レンズ３０を保持する金属筐筒やLキャリアといった部材が不用になるので、金属筐筒やＬキャリアを用いている場合に比較して発光モジュール１の高さ方向の寸法Ｌを低くできる。より具体的には、金属筐筒の外形は４ｍｍ程度が限界であり、Ｌキャリアの高さは更にＹＡＧレーザ溶接スペース等の関係から６ｍｍ程度が限界である。従って、本実施の形態を採用すれば、このＬキャリアの高さ限界に起因する制約がなくなる。

また、レンズ３０には設置面３０ｂに沿って対向面３０ａが形成されているので、対向面３０ａを形成しない場合に比較して、レンズ３０の高さをより低くできる。

レンズ３０の設置面３０ｂと、実装面１０２ａとを接着部材を用いて固定しているので、レンズ３０を搭載するための部材を別途設ける必要がなくなる。更に、実装面１０２ａにレンズ３０を取り付けるための微細な加工も不要となる。

本実施の形態の発光モジュールによれば、実装面に搭載されるための設置面をレンズが有しているので、レンズを実装面に搭載できる。例えば、レンズを保持する金属筐筒やLキャリアといった部材が不用になるので、発光モジュールの高さ方向を低くしたりといった設計の自由度が増す。従って、半導体発光素子を搭載する実装面に微細な加工が不要であり、発光モジュールの高さを小型化可能とする構造を有する発光モジュールを提供することができる。
(第２の実施の形態)
図４は、別の実施の形態の光モジュールの構成部品を示す図面である。図５(ａ)は、本実施の形態の光モジュールを示す図面である。図５(ｂ)は、図５(ａ)に示された破線のサークル内に示された光モジュールを示す図面である。

図４、図５(ａ)及び図５(ｂ)を参照すると、光モジュール８０は、筐体(ハウジング)８２と、半導体発光素子８４と、第１の搭載面８６と、第２の搭載面８８と、レンズ９０とを備える。筐体８２は、第１の熱伝導率を示す材料から構成されたベース８３及び光学窓９２を有する。第１の搭載面８６は、レンズ９０を搭載する。第２の搭載面８８は、半導体発光素子８４を搭載する。レンズ９０は、第１の搭載面８６上に搭載される設置面９０ａを有しており、半導体発光素子８４からの光を光学窓９２に導くために利用される。

光モジュール８０では、第１の搭載面８６は、ベース８３の第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成される。第２の搭載面８８は、第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成されている。第１の搭載面８６及び第２の搭載面８８は、実装面を構成することができる。筐体８２のベース８３は、例えば、コバール、銅タングステン、といった金属材料から成ることが好ましい。また、筐体８２のベース８３は、アルミナセラミックといったセラミックス材料から成ることができる。第１の搭載面８６及び第２の搭載面８８は、銅タングステン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイト(ＳｉＣ)といった高熱伝導率を示す導電体材料又は絶縁体材料から成ることが好ましい。また、光モジュール８０内に含まれる電子素子からの発熱を放出する観点から、光モジュール８０では、第１の搭載面８６を構成する材料の熱伝導率は第１の熱伝導率を越えており、また、第２の搭載面８８を構成する材料の熱伝導率は第１の熱伝導率を越えることが好ましい。発明者らの実験によれば、搭載面８６及び８８を提供する部材が十分な体積と高熱伝導率を有していれば、筐体８２のベース８３にアルミナセラミック材を実用的に使用できることを発見している。筐体８２のベース８３にアルミナセラミックを用いると、積層セラミック部や後述の側壁部材と同一のプロセスで一体に形成することができる。あるいは、筐体８２のベース８３と積層セラミック部等を別個にアルミナセラミックで形成した後に、ベース８３と積層セラミック部等とをロー材を介して貼り付けることもできる。

光モジュール８０によれば、レンズ９０は、第１の搭載面８６に搭載されるための設置面９０ａを有しているので、レンズ９０を第１の搭載面８６に搭載できると共に、第１の搭載面８６上においてレンズ９０を位置合わせできる。半導体発光素子８４は、第２の搭載面８８上に搭載されるので、放熱が良好に行われる。第１及び第２の搭載面８６、８８が、共に第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成されるので、半導体発光素子からの光を光学窓に導くためのレンズの位置決めと半導体発光素子の良好な放熱とを共に実現できる。また、第１及び第２の搭載面が共に熱伝導性の良い材料から構成されている。

光モジュール８０は、搭載部材９４を更に備えることができる。搭載部材９４は、例えば実装部として機能している。搭載部材９４は、ベース８３上に位置している。半導体発光素子８４からの熱は、搭載部材９４及びベース８３を介して発散される。搭載部材９４は、所定の軸の方向に配置された第１〜第３の領域９４ａ〜９４ｃを備える。第１の領域９４ａは、第１の搭載面８６を有しており、レンズ９０を搭載する。第２の領域９４ｂは、第２の搭載面８８を有しており、半導体発光素子８４を搭載する。ヒートシンクといった搭載部品８６が、半導体発光素子８４と搭載部材９４との間に設けられている。搭載部品８６は、半導体発光素子８４からの熱の放散及び半導体発光素子８４の高さ方向に関する位置合わせに利用される。第２の領域９４ｂは、また、電子素子９８を搭載することができる。電子素子９８としては、ダイキャップといったキャパシタ及びワイヤリングポストといった配線部品が例示される。電子素子９８は、半導体発光素子８４の隣りに配置され、半導体発光素子８４の高速動作のために利用される。

光モジュール８０は、搭載部材９４上に搭載され半導体発光素子８４に電気的に接続された駆動素子１００を更に備えることができる。第３の領域９４ｃは、駆動素子１００を搭載する。駆動素子１００及び半導体発光素子８４が搭載部材９４上に搭載されているので、駆動素子１００及び半導体発光素子８４を互いに近くに配置できる。駆動素子１００からの熱は、搭載部材９４及びベース８３を介して発散される。搭載部材９４は、第３の搭載面９９と、第２の搭載面８８と第３の搭載面９９との間に位置する段９４ｄと、設置面９４ｅとを有している。搭載部材９４は、設置面９４ｅをベース８３に向けて、筐体８２内に配置される。搭載部材９４の第２の搭載面８８と設置面９４ｅとの距離(高さ)は、第３の搭載面９９と設置面９４ａとの距離(高さ)より小さい。第２の搭載面８８と、第２の搭載面８８と段差(ステップ)９４ｄによって分離される第３の搭載面９９と高さの違いを利用して、駆動素子１００の高さ及び半導体発光素子８４の高さを位置合わせでき、駆動素子１００と半導体発光素子８４とを接続するための配線の長さを短縮できる。

光モジュール８０は、光学窓９２を介して半導体発光素子８４からの光を受ける光ファイバ１０４を更に備えることができる。光ファイバ１０４は、フェルール１０８により保持されている。光モジュール８０は、フェルール１０８を保持するための保持部材１０６を有する。保持部材１０６は、例えば金属製の部材であり、筐体８２上において位置決めされた後に筐体８２に固定される。フェルール１０８は、光ファイバ１０４を保持しており、保持部材１０６は、フェルール１０８及び必要な場合には光アイソレータ１１０を保持している。光ファイバ１０４は一端１０４ａ及び他端１０４ｂを有しており、一端１０４ａは、光学窓９２を介してレンズ９０からの光を受ける。光ファイバ１０４は、一端１０４ａに受けた光を他端１０４ｂまで伝送するために利用される。

この光モジュール８０によれば、光学窓９２を気密に封止することができる。また、光ファイバ１０４と半導体発光素子８４との間に設けられた単一のレンズ９０を用いて、半導体発光素子８４を光ファイバ１０４に光学的に結合できる。レンズ９０は、半導体発光素子８４の光出射面からの光を光ファイバ１０４の一端１０４ａに集光するように作用する。一レンズ系構成を用いると、いくつかの利点がある。まず、光モジュールの構成部品の数を少なくできるので、光モジュールを小型化できる。また、部品点数が少なくなるので、部品コストが低減される。さらに、部品点数が少なくなるので、組立時間が短縮される。例えば、２レンズ系構成では、光ファイバの近くに配置されるレンズの調芯に時間を要しているので、時間短縮の効果は大きい。

光モジュール８０は、半導体発光素子８４に光学的に結合されたモニタ受光素子１１４を更に備えることができる。モニタ受光素子１１４は、筐体８２内のキャビティを所定の軸の方向に配置された第１〜第４の領域に分けたとき、第４の領域に配置される。第１の領域には、レンズ９０が配置されており、第２の領域には半導体発光素子８４が配置されており、第３の領域には駆動素子１００が配置されている。モニタ受光素子１１４は、半導体発光素子８４の第２の端面からの光を受ける。この光は、駆動素子１００を越えてモニタ受光素子１１４に到達する。レンズ９０は、半導体発光素子８４の第１の端面からの光を受ける。この配置形態によれば、駆動素子１００を半導体発光素子８４の隣りに配置できると共に、半導体発光素子８４の背面光をモニタできる。モニタ受光素子１１４は搭載部品１１６上に配置されており、モニタ受光素子１１４の受光面１１４ａは、半導体発光素子８４の背面に向いている。モニタ受光素子１１４の受光面１１４ａは、半導体発光素子８４の背面からの光が半導体発光素子８４に戻らないように向き付けされている。

図５(ｂ)は、光モジュール８０の内部を詳細に示す。半導体発光素子８４は、一対の端面８４ａ及び８４ｂを備える。端面８４ａは、レンズ９０と面しており、レンズ９０に光学的に結合されている。端面８４ｂは、受光素子１１４と面しており、受光素子１１４に光学的に結合されている。

図６は、本実施の形態の光モジュールの筐体の構成部品を示す図面である。図７は、本実施の形態の光モジュールの裏面を示す図面である。図６及び図７を参照しながら、筐体の構造を説明する。筐体８２は、ベース８３と、フレーム１１３と、蓋１２０とを備える。フレーム１１３は、第１の側壁部材１１６と、第２の側壁部材１１８とを含む。第１の側壁部材１１６及び第２の側壁部材１１８は、ベース８２ａ上に配置される。この配置により、レンズ９０といった光学部品、並びに半導体発光素子及び駆動素子といった電子素子を収容するためにキャビティが形成される。蓋１２０が、第２の側壁部材１１８を覆うことにより、キャビティを封止することが可能になる。ベース８３は、平坦な面を有する基板上に当該光モジュール８０を搭載できるように設けられた外底面８３ａと、搭載部材９４及び第１の側壁部材１１６を搭載できるように設けられた内底面８３ｂとを有する。好適な実施例は、ベース８３の材料は導電性材料である。

第１の側壁部材１１６は、裏面１１６ａに対向する配線面１１６ｂを有する。図８を参照しながら第１の側壁部材１１６を後述するので、ここでは、第１の側壁部材１１６を概説する。第１の側壁部材１１６は、筐体８２に側壁１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅを提供する。側壁１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅの各々は、第１の側壁部材１１６の３つのエッジ１１６ｆ、１１６ｇ、１１６ｈから伸びる外側面１１６ｉ、１１６ｊ、１１６ｋを有する。また、第１の側壁部材１１６は、開口１１６ｍを有する。開口１１６ｍは、第１の側壁部材１１６のエッジ１１６ｎから軸１２２の方向に伸びるように設けられている。開口１１６ｍは、本実施の形態では、軸１２２の方向に伸びる側面１１６ｐ及び１１６ｑと軸１２２の交差する方向に伸びる側面１１６ｒとによって規定されている。第１の側壁部材１１６がベース８３上に配置されたとき、第１の側壁部材１１６の開口１１６ｍの位置にベース８３の内底面８３ｂが露出する。第１の側壁部材１１６の開口１１６ｍには、搭載部材９４が配置される。

第１の側壁部材１１６は、軸１２２に交差する面に沿って伸びる前端面１１６ｓを備える。第２の側壁部材１１８は、側壁１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ及び前端面１１６ｓ上に接触するように、ベース８３及び第１の側壁部材１１６上に位置合わせされる。この位置合わせにより、フレーム１１３が形成される。フレーム１１３では、第１の側壁部材１１６の開口１１６ｍの位置に、第２の側壁部材１１８の前壁１１８ａに設けられた光学窓(図５の参照番号９２)が位置する。第２の側壁部材１１８は、蓋１２０を載せるための上面１１８ｂを有する。第２の側壁部材１１８の上面１１８ｂ上に蓋１２０が配置される。好適な実施例では、第２の側壁部材１１８及び蓋１２０の材料は金属であり、これにより、第２の側壁部材１１８と蓋１２０との間を気密に封止することが可能になる。

光モジュール８０は、光学窓９２を介して半導体発光素子８４からの光を受ける光ファイバ１０４を備えている。光ファイバ１０４は、金属製の第２の側壁部材１１８上に位置決めされた後に、金属製の保持部材１０６により保持される。光ファイバ１０４の位置決めは、金属製の保持部材１０６及び金属製の側壁部材１１８を利用して実現される。

図６及び図７を参照しながら、ベース８３及び第１の側壁部材１１６を説明する。ベース８３は、軸１２２の方向に配置された第１の部分８３ｃ及び第２の部分８３ｄを有する。第１の部分８３ｃの幅(軸１２２に交差する方向に関する長さ)は、第２の部分８３ｄの幅より大きい。第１の部分８３ｃの幅は、筐体８２の横幅と実質的に同じであり、この形状のおかげで、ベース８３が側壁部材１１６及び１１８を支持できる。第２の部分８３ｄの幅は、側壁部材１１６の裏面１１６ａが露出するように設けられている。この露出により、側壁部材１１６の裏面１１６ａ上の電極１２６に接続されるリード端子１２４がベース８３に接触しない。ベース８３の第２の部分８３ｄのエッジ８３ｅ、８３ｆ、８３ｇは、第１の側壁部材１１６の裏面１１６ａに設けられている電極と接触しないように、側壁部材１１６の底面１１６ａのエッジ１１６ｆ、１１６ｇ、１１６ｈの位置から内側に後退した位置に設けられている。ベース部８３の第２の部分８３ｄは、リード端子１２４ａ、１２４ｂが伸びる方向に伸びるベースリード端子８３ｈ、８３ｉ、８３ｊを備える。これらのベースリード端子８３ｈ、８３ｉ、８３ｊは、接地電位といった所定の電位をベース８３に与えるために利用される。リード端子１２４ａ、１２４ｂ及びベースリード端子８３ｈ、８３ｉ、８３ｊは、第１の側壁部材１１６の側面よりも外に突き出している。

図８は、図６に示された第１の側壁部材を示す図面である。第１の側壁部材１１６は、裏面１１６ａから配線面１１６ｂに向かう方向Ｓに順に設けられた複数の絶縁層１２６ａ〜１２６ｆ及び１２６ｇ〜１２６ｉを備える。絶縁層１２６ａの一表面は、第１の側壁部材１１６の裏面１１６ａを構成することができる。絶縁層１２６ｆの一表面は、第１の側壁部材１１６の配線面１１６ｂを構成することができる。複数の絶縁層１２６ｇ〜１２６ｉは、第１の側壁部材１１６の側壁１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅを構成する。好適な実施の形態では、絶縁層の各々は、アルミナといったセラミック材料から構成され、セラミック配線基板を形成する手法により第１の側壁部材１１６を製造することができる。第１の側壁部材１１６は、複数の導電層１２８ａ〜１２８ｄを備える。導電層１２８ａ〜１２８ｄの各々は、いずれか絶縁層１２６ａ〜１２６ｆの間に設けられている。第１の側壁部材１１６は、配線面１１６ｂ上に設けられた配線層１３２ａ〜１３２ｆを備える。これらの配線層１３２ａ〜１３２ｆ及び導電層１２８ａ〜１２８ｄを接続するために、第１の側壁部材１１６は、ビア１３０ａ〜１３０ｆを備える。第１の側壁部材１１６においては、導電層１２８ａ〜１２８ｄ、ビア１３０ａ〜１３０ｆ及び配線層１３２ａ〜１３２ｆを介して、配線面１１６ｂ上に搭載された電子素子(図５(ｂ)に示された電子素子１３４ａ〜１３４ｆ)及び受光素子１１４、壁部１１６ｃと側壁１１６ｅとの間に位置している搭載部材９４上に搭載された半導体発光素子８４及び駆動素子１００、リード端子１２４ａ、１２４ｂを電気的に接続することができる。また、第１の側壁部材１１６が複数の絶縁層と複数の配線層とを備えるので、モニタ用受光素子１１４といった電子素子を配線層及び導電層を介して互いに接続できる。第１の側壁部材１１６によれば、発光モジュール内の半導体発光素子、駆動素子及びモニタ用受光素子といった電子素子を互いに電気的に接続するために別個の配線基板が不要になる。

第１の側壁部材１１６は、多層の絶縁層とこれらの間に位置する導電層とを備えるので、１０Ｇｂｐｓ以上の伝送速度を実現する高周波電気信号を伝送するための伝送線(例えば、マイクロストリップライン、ストリップライン)を実現することができる。本実施の形態において、例えば、半導体発光素子８４を駆動するために信号は、一対のリード端子１２４ａに入力される。リード端子１２４ａは、第１の側壁部材１１６内のビア１３０ｅ、１３０ｆ及び導電層１２８を介して、一対の配線層１３２ｃ、１３２ｄに電気的に接続される。配線層１３２ｃ、１３２ｄは、図５(ｂ)に示されるように、ボンディングワイヤといった接続部材を介して駆動素子１００に接続される。図７を参照すると、リード端子１２４ａの両側には、ベースリード端子８３ｉが位置している。ベースリード端子８３ｉは、ベース８３に電気的に接続されているので、接地電位といった安定な電位になる。故に、本筐体８２は、高周波信号を取り扱う小型の光モジュールを実現するために好適な構造になる。

図９(ａ)は、図５(ａ)に示されたIII−III線に沿った断面図である。光モジュール８０では、搭載部材９４は、ベース８３上に配置されている。搭載部材９４の第１の搭載面８６とベース８３との距離ｄ₂は、側壁部材１１６の配線面１１６ａとベース８３との距離ｄ₁より小さいので、レンズ９０と光ファイバ１０４との光学的な位置合わせが容易になる。また、搭載部材９４の第１の面８６及び８８とベース８３との距離ｄ₂は、搭載部材９４の第２の面９９とベース８３との距離ｄ₃より小さい。この差(ｄ_３−ｄ_２)は、搭載部材９４の段９４ｄにより生じている。この段９４ｄにより、半導体発光素子８４の高さ及び駆動素子１００の高さを調整できるので、半導体発光素子８４と駆動素子１００との配線長を短縮できる。さらに、搭載部材９４の第２の面９９とベース８３との距離ｄ₃は、側壁部材１１６の配線面１１６ａとベース８３との距離ｄ₁より小さい。この差(ｄ₁−ｄ₃)により、配線面１１６ｂの高さ及び駆動素子１００の高さを調整できるので、配線面１１６ｂと駆動素子１００との配線長を短縮できる。レンズ９０の設置面９０ｂは、第１の搭載面８６と接着部材１１９とを介して固定されている。好適な実施例では、接着部材１１９はＵＶ硬化剤を含む。ＵＶ硬化接着部材によれば、レンズ９０の位置合わせとレンズ９０の固定が容易にできる。レンズ９０の固定に溶接を用いないので、溶接に起因する金属の歪みを生じることがない。また、溶接のために必要とされる金属製のレンズ保持部材が不要になる。

図９(ｂ)は、III−III線と等価な線に沿って取られた光モジュールの変形例を示す断面図である。図９(ｂ)を参照すると、光モジュール８０ａが示されている。光モジュール８０ａは、側壁部材１１６に替えて、側壁部材１１５を備える。側壁部材１１５は、裏面１１５ａ及び配線面１１５ｂを備える。光モジュール８０ａでは、側壁部材１１５の最下の絶縁層１１５ｃが搭載部材９５とベース８３との間に設けられている。側壁部材１１５は、ベース８３の上面を覆うように設けられた絶縁層１１５ｃ上に側壁部材１１６を配置することにより得られる形状を有する。搭載部材９５の高さは、絶縁層１１５ｃの厚さ分だけ、搭載部材９４の高さより低い。光モジュール８０ａでは、搭載部材９５が導電性を示すときでも、ベース８３と搭載部材９５とを電気的に絶縁できる。また、絶縁層１１５ｃは、側壁部材１１５と一体に設けられているので、搭載部材９５のための電位を側壁部材１１５の導電層を介して提供できる。

図９(ｃ)は、III−III線と等価な線に沿って取られた光モジュールの変形例を示す断面図である。図９(ｃ)を参照すると、光モジュール８０ｂが示されている。光モジュール８０ｂでは、搭載部材９５とベース８３との間には、絶縁層１１７が設けられている。絶縁層１１７は、ベース８３の上面を覆うように設けられている。好適な実施例では、絶縁層１１７の材料は、側壁部材１１６の絶縁体或いはベース８３の材料の熱伝導率より優れた熱伝導率を示す絶縁体であり、例えば窒化アルミニウム(ＡｌＮ)がある。搭載部材９５の高さは、絶縁層１１７の厚さ分だけ、搭載部材９４の高さより低い。光モジュール８０ｂでは、搭載部材９５が導電性を示すときでも、ベース８３と搭載部材９５とを電気的に絶縁できる。また、光モジュール８０ｂでは、搭載部材９５からの熱の放熱性に優れる。

図１０は、光モジュールの光学的な結合を示す図面である。光モジュール８０において、半導体発光素子８４の一端面８４ａからの光Ａはレンズ９０に入射する。レンズ９０は、発散的な光Ａを集光的な光Ｂに変換する。光Ｂは、光学窓９２に入射する。光学窓９２の光入射面９２ａにおいて、入射光Ｂの一部は反射光Ｃになり、残りの光は透過光Ｄになる。透過光Ｄは、光ファイバ１０４の端部１０４ａに入射する。

光モジュール８０では、レンズ９０の位置と半導体発光素子８４の位置との距離は、半導体発光素子８４からの光をコリメート光に変えるためのレンズ９０の位置と半導体発光素子８４の位置の距離より大きくなっている。光モジュール８０によれば、光ファイバ１０４と半導体発光素子８４との間に設けられた単一のレンズ９０を用いて、半導体発光素子８４を光ファイバ０１４に光学的に結合できる。

光モジュール８０では、光学窓９２は、光入射面９２ａを有している。光入射面９２ａが、ベース８３が伸びる方向に沿って設けられた所定の面に対して０度より大きく９０度より小さい角度(図１０におけるα)、例えば８度程度の角度で交差する別の面に沿って伸びるとき、光入射面９２ａによる反射光Ｃは、筐体８２の底面に向けて進む。結果として、反射光Ｃは、筐体８２の内壁により多重反射されて、半導体発光素子８４及び受光素子１１４に入射することが無い。好適な角度の範囲は、２度以上４５度以下であり、望ましくは、８度程度または８度以下である。光入射面９２ａの傾斜角が２度以上のであれば、半導体発光素子への戻り光が低減される。傾斜角が８度以下であれば、半導体発光素子への戻り光が低減でき、傾斜による寸法の増大が許容できる。４５度程度の傾斜角が上限値を考えられる。

図１１(ａ)及び図１１(ｂ)は、レンズの変形例を示す図面である。図１１(ａ)を参照すると、レンズ１３６が示されている。レンズ１３６は、レンズ３０及び９０と同様に、対向面１３６ａ及び設置面１３６ｂを有する。レンズ１３６では、対向面１３６ａは、設置面１３６ｂに直交する軸に交差する面に沿って伸びている。対向面１３６ａ及び設置面１３６ｂを設けることにより、レンズの高さを小さくできるので、光モジュールの高さを縮小できる。図１１(ｂ)は、図１１(ａ)におけるIＶ−IＶ線に沿った断面を示す。図１１(ｂ)を参照すると、レンズ１３６の中心軸を含む平面とレンズ１３６の外面との交差線が示されている。この交差線は、対向面１３６ａから設置面１３６ｂまで伸びている。交差線の曲率半径は、面１３６ｃにおいて、対向面１３６ａから離れるにつれて増加及び減少の一方の変化を示しており、曲率半径の極値(極大値或いは極小値)を取った後に、設置面１３６ｂに近づくにつれて増加及び減少の他方の変化を示す。また、交差線の曲率半径は、面１３６ｄにおいて、対向面１３６ａから離れるにつれて増加及び減少の一方の変化を示しており、曲率半径の極値(極大値或いは極小値)を取った後に、設置面１３６ｂに近づくにつれて増加及び減少の他方の変化を示す。このようなレンズも、また非球面レンズと呼ばれている。非球面レンズによれば、半導体発光素子からの光を効率的に集光できる。

図１１(ｃ)は、レンズを製造する方法を示す図面である。レンズ材料１４０は、中心軸１４０ａに沿って伸びる柱状の部分１４０ｂを備えており、柱状部分１４０ｂは、中心軸１４０ａに交差する一対の面１４０ｃ及び１４０ｄを有している。一方の面１４０ｃには、曲面を有する凸部１４０ｅが設けられている。凸部１４０は、中心軸１４０ａを軸とする回転対称性を有する。他方の面１４０ｄには、曲面を有する凸部１４０ｆが設けられている。凸部１４０は、中心軸１４０ａを軸とする回転対称性を有する。中心軸１４０ａを含む平面に交差する一対の平面１４０ｇ、１４０ｈとレンズ材料１４０との交差面において、レンズ材料１４０を切断することにより、レンズ１３６が得られる。平面１４０ｇと平面１４０ｈとの間に、中心軸１４０ａが存在する。

図１２は、光モジュールの別の変形例を示す図面である。図１２を参照すると、光モジュール８０ｃが示されている。光モジュール８０ｃは、ピグテールファイバ１０４に替えて、光コネクタと結合可能なレセプタクル１３３を備える。レセプタクル１３３は、所定の軸方向に伸びるフェルール１４２を保持している。フェルール１４２は、その中に光ファイバ１４４を含む。フェルール１４２の一端はレセプタクル１３３から突出しており、フェルール１４２の一端には、光ファイバ１４４の一端が現れている。フェルール１４２に保持された光ファイバ１４４の他端は光学窓９２を介して、半導体発光素子８４からの光を受ける。レセプタクル１３３は、光コネクタに嵌め合わされる突起１０３ａを有する。

(第３の実施の形態)
図１３〜図１７は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。図１３〜図１７では、座標系が示されている。

図１３に示されるように、レンズ９０、光モジュールのワークピース１４６及び光モニタ装置１５０を準備する。ワークピース１４６は、半導体発光素子８４が発光可能なように組み立てられている。半導体発光素子８４は、第２の搭載面８８上に搭載されている。光モニタ装置１５０は、半導体発光素子８４からの光をモニタするために利用される。例示的な光モニタ装置１５０は、半導体発光素子８４からの光を受ける画像発生器１５２と、画像発生器１５２からの画像を表示する表示器１５４とを有する。画像発生器１５２は、ワークピース１４６から所定の距離、例えば５０センチメートル程度の距離の位置に配置される。また、レンズ９０を取り扱うために、真空チャック装置１４８といった組み立てツールを準備する。第２の搭載面８６上にレンズ９０を配置するに先だって、紫外線硬化剤を含む接着部材１６０を搭載面８６上に設ける。接着部材１６０は、供給ツール１６１を用いて搭載面８６に供給される。後の工程において、接着部材１６０上にレンズ９０が配置される。

次いで、図１４に示されるように、半導体発光素子８４がレンズ９０を介して光モニタ装置１５０に光学的に結合されるように、筐体８２外に光モニタ装置１５０を置くと共に第２の搭載面８６上にレンズ９０を配置する。この配置の結果、光モニタ装置１５０及びワークピース１４６は、Ｚ軸方向に配列される。レンズ９０は、レンズ９０の対向面９０ｂを真空チャック装置１４８で吸着して第１の搭載面８６に移動する。ワークピース１４６の半導体発光素子８４に電力を供給できるように、ワークピース１４６に電源１５６を接続する。レンズ９０は、第１の搭載面８６上において、Ｘ軸及びＺ軸の方向に真空チャック装置１４８を利用して移動される。

続いて、第１の搭載面８６上においてＸ軸及びＺ軸の方向にレンズ９０を移動して、光モニタ装置１５０からのモニタ信号Ｉ₁に基づいてレンズの第１の位置を決定する。モニタ信号Ｉ₁は、半導体発光素子８４からの光ビームＮＣがコリメートされていないことを示す。図１５に示されるように、表示器１５４の画面には、基準線１５４ａ及び光ビーム像１５４ｂが表示される。第１の位置を決定するために、光ビーム像１５４ｂが基準線１５４ａに対して所定の位置に来るようにレンズ９０を移動する。第１の位置では、半導体発光素子８４からの光ビームＣＢが実質的にコリメートされている。このとき、画像発生器１５２は、モニタ信号Ｉ₂を生成する。モニタ信号Ｉ₂は、半導体発光素子８４からの光ビームがコリメートされていることを示す。この移動により、光モニタ装置１５２における光ビームを表す像の面積は小さくなる。好適な実施の形態では、第１の位置は、光モニタ装置１５２における光ビームを表す像の面積が実質的に最小になるように決定される。この配置(コリメート配置)において、半導体発光素子８４とレンズ９０との間隔は、シンボルＬ₁で示す。

第１の位置が決定された後に、真空チャック装置１４８を用いてレンズ９０を第２の位置に移動する。図１６に示されるように、第１の位置Ｐ₁におけるレンズ９０と半導体発光素子８４との距離は、第２の位置Ｐ₂におけるレンズ９０と半導体発光素子８４との距離より小さい。このとき、画像発生器１５２は、モニタ信号Ｉ₃を生成する。モニタ信号Ｉ₃は、半導体発光素子８４からの光ビームがコリメートされる位置からレンズ９０がシフトされたことを示す。レンズ９０を第２の位置に移動する工程では、レンズ９０を光学窓９２の方向に移動する。この移動により、半導体発光素子８４からの光は、レンズ９０によりある位置に集光する。この位置は、光ファイバの位置合わせにより、光ファイバが移動できる領域内に位置する。この製造方法によれば、単一のレンズ９０を用いて、半導体発光素子８４からの光の集光を行うレンズ９０の位置を決定できる。第１の位置Ｐ₁と第２の位置Ｐ₂との距離は、△Ｚにより表されている。この配置(シフトト配置)において、半導体発光素子８４とレンズ９０との間隔は、シンボルＬ₂で示す。距離Ｌ₁は、距離Ｌ₂より小さい(Ｌ_２＞Ｌ_１)。一実施例では、Ｌ₁＝０．２ミリメートル程度から２ミリメートル程度であり、画像発生器１５２とレンズとの間隔を５０センチメートル程度であるので、画像表示器に生じされるブームスポットの面積が実質的に最小になるように、レンズの位置を調整することにより、レンズは実質的なコリメートの位置にある。レンズのコリメート位置が決定された後に、レンズ９０をＺ軸(半導体発光素子８４から光学窓９２に向かう方向)に所定値△Ｚだけ移動させる。このとき、画像表示器１５６のビーム像は、像が薄くなると共に大きくなる(画像表示器１５６の大きさによっては、表示範囲を超えて大きくなる)。所定値△Ｚは、設計段階で設計した固定値である。

第２の位置においてレンズ９０を移動することなく、予め搭載面８６上に設けられていた紫外線硬化剤を含む接着部材１６０に紫外線を含む光１５８をレンズ９０に照射すると、接着部材１６０の紫外線硬化剤が硬化する。この硬化により、レンズ９０の位置決めが完了する。この位置のレンズ９０は、光ファイバ１０４の位置合わせの際に光ファイバ１０４が移動する位置範囲内に半導体発光素子からの光を集光する。

図１７に示されるように、光ファイバ１０４の位置合わせを行った後に、保持部材１０６とブッシュ(図３の参照番号５０)の固定(Ｚ軸方向の位置決め)を行い、次いで、保持部材１０６を側壁部材１１８に固定する(Ｘ、Ｙ軸方向の位置決め)。これらの主要な工程により、光モジュール８０が完成する。

図１８は、光モジュールを製造する方法の変形例を示す図面である。変形例の方法では、レンズ９０を第２の位置に移動する工程において、第２の位置は、第１の位置に対して所定の値△Ｚだけシフトされている。このシフトは、光モニタ装置を用いることなく、レンズ９０の位置を所定値だけシフトする。シフトされた位置において、レンズ９０は、半導体発光素子８４からの光を集光できる。この位置において、光ビーム像の面積が実質的に最小になっていると期待される。
(第４の実施の形態)
図１９は、更なる別の実施の形態の光モジュールの構成部品を示す図面である。図２０は、本実施の形態の光モジュールを示す図面である。

図１９及び図２０を参照すると、光モジュール８０ｄは、筐体８１と、半導体発光素子８４と、レンズ９０と、搭載部材９４と、電子素子９８と、駆動素子１００と、受光素子１１４とを備える。光モジュール８０ｄによれば、レンズ９０は、第１の搭載面８６に搭載されるための設置面９０ａを有しているので、レンズ９０を第１の搭載面８６に搭載できると共に、第１の搭載面８６上においてレンズ９０を位置合わせできる。半導体発光素子８４は、第２の搭載面８８上に搭載されるので、放熱が良好に行われる。第１及び第２の搭載面８６、８８が、共に第１の熱伝導率以上の熱伝導率を示す材料から構成されるので、半導体発光素子からの光を光学窓に導くためのレンズの位置決めと半導体発光素子の良好な放熱とを共に実現できる。

図１９及び図２０を参照しながら、筐体の構造を説明する。筐体８１は、ベース８５と、第１の側壁部材１２５と、第２の側壁部材１２７と、蓋１２１とを備える。第１の側壁部材１２５及び第２の側壁部材１２７は、ベース８５上に配置される。この配置により、レンズ９０といった光学部品、並びに半導体発光素子及び駆動素子といった電子素子を収容するためにキャビティが形成される。蓋１２１が、第２の側壁部材１２７を覆うことにより、キャビティを封止することが可能になる。ベース８５は、平坦な面を有する基板上に当該光モジュール８０を搭載できるように設けられた外底面８５ａと、搭載部材９４及び第１の側壁部材１１６を搭載できるように設けられた内底面８５ｂと，延出されたフランジ８５ｃとを有する。好適な実施例は、ベース８５の材料は導電性材料である。

第１の側壁部材１２５は、第１の側壁部材１１６と同様の構造を有しており、例えば筐体８１に側壁１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅを提供する。第１の側壁部材１２５は、開口１２５ｍを有する。第１の側壁部材１２５の開口１２５ｍには、搭載部材９４が配置される。第１の側壁部材１２５は、前端面１２５ｓを備える。

第２の側壁部材１２７は、側壁１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ及び前端面１２５ｓ上に接触するように、ベース８５及び第１の側壁部材１２５上に位置合わせされる。この位置合わせにより、第１の側壁部材１２５の開口１２５ｍの位置に、第２の側壁部材１２７の前壁１２７ａに設けられた光学窓９２が位置する。

第１の側壁部材１２５は、第１の側壁部材１１６と同様に複数の絶縁層を備える。好適な実施の形態では、絶縁層の各々はセラミック材料から構成され、セラミック配線基板を形成する手法により第１の側壁部材１２５を製造することができる。第１の側壁部材１２６は、第１の側壁部材１１６と同様に複数の導電層を備える。導電層の各々は、いずれか絶縁層の間に設けられている。第１の側壁部材１２５は、第１の側壁部材１１６と同様に配線面１２５ｂ上に設けられた配線層を備える。これらの配線層及び導電層を接続するために、第１の側壁部材１２５は、第１の側壁部材１１６と同様にビアを備える。第１の側壁部材１２５においては、導電層、ビア及び配線層を介して、配線面１２５ｂ上に搭載された電子素子１３５ａ〜１３５ｆ及び受光素子１１４、半導体発光素子８４及び駆動素子１００、並びにリード端子１２３ａ、１２３ｂを電気的に接続することができる。配線面１２５ｂが、半導体発光素子８４を駆動するために信号を伝送するために一対の配線層１２９ａ及び１２９ｂを有する。配線層１２９ａ及び１２９ｂの各々の両側には、接地電位の導電層１２９ｃ、１２９ｄ、１２９ｅを有する。光モジュール８０ｄは、配線層１２９ａ及び１２９ｂを越えて接地電位線１２９ｃ、１２９ｄ、１２９ｅの間を接続する複数のボンディングワイヤ１３１を備えている。発明者の実験によれば、配線層１２９ａ及び１２９ｂの各々の両側の導電層の電位を安定化するために好適である。以上、説明したように、第１の側壁部材１２５は、多層の絶縁層とこれらの間に位置する導電層とを備えるので、１０Ｇｂｐｓ以上の伝送速度を実現する高周波電気信号を伝送するための伝送線(例えば、マイクロストリップライン、ストリップライン)を実現することができる。故に、本筐体８２は、高周波信号を取り扱う小型の光モジュールを実現するために好適である。

以上説明したように、本実施の形態の光モジュールでは、設置面を有するレンズと、このレンズに光学的に結合する半導体発光素子とを搭載部材上に搭載することにより、発光モジュールの高さを小型化可能とする構造を実現している。また、光モジュール内の電子素子のうち発熱量の大きい半導体発光素子及び駆動素子を放熱性の優れる搭載部材上に配置することにより、光モジュールの温度の低減を実現している。さらに、半導体発光素子及び駆動素子を除く電子素子を配置できると共に電子素子相互を接続するために接続構造を備える筐体の構造と一体に形成している。故に、配線基板を別個に準備する必要がない。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識される。例えば、半導体発光素子には、半導体レーザ素子、ＥＡ変調器、並びに半導体レーザ素子及びＥＡ変調器を集積する半導体光集積素子等が含まれる。また、側壁部材は、筐体の側壁を提供するために利用されており、側壁に加えて筐体の外表面を提供することができる。側壁部材の構造の詳細は必要なように変更されることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１(ａ)は、本発明の実施形態である発光モジュール１を構成する筐体１０を示した図である。図１(ｂ)は、図１(ａ)のＩ−Ｉ断面を示した図である。 図２(ａ)は、本発明の実施形態である発光モジュール１を構成するレンズ３０を示した図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)のII−II断面を示した図である。 図３は、本発明の実施形態である発光モジュールを示した図である。 図４は、別の実施の形態の光モジュールの構成部品を示す図面である。 図５(ａ)は、本実施の形態の光モジュールを示す図面である。図５(ｂ)は、図５(ａ)に示された破線のサークル内に示された光モジュールを示す図面である。 図６は、本実施の形態の光モジュールの筐体の構成部品を示す図面である。 図７は、本実施の形態の光モジュールの裏面を示す図面である。 図８は、図６に示された第１の側壁部材を示す図面である。 図９(ａ)は、図５(ａ)に示されたIII−III線に沿った断面図である。図９(ｂ)は、III−III線と等価な線に沿って取られた光モジュールの変形例を示す図面である。図９(ｃ)は、III−III線と等価な線に沿って取られた光モジュールの変形例を示す図面である。 図１０は、光モジュールの光学的な結合を示す図面である。 図１１(ａ)及び図１１(ｂ)は、レンズの変形例を示す図面である。図１１(ｃ)は、レンズを製造する方法を示す図面である。 図１２は、光モジュールの別の変形例を示す図面である。 図１３は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。 図１４は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。 図１５は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。 図１６は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。 図１７は、光モジュールを製造する方法を示す図面である。 図１８は、光モジュールを製造する方法の変形例を示す図面である。 図１９は、更なる別の実施の形態の光モジュールの構成部品を示す図面である。 図２０は、本実施の形態の光モジュールを示す図面である。

符号の説明

１…発光モジュール、１０…筐体、１０１…金属製フレーム、１０１ａ…リードピン、１０１ｂ…積層セラミック体、１０２…実装部、１０２ａ…実装面…１０３…封止部、１０３ａ、１０３ｃ…ホルダ、１０３ｂ…ハーチメックガラス、２０、２３…チップキャリア、２１…半導体発光素子、２２…電子半導体チップ、２４…フォトダイオードチップ、３０…レンズ、３０ａ…対向面、３０ｂ…設置面、４０…スリーブ、５０…ブッシュ、６０…フェルール、７０…光ファイバ、８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ…光モジュール、８２…筐体(ハウジング)、８３…ベース、８４…半導体発光素子、８６…第１の搭載面、８８…第２の搭載面、９０…レンズ、９０ａ…設置面、９０ｂ…対向面、９２…光学窓、１００…駆動素子、１０４…光ファイバ、１０８…フェルール、１０６…保持部材、１１０…光アイソレータ、１１４…モニタ受光素子、１１３…フレーム、１２０…蓋、１１６…第１の側壁部材、１１８…第２の側壁部材

Claims (2)

1. 第１の面を有する搭載部材と、
   複数の絶縁層を有しており該絶縁層の最上層に配線面を有する積層セラミック部を含む側壁部材、および前記側壁部材と前記搭載部材とを搭載し所定の面に沿って伸びるベースを含む筐体と、
   前記第１の面上に搭載された半導体発光素子と、
   前記第１の面上に搭載される設置面を有しており、該半導体発光素子の出射する光を集光するレンズと、
   前記搭載部材上に搭載されており、前記半導体発光素子に電気的に接続され該半導体発光素子を駆動する駆動素子と
   を備え、
   前記レンズは、前記設置面に直交する軸に交差する面に沿って設けられた対向面を有し、
   前記ベースは、第１の熱伝導率を示す材料から構成されており、
   前記搭載部材の材料の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率より大きく、
   前記側壁部材の最下の絶縁層が前記搭載部材と前記ベースとの間に設けられており、
   前記ベースは金属製である、発光モジュール。
2. 前記搭載部材は、前記駆動素子を搭載する第２の面を有しており、前記第２の面は前記第１の面より高い位置にあり、
   前記配線面は前記第２の面よりも高い位置にある、請求項１に記載された発光モジュール。

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