JP4969834B2 - 光半導体モジュール及び光半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光透過キャップ、光半導体モジュール及び光半導体モジュールの製造方法に関し、より特定的には、光半導体素子等を気密封止するために用いられる光透過キャップ、光半導体モジュール及び光半導体モジュールの製造方法に関する。

光ファイバに接続される光通信用光半導体モジュールは、光半導体素子等を覆うように取り付けられる光透過キャップを備える。従来、光半導体モジュールの一部を構成する光透過キャップとして、光ファイバと、レーザーダイオードなどの発光素子やフォトダイオードなどの受光素子とを効率的に結合するために、レンズを備えるものが知られている。

図４（ａ）は、従来の光通信用光半導体モジュールを示す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されるＣ部の拡大図である。

図４（ａ）に示される光半導体モジュールは、金属ステム１と、リード１３と、受／発光素子２と、光透過キャップ３とを備える。

金属ステム１は、金属材料によって構成され、円盤状のベース部１１と、ベース部１１の表面に形成された素子搭載部１２とを備える。

受／発光素子２は、例えば半導体レーザ、発光ダイオード等の発光素子と、フォトダイオード等の受光素子とを含む素子であり、金属ステム１の素子搭載部１２上に実装されている。

リード１３は、光半導体モジュールの入出力端子を構成する。リード１３の各々は、金属ステム１のベース部１１を貫通し、かつ、金属ステム１との間が絶縁されるように、ベース部１１に取り付けられている。また、リード１３の各々は、ボンディングワイヤ１４を介して、受／発光素子２に電気的に接続されている。

光透過キャップ３は、受／発光素子２を気密状態に封止するために、金属ステム１のベース部１１に取り付けられ、円形状のキャップ天板部３０と、キャップ天板部３０の外周縁の全体に接続される円筒形状の円筒部３２と、円筒部３２の開放端に接続されるフランジ部３０１と、レンズ４とを備える。キャップ天板部３０の中央部には、開孔を形成することによって、光透過用の窓部３１が形成されている。レンズ４は、受／発光素子２と光ファイバ６とを光結合させるため、すなわち、受／発光素子２から出射された光を光ファイバ６へと入射し、光ファイバ６から出射された光を受／発光素子２へと入射するために設けられている。レンズ４は、例えば、低融点ガラスや半田を用いて、または、熱封着によって、キャップ天板部３０に取り付けられている。

また、光透過キャップ３のフランジ部３０１には、突起部３０２が形成されている。突起部３０２は、円筒部３２の軸中心を取り囲み、かつ、フランジ部３３の表面から環状に突出するように形成されている。

また、光透過キャップ３のフランジ部３０１の端面３０３からレンズ４までの距離は、受／発光素子２の発光面（受光面）からレンズ４までの距離に応じた所定の寸法に設定されている。

光半導体モジュールは、図４（ａ）に示されるように、円筒形状の金属製スリーブ５及びフェルール部７を介して、光ファイバ６に接続される。金属製スリーブ５の内壁は、段付孔構造、すなわち、図４（ａ）における上端から下端へと段階的に内径が大きくなるように形成されている。フェルール部７は、光ファイバ６を挿入するための貫通孔を有し、金属性金属製スリーブ５の中空内部に挿入されている。また、フェルール部７における受／発光素子２側の端面は、ファイバ端面における入射光の反射によって生じる光損失を抑制するために、光軸に対して傾斜するように研磨されている。

尚、金属製スリーブ５の長さは、レンズ４から光ファイバ６の端面までの距離が所定の寸法となるように設定されている。

ここで、上記のような従来の光半導体モジュールの製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示されるように、素子搭載部１２上に受／発光素子２が搭載された金属ステム１を用意し、突起部３０２の先端がベース部１１表面の外周部分に当接するように、光透過キャップ３が金属ステム１上に載置される。

次に、受／発光素子２がレンズ４の光軸上に位置するように、金属ステム１と光透過キャップ３との相対位置が調整される。次に、突起部３０２に加圧・通電して抵抗溶接を行うことによって、光透過キャップ３は、金属ステム１に固着される。これにより、受／発光素子２は、金属ステム１と光透過キャップ３とによって気密封止される。

光透過キャップ３を金属ステム１に固着した後に、フェルール部７を介して光ファイバ６が取り付けられた金属製スリーブ５を、キャップ天板部３０の外方面上に配置する。その後、金属製スリーブ５をキャップ天板部３０に当接させた状態のまま、金属製スリーブ５をレンズ４の光軸と直行する方向（図４（ａ）における左右方向）に摺動させることによって、レンズ４と光ファイバ６との間で光軸の位置関係が調整される。そして、金属製スリーブ５と光透過キャップ３とをレーザ等を用いて溶接することによって、光ファイバ６は、フェルール部７及び金属製スリーブ５を介して、光透過キャップ３に対して固定される。

上記のような光半導体モジュールの製造方法においては、受／発光素子２が搭載された金属ステム１に光透過キャップ３を抵抗溶接する際に、光透過キャップ３の突起部３０２の潰れの程度が一定ではなく、ばらつきやすいという問題がある。突起部３０２のつぶれの程度がばらつくと、レンズ４と受／発光素子２との距離が設計値からずれるため、受／発光素子２と光ファイバとの結合損失が増加するという問題がある。

そこで、抵抗溶接時における突起部の潰れのばらつきが大きいことに起因する結合損失を低減させるために、フランジ部に抵抗溶接用の突起部が形成されていない光透過キャップを用いた光半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光半導体モジュールは、受／発光素子が搭載された鍔付ステムと、フランジ部を有する光透過キャップと、断面が階段状に形成され、段毎に突起部が形成された段付輪体とを備える。当該光半導体モジュールにおいては、鍔付ステムと、光透過キャップとは、互いに面接触するように配置され、段付輪体を介して互いに接続される。したがって、段付輪体を用いる光半導体モジュールは、受／発光素子とレンズとの位置関係が一定に維持されるため、高い光結合効率を得ることができる。
特開平６−２９１３６９号公報

特許文献１に記載の従来の光半導体モジュールは、金属ステムと、光透過キャップとに加えて、これらを接続するための段付輪体を別途必要とする。段付輪体の外径は、必然的に光透過キャップの外径より大きくなるため、組立て後の光半導体モジュールのサイズもまた大きくなる。したがって、特許文献１に記載の光半導体モジュールは、小型化に不向きであるという問題がある。

また、互いに光軸の位置調整がされた金属ステム及び光透過キャップの各々に対して、段付輪体を抵抗溶接する際には、再度の光軸調整が必要であるため、光半導体モジュールの製造時の作業効率が悪いという問題もある。

そこで、本発明は、小型化が可能で、かつ、半導体発光素子とレンズとの距離を一定に保つことができ、更に、組立の効率化を図ることができる光透過キャップ、光半導体モジュール及び光半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、光半導体モジュールの一部を構成する光透過キャップであって、開孔が形成された天板部と、天板部の外周縁の全体から天板部に対して直交する一方向へと延びる筒状部と、筒状部の開放端の全体から筒状部の軸中心に対して直交する方向へと広がるように延びるフランジ部と、筒状部の軸中心を取り囲むように、かつ、天板部の外方面を含む平面から所定の第１の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される突起部と、突起部に沿って、天板部の外方面を含む平面から所定の第２の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される段差部とを備える。

このような構成によれば、光透過キャップを金属ステムに抵抗溶接する際に、段差部が金属ステムに当接するため、フランジ部に設けられた突起部の押し込み量を一定にすることができる。

この場合、第１の距離は、第２の距離より大きく設定されても良い。

あるいは、第１の距離は、第２の距離以下に設定されても良い。

また、段差部の先端は、同一平面上に含まれる平面状に形成されても良い。

このような構成によれば、光透過キャップを金属ステムに抵抗溶接する際に、段差部の先端が金属ステムに面接触するため、光半導体素子の光軸に対する光透過キャップの中心軸の傾きを抑制することが可能となる。

また、光透過キャップは、開孔を覆うように天板部に取り付けられる光学レンズを含んでいても良い。

第２の発明は、光半導体素子が封入される光半導体モジュールであって、その表面に光半導体素子が実装される金属ステムと、その内部に光半導体素子が収納されるように、金属ステムの表面に取り付けられる光透過キャップとを備え、光透過キャップは、開孔が形成された天板部と、天板部の外周縁の全体から天板部に対して直交する一方向へと延びる筒状部と、筒状部の開放端の全体から筒状部の軸中心に対して直交する方向へと広がるように延びるフランジ部と、筒状部の軸中心を取り囲むように、かつ、天板部の外方面を含む平面から所定の第１の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される突起部と、突起部に沿って、天板部の外方面を含む平面から所定の第２の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される段差部とを含み、金属ステムの表面には、段差部を収容する環状の溝部が所定深さまで底部から拡がるテーパを有して形成され、溝部の内径は、光透過キャップ内径より小であり、溝部の外形は、段差部の外形より大で、かつ、突起部の内径より小であり、突起部は、段差部の先端が溝部の底部に当接した状態で、金属ステムに溶接されたものである。

このような構成によれば、光透過キャップを金属ステムに抵抗溶接する際に、段差部が金属ステムに当接するため、フランジ部に設けられた突起部の押し込み量を一定にすることができる。

段差部の先端は、同一平面上に含まれる平面状に形成されても良い。

また、光半導体モジュールは、開孔を覆うように天板部に取り付けられる光学レンズを含んでいても良い。

第３の発明は、開孔が形成された天板部と、天板部の外周縁の全体から天板部に対して直交する一方向へと延びる筒状部と、筒状部の開放端の全体から筒状部の軸中心に対して直交する方向へと広がるように延びるフランジ部と、筒状部の軸中心を取り囲むように、かつ、天板部の外方面を含む平面から所定の第１の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される突起部と、突起部に沿って、天板部の外方面を含む平面から所定の第２の距離まで一方向へと環状に突出するように、フランジ部に形成される段差部とを含む光透過キャップと、光半導体素子が実装された金属ステムとを用いる光半導体パッケージの製造方法であって、光透過キャップの内部に光半導体素子が収容され、かつ、金属ステムの表面には、前記段差部を収容する環状の溝部が所定深さまで底部から拡がるテーパを有して形成され、溝部の内径は、光透過キャップ内径より小であり、溝部の外形は、段差部の外形より大で、かつ、突起部の内径より小であり、突起部は、段差部の先端が溝部の底部に当接するように、金属ステムに対して光透過キャップを配置する工程と、金属ステムとフランジ部とを挟み込むように一対の電極を配置し、一対の電極間に電圧を印加することによって、突起部を溶融させる工程と、突起部が溶融している状態において、段差部を金属ステムに当接させる工程とを備える。

このような構成によれば、段差部が金属ステムに当接することによって、金属ステムから天板部までの距離は、所定の第２の距離によって規定されるため、光半導体素子に対する天板部の距離が一定である光半導体モジュールを安定して製造することができる。

本発明に係る光透過キャップ、光半導体モジュール及び光半導体モジュールの製造方法によれば、天板部に形成された開孔を覆うように取り付けられるレンズと、光半導体素子との距離が一定の光半導体モジュールを構成することが可能となる。

また、光透過キャップの段差部の先端を平坦状に形成することによって、光透過キャップを金属ステムに抵抗溶接する際に、光透過キャップに形成された段差部と金属ステムとが面接触するため、光半導体素子の光軸と、レンズの光軸との傾きが抑制され、結合損失がより低減される光半導体モジュールを安定して構成することができる。

更に、光透過キャップを金属ステムに溶接する際に、部品点数が必要最小限であるため組立の作業性が良く、かつ、光半導体モジュールのサイズを小型化することが容易となる。

更に、金属ステムの表面に、段差部を収容する一定深さの溝部を形成することによって、組立作業時の幅方向のズレを抑制することができるため、金属ステムに対する光透過キャップの位置決め精度が向上し、組立作業が容易になる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る光通信用光半導体モジュールを示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるＡ部の拡大図である。

図１（ａ）に示される光半導体モジュール１００ａは、金属ステム１ａと、金属ステム１ａ上に実装された受／発光素子２と、リード１３と、光透過キャップ３ａとを備える。

金属ステム１ａは、例えば、鉄やコバール等の金属材料によって形成され、円盤状のベース部１１ａと、ベース部１１ａの表面に形成された素子搭載部１２とを備える。

受／発光素子２は、例えば半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子の少なくとも一方または両方を含む素子である。

リード１３は、光半導体モジュール１００ａの入出力端子を構成する。リード１３の各々は、ベース部１１ａを貫通し、かつ、ベース部１１ａとの間が絶縁された状態でベース部１１ａに取り付けられている。また、リード１３の各々は、ボンディングワイヤ１４を介して、受／発光素子２に電気的に接続されている。

光透過キャップ３ａは、金属ステム１ａ上に実装された受／発光素子２を気密状態に封止するために、ベース部１１ａの表面に取り付けられるものである。光透過キャップ３ａは、キャップ天板部３０と、円筒部３２と、フランジ部３３と、突起部３４と、環状段差部３５と、レンズ４とを備える。

キャップ天板部３０は、平面視において円形状を有し、その中央に円形状の開孔によって、光を透過させるための窓部３１が形成されている。円筒部３２は、キャップ天板部３０の外周縁の全体に接続され、キャップ天板部３０に対して直交する一方向（図１（ａ）においては、下方向）へと延びる円筒形状に形成されている。フランジ部３３は、円筒部３２の開放端の全体に接続され、円筒部３２の中心軸に対して直交する方向へと広がるように形成されている。

突起部３４は、円筒部３２の軸中心を円形状に取り囲むように、かつ、キャップ天板部３０の外方面を含む平面（図１（ａ）に示される二点鎖線）から所定の第１の距離Ｄ１まで環状に突出するようにフランジ部３３に形成されている。尚、突起部３４は、光透過キャップ３ａを金属ステム１ａに抵抗溶接するために用いられるものである。

環状段差部３５は、突起部３４の内周に沿って円筒部の軸中心を円形状に取り囲むようにフランジ部３３に接続され、かつ、キャップ天板部３０の外方面を含む平面（図１（ａ）に示される二点鎖線）から所定の第２の距離Ｄ２まで環状に突出するように、フランジ部３３に形成されている。第２の距離Ｄ２は、受／発光素子２の発光面（受光面）からレンズ４までの距離が、所定の寸法となるように設定されている。更に、実施の形態１においては、環状段差部３５の先端には、同一平面上に含まれる平坦な端面３６が形成されている。

実施の形態１においては、図１（ｂ）に示されるように、環状段差部３５のフランジ部３３表面からの高さＬは、フランジ部３３表面からの突起部３４の高さＲより小さく設定されている。したがって、図１（ａ）に示されるように、第１の距離Ｄ１は、第２の距離Ｄ２より小さい。一例として、環状段差部３５の高さＬは、突起部３４の高さＲに対して、４０％以上７０以下の範囲に設定されることが好ましい。

尚、図１（ａ）及び図１（ｂ）において、フランジ部３３に形成される環状段差部３５及び突起部３４は、図示によって特定される形状以外の形状に形成されていても良い。より具体的には、環状段差部３５及び突起部３４の形状及び寸法は、組み立て工程において、金属ステム１ａのベース部１１ａ上に光透過キャップ３ａを図１（ａ）に示される状態に配置したときに、突起部３４の先端がベース部１１ａの表面に当接し、かつ、環状段差部３５の端面３６とベース部１１ａの表面との間に所定寸法の隙間が形成されるように設定されていれば良い。このように構成されていれば、環状段差部３５の端面３６は、抵抗溶接時に突起部３４が溶融した後に、初めてベース部１１ａに当接することができる。

また、環状段差部３５の端面３６の平面度と、ベース部１１ａの表面のうち抵抗溶接時に端面３６が当接する部分の平面度とは、光透過キャップ３ａの取付精度を確保する観点から、０．０２０ｍｍ以下に設定されることが望ましい。

レンズ４は、キャップ天板部３０に形成された窓部３１を覆うように、キャップ天板部３０に取り付けられている。レンズ４は、例えば低融点ガラスや半田等を用いて、あるいは、熱封着によってキャップ天板部３０に取り付けられる。

光半導体モジュール１００ａは、図１（ａ）に示されるように、円筒形状の金属製スリーブ５と、円筒形状のフェルール部７とを介して、光ファイバ６に接続される。金属製スリーブ５の内壁は、段付孔構造、すなわち、図１（ａ）における上端から下端へと段階的に内径が大きくなるように形成されている。フェルール部７は、その軸中心を貫通する細孔を有し、金属製スリーブ５の中空部分の上端に挿入されている。また、フェルール部７における受／発光素子２側の端面は、入射光のファイバ端面での反射による光損失を抑制するために、光軸に対して所定角度だけ傾斜するように研磨されている。

尚、金属製スリーブ５の長さは、レンズ４から光ファイバ６の端面までの距離が所定の寸法となるように設定されている。

ここで、図１（ａ）に示される光半導体モジュール１００ａの製造方法について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る光通信用半導体モジュールの製造工程を示す概略工程図である。

まず、図２（ａ）に示されるように、溶接用電極１０ａ上に、素子搭載部１２に受／発光素子２が搭載された金属ステム１ａが配置される。このとき、金属ステム１ａは、そのベース部１１ａの下面における外周部分が溶接用電極１０ａの上面に接するように配置される。一方、光透過キャップ３ａは、溶接用電極１０ｂによって保持され、キャップ天板部３０の内方面がベース部１１ａの表面に対向するように配置される。

次に、図２（ｂ）に示されるように、溶接用電極１０ａ及び１０ｂを互いに近づけるように移動させることによって、突起部３４の先端がベース部１１ａの表面に当接するように、光透過キャップ３ａを金属ステム１に対して配置する。

次に、光透過キャップ３ａのレンズの光軸と、受／発光素子２の光軸とが一致するように、金属ステム１ａに対する光透過キャップ３ａの位置が調整される。その後、一対の溶接用電極１０ａ及び１０ｂを互いに近づく方向に加圧しながら、溶接用電極１０ａ及び１０ｂの間に通電して、光透過キャップ３ａを金属ステム１ａに抵抗溶接する。抵抗溶接の過程において、突起部３４が溶融するため、溶接用電極１０ａ及び１０ｂの間に加えられる圧力によって、光透過キャップ３ａは、ベース部１１ａの表面に近づくように移動する。そして、図２（ｃ）に示されるように、突起部３４の溶融が更に進行すると、環状段差部３５の端面がベース部１１ａの表面に当接する。

次に、溶融された突起部３４が冷却されると、受／発光素子２は、金属ステム１ａと光透過キャップ３ａとで気密封止された状態となる。そして、図２（ｄ）に示されるように、溶接用電極１０ａ及び１０ｂが、それぞれ金属ステム１ａ及び光透過キャップ３ａから取り外され、金属ステム１ａへの光透過キャップ３ａの抵抗溶接が完了する。

その後、図１（ａ）に示したように、光透過キャップ３ａのキャップ天板部３０の外方面上に、金属製スリーブ５とフェルール部７とを介して光ファイバ６が取り付けられる。組立の一例として、まず、光ファイバ６は、フェルール部７に形成された細孔に挿通するように、フェルール部７に固定される。次に、フェルール部７は、金属製スリーブ５の貫通孔に嵌合するように、金属製スリーブ５に取り付けられる。そして、フェルール部７を介して光ファイバ６が固定された金属製スリーブ５は、その開放端部がキャップ天板部３０の外方面に当接するように配置される。金属製スリーブ５は、その開放端部がキャップ天板部３０の外方面に当接した状態のまま、レンズ４の光軸と直交する方向に摺動され、レンズ４の光軸と光ファイバ６の光軸との相対位置が調整される。光軸調整が完了した後、金属製スリーブ５は、レーザ等を用いて光透過キャップ３ａに溶接され、固定される。

以上のように、実施の形態１に係る光透過キャップ３ａは、フランジ部３３に形成された環状段差部３５を備える。光透過キャップ３ａを金属ステム１ａに抵抗溶接する工程において、環状段差部３５の端面３６がベース部１１ａの表面に当接するため、突起部３４のベース部１１ａへの押し込み量が一定となる。したがって、ベース部１１ａ上の素子搭載部１２に実装された受／発光素子２からレンズ４までの距離を、キャップ天板部３０の外方面を含む平面から環状段差部３５の端面までの距離によって規定することができる。

また、実施の形態１においては、環状段差部３５の先端は、平面状の端面３６として形成されている。光透過キャップ３ａを金属ステム１ａに抵抗溶接する工程において、突起部３４が溶融すると、環状段差部３５の端面３６は、図２（ｄ）に示されるように、ベース部１１ａの表面に面接触する。したがって、受／発光素子２の光軸に対する光透過キャップ３ａの傾きが抑制されるので、金属ステム１ａと光透過キャップ３ａの組立精度が向上し、受／発光素子２の光軸に対してレンズ４の光軸が傾くことに起因する結合損失を低減することが可能となる。

更に、実施の形態１に係る光透過キャップ３ａによれば、受／発光素子２とレンズ４との距離は、設計値通りに規定されるため、受／発光素子２に含まれる発光素子から出射された光を、レンズ４を介して、光ファイバ６に効率的に結合させることが可能となる。同様に、光ファイバ６から出射された光を、レンズ４を介して、受／発光素子２に含まれる受光素子に効率的に結合させることが可能となる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る光通信用光半導体モジュールを示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されるＢ部の拡大図である。尚、以下の説明においては、実施の形態１に係る構成要素と同一または相当する構成要素については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

実施の形態２に係る光透過キャップ３ｂは、図３（ｂ）に示されるように、環状段差部３７の高さＬが、突起部３４の高さＲより大きく設定されている点で、実施の形態１に係るものと相違する。

また、金属ステム１ｂのベース部１１ｂの表面には、内部に環状段差部３７の一部を収容することができ、かつ、深さが一定の環状溝部１５が形成されている。環状溝部１５の内径は、光透過キャップ３ｂの内径よりも小さく設定されている。また、環状溝部１５の外径は、環状段差部３７の外径より大きく、かつ、突起部３４の内径よりも小さく設定されている。

ここで、環状段差部３７の高さＬと、突起部３４の高さＲと、環状溝部１５の深さＳとの関係について説明する。環状段差部３７の高さＬは、上述のように、突起部３４の高さＲよりも大きく設定されている。かつ、環状溝部１５の深さＳは、環状段差部３７の高さＬより小さく設定されている。一例として、環状段差部３７の高さＬと、環状溝部１５の深さ寸法Ｓとの差（Ｌ−Ｓ）は、突起部３４の高さＲの４０％以上７０％以下の範囲に設定されることが好ましい。

尚、図３において、フランジ部３３に形成される環状段差部３７及び突起部３４の形状は、特定されているが、図示される形状以外の形状を有するように構成されても良い。より具体的には、環状段差部３５及び突起部３４の形状及び寸法は、組立工程において、金属ステム１ａのベース部１１ａ上に光透過キャップ３ａを図３（ａ）に示される状態に配置したときに、突起部３４の先端がベース部１１ａの表面に当接し、かつ、環状段差部３７の端面３８と、環状溝部１５の底部との間に所定寸法の隙間が形成されるように設定されていれば良い。このように構成されていれば、環状段差部３７の端面３８は、抵抗溶接時に突起部３４が溶融した後に、初めて環状溝部１５の底部に当接することができる。

また、環状段差部３７の端面３８と、環状溝部１５の底部との平面度は、光透過キャップ３ｂの取付精度を確保する観点から、０．０２０ｍｍ以下に設定されることが望ましい。

更に、実施の形態２においては、レンズ４は、金属製のレンズホルダー９を介して、光透過キャップ３のキャップ天板部３０の外方面に固定されている。レンズ４は、金属製のレンズホルダー９の中央に形成された孔部に予め取り付けられており、レンズホルダー９を介してレンズ４の光軸と受／発光素子２の光軸とが一致するように位置調整される。その後に、レンズホルダー９をレーザ等を用いて光透過キャップ３ｂに溶接することによって、レンズ４は、キャップ天板部３０に対して固定される。また、キャップ天板部３０の内方面には、窓部３１を覆うようにガラス板８が取り付けられている。ガラス板８は、低融点ガラスや半田を用いて、あるいは、熱封着によってキャップ天板部３０に取り付けられている。

ここで、実施の形態２に係る光半導体モジュール１００ｂの製造方法の概略について説明する。

まず、図３（ｃ）の実線によって示されるように、光透過キャップ３ｂは、受／発光素子が搭載された金属ステム１ｂ上に配置される。尚、図３（ｃ）においては、溶接用電極の記載は省略されている。この状態において、突起部３４の先端が金属ステム１ｂの表面に当接するが、環状段差部３７の端面３８と、環状溝部１５の底面１６との間には、隙間が形成されている。

次に、図３（ｃ）の破線によって示されるように、図示しない一対の溶接用電極を互いに近づけるように移動させながら通電することによって、突起部３４が溶融し、環状段差部３７の端面３８がベース部１１ａの表面に当接する。

その後、キャップ天板部３０の外方面上に、レンズ４が予め取付られたレンズホルダー９が溶接され、更に、レンズホルダー９の外方面に、金属製スリーブ５及びフェルール部７を介して光ファイバ６が固定される。

以上のように、実施の形態２に係る光透過キャップ３ｂは、フランジ部３３に環状段差部３７が形成されている。光透過キャップ３ａを金属ステム１ａに抵抗溶接する工程において、環状段差部３７の端面３８が環状溝部１５の底部に当接することによって、突起部３４のベース部１１ｂへの押し込み量が一定となる。したがって、ベース部１１ｂ上の素子搭載部１２に実装された受／発光素子２からレンズ４までの距離を、キャップ天板部３０の外方面を含む平面から環状段差部３７の端面までの距離によって規定することができる。

また、実施の形態２においては、環状段差部３７の先端は、平面状の端面３８として形成されている。光透過キャップ３ｂを金属ステム１ｂに抵抗溶接する工程において、突起部３４が溶融すると、環状段差部３７の端面３８は、図３（ｃ）に示されるように、環状溝部１５の底部に面接触する。したがって、受／発光素子２の光軸に対する光透過キャップ３ｂの傾きが抑制されるので、金属ステム１ｂと光透過キャップ３ｂの組立精度が向上し、受／発光素子２の光軸に対してレンズ４の光軸が傾くことに起因する結合損失を低減することが可能となる。

更に、実施の形態２に係る光透過キャップ３ｂによれば、受／発光素子２とレンズ４との距離は、設計値通りに規定されるため、受／発光素子２に含まれる発光素子から出射された光を、レンズ４を介して、光ファイバ６に効率的に結合させることが可能となる。同様に、光ファイバ６から出射された光を、レンズ４を介して、受／発光素子２に含まれる受光素子に効率的に結合させることが可能となる。

更に、実施の形態２に係る光透過キャップ３ｂによれば、ベース部１１ｂの表面に形成された環状溝部１５に環状段差部３７が収容されることによって、光軸に対して直交する方向における環状段差部３７の移動が規制される。これにより、組立時の作業性が更に向上すると共に、光透過キャップ３ｂが光軸に対して直交する方向にずれることを抑制することが可能となる。

尚、上記の実施の形態２においては、第１の距離Ｄ１は、第２の距離Ｄ２より小さく設定されているが、第２の距離Ｄ２と等しく設定されていても良い。このように構成された光透過キャップもまた、実施の形態２に係るものと同様の効果を奏することができる。また、上記の各実施の形態においては、光透過キャップの横断面は、円形状に形成されているが、円形以外であっても同様の効果を奏することができる。

本発明は、例えば、窓部を有する金属シェルと、ガラス等のレンズとを含む光透過キャップを、金属ステムに抵抗溶接するために有用であり、特に、光ファイバを介する光通信に用いられる光半導体モジュールに適している。

（ａ）本発明の実施の形態１に係る光通信用光半導体モジュールを示す断面図、（ｂ）図１（ａ）に示されるＡ部の拡大図 本発明の実施の形態１に係る光通信用半導体モジュールの製造工程を示す概略工程図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る光通信用光半導体モジュールを示す断面図、（ｂ）図３（ａ）に示されるＢ部の拡大図 （ａ）従来の光通信用光半導体モジュールを示す断面図、（ｂ）図４（ａ）に示されるＣ部の拡大図

符号の説明

１ 金属ステム
２ 受／発光素子
３ 光透過キャップ
４ レンズ
５ 金属製スリーブ
６ 光ファイバ
７ フェルール部
８ ガラス板
９ レンズホルダー
１０ 溶接用電極
１１ ベース部
１２ 素子搭載部
１３ リード
１４ ボンディングワイヤ
１５ 環状溝部
１６ 底面
３０ キャップ天板部
３１ 窓部
３２ 円筒部
３３ フランジ部
３４ 突起部
３５ 環状段差部
３６ 端面
３７ 環状段差部
３８ 端面

Claims (4)

1. 光半導体素子が封入される光半導体モジュールであって、
   その表面に前記光半導体素子が実装される金属ステムと、
   その内部に前記光半導体素子が収納されるように、前記金属ステムの表面に取り付けられる光透過キャップとを備え、
   前記光透過キャップは、
   開孔が形成された天板部と、
   前記天板部の外周縁の全体から前記天板部に対して直交する一方向へと延びる筒状部と、
   前記筒状部の開放端の全体から前記筒状部の軸中心に対して直交する方向へと広がるように延びるフランジ部と、
   前記筒状部の軸中心を取り囲むように、かつ、前記天板部の外方面を含む平面から所定の第１の距離まで前記一方向へと環状に突出するように、前記フランジ部に形成される突起部と、
   前記突起部に沿って、前記天板部の外方面を含む平面から所定の第２の距離まで前記一方向へと環状に突出するように、前記フランジ部に形成される段差部とを含み、
   前記金属ステムの表面には、前記段差部を収容する環状の溝部が所定深さまで底部から拡がるテーパを有して形成され、
   前記溝部の内径は、前記光透過キャップ内径より小であり、前記溝部の外形は、前記段差部の外形より大で、かつ、前記突起部の内径より小であり、
   前記突起部は、前記段差部の先端が前記溝部の底部に当接した状態で、前記金属ステムに溶接されていることを特徴とする、光半導体モジュール。
2. 前記段差部の先端は、同一平面上に含まれる平面状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体モジュール。
3. 前記開孔を覆うように前記天板部に取り付けられる光学レンズを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体モジュール。
4. 開孔が形成された天板部と、前記天板部の外周縁の全体から前記天板部に対して直交する一方向へと延びる筒状部と、前記筒状部の開放端の全体から前記筒状部の軸中心に対して直交する方向へと広がるように延びるフランジ部と、前記筒状部の軸中心を取り囲むように、かつ、前記天板部の外方面を含む平面から所定の第１の距離まで前記一方向へと環状に突出するように、前記フランジ部に形成される突起部と、前記突起部に沿って、前記天板部の外方面を含む平面から所定の第２の距離まで前記一方向へと環状に突出するように、前記フランジ部に形成される段差部とを含む光透過キャップと、光半導体素子が実装された金属ステムとを用いる光半導体パッケージの製造方法であって、
   前記光透過キャップの内部に前記光半導体素子が収容され、かつ、前記金属ステムの表面には、前記段差部を収容する環状の溝部が所定深さまで形成され、
   前記溝部の内径は、前記光透過キャップ内径より小であり、前記溝部の外径は、前記段差部の外径より小で、かつ、前記突起部の内径より小であり、前記突起部は、前記段差部の先端が前記溝部の底部に当接するように、前記金属ステムに対して前記光透過キャップを配置する工程と、
   前記金属ステムと前記フランジ部とを挟み込むように一対の電極を配置し、前記一対の電極間に電圧を印加することによって、前記突起部を溶融させる工程と、
   前記突起部が溶融している状態において、前記段差部を前記金属ステムに当接させる工程とを備える、光半導体パッケージの製造方法。

Images